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後期古英語作者不詳説教散文作品群に関するテクストと言語の研究

1まず課題研究の基盤整備として、古英語期における作者不詳の説教・聖者伝約150点を網羅的に調査し、コーパス全体の作品目録を作成した。とくに古英語散文の系譜研究にとって必要な、同一の典拠・題材に基づく異版・異本についての詳細な情報の集成を目指して、既存の刊本をできるだけ網羅的に収集し、さらに未校訂分についてもできるだけ原写本について調査し、各作品について典拠・対応箇所などの記述を含む包括的な作品目録の作成を進め、これを完了した。また目録には、トロント大学のDictionary of Old Englishの2種類の分類番号を付し、参照の便を図った。2上記の作品目録に基づいて古英語散文の系譜の研究上とくに重要な作品を選び、その新たな校訂を行なった。これによって、MSS Junius 85-86、第5番(AElfric,Catholic Homilies II第7番の異版)、MSS Junius 85-86、第7番(Blickling Homilies第4番の異本)、それにNapierXXX(Vercelli Homilies,Wulfstan,Institutes of Polityなどの改変を含む)の三作品の新たなテクストを完成した。このうちJunius写本からの2篇については、これまで校訂本は第5番は皆無、第7番は部分的にしかなく、今回初の完全校訂本が作成されたことになり、その意義は大きい。またNapier XXXについても、Scraggの校訂本(1992)の見直しを行ない、数箇所にわたる転写の誤りを訂正することを得た。いずれの作品についても、原写本の句読点などを再現し、既存の校訂本よりも厳密なテクストを作成した。本研究は、後期古英語説教散文のうち、特にAelfric,Wulfstanを除く作者不詳の作品群のテキストと言語についての比較研究である。この散文コーパスは、同一のラテン語原典に基づく異版・異本を多数含み、それ故に古英語散文の系譜研究の格好の材料となっているにもかかわらず、そのような研究の基盤すら十分に整っていない。そこで三ヶ年計画の初年度にあたる今年度は、課題研究の基盤整備として、当該作品約150点を網羅的に調査し、コーパス全体の包括的な作品目録を作成した。この種の目録としては、これまでのところScragg(1979),Bately(1993)などがあるが、前者は写本別のリストであり、後者は作品ごとの目録ではあるが作品相互の関係についての情報が不十分で、いずれも本研究課題とは目的を異にする。われわれの系譜研究にとって必要なのは、同一の典拠・題材に基づく異版・異本(部分的な改作、composite homiliesも含む)についての詳細な情報の集成である。そのために上記の二人の目録を基礎として、既存の刊本をできるだけ網羅的に収集し、Scragg,Bately以後に公刊された刊本についてはこれを補い、さらに未校訂分についてもできるだけ原写本について調査し、約150点の作品のそれぞれについて、典拠・対応箇所などについての記述を含む包括的な作品目録の作成を進め、これをほぼ完了した。また目録には、トロント大学のDictionary of 01d Englishの2種類の分類番号(作品番号、Cameron番号)を付し、参照の便を図った。完成した目録はコンピュータ可読化した。将来は、これを東大ア-カイブ(総合文化研究科言語情報科学専攻)に預託し、学外からの検索の便をはかることも検討したい。本研究は、後期古英語説教散文のうち、特にAElfric,Wulfstanを除く作者不詳の作品群のテキストと言語についての比較研究である。

三ヶ年計画の初年度に、課題研究の基盤整備として当該約150作品を網羅的に調査し、コーパス全体の包括的な作品目録を作成したが、今年度はこの目録に基づいて、古英語散文の系譜の研究上とくに重要な作品を選び、その新たな校訂をおこなった。それによって、MSS Junius 85-86第5番(AElfric,Catholic Homilies II第7番の異版)、同第6番(Blickling Homilies第4番の異本)、それにNapierXXX(Vercelli Homilies,Wulfstan,Institutes of Polityなどの改変を含む)の三作品の新たなテクストをほぼ完成した。このうちJunius写本からの2篇については、これまでのところ校訂本は第5番は皆無、第6番も部分的にしかなく、今回初の完全校訂本が作成されたことになり、その意義は大きいと考える。またNapier XXXについても、Scraggの校訂本の見直しをおこない、数カ所にわたる転写の誤りを訂正することを得た。いずれの作品についても、原写本からの直接の転写もしくは原写本のマイクロフィルム版をもとにこして校訂をおこなうことによって、原写本の句読点などを再現した、既存の校訂本よりも一層厳密なテクストを作成することが出来たと考えている。完成した校訂テクストはコンピュータ可読化した。将来は、これを東大アーカイブ(総合文化研究科言語情報科学専攻)に預託し、学外からの検索の便をはかることも検討したい。
歯根膜細胞分化機構の次世代フォトニクスイメージング

