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水分子によって構成されるかご型ナノ空孔を有する物質の構造相転移

メタン+2ープロパノール混合ハイドレートの場合、温度低下させるとケージ内における2ープロパノールの分布位置の変化と、結晶構造が立方晶から正方晶へと相転移することが明らかとなった。I、II型構造のガスハイドレートが温度低下にともない、他の結晶構造へと構造相転移を起こすことは、従来、II型のテトラハイドロフラン(THF)ハイドレートでの極低温(数K)での報告例のみである。しかし、低温相の結晶構造とゲスト分子のケージ内における分布を明らかにしたものはこれまでに報告例が無く、今回の結果が世界で初めてのものである。これら一連の研究成果は、ガスハイドレートにおけるホストーゲストの相互作用の理解において、非常に重要な結果といえる。ガスハイドレートの構造安定性、ホスト-ゲストの分子間相互作用を明らかにすることを目的に、ガスハイドレートの結晶構造と温度依存性の解析を実施した。結晶構造評価としての粉末X線回折法、マクロスケールでの構造評価としての位相コントラストイメージング法を用い、異なるサイズスケールでのガスハイドレートの解析が、これらの構造の安定性評価のために有効であることを示すことができた。当初の計画通り、低温型位相コントラストX線イメージング測定に関し、測定中の冷熱排気に伴うX線光学系の温度ドリフト軽減により、X線測定時間も2時間程度までの長時間測定が可能となり、従来のX線露光時間4倍の実施が可能となった。また、測定中の温度制御の精度も誤差1Kと非常に安定するように改良でき、温度変化に伴う密度変化の誤差を減らすことに成功した。これらの開発に成功したことにより、X線イメージング測定による密度解析の精度が格段に向上した。粉末X線構造解析によるガスハイドレートの新規構造解析に成功し、温度変化に伴う結晶構造相転移の情報を有効に活用し、また、直接空間法による非経験な粉末X線構造解析を行うことにより、各ゲスト分子のガスハイドレート中のケージ占有率、ケージ中のゲスト分子の平均分布位置を求める方法論が確立されつつある。これらの研究の成果の一部は平成26年度中に学会発表した。引き続き解析を進め、論文誌に発表予定である。当初の実験計画に従い、これまでに確立した測定・解析手法をもとに、各種ガスハイドレート試料の測定・解析を実施する。精密結晶構造解析と位相コントラストX線イメージング測定の両者の解析により得られるガスハイドレートの密度を比較検討することにより、求められるガスハイドレートの結晶構造およびケージ占有率を評価する。さらに、ケージ内でのゲスト分子の分布状態と結晶構造の安定性、ケージ占有率との関係について検討を進める。粉末X線構造解析により明らかにされた結果をもとに、DFT計算などの計算機実験で、より詳細にガスハイドレート結晶内でのゲスト分子の状態を考察するとともに、ケージ構造との相関を相対的に評価していく予定である。物理化学当初の予定に従い、平成26年度に確立する測定手法をもとに、各種のガスハイドレート試料の測定を実施する。また、精密構造解析と低温型位相コントラストX線イメージング測定の両者の測定・解析により得られるガスハイドレートの密度を比較することにより、求められたガスハイドレートの結晶構造およびケージ占有率を評価する。さらに、ケージ内でのゲスト分子の分布状態と結晶構造の安定性やケージ占有率との関係について、考察する。
リフレクタンス情報に基づくレーザスキャナの高機能化

土木建築分野や文化財保護で利用されているパルス投射型Time-of-Flight式レーザスキャナは,距離計測の副産物としてレーザ光の反射強度画像(リフレクタンス画像)を得ることができる.そこで本研究では,レーザスキャナにより得られる距離情報とリフレクタンス画像を相補的に利用し,3次元計測の高機能化を図る.本年度は下記の項目に取り組んだ.【3次元モデルの彩色】本研究では,カラー画像とリフレクタンス画像の局所領域の共起性に基づき,リフレクタンス画像を直接カラリゼーションすることで表面色を推定し,3次元モデルの自動カラー化を実現する新たな彩色手法を提案する.本年度は,これまでに提案した3次元モデルのカラリゼーション手法の彩色精度を定量評価するため,テクスチャマッピングにより生成された3次元モデルを正解データとする比較実験を行った.提案手法とテクスチャマッピングによる彩色結果に大きな色度差がないことを示し,提案手法の有用性を確認した.【3次元物体認識】本研究では,レーザスキャナから通常得られる形状情報に,見えの情報(リフレクタンス画像のテクスチャ情報)を組み合わせた新たな物体認識手法を開発する.本年度は,まず昨年に引き続き,レーザスキャナにより計測された3次元環境地図中の各物体にラベルを付加するセマンティックラベリングのための特徴量開発を行った.提案した3DGHOGは,2次元画像特徴量であるHOGを物体の形状に沿って3次元へ射影するものであり,実験を通して提案特徴量の有効性を確認した.また,提案特徴量の識別精度を評価するため,RGB-Dカメラにより取得された距離画像とテクスチャ画像の組からなる大規模データベースを用いた3次元物体認識の実験を行い,テクスチャ・距離情報のみを用いたHOG・HONV特徴量と比較して,より高い識別能力を有していることを示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。土木建築分野や文化財保護で利用されているパルス投射型Time-of-Flight式レーザスキャナは,実物体の3次元形状を高精度に計測できる反面,見え(テクスチャ)の情報は取得できない.一方,このセンサでは通常,距離計測の副産物としてレーザ光の反射強度画像(リフレクタンス画像)が得られる.そこで本研究では,レーザスキャナ単体では不可能と考えられていた物体の見えを獲得あるいは推定する以下の2つの手法を開発する.【研究目的1.カラー画像とリフレクタンス画像の共起性に着目した3次元モデルの自動彩色】一般的なレーザスキャナは色情報を直接計測することができない.このため,従来は対象物をデジタルカメラ等で撮影し,得られた多数枚のカラー画像を3次元モデルに張り付けることで色付けを行っていた.これに対し,本研究ではカラー画像とリフレクタンス画像の局所領域の共起性に基づき,リフレクタンス画像を直接カラリゼーションすることで表面色を推定し,3次元モデルの自動彩色を実現する.本年度は,まず彩色の自動化において必要となるカラー画像とリフレクタンス画像のロバストなマッチング手法の開発を行った.また,リフレクタンス情報および距離情報の双方を用いた,リフレクタンス画像のための新たな彩色手法を開発した.【研究目的2.リフレクタンス画像を用いた物体認識および意味抽出手法】レーザスキャナから得られるリフレクタンス画像には,カメラ画像と同様の詳細なテクスチャ情報が含まれる,そこでレーザスキャナから通常得られる形状情報のみならず,見え情報も用いた新たな物体認識および意味抽出手法を開発する.本年度では,リフレクタンス情報に基づく交通量調査のための移動体識別手法を構築した.従来のレーザスキャナから得られる形状情報に基づく識別手法に対し,本研究ではリフレクタンス情報を付加することで,形状の類似した移動体間においても高精度な識別を実現した.【研究1.カラー画像とリフレクタンス画像の共起性に着目した3次元モデルの自動彩色】(1)リフレクタンスのカラリゼーションによる3次元モデルの彩色本研究ではカラー画像とリフレクタンス画像の局所領域の共起性に基づき,リフレクタンス画像を直接カラリゼーションすることで表面色を推定し, 3次元モデルの自動彩色を実現する.本年度は,昨年度に開発した3次元モデルに対するカラリゼーション手法を様々な対象に適用し,提案手法の有効性を確認した.また,テクスチャマッピングと提案手法を用いた場合の彩色結果を比較し,テクスチャマッピングとの色度差を定量評価した.(2)リフレクタンス情報に基づく3次元モデルのテクスチャ合成3次元モデルに対しカメラ等で得られたテクスチャを貼り付けるテクスチャマッピングは,写実性の高いVRモデルを作成することができる.しかし,テクスチャ画像中に遮蔽物が存在する場合,テクスチャ欠損領域が生じ適切なテクスチャを割り当てることが出来ない.そこで本研究では,リフレクタンス画像に着目した新たなテクスチャ修復手法を構築した.テクスチャ画像中で欠損となっている領域のリフレクタンス値に基づき欠損修復順序を決定することで,より高品位なテクスチャの生成が可能であることを確認した.【研究2.リフレクタンス画像を用いた物体認識および意味抽出手法】本年度は,リフレクタンス画像のもつ"見え"の情報を利用した交通量調査のための移動体識別手法を構築した.また, 3次元環境地図に対するセマンティックラベリングのための新たな特徴量の開発も行った.今年度開発した3DHOGは,距離画像から得られた物体の形状に基づきリフレクタンス画像中のHOG特徴量を3次元へ拡張するものであり,従来の特徴量と比べ高精度な識別が可能である.

