hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
実装を考慮したストリーム暗号の安全性評価に関する研究

本研究ではWPA-TKIPの脆弱性、およひWEP鍵導出の考察、さらにその対策法について研究を進めた。WPA-TKIPでは具体的な脆弱性を指摘した。WEPにおいては申請者らがかつて提案した現実的な解読法を改良した。また、RC4に対する、世界で初めての現実的な計算量によるで平文回復攻撃を提案した。さらにSSL/TLSでのRC4の利用を想定して、実際に利用されている環境下での特定部分の平文を回復する方法を提案し、評価を行った。加えて提案した安全なWEP鍵運用方法について考察し、その現実的な実装方法を与えた。本研究では、現在最も多用されているRC4、さらにe-STREAMやISOで選定されている各種ストリーム暗号について、その実装部分も含めて安全性評価を行う。また、また無線LAN標準暗号規格WEPおよびWPA/WPA2の安全性について、その標準実装のみならず、現実に実装されている装置とその利用条件について検討している。昨年度(初年度)は特にWPA-TKIPの脆弱性、およびWEP鍵導出の考察、およびその対策法について研究を進めた。本年度(2年目)はRC4について考察し、平文解読法を提案する。この解読方法は世界で初めて現実的な計算量で暗号文のみから平文を回復することに成功している。また、軽量なストリーム暗号である、RAKAPOSHIの解読法を与えている。さらにWEP鍵についての考察を深め、昨年度に提案した鍵導出法を無効にする方法を詳細に評価した。RC4の解読については助成以前から研究を進めており、初期値における内部状態から鍵を推定する鍵回復法等を提案していた。今回、鍵および内部状態によらず、暗号文のみから平文を推定する効率的な平文回復法を提案および評価している。この解読法では同じ平文を異なる鍵で送るブロードキャスト方式を仮定しており、2の34乗の鍵で暗号化された暗号文を得ることによって、平文を推定することが可能になる。また2の24乗の暗号文からでも高い確率で数多くの暗号文の出力バイトを推定可能である。この結果は、現在、多く利用されているSSL/TLSの安全性での再評価を与える結果となった。RAKAPOSHIについては、その構造を吟味することによって、大きな脆弱性が有ることを示した。また、WEPについては、昨年度に提案した、我々が開発した鍵導出法を含め、提案されている有効な鍵導出法を無効にする方法を考察し、詳細に評価した。本研究では、現在でも多用されているRC4、さらにe-STREAMやISOで選定されている各種ストリーム暗号について、その実装部分も含めて安全性評価を行う。初年度ではWPA-TKIPの脆弱性、およびWEP鍵導出の考察、およびその対策法について研究を進めた。WPA-TKIPでは具体的な脆弱性を指摘し、それを利用した攻撃法を示し、対策を促した。またWEPにおいては申請者らがかつて提案した現実的な解読法を改良し、改めて容易に解読可能であることを示した。次年度ではRC4に対する平文解読法を提案した。この解読法は世界で初めて現実的な計算量で暗号文のみから平文を回復することに成功している。また、軽量なストリーム暗号である、RAKAPOSHIの解読法を与えた。さらにWEP鍵についての考察を深め、初年度に提案した鍵導出法を含め、提案されている効率的な解読法を無効にする方法を提案した。最終年度では、RC4の平文回復攻撃をさらに改良し、より少ない暗号文観測によって、平文を推定する方法を提案した。また、SSL/TLSでのRC4の利用を想定して、実際に利用されている環境下での特定部分の平文を回復する方法を提案し、評価を行った。さらに先に提案した安全なWEP鍵運用方法について考察し、その現実的な実装方法を与えた。これらの結果はストリーム暗号の理論的研究のみならず、実際に利用されているWEPやWPA/TKIPといった無線LAN暗号方式やSSL/TLSの安全性評価に大きな知見を与えるものであり、本研究およびその成果の意義は極めて大きいと考えられる。当該年度は特にWPA-TKIPの脆弱性、およびWEP鍵導出の考察、およびその対策法について研究を進めた。

WPA-TKIPに関しては、MIC鍵を高速に導出する方法を提案するとともに、それを利用して作成した偽造パケットの利用方法を提案し、その方法についての現実的な有効性について検証し、新たな脆弱性の指摘を行った。WPA-TKIPについてはWEPの代替法であり、無線LAN機器に実装されていることから、安全なネットワーク運用と言う立場から、その脆弱性の指摘の意義は極めて大きい。WEP鍵導出に関しては、先に提案している鍵導出法、および他の同等な鍵導出法、さらにその改良手法を考察し、提案されているそれらの鍵導出手法を無効にするWEPの改良手法を提案した。この改良手法はWEP自体のアルゴリズムを修正するものではなく、利用するIVを限定する方法であり、十分現実的な方法となっている。この方法によって、従来1万パケット以下の観測においても鍵導出可能であることが指摘されていたが、このしきい値が10万パケットに増大し、WEPを安全に利用することが可能となった。現在でもWEPを使用せざる環境が排除できないことから、この意義は大きいと考えられる。本研究の目的は、ストリーム暗号の安全性評価、およびそれを利用したシステムの安全性法化、および安全性を担保するうえでの対策である。まず、現在、最も利用されているストリーム暗号RC4の安全性について、世界で初めて、現実的な仮定の元、その解読法を示したことの意義は極めて大きい。さらにこの解読法が改良できる可能性を指摘しており、RC4の利用についての新たな指針を与える結果となっている。また、新たなストリーム暗号として提案されたRAKAPOSHIを含め、いくつかのストリーム暗号について脆弱性を指摘しており、ストリーム暗号の安全性評価と言う点でRC4を含めて大きな成果となっている。本研究の目的は、現在でも多用されているRC4、さらにe-STREAMやISOで選定されている各種ストリーム暗号について、その実装部分も含めて安全性評価を行うことである。また、また無線LAN標準暗号規格WEPおよびWPA/WPA2の安全性について、その標準実装のみならず、現実に実装されている装置とその利用条件について検討することにある。該当年度ではWPA-TKIPへの脆弱性の指摘を行い、またWEP、さらにそれに利用されているRC4の安全性、および解読法を評価することによって、その安全な運用方法を提案している。今後、RC4および他の標準化に具されているストリーム暗号の評価を行う予定であり、その準備として十分な成果を得られており、研究は順調に進展していると考えられる。概ね研究は順調に進んでいることから、ほぼ計画書通り研究を推進する予定である。具体的には、RC4の平文回復攻撃法をさらに改良し、より少ない暗号文観測によって、平文を推定する方法を提案する。また仮定であるBroadcast RC4での利用だけでなく、よりSSL/TLSでの利用を考慮した安全性の評価を行う。また、WEPおよびWPA-TKIPでの安全性評価を推し進め、その利用に踏み込んだ指標を与える。さらに既存のストリーム暗号の安全性解析を進める。特に次年度は研究計画の最終年度であることから、RC4およびWEP, WPA-TKIPの安全性をまとめるとともに、ストリーム暗号全般の利用についての安全性における評価、考察を与える。
微細加工による準周期構造の電子状態の研究

