hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
米粉を利用したトルティア状食品の特性―特にカルシウム・マグネシウム強化について―

昨年度に引き続き本年度も基礎データを集積するために、米デンプンの熱特性、結晶化度、力学特性に及ぼす炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム添加の影響について検討した。熱特性は示差走査熱量計により、結晶化度はX線回折測定装置により、力学特性はレオログラフーゾルにより測定した。1.熱特性:炭酸カルシウム添加では0.10.4%において、水酸化カルシウム添加では0.10.75%で濃度が高くなるとDSC曲線から得られたエンタルピーは減少し、炭酸カルシウムと水酸化カルシウムがこの濃度以上になると増加した。塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム添加では、低温側のエンタルピーが増加したことから、アミロペクチンの糊化にこれらのマグネシウム塩は影響すると考えられた。2.結晶化度:米デンプンを加熱すると、X線回折ピークはなだらかとなり、結晶構造は崩壊することが示された。炭酸カルシウム、水酸化カルシウム添加では高濃度側で結晶構造の崩壊は促進され、濃度が高くなるほどその程度は大きくなった。塩化マグネシウムと硫酸マグネシウム添加では、X線回折ピークの変化は明確には認められなかった。3.力学特性:炭酸カルシウム、水酸化カルシウム添加の米デンプンゾルの貯蔵弾性率、損失弾性率は、炭酸カルシウム、水酸化カルシウムの添加により一旦低下し、その後濃度が増すと増加した。硫酸マグネシウム添加の貯蔵弾性率、損失弾性率は一旦低下した後、1.0%で無添加よりは増加したが、塩化マグネシウムでは一旦増加した後、1.0%添加で無添加よりは減少した。4種類の中では、水酸化カルシウムが最も大きくゾルの力学特性に影響を与えた。前年度報告したコーンスターチの糊化に与える炭酸カルシウム、水酸化カルシウムの影響と比較し、米デンプンでのこれらカルシウムの影響は小さく、米粒中のデンプンのミセル構造は安定していると考えられた。うるち米粉に0.5%炭酸カルシウム単独と、これをベースに濃度の異なる硫酸マグネシウムまたは塩化マグネシウムを添加した試料およびうるち米粉に0.5%水酸化カルシウム単独と、硫酸マグネシウムまたは塩化マグネシウムを合わせて添加した試料の未加熱生地、加熱生地、加熱後水浸漬した生地について、クリープメータによる破断特性、X線回折装置による結晶化度の測定、走査型電子顕微鏡による組織観察を行った。米粉に0.5%の炭酸カルシウムを単独で添加すると、X線回折曲線のピークは減少し、加熱生地の破断応力は減少した。0.5%の炭酸カルシウムと共に硫酸マグネシウムまたは塩化マグネシウムを混合した試料では、0.5%炭酸カルシウム単独と比較し、加熱生地、加熱後水浸漬生地の破断応力は増加したが、未加熱生地では減少した。炭酸カルシウムと硫酸マグネシウムを共に添加した加熱生地のX線回折曲線のピークは小さくなり、結晶構造の崩壊が促進すると考えられたが、塩化マグネシウムでは加熱生地の結晶化度および放置生地の結晶化度に大きな変化は観察されなかった。米粉に0.5%の水酸化カルシウムを単独で添加すると、X線回折曲線のピークは減少し、加熱生地の破断応力は増加した。0.5%の水酸化カルシウムと共に硫酸マグネシウムまたは塩化マグネシウムを混合した未加熱生地では、破断応力は減少した。
複数の極性分離機構を同時に発現する高性能・高選択性HPLCカラムの開発

多種類の分離モードが混在するHPLC固定相の分離特性解析いわゆるMixed mode型固定相は、疎水性相互作用、親水性相互作用、イオン交換相互作用などの分離機構が混在した状態で働く。これらの分離特性解析はまだ発展途上にある。今回、テュービンゲン大学のLae;mmerhofer教授との共同研究で、疎水性の項目、親水性の項目、イオン交換の項目を独立に測定し、三次元で表記する方法を提案するに至った。この方法は、逆相とアニオン交換のMixed mode型固定相や、カチオン交換と親水性相互作用クロマトグラフィーのMixed mode型固定相などに関して、それぞれの固定相の差異を表現でき、それぞれの固定相(カラム)の分離特性の違いを理解する手段として有用である。シリカの表面修飾に用いる重合反応の最適化と分離性能の関係の精査シリカ粒子をポリアクリルアミドで機能化した分離媒体は、親水性相互作用クロマトグラフィー(HILIC)分離媒体として様々なものが市販されている。ポリ(アクリルアミド)結合型シリカ粒子充填剤を、表面開始原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)によって調製し、HILICカラムを作製した。カラムの分離特性は、既存のHILICカラムテスト法によって評価した。ATRPによる修飾のポリマー密度と鎖長の影響を調査するため、異なる空孔径を持つ多孔性シリカ粒子(10, 15, 20, 30 nm)をそれぞれ修飾した。OH基に対する選択性α(OH)で評価したところ、空孔径10 nmの粒子より15, 20 nmの粒子を用いたものが大きいα(OH)を与えることが示された。保持の大きさと選択性の面から、20 nmの粒子が最も良いと考えられる。この結果はHILIC固定相の有するOH基に対する選択性が、有機修飾部分の化学種のみならず、ポリマーの形態や含有率によっても改善されうることを示す。アクリルアミドの原子移動型ラジカル重合による修飾で、シリカ上のポリマー鎖の高密度化に成功した。また重合時に使用する触媒の使い分けによって反応速度の制御も可能になった。この方法で得られた分離媒体は、その分離特性が市販のどのアミド型カラムとも異なり、非常に高い親水性媒体として働くことから、実用化に向けて企業との共同研究も開始した。シリカゲルの重合修飾による機能化の開発と、ポリマー鎖と分離性能の相関に関する知見の蓄積が始まっており、当初の目標どおり研究が進行していると考えられる。また、テトラゾール含有型モノマーを重合修飾した固定相に関しては、糖鎖の分離に有効であることを報告した。さらには分離が困難な単糖の異性体分離にも着手し、良好な結果を得ており、その高い親水性を活かした糖の分離が実現できている。特に、グラジエント分析を行った場合に、利用可能なアセトニトリル濃度が他の媒体より広いことが特徴であり、カラムヘッドにおける試料バンドの濃縮効果も高いため、これまでのHILICカラムの問題点を改善できる可能性が高い。2018年9月には、この分離媒体が市場に上梓され、世界中で販売が開始された。ペプチドの分離に用いた場合、他のHILICカラムに比べて保持時間が長いこと、塩基性の残基が多いペプチドは溶出が困難なほど強く保持されることなどが明らかになった。このことは、視点を変えれば塩基性の残基が多いペプチドとそれ以外を分離できる媒体として利用できると考えられるので、前処理用の分離媒体として今後の活用が期待される。キラルな親水性モノマーの重合修飾は実現できたが、そのシリカ粒子の充填と対応するカラムの使用ではまだまだ問題点があることを認識した。親水性相互作用型、イオン交換型、キラル分離型で理論段数10万段を発生するアミノ酸をキラル源に用いたモノマーをシリカ粒子上にATRPによって修飾すると、良い分離特性が発現される条件では、シリカゲルに対するポリマーの部分が多すぎるためか、カラムの充填やその後の通液の段階でカラムの背圧が高くなりすぎる問題が発生した。この問題を解決するためには、より親水性が高く、かつキラル識別能が高いキラル源を探索する必要がある。この方向での検討を続けてゆく。糖のエナンチオマーの分離のため、糖と強く相互作用する官能基を組み込んだ分離媒体の開発が必要である。ATRPでは架橋剤の使用も可能だと考えられるので、よりポリマー鎖の運動の自由度を下げて、分子間の相互作用の方向を規制する技術を開発する。原子移動ラジカル重合(ATRP)では、シリカ表面に結合した開始剤近傍でのみ重合が進行することが知られており、シリカモノリスをATRPで重合修飾し、長いカラムの調製とそれに伴う超高理論段数の発現を目指す。これが実現できると、原理的にはモノマーを変えても同様の反応が期待できることから、さらなる機能化が実現できるものと考える。具体的には1mのカラムの修飾条件の検討を行なうことで、10万段の理論段数の提供を目指す。糖鎖の分離の改善現在、医療分野で注目されている抗体医薬は、分子量が既存の小分子医薬に比べて極めて大きいため、HPLCによる分離では、その全体が一度に固定相と相互作用することができない。抗体に含まれる糖鎖を精密に分離することは、その品質をコントロールする点から極めて重要であるが、HILIC以外の方法では困難なようである。HILICを用いた抗体の分離では、糖鎖の大小が保持時間を決めるようなので、その現象の解明に向けて高性能なHILIC分離媒体を調製し、その分離分析に貢献したい。