土木建築分野や文化財保護で利用されているパルス投射型Time-of-Flight式レーザスキャナは,距離計測の副産物としてレーザ光の反射強度画像(リフレクタンス画像)を得ることができる.そこで本研究では,レーザスキャナにより得られる距離情報とリフレクタンス画像を相補的に利用し,3次元計測の高機能化を図る.本年度は下記の項目に取り組んだ.【3次元モデルの彩色】本研究では,カラー画像とリフレクタンス画像の局所領域の共起性に基づき,リフレクタンス画像を直接カラリゼーションすることで表面色を推定し,3次元モデルの自動カラー化を実現する新たな彩色手法を提案する.本年度は,これまでに提案した3次元モデルのカラリゼーション手法の彩色精度を定量評価するため,テクスチャマッピングにより生成された3次元モデルを正解データとする比較実験を行った.提案手法とテクスチャマッピングによる彩色結果に大きな色度差がないことを示し,提案手法の有用性を確認した.【3次元物体認識】本研究では,レーザスキャナから通常得られる形状情報に,見えの情報(リフレクタンス画像のテクスチャ情報)を組み合わせた新たな物体認識手法を開発する.本年度は,まず昨年に引き続き,レーザスキャナにより計測された3次元環境地図中の各物体にラベルを付加するセマンティックラベリングのための特徴量開発を行った.提案した3DGHOGは,2次元画像特徴量であるHOGを物体の形状に沿って3次元へ射影するものであり,実験を通して提案特徴量の有効性を確認した.また,提案特徴量の識別精度を評価するため,RGB-Dカメラにより取得された距離画像とテクスチャ画像の組からなる大規模データベースを用いた3次元物体認識の実験を行い,テクスチャ・距離情報のみを用いたHOG・HONV特徴量と比較して,より高い識別能力を有していることを示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究目的1については,カラー画像とリフレクタンス画像の対応の決定方法,およびリフレクタンス画像のカラリゼーション手法の開発を行い,実験によりその有効性を確認している.これらの成果を既に複数の国内学会で発表しており,2013年5月には主要な国際学会(ICRA2013)にて発表予定である,また,研究目的2についても,交通量調査のための移動体識別手法を開発しており,2013年5月に国際学会(QCAV2013)にて発表予定である.研究1-(1)については,会諸や査読等で指摘されていた提案手法の精度について評価を行い,その有効性を確認した.
過大な地震入力を受ける鉄筋コンクリート造建築物の損傷進行と耐震性評価

鉄筋コンクリート造建築物を対象とし、過大な地震入力時に建物の倒壊・崩壊につながる弾塑性応答が励起される過程を応答シミュレーションによって解析した。建物の終局機構として、曲げ降伏、せん断破壊先行の2タイプを設定し、地動入力時に励起される弾塑性応答と応答時に建物で消費されるエネルギーの相関を解析した。本研究では、建物が終局に到達する状態を、定められた塑性率の応答が励起される条件により規定した。入力地震動には、建物の弾塑性応答と消費されるエネルギーとの相関を統計的に考察するため模擬地震波20例を作成し、応答解析に用いた。建物で消費されるエネルギー量として、応答が倒壊・崩壊に至るクリティカル応答を生じるまでに消費される総エネルギー、そのうちから復元力機構によるエネルギーならびにそのうちから最大応答を更新する過程で消費されるエネルギーを取り上げ、評価量とした。本研究の研究成果の概要は、以下の点にまとめられる。1.弾塑性応答履歴によって消費されるエネルギーと励起される弾塑性応答の問には相関性が認められる。建物に励起される弾塑性応答は、系で消費されるエネルギーと高い相関を有し、消費エネルギーを設定することにより最大応答変位の推定が可能と示唆される。2.建物の弾塑性応答時に消費されるエネルギーの大部分は履歴によって消費されるエネルギーである(80%以上の大きさ)。履歴により消費されるエネルギーと系の全体消費エネルギーの間の相関は高い。3.曲げ降伏先行形の建物では、せん断破壊先行形の建物に比べて最大応答は地動アンサンブルによる変動は小さいが、履歴消費エネルギーと最大応答変形の間の相関は小さい。4.せん断破壊先行形の建物では、曲げ降伏先行形の建物に比べて地動アンサンブルによる最大応答の変動は大きいが、履歴消費エネルギーと最大応答変形の間には高い相関性が求められた。鉄筋コンクリート造建物を対象として、強震地震動が入力する際に建物の弾塑性応答履歴によって消費されるエネルギー、建物に入力するエネルギー等のエネルギー量と建物に励起される弾塑性応答との相関を、建物をモデル化した振動系を用いたシミュレーション解析によって考察する。対象とする建物は、中・高層の多層建物を想定する。地震時水平力に対する崩壊メカニズムが望ましい形とされるはり曲げ降伏先行形とし、変形が規約されることから1自由度系モデルを検討対象モデルとする。応答スペクトルによる動的特性を同一とする各10例の模擬地震動波形アンサンブルを2種類(短周期成分卓越と長周期成分卓越の2種)の計20波形作成し、入力地震動として用いる。建物周期を02、0.4、0.8秒となる3種の建物を設定し、弾塑性応答が塑性率で15、3、5となる塑性化度合いの地震応答となる入力レベルに対し、系の弾塑性履歴(復元力)機構によって消費されるエネルギー、減衰機構によって消費されるエネルギー、慣性力項によって消費されるエネルギー、ならびにそれらの総和として求められる入力総エネルギーを算出し、各エネルギー量と系に励起される弾塑性応答の相関性に検討を加えた。エネルギーと最大応答値の2量に回帰分析を行い、相関係数により2量の間の相関に定量評価を行った。本年度の成果の概要は以下の点にまとめられる。1.系で消費されるエネルギーと弾塑性応答の間には、入力地震動の特性が影響因子となり、短・長周期卓越型の模擬地震動アンサンブルに対して定性的に異なった傾向が認められた。2.設定した塑性応答レベルに応じた消費エネルギーのばらつきの変動係数を評価尺度とすると、消費エネルギーと弾塑性応答変形の相関は、塑性変形に直接関係する履歴消費エネルギーより総消費エネルギー(総入力エネルギー)とより高い相関を有する結果が認められた。