準周期的ポテンシャル中の電子がどのような状態にあるか、それが周期的あるいは不規則的な場合とどのように異なるかは興味深い問題である。本研究は1次元準周期ポテンシャル中の電子状態を実験的に探ることを目的としている。試料は変調ド-プ型のAlGaAs/GaAs単一ヘテロ接合界面に生じる高易動度2次元電子ガスとし、基板上1次元方向にいわゆるHEMT構造で細線ゲ-トを作製し、これによって2次元電子系に強度可変にポテンシャル障壁列を導入する。作製した金ゲ-トの線幅は約0.1μmであり、間隔が0.809μmと0.500μmとのフィボナッチ列を構成している。また比較対照のため、周期的に並んだゲ-トを有する試料も作製した。液体ヘリウム温度において電気伝導を測定した結果、周期的障壁列をもつ試料で、障壁による干渉効果と考えられるサブストレ-トバイアス依存性を見出した。しかし準周期系についてはそのような構造を見つけるに至らなかった。電子の平均自由行程長が不十分であること、測定温度が高いこと等が問題であると考えられ、これらを克服するために一層の努力が必要である。波動コヒ-レンス長さがより長い波動系を用いれば、この困難の少ない実験が出来る。我々は超流動ヘリウム薄膜中の第3音波に対する準周期的障壁列の影響を調べた。ガラス及びシリコンウエハを基板とし、その上にリソグラフィ-によりアルミニウム線を周期的及びフィボナッチ的に設けた。この上の第3音波を測定した所、その透過スペクトルに多くの難透過領域がみられた。特に準周期系ではその構造は自己相似的でありネストしている。このスペクトルはシュミレ-ションによるものとよく一致し、難透過領域の指数付けを行なうことが出来る。
オートファジーシステムの構造学的解明

本研究ではX線結晶解析法、クライオ電子顕微鏡法、高速原子間力顕微鏡法、核磁気共鳴法などの構造生物学的手法を駆使して、オートファジーシステムを構成するタンパク質群の構造決定を行なう。そして構造情報に基づいた機能解析を行ない、各タンパク質が担う分子機能およびその作動原理を明らかにすることで、オートファジーにおける未解決課題の解明を目指す。
F1分子モーターの非平衡揺らぎの測定

回転分子モーターであるF1-ATPaseのエネルギー論を明らかにするために,回転電場法を用いて一定外部トルクおよび周期的トルクへのF1-ATPaseの応答を測定した.その結果,F1-ATPaseはATP加水分解で得られる化学自由エネルギー差を回転運動にほぼ100%の効率で変換できることが分かった.回転分子モーターであるF1-ATPaseのエネルギー論を明らかにするために,回転電場法を用いて一定外部トルクおよび周期的トルクへのF1-ATPaseの応答を測定した.その結果,F1-ATPaseはATP加水分解で得られる化学自由エネルギー差を回転運動にほぼ100%の効率で変換できることが分かった.F_1モーターはナノスケールで働く可逆な回転分子モーターである.生理的条件下でATPを加水分解しながら回転する.一方,生体内では,F_0F_1-ATP合成酵素の一部として働き,膜内外の水素イオンの電気化学ポテンシャルによって,F_1モーターは逆向きに回転させられ,むしろ,ATPを合成している.このような可逆なエンジンの性質を理解することは,非平衡熱力学の発展にとって大きな意味を持つ.また,ATPは生命活動に必須のエネルギー源であり,そのほとんどを合成しているのがF_1モーターである.したがって,F_1モーターの逆回転を調べることは,生命のエネルギー論を理解する上で極めて重要である.揺らぎと応答が強い関係を持っていることは,近年の非平衡物理学の発展により明らかになっている.そこで,非平衡揺らぎを調べる前段階として,F_1モーターの回転自由度に回転電場法を用いて比較的強いトルクを課し,一定トルクに対する非線形応答を測定した.これは,F_0F_1-ATP合成酵素のモデル実験系とみなすことができる.その結果,十分に強いトルク下で,ATP合成方向に120°のステップを踏みながら回転するという現象を初めて発見した.また,F_1モーターが1ステップで出せる最大仕事,すなわち,合成方向回転に必要なトルクに1ステップの大きさである120°を掛けた値が,1ATPの加水分解に伴う自由エネルギー差とほぼ等しいということが分かった.ATP,ADP,P_iの濃度を変えて,自由エネルギー差を変化させても同様の結果を得た.この結果は,F_1モーターの化学力学結合が1対1である可能性を示唆している.また,ATP濃度を減らすか,ADP,P_i濃度を増やすと,最大仕事は減少することが分かった.これは,F_1モーターが,ADPとP_iを取り込んでATPを合成しながら回転していることを示唆している.F_1-ATPaseは生体内で働く回転分子モーターであり,電気モーターのように可逆に働く.生理的条件下でATPを加水分解しながら中心のγ軸が一方向に回転するが,生体内では,F_oF_1-ATP合成酵素の一部として働き,膜内外の水素イオンの電気化学ポテンシャルによって,F_1モーターは逆向きに回転させられ,むしろ,ATPを合成している.ATPは生命活動に必須のエネルギー源であり,そのほとんどを合成しているのがF_1-ATPaseである,したがって,F_1-ATPaseの逆回転を調べることは,生命のエネルギー論を理解する上で極めて重要である.我々は,回転電場法という,微小な誘電体に制御したトルクを課すことのできるシステムを応用し,回転分子モーターF_1ATPaseに一定の外部トルクを課し,回転速度のトルク依存性を測定した.これは,F_oF_1-ATP合成酵素のモデル実験系となっている.その結果,ある程度以上の強さのトルクをかけると,逆方向(ATP合成方向)にステップ状に回転することが分かった.回転速度が0になるストールトルクを測定した結果,F_1-ATPaseが1ステップあたり出せる最大仕事(W_<stall>)は,1ATPの加水分解反応によって得られる化学自由エネルギー差(Δμ)とほぼ等しいことが分かった.Δμは,ATPの加水分解反応から取り出せる最大の仕事に対応する.Δμ=W_<stall>という結果は,F_1-ATPaseの化学力学結合がほぼ1対1であり,F_1-ATPaseの化学エネルギーから力学エネルギーへの変換効率が100%であることを示唆している.一方,F_1-ATPaseのATP結合部位周辺のアミノ酸を置換すると,W_<stall>は,Δμよりも有意に小さくなることが分かった.これは,F_1-ATPaseの構造は,進化の過程で高く最適化されていることを示唆している.
ヒトミトコンドリアメタボリオーム構成成分の解析

