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小児肝移植後合併症のリスク因子の検討と慢性抗体関連拒絶の病態解明

当センターで肝移植が施行された18歳以下の小児例454例において移植後5か月以内に中等度以上の拒絶反応を起こした症例と原疾患との関連を検討した。移植後5か月以内に中等度以上の急性細胞性拒絶反応を起こした症例は454例中83例(18.3%)であったが、原疾患が急性肝不全症例ではその割合は35.1%と高く、半数以上がステロイドパルス療法不応性であった。急性肝不全症例で移植後早期にステロイドパルス療法不応性の拒絶反応を起こした症例のうち5例は再移植となり、これらの症例ではいずれも再移植前の肝生検にて中心静脈炎・中心静脈周囲炎を認めた。原疾患が肝芽腫や代謝性疾患の症例では移植後中等度以上の拒絶を起こす頻度は低かった。ドナー肝の脂肪変性が小児肝移植例の予後に与える影響を検討した。脳死肝移植では30%以上の大滴性脂肪変性を呈する肝臓はグラフトとして不適とされるが、当センターにおいて両親から30%以上の大滴性脂肪変性を呈する肝臓を移植された小児症例の予後は良好であった。肝移植後早期に生じる拒絶反応の頻度と重症度は原疾患により差がある事から、原疾患を考慮した治療法の選択が必要であると考えられた。グラフト肝の脂肪変性の程度は、小児の生体肝移植症例では脳死移植に比べて問題とはならない可能性が考えられた。プロトコール肝生検を行った経過観察症例にて抗ドナー抗体を測定しており、グラフト肝の組織障害の程度と抗ドナー抗体の有無との関連性を検討している。現時点で約90症例において、肝生検の組織像と抗ドナー抗体の測定値が得られており、特に抗ドナー抗体陽性であった約40症例を中心に詳細な検討を行っているところである。進捗状況はほぼ順調である。今後、長期経過観察例を中心として症例数を増やして検討を進めていきたい。原疾患と移植後早期に生じる拒絶反応との関連性に関する検討はほぼ順調に進んでいる。肝移植後の抗ドナー抗体測定が保険収載となったことから、症例検討数を増やして抗ドナー抗体陽性症例における組織学的肝障害の程度、小児症例における慢性抗体関連拒絶の頻度等に関して更に検討を行っていく予定である。また、急性細胞性拒絶、慢性拒絶、抗体関連拒絶等グラフト肝障害を来し得る拒絶反応と肝移植の適応となった原疾患との関連性・頻度や、ドナー肝の病理組織像がグラフトの予後に与える影響に関しても詳細な検討を進めていく予定である。小児肝移植症例における抗体関連拒絶特に慢性抗体関連拒絶の病態を明らかにするために、更に症例検討数を増やして抗ドナー抗体陽性症例における肝障害の組織像のパターンやその程度、また、抗ドナー抗体陰性症例との肝組織像の比較検討を通して、小児症例における抗ドナー抗体陽性であることがグラフトの長期予後に与える影響に関して検討を行っていく予定である。また、肝移植後に認められる拒絶反応以外のグラフト肝障害像と原疾患との関連性・頻度や、ドナー肝の病理組織像がグラフトの予後に与える影響に関しても詳細な検討を進めていく予定である。肝移植後早期晩期に生ずるグラフトの障害には、急性細胞性拒絶、抗体関連拒絶、慢性拒絶に加え、感染症や胆道系合併症、循環障害、薬剤など様々な要因が考えられる。その中でグラフト不全を来し得る難治性拒絶を、原疾患の病態をも考慮に入れて病理学的に早期発見するとともに病態解明に努めることが今後の課題である。抗ドナー抗体の測定に関しては、HLA ClassIとClassIIの抗体スクリーニングで陽性となった場合に特異性を見るための更なる詳細な検索が必要となり1件につき8万円以上の費用がかかる。
超機能バイオセンサーの開発

本研究では、超機能バイオセンサー開発のための基礎調査を行った。平成10年度、超機能環境バイオセンサーの開発においては、フランス・ペルピニアン大学J.L.Mart教授のもとで、農薬センサーの開発に関する基礎実験およびディスカッションを行った。ペルピニアン大学で使用されている農薬センサーを参考にして高性能農薬センサーを現在開発中である。超機能バイオセンサーの開発においては、リヨン大学にて、Plerre Couket教授をはじめ,L.Blurn教授D.Cordier助教授とディスカッションを行った。その後、臨床計測などに応用可能である蛍光検出関連のシステムや新規的な蛍光物質について具体的に説明を受けた。さらに、Douket研究室の博士研究の新規的な研究を紹介してもらい研究交流を行った。超機能マイクロバイオセンサーの開発においては、ポールサバティエ大学Maurice Corntat教授のもとで,微小マイクロバイオセンサーの開発に関するディスカッションを行った。現在フランスで行われているマイクロマシン技術の水準を実際に調査し、同時に今後の応用分野可能性についてグランゼコールの研究者らにインタビューを行った。発光探知型超機能バイオセンサーの開発においては、フィレンツェ大学Marco Mascini教授のもとで、高感度イムノセンサーの開発に関するディスカッションを行った。現在イタリアで行われている農薬の超高感度測定法について調査し、同時に農薬などの毒物の検出におけるバイオセンサーの今後の応用の可能性について、専門家と議論した。超機能酵素センサーの開発においては、コンピエーヌ工科大学においてD.Thomas教授とまたローマ大学においてG.Pallesci教授とディスカッションを行った。触媒抗体やナノテクノロジー、超分子の設計と合成が超機能バイオセンサーに応用可能であるとの結論得た。平成11年度は上記のバイオセンサーの開発を行うための調査を、具体的には以下の各種センサーの開発という形で行った。まず、超機能酵素センサーの開発においては、従来の酵素を用いるバイオセンサーの機能を超越するために、人工物を用いるにとが検討された。すなわち、天然に存在しない人工酵素をバイオセンサーの分子認識素子として用いることが議論され、そのための方法として.モレキュラーインブリンティング法による人工酵素の合成が有効ではないかとの知見が得られた。現在、同方法を用いるセンシング技術の開発を行っているとにろであり、実際のセンサー応答については来年以降調査することが重要であるとの結論に達した。次に、発光探知型超機能バイオセンサーの開発においては、ルミノール化学発光などの測定技術を用いて高感度な側定を行う際に、防害物質をいかにして取り除くかと言うことが議論され、調査された。その結果、あらかじめサンプル中の妨害物質(酸化還元物質など)を取り除いておくような機構が有効であるとの結果が得られた。にのことから、超高感度な測定を行う場合には吸着用カラム等の前処理機構を組み合わせることが重要であるとの結論に達し,来年度以降前処理装置との組み合わせを検討するべきであることが示唆された。超機能マイクロバイオセンサーの開発においては、日本側研究者らのグループで作製しているデバイスが相手側(フランス、イタリア)に比べてはるかに先を進んでおり、相手側諸国に技術的指導を行うことが検討された。超機能医療バイオセンサーの開発,超機能環境バイオセンサーの開発においては、表面プラズモン共鳴装置による高感度測定の可能性が示酸されたが、実際に汎用の装置を開発する上では同装置は高価すぎ、測定目的に特化したより低価格な装置系の開発が重要であるとの結論に達した。