鉄筋コンクリート造建物を対象として、強震地動入力時に励起される弾塑性応答と地震時応答によって建物応答で消費されるエネルギーの相関を応答シミュレーションによって解析し、建物が過大な地震入力を受ける際、弾塑性応答が励起されて倒壊・崩壊に至る過程を検討する。建物に曲げ降伏、せん断破壊等の損傷が形成され、倒壊・崩壊に至る条件を応答変形で規定する。本研究では、建物が倒壊・崩壊に至る終局の状態を、応答が定められた応答塑性率に到達するものとして定める。入力地震動としては、我が国の超高層建物等の耐震性能を検証する時に用いられる"極めて稀に生じる"とされる地震動アンサンブルとし、これに2種の立地地盤種別を設定した。建物の弾塑性応答と消費されるエネルギーとの相関を統計的に考察するため、定められるスペクトル特性を有する模擬地震動波形20例のアンサンブルを作成し、解析に用いた。消費されるエネルギーとしては、応答が倒壊・崩壊に至るクリティカル応答を生じるまでの時間内に消費される総エネルギー、復元力機構によるエネルギーならびに最大応答を更新する履歴によるエネルギーを取りあげ、評価量とした。本年度の成果の概要は、以下の点にまとめられる。(1)系の履歴によって消費されるエネルギーと系に励起される弾塑性応答の間には、相関性が認められる。(2)最も弾塑性応答と関連が強い応答を更新する履歴での消費エネルギーと最大弾塑性応答の相関は高く、次に系で消費される総エネルギーと最大弾塑性応答の相関が高い結果が得られた。(3)倒壊・崩壊に至るとする応答が励起される地震動継続時間は、波形ならびに系に設定する破壊形式によってばらつきを有し、統計的に有意な評価結果は得られなかった。(4)建物系の周期、建物の終局時崩壊形式による評価のばらつきには、ある傾向が認められるが、定量的な評価については結果を得られず、継続検討事項とされた。鉄筋コンクリート造建物を対象とし、強震地動入力時に励起される弾塑性応答と応答時に建物で消費されるエネルギーの相関を応答シミュレーションにより解析し、過大な地震入力時に建物の倒壊・倒壊につながる弾塑性応答が励起される過程を検討する。建物の崩壊形として曲げ降伏、せん断破壊先行の二つを設定した。本研究では、建物が倒壊・崩壊に至る終局状態を応答が定められた塑性率に到達する状態として規定した。入力地動には、既往記録波に加え、建物の弾塑性応答と消費されるエネルギーとの相関を統計的に考察するため模擬地震波20例を作成し、応答解析に用いた。建物で消費されるエネルギー量として、応答が倒壊・崩壊に至るクリティカル応答を生じるまでに消費される総エネルギー、そのうちから復元力機構によるエネルギーならびにそのうちから最大応答を更新する過程で消費されるエネルギーを取りあげ、評価量とした。本研究の成果概要は、以下の点にまとめられる。(1)弾塑性応答履歴によって消費されるエネルギーと励起される弾塑性応答の間には相関性が認められる。建物に励起される弾塑性応答は、系で消費されるエネルギーと高い相関を有し、消費エネルギーを設定することにより最大応答変位の推定が可能と示唆される。
プロスタノイドの虚血心筋保護作用の機構解明

