hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スピンラベル法による遺伝性角化異常症の角質の構造異常の解析

本研究では,遺伝性角化異常のモデルマウスの角質の構造異常をスピンラベル法で明らかにするとともに,遺伝性角化異常症患者の電子スピン共鳴(ESR)のスペクトルを検討し,発症機構解明や新規治療法の開発に発展させることを目的とする.我々が開発した角層スピンラベル法を用いて,個々の遺伝性角化異常症患者から得られる特有のスペクトルを解析するために,以下の実験を計画した.1)動物モデルでの検討:魚鱗癬や掌蹠角化症モデル動物を使用して,ESRのスペクトルを検討し,角質の水分量や経皮水分蒸発量(TEWL),組織学的・電顕的にも比較し,本法の有用性を証明する.2)魚鱗癬や掌蹠角化症患者での角層の検討:当科通院中の遺伝性角化異常症患者や当科で遺伝子検索を行った他施設での患者から皮膚サンプルを採取し,電子スピン共鳴のスペクトルを検討する.また,治療効果などの判定に応用可能か調べる.3)魚鱗癬や掌蹠角化症患者の赤血球や白血球での検討:角化異常症の原因遺伝子でも,ケラチンやフィラグリンのように表皮に限局して発現するものもあれば,パピヨン・ルフェーブル症候群のカテプシンCのように,全身の臓器に発現するものもある.遺伝性掌蹠角化症患者の赤血球や白血球を採取しESRのスペトルを検討する.我々は患者と健常者の角質を試料とし,試薬の5-ドキシルステアリン酸(DSA)のスピンプローブ溶液をインキュベートして室温でESRイメージング測定を行った.測定装置は日本電子製RE-3X X-バンドESR装置を用いた.患者と健常者の角質から得られたスペクトルは波形がやや異なっており,今後角化症のESRのデータを蓄積し,侵襲の少ない診断法につながるよう症例を積み重ねている.平成29年度実施予定としていた遺伝性角化異常患者における皮膚・血液サンプルの比較検討については,弘前大学医学部附属病院皮膚科外来に通院中の葉状魚鱗癬,Superficial epidermolytic ichthyosisの患者の協力を得て皮膚サンプルを電子顕微鏡で観察し,ESRのスペクトルを計測することができた.一方でマウスにおける角層の電子スピン共鳴の測定法の確立については,掌蹠角化症を有するKRT9遺伝子のノックアウトマウスや自然発生したspontaneous harlequin ichthyosis (ichq) mouse(シスタチンM/E遺伝子の欠損)の皮膚や爪甲からの角層採取に時間を要しており,次年度も継続して行う必要があるため.これまで我々のグループはスピンラベル法を角質の機能解析に用いて,炎症性角化症である乾癬患者において角質の構造異常を報告してきた.本研究では,遺伝性角化異常のモデルマウスの角質の構造異常をスピンラベル法で明らかにするとともに,遺伝性角化異常症患者の電子スピン共鳴(ESR)のスペクトルを検討し,発症機構解明や新規治療法の開発に発展させることを目的とした.我々が開発した角層スピンラベル法を用いて,個々の遺伝性角化異常症患者から得られる特有のスペクトルを解析するために,1)魚鱗癬や掌蹠角化症モデル動物を使用して,ESR測定し,角質の水分量や経皮水分蒸発量(TEWL),組織学的・電顕的に比較する.2)魚鱗癬や掌蹠角化症患者さんから皮膚サンプルを採取し,ESR測定し,治療効果などの判定に応用可能か調べる.3)遺伝性掌蹠角化症患者の赤血球や白血球を採取しESRのスペトルを検討する等の実験を計画した.我々は患者と健常者の角質を試料とし,試薬の5-ドキシルステアリン酸(DSA)のスピンプローブ溶液をインキュベートして室温でESR測定を行った.
南極深層氷の結晶構造に関する研究

ラマン散乱および中性子非弾性散乱スペクトルに見られる南極の氷床コア氷の特徴は、プロトンの秩序化を反映すると解釈されてきた。この秩序化を結晶構造から明らかにすることを念頭に、本研究では、主にX線回折法を用いて南極深層氷の結晶構造に関する以下の研究を行った。(1)X線回折法による結晶組織の評価X線回折法によりVostok深層コアの氷試料ロッキング・カーブを測定し、その幅から転位密度を求めた。転位密度は深さとともに減少し、最も深い3600m以深の氷の転位密度は10^8 1/m^2程度の低い値を示した。この氷が底部の湖の水が再凍結して成長したためであると考えられる。(2)粉末X線回折法による結晶構造の評価粉末X線回折測定では試料深さ依存性は見られなかった。また、プロトンが秩序化した秩序相(氷XI)に特有の(1121)反射の測定結果は、強度が非常に弱く、強力な光源である放射光を用いた実験が必要である。また、X線散漫散乱測定も今後の課題である。(3)粉末X線回折法による格子定数測定粉末X線回折測定データをリートベルト法で解析し、各深度の氷の格子定数を求めた。南極氷床氷は実験室の氷よりも格子定数が大きく、かつ深さの増大とともに格子定数も増加した。粉末化による残留応力の開放と、空気ハイドレートの解離で生じた空気の取り込みが原因として考えられる。(4)ラマン散乱による変形を受けた氷の格子振動モードの測定氷試料を変形させてラマン散乱測定を行ったが、スペクトルには特に変化は観測されなかったことから、南極氷床氷の特徴は氷の変形によるものではないと考えられる。(5)クラスレート・ハイドレートの生成過程と氷の結晶構造分子動力学シミュレーションの結果、気体分子は、これまで考えられてきた格子間位置(Tu)を安定位置とするのではなく、水素結合の間に入り込んで部分的に特有の構造を作ることが明らかになった。本研究の目的は、氷床深層部の氷が、実験室の氷と本質的に異なる構造をもつのか、という物性物理学上の問題を解決することにある。すなわち、南極やグリーランドの深層氷が、プロトン秩序氷の特徴をもっているという日本の研究チームの発見が、いかなる結晶構造によるものかを明らかにする。これまでのところ、氷結晶の格子定数には、実験室の氷と氷床氷とでは大きな違いはないが、氷床氷の結晶組織は実験室氷とはまったく異なることが明らかになっている。結晶の完全性を示すロッキング・カーブの幅は、実験室氷の10倍以上もあり、結晶性の低さを示しているが、場所によって大幅に違うことも明らかになった。光学的に大きな結晶であっても、X線的にはわずかに方位の異なる微結晶の集合体であるが、この微結晶すなわち転位壁である小角粒界の分布が不均一であることが、氷床氷の特徴である。この原因は、塑性変形にあることは明らかであるが、結晶構造にいかなる影響を与えるかという点はまだ分かっていない。不均一な歪みが実験室氷とは違う結晶構造をもたらす可能性はある。微粒子やクラスレート・ハイドレート等の介在物の分布が上記の小角粒界の分布および結晶構造に与える影響に関しては、まず可視光領域での透過光および散乱光の分光測定によって、その分布と上記組織との関係を調べている。