現在、同方法を用いるセンシング技術の開発を行っているとにろであり、実際のセンサー応答については来年以降調査することが重要であるとの結論に達した。次に、発光探知型超機能バイオセンサーの開発においては、ルミノール化学発光などの測定技術を用いて高感度な側定を行う際に、防害物質をいかにして取り除くかと言うことが議論され、調査された。その結果、あらかじめサンプル中の妨害物質(酸化還元物質など)を取り除いておくような機構が有効であるとの結果が得られた。にのことから、超高感度な測定を行う場合には吸着用カラム等の前処理機構を組み合わせることが重要であるとの結論に達し,来年度以降前処理装置との組み合わせを検討するべきであることが示唆された。超機能マイクロバイオセンサーの開発においては、日本側研究者らのグループで作製しているデバイスが相手側(フランス、イタリア)に比べてはるかに先を進んでおり、相手側諸国に技術的指導を行うことが検討された。超機能医療バイオセンサーの開発,超機能環境バイオセンサーの開発においては、表面プラズモン共鳴装置による高感度測定の可能性が示酸されたが、実際に汎用の装置を開発する上では同装置は高価すぎ、測定目的に特化したより低価格な装置系の開発が重要であるとの結論に達した。超機能環境バイオセンサーの開発においては、フランス・ペルピニアン大学J.L.Marty教授のもとで、農薬センサーの開発に関する基礎実験およびディスカッションを行った。ペルピニアン大学で使用されている農薬センサーを参考にして高性能農薬センサーを現在開発中である。超機能医療バイオセンサーの開発においては、リヨン大学にて、Pierre Coulet教授をはじめ、L.Blum教授D.Cordier助教授等とディスカッションを行った.その後、臨床計測などに応用可能である蛍光検出関連のシステムや新規的な蛍光物質について具体的に説明を受けた.さらに、Coulet研究室の博士研究員の新規的な研究を紹介してもらい研究交流を行った。超機能マイクロバイオセンサーの開発においては、ポールサバティエ大学Maurice Comtat教授のもとで,微小マイクロバイオセンサーの開発に関するディスカッションを行った。現在フランスで行われているマイクロマシン技術の水準を実際に調査し,同時に今後の応用分野の可能性についてグランゼコールの研究者らにインタビューを行った.発光検知型超機能バイオセンサーの開発においては、フィレンツェ大学Marco Mascini教授のもとで、高感度イムノセンサーの開発に関するディスカッションを行った。
グリコゲニン欠損マウスを用いたグリコーゲン代謝系による神経幹細胞制御機構の解析

グリコーゲンはグルコースより形成され、その代謝はエネルギー供給などの役割を担っていることが知られている。本研究ではグリコーゲン合成の核となるGlycogenin(Gyg)遺伝子に着目し、その機能解析によってグリコーゲン代謝の脳の発生における意義を解析した。まず、発生期の大脳皮質でGyg遺伝子の発現を調べたところ、神経幹細胞に強く発現していた。shRNA法によりその発現を阻害すると神経幹細胞の分化・移動が亢進することを見出した。また、Gyg KOマウスを作製し、大脳皮質の発生を解析したところ、同様の異常が認められた。このことから、グリコーゲン代謝経路は大脳皮質の発生に重要であることが示唆された。本研究では、グリコーゲン代謝の中枢神経系における役割を解析するために、グリコーゲン合成の核となるグリコゲニン遺伝子に着目した。Crispr/Cas9法を用いて作製したグリコゲニン遺伝子改変マウスは、胎生致死を示した。現在のところ、何故新生仔致死になるかの原因は特定されていない。脳では、予想された通りグリコゲニンタンパク質の欠損とそれに伴うグリコーゲン量の低下が認められた。グリコゲニン遺伝子改変マウスの神経幹細胞および、より神経分化へと運命決定された中間増殖細胞の増殖・分化について組織学的解析を行った。野生型と比較して、増殖細胞の多くがPax6陽性の神経幹細胞として維持されていることが観察されている。また、母体にbromodeoxy uridine (BrdU)を14.5日齢に投与し、4日後の標識細胞の移動を解析するした。野生型では標識細胞の多くは、表層に位置するが、KOマウスでは中間層に位置する細胞が増加していた。このことから、グリコーゲン代謝は神経幹細胞の分化・移動などに関与してる可能性が考えられる。また、グリコゲニン遺伝子欠損によってどのような細胞内代謝が変化して表現型に結びついているかを解析する目的で、胎生14.5日齢の終脳よりRNAを抽出し、RNA-seqによる遺伝子発現解析を行った。現在、変化の認められた数種類の遺伝子に関し、脳内の発現や変化をin situ hybridization法等を用いて解析している。現在のところ予定通りに解析が進んでいると考えられる。次年度も、前年度から得られた結果をもとに予定通りに研究を進める予定である。グリコーゲン代謝は、単純にエネルギーの貯蔵を担うのみならず、細胞の増殖・分化・老化など様々な生物現象にかかわる細胞内エネルギー代謝経路である。我々は、神経系の発生におけるグリコーゲン代謝経路の機能を解析している。前年度までの予備的な解析によって、グリコーゲン代謝に関与する酵素は発生期の大脳皮質において神経幹細胞に多く発現が認められ、分化した神経細胞では減弱していることを見出している。また、子宮内電気穿孔法を用いた解析からグリコーゲン代謝に関わる重要な酵素であるGlycogenin(Gyg)遺伝子発現をshRNAを用いてノックダウンすると、神経幹細胞の分化が誘導されることを見出していた。本研究においてCrispr/Cas9法を用いたGygのホモノックアウト個体を作製・樹立したところ、新生仔致死となることを見出した。Gygノックアウトマウスにおける神経幹細胞の増殖・分化等を細胞増殖に対するマーカーの発現をもとに解析したところ、14.5日齢の神経幹細胞の増殖に差異が認められた。更に、E14.5日齢のbromodeoxy uridineで増殖細胞を標識し、E18.5日齢でその分化を解析したところ、細胞移動に異常が認められることを見出した。また、E14.5日齢のノックアウトマウス及び野生型マウスの前脳からmRNAを抽出し、差異の認められる遺伝子をRNA-seqにより解析した。前年度に行った同様の解析では多くの性染色体由来の遺伝子が候補となったことから、本年度には得られた胎児の性別をPCR法によって判定し性別をそろえた胎児脳で比較を行った。その結果、翻訳の制御などに関わる遺伝子が発現に差異のある候補分子として変動が認められた。個別の因子に関しては今後の研究でグリコーゲン代謝との関連を解析する予定である。RNA-seqで発現に差があった遺伝子の解析を引き続き行う。また、網羅的解析は個体数1で行ったため、本年度は同様の解析を今一度おこない、遺伝子発現プロファイルの知見をより確実なものとする予定である。神経発生学物品購入の際に端数の金額が生じたため。次年度あわせて使用する。
トランスポゾンを利用した一塩基レベル遺伝子ターゲティング