本課題では、フォトニクス技術を駆使し、歯根膜細胞の分化過程における硬組織関連分子の発現を解析した。ラマン分光測定の結果、ヒト歯根膜細胞の硬組織形成過程において、シトクロムcやハイドロキシアパタイトを含む合計4種類の生物分子のモニタリングに成功した。一方で、マウス骨芽細胞を用いた解析から、共焦点レーザー顕微鏡によるI型コラーゲンの局在解析とラマンイメージングの融合によるイメージングに成功した。本研究成果により、多くの生体分子が関与する硬組織形成細胞の分化過程の解析に、ラマンイメージングなどのフォトニクス技術が活用可能であることが明らかとなった。本研究課題では、ラマンイメージングを歯根膜細胞の硬組織形成細胞への分化過程の解析に応用し、同過程におけるハイドロキシアパタイト(HA)集積や分化関連分子群の発現、局在について経時的な解析を行っている。平成27年度の研究成果について以下に報告する。我々はこれまでに、マウス骨芽細胞KUSA-A1の分化過程におけるHAの集積をラマンイメージングにて経時的に観察する手法を確立し、報告してきた。そこで、まず同手法をヒト歯根膜細胞に応用するために、解析条件の検討を行った。ラマンイメージング解析には自家蛍光の少ない基板上で細胞を培養する必要があるため、ヒト歯根膜細胞を石英ガラス基板上で培養したところ、10日前後で細胞が剥離し分化過程を観察するための長期の培養が困難であった。そこで、基板表面の細胞外基質処理について検討したところ、25ug/mLフィブロネクチン溶液にて前処理することにより、細胞培養を19日間程度まで延長することに成功するとともに、石灰化誘導培地を用いた分化誘導15日目にはアリザリンレッド染色陽性の石灰化ノジュールが観察された。なお、フィブロネクチンコートはラマンスペクトルに大きな影響を及ぼさないことを確認した。一方で、ラマンイメージングと蛍光免疫染色法の組み合わせにより、HA集積とI型コラーゲン分子の局在の関連について解析するために、マウス骨芽細胞を用いて検討を行った。すなわち、マウス骨芽細胞を石灰化誘導培地にて培養し、ラマンイメージングにてHAを観察後、同部位のI型コラーゲンの局在を蛍光免疫染色し、共焦点顕微鏡を用いて観察した。その結果、多くのHAが観察された部位のコラーゲン線維は均等にかつ網目状に分布していたが、HAの少ない部位ではコラーゲン線維が少なく不均一であった。今後、ヒトおよびマウス歯根膜細胞の分化過程について、上記条件をもとに解析を継続する予定である。ヒト歯根膜細胞のラマンイメージング解析を行うための条件が明らかになり、観察を開始する準備が整った。一方で、HAの形成初期における骨組織関連細胞外基質であるタイプIコラーゲンの局在について解析を実施したため、研究実施計画をおおむね遂行したと考えている。本研究課題では、ラマンイメージングを用いて歯根膜細胞の硬組織形成細胞への分化過程を経時的に解析した。平成28年度の研究成果について以下に報告する。我々は前年度までに、ヒト歯根膜細胞の石英ガラス基板上での長期培養にフィブロネクチンコートが有用であること、そして、フィブロネクチンコートがラマン分光測定に大きな影響を及ぼさないことを実証した。今年度は、まず、ラマン分光法によるヒト歯根膜細胞の経時的解析を実現するため、同一細胞を長期的に経時測定可能な実験系の確立を行なった。本研究では、試料細胞を培養したディッシュのX-Y平面おける回転を制御するため自作のポジショニングプレートと、X/Y座標を制御するためにグリッド付ガラスディッシュのグリッドを利用した。本手法による定点観察の精度を調査したところ、誤差1 um未満の精度で定点を観測することが可能であったことから、十分な精度で培養ディッシュを定点にポジショニングが可能であると判断した。次に、同装置を利用し、ラマン分光法によるヒト歯根膜細胞の経時的解析を実施した。ヒト歯根膜細胞に対し、分化誘導前、分化誘導開始後3、6、9、14日にラマン分光測定を行なったところ、シトクロムcやHAなど、帰属を調査中のものを含めれば、合計4種の生体分子の経時測定に成功した。HAは、分化誘導開始後6日以降にそのピーク強度が増加していく一方で、シトクロムcや帰属調査中の2物質のラマンピークの強度は日毎に減少傾向を示した。しかし、その減少は三者三様であり、これらの物質がそれぞれ異なる種類であることが推察された。中でも、帰属調査中のうちの1つのラマン散乱光強度の減少開始時期とHAのラマン散乱光強度の増加開始時期がほぼ一致しており、本物質が石灰化過程の開始前後に深く関与している可能性が示唆された。

フィブロネクチンコートした石英ガラス上にて歯根膜細胞を長期に培養することにより、硬組織形成細胞への分化誘導が可能になったため、同条件にてラマンイメージング解析を行い、経時的なHAの集積を解析するとともに、タイプIコラーゲンの分布を蛍光免疫染色にて明らかにする。Heterogeneousな細胞群であるヒト歯根膜細胞あるいはクローン化した複数のマウス歯根膜細胞株を石灰化誘導培地にて共培養することにより、分化度の異なる細胞集団における分化過程をsingle cellレベルで詳細にイメージング解析する予定である。歯周病学本研究を遂行するにあたり、主に試薬およびプラスチック器具等の消耗品の購入のために研究費を使用し、概ね予定通りの執行を行うことが出来たが、年度末に行った実験の一部が次年度にまたがることになり、若干の次年度使用額が生じることになった研究計画に変更はなく、H28年度に繰り越した研究費を含めて、予定通り研究費を執行し、研究を遂行する。
新しい広帯域かつ狭線幅な赤外分光法

近赤外波長域の光を吸収する分子の、高分解能で広帯域のスペクトル線を短時間に記録する分光方法を開発した。この方法は、「光周波数コム」を直接分光用光源とする今までにない分光法である。この分光法では、高分解能な分光を高速かつ高感度に行うことができる。また、光周波数コムのモード密度を向上させるため、位相変調を用いた逓倍法を開発した。この2つの成果を組み合わせることで、従来よりも高い分解能での光周波数コム直接分光を実施できた。本研究では、近赤外波長域に振動回転遷移を持つ分子の、狭線幅かつ広帯域のスペクトル線を、短時間に記録する分光方法を開発することが目的である。波長1.5マイクロメートル帯域において、光周波数コムを分光の光源として直接使用した飽和吸収レーザー分光を行う。周波数コムは繰り返し周波数が正確に制御された超短パルス発振モードロックレーザーであり、広帯域にわたって等間隔に離れた多数の周波数で同時に発振するレーザーである。即ち、約数10万個のレーザーを同時に発振させていることと同等である。この特徴を狭線幅レーザー分光用の光源として直接利用することが本研究の骨子である。光周波数コムの出力光を分子気体が封入されたセルに透過させ、その後透過光の強度を各周波数成分ごとに測定し、吸収スペクトルを得る。本研究の問題点は、この光強度を各周波数成分ごとに測定する方法にある。当初の予定では、セルを透過した光を回折格子やVIPAと呼ばれる分散素子に入射させ、各周波数モードを空間的に分解し、それを赤外線CMOSカメラで観測する方法を取る予定であった。しかし、この方法には問題点があった。それは、必要としているだけの高分解能を得ることが難しいこと、必要なデバイス(赤外線CMOSカメラ)を購入するだけの研究費が得られなかったことである。そこで、別の連続発振レーザーを準備し、透過光と連続発振レーザーのうなり信号を得ることで、透過光の強度を各周波数成分ごとに測定する方法を考案し、実施した。その結果、波長1650nmにあるメタン分子の吸収スペクトルを測定し、本研究の方法が有効であることを実証できた。本研究を遂行する上で必要な主要な装置を、ほぼすべてそろえることができた。光周波数コム発振器については既に所持していたものを使用した。このほかに重要な装置は、連続発振レーザーである。これには、1650nmで発振する分布帰還型(DFB)レーザーを購入して使用した。DFBレーザーは比較的狭線幅で、かつ、駆動電流で発振周波数を変調できる特徴がある。一方で、使用できる波長範囲が狭い欠点があるが、簡便に使用でき、開発段階では充分に使用できる。平成27年度で、DFBレーザーとその駆動用電源、温度コントローラーを整備した。次に、メタンを封入したガラスセルに光周波数コムからの光を透過させ、透過光をDFBレーザーの光と混合し、高速光検出器に導入した。高速光検出器の出力をスペクトラムアナライザーで測定すると、2種類の信号が検出される。1つは光周波数コムの繰り返し周波数とその整数倍の周波数に現れる信号、もう1つはDFBレーザーと光周波数コムからの光の差の周波数(うなり周波数)に現れる信号である。このうなり周波数の信号は、光周波数コムの各モードの強度に比例しており、もし吸収により強度が減少していれば、うなり周波数の信号も減少する。当初、このメタンの光吸収によるうなり信号の減少を観測できなかった。この原因は、DFBレーザーの発振周波数が少しずつ測定中に変化することである。そこで、DFBレーザーと光周波数コムのうなり周波数を、光位相同期法により安定化した。その結果、メタン分子の吸収スペクトルを本手法によってクリアーに検出することができた。この成果は、本研究の方法が有効であることを実証するとともに、今後狭線幅分光をするための基礎となる成果である。炭素と水素の結合をもつ分子は、近赤外波長域に振動回転遷移を豊富に持っている。これらの分子は、温室効果ガスであるため、その発生源の特定などのために分光学的に検出することが重要である。本研究では、これらの分子のスペクトル線を、狭線幅かつ広帯域で高速に記録する分光法を開発する。具体的には、波長1.55マイクロメートル帯域で発振する光周波数コムを、分光用光源として直接利用し、飽和吸収分光を行う。光周波数コムは繰り返し周波数が正確に制御された長短パルス発振レーザーであり、広い波長帯域にわたって等間隔に多数の周波数で同時に発振するレーザーである。すなわち、約数10万のレーザーが同時に発振しているのと同等のレーザーである。この特徴を狭線幅レーザー分光用光源として直接利用することが、本研究の骨子である。前年度に、連続発振レーザーを使って、光周波数コムの強度を検出する方法を考案し、メタンの吸収スペクトルを記録することに成功した。本年度は、光検出方法を改良し、検出感度を向上させた。昨年度の段階では、検出信号のほとんどは吸収スペクトルと無関係の信号であったため、増幅器で増幅できないなどの問題があった。本年度、バランス検出の方法を用いて、吸収スペクトルと無関係な信号を取り除くことができた。また、本研究の欠点は、「光周波数コムの繰り返し周波数で分解能が制限される」ことである。これを解決するために、強度変調の手法を用いて光周波数コムの繰り返し周波数を実質的に低減することを試みた。この結果、従来の繰り返し周波数を1/8にすることができた。

