hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミトコンドリアを中心とした植物の新しいカルシウム制御ネットワーク

ミトコンドリア電子伝達阻害が細胞質ゾルのCa2+濃度上昇を引き起こすことを見出し、新しいミトコンドリアレトログレードシグナルの可能性を示すことができた。動物細胞のミトコンドリアは、細胞内Ca2+制御に中心的役割を担うとともに、ミトコンドリア内Ca2+濃度の変動はアポトーシスの誘導などの細胞応答で重要な働きをしている。一方、植物細胞のCa2+制御におけるミトコンドリアの役割は十分にわかっていない。本年度の研究では、ミトコンドリアのレトログレードシグナルにCa2+が関係する可能性と、ミトコンドリアに存在する機械受容チャネルと気孔制御の関係について研究を行い、植物細胞のミトコンドリアが細胞Ca2+シグナル制御やCa2+依存的気孔応答で重要な働きをしていることを初めて明らかにした。(1)ミトコンドリア機能阻害はCa2+シグナルを介してストレス応答遺伝子発現を誘導する:根に呼吸阻害剤を処理することで、細胞質ゾルの一過的Ca2+濃度上昇が起こることを見出した。この時、核コードのストレス応答遺伝子発現が誘導されるが、Ca2+キレート剤でCa2+応答を抑制すると見られなくなることをRNAseq解析で明らかにした。ミトコンドリア機能阻害がレトログレードシグナルとして働くCa2+シグナルを生じ、そのCa2+依存的にストレス応答遺伝子発現が誘導される可能性を示した。(2)ミトコンドリア機械受容チャネルMSL1は気孔のABA応答に関係する:すでに、バクテリアの機械受容チャネルのホモログMSL1が葉緑体包膜に局在することを明らかにしている。また、アブシジン酸(ABA)が誘導する気孔閉口では、細胞質ゾルCa2+濃度上昇が重要な働きをしている。今回、MSL1のノックダウン変異体、ノックアウト変異体で、ABAが誘導する気孔閉口が全く見られなくなることを明らかにした。この結果は、ミトコンドリアの浸透調節や運動制御が気孔運動と関係することを示す、最初の発見となる。ミトコンドリアは酸化呼吸のみならず、アポトーシスや老化など様々な細胞機能で重要な役割を果たしている。動物細胞では、それらの制御にカルシウムイオンシグナリングが深く関係している。本研究では、植物細胞のミトコンドリアの多様な機能を解析し、次の事実を明らかにした。(1)ミトコンドリア内膜に機械受容チャンネルMSL1が存在し、気孔応答を制御する重要な働きをしている。(2)ミトコンドリア電子伝達の抑制によって生じる細胞質カルシウムシグナルを介して、ミトコンドリアが免疫遺伝子発現を制御している。これらの研究から、ミトコンドリアが植物機能を制御する新しいメカニズムが見えてきた。細胞質Ca2+制御におけるミトコンドリア局在MSL1およびMICU1の関与の検証:バクテリア型機械受容チャネルのホモログであるMSL1は、Ca2+透過性のチャネルである可能性がある。また、MICU1が制御するMCUは、ミトコンドリアのCa2+ユニポーターであり、Ca2+輸送に関係する。平成27年度までの研究で、MSL1およびMICU1がミトコンドリア膜に局在するタンパク質であることを明らかにしている。MSL1やMICU1のノックダウン(ノックアウト)
培養OK細胞を用いた副甲状腺ホルモンによるCAMP産生以後の作用機構解明

OK細胞は副甲状腺ホルモン(PTH)に感受性を持ち、PTHの細胞への作用機構を検討するのに適した培養細胞系である。細胞は米国国立衛生研究所のJ.S.Handler博士より供与をうけ、当研究施設においても10%FCS添加DMEM培地にて約7日間でconfluentの状態が得られる安定した培養条件を確立した。OK細胞におけるリン輸送は20分間まで直線的な取り込み増加がみられることより、以下の検討では3分値あるいは5分値を用いデ-タ解析を行なった。PTHによるリン輸送抑制は10^<-9>M添加以上で認められ、濃度依存性に抑制が強まった。近年10^<-11>10^<-9>Mの低濃度PTH添加時に、従来より知られているA-kinaseでなくc-kinase系が活性化され、リン輸送のmodulationを行なうとの報告がある。そこで、直接にc-kinase活性化をおこすTPAを添加し、リン輸送への影響を検討したが、我々の用いた系においては一定の成績が得られなかった。PTHによるリン輸送抑制作用がIBM×10^<-3>M添加により増強され、IBM×単独添加でもリン輸送抑制がみられたことより、OK細胞でのリン輸送調節にはcAMP産生以降の機構が大きな役割を果していることが確認された。またPTHは腎細胞に作用し、その細胞膜リン脂質含量、とりわけ酸性リン脂質のphosphatidyl inositol(PI)を増加させるとの報告がある。我々はこの点に着目し、PIを結合部位とするアミノグリコシド系抗生物質ゲンタミシンの細胞蓄積に与えるPTHの影響についても検討した。ゲンタミンの細胞蓄積はPTHの添加濃度依存性に増加し、dibutyryl cAMPのみを添加した際にも同様の効果が再現された。PTH receptorを有さない腎培養細胞系のLLCーPKI細胞ではPTHによるかかる作用は認められなかった。さらに、この作用はcycloheximide添加により抑制されることより、何らかの蛋白合成が介在している可能性が示唆された。1.OK細胞はそのリン輸送が副甲状腺ホルモン(PTH)による調節をうける点で以下の研究に適した系である.本年度は上皮細胞培養で世界の第一人者である米国Nctional Inotitotes of HealthのJ.S.Handlor博士より培養OK細胞の供与をうけ,当研究施設においても培養条件を確立した. OK細胞は10%牛胎児血清加DMEM培地にて約47日でconfkuentの状態となり,実験系への安定した細胞供給が可能となった.2.PTHに対するOK細胞の感受性を検討するため, PTH添加後のCAMPを測定し, CAMP上昇より感受性のあることを確認した.3.whole dellでのリン輸送測定系では,現在一定時間incubation後の反応停止条件,細胞膜やdishの非特異的の吸着の補正法う検討中である,また,他の尿細管培養細胞LLCPK_1をの比較も試みつつある.4.apical mpmbrane vesileの調整は,最近まで安定した細胞供給ができなかたため,十分な検討は行てっていないが,既にvesile調整に関しては他の系で豊富て経験があるので, vesile単離精製技術は確立できるものと考える.OK細胞は副甲状腺ホルモン(PTH)に感受性を持ち、PTHの細胞への作用機構を検討するのに適した培養細胞系である。1.OK細胞は副甲状腺ホルモン(PTH)に感受性を持ち、PTHの細胞への作用機構を検討するのに適した系である。本年度は、昭和62年度に行ったOK細胞培養条件、リン輸送測定系の確立などの基礎実験の成果をふまえ、以上の検討を行った。

