hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機能変化に適応する施設廃校小学校を事例として

本研究では、主に高知県の廃校小学校の全体像を大まかに把握することを中心に事例収集作業を進めてきた。最初に、日本における施設再利用についての現状と今後の予測される方向性とその考え方についてまとめた。一方、すでに「社会的ストック」としての建築施設の再利用について海外の優れた事例の収集を行った。次に、そういった施設再利用の流れの中で、廃校小学校の再利用についての社会的背景を整理した。廃校小学校の具体的調査としては、マクロ的調査およびミクロ的調査を行った。マクロ的調査では、まず高知県全体で、関係市町村への電話による聞き取りから廃校小学校の現況調査を行い、基本的データを揃えた。その結果、県全体での廃校小学校リスト(150件程度)が作成され、整理された。当初予測されたよりもはるかに廃校件数が多いこととそれに比べて再利用されている事例の少なさが挙げられる。同時に基本的データから廃校小学校の空間的分布と事系列的分布が判明した。ミクロ的調査として主に高知県東部から現地調査を実施し、利用実態調査(時期/平面図/断面図/構造形式/管理形式/利用形式/利用頻度/利用評価/施設の変化状況/問題点)と現施設管理者、施設利用者および周辺住民へのインタビュー各項目の整理をし、調査フォーマットをもとに調査表を作成し、全体的な再利用の現状を読みとった。まず、平成11年度は主に高知県の廃校小学校の全体像を大まかに把握することを中心に事例収集作業を進めた。一方、すでに「社会的ストック」としての建築施設についての海外の優れた事例を収集しつつある。次に、そういった施設再利用の流れのなかで特に挙げた事例として、廃校小学校の再利用についての社会的背景を整理した。廃校小学校の調査としては、マクロ的調査を行った。まず高知県全体で、関係市町村への電話による聞き取りから廃校小学校の現況調査を行い、基本的データを揃えた。その結果、県全体での廃校小学校リスト(130件程度)が作成され、整理された。当初予測されたよりもはるかに廃校件数が多いこととそれにくらべて再利用されている事例の少なさが挙げられる。同時に基礎的データから廃校小学校の空間的的分布と時系列的分布が判明した。現在では具体的な個別事例について、ミクロ的調査を行っている。主に高知県東部から現地調査(50件程度)を実施し、利用実態調査(時期/平面図/断面図/構造形式/管理形式/利用形式/利用頻度/利用評価/施設の変化状況/問題点)と現施設管理者、施設利用者および周辺住民へのインタビュー各項目の整理をし、調査フォーマットを作成しつつある。平成12年度前半ははさらに現地調査をすすめることになる。後半は今後の廃校小学校の再利用の可能性および再利用提案を行うことになる。
若年者(小児)に発生する甲状腺癌の生物学的特性と遺伝子背景

20歳以下の若年甲状腺乳頭癌(P-PTC) 81例と21歳以上の成人甲状腺乳頭癌(A-PTC) 83例について、臨床病理学的に比較検討するとともに、BRAFV600E突然変異とTERT promoter突然変異を解析した。その結果、P-PTCはA-PTCよりも、腫瘍径が大きく、リンパ節転移率が高いことがわかった。一方、BRAFV600E突然変異率は、P-PTCは37%で、A-PTCの82%よりも低く、TERT promoter突然変異はA-PTCでは13%が陽性を示したが、P-PTCでは全例陰性となった。以上より、若年甲状腺癌はその臨床像とともに遺伝子背景も成人とは異なることが示唆された。これまで成人の甲状腺癌について、臨床病理学的事項、組織学的事項、遺伝子背景などを検討してきた。今回は若年発生の甲状腺癌を検討する目的で以下の項目について実際に行った。材料の収集と臨床病理学的事項:山梨大学医学部附属病院、神戸隈病院で手術された若年発生(20才以下)と成人発生(21才以上)の甲状腺癌症例(若年発生が20歳以下100例、21才以上100例)を集めることができた。それぞれの症例について、患者年齢、性、転移の有無などの臨床病理学的事項をまとめた。病理学的事項:すべての症例のHE染色標本を組織学的に検討した。その結果、若年者例では乳頭癌の頻度が有意ではあるが、成人発生の甲状腺癌例に比較すると濾胞癌の割合が高いことが分かった。遺伝子変異の検出:各症例についての臨床情報をもとに、フォルマリン固定、パラフィン切片から核酸を抽出した。癌遺伝子の検討はアレル特異的PCR法を用いた。本方法におけるBRAF遺伝子変異に対するプライマーを作成し、その検出感度を検討し、0.1%の検出感度、すなわち1000個の細胞中に1個の細胞の遺伝子異常が検出可能であることを見出した。BRAF遺伝子のV660Eは、若年発生の甲状腺乳頭癌では35%、成人発生では70%で有意に低いことがわかった。その内容をみると、若年発生例の特徴といえるDiffuse sclerosing variantやSolid-follicular variantでは、15例中1例も陽性例がなく、成人型の乳頭癌では50%の頻度でBRAFV600Eが認められた。すなわち、若年発生の乳頭癌のBRAFV600Eの低頻度は、これらの若年型乳頭癌での亜型によるものと推察された。20歳以下の甲状腺癌の手術例は極めて少ない(100万人に一人といわれている)。本研究では、これまで20歳以下の甲状腺乳頭癌を155例(以下若年PTC)と21歳以上の甲状腺乳頭癌117例(以下成人PTC)を集めた。これらの症例からDNAが抽出できたInformative caseは若年PTCが81例、成人PTCが83例になった。この数字は世界的にみても最も多数例の研究である。これらの症例について、1、臨床病理学的特徴、2、遺伝子背景(BRAFV600EとTert遺伝子変異)に検討しました。臨床病理学的には、若年PTCには、いわゆる若年亜型といわれる充実型PTC、びまん性硬化亜型を含み、女性の頻度がより多く、成人PTCに比べてよりAggressiveな性格が判明しました。一方、遺伝子背景としては、BRAFV600Eの突然変異が成人PTCでは約80%に認められたのに対して、若年PTCでは37%と有意に低いことがわかりました。さらに、若年PTCの中でも年齢による差が認めることができました。一方、TERT突然変異は、成人PTCではC250Tが2.4%、C228Tが9.6%に認めましたが、若年PTCでは全例が陰性でした。以上より、若年PTCと成人PTCでは臨床病理学的および遺伝子背景にも大きな差が見られることが判明しました。現在、さらに若年発生の濾胞癌についての検討も行っています。本邦の東日本大震災後の津波により勃発した原発事故(東京電力福島第一原子力発電所)により、放射線被曝による若年者の甲状腺癌の発生が危惧されている。しかしながら、これまで日本では若年者甲状腺癌に関するシステマティックな研究はされてこなかった。そこで、本研究では若年者甲状腺癌について、臨床病理学的ならびに分子病理学的に検討することにした。<材料>若年者(20才以下)発生甲状腺乳頭癌39例を用いた。若年者甲状腺癌の対象として成人(21歳以上)発生の甲状腺癌40例を用いた。<臨床病理学的特性>若年甲状腺乳頭癌は、充実濾胞亜型、びまん性硬化亜型、篩状亜型など特異な組織亜型が多く出現した。とくに充実濾胞亜型は若年者乳頭癌の際立った特徴とみなされた。<遺伝子背景>若年甲状腺乳頭癌は、成人発生症例に比較して、BRAFv600Eの突然変異の頻度が明らかに低かった。TERTプロモーター変異も若年者の甲状腺癌には証明できなかった。以上より、若年発生の甲状腺乳頭癌は極めて特徴的な組織所見をしめし、その診断、治療に際しては、成人発生のものと異なる考慮が必要であることが示唆された。

