hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バルク系ホスト－ゲスト化学が拓く次世代超分子マテリアルの創成

本研究では溶媒を用いないバルク系でのホストーゲスト化学の開拓を目的とした。1)バルクホストーゲストシステムにより蛍光色がスイッチング可能な液体発光材料の開発や、2)面性キラリティー機能を付加した環状ホスト液体の開発さらに3)枝分かれ構造を有するアルキル鎖をPillar[5]arene骨格に導入することで、疎水性ゲスト分子を溶解可能な環状ホスト液体の合成を行った。バルク系ホストーゲスト化学に基づくスリップ法による[2]ロタキサンの合成末端にバリン基を有する軸分子を、トリエチレンオキシド(TEO)基を導入したPillar[5]arene液体にバルクで混合し、加熱撹拌を行うと、[2]ロタキサンを形成することが明らかとなった。収率は50%であった。これは過去に報告されたスリップ法によるロタキサン合成と比較して、非常に高収率であった。バルクでスリップ法を用いることが、非常に有用なためである。バルク系ホストーゲスト化学に基づくポリロタキサン・トポロジカルゲルの合成TEO基を導入したPillar[5]arene液体中に、ポリテトラヒドロフラン(PTHF)をバルクで溶解させ、ポリ擬ロタキサンの形成を行った。その結果、Pillar[5]arene液体中では、ポリ擬ロタキサンを形成した。一方、溶媒を用いた場合は全くポリ擬ロタキサンを形成していないことが分かった。末端の封鎖反応を行うと、60%を超える高効率でポリロタキサンが形成しており、40%程度の中程度の収率でポリロタキサンを得ることができた。一方、溶媒を用いた場合は、収率は非常に低くなり、Pillar[5]arene液体のバルク中でポリロタキサンを形成させたほうが高効率であることが明らかとなった。また、TEO基の末端にアルケン基を有するPillar[5]arene液体を合成した。PTHFを溶解させ、キャッピング反応を行うことにより、ポリロタキサンを得ることができた。さらに、末端アルケン同士をメタセシス反応により架橋させることで、トポロジカルゲルの合成に成功した。得られたトポロジカルゲルは、クロロホルム・THFといった中程度の極性である有機溶媒に膨潤し、水やメタノールといった極性溶媒、ヘキサンのような非極性溶媒には膨潤しないことが明らかとなった。様々なゲストを溶解可能な室温環状ホスト液体群の合成これまでの研究成果から、トリエチレンオキシド基を10個導入したPillar[5]areneは室温で液体化することが明らかとなっている。しかし、両親媒性のトリエチレンオキシド基を10個導入したPillar[5]areneは、親水性のゲスト分子を溶解させることができるが、疎水性のゲスト分子を溶解させることはできない。そこで、疎水性のゲスト分子を溶解可能な分岐炭化水素を側鎖に導入したPillar[5]areneを合成した。その結果、室温で液体状態である疎水性Pillar[5]areneを得ることができた。DSCからも、融点ピークは観測されなかったことから、室温で液体であることが明らかとなった。疎水性の化合物とよく混和するため、疎水性のゲスト分子に利用可能な新たな室温環状ホスト液体を合成することに成功した。疎水性室温環状ホスト液体を用いたポリエチレンの溶解上記で得られた疎水性室温環状ホスト液体を用い、ポリエチレンの溶解を試みた。ポリエチレンを疎水性室温環状ホスト液体に加えるのみでは溶融しなかったため、加熱を行いポリエチレンを溶融させた後に、室温に放置した。得られた複合体で、ポリエチレンが溶解しているかどうかを確かめるために、DSCを測定した。その結果、疎水性室温環状ホスト液体中のポリエチレンに由来する融点ピークが110°C程度に観測された。当初期待した室温付近まで低下するには至らなかった。液体化させるために導入した分岐アルカンが、嵩高いためポリエチレンの包接を阻害しているためだと考えられる。本研究では新規環状分子pillar[5]areneの側鎖にトリエチレンオキシド鎖を導入することで液体Pillar[5]areneの合成に成功した。液体Pillar[5]areneは両親媒性であり、多様なゲスト分子を直接溶かし込むことが出来る液体環状分子であった。一般に、ホスト-ゲスト形成は溶媒中で行われるが、溶媒和の阻害によって錯形成の効率が低下するという問題がある。本研究ではこれまでに、液体Pillar[5]areneにゲスト分子を直接溶かし込むことで溶媒和の影響を排除し、効率的なインターロック分子の合成に成功した。そこでこの液体Pillar[5]areneの液体状態でのホスト-ゲスト特性に注目し、光学的な応用を試みた。π共役系のゲスト分子は液体Pillar[5]arene中でホスト-ゲスト形成によって緑色の発光を示すことが分かった。さらに競争ゲストの添加によって発光色の変化が見られ、液体状態での発光スイッチングに成功した。さらにpillar[5]areneの側鎖に不斉炭素を有したトリエチレンオキシド鎖を導入することで、キラル液体pillar[5]areneの合成に成功した。キラル液体pillar[5]areneは多様なゲスト分子を直接溶かし込むことが出来た。キラル液体pillar[5]areneは側鎖の不斉炭素とベンゼン環の面性不斉から、(s, pS)体と(s, pR)

体のジアステレオマーが存在していることが分かった。キラル液体pillar[5]areneはバルクでは(s, pR)体に偏っているが、溶液状態では(s, pS)体へと面性不斉が反転することが分かった。本研究では溶媒を用いないバルク系でのホストーゲスト化学の開拓を目的とした。1)バルクホストーゲストシステムにより蛍光色がスイッチング可能な液体発光材料の開発や、2)面性キラリティー機能を付加した環状ホスト液体の開発さらに3)枝分かれ構造を有するアルキル鎖をPillar[5]arene骨格に導入することで、疎水性ゲスト分子を溶解可能な環状ホスト液体の合成を行った。親水性のトリエチレンオキシド基を10個導入したPillar[5]areneに加え、当初の目的であった、新規疎水性室温環状ホスト液体を作り出すことができた。この新規疎水性室温環状ホスト液体にポリエチレンを用いた場合では、結晶性が高く、取り扱いが困難なために、溶解するかどうかを明確に確かめることができなかったが、他の疎水性分子では十分に溶解させる可能性があると考えられる。これより本研究課題は、おおむね順調に進行しているといえる。27年度が最終年度であるため、記入しない。超分子化学、高分子合成疎水性室温環状ホスト液体を用いたゲスト分子の溶解性調査疎水性室温環状ホスト液体のゲスト分子として、ポリエチレンを選択したが、結晶性が高く取り扱いが困難であった。そこで、扱いやすくポリエチレンのオリゴマー骨格と考えられる長鎖アルカンを用いて、溶解性を確認する。うまく溶解するようであれば、このようなゲスト分子を用いて、ポリロタキサン等の超分子形成を試みる。キラル室温環状ホスト液体の合成Pillar[5]areneの面白い特徴に面性キラリティがあげられる。そこで、不斉中心を有するトリエチレンオキシド鎖をPilalr[5]areneに導入する。これにより、バルクでPillar[5]areneの面性キラリティが増幅されると予測される。さらに、それを溶媒に用いたインターロック分子においても、効率的にキラリティーを保持した状態のインターロック分子が得られると予測される。バルク系ホストーゲスト化学という概念を基に、当初の目標であったポリロタキサンの合成に成功した。また液体環状ホスト分子に、反応点であるアルケンを導入した液体Pillar[5]areneを用いることで、これまでは合成が困難であったトポロジカルゲルを合成することにも成功した。疎水性ゲスト分子を溶かす環状ホスト液体の合成は、現段階では至っていないが、ポリロタキサン、トポロジカルゲルといった、これまではPillar[5]areneを用いた場合では合成が困難であった様々な超分子材料を合成することができた。これより、本研究課題は、おおむね順調に進行しているといえる。試薬代、ガラス器具代が一部不使用であったため。
遷移金属錯体を試薬あるいは触媒とする新反応の開発