この結果により、分解能を8倍に向上させることができる。前年度の研究成果で、メタンの吸収スペクトルを検出することができた。本年度は、検出感度を向上させる目的で、バランス検出による不要な信号の除去を行った。従来の光検出方法では、光周波数コムの繰り返し周波数とその整数倍の周波数に、非常に強い信号が存在していた。これは、分光に必要な信号よりも強く、そのため、感度の高い検出を困難にしていた。これを解決するため、バランス検出の手法を用いて、この不要な信号を取り除くことにした。その結果、不要な信号の強度は、ショットノイズレベルにまで低減することができ、実質的に取り除くことができた。また、昨年度は連続発振レーザーとして分布帰還型レーザー(DFBレーザー)を使用していた。このレーザーの周波数は安定しており、非常に使い勝手の良いレーザーであるが、スペクトル線幅が広いという欠点があった。より狭い連続発振レーザーを使用することにより、スペクトル線の検出感度を向上させることができるので、DFBレーザーをよりスペクトル幅が狭い外部共振器型レーザーに置き換える。前年度、連続発振レーザーの発振周波数を安定化することによりメタンの吸収スペクトルを感度よく検出できることが分かったので、現在は外部共振器型レーザーの発振周波数を安定化することを行っている。また、本分光手法の分解能は、光周波数コムの繰り返し周波数で制限されている。このため、繰り返し周波数が低い光周波数コムを使用することが、高分解能分光のためには必須である。この目的のため、強度変調器を購入し、それを使用して繰り返し周波数を低減化した。光周波数コムの光強度をモニターし、その時間変化に同期・分周した信号を強度変調器に印加する。すると、強度変調器より分周された光が出力された。この結果、1/8の繰り返し周波数に低減化された光パルス列を得ることができた。これにより、高分解能分光が可能になると期待できる。本研究では、近赤外波長域に振動回転遷移を持つ分子の、狭線幅かつ広帯域のスペクトル線を短時間に記録する分光方法を開発することが目的である。波長1.6マイクロメートル帯域において、光周波数コムを分光光源として直接使用してこのような分光を行う。光周波数コムは繰り返し周波数が正確に制御された超短パルスモードロックレーザーであり、広い波長帯にわたって等間隔に離れた多数の周波数で同時発振するレーザーである。すなわち、数10万個のわずかに波長が異なるレーザーを同時に発振させ、かつその発振周波数を正確に制御していることと同等である。この特徴をレーザー分光用の光源として直接利用する。光周波数コムの光を、分子気体が封入されたガラスセルに透過させ、透過光強度を各周波数成分ごとに測定し、気体分子の吸収スペクトルを得る。本研究の1年目・2年目では、光周波数コムの各周波数成分を効率よく読み取る手段として、連続発振レーザーと高速光検出器を使用する方法を確立し、それによって本研究の目的が達せられることを示した。最終年度となる3年目(本年度)では、さらに高分解能な分光を目指すために、光周波数コムの各周波数成分の間隔(パルスの繰り返し周波数)を小さくすることを目指した。
３次元非線形音声生成モデルの構築と病的音声の解析