その結果、P-PTCはA-PTCよりも、腫瘍径が大きく、リンパ節転移率が高いことがわかった。一方、BRAFV600E突然変異率は、P-PTCは37%で、A-PTCの82%よりも低く、TERT promoter突然変異はA-PTCでは13%が陽性を示したが、P-PTCでは全例陰性となった。以上より、若年甲状腺癌はその臨床像とともに遺伝子背景も成人とは異なることが示唆された。これまで、極めて稀である20歳以下の甲状腺乳頭癌と20歳以上の甲状腺乳頭癌を多数(それぞれ80例以上)収集でき、それらについての臨床病理学的特徴や遺伝子背景を解析できた。27年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学現在、これまでの20歳以下の甲状腺乳頭癌の臨床病理学的特徴やその遺伝子背景の解析結果を論文にまとめる準備を行っています。さらに、これまでは甲状腺乳頭癌についての研究でしたが、さらに若年濾胞癌に対する検討も準備しています。山梨大学医学部附属病院、神戸隈病院で手術された若年発生(20才以下)と成人発生(21才以上)の甲状腺癌症例(若年発生が20歳以下100例、21才以上100例)を集めることができた。それぞれの症例について、患者年齢、性、転移の有無などの臨床病理学的事項をまとめた。病理学的事項:すべての症例のHE染色標本を組織学的に検討した。その結果、若年者例では乳頭癌の頻度が有意ではあるが、成人発生の甲状腺癌例に比較すると濾胞癌の割合が高いことが分かった。遺伝子変異の検出:各症例についての臨床情報をもとに、フォルマリン固定、パラフィン切片から核酸を抽出した。癌遺伝子の検討はアレル特異的PCR法を用いた。本方法におけるBRAF遺伝子変異に対するプライマーを作成し、その検出感度を検討し、0.1%の検出感度、すなわち1000個の細胞中に1個の細胞の遺伝子異常が検出可能であることを見出した。BRAF遺伝子のV660Eは、若年発生の甲状腺乳頭癌では35%、成人発生では70%で有意に低いことがわかった。その内容をみると、若年発生例の特徴といえるDiffuse sclerosing variantやSolid-follicular variantでは、15例中1例も陽性例がなく、成人型の乳頭癌では50%の頻度でBRAFV600Eが認められた。すなわち、若年発生の乳頭癌のBRAFV600Eの低頻度は、これらの若年型乳頭癌での亜型によるものと推察された。若年者甲状腺濾胞癌の研究が、症例数が不十分のために次年度に回した。今後はさらに症例数を増やし、BRAF遺伝子変異をはじめとする甲状腺癌関連遺伝子の変異について検討していくこととする。また、Tertのプロモーター遺伝子における突然変異も検討する予定。これにはPCR法とともにFISH法を用いて解析することにしている。FISH法については、現在検討中である。若年者甲状腺濾胞癌症例から核酸を抽出し、ras, PPARgamma/PAX8遺伝子変異について検討するため、物品の購入にあてる。山梨大学研究者総覧
3パルス超解像度顕微鏡の開発とそれを用いた光合成初期過程の可視化

本年度は,顕微鏡下で画像を取得した際に,励起光のコヒーレンスが与える影響について調査を行った.超短パルス光の振幅と位相をデザインすることにより物性を制御するという試みは,1990年代頃から次第と活発化してきた.初期の段階では,小さな分子の化学反応の効率が制御可能であるという報告が多数なされていたが,2000年代に入ると光合成色素蛋白複合体のような巨大な分子集合体においても,その反応効率の制御が可能であるということが示されるようになった(この場合における反応効率の制御は,反応効率を観測しながらその値が上昇,もしくは減少するように少しずつ超短パルス光を構成する位相と振幅を周波数ごとに変化させていくという方法がとられる).結果として得られるパルス波形は非常に複雑なものとなり,効率が変化した物理的な背景を説明することは非常に難しいという問題がある.そこで本年度はまずマクロ配置にて,位相や振幅にシンプルな周波数変化を与えた場合に,光合成色素の応答がどのように変化していくかを調べ,前述の問題に対する答えを得るという試みを行った.これまでの研究により,超短パルス光に僅かな位相変化を与えただけでも光合成色素のダイナミクスが変化することを見出しているが,本年度は光の位相を正しく決定する方法について,とくにFROG (frequency-resolved optical gating)法に着目してさらに詳細な吟味も行った.また,本年度は二次以上の連続的な位相変化を与えることができるように波形成型器の整備を行った.その結果,特定の分子振動モードを選択的に発生させることが可能となった.現在,顕微鏡下で画像取得が行えるよう装置の移行を進めている.当初予想していたものとは別の起源によるノイズが発生することが分かり,良質の顕微鏡画像を得るためにはこのノイズを除去しS/N比を上げる必要が生じ,装置の改良が必要となっているため.変調の方法や光源のパルス発生法の変更などを行い問題を解決する予定である.研究計画を実施するために必要な実験機器の選定と導入を行った.本研究では,複数のパルスレーザーから発せられる光を自作の超解像度顕微鏡に導入する必要がある.そのために,パルス光の時間間隔がコントロール可能となるユニットの作製を開始した.本年度導入した二台のレーザーのタイミングの測定を行ったところ,STED光用のレーザーが励起レーザーに対し約12nsの遅れがあるため,3m程の光路を設け,時間遅延を生じさせることとした.多くのSTED顕微鏡においては,パルス間の時間遅延をコントロールするために光ファイバーが用いられる.しかし本研究で対象となる様々な光合成色素において鮮明な画像を取得するためには,測定対象となる物質毎にレーザーパルス間隔を最適化させることが必要となる.そのため今回の研究では,ファイバーとのカップリングの際に生じるパワーの損失を抑え,またタイミング合わせの自由度を残すために,空気中を伝搬させることとした.本年度は,測定対象として標準的な色素を用いた.これは,試料調製の時間を節約するとともに,装置の調整を行っている間に起こる試料の劣化を避けるためである.目視による確認を簡単にするために680nm近傍の観測を中心に行った.この波長は,高等植物などが持つ光合成色素であるクロロフィルの信号が現れる領域内にあるために,装置の構成が決まったのちにはスムースに本測定に移行できるものと期待している.また,光合成細菌の波長領域を観測するためには,もう少し長波長側を観測する必要があるため,このための予備測定も開始した.当該年度の予算で購入した装置が故障のため製造元に返送し修理が必要となった.そのため,計画した研究の一部を実施することができなかった.本研究では,光合成細菌の光合成膜中で行われる光合成初期過程を可視化するために,光学顕微鏡の回折限界を超えた空間分解能で画像取得することを目指している.その際,超短パルスレーザーを用いることにより,最終的には時間分解顕微画像を得る.超解像度顕微画像を得るためには,照射する二色のレーザー光について最適な波長を選択する必要がある.電子励起状態にある試料を誘導放出過程を経て基底状態に戻すためには,レーザーのエネルギーを最低励起状態より低く設定する.これにより超解像度顕微画像が得られることは,前年度までに行った標準試料を用いた研究で確認済みである.しかし本年度の研究において,レーザーの波長を変化させると,蛍光の(失活ではなく)増加が起こることを見出した.蛍光スペクトルの波長依存性やラマン散乱測定,さらにはブラウニアン振動モデルを用いたスペクトル密度の決定を行った結果,蛍光の増大は,電子の基底状態に結合した核の高い振動準位から,電子励起状態へ励起された結果現れるアンチストークス蛍光に起因することが分かった.このことはすなわち,光合成膜の超解像度画像を得るための波長選択域は非常に狭いことを意味している.また,時間分解画像を得るための条件を決定するために,代表的な光合成色素であるβ-カロテンの時間応答を調べた.ここでは,励起光の位相を変化させた際に顕微画像にどのような変化が現れるか(言い換えると光合成過程の人為操作が可能であるか)を調べることを念頭に置いている.単調な正チャープや負チャープを与えたところ,特に負チャープの時にエネルギー伝達の効率が落ちる可能性があることが分かった.

