hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
冗長分散型ファイル配置によるバーチャルファイルサーバシステムに関する研究

本研究は,クライアントPC群が持つストレージの余剰領域を利用し,それら全体を組み合わせて1つの仮想ファイルサーバを実現することを目的としている.クライアントPCを組み合わせて使用することによって,クライアントPCの台数が増加するにつれて自動的にストレージ容量や処理能力が向上するという利点を享受することができる.各クライアントPCは完全に自律分散型で動作し,一部のPCの故障によって仮想ファイルサーバシステム全体が停止することがないように配慮しているほか,格納されるファイルは冗長化されており,これらによって耐故障性を高めている.本研究の遂行にあたっては,まず,クライアントPC群を利用した分散バックアップシステムを設計した.これは,バックアップシステムはファイルの保存や取得に対する時間的制約などの性能に対する要求がファイルシステムに比較して緩やかであり,実現が容易であると考えられるためである.次に,バックアッフシステムの実現によって得られた知見を活かしつつ,仮想ファイルサーバの設計と実装を行い,動作を確認した.また,これらと並行して,分散ハッシュテーブルの構成方式について研究を行った.これは,仮想ファイルサーバを構成する各クライアントPCはそれぞれ独立して自律的に動作し,任意の時点で台数が増減する可能性があるため,クライアントPCやファイル配置の管理のためには,分散ハッシュテーブルのような柔軟な方式が有効と考えられるためである.我々の提案した方式は,ネットワーク上の近隣度を考慮した階層化クラスタリングに基づいて分散ハッシュテーブルの構成を行っており,これによってシステム全体としてネットワーク帯域を有効に利用することが可能となっている.本研究は,クライアントPC群が持つストレージの余剰領域を利用し,それら全体を組み合わせて1つの仮想ファイルサーバを実現することを目的としている.クライアントPCを組み合わせて使用することによって,クライアントPCの台数が増加するにつれて自動的にストレージ容量や処理能力が向上するという利点を享受することができる.各クライアントPCは完全に自律分散型で動作し,一部のPCの故障によって仮想ファイルサーバシステム全体が停止することがないように配慮しているほか,格納されるファイルは冗長化されており,これらによって耐故障性を高めている.本研究の遂行にあたっては,まず,クライアントPC群を利用した分散バックアップシステムを設計した.これは,バックアップシステムはファイルの保存や取得に対する時間的制約などの性能に対する要求がファイルシステムに比較して緩やかであり,実現が容易であると考えられるためである.次に,バックアッフシステムの実現によって得られた知見を活かしつつ,仮想ファイルサーバの設計と実装を行い,動作を確認した.また,これらと並行して,分散ハッシュテーブルの構成方式について研究を行った.これは,仮想ファイルサーバを構成する各クライアントPCはそれぞれ独立して自律的に動作し,任意の時点で台数が増減する可能性があるため,クライアントPCやファイル配置の管理のためには,分散ハッシュテーブルのような柔軟な方式が有効と考えられるためである.我々の提案した方式は,ネットワーク上の近隣度を考慮した階層化クラスタリングに基づいて分散ハッシュテーブルの構成を行っており,これによってシステム全体としてネットワーク帯域を有効に利用することが可能となっている.本年度は,冗長分散型ファイル配置によるバーチャルファイルサーバシステムの実現に向けての第一段階として,(1)冗長分散型ファイル配置を行うバックアップシステムに関する研究,(2)P2P手法によるインターネットノードのクラスタリングに関する研究,の2点に注力した.(1)では,特定のサーバノードなしにネットワーク上の各ノード(PC等の計算機)に分散してファイルをバックアップできるシステムの設計を行っている.このバックアップシステムは,ネットワーク(LAN)に接続されたPC群を対象としており,それらの余剰ディスク領域を利用して相互にバックアップをとることによって,特殊な機器を必要とすることなく容易かつ安価なバックアップを実現している.このシステムは,サーバノードのような特別な位置づけのノードを持たず,各ノードが全く等価な機能を有する分散型となっている.このシステムについては,第67回情報処理学会全国大会において発表を行った(講演番号6W-4).(2)は,冗長分散型ファイル配置によるバーチャルファイルサーバシステム実現の基盤と成り得る研究である.ネットワーク上に分散した多数のノードが互いに通信する環境において,通信コストを下げるためには,通信に局所性を持たせることが必要である.そのためには,距離的に近いノードを識別してクラスタリングすることが有効となる.特殊な役割を持つサーバノードなしにクラスタリングを実現するため,本研究では,ノード間の距離情報のみを利用して自律分散的にネットワーク上のノードをクラスタリングする手法を提案した.本手法については,情報処理学会分散システム/インターネット運用技術研究会において発表を行っている(2004-DSM-35(11)).本年度は,冗長分散型ファイル配置によるバーチャルファイルサーバシステムの設計を行い,中心となる部分を実装して基本的な動作を確認した.設計したファイルシステム(DVFS)は,企業や大学のようにネットワークに接続された多数のPCを有する組織において,各PCの持つストレージの空き領域を活用し,それらを組み合わせて全体として1つのファイルシステムを構成するものである.この際,単一故障点を避け,また,PCの追加や削減に柔軟に対応できるように,このシステムは特定の管理サーバを持たない完全分散型の設計となっている.DVFSでは,ファイルは固定長のブロックに分割して管理されており,各ブロックの複製をいくつか用意して異なるPCに配置することによって耐障害性を高めている.また,ファイルの読み込み時には,複製されたそれぞれのブロックにアクセスを分散することによって負荷分散を図っている.これらのブロックは,ネットワークアクセスのオーバーヘッドを低減するため,アクセス頻度に応じてネットワーク上で動的に再配置される.上記の設計に基づいて,DVFSの基本的な部分についてLinux上に試作実装を行った.現在のところ,ほとんどチューニングが行われていないために動作速度は遅くなっているが,基本的なファイルアクセスについての動作が確認できている.

