hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心肺停止患者の心電図波形解析に基づく除細動適用成否予測システムの構築

本研究課題の目的は,これまでに申請者らが進めてきた心電図波形の高精度識別システム構築・検証(基盤研究(C),22560402,25420443)で得られた成果や知見をもとに,心肺停止患者の状態に応じて遷移する心電図波形と電気的除細動適用後の自己心拍再開や心室細動再発などの関連性を解析・検討し,その評価方法を確立すること,すなわち心肺停止患者の心電図波形解析に基づく除細動適用成否予測システムを構築することである.本研究課題で提案するシステムが実用化出来れば,心肺停止患者の蘇生率向上に貢献することが可能である.平成30年度は,前年度に引き続き,主として自己心拍再開例,非再開例(心静止等),及び心室細動再発例の集積とその関連性を明らかにすることを目的として作業を実施した.また,平成29年度に研究分担者の所属する杏林大学病院高度救命救急センターに設置されている心電図波形データ収集システムを見直して改修を行ったが,動作が安定せず,メーカとともに不具合対応を行った.改修については,心電図波形を記録するレコーダ部分を中心に行ったが,他の部分についても経年劣化している部分など,改修が必要になっている部分もあり,継続して改修の検討を進めていく予定である.これまでに集積されている心電図波形データを含め,種々の心電図波形データをウェーブレット解析し,自己心拍再開例や非再開例(心静止等)などの心電図波形データの特徴を検討した.さらに,心電図波形の状態の遷移と患者(生体)の状態との関連性,を明らかにするために,自己心拍再開時の心電図波形において,どのような特徴がみられるのかについて検討を進めている.さらに,本研究課題の副産物的な成果として,正常洞調律を構成するQRS波形のR-R間隔の推定が,従来の手法より,はるかに容易に行える可能性があり,R-R間隔の推定についても新しい手法を提案した.平成30年度の主な目的は,平成29年度に改修した心電図波形データ収集システムにより,自己心拍再開例,非再開例(心静止等),及び心室細動再発例の記録・集積をより効率的に行うとともに,AHAデータベース,MIT-BIHデータベースをはじめとする各種データベースに記録されている心電図波形データや心電図波形データ収集システムによってこれまでに記録・集積された心電図波形データを解析し,自己心拍再開例や非再開例(心静止等)などの心電図波形データの特徴を検討することである.心電図波形データ収集システムの改修については,システムの老朽化が激しく,継続して改修の検討を進めているが,大幅な改修を行う予算はないため,平成30年度にメーカと協議を重ね,心電図波形データの収集の記録・収集を行った.さらに,心電図波形の特徴解析においては,心電図波形の状態の遷移と患者(生体)の状態との関連性,すなわち心電図波形の状態がどのように遷移している場合に除細動が効果的なのか,あるいは心室細動が再発してしまうのかといったことを検討しているところであり,平成31年度も継続して行う予定である.また,従来の高精度識別システムについてもその識別精度の検証を行うとともに,より高精度,かつ高速に識別が可能となるように検証を行った.加えて,正常洞調律を構成するQRS波形のR-R間隔を推定する手法について,従来から提案されている手法に比べ,はるかに容易,かつ高精度で推定が出来るアルゴリズムを提案した.以上のような理由からおおむね順調に進展している状況にある.平成31年度は,本研究課題の最終年度にあたり,心電図波形データ収集システムによって記録・集積される心電図波形データ,ならびにAHAデータベース,MIT-BIHデータベースをはじめとする各種データベースに記録されている心電図波形データを解析し,自己心拍再開例や非再開例(心静止等)などの心電図波形データの特徴を検討し,電気的除細動の効果を予測できるシステムを構築することが主な目的である.そのため,まずこれらの心電図波形データの解析を行うとともに,自己心拍再開例など,心電図波形の分類・整理作業を継続して実施する.具体的には,記録・集積されるデータを自己心拍再開,心室細動再発などの症例毎にラベル付けして分類するとともに,各心電図波形の特徴量を整理し,特徴量に基づいて電気的除細動の効果を予測出来るシステムを構築する.本研究課題の目的を達成するために重要な心電図波形の特徴解析においては,心電図波形の状態の遷移と患者(生体)の状態との関連性,すなわち心電図波形の状態がどのように遷移している場合に除細動が効果的なのか,あるいは心室細動が再発してしまうのかといったことを研究代表者,研究分担者,ならびに研究協力者が密に情報共有しながら検討を進める予定である.また,本研究課題の副産物的な成果として得られているQRS波形群(正常洞調律)におけるR-R間隔の推定アルゴリズムについても検証を進め,より高精度で推定が出来るように改良を行う予定である.さらに,申請者らがこれまでに開発してきた心肺停止患者に対する心電図波形の高精度識別システムの精度の検証を継続して行うとともに,より高精度,かつ高速に識別が可能となるようにカスタマイズを行う.以上の成果をまとめ,学術論文,国際会議論文として成果を発表する予定である.

本研究課題の目的は,申請者らが進めてきた心電図波形の高精度識別システム構築・検証(基盤研究(C),22560402,25420443)で得られた知見をもとに,心肺停止患者の心電図波形の状態遷移と電気的除細動適用後の自己心拍再開や心室細動再発などの関連性についてより詳細に解析・検討し,その評価方法を確立すること,すなわち心肺停止患者の心電図波形解析に基づく除細動適用成否予測システムを構築することであり,もって心肺停止患者の蘇生率向上に寄与することである.平成29年度は,主として自己心拍再開例,非再開例(心静止等),及び心室細動再発例の集積とその関連性を明らかにすることを目的としており,研究分担者の所属する杏林大学病院高度救命救急センターに設置されている心電図波形データ収集システムを見直して改修を行った.改修については,心電図波形を記録するレコーダ部分を中心に行っているが,他の部分についても改修が必要になっている部分もあり,継続して改修を進めている.また,これまでに集積されている心電図波形データを含め,種々の心電図波形データをウェーブレット解析し,自己心拍再開例や非再開例(心静止等)などの心電図波形データの特徴を検討した.さらに,心電図波形の状態の遷移と患者(生体)の状態との関連性,すなわち心電図波形の状態がどのように遷移している場合に除細動が効果的なのか,あるいは心室細動が再発してしまうのかといったことを明らかにするために,自己心拍再開時の心電図波形において,どのような特徴がみられるのかについて検討した.さらに,本研究課題の副産物的な成果として,正常洞調律を構成するQRS波形のR-R間隔の推定が,従来の手法より,はるかに容易に行える可能性があり,検討を進めているところである.平成29年度の主な目的は,研究分担者の所属する杏林大学病院高度救命救急センターに設置されている心電図波形データ収集システムを見直して改修を行うことによって,自己心拍再開例,非再開例(心静止等),及び心室細動再発例の記録・集積をより効率的に行うことが出来るような環境を整備することにある.また,AHAデータベース,MIT-BIHデータベースをはじめとする各種データベースに記録されている心電図波形データや心電図波形データ収集システムによってこれまでに記録・集積された心電図波形データを解析し,自己心拍再開例や非再開例(心静止等)などの心電図波形データの特徴を検討することである.心電図波形データ収集システムの改修については,心電図波形を記録するレコーダ部分を中心に行ったが,システムの老朽化が激しく,他の部分にも不具合が出ており,次年度にも継続して改修を進める必要がある.ただし,大幅な改修を行う予算はないため,平成30年度の出来るだけ早い段階で心電図波形データの収集が効率的に行えるよう,必要最低限の改修を完了させる予定にしている.
マラリア原虫の寄生コミットメントを決定する分子機構の解明