現在のところ,励起状態のポテンシャル形状を反映するためと考えている.実験装置のトラブルが発生し修理が必要となったこと,および当初予想したよりも,測定条件が狭い範囲にあることが明らかとなったため,測定装置の構成を変更する必要が生じたため.本年度は,顕微鏡下で画像を取得した際に,励起光のコヒーレンスが与える影響について調査を行った.超短パルス光の振幅と位相をデザインすることにより物性を制御するという試みは,1990年代頃から次第と活発化してきた.初期の段階では,小さな分子の化学反応の効率が制御可能であるという報告が多数なされていたが,2000年代に入ると光合成色素蛋白複合体のような巨大な分子集合体においても,その反応効率の制御が可能であるということが示されるようになった(この場合における反応効率の制御は,反応効率を観測しながらその値が上昇,もしくは減少するように少しずつ超短パルス光を構成する位相と振幅を周波数ごとに変化させていくという方法がとられる).結果として得られるパルス波形は非常に複雑なものとなり,効率が変化した物理的な背景を説明することは非常に難しいという問題がある.そこで本年度はまずマクロ配置にて,位相や振幅にシンプルな周波数変化を与えた場合に,光合成色素の応答がどのように変化していくかを調べ,前述の問題に対する答えを得るという試みを行った.これまでの研究により,超短パルス光に僅かな位相変化を与えただけでも光合成色素のダイナミクスが変化することを見出しているが,本年度は光の位相を正しく決定する方法について,とくにFROG (frequency-resolved optical gating)法に着目してさらに詳細な吟味も行った.また,本年度は二次以上の連続的な位相変化を与えることができるように波形成型器の整備を行った.その結果,特定の分子振動モードを選択的に発生させることが可能となった.現在,顕微鏡下で画像取得が行えるよう装置の移行を進めている.当初予想していたものとは別の起源によるノイズが発生することが分かり,良質の顕微鏡画像を得るためにはこのノイズを除去しS/N比を上げる必要が生じ,装置の改良が必要となっているため.本研究では,光合成細菌の光合成膜中で行われる光合成初期過程を可視化するために,光学顕微鏡の回折限界を超えた空間分解能で画像取得することを目指している.高等植物の光合成系においてクロロフィルは,光捕集,励起エネルギー伝達,電荷分離,電荷移動といった光合成初期の諸過程において中心的な役割を果たす.クロロフィルの吸収帯は600700nm近傍に現れるため,従来はこの波長領域を中心とした研究がおこなわれてきた.本年度は,これまであまり注目がされてこなかった波長領域における光学応答を調査した.電子の最低励起状態であるQy帯よりもさらに低エネルギー側を励起した際にも,Qy帯からの蛍光が現れる,所謂アンチストークス蛍光現象を見出した.類似の研究を調査したところ,高等植物から単離した葉緑体においてアンチストークス蛍光が観測されていることが分かった.しかしその原因については明らかとなっていなかったが,タンパク質との何らかの相互作用に原因があると考えられていた.しかしながら今回の我々の研究において,有機溶媒中に分散させたクロロフィル分子においてもアンチストークス蛍光が現れることから,この現象にはタンパク質との相互作用は必ずしも必要でないことが分かった.吸収スペクトルをBrownian振動子モデルを用いて解析し,スペクトル密度の同定を行った.
がん細胞表面・DDS用微粒子表面相互作用のAFMによる評価法の開発

