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『舞の本絵巻』を中心とした幸若舞曲の絵入り本の調査研究

「絵画から見た楽劇史」において『能之図』の図様を材料に「能の絵画資料」という題で研究発表を行った。その成果は『楽劇学』23号に「絵画から見る楽劇史ー研究資料としての能絵ー」として掲載された。また、宇和島の伊達文化保存会に所蔵される『能絵鑑』150図に関しても詳しく調査することができ、宇和島で行われたワークショップ「つどい・まなび・あそびー宇和島文化探訪」において、「もう一つの能の楽しみ方」として発表し、その内容は国文研の研究成果報告書『日本古典文学における〈中央〉と〈地方〉』に掲載された。本計画は、室町期に流行した語り物芸能である幸若舞曲が、江戸期に入って芸能としては消滅するものの、絵巻や絵本などの視覚文芸として受容された様相を、江戸初期に刊行された「舞の本」三十六番を粉本とした絵巻・絵本の作成を中心に具体的にとらえ、文化的な展開を明らかにすることを目的とする。幸若舞曲の絵入り本に関しては、すでに基礎的研究として、現在確認される作例を「幸若舞曲の絵入り本一覧稿」(『中世劇文学の研究ー能と幸若舞曲』平成13年)として作成していたが、この研究期間を通して、それ以降に発見紹介された資料を捜索し、リストの充実をはかり増補改訂版を作成した。また、「舞の本絵巻」については、ドイツのベルリン国立東アジア美術館に所蔵される「烏帽子折」絵巻の情報を得て、閲覧を申請したところ先方の都合で実現しなかった。そこで、この資料を精査した酒井公子氏を通じて、実態の把握につとめ、現在、総合研究を行っているチェスタービーティーコレクション本の連れ絵巻であることを確認した。また、海の見える杜美術館に所蔵される「舞の本」を粉本とした大型絵本47冊の調査を実施することができ、舞の本絵巻と詞書の書体が同じであり、挿絵の構図や画風が相似するという関連性について把握することができた。これにより、同時代に同じ工房で豪華で大部な「舞の本」を粉本とした絵巻・絵本が製作されたことが突き止められ、これらについては石川透氏(慶應大学教授)と共催で「奈良絵本・絵巻国際会議」を開催し、「『舞の本絵巻』に関する諸問題」と題して発表を行った。また、それらの成果を「『舞の本絵巻』制作をめぐる諸問題ー付、幸若舞曲の絵入り本一覧稿(増補改訂)」(『国文学研究資料館紀要』43号)にまとめて発信し、今後の語り物芸能の視覚文芸化に関する総合的な研究の基礎を固めた3年間の研究計画はほぼ達成できたが、予定していた資料調査を所蔵者の都合で行うことが出来なかった箇所がある。平成29年度は3年間の期間中に実施できなかった、野上記念法政大学能楽研究所が新蔵した「能絵巻貼交屏風」の調査と撮影を、能楽研究所の許可を得て行った。本屏風は能楽の「天鼓」「卒塔婆小町」「殺生石」を描いた大型絵巻をバラバラにして貼り付けたものである。能一曲を絵巻に仕立てたものは、幸若舞曲の絵巻とちがって作例が少なく、江戸時代前期の絵巻が一挙に3例もあらわれたのは芸能の絵画化を考察するうえで貴重である。しかも、これらは先に発見された「鵺」絵巻の断簡と体裁がよく似ており、このスタイルの絵巻が揃い本として製作されたことがうかがえる。また、このような豪華な揃い絵巻は「舞の本絵巻」の体裁とよく似ており、大名家の注文製作であったことなどがうかがえる。もう一つの成果は、広島県の海の見える杜美術館蔵「舞の本絵本」を熟覧調査できたことである。「舞の本絵巻」は絵入り版本「舞の本」36番を粉本として、豪華な大型奈良絵本47冊として作られている。これを「舞の本絵巻」と比べると、まず本文は同筆と見られ、同じ筆耕によって書かれたことがわかる。挿絵も構図などは似ており、同系の粉本によっていることが想定される。貴重なのは、本資料が豊後府内藩の藩校の蔵書印を有していることで、豊後松平家の旧蔵であったとわかることである。
分子状水素の創傷治癒に与える影響に関する基礎的研究

分子状水素は、ヒドロキシラジカルの選択的消去を介して、酸化ストレス関連疾患の発症・進行を抑制するものと考えられ、各種疾患モデルにおいてその有用性が報告されている。しかしながら、皮膚欠損創や褥瘡・皮弁モデルなど形成外科領域での報告がない。本研究では、分子状水素の急性潰瘍、褥瘡などの慢性潰瘍、皮弁挙上後の生着域など創傷治癒に与える影響を検討する。まずは動物モデルを用いた、分子状水素の創傷治癒に与える影響を解析した。965.)に従い、ラット背部にランダムパターン皮弁を挙上した。実験群は水素水(1ppm)、対照群は脱気した水素水を経口投与した。1週間後の皮弁の写真撮影を行い、画像解析ソフトScion Imageにて皮弁壊死部の面積を測定し、それぞれの対照群と比較して水素の影響を検討したところ、皮弁生存領域を59.2%拡大した(p<0.05)。また皮弁茎部から2cmの部分の組織標本を作製したところ、水素投与群で皮弁内の血管数が有意に増加していた。また血清中のNO2-濃度を測定したところ、両群間には有意差を認めなかった。2水素の褥瘡に対する影響の検討:褥瘡モデルはWassermannらの方法(Wound Repair Regen. 17(4):480-4,2009.)で行った。ヌードマウス大臀筋下に金属板を移植後、ネオジウム磁石により圧を負荷し、褥瘡を作成した。しかし褥瘡モデル自体が安定化しないため、現在安定した結果が得られるよう検討中であった。平成25年4月より、研究代表者が海外留学のため、研究中止となった。
旋回羽根角度時間可変燃焼器の開発に基づく燃焼安定化制御への応用

環境適合の観点から希薄予混合火炎が大型燃焼器に利用される場合が増加している.しかし,逆火による燃焼器損傷の危険性が生じ,火炎状態を安定維持する燃焼法の確立が重要となる.燃焼器管内では火炎安定化と空気・燃料流の混合促進のために強い旋回流を伴う.本研究では円周上10度ごとに配置した旋回羽根とそれに直結したステッピングモータを個別に接続し,独立的に旋回強さを時間制御可能とする可変旋回羽根を開発する.次に管内旋回流下での予混合火炎の動的挙動解析のための画像計測系を構築し,火炎の管内非定常挙動と流れ構造との関連性を解明する.さらに,旋回羽根角度の時間的制御を適用し,火炎挙動の安定化の実現に取り組む.環境適合の観点から希薄予混合火炎が大型燃焼器に利用される場合が増加している.しかし,逆火による燃焼器損傷の危険性が生じ,火炎状態を安定維持する燃焼法の確立が重要となる.燃焼器管内では火炎安定化と空気・燃料流の混合促進のために強い旋回流を伴う.本研究では円周上10度ごとに配置した旋回羽根とそれに直結したステッピングモータを個別に接続し,独立的に旋回強さを時間制御可能とする可変旋回羽根を開発する.次に管内旋回流下での予混合火炎の動的挙動解析のための画像計測系を構築し,火炎の管内非定常挙動と流れ構造との関連性を解明する.さらに,旋回羽根角度の時間的制御を適用し,火炎挙動の安定化の実現に取り組む.
代謝工学を利用したトリクロロエチレン生育細菌の育種および分解処理