30年度は以下の研究を実施した。表現型解析系の開発:寄生に必須なP36pまたはP41と通過に必須なSPECT2のダブルノックアウト原虫(P36p-SPECT2-dKO, P41-SPECT2-dKO)を用いて、表現型の解析系を確立した。これにより、目的の遺伝子とSPECT2のダブルノックアウト原虫をHepG2-mCHerryに感染させて蛍光顕微鏡で観察することで、"寄生"に必須な遺伝子をスクリーニングすることが可能になった。転写因子AP2-Sp2の解析:本年は、近年の研究でスポロゾイト期の新たな転写因子として報告されたAP2-Sp2について発現時期と標的遺伝子を明らかにした。AP2-Sp2は中腸におけるスポロゾイト形成期に発現し、その標的遺伝子にはスポロゾイトの形態形成に必要な骨格蛋白やスポロゾイトのオルガネラを構成する蛋白質が、ほぼすべて含まれていた。以上の結果から、AP2-Sp2はスポロゾイトの構造蛋白質の発現量をスポロゾイト形成期に増加させるために必要な転写因子であると考えられた。中腸スポロゾイトおよび唾液腺スポロゾイトの遺伝子発現比較解析:スポロゾイトは蚊の中腸から唾液腺に移動して初めて、肝細胞への感染能を獲得することが知られている。そこで中腸スポロゾイトと唾液腺スポロゾイトそれぞれからRNAを抽出して、次世代シークエンサーを用いて発現解析を行った。その結果、中腸で発現量の多い遺伝子としてIMCなど構造蛋白群やRONなどスポロゾイトのオルガネラ蛋白質が同定された。一方、唾液腺で発現量の多い遺伝子には既知の唾液腺スポロゾイトで発現の増加する遺伝子(UIS)が含まれていた他、種々のシグナル伝達系に関わる遺伝子が同定された。表現型解析系の開発は今後に行う目的遺伝子の機能解析に必須であり、この課題を初年度中に完了できたことは期待通りの進展といえる。また、転写因子AP2-Sp2の標的遺伝子の同定は世界で初めての成果であり、さらに中腸スポロゾイトおよび唾液腺スポロゾイトの遺伝子発現比較解析はこれまで技術的に困難であった研究課題を克服した成果である。これらの研究結果から、"寄生"コミットメントを制御する分子をより正確に予測することが可能になるため、本研究の目的に向けて順調に前進できていると考える。これまでに得たスポロゾイト期特異的な転写因子の標的遺伝子と中腸スポロゾイトおよび唾液腺スポロゾイトの遺伝子発現比較解析の結果から、"寄生"コミットメントの制御を担う分子を予測し、CRISPR/Cas9システムによりSPECT2とのダブルノックアウト(dKO)原虫をハイスループットに作成する。作成したdKO原虫をmCherry発現肝細胞に感染させ、"寄生"が起こらなくなる分子を同定しする。得られた遺伝子情報を統合することで、6-cysタンパク質に始まる一連のシグナル伝達系を明らかにする予定である。これまでに得たスポロゾイト期

特異的な転写因子の標的遺伝子と中腸スポロゾイトおよび唾液腺スポロゾイトの遺伝子発現比較解析の結果から、"寄生"コミットメントの制御を担う分子を予測し、CRISPR/Cas9システムによりSPECT2とのダブルノックアウト(dKO)原虫をハイスループットに作成する。作成したdKO原虫をmCherry発現肝細胞に感染させ、"寄生"が起こらなくなる分子を同定しする。得られた遺伝子情報を統合することで、6-cysタンパク質に始まる一連のシグナル伝達系を明らかにする予定である。
会計システムと農業技術データを統合した新な経営計画システムの設計・開発

農家において,簡易に複式簿記の記帳ができ,同時に記帳されたデータを利用した,経営分析や経営資源の管理を行うことのできる会計システムを開発した。システムは利用者の適用試験を通じて改良し,実情に即した使いやすいものへと改良を重ねている。このシステムの最大の特徴は,ランタイムを利用せずまたファイルサイズを小さくすることで,USBフラッシュメモリなどの保存媒体にシステムおよびデータともに保存して持ち運びできるようになっている点であり,これは経営指導を受ける場合や研修会に参加する場合において便利な仕様になっている。さらに上述の,会計システムと農業技術体系DB(FSDB)とを統合し,農家レベルにおいても簡易に利用することのできる,経営分析・計画システムの開発を行った。利用者はWebページを通して必要な技術体系データをダウンロードし,簿記システムのデータとすり合わせを行う。その後,システムは自動的に計画キャッシュフロー計算書を作成表示する。また,必要な経営資源の一覧も表示する。これにより,記帳が困難であった経営資源のデータを補完して,財務データのみで行うものよりも詳細な経営分析や経営計画を行うことができるようになった。上記のシステムの一部は,実際にWebページにて公開をしており,インターネットを通して農家に提供されている。新システムの提供を始めて間がないが,利用登録者は農家や普及指導機関を中心に累積900件以上に達しており,現在もさらに増加を続けている。このことから,システムの普及率は高く,農家レベルにおける計数的な経営管理の普及を,一部支援できたと考える。簿記システムと農業技術体系DB (FSDB)を統合し,農家レベルにおいても簡易に利用することのできる,経営計画システムの設計を行った。システムの特徴は,おおよそ次のようになる。記帳率の低い生産に関するデータをFSDBのデータで代替することで,今まで生じていた,生産関係のデータがそろわず経営計画に関する分析ができないといった問題を克服した。農家が利用しやすいインターフェイスを整えることで,既存のシステムの利用にかかわる煩雑さを解消した。農家段階に広く普及することが目的であるため,普及が容易になるようアプリケーションとしての形態を工夫した(特別なランタイムを必要としない点など)。また,現状の農家の記帳レベルを考慮し,記帳のレベルを簡易なものから詳細なものへと3段階に分けて,それぞれの段階においてシステムが利用できるよう考慮した。さらに,上記の設計に基づいて,簿記システムに新たな機能を付け加えたり,改良を行ったりした。改良の内容は主に次のような部分である。農家段階において簡易に部門別の財務データを記帳できるようにした。記帳したデータをもとに,自動的に経営分析が行えるようにした。新たに開発を行った部分は主に次のような部分である。経営計画システムに必要な財務やキャッシュフローに関するデータを自動集計し,排出する機能を加えた。データおよびシステム本体を移動できるようした(これは,農家が自宅外の研修に参加する場合,自経営のデータを容易に研修先に持ち運ぶことができることを目的としている)。ユーザインターフェイスに柔軟性を持たせ,高齢者を含むさまざまな利用者の利用を容易にした。ランタイムの使用を避けることで,OSとの兼ね合いから生じるトラブルを軽減した。これらのシステムを一般に公開するために,Webサーバーを構築し,特定のサイトを設け,システムのダウンロードおよび運用保守を行った。
真核生物型チロシンリン酸化・脱リン酸化を介する抗生物質生産制御メカニズムの解明