シリカの表面修飾に用いる重合反応の最適化と分離性能の関係の精査シリカ粒子をポリアクリルアミドで機能化した分離媒体は、親水性相互作用クロマトグラフィー(HILIC)分離媒体として様々なものが市販されている。申請者らの開発したテスト法で解析すると、アミド型の分離媒体は3種類以上のクラスターに分類できることが示された。フリーラジカル重合法(FRP)で調製したポリアクリルアミド修飾は、数平均分子量4万、重量平均分子量1014万のポリアクリルアミドがシリカ上に結合した状態が分離機能の発現に必須であり、それよりポリマー鎖が短い場合、結合密度も下がり分離媒体としての性能は良くないことが示された。この状態で、ヒドロキシ基の選択性α(OH)は2.05であった。一方、シリカ粒子を原子移動型ラジカル重合(ATRP )で修飾した場合、FRPで得られたものとは全く異なり、シリカ粒子に結合したポリアクリルアミドの分子量はわずか89千に過ぎないが、α(OH)は2.32.5を示した。これは市販のHILICカラムと比べてはるかに大きな値である。k(ウリジン)も最大で9付近を示し、市販のカラムの25倍の親水性を示した。元素分析の結果、FRP型ではシリカ表面のシラノール500個あたりに1ポリマー鎖が結合しているが、ATRP型ではシラノール25個あたりに1ポリマー鎖が結合している計算になり、ポリマー鎖の高密度化が実現されていることが示された。またATRP型で得られるポリアクリルアミドの分子鎖長は、用いたシリカゲルの細孔サイズにほぼ一致するため、それ以上分子量が大きくならない現象と一致した。FRP型のアミドカラムは、中性からやや酸性の表面をもつカラムの分離挙動を示した。一方、ATRP型のアミドカラムは市販されているどのカラムとも違い、シリカ表面に濃縮される水の層が厚く、かつ酸性の分離特性を示した。アクリルアミドの原子移動型ラジカル重合による修飾で、シリカ上のポリマー鎖の高密度化に成功した。また重合時に使用する触媒の使い分けによって反応速度の制御も可能になった。この方法で得られた分離媒体は、その分離特性が市販のどのアミド型カラムとも異なり、非常に高い親水性媒体として働くことから、実用化に向けて企業との共同研究も開始した。シリカゲルの重合修飾による機能化の開発と、ポリマー鎖と分離性能の相関に関する知見の蓄積が始まっており、当初の目標どおり研究が進行していると考えられる。HILIC型、イオン交換型分離モードとキラル分離能を併せ持つカラムの調製も本研究の課題の一つである。これらの複数の機能を同時に発現する媒体を作製するため、エポキシドを含むモノマーを重合修飾し、求核種による開環による機能化を検討した。本年度はエポキシドを含むモノマーの重合修飾の精密制御を検討した。重合速度の制御は可能であったが、重合度が10を超えたあたりで成長が止まる傾向が見られた。アミノ酸によるエポキシドの開環は可能で、反応の前後で分離特性は変化するので所期の反応は起こっていることが確認された。しかし、現状の分離媒体では親水性の獲得にはまだ不十分なので、より良い重合系の探索が必要である。
抗腫瘍生セファロタキサスアルカロイド及び関連化合物の合成

1.アミノ酸のプロリンを窒素源として活用し、フェニル酢酸クロリドとの縮合、ポリリン酸を用いる閉環反応により、セファロタキサスアルカロイドのABC環に相当するピロロベンツアゼピン骨格の新しい合成法を開拓した。2.O-アリル化により得られるエノ-ルエ-テル体のクライゼン転位反応による核間位へのアリル基導入を経由して、硫酸触媒のカチオン閉環反応による5員環融合法を達成し、D環の構築に成功した。ここに、セファロタキサスアルカロイドの特異な4環性骨格(ABCD環)の新規合成法を開拓することができた。3.かさ高い酸化試薬であるヨ-ドソベンゼンによる酸化反応を応用し、D環に位置並びに立体選択的に小酸基を導入する方法を開発した。4.上記反応を駆使して、主アルカロイドのセファロタキシンの全合成を完成させた。また、A環のメチレンジオキシ基をジメトキシ基に代えたセファロタキシン類縁体の合成にも成功した。5.本合成法を準用し、プロリンのオキソ体であるピログルタミン酸を出発原料にして、5員環ラクタム構造を有する副アルカロイドのセファロタキシンアシドの金合成に成功し、本合成法の有用性を確立した。6.セファロタキシンアシド合成に際し、ラクタムのカルボニル基の位置の相違に基づく、コンホメ-ションの違いにより、ヨ-ドソベンゼン酸化の位置選択性がかなり影響されることが判明した。これを利用して、小酸基の位置異性体の合成も行った。
炎症抑制制御性Ｔ細胞の腸管絨毛内における時空間的解析と病態解明

腸管のホメオスタシスの維持には自然リンパ球、マクロファージ、制御性T細胞(regulatory T cells; Treg)などの関与が報告されている。特に炎症抑制能力を有しているTregは消化管の炎症抑制の中心的役割を担っており、炎症の収束及び腸管上皮再生のキープレーヤーである。しかし、炎症性腸疾患患者において、Tregは増加しているにもかかわらず、腸炎が抑制できない相反する結果を有している。腸管炎症において腸管の上皮細胞障害(炎症期)およびその回復期のTreg集積動態に着目し、Treg動態不全と慢性大腸炎発症機序解明について研究を行う。
先史時代香川県金山産サヌカイト製石器の広域流通における回遊する専業集団の検討