また、X線散漫散乱等の測定を測定場所を変えて、自動的に測定するための装置改良を終えたので、結晶構造のわずかな相違の検出を行なう。本研究の目的は、南極深層部の氷が実験室の氷と本質的に異なる結晶構造をもつのか、という物性物理学上の基本的な問題を解決することにある。昨年度の研究で、X線回折曲線の幅が、南極氷の方が実験室氷よりも1桁以上大きいこと、すなわち氷結晶の完全性に大きな違いがあること、および格子定数には大きな相違はないことを明らかにした。同時に、南極氷の組織(結晶粒径、結晶方位、小角粒界、気泡、ハイドレート等々の分布)や氷結晶の完全性がきわめて不均一で測定場所に大きく依存することも明らかになった。そこで、今年度は、液体窒素温度で氷試料をすりつぶして微粉末にして、X線粉末回折測定を行った。このことによって、測定場所に依存しないデータ収集を可能にした。X線粉末回折曲線には、南極氷と実験室氷では明瞭な違いがあり、同じ南極氷でも深度によって違うことが明らかになった。回折ピークの位置はほとんど変わらず、ピーク強度およびバックグラウンド曲線に大きな差異が認められた。このことは、結晶の対称性(空間群)や格子サイズは変わらず、ユニットセル内の原子位置に相違があることを意味している。また、いずれの試料でも、プロトン秩序相XIに特有な回折ピークはみつかっておらず、プロトン秩序化の兆候は認められない。現在、リートベルト解析を進めているが、O原子およびH原子の座標精密化によって、結晶構造の相違を明らかにできると考えている。次年度は、これと並行して、南極氷の組織解析を進めることによって、初期の目的を達成する。本研究の当初の目的は、南極氷床深層部の氷が実験室の氷と本質的に異なる結晶構造をもつのか、という物性物理学上の基本的な問題を解決することであった。昨年度までの研究では、粉末X線回折のプロファイルに両者の間で違いが観測されたことから、構造に違いがある可能性を指摘した。しかしながらこれと並行して行った比熱の測定により、南極の氷では特異な秩序構造はないことを示す結果が得られた。そこで、粉末試料の作製方法他の実験方法の再検討を行い、精密な測定を行った結果、両者の間で顕著な違いは観測されなかった。従って、南極の氷と実験室の氷の結晶構造の違いはほぼ無いものと考えられる。一方、氷試料の結晶の完全性を評価するため、X線回折曲線の測定を行い、その幅が南極深層部の氷では、実験室の氷よりも1桁以上大きいことを明らかにした。回折曲線の幅は深さが深くなるとともに狭くなり、かつ、氷の塑性変形の過程で導入された転位の再配列の結果生じるモザイク構造が、深くなるにつれ観測されなくなる様子が明らかになった。特に、最深部の氷は実験室で作製された氷と同程度の幅を持ち、完全性の高い氷であることが明らかになった。今回測定した南極の氷試料は、主に南極Vostok基地で掘削されたものであり、その特殊な地形的要素による影響を強く受けた試料である。例えば、最深部の氷は、氷床の底部に存在する湖の水が長い年月かけて凍ってできたもので、非常に結晶の完全性の高い氷が形成されたと考えられる。また、回折曲線の幅から転位密度の推定を行い、氷床の流動に伴う塑性変形履歴の解明の手がかりが得られるようになった。今後は、氷床内部の物理過程モデルの研究とリンクさせて、氷床の形成過程および力学過程の解明ができるものと期待される。
哺乳動物精子の卵活性化能に対する新しい評価法の確立

ヒトを含む多くの哺乳類の精子は、種を超えて共通の卵活性化因子を保存している。特に、先体赤道部から先体後領域の核周囲物質(PT)と精子中心体の関与が考えられている。本研究では、PT関連タンパク質Equatorin (Eqtn)と中心体関連タンパク質ODF2にそれぞれ緑色蛍光タンパク質GFPをつけた遺伝子改変マウスを用いて、EqtnとODF2の局在と輸送過程を明らかにした。また、抗Eqtn抗体と先体後領域を認識するMN13抗体を用いて、ヒト精子の質の違いを個別に評価することができることを示した。平成24年度は【研究目的2】に対する研究を中心に行った。ODF2 isoformの解析のために、前年度に引き続き、ODF2-2α-EGFPトランスジェニック(Tg)マウスの解析を行った。高解像顕微鏡およびSIMを用いて、ODF2-2αの発現と局在を解析した。また、ODF2-4-mCherry Tgマウスの作製が遅れているために、in vitro解析系を開始した。前回は培養細胞での発現が安定せず解析が困難であったため、今回はFlp-In T-Rexsystemを導入した。ODF2 isoformのC末にそれぞれEGFPとmCherryを付けた2種類のisoformをつなげてpcDNA5/FRT/TOに導入し、9種類のvectorを作製した。これらのvectorをトランスフェクション後、selectionをかけて安定発現株を作製中である。また、男性不妊ODF2-KOマウスの解析を進めている。ODF2+/-精子は、通常交配や通常の体外授精では授精できないが、透明帯除去卵を用いた体外授精を行うとわずかに授精することがわかった。ODF2+/-透明帯除去卵を使って体外授精を行い、2細胞卵を偽妊娠マウスに移植したが出産にはいたらなかった。ODF2+/-精子によって産仔を得ることができるか、さらにはODF2-/-マウスが生まれるかどうかを検証するために授精実験を続けている。精子の卵活性化能を評価するために、【1】初期卵活性化能(受精卵の減数分裂の再開)と【2】後期卵活性化能(受精卵の微小管形成の促進)に分け、【3】ヒト精子の卵活性化能の評価のためのマウス実験系システムを構築することを最終目標とし、3年間の研究目的をたてた。平成24年度は、【目的1】に対しては、Equatorin-EGFP TGマウスおよび野生型マウスの精巣を用いて、精子形成におけるequatorinの発現および輸送過程を高解像顕微鏡、STED CW、透過型電子顕微鏡(免疫金コロイド法)を用いて解析した。その結果、equatorinが先体膜とその周囲の基質と複合体を形成していることが示唆されたため、これに相応した新しい名称(COMAM, CIMAM, CAMM)を提唱し、論文に発表した。また、ヒト成熟精子と精巣におけるequatorinの発現をMN9抗体と新しく作製したEquatorin59-72番目のアミノ酸残基をエピトープとするhEQT抗体を用いて、ヒト先体マーカーとしての有効性を比較検討した。【目的2】に対しては、ODF2-2α-EGFP TGマウスのODF2-2α-EGFP遺伝子が導入された染色体を同定した。現在、同染色体上に導入遺伝子をもつ雄と雌を交配させて両アリルにODF2-2α-EGFPが導入されたマウスを作製中である。また、中心体に局在するODF2アイソタイプであるODF2-4に赤色蛍光タンパク質mCherryを繋ぎカルメジンプロモーターをつけたvectorを作製し、常法通りの方法で遺伝子改変マウスを作製中である。【目的3】に対しては、健常者および不妊患者の射出精子を用いて、抗equatorin抗体と抗MN13抗体がそれぞれ、ヒト精子マーカーとなること、また、これらの抗体を用いることによって患者精子の質の違いを個別に評価できることを示した。平成26年度は【目的1-2】と【目的2】に対する実験を行い、その結果をまとめて論文および学会発表を行った。Equatorinと卵活性化との関係をlive imageで解析する準備として、Equatorin-EGFPトランスジェニック(Tg)マウスの精子先体膜を超顕微鏡STED CWを用いて撮影し、電子顕微鏡像と比較解析を行った。その結果、電子顕微鏡でしか解析できなかった外先体膜と内先体膜を光顕レベルで解析できることを証明し、その解析結果をMicroscopy誌に発表した(in press. Doi:10.1093/jmicro/dfu101)。ODF2-2α-EGFP Tgマウスを用いてODF2-2α(isoform c)の発現と局在を解析し、その結果をまとめて第59回日本生殖医学会学術講演会・総会(東京)およびInternational Microscoy Congress 2014 (プラハ)で発表した。