反応活性の低い有機ジルコノセン錯体を化合物合成のための重要な試薬として活用すべく、様々な触媒を用いて、炭素-炭素結合の新規構築法を開発した。特に、生理活性が期待される化合物への反応を触媒存在下に有機ジルコノセン錯体由来の各種置換基の導入を行い、光学活性複素環化合物の新規な構築法を開発した。また、ジルコニウム以外の他の遷移金属触媒を用いる環状化合物の効率のよい触媒的合成法を明らかにすることができた。求核性の低いジルコノセン錯体(特にアルケニルジルコノセン錯体)を用い,一価ロジウム触媒存在下ω-カルボニル-α,β-不飽和ケトンと反応させることにより,共役付加に続く分子内アルドール反応を経る立体選択的な炭素環状化合物の構築を行った.また,ビス-α,β-不飽和ケトンとの反応では分子間および分子内共役付加の連続による環構築を達成した.さらに、不斉補助基としてサルタム基を有するアミドと同様な反応を行い,高ジアステレオ選択的に官能基化された光学活性炭素環状化合物の構築にも成功した(Tetrahedron Lett.,2007,48,6471).同様な形式の反応は,求核試薬としてアシルジルコノセン錯体を用いた場合には,パラジウム触媒を用いることにより達成された(J. Oraganometallic Chem.,2007,69,4528).最近では一価銅触媒を用い,不斉配位子としてスパルテインさらにアシル化剤共存下においてアルケニルジルコノセン錯体がイミン誘導体にエナンチオ選択的付加をすることを見出した(学会発表)。一方,カチオン性ロジウム錯体を触媒としプロパルギルアニリン誘導体からのインドール骨格の一段階での構築を明らかにした(Angewandte Chem.Int.Ed 2007,46,3931).本インドール合成は更なる研究により,アニリンおよびプロパルギルハライドおよびロジウム触媒の存在で一挙にインドール誘導体を与えることを明らかにした(学会発表).今後,上記新知見の応用展開を計り有用な生理活性物質の合成を検討していく.求核性の低いジルコノセン錯体(特にアルケニルジルコノセン錯体)を求核種として一価銅触媒([Cu(CH_3CN)_4)]PF_6)存在下,不斉配位子としてスパルテインあるいは置換BOX配位子を用い、さらにアシル化剤(CICOOEtあるいはBoc_2O)の共存下においてアルケニルジルコノセン錯体が環状イミン誘導体にエナンチオ選択的付加をすることを見出した(Tetrahedron Letters2009,50,587).生成物は生理活性の期待できる1-置換テトラヒドロイソキノリン誘導体であり、しかも光学純度が高く得られることを明らかにしている。一方,カチオン性ロジウム錯体を触媒としプロパルギルアニリン誘導体からのインドール骨格の一段階での構築を明らかにし,報告(Angewandte Chem. Int. Ed2007,46,3931)したが,その反応機構を明らかにすべく詳細なNMR実験を行い実際の活性触媒の構造およびそれら生じた触媒による活性化機構を明らかにした.さらに、より簡便な本インドール合成への応用展開として,アニリンおよびプロパルギルハライドおよびロジウム触媒の存在で一挙にインドール誘導体を与えることを明らかにした(J.Org.chem.2009,74,1517).今後,上記新知見の応用展開を計り有用な生理活性物質の合成を検討していく.また,アルキン-カルボニルのメタセシス反応,続くNazarov環化反応により,天然物あるいは医薬品等の重要な合成原料となるインダノンの効率のよい生成を明らかにし報告した(Organic Letters2008,10,1783).
伊豆半東東方沖の群発地震・海底噴火の研究

今回の伊豆半島東方沖の群発地震、海底噴火に際して、我国では初めて伝送速度9.6KbPSの衛星通信回線による地震観測を行った。小型地球局を宇佐美に設置し初島、川奈崎及び伊東沖海底地震計を含めた4観測点の地震デ-タを地震研究所に伝送し、群発地震の推移を連続してとらえることが出来た。このことは今後の地震観測体制に大きな発展をもたらすものと期待される。又群発地震発生直後に自己浮上型海底地震計3台を震源域の海底に設置し、海底噴火前後の群発地震、火山性微動に関した陸上では得られない貴重なデ-タを記録することが出来た。さらに精密光波連続距離測量を行い群発地震活動に伴う伊東・初島間の距離変化を連続的にとらえることに成功した。又火山性微動については、アレ-観測網による微動観測を行い、波動の到来方向を決定し、微動の発生源は手石海丘附近に求められた。さらに宇佐美及び新井の2観測点に地震計、傾斜計、空振計を設置しテレメ-タによる観測を行った。傾斜計による観測では、宇佐美で南東下がり、新井では東下がりのゆったりとした変化が見られた。又手石海丘の火口底やその周辺で採取された火山岩試料について、顕微鏡観察や化学分析を行い海底噴火による噴出物は玄武岩質のものであることが判明した。今回は、地震学手法ならびに火山学的手法を総合的に駆使して、群発地震発生から、噴火にいたる過程が精細に明らかにされ、今後、同地域での活動の予知を進める上で重要な資料が得られたが、なお、さらに一層各種観測を充実することが必要である。
ミリセカンド可変光学系による高速フォーカスビジョン