本年度は,放線菌Streptomyces(S.)coelicolorA3(2)に存在するチロシンリン酸化タンパク質について,それらによる形態分化および抗生物質生産制御機構を明らかにすることを目的とし,以下の研究を実施した。1チロシンリン酸化タンパク質SCO5717の遺伝子破壊株の作製これまで,S.coelicolorのチロシンリン酸化タンパク質としてSCO5717を同定しており,SCO5717遺伝子をS.coelicolorに導入すると,増殖の遅延および色素性抗生物質の生産抑制が認められることを明らかにしている。SCO5717の機能をさらに明らかにするため,昨年度,SCO5717破壊株作製のためのベクターを構築した。本年度は構築したベクターを用い,相同組換えを利用したsingle crossover法により,SCO5717破壊株を作製した。作製したSCO5717破壊株について,その表現型を観察した結果,破壊株は野生株に比べて早期に気中菌糸を形成するとともに,色素性抗生物質を早期に産生した。2新規チロシンリン酸化タンパク質の同定昨年度,新規に開発したイムノアフィニティークロマトグラフィー法により,S.coelicolorからチロシンリン酸化タンパク質の分離・濃縮を行った。そこで本年度は,二次元ゲル電気泳動法および質量分析法を用いることにより,その同定を行った。その結果,新規チロシンリン酸化タンパク質として,superoxide dismutaseを同定することができた。以上,本研究の成果として,放線菌チロシンリン酸化タンパク質の新規機能を明らかにすることができた。今後,抗生物質の生産制御への応用が期待できる。放線菌において,タンパク質のチロシン残基リン酸化を介したシグナル伝達機構はほとんど明らかになっていない。本研究では,放線菌Streptomyces(S.)coelicolor A3(2)に存在するチロシンリン酸化タンパク質を同定するとともに,それらタンパク質による形態分化・抗生物質生産制御機構を明らかにすることを目的としている。これまで,S.coelicolorのチロシンリン酸化タンパク質として,SCO2364およびSCO5717を同定している。しかしながら,S.coelicolorにおいて,これら以外にもチロシンリン酸化タンパク質は多数存在する。本年度は,さらなるチロシンリン酸化タンパク質の同定を推進した。これまで,S.coelicolorからのチロシンリン酸化タンパク質の取得は,抗ホスホチロシン抗体を用いた免疫沈降法により行っていたが,あまり効率がよくなかった。そこで,同抗体を用いたイムノアフィニティークロマトグラフィー法を開発し,チロシンリン酸化タンパク質の取得を行った。その結果,効率よくチロシンリン酸化タンパク質を取得することができるようになった。次年度は,取得したタンパク質について,迅速に同定を行っていく。一方,チロシンリン酸化タンパク質の機能を明らかにするため,既に同定したタンパク質の機能解析も推進した。これまで,SCO5717遺伝子をS.coelicolorに導入すると,増殖の遅延および色素性抗生物質の生産抑制が認められることを明らかにしている。そこで,SCO5717の機能をさらに明らかにするため,S.coelicolorのSCO5717遺伝子破壊株の作製を試みた。本年度は,SCO5717遺伝子を破壊するためのベクターを構築した。次年度は,破壊株を作製し,形態分化・抗生物質生産に及ぼす影響を調査する。
有機電解合成へのラマン分光法の導入による反応解析と合成化学への応用

