hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯周組織の破壊と再生に関する総合的研究

歯周組織破壊の初期過程、特にポケット形成に関連した接合上皮の初期形態変化について光顕的・電顕的観察を行った(二階)。各種動物の口腔粘膜とヒト炎症歯肉にモノクロナール・ケラチン抗体を用いて観察した(森)。健常者末梢血好中球の免疫学的機能について検討した(池田)。健常イヌ歯肉を上皮と結合組織に分離して両組織のGAG分子種の定性,定量とin vitroにおける各GAGへの【^3H】-グルコサミンの取り込み実験を行うとともに、炎症時の変化を歯肉溝滲出液中のGAGを定量して組織破壊過程を明らかにすることであった(岩山)。ヒト歯肉由来の線維芽細胞をコラーゲン線維と共に培養し、経時的に固定し、電顕的に観察した。組織再生,修復における線維芽細胞の動態とコラーゲンの消長を電顕観察した。(矢嶋)。歯周組織の再生過程を究明する研究の一つとして、サルの骨欠損モデルにアパタイトを充填し、歯周組織の再生過程について病理組織学的検索を行った。歯周炎罹患者に対し、アパタイトを臨床的に応用し、3年間にわたって観察を行った。(石川)。1971年にフロリダ大学のL.L.Henchにより開発されたバイオグラスという材料は骨と結合する性質があり、耳鼻科領域で臨床応用されている状況であり、このバイオグラスが歯周治療の分野で応用できるかどうかを病理組織学的に観察した(末田)。イヌに人工的に垂直性骨欠損を形成し、Β-tricalcium phosphate補填後の歯槽骨の再生,歯根膜やセメント質の反応およびTCPの吸収過程を病理組織学的に検索した(原)。遊離歯肉移植の修復過程における歯周組織複合体の破壊と再生の現象が、移植床の環境によってどのように影響されるのかを検索した(上野)。(矢嶋)。(石川)。
音響効果技師の制作した効果音に対する視聴者反応の実証的な研究

音響効果技師の制作した効果音が、現場での収録音やライブラリィ音と比較してどのような特質を有するのかを実証的に考察した。同じ映像に対し、これらの音を差し替えて視聴させ、印象評価と自由記述の視聴者反応を収集した。その結果、視聴者にとっては、音が単に良く聞こえること以上に、どのように聞こえるかが作品の中では重要であることが強く示唆された。視聴者反応においては、音は映像の演出と深く関係している可能性が高く、効果音の最適化には演出と音のマッチングが重要であることが確認された。本研究は、映像作品における音響効果の最適化要件を、視聴者反応の観点から実証的に解明することを目的とする。本年度は、音響効果技師が制作した各種効果音と擬音制作用小道具の保全、擬音と比較するための汎用的に使用される効果音ライブラリィの選定、デジタル音響の加工に使用されるDAW等のソフトウエアとハードウェア環境を整えることを目標として研究を進めた。(1)音響効果技師の南二郎が制作した効果音のアナログ音源の全てをデジタル化し終えた。これは、株式会社サウンドマンによる多大な研究協力によって、6mmテープなど一部特殊となっているメディア類に記録されたアナログ音源をもあますことなく保全することができた。こうして、遺されたすべての音源は、288タイトルのオーディオCDとし、取り込みのソフトウェアのプロジェクトファイルを収録したDVDとのセットとしてラベリングを済ませ、ライブラリィ化した。これにより、多様なメディアに記録されていたすべての擬音等を特殊な機器類を必要とすることなくその音源にアクセス可能とした。(2)南二郎のご遺族から寄託された擬音制作用小道具類の基本データをすべて記録した。すべてラベリング、採寸・計量の上、各小道具を高品質のデジタル静止画に多角的に収めた。(3)映画や放送局で使用される効果音ライブラリィは、品質と実績で定評のある汎用ライブラリィを選択した。これは擬音と汎用的なライブラリィ効果音とを用いた実証実験の際に欠かすことができない資料であるため、これらを長年扱う専門の関係者からの意見をもとに選択した。今年度の実績は、研究目的である視聴者に最も影響を与える効果音の要件の探求に向けた実証実験に必要不可欠な基本資料であり、なおかつ、メディア関係機関において看過されたり散逸したりしてきた擬音制作用の小道具類や貴重な音源の保全に資するものである。主に映像作品における音響効果の最適化要件を、視聴者反応の観点から実証的に解明することを目的として、2年目にあたる本年度は視聴者反応を得るための実証実験に向けた準備・作業を中心に研究を進めた。(1)デジタルアーカイブを終えた音響効果技師の南二郎の制作した擬音の効果音について、実証実験に使用する音源の選定に取り組んだ。主に研究予算の関係から博物館的なデジタルアーカイブの構築を一時離れ、世界5,000か所以上のスタジオ等で使用されている業務用音源検索ソフトを利用して音源のライブラリィ化を行い、そこから効果音を効率的に選べる準備に取り組んだ。(2)視聴者反応を調査する際の要件定義について、以下の項目を連携研究者、研究協力者と共に整理、検討した。a.映像作品の内容と長さb.デジタル化した擬音と入手した汎用的な効果音ライブラリィからの使用音源の選定基準c. a.b.との関係からのストーリー構成について(3)視聴者反応の適切な評価方法について検討した。効果音は、音楽やサウンドスケープといった感性と環境情報とは異なり、時間的に短い音響情報であるため、適切で精度の高いデータ収集と分析が行えるよう従来のSD法による評価とその課題を確認し、別の評価方法との組み合わせ等を検討した。今年度は、視聴者反応のデータ収集と評価分析の方法と実際について考察を重ね、映像作品における効果音の実証実験の実行に求められる要素と課題を明らかにした。当該年度においては、視聴者反応の実証実験のための映像制作までを計画していたが、現場音の収録音声も使用するため、4K映像の使用も検討せざるを得なかった。しかし、4Kビデオカメラの仕様の慎重な確認と研究予算とにより、その選定が定まらず(研究目的に適した製品が限られた)、また、並行して進めた制作映像の作品としての最適な長さの検討に時間を要したことを主たる理由とし、当初の計画と進捗からするとやや遅れを生じる結果となった。視聴者反応を適切に評価するシステム要件(データ収集と評価分析の方法等)を慎重に検討したのち、印象評価を軸とした被験者からの反応データを収集した。被験者は、用意した映像(V1)交通機関、(V2)波、(V3)ストーリー作品の3種(※1)を同一の条件で視聴するが、各映像には3パターンの音声(A1,A2,A3)(※2)にそれぞれ差し替えた評価用の8バージョン(※3)があり、被験者はその全てに対する印象等をアンケート形式で答える。ただしV3のストーリー作品は予算的な制約から新規制作を断念し、代わりに代表研究者が2004年に制作公開した映像作品の1シーケンスを再編集したものを採用した。被験者は2人から4人のグループごとに、約80分ほどの間、V1A1・V1A2、V2A1・V2A2・V2A3、V3A1・V3A2・V3A3の視聴と評価と進み、それぞれに対する9項目の印象評価を5段階で評価し、自由記述と共にアンケート用紙に記入後、口頭で自由に語ってもらった。