本課題では、1/1000秒程度の応答速度をもつ高速光学デバイスと、やはり1/1000秒の高速画像処理技術とを組み合わせることで、高速に撮像と焦点距離制御が可能な高速フォーカスビジョンを提唱し、これを用いて、被写界深度や焦点距離を変更した画像系列を高いフレームレートで合成する手法や、対象の3次元的な運動を推定する新たな手法を実現した。また、高速に視線方向を制御する機構も開発し、スポーツにおけるボールの跳躍のような非常に高速の現象を追跡することに成功した。平成21年度は、高速可変焦点光学系の設計と、センシング手法開発とを行った。まず、既存のダイナモルフレンズ試作品を想定した初期実験用の可変焦点光学系を、光学CADを用いて、1から0.5倍程度の光学倍率をもつマクロ系として設計した。このとき、F値が極端に大きくなってしまって暗くならないよう留意した。設計した光学系を実際に試作し、設計した仕様を満たすことを確認した。次に、構築した光学系と高速カメラを組み合わせ、高速な焦点距離制御が有効な応用実験を行った。具体的には複数枚のピント位置の異なる画像を合成して被写界深度が拡張された画像を得る全焦点画像合成を高速なフレームレートで行い、提案した光学系の有効性を実証した。ダイナモルフレンズの高速応答性能のおかげで焦点距離を500Hzで振動させることができ、手前から奥、もしくは奥から手前へのピント移動を1msで実現できた。この時の映像を高速カメラにより8000fPsで記録し、それにより得た画像系列から8枚に1枚の割合で被写界深度を拡張した画像を合成した。この画像系列は実質1000fPsの割合になっており、これまで高速カメラで撮像しなければいけないような高速な画像系列を合成できることを示した。一回の焦点スキャンに1msしか必要としないため、通常の物体の運動は無視できるようになり、揺れる紐を対象とした実験でも目立ったノイズもなく全焦点画像が合成できた。さらに、ミリ秒オーダの応答時間をもつガルバノミラーを用いて、高速に視線方向を切り替えることができる光学系であるサッカードミラーを提案・試作した。通常ミラーを用いると視野角が非常に狭くなるという問題があるが、提案システムは瞳転送光学系を用いて瞳をミラー内部に転送することで画角を損なうことなく視線方向を高速に切り替えることに成功している。試作したサッカードミラーは7msで視線方向を切替えることができた。平成22年度は、主にセンシング手法開発と、実験システム構築とを行った。高速可変焦点レンズと高速ビジョンシステムとを組み合わせた高速フォーカスビジョンは、焦点位置を高速に切り替えながら瞬時に多くの画像を計測できる。焦点距離をある範囲内で前後にスキャンしながら高速に画像を計測することで、同じシーンについて異なる合焦位置の画像群をごく短い時間内(例えば1ms)に得ることができる。この画像群は対象の三次元情報を含んでいるので、時系列の画像群から対象の三次元的な運動を抽出するアルゴリズムを研究・開発した。計算機上での数値実験と、実機を用いた実験の両方から提案手法を評価した結果、対象の三次元的な速度の推定が可能であり、その際に光学系のディストーションの補正が重要であることがわかった。また、ミリ秒オーダの応答時間をもつガルバノミラーを用いて、高速に視線方向を切り替えることができる光学系であるサッカードミラーシステムの改良を行った。具体的にはカメラのカラー化、フルハイビジョン対応光学系の開発と、より高速なガルバノミラーへのハードウェア切り替えとを行った。カメラのカラー化により、色を用いたトラッキングを可能とし、これに対応する画像処理アルゴリズムを開発して搭載した。これによって、対象の色情報を用いてさらに安定したトラッキングが行えるようになった。光学系はフルハイビジョン対応になるよう設計され、放送業界の要求にも十分答えられる性能を持つ試作品を構築した。ガルバノミラーの高速化はミラーの小型化によって実現し、これによりステップ応答が従来の7msから3.5msに短縮され、より安定したトラッキングが実現できるようになった。平成23年度は、前年度に引き続き、高速フォーカスビジョンの構築と、映像制御手法の開発とを進めた。また、本研究を一層加速する新たな要素技術である高速視線制御装置も積極的に利用し、これを含む形で研究の枠組みを広げて、応用用途の開拓を行った。平成23年度の主要成果は次の通り。(1)高速可変焦点レンズを要素とするカメラ光学系に高速ビジョンセンサと画像処理用計算機を組み合わせて高速フォーカスセジョンシステムを試作した。これによりフォーカスの高速制御と高速画像計測・処理が可能となった。(2)高速に焦点距離を走査しながら高速に画像を計測することで、複数の焦点距離における時系列動画像を得ることができる。これにより得られる画像系列を焦点スキャン画像群と呼び、これから運動対象の三次元的な運動を比較的少ない計算量で得ることができる3次元オプティカルフローアルゴリズムを構築し、実験からその有効性を確かめた。

(3)焦点スキャン画像群を処理することで、後から、撮像時とは異なる、焦点距離・絞り径で撮影した場合に得られる画像を合成するアルゴリズムを構築し、実験からその有効性を確認した。(4)ダイナモルフレンズを2枚用いることで高速ズーム制御光学系を構築した。また、実験からその基礎的特性を計測し、ズーム比の高速制御の基本的な特性を確認した。(5)高速視線制御装置を複数台組み合わせることで、運動対象の三次元計測を高速・高分解能で可能な新たなステレオビジョンシステムを開発し、その有効性を実験から確認した。
グレーボックスモデリングに基づくパラメータ依存システムの同定に関する研究