実験考古学、石器型式学、蛍光X線成分分析によって、先史時代の香川県金山産サヌカイト製石器の広域流通を担った回遊する専業集団の存否を検討した。縄文時代には、金山では板状石核だけ生産される。石核は、近畿、中四国の各地域社会の中心集落に持ち込まれ、分割され、周辺集落に分配される。各地方に石核生産・流通専業集団が想定される。弥生時代には、金山では板状石核から大型剥片まで生産される。自然礫、石核、大型剥片が近畿、中四国の各地域社会に持ち込まれる。金山周辺に石器生産専業集団と各地方に流通専業集団が想定される。両時代を通じて、地方と金山を直接結ぶ流通集団が想定されるが、各地域を回る流通集団は明らかではない。5項目に拠って先史時代金山産サヌカイト製石器の広域流通における回遊する専業集団の存否、歴史的役割を検討するデータを集積した。1実験考古学的手法による岩質の技法に対する適合性の検討ー生産・流通集団の特徴の分析:縄文・弥生時代の金山での板状石核の製作と消費地での分割には、窪みに敷いた砂利を製作台に復元できる。消費地と金山の技術は同じである。弥生時代の石剣の製作は打製石斧と同じであり、金山だけの金山技法による大型剥片は用いない。これらの石器製作に限ると専業集団の想定は不要である。2新しい元素比を用いた蛍光X線成分分析による消費地の金山産サヌカイト製石器素材の採石地の特定ー生産・流通集団の特定:1)サヌカイトの成分と採石地(縄文時代)岡山型ー金山東地区、松山型ー金山東地区+金山西地区+金山東地区、香川型ー金山東地区+国分台の3類型が知られる。生産・流通集団は東瀬戸内、西瀬戸内、香川県の3地方に区分される。2)サヌカイトの成分と採石地(弥生時代)香川1型ー金山東地区、香川2型ー金山東地区+国分台の2類型が知られる。生産・流通集団は香川県ー2型、香川県外ー1型の地方に区分される。高地性集落は香川1型に入るか。3縄文時代後晩期の金山、消費地のサヌカイト石核素材の分割技術の復元と統計的処理ー生産・流通集団の特徴の分析:岡山、広島、香川、愛媛県の消費地遺跡は菅生小学校型ー原礫+厚・中・薄板状石核、百間川沢田型ー中・薄板状石核、永井型ー薄板状石核の3類型が知られる。4縄文時代の瀬戸内沿岸の地域社会における生産・流通集団の居留地の検討ー回遊する専業集団の抽出:菅生小学校型遺跡が居留地に特定される。岡山県菅生小学校裏山遺跡、愛媛県馬島亀ヶ浦遺跡が該当する。沿岸に間隔をおいて分布する。5瀬戸内海域高地性集落の石器製作技術の検討ー金山専業集団との関係分析:2集団間の特別の結び付きは明らかでない。5項目に依って先史時代金山産サヌカイト製石器の広域流通における回遊する専業集団の存否、歴史的役割を検討するデータを集積した。1実験考古学的手法による岩質の技法に対する適合性の検討ー生産・流通集団の特徴の分析:金山出土のハンマーに花崗班岩製が認められる。香川県域には珍しいが岡山県域では高梁川などで普通に認められる。2新しい元素比を用いた蛍光X線成分分析による消費地の金山産サヌカイト製石器素材の採石地の特定ー生産・流通集団の特定:弥生時代の消費地遺跡の採石地構成は1型ー金山東、2型ー金山東・国分台が知られるが、香川県東部の中期遺跡の分析から3型ー金山東・淡路島第3群を加えることになった。金山での石器生産の専業化と合わさって、石器生産・流通の大きな変化を示すものである。3縄文時代後晩期の金山、消費地のサヌカイト石核素材の分割技術の復元と統計的処理ー生産・流通集団の特徴の分析:金山と消費地遺跡の金山産サヌカイト製板状石核を比較すると、金山産のサヌカイト製石核が消費地で分配のために再分割されていること、金山産サヌカイトは消費地間では金山からの遠近にかかわらず大きさ・厚さは同じであることが明らかとなった。これは、消費地は遠近に関わらず、金山産石核を生産者から直接入手していることを示すものである。4縄文時代の瀬戸内沿岸の地域社会における生産・流通集団の居留地の検討ー回遊する専業集団の抽出:淡路島佃遺跡に専業集団が認められるが、彼らが瀬戸内海を回遊していたかどうかは、不明である。5瀬戸内海域高地性集落における石器製作技法の検討ー金山専業集団と高地性集落民の関係分析:瀬戸内東部の代表的遺跡芦屋市・会下山遺跡は金山産サヌカイト製石器のあり方が低地の一般的集落と同じである。金山専業集団との特別な結びつきは認められない。以上、24年度までの調査を補足する。6調査研究報告書を作成する。

自然礫、石核、大型剥片が近畿、中四国の各地域社会に持ち込まれる。金山周辺に石器生産専業集団と各地方に流通専業集団が想定される。両時代を通じて、地方と金山を直接結ぶ流通集団が想定されるが、各地域を回る流通集団は明らかではない。23年度の研究は次の4項目にしたがって「先史時代香川県銀山産サヌカイト製石器の広域流通における回遊する専業集団」の存否、歴史的役割を検討するデータを集積した。(1)実験考古学的手法による検討:金山のサヌカイト製石核素材製作技術である縄文時代の洗谷技法、弥生時代の金山技法には台石を利用する両極打法は用いられない。木製、骨製の礫を支える台が必要である。この点を消費地の石核及び石核素材で検討すると、石核素材生産システム、流通システムを検証することができる。(2)新しい元素比を用いた蛍光X線成分分析による各消費地の金山産サヌカイト製石各素材の採石地点の同定:岡山県津島岡大、百間川沢田、南溝手の縄文遺跡、香川県紫雲出山弥生時代高地性遺跡では金山東地区のサヌカイトを使用するが、高梁川河口に近接する海辺の菅生遺跡では金山南地区のサヌカイトが混出した。中国地方山間部、山陽側西部瀬戸内海沿岸部と金山を結ぶルートの結節点に位置するところから、広島県帝釈峡遺跡群、洗谷周辺遺跡群に南地区のサヌカイトが析出されるか、石核素材生産と流通システムの主体の特定に関連して、24年度の分析が注目される。(3)縄文時代後晩期の金山、各消費地の石核素材の分割技術の復元と統計的処理:金山遺跡で出土したサヌカイト(自然礫・加工礫・砕片)は厚さにおいて、厚(1)、中(1/2)、薄(1/4)と等比級数的に3区分される。それに応じて数量も、少、やや少、多と3区分される。消費地のサヌカイト石核素材は殆どが「薄」に入る。金山では自然礫を3度半割し、1個から4点の「薄」区分の板状石核素材を作り、搬出した。(4)縄文時代の瀬戸内沿岸島嶼の地域社会における生産・流通集団の居留地の検討:菅生遺跡は金山以外では珍しく厚手の石核素材の失敗品を出土する。いわば金山のサテライトに相当する。地理上からもそこに金山操業集団を求めることができる。金山産サヌカイト製板状石核出土遺跡の叩き石(ハンマー)の石材鑑定が完了していない。なお予定した蛍光X線成分分析は行わない。産地の分析データが準備されていないからである。石材鑑定の目的は金山遺跡、消費地遺跡の叩き石の石材産地の特定であるが、本研究では肉眼観察によって産地を特定する。岡山市貝殻山遺跡・神戸市会下山遺跡(高地性集落)出土のサヌカイト製石器の蛍光X線分析が未着手である。金山出土の石核素材製作用ハンマーの産地同定、岡山県貝殻山遺跡出土のサヌカイト製石器の蛍光X線分析について未着手、紫雲出山・貝殻山・愛媛県八堂山高地性集落のサヌカイト製石器の剥片剥離技術と金山技法との関係の検討が未完了の2点が遅れている理由である。当初の計画を完遂することを第一目標とし、加えて、研究成果を確かなものにするために新しい元素比を用いた蛍光X線成分分析事例を増加する。また岡山県菅生小学校裏山遺跡、愛媛県馬島亀ヶ浦遺跡が該当する金山産板状石核生産・流通専業集団の居留地を瀬戸内海沿岸、特に未特定の広島県域を中心に探索する。当初の計画を完遂することを第一目標とし、加えて23年度に研究対象に追加した岡山県菅生遺跡の出土サヌカイト製石核素材の成分分析を拡大、および石核素材生産の技術的な検討、統計的処理から、金山遺跡的石核素材の生産の展開を吟味することを通じて、生産・流通の専業集団の存在を検討する。
歯列・顎骨局所の立体的画像構築法の確立と臨床応用