なお,DVFSの設計の概要については,第68回情報処理学会全国大会において発表を行った(講演番号2S-5アクセス頻度によってデータを再配置するサーバレス分散ファイルシステム).本年度は、冗長分散型ファイル配置によるバーチャルファイルサーバシステムにおけるファイル配置の基礎技術となる分散ハッシュテーブルについて検討を行い、新たな方式を提案した。この方式は、基本的には、既存の分散ハッシュテーブル技術の一つであるChordをベースとし、それを階層化したものである。この際、一昨年度の研究成果である、ネットワーク距離に基づいたインターネットノードの階層化クラスタリング方式を使用し、そこで得られたクラスタに対応する形でChordリングに相当する構造を階層的に構成している。データの検索に当たっては、このように階層化された構造を持つリングの集合を最内側から順に探索することによって、目的のデータを発見する。一般に内側のリングはネットワーク距離が近いノード同士から構成されているため、より内側のリングにおいてデータを発見することが出来れば、ネットワークを横断的に流れるトラフィックを削減することが可能となる。また、内側のリングにおいてデータが発見できなかった場合は、順次外側のリングへと検索を進めてゆくことになるが、仮に一番外側のリングまでデータが発見できなかったとしても、Chordと比較して大幅に検索を高速化することができる。なぜならば、我々の提案する方式は、できるだけネットワーク距離が近いノード間において通信を行おうとする性質があるため、検索の過程においてネットワーク的に遠距離のノードへの通信が占める割合が相対的に少なくなるからである。このことを確認するために、基本的なモデルに基づいて定式化による評価を行い、非常に良好な結果を得た。なお、本研究成果については、情報処理学会第69回全国大会において発表を行っている(講演番号3T-5「インターネット上の距離に基づいた階層的クラスタを活用した分散ハッシュテーブル」)。
ゼロパワー磁気浮上機構を利用した除振装置の開発

(1)3自由度アクティブ除振装置の試作......試作した装置は,除振テーブル,中間台,中間台を支持するばね,ベースから構成し,中間台には除振テーブルを磁気浮上支持するための電磁石及び変位センサを取付けた.除振テーブルの電磁石の吸引力が作用する箇所は,強磁性体にゼロパワー浮上用の永久磁石を組込んだ構造とした.(2)除振性能評価......ゼロパワー制御系を実現し,地動外乱に対する振動絶縁特性や,直動外乱に対する制振性能を評価した.また,ダンパの減衰係数などの大きさが除振性能に対する影響を評価した.(3)6自由度除振実験装置の試作......除振テーブルの持つ6自由度の運動をすべて提案する方式で除振する装置の設計・試作を行った.水平方向には重力が作用しないので,1自由度に対して一対の電磁石がお互いに引き合うように動作する差動構造とする必要がある.一方で,除振テーブルの重量を支持する必要がないので,鉛直方向のものより磁石を小型化することができる.これらのことを考慮して,除振装置の設計を行った.(4)除振制御系の設計と性能評価......ゼロパワー制御系を実装し,それぞれの自由度についての除振性能を実験的に調べた.(5)ユニット形除振装置の設計・試作......支持機構部をユニット化し,従来の除振装置における空気ばねのように,一つの構成部品として扱うことができる除振ユニットの設計・試作を行った.(6)ユニット形除振装置の性能評価......試作した除振ユニットを複数個組み合わせることによって,多自由度のアクティブ除振制御を実現し,その性能を評価した.(1)3自由度アクティブ除振装置の試作......試作した装置は,除振テーブル,中間台,中間台を支持するばね,ベースから構成し,中間台には除振テーブルを磁気浮上支持するための電磁石及び変位センサを取付けた.除振テーブルの電磁石の吸引力が作用する箇所は,強磁性体にゼロパワー浮上用の永久磁石を組込んだ構造とした.(2)除振性能評価......ゼロパワー制御系を実現し,地動外乱に対する振動絶縁特性や,直動外乱に対する制振性能を評価した.また,ダンパの減衰係数などの大きさが除振性能に対する影響を評価した.(3)6自由度除振実験装置の試作......除振テーブルの持つ6自由度の運動をすべて提案する方式で除振する装置の設計・試作を行った.水平方向には重力が作用しないので,1自由度に対して一対の電磁石がお互いに引き合うように動作する差動構造とする必要がある.一方で,除振テーブルの重量を支持する必要がないので,鉛直方向のものより磁石を小型化することができる.これらのことを考慮して,除振装置の設計を行った.(4)除振制御系の設計と性能評価......ゼロパワー制御系を実装し,それぞれの自由度についての除振性能を実験的に調べた.(5)ユニット形除振装置の設計・試作......支持機構部をユニット化し,従来の除振装置における空気ばねのように,一つの構成部品として扱うことができる除振ユニットの設計・試作を行った.(6)ユニット形除振装置の性能評価......試作した除振ユニットを複数個組み合わせることによって,多自由度のアクティブ除振制御を実現し,その性能を評価した.開発する除振装置の機構設計や制御系の最適化について,提案する方式が最も効果的であると予測される鉛直方向の除振に焦点を絞って検討するために,3自由度アクティブ除振装置を試作し,実験的検討を行った.(1)3自由度アクティブ除振装置の設計・試作......試作した装置は,除振テーブル,中間台,中間台を支持するばね,ベースから構成し,中間台には除振テーブルを磁気浮上支持するための電磁石及び変位センサを取付けた.除振テーブルの電磁石の吸引力が作用する箇所は,強磁性体にゼロパワー浮上用の永久磁石を組込んだ構造とした.また,共振を抑制するため,ばねと並列にダンパー用の電磁石を設置した.開発する除振装置では,中間台の質量を大きくすると振動絶縁特性が向上し,ゼロパワー制御系も設計しやすくなるが,反面,装置全体の質量が増大してしまう.本研究では,中間台質量の振動絶縁特性および除振性能に対する影響を調べるため,中間台の質量を変えられるようにした.また,現状の除振装置では,除振テーブル上に搭載された機器の移動が引き起こす除振テーブルの揺れが大きな問題となっている.このような直動外乱に対する制振性能を調べるため,試作する装置の除振テーブル上には,XYステージを搭載した.(2)ゼロパワー制御系の設計......中間台から除振テーブルを支持する磁気浮上機構の制御系設計を行った.制御系は,定常的なコイル電流が零に収束するというゼロパワー特性を実現するとともに,過渡状態においても十分な制振性能を持つように,極配置法を用いて設計した.(3)除振性能評価......(2)で設計した制御系を実現し,地動外乱に対する振動絶縁特性や,直動外乱に対する制振性能を評価した.また,ダンパの減衰係数などの大きさが除振性能に対する影響を評価した.開発する除振装置の実用化を進めるために,応用分野がもっとも広いと予測される