本研究の目的は,部分空間同定法の考え方とホワイトボックスモデルを併用することで,パラメータ依存システムに対する高精度で実用的なグレーボックスモデリングアルゴリズムを開発するための基礎を構築することである.主な研究成果は,機械系のグレーボックスモデリングに対し初期モデルを改善する2段階アルゴリズムの提案,パラメータ依存システムの局所構造可同定性,グレーボックスモデリングとパラメータ依存システムに基づく倒立振子系の同定である.回転型振子を用いて,グレーボックスモデリングに関して具体的な考察を行った.これまでの研究では,機械系の位置と速度から周波数領域においてデータ行列を構成し,状態を推定してグレーボックスモデルを求める方法を提案してきた.この方法は状態に関する全ての情報(位置と速度の両方)が必要であるが,機械系が必ずしもそのような制御対象であるとは限らない.そこで,本年度は速度を用いずに状態を推定する方法へと拡張した.具体的には,非凸最適化により初期モデルを求めてから周波数領域で状態を推定し,凸最適化により係数を推定してグレーボックスモデルへと更新する方法をSSS'13で提案した.この方法を回転型振子の二つの異なるホワイトボックスモデル(台座の傾きを考慮する物理モデルと考慮しない物理モデル)に適用した.どちらのモデルについても,更新した結果は良いモデルが数値例により得られた.なお,台座の傾きを考慮しないホワイトボックスモデルを用いた場合には,振子のアームの零点をとらえきれないグレーボックスモデルとなった.この点に関しては,もう少し違う観点から考察が必要であると考えられる.LPV部分空間同定法についていくつかの既存研究に関する調査を行い,kernel法や最小二乗法の計算量の観点から,理論的な研究の流れに変化が起こっていることを指摘し概観を述べた(第56回自動制御連合講演会).さらに,LPV部分空間同定法における最小二乗法について双対空間の観点から考察を行った.凸錐に基づいて最小二乗問題の主問題と双対問題を導出し,それらの解を特徴づけた.この結果を第一回制御部門マルチシンポジウムで発表した.本研究の目的は,部分空間同定法を用いながらブラックボックスモデルを用いることで,ホワイトボックスモデルを用いながら高精度なグレーボックスモデリングアルゴリズムを開発することである.この点から,パラメータ依存モデルに注目しシステムを補完するモデリングについて研究を行っている.また,部分空間同定法に関する研究も同時に進めていくことを目的にしている.本年度の実績は以下の通りである.昨年度購入した振子の実験の準備を整え,周波数領域から機械系の閉ループ同定を行う方法について行った.具体的には局所点における閉ループ同定実験を行い,スペクトル密度関数から局所モデルを求めることを行った.また,パラメータ依存システムの同定に関し,システム制御情報学会における学会誌において解説を行い,掲載が決定している.さらに,機械系として典型的なモーター制御系の実験を行うことも視野に入れ,モーター制御系の教材を作成し,システム同定を行った.本研究の目的は,部分空間同定法の考え方とホワイトボックスモデルを併用することで,パラメータ依存システムに対する高精度なグレーボックスモデリングアルゴリズムを開発することである.研究を進めるにつれて,同定実験結果や対象モデルによっては必ずしも物理的に妥当とは限らない係数が得られることが分かってきた.この原因を探るためには数値的な安定性について調べることが必要であると考え,本年度はパラメータ依存システムの局所可同定性の観点から考察を進めた.研究実績の概要は以下の通りである.機械系のパラメータ依存システムに対する局所構造可同定性について調べた.回転型振子に重りを付けて振子の慣性モーメントを変えることでパラメータ依存システムとし,得られた結果を具体例として適用した(SYSID2015).可同定性に関する結果を用い,回転型振子系を対象にシミュレーションや実験を通して,モデルの精度に関する数値的検証を行った(第58回自動制御連合講演会).局所可同定性に関する結果を用い,ある局所点でのパラメータ同定に基づいて他の局所点でのモデルを得る一つの方法を示した.具体的に適用可能であることを示すために,回転型振子を対象にパラメータ依存システムとしてモデリングを行った.振子が最下点にある安定なシステムを局所点として同定を行い,振子が最上点にある不安定なシステムを別の局所点としてモデルが得られることを示した(SSS'15).また,回転型振子に対して振子が最上点にある場合で閉ループ同定を行い,数値的検証を行った(第3回制御部門マルチシンポジウム).上記のもの以外として,LPVシステムの同定に関して大域的アプローチと局所的アプローチについて,システム制御情報学会誌において解説を行った.本研究の目的は,部分空間同定法の考え方とホワイトボックスモデルを併用することで,パラメータ依存システムに対する高精度で実用的なグレーボックスモデリングアルゴリズムを開発するための基礎を構築することである.主な研究成果は,機械系のグレーボックスモデリングに対し初期モデルを改善する2段階アルゴリズムの提案,パラメータ依存システムの局所構造可同定性,グレーボックスモデリングとパラメータ依存システムに基づく倒立振子系の同定である.回転型振子を用いて,グレーボックスモデリングに関して具体的な考察を行った.申請計画による方法で想定していたグレーボックスモデリング問題が想定していたものとかなり違っていた.非凸最適化問題であるだけでなく,数値的にも厳しい問題が存在することがわかり,当初とらえていた問題のとらえ方が妥当でないことが分かってきた.また,確率実現や部分空間同定法の研究も進んでおらず,かなり遅れている.制御工学これまでの研究の結果,機械系の全ての状態が観測できない場合にグレーボックスモデリングを行うことは非凸最適問題となり,あまり性質の良い問題とはいえないことがわかってきた.それにも関わらず産業界にはグレーボックスモデリングに関する要求があり,実用性に向けてなんらかの貢献のできる理論づくりが必要であると考えられる.

このため,以下の方策で研究を行っていく予定である.グレーボックスモデリングの意義について再度明確にし,具体的に実験を通して意味のある例を挙げて示す.実験は本科研費で購入した振子を使用する予定である.つぎに,実用性の観点から実験を進め解決すべき問題を明らかにし,研究をまとめていく予定である.できるだけ問題を簡単化するために,機械系の状態が全て観測できる場合を対象とする.とくに,周波数データを用い実験を行うことで,雑音を考慮した研究を進める.これまで研究してきたグレーボックスモデリングを拡張する際に,申請計画による方法で考察したが,非凸最適化問題としかならないことがわかった.これにより,研究計画を申請したときとはかなり違うアプローチを考えなくてはならず,遅れることになった.また,LPV部分空間同定法における最小二乗法についても研究を行ったが,得られた結果の新規性についても小さいことがわかってきた.次年度使用額が生じた主な理由は,実験に使用する機器や計算用の計算機等を購入するために来年度にまとめて購入する予定としたためである.グレーボックスモデリングのとらえ方について誤っていたことがわかったので,非凸最適化問題であることを意識したアプローチに適宜修正する.26年度以降はホワイトボックスモデルとブラックボックスモデルの次数が異なる場合を考察する予定にしていたが,今後は若干軌道修正し,不確かさを考慮したグレーボックスモデリングを行うことを考える.研究を進めるための計算機や実験に使用する予定である.次年度使用額が生じた主な理由は,実験機器本体は購入しているが,それに対して使用する新しいパソコン等をまだ購入していないためである.現段階では理論的な部分を考察中であるので問題はないが,理論的部分が準備出来次第,すぐに実験できるように準備する予定である.実験機器に使用する新しいパソコンやソフトウェア等,まだ購入が完了していないものに使用する予定である.
COPDの病態におけるサーファクタント蛋白Dの役割分析