本研究は,現在入手可能なコンピュータのハードウエアおよびソフトウエアを用いて,歯列・顎骨局所の多層断層X線写真像から立体的画像を構築する方法を確立することを目的とした.立体画像構築には,歯列・顎骨に対して垂直な横断面の多層断層X線写真が適しているが,断層撮影時の水平的あるいは垂直的なX線入射方向の変化が,多層断層像における顎骨(特に骨皮質)の描出と構築された3次元画像の形態的および寸法的な再現性に大きく影響する.すなわち,形態的・寸法的に正確な3次元構築には,形態や大きさが異なった個々の歯列・顎骨に対して垂直な断層面を,被写体ごとに求めることが必要となる.立体画像構築に適した断層面を求めるには,顎骨に対する水平的なX線入射角度を段階的に変化させた複数の断層像を撮影し(オリエンテーション),顎骨横断面の面積が最小となったX線入射角度で多層断層X線写真を撮影する方法が有効であった.得られた多層断層像をデジタル化し画像処理の後に立体画像を構築した.下顎大臼歯部では解剖学的構造として,頬舌側皮質骨の外形,顎下腺窩,下顎管が描出可能であった.立体画像の最も有効な歯科臨床応用としてはインプラントあるいは骨増生術症例における距離や体積の立体的計測が考えられたので、本研究の立体画像構築系を用いて(断層画像としてX線CTを併用),上顎洞底挙上術症例の上顎洞内腔立体画像を構築して上顎洞内充填物(あるいは新生骨)の体積を測定した.本研究は,現在入手可能なコンピュータのハードウエアおよびソフトウエアを用いて,歯列・顎骨局所の多層断層X線写真像から立体的画像を構築する方法を確立することを目的とした.立体画像構築には,歯列・顎骨に対して垂直な横断面の多層断層X線写真が適しているが,断層撮影時の水平的あるいは垂直的なX線入射方向の変化が,多層断層像における顎骨(特に骨皮質)の描出と構築された3次元画像の形態的および寸法的な再現性に大きく影響する.すなわち,形態的・寸法的に正確な3次元構築には,形態や大きさが異なった個々の歯列・顎骨に対して垂直な断層面を,被写体ごとに求めることが必要となる.立体画像構築に適した断層面を求めるには,顎骨に対する水平的なX線入射角度を段階的に変化させた複数の断層像を撮影し(オリエンテーション),顎骨横断面の面積が最小となったX線入射角度で多層断層X線写真を撮影する方法が有効であった.得られた多層断層像をデジタル化し画像処理の後に立体画像を構築した.下顎大臼歯部では解剖学的構造として,頬舌側皮質骨の外形,顎下腺窩,下顎管が描出可能であった.立体画像の最も有効な歯科臨床応用としてはインプラントあるいは骨増生術症例における距離や体積の立体的計測が考えられたので、本研究の立体画像構築系を用いて(断層画像としてX線CTを併用),上顎洞底挙上術症例の上顎洞内腔立体画像を構築して上顎洞内充填物(あるいは新生骨)の体積を測定した.SCANORAにて撮影した顎骨の多層断層像をスキャナーよりパソコンに入力し,画像編集ソフトウエアにて処理した後,3次元データ解析ソフトウエアにて3次元像を構築する実験系を設定した。乾燥頭蓋骨を被写体として3次元像構築を試みた結果,顎骨の外形を表わす立体画像の構築が可能であった.立体画像構築には,歯列・顎骨に対して垂直な横断面の多層断層X線写真が適しているが,断層撮影時の水平的あるいは垂直的なX線入射方向の変化が,多層断層像における顎骨(特に骨皮質)の描出と構築された3次元画像の形態的および寸法的は再現性に大きく影響することがわかった.すなわち,形態的・寸法的に正確な3次元像構築には、形態や大きさが異なった個々の歯列,顎骨に対して垂直な断層面を,被写体ごとに求めることが必要であった.画像処理に関しては,顎骨皮質の輪郭を適切に描出すとで良好な立体画像が得られた.また,撮影部位の萌出歯,埋伏歯および金属インプラント等は立体像として描出することができなかった.これは,X線不透過性の大きいおれらの構造が前後の断層域に重複して写る障害陰影(アーチファクト)の影響が予想したよりも大きかったためである.歯やインプラントがある部位では,画像処理でこれらの構造を消去して顎骨の形態のみを立体像として描出する方法を検討中である.今後,立体画像の構築に適した撮影条件で生体の歯列・顎骨多層断層X線写真を撮影し,立体画像による正常な解剖学的構造あるいは病的な所見の描出に関して検討を進める。昨年までの研究で,現在入手可能なコンピュータのハードウエアおよびソフトウエアを用いて,歯列・顎骨局所の多層断層X線写真像から立体的画像を構築する方法が確立された.立体画像構築には,歯列・顎骨に対して垂直な横断面の多層断層X線写真が適しているが,断層撮影時の水平的あるいは垂直的なX線入射方向の変化が,多層断層像における顎骨(特に骨皮質)の描出と構築された3次元画像の形態的および寸法的な再現性に大きく影響する.すなわち,形態的・寸法的に正確な3次元像構築には,形態や大きさが異なった個々の歯列・顎骨に対して垂直な断層面を,被写体ごとに求めることが必要となる.