6自由度アクティブ除振装置の設計・製作を行い,実験的検討を行った.(1)ゼロパワー制御系の検討......昨年度試作した3自由度アクティブ除振装置を用いて,中間台から除振テーブルを支持する磁気浮上機構の制御系について検討を行った.特に,過渡状態においても十分な制振性能を持つようにするため,極配置の仕方について検討した.また,除振テーブル上の搭載機器は同じパターンの運動を繰返す場合が多いので,これによって生じる直動外乱を予め計測しておいて,その情報を積極的に利用するフィードフォワード制御の導入についても検討した.(2)6自由度除振実験装置の設計・試作......昨年度の研究を踏まえて,除振テーブルの持つ6自由度の運動をすべて提案する方式で除振する装置の設計・試作を行った.水平方向には重力が作用しないので,1自由度に対して一対の電磁石がお互いに引き合うように動作する差動構造とする必要がある.一方で,除振テーブルの重量を支持する必要がないので,鉛直方向のものより磁石を小型化することができる.これらのことを考慮して,除振装置の設計を行った.(3)ゼロパワー制御系の設計......垂直方向の3自由度について,モード別にコントローラを設計する集中制御方式を採用して,ゼロパワー磁気浮上を実現した.さらに,そのときの静特性やステップ応答・周波数応答などの動特性の測定を行った.(4)除振制御系の設計と性能評価......(3)で得られた制御系を実装し,それぞれの自由度についての除振性能を実験的に調べた.(1)6自由度除振制御系の検討昨年度試作した6自由度除振実験装置を用いて,除振テーブルの持つ6自由度の運動をすべて提案する方式で除振する場合の制御系について理論的・実験的な検討を行った.(2)ユニット形除振装置の設計・試作提案する方式の除振装置の実用化を促進するため,支持機構部をユニット化し,従来の除振装置における空気ばねのように,一つの構成部品として扱うことができる除振ユニットの設計・試作を行った.除振ユニットは,ベース,中間台,除振テーブルを構成要素としており,空気静圧リニアガイドを用いて,中間台および除振テーブルの運動を垂直方向の1自由度の並進運動に拘束した.中間台は,ベースからコイルばねによって支持した.さらに減衰特性及び剛性を調整するために,電磁石を機械式ばねと並列に設置した.また,除振テーブルの運動は,中間台に取付けたゼロパワー磁気浮上用の磁石によって制御する構造とした.(3)ユニット形除振装置の性能評価最初に,試作したユニット形除振装置において,負の剛性を実現した.つぎに負の剛性の大きさと中間台を支持する正の剛性の大きさとをほぼ等しく設定することによって,直動外乱に対して高い剛性を持っ支持機構が実現できることを実証した.さらに,試作した除振ユニットを複数個組み合わせることによって,多自由度のアクティブ除振制御を実現し,その性能を評価した.(4)研究成果の普及研究成果を国内外の学会で発表し,研究成果の普及を図った.
英領ジャマイカの4砂糖農園における黒人奴隷人口の比較研究

19世紀第一四半期の英領ジャマイカ4砂糖農園における奴隷の出生と死亡の季節的変動を検討した。結果として死亡数は、4農園に共通して共通して、概ねピークが69月でボトムが13月というパタンを示すことが分かった。死亡については、年初の労働集中よりも寧ろ気象的条件の厳しさの方が大きく作用した。もちろん死亡数の水準は農園ごとに異なり、これは農園の奴隷管理のあり方の相違が作用していよう。対して出生の方は有意な季節変動パタンは見出し難い。気象条件が厳しい時期や労働集中期に出生が低下する農園がある一方、出生数が年を通してほとんど変動しない例やピークがそれら出生には不適な時期に来る例も見い出された。平成26年度は実施計画では(1)文献調査と最新の研究動向の確認、(2)資料調査を実施する予定だった。(1)では、黒人奴隷の労働、家族生活・出生と死亡に関する文献10点、奴隷反乱に関する文献3点、砂糖農園主とその経営に関する文献4点、大西洋貿易に関する文献3点、その他10点を収集・調査できた。南北アメリカ近世史研究において、黒人奴隷の人口・家族研究がその中心的テーマのひとつとしてますます深められていることが分かった。それらの成果の中では、とくに農園労働や農園奴隷社会階層制における奴隷男女の関係の解明や、奴隷制廃止(1834年)以降のジャマイカ黒人社会の問題(家族形成上の支障・出生力停滞・人口停滞)が注目される。(2)では、ロンドンのイギリス国立公文書館で資料調査を実施した。やはり実施計画に沿って黒人奴隷の人口・家族研究における基本史料と位置付けられている「奴隷登録簿」の調査と関連頁のゼロックスコピーの取得を実施した。計画では、英領ジャマイカで1817年から1832年までに6回実施された奴隷登録記録を、砂糖農園主ジョン・ソープ所有の6砂糖農園を軸に、それと比較するために4農園を調査することになっていた。このたびの調査では、必要箇所のコピー取得とそれらのファイリングとを完了することができた。そして名寄せによる史料連結分析の準備のため、記載されている奴隷一人ひとりについてカード化作業を進めている。この作業は1817年の第1回調査分について完了した。その結果、欧米の研究でも指摘されていないことではあるが、備考欄に少なからず母親の名が記されていることに気が付き、奴隷の母子関係を通して、彼らの出生行動について有力なデータが作成できることが期待される。その他、農園ごとに現地生まれのクレオールとアフリカ生まれの者との比率が大いに異なることも分かった。文献研究として、西インド諸島プランテーションと奴隷制に関する英文研究書30冊、ならびに学術雑誌論稿コピー16編を入手し批判的検討を行った。また原史料調査として2015年8月23日から9月9日まで英国ブリストルに滞在し、ブリストル大学附属Arts&Social SciencesLibraryの特殊資料室(Special Collections)にて調査した。この調査のとくに大きな成果はネイヴィス島の砂糖プランターでブリストル商人だったピニー家文書を見出したこと。欧米の黒人奴隷制研究の多くは、砂糖植民地としては新興地域であるジャマイカを対象としており、より古い植民地リーワード諸島ネイヴィス島の研究は立ち遅れているので、新たな問題提起が期待できたため。滞在中にこの文書の、とくに奴隷の記名データが利用可能な部分の主要部をコピーまたは書写。帰国後それらの分析を行う。ジャマイカの砂糖プランテーションがモノカルチュア経済モデルに近いのに対し、ネイヴィス島のプランテーションでは、奴隷の多くが農園の生産活動以外に振り向けられていた。具体的には、プランターは奴隷にさまざまなスキルを習得させ、彼らを他の農園などに労働派遣し賃料を収取するビジネスを拡大させていたを実態を明らかにすることが出来た。このことがネイヴィス島に特有の条件からするものなのか、他の英領西インド諸島に広く見られた傾向にも関わらず、これまであまり注目されてこなかったことなのかは、今後の課題である。この事実発見の成果は、文献研究の成果と合わせて、2016年6月23日同月25日に米国ニューヨークで開催されるアメリカ農業史学会(AHS)年次大会にて報告予定である。2014年度の資料調査範囲は、ほぼジャマイカ植民地の砂糖プランテーションに限られていた。とくに英植民地当局が作成した「奴隷登録簿」Slave Registers史料コピーの多くを入手でき、その検討を通して奴隷の低出生や高死亡の実態を明らかに出来たことは大きな成果だった。しかし他方2014年度から翌2015年度の文献研究の結果、欧米の研究界は奴隷家族の実態解明に踏み込みつつあることが分かり、とくに史料の利用可能なジャマイカのいくつかのプランテーションについて作業が大きく進んでいることを確認した。そこでこの傾向に対応すべく、本2015年度は、視野を広げジャマイカとは性格の異なる地域について奴隷家族の実態を調査することとした。そこでは奴隷主が単にプランターとしてだけではなく、熟練労働の派遣行に注力しており、それに伴い奴隷集団が細分化され、結果奴隷家族の紐帯の広がりが大きく制限されていたことが分かった。これは当初想定してはいなかった発見事実である。文献研究として西インド諸島奴隷制と大西洋奴隷貿易に関する欧文(英文)学術書13冊とやはり英文学術雑誌論稿23篇のゼロックスコピーを入手し、欧米の最新の研究成果に対して批判的検討を実施した。