我々は有機電解合成の反応装置にラマン分光法を導入することで、低温下での不安定な有機活性種のin situでのモニタリングを行うことができる装置の開発に成功した。このシステムを使用することで、有機イオウカチオン種やチイレニウムイオンなどの活性種の反応挙動や構造を明らかにすることができた。また、リサイクル型のフロー電解システムとラマン分光法を融合することで、新しい観測システムの開発に成功した。ラマン分光法が有機電解合成の反応設計や反応追跡、活性種検出に活用できることを示すことができた。本研究では、有機電解合成にラマン分光を導入して、通常観測することが難しいような中間体を検出し、反応機構解明や合成化学へ応用することを目的としている。これまでの検討により、H型の電解セルの陽極室のラマン分光測定を行うと、感度が低く分解能の悪い結果しか得ることができておらず、細かな解析ができていなかった。また、-78度のような極低温下のもとで電解合成のラマン測定を行うと、霜が付き測定に支障をきたすなどの問題点があった。そこで、本研究ではこれらの問題点の解決を目指すべく検討を行った。今年度は、低温条件下でも霜がつくことなく測定できるように電解セルとそれに装着させる円筒形セルを作成し、その円筒形セルを陽極室に装着した。円筒形セルに光学ファイバーを埋め込み真空ポンプで霜の原因となる空気を引きながら観測するシステムを開発した。このシステムにより霜がつくことはなくなり、また光学ファイバーは反応溶液の近くに設置することができ、感度の向上が認められた。本研究では、我々がすでに確立したArSSAr(ジアリールジスルフィド)の低温電解反応をモデル反応として、開発したシステムで観測を行ったところ、通電量とともにArSSArの消失を確認できるとともに、ArS(ArSSAr)+の増加が観測された。また、一定の電気量以上では、反応系中で副反応が生じ、活性種が分解することを示唆する結果も得られた。従来までの観測方法では感度が悪かったが、本システムにより細かなスペクトルも得られ、活性種に関する多くの情報を得ることが可能となった。また、観測された結果について、DFT計算による考察も行った。以上の結果は、有機電解合成での反応条件最適化のツールとして、ラマン分光法が有効な手法であることを示すだけでなく、低温下での不安定中間体の検出にも活用できることを示唆していると考えている。前年度に低温電解合成におけるラマン分光法の測定システムを確立したことから、今年度はいくつかの反応系での測定を行った。まず初めに、アルコキシカルベニウムイオンの測定を行うため、1αーシリルエーテルからカチオンプール法による発生、2チオアセタールからカチオンプール法による発生、および、3インダイレクトカチオンプール法を用いてArS(ArSSAr)+とチオアセタールからの発生を試みたが、いずれの場合も、電解溶液の着色、蛍光、散乱等も原因の可能性があり、ラマン分光法による炭素カチオンの観測には至らなかった。一方、ArSSArと炭素ー炭素多重結合(4ーオクチン)との電解反応により生じるチイレ二ウムイオン中間体の観測を行ったところ、通電量に伴い蓄積され、2.5重結合の領域に中間体を観測することに成功した。この知見から、原料の三重結合と中間体のチイレニウムイオン中間体をラマン測定により区別できる可能性が示唆されたため、現在はカチオン連鎖反応系でのArSSArの三重結合への付加に対する各化学種の観測および反応速度の評価などを検討している。カチオン連鎖反応に適用できる三重結合としてジフェニルアセチレンを用いた場合は、反応系の着色等により測定困難であったため、現在、連鎖反応が進行し、かつ、連鎖反応中のラマン測定に適用できる三重結合基質や条件を探索している段階である。また、新規有機電解合成の反応として、Prins環化反応によるフッ素化反応や、そのタンデム型反応の開発にも成功した。以上、本年度は低温電解反応で発生する中間体の観測を検討するとともに、新規電解反応の開発も行い重要な知見を得ることが出来た。平成27年度では予定していた活性種の観測を順次測定し、測定上の問題点を明らかにしたり、活性種に関する重要な知見を得ることができた。今後も得られた知見をもとにして、活性種の観測や反応系の評価を引き続き行っていきたいと考えている。本年度は、フロー電解システムへのラマン分光法の導入の一環として次のような検討を中心に行った。分離型電解セルに対して、ポンプと枝付きフローセルを装着したリサイクル型の測定系を確立し、アルキン(4-オクチン)の電解ジブロモ化反応をモデル反応とした反応速度解析を行った。まず初めに、4-オクチンに対する電解ジブロモ化反応の条件検討を行った。支持電解質にBu4NBrを用い、溶媒に無水溶媒(CH2Cl2やDMSO等)を用いて各種パラメーターの検討を調査したところ、中程度良好な収率でジブロモ化反応が進行する条件を見出した。この結果をもとに、比較的スケールの大きな系でフロー電解システムでのラマン分光法による測定を行った。まず原料の4-オクチン、生成物のジブロモ化体、および臭素Br2のラマン分光測定を行い、電解反応中に注目すべきスペクトルを決めた。これに基づき、通電量に従い原料のアルキンの減少と、生成物のジブロモ化体の生成の増加が観測された。また系中で生じるBr2もラマン分光法により、電解反応の後半から系中に蓄積されることが確認された。

得られた結果に対して、微分方程式による反応速度解析を行うことで、測定結果を定性的に説明できることが分かった。以上の結果は、有機電解合成におけるラマン分光法が反応速度解析の手法として活用できることを示唆する結果である。理論計算により、4-オクチンはある種のコンフォメーションの場合にのみラマン活性であることも示唆された。また、有機電解合成における反応開発として、両極合成を活用するアリルベンゼン類からの置換アリル化合物の合成反応や、ある種のアルキンに対してBu4NBF4/CH2Cl2中での電解ジフルオロ化反応が進行することを見出した。ジフルオロ化反応は特殊な試薬を用いている場合が多く、実施容易な電解反応で進行することは意義深いと考えている。我々は有機電解合成の反応装置にラマン分光法を導入することで、低温下での不安定な有機活性種のin situでのモニタリングを行うことができる装置の開発に成功した。このシステムを使用することで、有機イオウカチオン種やチイレニウムイオンなどの活性種の反応挙動や構造を明らかにすることができた。また、リサイクル型のフロー電解システムとラマン分光法を融合することで、新しい観測システムの開発に成功した。ラマン分光法が有機電解合成の反応設計や反応追跡、活性種検出に活用できることを示すことができた。本研究では低温条件下でラマン測定を行い、活性種の検出、同定をして、反応機構の解明や合成化学に応用することを目標としている。平成26年度にモデル反応を用いて、その基盤となる電解反応システムを確立することができ、今後の研究の基礎が確立された。平成27年度はいろいろな低温条件での有機電解反応に対して、本システムを適用して新規な反応中間体の同定や不安定活性種の捕捉に挑戦していきたいと考えている。フロー系への展開を予定している。フロー系での観測システムの構築や、共鳴ラマン測定を行うためのフローシステムの構築を目標とする。有機合成化学我々はすでに、不安定なアルコキシカルベニウムイオンを、チオアセタールと電気化学的に発生・蓄積したArS(ArSSAr)+との反応により瞬時に発生・蓄積できることを見出している(インダイレクト・カチオンプール法)。平成27年度では、このインダイレクト・カチオンプール法により蓄えた不安定なアルコキシカルベニウムインや、より不安定な炭素カチオンのラマン分光による観測と反応速度の評価などを中心に検討を行う。活性種の安定性などの評価を行い、得られた情報を合成化学へフィードバックさせる予定である。アルコキシカルベニウムイオンの観測は、現在のラマン測定系では上述の理由で観測が困難であることがわかったために、この反応系に対する有機溶媒・試薬の購入を停止し、本年度の有機溶媒・試薬購入はチイレニウムイオン中間体の反応系に選択・集中を行い、効率的な利用計画へと変更した。このため有機溶媒・試薬に関する支出が計画より少なくなった。使用予定の学会出張を取りやめたため、次年度使用額が生じた。前年度の効率的支出によって余剰が出た予算を用いて、アルコキシカルベニウムイオン測定系の改善を行い、計画を推進したい。昨年度取りやめた出張に使用する予定である。
音楽・舞踊・楽器のリンクによる教員養成プログラムの開発：ガムラン音楽文化を中心に