立体画像構築に適した断層面を求めるには,顎骨に対する水平的なX線入射角度を段階的に変化させた複数の断層像を撮影し(オリエンテーション),顎骨横断面の面積が最小となったX線入射角度で多層断層X線写真を撮影する方法が有効であった.立体画像の最も有効な歯科臨床応用としてはインプラントあるいは骨増生術症例における距離や体積の立体的計測が考えられたので,本研究の立体画像構築系を用いて(断層画像としてX線CTを併用),上顎洞底挙上術症例の上顎洞内腔立体画像を構築して上顎洞内充填物(あるいは新生骨)の体積を測定した.
一五年戦争期日本における科学論・技術論の展開

科学技術振興が叫ばれていた1940年前後、かつてマルクス主義的見解を抱いていた日本知識人は、科学論・技術論の領域でいかなる概念規定や方向性をもっていたのだろうか。本研究では、1940年代にさかんに技術論論考を発表していた論者・相川春喜の理論的著作を分析し、主体と客体とを生産過程のなかで労働手段をもって媒介するのが技術である、という規定に相川が(従来の唯物論的規定を捨てて)たどりついたこと、実践的な技術論へと歩みだすためにこの規定が不可欠であったことを明らかにした。戦時期における日本の技術論論争が持っていた哲学的含意、その射程に対する理解を深めるべく、戦後すぐの日本(194750年ごろ)における議論ーここでは戦時期技術論を引き継ぎつつも新たな展開が見られたーの経緯を再考した。とりわけ注目したのは、哲学者や自然科学者のみならず、文学者等の広範囲の人士を巻き込んで行われたいわゆる主体性論争と技術論が同時期にいかにかかわるようになっていったのかについてである。1946年、物理学者の武谷三男が、技術に関する新たな定義・把握法ー技術とは「人間実践における客観的法則性の意識的適用」だとして定式化されるーを提起した。武谷の議論は、梅本克夫らがそのしばらく後に強調した、史的唯物論あるいはソ連共産党の公式路線が主張する客観主義への違和感としての主体性の契機と親和性があるものとみなされ、田中吉六や星野芳郎らによって、主体性をその理論の中に取り込んだ技術論だとして称揚された。しかしながら、武谷三男自身が技術の定式化を出した時点ではこのような主体性という契機は重要視されておらず、武谷自身も主体性論争の中での自身の技術論との位置づけについては多くを語ってはいない。客観性の認識を重視し、当時の日本共産党の公式路線とも遠からぬものがあった武谷技術論は、これらに対抗しようとした梅本ら主体性論者からすればむしろ攻撃の対象となるものではなかったかとも考えられ、武谷技術論と主体性論との関係には奇妙なねじれがみられる。この点は主体性論争、技術論論争に関する現在までの諸研究が指摘してこなかったそれであり、今後の研究に置いて取り組むべき要点であると思われる。こうした要点を把握できたことを、今年度の実績として挙げておく。このほか、戦前期技術論、就中相川春喜の思想と全体主義(政体としてではない、思想としての)とのかかわりについての口頭発表を日本語と英語で一回づつ行った。戦前期における日本技術論の旗手の一人であった相川春喜(19091953)の諸著作をはじめ、関連する文献を渉猟し、1940年代に相川が、実践的な生産過程での人間主体と客観的事物とを統合する媒介としての技術という規定にたどりついていたことを確認し、その知的営為を思想的・政治的文脈のもとに位置づけた。技術概念をめぐる論争は、戦前日本においては唯物論研究会内部で開始され、当初の唯物的規定(道具や機械のような労働手段に技術概念を集約させる)から、次第に人間主体を重要視し、有機体論・主客の統合といった哲学的考察も包摂したそれへと展開していった。ちょうど日中戦争の深刻化と太平洋戦争にむかっての国際関係の緊張化の時期、科学技術振興が叫ばれた時期であり、こういった社会政治的要素もまた、技術論の展開に大きく影響している。本研究では、1)元来唯物論研究会のなかでも「最左翼」であり労働手段にのみ技術を看取しようとしていた相川が、1936年の検挙後、自身の見解を撤回し、1940年代に入ると上述したような規定にたどりついたこと、2)こうした転回は官憲に迫られての「転向」の結果であったと同時に、唯物論研究会内部でも元来相川に加えられていた批判点、当時の日本思想界で議論されていた全体論や主客の統合といった論点を相川なりに消化し、バランスのとれた技術論を構築しようとした知的営為の結果であったこと、3)しかし結局相川の実践的技術論は、国家のための技術展開を呼びかけるものになってしまったこと、を明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。科学技術史26年度が最終年度であるため、記入しない。戦前期の技術論論争についてのみならず、戦後期にも視野を広げることによって、日本の技術論論争が主観ー客観の統合、偶然性と必然性との統合といった戦前期の論者たちも手掛けていた問題構成を受け継いでいることを把握することができ、思想史上の大きな文脈の中に技術論論争を位置付けるという研究の目的に照らして、当初予想していた通り、あるいはそれ以上の手がかりを得ることができた。武谷三男の技術論が主体性論争の中でねじれて受容されたということが「研究実績の概要」に記したとおり、明らかになってきた。

こうなるに至った政治的な経緯を歴史的に検討する。また、戦後技術論論争が何を目的としてなされたものであったのか、その今日的意義はいかなるものであるのかについて考察、論文化することを考えている。5月には日本科学史学会の年会にて武谷技術論についての発表を行う予定である。
実時間型天体スペックル分光システムの開発

平成7年度の研究成果は以下の通りである。1.本実時間システムで使用するTip-Tilt鏡の周波数応答性を測定した。共振周波数は3kHzであった。周波数応答特性は、ステップ入力に対して不足制動であることを示していた。したがって、適当な制動を加えれば、ステップ入力に対して0.2ms以内に応答させることが可能である。すなわち、大気揺らぎの変動周期10msに対して、十分高速な応答が可能である。2.本システムは、天体スペックル像の最明スペックル位置を追跡する。このとき、スペックル像の検出時における量子ノイズは、最明スペックル位置の同定においてエラーの原因となり、再生像のSN比を低下させる。解決策は、検出されたスペックル像をフィルタリングすることである。本システムでは、この処理を実時間で高速に行う必要があるが、これをディジタル的に行なうには、専用ハードウェアが必要である。そこで、ディジタル的なフィルタリングの代わりに、簡単な光学的フィルタリングを行う方法を提案した。光学的フィルタリングの効果を実験的に検証し、十分満足な効果が得られることがわかった。3.本システムの光学系部分の設計を行なった。光学系は、市販の光学ベンチを使って一体化された。
ｍｉＲＮＡはＢ細胞運命決定において転写因子を超えられるか？