ドラッグデリバリーシステム(DDS)に用いる粒子は、ターゲットがガンの場合、血管壁透過が可能でかつ腎臓で濾過されない大きさ、すなわち粒径50100nmが期待されている。しかし細胞とこれら粒子との相互作用はほとんどわかっていないため、設計指針が求められている。前年度の成果より、付着力は、10分以上の接触時間を取らないと発現しないことが明らかになっており、また細胞の種類や表面の状態により異なり、細胞と押し付けているプローブ表面との親和性に依存することが示唆され、どちらかというと疎水性の表面との付着力が大きい傾向がわかっている。そこで本年度は、種々に表面改質したシリカ粒子をコロイドプローブとして、細胞-プローブ間の付着力の検討を詳細に行った。培地中で、シリカ粒子-細胞間の付着力を原子間力顕微鏡により直接測定した。その結果、シリカ粒子を炭素数が117のいずれの改質剤で修飾した場合でも、またPEGなどの半親水性物質で改質場合でも、シリカ粒子だけの場合に比べて付着力の値はほとんど影響しないが、カチオン基を含むカップリング剤で改質した場合だけは、非常に大きな付着力が得られた。細胞表面はマイナス帯電であり、整合性がある。このことは、表面がカチオン性だとマクロファージに代謝されやすいことを示しているが、逆に、キャリアだけをカチオン性としてマクロファージなどで代謝させれば、中身の薬剤だけを患部に届けることができる可能性が示唆している。しかしこの小さな粒子と細胞の相互作用や粒子の行方のその場観察のためには、光学顕微鏡は使用できない。そこで、その場観察可能な手段の二つとして原子間力顕微鏡(AFM)が考えられるが、生きている細胞をAFMでその場観察した例は少ない。そこでまずAFMで細胞を安定的にその場観察する手法の開発を行った。その結果、通常のAFM用探針では先端が尖鋭すぎて軟らかい細胞を変形させたり細胞膜を突き抜けてしまい、生きたままのその場測定が困難であるが、コロイドプローブ等の先端が鋭くない探針を用いると、安定的にいつでも測定できることを明らかにした。もっとも安定的に測定できたのは粒径3μmの球形粒子を接着して作成したコロイドプローブであった。また細胞-粒子間相互作用の測定を試みた。細胞は大変に軟らかく、数μmオーダで厚みが変化する。また付着力は、接触時間に依存する。30分1時間接触後には大きな付着力が現れるが、10分程度の短い時間では、付着力はあまり顕著ではない。またこの付着力は、細胞の種類や表面の状態により異なり、細胞と押し付けているプローブ表面との親和性に依存すると考えられる。現在のところ、どちらかというと疎水性の表面との付着力が大きい傾向があるが、大きくばらついており、今後詳細に検討する必要がある。
ミオシンーアクチン分子間相互作用エネルギ-の測定

筋収縮などの滑り運動をひきおこすミオシン分子とアクチン分子の相互作用力の性質を,その力の大きさの距離依存性を測定することによって,研究することを考えた。研究の方法は実験による実測を主体にし,分子間力の観点からの理論的アプロ-チも実験を補助する手段として用いた。ミオシンーアクチン分子間の力の大きさの測定方法は今世紀中期にファンデルワ-ルス力の測定に用いられたものを採用することにし,測定装置の設計を行った。現在では原子(分子)間力を顕微方法として用いることができる原子間力顕微鏡というものがある。この方法の改良応用を考察してみた結果,われわれの目的とする力の距離依存性の測定にすぐに応用することは不可能であることがわかった。測定装置は次のような構成になっている。力の大きさはとりあえず電子天秤を用いて測定する。ミオシン分子とアクチン分子はそれぞれ別の石英平板あるいはガラス平板に固定し,これらを液槽の中に入れる。2枚の平板間の距離は粗動ステ-ジと微動のためのピエゾ・アクチュエ-タを用いて変える。平板間の距離の測定はレ-ザ-光を用いた干渉計によることにした。距離は数十ナノメ-タから千ナノメ-タの範囲で変化させることを考えたため,光干渉計の有効性の検討は今年度中に終了しなかった。今年度は各部品の性能検査および測定装置の基本設計を終え,製作の途中で終わった。測定装置の細部の調整や実際の力のこの装置による測定の可能性の検討は来年度以降に延びた。理論的アプロ-チとしては,相互作用する物体の形状を考慮に入れたファンデルワ-ルス力の大きさを求める式を導くことを試み,このための一般化形式を考案した。具体的形状を定めたときの結果はまだ導いていない。ミオシン分子とアクチン分子はMgーATP,KCl,Ca^<2+>などの電解質溶液中で相互作用を行うので,電解質溶液中の電位についても研究を行った。
酸化物高温超伝導体固有の超格子構造から発現する電子現象の解明と機能化に関する研究

本研究は、銅酸化物系高温超伝導体の超伝導発現を担う金属的CuO_2層とこれを分離する非金属的ブロック層の交互の積層による自然超格子構造とこれに基づく異方的電気磁気的特性に着目し、これに起因する高温超伝導体固有の新しい電子現象の探索・究明と、その機能化(デバイスへの応用)を図ることが目的である。本年度は、(Bi,pb)_2Sr_2CaCu_2O_y結晶(T_c80K)固有のジョセフソン接合的振舞を明確にすると共に、そのデバイス化への道を拓くべく、種々のPb組成の結晶を成長し、その結晶構造を調べ、c軸方向のジョセフソン接合特性についてマイクロ波応答特性を測定し検討を行った。得られた結果は以下のようにまとめられる。2.同結晶のc軸方向の電流-電圧特性は、xの如何にかかわらず分枝を伴うヒステリシス特性を示し、いずれの結晶もc軸方向に多数のジョセフソントンネル接合が直列構成されていることを確認した。3.Bi_2Sr_2CaCu_2O_y結晶に8-10GHzのマイクロ波を照射し,その応答を調べた。マイクロ波電力が比較的低いとき、電流-電圧特性上に交流ジョセフソン効果による定電圧ステップが誘起され、結晶中の約100個のジョセフソン接合に位相ロックが生じた。一方、マイクロ波電力が比較的大きいとき、結晶ジョセフソン接合内に磁束量子が導入され、その運動と電磁波とによる同期現象が発生することを見出した。
巨大化させたミトコンドリアを利用したイネミトコンドリアゲノム編集システムの開発