本研究では、piggyBacトランスポゾンやTALEN技術を用いて、ヒトiPS細胞において遺伝子改変技術を確立することを目的とした。TALENを利用した遺伝子改変方法により、ヒトiPS細胞においてHPRT遺伝子の破壊、およびAAVS1遺伝子座にtransgene cassetteを導入することに成功した。さらに、single-stranded oligonucleotideを用いてHPRT遺伝子の一塩基置換にも成功した。我々が確立したヒトiPS細胞における遺伝子改変技術は、病態モデル作製や疾患特異的iPS細胞を用いた病態解明、治療法確立に有用であると考えられた。ヒト個人が持つ一塩基多型(SNPs)は、特定の疾患への罹患率を上昇させる原因となる。iPS細胞樹立の技術とin vitroでの遺伝子改変の技術を組み合わせることによって、患者個人のゲノム情報に基づいた疾患機能解析を行うことが可能となる。現在までの技術では、遺伝子操作によってゲノムの中から特定のSNPsのみを改変、修正する事は不可能であった。しかし、ゲノムに挿入後痕跡を残さずに削除することができるトランスポゾンの性質を利用すれば、一塩基レベルでの遺伝子の改変、修正を行うことが可能になる。また近年開発されたTALEヌクレアーゼ(TALEN)による遺伝子改変技術はヒト細胞における遺伝子改変ツールとして注目されている。本研究の目的は、ヒトiPS細胞において遺伝子改変技術を確立することを目的とする。初年度には、CiRA内での共同研究によりエピソーマルベクターによって樹立された正常および疾患特異的iPS細胞を用いて研究を行なった。まず、SNPアレイやダイレクトシーケンシングを用いて、それら細胞の遺伝子型の解析を行なった。また、FACS解析やソーティング技術を用いて、piggyBACトランスポゾンを取り除く効率の良い条件を検討した。さらに、TALENを用いた効率の良い遺伝子ターゲティング法を確立し、HPRT遺伝子破壊、およびAAVS1遺伝子座にtransgene cassetteを導入した。研究期間の後半では、AAVS1領域に導入した外来遺伝子が持続的に発現可能かの検討を行った。GFP遺伝子をTALENによりヒトiPS細胞のAAVS1遺伝子座に挿入し、GFPの発現強度により評価を行った。本研究の目的は、iPS細胞において疾患関連遺伝子変異(特にlong QT-syndromeに関与する遺伝子変異)を導入あるいは修正することである。まず、CiRAが保有する筋肉変性疾患、神経変性疾患、心臓疾患患者の細胞から樹立した疾患ヒトiPS細胞を利用し、研究を行なった。本年度は、それらiPS細胞の遺伝子型および特性を解析しし、BACから作製した標準的なターゲティングベクターを利用した遺伝子ターゲティングを試みたが、効率が非常に悪く、遺伝子ターゲティングは成功しなかった。そこで、効率の良い新たな遺伝子ターゲティング法の開発を行なった。広島大学の山本卓教授と共同でTALEヌクレアーゼ(TALEN)を利用した方法を確立することに成功した。この新しい遺伝子ターゲティング手法は本研究課題にとって非常にに有用でありかつ様々な多くの研究に応用可能である。本研究手法を用い、より多くの遺伝子に対して遺伝子改変を行なっていく予定である。CiRAが保有する筋肉変性疾患、神経変性疾患、心臓疾患患者の細胞から樹立した疾患ヒトiPS細胞を利用し、研究を行なった。それらiPS細胞の遺伝子型および特性を解析し、BACから作製した標準的なターゲティングベクターを利用した遺伝子ターゲティングを試みたが、効率が非常に悪く、遺伝子ターゲティングは成功しなかった。この新しい遺伝子ターゲティング手法により、ヒトiPS細胞においてHPRT遺伝子破壊、およびAAVS1遺伝子座にtransgene cassetteを導入することに成功した。TALENを用いたヒトiPS細胞でのHPRT遺伝子座ターゲティングに関しては、国際誌に報告した(Sakuma et al., Genes to Cells, 2013)。次に、未分化状態のヒトiPS細胞においてAAVS1遺伝子座に挿入した外来遺伝子が持続的に発現可能であることを確認した。現在は、AAVS1-GFP導入ヒトiPS細胞を各種分化細胞に分化させることで、分化細胞におけるAAVS遺伝子座からの外来遺伝子発現量について比較検討を行っている。ヒトiPS細胞における遺伝子改変技術の確立は、iPS細胞を用いた病態モデル作製に有用であるのみならず、疾患特異的iPS細胞を用いた病態解明、治療法確立にも応用可能である。

本研究手法を用い、より多くの遺伝子に対して遺伝子改変を行なっていく予定である。本年度は、CiRA内での共同研究によりエピソーマルによって樹立された正常および疾患iPS細胞を用いて研究を行なった。まず、SNPアレイやダイレクトシーケンシングを用いて、それら細胞の遺伝子型の解析を行なった。さらに、効率の良い遺伝子ターゲティング法(TALENs)を確立し、HPRT遺伝子破壊、およびAAVS1領域にtransgene cassetteを導入した。また、FACS解析やソーティング技術を用いて、piggyBACトランスポゾンを取り除く効率の良い条件を検討した。本研究助成により、ヒトiPS細胞での有効なTALEN技術応用による遺伝子ターゲティング方法が確立できた。さらに、ヒトiPS細胞においてAAVS1遺伝子座が外来遺伝子導入に有用であることが示された。今後は、AAVS1遺伝子座に薬剤遺伝子誘導システムを導入することで、特定の遺伝子機能を解析するとともに、ヒト細胞を用いた病態モデルの作製を目指す。CiRAでは数多くの疾患特異的iPS細胞が樹立されている。様々な疾患特異的iPS細胞に遺伝子ターゲティング技術を組み合わせることで、遺伝子改変を行った疾患特異的細胞を樹立する。それらをCiRAで確立されている分化誘導プロトコールによって疾患原因細胞に分化させ、分化細胞を評価する。ヒトiPS細胞の細胞分化実験においては、CiRA内の他の研究室との共同研究により、日進月歩で改良が行われており、効率的な分化技術を積極的に導入する予定である。本研究により、AAVS1遺伝子座からの外来遺伝子発現システムが構築出来れば、ヒト細胞を用いたレポーターラインの作製やヒト病態モデルの作製が可能となる。さらに、疾患特異的iPS細胞における遺伝子改変技術の確立は、病態メカニズムの解明や、治療法確立に向けた基盤確立に非常に有用であると考える。次年度は、TALENsを用いた遺伝子ターゲティングに焦点を絞って研究を行なう。疾患関連遺伝子破壊、SNPの改変や修正をiPS細胞の遺伝子型に合わせて行なう。TALENsを用いた遺伝子ターゲティングは、多くの解析を可能にすると考えられる。改変や修正を行なった遺伝子の機能解析や導入した細胞の解析も併せて行なう。遺伝子ターゲティングを行なったiPS細胞を、CiRAで確立されているプロトコルによって分化させ、分化細胞を評価する。分化実験においては、CiRA内の他の研究室との共同研究により、より良い分化技術を導入する。
Radiogenomicsによる膠芽腫の臨床経過予測モデルの構築