26年度が最終年度であるため、記入しない。古典的な細胞運命、系列は転写因子によって決定されると考えらえてきた。しかし、近年、クロマチン構造の変化などエピジェネティックな制御や遺伝子転写後制御などが細胞運命決定へ関与することが報告され、より包括的な観点での細胞運命決定機構の解析が必要である。miRNAは非コードRNAの一つであり、主に遺伝子の転写後制御に関わる。2000年に哺乳類で発見されて以来、様々な生物学的機能に重要な役割を担うことが明らかになった。難治性白血病であるMLL関連白血病において分化を誘導するmiRNAとしてmiR-126を同定した。miR-126が白血病細胞においてB細胞分化に必須とされる転写因子であるEBF1,E2A, Pax5独立的にB細胞を誘導し、上記の3つの転写因子の中でも特にB細胞分化初期に必須とされる転写因子、EBF1欠損によるB細胞分化凍結を、部分的ではあるが解除し、B細胞分化を誘導することを見出した。(Okuyama et al PNAS 2013)そこで、更に条件検討、解析をすすめたところ、B細胞発生段階、ProBにおいて高発現しているmiRNAであるmiR-195がEBF欠損造血前駆細胞に、表面マーカー上B細胞系列決定マーカーであるCD19を誘導し、分子生物学的B細胞系列決定マーカーであるVDJリコンビネーションを完了させる機能を持つことを見出した。以上の結果はB細胞系列決定において、B細胞分化必須転写因子欠損をmiR-195がほぼ完全に解除することを示している。これらの結果は、転写因子が中心となって細胞分化が誘導されるとした考え方に、新たに非コードRNAの重要性を加えるとともに、転写因子の異常が発症の引き金となる白血病において、非コードRNAを用いた新たな治療法開発に結びつく可能性を示している。研究目的を達成する決定的なデータは得た。つまりmiR-195が転写因子EBF1が欠損する条件下でCD19陽性VDJリコンビネーション陽性のB系列細胞への分化を誘導できた。上記の詳細なメカニズムを解明するとともに、EBF1が欠損した状態で、miR-195が度の分化段階までB細胞を誘導できるかという点も明らかにしたい。
銀ナノ粒子による抗微生物機構の解明

銀ナノ粒子の抗微生物機構の解明に向けて、材料学的解析法を利用してアプローチした。抗微生物試験環境における銀化学状態の変化を検討する為、含硫黄物質であるシステイン、メチオニン、グルタチオンを模擬物質として、XANES解析を利用した検討を行った。その結果、高濃度の含硫黄物質との混合により、銀ナノ粒子の化学状態が金属状態から変化し硫黄と結合した状態となることが明らかとなった。この化学状態の変化が、使用環境により抗微生物性が失活する要因であることが強く示唆された。モデル菌種として大腸菌を用い、抗菌処理された菌のSEM観察を行った。その結果、銀ナノ粒子の作用機構は膜破壊ではないことが明らかとなった。銀ナノ粒子が微生物中のどの部位で抗菌性能を発現しているのか、またどのような化学状態変化を辿るのか、材料学的解析法により明らかにすることを目的に研究を行っている。繊維表面に固定化された銀ナノ粒子の検討に先立ち、銀ナノ粒子分散液での検討を行った。銀ナノ粒子の粒子径分布を制御するための合成パラメータを検討し、狭い粒径分布が得られる条件を見出した。さらに、微生物試験液との混合後、微生物を回収するための遠心分離処理で沈降しない粒子を得ることができた。この銀ナノ粒子分散液を用いることにより、銀ナノ粒子を取り込んだ微生物を得ることができるようになった。モデル菌種として非病原性の大腸菌を用いて、銀ナノ粒子との接触時間に応じて生菌数が減少する実験条件を確立した。大腸菌のSEM観察を行ったところ、抗菌試験の前後で大腸菌の形態が変化している様子を確認することができた。抗微生物試験環境における銀化学状態の変化を検討する為、生体試料中に含まれる含硫アミノ酸であるシステインを模擬物質として検討を行った。その結果、高濃度のシステインとの混合により、銀ナノ粒子の化学状態が金属状態から変化することが明らかとなった。銀担持繊維を用いて、抗カビ試験及び抗ウイルス試験も実施した。銀ナノ粒子はこれらの微生物に対しても効果を発現することが確認された。また、銀ナノ粒子は抗ウイルス性を発現するものの、試験液中の夾雑成分によって失活する可能性が示された。問題なく進捗している。放射線照射により誘起される化学的手法により、銀ナノ粒子を合成した。得られた銀ナノ粒子の粒径分布は狭く、また微生物試験液との混合後、微生物を回収するための遠心分離処理で沈降しない。合成時に化学試薬の添加は殆ど必要なく、銀ナノ粒子による抗微生物機能のみを評価できる材料を得た。この試験条件を活用し、銀ナノ粒子と接触した大腸菌の形態について、経時変化を評価する実験系を確立した。その結果、銀ナノ粒子との接触時間が短い場合には菌の形態が殆ど変化しなかったことから、銀ナノ粒子の作用機構は膜破壊ではないことを示唆している。一方で、長時間経過後には形態変化する場合が見られたことから、大腸菌の死後に形態変化が起こったものと考えられる。その結果、高濃度の含硫黄物質との混合により、銀ナノ粒子の化学状態が金属状態から変化し、銀と硫黄が結合した状態となることが明らかとなった。この化学状態の変化が、使用環境によっては銀ナノ粒子の抗菌性が失活する要因であることが強く示唆された。菌内部に取り込まれた銀ナノ粒子の位置特定を目的として、TEM観察による検討を実施する。昨年度までの検討で得られた知見を活用し、銀ナノ粒子を取り込んだ大腸菌をTEM観察用試料とする手法を確立する。銀ナノ粒子と菌との接触時間に応じて、銀ナノ粒子の形態及び存在位置がどのように変化するかを追跡する。また、菌に取り込まれた銀ナノ粒子の化学状態変化を、あいちシンクロトロンを利用したXAFS解析により実施する。これらの試験は、モデル菌種である非病原性の大腸菌を用いて行う。研究の進捗に応じて、緑膿菌やサルモネラ菌、肺炎かん菌等を試験菌種として追加する。さらに、芽胞を形成する菌には銀ナノ粒子が作用し難いことも確認されており、そのモデル菌種としてセレウス菌を適用する。微生物学的構造の違いが、銀ナノ粒子の取り込み機構に及ぼす影響を評価する。比較対象として、金ナノ粒子・白金ナノ粒子を設定し、同様の試験を実施する。

貴金属の化学状態変化と抗菌性との相関を評価する。ナノ粒子工学平成28年度は、電子顕微鏡観察及びXAFS測定に適した実験条件の探索に注力して研究を行い、その探索をほぼ完了することができた。平成29年度に抗微生物機構の検討を行うための本測定を重点的に行うためには、消耗品は勿論、研究に利用する電子顕微鏡のレンタル料と、放射光施設のマシンタイム利用料及び出張旅費を確保する必要があることが、平成28年度の研究過程で判明したので、次年度使用額を発生させて対処することとした。研究に必要な消耗品と試薬の購入費用として一部を使用する。透過型電子顕微鏡を2か月レンタルするための費用(約150万円)として使用し、その期間内に重点的に観察を行う。また、あいちシンクロトロンの利用料及び出張旅費として使用する。得られた成果を学会発表及び論文発表するための費用として使用する。
栄養は食行動を制御できるか