2.OK細胞におけるリン輸送は20分間まで直線的な取り込み増加がみられることより、以上の検討では3分値あるいは5分値を用いた。PTHによるリン輸送抑制は10^<-9>M添加より認められ、濃度依存性に抑制が強まった。近年10^<-11>10^<-9>M程度の低濃度PTHでは、c-kinase系がリン輸送のmodulationに関与しているとの報告があり、c-kinase活性化をおこすTPA添加の影響を検討したが、一定の成績が得られなかった。PTH作用はIBMX10^<-3>M添加により増強され、IBMX単独添加でも、リン輸送抑制がみられたことより、OK細胞におけるリン輸送のPTHによる調節にはcAMP産生以後の機構が大きな役割を果していることが確認された。PTH添加後リン輸送抑制がおこるまでには、15分あれば十分であることも確認された。3.PTHは腎細胞に作用し、その細胞膜リン脂質含量、とりわけ酸性リン脂質phosphatidyl inositol(PI)を増加させるとの報告がある。我々はこの点に着目し、PIを結合部位とするアミノグリコシド系抗生物質ゲンタミシンの細胞蓄積に与えるPTHの影響を検討した。ゲンタミシンの細胞蓄積はPTH添加(10^<-8>10^<-6>M)により濃度依存性に増加した。また、この蓄積増加はdibutyeye.cAMP添加によって再現されたことより、PTHによるゲンタミシン蓄積増加機序にはcAMP産生以後の機構が関与していることが示唆された。さらに、この作用はcycloheximide 1mM添加により抑制されることより、何らかの蛋白合成が介在している可能性が示唆された。
宿主間の感染伝播におけるHIVゲノム・病原性の変化に関する研究

本研究は宿主遺伝子多様性へのウイルス適応機序の解明を目指し、ウイルスと宿主の相互作用が長期に渡り継続し病態形成にいたるHIV慢性持続感染症を対象として、ウイルス感染・伝播におけるウイルス変異蓄積および病原性変化の機序を知ることを目的とした。特にHIV感染病態に大きな影響を及ぼすMHC遺伝子型に着目し、ヒトHIV感染を最もよく反映するSIV感染サルモデルでの伝播実験におけるウイルスゲノムおよび病原性の変化を解析することとした。平成25-26年度の本領域公募研究に、低ウイルス量と相関するprotective MHC-IハプロタイプA陽性サルから、A陰性サル2代を経た3代に渡る経静脈SIV伝播実験を行い、伝播に伴いウイルスゲノムに細胞傷害性T細胞(CTL)逃避変異が蓄積することを明らかにした。本研究(平成27-28年度)では、伝播実験で得られた3代伝播SIVのin vitroおよびin vivoでの複製能の解析を進めた。平成27年度には、次世代シークエンサーを用いたウイルスゲノムの解析で、伝播に伴う詳細な変異蓄積パターンを明らかにし、さらに3代伝播SIVのin vitroでの複製能が野生型と比較して低下していることを明らかにした。平成28年度には、in vitro複製能の低下した3代伝播SIVのin vivo複製能についての詳細な結果を得た。まず、MHC-IハプロタイプA陰性サル6頭における3代伝播SIV感染実験で慢性持続感染が成立することを確認した。一方、MHC-IハプロタイプA陽性サル6頭における3代伝播SIV感染実験では、野生型SIVと比較して、有意に高いセットポイント期の血漿中ウイルス量および有意に早い病態進行を示した。本研究結果は、HIV・SIVの伝播の積み重ねに伴い、ウイルスがin vitro複製能を犠牲にしながらもCTL逃避変異を蓄積し、protective MHC-Iに対する感受性を失っていく方向に進化していく可能性を示す根拠を提供するものとして重要である。28年度が最終年度であるため、記入しない。特にHIV感染病態に大きな影響を及ぼすMHC遺伝子型に着目し、ヒトHIV感染を最もよく反映するサル免疫不全ウイルス(SIV)感染サルモデルでの伝播実験におけるウイルスゲノムおよび病原性の変化を解析することとした。低ウイルス量と相関するprotective MHCハプロタイプA陽性サルから、E(あるいはP)陽性サル、さらにはP(あるいはE)陽性サルへと3代に渡る経静脈SIV伝播実験を平成25-26年度の本領域公募研究にて行い、伝播に伴いウイルスゲノムに細胞傷害性T細胞(CTL)逃避変異が蓄積することを明らかにした。本研究(平成27-28年度)では、伝播に伴うウイルスゲノム変化の詳細な解析を行うとともに、伝播実験で得られた3代伝播SIVのin vitroおよびin vivoでの複製能の解析を進めることとした。次世代シークエンサーを用いたウイルスゲノムの解析では、伝播に伴う詳細な変異蓄積パターンを明らかにした。3代伝播SIVのin vitroでの複製能は野生型と比較して低下していたが、A陰性サルにおける3代伝播SIV感染実験では、慢性持続感染が成立し、3代伝播SIVのin vivoでの複製能の低下を示す所見は認められなかった。一方、A陽性サルにおける3代伝播SIV感染実験では、血漿中ウイルス量がむしろ高い傾向を示した。本研究結果は、HIV・SIVの伝播の積み重ねに伴うMHC関連変異蓄積進化の可能性を示唆している。MHC-IハプロタイプA陽性サル由来3代伝播SIVのin vitroおよびin vivoの複製能・病原性に関する結果が順調に得られつつある。特に、in vitroの複製能の低下を示すにもかかわらず、in vivoでは持続感染成立能を有し、逆にA陽性サルでは野生型SIVより有意に高い血漿中ウイルス量を示す可能性が示されたことはたいへん興味深い。この結果は、MHC-I遺伝子型多様性を有する集団において、エイズウイルスがMHC-I関連変異を蓄積し、protective MHC-Iに対する感受性を失っていく方向に進化していく可能性を示唆しており、学術的に極めて興味深く重要な成果である。

まず、MHC-IハプロタイプA陰性サル6頭における3代伝播SIV感染実験で慢性持続感染が成立することを確認した。一方、MHC-IハプロタイプA陽性サル6頭における3代伝播SIV感染実験では、野生型SIVと比較して、有意に高いセットポイント期の血漿中ウイルス量および有意に早い病態進行を示した。本研究結果は、HIV・SIVの伝播の積み重ねに伴い、ウイルスがin vitro複製能を犠牲にしながらもCTL逃避変異を蓄積し、protective MHC-Iに対する感受性を失っていく方向に進化していく可能性を示す根拠を提供するものとして重要である。平成28年度には、上記の3代伝播SIV感染A陽性サルを継続的に観察し、血漿中ウイルス量およびCD8陽性T細胞反応を経時的に解析するとともに、末梢血CD4陽性T細胞数やエイズ発症を指標として、病態進行を野生型SIV感染サルと比較検討し、伝播に伴うMHC-I関連変異蓄積が病原性におよぼす影響を明らかにする計画である。本研究により、HIVの集団レベルでの感染伝播における病原性変化の推定の論理基盤獲得に結びつくことが期待される。28年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞内抗原を認識可能とする抗体によるキメラ抗原受容体T細胞療法の開発