がん治療は初発時に行う一次治療、再発時に行う二次治療、再再発時の三次治療...、というように疾患の進行、再発とともに治療内容を変更することが一般的である。現在はがんの再発検出は血清腫瘍マーカー検査やCT、MRIを中心とした画像検査に依存している。がん治療内容の変更は上述のような検査によって「再発」が宣言され、その後「次治療」が計画、実行される。本研究では現状の「事後的次治療施行」から、がん「再発」を事前に予測し「予防的・事前的治療」が行えるアルゴリズム、つまりがん患者の「未来予測」を可能とするようなアルゴリズムの開発を目指す。
日米両国の日本語教育理論を実践活動の展開と連関-戦前・戦中より現代に至る-

1.第二次大戦下、米国陸海軍が大々的に採用した長沼直兄の最初の『標準日本語読本』巻一七(1931-34)の原本(初版・再版)11冊と海賊版4種19冊との比較研究と、各種関連文書の研究により次の諸点が判明。(1)伝説的教科書と見なされていたが最近発見された原本と、戦後の改訂版(1948-50)との連関と相違点、とくに巻一における基本構想、文の配置等にみられる特徴、授業上の扱いについて。(2)長沼直兄の米大使館日本語教官就任は、大正12年10月を公表されてきたが、客観資料との対照により13年12月ごろと判明。また、奥付の年月日に誤謬のある教科書類(再版を初版の如く記載)を4種以上発見。(3)米大使館における同教科書貸与者リスト(各巻別:97名114名)発見によって、長沼の教え子達が米国戦時日本語学校の首脳となり、テーラー大将ら多数が進駐軍の中枢となったという史実が立証された。2.米国での調査により、カリフォルニア、ミネソタ等における戦時下日本語教育の状況の一部が明らかになった。米国国防省外国語学校歴史官J.C.マクノートンの1941-42年の言語教育に関する論文類を入手した。3.長沼直兄の日本語教育とH.E.パーマーの英語教育との関連性、相違点-教授法・教科書・文法等。4.日中戦争下、長沼直兄と、外務省・文部省、及び西尾実・松宮彌平・山口喜一郎・大出正篤らとの関係。5.国語対策協議会及び日本語教育振興会における諸問題-国策と教科書作成者と現地教育者をめぐる葛藤-6.日本語教育は時代の様々な情勢に色濃く影響され、戦中は日本語教育政策論が声高く唱えられた。そうした中で、日本語教育専従者には、時代に踊らされて声高く発言するような人が見られないのが共通している。1.第二次大戦下、米国陸海軍が大々的に採用した長沼直兄の最初の『標準日本語読本』巻一七(1931-34)の原本(初版・再版)11冊と海賊版4種19冊との比較研究と、各種関連文書に研究により次の諸点が判明。(1)史実としては知られていたが、未知であったこの幻の書の掘り起こしにより、戦後の改訂版(1948-50)との関連と相違点、とくに巻一における基本構想、文の配置等にみられる特徴、授業上の扱いについて。(2)長沼直兄の米大使館日本語教官就任は、大正12年10月と公表されてきたが、客観資料との対照により13年12月ごろと判明。(3)米大使館における同教科書貸与者リスト(各巻別:114名97名)発見によって、長沼の教え子たちが米国戦時日本語学校の首脳となり、テーラー大将ら多数が進駐軍の中枢となったという史実が立証された。米国国防省外国語学校歴史官J.C.マクノートンの1941-42年の言語教育に関する証言も得られた。3.長沼直兄の日本語教育と、H.E.パ-マ-の英語教育との関連性、相違点点-教授法・教科書・文法等。

4.日中戦争下、長沼直兄と、外務省・文部省、及び西尾実・松宮彌平・山口喜一郎・大出正篤らとの関係。国語対策協議会→日本語教育振興会の諸問題、国策と教科書作成者と現地とをめぐる矛盾と葛藤。5.国際学友会と言語文化研究所という二つの系譜における、戦前・戦後を結ぶ流れと、その異同、交流。6.戦時下、日本語教育振興会作成の語彙調査カード一式は、国立国語研究所より貸与許可となり、半世紀を経て研究継続が実現した。雑誌『日本語』に報告された15万語の研究成果確認と、25万語カード研究に着手。1昨年度は、第2次大戦中の米国陸海軍の日本語教育において長沼直兄『標準日本語読本』(1931-34)の影響が大きいことを立証した。2本年度は、戦時期文部省管轄下の日本語教育振興会の活動を研究の中心に据えた。3同会発行の教科書『ハナシコトバ』は国語学者西尾実等の作成になるが、その指導書・『成人用速成日本語教本』『同学習指導書』は長沼直兄が指導的位置にあった。4戦後の長沼直兄『改訂標準日本語読本』は、同会での経験の成果が大きかった。5本研究の中核である言語文化研究所は、本研究と関連して以下の研究発表を行った。(1)日本語教育振興会発行の『ハナシコトバ』等、11冊の日本語教科書・指導書類の復刻を行い研究者の便宜を図り、本研究の一環として同復刻『解説』に日本語教育振興会と時代的背景」[山下]等、6本の関係論文を掲載した。(2) 50周年記念講演会において「長沼直兄の生きた時代」[山下]、「長沼直兄と戦中・戦後の日本語教育」[関]の講演を行った。(3)研究所紀要『日本語教育研究』35号に「太平洋戦争中の米国における日本語訓練計画とその影響」[高見沢]等、6本の日本語教育史論文を掲載した。6来年度は、戦後の日本語教育をリードした国際学友会、言語文化研究所附属東京日本語学校を中心に研究を進め、13年次の研究を合わせ報告書とする。1,第二次大戦下、米国陸海軍が大々的に採用した長沼直兄の最初の『標準日本語読本』巻一七(1931-34)の原本(初版・再版)11冊と海賊版4種19冊との比較研究と、各種関連文書の研究により次の諸点が判明。(1)史実としては知られていたが、未知であったこの幻の書の掘り起こしにより、戦後の改訂版(1948-50)との連関と相違点、とくに巻一における基本構想、文の配置等にみられる特徴、授業上の扱いについて。(2)長沼直兄の米大使館日本語教官就任は、大正12年10月と公表されてきたが、客観資料との対照により13年12月ごろと判明。また、奥付の年月日に誤謬のある教科書類(再版を初版の如く記載)を4種以上発見。(3)米大使館における同教科書貸与者リスト(各巻別:97名114名)発見によって、長沼の教え子たちが米国戦時日本語学校の首脳となり、テーラー大将ら多数が進駐軍の中枢となったという史実が立証された。2.米国での調査により、カリフォルニア、ミネソタ等における戦時下日本語教育の状況の一部が明らかになった.米国国防省外国語学校歴史官J.C.マクノートンの1941-42年の言語教育に関する証言も得られた.3.長沼直兄の日本語教育と、H.E.パーマーの英語教育との関連性、相違点--教授法・教科書・文法等。4.日中戦争下、長沼直兄と、外務省・文部省、及び西尾実・松宮彌平・山ロ喜一郎・大出正篤らとの関係。国語対策協議会→日本語教育振興会の諸問題、国策と教科書作成者と現地とをめぐる矛盾の葛藤。5.日本語教育は時代の様々な情勢に色濃く影響され、戦中は日本語教育政策論が声高く唱えられた。そうした中で、目本語教育専従者には、時代に踊らされて声高く発言するような人が見られないのが共通している。
炭酸ガスハイドレートの生成促進