三カ年にわたった本研究で、(研究1)ヒトの糖尿病では食行動の異常が知られているがラットやマウスではどのような異常があるのか、またその食行動異常はストレス脆弱性と関係があるのか、(研究2)食行動の異常に脳内神経伝達物質の中でどの伝達物質がどの程度関与しているか、(研究3)種々の食物のなかでストレス緩和物質としてコーヒーおよびその主要構成成分は効果があるのか、等の解明を試みた。(研究1)自然発症糖尿病ラット(WBN/Kob)と同マウス(KK/Ta)並びに対照としての健常ラット(Wistar系)とマウス(C57/BL)のそれぞれ雄を使用した。糖尿病では行動量の増加が観察された。ストレス(拘束)負荷後、糖尿病、健常マウス両方で摂食摂水量の減少をみたが、糖尿病マウスで摂食摂水量の日内リズムの乱れが顕著であった。(研究2)この研究ではWBN/Kobラット、ストレプトゾトシン(STZ)誘発糖尿病ラットと健常ラット間の脳海馬セロトニン(5-HT)とドーパミン(DA)レベルを微小透析法で測定した。その結果、5-HTレベルはWBNラット、STZラット、健常ラットの順に低く、WBNラットは健常ラットの約半分であり、DAレベルはWBNラットでは健常の約10分の1と低下していた。種々のイオンチャネル阻害剤、透析液組成変化等の実験の結果、この原因としてシナプスでのイオンチャネル異常の可能性が示唆された。(研究3)この研究ではWBN/Kobラットと健常ラットの脳海馬5-HTレベルを微小透析法で測定した。拘束ストレスで5-HTレベルは著しく上昇する。健常ラットでは1回目と2回目拘束による5-HT増加の比(2回目5-HTピーク値/1回目5-HTピーク値)はコーヒー投与、カフェイン投与、クロロゲン酸投与、生食水投与でそれぞれ約37%、34%、130%、85%であり、コーヒー前投与はストレス緩和に奏功し、その作用はカフェインに依ることが判明した。一方、糖尿病ラット(WBN)ではクロロゲン酸投与を除く値はそれぞれ45%、51%、68%でありコーヒーのストレス緩和効果はやや減弱していた。これは前述の糖尿病におけるストレス脆弱性が関係しているのかもしれない。向こう三ヶ年にわたる本研究の初年度として、本年度の研究では、糖尿病ラットの脳海馬体の神経伝達物質のひとつであるセロトニン(5-HT)の平常時でのレベル測定と自発運動量(行動量)、並びにストレス負荷時のそれらに焦点を当てた。具体的には自然発症型糖尿病ラット(WBN/Kobラット・)を用いて、マイクロダイアリシス法による脳海馬の神経伝達物質のひとつであるセロトニン(5-HT)レベルと自発運動量(行動量)との関係を調べ、ストレス刺激やエタノール、インスリンの投与、5-FITの前駆体であるアミノ酸のトリプトファン(Trp)の投与による5-HTレベルの変化を、正常ラット(Wistar系ラット)の場合と比較し、以下の結果を得た。

1)約10週齢の糖尿病ラットの空腹時血糖値は正常ラットに比して有意に高値であったが、血清中インスリン値は正常ラットと殆ど差が無かった。2)糖尿病ラットの5-HTレベルは正常ラットに比して高い傾向にあり、暗期における行動量も約2倍多かった。3)両群ラットにストレス刺激としてTail pinch(尾つねり)を負荷した場合、正常ラットの5-HTレベルは有意に増加したか、糖尿病ラットのそれに変化はみられなかった。その後のエタノールの経口投与で、糖尿病ラットの5-HTレベルはTail pinch無しの正常ラットと同様、顕著に増加したのに対し、Tail pinch後の正常ラットの5-HTレベルに変化は観察されなかった。この原因のひとつとして糖尿病ラットにおける知覚神経異常の可能性か示唆された。4)両群ラットにインスリンを投与したところ、正常ラットの5-HTレベルは有意に上昇し、Trpの投写でも正常ラットの5-HTレベルは糖尿病ラッ1・よりも有意に増加したことから、糖尿病ラットの5-HT合成経路、もしくは異化経路の異常か考えられた。しかし、糖尿病ラットの5-HTレベルは正常ラットに比して高い傾向があったことから、後者の異常によって5-HTが脳内に蓄積した可能性が示唆された。本年度の研究では、基礎的なデータを得るためにin vivoマイクロダイアリシス法を用いて、糖尿病ラット脳海馬体の神経伝達物質のであるセロトニン(5-HT)およびドーパミン(DA)の平常時でのレベル測定を求めるとともに、そのレベルへの種々のイオンチャネルの影響について調べた。糖尿病ラットとしては自然発症型糖尿病ラット(WBN/Kobラット)並びにストレプトゾトシン(STZ)誘発性の実験的糖尿病ラットを用い、正常ラット(Wistar)と比較した。5-HTとDAレベルへのイオンチャネルの影響については、透析灌流液中にイオンチャネル阻害剤を混入し、あるいは灌流液のイオン組成を変えて調べ、以下の結果を得た。1)糖尿病ラット脳海馬の5-HTレベルは低下しており、とくにWBN/Kobラットでは正常ラットの約半分であった。2)K^+チャネル阻害剤である^4-アミノピリジンで糖尿病ラットの5-HTとDAレベルは正常ラットより24倍増加した。このことは糖尿病ラットにおける5-HTレベルの低下は少なくともシナプス小胞における5-HT量の枯渇に依るものでは無いことを示唆した。3)WBN/KobラットではNa^+チャネル阻害剤であるテトロドトキシン作用による5-HTとDAレベル減少の遅延が観察された。4)Ca^<2+>チャネル阻害剤であるべラパミルやCa^<2+>な除去溶液およびMg^<2+>添加溶液の作用下で5-HTとDAレベルは顕著に減少したが、正常ラットと糖尿病ラット間の有意な差は無かった。また、低K^+溶液作用下でも両者間に差はみられなかった。5)K^+チャネル阻害剤とNa^+チャネル阻害剤の結果から、糖尿病ラットとくにWBN/Kobラットではニューロンの膜のK^+チャネルの密度が増加していたためにK^+透過性の亢進がおこり、そのために5-HTレベルの低下が生じた可能性がある。本年度の研究では、食行動の異常を伴いやすい糖尿病状態において、コーヒーおよびその主要構成成分(カフェイン、クロロゲン酸)が、ストレス負荷後脳内神経伝達物質レベルにどのような影響を与えるかについて検討した。糖尿病動物としては自然発症糖尿病ラットであるWBN/Kobラット(10週齢)と、その対照としての健常ラット(Wistar系)を、そしてストレスとしては拘束(100分間)
希釈窒化物半導体による高効率マルチバンド太陽電池の研究