好気的なトリクロロエチレン(TCE)の分解処理を目指して、TCEを炭素減として生育できる新しい組換え体の開発を試みた。フェノールヒドロキシラーゼ(PH)はTCEをグリオキシル酸経由で完全分解することから、PH遺伝子を基に、新しい組換え体を開発した。2種類のPH遺伝子を基に、ハイブリッドPH遺伝子を作成し、極めて効率的にTCEを分解できる組換え体を構築した。また、宿主にはグリオキシル酸を資化できるCupriavidus属細菌を利用した。その結果、本組換え体は極めて効率的にTCEを分解した。一方、TCE分解で最初に生ずるTCEエポキシドからの代謝過程で生ずる毒性のある物質の無毒化は成功しなかった。トリクロロエチレン(TCE)は地下水を汚染している有機塩素化合物である。TCEは発がん性の危険性があり、早期浄化が望まれている。分解処理に関しては、嫌気性処理が既に実用化されている。一方、汚染場所の帯水層(地下水)が比較的浅く、酸素を多く含んでいる場合は、本嫌気手法を適用できない。そこで、本課題では、好気的な処理を可能にすべく、TCEで生育可能な新規好気性細菌の育種を検討する。具体的にはTCE分解能を有する酵素の遺伝子を基に、TCEを唯一の炭素源に増殖できる新規微生物を代謝工学・遺伝子工学によって育種する。H27年度は高TCE分解能を発現する遺伝子の取得を試みた。具体的にはTCE分解能を有する6種類のフェノールヒドロキシラーゼ(PH)遺伝子を取得し、その塩基配列を決定、塩基配列の相同性を基に、4つのグループに分類した。またPH遺伝子下流に、レポーター遺伝子である緑色蛍光タンパク質遺伝子を挿入し、転写の強さを蛍光強度で測定できる系の構築も行なった。これらのPH遺伝子と緑色蛍光遺伝子は、プロモーターと共に、トランスポゾンベクターに導入し、宿主候補のCapriavidus属細菌(TCE分解過程で生ずるグリオキシル酸の資化能を有する)の染色体上に挿入し、TCE分解能を発現させることに目処をつけた。最終的に、6種類のPH遺伝子を基にTCE分解を構成的に発現する組換え体を、複数種得ることができた。それらを比較解析した結果、総合的に最もTCE分解能の高いPH遺伝子を選出できた。本遺伝子は利用したtacプロモーターによる転写が他の遺伝子より強いことが、測定された緑色蛍光の強さによって確認できた。今後は、このPH遺伝子を軸に研究を進める。初年度は、高TCE分解能を有する分解遺伝子を取得し、その分解能を塩基配列の解析を基に評価することが最も大きな課題であったが、それを解決できた。また、今後得られるであろう複数の宿主候補への分解遺伝子の導入法として、トランスポゾンベクターの利用についても目処をつけた。昨年度に引き続き、高効率でトリクロロエチレン(TCE)を分解できるTCE分解遺伝子の取得を実施した。具体的には、昨年度、取得、解析した6種類のフェノールヒドロキシラーゼ(PH)遺伝子(全てTCE分解能を有する)の中から、2種類のPH遺伝子を選出し、そのハイブリッド遺伝子を作成した。PH遺伝子は、マルチコンポーネントタイプの遺伝子で、6つのタンパク質から成り立っており、その一つ一つを、他のPH遺伝子のものと入れ替えることによって、6種類のハブリッド体を作成した。利用したPH遺伝子は、これまでに解析した6種類のPH遺伝子より選出した。1種類は、単位タンパク量当たりのTCE分解活性が高く、他の1種類は、高い転写によりPHの生産量が高いものである。これらのハイブリッド遺伝子を6種類作成した結果、1種類のハイブリッド遺伝子が極めて高いTCE分解能を有することが明らかとなった。今後は、このハイブリッド遺伝子を利用することとする。また、並行して、TCE分解過程で生ずるグリオキシル酸を有効的に利用できる細菌の探索を行った。その結果、検討したCapriavidus属細菌の中の1株が、グルオキシル酸を唯一の炭素源に、高い増殖能を示し、宿主として利用できる見通しが得られた。さらに、TCEと似た構造を有するビニルクロライド(VC)分解細菌の有するエポキシド分解遺伝子の取得を試み、その取得に成功した。本遺伝子にはTCE分解過程で生ずる同様のTCEエポキシドを分解できる可能性があり、中間代謝物による毒性の低減効果が期待できる。第1の目標である、高いトリクロロエチレン(TCE)分解活性を有する遺伝子の作成を完了した。また、第2の目標である、中間代謝物であるグリオキシル酸で増殖できる細菌の取得も完了し、宿主として利用できる目処がついた。研究計画に沿って、まず、これまでにトリクロロエチレン(TCE)を分解することが知られているフェノールヒドロキシラーゼの中で、最も効率よくTCEを分解するものを選出するため、6種類のフェノールヒドロキシラーゼ(以下、PH)遺伝子を取得し、そのTCE分解能を評価した。また、PH遺伝子は6つのタンパク質からなるマルチコンポーネントタイプの遺伝子であるため、遺伝子全体の塩基配列の比較によって、TCE分解能と遺伝子配列の関係も解析した。さらに、遺伝子発現を定量的に解析するため、レポーター遺伝子として緑色蛍光タンパク質遺伝子も導入した。その結果、TCE分解能が高い場合、TCEの分解比活性が高い場合と、TCE分解遺伝子の発現が強い場合の2つに分かれることが明らかとなった。この成果を受けて、2つの特性が、構成される6つのタンパク質のどれに起因するかを調査し、2つの特性を兼ね備えた、極めて高いTCE分解能を有する新しいハイブリッド遺伝子(2種類のPH遺伝子の組合せ)の開発に成功した。