本研究では、プロスタグランジン(PG)とトロンボキサン(TX)よりなる生理活性脂質であるプロスタノイドの、虚血性心疾患における役割の解析をおこなった。短時間の虚血と再灌流を繰り返すプレコンディショニング処理をおこなうと心臓の梗塞サイズが減少することが知られているが、この効果におけるプロスタノイドの役割についてプロスタノイド受容体欠損マウスを用いて解析した。その結果、PGE_2がその受容体であるEP_4を介して抗アポトーシス作用を発揮することにより、後期プレコンディショニングにおける心保護作用を発揮している可能性が示唆された。プロスタノイドは、プロスタグランジン(PG)とトロンボキサン(TX)よりなる生理活性脂質であり、多種類のその受容体が心臓に発現している。しがし、心疾患の病態形成におけるプロスタノイドの役割には不明な点が多い。本研究の目的は、心筋梗塞におけるプロスタノイドの役割と、その作用機序を解明することにある。本年度は、マウスを用いたプレコンディショニングの系を確立した。野生型マウスを用い、長時間の冠動脈閉塞前に、短時間の虚血と再灌流を繰り返す(プレコンディショニング)と、プレコンディショニングしない群に比較して有意に梗塞サイズが低下した。そこで次にプロスタノイド受容体欠損マウスを用いた解析を開始した。現在進行中である。さらに、心筋細胞に対する直接作用を解析するために、培養心筋細胞を20%0_2から2%0_2の環境に移して培養し、その後再度20%0_2にする低酸素-再酸素化実験の確立を試みた。、ラットにおける実験系を参考に行ったが、培養環境の酸素濃度を下げるだけでは、細胞の傷害を確認できなかった。動物種により低酸素に対する感受性の違いがあり、さらに実験条件の検討を行っている。また、心臓における直接作用を解析できるランゲンドルフ灌流心を用い、野生型及び受容体欠損マウスに対して虚血-再灌流負荷を加え、経時的に心臓をサンプリングした。このサンプルについて、いくつかの蛋白の発現をウェスタンブロットにより解析中である。しかし、心疾患の病態形成におけるプロスタノイドの役割には不明な点が多い。本研究の目的は、プロスタノイドの虚血心臓保護作用の作用機序を解明することにある。長時間の冠動脈閉塞前に、短時間の虚血と再灌流を繰り返す(プレコンディショニング処理)と心臓の梗塞サイズが減少する。本年度は、前年度確立したマウスを用いたプレコンディショニングの系を用いた解析を行った。野生型マウスにおいて、プレコンディショニング処理を施行後、経時的に心臓をサンプリングし、Real Time RT-PCR法により遺伝子発現を解析した。その結果、プレコンディショニング直後からプロスタノイド産生の律速酵素であるシクロオキシゲナーゼ-2の著明な発現上昇が認められ、その発現上昇は、プレコンディショニング処理24時間後でも有意に認められた。また、心臓におけるPGE_2産生量をエンザイムイムノアッセイにより定量したところ、プレコンディショニング処理しない群に比較して、プレコンディショニング24時間後の心臓において有意にFGE_2産生量が増加した。さらに長時間の冠動脈閉塞前にプレコンディショニングを行うと心臓の梗塞サイズが軽減されるが、PGE_2受容体EP_4を欠損させたマウスの場合、この梗塞サイズの軽減が有意に減少した。つまりプレコンディショニングにより産生増加したPGE_2がEP_4を介して長時間の虚血前に何らかの心保護機構を刺激している可能性が示唆された。前年度までに、PGE_2受容体EP_4を欠損させたマウスの場合、プレコンディショニング処理による心臓の梗塞サイズの軽減が有意に減少することを明らかにした。今年度は、PI3K/Akt系の活性化におけるPGE_2-EP_4系の役割について解析を行った。PI3K/Akt系の活性化は、GSK-3の活性化などを介して抗アポトーシス効果をもたらすことから、虚血プレコンディショニング発現において重要な役割を果たすシグナル系として知られている。野生型マウスの心臓において、虚血-再灌流にともなうAkt活性化は、選択EP_4

アゴニスト投与群において有意に増強した。なお、虚血-再灌流処置をしない野生型マウスの心臓では、選択EP_4アゴニストのAkt活性化作用は認めなかった。一方、EP_4欠損マウスの心臓では、選択EP_4アゴニストのAkt活性化増強作用は認めなかった。これらの結果、虚血プレコンディショニングにおけるPGE_2-EP_4系の作用発現のメカニズムの一つとしてAktの活性化亢進への関与が明らかとなった。
ポスト冷戦期における新興国の国際秩序再編構想ーロシア、中国、ブラジルの比較研究

本研究は、ロシアのネオ・ユーラシア主義、中国の「一帯一路」やAIIB構想の基礎にある思想、ブラジルの「メリディオナリズモ」を、欧米先進国主導の国際秩序に対する批判であると同時に地域的アイデンティティの模索として捉え、それぞれの地域的文脈を背景とする思想史と、ポスト冷戦期の国際関係の観点から再解釈することを目的とする。これらはそれぞれ、特異なナショナリズムや「反米主義」、新興国の挑戦として理解されてきたが、共時性と比較の視点に立った分析によって、一国枠を乗り越えたより普遍的な理解が可能となる。
新規網羅的スクリーニング法によるサブタイプ別乳癌細胞における薬剤耐性遺伝子の検索

抗癌剤治療を継続していく上で薬剤耐性獲得が問題となるため、様々な耐性遺伝子解析法が行われているが、我々はトランスポゾンを用いたまったく新しい網羅的な薬剤耐性遺伝子のスクリーニングを行った。本手法の利点は、任意の細胞株と分子標的薬を含む任意の抗癌剤の組み合わせで、薬剤耐性遺伝子の解析が可能となる点であり、我々はこの手法を用いて「食道扁平上皮癌・放射線耐性」「Luminal乳癌・エリブリン」「HER2陽性乳癌・ラパチニブ」等、複数の組み合わせについて候補遺伝子の蓄積を行った。今後は本手法を用いて様々な応用を行い、トランスレーショナルリサーチとして臨床応用を試みていく。抗癌剤治療を継続していく上で薬剤耐性獲得が問題となるため、様々な耐性遺伝子解析法が行われているが、我々はトランスポゾンを用いたまったく新しい網羅的な薬剤耐性遺伝子のスクリーニングを行っている。トランスポゾンは回文配列を持つ塩基配列であり、トランスポゼースがこの配列を認識してゲノムから切り出し、他の部位に挿入することで、ゲノム上の位置をランダムに移動可能である。この回文構造の間にCMVプロモータを挿入することで、ゲノム内をランダムに移動するCMVプロモータが、その下流の遺伝子を強制的に高発現させる。これを大量の細胞に導入することにより、一つ一つの細胞がそれぞれランダムな遺伝子を高発現する系を構築することが可能となり、ラージスケールにすることで、理論上は全遺伝子を網羅することが可能である。このCMVがランダムな位置に導入された「細胞プール」へ、野生型細胞では全滅する濃度の抗癌剤を暴露すると、その薬剤の耐性化に寄与する遺伝子を高発現する細胞のみが生き残り、コロニーを複数形成する。これらよりゲノムDNAを抽出し、スプリンケレットPCR法を用いてクローニングを行うことで、最終的にCMV挿入部位を同定することで、その下流の薬剤耐性遺伝子の候補を決定することが可能である。本手法の利点は、任意の細胞株と分子標的薬を含む任意の抗癌剤の組み合わせで、薬剤耐性遺伝子の解析が可能となる点であり、我々はこの手法を用いて「食道扁平上皮癌・シスプラチン」「Luminal乳癌・エリブリン」「HER2陽性乳癌・ラパチニブ」等、複数の組み合わせについて既に候補遺伝子の蓄積を行った。本研究では、我々独自の全く新しい、トランスポゾンを利用した薬剤耐性遺伝子スクリーニング法を用いて、乳癌細胞株における薬剤耐性遺伝子の同定を試みることを目的としている。本システムを用いることで、ヒトゲノム上に存在する全ての遺伝子を網羅的に対象としたスクリーニングが可能であり、しかも「任意の乳癌細胞株」と「任意の薬剤」を用いて薬剤耐性に寄与すると考えられる遺伝子の検索が可能となる。乳癌細胞株のうちMDA-MB468のトランスポゾン導入細胞に対して、アントラサイクリン系抗癌剤に属するエピルビシンを添加し、約30個のエピルビシン耐性コロニー樹立に成功した。さらにT47Dのトランスポゾン導入細胞に対して、エストロゲン受容体のselective downregulaterであるフルベストラント耐性コロニーを樹立。SKBR3のトランスポゾン導入細胞については、ラパチニブを添加し、耐性コロニーを樹立することに成功した。本研究において、これら「ホルモン陽性乳癌細胞-フルベストラント」,「HER2陽性乳癌細胞-ラパチニブ」,「トリプルネガティブ乳癌細胞-エピルビシン」という組み合わせで候補遺伝子を同定した。さらに、放射線耐性についても、同様の手法で耐性遺伝子の同定を進めており、抗癌剤と同様に網羅的にスクリーニングが可能であることを示すと同時に、同定した遺伝子の機能的解析を現在進めている。今後は、臨床データとの相関関係を中心に研究を行う予定である。本研究では、我々独自の全く新しい、トランスポゾンを利用した薬剤耐性遺伝子スクリーニング法を用いて、乳癌細胞株における薬剤耐性遺伝子の同定を試みることを目的とする。本研究を進めることで、乳癌治療における薬剤選択に大きな貢献が可能となると考えられる。当該年度では、各サブタイプにおける乳癌細胞株についてtransposon taggedcell libraryの樹立に成功し、こちらを用いて様々な薬剤の添加を行った。特に、エリブリンをホルモン陽性乳癌細胞株であるMCF7に添加し、耐性株を樹立することを行い、約80種類の耐性株をピックアップした。こちらに対して、適切な処理を行った後に、シーケンスを行ったところ、耐性遺伝子となる可能性がある候補遺伝子を同定することができた。乳癌細胞と抗癌剤・ホルモン剤についての耐性遺伝子のみならず、放射線耐性についても、同様の手法で耐性遺伝子の同定を、同様に網羅的にスクリーニングが可能であることを示すことが本年度はできた。