これまでに中間バンド材料であるGaAs:Nδドープ超格子の作製と基礎物性制御・評価に加え、これを光吸収層とした太陽電池セルの試作、および発電動作の確認を行ってきた。2018年度からはクライオスタットと分光照射・電気測定系を組み合わせて構築した新しい測定システムが稼動し、極低温から室温までの広い温度範囲において複数波長照射下での発電特性を系統的に評価できるようになった。これにより、中間バンド型太陽電池の発電動作に重要な二段階の光吸収による生成電流のスペクトル応答について、温度依存性の評価を進めた。今年度は、特に光吸収層とコンタクト層との間に配置するキャリアブロック層の効果について検討を行った。組成の異なるAlGaAsをキャリアブロック層とした複数の中間バンドセルを評価することで、二段階光吸収の減少につながる中間バンドからのキャリアの熱脱出を抑制する上で適切な障壁高さについて設計指針を得た。2018年度の後半は、研究代表者が育児休暇を取得したことにより、研究課題の実施を一時中断するとともに研究期間を2019年度まで延長することとした。2019年度は、引き続きこれらのセル特性評価を再開するとともに、デバイスシミュレータによる動作解析を併用して、中間バンド型太陽電池動作におけるキャリアダイナミクスの理解を深める。得られた知見を太陽電池セルの構造設計にフィードバックしていくとともに作製プロセスの最適化を進め、最終目標の達成に向けた中間バンド型セルの高効率化を図る。2018年度途中より研究代表者が育児休暇を取得したため、研究の実施を一時中断するとともに研究期間を2019年度まで延長することとした。研究中断前の状況ではセル作製と初期的な特性評価までをおおむね順調に進めており、2019年度は引き続き当初計画の方針に則り研究を実施する。これまでに試作したセル特性の評価を再開するとともに、デバイスシミュレータによる動作解析を併用して中間バンド型太陽電池動作におけるキャリアダイナミクスの理解を深める。複数波長照射下における発電動作を様々な温度で評価することにより、セル構造と二段階光吸収による電流生成率を関連付ける物理的要因を明らかにする。得られた知見を太陽電池セルの構造設計にフィードバックすることで最終目標の達成に向けた中間バンド型セルの高効率化を図る。本課題では、GaAsを母体材料として窒素のδドープ層を周期積層した「窒素δドープ超格子」を用いて、従来の単接合太陽電池に比べ大幅な性能向上が狙える「中間バンド(マルチバンド)型太陽電池」を開発することを目的としている。平成28年度は、主にGaAs中窒素δドープ超格子が作る中間バンドエネルギー構造の制御技術の確立と、キャリアドーピング特性について重点的に研究を進めた。その結果、以下の成果が得られた。(1) RFプラズマ分子線エピタキシー法により作製した平均窒素組成2%程度までの超格子について、超格子周期や窒素含有量などの構造パラメータに対するバンド端エネルギーの系統的な変化を明らかにした。また、GaAsスペーサー層へInを混晶化することでE-バンド端エネルギーを1.0 eV程度まで低下させることができた。この結果、中間バンド太陽電池材料としてのエネルギーバンド構造の最適設計・制御が可能となった。分光エリプソメトリーによる測定結果から、E+バンドに起因する光学遷移は1E4 cm-1のオーダーで吸収係数に寄与していることを示し、太陽電池として十分な光吸収性能を持つことが明らかになった。(2)超格子へのキャリアドーピングによるn型化と電気特性評価を行ったところ、800度程度のアニール処理によりドーパントSiが活性化するとともに電子移動度が一桁程度増大した。得られた超格子の電子移動度は最大約250 cm2/Vsで、比較のため作製したGaAsNランダム混晶に比べ高い値を示すことが明らかになった。次年度は引き続き結晶成長技術の更なる高度化を図りつつ、上記の成果を基にして太陽電池構造の試作と評価を行い、高効率化へ向けたデバイス設計指針を得る予定である。バンド構造制御やキャリアドーピングなど、目的とする中間バンド型太陽電池への応用に向け必要な要素技術の研究が着実に進展した。超格子構造が従来のランダム混晶に比べ優れた電子輸送特性を示した他、これまであまり明確でなかったE+バンドに起因する光学吸収特性について定量的なデータを得るなど、太陽電池吸収層材料として用いる上で有用な結果を得ることができた。今年度は、前年度までの成果を元に、セル構造の試作と発電特性の評価を行った。試作セルは、分子線エピタキシー法でGaAs基板上にアンドープGaAs窒素δドープ超格子を光吸収層としたp-i-n構造を成長した後、表面櫛型電極及び裏面電極を蒸着して作製した。試作セルの量子効率スペクトルを測定した結果、中間バンド(E-バンド)での光吸収による吸収端波長の増大と、伝導帯(E+バンド)の光吸収による生成電流を確認できた。さらに、価電子帯-中間バンド間を励起する単色光に加え、擬似太陽光とローパスフィルターの組み合わせによる長波長光(>1400 nm)を重畳して照射することで量子効率の増大を観測し、中間バンドを介した二段階光吸収による電流生成への寄与を実証した。一方でその量は単色光のフォトン数を基準として0.1-1.0%と微量であり、大幅に向上する必要があることが課題として明らかになった。

このため、光吸収層の窒素組成分布などのセル構造の検討を行い、中間バンドへのキャリア蓄積による中間バンド-伝導帯間の光吸収増大と伝導帯からのキャリア取り出しを同時に促進するようなポテンシャル傾斜を有する組成傾斜構造を提案した。現在までにこのような窒素組成傾斜セルを試作し、各バンド間の光吸収・キャリア輸送への影響について初期的な結果を得ている。また、セル構造と二段階吸収電流を関連付ける物理的要因を明らかにするため、電気・光学特性評価用クライオスタットとの組み合わせによる低温分光測定システムを構築した。次年度はこれらの評価を進めセル構造を最適化することで中間バンド型太陽電池の変換効率の向上を目指す。当初計画通りGaAs:Nδドープ超格子を光吸収層とした太陽電池セルの試作と発電特性の評価を行い、二段階吸収による光電流の生成を確認することができた。中間バンド-伝導帯間の光学遷移の増大や伝導帯からのキャリア取り出しについての課題が明確になったことで、セル構造の設計に関する指針を得た。予定していたデバイスシミュレーションによる動作解析については大きな進展が得られていないが、次年度のセル評価と合わせて最適構造の設計に利用することを予定している。これまでに中間バンド材料であるGaAs:Nδドープ超格子の作製と基礎物性制御・評価に加え、これを光吸収層とした太陽電池セルの試作、および発電動作の確認を行ってきた。2018年度からはクライオスタットと分光照射・電気測定系を組み合わせて構築した新しい測定システムが稼動し、極低温から室温までの広い温度範囲において複数波長照射下での発電特性を系統的に評価できるようになった。これにより、中間バンド型太陽電池の発電動作に重要な二段階の光吸収による生成電流のスペクトル応答について、温度依存性の評価を進めた。今年度は、特に光吸収層とコンタクト層との間に配置するキャリアブロック層の効果について検討を行った。組成の異なるAlGaAsをキャリアブロック層とした複数の中間バンドセルを評価することで、二段階光吸収の減少につながる中間バンドからのキャリアの熱脱出を抑制する上で適切な障壁高さについて設計指針を得た。2018年度の後半は、研究代表者が育児休暇を取得したことにより、研究課題の実施を一時中断するとともに研究期間を2019年度まで延長することとした。2019年度は、引き続きこれらのセル特性評価を再開するとともに、デバイスシミュレータによる動作解析を併用して、中間バンド型太陽電池動作におけるキャリアダイナミクスの理解を深める。得られた知見を太陽電池セルの構造設計にフィードバックしていくとともに作製プロセスの最適化を進め、最終目標の達成に向けた中間バンド型セルの高効率化を図る。2018年度途中より研究代表者が育児休暇を取得したため、研究の実施を一時中断するとともに研究期間を2019年度まで延長することとした。研究中断前の状況ではセル作製と初期的な特性評価までをおおむね順調に進めており、2019年度は引き続き当初計画の方針に則り研究を実施する。初年度の成果により超格子パラメータに対するバンド構造の振る舞いが明らかになった。