COPDの病態におけるサーファクタントプロテイン-D(SP-D)の役割を解析する目的でモデルマウスとしてエラスターゼ気道投与COPDモデルマウスを正常マウス(WT)およびSP-Dヘテロ欠損マウス(SP-D+/-)を用いて作製し、組織学的検討を加えた。その結果、SP-D+/-ではCOPD様変化が増強した。エラスターゼ気道投与COPDモデルマウスにおいて気管支肺胞洗浄液(BALF)を解析したところ、SP-D+/-ではWTに比較して炎症細胞数の増加、蛋白濃度の増加を認めたが、その差は軽微であった。BALF中のSP-D濃度を経時的に測定すると、無刺激ではWTでSP-D+/-に比較して有意に高かった。エラスターゼ気道投与後、SP-D濃度はWT、SP-D+/-ともに一過性の上昇を認めたが、SP-D+/-のほうがWTよりも有意に高かった。しかし肺全体のSP-D蛋白量、SP-DmRNA量はSP-D+/-のほうがWTよりも有意に低かった。以上の結果より、SP-D+/-では肺損傷の程度がWTより強く、そのためII型上皮細胞よりBALF中へSP-Dが放出されたものと考えられた。この推測を確認するため、TUNEL染色でアポトーシス細胞を検出したところ、SP-D+/-のほうがWTよりもアポトーシス細胞が多く存在することを確認した。また肺ホモジェネート中のカスパーゼ活性はSP-D+/-のほうがWTよりも有意に高かった。これらの結果はSP-D+/-でより強くアポトーシスが誘導されていることを示唆した。以上の結果よりエラスターゼ気道投与によりSP-D+/-ではWTより強くアポトーシスが誘導されることでCOPD様変化が増強するものと推察された。このことはSP-Dが抗アポトーシス作用を有することを示唆しており、今までに報告のない新たな知見である。1)COPDの病態におけるサーファクタントプロテイン-D(SP-D)の役割を解析する目的でモデルマウスとしてエラスターゼ気道投与COPDモデルマウスを作製した。このモデルでは3週間後に組織学的に肺胞破壊を伴った気腔の開大を認め、COPD様変化が誘導されることを確認した。このモデルを正常マウスおよびSP-Dヘテロ欠損マウス(SP-D+/-)を用いて作製し、組織学的検討を加えた。その結果、SP-D+/-ではCOPD様変化が増強する傾向を認めた。この結果はSP-DはCOPDの進展に係わっている可能性が強く示唆されるが、この作用がどのようなメカニズムを介しているのか検討中である。2)またCOPDの急性増悪には気道感染、特にRSウイルスが関与することが報告されているが、RSウイルス感染におけるSP-Dの役割を解析する目的で、polyIC気道投与モデルを正常マウスおよびSP-D+/-を用いて作製した。その結果、SP-D+/-では肺胞洗浄液中の細胞数増加が正常マウスより減少傾向であった。これは一見予想に反した結果であり、この現象の意義について検討中である。3)COPDでは喫煙刺激による炎症細胞の活性化が病態の中心と考えられている。そこで肺胞マクロファージ細胞株にタバコ抽出液(CSE)を負荷し、サイトカインおよびプロテアーゼ発現を測定した。その結果、CSEが炎症性サイトカインおよびマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)の発現を誘導することを確認した。現在、この実験系にSP-Dを添加し場合にサイトカインやMMPの発現量が変化するか検討中である。
地方都市におけるHIV陽性者への在宅療養支援プログラムの開発

本研究は、HIV陽性者への在宅療養支援促進教育プログラムの開発を目的とした。HIV陽性者は高齢化をはじめ、HIV/AIDS以外での健康上の不安も感じている一方、訪問看護側ではHIVケアを身近に感じにくい現状が明らかとなった。HIVケア準備を促進するには、訪問看護師のみならず関連職もHIVケア準備を肯定的に捉えられるような介入が必要である。教育プログラムとしては、一般的なHIV/AIDSの知識の他、HIV陽性者の人間像・生活像をイメージしやすく、情意的側面に影響を及ぼす内容にする必要があると示唆された。まず、本研究課題の前身であり継続課題である「HIV抗体陽性者の在宅療養支援に関する実態調査-全国のエイズ拠点病院における平成1920年の状況-」の論文を執筆し、日本看護研究学会に投稿した(日本看護研究学会雑誌33巻4号掲載予定)。この調査結果からは、HIV/AIDS患者の在宅療養支援に関してはケースの特徴あるいは医療機関のHIV診療経験などの要素が導入の容易さに影響していることが示唆されたが、今後さらに、患者側からみた在宅療養支援の課題を調査する必要があると考えられた。これをふまえ、平成21年度の調査計画を検討するため、国内外でのHIV/AIDS患者に対する在宅療養支援に関する文献検討や分担研究者らとの研究打合せ会議を行った。具体的な検討内容としては、本課題の最終目標に対しての年度計画、および過去に在宅療養支援を経験したHIV/AIDS患者(家族)および医療者に対する面接調査に関して、研究協力を依頼する医療施設や対象者、倫理的配慮をふまえた依頼の手続き、調査内容などである。この調査計画に関しては山口大学大学院医学系研究科保健学専攻医学系研究倫審査委員会に審査を依頼した(現在審査中)。また、HIV/AIDSに関する最新の研究の傾向や調査結果の発表をどの学会でどのようにしていくか、また質的データを信頼性の高い手法で分析するための情報収集などの目的で国際学会・国内学会に参加し、多くの示唆を得た。さらに、山口県内の訪問看護ステーションに対し、HIV/AIDS患者の在宅療養支援促進のための教育プログラム(試案)を実施するために、山口県訪問看護ステーション協議会の代表者と実現可能性や実施方法、評価内容などの検討を行った。この件に関しては現在、研究倫審査委員会に対する審査依頼の準備や教育プログラム(試案)を作成中である。平成22年度は、過去に在宅療養支援導入を行ったHIV陽性者および医療従事者に対する面接調査(課題名「HIV抗体陽性患者の在宅療養支援に関わる要因-経験のある患者・医療者に対する面接調査-」)に関し、山口大学大学院医学系研究科保健学専攻医学系研究倫審査委員会の承認を得た。その後、全国のエイズブロック拠点病院のうち3施設の臨床研究倫理審査を受け、承認された。現在は、そのうち1施設での面接調査を実施し、結果を分析中である。他の2施設に関しては対象者の最終選定や調査日時の調整を行っている。さらに、上記以外のエイズブロック拠点病院に対しても研究協力を依頼・調整中である。また、山口県内の訪問看護ステーション従事者を対象としたHIV陽性者の在宅療養支援教育プログラムの開発(課題名「HIV抗体陽性者の在宅療養支援教育プログラムの開発-山口県内の訪問看護ステーションを対象としたパイロットスタディー」)に関しては、教育プログラム(試案)及び調査票を作成し、山口大学大学院医学系研究科保健学専攻医学系研究倫審査委員会に審査を申請、承認を得た。その後、山口県訪問看護ステーション協議会の某支部にて調査を実施した。現在、結果分析中であり、その他の支部においても実施調整中である。これら2つの調査の準備・実施の過程においては、連携研究者らとの研究打合せ会議やメール会議、国内外のHIV/AIDS患者に対する在宅療養支援に関する文献検討や専門学会でのHIV/AIDSに関する最新情報の入手などを行った。平成23年度は前年度に引き続き、過去に在宅療養支援導入を行ったHIV陽性者および医療従事者に対して導入時の課題を抽出するための面接調査を行った。対象ケースはほとんどがAIDS発症により感染が判明しており、現在生活保護を受けていた。面接内容を質的に分析した結果、後遺症による認知機能の低下や感染症判明後の就労困難と関連した生活環境の調整や日常生活の過ごし方への配慮、治療薬の確実な内服のための介入などが主な課題としてあげられた。また基礎疾患として血友病がある場合は、血液製剤の在庫や血友病の専門知識を持った医療者の不在などの理由から一般医療機関への転院が困難であることがあげられた。在宅療養サービス利用については、複数の身体障害者手帳を取得していたにも関わらず回復の状態と利用できるサービスが一致していなかったため、自分にとって最適なサービスを受けるのが困難だったと語られた。これらのことから、専門知識をもった医療者が利用できるサービスの範囲内で患者がどのニーズを優先させたいと思っているかを事前に十分に話し合い、役所対応の時間的余裕を持って介入する必要があることが示された。