次に、従来の研究でTCEはグリオキシル酸を経由して分解されることが分かっているため、グリオキシル酸を効率的に分解、増殖できる細菌を自然界から単離した。しかしながら、PH遺伝子の由来株(カプリアビダス属細菌)は、それらの選出グリオキシル酸分解細菌と増殖能を比較しても差がなかったことから、そのカプリアビダス属細菌を宿主として利用することに決定した。最終段階として、TCE分解で生産される毒性物質の生産量を抑えるため、様々な、低発現プロモーターを導入して、毒性回避を回避し、TCEを唯一の炭素源と増殖可能な組換え体の開発を試みた。しかしながら、どのプロモーターを使っても、毒性を完全に回避することは出来ず、TCEで増殖可能な組換え体の作成には至らなかった。好気的なトリクロロエチレン(TCE)の分解処理を目指して、TCEを炭素減として生育できる新しい組換え体の開発を試みた。フェノールヒドロキシラーゼ(PH)はTCEをグリオキシル酸経由で完全分解することから、PH遺伝子を基に、新しい組換え体を開発した。2種類のPH遺伝子を基に、ハイブリッドPH遺伝子を作成し、極めて効率的にTCEを分解できる組換え体を構築した。また、宿主にはグリオキシル酸を資化できるCupriavidus属細菌を利用した。その結果、本組換え体は極めて効率的にTCEを分解した。一方、TCE分解で最初に生ずるTCEエポキシドからの代謝過程で生ずる毒性のある物質の無毒化は成功しなかった。今後は、トリクロロエチレンの中間代謝物として生産されると考えられるグリオキシル酸を資化できる宿主を選出し、なお且つ分解過程で生ずることが知られている毒性を有する中間代謝物への対処法を確立することが大きな課題となる。そこで、トリクロロエチレンと似ているビニルクロライドの資化能を有するマイコバクテリウム属細菌の宿主としての利用も選択肢として勧めていく。最終年度は、高性能のTCE分解遺伝子を、グリオキシル酸資化細菌に導入する。また、TCE分解過程で生ずる毒性の低減のため、他の細菌由来で、低減が期待できる遺伝子の導入を試みる。具体的には、VCのエポキシ体を分解できるNocardioides.sp JS614株由来のEaCoMT遺伝子(etnE)の利用を検討していく。環境生物工学購入計画にあった物品が計画していた価格より安く調達できたため。次年度は、トリクロロエチレン分解、増殖実験を多数回行うため、費用がかかる。次年度使用額はこれらの実験を実施するために利用する。
足圧データを用いた足部アーチの複合的評価システムの開発

本研究では,足圧分布データを用いた定量的な足アーチ評価システムを開発することを目的とした.特に,足圧分布データと形態学的な足部の三次元形状との関係,足圧分布を用いた荷重変化時の特性および短期的介入効果の評価について検討した.その結果,足圧分布データと6種類の形態学的データに相関関係が認められた.荷重特性については,標準およびハイアーチ群においては,足アーチへの荷重が増加することによって,足アーチの変形が起こり,扁平足群においては,変形が起こらなかったと考えられた.介入効果については,非標準群において,足アーチの状態が改善し,それが足圧分布に反映されたことが示唆された.高齢者の介護予防と健康支援体制の確立が社会的に急務である.足部は重心保持・移動の作用点であり,扁平足やハイアーチなどの足部アーチの異常は下肢の疼痛や障害を誘発すると考えられる.足部には足弓を形成する縦方向のアーチのほかに前足部の横アーチがあり,外反母趾や内反小趾に影響を与えることが知られている.本研究では,高齢者の運動器としての足部に着目し,足圧分布データを用いた定量的な評価システムを開発することを目的とした.具体的には本年度の実施状況として,1足部の三次元形状と足圧分布データの計測のためのフィールド実験を実施した.対象は,地域の運動教室等に参加する高齢者70名および対象群としての若年成人10名とした.実験の条件として,姿勢の変化で足荷重を変化させた.足部のデータと併せてロコチェック25と,足部の障害や痛み,運動習慣に関する質問紙調査を実施した.2足部三次元データから,足部の足長,足囲,足幅,舟状骨高などを算出し,アーチ高率,外反母趾の有無との関係を分析した.現在までに,外反母趾の自覚症状のある対象者の中でも,足アーチが低い場合とそうでない場合があることを確認した.期間全体の実績として,昨年度においては,中高年者を対象としたフィールドでの実験を行い,外反母趾等の状況と前足部の足圧分布の関係について検討を行った.その結果,足部アーチが低下し前足部が薄くなった状態(開帳足)傾向のある被験者で,前足部中央の圧力が相対的に上昇することを確認した.次に,足アーチの変形による衝撃吸収機能の評価のために,荷重を変化させた場合の足圧分布データから,足アーチの変形特性を評価できる可能性が示唆された.また,短期的な運動介入によって足圧分布データが変化することを確かめた.本研究では,足圧分布データを用いた定量的な足アーチ評価システムを開発することを目的とした.特に,足圧分布データと形態学的な足部の三次元形状との関係,足圧分布を用いた荷重変化時の特性および短期的介入効果の評価について検討した.その結果,足圧分布データと6種類の形態学的データに相関関係が認められた.荷重特性については,標準およびハイアーチ群においては,足アーチへの荷重が増加することによって,足アーチの変形が起こり,扁平足群においては,変形が起こらなかったと考えられた.介入効果については,非標準群において,足アーチの状態が改善し,それが足圧分布に反映されたことが示唆された.高齢者の介護予防と健康支援体制の確立が社会的に急務である.足部は重心保持・移動の作用点であり,扁平足やハイアーチなどの足部アーチの異常は下肢の疼痛や障害を誘発しすると考えられる.しかし,足部アーチの定量的な評価システムは存在しておらず,高齢者における足部アーチの実態データもほとんど存在しない.足部には足弓を形成する縦方向のアーチのほかに前足部の横アーチが外反母趾や内反小趾に影響を与えることが知られている.本研究では,高齢者の運動器としての足部に着目し,足圧分布データを用いた定量的な評価システムを開発することを目的とした.具体的には本年度の実施状況として、1前足部の横アーチの評価パラメータの抽出、2荷重による足圧分布データの変化特性の考察、3足部の三次元形状の測定システムの試用が本課題に関するものである。これと並行して、フットケア等の短期的介入による足アーチおよび足圧分布の変化に関する検討も行った。1については、高齢者を対象としたフィールド実験を行い、外反母趾等の状況とも合わせて、前足部の足圧分布データの分析を行った。2については、足アーチの衝撃吸収機能を評価するために、測定姿勢の変化によって、足アーチへの荷重を変化させて、そのときの足圧分布の変化を測定した。3については、足部の三次元形状の測定装置について、次年度以降のフィールドテストの準備のために、測定器具の使用方法の確認、テストなどを行った。これらの成果については、国際学会および国内の学会で報告した他、議論の発展のために、海外の医師、医用工学の研究者などと討論を行った。本研究では,高齢者の運動器としての足部に着目し,足圧分布データを用いた定量的な評価システムを開発することを目的としている.研究代表者らは、前年度までの研究によって、足圧分布データを用いて縦方向の足アーチを定量的にかつ簡便に評価できるシステムを開発してきた。その中で、前足部の横アーチの状況が足圧分布に反映するため、足圧分布データによる評価の可能性が示唆された。そこで本申請の研究においては、前足部横アーチに関する評価方法を検討し、縦アーチと前足部の横アーチを含めた統合的な足アーチ評価システムの開発を目的とした。本年度の課題として、まず前足部アーチの足圧分布データによる評価を取り上げた。