非常に強い酸化ストレス下にあって、おそらく多くのミトコンドリアゲノムは修復しきれない酸化障害を受け、そのようなDNAは選択的に分解されることでむしろ変異の蓄積を防いでいることが示唆される。継続的な複製は失われたDNAを補っていると考えられる。つまり、ミトコンドリアゲノムでは、DNA複製は変異の発生防御の役割も担っていると申請者は考えている。このシステムがミトコンドリアゲノムにおいては主要な役割を果たしている遺伝情報維持機構ではないかとの仮説を立てている。そして遺伝情報維持のために、修復、複製、分解に関する酵素群は有機的に連係して大きなDNA-蛋白質複合体(ミトコンドリアゲノムヌクレオイド構造)を作り、ミトコンドリアゲノムを維持していると考えている。ミトコンドリアゲノムの維持に中心的役割を果たしているmitochondrial transcription factor A(TFAM)はHMGファミリー蛋白質の一員であるが、申請者らはこのTFAMがミトコンドリアDNAの全周をくまなく覆っているミトコンドリアゲノムヌクレオイド構造の主要な構造蛋白質であるとのデータを得ている。その、強いDNA結合能と豊富に存在する性質を利用して、このTFAMに対する抗体でヌクレオイド構造体そのものを免疫沈降する系を確立した。現在、免疫沈降されたミトコンドリアDNA蛋白質複合体構成蛋白質群を同定する工程へ入り、約20の主要バンドの蛋白質の同定を終えている(理研、瀧尾研究室と共同研究)。引き続き、マイナーバンドの蛋白質の同定をさらに進めている。平行して、同定を終えたすべて蛋白質のcDNAクローニングし、発現精製し、抗体を産生する予定であり、すでに、複数の蛋白質に関して、抗体作製のための免疫作業に入っている。
嗅覚神経系特異的な機能阻害マウスを用いた、社会性行動を制御する神経基盤の解明

多くの哺乳類において社会性行動は種の生存において必須であり、嗅覚系が重要な役割を果たしている。しかしながら、嗅覚系を構成する複数の神経系群がどのように使い分けられているのかは不明であった。本研究において、主嗅覚系背側領域を特異的に機能阻害したマウスの社会性行動を解析したところ、主嗅覚系背側領域は鋤鼻系の機能に依存することなく、多くの社会性行動を制御していることが明らかになった。さらに、神経活性化マーカーであるc-fosあるいは局所的な脳領域破壊マウスを用いた解析から、前嗅核が主嗅覚系背側領域の下流で社会性行動を制御していることが示唆された。平成25年度は、以下の3点の研究を行った。(1)特定の嗅覚神経系を選択的に機能阻害したマウスの作製と社会性行動の解析。(2)各嗅覚神経系の下流で、社会性行動を制御する脳神経細胞群の同定。(3)(2)で同定された脳神経細胞の機能解析。(1)特定の嗅覚神経系群(主嗅覚系背側領域、主嗅覚系腹側領域、鋤鼻系)を特異的に機能阻害したマウスを作製するために、Omacs-Cre、OCAM-Creマウスと、嗅細胞の活性化に必須であるCNGA2のコンディショナルノックアウトマウスを掛け合わせた。鋤鼻系の機能阻害には外科的手術により鋤鼻器を除去した。この結果、主嗅覚系背側領域がマウスの社会性行動を、性別に関わらず、鋤鼻系非依存的に直接的に制御していることを明らかにした。主嗅覚系腹側領域の解析については、OCAM-CreとCNGA2のコンディショナルノックアウトマウスを掛け合わせたマウスでは背側領域の機能も阻害されたため、現在OCAM以外のプロモーターを用いて、主嗅覚系腹側領域の機能阻害を試みている。(2)神経細胞の活性化マーカーであるc-fosの発現を指標とした全脳マッピングにより、これまで社会性行動との関連が報告されていなかった脳領域が同定されてきた。(3)上記(2)で同定された領域を局所破壊したところ、社会性行動に異常が見られ、この領域が主嗅覚系背側領域の下流で機能していることが強く示唆された。(1)特定の嗅覚神経系(主嗅覚系背側領域、主嗅覚系腹側領域、鋤鼻系)を特異的に機能阻害したマウスを作製するために、CREリコンビナーゼをOMACSあるいはOCAMプロモータの下流で発現するマウスを、嗅細胞の活性化に必須であるCNGA2のコンディショナルノックアウトマウスと掛け合わせた。鋤鼻系の機能阻害は、外科的手術により鋤鼻器を除去することで行った。この結果、主嗅覚系背側領域が、鋤鼻系の機能に依存せず、様々なマウスの社会性行動を制御していることが明らかになった。主嗅覚系腹側領域の解析については、OCAM-CreとCNGA2のコンディショナルノックアウトマウスを掛け合わせたマウスを作製したが、背側領域の機能も阻害されてしまっため、主嗅覚系腹側領域の機能解析は行えなかった。(2)神経細胞の活性化マーカーであるc-fosの発現を指標とした全脳マッピングにより、前嗅核が社会性行動と関連していることが示唆された。また、主嗅覚系背側領域と鋤鼻系からの情報が、扁桃体および視床下部で統合されていることも明らかにした。(3)上記(2)で同定された前嗅核を局所破壊したところ、社会性行動に異常が見られ、この領域が主嗅覚系背側領域の下流で社会性行動を制御機能していることが示唆された。複合領域主嗅覚系背側領域を特異的に機能阻害したマウスを作製し、このマウスが一般的な嗅覚および鋤鼻系の機能が正常であることを確認した。さらに、行動解析によって、主嗅覚系背側領域が直接制御する複数の社会性行動を明らかにすることができた。また、c-fosを用いた全脳マッピングにより、主嗅覚系背側領域と鋤鼻系からの情報が、脳内の扁桃体および視床下部で統合されていること、および、主嗅覚系背側領域依存的に活性化される複数の脳領域の同定に成功した。ここで同定された領域の機能解析は、当初平成26年度に計画していたが、一部すでに平成25年度に行うことができた。また、OCAM以外のプロモーターによってCreが主嗅覚系腹側領域に発現しているマウスを用いて、腹側領域の社会性行動における機能解析を行い、各嗅覚神経系による社会性行動の制御機構を包括的に解明していく。
非線形方程式の大域的解法とその数学ソフトウェア化