温室効果ガスによる地球温暖化が問題とされている近年、炭酸ガス(CO2)の排出削減が求められているが、安易な排出抑制は経済活動の停滞をもたらすともいわれている。本研究は、炭酸ガスの貯蔵・有効利用法としてのハイドレート化を目的とし、ハイドレート生成の安定、生成時間の短縮について検討を行ったものである。ハイドレートの生成は、ホスト物質に粒子径を0.51.0mm調整した砕氷20g、封入ガス圧力3MPa、生成容器周囲温度0°C、実験時間は24時間を基本として行った。得られた結果を要約して以下に示す。(1)内容積約500cm3のSUS316製圧力容器を試作し、スウェージロック配管部材、圧力センサー等で構成したハイドレート生成容器を作製した。なお、設計耐圧は安全を考慮して20MPaとした。(2)上記で作製した容器を用い、ハイドレート生成を同一条件で10回行ったところ、生成時間は421時間と大きくばらついた。(3)ホスト物質である砕氷温度を下げることによって(-2-8°C)、生成時間は4時間8時間と安定する傾向が見られた。(4)第三の物質として直径3mmnのガラスビーズを砕氷表面に配置することによって、最大2時間の時間短縮が図れた。(5)-30°Cまで冷却可能な商用低温室(内容積約30m3)において3日間の貯蔵実験を行ったが、解離等は見られなかった。1条件における実験が最低24時間以上を要するため、時間の都合上、十分な実験データが得られたとは言いがたいが、今後も実験を継続していく予定である。
コンピュータービジョンによる木材解剖学の深化をめざして

SIFT特徴量を用いて、クスノキ科の顕微鏡木口面画像を解析したところ、高精度な識別モデルが構築されると同時に、細胞コーナーや空隙など、既存の解剖学とは全く異なる視点が、識別根拠となることが明らかになった。結果をとりまとめて投稿した論文に対して、2018年度Jouranl of Wood Science誌の最優秀論文賞が授与された。さらに、識別の精度や識別の根拠となる解剖学的な特徴を見極める目的で、Googleなどでも実際に用いられているBag-of-Featureモデルの構築を行った。すなわち、全画像から抽出したSIFT特徴量をクラスター分析して、文書に対する辞書の単語に相当する、画像に対するをテキスチャーパッチを構築して解析した。この方法により、各画像の特徴量は、辞書に含まれる特徴的画像パッチの存在比、つまりヒストグラムで表示される。上述の方法は、これまでに木材の顕微鏡画像に対して試みられたことはなく、より精度の良いモデルが期待されると同時に、何を根拠に計算機が判別するかをより詳しく解析することを可能とした。これらの内容は論文にとりまとめ、現在投稿中である。一方、上述のSIFTとの比較をするために、CNN(convolutional neural network)に代表される深層学習を導入した。特に過学習を抑制するためには、画像の質や数を増加するという水増しはあまり効果がなく、木材特有の個体差が問題となる。したがって、特定の樹種においては画像データベースの個体数が不足していることが明らかとなった。予定した実験は全て順調に進んでおり、先行研究が少ない開拓領域であり、情報学上の先端的なことについては、情報学の専門家(兵庫県立大学川嶋先生)に指導を仰ぎながら、試行錯誤で進めている。クスノキ科について4属39種合計1658枚の光学顕微鏡データベースを作成し、このデータをもとにSIFT特徴量を用いた樹種識別においては、分解能で数マイクロメートル、900x900画素の画像が最も精度の高いモデルを組むことができること、また、それらの特徴量がどこを見ているのか可視化することで明らかにした。一方で、作成したデータベースは、一部の種によっては一個体のデータしかなく、過学習の可能性が否定できないため、5個体以上の木材画像を含んだ種のみの解析を行うか、あるいはサンプル数をさらに増加させる必要があるなど、いくつかの問題点が明らかになってきた。そこで本年度は、以下の3点を並行して行う。1)クスノキ科樹種サンプルの充実:材鑑室を保有する他の研究機関の協力(特に南京林業大学、中国の遺跡においてはクスノキ科の出土事例が多く、識別自体が重要な意味をもつ)をお願いし、個体数の増加をめざす。2)5個体以上の木材画像を含んだ種を用いた追実験:SIFT-BOFの結果を、精度のみならずF値により評価し、SIFT特徴量の可視化する解剖学的特徴についてさらに正確な解析を行い論文にとりまとめる。3)科の異なるデータベース間での比較を検討する:クスノキ科以外にデータが集まりつつある、アサ科、ニレ科、など研究所で作成中の新規データベースを用い、SIFTーBOF法による解析をおこなう。生存圏研究所の材鑑定調査室が保有する標準木材標本より、機械学習用にクスノキ科の標準木材標本から画像データベースを作成した。個々の標本より一年輪を含む約2.6mm四方の領域から木口面の光学顕微鏡写真と実体顕微鏡写真を撮影し、これを画像データベースとした。画像特徴量の検討としては、SIFTに着目し、まずは精度の高い識別結果が得られる条件の検討を手始めとし、画像のサイズ(サンプル領域の大きさ)と解像度(画像の分解能)を決定し、各特徴量について最適化条件を明らかにして、これらをまとめてJournal of Wood Science誌に報告した。また、SIFTによる判別方法の改良として、グーグルなどの画像サービスでも実装されている、bag of feature法の検討に取り組んだ。また、人の設計するSIFTに加え、特徴抽出から知的判断まで人を介さない深層学習の導入にも着手した。全ての計算は、プログラムはpython3.6上で開発し、openCVやTensorFlow+Kerasなど、画像処理や機械学習のツールを利用して行った。概ね予定通りに進んでいる。クスノキ科について4属39種合計1658枚の光学顕微鏡データベースを作成した。このデータベースを元に、SIFT特徴量を用いた樹種識別においては、分解能で数マイクロメートル、900x900画素の画像が最も精度の高いモデルを組むことができること、また、それらの特徴量がどこを見ているのか可視化することで明らかにした。この結果は2018年4月号のJouranl of Wood Scienceに掲載された。また、年度末に導入したGPUマシンがうまく稼働するようになったため、今年度は予定通り、方法論的には深層学習にも拡張する予定である。