イネのミトコンドリアは遺伝子操作を行うには小さすぎると考え、分裂因子の作用を阻害して巨大化したミトコンドリアを持つ組換えイネを得た。この培養細胞のミトコンドリアに、パーティクルガン法で遺伝子導入を試みたが、導入遺伝子の発現は確認できなかった。イネのミトコンドリアゲノムの編集を行うためのベクターの開発を行うため、特定のイネのミトコンドリアに安定して存在するプラスミド様環状DNAとミトコンドリアで発現誘導することが報告されているGFP発現カセットを連結したミニサークルDNAを作成した。ミトコンドリアゲノム編集実験を行うためツールを整えることができた。通常のイネミトコンドリアは直径1 μmほどであり、パーティクルガン法などの形質転換実験には小さすぎる。我々らはイネのミトコンドリア分裂因子であるダイナミン様タンパク質遺伝子のドミナントネガティブ変異OsDRP3A(K63A)を導入し、巨大化したミトコンドリアを持つ組換えイネを作成した。本研究では、この組換え体を材料として、ミトコンドリアゲノム編集システムを開発することを目的とした。イネのミトコンドリアで発現させることを狙って、イネミトコンドリアで発現量が多い26SリボソームRNA遺伝子のプロモーターとGFPを連結したコンストラクト(rrn26 pro:GFP)を作成した。細胞質雄性不稔性イネミトコンドリア内在性のプラスミド様環状分子(B1)とGFP発現カセットを連結したミニサークルDNAを作成した。巨大化したミトコンドリアを持つ組換えイネのカルスをAA培地で培養することにより、細かい細胞塊からなるサスペンジョンセルを得た。ブフナーロートを用いてろ紙に広げ、パーティクルガン法で遺伝子導入を試みた。イネミトコンドリアの内在性B1プラスミドに組み込んだrrn26 pro::GFPを導入する実験を行ったが、GFPの蛍光は観察されなかった。導入したGFP発現カセットにさらなる改善が必要である可能性も考えられたため、ミトコンドリアで発現誘導することが報告されている酵母のCOX2プロモーターを用いたGFP発現カセットをB1プラスミドに組み込んだ導入ベクターを再構築した。イネのミトコンドリアでGFPを高発現させるため、イネミトコンドリアのゲノムアレイで明らかにした発現が高い遺伝子rrn26のプロモーター領域に、バクテリアのコドンに最適化されたsGFPを連結し、さらに転写終結シグナルとしてnad6の3'領域を結合したGFP発現カセットを既に構築している。sGFPの上流にはバクテリアで翻訳レベルを上げるとされているgene 10リーダー配列、SD配列、および、融合タンパク質発現に用いられるpET3aを連結するという工夫がしてある。しかし、このrrn26 pro::GFPを導入する実験を行ったが、GFPの蛍光は観察されなかった。コンストラクトそのものに問題がある可能性も考えられた。イネのサスペンジョンセルにパーティクルガン法を用いて遺伝子導入を行い、ミトコンドリアゲノム編集システムを開発することを目的とした。通常のイネミトコンドリアは直径1 μmほどであり、パーティクルガン法などの形質転換実験には小さすぎると考えた。我々らはイネのミトコンドリア分裂因子であるダイナミン様タンパク質遺伝子のドミナントネガティブ変異を導入し、巨大化したミトコンドリアを持つ組換えイネを作成した。サスペンジョンセルは、ブフナーロートを用いてろ紙に広げ、パーティクルガン法で遺伝子導入を試みた。イネミトコンドリアの内在性プラスミド様B1 DNAに組み込んだrrn26 pro::GFPを導入する実験を行ったが、ミトコンドリアにおけるGFPの蛍光は観察されなかった。導入したGFP発現カセットに改善が必要である可能性も考えられたため、ミトコンドリアで発現誘導することが報告されている酵母のCOX2プロモーターを用いたGFP発現カセットを再構築した。このプラスミドをタマネギ表皮に導入したところミトコンドリアと考えられる細胞内顆粒でGFP発現が観察できた。酵母のCOX2プロモーターを用いたGFP発現ベクターをイネミトコンドリア内在性のプラスミド様B1 DNAと連結したミニサークルDNAを作成した。イネサスペンジョンセルは強い自家蛍光を発し、導入したGFPまたはRFPの蛍光を確認するのは困難であった。B1 DNAの存在量が品種によって異なること、および、戻し交雑を行って核を置換しても安定に保持されることを明らかにした。B1 DNAが自己複製し、ミトコンドリア人工染色体として機能することで、ミトコンドリアゲノム編集システムを開発できると期待される。ミトコンドリアで発現誘導することが報告されている酵母のCOX

2プロモーターを用いたGFP発現ベクターを再構築したので、これをイネミトコンドリア内在性のB1プラスミドと連結したミニサークルDNAを作成し、ミトコンドリアへの遺伝子導入成功が報告されている細胞膜透過配列およびポリカチオン配列を有する融合ペプチドを利用した遺伝子導入法(Chuah et al 2015, DOI:10.1038/srep07751)を利用し、ミトコンドリアに遺伝子導入することで解決したい。イネミトコンドリア内在性のB1プラスミドが自己複製し、ミトコンドリア人工染色体と機能することを期待している。植物分子遺伝学我々が独自に工夫して構築したGFP発現カセットを導入する実験を行ったが、GFPの蛍光は観察されなかった。GFP発現カセットそのものに問題がある可能性も考えられGFP発現カセットを再構築したので、今年度は本格的な遺伝子導入実験には至らなかったため。再構築したGFP発現カセットを用い、ミトコンドリアへの遺伝子導入成功が報告されている細胞膜透過配列およびポリカチオン配列を有する融合ペプチドを利用した遺伝子導入を精力的行うための消耗品に使用予定である。
自律型液体ナノプロセスによる不揮発性金属ナノ粒子メモリの開発

本研究課題では、独自開発した自律型液体ナノプロセスによる金属ナノ粒子アレイの作製と、フローティングナノ粒子ゲートメモリへの応用について検討してきた。研究期間内に、同一平面内に仕事関数のことなる二種類以上の金属ナノ粒子を含むハイブリッドアレイを作製し、書き込みゲート電圧制御による多値化メモリの開発に挑戦することを目的とした。平均粒径12nmの金ナノ粒子と5nmの白金ナノ粒子をそれぞれ合成した。それらの表面をクエン酸ナトリウムで修飾することにより、その表面電位を-40mV±3mVとした。ハイブリッドアレイの作製は、二段階成膜によりおこなった。はじめに、金ナノ粒子単層膜を成膜したのち、その間隙に白金ナノ粒子を充填することを考案した。基板表面にアミノシランを単分子的に修飾することにより+25mVに帯電可能であったことから、独自開発した液体ナノプロセス装置を用いることにより、粒子径や形状、組成に依存することなく、3-200nmの各種金属ナノ粒子の集積が可能になった。白金ナノ粒子の集積密度は5.0x10^<11>/cm^2が得られた。粒子間には半径程度の空間が形成されていたことから、粒子間の静電反発力、粒子と基板間に静電引力のみを駆動力とした自己組織化集積構造の形成を示唆しており、ナノレベルの材料設計を反映した集積構造が得られた。金ナノ粒子単層膜成膜後に、白金ナノ粒子の成膜をおこなった際、成膜時に金ナノ粒子が基板から脱離することがわかった。そこで、基板表面にアミノシランとナノ粒子を化学的に固定化することが可能なチオール基を分子末端に有するメルカプトシランを含む混合単分子膜を修飾した結果、二段階成膜時における金ナノ粒子の脱離を抑制し、隣接する金ナノ粒子間に形成されたナノ空間に白金ナノ粒子を充填することに成功した。ナノ特有の機能を有する最小の構造体であるナノ粒子を用いた、ナノ粒子デバイスの開発を目的としている。ナノ粒子をデバイス応用するためには、任意の場所に必要な量だけ集積する必要がある。本研究では、ナノ粒子および基板表面のナノレベルの材料設計により、リソグラフィによる光造形やテンプレートを不要とする金属ナノドット作製する手法の提案と、自己組織化法でしか作製できないフローティングナノドットメモリとして、異種金属ナノ粒子単層膜の作製と多値化メモリの開発を目的とした。独自開発した液体ナノプロセス装置を用いて、粒子径12nmの金ナノ粒子単層膜をアミノシラン処理したトンネル酸化膜上に成膜し、集積密度8.0×10^<10>/cm^2が得られた。このナノ粒子単層膜を3.5nmの熱酸化膜とスパッタ法により成膜した厚み20nmの酸化膜界面に閉じ込めることにより、ナノ粒子MOSキャパシタを作製した。容量-電圧測定では再現よく時計回り方向のヒステリシスループが観測された。ゲート電圧印加の掃引にともなったナノドット内への電荷の充放電を示唆しており、電子の閉じ込めがフラットバンド電圧のシフトを引き起こしたことがわかった。仕事関数の異なる二種類以上の金属ナノドットを同一平面に集積することができれば、電圧制御による多値化メモリが実現できる。粒子径5nmの白金ナノ粒子をあらたに合成し、金ナノ粒子単層膜成膜後の基板上に、白金ナノ粒子単層膜の作製をおこなった。白金ナノ粒子表面、および金ナノ粒子表面を負に帯電させ、粒子間の間隙を正に帯電させた結果、白金ナノ粒子は金ナノ粒子間の間隙にのみ単層状に集積され、その集積密度は5.0×10^<11>/cm^2が得られた。テンプレートを要することなく、同一平面上に異種金属ナノ粒子混合単層膜の成膜を世界で初めて実現した。
神経栄養因子様物質ジアジフェニンの不斉合成研究