本研究は、インドネシアのガムラン音楽文化を事例に、音楽・舞踊・楽器をリンクさせた教員養成における実践的な教育プログラムの開発を目指したものである。具体的には、国内外のガムラン専門家と協働して、1ガムラン音楽および舞踊や衣装の着付けの体験学習、2楽器学を応用した楽器のメンテナンス実習とそのドキュメンテーション、3古典曲と現代曲による「動態」としてのガムラン音楽文化のレクチャー・デモンストレーションを実施し、検証した。その結果、音楽・舞踊・楽器をリンクさせることで、文化的・社会的背景を踏まえて「音楽文化を身体で学び教える学習」が深められることが明らかとなり、大きな成果があった。平成27年度は、インドネシアおよび日本でガムランの現状調査を行うと共に、日本の専門家を招聘してガムラン音楽と舞踊を中心とする教員養成のための実習を試行した。具体的には以下の通りである。1、インドネシア・西ジャワでの現地調査:研究代表者と研究協力者のガムラン専門家の村上圭子氏(NPO法人日本ガムラン音楽振興会代表)の2名で、バンドン市とスムダン市で調査を行った。インドネシアの小・中学校の芸術教育では、音楽・美術だけでなく、舞踊も重要な科目となっており、高校においても地域の伝統文化の重要性を踏まえた授業や活動(ガムランの課外授業等)が実施されていた。また、芸術大学ではガムラン実技はもちろん、楽器学の授業も重視されており、竹楽器の製作やメンテナンス等も含めての実践について、教員と情報交換し、新しい知見を得た。合わせてガムラン楽器工房も見学し、楽器の製作・調律法・メンテナンスについての基本情報を得た。2、ガムラン音楽と舞踊をリンクさせた教材作成:ガムラン音楽は舞踊や芸能と結びついた総合芸術であり、音楽文化としての教材化が重要である。それゆえ、研究協力者として盛岡市在住のインドネシア舞踊家の阿部・アユ・イスカンダル氏を迎え、簡単な舞踊の基礎及び伝統的な衣装やその着付けの実習を行い、教材として衣装の着付け図と初心者のための舞踊のワークショップ・プログラムを作成した。3、以上の成果を元に、岩手大学で教員養成における「ガムラン音楽及びインドネシア舞踊の体験学習」の実習を行い、岩手大学教育学部附属中学校と附属特別支援学校の生徒を対象とする出前授業を実施した。また、日本音楽教育学会東北地区例会においても「ワークショップ:教員養成のためのガムランと舞踊の教育プログラム」として発表し、参加者から音響・聴感覚・身体性の育成の可能性を指摘する有益な意見を頂いた。平成27年度の計画としては(1)文献調査およびガムランの伝承・学習法に関する基礎的研究、(2)インドネシアにて事前調査としてのフィールドワークの実施、(3)現地調査で収集した情報の整理とエスノグラフィーの作成・分析、(4)日本のガムラン専門家とインドネシア舞踊の専門家による実習の実施と教員養成における「ガムラン音楽及びインドネシア舞踊の体験学習」の案作成と試行を行う予定であった。これらをほぼ、計画通り実施することができた。1、インドネシアでの現地調査:8月末から約2週間、研究代表者が西ジャワ州のバンドン市で継続調査を行った。ガムラン楽器の工房で楽器作成やメンテナンスの方法等について追跡調査し、合わせてガムラン音楽と舞踊との関係を中心に演奏法も学び、初心者への指導法について意見交換を行った。また、西ジャワ州教育庁主催の小中高校生を対象とする芸術コンクール(朗読、カリグラフィ、伝統的な歌のププなど)を見学すると共に、学校における伝統文化・芸術教育の現状について教育行政の担当者からインタビュー調査を行った。それによると伝統と現代の相克の中でいかに次世代へ伝統文化を継承し、発展させていくかという日本と同様の課題が浮き彫りになった。2、9月末から約2週間、インドネシアよりガムラン音楽及び楽器製作の専門家Hedi Risdiana Riskonda氏を招聘し、研究代表者と研究協力者の村上圭子氏が、東京と岩手大学にてガムラン楽器のメンテナンスと演奏についての実習及びインドネシアの音楽文化と教育についての研究会等を実施した。また、岩手大学では、教員養成の学生だけでなく、一般市民にも開放する形でレクチャー・デモンストレーション「インドネシアの音楽文化と教育:ガムランと舞踊を中心に」を開催し、人形芝居のワヤンや舞踊と音楽との融合を生で鑑賞することで、学生に音楽文化の学びへの深化が見られた。3、以上の成果を踏まえ、研究協力者の阿部・アユ・イスカンダル氏の指導協力も得ながら、岩手大学の公開講座および教育学部附属小学校と附属特別支援学校の生徒を対象とする出前授業を実施した。学生自身が自ら学んだ異文化体験を元に、小学生や高校生に直接指導することで、音楽・舞踊・楽器のリンクした音楽文化の体験学習とその文化的・社会的・歴史的背景の理解という研究目的に対しての成果が如実にみられた。平成28年度の計画としては、(1)音楽と舞踊をリンクさせた教材開発の継続、(2)インドネシアにて本調査としてのフィールドワーク(3)インドネシアより専門家を招聘してのガムラン楽器の演奏およびメンテナンスの実習とその成果のワークショップ&レクチャーコンサートの実施、(4)メンテナンス実習等の資料整理と授業改善の継続を行う予定であった。インドネシアからの招聘予定の専門家2名のうち1名が怪我のため来日できなくなったが、来日した1名の専門家Hedi Risdiana Riskonda氏の尽力により、概ね、計画通りに実施することができた。平成29年度は、研究計画を一部修正しつつも順調に進行し、3年目の総括として以下の研究を実施した。1、8月に約2週間、研究代表者と研究協力者の阿部・アユ・イスカンダル氏とが、インドネシアにて継続調査を行った。

西ジャワ州バンドン市において、ガムラン楽器のメンテナンス法やインドネシア舞踊の指導法について実習も含めての調査を行うと共に、スムダン市において8月17日独立記念日に催される民俗芸能や舞踊についても調査した。また、カリマンタンのバリックパパン市において、地域の伝統音楽・舞踊の教育について、中学校を見学すると共に、バリックパパン大学の教員とも教員養成についての意見交換を行い、多民族国家インドネシアにおける音楽教育の現状について、新しい情報や知見を得ることができた。2.10月に約1週間、インドネシアよりガムラン音楽・楽器製作の専門家リスコンダ氏とヤナ・マルヤナ氏を招聘し、昨年に引き続き、東京と岩手大学にてガムラン音楽と舞踊、さらに竹の楽器チャルンとアンクルンの実習およびインドネシアの音楽文化と教育についての研究会等を実施した。3.10月27日に、研究協力者の村上圭子氏・阿部・アユ・イスカンダル氏と共に研究代表者が、ガムラン音楽・舞踊・楽器をリンクさせた教員養成プログラムとして、岩手大学において教員養成課程の学生を対象とするレクチャー・デモンストレーション「インドネシアの音楽文化と教育:伝統と現代」を実施した。講師に来日されたリスコンダ氏とヤナ・マルヤナ氏を迎え、ガムラン演奏も東京よりパラグナ・グループを招聘し、古典と現代曲の生演奏により、伝統を土台にしつつ時代に即した変容を遂げているガムランの今を紹介した。国内外の人物交流により、多様な音楽文化の在り方を身体で体感し、音楽的な見方・考え方を働かせる学習となり、国際理解につながる視点・知見の深まりも見られ、大きな成果があった。本研究は、インドネシアのガムラン音楽文化を事例に、音楽・舞踊・楽器をリンクさせた教員養成における実践的な教育プログラムの開発を目指したものである。具体的には、国内外のガムラン専門家と協働して、1ガムラン音楽および舞踊や衣装の着付けの体験学習、2楽器学を応用した楽器のメンテナンス実習とそのドキュメンテーション、3古典曲と現代曲による「動態」としてのガムラン音楽文化のレクチャー・デモンストレーションを実施し、検証した。その結果、音楽・舞踊・楽器をリンクさせることで、文化的・社会的背景を踏まえて「音楽文化を身体で学び教える学習」が深められることが明らかとなり、大きな成果があった。1、初年度に専門家と協働して作成した試案を元に、音楽と舞踊をリンクさせた教材開発を継続して試みる。2、インドネシアにて、研究代表者が8月末に約10日間の継続調査を行う。ジャワ島西ジャワ州都バンドン市を中心に、ガムランの伝承・学習、楽器製作とメンテナンスに関する現状を視察する。合わせて、ガムランと舞踊や人形劇等の総合性、ガムランと関連する竹楽器の調査も行い、それらを生かした教育の現状についても、現地の専門家と意見交換を行う。3、インドネシアより専門家2名を約2週間招聘し、ガムラン楽器の演奏及び調律やメンテナンスの方法も合わせて学ぶ研究会や実習を東京と盛岡で行う。実習後、その成果をレクチャー・デモンストレーションとして発表する。
武満 徹の作曲様式-音の身ぶりと音楽的コンテクスト