本研究では、1キメラ抗原受容体(chimeric antigen receptor, CAR)で使用できる、がん特異的なペプチドMHC複合体(peptide MHC complex, pMHC)認識抗体を効率的に単離する方法の確立について検討し、それを達成した。2単離抗体使用CARの安全性検討である。認識特異性を検討する目的で、ターゲットペプチドのアラニン置換とそれに続くアミノ酸置換による検討の結果、2Y, 2W, 3N, 3S, 4F, 5Hが置換可能であることがわかった。これを基にblast検討を行い、得られた42個のペプチドについて検討し、2個のペプチドが認識されることがわかった。本研究の目的は、1キメラ抗原受容体(CAR)で使用できる、がん特異的なペプチドMHC複合体(pMHC)認識抗体を効率的に単離する方法の確立、そして、2単離抗体の安全性検討である。研究代表者は、HLA-A24-WT1p235-243を標的として、人工合成のpMHCによる方法に加えて、ペプチドパルスLCL細胞を使用して、ナチュラルなpMHC認識抗体を効率よく単離する方法を確立した。その結果、#213を含む複数の抗体クローンを得たのであるが、#213がWT1発現の見られるがん細胞を認識して傷害する活性が最も優れていたので、以後、これに絞り込んだ検討を実施した。WT#213CAR導入T細胞は、複数のHLA-A24陽性かつWT1陽性のがん細胞株を認識してこれを傷害した。また、担癌モデル動物実験においてもがん抑制効果を発揮した。それで、認識特異性を検討する目的で、ターゲットペプチドのアラニン置換によって抗体認識にクリテイカルに関与するアミノ酸を決定した結果、2M, 3T, 4W, 5Nの4つのアミノ酸が関与することがわかった。次に、これらのアミノ酸を性質の近いアミノ酸で置換する方法を実施し、認識配列についての検討を行った。その結果2番はM, Y, Wが、3番はT, N, Sが、4番はW, Fが、また、5番はN, Hが置換可能であることがわかった。これらの情報をもとにBLAST検討を実施し、38個のペプチドが得られたのでそれらを設計し、#213CARについての認識を検討した。その結果、2個のペプチドについて明らかな認識があることがわかった。これら2個のペプチドは正常組織において発現の見られる遺伝子である。これらの遺伝子産物が、本当にpMHCとして細胞表面に発現され、#213CARによって認識されるのか、という問題が次の課題となる。以上の結果は、論文にまとめ、投稿を行った。本研究の目的は、1ヒト抗体ライブラリを用いて、キメラ抗原受容体(chimeric antigen receptor, CAR)で使用できる、がん特異的なペプチドMHC複合体(pMHC)認識抗体を効率的に単離する方法の確立、そして、2単離抗体の安全性検討である。申請者は、2016年度において、抗体スクリーンの方法を従来の人工合成のpMHCによる方法に加えて、ペプチドパルスAPC細胞、さらに、抗原遺伝子強制発現細胞を使用したスクリーン方法を実施し、ナチュラルなpMHC認識抗体を効率よく単離する方法を確立した。次に、Jurkat細胞を使用して、これにポリクローンのscFv-CARを導入し、蛍光標識のpMHCテトラマーを使用した細胞ソートの方法を行い、得られたscFv-CARについて、個々に活性検討を行った。その結果、目的のクローンが複数得られたので、それらについては安全性検討をこれから行う予定である。ただ、得られたscFv-CARにはT cellシグナルを伝達できないものや、抗原pMHC刺激なしに活性化しているものが数多く含まれ、有効なscFv-CARを選択する効率を大幅に下落させていることがわかった。このことを通して理解したことは、選別の方法を単なる結合活性で選択するのではなく、T cell活性化シグナルによって選択する方がベターである、ということである。今後は、正常にシグナル伝達するscFv-CARについて、その認識特異性を検討し、安全性を検討してゆく予定であるが、今回浮かびあがった課題についても解決の方法を検討することを考えている。具体的には、ポリクローンのscFv-CARをヒトPBMCに導入して、標的細胞と共培養し、正常に強く反応するクローンを選択する方法の確立である。ペプチドパルスのAPC細胞、および内在性にがん抗原を発現している標的細胞のような、細胞発現のpMHCを使用したスクリーン方法を確立することは成功した。また、Jurkat細胞にscFv-CARを導入したのち、蛍光標識pMHCを使用して、認識の強いscFv-CARを選択する方法も確立できた。免疫学及び分子生物学得られた複数のscFv-CARについては、今後以下の方法で有効性と安全性を検討する予定である。1手持ちのペプチドをAPCにパルスし、scFv-CAR T細胞を反応させ、認識特異性についての検討を行う。

2標的ペプチドについて、濃度をふって反応性を検討し、反応のIC50を決める。3標的pMHCのペプチドについてアラニン置換ペプチドを設計し、これをAPCにパルスして、CAR-T細胞の反応性を検討して認識エピトープを明らかにし、その情報を基にBLAST検索を行ってoff-target候補を選び、それをペプチド設計してAPCにパルスして、scFv-CAR T細胞の認識を調べる。4細胞傷害性が十分あるか、反応は特異的かどうかについて、複数の標的細胞を準備して検討を行う。5担癌モデルを準備し、scFv-CAR T cell輸注によるがん抑制作用を検討する。また、これまでの研究で、scFv-CAR T cellを選択するにあたって、T cellシグナルを指標にした選択システムを開発することが重要であることがわかった。平成29年度はそれにも取り組む予定である。
爆燃波駆動衝撃波から爆轟波への遷移に関する動力学的研究