平成26年度以来の文献研究を通して、19世紀前半のプランテーション奴隷人口の動態については、マクロ研究すなわち英領西インド全体やジャマイカなどの各島嶼ごとの集計データの検討は驚くほどの進歩を見せているのに対し、ミクロ研究すなわち各農園での名寄せを通しての男女カップリング・出生・死亡研究は未だ追及の余地が大であるとの印象を得た。この認識に立ち、本年度の原史料調査研究は2016年8月9日から同年8月25日まで昨年同様英国ブリストルに滞在し、引き続きブリストル大学附属図書館所蔵の「ピニー家文書」の調査に従事する一方で、オックスフォード大学ボドレー図書館所蔵の「バーラム家文書(The Barham Papers)」の中の特にジャマイカに彼らが所有していたメソポタミア砂糖農園(The Mesopotamia Estate)関連文書の調査を実施した。研究成果の公開については、昨年までの調査研究の成果のうち18世紀末にピニー家がネイヴィス島に所有していたモントラヴァーズ農園の奴隷の家族形成をテーマに、2016年6月24日に国際学会アメリカ農業史学会(Agricultural History Society: AHS)の2016年度年次大会(ニューヨーク市大学New York City College主催)にて発表を実施した。とりわけ18世紀末の当農園の奴隷社会に見出されたプランテーション労働の変動リズムと奴隷の出生の変動リズムとの連関という問題提起に多くの質問・関心が得られた。なお今年度のブリストル大学での「ピニー家文書」再調査の成果は、来る2017年5月27日に社会経済史学会第86回全国大会(慶応義塾大学主催)にて発表することになっている。19世紀第一四半期の英領ジャマイカ4砂糖農園における奴隷の出生と死亡の季節的変動を検討した。結果として死亡数は、4農園に共通して共通して、概ねピークが69月でボトムが13月というパタンを示すことが分かった。死亡については、年初の労働集中よりも寧ろ気象的条件の厳しさの方が大きく作用した。もちろん死亡数の水準は農園ごとに異なり、これは農園の奴隷管理のあり方の相違が作用していよう。対して出生の方は有意な季節変動パタンは見出し難い。気象条件が厳しい時期や労働集中期に出生が低下する農園がある一方、出生数が年を通してほとんど変動しない例やピークがそれら出生には不適な時期に来る例も見い出された。(1)の文献研究では、当該テーマで近年著書として公刊されたものはほぼ網羅できているが、学術雑誌に発表された論稿の調査は完了していない。また1980年代以前の研究文献の調査も不十分である。ただこれらの点はすでに計画に織り込み済みである。(2)の史料調査作業では、黒人奴隷一人ひとりのカード化作業が、完了していない。これまでに1817年の第1回登録については、対象農園すべてについてその作業は完了しているが、第2回(1820年)以後については、これからの課題とせざるを得ない。最終年度である今2016年度では、昨年度のネイヴィス島についての成果を踏まえ、プランターや農園管理者の経営方針が奴隷家族のあり方ににどのような影響を与えるかという視点を加えて、再びジャマイカ植民地の史料調査に取り組む所存である。
Na+/H+交換輸送体制御因子CHPの結晶構造の決定とそれに基づく機能解析

生体イオン環境の制御を担うトランスポータNa^+/M^+交換輸送体(NHE、SLC9ファミリー)は、心疾患や癌の病態の進行にも深く関わることが知られている。私たちは最近、NHEに強固に結合するカルシニュリン様蛋白質、CHP(CHP1およびCHP2)がNHEの活性とその制御に必須であること、またその第二アイソフォームCHP2が癌細胞の速い増殖に関与することを発見した。本研究は、これらのCHPとNHEとの複合体の結晶構造解析を行い、1)CHPがどのような分子基盤でNHEに特異的に結合するのか?2)CHP結合がどのようにNHEの輸送活性を調節するのか?を明らかにする研究をめざした。そのためにまず、CHP2アイソフォームとNHE1側の結合ドメインペプチド(aa503-545)を異なった発現ベクターに導入し、大腸菌から両者の複合体タンパク質を大量に精製する系を作成した。精製タンパク質を用いて結晶化スクリーニングを行い、イットリウム(Y^<3+>)イオン存在下において結晶化する条件を発見し、SPring-8の大型ビームラインを用いて回折データを収集し、2.7Åで構造を解いた(EMBO J)。その結果、CHP2には中央に大きな疎水性に富んだ溝があり、そこにNHE1のCHP結合領域を形成するαヘリックスが疎水性残基の面を向けてみごとに収まっていることが見出された。CHP2は全体で55x47x28Åのサイズを持ち、12個のαヘリックスと4個のβシートを含み、N-lobeとC-lobeの二つの大きなドメインからなる。CHP2にはN-およびC-lobeをつなぐ比較的長いリンカー領域がタンパク質の外に突き出すような構造が存在する。こうした構造は同属の他のタンパク質には存在せず、私たちはCHP-unique (CU)regionと呼んでいる。機能解析により、この領域はNHE1の活性調節に重要であることがわかった。細胞膜を介するCa^<2+>、H^+、Na^+などのイオン輸送を担うトランスポータやチャンネルの機能はあらゆる生命体の生存にとって必須であり、その異常は重篤な疾患を招く。とりわけNa^+/H^+交換輸送体(NHE)は虚血性心疾患や慢性心臓疾患に関与するとされる重要なタンパク質である。私達は最近、NHEに結合するCa^<2+>結合タンパク質の一つ、カルシニュリン様タンパク質CHPがNHEの活性制御に重要であることを発見した。また、CHP2アイソフォームは癌細胞特異的に発現し、癌の速い増殖に関与することを示唆した。本研究は、CHP/NHE複合体の結晶構造ならびに分子の機能を解析し、新しい創薬開発の基盤とすることを目的としている。CHP2とそのNHE1側の結合ドメインを大腸菌で共発現し、大量に精製した。このCHP2/NHE1複合体をY^<3+>イオンの存在下で結晶化することに成功した。SPring8のビームラインを用いて2.8Åの解像度で回折像が得られ、結晶構造を解明した。その結果、CHP2とNHEが極めて特異的に強く相互作用する分子機構が明らかになった。構造に基づく機能解析によってCHPがCa^<2+>センサーではなくNHEのpHセンサーを制御するユニークな機能を有すること明らかにした。現在、変異CHP2、CHP3およびNHEの細胞質ドメイン全体の結晶構造解明に向けて研究を進めている。
DNA損傷・修復能力からみた成長期の女子中学・高校生における運動後のストレス耐性