生殖生物医学平成25年度の研究実施計画の【1-1】に対しては、24年度に引き続きMN13の同定を進めている。【1-2】に対しては、Eqtn-EGFP Tg精子の解析結果を第69回日本顕微鏡学会で発表し、優秀ポスター賞を受賞した。【2-1】に対しては、ODF2-2α-EGFP Tgマウスを解析して、ODF2-2α発現と局在を第119回日本解剖学会総会・全国学術集会で発表した。【2-2】に対しては、ODF2-4-mCherry Tgマウスを作製中であるが、まだ遺伝子導入が成功したマウスを得ていない。そのため、isoform解析を進めるために、2種類のisoformを導入したvectorを作製した。現在、安定発現培養細胞株を作製中である。また、男子不妊ODF2+/-精子の授精能と卵活性化能の解析を進めている。平成24年度の研究実施計画【1-1】に対しては、作製したPLCζ-Venus TGマウスが発色しなかったため、現在、MN13の同定を進めている。【1-2】に対しては、EQT-EGFP TGマウスの精巣を用いて、精子形成におけるEQTの発現および輸送過程を解析し、その結果を日本顕微鏡学会第68回学術講演会およびCell and Tissue Research誌に発表した(Ito et al., 2013 in press.doi:10.1007/s00441-013-1605-y)。【2】に対しては、ODF2-2α-EGFP TGマウスの遺伝子が導入された染色体を同定し、同染色体上に導入遺伝子をもつ雄と雌を交配させて両アリルにODF2-2α-EGFPが導入されたマウスを作製中である。また、ODF2-4に、赤色蛍光タンパク質mCherryを繋ぎカルメジンプロモーターをつけたvectorを作製し、B6系の前核期受精卵の男性前核に注入するマイクインジェクションによる遺伝子導入により、遺伝子改変マウスを作成中である。さらに、平成26年度の計画【3】の一部を前倒しで実施し、抗Equatorin抗体であるMN9抗体とhEQT抗体のヒト先体マーカーとしての有用性を新学術領域研究第2回国際シンポジウムおよび第118回日本解剖学会総会・全国学術集会で発表した。また、核周囲物質MN13を認識する抗MN13抗体を用いて患者精子の質の違いを個別に評価できることを第57回日本生殖医学会学術講演会・総会で発表した。概ね、平成26年度の研究実施計画に従って実験を推進する予定であるが、ODF2-4-mCherry Tgマウスの作製が遅れているために、培養細胞系による解析とODF2-KOマウスの解析を同時進行で行う。ODF2-2α-EGFP Tg精子を抗GFP抗体を用いて染色し免疫電顕法により、ODF2-2αの精子頸部および中心体との関係を電子顕微鏡レベルで解析する。概ね、平成25年度の研究実施計画に従って実験を推進する。【1-1】MN13の同定を引き続き行う。【1-2】1. EQT-EGFP-TG雄と野生型雌を交配させて得たin vivo受精卵/胚をtime-lapseで撮影してEQTの卵活性化への関連を解析する。
脂質流動界面のアレイ化と分子認識

生体膜は究極の生体機能界面を構築する自己組織体ととらえることができ、生体の化学的多様性を制御する役割を担っている。すなわち生体のあらゆる仕組みを解明するために、生体膜の働きを理解することは重要であり、これには脂質二分子膜を天然に近い状態で自在に調製する手法が不可欠である。しかし、現時点では脂質二分子膜を平面上に作成する方法は確立されていない。そこで、本研究は高分子濃厚ブラシを利用した新たな方法で脂質二分子膜をアレイ状に再構築し、流動性に富む表面環境を利用した分子認識界面を創出することを目的とし企画された。平成22年度は前年度に調製法を確立した脂質膜アレイ表面上での分子認識特性について評価した。リン脂質DOPCに所定量(数パーセント)の糖脂質(ガングリオシドGM1など)を混合し、直径50ナノメートル以下の一枚膜リポソームを調製した。これをパターン化濃厚ブラシ基板に接触させ脂質膜アレイを形成させた。糖脂質を複合化が膜の形態に及ぼす影響を蛍光顕微鏡観察で明らかにした。続いて複合化した糖脂質に対し特異的に作用する分子(アナライト)を接触させ、調製した脂質膜上で特異的ならびに定量的な結合が得られるか評価した。さらに、ゲル液晶転移温度の異なる脂質からなるリポソームを別々に調製し、これらのリポソームを混合して基盤に接触させることにより、生体膜を模倣したラフト構造を有する脂質吸着膜アレイを調製することに成功した。平成21年度は高密度ポリマーブラシをマイクロパターン化した固体基板上にリン脂質リボソームを接触させリン脂質二分子膜アレイを再現よく調製することに成功し、期間内で当初の目的を達成することができた。リン脂質リポソームは高分子ポリマーブラシ表面には全く吸着せず、ポリマーブラシの形成されていない領域に選択的に吸着し、二分子膜を形成した。アレイ状に形成された二分子膜は連続した構造を有し、二分子膜を構成しているリン脂質分子が流動性を示すことも観察できた。リボソームの脂質組成が二分子膜の組成にそのまま転写されるため、二分子膜中の脂質組成を容易に制御することができた。糖脂質やビオチン修飾脂質をリン脂質に適量加えて調製した二分子膜上では特定のタンパク質と選択的に結合することがわかった。この表面では非特異的な吸着が効果的に抑制され、血漿タンパク質が存在する条件でも特定のバイオ分子を検出できることがわかった。
人間と人工知能の連携による革新的デザイン発想創出の方法論および基盤技術の構築