ワイヤシュトラスの修正関数を複数の点において有理関数によって近以することにより,非線形方程式の多段同時反復解法を導出した.この同時反復解法は関数値のみを用いて高次の方法が得られるため,代数方程式だけではなく超越関数を含むような方程式においても利用可能である.この結果はJ. Comput. Appl. Math.に採録が決定し,平成8年に発表される予定である.この同時反復解法の初期近以解を得るために,与えられた領域内部の解の分布を大域的に求める方法について研究した.これは高速Fourier変換を利用して単位円内部の解の分布を求める問題をmoment問題に帰着させる.このmoment問題をユークリッド算法によって解くことにより,解の大域的な分布を得る.この結果ドイツで行われたICIAM95 (応用理数に関する国際会議)において発表し,論文投稿した.また,これからの成果を数学ソフトウェアとして利用するために,普段用いているような自然な数式を利用してソフトウェアを記述し実行するための環境について研究を行った.ユーザインターフェイスを作成してプロトタイプ実験を行った.この結果は日本応用数理学会論分誌第6巻に掲載が決定し,平成8年に発表される予定である.ワイヤシュトラスの修正関数を複数の点において有理関数によって近以することにより,非線形方程式の多段同時反復解法を導出した.この同時反復解法は関数値のみを用いて高次の方法が得られるため,代数方程式だけではなく超越関数を含むような方程式においても利用可能である.この結果はJ. Comput. Appl. Math.に採録が決定し,平成8年に発表される予定である.この同時反復解法の初期近以解を得るために,与えられた領域内部の解の分布を大域的に求める方法について研究した.これは高速Fourier変換を利用して単位円内部の解の分布を求める問題をmoment問題に帰着させる.このmoment問題をユークリッド算法によって解くことにより,解の大域的な分布を得る.この結果ドイツで行われたICIAM95 (応用理数に関する国際会議)において発表し,論文投稿した.また,これからの成果を数学ソフトウェアとして利用するために,普段用いているような自然な数式を利用してソフトウェアを記述し実行するための環境について研究を行った.ユーザインターフェイスを作成してプロトタイプ実験を行った.この結果は日本応用数理学会論分誌第6巻に掲載が決定し,平成8年に発表される予定である.
自然環境下のトランスポゾンの脱抑制現象の把握とエピジェネティックな修飾動態の解析

1、自然環境下でのトランスポゾンの動態の捕捉自然環境下において、トランスポゾンのRNA発現やヒストンのメチル化などエピジェネティックな動態がどのような動態にあるか調べるため、兵庫県多可郡に存在するハクサンハタザオ(Arabidopsis halleri subsp. gemmifera)の自然集団を用いた2週間おきの定期的なサンプリングを前年度から引き続き行った。採取された葉からは、RNAとクロマチンの抽出を行い、RNA-seqやChIP-seqによるRNA発現と、ヒストン修飾状態の解析を進めている。その結果、2年間にわたる野外におけるトランスポゾンのRNA発現、またヒストン修飾の季節動態が明らかになりつつある。また、上記の実験に先立って実施された、野外における全ゲノムDNAメチル化の季節解析のデータについても解析を行った結果、季節の変化に応じてメチル化レベルが変化する領域の存在が明らかになった。その中には反復配列が含まれ、遺伝子座のRNA発現とDNAメチル化レベルに逆の季節パターンが見られた。これらの結果に関しては、論文にまとめ現在投稿中である。2、実験室での環境操作実験上記の野外での実験に加え、実験室での環境操作実験を行なった。具体的には、日長・昼夜の温度を操作できるインキュベーターにより、種子から発芽させたハクサンハタザオ個体に、異なった光・温度環境のパターンを与えた。これらの植物体からも葉を採取し、RNA、クロマチンの抽出を行った。これらのサンプルに対してChIP-seqを行った結果、異なる環境条件によってヒストン修飾のパターンが異なる可能性のある領域が検出された。現在は、これらと自然環境下でのデータを比較することにより、どのような環境刺激がエピジェネティックな修飾動態に影響するのかの解析を進めている。ハクサンハタザオの自然集団を用いた定期的なサンプリングは無事完了し、2年間にわたる野外におけるトランスポゾンのエピジェネティックな状態の季節動態が明らかになりつつある。また、実験室での環境操作実験も実施した。このように、野外と実験室の双方での実験を進める研究計画は順調に進展していると考える。また、分子機構のより深い理解に向けた、海外での共同研究も進行中である。今後はRNA-seqやChIP-seqにより得られたデータの解析を進め。ゲノムワイドな解析により、野外のトランスポゾンのエピジェネティックな動態の包括的理解を進め、論文としての構成を行う。また、分子機構のより深い理解に向けた海外での共同研究も引き続き継続し、本研究課題の更なる発展を試みる。1、自然環境下での反復配列の動態の捕捉自然環境下において、トランスポゾンなど反復配列のRNA発現やヒストンのメチル化などエピジェネティックな動態がどのような動態にあるか調べるため、ハクサンハタザオの自然集団を用いた定期的なサンプリングを行った。そして採取されたサンプルを用いてRNA-seqやChIP-seqによる解析を進めた結果、野外におけるトランスポゾンのエピジェネティックな状態の季節動態が明らかになりつつある。また、より短期間で起きうる変化に着目したサンプリングも実施した。この結果は、定期的なサンプリングで得られた結果と合わせ、反復配列ごとの季節応答様式の違いについての知見をもたらすことが期待される。2、実験室での環境操作実験上記の野外での実験に加え、実験室での環境操作実験を行った。これらの植物体からも葉を採取し、RNA、クロマチンの抽出を進めている。これらのサンプルに対しても野外から得たサンプルと同様の解析を進めている。この実験は、野外で見られる現象がどのような環境要因によってもたらされるのか、その絞り込みに有用である。今後は、上記サンプルの実験・解析を進め、自然環境下でのデータをはじめとした、様々な条件での動態と比較することにより、どのような環境刺激がエピジェネティックな修飾動態に影響するのかが明らかになると考えている。ハクサンハタザオの自然集団を用いた定期的なサンプリングが進んでおり、野外におけるトランスポゾンのエピジェネティックな状態の季節動態が明らかになりつつある。また、実験室での環境操作実験により野外の現象の実験室での検証も進行中である。