そのために中高年者を対象としたフィールドでの実験を行い、外反母趾等の状況と前足部の足圧分布の比較を行った。次に、足アーチの変形による衝撃吸収機能の評価のために、荷重を変化させた場合の足圧分布データの取得と分析を行った。外反母趾の理由として、ハイヒール等によって前足部アーチに大きな荷重がかかることが原因として考えられている。そのために、荷重特性の評価は重要である。次に、足アーチの評価システムの開発に必要な、三次元形状の測定についてフィールド実験を行う前段階としての試用を行い、次年度に実際の高齢者対象のフィールド実験を行うための技術的な準備を整えた。以上のことから、足アーチの複合的な評価システムの開発のために必要なステップは、着実に進めており、次のステップで、足部の三次元形状と、足圧分布データの比較をすることで、目標が達成できるため、本研究の進行状況はおおむね順調だと考えられる。今後の研究の方向性としては、これまでの準備に基づいて、以下のように行う。まず、1足部の三次元形状と足圧分布データの計測のためのフィールド実験を実施する。対象は、地域の運動教室等に参加する高齢者とする。2三次元データと足圧分布データの比較を行って、前足部アーチの評価パラメータを抽出する。これまでに、前足部アーチが低下し前足部が薄くなった状態(開帳足)傾向のある被験者で,前足部中央の圧力が相対的に上昇することを確認したおり,足圧分布のパラメータと三次元形状から得られる19種類のパラメータとの関連について,網羅的に解析する.3抽出したパラメータによる評価基準の算出をする。そのために、判別分析等の統計学的手法を用いる。4縦アーチとの関連の検討をする。前足部アーチの低下によって、縦アーチへも影響する例が見られるために、解剖学的なメカニズムについても検討する。次年度以降については、以上のような計画によって研究を推進していく予定である。本研究においては、世田谷区健康体操連盟や包括支援センターとの連携関係によって、フィールド実験を進めており、多くの中年者、高齢者の協力が得られており、また、運動やフットケア等の介入の効果に関する研究も並行して行っている。次年度は、中年者・高齢者を対象とした合計4回のフィールド実験を予定している。この実験では、足圧分布と足部三次元形状の測定を行う。一回の実験でおおむね20名程度の計測を行うが、その際に三次元計測装置のレンタルおよび輸送費が必要なため、一回あたり80,000円、合計320,000万円の使用を予定している。先にも述べたような知見について、日本で行われる国際学会にて発表を行う予定であり、その参加費と交通費に100,000円の使用を予定している。本年度の後半においては、原著論文の執筆が可能となるため、論文投稿・英文校正費用に80,000円を使用する予定である。
顎・顔面領域腫瘍のMRSによる解析

実験動物に移植発育させた癌種を用いてin vivo31P-MRSの測定を行なった。実験動物:DMBAを用いてハムスターの頬嚢に発癌させた腫瘍のリンパ節転移の継代株をハムスター頬嚢粘膜下に移植して発育させた腫瘍。考察:腫瘍の増大とともにPCrの明らかな減少がみられた。腫瘍の増殖とともに低酸素状態に移行していることを示していると考えられた。腫瘍体積とpHiには明らかな相関関係が認められなかったがこれは腫瘍が明らかな壊死を伴った嫌気性状態にはなく、嫌気的経路の代謝産物である乳酸の蓄積量が少ないことが推測された。PDEは増加傾向を示し、膜分解の亢進が推測された。しかし今回の実験ではPDEとPMEのピークの分離が悪く、膜代謝の指標としては確実性に疑問が残った。結語:コントロール群では31P-MRSの明らかなピークは検出されなかった。本研究について今年度は、動物実験においてはハムスター頬粘膜腫瘍のMRS、臨床サイドからは顎顔面領域腫瘍患者のMRS検査の基本的技術の確立を試みた。1.動物実験におけるMRS〈使用機種〉動物MR装置:JEOL製JMN-GX270(静磁場強度6.3T)rf検出器:表面コイル型JEOL製NM-G27TSPWプローブ表面コイルは直径10mm、5ターン、送受信兼用(新潟大学医学部脳研究所に設置)〈使用動物〉〈方法及び結果〉Syrian golden hamsterの頬粘膜にDMBAの0.5%アセトン溶液を塗布、歯科用クレンザーで擦過(藤田ら(1972)の方法)させて発癌させた後、上記機種を使用、腹腔内ネンブタール麻酔下、^<31>P-MRSを測定したが、腫瘍周辺組織からの信号の混入が問題となり、腫瘍の経時的変化によるスペクトルの入手を可能にするため、より小さい腫瘍のスペクトル測定精度を向上させる必要が生じた。今後こうした技術の開発を試みる予定である2.臨床例に対するMRS検査SIEMENS社MAGNETOMH15(新潟大学医学部附属病院に設置)を使用して、顎顔面領域腫瘍患者のMRS測定を予定していたが、腫瘍組織の正確なスペクトロスコピーを入手するに必要な大きさ(径45cm)を持ち、かつ腫瘍の大きさに変化を伴わない早期に腫瘍患者の遭遇することができず、残念ながら臨床例のデータは得られなかった。本研究について今年度は、ハムスター頬粘膜腫瘍のMRS測定については、主に腫瘍周辺組織からの信号混入や頬部の固定方法について昨年度生じた問題点に対して測定精度の向上のための技術の開発を試みた。尚、変更点として、当初計画では、新潟大学医学部附属病院に設置のSIEMENS社MAGNETON H15を用いて臨床例である顎・顔面領域腫瘍患者のMRS測定も予定していたが、現在の装置では3×3×3cm以上の大きさの腫瘍しか測定できず、これに合致した患者に遭遇しなかったため、残念ながら今年度までに臨床例のデータは得られなかった。臨床例の検索には装置の改良が必要であると思われる。動物実験については、現在までに以下のような事が行われた。Syrian golden hamster 30匹(8週雄・100g)の内、5匹をコントロール群とし、15匹の頬粘膜にDMBAの0.5%アセトン溶液塗布、歯科用クレンザーで擦過(藤田ら(1972)の方法)、残りの10匹には本学口腔外科から分与された腫瘍株(大竹ら(1990)によって樹立されたリンパ節転移率90%以上のもの)を移植した。DMBAを塗布した15匹は全例で現在発癌傾向を示し、腫瘍株を移植した10匹中7匹は腫瘍が平均約300mm^3に増殖、内5匹で臨床的にリンパ節転移と思われるリンパ節の腫張が見られている。MRSの測定に関しては体積約850mm^3以下の腫瘍の場合、腫瘍周辺組織からの信号混入が考えられるため、測定精度向上のためT.C.Ngら(1982)が報告し、大久保ら(1990)が改良したファラデーシールドをハムスター頬粘膜腫瘍用に種々の大きさのものを作成、頬部の固定には歯科用材料を利用し作成した固定器具を用いて、頬のうを裏返し固定する事とした。今後は実際に種々の大きさのハムスター頬部腫瘍に対してMRS測定を行い、経時的変化を追跡する予定である。本研究に関しての方法及び結果については以下の通りである。生後7週令のシリアンゴールデンハムスターの頬のう粘膜下にO-N株(DMBAにて頬のうに発癌させた固体の転移リンパ節腫瘍の継代株。