近年の設計/デザインでは、上流の「何を実現するか」の段階の革新的発想が重要となっている。本研究は、設計上流の問題を計算機処理可能な形式にエンコードする(人間→AI)方向と、機械学習やAIの処理結果を人間に解釈可能にデコードする(AI→人間)方向の双方向アプローチにより、革新的な発想の創出を支援する人間と人工知能(AI)の協創的知能を実現するための方法論と基盤技術を構築する。
極端紫外線・軟X線撮像分光観測を用いた太陽フレアにおける加速電子診断法の確立

2018年度の研究実績は(1)放射数値計算コードの完成と環境構築(2)実験室プラズマのデータ解析と紫外線データ取得である。(1) CHIANTI、Flexible Atomic Codeなど任意の原子データを入力として電離・再結合を考慮した輝線強度計算コードを完成させた。これにより、宇宙プラズマ・核融合プラズマ問わず、光学的に薄いプラズマからの放射であれば非平衡過程を考慮して輝線強度を導出することが可能となった。このコードを元に、2017年度に核融合科学研究所大型ヘリカル装置で取得したスペクトルと比較を行なった。また流体計算と組み合わせることで、太陽コロナループの加熱・冷却過程におけるX線スペクトルのシミュレーションを行った。この数値シミュレーション結果の一部を高エネルギー宇宙物理連絡会の研究会で報告した。計算したX線スペクトルは2018年9月に打ち上げられたロケット実験FOXSI-3の観測パラメータを模しており、今後観測データとの比較を想定している。研究計画の中で2018年度に当初予定した(3)実験室プラズマを用いた極端紫外線・軟X線の放射強度データ取得、および(4)実験室プラズマにおける放射強度の数値計算による導出については完了した。また2019年度に計画していた(5)様々な磁気ループおよび加速電子の条件をもとにした電子輸送および放射強度計算のパラメータサーベイは現在遂行中である。(3)について、2017年度に主に取得したX線スペクトルに加えて、2018年度の核融合研究所共同研究課題として紫外線データを取得した。これにより、本研究課題で用いる実験室プラズマのデータ取得は全て完了した。(4)について、2018年度に開発完了した数値計算コードを用いて、非熱平衡プラズマからのX線・紫外線放射の輝線強度を計算した。また実験で得られたX線スペクトルの輝線強度を説明可能な電子エネルギー分布を見積もった。結果として得られた電子エネルギー分布の時間変化は、大型ヘリカル装置の加熱過程から妥当な結果となった。(5)について、電子分布関数およびイオン電離状態をパラメータとして、開発した数値計算コードを用いて現在ルックアップテーブルを作成中である。2019年度は計画通り(5)様々な磁気ループおよび加速電子の条件をもとにした電子輸送および放射強度計算のパラメータサーベイおよび(6)過去に観測された太陽フレアデータにおける硬X線・電波観測を用いた極端紫外線・軟X線放射強度の導出を行う。また最終年度として、大型ヘリカル装置で取得したX線・紫外線データ解析結果の論文化、および太陽フレアループのX線放射シミュレーションと観測との比較研究の論文化を行う。(5)について、進捗状況の項目に記述した通り計算中であり、6月までには完了する。(6)について、ひので衛星で取得された紫外線データとの比較研究を行うとともに、余裕があればFOXSI-3で取得されたX線スペクトルについても確認を行う。いずれの項目においても、2019年度は各結果の論文化を重点的に行う。2017年度の研究実績は(1)原子データの導出方法の理解と取得、(2)数値計算方法の確立、(3)実験室プラズマにおける軟X線データの取得と非熱的電子診断である。(1)英国ケンブリッジ大学に訪問し、衝突励起断面積の計算手法を学んだ。主に用いたコードはAUTOSTRUCTUREであり、太陽フレアなど1千万度以上のプラズマに対して良い近似となる。さらに他の手法により計算された励起断面積計算結果との比較を行った。この訪問により、励起断面積計算および任意の電子エネルギー分布関数における励起確率の計算が可能となった。また英国滞在中、アビンドンで開催されたADAS WSに参加した。原子データベースADASを用いた研究や原子データそのものについて、宇宙物理分野や核融合プラズマ分野の研究者と議論を交わした。(2)英国訪問時の議論をもとに、励起断面積から遷移確率を計算し、放射強度を導出するコードの開発を行った。この研究により任意の電子エネルギー分布および密度条件における定常時の放射スペクトルの計算が可能となった。(3)核融合科学研究所の共同研究に採択された。内容は大型ヘリカル装置内のプラズマから放射する軟X線スペクトルの計測であった。放射スペクトルと同時に計測している電子温度・電子密度を用いて、ヘリカル装置動径方向の各地点の軟X線の放射強度をモデル計算し、計測された軟X線スペクトルと比較した。その結果、軟X線放射領域に主たる温度のほか、より高温な電子の存在が確認された。さらに非熱的な電子エネルギー分布下における輝線スペクトルをモデル計算し、観測結果と一致するような高温成分の相対量を見積もった。この研究から、軟X線輝線スペクトルを用いて非熱的電子の存在を定量的に示すことができた。この結果は2018年3月に開催された日本物理学会春季大会で報告した。研究計画の中で当初予定していた項目は(1)原子データの導出方法の理解と取得、(2)数値計算方法の確立であり、概ね達成した。また次年度計画していた(3)実験室プラズマを用いた極端紫外線・軟X線の放射強度データ取得、および(4)実験室プラズマにおける放射強度の数値計算による導出についても、部分的に達成した。(1)について、英国ケンブリッジ大学での議論によりほぼ完了した。今後も継続的な議論を行うことで、より原子データの理解を深めていく。(2)について、任意の電子エネルギー分布および密度条件における定常時の放射スペクトルの計算が可能となった。一方で、プラズマ条件が急激に時間変化する場合の放射スペクトルについて、まだデバッグが完了していない。