さらに、HIV陽性者自身が感じる問題点として、手続きが異なった機関・時期であることでの情報管理の困難さや日常生活の中での細やかな個人情報保護への心配などがあげられた。山口県の訪問看護ステーション従事者を対象としたHIV陽性者の在宅療養支援プログラム(試案)に関しては、前年度に未実施であった1支部に対して行った。実施前後でのグループ討議及び質問紙調査の結果、実施前の対象者のHIV/AIDSケアに対する準備は全般的に不十分であったが、実施後は半数強の人が準備をしていきたいという方向へ意識が変化していた。教育プログラムの内容としては、HIVの特徴をふまえた「ケアのポイント」「具体的事例」に関してより効果を高める内容へ改善していく必要があることが示唆された。今年度は、HIVケア準備に関する全国調査と昨年度実施した研修受講者に対する追跡調査を行い、最終的な教育プログラムを完成させた。これまでの調査から、在宅療養支援経験者であるHIV陽性者は、退院後の自分の健康状態を含めた生活のイメージがつかず、突発的な事故や病状悪化に不安を抱いていること、社会資源の活用を知らないことが課題であり、支援する医療従事者としては、健康状態が退院後どう変化するかを医学的見地から予測し、先回りして支援しておくことの重要性が示唆された。また、HIVケア未経験の訪問看護師にとっては、HIV陽性者の存在が身近でなく、ケアへの意欲に繋がりにくいことが示唆された。今回の全国調査からは、HIVケア準備には「困難」「良い」「職員がすべきと考える」「知識や資源」が影響要因と示唆された。また、「HIV経験」「依頼の可能性」「準備状況」「依頼受諾」に地域差はなかったが、「有益」「良い」「実際のケアが容易になる」「周囲の人が容認」「知識や資源」などは「患者少数地域」の方が有意に低かった。知識ニーズでは「感染経路」「治療」「検査値」「ケア」「感染予防」「針刺し」「患者会」の項目で「患者多数地域」の方が有意に高く、関心の高さが伺われた。昨年度研修受講者の追跡調査からは、「大変」「困難」で研修受講者の方が有意に低く、実施した教育プログラム(試案)がHIVケア準備に対して有用性があることが示唆された。以上の結果より、HIV陽性者への在宅療養支援教育プログラムとしては、1陽性者の状況2疾患の特徴3感染経路4感染後の経過5治療6検査7ケアのポイント8二次感染予防9針刺し事故対応10社会資源11事例を柱とし、特に事例はHIV陽性者の生活像を膨らませ、また訪問看護師以外の職種の人もHIVケア準備に肯定的な認識になるよう、受講した訪問看護師が伝達しやすいものにすることで完成した。本課題は訪問看護師を中心に訪問介護従事者まで網羅した教育プログラムの開発を目標としていたが、訪問介護従事者へは個別の教育的介入より訪問看護師が具体的なケースに合わせて指導していく方が現実的で効果が高いと考えられた。従って対象を訪問看護師と変更し、介護従事者忙対しては間接的な教育効果を求める方が適切と考えられる。
半翅系昆虫における特異的な分子進化のパターンとプロセスの解明

(1)シラミ,チャタテムシの詳細な高次系統関係を推定した(2)シラミとコナチャタテにおいて,塩基置換速度の加速,塩基含有量の変化,リボソームRNA二次構造の変化と言った特異的な進化現象が,互いに相関して起こっていることを明らかにした(3)シカハジラミのミトコンドリアゲノムが,複数の微小環から構成されていることを明らかにした(4)特異的な進化傾向によって,遺伝子情報のアライメントが困難となるが,このような領域の解析に広く使われている方法論である直接最適化法に重大な問題点が存在することを明らかにした(5)ジュズヒゲムシの特異的な分子進化傾向を明らかにするとともに,このことによって塩基配列データがこの昆虫の高次系統推定に当たって有用な情報をもたらさないことを明らかにした.(1)シラミ,チャタテムシの詳細な高次系統関係を推定した(2)シラミとコナチャタテにおいて,塩基置換速度の加速,塩基含有量の変化,リボソームRNA二次構造の変化と言った特異的な進化現象が,互いに相関して起こっていることを明らかにした(3)シカハジラミのミトコンドリアゲノムが,複数の微小環から構成されていることを明らかにした(4)特異的な進化傾向によって,遺伝子情報のアライメントが困難となるが,このような領域の解析に広く使われている方法論である直接最適化法に重大な問題点が存在することを明らかにした(5)ジュズヒゲムシの特異的な分子進化傾向を明らかにするとともに,このことによって塩基配列データがこの昆虫の高次系統推定に当たって有用な情報をもたらさないことを明らかにした.今年度は,ターゲットとなる遺伝子領域と,それらを増幅するプライマーの選定を行った.準新翅類に広範に適用でき,本研究の目的に適した領域として,核の18S rDNA, Histone 3, Wingless,ミトコンドリアの12S rDNA, 16S rDNA, COI領域をターゲットとして決定した.さらにパイロット研究として,これらの遺伝子領域を用いてチャタテムシ目チャタテ科の高次系統関係の推定,およびそれぞれの遺伝子領域の進化速度・系統情報の比較等を行った.その他の分類群に関しても,これら領域のPCR増幅およびシーケンス解析を進めており,データの欠失が残っているものの,現在のところ160サンプル超の解析を終えている.また,以前に行った分子系統解析の結果を再検討する目的で,形態形質に基づく系統解析も会わせて行った.シラミとチャタテムシの雄交尾器に基づく解析では,18S rDNA遺伝子に基づく解析結果を支持する結果が得られた.一方で,ジュズヒゲムシZorapteraの翅の基部構造の解析では,18S rDNAの結果を強く否定する結果が得られた.ジュズヒゲムシの18S rDNAは極めて特異的な分子進化傾向を示すことが知られており,既存の系統解析の手法では,そのような特異的な進化傾向を示す領域からは,有効な系統情報を取り出すことが極めて困難であることが示唆された.前年度設計したプライマーを用いて,広範な分類群のPCR,配列決定を行った.最も成績の良かった核,ミトコンドリアそれぞれのアミノ酸コード領域(核:Histone 3;ミトコンドリア:COI)とリボソームDNA(核:18S;ミトコンドリア:16S)領域を用いてpreliminaryな解析を行った.その結果,どの領域においても,シラミとコナチャタテにおいて塩基置換速度の加速とGC含有量の上昇が見られることが明らかとなった.また,GC含有量の上昇は,アミノ酸コード領域においては第3コドンで,リボソームDNAではループ領域で有意差が見られたものの,第1,2コドンおよびリボソームのステム領域においては有為な違いが見られなかった.ただしこれらの結果は系統情報を加味していない結果のため,来年度はこれらのデータを用いた系統解析を行った上で,系統的要因を取り除いた上で解析を行い,これらの特異的な進化傾向に相関が見られるかどうかを確認する.前年度行ったパイロット研究であるチャタテムシ目チャタテ科の高次系統論文を完成させ投稿し,出版された.また分子系統の結果を再検討する目的で行ったジュズヒゲムシの翅基部構造に基づく系統解析の結果も論文として完成させ,投稿し,出版された.・18S, Histone3, Wingless, 16S, COIの5遺伝子座と,ほぼ全ての高次分類群をカバーする85サンプルを用いて系統解析を行い,シラミとチャタテムシの高次系統関係を推定した.同時解析により,シラミ目マルツノチャタテ亜目と,チャタテムシ目コナチャタテ科が姉妹群関係にあること,つまりンラミ目が多系統群であることが強く支持された.一方,遺伝子を個別にまたは一部のみ結合させて解析った結果,18S以外の遺伝子座にはこの仮説を支持する情報がほとんど含まれていないことが明らかとなった.・解析したほぼ全ての遺伝子において,塩基置換速度の加速,塩基組成の変化,RNA二次構造の変化と言った特異的な進化傾向が,シラミ目とコナチャタテ科において確認された.一方,核の蛋白コード領域では,有意な塩基置換速度の加速は確認されなかった.今後このグループの系統解析に当たっては,核の蛋白領域の利用が最も効率的であることが示唆された.・シカバジラミのミトコンドリアゲノムが,一般的な一本の環状ゲノムではなく,複数の微小環によって構成されていることを明らかにした.個々の微小環は,一つの蛋白/リボソームコード領域と,少数のtRNAコード領域,およびコントロール領域として機能していると考えられる非コード領域から構成されていた.
野宿者(路上生活者)自立支援システムの構築に関する研究