さらに、放射線耐性遺伝子の候補が、アポトーシス関連遺伝子であることから、一歩進めてこの遺伝子の機能解析を進め、放射線耐性のメカニズム解明の一旦を明らかにすることが可能であった。乳腺外科学今後は同定した候補遺伝子について、臨床検体を抽出し、免疫染色等の方法で発現状況を確認することで、臨床データとの関連性をみていく。遺伝子候補が複数であるならば、NEXTBIORESEARCH社のNextBio databasesystem (http://www.nextbio.com)を用いることを考える。このデータベースは乳癌臨床試験におけるマイクロアレイデータを蓄積し、さらに各遺伝子の発現と臨床データを容易に対比することが可能である。我々はNEXTBIO RESEARCH社の研究者の協力を得て、本研究を行う上でこのデータベース使用のモニター登録を行っており、フルシステムが期間限定で使用することができる。本システムを用いて、候補遺伝子の発現と対象薬剤を用いた臨床試験の結果を対比し、膨大な遺伝子リストから次の実験を行う遺伝子を選定する。現在までに次の6種類の細胞株を用いてトランスポゾンを導入した。MCF7(ER(+),HER2(-)), T47D(ER(+),HER2(+)), BT474(ER(-),HER2 (+)), SKBR3(ER(-), HER2(+)), MDA-MB468(ER(-),HER2 (-))。この中で、本年度に最も研究が進んだ細胞株と薬剤の組み合わせは、MCF7に対するエリブリン耐性遺伝子の同定である。エリブリンの添加に対して生き残り、コロニーを形成した数は約100種を超え、これらを解析した結果、約20種類の耐性遺伝子候補が同定された。現在これら候補についての各々の機能解析を行っており、さらに有用な遺伝子を絞り込む予定である。また、ER陰性かつHER2陽性の2株についても、ラパチニブに対する耐性遺伝子の候補が数多く同定され、その中にPIK3CAなどの既知の耐性に関わる遺伝子も含まれていることから、本研究で用いている実験系が正しく機能していることが確認された。次年度使用額は300円であり、端数であるため、支出ができなかった。今後、同定した薬剤耐性遺伝子の解析は、NEXTBIO RESEARCH社のNextBio databasesystem (http://www.nextbio.com)を用いて行う。本システムを用いて、候補遺伝子の発現と対象薬剤を用いた臨床試験の結果を対比し、膨大な遺伝子リストから有用と考えられる遺伝子の同定を行う。さらに、同定した薬剤耐性遺伝子について、該当薬剤投与による臨床的および病理学的な腫瘍縮小効果と薬剤耐性遺伝子の発現状況の相関を評価する。
スマートフォン用の韓国語教育ツールによる授業外時の教育マネジメントの実現