具体的には、日長・昼夜の温度を操作できるインキュベーターにより、種子から発芽させたハクサンハタザオ個体に、異なった光・温度環境のパターンを与えた。これらの植物体からも葉を採取し、RNA、クロマチンの抽出を行った。これらのサンプルに対してChIP-seqを行った結果、異なる環境条件によってヒストン修飾のパターンが異なる可能性のある領域が検出された。現在は、これらと自然環境下でのデータを比較することにより、どのような環境刺激がエピジェネティックな修飾動態に影響するのかの解析を進めている。ハクサンハタザオの自然集団を用いた定期的なサンプリングは無事完了し、2年間にわたる野外におけるトランスポゾンのエピジェネティックな状態の季節動態が明らかになりつつある。また、実験室での環境操作実験も実施した。このように、野外と実験室の双方での実験を進める研究計画は順調に進展していると考える。また、分子機構のより深い理解に向けた、海外での共同研究も進行中である。今後はRNA-seqやChIP-seqにより得られたデータの解析を進め。ゲノムワイドな解析により、野外のトランスポゾンのエピジェネティックな動態の包括的理解を進める。野外環境下でのトランスポゾンの制御機構を調べるためには、分子機構のより深い理解が必要と考える。そこで、海外での研究活動も含めた共同研究を行うことで、本研究課題の更なる発展を試みる。ゲノムワイドな解析により、野外のトランスポゾンのエピジェネティックな動態の包括的理解を進め、論文としての構成を行う。また、分子機構のより深い理解に向けた海外での共同研究も引き続き継続し、本研究課題の更なる発展を試みる。
現代都市下層地域の社会構造再編過程分析のための国際比較研究

バンクーバーDTES地区および横浜寿町地区はともにかつて日雇い労働者の街だった地域だが、生活困窮者、ホームレスの割合が増し、生活保護受給者数も大幅に増加した(「福祉化」)。一方で、公的支援、民間部門による支援活動も活発に展開されてきた。カナダでは障がい等を抱えた生活困窮者への福祉支援としてハウジングファースト施策が導入されたが、そのことは都市下層地域であるDTES地区に外部からさらに多くの生活困窮者を集中させる結果となった。また、横浜市においても市内他地域から生活保護受給を理由として寿町地区へ移住する者が増えている。これらの人々の中には衣食住は満たされていても社会的に孤立している者も多い。バンクーバーでの都市下層地区調査については、2013年度は78月、11月に計2回実施した。調査の結果、カナダ国内、とりわけブリティッシュコロンビア州におけるホームレス支援の施策(特に居住支援)が、結果的に同州における最大の都市下層地区である、バンクーバー市のDTES地区での社会福祉住宅の増加と元ホームレスに対する福祉支援の拡大につながっていることを把握した。調査は、DTES地区でホームレス、貧困層の居住支援、生活支援を行う市民団体、NPO、教会、社会企業等に対してヒヤリングの形式で行った。また、2013年78月にはバンクーバーだけでなく、カナダ最大の都市、トロントを訪問し、国内最大規模の社会福祉住宅地区リージェントパークでの建て直しの様子を視察し、カナダ国内での都市比較の資料を収集した。11月には、本年度2回目のバンクーバー訪問を行い、地区住民が主体となって行っている文化祭を視察した。また、DTES地区は第二次大戦前までは日系人街であったため、現在、地理学、文化研究等を中心としたカナダ人研究者を中心に再評価の試みがなされているが、そうした研究者らとも意見交換を行った。横浜・寿町については参与観察調査を中心に年間にわたったデータ収集を行った。具体的な参与観察調査の中身としては、「寿炊き出しの会」および「寿越冬」へのボランティアとしての参加と、「ことぶきゆめ会議」(地区福祉関係者と横浜市行政担当者の懇談会)へのオブザーバー参加等である。これらの年間を通じた調査の結果として、寿町地区が単身の生活保護受給者(とりわけ身体障がいを有している人々)の集住地域としての様相をさらに高めており、そのことを前提とした地域計画が策定されつつあるが、一方でその施策の対象外である人々(若年層や生活保護受給を望まないホームレス層)に対してはより支援の届きにくい状況が生まれていることがわかった。2012年度は2012年8月(6日間)、2013年3月(5日間)の2回、計11日間にわたってバンクーバー・DTES地区での現地調査を実施した。訪問調査先は、バンクーバー市都市計画課、カーネギーコミュニティセンター、キリスト教教会(2カ所)、社会企業(2カ所)、NGO(3カ所)であり、ほかに地域活動家数名にインタビュー調査を実施した。また、地元図書館等を訪問し、DTES地区の形成過程、福祉施策、都市計画に関する資料収集を行った。現在、DTES地区では周辺地域を含んだ住民参加型のまちづくり(Local Area Planning Project)が進展しており、これに関する資料収集も実施した。また、DTES地区、隣接する中華街を含めたバンクーバー市ダウンタウン全域の再開発をめぐる状況、ジェントリフィケーションに対する現地社会での議論についても確認、情報収集を行った。これらを通じて、DTES地区の地域活動の内容、各団体間の関連、住民構成、地域課題についてそれぞれ概要を確認することができた。寿町地区については、昨年度まで実施してきた現地調査、資料収集を継続することで地域変化の把握につとめ、特に地区内での生活保護および法外援護制度をめぐる状況の変化について確認した。また、参与観察調査の一環として、自治会、横浜市各部局、地域団体との定期会合に毎月出席し、地域福祉計画に沿ったまちづくりの進展とその過程に関する把握を行った。また、2008年頃から寿町地区で現代アートに関わる活動を開始した市民団体の活動状況、若手アーティストの地域への関わりについても参与観察を通じたデータ収集を行った。同時に、近接する黄金町地区、長者町地区での地域再生と現代アートプロジェクトの関わりについてもデータ収集、現地視察、インタビューを実施した。2014年度は横浜寿町地区については国際学会報告1本、バンクーバーDTES地区については国内学会報告1本、査読論文1本の発表を行った。これらにおいて2014年度半ばまでの調査、分析結果をまとめることができた。7月8月に10日程度、バンクーバーを訪問し、DTES地区での調査を実施した。現地NPO、教会、社会活動団体等を中心に、地域住民への支援およびホームレス等の生活困窮者に対する支援活動の実態、課題を明らかにするための資料収集を実施した。