野宿者(路上生活者)の自立支援システムの視点で、東京23区・東京都、神奈川県横浜市、川崎市、大阪府・大阪市、愛知県名古屋市の動向を調査、それぞれの自治体が取り組んでいる実態を調査した。また、それぞれの自治体の独自性・特徴を把握した。自治体調査を踏まえて、野宿者(路上生活者)自立するうえでのステップアップシステムがどのように構成され、どのように機能するかを検討した。各都市のNPO、自立支援施設事業者、支援団体を調査し、野宿者(路上生活者)の自立支援にどのような役割を果たしているかを検討した。東京都内においては、懸案の民間の宿泊所を訪問調査し、施設のかかえている問題点、入所者にとってのメリット・デメリットなどを比較考察した。以上のほか、野宿者(路上生活者)の調査を継続し、野宿者である当事者にとって、緊急施設や中間施設はどのような意味をもっているのか、また自立に関してどのような展望をもっているのか検討した。また、現に自立生活を継続している元野宿者にとって、現在の生活はどのようなもので、どのような継続的な支援を必要としているかを、事例研究した。こうした成果のもとに、中央、都道府県、基礎的自治体がどのように連携し、また行政と民間、市民団体や各種事業者がどのように連携し、パートナーシップを構築することが望ましいかを検討した。こうした中で、ソーシャルインクルージョンという視点で、野宿者が社会の中に受け入れられていくためには、社会の中に、官民のソーシャルワーカーを配置することが重要である点を再確認した。プロジェクトの初年度は、1年間を通して、東京都山谷地区ならびに新宿地区のホームレス地域に定期的に足を運び、野宿者のヒアリングをしたりボランティアへのヒアリングを実施することで、東京におけるホームレスの実態を把握した。また、野宿経験ならびに施設入所経験のあるアパート自立生活者のヒアリング調査を実施した。大都市間比較については、10月以後、神奈川県川崎市のホームレス自立支援活動について情報収集を開始し、関係者の聞き取りを始めた。8月と10月と明けて3月には大阪に出張し、東京との比較で、自立支援対策の実態調査をした。10月には名古屋での調査を実施した。また、8月には横浜市寿町を視察した。以上により、ホームレス自立支援対策に取り組む主な自治体の概要調査を実施し、東京23区と川崎市について、自立支援に取り組む施設事業者、NPOの実態調査に着手した。かくして初年度は、ホームレス自立支援システムに関する、主な自治体ならびにNPO・事業者の概要調査は実施できた。次年度は、NPO・事業者の詳細調査を実施し、あわせて北欧、とくにスウェーデンの取り組みに関する調査を実施し日本のシステムと比較する。最終的に、日本のホームレス自立支援システムの現状を分析し、今後の発展の方向を具体的に提案する。ホームレス自立支援システムを研究テーマとして、研究を進め、日本における自立支援システムの現状と課題を明らかにした。本研究の一部として、日本との比較において、スウェーデンにおける貧困問題ならびにホームレス自立支援システムの研究を行った。14年度に引き続き、東京山谷地域のホームレスの実態を把握するとともに、この地域における自立支援システムの整備状況を調査した。数々のNPOやボランティア、旅館事業者、商店街が、東京都および台東区、墨田区、荒川区等の地方自治体と連携を進め、ホームレスの自立支援とインナーシティ化しつつある街の再生のためにプロジェクト展開している様子を調査し、現状の課題を把握した。住のステップアップシステムとして、緊急一時保護シェルター、更生施設、から宿泊所、自立支援センターを経由して、グループホーム、アパート自立、就労自立へといたる流れ図ができたものの、野宿者をステップアップシステムに乗せる入口論と、安定した居住や就労を確保して自立する出口論が課題として引き続き残されていることが判明した。また、中間施設としての自立支援センターの実績や宿泊所の施設基準や運営内容の不十分さが課題として浮かび上がってきた。そこで、東京都内を代表する宿泊所事業者への訪問調査とヒアリング調査を実施した。

これにより、施設の物理的整備基準のみならず、入所中の自立支援と相談のプログラムが充実していることとそうでないところ、対処後の継続的支援を続けているところとそうでないところとの違いも明確になった。さらに、自立支援システムの構築に関して、日本のホームレス5大都市の行政の取り組みを比較調査した。特に、大阪における取り組みの積極性、川崎市における住民参加型の検討方法などに注目すべき点がみられた。最後に、スウェーデンにおけるホームレス自立支援システムの調査を実施した。スウェーデンにおいても、NPOが新しい社会福祉事業における先駆性を発揮し、ステップアップシステムを構築しつつある様子を明らかにすることができた。
エストロゲン依存腫瘍における複合ホルモン療法の基礎的検討