本研究では,紙媒体の練習問題の運用と音声機能を有するスマートデバイスを学習教材として用いて,聞取り対策授業内・外の双方向型学修と自律学修の両方を目指す教授・学習法を一提案した。その際,提案手法はADDIEモデルに基づき,現状における研究対象,聞取り対策授業,関連研究の分析結果から,改善すべき課題を明らかにした。それらの課題の解決・実現に向けて,スマートデバイスの学習教材の具体的かつ詳細な設計・開発を行った。提案した学習教材を用いた教授・学習法は,聞取り対策授業内・外に講じられて,統計的手法を用いて分析した結果、有効性のある結果が得られた。平成27年度の研究では、授業外のきめ細かい教育指導をマネジメントするために、まず大学生の生活実態や学習内容を調査し、そのデータから多様な生活の中での学習現状と学習量の低下を招く原因などを見出し、その解決に向けた対策を検討した。これらの研究活動で得られた成果は次のように国外・内の論文誌と研究会で公表された。一方、授業外の学修活動は、授業内の学修の延長線上の活動で、授業外の学修に出発点でもある。授業内での双方向型授業の本質的な展開を目指して設計されたスマートデバイス用の教室内の電子教材の成果を教育システム情報学会で発表した(タイトル:ハングル能力検定試験のためのモバイル学習ツールの開発と評価)。また、授業内学修において、従来より利便性が高いBLE(Bluetooth Low Energy)のネットワーク構成について試みた(タイトル:BLEビーコンを用いた室内・外における電波強度の性能評価、双方向授業のためのスマートデバイスによるネットワークの提案)平成27年度で、申請者らは授業外のきめ細かい教育指導をマネジメントするために、まず大学生の生活実態や学習内容を調査し、そのデータから多様な生活の中での学習現状と学習量の低下を招く原因などを見出し、その解決に向けた対策を検討した。具体的な手段、方法および内容は下記のとおりである。(1)調査の対象と項目:基本的な学生の生活実態は、毎年本学の学生部で実施していたデータを参考できるが、教育や学習に関する詳細な調査は申請者らが行った。例えば、入学形態、通学時の行動、学内・外での空き時間の行動、アルバイトの種類、大学の単位制度の確認、学習意欲の有無、学習の必要性、シラバスの利用度なとの項目を調査した。(2)問題の原因と対策:この調査から得たデータを用いて、多様な学生の生活行動をいくつかのパターンに分類した。それらの行動パターンに対して、申請者らは異なる教育指導パターン(習熟度や基礎学力など)と学習パターン(学習の場所と時間帯や学習項目など)に対応できる教育マネジメントのモデルの確立を試みた。また、スマートフォン用の電子教材について、以下の3つを見直した。(1)以前開発したスマートフォン用の電子教科書を見直し、習熟度・学習目標別の多様な学習に対応する電子教材の開発、動画・音声・録音を組み込んだマルチメディアの活用、スマートフォン用に最適化した電子教材の作成を見直した。(2)理解度把握システムの開発:毎回の授業後、小テストを配信・受信・自動採点してフィードバック実施、学習者の問題理解や解決方法を提示するシステムと学生個人の成績管理システムの開発をBLEを用いて行い、予備実験でその動作も確認した。(3)協調学習支援システムの開発:学生参加型・誘導型の授業環境を構築、学生同士がペアまたはグループを組み、主体的な学びを促すシステムの開発をスタートさせた。平成28年度の研究では、大学生の生活実態の調査をもとに、自宅を中心とした学習現状を把握した。また、現在の大学生は事前・事後の学修活動が極めて不足し、単位制度に相応しい学習量まで満たさなかったことも確かめた。これらの状況を打開するために、本研究では、自宅以外の多様な日常生活でも気軽に利用できるきめ細かい教育指導マネジメントを設計・試作を行った。例えば、スマートデバイスの中に、学習管理用のタイマー機能を組み込み、一定の学習時間が満たさなかった場合、画面の学習を促す学習モニタリングを考案した。しかし、iPhoneとAndroidの両方のOSに対応までは至らず、次年度までに完成したい。また、授業外の学習意欲を引き出すためには、先に授業内における学習意欲を向上させる必要もあり、ARCSモデルを検討した。ARCSモデルとは,学習意欲に関する要因を注意(Attention),関連性(Relevance),自信(Confidence),満足(Satisfaction)の4つに分類したモデルである。このARCSモデルを既に他教科科目で試みた結果、事前・事後のアンケート結果から、その有意の差を見出した(電気系学生実験におけるスマートデバイスを活用した学習意欲の向上:情報処理学会)。次年度は韓国語授業に適合するARCSモデルを確立し、学習者の学習意欲の推移を確認したい。最後に、授業内の学修の延長線上の活動で、学習者に授業外でもその内容を復習させるために、授業内の無線通信方式を利便性が高いBLE(Bluetooth Low Energy)のネットワーク構成を検討し、実験を通してその利用可能性を見出した(Bluetooth Low Energyを用いた学内マップアプリケーションの開発:東北地区若手研究者研究発表会)。平成28年度で、申請者らは、単純な操作で即時に学習できる教育マネジメントの機能を試作した。具体的には、予習・復習・課題実施システムの構築と,主体的な学びの促進を支援するための学習コンテンツの試作を行った。なお、反復学習による暗記の自習が必須である外国語学習において、通学時や自由時間にも韓国語に触れる学習機会を提供することは効果的である。試作した具体的な開発項目と内容は下記のとおりである。

(1)短時間の集中でより効果的に語彙が暗記できるよう、記憶データシステムとマルチメディアを積極的に活用したドリル型暗記システムを試作した。(2)事前・事後学習:対面の学習を充実させるため、授業前に予め学習内容を配信し、学生が自発的に取り組むよう予習専用の学習コンテンツを試作した。また、授業後、対面授業内容の再確認と質問事項を教員に送信できる復習専用の学習コンテンツを試作した。(3)学習モニタリング:教員は常にネットワークを介して、学生の授業外の学習状況が確認でき、そのデータを基に持続的な指導および学習奨励ができるシステムを検討した。一方、試作した学習コンテンツの動作環境はiOSのみで、実際の授業内・外の両方で学習者の利活用には限りがある。そのため、Androidの開発も必要であるが、iOSとAndroidとの異OS間のBLEネットワークの環境構築がやや遅れている。そこで、次年度はGoogle Driveの導入も検討し、その問題を検討・打開する予定である。最後に、学習意欲向上の観点から、試作した学習コンテンツ構成にARCSモデルの適用を検討した。すでに、他教科科目において、ARCSモデルを試みた結果、学生の学習意欲を高めることができたので、韓国語教育にも適用したい。本研究では、スマートフォン用の韓国語教育ツールによる授業外時の教育マネジメントの実現するための語学教育ツール開発を目的とした。本ツールには、学生の多様な授業外時の生活においても、きめ細かく教育指導ができる教育マネジメントと、学生に主体的な学びを促す機能とを装備している。本研究と通して、学生に主体的な韓国語学びを体得させること、いわゆる単位の実質化のみならず、教育の質向上にも本研究は寄与できたと考えられる。具体的には、紙媒体の練習問題の運用と音声機能を有するスマートデバイスを学習教材として用いて、聞取り対策授業内・外の双方向型学修と自律学修の両方を目指す教授・学習法を一提案した。その学習教材はADDIEモデルに基づき、現状における研究対象、聞取り対策授業、関連研究の分析結果から、改善すべき課題を明らかにした。それらの課題の解決・実現に向けて、スマートデバイスの学習教材の具体的かつ詳細な設計・開発を行った。提案した学習教材を用いた教授・学習法は、聞取り対策授業内・外に講じられて、学習量拡大、授業中・後の練習問題の準備・採点作業の教員負担の軽減、リアルタイムでのフィードバックなどによって課題解決ができて、本質的な双方向型学修を展開した。聞取り対策授業外では、学習教材により音声CDの不便性がなくなり、自宅以外の日常生活でも気軽に自律学修ができた。このような授業内・外における提案手法の活用に対して、対象の学習者の評価は高かったこともアンケート調査から確かめた。また、個々の学習者がもつ韓国語能力を伸ばすこともできた。一方、実践的な学習の強化、学習意欲の維持、授業外の学習時間の義務化などの改善すべき今後の課題も確かめた。
マイクロダイセクションを用いた発生中の血管条におけるメラノサイト分化誘導機構探索