太陽フレア時の放射スペクトル計算を行う際には急激な時間変化を加味しなければならないため、このコードを完成させることが今後の課題となる。(3)について、核融合科学研究所の共同研究が2017年度に採択されたことで部分的に達成された。2018年度も共同研究が採択されており、計画していた極端紫外線のデータについては2018年度に本格的に取得する。(4)について、核融合科学研究所の共同研究により取得したプラズマ物理パラメータから軟X線スペクトルをモデル計算し、計測された軟X線と比較した。これにより解析手法および放射強度計算の過程については部分的に達成した。ただし現在は既存のコードの範囲での放射強度の導出を行っており、(2)の完了とともに計算過程を移行し(1)で異なる仮定のもとで計算した原子コードとの相違をモデル・実験データ両方において検討していく必要がある。2018年度の研究実績は(1)放射数値計算コードの完成と環境構築(2)実験室プラズマのデータ解析と紫外線データ取得である。(1) CHIANTI、Flexible Atomic Codeなど任意の原子データを入力として電離・再結合を考慮した輝線強度計算コードを完成させた。これにより、宇宙プラズマ・核融合プラズマ問わず、光学的に薄いプラズマからの放射であれば非平衡過程を考慮して輝線強度を導出することが可能となった。このコードを元に、2017年度に核融合科学研究所大型ヘリカル装置で取得したスペクトルと比較を行なった。また流体計算と組み合わせることで、太陽コロナループの加熱・冷却過程におけるX線スペクトルのシミュレーションを行った。この数値シミュレーション結果の一部を高エネルギー宇宙物理連絡会の研究会で報告した。計算したX線スペクトルは2018年9月に打ち上げられたロケット実験FOXSI-3の観測パラメータを模しており、今後観測データとの比較を想定している。研究計画の中で2018年度に当初予定した(3)実験室プラズマを用いた極端紫外線・軟X線の放射強度データ取得、および(4)実験室プラズマにおける放射強度の数値計算による導出については完了した。また2019年度に計画していた(5)様々な磁気ループおよび加速電子の条件をもとにした電子輸送および放射強度計算のパラメータサーベイは現在遂行中である。(3)について、2017年度に主に取得したX線スペクトルに加えて、2018年度の核融合研究所共同研究課題として紫外線データを取得した。これにより、本研究課題で用いる実験室プラズマのデータ取得は全て完了した。(4)について、2018年度に開発完了した数値計算コードを用いて、非熱平衡プラズマからのX線・紫外線放射の輝線強度を計算した。また実験で得られたX線スペクトルの輝線強度を説明可能な電子エネルギー分布を見積もった。結果として得られた電子エネルギー分布の時間変化は、大型ヘリカル装置の加熱過程から妥当な結果となった。
生徒と教師が共同で作成する評価基準の活用とその効果に関する実践的研究

○研究の目的本研究の目的は,マット運動の連続技の採点基準を生徒と教師が共同で作成する教材づくりを試み,その学習成果と可能性を検証するものである。○研究の方法本実践における,生徒への学習効果を検証するための方法は次の4点である。・今回の学習が自己の課題の明確化に役だったかについて検討するために,単元後に「マット運動の練習時に意識したこと」「自己の連続技の課題を明確にするのに役だったこと」について自由記述させた。・連続技の技能習熟については,連続技の発表会の演技を筆者と広島大学の教職大学院生の2名で,採点基準のうち「技の正確さ」と「技のつなぎ」の2観点についてそれぞれ4点満点で採点した。おおむね満足なパフォーマンスを8点満点中6点と設定し,連続技の技能習熟について評価した。・審査する力の形成については,連続技のVTRを視聴させた後,採点の正確さや採点した根拠の記述の妥当性について,ルーブリックをもとに数値化した。・今回の学習が生徒の情意的側面にどのように影響したかについては,事前,事後のアンケートをもとに,マット運動の好感度と学習に対する意欲を5段階の評定尺度で測定した。○研究成果生徒の多くは質問紙で,採点基準をもとに相互評価することは自己の課題の明確化に役だったと答えており,評価基準を生徒と教師が共同で作り共有することを肯定的に捉えていたことがわかった。また,マット運動に対する好感度や学習意欲について,事前事後の質問紙を分析したところ,どちらも高得点であった。以上のことから,本実践は生徒に課題を明確化させ,主体的な学びを促進することが明らかとなった。さらに,採点の正確さをパフォーマンス課題とルーブリックで計測した結果,おおむね正確に採点されていた。このことから,観察力を形成する可能性があることも示唆するものであった。しかし,連続技の技能習熟においては課題が残った。
中枢ヒスタミン神経系の分布と機能に関する研究

ヒスタミン神経系の細胞体は視床下部後部の結節乳頭核に限局して存在し,神経線維を脳内のほぼ全領域に投射している。このような分布から脳内ヒスタミン神経系は特殊で個別的な機能ではなく,全般的,あるいは基礎的な神経機能に深い関連を有するものと考えられる。本研究では中枢神経系におけるヒスタミン神経系の生理機能は何かという問題を1.形態的アプロ-チ(ヒスタミン神経系の分布の詳細マッピング,系統発生学的検討,化学的神経回路網の解明,PETによる受容体分布の可視化,in situ hybridization),2.神経薬理学・神経生理学的アプロ-チ(視床下部切片を用いたin vitroおよび脳透析法を用いたin vivoでの神経終末からのヒスタミン遊離制御機構の解明,概日リズム・神経内分泌・摂食行動・体温制御・老化・自発行動・鬱病・痙攣・動揺病におけるヒスタミンの生理的および病態生理的意義),3.神経化学・細胞生物学的アプロ-チ(ヒスタミン合成と遊離の調節機構,ヒスタミン受容体の薬理学的特性,初代培養星状膠細胞における受容体の発現と細胞内情報伝達機構の解明)および4.分子生物学的アプロ-チ(ヒスタミンH1ー受容体、ヒスチジン脱炭酸酵素,ヒスタミンNーメチル基転移酵素,ド-パ脱炭酸酵素のクロ-ニングと発現)により追求した.その結果,ヒスタミンは系統発生学的によく保存された神経系であり,脳内で神経細胞みならず星状膠細胞や脳血管系をその標的とし,脳全体の活動レベルを調節していることが明らかとなった。本研究では脳における一つの伝達物質としてのヒスタミンの機能を明らかにすることを目的としたが,この研究によって,情報伝達受容機構一般の知見を深めることもできた.ヒスタミン神経系の細胞体は視床下部後部の結節乳頭核に限局して存在し,神経線維を脳内のほぼ全領域に投射している。本研究では脳における一つの伝達物質としてのヒスタミンの機能を明らかにすることを目的としたが,この研究によって,情報伝達受容機構一般の知見を深めることもできた.脳内ヒスタミン神経系に関して以下のような研究成果を得た。I.形態学的研究:ヒスタミンニューロンに対してどのような神経活性物質を含有する神経終末がシナプスを形成し、ヒスタミンニューロンの活動を調節しているかを免疫電顕ミラー法を用いて検索し、サブスタンスP(SP)を含有する線維とニューロペプチドY(NPY)を含有する線維の2種の入力を確認することができた。II.神経薬理・生理学的研究:視床下部スライスを用いたin vitro灌流法を用いて各種神経活性物質のヒスタミン遊離に及ぼす影響を検索し、グルタミン酸およびアスパラギン酸が促進的に、アデノシン、SP、GABAが抑制的に作用することを見いだした。また、in vivoでの微小脳透析法では、視床下部後部の電気刺激により視床下部前部からのヒスタミン遊離が約倍に増加することを認め、この系が脳内ヒスタミン動態の研究にきわめて有用であることを確認した。さらに、脳室内ヒスタミン投与により概日リズムの位相シフト現象が起こることを見いだした。III.神経化学・細胞生物学的研究:ヒスタミンニューロンのモデルとしてのラット好塩基球性白血病細胞(2H3)を用い、細胞膜表面上のIgE需要体刺激に伴うヒスタミン遊離の機構をイノシトールリン脂質の代謝回転促進、細胞内Ca^<2+>の上昇を同時に測定することにより研究した。また、遊離刺激に遅れてヒスチジン脱炭酸酵素活性が上昇することを見いだし、この上昇はCキナーゼを介する酵素誘導によるものと思われた。IV.分子生物学的研究:ヒスタミンH_1-受容体の精製および再構成とヒスタミン代謝酵素系のクローニングについては研究が進行中である。また、ラット脳初代培養星状膠細胞にヒスタミンH_1-受容体が存在することを結合実験により見いだした。このことは、脳内ヒスタミンの機能を考える上に、標的としての膠細胞の重要性を示すものである。脳内ヒスタミン神経系に関して以下のような研究成果を得た。