声帯音源の生成機構と声道フィルタの間の物理的な相互作用を考慮した、非線形音声生成モデルの構築と、病理発声において典型的に表れる不規則発声のメカニズム解明を目的として、研究を実施した。その結果、(1)病理発声における左右の声帯振動の非対称性を表す非線形ダイナミックモデルの構築、(2)左右の声帯形状の非対称性に対応した新しい呼気流解析法の開発、(3)不規則な声帯振動を生じる物理相互作用の実測、(4)二つの内視鏡カメラとステレオマッチング法による声帯振動の3次元動態の復元法の構築、(5)声道の3次元音響解析法の高度化とその声道形状との対応関係の解明を研究成果として得た。病理発声における声帯の不規則振動の解析のため、ハイスピードカメラで撮影されたビデオデータよりキモグラム、ならびに高速グロットグラムを作成し、振動様態の可視化を行った。その結果、左右の声帯が同位相、逆位相の振動を繰り返す、一種のモードスイッチング現象が観察された。声帯振動は呼気の流体力をエネルギー源とする自励振動であり、自然に発生する自励振動において、このようなスイッチング現象が生じること自体がきわめて特殊である。この特異的な振動現象を理解するため、非線形振動子の結合系における「2つの周期解のスイッチング現象」を参考に、ダイナミクスの検討を行った。今後は、実際の声帯の物理的機構に即したメカニズム解明を行う予定である。また、発声中の声帯振動の観測法に関して、二つの内視鏡カメラを用いて異なる角度から声帯振動の同時撮影を行い、ステレオマッチング法により声帯の3次元動態の復元を試みた。一名の被験者の通常の発声条件における声帯の3次元ダイナミクスを復元し、上唇下唇の位相差などの動的な特徴を捉えることができることを示した。音声発声時の声道音響解析の高精度化に関しては、音場の時間的な推移を時間領域差分法(FDTD法)により可視化した。平面波及び高次モードを含む音場が概ね数msで定常状態に至り、音源付近の大きな振幅変化が局所的に存在して空間を伝搬しないエバネッセントモードにより表現される様子を示すことができた。また、声道壁を伝わるなどして口唇以外から放射される音声の特徴についても検討を行った。小型マイクロホンを直線アレイ状に配置し、受音した音圧傾度から頸部皮膚近傍の粒子速度を求めた。今後の数値シミュレーションや物理モデル作成のための形状データとして、MRI装置により定常母音および連続母音発話時のMRIデータを収集した。母音発話MRI画像データから半自動的に取得した声道形状の音響特性を、3次元のGPGPU-FDTD法で計算するシミュレータを開発した。本シミュレータは計算しながら即時に計算結果を可視化できるのみならず、インタラクティブに参照点を変更することも可能である。病的発声に代表される声帯の不規則振動に関して、喉頭の声帯音源機構と声道の音響フィルタの相互作用について解明を進めた。発声のピッチが声道のフォルマント周波数に近接した場合、両機構に強い相互作用が生じ、声帯振動が不規則になり、声区の転換が生じる。この特異的な現象を実際の人の発声において観測するため、声道を音響的に駆動し、口唇から放出される応答信号を測定することで、高いピッチにおいても安定にフォルマント周波数を求めた。同時に、声帯振動を電気式喉頭計で測定することで、ピッチとフォルマントの関係を詳細に検討した。その結果、実際の発声においても、地声と裏声の声区転換において、声帯音源と声道フィルタの相互作用が関わっていることが強く示唆された。また、声帯音源の機構に関して、喉頭のステレオ動画計測データから、ステレオマッチング法に基づいて声帯の3次元動態を復元する手法に、適応窓の設定およびストロボスコープの原理を取り入れることによって、性能を大幅に改善した。これにより、裏声および吸気発声では、通常の地声発声よりも声帯の上下動が小さいことを観測することができた。声道の音響特性の解析に関しては、母音/a/発話時の3次元声道形状モデルの声道伝達特性に見られる極や零が、声道形状の微細構造のどのような部位に起因して生じているのかを明らかにした。喉頭腔の狭めが声道伝達特性上に極を生じさせ、約3 kHzよりも高域の振幅を低下させるなど、微細構造が音響特性に大きく影響を与えていることが示された。また、非対称壁インピーダンスを導入した矩形声道モデルの音響特徴を検討した。高次モードの伝搬定数は遮断周波数付近で壁インピーダンスの影響が比較的大きく現れる。体組織として妥当な範囲で壁インピーダンスの値を変化させた場合には、高次モードにより生じる高域のピークは剛壁条件によるピークとほぼ一致することが示された。

病的発声においては、声帯の振動が不規則になる。我々は、そのような不規則な声帯振動が生じる物理メカニズムに興味を持っており、昨年度は、非線形振動子の結合系における「2つの周期解のスイッチング現象」を参考にして、不規則振動の背後に想定されるダイナミクスの検討を行った。今年度は、声帯振動の物理的機構に即したメカニズム解明を行うことを目的として、声帯間を通過する呼気流の振る舞いを2次元的に数値解析する検討を行った。病的発声においては、左右の声帯振動が同期しないため、流路の形状が非対称になる。そのような非対称流路における呼気流解析は、いまだ十分に行われていない。我々は、2次元の境界層解析とポテンシャル流解析のハイブリッド法を開発し、様々な声門形状における流れの様相を明らかにすることに成功した。声道の音響解析について、声道モデルの高度化のために壁インピーダンスを非対称に設定する解析的な手法を提案し、数値計算により妥当性を検討した。これにより例えば、硬口蓋と舌面など壁特性が異なる部位の境界条件をより実態的に表現することが可能となった。また、時間領域差分法による声道内の音響解析において数値計算をGPUで、計算結果の可視化をCPUで行う方法を確立し、声道形状のデータとして使用する磁気共鳴映像法により撮像された断層画像を時間領域差分法で計算できるように自動的に画像処理する方法の検討を行った。歌唱において、より効率の高い発声を実現する方法として、声道の第一フォルマント周波数を声帯の基本周波数にチューニングする技法が知られ、ソプラノ歌手などで確認されているが、テナガザルも同様の方法で効率よく発声していることをヘリウム実験および計算モデルを通して発見した。病的発声に代表される声帯の不規則振動に関して、喉頭の声帯音源機構と声道の音響フィルタの相互作用を解明した。発声ピッチがフォルマント周波数に近接すると、この相互作用によって声帯振動が不規則になり声区が転換する。この特異的な非線形現象を、声道と声帯の同時観測により検討し、地声と裏声の声区転換における相互作用の影響を明らかにした。さらに、発声ピッチの倍音周波数がフォルマント周波数に近接した場合でも、同様の不安定性が生じ得ることを明らかにした。従来の声道フィルタから声帯音源への影響に加えて、声門は声道音響管の境界条件を与えるため、声帯の振動特性が声道音響特性に逆の影響を与える可能性が考えられる。地声と裏声においてフォルマント周波数が変化する知見を得つつあり、今後、より精緻な検討を継続する必要がある。また、ステレオ内視鏡による喉頭動画計測データからステレオマッチング法に基づいて声帯の3次元動態を復元する手法に、適応窓およびストロボスコープの原理を取り入れ、性能を大幅に改善した。声帯レプリカモデルでは、前後・左右に0.2mm程度、上下方向で0.8mm程度の計測誤差がみられた。声帯長や声門面積などの測定には、ステレオ内視鏡は誤差10%以内である。声道音響特性の解析に関しては、喉頭腔を狭めた時の声道内音圧分布より、狭めより先の部分が一つの開端音響管として見え、声道全体の特性として現れることを示した。また、声門音源の境界条件を、声門下部を見込む高次モードを含むアドミタンス行列として電気回路的に表現し、声道の入力インピーダンスと駆動音源境界の相互作用について検討した。
Ⅲ族窒化物半導体中のプラズマ照射誘起欠陥の発生と移動機構の解明