武満徹(19301996)の作品を音の身ぶりの観点から分析し、音の身ぶりから曲全体のコンテクストがどのように導かれているか、また、武満の音の身ぶりはどこに由来するのかを考察した。武満の器楽作品とオーケストラ作品をはじめとするコンサート用作品ならびにポップソング、映画音楽を対象に各作品において敷衍される最小単位としての旋律進行を抽出し、それらに共通する音の身ぶりとして、長2度あるいは短2度で蛇行的に動く旋律進行を指摘するとともに、それとは対照的と思われる跳躍進行も、それと連続的な関係にあることを指摘した。曲全体のコンテクストの最小単位としての旋律的身ぶりは、変形されるというよりも、音色を変えながらくり返されることで、あるいは他の調の旋律的身ぶりを交替させることで、武満の音の身ぶりそのものの特徴である焦点を固定させない音の継起が相乗的に敷衍されてコンテクストを導くことが認められる。これらの音の身ぶりは武満のポップソングと互換性をもつことが認められ、武満が自ら言葉を発するさいの方法意識に由来すると考えられる。今回、器楽作品やオーケストラ作品だけでなく、ポップソング、映画音楽、合唱曲を対象にしたことで、それらに通底する武満の音楽語法の特性とその由来を、より明確に指摘し得た。出版譜と未出版譜を含めて武満徹の楽譜ならびに単行本と雑誌等に発表された武満の著述を収集し、武満の「音の身ぶり」として通底するものと、その中で変化する要素とを考察した。その結果、旋法的旋律と、それに半音で付着するようにして作られたクラスター的な響きとが、武満の初期作品から晩年にかけて共通するイディオムとして挙げられる。半音階的、無調的旋律にクラスターが付着する作品も、機能的に拘束されない音高の連なりという点で、そのイディオムの延長上にとらえられる。旋法的旋律、無調性、クラスターという西欧の前衛音楽の諸手法と重なりながらも、武満におけるそれは、歴史的脈絡と方法意識において西欧におけるそれとは異なることがそこには示唆される。旋法的旋律とクラスターとが組み合わされたイディオムは、武満の中で作品ごとにヴァリアントを生じる。たとえば、旋法的旋律が(1)順次進行するもの、(2)跳躍音程をはさんで急激な旋律進行を行うもの、あるいは、旋律進行に伴って、クラスターの密度が(3)ほとんど変化しないもの、(3)音高数の少ないうすいテクスチュアから、微分音を含んで音高数の多いテクスチュアに膨れ上がってクラスターの密度が幅広く変化するもの、などである。それらのヴァリアントの中に武満の「音の身ぶり」のさまざまな表れが示唆される。次年度は、今年度入手できなかった映画音楽の楽譜も可能な限り収集し、音楽外的な要素と、音の身ぶりとの相関関係を考察することを課題とする。武満徹(19301996)の器楽作品とオーケストラ作品をはじめとするコンサート用作品ならびにポップソング、映画音楽等を対象に楽譜資料と音盤資料、映像資料を収集し、まず各作品において敷衍される単位としてのモチーフを抽出した。それらのモチーフに共通する音の身ぶりとして、短2度あるいは長2度で蛇行的に動く旋律進行を指摘するとともに、それとは対照的と思われる跳躍進行も前者との連続的な関係にあることを指摘した。モチーフが反復されつつ敷衍されるプロセスの中で、上述の音の身ぶりが作品のコンテクストを生成する。モチーフがおもに短2度で進行する場合は、跳躍進行とのダイナミックな関係がオーケストレーションに敷衍され、一方、おもに長2度で進行する場合は跳躍音程には開かず、なだらかな旋律進行がオーケストレーションに支配し、むしろ音色変化が浮き彫りにされる。武満のポップソングのモチーフと互換性をもつこれらの器楽・オーケストラ作品のモチーフは、日本語を音に起こすさいの武満の方法意識に由来すると考えられる。武満の作品は、1960代に普及したトーン・クラスターやミニマル・テクスチュアを共有しているが、西欧の作曲家たちとは方法意識を異にしていることが裏付けられてくる。
がん細胞の二重鎖DNAひねり因子の構造と機能に関する研究

DUFは、二重鎖DNAに結合して二重鎖に負のひねりを加えることによって、二重鎖を局部的に開く活性を持つ因子として、筆者らによってXenopus卵抽出液から初めて精製された。DUFは、出芽酵母のCdc68の類似体とSSRP1(シスプラチンによって修飾されたDNAに結合する因子)とのへテロ二両体である。S期のXenopus卵無細胞抽出液に、精子クロマチンあるいはプラスミドDNAを添加すると、これらを鋳型としてDNA複製が起こる。この系を用いて、DNA複製におけるDUFの機能を解析した。抗-DUF抗体を用いて、卵抽出液からDUFを除くと、精子クロマチンを鋳型としたDNA複製活性が著しく減少した。これに精製DUFを加えると、複製能の回復が見られた。このことはDUFが卵抽出液におけるDNA複製に必須であることを示す。精子クロマチンを卵抽出液に加えると、クロマチンの膨潤に次いで核形成が起き、DNA複製が行われる。卵抽出液中のDUFは核形成時あるいはそれ以後、かつ、DNA複製開始以前に核に取り込まれ、クロマチンと結合することがわかった。抗-DUF抗体を用いた沈降実験により、p97ATPaseがDUFと相互作用するということがわかった。また、p97 ATPaseもDUFとほぼ同じ時期に、再構成された核に取り込まれた。DUF存在下で再構成されたクロマチンDNAは、非存在下のクロマチンDNAよりもヌクレアーゼ感受性が高いことが判明した。さらに、DUFはヒストンに対して強い親和性を示した。DUFはDNAおよびコアヒストンと相互作用して、DNA複製に必要なゆるんだクロマチン構造を作る作用を持つということが示唆される。HeLa cDNAライブラリーからヒトDUF140のクローニングを行っ結果、ヒトとXenopusのDUF140のアミノ酸配列は86%保存されていることがわかった。
イネ光周性花成抑制因子Ｇｈｄ７依存的な限界日長によるＥｈｄ１転写制御機構の解析