本学第一口腔外科から分与)を約8mm^3の組織片に細切、移植し、腫瘍増殖各段階においての^<31>P-MRSを測定した。使用機種は動物用NMR装置JEOL製JMN-GX270(静磁場強度6.3T)、使用検出器は表面コイル型JEOL製NM-G27TSPWプローブ(直径10mm/5ターン/送受信兼用)である。測定は、腹腔内ネンブタール麻酔下(約90mg/kg)にて頬のうを飜転固定し、腫瘍部を表面コイルの感度領域内に設置して行った。腫瘍体積は腫瘍の長径a・短径b・高さcを計り、(a×b×c)π/6の式から算出した。測定前には表面コイルのチューニング・マッチングを行い、^1Hの信号でシミングを行った。測定条件は共鳴周波数109.25MHz、繰り返し時間1.90、rfパルス幅15secで、測定周波数帯域はPCrのピークを基準(Oppm)とし、約+45-45ppm、得られたFID信号は512回加算した。サンプリング間隔は50μsec・2048ポイントで、30Hzのexponentiallinebroadeningのフィルター関数にてS/N比の向上を図り、フーリエ変換を行ってスペクトルを得、スペクトルには位相補正、ベースライン補正を加えた。スペクトル成分の検討には各成分のピークの高さの比(信号強度比)を用い、細胞内pHは、PCrを基準としてPiの化学シフト(δppm)からpH=6.80-log(5.73-δ/δ-3.22)の式を用いて算出した。尚、腫瘍は移植後10週前後で約1000mm^3に達し、個体は同時期に大部分が腫瘍死した。測定結果であるが、腫瘍体積1001000mm^3(測定個体数16匹)に対する各成分信号強度比及び細胞内pHには明らかな相関関係は認められず、同腫瘍に関してのエネルギー・リン脂質代謝及び細胞内pHは腫瘍体積(少なくとも1001000mm^3)に依存しない可能性が示唆された。
群集の種組成を決定する要因の解明:世界各地の都市鳥類群集(シンク群集)の解析から

本研究の目的は、世界の複数の都市における鳥類群集を、文献・フィールド調査により収集し、都市に進出している鳥はどのような性質をもっているのか、さらに、都市の鳥類の種組成にはどのような特徴があるのかを明らかにすることである。この研究の背景には、群集生態学における古くからの疑問である群集の集合法則(どのような種の組み合わせで生物群集ができているのか)を明らかにするという基礎科学的側面と、都市における自然環境の保全の基礎情報とするという応用学的な側面の両方がある。前者の基礎科学的な側面に基づく研究として、都市の鳥類群集の形成において種間競争が効いているのか、中立説が成り立つのかといったことを議論した論文を作成し投稿しているが(昨年度から修正を加えている)、まだ受理に至っていない。後者の応用学的な側面については、昨年度に引き続き、都市において最も個体数が多くまた人々にとってもっとも身近な鳥類であるスズメに焦点をあてた研究を進め2つのことを論文化した。一つは、スズメが現在の速度で減少して言っても、日本版のレッドリストには入らないということを示した論文(これはスズメの減少が報道されたときにスズメが絶滅するのではないかという心配をする人がいたがそれを払しょくするためのものである)、もうひとつは、スズメがなぜ減少しているかということについて、都市部と農村部で増殖速度に違いがあるからではないかという視点のもとに行った研究である(都市部では、両親に連れ添っている巣立ちビナ数が農村部に比べ少なく、都市部で繁殖がうまくいっていない可能性が示唆された)。また、都市全体の鳥類の多様性がどのように維持されているかについて、フィールド調査を行った。このフィールド調査のデータは現在まとめ中である。本研究の目的は、世界のいくつかの都市の鳥類群集のデータを、文献・フィールド調査により収集し、都市に進出している鳥がどのような性質をもっているのか、種組成にはどのようなルールがあるのかを明らかにすることである。この研究の背景には、群集生態学における古くからの疑問である群集の集合法則が何であるかという科学的疑問と、鳥類の維持、保全といった応用的な側面の両方がある。初年度である今年度は、データの収集を進め、一方で日本の都市鳥類に着目したデータ解析を行った。その結果、まず日本では同じ科の鳥は都市に進出しにくいことが示された。この結果を単純に解釈すると、同じ科の鳥は餌資源・生息場所において競合する種であるため、共存できないためと考えられる。この結果については現在投稿中である。また、日本の都市・住宅地・森林の3環境において、鳥類の種数・個体数を調査し比較したところ、種数については、後者に連れて大きくなるが、単位面積当たりの個体数については、後者につれて少なくなることが明らかになった。つまり都市は、自然環境である森林よりも種数は少ないのだが個体数密度では高いということになる。これは、鳥の体重を総計してバイオマスとして考えた場合にも同じ結果になる。森林の方が、鳥類にとっての資源は豊富そうに見えるのにも関わらず、都市という環境の方が森林よりも多くの鳥類(あくまで個体数の点においてではあるが)を維持できているというのは驚くべきことである。このような傾向は、欧米の研究でも示されている。どのような要因でこのような奇妙なパターンが生じるかを今後明らかにしていきたい。本研究の目的は、世界のいくつかの都市における鳥類群集を、文献・フィールド調査により収集し、都市に進出している鳥はどのような性質をもっているのか、さらに、都市の鳥類の種組成にはどのような特徴があるのかを明らかにすることである。この研究の背景には、群集生態学における古くからの疑問である群集の集合法則(どのような種の組み合わせで生物群集ができているのか)を明らかにするという基礎科学的側面と、都市における自然環境の保全という応用的な側面の両方がある。昨年度と継続して、都市の鳥類群集の形成において種間競争が効くのか、中立説が成り立つのかといった結果を論文にして投稿中(または再投稿作業中)である。加えて、今年度は、都市の鳥類の群集の形成を考える上で基礎となる、都市の鳥類個体数を把握することを目的とした研究も行った。具体的には、日本における都市島の代表格であるスズメの個体数の推定を行った(これは、「日本にスズメはどれくらいいるのか?」、というごくごく単純な疑問に答えるためでもある)。その結果は、荒い推定値ではあるが日本に約1800万羽いると推定された。さらに、都市の鳥類群集が実はかなり不安定である可能性を確かめるために、日本においてここ数十年でスズメがどれくらい減っているのかを文献情報により確かめた(こちらも、「スズメは減っているのか?」という基礎的な疑問に答えるためでもある)。その結果、1990年ごろから、少なく見積もっても50%、多く見積もると80%も減少していることが推定された。