本研究では、III族窒化物半導体中のプラズマ照射誘起欠陥の発生・移動メカニズムの解明を目的として、特に欠陥の荷電状態に着目して研究を行った。プラズマ照射誘起欠陥の導入されたショットキーバリア・ダイオードに対して、熱・光・電圧を個別もしくは同時に印加する実験を行うことで欠陥挙動を明らかにした。その結果、ドーパントを不活性化しているプラズマ照射誘起欠陥の荷電状態変化が、ドーパントの再活性化のみならず欠陥の移動に重要な役割を果たしていることがわかった。III族窒化物半導体中のプラズマ照射誘起欠陥の発生・導入過程を解明することを目的とし,プラズマに用いる希ガスを変化させてプラズマダメージ量の原子量依存性を評価した.使用したガスはHe,Ne,Ar,Krで,ラングミュアプローブによりプラズマパラメータ・条件を計測しながらプラズマ照射実験を行った.GaNおよびAlGaNに対する実験の結果,軽元素の方がより多くのプラズマ照射誘起欠陥が発生・導入されることが明らかになった.プラズマ種と構成元素であるGaおよびNが衝突する場合,ArやKrでは原子量が大きいためNとGaの両方に変位を引き起こす.一方,HeやNeといった軽元素はGaとの原子量差が大きいため,窒素変位を選択的に引き起こすと予想される.実際に,プラズマフラックスと弾性衝突伝達比を考慮した計算により,プラズマダメージ量の原子量依存性の実験結果がよく説明できることを明らかにした.これらの結果から,プラズマ照射誘起欠陥の起源として,窒素変位に関係する窒素空孔,格子間窒素が関与していることが示唆される.n型GaNとp型GaNの両方にプラズマ照射を行って欠陥の電気的特性および挙動を調査した結果,半導体表面に発生・導入された欠陥はドナー型,半導体内部に発生・導入された欠陥は,p型GaN中ではドナー型,n型GaN中ではアクセプター型の挙動を示すことが分かった.導入された欠陥はnegative-U型の欠陥であり,半導体内部でのフェルミ準位との位置関係により挙動が異なるのではないかと考えられる.今年度は,III族窒化物半導体中のプラズマ照射誘起欠陥の導入・移動における光の影響の解明を目的に研究を行った.これまでの研究成果により,バンドギャップエネルギー以上の光(紫外線)は,n型GaN中のプラズマ照射誘起欠陥を結晶表面から内部方向へ移動させる効果があることが分かっているが,バンドギャップエネルギー以下の光についてはその影響は明らかにされていなかった.そこで,プラズマ照射誘起欠陥が導入されたn型GaNショットキーダイオードに対して,熱・光・電圧を個別もしくは同時に印加することで,各パラメータと欠陥の移動との関係を調査した.プラズマ照射誘起欠陥によりドナーが不活性化されている状況を欠陥とドナーとが結びついているものと仮定した場合,ドナーの再活性化にはそれらの解離と欠陥の移動との2過程が必要となる.実験結果より,熱はその両方の過程に関与していること,光(特にバンドギャップエネルギー以下の光)は欠陥の荷電状態を変化させることにより解離に関与していること,電圧は欠陥の変化した荷電状態の維持とその欠陥が移動する方向に関与していることが明らかになった.特に重要な点は,欠陥の荷電状態にかかわる電圧の効果,すなわち欠陥準位とフェルミ準位との位置関係である.n型GaN中の欠陥準位は通常フェルミ準位よりも下に位置するが,逆方向電圧を印加することで欠陥準位がフェルミ準位よりも上に位置することができ,荷電状態を変化させることができる.それにより欠陥とドナーとの解離と欠陥の移動が起こると考えられる.一方,p型GaNの場合には,欠陥準位は電圧印加のあるなしにかかわらず,常にフェルミ準位よりも上にあることから,荷電状態は変化しないことも分かった.平成27年度は,プラズマ照射誘起欠陥の導入・移動における光の影響の解明を計画していた.欠陥移動に関しての光(バンドギャップエネルギー以下の光)については,当初の計画以上に検証ができた.光容量分光法測定の温度依存性から,プラズマ照射誘起欠陥は格子と強く結合しており,従来GaAsで確認されているEL2などの欠陥と同様の特徴があることが明らかにできた.このため,おおむね順調と判断した.最終年度は,GaN中のプラズマ照射誘起欠陥の導入・拡散・消滅過程を,欠陥の荷電状態および光照射の影響の有無を変えて解析するために,欠陥導入後にショットキーバリア・ダイオードを作製し,バイアス電圧により欠陥の荷電状態を制御してアニール実験を行った.また,これまで得られた研究結果に基づき,欠陥の導入・移動・消滅過程をモデル化し,シミュレーションによりプラズマ照射誘起欠陥の挙動を解析した.プラズマ照射誘起欠陥の起源には構成元素である窒素の変位が関与しており,窒素空孔または格子間原子位置の窒素を候補として検証してきた.n型GaNショットキーバリア・ダイオードの逆バイアスアニール実験より,正の荷電状態の欠陥が表面に集まり蓄積されることでダイオード特性が劣化すること,紫外線照射実験より,表面付近に形成された正の荷電状態の欠陥が減少することでダイオード特性が改善することがわかっており,表面付近の欠陥は窒素空孔であると考えられる.また,結晶内部のドナーを不活性化させる欠陥についても,n型およびp型GaN中の欠陥分布,バイアスアニール実験結果,シミュレーション結果より,表面と同じ窒素空孔が起源と考えられ,フェルミ準位との位置関係により荷電状態が変化することでn型とp型中での振る舞いが異なっていることを示した.

半導体デバイスの作製プロセスで多く利用される酸素プラズマアッシングについても,GaNに対しては容易に多くのプラズマ照射誘起欠陥が導入されてしまうことが分かり, GaNのプラズマプロセスにおいて,プラズマ照射誘起欠陥導入を減少させるためには,N原子の変位を選択的に引き起こす軽元素ガスの使用を避け,Ga原子とN原子の両方の変位を同等もしくはGa原子の変位を選択的に引き起こす元素を用いたガスの使用をすることが重要であるといえる.本研究では、III族窒化物半導体中のプラズマ照射誘起欠陥の発生・移動メカニズムの解明を目的として、特に欠陥の荷電状態に着目して研究を行った。プラズマ照射誘起欠陥の導入されたショットキーバリア・ダイオードに対して、熱・光・電圧を個別もしくは同時に印加する実験を行うことで欠陥挙動を明らかにした。その結果、ドーパントを不活性化しているプラズマ照射誘起欠陥の荷電状態変化が、ドーパントの再活性化のみならず欠陥の移動に重要な役割を果たしていることがわかった。平成26年度は,プラズマ照射誘起欠陥の発生・導入メカニズム解明を目的に,物理衝突効果およびプラズマ発光の影響を調査することを計画していた.物理衝突効果については計画通り順調に研究が進んでいる.一方,プラズマ発光の影響については,発光スペクトルの測定・評価を行い,プラズマ条件による発光の比較は行えているが,プラズマ照射中に光を遮ることができていないことから,当初計画していた光の有無についての検証ができていない.このため,おおむね順調と判断した.今後については,申請書に記載した当初の研究実施計画(平成28年度計画)に従い研究を推進する.半導体結晶工学今後については,申請書に記載した当初の研究実施計画(平成27年度,28年度計画)に従い研究を推進する.計画にあわせて適切に使用したが当初見積額と実際の購入額にわずかな差があったため.少額であるため,無理に今年度で使用する必要はないと考えた.平成26年度導入したラングミュアプローブの価格が見積時より10万円程度高額になり,購入予定であった約30万円の半導体基板を購入する予算が足りなくなってしまった.平成26年度に必要な実験消耗品の購入以外は無理に使用せず,次年度の基板購入に充当するために残した.平成28年度予算とあわせて,計画通り実験消耗品の購入にあてる.平成27年度予算と前年度未使用額を合わせ,高額な実験消耗品の購入にあてる.
GaN/A1N量子構造による光通信域・超高速光検出素子の探索的研究