本研究は、成長期(第二次急伸期直後の14歳18歳)の女子中学・高校生を対象として、持久的運動後のDNA損傷・修復能を基準とした体細胞へのストレス耐性を酸素摂取能力及びエストロゲン濃度の観点から検討することを目的とした。第二次急伸期後の女子中学・高校生(1418歳)及び男子中学・高校生(1418歳:コントロール群)を対象に、1最大運動:自転車エルゴメーターで最高酸素摂取量の測定を実施し、酸素摂取能力(持久的能力)を測定した。2最大下運動:最高酸素摂取量の6065%の運動強度(6065%VO2peak)で60分間の自転車駆動試験を実施し、運動前後で唾液及び尿検体を採取した。女子中学・高校生においては、エストロゲン(17β-estradiol)濃度が異なる卵胞期と黄体期でそれぞれ1回ずつ実施した。尿中8-OHdGの解析結果として、性周期による運動後(運動直後及び24時間後)のDNA損傷・修復能に関する顕著な差は見られなかった。一方、酸素摂取能力とDNA修復能との関連性について、酸素摂取能力が優れているほど、DNA修復能が高い傾向にあった。これらのことから、成長期の体細胞への酸化ストレスについて、中強度の持久的運動においては、酸素摂取能力に優れているほど、DNA損傷と修復能のバランスが保たれること(DNA修復能が高くなること)が推察される。しかしながら、17β-estradiol濃度と酸素摂取能力が共に抗酸化能として機能するかどうかの作用機序については、成長期にどの程度の運動強度・頻度・期間が抗酸化能を高めるかという点に焦点を当て、今後更なる検討が必要になる。
幼若期キンドリングにより獲得されたけいれん準備性の長期維持機構の解明

1.発達期の扁桃核キンドリングにより獲得されたてんかん原性の成熟に伴う変化生後14日,28日,40日および70日齢のラットを用い,扁桃核キンドリングを完成後8週間後に同側あるいは反対側扁桃核の再キンドリングを行った。その結果,初回キンドリングを28日齢以降に施行した場合,1次部位のてんかん原性は維持されていた.一方,2次部位のてんかん原性は,初回キンドリングが40日齢以降に施行された場合のみ維持され,1次部位と2次部位のてんかん原性の維持機構に違いを認めた.2.扁桃核キンドリングに及ぼす新生仔期グルタミン酸Naの影響生後1日目から9日日まで隔日にMSG 4mg/gを投与した群は対照群に比べ,生後14日齢のキンドリング完成に要する刺激回数は有意に少なかった.また,14日齢にキンドリング完成後70日齢に再キンドリングを施行した場合,新生仔期にMSGを投与した群は対象群に比べてキンドリング感性が有意に促進された.3.扁桃核キンドリングに及ぼす胎生期メソトレキセートの影響妊娠14日目にMTXを5mg/gを投与した群は対照群に比べ,生後14日齢のキンドリング完成に要する刺激回数は有意に少なかった.さらに,14日齢でキンドリング完成後,70日齢に再キンドリングを施行した場合,胎生期にMTXを投与した群は対照群に比べてキンドリング完成が有意に促進された.MSGは興奮性アミノ酸系の神経伝達物質で,新生仔期に投与された場合に,神経系の変化をきたし,また葉酸拮抗薬であるMTXを胎生期に投与した場合,同様に神経系に影響を及ぼすことが知られている.今回の研究結果から,胎生期から新生仔期に神経系の発達に影響を及ぼす薬物を暴露された場合,幼若期に獲得されたけいれん準備性は成熟後にも維持されることが示唆された.1.発達期の扁桃核キンドリングにより獲得されたてんかん原性の成熟に伴う変化生後14日,28日,40日および70日齢のラットを用い,扁桃核キンドリングを完成後8週間後に同側あるいは反対側扁桃核の再キンドリングを行った。その結果,初回キンドリングを28日齢以降に施行した場合,1次部位のてんかん原性は維持されていた.一方,2次部位のてんかん原性は,初回キンドリングが40日齢以降に施行された場合のみ維持され,1次部位と2次部位のてんかん原性の維持機構に違いを認めた.2.扁桃核キンドリングに及ぼす新生仔期グルタミン酸Naの影響生後1日目から9日日まで隔日にMSG 4mg/gを投与した群は対照群に比べ,生後14日齢のキンドリング完成に要する刺激回数は有意に少なかった.また,14日齢にキンドリング完成後70日齢に再キンドリングを施行した場合,新生仔期にMSGを投与した群は対象群に比べてキンドリング感性が有意に促進された.3.扁桃核キンドリングに及ぼす胎生期メソトレキセートの影響妊娠14日目にMTXを5mg/gを投与した群は対照群に比べ,生後14日齢のキンドリング完成に要する刺激回数は有意に少なかった.さらに,14日齢でキンドリング完成後,70日齢に再キンドリングを施行した場合,胎生期にMTXを投与した群は対照群に比べてキンドリング完成が有意に促進された.MSGは興奮性アミノ酸系の神経伝達物質で,新生仔期に投与された場合に,神経系の変化をきたし,また葉酸拮抗薬であるMTXを胎生期に投与した場合,同様に神経系に影響を及ぼすことが知られている.今回の研究結果から,胎生期から新生仔期に神経系の発達に影響を及ぼす薬物を暴露された場合,幼若期に獲得されたけいれん準備性は成熟後にも維持されることが示唆された.1.幼若期及び成熟期のけいれん準備性に及ぼす新生仔期グルタミン酸Na投与の影響新生仔期にグルタミン酸Na(MSG)を投与した場合の幼若期及び成熟期のけいれん準備性に及ぼす影響について扁桃核キンドリングラットを用いて検討した。生後1日から9日まで隔日にMSG 4mg/gを皮下投与した群(MSG投与群)と対照群として生食のみを投与した群(生食投与群)について,生後14日齢及び70日齢にキンドリングが完成するまで刺激を行った。14日齢ではMSG投与群が生食投与群に比べて,キンドリングが完成するまでに要する刺激回数が有意に少なかった。しかし,70日齢では両群間に有意な差を認めなかった。以上の結果から,新生仔期のMSG投与は幼若期のけいれん準備性を亢進させるが,成熟期にはその影響が残らないことが示唆された。2.幼若期に獲得されたてんかん原性の維持に及ぼす新生仔期グルタミン酸Na投与の影響幼若期に獲得されたてんかん原性の成熟期に至るまでの維持に及ぼす新生仔期グルタミン酸Na(MSG)投与の影響を扁桃核キンドリングラットを用いて検討した。生後1日から9日まで隔日にMSG4mg/gを皮下投与した群(幼若期MSG群)と対照群として生食のみを投与した群(幼若生食群)を生後14日齢にキンドリングを完成させた。