I形態学的研究:ヒスタミン神経系の分布を系統発生学的に検索し全ての脊椎動物にその存在を確認した。ヒスタミンーペプチド相関の検討を三又神経節で行いヒスタミンはカルシトニン遺伝子関連ペプチドおよびサブスタンスPの軸索内輸送を高め終末より放出させるがその合成機序には大きな影響を与えないことを免疫組織化学およびin situハイブリダイゼーション法を用いて明らかにした。II神経薬理・生理学的研究:in vivoでの微小脳透析法を用い、視床下部前部からのヒスタミン遊離に概日リズムが存在することを見出した。視下部スライスを用いたin vitro灌流法ではムスカリン受容体を介するヒスタミン遊離抑制とニコチン受容体を介する遊離促進を見出した。III神経化学・細胞生物学的研究:ラット好塩基球性白血病細胞の表面灌流法により、IgE受容体刺激に伴う細胞内Ca^<2+>濃度の上昇とヒスタミン遊離機構におけるCキナーゼの関与を検討した。[^3H]メピラミンのin vivoでの結合実験を行い、4ーコンパートメントモデルで解析した。IV分子生物学的研究:精製[^3H]メピラミン結合蛋白のアミノ酸配列を決定したところ、チトクロームPー450の一種であるデブリソキン4ー水酸化酵素の一次構造に含まれることが明らかとなり、現在、この酵素とヒスタミンH1受容体蛋白との相同性について検討している。ウシ副腎髄質細胞より得たmRNAをアフリカツメガエルの卵母細胞に注入することにより、ヒスタミンH1受容体蛋白が発現された。現在、ウシ副腎髄質細胞のcDNAライブラリーを作成し、ヒスタミンH1受容体蛋白cDNAのスクリーニングを行っている。ラットアストログリア初代培養細胞において、ヒスタミンH1受容体を介するCa^<2+>動員をfura2を用いる蛍光シグナルにより測定した結果、5種のCa^<2+>動員パターンが存在することが明らかとなった。平成2年度の研究テ-マについて、以下の成果を得ました。I形態学的研究:ヒスタミン(HA)H_1ー受容体刺激は知覚神経節のP物質或いはカルシトニン遺伝子関連ペプチド含有ニュ-ロンに対し細胞内へのCa^<++>流入を引き起こした。更に、HAはP物質含有知覚ニュ-ロンの軸索輸送を活性化した。II神経薬理・生理学的研究:in vivo脳透析法により視床下部からのHA遊離はグルタミン酸により増強され、γーアミノ酪酸により抑制された。海馬からのアセチルコリンの遊離はHA神経の細胞体電気刺激により増強し、HA合成阻害薬の前処置でその増強が抑制された。自発運動の自由継続リズムの位相がHAの脳室内投与或いはH_3ー拮抗薬チオペラミドの投与の時間帯により前或いは後ろに移動した。III神経化学・細胞生物学的研究:ラット好塩基球性白血病細胞におい抗原、ロイコトリエンD_4刺激により振動性のCa^<++>動員がみられ、蛋白キナ-ゼCの刺激によりヒスチジン脱炭酸酵素(HDC)活性は上昇した。ヒトHDCcDNAをクロ-ニングし、一次構造を明らかにした。[ ^<11>C]ピリラミンによるヒト脳におけるH_1ー受容体の分布をポジトロンエミッショントモグラフィ-にて調べた。老化促進マウスにおいて脳内HA含量が増加した。H_3ー拮抗薬のマウスへの投与により脳内HA含量は低下し、自発運動、HDC活性は増加した。
新規固相不斉合成法の開発およびHIVプロテアーゼ阻害剤のデザインと合成

HIV-1プロテアーゼは魅力的な抗エイズ薬のターゲットであると考えられているが、未だ副作用および耐性克服などの問題点が山積みである。これを解決すべく本研究では「プロテアーゼ基質の構造を一部変換することで酵素との強固な相互作用を形成させ、酵素活性部位周辺を断続的に遮断する」という独自の方法論を提唱し、これに基づいて独創的かつ実用的なエイズ治療薬の創製を目指している。本年度においては、分子モデリング的手法などによりイメージした酵-阻害剤間相互作用を具体化するために必要な光学活性合成素子を、幅広く迅速に調製可能な新規固相不斉合成システムの開発について、研究を展開した。具体的には、まず、新たにデザインした固相担持型Evans不斉補助基の簡便合成について検討した。液相法によりあらかじめ調製したオキサゾリジノンを最後に樹脂と縮合する方法と、樹脂を出発物質に全工程を固相上にて行う方法を比較した結果、後者の反応条件を精査することにより不斉補助基樹脂の簡便合成法を開発できた。次いで、新たに調製したオキサゾリジノン樹脂を固相Evans不斉アルキル化反応の条件に附したところ、通常の液相合成法に匹敵する高いレベルの1,4-不斉誘導を実現させることが出来た。また、ポリマー担持型試薬のアドバンテージである不斉補助基樹脂の回収・再利用についても成功し、これら一連の実験結果をTetrahedron誌上にて報告した。以上のように、α-ヒドロキシ-β-アミノ酸の構造的特徴を端緒に、新規ポリマー担持型Evans不斉補助基をデザイン・合成し、その力量を実証した。今後、基質型HIV-1プロテアーゼ阻害剤の詳細な構造活性相関研究を行うにあたり必要となる各種キラルビルディングブロックを、本固相不斉合成ツールが効率的に供給するものと思われる。
群の表現と方程式の研究およびその応用

有限群、有限表示群、代数群、および表現論の研究を、様々な角度から行ない、またコンピューターによる数値計算も有効に用いながら新しい結果を生み出した。とくにSL_2の群構造の具体的な決定が、コンピューターとの対話により、非常に美しい形で与えられたことは、その方法論とも合わせて、将来に大きな前進をもたらすものである。さらに、代数体の整数環上の群の構造が、素数2と3の分岐の情報と密接に関連していて、その分岐の状態が、群構造に決定的な影響を与えているという発見は、今までにない視点からのアプローチとして、今後ともさらに注目される。とくに、二次体の場合に、SL_2の様子がd≡5(mod24)の場合とd≠(mod24)の場合とでは、代数構造が大きく異なることが見い出された。この様に群、環の表現、整数論、計算機代数が一体となり、代数構造が次々と明らかにされた点は今年度の研究の大きな成果である。また、Pell方程式の基本解との新しい関係も見つかった。
負曲率空間のトポロジカルエントロピーとメトリックエントロピーとの関係について