本研究では、GaN/AlN量子構造で発現される1.55μm波長域量子準位間遷移(ISBT)を利用した超高速光検出器の可能性の検証を目標とした。我々は1996年に、世界に先駆けてGaNナノコラムと呼ばれる貫通転位の無い柱状GaN結晶の成長を報告しており、ここでは導電性を有するSi基板上GaNナノコラム中にGaN/AlN多重量子構造を内在したISBT光検出器構造の試作と動作検証を試みた。ナノコラム結晶は貫通転位を含まない高品質結晶であることから、リーク電流が少なく、刃状転位に起因する偏波依存吸収の無い、高性能ISBT検出器の実現が期待される。分子線エピタキシー法を用いて(111)Si基板上にGaNドット、n-GaNナノコラム、GaN/AlN多重量子井戸、n-GaNナノコラムの順に結晶成長を行った。断面SEM観察により、互いに独立した柱状結晶の形成が確認された。X線回折測定からは周期構造に起因するサテライトピークが観測され、良好な周期性を有するGaN/AlN量子構造の形成が確認された。室温フォトルミネッセンス測定ではピエゾ電界による量子閉じ込めシュタルク効果に起因する発光波長の長波長が観測された。これらの結果から、GaN/AlN多重量子ディスクを内在する設計どおりのナノコラム結晶の成長が確認された。GaN(1.1nm)/AlN(5.6nm)多重量子ディスクを有するナノコラムウェハの表面に直径500μmのTi/Al円電極を形成した。Si基板と表面電極間に電圧を印加しながら、表面電極側から波長1.47mm半導体レーザ(出力5120mW)を斜め方向から照射して光検出特性を評価したところ、ISBT特有のp偏波に対する光電流の検出が確認された。これは、世界で初めてのGaNナノコラムISBT光検出器の室温動作であり、本研究によってナノコラムISBTという新しい超高速光検出器の可能性が示された。
Ti系酸化膜を用いた抵抗変化型メモリの化学結合状態と抵抗変化現象の相関の解明

TiO_2を用いたMIMキャパシタにおいて、ノンポーラ型の抵抗変化スイッチング動作を確認し、電圧印加による抵抗変化後、放射光を用いた光電子分光分析からPt/TiO_2界面での酸化・還元反応が抵抗変化動作に重要であることを明らかにした。また、TiO_2への元素添加が化学結合状態やエネルギーバンド構造に与える影響を評価し、TiO_2中へのY添加により動作電圧のばらつき改善など安定した抵抗変化動作を実現した。本年度は、Ti系酸化物を有する抵抗変化型メモリ(ReRAM)の動作原理を解明するために、電気抵抗変化に寄与すると考えられているTiO_2/Pt界面の酸化・還元反応をX線光電子分光法により評価し、さらに界面の化学結合状態が抵抗変化動作に与える影響を調べた(研究成果1)。また、TiO_2へのY_2O_3混合による抵抗変化特性の安定化を試みた(研究成果2)。(研究成果1)MOCVDによりPt膜上へのTiO_2堆積した後、リモートO_2プラズマ処理によりグロー放電分解した活性な原子状酸素によりTiO_2/Pt界面にPtO_xが形成されることを明らかにした。1000°Cまでの酸素雰囲気中熱処理では、Rto_xの形成は認められなかった。400°C以上のN_2雰囲気熱処理により、このPtO_xは還元され、TiO_2膜中への顕著なPt原子の拡散を伴わないO脱離の進行が観測された。上部電極にAuを形成したMIMキャパシタにおいて、PtO_x形成に関わらず、Au電極へ正バイアスを印加することにより低抵抗状態と高抵抗状態の電流密度を繰り返す抵抗変化動作を確認した。界面にPto_xを形成することで、低抵抗状態の電流密度が増大し、伝導パスの形成を促進することが分かった。TiO_2/Pt上に極薄Pt電極を形成し、大型放射光施設SPring-8により、抵抗変化前後で上部電極越しに化学結合状態を評価した結果、低抵抗状態では上部Pt電極/TiO_2界面にPtO_xの形成を実測した。(研究成果2)Pt上に深さ方向に均一な組成のTiY_xO_y膜をMOCVDにより形成した。分光エリプソメトリによるエネルギーバンドギャップ(Eg)の評価とXPSによる価電子帯分析から、Y/(Ti+Y)組成が33%の領域では、TiYーxO_y/Pt界面の伝導帯側の障壁高さはY組成に依らず1.3eVで一定であり、価電子帯側の障壁高さはY組成の増大と伴にわずかに増大(0.3eV)すること明らかにした。Au上部電極を形成したMIMキャパシタにおいて、Y_2O_3を混合することで、抵抗が変化する電圧のばらつきが減少し安定になることが分かった。しかしながら、TiO_2では10^4であった高抵抗状態と低抵抗状態で抵抗比が、Y/(Ti+Y)組成33%では、抵抗比が10^2まで減少することが分かった。'前年度までに、Y/(Ti+Y)組成の異なるTiY_xO_y膜を用いたAu/TiY_xO_y/Ptキャパシタにおいて、Au電極への正電圧印加による抵抗変化I-V性より、TiO_2へのY_2O_3混合は動作電圧(V_<SET>およびV_<RESET>)のばらつき改善に有効で明らかにした。平成22年度では、当初計画通り、TiO_2膜への元素導入による更なる抵抗変化動作の安定化および素子の低抵抗化を目的とし、単体および酸化物が共に金属であり、熱処理により酸化・還元反応が容易に生じるRuをTiY_xO_y膜に熱拡散させ、Ru添加が抵抗変化特性に与える影響を評価した。Pt下部電極上に、Ru(dipivaloymethanato:DPM)_4を用いたMOCVD(O_2分圧:10Pa,基板温度:250°C)によりRu薄膜を形成した。Ru形成と同様に、Ti(DPM)_4およびY(DPM)_3を用いたMOCVD(基板温度:450°C)により、極薄Ru/PtもしくはPt上に10nmのTiY_xO_y膜(Y/(Ti+Y)組成:20%)を形成した。その後、膜緻密化およびTiY_xO_y膜中へRuを熱拡散させるために、1%O_2雰囲気中500°Cで熱処理を行った。熱処理前後でXPSにより評価した結果、TiY_xO_y堆積後に存在したRu-Ru成分はO_2熱処理により消失し、Ru-O成分が支配的となり、O_2熱処理後にTiY_xO_y膜中にRuO_xが1%程度混入していることが分かった。熱蒸着によりAu上部電極を堆積し、正電圧を印加による抵抗変化動作を調べた。Ru添加に関わらず200回以上の抵抗変化スイッチング動作を確認し、TiY_xO_yにRuを添加することで、ON抵抗は半減した。