現在、反応性混合気中に高速飛翔体を入射させ、その気体の燃焼を誘起するのに十分な強い衝撃波を発生させてデトネーション波の生成を行っている。飛翔体は、ポリカーボネート製で半頂角40°の円錐頭を持つ直径15mmの円柱で、約10gである。この飛翔体を火薬銃で8km/sまで加速して、水素・酸素混合気または水素・酸素・窒素混合気注入されたチャンバーに入射させる。そして、この様子を高速度ビデオカメラで撮影した。低反応性混合気では飛翔体は非反応性混合気と似た衝撃波を発生させ、遅れて反応性気体の燃焼を誘起するが、デトネーション波は観測されない。飛翔体背後の乱流領域を広くして混合気反応性を高めると、混合気は早く収束する。飛翔体で発生させたその先端に接するデトネーション波は、飛翔体後方の膨張域では非反応性衝撃波と離脱した燃焼域に分離される。最終的には、混合気の反応性が一定の範囲に達すれば飛翔体の前方に接した斜めデトネーションが発生する。この実験では、異なった速度の飛翔体でこの現象を観測し、斜めデトネーションの角度から平均速度を決め、計算したCJ速度と比較した。その結果、斜めデトネーションの角度から求めた平均速度と計算で得られたCJ速度の違いは3%以下であった。飛翔体前方のデトネーションは、持続することはできないが飛翔体を押す。この領域でデトネーションの角度が変化し、強いデトネーションが観測された。そのため、この研究の次の段階は、飛翔体背後の乱れた領域の飛翔体先端と一定の角度を持つその乱れた領域においての角度変化を計測するために、飛翔体周辺の領域を拡大して観察することである。また、デトネーション波の持続領域におけるデトネーションセル構造の大きさを測定、明らかに衝撃波と燃焼領域が分けられているクエンチングデトネーションの間の遅れた燃焼現象を斜めデトネーション波になるまでの過程を長時間観測する。爆轟波の構造は従来からデトネーション管や、他の類似した装置を使って研究されてきた。爆轟の前方は、斜め及び垂直方向の衝撃波により構成され、3次元の細胞構造に似た構造で相互作用している。典型的なセルサイズ(λ)は、爆轟が伝播する可燃性混合物の化学誘導の長さ(Li)に比例している(λ=kLi)。壁面の効果を除去するために,3D円錐形の爆轟の構造を研究することにした。この爆発波はデトネーションチャンバーに打ち込まれる高速のプロジェクタイルによって発生される。この研究で使用される反応混合物は化学量論的な組成のH_2/O_2である。この研究のために,内径290mmで330mmの観測窓が備え付けられているデトネーションチャンバーを設計し組み立てた。視覚化はホログラフィー干渉計法によって行われる。プロジェクタイル慣入及び排出はチャンバーの両側に置かれているマイラーダイヤフラムを通じて行われる。チャンバー全体は閉鎖されたタンクの真空下の置かれ、可燃性の混合物の供給は最高の安全レベルで、遠隔制御された弁によって提供される。チャンバーを横切る,内径15mm,約5gの重量を持つ金属製のプロジェクタイルは8km/sの出力速度を持つように、二段式軽ガス銃を作動した。速度の正確さは約1%であった。H_2/O_2混合物の代りに空気で満たされているチャンバーで試験を行った。実験装置は現在H_2/O_2で作動出来るよう準備している。実験と平行してプロジェクタイルの最適の幾何学的な変数を定めるために、爆轟のシミュレーションを行っている。プロジェクタイルの角度と速度は発生する爆轟の性質を決定する。明らかなセル構造を形作る機会を最大にするため、爆轟の領域はChapmann-Jouguetの領域に出来る限り近づけている。プロジェクタイルの速度を変えることにより、セル構造は小さく観察されるであろう。対応するLiを定めるために、衝撃波と燃焼領域の末端の間の1次元爆発の構造を決定した。次にそれを円錐爆轟波の終局におけるセル構造と比較する予定である。この実験は将来的に三次元のデトネーション構造への研究、特に、初期爆薬に含まれる非可燃性粒子によって引き起こされる円錐型衝撃波の影響の研究に拡張される予定である。

この実験では、異なった速度の飛翔体でこの現象を観測し、斜めデトネーションの角度から平均速度を決め、計算したCJ速度と比較した。その結果、斜めデトネーションの角度から求めた平均速度と計算で得られたCJ速度の違いは3%以下であった。飛翔体前方のデトネーションは、持続することはできないが飛翔体を押す。この領域でデトネーションの角度が変化し、強いデトネーションが観測された。そのため、この研究の次の段階は、飛翔体背後の乱れた領域の飛翔体先端と一定の角度を持つその乱れた領域においての角度変化を計測するために、飛翔体周辺の領域を拡大して観察することである。また、デトネーション波の持続領域におけるデトネーションセル構造の大きさを測定、明らかに衝撃波と燃焼領域が分けられているクエンチングデトネーションの間の遅れた燃焼現象を斜めデトネーション波になるまでの過程を長時間観測する。
自発的界面張力変動が生じる物質の特定および本現象の解明

本研究テーマは、自発的界面張力変動が生じる物質の特定を、本変動現象の解明と共に行うことである。本研究の大きな成果として、(1)飽和ヨウ化カリウム・ヨウ素ニトロベンゼン溶液/カチオン性界面活性剤水溶液系の、クロロベンゼン添加による自発界面変動現象が解明(2)飽和NaClおよびZnCl2ニトロベンゼン溶液/1mMトリメチルステアリルアンモニウムクロリド水溶液系、すなわちヨウ素を使わない系での自発変動の発見の2つがある。本研究課題を通じてヨウ素系・非ヨウ素系双方の変動機構が解明できた結果、ニトロベンゼンやヨウ素を使用しない、無害な材料を利用して活発な自発界面変動現象を得られる可能性が生まれてきた。すなわち、1)水との界面張力が大きく、2)イオン性界面活性剤の対イオンが界面を移動しにくいような油相を選択すればよいことになる。今後は、そのような油相を系統的に調査するとともに、その結果得られた力学エネルギーを電気エネルギーに変換する系の構築に取り組みたいと考えている。申請者は近年、油水界面の自発的な張力変動を利用して誘導電流を発生させ、2007年9月14日のフジサンケイビジネスアイ一面を「せっけん水で脱温暖化」と飾るなど注目を集めた。しかしながら、本現象の実用化は材料学的視点からも程遠い。そこで本年度は(1)温度による張力変動現象変化の観察、(2)構成物質(具体的にはニトロベンゼンならびにクロロベンゼン)による変動速度の違いに対する考察をおこなった。結果として、温度を上昇させたことで、今までの室温での測定に比べて自発運動が生じる確率は大きく向上し、安定した自発運動が確認出来た。55°C以上の測定に関して再現率は100%であった。また全体な傾向として温度上昇に伴って角速度が増大しているという結果を得た。さらに、クロロベンゼン混入による変動現象の活性化を発見し、本現象の解明のために溶解度測定ならびに動的界面張力測定を行った。溶解度測定実験の結果よりSTA+はクロロベンゼンには良く溶け、ニトロベンゼンには溶けにくいことが確認された。そのため、ニトロベンゼン高濃度下ではSTA-Iが水相側にゲルとなって生じたと考えられる。一方、クロロベンゼン高濃度下では、STA+の油相への移動速度が速いために界面でのSTA-Iの生成がされず、可視サイズのゲルは生じなかったのではないかと推察する。なお、これらの成果は国際学会ポスター発表2件、国内学会口頭発表1件、ポスター発表1件にて報告した。〈内容〉本研究テーマは、自発的界面張力変動が生じる物質の特定を、本変動現象の解明と共に行うことである。今年度の大きな発見として、1)飽和NaClおよびZnCl_2ニトロベンゼン溶液+1mMトリメチルステアリルアンモニウムクロリド水溶液系、すなわちヨウ素を使わない系での自発変動の発見および、2)高濃度ヨウ素/飽和ヨウ化カリウムクロロベンゼン溶液+1mMトリメチルステアリルアンモニウムクロリド水溶液、すなわちニトロベンゼンを使わない系での自発運動の発見、が挙げられる(いずれも未発表データ)。〈意義〉これらの結果は、まず毒劇物のヨウ素・ニトロベンゼンを使用しない自発運動系の構築という点で大きな意義を持つ。さらに本結果は、本自発運動が生じるに当たり、1)油相中の金属イオンの還元能力、2)油相中のヨウ素イオンによる還元能力、の二つが重要な役割を果たすことも示した。具体的には、油水界面に配列したカチオン性界面活性剤の界面からの脱着にあたり、油相に還元性が必要であることが示された。〈重要性〉これらの結果は、本研究テーマの課題である、自発的界面張力変動が生じる物質の特定ならびに本変動現象の解明に大きく近づいたうえで非常に重要であると考える。さらに、ケモメカニカルエネルギー変換効率の向上も期待できる。<内容>本研究テーマは、自発的界面張力変動が生じる物質の特定を、本変動現象の解明と共に行うことである。今年度の大きな発見として、1)飽和NaClおよびZnCl_2ニトロベンゼン溶液+1mMトリメチルステアリルアンモニウムクロリド