神経栄養因子様物質ジアジフェニンの不斉合成研究をおこない効率的合成法を確立した。Pd触媒分子内Mizoroki-Heck反応による左環部シクロペンテン環の形成および環状炭酸エステルに対する分子内Tsuji-Trost反応を応用した中央環とラクトン環の連続環構築法によりジアジフェニンの骨格合成に成功した。2002年に単離,構造決定されたジアジフェニンは環状ヘミアセタール構造を含む特異な四環性構造からなるseco-プレジザン型セスキテルペンである.本化合物は,ラット胎児大脳皮質由来初代培養神経に対して神経突起伸展促進作用などの神経栄養因子様活性を有する.さらに,脂溶性低分子であることから体内では容易に脳へ移行すると考えられ,神経変性疾患の新たな治療薬になると期待されている.本研究ではジアジフェニンの効率的合成法の開発とその不斉合成を行うとともに,合成体の活性評価による構造活性相関を含めた創薬研究を目指す.本年度はジアジフェニンの左環部である五員環構築を行った.まず,ジェチルオキソピメリン酸から数段階を経てα-ブロモエステル部を有する環化前駆体を合成した.この基質に対し分子内Mizoroki-Heck反応を行い,四級炭素の形成を含む五員環構築を検討した.反応条件を詳細に検討した結果,本系では通常Mizoroki-Heck反応で良好な結果を与えるDMFなどの非プロトン性極性溶媒を用いるとO39%の低収率でしか反応が進行しないことが判明した.一方,アルコール系プロトン溶媒を使用すると反応は円滑に進行し高収率で環化体を与えた.なかでもメタノール溶媒は最も良い結果を与え,反応は1時間で完結し100%の収率で環化体を得ることができた.現在,得られた環化体から数段階の官能基変換後,アリルエポキシドに対するイリジウム触媒反応を用いた中央環およびγ-ラクトン環の連続環化反応を検討中である.2002年に単離,構造決定されたジアジフェニンは環状ヘミアセタール構造を含む特異な四環性構造からなるseco-プレジザン型セスキテルペンである.本化合物は,ラット胎児大脳皮質由来初代培養神経に対して神経突起伸展促進作用などの神経栄養因子様活性を有する.さらに,脂溶性低分子であることから体内では容易に脳へ移行すると考えられ,神経変性疾患の新たな治療薬になると期待されている。本研究ではジアジフェニンの効率的合成法の開発とその不斉合成を行うとともに,合成体の活性評価による構造活性相関を含めた創薬研究を目指す.本年度はジアジフェニンの中央環とラクトン環の構築法を検討し,ジアジフェニン骨格の合成を行った.環化反応には分子内Tsuji-Trost反応とそれに続くラクトン環構築の連続反応を適用した.環化前駆体として当初計画していたアリルエポキシド体は不安定で調製が困難であったが,エポキシド部をアセトナイド,または環状炭酸エステルへ置き換えたものを基質として調製した,両者にTsuji-Trost反応を行った結果,アリルアセトナイドは非常に安定で全く反応しなかったが,環状炭酸エステルは速やかに反応が進行し中央環とラクトン環の連続環化に成功した.反応条件を詳細に検討した結果,環状炭酸エステルの立体化学および溶媒の性質により生成物が変化することを明らかにした.しかし,本反応で得られた環化体は天然物のエピマー型であり,現在,天然型の立体配置をもつ環化体の構築を検討している.2002年に単離,構造決定されたジアジフェニンは環状ヘミアセタール構造を含む特異な四環性構造からなるseco-プレジザン型セスキテルペンである.本化合物は,ラット胎児大脳皮質由来初代培養神経に対して神経突起伸展促進作用などの神経栄養因子様活性を有する.さらに,脂溶性低分子であることから体内では容易に脳へ移行すると考えられ,神経変性疾患の新たな治療薬になると期待されている.本研究ではジアジフェニンの効率的合成法の開発を行うとともに,合成体の活性評価による構造活性相関を含めた創薬研究を目指す.本年度はジアジフェニンの中央環とラクトン環の構築法を検討し,ジアジフェニン骨格の合成を行った.環化反応には分子内Tsuji-Trost反応とそれに続くラクトン環構築の連続反応を適用した.昨年度までの研究では連続環化反応によりジアジフェニン骨格は構築できたものの、詳細な構造解析の結果、得られた環化体は天然物とは立体化学の異なるエピマー体であることがわかった。そこで本年度はまず、反応遷移状態の立体配座解析を行った。その結果、基質の最安定配座で反応が進行するとエピマー体が得られることが証明され、天然型を得るには試薬による立体化学的支配が必要とされた。Tsuji-Trost反応に用いる溶媒、配位子、触媒条件を詳細に検討した結果、配位子として二座配位子を用いることで目的の立体化学をもつ真のジアジフェニン骨格の合成に成功することができた。
音波段加による廃棄物高温処理の効率化