短日植物であるイネのフロリゲン遺伝子Hd3aの発現は限界日長反応を示す。本研究は、この限界日長反応に必須な促進因子Ehd1の転写制御の解明を目指した。抑制因子Ghd7はEhd1を抑制する。フィトクロム依存的なGhd7は、転写制御と活性制御を介して長日条件下の抑制に働くと考えられた。一方、Ehd1は青色光で誘導される。今回、青色光受容体を同定し、朝の発現に必須な時計因子OsGIとの相互作用モデルを示した。青色光シグナルはタンパク質分解経路を介して伝達されることから、Ghd7の日長依存的な抑制に加えて、青色光依存的な転写促進因子の活性制御がEhd1の急激な転写誘導に重要なことが強く示唆された。Ehd1の発現はフィトクロム依存的にGhd7を介して抑制される一方で、青色光依存的に誘導されるが、その具体的なメカニズムは明らかになっていない。そこで、Ehd1のプロモーター解析を行った結果、転写開始点近傍の約80bp内に青色光応答シス配列が存在することを明らかとした。さらに、10bp単位のリンカースキャンを行い、候補領域内には複数のシスが存在し、それぞれがコアとなる共通モチーフを持つことを明らかにした。現在、DNA結合因子の同定を進めているが、見出したシス配列は、シロイヌナズナにおける既報の青色光応答シス配列とは異なることから、Ehd1の青色光応答機構は新奇経路である可能性が強く示唆された。Ehd1遺伝子発現に限界日長応答を与えるGhd7の抑制機構を明らかにするために、13時間と13.5時間の日長刺激を与えた野生型イネにおけるEhd1の青色光依存的な転写誘導を時系列的に解析したところ、Ehd1の抑制は日の長さに応じて強まるという結果を得た。このことは、Ghd7の抑制が日長に応じて緩やかに増加する可能性を示唆している。この抑制が、Ghd7のタンパク質量に依存するのか、それとも、タンパク質量変化を介さない活性自身の制御によるのかを明らかにするために、内生の発現パターンを相補するGhd7ゲノム断片の探索と朝にGFP融合型Ghd7を発現する形質転換体の作製を行った。後者については、形質転換体当代で、出穂期が遅延する複数の独立した系統を得た。現在、各系統のホモ化を進めている。また、計画外の成果として、イネのELF3ホモログの遺伝学的解析を行った結果、シロイヌナズナでは概日時計の制御に機能するELF3のイネホモログは、概日時計の下流でGhd7の転写制御に機能することを明らかにした。このことは、花芽誘導において、イネではELF3の機能分化が起こっていることを示唆している。花成促進因子Ehd1の転写は青色光で誘導される。日長認識において、この転写誘導は概日時計因子OsGIを介して常に朝に設定される。しかし、具体的な時期設定機構はわかっていない。イネCRY1機能低下系統(cry1a cry1b)では、Ehd1の青色光による誘導がほぼ起きないことから、CRY1はEhd1の誘導に必須な青色光受容体であると結論した。cry1a cry1bは顕著な出穂期遅延を示すので、Ehd1の低下がフロリゲンの転写に影響したことを示している。一方で、COP1はEhd1の転写抑制に機能する。この時、酵母内で青色光依存的にイネのCRY1-COP1-SPA1複合体が解離する結果を得た。つまり、シロイヌナズナで報告された青色光信号伝達系が、イネではEhd1を制御することを示している。イネCOP1欠損変異体では、Ehd1が青色光の有無に関わらず高発現するものの日周変動を示し、Ehd1pro::LUC形質転換体では、LUC活性が恒常的青色光条件下で日周変動を示す。つまり、概日時計因子OsGIは、青色光信号の下流で、Ehd1を誘導する転写因子の転写を朝に高めるモデルが考えられた。最終的に、Ehd1の青色光応答性シス配列と結合する候補転写因子として、GATA型、AP2型、Myb型転写因子を単離した。一方で、長日条件下で強く転写誘導が起こる花成抑制因子Ghd7に関しては、myc-Ghd7形質転換体を用い、異なる日長条件でタンパク質量を調べたが、Ghd7タンパク質量に大きな変化は見出せなかった。この結果は、当初の期待通り、転写制御とタンパク質制御の統合が日長依存的抑制能の付与に重要であるというモデルを支持するが、実際のGhd7の転写量を再現する系統を得ることができなかった。