水溶液系、すなわちヨウ素を使わない系での自発変動の発見および、2)高濃度ヨウ素/飽和ヨウ化カリウムクロロベンゼン溶液+1mMトリメチルステアリルアンモニウムクロリド水溶液、すなわちニトロベンゼンを使わない系での自発運動の発見、が挙げられる。本年度は最終年度として、(1)に関し発現機構を解明し日本化学会で口頭発表を行い、また(2)に関し論文発表を行った。<意義>これらの結果は、まず毒劇物のヨウ素・ニトロベンゼンを使用しない自発運動系の構築という点で大きな意義を持つ。さらに本結果は、本自発運動が生じるに当たり、1)油相中の金属イオンの還元能力、2)油相中のヨウ素イオンによる還元能力、の二つが重要な役割を果たすことも示した。具体的には、油水界面に配列したカチオン性界面活性剤の界面からの脱着にあたり、油相に還元性が必要であることが示された。<重要性>本研究課題を通じてヨウ素系・非ヨウ素系双方の変動機構が解明できたため、ニトロベンゼンやヨウ素を使用しない、無害な材料を利用して活発な自発界面変動現象を得られる可能性が生まれてきた。すなわち、1)水との界面張力が大きく、2)イオン性界面活性剤の対イオンが界面を移動しにくいような油相を選択すればよいことになる。今後は、そのような油相を系統的に調査するとともに、その結果得られた力学エネルギーを電気エネルギーに変換する系の構築に取り組みたいと考えている。
２重スピン・アイソスピン励起状態の理論的研究

本研究では、2重電荷交換反応により明らかになる、2重アイソスピン相似状態、2重ガモフ・テラー励起や2重スピン双極子励起状態などのスピンーアイソスピン励起を理論的に研究した。微視的理論として、ハートリ・フォック・ボゴリュウボフ(HFB)理論及び準粒子乱雑位相近似(QRPA)模型を基に、2重電荷交換反応で観測されうる集団励起状態を記述する理論的枠組みを構築した。また2重巨大ガモフテラー励起及び2重巨大スピン双極子型励起を統一的に扱うことにより、零ニュートリノ型2重β崩壊の定量的分析を確立することを目指した。τ-/+型2重電荷交換反応に於ける2重スピン・アイソスピン励起状態の研究とアイソスピン5重項の対称性の検証に関しては、τ-/+型1重電荷交換反応によるスピン・アイソスピン励起状態を、N=Z近傍核で行った。陽子非弾性散乱で得られるスピン型磁気双極子遷移とτー型励起の遷移強度を比べることにより、アイソスピン対称性を検証した。τ+型2重電荷交換は、( 18O,18Ne), (8He,8Be),(14C,140)反応で可能であり2重スピン・アイソスピン励起状態の観測が期待される。τー型とτ+型の1重及び2重スピン・アイソスピン励起状態の比較により、アイソスピン5重項の対称性の検証が可能になる。実験的には今後の測定が計画されているが、我々は、自己無撞着なHFB+CXQRPA理論にテンソル力及び陽子中性子対相関を組み入れ新しい方の集団運動状態及び新しい相関の検証した。また2重アイソスピン相似状態への荷電非対称力、荷電非独立力の効果の検証可能性をしめした。この中で2重アイソスピン相似状態には、これらの力の効果が重要であることを指摘し、実験との協力的な作業によりアイソスピン対称性の新しい次元を確立することを可能にした。2重電荷交換反応(Double Charge Exchange Reaction, DCEX)は、1970年代からパイオンを用いた2重荷電が行われてきた。その中で、2重アイソスピン相似状態や2重双極子型巨大共鳴などが明らかにされている。一方、近年の不安定ビームや重イオンを用いる加速器技術や測定器技術の大きな進歩により2重電荷交換反応の精度の良い観測可能性が大きく開かれた。特に、重イオンビームを用いた反応により、最近2重ガモフーテラー励起状態やテトラニュートロン状態の観測が報告されている。一方、2重電荷交換反応によって明らかにされる物理を探る理論的枠組みは、核反応理論も核構造もまだほとんど手つかずの状態である。本研究では、2重電荷交換反応により明らかになる、2重アイソスピン相似状態、2重ガモフーテラー励起や2重スピン双極子励起状態などのスピンーアイソスピン励起を理論的な研究を目的とする。2重電荷交換反応により集団励起状態の様々な新しいモードが観測されつつあり、原子核構造及び反応理論の発展が必要になっている。微視的理論として、対相関も取り入れたエネルギー密度関数を用いた平均場近似としてハートリーフォックーボゴリュウボフ(HFB)理論及び準粒子乱雑位相近似(QRPA)模型を基に、2重電荷交換反応で観測されうる集団励起状態を記述する理論的枠組みを構築している。平成28年度は、2重電荷交換反応で励起される状態を記述するプログラム作成に取り組んだ。また、上記の微視的計算で検証される集団運動状態の和則を様々の原子核で検討し、2重荷電反応のユニット断面積の確定の可能性に言及した。平成28年度は2重電荷交換反応励起状態へのQRPAモデルの計算機アルゴリズムおよびプログラムの作成に取り組んだ。対相関を取り入れた自己無撞着(self-consistent)なHFBプログラムを基礎に、2重電荷交換反応に応用可能なQRPA及びCXQRPAコードを作成する。この研究には、Skyrme型エネルギー密度関数に基づくHFB、QRPAのプログラムおよび数値計算のが必要である。この研究は、微視的理論に基づくモデルを構築しQRPAのプログラム作成を進めた。2重電荷交換反応励起状態計算コードの2重スピンアイソスピン励起状態への応用として、2重電荷交換反応励起状態プログラムを、まず2重閉殻の48Caに応用し、対相関のない原子核での2重アイソスピン相似状態に対するプログラムの有効性を確立した。さらにこの原子核で、2重ガモフーテラー励起及び2重スピン双極子励起を計算し、2重巨大共鳴の存在を探り、最近得られた2重電荷交換反応の実験と比較しつつある。さらに、中性子開核であるSn同位体に応用する準備を進めている。その中で、対相関の役割及び重い原子核での集団励起機構を探理、5重項の対称性を研究する準備を進めた。当該年度の研究では、2重電荷交換反応により励起される2重スピン-アイソスピン依存励起状態を記述するためのHF理論及び電荷交換型及び電荷交換なしの乱雑位相近似(CXRPA,non-CXRPA)模型、さらにそれを発展させた対相関を取り入れた電荷交換型及び電荷交換なしの準粒子乱雑位相近似(CXQRPA,non-CXQRPA)模型に基ずく、理論枠組みを構築し高速計算機用アルゴリズム及びプログラム作成を行って来た。この汎用性の高いプログラム開発により、様々な原子核の2重スピン-アイソスピン励起すなわち、2重ガモフ-テラー励起及びスピン双極子型励起巨大共鳴を予言することを目指している。