前者の基礎科学的な側面に基づく研究として、都市の鳥類群集の形成において種間競争が効いているのか、中立説が成り立つのかといったことを議論した論文を作成し投稿しているが(昨年度から修正を加えている)、まだ受理に至っていない。後者の応用学的な側面については、昨年度に引き続き、都市において最も個体数が多くまた人々にとってもっとも身近な鳥類であるスズメに焦点をあてた研究を進め2つのことを論文化した。一つは、スズメが現在の速度で減少して言っても、日本版のレッドリストには入らないということを示した論文(これはスズメの減少が報道されたときにスズメが絶滅するのではないかという心配をする人がいたがそれを払しょくするためのものである)、もうひとつは、スズメがなぜ減少しているかということについて、都市部と農村部で増殖速度に違いがあるからではないかという視点のもとに行った研究である(都市部では、両親に連れ添っている巣立ちビナ数が農村部に比べ少なく、都市部で繁殖がうまくいっていない可能性が示唆された)。また、都市全体の鳥類の多様性がどのように維持されているかについて、フィールド調査を行った。このフィールド調査のデータは現在まとめ中である。
タンパク質中アミノ酸残基の非酵素的立体反転についての計算化学的研究

量子化学計算を用いてアミノ酸残基の立体反転経路の探索を行い、アミノ酸残基の立体反転機構を解明する。生体内には水分子やカルボン酸、無機リン酸などの低分子化合物、さらには金属イオンが有意量存在するため、これらの触媒能についても評価する。また、D-アミノ酸残基を含むタンパク質の立体構造を予測し、アミノ酸残基の立体反転がタンパク質の立体構造や柔軟性にどのような影響を及ぼすか検討する。さらに、タンパク質中のD-アミノ酸残基を認識してL-アミノ酸残基へ変換する修復酵素がD-アミノ酸残基を特異的に認識する機構について解明する。
クロイツフェルト・ヤコブ病の発症因子と発症機序の解明

最近、サイトカインの一種である腫瘍壊死因子(TNF-α)を正常マウスの眼球内に摂取すると、クロイツフェルト-ヤコブ病(CJD)類似の病変が視神経細胞に認められることから、CJDの発症機序にTNFが関わっている可能性が示唆されている。われわれは北里大学病院入院中のCJD患者血清中のTNF活性、末梢血単球でのTNF-α特異的mRNAの発現を調べると共にCJD北里1株を接種したNZWマウスより経時的に血清、腹腔貧食細胞(PEM)を採取し、血清中のTNF活性、PEMの細菌内毒素(LPS)反応性を調べた。CJD患者でのTNF産生とmRNAの発現:CJD患者3名と各種神経疾患患者12名の血清中のTNE活性を測定した。その結果、CJD患者2名から明らかに高いTNF活性が検出された。CJD患者1名と神経疾患患者12名の血清からはTNF活性は検出されなかった。末梢血単球のTNF-α特異的nRNAは3名のCJD患者で発現していることが分かった。TNF活性の検出されなかったCJD患者はTNFインヒビターが血清中に存在していることが分かった。CJD疾患モデルマウスのTNF産生:CJD株接種のNZWマウスについて接種後60日目、90日目、110日目、125日目の血清中のTNF活性を調べたが、検出されなかった。in vitroでPEMを培養し、LPSで刺激した場合の培養上清中のTNF活性を比較すると正常マウスより感染マウスの方が常に低かった。CJD患者から得られた結果はTNFが発症機序に関与する可能性を示唆している。しかし、モデル動物での知見とは一致しなかった。現在、実験のプロトコールを見直して再実験を進めている。
オープンイノベーションを活用した品質管理の枠組みに関する研究

本研究は、日本企業を中心に発展してきた品質管理に対して、近年、注目されているイノベーションの新しい概念であるオープンイノベーション(OI)の活用の有効性を検証する。最初に、OIに関する取り組みの要素を考慮して、OIと品質管理活動がどのように相互に関連しているか、特に、OIが製品開発力、生産技術力、サービス企画力、サービス提供力などのシステムの向上にどのように影響し、革新的な製品・サービスの創出につながるのかについて検証する。次に、OIの活用により創出された製品・サービスに関する知覚品質および顧客満足度の評価モデルを構築する。
湾曲型GEMで実現する放射状電場タイムプロジェクションチェンバーの開発研究

高エネルギー物理実験における粒子検出器の一つであるタイムプロジェクションチェンバー(TPC)は、入射粒子と同じ方向に電場を印可することで精度の悪化を抑制するが、逆にこれが入射頻度に制限を与えていた。今般実現された大強度陽子加速器施設(J-PARC)等の大強度ビーム環境では、従来より高頻度で事象を精度良く検出する必要があり、従来の電場方向とは異なる放射状電場を採用したTPCを実現し、大強度ビーム照射環境で運用可能な荷電粒子飛跡検出器の実現を目指した。特に読出センサーに用いる湾曲GEM(Gas Electron Multiplier)検出器の開発において大きな成果を挙げる事が出来た。研究計画初年度の最も重要な開発項目として、30cmの曲率半径で湾曲させたGEMフォイルを3層実装したGEM検出器を製作した。薄膜を湾曲させた上でフレームに100ミクロン精度で固着することは困難を極めたが、フレームの固定方法・固定のためのネジの方向等、機械的な加工手段の最適化を図ることで最終的に成功した。その後、当初計画通り、3cm角の大きなパッドを持った読み出し部を設置し、湾曲形状にした上でもGEM機構によるガス増殖が起きることを確認し、その信号を取得することに成功した。これで、本研究課題の最終目標である放射状電場タイムプロジェクションチェンバーを実現する上で、読み出しセンサーを担う湾曲型GEM検出器部分までを実現することに成功した。今後は、残りの開発項目である湾曲電極部分の開発と、製作した湾曲型GEM検出器の基礎特性試験を進める予定である。平成25年度に製作した高精度高電圧印加電極(湾曲GEM込み)を湾曲電極に改造し、さらに曲面の精度を保持するための高精度支持機構を作成した。「湾曲半径30cmで曲面精度100ミクロン以下」を目指して製作し、複数回の試行を経た後完成した。この電極の高精度支持機構に前年度に製作済みの湾曲GEM電極を実装し、放射線検出器として完成させた。支持機構の製作と、要求精度達成のための試行に想定以上の時間が掛かり、放射線検出器としての完成をみたのは年度末となってしまったが、最低限の検出器としての動作確認のみを実施することが出来た。このサイズでこの湾曲方式での湾曲GEM型検出器の実現は世界でも初めてのことであり、本事業完了後にも、高エネルギー物理領域における新しい検出器開発として継続していく予定である。尚、高精度支持機構への実装手法及び位置精度の測定に関して、研究協力者である九州大学大学院生の寄与が大であった。高エネルギー物理実験当初想定された湾曲型GEM製作に関する技術的困難は、想定通り困難を極めたが、最終的にこれを解決し、湾曲型GEM検出器として実装することに成功した。初年度の研究目標はこれを以て大幅に計画以上に進んでいるが、一方で、湾曲型電極の開発に関しては若干遅れているため、研究計画全体としての達成度としては、概ね順調に進展していると言える。今年度は、残りの開発項目である湾曲電極部分の開発と、製作した湾曲型GEM検出器の基礎特性試験を進める予定である。特に、湾曲型GEM検出器に関しては、ガス増殖機構の基礎特性(増殖率計測、ガス拡散係数測定)を進め、最終的に粒子線検出器としての検出性能(位置分解能、検出効率)を計測して、基礎性能試験を終える。一方、湾曲型電極に関しては、薄膜電極による高電圧印加機構としての加工を急ぎ、今年度内にタイムプロジェクションチェンバーとしての実装を最終的に目指す。旅費が当初計画と異なったため。電極製作経費に補填。
近縁群における遺伝的変異解析に有効なマーカー探索法の構築