上述の方法は、これまでに木材の顕微鏡画像に対して試みられたことはなく、より精度の良いモデルが期待されると同時に、何を根拠に計算機が判別するかをより詳しく解析することを可能とした。これらの内容は論文にとりまとめ、現在投稿中である。一方、上述のSIFTとの比較をするために、CNN(convolutional neural network)に代表される深層学習を導入した。特に過学習を抑制するためには、画像の質や数を増加するという水増しはあまり効果がなく、木材特有の個体差が問題となる。したがって、特定の樹種においては画像データベースの個体数が不足していることが明らかとなった。予定した実験は全て順調に進んでおり、先行研究が少ない開拓領域であり、情報学上の先端的なことについては、情報学の専門家(兵庫県立大学川嶋先生)に指導を仰ぎながら、試行錯誤で進めている。SIFT特徴量については、極めて高精度な識別モデルが構築されたが、さらに精度を高めるために、Googleなどで実際に用いられているBag-of-Featureモデルの構築に挑戦する。すなわち、全画像から抽出したSIFT特徴量をクラスター分析して辞書を作成する。そして、各画像の特徴量を辞書の単語の存在比でもって表すというものである。この方法により、より精度の良いモデルができると同時に、計算機が何を根拠に識別するかにまた一方近づくことができる。また、深層学習のためには韓国の木製工芸品に頻用される木材樹種を選別し、その実体顕微鏡の画像データベースを作成することをまず第一歩とする。作成次第深層学習の素材として利用する。木材の個体数を増やす必要があるため、できるかぎり、国内外の研究機関と協力して標本の収集にも務める。クスノキ科について4属39種合計1658枚の光学顕微鏡データベースを作成し、このデータをもとにSIFT特徴量を用いた樹種識別においては、分解能で数マイクロメートル、900x900画素の画像が最も精度の高いモデルを組むことができること、また、それらの特徴量がどこを見ているのか可視化することで明らかにした。一方で、作成したデータベースは、一部の種によっては一個体のデータしかなく、過学習の可能性が否定できないため、5個体以上の木材画像を含んだ種のみの解析を行うか、あるいはサンプル数をさらに増加させる必要があるなど、いくつかの問題点が明らかになってきた。そこで本年度は、以下の3点を並行して行う。1)クスノキ科樹種サンプルの充実:材鑑室を保有する他の研究機関の協力(特に南京林業大学、中国の遺跡においてはクスノキ科の出土事例が多く、識別自体が重要な意味をもつ)をお願いし、個体数の増加をめざす。2)5個体以上の木材画像を含んだ種を用いた追実験:SIFT-BOFの結果を、精度のみならずF値により評価し、SIFT特徴量の可視化する解剖学的特徴についてさらに正確な解析を行い論文にとりまとめる。
異常原子価を有する有機カルコゲン化合物の探究と機能性への応用

1、ビス(2,2′-ビフェニリレン)ジフロロパーセレヌランの合成とその構造ビス(2,2′-ビフェニリレン)セレヌラン1とキセノンジフルオリドとを低温下、アセトニトリル中にて反応させたところ、淡黄色の結晶としてビス(2,2′-ビフェニリレン)ジフロロパーセレヌラン2を54%の収率で得ることに成功した。この化合物は各種NMR、質量および元素分析により同定することができた。結晶構造について詳細に検討するためX線結晶構造解析を行ったところ、セレン原子に対して、6配位、八面体型となっており、フッ素原子の配置はトランス体のものは得られず、シス体のみであることが明らかとなった。またこの化合物はL,D-体の2種類の異性体の存在が考えられるが、結晶のパッキング等からこの化合物はラセミ体であることもわかった。又、この化合物は熱分解にて、2,2′-ジフルオロビフェニルとジベンゾセレノフェンが定量的に得られることが判った。2、新規パーテルランジカチオン種の合成と構造ハイパーバレント化合物が安定に存在し易いと考えられるテルル原子を中心とし、同一分子内に複数個のヘテロ原子を有する2,2′-bis[(2-carboxyphenyl)-thiomethyl]diphenyl telluride(3)を基質とし、酸化剤として4.2eq.のNOBF_4との反応をCH3CN溶液中、-40°Cで試みたところ、白色の沈殿が得られてきた。この沈殿はCH_3CN中にはほとんど溶けないため、溶媒としてDMSOを用いて得られた白色化合物の各種スペクトル解析を行ったところ、^<125>Te-NMRにおいて基質と比較して著しく低磁場シフトしたピークが観察された。また、^1H-NMRにおいて、環化したためにベンゼン環と硫黄原子の間のメチレン基が固定化されたと考えられる1組のABqが見られ、芳香族領域においては対称形を示した。^<19>F-NMRにおいてもBF_4^-のピークがただ一本のみ観察された。以上の結果より、この化合物はテルル上に2つのカルボキシル基だけでなく、側鎖上の硫黄原子もスルホニウム基として配位している新規な6配位有機パーテルランジカチオン種[12-Te-6(C2O2S2)](4)であると考えられる。現在、詳細な構造を知るため、X線結晶構造解析を行っているところである。
民営化・公私協働に用いられる契約の実態及び法的統制に関する研究

近時、民営化・公私協働によって多様な主体が提供する形態が公益性の高い事業分野まで普及している。ただし、「公共性」の確保のため、提供主体と利用者との間に締結される契約の内容、手続等には公的関与が必要とされ、これらの法的制約が、民営化に伴って登場する「規制(regulatory)」の手法として有効であるとの認識が広まりつつある。他方、公的規制主体とサービス提供者の間に締結される契約の性格・内容等も注目されている。本研究は、主に民営化のモデル国であるイギリスを取り上げ、とりわけ公益性の高い公用事業の分野において、前記二種の契約の実態や性格、法的位置づけ及び規制との関連性を考察しようとするものである。
希土類元素とその化合物の細胞内分布と蓄積および生物学的作用に関する総合的研究