また、理研やイタリアのINFNの実験グループとの共同研究を行い、具体的は実験的な提案をも視野に入れている。この自己無撞着な理論計算プログラムに2体クーロン力も組み入れることによりアイソスピン多重項の対称性を探る枠組みにも取り組んでいる。また、アイソスカラー型スピン3重項対相関及ぶテンソル相互作用もQRPAプログラムに組み入れる取り組みを進めた。2重スピン-アイソスピン励起状態の実験で得られる定量的な遷移確率を与えるには、このような相関が重要である。さらに、対相関相互作用を取り入れたSkyrme型エネルギー密度関数を用いたHFBおよびQRPAプログラムに、粒子ー振動結合効果(PVC)を取り入れたプログラムを開発する理論的な枠組みを構築した。2重電荷交換反応励起状態プログラムを、まず2重閉殻の48Caに応用した。すなわち対相関のない原子核での2重アイソスピン相似状態に応用し、プログラムの有効性を確立する予備的な計算が終了した。さらにこの原子核で、2重ガモフ-テラー励起及び2重スピン双極子励起を計算し、2重巨大共鳴の存在を探り、最近得られた2重電荷交換反応の実験と比較して、理論計算の信頼性を検討した。さらに中性子開核であるSn同位体に応用するために、対相関を入れた準粒子RPAの開発を始めており、アルゴリズムの構築および計算機コードの構築に取り組んでいる。近年N=Z近傍核のスピン-アイソスピン励起状態へのアイソスカラー型スピン3重項対相関とテンソル力の重要性が指摘されており、2重β崩壊への影響も大きいことが知られている。平成28年度開発したアイソベクトル型対相関を取り入れた2重電荷交換反応励起状態計算コードにこのアイソスカラー型対相関及ぶテンソル相互作用を組み入れた。その計算コードにより、2重ガモフ-テラー励起及び2重スピン双極子励起へのアイソスカラー型対相関の効果、またアイソベクトル対相関との競合やテンソル力との共存過程を調べることも進めた。本研究では、2重電荷交換反応により明らかになる、2重アイソスピン相似状態、2重ガモフ・テラー励起や2重スピン双極子励起状態などのスピンーアイソスピン励起を理論的に研究した。微視的理論として、ハートリ・フォック・ボゴリュウボフ(HFB)理論及び準粒子乱雑位相近似(QRPA)模型を基に、2重電荷交換反応で観測されうる集団励起状態を記述する理論的枠組みを構築した。また2重巨大ガモフテラー励起及び2重巨大スピン双極子型励起を統一的に扱うことにより、零ニュートリノ型2重β崩壊の定量的分析を確立することを目指した。τ-/+型2重電荷交換反応に於ける2重スピン・アイソスピン励起状態の研究とアイソスピン5重項の対称性の検証に関しては、τ-/+型1重電荷交換反応によるスピン・アイソスピン励起状態を、N=Z近傍核で行った。陽子非弾性散乱で得られるスピン型磁気双極子遷移とτー型励起の遷移強度を比べることにより、アイソスピン対称性を検証した。τ+型2重電荷交換は、( 18O,18Ne), (8He,8Be),(14C,140)反応で可能であり2重スピン・アイソスピン励起状態の観測が期待される。τー型とτ+型の1重及び2重スピン・アイソスピン励起状態の比較により、アイソスピン5重項の対称性の検証が可能になる。
一体型多機能光ファイバセンサの創生と複合材料硬化モニタリングへの適用