以下、Mにより、完備,単連結,微分可能なリーマン多様体を表わすこととする。Mの任意の測地線に対し、Mの任意の点から、垂線が、ただ1本しか、下ろせないとき,Mは焦点のない多様体であるという。焦点を持たない多様体は、負曲率空間を自然に拡張したものであるということが知られている、一方、焦点を持たない多様体は、ある点における、すべての方向の断面曲率が正になることもあるということが知られている。そこで、焦点を持たない多様体Mが、もしも等質的ならば、Mの断面曲率は至る所で、非正であろうと予想される。焦点を持たない等質空間の例として、非コンパクト型のランク1の対称空間がある。このことから、焦点を持たない多様体が、どのような条件の下で、非コンパクト型、ランク1の対称空間になるのか調べれば、前述の予想に肯定的な答の1つが得られることになる。焦点を持たない多様体Mの等長変換全体から構成される群をI(M)で表わす。Mのどんな測地線αに対しても、I(M)の中に列{【4_n】}が、n→∞のとき、【4_n】(p)→α(∞)かつ【4(^-1_n)】(p)→α(-∞)となるようにとれるならば、I(M)は双対条件をみたすということにする,ここで、PはMの任意の点でよい。このとき、I(M)が双対条件をみたすことと、Mが非コンパクト,ランク1の対称空間と同値であることが示される。したがって,前述の予想は、I(M)が双対条件をみたしている時,正しいことがわかった。そのほか、シャウダー基底をもつ複素バナッハ空間において、レビ問題に関する結果などが得られた。
変化の担い手としての教師―拡張的学習への活動理論的介入研究―

本研究は、持続可能な学校改革の鍵を握る教師の役割に注目し、学校現場において現実の問題状況を乗り越えようとする教師たち自身の組織学習に介入することによって、変化を創造する主導的な担い手としての教師の新たなあり方を発見し、概念化した上で、今日の時代に求められている、協働して変革を生み出していく教師の専門性の開発について明らかにするものである。そのため、本研究では、教師たちの組織学習の場を対象に、変化の担い手としての力量を高めていくような形成的な介入を実施し、得られたデータの分析を進め、最終的な成果として、教師の専門性開発に関する新たな展望と方策を提起する。
中小規模医療施設の中途採用看護師が職場適応するために必要な支援

中小規模病院の中途採用看護師に対する支援のあり方を検討するために、入職後に感じた困難と職場継続の要因、入職後に受けた支援と期待する支援の実態を明らかにした。中途採用看護師は環境の違いに対する戸惑いや現職場で実施する初めての技術に対して不安を感じており、現職場での初めての体験や未知なことに対しては丁寧な説明を期待していた。他施設での経験があるからこそ現職場での看護方法に対する疑問を抱いており、周囲にその疑問を表出できる環境が必要であること、上司や同僚からの情緒的支援は職場継続の要因であることが示唆された。病院に期待する支援には、適正な能力評価と就業時間、教育体制、福利厚生等が挙げられた。中小規模医療施設の中途採用看護師が、職場に適応するために必要とする支援を明らかにするため、平成24年度は11名の中途採用看護師にインタビュー調査を行った。平成25年度は、平成24年度の研究成果をまとめ学会で発表し意見交換することで、今後の研究の示唆を得ることができた。さらに研究結果を平成26年度に論文として投稿するための準備を進めた。また、中途採用看護師を対象とした大規模な質問紙調査を実施するために、インタビュー調査の結果を再度分析するとともに文献検討を丁寧に行いながら質問紙の内容を検討した。中小規模医療施設の中途採用看護師が、職場に適応するためにどのような支援を必要とするのか、実際に受けた支援と必要とする支援の実態を明らかにするため、平成24年度は中途採用看護師にインタビュー調査を行った。研究協力者は、病床数200300床程度の中小規模医療病院3施設に勤務する、臨床経験3年以上で入職後1年以上経過した中途採用看護師11名であった。インタビューでは、転職の動機、職場に適応していく上で困難に感じたこととその時の対処法、施設側から受けた支援と期待する支援、職務の継続を支えているものなどについて、インタビューガイドに沿って、自由に語ってもらった。インタビュー内容から逐語録を作成し、意味内容の類似性に従いカテゴリー化しながら内容を分析した。その結果、中途採用看護師が入職後から現在に至るまでに困難に感じたこととして、8カテゴリー、職場継続の要因として8カテゴリー、期待する支援として6カテゴリーが抽出された。中途採用看護師は、環境の違いへの戸惑いや、現職場で行う初めての技術に不安を感じており、現職場での未知なことに対しては丁寧な説明を期待していた。また、他施設での経験があるからこそ現職場での看護方法に疑問を抱いており、現職場のやり方に合わせつつも状況を見て自分の考え方ややり方を表現し、職場にうまく適応していた。本研究により、中途採用看護師は入職後様々な困難を感じながらも、仕事に対するやりがいが根底にあることで、職務を継続できていることが明らかとなった。本研究結果は、第17回日本看護管理学会学術集会で発表する予定である。平成26年度は、中途採用看護師が職場に適応するために入職後から現在に至るまでに感じた困難と実際に受けた支援、必要とする支援を明らかにすることを目的に、大規模な質問紙調査を実施した。対象は、関東圏内にある病床数約200300床の56施設に勤務する中途採用看護師で、調査票を回収した665名(回収率58.5%)を分析対象とした。入職後に感じた困難は、「看護方法や業務内容の違いに戸惑う」、「前職場との使用物品や設備の違いに戸惑う」、「初めて実施する技術に対して不安を感じる」、「医療事故を起こさないか不安である」、「給料が低い」の順に高い得点であった。プリセプターによる指導を「受けた」44.7%、「受けない」54.0%であり、プリセプターによる指導の必要性は「必要ではない・どちらでもない」が全体の23.9%であった。入職後1年以内の研修を「受けた」56.5%、「受けない」38.3%であり、中途採用看護師対象の院内フォローアップ研修の必要性は「必要ではない・どちらでもない」が全体の36.7%であった。病院に期待する支援の内容(複数回答)は、「給料(昇給、残業代支給、能力に応じた給与など)」、「休暇」、「スタッフの増員」、「育児支援」、「資格取得・就学・院外研修支援」、「院内研修や教育の充実」、「業務改善」、「定時帰宅」、「夜勤の負担軽減」の順に回答数が多かった。プリセプターによる指導やフォローアップ研修について必要としない意見も多く、期待する支援には多様な内容が挙げられた。中途採用看護師への支援として、プリセプターによる指導・集合研修といった一律の内容ではなく、施設の特性や個人の経験・希望に応じて対応することや、病棟と看護部が連携をはかりながら長期的にフォローする仕組み作りが必要であると考える。