得られた反応には「音が映像の演出効果と深く関わっている」という一定の傾向が見られ、被験者全体にほぼ共通した印象評価、A3の映像表現と音響のマッチングへの言及など興味深いデータを得られた。今後、これらの視聴者反応を多角的に分析し、映像に作用する音響の役割や影響を及ぼす主たる要素を考察していく。(※1)映像の概要V1:交通機関(110秒),V2:波-海と海岸のKen Burns Effectスライドショー(110秒),V3:映像作品の1シーケンス(240秒)(※2)音声の概要A1:同時録音の音声(現場音),A2:効果音ライブラリィから選択(汎用効果音集),A3:擬音(音響効果技師の南二郎が演じた波の音,風の音)(※3) V1は研究代表者が取材収録した音声の中にA3に適した音声が揃わなかったためA3に差し替えたV1A3はない。音響効果技師の制作した効果音が、現場での収録音やライブラリィ音と比較してどのような特質を有するのかを実証的に考察した。同じ映像に対し、これらの音を差し替えて視聴させ、印象評価と自由記述の視聴者反応を収集した。その結果、視聴者にとっては、音が単に良く聞こえること以上に、どのように聞こえるかが作品の中では重要であることが強く示唆された。視聴者反応においては、音は映像の演出と深く関係している可能性が高く、効果音の最適化には演出と音のマッチングが重要であることが確認された。当該年度の研究実施計画における音源・小道具類の保全とデジタル化は計画通りに進んだ。また、実証実験に向けた擬音との比較対照となる汎用的な効果音ライブラリィも最適と判断できる品質と内容のデータを選択・入手できた。これは研究協力者である株式会社サウンドマンや効果音を長年扱ってきた関係者の多大なる協力もあり、達成することが可能となった。音源に関する基本作業が順調だった一方で、南二郎による擬音制作の記録映像や効果音に関係する映像資料の整理は未着手となった。これは、DVテープ、DVD、VHSに保存された映像資料が50時間に及ぶこと、VHS等オリジナルの映像を再生する機器類の選定やキャプチャー方法、取り込みの際の映像規格の検討などから慎重に取り組んだことから時間的に困難であったことが主たる理由である。前半では、視聴者反応を調べるための効果音のカテゴリーの選定を行い、その後実証実験用の映像の構成(長さやジャンル)と演出方針を確定し、撮影、編集によって作品として完成させる。これにより実証実験を実施する。後半では、視聴者反応の分析を多角的に行い、研究成果の確認と検証を行って取りまとめる。デジタルコンテンツ・マネジメント前半では、映像資料の整理と保全に取り組み、擬音・効果音制作に関係するデジタル・オンリーの一次資料(デジタルアーカイブ)を構築する。後半では、研究目的から、実証実験用の映像作品の企画・脚本・撮影・演出に関する計画を詳細化して作品制作に取り組む。これを軸として映像につける効果音の選定も行う。これにより実証実験を実施できるように取り組む。課題としては映像作品のスタッフやキャストの選定に時間がかかる可能性もあることから、研究計画全体に遅れが生ずる懸念も考えられる点が挙げられる。これはスケジュールの前倒しを前提として、適宜、関係情報の迅速な取得と調整によって回避していく。
地理情報を用いた古代史蹟群の立地環境の評価に関する研究