本研究では,FBGひずみセンサと硬化度測定用の屈折率センサの二種類の光ファイバセンサを組み合わせて,樹脂成形モニタリング用の一体型多機能光ファイバセンサシステムの開発を行った.そのシステムをFRPの成形モニタリングに応用した.その結果,FRPの硬化度と残留ひずみ発生プロセスの定量的な測定が可能であることを示した.さらに,樹脂の軟化や流動,ボイドの発生の観測も可能であることが分かった。複合材料成形部品の大型化および複雑化に対応するため,成形中の材料内部の物性変化をリアルタイムで測定が可能な光ファイバを用いた成形モニタリング手法が着目されている.しかし手法によって温度依存性や硬化段階における測定安定性などの特徴が異なる.そこで本研究では,複数のセンサを組み合わせてそれらの欠点を相互に補完した統合センサシステムの開発を試みる.平成22年度では,「センサ要素の開発」として,「FBG温度・ひずみセンサ」と「屈折率センサ」のセンサの開発を行い,「ラマン分光センサ」についての基礎的な検討を行ってきた.「FBG温度・ひずみセンサ」に関しては,新たにセンサシステムを構築するため,ファブリー・ペロー可変フィルタを用いた測定システムの構築を中心に研究を行った.その結果として複数のFBGからひずみと温度を測定するための波長スペクトルの取得が可能となり,引き続きその高精度化を保証するために改良を行っていく.「屈折率センサ」に関してはシステムを一新する必要があり,新たにシステムの構築を行ってきた.平成22年度で測定システムがほぼ完成した.これら二つのセンサを組み合わせた測定システムを平成23年度に確立するため,ひずみ・硬化度同時測定センサ・およびシステムの開発を行う.「光ファイバを用いたラマン分光法」に関しては,装置の不調もあり得られた光量が微小であり,センサ要素としてはまだ十分な成果を得られていない.平成23年度においては,散乱光を効率よく集めるためのピックアップ光ファイバプローブの改良を中心に,工夫を行っていく.以上の研究成果は平成22年度中ではまだ公表に十分値する進展であるとは言えないが,年度終了時に有る程度成果がまとまりつつあり,平成23年度では積極的に公表を進めていく予定である.本年度は,「FBGセンサ」と「屈折率センサ」を用いたFRP成形への適用に関する基礎研究と,FBGセンサと屈折率センサを統合したセンサシステムの開発,そして「ラマン分光センサ」についての基礎的な検討を行った.FBGひずみセンサについては,樹脂の二段階加熱硬化成形における硬化ひずみ測定に応用して,最終的な硬化温度が同じであるにもかかわらず,硬化温度パターンによって最終的に生じる残留ひずみが大きく異なるメカニズムを実験的・理論的に明らかにした.また,屈折率センサを,プリプレグを用いたFRP積層板成形のモニタリングに適用することで,硬化度の定量的な測定だけでなく,樹脂のゲル化,加圧による樹脂流動,ボイドの発生と消滅など,FRP成形において重要となる物理量のモニタリングが定性的に可能であることを示した.FBGセンサと屈折率センサを統合したシステムの開発に関しては,波長1300nmと1550nm帯の二種類のバンドを,WDMカプラを用いて結合し,前者を屈折率測定に,後者をひずみ測定に用いたシステムを提案した.これを用いて,片端を屈折率センサとした一本のFBG光ファイバセンサをエポキシ樹脂に埋め込み,樹脂の硬化モニタリングを行うことにより,硬化度と硬化ひずみを同時に測定できることを示した,さらに,開発されたシステムをFRP積層板成形のモニタリングに適用し,FRP成形においても硬化度と硬化ひずみの定量的な同時測定が可能であることを実証した.また,前年に引き続き「ラマン分光センサ」についての基礎的な検討を行ったが,これに関しては未だセンサの基礎能力が不十分であり,本研究で提案するシステムへの統合は困難であると判断した.しかしながら,当初の目的であるFRPの硬化開始から冷却までの成形モニタリングの実現には,開発した「FBG・屈折率統合センサシステム」が十分な能力を持つと見込んでいる.本研究は,成形モニタリングに適した多機能光ファイバセンサの開発とそのFRP成形への適用を目的として行われた.まず,FBGひずみセンサ,そして硬化度測定用の屈折率センサとラマン分光型センサについて成形モニタリングへの適用性の検討を行った.その結果,成形ひずみの測定にはFBGセンサが,そして硬化度の測定には精度の観点から屈折率センサが適していることが分かった.さらに,二つの光源を用いて一本の光ファイバにFBGセンサと屈折率測定センサを統合し,ひずみと硬化度が同時測定できるセンサシステムを開発した.このシステムを,FRP積層板のホットプレス成形と,織物FRPのVaRTM成形に適用した.その結果,ホットプレス成形の屈折率測定結果からは,硬化度だけでなく,樹脂の軟化とボイドの発生の観測も可能であることが示された.この多機能性はVaRTM成形のモニタリングにおいても発揮され,樹脂注入中のボイドの流動が測定された.また,どちらの成形においても硬化度は低ノイズで測定できることが示された.

FRP積層板のひずみ測定結果からは,樹脂の軟化によるひずみ緩和を確認することができ,それが製造後の残留ひずみに大きな影響を与えることが分かった.織物FRPのひずみ測定結果からは,脱型後のポストキュア過程での加熱成形時のひずみが残留ひずみを生じさせることが分かった.以上より,提案されたセンサシステムによって,FRP成形品の硬化度,硬化ひずみ,樹脂流動,そしてボイドの発生のモニタリングが可能であることが示された.μmオーダーの局所的な測定が可能な本手法は,新たなFRPの開発における成形時の材料状態の観察に大きく役立つことから,学術的な意義だけでなく工業的な意義も高い.さらに,少量の試料を用いた従来の手法と異なり実際の製品サイズで適用可能であり,FRPの製造手法をより高度化に大きく貢献する重要な技術である.FBGセンサによる硬化ひずみ測定システムの開発,および屈折率センサと組み合わせた硬化度・硬化ひずみ測定システムについては「(1)当初の計画以上に進展」し,FRP成形への適用試験を行い,その有効性を実証した・しかし,ラマン分光センサの要素については十分な成果を得ることができなかった.そのため全体として「(3)やや遅れている」と評価したが,今後は硬化度・硬化ひずみ測定システムに関する研究に注力する.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は,昨年度に開発された「FBG・屈折率センサ」の能力をさらに向上させるために,光システムの見直しを行う.具体的には,光源の高出力化と受光器の高感度化であり,さらに1550nm帯に屈折率測定用バンドを設ける予定である,また,昨年度に開発したシステムをFRP成形の成形モニタリングに適用し,硬化度・硬化ひずみだけでなくさまざまな有益なデータが得られることが確認されたが,加圧による樹脂流動への影響や,ボイドの発生と消滅のモニタリングに関しては定性的な評価にとどまっている.そこで本年度では,本システムを普遍的に成形に活用するために,センサによって得られたデータと成形中に生じた現象の関係について詳細な検討を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
東西ドイツ統合に伴う財政・租税問題