分子生物学的手法は、系統分類学や生態学の分野において欠かすことのできない研究手段である。本研究では、風媒性花粉と動物による種子散布により集団を維持・拡大しているヤマモモ集団と最近になって急激なゲノム再構成により種分化を遂げたキク科ブラキスコーム属の植物を用いて、(1)ランダムプライマーによるDNAフラグメントの増幅、(2)種・個体間での解析に適したフラグメントの選出、(3)フラグメントの分子種の推定や分布状態の調査、といった連続的な実験操作法を確立することにより、比較する分類群のレベルに応じた適切な遺伝マーカーを効率的に選出・解析する系を構築することを目的とした。1.ヤマモモの集団構造の解析屋久島西部のヤマモモ3集団(77個体)を用いてRAPDマーカー法による解析を行った結果、8種類の優性マーカーと8種類の共優性マーカーにより個体識別が可能であった。各個体の位置、サイズと遺伝子型より、23個体が地域内で散布された種子由来であること、残りは外部集団から移入したものであることが明らかとなり、種子の定着にはヤクザルによる長距離散布が有効であると推定される。風媒花粉の有効散布距離は、従来、花粉源から約1020mといわれていたが、ヤマモモ花粉は直線距離にして約50440m散布されていることが明らかとなった。2.ブラキスコーム属におけるゲノム構成変動要因の解析著しい染色体数や染色体総長の変異が最近になって生じたと推定されるブラキスコーム属3種を用い、RAPDマーカー法による種特異的な変異部位の探索し、それらの分子種とコピー数を調査した。レトロトランスポゾンやトランスポゾンなどの転移因子に似た分子種などがB.eriogonaとB.smith-whiteiの2種のみにみとめられ、ゲノムサイズの再構成に伴いこれらのコピー数の減少が起こったと推定された。のこりのB.campylocarpaには、先の2種にみられら分子種は存在せず、この種のゲノム再構成には、他の因子が関与した可能性が高い。本研究では集団内の遺伝的関係や近縁種間の類縁関係を遺伝子レべルで明らかにするため、比較に適切なDNAマーカーを効率的、低コストで選出、解析できる系の構築を試み、以下に示す結果がえられた。屋久島西部のヤマモモ3集団、合計77個体において抽出したDNAを用いて、約500組の2種類の10塩基ランダムプライマーを用いてRAPDマーカー法により増幅を安定的に増幅できる120組のプライマー対を選択した。これらの増幅パターンを比較したところ、マーカーとして、8種類の優性マーカーと8種類の共優性マーカーが個体識別に有効であった。これらをもとに遺伝子型を決定したところ、73個体は個体識別が可能であったが、残りの4個体は各2個体の遺伝子型がそれぞれ同一であった。各個体の分布、個体サイズ、遺伝子型より、集団の構造と形成過程に関して以下のことが明らかとなった。1.種子散布:調査地域の23個体が地域内に散布された種子由来で、その散布距離は20660m、残りの個体は、外部集団から移入したものである。この距離から、ヤマモモの種子の定着に有効な散布法はヤクザルによる糞散布と推定された。2.花粉散布:風媒花粉の有効散布距離は従来、花粉源から約1020mと推定されていたが、ヤマモモの花粉では直線距離にして約50440m散布され、大半は尾根間の長距離移動であった。

3.集団構造と形成過程:調査地域では、最初に外部集団からの種子散布により23個体が定着・成長し、次に、内部での交配、外部集団からの花粉や種子の移入により形成された。近交弱勢が集団形成に関して影響を与えている可能性が示唆された。本研究では近縁種間におけるゲノム再構成の実体を遺伝子レベルで明らかにするため、比較に適切なDNAマーカーを効率的、低コストで選出、解析可能な系の構築を試み、以下の結果がえられた。実験材料には、オーストラリアの多様な生育環境に自生するキク科ブラキスコーム属Brachyscomeの植物群のうち、形態的は類似しているが著しい染色体数や染色体総長の変異が生じている、B.campylocarpa、B.eriogonaとB.smithwhiteiの近縁3種(Campylocarpa群)と基準種B.decipiensを用いた。ゲノムサイズが大きいB.eriogonaを中心に、RAPDマーカー法による種特異的な変異部位の探索を行い、得られたマーカーの配列決定とサザンハイブリダイゼーションによるゲノム内のコピー数の違いを解析した結果、ゲノムサイズ変動や環境適応に、以下の分子種が関与することが示された。1.レトロトランスポゾン様分子種:copia-タイプとTy3-gypsyタイプの2種類があり、B.eriogonaとB.smithwhiteiの2種のみにシグナルが検出され、特に前者ではゲノムあたりのコピー数が多い。2.トランスポゾン様分子種:B.eriogonaとB.smithwhiteiの2種のみに存在し、ゲノム内のコピー数は極めて少ない。3.塩ストレス誘導型タンパク質様分子種:B.eriogonaとB.smithwhiteiの2種のみに存在し、ゲノム内のコピー数は極めて少ない。4.形態や遺伝子の塩基配列類似度より、最近になって種分化したと推定される、B.eriogonaとB.smithwhiteiの2種のゲノムは1-3に示した分子種を共有している。これら2種間では、ゲノムサイズが約3倍と異なり、レトロトランスポゾン様分子種がゲノムサイズの再構成に関与していることが示唆された。5.形態が類似するCampylocarpa群の3種のうち、B.campylocarpaには1-3に示した分子種が存在せず、この種におけるゲノム再構成には、異なるタイプの転位因子が関与した可能性が高い。
ナノ液滴成長法によるSiO2/Si基板上へのInGaN量子ドットの自己形成