医歯薬学平成24年度にインタビュー調査を実施、平成25年度に学会での発表、近々論文の投稿予定であり、この点については予定通りに達成できた。平成26年度は質問紙調査の予定であるが、まだ質問紙の検討段階にあるためやや遅れていると判断する。平成24年度、中途採用看護師へのインタビュー調査を実施し、内容を分析し結果をまとめることができたため、この点については予定通りに達成できた。しかし、インタビュー内容と先行研究を参考にして、質問紙を作成することまでを平成24年度の予定としていたが、まだ質問紙作成までには至っていないため、やや遅れていると判断する。中途採用看護師が入職後に受けた支援と期待する支援の実態を明らかにするため、平成26年度は大規模な質問紙調査を実施する。調査対象は、病床数200300床程度の中小規模医療施設に勤務する中途採用看護師とする。当初は近隣の施設を中心に調査を依頼し、調査協力が得られない場合に対象施設を広げる計画であったが、調査開始時より対象施設を近隣に限定せず関東圏内の施設とし、対象者数を得ることで、調査の妥当性を確保する予定である。また、大規模な質問紙調査であり膨大なデータを取り扱うことから、結果の集計や分析にあたっては業者への業務委託を活用し、速やかに分析作業を進めるよう工夫していく。質問紙調査の結果を分析することで、本研究の目的である中途採用看護師が入職後に受けた支援と職場適応のために必要とする支援の実態を明らかにし、中途採用看護師の職場への適応と活用に向けた具体的な支援策や課題についても検討する。中途採用看護師が入職後に受けた支援と期待する支援の実態を明らかにするため、平成25年度は大規模な質問紙調査を実施する。質問紙の項目精選にあたっては、24年度のインタビュー内容や様々な先行研究を参考にする。また、予備調査や内容妥当性の検討を重ねながら質問紙を作成する。対象者は、関東圏内で病床数200300床程度の中小規模医療施設に勤務する、臨床経験3年以上で入職後1年以上経た、役職がなくスタッフとして勤務する中途採用看護師を予定しているが、調査協力が得られにくい場合には、対象地域を広げて対象者を確保する。当初は平成25年度に質問紙調査を実施する予定であったが、年度途中から産休に入ったことで実施することができなかった。そのため平成26年度に調査を実施することとしたため。質問紙調査の費用として印刷費や郵送費、データ処理委託費等で、多額の経費が必要になる。また、統計解析ソフトを購入する予定である。質問紙調査の費用として、印刷費や郵送費、データ処理委託費等、多額の経費が必要になると予測される。
新材料・新量子構造を用いた高性能中赤外デバイスの研究

微量窒素を導入したナノ構造化合物半導体を用いた中赤外用光デバイスの開発を行った。具体的にはInP基板をベースとした波長2μm帯のInAsSbN歪量子井戸レーザーと同じくInP基板をベースとした波長2μm帯の光源・光検出器として有用なInGaAsN/GaAsSbタイプII量子井戸光デバイスを作製を行った。前者に関しては量子井戸幅3nmの歪量子井戸レーザーを分子線成長法(MBE)で作製し、220Kで波長2.36μmのレーザー発振を実現することが出来た。また後者に関しては窒素導入量1%の組成において室温での発光波長2,86μmのエレクトロルミネッセンス(EL)を観測することに成功した。H24年度においては以下の研究実績を得ることが出来た。(1)InAsSbN単一量子井戸構造の発光特性の最適化を図るためSb組成と成長温度をパラメータとして成長条件を変えて分子線結晶成長法(MBE)により成長を行った。その結果、Sb組成が2%、成長温度450°Cにおいてもっとも発光強度が強く、半値幅の狭いフォトルミネッセンススペクトルを得ることが出来た。さらにこの成長条件を用いてInAsSbN単一量子井戸レーザを作製し、220Kにおいて発振波長2.36μmのレーザ動作を実現することが出来た。特性温度は66Kであり波長2μm帯レーザの値としては大きな値を得ることが出来た。(2)InGaAs/GaAsSbタイプII量子井戸の成長条件を最適化することにより、タイプII量子井戸特有の発光現象を観測することに初めて成功した。このことは極めて高品質のエピタキシャル結晶が形成されていることを示している。(3)プラズマ窒素源を用いることによりInGaAsN/GaAsSbタイプII発光ダイオードを試作した。その結果、室温において波長2.86μmのエレクトロルミネッセンスを観測することに成功した。これは窒素を導入しないInGaAs/GaAsSb発光ダイオードの波長2.3μmから大幅に長波長化しており、この材料系がInPベースの中赤外デバイスとして極めて有望であることを示している。H25年度は以下の3点に関する成果を得た。(1)InAsSbN単一量子井戸レーザ:MBE法により厚さ3nmの単一量子井戸を成長温度450°Cで作製し、室温でのELピーク波長として2.54μmを実現することが出来た。またアニール処理した試料において220Kで波長2.36μmのレーザパルス動作を実現することが出来た。特製温度は66Kであった。(2)InGaAsN/GaAsSbタイプII量子井戸ダイオード:MBE法によりInGaAsN/GaAsSbタイプII量子井戸ダイオードを成長温度480°Cで作製し、室温でのEL発光波長として2.86μmを実現することが出来た。これは窒素1%の導入で約100meVのエネルギーシフトが得られることを示しており、これまでのInGaAsNで得られた結果と良い整合性があることが明らかとなった。(3)InP基板上のInAs/GaSbタイプII量子井戸構造:MBE法によりInP基板上にGaSbバッファ層を積層することにより、高品質のInAs/GaSbタイプII量子井戸が作製可能であることがわかった。結晶表面にはクラックうは観測されなかった。またInAs/GaSbタイプII量子井戸はX線回折においてするどい回折ピークを示し、PL発光波長として6μmを得ることが出来た。PL発光強度はGaSb基板上のものと同等以上であり、高品質の結晶が得られていることが明らかとなった。本年度は波長3μm帯の赤外デバイスを実現するための基礎となる実験としてMBE法により結晶を作製し、(1)InGaAsNの特性評価、(2)InAsSbN単一量子井戸の特性評価、(3)InGaAs/GaAsSbの特性評価、(4)InGaAsN/AlAsSb共鳴トンネル素子の試作を主に行った。(1)に関しては光吸収スペクトルと電気的特性のN濃度依存性について調べた。その結果、N濃度2.5%を境に特性が大きく変化していることが明らかとなった。(2)については成長温度480°Cの量子井戸と成長温度450°Cの量子井戸の光学的特性を比較した。その結果成長温度450°Cの場合の方が成長温度480°Cの場合に比較して発光波長が長くなるとともに、発光強度も若干増加し半値幅も約10meV程度小さくなることが明らかとなった。これは450°Cで成長した方が結晶性が良くなることを示している。長波長化のメカニズムは今の所明らかとなっていない。この結果については学会で報告を行った。