その後電極を抜去し,成熟期に再度電極を装着し,70日齢で再び同側のキンドリング刺激を行った。同時に,70日齢で初めてキンドリングを完成させたラットを成熟対照群とした。成熟期のキンドリング完成に要する刺激回数は,成熟対照群に比べて,幼若期MSG群では有意に少なかったが,幼若生食群との間には有意な差を認めなかった。以上の結果から,新生仔期のMSG投与は幼若期に獲得されたてんかん原性の長期維持に働くことが示唆された。1.発達期の扁桃核キンドリングにより獲得されたてんかん原性の成熟に伴う変化生後14日,28日,40日および70日齢のラットを用い,扁桃核キンドリングを完成後8週間後に同側あるいは反対側扁桃核の再キンドリングを行った.その結果,初回キンドリングを28日齢以降に施行した場合,1次部位のてんかん原性は維持されていた.一方,2次部位のてんかん原性は,初回キンドリングが40日齢以降に施行された場合のみ維持され,1次部位と2次部位のてんかん原性の維持機構に違いを認めた.実験1を踏まえ,幼若期に獲得されたけいれん準備性の長期維持機構について以下の実験を行った.2.扁桃核キンドリングに及ぼす新生仔期グルタミン酸Naの影響生後1日目から9日目まで隔日にMSG4mg/gを投与した群は対照群に比べ,生後14日齢のキンドリング完成に要する刺激回数は有意に少なかった.また,14日齢にキンドリング完成後70日齢に再キンドリングを施行した場合,新生仔期にMSGを投与した群は対照群に比べてキンドリング完成が有意に促進された.3.扁桃核キンドリングに及ぼす胎生期メソトレキセートの影響妊娠14日目にMTXを5mg/gを投与した群は対照群に比べ,生後14日齢のキンドリング完成に要する刺激回数は有意に少なかった.さらに,14日齢でキンドリング完成後,70日齢に再キンドリングを施行した場合,胎生期にMTXを投与した群は対照群に比べてキンドリング完成が有意に促進された.MSGは興奮性アミノ酸系の神経伝達物質で,新生仔期に投与された場合に,神経系の変化をきたし,また葉酸拮抗薬であるMTXを胎生期に投与した場合,同様に神経系に影響を及ぼすことが知られている.今回の研究結果から,胎生期から新生仔期に神経系の発達に影響を及ぼす薬物を暴露された場合,幼若期に獲得されたけいれん準備性は成熟後にも維持されることが示唆された.
遺伝性脳白質変性症ノックアウトマウスにおける脱髄抑制機構の解明とその治療法の開発

我々は、ガラクトシルセラミド分解酵素(GALC)の必須の活性化たんぱく質であるサポシンAをノックアウトすることにより、代表的な遺伝性脳白質変性症の一つであるKrabbe病(別名Globoid cell Leukodystrophy (GLD))のモデル動物(サポシンAノックアウトマウス)を新たに作成することに成功した。サポシンAノックアウトマウスは、遅発型のGLDの病像を呈し、最も興味深いことには、妊娠時に、臨床的・病理学的改善がみられることを見出した。妊娠の有無によるサポシンAノックアウトマウスの脳での遺伝子発現の差異を比較検討したところ、サポシンAノックアウトマウスの脳ではサイトカインおよびケモカインの発現が増加しており、特にRANTES, MIP-1β,MIP-1α,MCP-1,TNF-αが著明に増加していた。またサイトカイン/ケモカインレセプターではTNFαレセプター(TNFRI, TNFRII),CCR1,CCR5が増加していた。このうちRANTES, MIP-1β,MIP-1α,MCP-1,TNFαレセプターの増加が妊娠マウスで抑制傾向にあった。妊娠したサポシンAノックアウトマウスの脳においてケモカインやTNFαレセプターの発現増加量が明らかに抑制されていたことから、妊娠による二次的な炎症反応の抑制がGLDの脱髄抑制効果の原因の一つであることが推定された。17β-エストラジオールを埋め込んだサポシンAノックアウトマウスにも妊娠と類似の症状の軽減が見られたことから、GLDに対し、エストロゲンあるいはエストロゲン様リガンドの投与が治療の選択肢となる可能性が見出された。また、多発性硬化症やアルツハイマー病の罹患率や重症度には疫学的に性差があることより、サポシンAノックアウトマウスはGLDのみならず、他の脱髄疾患の治療法開発にも役立つものと考える。Globoid cell leukodystrophy (GLD)は,リソゾーム酵素の一つであるガラクトシルセラミド分解酵素(GALC)の遺伝的欠損による,生として乳児期発症の致死性遺伝性脱髄疾患である。現在,治療法としては一部の症例に骨髄移植が試みられているが,中枢神経系への効果は限られており根本的な治療法はない。我々は遺伝子導入技術を用いて,GALCの生体における必須の活性化たんぱく質であるサポシンAの特異的欠損マウスを作成した。サポシンA欠損マウス(Sap A KO)は,遅発型慢性GLDの病像を呈し,持続的に妊娠したメスのSap A KOは,その神経症状,神経病理所見が劇的に軽く,エストロゲンの投与により,妊娠の脱髄抑制効果をほぼ再現できる事が明らかになった。本研究では,Sap A KOを用いて,妊娠の脱髄抑制効果を明らかにし,遺伝性脱髄疾患に対する新たな治療を見出すことを目的としている。本年度は,まず,Sap A KOのコロニーを徳島大学において確立した。このSap A KO間の交配により,持続的に妊娠状態にあるメスSap A KOを作成し,オス,非妊娠メス、妊娠メスの各Sap A KOの臨床症状,病理学的所見,免疫学的所見を比較検討した。中枢神経系における各種サイトカイン,ケモカインおよび各受容体の発現を,RNAレベルで,性別,妊娠の有無に注目して比較検討した結果,Wild Typeに比してSap A KOの脳では各種サイトカイン,ケモカインおよび各受容体の発現が亢進しており,妊娠メスSap A KOではこれらの発現が有意に低いことが明らかになった。エストロゲン