1.高温排ガス中微粒子の音波処理時における挙動実験においては,Znを蒸発させて,Arガスにより搬送し,冷却することによって粒径1100μmのZn粒子を生成させて、温度が異なる位置(180600°C)でガス中の粒子サンプリングを行ない、粒子の形状と濃度におよぼす音波の周波数,音圧,ガス温度,およびガス流量の影響を調べた.音波印加により微粒子が衝突・凝集することが確認された。低周波領域(35992Hz)におけるダスト粒子の凝集効率は音波の周波数に依存せず音圧によって支配されることがわかった。高周波領域(6.917.2kHz)では、凝集効率は周波数の増加と共に大きくなる傾向が見られた。また、温度が高いサンプリング位置ほど、凝集効果が顕著に向上した。2.高温排ガス中NOxにおける音波印加の効果実験では,Ar-NO混合ガス(NO911934ppm)を600900°Cに加熱されたカーボン板に吹き付け、CとNOの反応をおこさせ,板表面に音波(6.917.2kHz)を照射した.音波の効果は,周波数,音波の強度,グラファイト表面の温度に依存することが判明した.本実験で,NO還元について最も効果的であった周波数12.4kHz,温度700°Cの条件においては,NOの見かけの還元速度は音波印加しない場合の速度のおよそ6倍に増加した.3.高出力音波の適用による界面熱移動の制御予熱したPt線を定在音波(2161031Hz)の速度の節または進行音波(周波数6.917.2kHz)の進行方向に置いた.Pt線表面のガス流れの条件を変化させて、固-気間の熱移動のヌッセルト数におよぼす音波の周波数,強度の影響について調べた.熱移動に対する音波の効果はPt線の予熱温度が高いほど減少する.低周波の定在音波領域ではヌッセルト数は音響レイノルズ数の1/2乗に比例する事と周波数に依存しない事がわかった.高周波の進行音波の場合には周波数の増大とともに音波の効果が減少する傾向が認められる.1.高温排ガス中微粒子の音波処理時における挙動実験においては,Znを蒸発させて,Arガスにより搬送し,冷却することによって粒径1100μmのZn粒子を生成させて、温度が異なる位置(180600°C)でガス中の粒子サンプリングを行ない、粒子の形状と濃度におよぼす音波の周波数,音圧,ガス温度,およびガス流量の影響を調べた.音波印加により微粒子が衝突・凝集することが確認された。2.高温排ガス中NOxにおける音波印加の効果実験では,Ar-NO混合ガス(NO911934ppm)を600900°Cに加熱されたカーボン板に吹き付け、CとNOの反応をおこさせ,板表面に音波(6.917.2kHz)を照射した.音波の効果は,周波数,音波の強度,グラファイト表面の温度に依存することが判明した.本実験で,NO還元について最も効果的であった周波数12.4kHz,温度700°Cの条件においては,NOの見かけの還元速度は音波印加しない場合の速度のおよそ6倍に増加した.3.高出力音波の適用による界面熱移動の制御予熱したPt線を定在音波(2161031Hz)の速度の節または進行音波(周波数6.917.2kHz)の進行方向に置いた.Pt線表面のガス流れの条件を変化させて、固-気間の熱移動のヌッセルト数におよぼす音波の周波数,強度の影響について調べた.熱移動に対する音波の効果はPt線の予熱温度が高いほど減少する.低周波の定在音波領域ではヌッセルト数は音響レイノルズ数の1/2乗に比例する事と周波数に依存しない事がわかった.高周波の進行音波の場合には周波数の増大とともに音波の効果が減少する傾向が認められる.1.音波印加による気相中熱伝達の促進効果アクリル容器内の中心に100μm^φ×0.1m^Lのpt線を垂直に設置し、装置両端の2つのスピーカーから定常音波を照射した。Pt線に電流パルスを流して800°Cまで加熱後、放冷してpt線温度の経時変化の測定結果から固-気界面の気相側熱伝達係数を推算した。実験は、装置内の定常音波がPt線の位置で変動速度V_<rms>が極大(流体粒子速度の腹)、または、音圧SPLが極大(音圧の腹)となる周波数条件下で行った。また、Pt線表面に上方から空気を吹き付けた場合の吹付けガスの速度V_gとV_<rms>、SPLの測定も行った。測定値は、音波印加のない場合の熱伝達係数h_0と、音波の周波数と変動速度を変化させたときの熱伝達係数hの相対比h/h_0としてまとめて、以下のような知見が得られた。1)h/h_0はV_<rms>の増加にともない増加する.2)Pt線が粒子速度の腹にある場合、h/h_0におよぼす音波の効果は周波数に依存しない。3)V_<rms>一定のとき、Pt線が粒子速度の腹にある場合にくらべて音圧の腹にある場合の方がh/h_0は大きい。

4)ガスを吹き付けた場合は吹き付けていない場合と比較して、h/h_0に及ぼす音波の効果は減少する。2.亜鉛粒子の凝集効率に及ぼす音波印加の効果についての実験縦型の炉を用い、実験温度1000°Cにおいて、長さ2.5m、直径15cmのステンレス製反応管内に20gの亜鉛を下部のカーボンるつぼから蒸発させる.炉内を雰囲気をArとし,亜鉛蒸気含有Arガスの温度を制御することによって亜鉛微粒子を生成させた。反応管内に音波を印加しながら、ガス中の粒子をトラップして、その粒径と形状を粒度分布計および電子顕微鏡により解析した。音波の有無および音波の印加条件による粒度分布の変化について検討し,データを得つつある。1.燃焼速度への音波印加の効果についての実験定常波が形成されている長方形容器内にPtワイヤーを装入する。ワイヤーに通電することによって250°C300°Cに余熱した後、様々な熱伝導のガスを所定流量で吹きつけ、冷却速度を温度の関数である電気抵抗の経時変化より求め、測定データをコンピューターで解析した結果し、熱および物質移動現象の間の相似性を考慮すると、微粒子燃焼速度に対しての音波の有用な条件を見出した。Ar-02混合ガスを誘導管上部に設置されたランスを通して反応管に吹きこみ、COガスを燃焼させ、排ガス成分の測定を行った。また、音波の伝播方向に対して酸化性ガスの排出方向を種々変化させ、音波照射条件(周波数、強度)、ガス成分、ガス流速とCOガスの燃焼効率の関係を調査した。2.亜鉛の蒸発・凝集現象への音波印加の効果についての実験抵抗炉を用い、実験温度1000°Cにおいてナルミナ製反応管内に100gの亜鉛をアルミナるっぼで蒸発させ、亜鉛蒸気含有排出ガスの温度を制御することによって亜鉛微粒子を生成し、反応管内に音波を印加させ、排ガスに残留する粒子をトラップすることによって、その粒径を電子顕微鏡により解析し、亜鉛粒子の成長速度及び凝集速度の関係を調査した。
偏光双安定面発光半導体レーザを用いた全光型信号処理