特に、行政から委託を受けて「ハウジングファースト施策」のための支援事業を行っている複数のNPO、社会企業にインタビューし、当該地区の近年の変化(元ホームレスであった生活困窮者層の集住、支援活動の集中)と地区内の簡易宿泊所を活用して行われている「ハウジングファースト施策」との関連を明らかにできたことは非常に意義の大きいことであった。寿町地区については、参与観察調査を中心として地域活動の展開とその変遷についてデータ収集を行った。これは前年度から引き続き実施しているものである。さらに、地区内で中心的な役割を担ってきた労働福祉センターの建て替え計画に関わる地域内の反応等についてもヒヤリング等によるデータ収集を実施した。これらを合わせて、今日の寿町地区における単身の生活保護受給者の集住とそれを前提とした行政による地区計画、福祉計画の策定が行われる一方で、それに合致しない人々への行政支援が希薄となっている状況、それらを民間支援団体がカバーしている状況が明らかになった。両地区での調査結果を総合して検討した結果、都市下層地区への福祉ニーズの高い人口が集住し定着している状況を確認した。そして、ホームレスを中心とした生活困窮層への福祉政策が特定地域で行われることによってその地域に福祉ニーズの高い人口が定着する結果がもたらされていることを明らかにした。都市社会学2013年度は寿町地区(黄金町地区も含んだ分析)に関しては1回の学会報告と1本の査読つき論文発表を行い、バンクーバーに関しては1回の学会報告と1本の論文発表(査読なし)を行った。これらにおいて、2013年度半ばまでの調査結果の概要をまとめることができた。バンクーバーについては、DTES地区の主要な団体へのヒヤリングを2013年度内までで済ませることができたため、地域コミュニティや地域活動の概要を把握することができたといえる。さらに、バンクーバーにおけるホームレス、貧困層の居住支援、生活支援について各団体の取り組み概要、政策的背景の両方を抑えることができた。これらは、先進国都市におけるホームレス、貧困層の居住支援、生活支援が政策的に進められていくなかで、都市下層地域が新たにどのような役割を求められ、かつそれが制度化されているか検討する際の重要な資料となりうる。横浜・寿町についても定期的な社会調査、資料収集を進めることで、地域保健計画を中心とした政策的枠組みの中での当該地域の変化を質的データをもとに把握することができた。2年次までで各地域の概要を把握するためのデータ取得ができ、また比較のための基本的な枠組みの検討もできた。これらを通じ、総じて当初に想定していた研究目的、研究計画の内容をおおむね達成しているといえる。バンクーバー・DTES地区については2回の現地調査を実施し、地域活動の内容、各団体間の関連、住民構成、地域課題についてそれぞれ概要を確認することができた。横浜・寿町地区については生活保護、法外援護制度をめぐる状況変化と、新たな市民活動の展開についてデータ収集、概要把握を行うことができた。2014年度は最終年度にあたるため、補足的なデータ収集と比較枠組みの精緻化を行ったうえで、分析結果を報告書等にまとめる。
高時間分解パルスおよび二次元EPRによる配位化合物の光化学反応過渡過程の解析

亜鉛テトラフェニルポルフィリンとベンゾキノンとの間の光誘起電子移動反応をFT-EPRにより検討し、反応の各過程の速度定数、スピン緩和速度などを決定した。また反応に対する塩、窒素塩基共存の効果などを明らかにした。ここで用いた通常のFID信号をフーリエ変換するFT-EPRの方法では、ポルフィリンカチオンのように非常に線幅の広い信号は観測が困難であった。このような線幅の広い信号の観測に、本研究では電子スピンエコー信号をフーリエ変換する方法が極めて有効であることを示した。本反応系では反応中間体としてポルフィリンカチオン-ベンゾキノンアニオンの間のスピン相関ラジカル対が生成する。このラキカル対によるESR信号は反応生成物であるカチオン、アニオンラジカルの信号と重なり、ラジカル対の挙動を追跡するには困難があった。本研究ではFT-EPRの測定において、マイクロ波パルスの時間幅を変えてFID信号を測定し、マイクロ波パルス幅(t_1)とFIDの観測時間(t_2)の両時間軸についてFT処理を行い、一軸は通常のFT-EPRスペクトル、もう一つの軸はニューテーション周波数に相当する二次元EPRスペクトルを求め、これによりラジカル対の信号を遊離のラジカルから分離して観測することを試みた。この方法にはラジカル対の寿命が長く存在することが知られている水溶性のポルフィリンとベンゾキノンの間のミセル中の光誘起電子移動反応を試みた。その結果、部分的ではあるが、遊離のラジカルの信号からラジカル対の信号を分離して観測することに成功した。ラジカル対は遊離ラキカルと比較するとより高いニューテーション周波数とより低いニューテーション周波数を示した。理論的な考察をオフレゾナンス効果を含めて行い、実験結果を説明し、更に、この方法が反応過渡過程で生成するスピン相関ラジカル対の挙動を研究する新しい手法として極めて優れたものであることを示した。
放射線歯根形成障害メカニズム解明の基盤研究～新たな知見を創設可能な実験システム～