第1に,統一後のドイツの財政・租税制度がどうなるかという点である。これはさしあたり,三つの局面に分けられる。ひとつは,ドイツ統合は制度面からみれば東ドイツの5州が西ドイツ11州からなる連邦共和国に加入する形をとったので,西ドイツの財政・租税制度が東ドイツに拡大して適用されるという局面である。西ドイツの財政・租税制度はドイツ特有の連邦主義の国家構造を支えるものであることが明らかにされた。ふたつめの局面は,それにもかかわらず,1990年8月31日の第2国家条約(統一条約)において東ドイツの5州に対して各種の例外措置が認められたことである。州相互間の水平均財政調整への不参加等がその例である。これらの例外措置は1994年をもって廃止されることになっている。三つ目の局面は,1991予算年度からどのような手直しが財政・租税面からおこなわれたかということである。これは現在進行中であるから今後も追う必要がある。第2に,地方財政・地方税制の次元でドイツ統合はいかに進行しているかを分析する点である。地方税制が安定し,これに支えられて地方財政(具体的には,毎年度の予算循環)が順調に経過するようになった時,東西ドイツ統合に伴う財政・租税問題が絡結する。なぜなら,財政の資源配分に係わる機能は,地方財政において主として実行されているからである。この見地から,東西ドイツの市町村を対比した財政構造と各種の財政指標の推移が分析された。さらに,地方税の基幹である営業税の改革の進行状況がサーウェイされた。ドイツ統一における財政問題は、1990年8月31日に調印された第2国家条約の第7条で基本的枠組みが定められた。その第7条の基本的考え方は、西ドイツ基本法(憲法)の財政制度を旧東ドイツ地域にも拡大して適用するというものである。ただし、特別規定を設けた。その主たるものは、財政調整に関するものである。第1に売上税の州配分額を東側の新5州に配分する時の特別規定、第2に、西側の10州でおこなっていた水平的財政調整を少くとも1994年までは東の新5州を排除して続行すること等である。ドイツ統一を財政面から象徴するのは、「ドイツ」統一基金であろう。この基金は1990年5月18日の第1国家条約の調印と同時に、西側11州の間で設立に合意をみたものである。要点は、第1に基金の出資は連邦および西側11州が公債発行の形で資金を調達することによりおこなう、第2に、基金の使途は東側の新5州の社会資本整備に充てるというものである。公債の償還は約30年を見込んである。基金の総額は、1150億マルクを予定している。この他の問題としては、東側の新5州の経済復興に関連して企業課税の見直し問題がある。ドイツ企業課税の特徴は、連邦・州の共通税である法人税のほかに、市町村税として営業税が存在することである。営業税は外形課税の要素を残しており、法人利潤がない時にも税負担を負う。ここから、東側の経済復興に参加する企業を中心に営業税の廃止要求が強く出た。ところが、営業税は市町村の基幹税であり、市町村は東の社会資本を整備する主役である。社会資本の整備なくしては、企業活動もおこるいえない。連邦政府も、現在、この解決に苦慮している。ドイツ都市会議が毎年作成する『地方財政報告』により旧東ドイツ市町村の財政状況をみると、支出では人件費の増加が著しい。ところが収入ではドイツ統一基金からの財政援助(経常交付金、投資交付金)の役割が依然として大きく、地方税の収入に占める割合は小さいままである。しかし財政援助は一時的である(予定では1994年度で打切り)。したがって地方税制の確立を急ぐ必要がある。ドイツ地方税制は二本の柱からなる。

ひとつは市町村所得税参与と呼ばれるもので、連邦・州の所得税の15%が市町村に分与される。分与方法は基本的に譲与税であって、市町村間の財政力格差を調整するものではない。もうひとつの柱は営業税である(不動産税の役割が大きかった時期もあったが、現在はそうではない)。営業税は物税であり、外形課税である。営業税はいわゆる源泉地原則(輸入非課税、輸出課税)に基づく課税であって、付加価値税のように輸出に際して税の環付をおこなわない。この点ですでに長い間企業から条本見直しの要求が出ていた。1992年租税改革法はいくつかの改革をおこなったが、営業税については以下の改革をおこなった。(1)営業税のうち収益を課税標準とする営業収益税の基礎控除を引き上げた。(2)基礎控除を控除後の課税収益に対して比例税率にかえて、累退税率(5段階)を適用することにした。(3)いくつかの租税特別措置を改廃した。(4)営業税のうち資本を課税標準とする営業資本税について、課税標準を評価する時、従来の評価法による評価にかえて、税法上の貸借対照表を適用して評価することを認めた。以上により、個人営業者・人的企業(有限会社等)に対して大幅な減税をおこなった。以上の改革は全ドイツ、とりわけ東ドイツ地域での企業活動を支援する。しかし他方で、地方団体の財源を縮小するディレンマももっている。
歪補償低次元量子構造を用いる高性能レーザと新機能光デバイスの研究

本研究では、歪補償低次元量子構造の微細化・高品質化、および高密度化を推進して、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する高性能半導体レーザ、および機能光デバイスのための新しい極微構造を実現することを目的としている。本年度は昨年度実現した歪補償量子細線レーザの室温連続動作寿命試験を行うと共に、量子細線幅の不均一性の評価を行い、以下に挙げる成果を得た。1)電子線リソグラフィー、メタンと水素の混合ガスによるドライエッチングと2回の有機金属気相成長法(トップダウン的手法)によって、量子細線幅23nm、周期80nmの5層歪量子細線レーザ(量子細線幅23nm、周期80nm)の室温連続動作条件下での寿命試験を行い、10,000時間以上経過後も特性劣化が生じないことを確認した。この結果より、本研究で開拓した極微構造形成法は、実用水準の光デバイス作製に有望な低損傷界面を実現できることを明らかにした。2)さらに、極微構造形成を推進し、量子細線幅14nm、周期80nmの5層歪量子細線レーザを実現した。3)極微構造形成プロセスを検討した結果、幅27nmおよび18nmの多層歪量子細線構造において、細線幅の揺らぎ(標準偏差)が±10%以下の高い均一性が得られることを実証した。4)歪量子井戸構造を極微加工して得られる量子細線構造に残留する歪応力を考慮したバンド構造解析を世界で初めて行った。その結果、従来の理論解析では説明できなかった、細線幅に対する遷移エネルギーのブルーシフト量の実験結果を説明できることを明らかにした。5)量子閉じ込め効果による遷移エネルギーの増大を利用して、幅の広い細線状活性層を回折格子周期(240nm)で配置すると共に、幅の狭い量子細線活性層を同様の回折格子周期(240nm)で配置することにより、前者をDFBレーザ領域、後者をDBR領域として用いる分布反射型(DR)レーザを試作し、室温連続動作条件下で低電流(しきい値2.8mA)・高効率(微分量子効率35%/出力端面)・良好な単一モード動作(SMSR=55dB)を達成した。本研究では、歪補償低次元量子構造の微細化・高品質化および高密度化を推進して、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する高性能半導体レーザ、および機能光デバイスのための新しい極微構造を実現することを目的としている。本年度は、主に高品質極微構造形成法を開拓することに主眼を置き、歪補償量子細線レーザの動作特性から量子閉じ込め効果の検証、および量子細線幅の不均一性の評価を行うことを目的として行い、以下に挙げる成果を得た。1)電子線リソグラフィー、メタンと水素の混合ガスによるドライエッチングと2回の有機金属気相成長法によって、周期80mm、幅23mm5層歪量子細線を活性層とする多層歪量子細線レーザを世界で初めて実現した。2)上記レーザの動作特性の温度依存性、およびしきい値以下での自然放出光強度を同構造の量子井戸レーザと比較することにより、この多層歪量子細線レーザの光吸収損失特性は低温域から85°Cまで、量子井戸レーザのそれと同等であること、極微加工界面における非発光再結合速度とキャリア寿命の積は3mm以下であることを明らかにした。