培養ヒト細胞のコロニー形成能を指標として、希土類元素による致死作用高を解析する。横軸に希土類元素の濃度、縦軸に生残率を対数的にプロットすることによって得られる生残率曲線の形は元素によって大いに異なる。大別すると、Ce(III), Ce(IV), Gdの様に指数関数的に致死をもたらすものと低濃度でむしろ非処理細胞よりも高い生残率をもたらすことによって指数関数に従わないその他多くの希土類元素のタイプがある。指数関数的な致死は放射線等による細胞の致死と同様、細胞内に存在する標的分子が希土類元素の作用によって不活化されることに基づいて生起すると仮定し、標的分子と標的量とを明らかにしようと考えた。そのために、Ce(III)によって処理された細胞からDNA, RNA,タンパク質分画を抽出し、放射化分析法を用いて分画中のCeを定量した。生残率曲線から得たヒラ細胞の平均致死濃度(Do)は6.75mMとなり、この濃度で処理された一細胞中のDNA, RNA,タンパク質分画中のCe量は3.39x10^9,9.68x^8,2.20x10^4原子数となる。或る分子を標的と仮定した時に、これだけのCeが結合することによって、細胞死が引き起こされことになる。ヒラ細胞の含むこれら生態高分子の量は既知であり、従って、それぞれの構成要素数も解っているので、これを先に値で除することにより、容易に標的量(Ceによる致死効率)を求めることが出来る。即ち、DNAでは10.2,RNAでは50.7ヌクレオチド、一方、蛋白質では2.2X10^4アミノ酸となった。現在、この方法を用いて、他の希土類各元素についても同様な検索を進めつつある。
ハーシェル及びプランク衛星観測によるフィラメント状分子雲の起源の解明と星形成理論

現在の星形成研究において「なぜ,フィラメント状分子雲の幅が約0.1pcになるのか?」という問題に脚光が集まっているが,それに対する満足のいく解答はまだ無い.磁場の効果を考慮しない研究ではこれに反する答えが出るため,磁場の効果の重要性を多くの理論研究者が認識している.本研究員は,「磁場を含む分子雲の中でどのようにしてフィラメント状分子雲が形成されるのか?」という問題に理論・観測の両面から取り組み,フィラメントの幅を決める物理を研究した.特に大きな線密度のフィラメントの内部で磁場が乱れた乱流状態にあるかどうかを見極める.0.1pcの幅のフィラメントの成因を理解することで,星形成の開始条件を解明し,銀河円盤部における星形成過程の一般論を構築することを目指した.具体的な成果として,フィラメント状分子雲周辺の磁場構造を観測するプロジェクトに参画し,実際にハワイJCMTサブミリ波望遠鏡を用いて観測を進めた.この内容については,解析を進める予定であり,論文化を目指している.また,自身がプロポーザルを提案して受理された野辺山45m鏡を用いた観測結果についての解析をまとめ,論文として発表した.また,フィラメント状分子雲の分裂過程を統計的に記述する手法についても発展させ,分裂して生まれた分子雲コアの角運動量の分布がどのようになるかという点も共同研究を行った.また,この研究テーマに関連する研究について国際会議を開催した.これは名古屋大学にて開催したもので,参加者は約百名であり,海外からの参加者の方が日本人を上回る規模であった.この会議において,これまでの世界的研究をまとめ,今後の研究の方向性について議論を行った.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。9月末に来日してからの約半年の期間内に,野辺山45m鏡を用いて牡牛座領域の一部のフィラメント状分子雲の詳細な分子輝線観測を行った.その観測データの質は極めて良かった.星形成活動を行っているフィラメント状分子雲の速度構造についての興味深い特徴が検出できた.この内容については,九州大学にて開催した星形成についての研究会で報告した.また,その内容についてはさらに詳細に解析して,名古屋大学及びフランス・サクレーの研究者グループと共同研究として論文を発表する予定である.また,外国人特別研究員と受け入れ研究者はフィラメント状分子雲における星形成過程についての詳細な描像を吟味しており,それを観測的に示すための方法についての計画を練っている.特にフィラメント状分子雲とそれを貫く星間磁場の相対的な構造についての観測方法を検討した.これは2017年4月に外国人特別研究員自身が実行するハワイJCMTサブミリ波望遠鏡を用いた連続波偏光観測の準備となる.この観測は日本が英国・カナダなどを含む国際共同研究JCMTビストロ計画の一部であり,その目的も分子雲における磁場構造の解明であり,星形成活動に対する磁場の効果を解明することである.観測計画がある程度順調に進んでいるので,観測データを解析して星形成活動に関する研究論文を仕上げることができそうである.2017年度はハワイ島にあるJCMTサブミリ波望遠鏡観測所に2回にわたり出張して,JCMTビストロ・プロジェクトのための観測を行った.これは星形成領域の分子雲の偏光観測により星間磁場の分布を調べることが目的であり,本研究課題と直結するテーマである.現在は,そのデータの解析方法について検討を進めている段階にある.これらの一連の研究により,分子雲における磁場構造の解明を進めている.また,国内外の国際会議において多数回講演を行っている.さらに,2018年に開催するフィラメント状分子雲に関する国際会議の準備を精力的に進めている.本研究課題に関連する2本の論文を投稿済みであり,研究の進捗状況は順調である.また,国内外の研究会で多数回公演を行っている.現在の星形成研究において「なぜ,フィラメント状分子雲の幅が約0.1pcになるのか?」という問題に脚光が集まっているが,それに対する満足のいく解答はまだ無い.磁場の効果を考慮しない研究ではこれに反する答えが出るため,磁場の効果の重要性を多くの理論研究者が認識している.本研究員は,「磁場を含む分子雲の中でどのようにしてフィラメント状分子雲が形成されるのか?」という問題に理論・観測の両面から取り組み,フィラメントの幅を決める物理を研究した.特に大きな線密度のフィラメントの内部で磁場が乱れた乱流状態にあるかどうかを見極める.0.1pcの幅のフィラメントの成因を理解することで,星形成の開始条件を解明し,銀河円盤部における星形成過程の一般論を構築することを目指した.具体的な成果として,フィラメント状分子雲周辺の磁場構造を観測するプロジェクトに参画し,実際にハワイJCMTサブミリ波望遠鏡を用いて観測を進めた.この内容については,解析を進める予定であり,論文化を目指している.また,自身がプロポーザルを提案して受理された野辺山45m鏡を用いた観測結果についての解析をまとめ,論文として発表した.また,フィラメント状分子雲の分裂過程を統計的に記述する手法についても発展させ,分裂して生まれた分子雲コアの角運動量の分布がどのようになるかという点も共同研究を行った.また,この研究テーマに関連する研究について国際会議を開催した.これは名古屋大学にて開催したもので,参加者は約百名であり,海外からの参加者の方が日本人を上回る規模であった.