神経堤細胞に特異的に発現するPax3を欠失させたマウス胚の内耳を観察したところ、神経管の閉鎖不全の有無に関係なく、発生中の血管条中間細胞領域に神経堤細胞が多数存在した。しかしながら、この領域のメラノサイトマーカーのmRNA発現は顕著に減少していた。これらの研究成果は「Pax3は、神経堤細胞が発生中の血管条中間細胞領域へ遊走するのには必要ない、しかし、神経堤細胞が血管条メラノサイトへ分化するのには関与している」ことを示唆している。神経堤細胞は遊走しながら血管条メラノサイトに分化していくと考えられているが、発生中の遊走過程は詳細には理解されていない。そこで、本年度は神経堤細胞に特異的発現を示すWnt1遺伝子のプロモーター下でCreリコンビナーゼが発現するトランスジェニックマウスとGFPレポーターマウスの交雑(以後、Wnt1-Cre/GFPマウスとする)を用いて、発生中の内耳蝸牛に遊走する神経堤由来細胞の挙動を観察した(Cre-loxPシステムによりこの交雑の神経堤由来細胞は永続的にGFP標識される)。このWnt1-Cre/GFPマウスの蝸牛軸切片を作製して、抗GFP抗体を用いて免疫組織化学法により観察した結果、内耳発生初期にGFPで標識された神経堤由来細胞が「神経堤から耳胞腹正中側の近傍と耳胞背側に遊走する経路」を示唆する像が得られた。さらに、遊走中の神経堤由来細胞の分化段階を理解するために、同一切片上でメラノブラストマーカーDctのin situ hybridizationと抗GFP抗体の二重染色を行なった結果、DctとGFPがdouble positiveな神経堤由来細胞ばかりでなく、Dctが発現していないGFP陽性細胞が耳胞背側に散在していることが明らかとなった。また、出生後の内耳完成期には血管条中間細胞にGFP陽性細胞の集積を認め、これらの細胞は血管条メラノサイトに特異的発現を示すKir4.1を発現(免疫組織化学法)していたことから、このWnt1-Cre/GFPマウスの血管条中間細胞は神経堤由来細胞であり、メラノサイトに正常に分化していることが示唆された。今後、血管条メラノサイト発生異常により先天性高度感音難聴を合併するWaardenburg症候群の病態解明に向けて、このWnt1-Cre/GFPマウスを用いて血管条メラノサイト分化誘導機構の探索を行う予定である。血管条メラノサイトの発生異常は先天性高度感音難聴を引き起こすことが知られている。昨年度はメラノサイトの発生起源である神経堤細胞が血管条中間細胞に遊走してメラノサイトに分化する過程を観察した。本年度は、昨年度の研究成果を参考にして、Pax3ノックアウトマウスであるPax3Cre/+マウスとGFPレポーターマウス(CAG-CAT-EGFP)を交配して得られるPax3Cre/+;CAG-CAT-EGFPマウス(PCGマウスとする)の発生中の内耳の観察を行なった。PCGマウスはCre-loxPシステムにより過去にPax3を発現した細胞にレポーター遺伝子GFPを永久的に発現させる。すなわち、過去に神経堤でPax3またはCreリコンビナーゼを発現していた細胞が内耳に遊走してきたことを証明できる。Pax3蛋白発現量が50%に低下しているPCGマウス同士を交配して、胎生18.5日のマウス胚を採取した。Pax3蛋白発現量が0%のマウス胚の中には神経管の閉鎖不全に伴い、内耳の発生が途中で停止しているものがあった。この現象はPax3遺伝子変異マウス同士を交配して得たマウス胚の過去の報告と同様の現象である。しかしながら、神経管の閉鎖不全の有無に関係なく、内耳が形態的にはほぼ正常発生しているものも存在した。この結果は「Pax3が欠失すると正常な内耳発生が起こり得ない」という従来のコンセンサスを打ち崩す知見である。さらに、このマウス胚の蝸牛軸切片を作製して、GFPを励起したところ発生中の血管条中間細胞領域にGFP陽性細胞が多数存在した。mRNAの発現を観察したところ、メラノサイトマーカーであるDct、Kir4.1の発現が共に減少していた。
新奇量子現象を示す層状無機セラミックス材料の合成と評価

近年Co酸化物における初めての超伝導体が発見され,この化合物の結晶構造における三角格子CoO_2層のスピンフラストレーションが,超伝導発現に寄与していると考えられている.本年は,層状無機セラミックス化合物の中で,特にBi_2Sr_2Co_2O_yに着目した.この化合物は,Co酸化物超伝導体と同様の三角格子CoO_2層を有する.したがってCoO_2層のキャリアー濃度や結晶構造を変化させることにより,三角格子CoO_2層の電子状態を制御できると考えられる.そこでCoO_2層のキャリアー濃度を変化させるために元素置換を行い,さらに,CoO_2層間距離を制御するためにヨウ素,臭素をインターカレートした試料を作成し,その物性を詳細に評価し,構造と物性の関連について考察した.まずPbを置換した試料Bi_<2-x>Pb_xSr_2Co_2O_yにおいて,磁気・電気的特性の評価より,Pbを置換することにより,CoO_2層にキャリアーがドープされたことを確認した.次にBi_2Sr_2Co_2O_y相および,元素置換された化合物において,適切な反応条件下においてヨウ素および臭素がインターカレートされることを確認した.インターカレーションによりCoO_2面内構造は変化せず,層間距離のみ大きく増加することが分かった.得られた試料の磁気・電気的特性の測定結果より,ヨウ素をインターカレートした試料ではCoO_2層の二次元性が増加し,金属的になったと考えられる.また臭素をインターカレートした試料では,電気抵抗率の絶対値はホスト物質,ヨウ素をインターカレートした試料よりも小さくなり,さらに低温において金属-半導体転移が見られた。これらの結果から,CoO_2層間に臭素を含むブロック層を介して結合が生じていると考えられる.金属状態における電気抵抗率は金属-半導体転移以上の温度でT^2に比例しており,詳細な解析の結果,この領域において電子相関が強められていることが明らかとなった.このような電子相関が強く金属的な領域では,新奇な物性の発現が期待され,今後詳細な物性評価が必要であると考えられる.高温超伝導体の発見以来,低次元構造を有する磁性体の振舞いに注目が集まっている.その中で,特に最近の顕著な研究は,高田らによるコバルト酸化物(Na_<0.35>CoO_2・1.3H_2O)における超伝導の発見である.この化合物は,母体となるCo酸化物(Na_<0.7>CoO_2)のCoO_2層間に位置するNaを部分的に脱離して,水分子を層間にインターカレートすることにより得られる.CoO_2層のキャリアー濃度および層間相互作用がナノスケールで制御されて超伝導が発現したと考えられ,世界初のCo酸化物超伝導体となった.本研究では,磁気ゆらぎが強いと考えられる層状遷移金属化合物において,層間に種々の原子・分子を導入し,ナノスケールで物質・構造制御を行い,超伝導等の新奇量子臨界現象を示す層状無機セラミックス化合物を開発することを目的とする.本年度はまず低次元構造を有する層状型Bi_2Sr_2Co_nO_y (n=1,2)化合物に着目し,ヨウ素インターカレーションによる,この系の電気的磁気的特性を担うCoO_2層の層間距離の制御を試みた.その結果,温度勾配型電気炉を用いてヨウ素分圧を制御することにより,ヨウ素をインターカレートすることに成功し,結晶構造におけるCoO_2層の層間距離が大幅に(c軸の格子定数が1.497nmから1.858nmへ)変化することを見出した.現在のところヨウ素原子位置は明らかではないが,銅酸化物系との比較から,恐らくBi_2O_2層間に挿入されていると考えられる.超伝導量子干渉磁束計による磁化測定および四端子法による電気抵抗測定により物性評価を行った結果,ヨウ素インターカレート後もCoO_2層内の伝導性は保たれており,2次元的な化合物が得られたことが明らかとなった.今後,核磁気共鳴(NMR)を用いた,この系の微視的な電子状態の観察を行い,CoO_2層の基底状態を明らかにするとともに,キャリアー導入および層間距離の制御により,新たな強相関物性の発現を目指したい.近年Co酸化物における初めての超伝導体が発見され,この化合物の結晶構造における三角格子CoO_2層のスピンフラストレーションが,超伝導発現に寄与していると考えられている.本年は,層状無機セラミックス化合物の中で,特にBi_2Sr_2Co_2O_yに着目した.この化合物は,Co酸化物超伝導体と同様の三角格子CoO_2層を有する.したがってCoO_2層のキャリアー濃度や結晶構造を変化させることにより,三角格子CoO_2層の電子状態を制御できると考えられる.そこでCoO_2層のキャリアー濃度を変化させるために元素置換を行い,さらに,CoO_2層間距離を制御するためにヨウ素,臭素をインターカレートした試料を作成し,その物性を詳細に評価し,構造と物性の関連について考察した.まずPbを置換した試料Bi_<2-x>Pb_xSr_2Co_2O_yにおいて,磁気・電気的特性の評価より,Pbを置換することにより,CoO_2層にキャリアーがドープされたことを確認した.次にBi_2Sr_2Co_2O_y相および,元素置換された化合物において,適切な反応条件下においてヨウ素および臭素がインターカレートされることを確認した.