1,ヒト乳癌細胞株(エストロゲンレセプター(ER)を持つもの、持たないもの)に対し、各種ステロイドとともにAro阻害剤、抗エストロゲン剤等の添加実験を施行した。Aro活性は[1β-H^3]androstenedioneを基質とするH^3-water法、細胞増殖能は5-bromo-2'-deoxyuridine(BrdU)法にて測定した。結果:androstenedione、testosterone、estradiolはいずれもERを持つヒト乳癌細胞株の細抱増殖を促進した。Aro阻害剤はandrostenedione、testosteroneによる細胞増殖を阻害し、抗エストロゲン剤は上記ステロイドすべてによる細胞増殖を阻害した、このとき、抗エストロゲン剤はAro活性を阻害しないことも調べられた。以上より、Aroによる細胞内でのエストロゲン産生が、腫瘍の増殖に深くかかわっていることが示された。また、GnRHが直接的な腫瘍増殖抑制作用を持つことが示されたため、そのメカニズムを調べるため、以下の実験を計画した。結果:GnRH投与により、細胞周期がG1期にて停止するとの所見が見られた。今後、GnRHの投与法、他剤との併用等についての検討を進める予定である。本研究の目的は、in vitro及びin vivoの両面からGnRHアナログ・Aromatase(Aro)阻害剤併用療法についての検討を行い、腫瘍内分泌学的面より、エストロゲン依存腫瘍への複合ホルモン療法としての適切なGnRHアナログ・Aro阻害剤併用療法の方法を探ることである。GnRHアナログの乳癌細胞への直接作用、Aro阻害剤GnRHアナログ併用療法の乳癌細胞Aro活性に及ぼす影響、抗腫瘍効果、及びその内分泌学的影響について検討するべく各種実験を行い、以下の結果を得た。結果: Aro阻害剤、GnRHアナログはいずれもAro活性を阻害したが、同時添加により相乗的な抑制効果を示した。2. 2剤同時添加の細胞増殖能に対する効果を検討した。細胞増殖能は5-bromo-2'-deoxyuridine(BrdU)法にて測定した。結果: Aro阻害剤、GnRHアナログはいずれも細胞増殖能に対する抑制効果を示したが、同時添加により相乗的な抑制効果を示した。4,腫瘍細胞移稙ヌードマウス系を作成し、Aro阻害剤とGnRHアナログを投与し、腫瘍体積の変化を計測した現在実験を継続中である。
新しいGaNAsSe半導体混晶による波長1.5μm帯広帯域光通信用光源の開発

近年の高度情報化社会の発展に伴い光通信幹線のさらなる高速大容量化が要求されており、光ファイバ通信で低損失になる波長1.31.55μm帯の広帯域光通信用光源の開発が重要である。本研究は独自に開発したGaNAsSe混晶を用いて、光ファイバ通信帯広帯域光源を開発することを目的とする。これまでにGaNAsSe/GaAs超格子を発光層とするp-n型ダイオードを作製し、中心波長1.35μmで250meVと広い半値幅を持つエレクトロルミネッセンスが確認されたが、1μm付近にもより大きな発光ピークが観測される。これは発光層のGaNAsSeが高い電子濃度を持つn型伝導を示すため、n型のGaNAsSe/GaAs超格子とp-GaAsとの間にダイオードのp-n接合が位置し、この領域で主に発光再結合するためである。これを解決するためにドーピングによるp-n接合位置の制御をさらに進め、GaNAsSe/GaAs超格子からの発光がドミナントなダイオードが作製できた。また、より低次元構造の量子ドットの検討を進めた。InAs/GaAs量子ドットでは、下層のGaAs表面再配列構造の制御により量子ドットへのGa拡散が低減でき、オープンドット構造で1.51.6μm帯で強く発光することを確認した。しかし埋め込み構造にすると量子ドットに加わる歪みにより短波長発光化する。これを解決するためにGaNAs/InGaAs短周期超格子による量子ドットの埋め込み構造を提案し、長波長発光化と発光量子効率の改善を確認した。さらにGaSb/GaAs量子ドットの検討も進め、窒素を添加してGaSb量子ドットを作製するとウェッティング層からの強い発光が低減でき、量子ドットからの発光がドミナントとなることを見いだした。量子ドットのサイズ揺らぎによる広い発光スペクトルが実現可能であり、光通信帯広帯域光源の実現が期待される。次世代の大容量光通信において,光ファイバが低損失になる波長1.5μm帯で広帯域の光通信用光源が必要である。1.5μm帯の高出力でスペクトル幅の広い光源が実現すると,光受動フィルタで分渡して多波長化することにより波長多重光通信が可能となる。本研究では,独自に開発したGaNAsSe半導体混晶を発光層材料に用いて,GaAs基板上で1.5μm帯の広帯域光通信用光源を開発することを目的とする。本年度は,GaNAsSe/GaAs多重量子井戸を発光層としたダイオード構造をp-GaAs基板上に作製して評価を行った。発光層の格子歪の低減とデバイス構造の検討を進め,中心波長1.35μmで250meVと広い発光半値幅を持つエレクトロルミネッセンスを確認した。一方で,MOMBE法によるGaInNAs混晶の作製を進め,TEInをIn材料に用いることにより窒素の取り込みが増大することを見出し,GaInNAs混晶において1.55μm帯での発光を確認した。また,GaNAsSb/GaAs多重量子井戸を用いたダイオード構造において,室温においてピーク電流対バレー電流が6と大きな負性抵抗特性を示すことを見出した。マルチ負性抵抗特性も観察され,GaAs基板上の電子デバイス材料として有望であることを示した。GaNAsSe/GaAs多重量子井戸を用いたダイオードやGaNAsSe/GaAsトンネルダイオードにおいても明瞭な負性抵抗特性を観察し,GaAs基板上において1.55μm帯発光デバイスと負性抵抗特性を有する電子デバイスが実現できることを示した。次世代の高速大容量光通信において,光ファイバが低損失になる波長1.31.55μm帯で高温動作特性の良い光ファイバ通信用光源の開発が重要である。本研究では,従来のInP基板を用いたデバイスに比べて大きなバンド不連続を形成できるGaAs基板上のIII-V-N窒化物半導体の研究を進め,GaNAsSe/GaA系超格子構造において1.31.6μm波長帯域で発光できることを示した。格子歪を補償した構造の検討を進め,室温でも20%の高い量子発光効率を持ったヘテロ構造が作製できた。さらに,大きなバンド不連続を持つGaNAsSe/GaAs超格子およびGaNAsSb/GaAs超格子において,室温でも大きな負性抵抗特性を持つダイオードが実現できることを示した。また,より低次元構造の半導体量子ドットへの検討を進めた。S-K成長モードによる自己形成InAs/GaAs系量子ドットでは,量子ドット内部に生じる歪や,Ga原子の拡散などの影響により1.5μm帯発光へと長波長化することが難しい。InAs/GaAsヘテロ界面の制御を行い,c(4x4)-GaAs表面上に作製したInAs量子ドットは(2x4)表面上に比べて約90meVの発光波長の長波長化が観察され,量子ドットへの基板表面からのGa拡散を抑えることができた。量子ドットのサイズ制御により,InAsオープンドットにおいて室温で1.62μmまで長波長化できることを確認しており,これまでに進めてきたGaNAs系混晶と組み合わせて歪補償することにより,高性能な1.5μm帯発光デバイスが実現できる可能性がある。これまでにGaNAsSe/