この会議において,これまでの世界的研究をまとめ,今後の研究の方向性について議論を行った.観測データを解析して理論的な研究成果と比較することで星形成活動について観測的な解釈を与える.また,その成果について論文としてまとめる.現在投稿中の2本の論文の改訂を進め,本研究課題の期間内に受理させる予定である.また,JCMTビストロ・プロジェクトの観測データについても解析を進め,論文化する予定である.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
多階層シミュレーションによる新規多様材料プラズマプロセスの量子論的理解

半導体デバイスの超微細加工プロセスや、バイオ材料の表面処理プロセス等、プラズマを用いた表面改質は、産業界で幅広く活用されている。例えば、半導体超微細加工プロセスにおいては、製造するデバイスの微細化が原子スケールに近づいているため、表面ダメージが少なく、原子スケールの精度で新規材料に対して形状加工のできるプロセスが求められている。こうした要求に応えるため、近年、低い入射エネルギーのイオンや熱、紫外光による非熱平衡化学反応を活用したプラズマプロセスが新たに開発されている。本研究は、こうした新規のプラズマプロセスにおける非熱平衡表面化学反応を理解するため、量子シミュレーションを最大限に活用した、多階層シミュレーションを用いて、低エネルギーイオン照射による原子層プラズマプロセスの物理機構を理解するための学術基盤を確立することを目的とする。これにより、ラジカルや活性酸素(ROS)による化学反応が主体となる最先端半導体プロセスや、プラズマバイオプロセスの新しい学術体系の創生が可能となると期待される。4年目となる今年度は、「原子層プロセス(ALP)解析システム」を用いた実験において、ヘキサフルオロアセチルアセトン(hfac)等による熱的過程によるNi, Co, Cuなどの金属において、酸化と加熱のステップを多数回繰り返すことにより、金属表面原子層エッチング(ALE)を行うことが可能であることを実証し、その表面反応機構を解析した。また、第一原理シミュレーションにより、金属と金属酸化膜上におけるhfacの反応性の違いを明らかにし、前述した実験結果と比較検討することにより、金属ALE反応の物理機構を明らかにした。更に、低圧プラズマからのイオン入射に関するPIC/MCシミュレーションを行い、プラズマから表面反応に関する多階層シミュレーションを実行するための基盤システムを構築した。これまでの研究では、磁気抵抗メモリ(MRAM)等に用いられる強磁性体膜の一種としてNiやCoを例にとり、それらの金属と各種ラジカルや反応性イオンとの相互作用について解析を行い、特に、熱プロセスを利用して金属錯体を形成する原子層エッチング(ALE)プロセスの可能性を追求した。本年度の研究では、実際に、基板を加熱することと表面を酸化するプロセスを繰り返すことにより、熱ALEプロセスが可能であることを実証し、さらに、NiやCoだけでなく、Cu等、他の金属に関する解析も同様に行い、金属一般とhfacの表面反応機構を明らかにした。具体的には、高分解能XPSを搭載した「原子層プロセス(ALP)解析システム」による反応性気体暴露・イオンビーム照射実験によって、ヘキサフルオロアセチルアセトン(hfac)等の有機分子とNi, Co, Cuなどの金属・金属酸化物表面の反応性を解析し、基板加熱時の有機分子の金属および金属酸化物表面上の吸着・脱離反応を、実験と第一原理シミュレーションにより、明らかにした。一方、バイオ材料プロセス解析においては、昨年まで行った、人工骨材料であるハイドロキシアパタイト(HA)表面へのアミノ基形成に関する研究を行い、特に、直径100ミクロン以下の微細孔内部のHA表面まで、奥深くアミノ基が形成されることを明らかにした。最終年度となる来年度は、これまで研究を行ってきたALEの逆方向プロセスである原子層堆積(ALD)プロセスに関して、表面反応機構の解析を行い、プラズマプロセスにおける幅広い表面反応の解析を可能とするシミュレーションシステムを構築する。また、これまでの研究で、気相であるプラズマ、プラズマと物質の接するマクロな系であるシース、そして、エッチング、堆積、表面改質等の反応場となる物質表面の原子レベルの物理機構を解析するシミュレーションコードを開発してきたが、今後、これらのシステムを連成し、本研究の最終目的である多階層シミュレーションを実現し、プラズマプロセスを、マクロからナノレベルで統合的に理解する。近年、プラズマを用いた表面改質は、半導体デバイス製造プロセスから、バイオ材料プロセスまで、産業界で幅広く活用されている。これらの最先端の応用プロセスでは、低い入射エネルギーや紫外光の影響下での非熱平衡化学反応が、様々な新規基板材料に対して利用され、これまでのプラズマ表面相互作用の学術体系では、理解不能な様々な現象が確認されている。こうしたデリケートな非熱平衡表面化学反応を理解するためには、量子論的解析が必要不可欠である。本研究では、量子シミュレーションを最大限に活用した、多階層シミュレーションを用いて、低エネルギーイオン照射による原子層プラズマプロセスの物理機構を理解するための学術基盤を確立することを目的とする。これにより、ラジカルや活性酸素(ROS)による化学反応が主体となる最先端半導体プロセスやプラズマバイオプロセスの新しい学術体系の創生が可能となると期待される。今年度は、一部の予定を前倒しして、金属酸化物であるZnOとITO薄膜の炭化水素プラズマによるエッチング機構の解明と、細胞培養容器として広く用いられているポリスチレン表面への、プラズマ処理によるアミノ基形成プロセスを解析した。その結果、炭化水素系イオンビーム、水素イオンビーム、不活性ガスイオンビーム等のZnOとITO基板への照射実験で得られた結果が、ZnOおよびITOの内部への水素原子蓄積による表面改質によって説明できることが明らかとなった。ポリスチレン表面のプラズマ照射実験では、表面にアミノ基が形成されるものの、第1級アミンの形成は少ないことが、プラズマ照射後のポリスチレン表面の誘導体化法による解析と、MDシミュレーションの結果から明らかになった。微細加工プロセス解析に関しては、上述したように、今年度、一部の予定を前倒しして、金属酸化物であるZnOとITO薄膜の炭化水素プラズマによるエッチング機構の解明をテーマとして理論的・実験的研究を行い、そのエッチング機構の概要を明らかにした。理論解析としては、第一原理シミュレーションを用いて、金属酸化物であるZnO, InOのエッチングにおけるH原子との相互作用を調べた。