レセプターの免疫染色では,Sap A KOの脱髄領域への浸潤細胞(マクロファージ,マイクログリア)や活性化アストログリアにその発現が確認された。エストロゲンの免疫抑制作用が,妊娠によるSap A KOの脱髄抑制効果の一因である可能性が示唆された。我々は、ガラクトシルセラミド分解酵素(GALC)の必須の活性化たんぱく質であるサポシンAをノックアウトすることにより、代表的な遺伝性脳白質変性症の一つであるKrabbe病(別名Globoid cell Leukodystrophy(GLD))のモデル動物(サポシンAノックアウトマウス)を新たに作成することに成功した。サポシンAノックアウトマウスは、遅発型のGLDの病像を呈し、最も興味深いことには、妊娠時に、臨床的・病理学的改善がみられることを見出した。妊娠の有無によるサポシンAノックアウトマウスの脳での遺伝子発現の差異を比較検討したところ、サポシンAノックアウトマウスの脳ではサイトカインおよびケモカインの発現が増加しており、特にRANTES,MIP-1β,MIP-1α,MCP-1,TNF-αが著明に増加していた。またサイトカイン/ケモカインレセプターではTNFαレセプター(TNFRI,TNFRII),CCR1,CCR5が増加していた。このうちRANTES,MIP-1β,MIP-1α,MCP-1,TNFαレセプターの増加が妊娠マウスで抑制傾向にあった。妊娠したサポシンAノックアウトマウスの脳においてケモカインやTNFαレセプターの発現増加量が明らかに抑制されていたことから、妊娠による二次的な炎症反応の抑制がGLDの脱髄抑制効果の原因の一つであることが推定された。17β-エストラジオールを埋め込んだサポシンAノックアウトマウスにも妊娠と類似の症状の軽減が見られたことから、GLDに対し、エストロゲンあるいはエストロゲン様リガンドの投与が治療の選択肢となる可能性が見出された。また、多発性硬化症やアルツハイマー病の罹患率や重症度には疫学的に性差があることより、サポシンAノックアウトマウスはGLDのみならず、他の脱髄疾患の治療法開発にも役立つものと考える。
診療場面において医師の直面する「問題」とその対処方法

本研究は慢性病の治療を行なっている診療場面において生じる主要な「問題」群がいかなるものであるのかを特定化し、医師および患者らが協同して行なう「問題状況」への対処戦略を明らかにすることにある。研究はある大学付属病院のリウマチ外来診療室で行なわれた。そこで、観察され、テープレコーダーで記録された医師と患者の相互作用の60ケースをデータとしている。分析から得た主要な知見は以下の点である。1.慢性病の治療においては、当然なことながら当然なことながら病気や治療を長期的な過程の中で、すなわちストラウスのいう「病気軌道」ないし「病気軌跡」において把握する必要がある。日々の診療の意味は長い「病気軌道」の中に位置付けられてはじめて意味を持つ。2.この「病気軌道」のゆえに、慢性病の治療には固有な「問題状況」が生じてくる。それは第一に、リウマチ病の治療には「不確実性」や「危険性」をともなう。各患者によって病気の進行や変化はことなり、病気を完全にコントロールすることは困難であるし、投薬などによる長期的な治療が患者に副作用をもたらす。第二に、「医療保険制度の制約と患者の便益のジレンマ」が生じる。患者への配慮、例えば一度に薬を多く出して診療回数を減らすことは、制度と抵触する。制度も患者も、いずれも守らねばならないとすればジレンマ状況に直面する。3.長期的な診療継続は、これらの「問題状況」に医師・患者が協同してうまく対処するときに可能となる。診療場面での医師-患者間の相互作用の観察から、「専門的概念に頼らない対話」「交渉」「制度的回避」などが対処戦略として重要な位置を占めていることが明らかになった。医療場面で生じる診療上の「問題」への対処戦略を研究するために、調査はリュウマチ治療を専門とする大学付属病院での内科外来診療室で実施された。まず、リュウマチのような慢性病の治療にはいくつかの問題を随伴する。リュウマチの治療は、根本的な治癒が困難であるので、病状の変化を観察しつつ一層の病状の悪化を回避するなことと、痛みを和らげる対処治療が中心となる。特に、患者の継続的な治療意欲を持続させることと、投薬の副作用を避けることが重要となる。診療場面の観察から効果的に遂行されていると思われる治療空間は以下のような特徴を有する。(1)病状の一層の悪化や先行きを恐れる患者に対して医師が当面の病状や治療について必要な情報を提供し、患者の不安を軽減すること。(2)医師が行なう試験的な治療に関しては十分な説明を行ない、患者や家族との信頼関係をそこなわないようにすることはもちろんのこと、患者自身が治療や薬の影響に関して感じる不安や不満を積極的に報告できるような治療空間を構成すること。(3)長期的な治療を可能にするために患者の日常生活を考慮して診察日時の便宜が配慮されること。(4)保険制度による制約等で医師が望ましいと考える治療や投薬を十分できないケースが多いが、こうした制約の矛盾を患者に説明し時には制約を回避することもあえて行なうこと。(5)医療上はそれほど重要でなくとも患者を安心させ信頼関係を築くための、儀礼的な治療や検査の意義を無視しないこと。要するに、患者と医師の間で「協働活動」に必要な意味世界や遂行者や資源が整備されるときに、持続的で有効な治療も可能となるのである。本研究は慢性病の治療を行なっている診療場面において生じる主要な「問題」群がいかなるものであるのかを特定化し、医師および患者らが協同して行なうそれらへの対処戦略を具体的に明らかにすることにある。データは前年度と同じくある大学付属病院でのリウマチ外来診療室から得たものであるが、比較のために中規模の民間病院でなされた外来診療室での観察も参考資料としている。主な知見は以下の点である。