しかし、1%Ru添加においても高抵抗状態の低抵抗化に伴ってON/OFF比の顕著な劣化が観測された。V_<RESET>のばらつきは、顕著な差は認められないが、V_<SET>ばらつきについては、Ru添加した試料で標準偏差値が0.194V、無添加試料の値(0.323V)よりも顕著に小さく、低減していることが分かった。Ru添加によって、TiO_2ネットワーク中に酸素空孔が生成し易くなっている可能性が考えられる。
家庭用個別分散型電熱源によるエネルギー自立型サステイナブル住宅の研究

本研究では、家庭用分散型電熱源の一つとして開発が進められる固体高分子形燃料電池CGS(PEFC-CGS)の導入効果を試算する数値シミュレーションプログラムを作成し、その導入効果の検討を行った。数値シミュレーションの構築に当たっては、福岡市アイランドシティに建設したエネルギー自立型サステイナブル住宅に試作機を設置し、その試験運転結果から部分負荷効率、起動停止時エネルギー消費量、貯湯槽からの熱損失等の機器特性を明らかにし、その結果を基にエネルギー消費量を算出する数値シミュレーションプログラムの構築を行った。このプログラムを用い、戸建て住宅における最適運転手法と導入効果、地域別の導入効果、複数世帯で共有した場合の導入効果、デシカント換気システム等と併用した際の導入効果について検討を行った。PEFC-CGSの最適運転方法の検討では、予め最適となる起動停止時刻を設定してPEFC-CGSを運用する『DSS(Daily Start & Stop)運転』が最適であることが明らかになった。一般的な世帯(4人家族共働き)で、DSS電力負荷追従運転(逆潮流無し)を採用した場合、従来システムと比較して、1次エネルギー消費量を年間約11%、CO_2排出量を年間約16%削減できることが分かった。逆潮流を考慮し、定格出力でPEFC-CGSを運用した場合は、削減率は更に12%高くなる。地域別で比較した場合、給湯負荷の大きくなる高緯度地域ほど削減率が高くなる。また、出力1kWのPEFC-CGSは2世帯から3世帯で共有すると導入効果はさらに高まり、6%程度の導入効果向上が見られた。分散型電熱源にはこれ以外にもガスエンジンCGSや太陽電池、太陽熱など種々存在し、その組み合わせも無数に存在する。今後は家族構成や自然環境、ライフスタイルやライフステージに合わせて最適な組み合わせを導き出せるよう改良を続ける予定である。平成16年度の課題として挙げた、家庭用個別分散型電熱源に対する性能予測評価法の確立に関しては、これまでに構築した分散型電熱源のシミュレーションプログラムに加え、固体高分子形燃料電池コージェネレーションシステム(PEFC-CGS)のシミュレーションプログラムを構築し、戸建住宅における導入効果を検討した。PEFC-CGSは、都市ガスの改質によって精製した水素を原料として、PEFCユニットで電力負荷発生時に発電を行い、発電時の排熱回収によって昇温した温水を貯湯構に貯蓄し、給湯負荷発生時に使用するというシステムである。プログラムではPEFC-CGS実機を参照し、定格発電効率1kW、定格発電効率31.8%、定格排熱利用効率51.5%を基本性能として設定した。また、実機を用いた運転試験の結果から、起動時のガス改質に使用されるエネルギー消費量、および貯湯槽からの熱損失を考慮したプログラムとした。エネルギー自立型サステイナブル住宅の設計及び評価指針の作成に関しては、構築したプログラムを用いて、福岡における一般的な戸建住宅(平面プラン:日本建築学会標準住宅モデル、家族人数:4人)における電力、給湯負荷データを入力として導入効果の検討を行った。通常の電気・ガス併用住宅の、電力負荷を系統からの買電、給湯負荷をガスボイラーによって賄うというシステム(以下、従来システム)と比較して、1次エネルギー消費量で年間約10%、CO_2排出量で年間約5%の削減効果がみられた。また、PEFC-CGS導入時のガス料金プランに既存のCGS対応プランを用いた場合、従来システムと比較して年間約5万円の光熱費が削減される結果となり、PEFC-CGSの販売価格を目標額の50万円と仮定した場合、一般的なガス給湯器の販売価格30万円との差額20万円を、およそ4年で回収できるという結論が得られた。

また、平成17年2月には福岡市アイランドシティに建設されたエネルギー自立型サステイナブル住宅の室内温熱・空気環境を計測する機器を設置し、計測を開始している。福岡市アイランドシティに建設されたエネルギー自立型サステイナブル住宅に、固体高分子形燃料電池コージェネレーションシステム(PEFC-CGS)試作機を設置し運転性能試験を行った。実測結果から、PEFC-CGSの部分負荷効率、起動停止時エネルギー消費量、貯湯槽からの熱損失等の機器特性を明らかにし、これらの試験結果を基に、PEFC-CGS導入時のエネルギー消費量を算出する数値シミュレーションプログラムの構築を行った。シミュレーションでは、住宅における1分間隔の電力、給湯負荷データを入力し、PEFC-CGS導入時の電力消費量、発電電力量、ガス消費量等を算出する。最終的には検討期間の消費量積算値から、1次エネルギー消費量、CO_2排出量、光熱費を算出し、PEFC-CGS導入による省エネルギー効果、費用対効果を導くモデルを採用した。構築したプログラムを用いて、PEFC-CGSの最適な運転方法を検討したところ、予め最適となる起動停止時刻を設定してPEFC-CGSを運用するという『DSS(Daily Start & Stop)運転』が最適であることが明らかになった。日本の一般的な住戸にPEFC-CGSを導入し、DSS電力負荷追従運転で運用した場合、従来システムと比較して、1次エネルギー消費量を年間約11%、CO_2排出量を年間約16%削減できる。また、逆潮流を考慮し定格出力でPEFC-CGSを運用した場合には、削減率は更に12%高くなる。地域別で比較した場合、給湯負荷が大きくなる高緯度地域ほど削減率が高くなる。また、コスト削減効果を試算すると、CGSに対応したガス料金プランが設定されている全ての地域(北海道、仙台、東京、大阪、広島、福岡)において、PEFC-CGSの目標販売価格(50万円)とガス給湯器の価格(30万円)との差額20万円を目標耐用年数10年内で回収することが可能となった。さらに、燃料電池の排熱を有効利用する組み合わせとして、床暖房システムとデシカント換気システムとのコンビネーションシステムの有効性についても検討し、その効果を確認した。また、エネルギー自立型サステイナブル住宅では室内温熱・空気環境を計測し、良好な環境であることも確認した。
酵母RAS2蛋白質の活性調節機構