平成30年度では、前年度の研究成果を基にSiOx膜上へのInAs量子ドットの作製プロセス装置に改良を加え、かつInAs量子ドットの発光特性をさらに調べ、発光強度の増強を実現した。作製プロセス装置の改良では、InAs量子ドットとSiOx膜の界面における不純物の混入を抑制し、InAs量子ドットの品質を向上させるために、SiOx膜の高周波マグネトロンスパッタ蒸着装置と分子線堆積装置の間の基板試料の搬送を超高真空中で行える搬送システムを開発した。その結果、InAs量子ドットをSiOx膜中に埋め込んだ構造を真空一貫プロセスにより作製できるようになり、その構造の多重積層化も可能となった。さらに、種々の基板材料に対応でき、かつ不純物の汚染を抑制した基板ホルダーの改良も行った。上記の作製プロセスの改良により、SiOx膜上に高純度のInAs量子ドットを作製できるようになり、不純物混入による発光スペクトルを抑制できた。また、SiOx膜上のInAs量子ドット構造に比べ、SiOx膜で埋め込まれたInAs量子ドット構造の発光強度は増大した。さらに、SiOx膜/GaAs基板上のInAs量子ドットのフォトルミネッセンス測定において、発光スペクトルの励起光波長依存性を調べた結果、基板材料のGaAsのバンドギャップより低いエネルギーの励起光において、従来の高エネルギー励起光の場合の発光強度に比べて数百倍から数千倍も増強する現象を観測した。初年度の研究成果を基に、作製条件および作製プロセスの改善を検討し、本研究開発を進める上での様々な知見を得ることができた。また、作製した試料の測定評価法についても新たな特徴を見出すことができ、今後の研究展開に向けて有効な成果を得ることができた。最終年度では、InGaN系の成膜成長装置の立ち上げについては継続して推進していく予定であるが、昨年度のSiOx膜上へのInAs量子ドットの自己形成法を開発した実績を踏まえ、さらにSiOx膜上へのAlGaAs系およびInGaSb系の量子ドットの自己形成法の開発を展開することを計画している。また、ガラス基板上へのIII-V族半導体量子ドットの自己形成法についても開発を進め、量子ドット層の多重積層化および低エネルギー励起光による発光強度の増強効果を利用したデバイス応用への展開も推進していく予定である。初年度の平成29年度では、実施計画書に記載したように、同時供給法によるSiO2/半導体基板上へのInGaAs量子ドットの自己形成について検討した。従来の単結晶基板上へのエピタキシャル成長法による量子ドットの自己形成とは異なり、格段に難しい結晶成長技術の開発であるため、初年度はこれまで量子ドットの自己形成法として多くの研究実績のあるInAs量子ドットの分子線堆積法による成長を試みた。SiO2/Si基板表面の化学処理後、超高真空下で熱処理を行い、In, Asの分子線を同時に供給し成長させる方法を検討した。原料の分子線供給量、成長温度、成長速度などの成長条件依存性を調べ、SiO2膜上へのInAs量子ドットの自己形成の実現を目指した。InAs成長過程の高速電子線回折(RHEED)観察では、成長の初期から明瞭なリングパターンが現れ、結晶化を確認した。一般には、多結晶成長の場合にリングパターンが観察されるが、成長後の試料の原子間力顕微鏡(AFM)観察では、個々の独立したナノサイズの粒状結晶が観察され、さらに透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、個々の粒状結晶の多くが単結晶構造であり、ランダムな結晶方位をもつことが明らかになった。AFM観察によるInAs単結晶粒のサイズは5 nm 15 nm程度で、量子サイズ効果が期待される構造であることが分かった。アンサンブルのInAsナノ単結晶粒のフォトルミネッセンス(PL)測定より、2μm帯と1.1μm帯の発光ピークを観測した。真空/InAs量子ドット/SiO2構造における量子準位の理論計算結果との比較した結果、それぞれheavy holeの基底準位間遷移とlight holeの第1励起準位間遷移による発光に相当することが分かった。初年度の目標であったSiO2/半導体基板上へのInAs量子ドットの自己形成法を達成できたことが最大の理由である。非晶質のSiO2膜上であるため個々のInAs量子ドットの配向性を揃えることは困難であるが、SiO2膜上での単一核形成とその後の成長の精密な制御により個々に独立したInAs量子ドット構造を自己形成できたことは大きな意義がある。また、その量子ドットからの発光を確認できたことにより、その結晶性も良質であることを示すことができたことは大きな成果と言える。

また、SiOx膜上のInAs量子ドット構造に比べ、SiOx膜で埋め込まれたInAs量子ドット構造の発光強度は増大した。さらに、SiOx膜/GaAs基板上のInAs量子ドットのフォトルミネッセンス測定において、発光スペクトルの励起光波長依存性を調べた結果、基板材料のGaAsのバンドギャップより低いエネルギーの励起光において、従来の高エネルギー励起光の場合の発光強度に比べて数百倍から数千倍も増強する現象を観測した。初年度の研究成果を基に、作製条件および作製プロセスの改善を検討し、本研究開発を進める上での様々な知見を得ることができた。また、作製した試料の測定評価法についても新たな特徴を見出すことができ、今後の研究展開に向けて有効な成果を得ることができた。平成30年度は、InGaN系量子ドットのSiO2膜上への自己形成法を検討するために、年度の早期に窒化物系半導体の成長装置を整備し、InGaN系の成長実験を開始する。成長条件の検討を進めながらSiO2膜上への単一核形成の実験を進める計画である。また、SiO2膜上へのInGaAs系量子ドットの自己形成法の結果を基に、AlGaAs系へと展開していく計画である。AlGaAs系量子ドットは赤色発光の材料として期待されるが、InAs系量子ドットに比べて表面・界面の影響が問題となる可能性がある。そこで、SiO2酸化膜の高周波スパッタ蒸着装置と分子線堆積装置とを連結した超高真空一貫のシステムとして整備し、実験を進める計画である。最終年度では、InGaN系の成膜成長装置の立ち上げについては継続して推進していく予定であるが、昨年度のSiOx膜上へのInAs量子ドットの自己形成法を開発した実績を踏まえ、さらにSiOx膜上へのAlGaAs系およびInGaSb系の量子ドットの自己形成法の開発を展開することを計画している。また、ガラス基板上へのIII-V族半導体量子ドットの自己形成法についても開発を進め、量子ドット層の多重積層化および低エネルギー励起光による発光強度の増強効果を利用したデバイス応用への展開も推進していく予定である。