1.慢性病の治療においては、当然なことながら病院や治療を長期的な過程の中で、すなわちストラウスのいう「病気軌道」ないし「病気軌跡」の概念によって把握することが有効である。個々の診療の意味は、長い「病気軌道」の中に位置付けられてはじめて意味を持つ。2.この「病気軌道」のゆえに、慢性病の治療には特有な「問題」が生じてくる。それは第一に、投薬などによる長期的な治療が患者にもたらす影響、第二は病気自体が進行していくことが多いため病状の変化を常にモニターする必要性、第三に患者は治療が長期におよぶために通院時間の確保と日常生活との調整に悩むことである。3.長期的な診療継続はこれらの「問題」に医師・患者が協同してうまく対処するときに可能となる。診療場面で用いられている医師-患者間の相互作用の観察から「専門的概念に頼らない対話」「交渉」「制度的回避」が対処戦略として重要な位置を占めていることが明らかになった。
古人骨の病理痕からみた古代社会の考古学的研究

本研究は、人骨にみられる病理痕を資料とし、労働分化から階層化の進展について検討することで、古代社会の階層性を明らかにすることが目的である。そのため、各地域で出土した古人骨を実見し、病理痕の発現状況を確認し、症状の類型化を行う。また、人骨の階層、時期の位置付けを行う。病理痕が、階層及び時期と相関関係があるのか解析し、被葬者の活動実態を探る。さらに、様々な地域の資料を比較することで、階層化の地域差も検討する。
窒化物半導体／金属を用いたハイブリッドナノ構造の光物性探索と光電子デバイス応用

本研究では,新しい光機能性を付加した窒化物半導体系光電子デバイスの実現に向けて,窒化物半導体/金属ハイブリッド周期ナノ構造であるナノコラムプラズモニック結晶を作製し,その光学特性評価およびデバイス化に向けて研究を進めている.平成30年度は,特に発光効率が低い橙赤色領域において,ナノコラムプラズモニック結晶導入による発光効率の大幅な改善を目指して,その発光増強メカニズムに関する研究を推進した.平成30年度に得られた主な研究実績を以下に記す.1InGaN/GaNナノコラムプラズモニック結晶の発光/プラズモニック特性評価ナノコラムプラズモニック結晶の発光特性・プラズモニック特性を理解することは,表面プラズモンを用いた発光デバイスの高出力化・多機能化に必要である.プラズモニック結晶導入により,新たなピークが出現するなど大きく発光スペクトルが変化することがわかった.同構造においてFDTD(有限差分時間領域)法による電磁界シミュレーションを用いて,金/誘電体界面の電界強度の波長依存性を計算した.発光増強スペクトルはFDTDで計算した電界強度の波長依存性で再現し,プラズモニックバンド端と電界強度が相関を持つことが明らかになった.光と結合しない表面プラズモンモードも観測されたことから,表面プラズモンモードを理解した構造設計が重要である.2高効率プラズモニックLEDの実現に向けたプラズモニックナノ構造の提案デバイス化や結晶上部からの光励起が可能な金属ナノディスク構造を提案して評価を行った.高効率な赤色LEDを目指した金ナノディスク構造においても,従来のナノコラムプラズモニック結晶と同程度の大きさの電界強度が発生し,発光波長はコラム径・周期によって制御できることがわかった.また,従来の構造で観測できなかった強い電界が短波側に出現し,励起光と発光を共に増強できる可能性を見出した.本研究は,以下に示すように,申請書に記した計画がおおむね順調に進展している.なお,本研究は上智大学でスタートしたが,2017年10月からは山形大学に移って研究を実施している.研究場所や環境の変化に伴い,一時的に研究の実施が滞ったが,研究内容の進捗には大きな影響はないと考えている.1表面プラズモンの各準位における内部量子効率の評価を行うために,研究代表者の過去の研究を発展させ,レート方程式を用いたキャリアダイナミクスの解析を実施した.この方法を用いることで,実験値から一意に各寿命を解析できる.InGaN/GaNナノコラムは自発的にcore-shell構造を取るが,橙色発光のcore領域において,50%を超える内部量子効率が達成できていることが分かった.より詳細に慎重な検討を進める必要であるが,ナノコラムプラズモニック結晶のポテンシャルの高さを示す結果が得られたと考えている.2FDTDシミュレーションと平面波展開法によるバンド計算を組み合わせて評価することにより,プラズモニック特性の評価を進めた.その結果,FDTDで計算した電界強度の波長依存性で再現し,プラズモニックバンド端と電界強度が相関を持つことが明らかになった.表面プラズモンのモードを調査し,光と結合する表面プラズモンモードを理解した構造設計が重要である.3高効率な赤色プラズモニックLEDの実現を目指して,電流注入が可能なプラズモニックナノ構造を提案して評価を行った.すでに,三角格子配列InGaN/GaNナノコラムにプラズモニック結晶を導入することで,橙色で最大で5.2倍,赤色領域で最大3.8倍の発光増強を達成しているが,電流注入できるナノlコラムトップを露出した金属ナノディスク構造を提案し,従来のナノコラムプラズモニック結晶と同様の電界強度と波長制御性が実現できることを明らかにした.1引き続き,窒化物半導体からの赤色発光のさらなる発光増強や発光効率の向上を目指す.現状では,プロセスの再現性が不十分であり,さらなる改善が必要であると考えている.プラズモニック結晶において,発光層と金属/半導体界面の距離の制御が非常に重要であるので,発光増強が顕著に起こる膜厚を最適化したい.2高効率な窒化物半導体プラズモニックLEDの実現にむけて,ナノコラムトップを露出した電流注入型のプラズモニックナノ構造の作製を進めて評価する.シミュレーションによる構造の最適化はすでに終わっているので,その設計指針を基にLED構造を作製したい.LEDの作製後は,電流注入化で光学特性の評価を行い,プラズモニック効果について評価する.3窒化物半導体系の発光デバイスにおいて,新たな光機能性を発現するために,プラズモニックメタサーフェスやプラズモニックメタマテリアル応用を目指す.ナノコラムプラズモニック結晶において,発光増強率の角度依存性を利用した光の出射方向の制御など,特異な光学応答の変化を詳細に探求する.本研究では,新しい光機能性を付加した窒化物半導体系光電子デバイスの実現に向けて,窒化物半導体/金属ハイブリッド周期ナノ構造を作製し,その光学特性評価を進めている.初年度は特に,ナノ構造効果と表面プラズモン効果を同時に窒化物半導体に導入することで,特に発光効率が低い橙赤色領域において,発光効率の大幅な改善を目指して研究を推進した.初年度に得られた主な研究実績を以下に記す.1.系統的にコラム径を変化したGaNナノコラム上にInGaN単一量子構造を作製して,光学特性評価を行った.ナノコラム構造に量子構造を導入することによって,輻射再結合確率が増大するだけでなく,よりコラム径の細い領域までコアシェル構造が形成されて表面再結合が抑制できることを明らかにし,ナノ構造発光デバイスの高効率化の設計指針を示した.