1.酵母RAS蛋白機能の調節に係わる新しい遺伝子の性格づけ我々は、酵母RAS2の不活化に係わると考えられる遺伝子IRA1を同定した。ira1変異体は、RAS2を不活化できず、活性型RAS2が細胞内に蓄積し、cAMP濃度が上昇するために、熱ショックに対して感受性となる。ira1変異株の熱ショック感受性を相補する遺伝子を分離したところ、二種の新遺伝子が得られた。(1)IRA2:IRA1と高い相同性を示した。ira2破壊株は、ira1破壊株と同様の表現型を示した。遺伝学的解析結果は、IRA1とIRA2は協調して、RAS蛋白の不活化を促進していることを示唆している。(2)MSI1:IRA遺伝子と異なり、MSI1は、コピー数が高い条件で、活性型RAS、RAS2^<valー19>、変異をも抑圧する。トランスデューシンbetaと弱い相同性を示す。msi1破壊株は生育可能なので、必須遺伝子ではない。IRA1蛋白の一部は、哺乳動物由来のras GTPase Activating Protein(GAP)活性ドメインと相同性を示した(既報)。IRA2遺伝子の各種欠失変異を造成し、強制的に酵母内で発現させて、ira1の相補活性を指標に、IRA2の活性ドメインを限定したところ、その中にGAP相同領域が含まれていた。GAPを酵母内で発現させると、ira1変異を相補した。この結果は、GAPが機能的にもIRA1と似ていることを示している。3.RAS蛋白のGTP型ーGDP型変換反応の調節IRA1、ira2、ira1・ira2および野生型中でRAS2あるいはRAS1を多量発現させ、さらに^<32>Pでラベルする。このような細胞からRAS蛋白を特異抗体を用いて沈降させ、RAS蛋白に結合しているグアニンヌクレオチドをPEIーセルローズTLCで分離した。予想通り、Ira^-株では、RAS・GTP型の割合が顕著に増加していた。
小型飛行時間型質量分析計による高エネルギー衝突解離を用いた生体分子の構造解析

リン脂質やリン酸化ペプチド,糖鎖,糖ペプチド等の構造解析を行った.特筆すべき成果として,いずれの試料においても,高エネルギーCIDにおいては詳細な構造解析には必須の情報が提供されることがわかった.また少ない試料消費量で,磁場方質量分析計と同等の構造情報が得られることは,今後新規生理活性物質の構造解析において強力な武器となることが期待できる.リン脂質やリン酸化ペプチド,糖鎖,糖ペプチド等の構造解析を行った.特筆すべき成果として,いずれの試料においても,高エネルギーCIDにおいては詳細な構造解析には必須の情報が提供されることがわかった.また少ない試料消費量で,磁場方質量分析計と同等の構造情報が得られることは,今後新規生理活性物質の構造解析において強力な武器となることが期待できる.本年度は小型タンデム飛行時間型質量分析計が次年度稼働する予定であるため,既存の実験機を用いて,リン脂質やリン酸化ペプチド等の構造解析及び定量性の議論が可能か否かを検討した.現在稼働中の実験機は正イオン検出のみであるため,今年度の検討項目も当初計画していた通り正イオンで主に行った.今年度の進展としては特にリン脂質の構造,特に脂肪酸の構造が,高エネルギー衝突誘起解離で得られるプロダクトイオンスペクトルより完全に決定できることを見いだしたことにある.実験を進めた結果,リン脂質の脂肪酸の構造を反映するシグナルは非常に特徴的なパターンを示すことがわかった.この特徴的なパターンは様々なリン脂質標準品を用いて確認しており,どの脂肪酸の場合も同様なパターンを示すことがわかった.標準品で得られた結果をコイ樟体細胞より抽出したリン脂質混合物での解析に適用した.その結果,これまで報告のされていない脂肪酸の構造も解析することが可能となった.現在,本研究で確立した解析手法について論文を執筆中であり,今後はこのような脂質が生体内でどのような役割を果たしているのか検討をして行きたいと思う.リン脂質については,コイの棹体細胞よりロドプシンを抽出し,その抽出物に対し光刺激を与えたときのリン酸化部位とリン酸化度合いの検討を行っているところである.リン酸化部位の特定は既に高エネルギー衝突誘起解離を用いた手法で確認を行っている.現在は主にリン酸化が光刺激を受けてからどのように変化して行くか定量を行う為に,試料前処理条件について検討を行っているところである.次年度は報告者が現在開発している装置が稼働する予定であるため,今年度と来年度半ばまでに得られる知見を測定に反映して行きたいと考えている.本年度は高エネルギー衝突誘起解離法(HE-CID)を糖鎖分析に応用した.試料は血液中に含まれるIgGよ」り生成したN型糖ペプチドを用いた.糖ペプチドの質量は,26003000程度である.これらの糖ペプチドをイオンゲートでモノアイソトピックピークを選択することを試みたところ,十分な強度を保ったまま単一ピークを選択することが可能であった.さらに,選択したイオンをヘリウムガスとの衝突により解離させ,解離生成物の質量スペクトルを得ることが可能であった.得られたスペクトルを解析した結果,高エネルギー衝突誘起解離法では低エネルギー衝突誘起解離法(LE-CID)とは全く異なる解離パターンを示すことがわかった.具体的にはLE-CIDでは一般に糖鎖のグリコシド結合で解離することとフコースが存在した場合にフコースが脱離しやすいことが知られているが,本研究で行ったHE-CIDでは主に糖鎖のクロスリング解裂が主に観測されることがわかった.さらにフコースの脱離も観測されなかった.特にクロスリング解裂が観測されたことは,糖鎖の構造解析で問題になっている結合様式の決定が可能になることを示唆している.以上よりHE-CID法による糖ペプチド解析への有効性が示されたと考えている.さらにこの結果を発展させ,HE-CIDを用いた3糖体における修飾基(リン酸基)の結合位置決定を試みた.その試料では2つの予想される構造が提案されていた.その構造情報を元に,予想される解離様式を考えたところ,クロスリング結合による解離生成物が確認されれば構造決定可能だと考えた.したがって,既存の質量分析装置は一般的にLE-CIDであるため,既存装置では決定不可能ということになる.実際にHE-CIDによりスペクトルを取得したところ,予想したシグナルが得られ構造決定することが可能であった.