正方形メサ構造をもつ980nm帯および1.55μm帯面発光半導体レーザを試作し、偏光双安定特性を実現した。全光型信号処理への応用として全光型信号再生を実現した。又、980nm帯で10Gbit/sの光信号から1ビットを選択し、記録・再生するメモリ動作を確認した。光通信波長帯である1.55μm帯ではシフトレジスタ機能をもつ光メモリを2個並列に接続した4ビットメモリを実現し、光RAM実現の可能性を示した。偏光双安定面発光半導体レーザ(VCSEL)を用い、全光型フリップ・フロップ動作、全光型信号再生およびバッファメモリ動作を実現した。(1)VCSELでは、偏光が直交する2つのモードの発振周波数は数GHz異なるのが一般的である。0°モードから90°モードへ発振偏光がスイッチする場合と、90°モードから0°モードへスイッチする場合、注入光の波長をそれぞれ最適化することにより、0.20.3fJという世界最小の光入力で安定なフリップ・フロップ動作を実現した(スイッチング周波数540MHzの時)。又、双安定半導体レーザでは世界最高速であるスイッチング周波数10GHzまでの動作を確認した。(2)全光型信号再生を実現した。90°偏光のデータ信号とセットパルスを、同じタイミングでVCSELに入射し、両者が同時に入射したときに、VCSELの発振偏光が90°にスイッチする強度に設定する。又、0°偏光のリセットパルスをパルス幅分の時間遅延を与えてVCSELに入射する。その結果、VCSEL出力光の90°偏光成分は、データ信号と同じビット符号をもつ光再生信号となる。実験を行い、比較的安定な光再生信号を得た。(3)光バッファメモリ動作を実験的に確認した。90°偏光の入力データ信号と90°偏光のSetパルスをVCSELに注入すると,データ信号とSetパルスが同時に注入された時にのみVCSELの発振偏光が90°に切り替わり、データ信号の情報が発振偏光状態として記録される。VCSEL出力光を90°方向の偏光子に通してゲートをかけると、記録された情報が再生される。再生後にResetパルスをVCSELに注入すると、VCSELの発振偏光が0°に戻る。実験では、4ビットの入力信号から1ビットを抽出し記録/再生する基本動作を確認した。又、メモリの書き換えが可能なことも示した。偏光双安定面発光半導体レーザ(VCSEL)を用い、全光型信号再生による時間ジッタの低減およびシフトレジスタ機能付光バッファメモリ動作を実現した。具体的内容は、(1)全光型信号再生を実現した。時間ジッタが付加された光入力信号に対し、リタイミング動作により時間ジッタの低減を実現した。(2)光バッファメモリ動作を実験的に確認した。今回、VCSELを2つ用いることにより、2ビットのメモリ動作を実現した。(3)シフトレジスタ機能を実現した。光入力信号の"1"又は"0"はVCSELの発振偏光として記録される。このVCSEL(VCSEL1)の発振光を2番目のVCSEL(VCSEL2)へ注入することにより、VCSEL2の偏光をスイッチし、情報を転送することができる。今回、2つの方式によりシフトレジスタ機能を実現した。VCSEL2から信号を読み出した後、リセット光でVCSEL2の偏光を0°にリセットする方法、およびVCSEL2にVCSEL1の発振光を注入することにより、VCSEL1の情報をVCSEL2に重ね書きする方式である。面発光半導体レーザ(VCSEL)の発振偏光の双安定性によるメモリ機能とAND/ORゲート機能を用いた全光型信号処理を研究している。1つのVCSELに光信号を1ビットずつVCSELの発振偏光として記録し、必要なタイミングにあわせ時系列信号として記録信号を読み出すことができる光バッファメモリについて検討した。具体的内容は、(1)10 Gbit/sRZ信号に相当する、パルス幅50ps,パルス間隔100psの4ビット光信号列の中から、1ビット選択して記録し、再生するメモリ動作を0.98μm帯で実現した。

光注入の波長とVCSELの発振波長の間の離調を大きく(20GHz)することにより、スイッテングに必要な入力はやや大きくなるが、高速動作が可能になった。データパルスおよびセットパルスは150μWおよび180μW、VCSEL出力が約1mWであり、本光バッファメモリの特徴である光利得を持った動作が得られている。(2)偏光双安定VCS肌を用いて多重分離や、フォーマット変換、信号再生、光バッファメモリ等の全光型信号処理について研究を行ってきた。又、光バッファメモリに関し、偏光双安定VCSELを2個用いた2ビットの光バッファメモリ動作、および1つのVCSELに記録した信号を別のVCSELに転送するシフトレジスタ機能を実験的に実証した。しかし、これらの研究はVCSELの作製が容易な0.98μm帯で行づだ。光通信に適しだ1.5 5,μm帯において、今回、正方形メサ構造を有するVCSELを試作し偏光双安定特性を得、その偏光双安定VCSELにより全光型のフリップ・フロップ動作を世界で初めて実現した。面発光半導体レーザ(VCSEL)の発振偏光の双安定性によるメモリ機能とAND/ORゲート機能を用いた全光型信号処理を研究した。本年度は、1つのVCSELにRZ光信号の"0"か"1"を1ビットずつVCSELの発振偏光0°又は90°として記録し、必要なタイミングにあわせ時系列信号として記録信号を読み出すことができる光バッファメモリについて検討した。具体的内容は、(1)前年度に試作した1.55μm帯偏光双安定VCSELを用いて、1ビット全光型バッファメモリ動作を実現するとともに、偏光双安定VCSELを2個並列に動作することにより2ビット全光型バッファメモリ動作を実現した。又、1つの偏光双安定VCSELから他の偏光双安定VCSELへ情報を転送して記録するシフトレジスタ動作も実現した。さらに、シフトレジスタ2個を並列に配置して(つまり4個のVCSELを用いて)4ビット全光型バッファメモリ動作を実現した。この実験結果は、この方式により今後さらに多ビット化が可能なことを示した重要な成果である。(2)偏光双安定VCSELの一層の高速化をめざし、偏光双安定VCSELの最適な構造および動作条件を明らかにするため、レート方程式を用い理論解析した。その結果、通常のVCSELに比べDBR共振器の反射率を低下したVCSELでは、共振器のQ値が低下し、高速動作が可能になることがわかった。Q値を下げ、光子寿命時間を短縮することにより、スイッチングパワーが大きく低減され、40Gbit/sの光入力信号に対して正常動作する見通しを得た。