形質転換体を利用した解析には限界があり、イネゲノムリソースを駆使した変異体からの解析も重要であると考えている。今年度は、青色光依存的なEhd1の転写促進機構に関する解析をさらに進めた。植物では、青色光受容体としてCRY型およびLOV-F-box型受容体が転写制御に機能すると考えられている。これまで、OsCRY1aやOsCRY2過剰発現体、F-box変異型OsFKF1過剰発現体、OsZTL T-DNA系統を解析し、OsCRY1a過剰発現体でのみ、Ehd1の発現が野生型と比較して特徴的な変化を生じることを見出した。また、Ehd1の機能を欠損する品種T65の遺伝背景であるものの、CRY依存的な光信号伝達の下流で機能する負の制御因子COP1の機能欠損変異体では、Ehd1の発現が上昇するという予備的な結果も得た。つまり、Ehd1の転写制御はCRY1-COP1の経路を介する可能性を示唆している。次に、既に同定したEhd1プロモーター上の青色光応答シス配列がin vivoでの花成促進に必須であることを明らかにするために、変異型のシス配列を導入したプロモーターにEhd1を融合した遺伝子と野生型プロモーターにEhd1を融合した遺伝子をそれぞれ作製し、T65に導入したところ、変異型プロモータードライブのEhd1現形質転換体は、開花が遅延することを確認した。Ehd1を日長依存的に抑制するGhd7の機能解析においては、Ghd7タンパク質とc-mycまたはGFPの融合遺伝子を発現させる形質転換体を作出し表現型を確認したところ、c-myc-Ghd7-GFPでは、出穂期を1ヶ月程度まで遅らせる系統が出現する一方で、c-myc-Ghd7では、1ヶ月程度の遅延から200日以上経っても出穂しない系統が出現することを見出した。Ghd7のC-末端にはCCTドメインが存在することから、今回の結果は、C-末端の融合によりGhd7の抑制因子としての機能を阻害する可能性を示唆している。プロモーター解析では、刺激応答性がプロモーターの長さにより影響される場合が多々報告されているため、Ehd1に明瞭な青色光応答性を与えるシス配列が同定できたことは大きな進展である。また、コア配列が新規である点も重要である。一方で、Ghd7の解析に関しては、具体的な成果は今後であり、現状は、系統の作出及び実験系の確立が中心である。以上を踏まえて総合的に判断すると、達成度は概ね順調であると考える。25年度が最終年度であるため、記入しない。青色光依存的なEhd1の転写促進機構の解明に関しては、具体的な光受容機構のイメージおよびEhd1プロモーター上の作用点であるシス配列を同定している。今後、限界日長認識に重要な光受容機構と概日時計因子OsGIとの関係を明らかにするために、残りの研究期間において、Ehd1プロモーターに結合するDNA結合タンパク質の単離・解析を進めることで、研究の目的の1つである限界日長認識に係る転写促進系の全容解明に向けた研究計画が達成されると期待している。Ghd7の機能解析に関しては、生理学的な解析を通して、Ghd7の転写レベルでの制御がEhd1の日長依存的な抑制と密接な関係にあることを明らかにしてきたが、タンパク質レベルの生化学的な解析が遅れているため、研究計画全体での達成度は概ね順調と判断した。当初の計画に従い、今後は、Ghd7のタンパク質レベルの解析および青色光依存的な転写活性化に係るDNA結合タンパク質の同定から、具体的なメカニズム解明に向け生化学的解析を行うための材料作りも進める。
ナノスケール金属キャビティ半導体レーザーの基礎研究

本研究では,半導体レーザーを高密度に集積した光回路の実現に向けて,サブミクロンサイズの小さな半導体レーザを開発することを目的とした.まず,占有面積を削減しながら共振Q値を高めるために,カプセル型微小金属キャビティ構造を新たに提案し,最適な曲率の側壁を導入することでQ値を大幅に増大できることを理論的および実験的に実証した.続いて,光導波路に結合した構造を実現するために,InP導波路上に金属キャビティ構造を結合させた素子の設計を行い,作製プロセスを開発した.最後に,電流励起レーザー発振を目指すため,光・電気・熱特性を全て考慮した数値計算モデルを新たに構築し,最適設計を完了した.本研究では,半導体レーザーを高密度に集積し,エレクトロニクスと融合した光電子LSI(大規模集積回路)の実現に向けて,トランジスタと同程度の大きさを持つ極限的に小さな半導体レーザーを開発することを目的とした.平成26年度は,まず,カプセル型微小金属キャビティの最適設計を行った.3次元有限差分時間領域(FDTD)法により各種キャビティ構造の共振Q値を求め,レート方程式を用いた解析から,レーザの発振閾値と発光効率の算出を行った.最適な曲率のミラー構造を導入することで,光の共振モードがキャビティ中央に閉じ込められ,金属側壁における光損失が抑圧される結果,Q値が大幅に増大して低閾値化が達成できることを確認した.次に,素子の試作に取りかかり,各種プロセス条件の最適化を行った.特に,十分なQ値を得るために必要な側壁角度を計算し,急峻なエッチングを行うための反応性イオンエッチング装置の条件を抽出した.作製した素子を用いてフォトルミネッセンス測定を行った結果,理論予測通り,最適なカプセルキャビティ構造を導入することでQ値が4倍以上増大することを実証した.さらに,電流励起下でのレーザ発振を目指すため,電流注入型金属キャビティ構造を試作し,電流注入下での自然放出光の検出に成功した.上記と並行して,光導波路に結合した微小金属キャビティの数値解析を行い,Q値と結合効率の条件を両方満たすための最適な構造を決定した.現在,素子の試作を進めているところである.本研究では,半導体レーザーを高密度に集積した光回路の実現に向けて,サブミクロンサイズの小さな半導体レーザを開発することを目的とした.まず,占有面積を削減しながら共振Q値を高めるために,カプセル型微小金属キャビティを新たに提案し,キャビティ形状の最適設計を行った.3次元有限差分時間領域(FDTD)法により各種キャビティ構造の共振Q値を求め,レート方程式を用いた解析から,レーザの発振閾値と発光効率の算出を行った.最適な曲率のミラー構造を導入することで,光の共振モードがキャビティ中央に閉じ込められ,金属側壁における光損失が抑圧される結果,Q値が大幅に増大して低閾値化が達成できることを確認した.次に,素子の試作に取りかかり,各種プロセス条件の最適化を行った.特に,十分なQ値を得るために必要な側壁角度を計算し,急峻なエッチングを行うための反応性イオンエッチング装置の条件を抽出した.作製した素子を用いてフォトルミネッセンス測定を行った結果,理論予測通り,最適なカプセルキャビティ構造を導入することでQ値が4倍以上増大することを実証した.さらに,電流励起下でのレーザ発振を目指すため,電流注入型金属キャビティ構造を試作し,電流注入下での自然放出光の検出に成功した.上記と並行して,光導波路に結合した微小金属キャビティの数値解析を行い,Q値と結合効率の条件を両方満たすための最適な構造を決定した.2段階反応性イオンエッチングプロセスの最適条件を抽出し,InPハイメサ導波路上に金属キャビティ構造を結合させた素子を試作に成功した.本研究では,半導体レーザーを高密度に集積した光回路の実現に向けて,サブミクロンサイズの小さな半導体レーザを開発することを目的とした.まず,占有面積を削減しながら共振Q値を高めるために,カプセル型微小金属キャビティ構造を新たに提案し,最適な曲率の側壁を導入することでQ値を大幅に増大できることを理論的および実験的に実証した.続いて,光導波路に結合した構造を実現するために,InP導波路上に金属キャビティ構造を結合させた素子の設計を行い,作製プロセスを開発した.最後に,電流励起レーザー発振を目指すため,光・電気・熱特性を全て考慮した数値計算モデルを新たに構築し,最適設計を完了した.当初予定していた,金属キャビティ構造の数値解析と素子は終了している.レーザー発振の実証実験には至っていないものの,当初予定通り,素子の試作プロセスの最適化を終え,フォトルミネッセンスによる原理検証実験に成功している.光エレクトロニクス平成26年度の成果を基に,素子の改良と試作を進め,平成27年度中にレーザー発振の実証を目指す.並行して,光導波路と結合した構造の試作を行い,原理検証実験を行う.以上より,提案する金属キャビティ構造の有効性を実験的に示し,光の集積度を極限まで高めた光LSI実現のための基盤技術を確立する.