本研究グループは放射線が歯根形成障害を引き起こすメカニズムに注目している。従来の頭部照射実験は、歯胚に対する直接的ダメージが歯根形成に与える影響を観察しているとはいえない。本研究では歯胚のみに照射できる局所照射法を開発した。歯胚にのみに照射でき、歯根形成障害が生じることが確認できた。本実験モデルは、放射線の歯根形成障害のメカニズムを解明するのに有用であると考えられた。本研究グループは、放射線が歯根形成障害を引き起こすことに注目し、これまでに歯冠完成がみられる生後5日齢マウスの頭部にエックス線照射を行い、ヘルトヴィッヒ上皮鞘とその周囲間葉の細胞動態の変化について報告している。このような従来の頭部照射法では照射野に内分泌器が含まれるため、放射線が歯胚に直接的に障害を与えているかを考慮したさらなる検討が必要である。以上のことから、本研究費の補助のもとで歯胚への放射線の直接的な影響が解析できる研究モデルを開発し、放射線の影響を調べることを目的とした研究を開始した。初年度である本年度は、従来の頭部照射の内分泌器への影響を検証しながら、歯胚への直接的影響を解析できるモデルの構築に向けた予備実験を行った。従来の頭部照射を行ったマウスの血中ホルモン量を調べたところ、照射野に含まれる内分泌器に関連するホルモン量の低下がみられた。そのため、歯胚の直接的影響がみられる実験モデルの開発が重要であると考えられた。直接的影響を解析できるモデルの構築のために様々な実験モデルの開発を試みて検討を行った結果、本研究には歯胚のみに限局してエックス線照射する実験モデル(歯胚局所照射モデル)の開発が適切であると考えられ、この方法を本実験に採用することにした。歯胚局所照射モデルでは、頭部照射モデルと比較して血中ホルモン量の低下があまり見らなかった。そして、より正確に歯胚に限局して照射でき、再現性のある照射方法の構築を行うために時間を費やした。歯胚に放射線が与える影響を解明するためには、歯胚への直接的な影響を解析する必要があることが明らかになり、そのために行う実験方法の確立の目途が立った。本年度の結果をもとに、次年度内から本実験に入れると考える。本研究グループは放射線が歯根形成障害を引き起こすことに注目し、マウスを対象に臼歯(下顎第1臼歯)の歯根形成開始時期(生後5日齢)にエックス線頭部照射を行い、ヘルトヴィッヒ上皮鞘とその周囲間葉の細胞動態の変化について報告している。従来から行われている頭部照射は、照射野に内分泌器が含まれることから血中ホルモン量の低下をまねくため、「放射線の歯胚への直接的な影響」を解析しているとはいえない可能性があった。頭部照射実験で考えられる問題が生じない「放射線の歯胚への直接的な影響」を解析できる実験モデルの開発を検討した結果、本科学研究費補助のもと、鉛ガラスを加工して目的とした歯胚のみにエックス線を照射できる歯胚局所照射法が本実験に最も適していると判断した。開発当初は歯胚のみに高い精度で照射できなかったが、照射方法に改良を加えることにより、高い再現性の照射が可能となった。本研究で確立した歯胚局所照射を行ったマウスの血中ホルモン量を計測したところ、頭部照射マウスでみられたホルモン量の低下がほとんどみられなかった。また、歯根形成開始時期に歯胚局所照射すると歯根の形成障害がみられた(マイクロCT像)。さらに、組織学的観察(HE染色、免疫染色)を行ったところ、根尖部の形態異常は頭部照射マウスの異常と類似した傾向にあると考えられた。今後、歯胚局所照射法による経時的な歯根形成障害を形態学的に観察することにより、「放射線の歯胚への直接的な影響」を明らかにする予定である。また、本実験モデルによる基礎データを明らかにしていくことで、さらなるメカニズム解明のためのステップになると考える。現在までに、従来の頭部放射線照射では解析できなかった「放射線の歯胚への直接的な影響」を解析する方法(歯胚局所照射法)を確立し、再現性の精度を高めてきた。そして、平成26年度から本実験を行い始めたことにより、放射線が歯根形成に与える影響の傾向をつかむことができた。次年度も本実験を継続していくことにより、本研究で得られた知見を論文報告できる目途が立ったと考えるため、おおむね順調に進展してると考える。そこで、「放射線の歯胚への直接的な影響」を解析できる実験モデルを検討したところ、鉛ガラスを加工して歯胚のみにエックス線を照射できる歯胚局所照射法が本実験に最も適していると判断した。照射方法について予備実験を行うことにより、高い再現性の照射が可能となった。そして、歯胚局所照射法を行い、放射線が歯根形成に与える影響を調べたところ、頭部照射マウスの根尖部にみられる特徴的な組織変化が観察され、歯根は短縮化した。また、へルトヴィッヒ上皮鞘とその周囲間葉の細胞動態変化も頭部照射の結果に類似していた。

以上より、本研究で確立した歯胚局所照射法は、放射線による歯根形成障害のメカニズムを解明するために有用な手法であると考えられた。今後、本法を使用してメカニズムの解明に向けた研究を進めていく。本研究グループは放射線が歯根形成障害を引き起こすメカニズムに注目している。従来の頭部照射実験は、歯胚に対する直接的ダメージが歯根形成に与える影響を観察しているとはいえない。本研究では歯胚のみに照射できる局所照射法を開発した。歯胚にのみに照射でき、歯根形成障害が生じることが確認できた。本実験モデルは、放射線の歯根形成障害のメカニズムを解明するのに有用であると考えられた。再現性の高い歯胚局所照射モデルを完成させ、歯胚にのみエックス線を照射した歯胚の発育障害を観察する予定である。また、被曝した部位を確認できるマーカーの確立も必要と考えており、マーカーの一つとして8-OHdGを現在考えている。歯胚の発育障害の程度の観察のため、マイクロCT解析、一般染色に解析を行う予定である。これらの結果が明らかにあった後、さらなる解析方法を追加していく予定である。本研究で開発した歯胚局所照射法を用いて「放射線の歯根形成への直接的な影響」を論文報告するため、経時的変化がみられるような実験系を組み歯根全体と根尖の解析(マイクロCT解析、一般染色、免疫染色など)を行っていく予定である。また、以上のことが完了次第、ヘルトヴィッヒ上皮鞘と周囲間葉の分子機構の解析に着手したいと考える。発生学当初、設備備品を購入する予定であったが、大学施設内の共用機器を使用することができ、物品を購入しなかったため。マウス照射実験に使用するために多くのマウスを購入する予定があったが当該年度では予定した匹数のマウスを使用しなかった。次年度から本実験に入り多くの組織切片を作製予定であるため、差額の金額をスライドガラス等の消耗品費として使用する予定である。当該年度に使用しなかった金額は照射実験に使用するマウス代に充てる予定である。
エルシニア菌のスーパー抗原性外毒素の精製、性質及び構造-機能相関に関する研究

Yersinia pseudotuberculosis感染症(エルシニア感染症)の臨床症状は、毒素性ショック症候群、猩紅熱等のスーパー抗原性外毒素により引き起こされる疾患の臨床症状とよく類似する。そのため、エルシニア感染症での生体の異常反応にはエルシニア菌が産出するスーパー抗原性外毒素が重要な役割を果たしている可能性が考えられた。この点を明らかにするため解析を行い、以下の成果を得た。1.想定されたスーパー抗原性外毒素の精製を試みた。ヒト末梢リンパ球に対するマイトジェン活性を指標としてカラムクロマトグラフィーおよび新たに導入したHPLCシステムにより精製を進めた結果、SDS-PAGE上で分子量約21kDaのタンパク質を単一標品として精製する事に成功した。2.本タンパク質の性質を検討した。本タンパク質のヒトリンパ球に対するマイトジェン活性のT細胞依存性およびMHCクラスII分子要求性等の生物学的な性質から、我々が精製したタンパク質はスーパー抗原としての特徴を有することを明らかにした。3.精製タンパク質により活性化されるT細胞のTCRVbetaレパートリーを解析した。RT-PCR法による分析の結果、Vbeta3、9、13.1、13.2を持つT細胞が活性化されており、本タンパク質はスーパー抗原性外毒素ある事が証明された。以上の成果に基づき、現在本毒素タンパク質遺伝子をクローニングすることを試みている。
細胞内寄生体に対する遺伝的感受性のメカニズム-BCG排除に関与するサイトカインネットワーク-