インターカレーションによりCoO_2面内構造は変化せず,層間距離のみ大きく増加することが分かった.得られた試料の磁気・電気的特性の測定結果より,ヨウ素をインターカレートした試料ではCoO_2層の二次元性が増加し,金属的になったと考えられる.また臭素をインターカレートした試料では,電気抵抗率の絶対値はホスト物質,ヨウ素をインターカレートした試料よりも小さくなり,さらに低温において金属-半導体転移が見られた。これらの結果から,CoO_2層間に臭素を含むブロック層を介して結合が生じていると考えられる.金属状態における電気抵抗率は金属-半導体転移以上の温度でT^2に比例しており,詳細な解析の結果,この領域において電子相関が強められていることが明らかとなった.このような電子相関が強く金属的な領域では,新奇な物性の発現が期待され,今後詳細な物性評価が必要であると考えられる.
ナノ粒子含有・光共振用微小球

球状光共振器は、強い光閉じ込め効率(Q値)によりその内部において光と材料の相互作用を極限まで高めることが可能と期待されている。1.微小球の励起・読みだし技術の検討を行った。(1)シングルモード光ファイバーを曲げた状態で固定化し、研磨してコア部を露出させることにより光カップラーを作製した。カップラー研磨部に高屈折率(n_D=1.93)のガラス球(粒径:20-30μm)をマニピュレータを用いて接触配置し、Arイオンレーザー(波長514.5 nm)により励起して共振光の測定を行った。光導入に用いた光ファイバーのラマン光に由来する光共振とガラス球の励起によるラマン光共振の2つの異なる共振状態が出現することを見いだした。(2)ガラス微小球に低屈折率の被覆を施す技術を開発し、励起に最適な構造を探索、検討した。高屈折率なガラス微小球(n_D=1.93、粒径30μm)にハイブリッド膜(n_D=1.49)を被覆し、被覆層の一端を平面にする「テラス構造」を提案・作製した。ラマン光励起実験を行い、テラス構造の基部にレーザー光を照射することにより、特異的に共振光を強めることに成功した。この手法により被覆した光共振用ガラス球において、誘導ラマンの発振を実現した。2.ナノ粒子を添加した微小球を作製のため、その作製方法を検討した。半導体ナノ粒子(ZnO)の合成プロセスを改善した。ガラス微小球の被覆層にナノ粒子を添加するため、高濃度にZnOナノ粒子を含有するハイブリッド膜の作製を検討した。既報の作製方法の約100倍の濃度で安定なナノ粒子の作製を行プロセスと、膜に添加する際にアミノ系安定化剤の添加により膜中でナノ粒子が安定化することを明らかにした。1.ナノ粒子添加微小球の作製と、基本特性の評価を行った。(1)半導体ナノ粒子(CdSe/ZnS)を屈折率1.5の微小球(粒径5-6ミクロン)に閉じ込めCW Arイオンレーザーにより励起して、光共振による発振特性を測定した。(2)酸化物半導体ナノ粒子(ZnO)の合成プロセスを改善し、微小球に添加することに成功した。(3)金をイオン状態で微小球に添加し、引き続く加熱処理によって、ナノ粒子を析出させる手法により、屈折率2.5の微小球に閉じ込めることに成功した。微小球の屈折率に依存したプラズマ光吸収を1個の微小球において測定した。2.微小球の励起・読み出し方法シングルモード光ファイバーを固定化し、研磨することにより新規な光カップラーを作製、ガラス微小球を対象として光励起実験を行い、ラマン共振光の観測に成功した。カップラー研磨部に高屈折率(n_D=1.93)のガラス球(粒径:20-30μm)をマニピュレータを用いて接触配置し、Arイオンレーザー(波長514.5nm)により励起して共振光の測定を行った。

光導入に用いた光ファイバーのラマン光に由来する光共振とガラス球の励起によるラマン光共振の2つの異なる共振状態が出現することを見いだした。(2)ガラス微小球に低屈折率の被覆を施す技術を開発し、励起に最適な構造を探索、検討した。高屈折率なガラス微小球(n_D=1.93、粒径30μm)にハイブリッド膜(n_D=1.49)を被覆し、被覆層の一端を平面にする「テラス構造」を提案・作製した。ラマン光励起実験を行い、テラス構造の基部にレーザー光を照射することにより、特異的に共振光を強めることに成功した。この手法により被覆した光共振用ガラス球において、誘導ラマンの発振を実現した。2.ナノ粒子を添加した微小球を作製のため、その作製方法を検討した。半導体ナノ粒子(ZnO)の合成プロセスを改善した。ガラス微小球の被覆層にナノ粒子を添加するため、高濃度にZnOナノ粒子を含有するハイブリッド膜の作製を検討した。既報の作製方法の約100倍の濃度で安定なナノ粒子の作製を行プロセスと、膜に添加する際にアミノ系安定化剤の添加により膜中でナノ粒子が安定化することを明らかにした。