IL-12はTh1細胞やNK細胞にIFN-γ産生を誘導することが知られている。我々はIFN-γがマクロファージにIL-12mRNAの発現を誘導する事を見出し、IFN-γ⇒マクロファージ⇒IL-12⇒Th1細胞⇒IFN-γというPositive regulatorycircuit(PRC)が存在するのではないかと考えた。本研究ではこのPRCがどの程度生体防御に関与しているかを明らかにするために、実験動物にはIFN-γレセプターを持たずPRCを形成できないIFN-γレセプターノックアウト(IFN-γ-KOマウス)を用い、そのBCGに対する生体防御能を調べた。しかし、このマウスではIFN-γレセプターを持たないため一酸化窒素(NO)等のIFN-γにより誘導されるもの全てが産生されないのでBCGの増殖抑制を指標にしたのではPRCの重要性を見ることはできない。そこでIFN-γmRNA産生を指標にしてPRCのBCG排除における重要性を調べた。IFN-γ-KOマウス及びコントロールマウスにBCGを経静脈的に感染させ、脾臓に発現するIFN-γ,IL-12及び誘導型NO合成酵素(iNOS)mRNAの量を定量的RT-PCR法で比較したところ、iNOS mRNAの発現は有意に低下していたが、IFN-γmRNA及びIL-12mRNA発現は僅かに低下が認められたのみであった。また、これらマウスより得た脾細胞を試験管内でBCG刺激し、脾細胞に発現するIFN-γ,IL-12及びiNOSmRNAの量を同様に調べたが、結果は同じであった。さらに、これらマウスより得た骨髄マクロファージを試験管内でBCG刺激し、発現するIL-12mRNAの量を定量的RT-PCR法べたがこれにはまったく差がなかった。以上の結果より、コントロールマウスに比べPRCを形成できないIFN-γ-KOマウスではBCG感染によるIFN-γmRNA及びIL-12mRNA発現は僅かに低下していることが分かったが、これはそれほど有意なものではなく、PRCはBCGに対する生体防御において中心的な働きをするものではないことが明らかになった。
半導体量子ドットを用いた電子・光子相互作用制御と量子情報処理への応用に関する研究

量子コンピュー一タなどの大規模な量子演算の実現に向けては、量子演算素子の集積性を高める必要がある。半導体量子ドット・フォトニック結晶結合系は、半導体中の狭い範囲に量子ビットと光の相互作用系を集積化できる点で優れている。また、集積化により多数の光デバイスが必要になるが、従来この系で用いられてきた波長1μm帯ではなく通信波長帯の光を用いることで、既存の光通信用デバイスを利用することができ、本分野の研究の加速及び応用研究の進展が期待できる。本研究では、通信波長帯での量子ドット・フォトニック結晶ナノ共振器結合系を構築し、複数の量子ドット・共振器結合系を含む系を作製することを目的としている。本年度は、1.3μm通信波長帯量子ドットを内包するH1型フォトニック結晶ナノ共振器構造を作製し、量子ドットと強結合状態にありポラリトン状態を形成している共振器モードからの光学応答(反射)に対する別の共振器モードにより増強された光シュタルク効果の影響をより詳細に調べた。反射光強度測定用のレーザーだけを入射した時にはポラリトンからの応答は観測されなかったが、さらに別のレーザーでパルス的に量子ドット近傍に余剰キャリアを生成した場合にはポラリトンからの応答が観測された。この状態で光シュタルク効果を起こしたところ、わずかな入射光強度でポラリトンからの応答が急速に弱まってしまった。これらの結果から、量子ドットとフォトニック結晶案の共振器の結合系では余剰キャリアの振る舞いが重要であることがわかった。(抄録なし)量子コンピュータなどの大規模な量子演算の実現に向けては、量子演算素子の集積性を高める必要がある。本年度は、まず、本研究で用いる共振器構造の設計を行った。本研究で重要となるQ値に加え、共振器モードと上方向の対物レンズの光結合効率を高める設計を行い、H1型共振器でQ値と結合効率の両方を同時に向上する設計が可能であることを計算・実験の両方で確認した。さらに、本設計手法を一般化し、他の共振器構造にも応用可能であることを示した。本成果は、本研究だけでなく二次元フォトニック結晶ナノ共振器の設計全般において有用な成果である。さらに、設計した共振器に1.3μm通信波長帯量子ドットを内包する構造を作製し、量子ドット内の励起子状態と共振器モードの強結合状態を観測した。また、強結合状態にある共振器モードにレーザー光を共鳴的に照射することで、増強された光シュタルク効果が生じ、量子ドットのエネルギーを光子10個程度で変化させることに成功した。さらに、二つの共振器モードを有するH1型共振器を使い、一方の共振器モードで増幅された光シュタルク効果によって、他方の共振器モードと量子ドットからなるポラリトンのエネルギーを変化させることに成功した。本成果は少数光子による低消費エネルギー全光スイッチ実現につながると期待される。量子ドット・フォトニック結晶ナノ共振器結合系を通信波長帯に展開する点では非常に順調に研究が進展している。当初の計画であった強結合状態の観測や共振器増強光シュタルク効果の観測に加え、同効果を利用したポラリトン状態のエネルギー制御を実現し、全光スイッチ動作の実証に迫っている。一方で、量子ドットの波長の電界制御及び単一光子発生の実験は、電界制御用のドープ済み基板の入手遅れ及び励起子状態の安定性不足のために進捗が遅れている。

以上を総合的に判断し、上記の達成度とした。現在、最大の課題は量子ドット内励起子の状態を安定的に維持できないことである。本課題を解決するために、電界印加による量子ドット内部及び近傍の荷電状態安定化を計画している。また、電界印加のためのドープ済み基板の入手が遅れていたが、現在試作評価を行い、要求を満たす品質のものが近く入手できる見込みである。本基板を用いて、励起子状態の安定化及び研究計画にある電界制御の両方を達成する予定である。これらの解決策とこれまでに確立した通信波長帯量子ドットとフォトニック結晶ナノ共振器の結合系の作製・計測技術を組み合わせ、前光スイッチ動作の実証とコヒーレント単一光子発生、複数共振器の集積化に取り組む。(抄録なし)