本研究は次の2つを目的としている。(1)九州北部地方における史跡などの歴史的環境の整備状況や利用の実態を明らかにすること。(2)これまで個別に蓄積されてきた史跡や文化財の情報と、地形などの自然環境に関する情報及び土地利用変動や都市計画などの都市環境に関する情報を統合化することにより、遺跡の出土条件を分類評価し、その結果をもとにして将来の遺跡出土の可能性の高い地域の抽出を検討すること。整備状況や利用実態を明らかにするために、保存整備された史跡を対象にして、規模、位置、種類、整備方法、活用方法や周辺環境、実際の利用状況についての現地調査と利用者に対してのアンケート調査を行った。調査結果に基づいて、都市的な活用と言う観点から整備状況を評価し、これと遺跡の種類や周辺環境との関連を検討した。また利用者の史跡に対する意識を検討した。これらを通じて、現状の史跡保存整備についての問題点の整理を行った。また遺跡の出土条件を把握するために、現在郡市化の進行しつつある糸島半島および筑後平野北部を対象に、遺跡の形成に強く影響した自然環境に関する情報と、遺跡の発掘要因となっている市街化などの都市環境に関する情報とから、遺跡の出土を判別する関係式を、数量化II類分析を用いて導びいた。これによって、遺跡の種類毎にその出土に与える周辺環境の影響を数量的に把握することができた。更に将来都市環境が変化した場合の今後の出土の可能性の高い地域の抽出を試みた。今回用いた方法では既存の数値情報を利用しているため、他の地域においてもその適用は可能である。本年度は地理情報システムの構築に向けて、福岡都市圏の市町村における古代史蹟の出土分布に関する情報の収集を行ってきており、これをもとにして、福岡都市圏の辺縁に位置し現在都市化が進行しつつある小郡市を対象に、単純なモデルに基づいて遺跡の立地条件を説明し、更に今後の出土の可能性の検討を行った。まずは、過去において遺跡の形成に強く影響した地形などの自然環境と、主として遺跡発掘の原因となっている市街化などの都市環境とで、単位面積当りの遺跡の出土数を説明する関係式を数量化I類分析を用いて導くことで、遺跡の出土条件の分析を行った。次いで、この関形式を基に、都市環境の条件を変化させることで、将来の都市化の進展にともなっての、遺跡の出土率の予測をおこなった。その結果、遺跡の出土条件として自然環境では「標高」「傾斜方位」「傾斜角」に高い関係性が認められ、さらに遺跡の種類によって異なる傾向が見い出された。これに対して、都市環境では「市街化区域」「区画整理」に関係性が認められたものの、自然環境に比べて低いものにとどまっている。そのため、対象地域の全域が市街化区域に指定された場合でも、必ずしも遺跡の出土が進むとは言えないという結果となった。したがって、将来の都市化にともなっての出土予測の精度を高める必要があり、そのために今後は遺跡の発見に至るプロセスを、うまく説明するより詳細なモデルを設定し、出土と高い関係をもつ要素を見い出すことが必要となる。
秩序パラメータの直接観察と相転移現象のミクロ解析

走査型トンネル顕微鏡(STM)とトンネル分光を組みあわせることにより、各原子位置でのトンネルスペクトルを得る手法として、原子位置トンネル分光(AST)法を提案し、STMヘッド部の剛性の向上やエレクトロニクスの改良などにより実際にASTが実現可能な装置を開発した。また、モデル物質として室温以下の温度で電荷密度波(CDW)を形成するTa(S, Se)_2を選び、同装置を用いて各原子位置によるトンネルスペクトルの実空間変化を調べた。TaS_2の場合、室温ではCDWの山の位置で多少スペクトルは金属的であるものの、フェルミ面接傍の状態密度はサイトによらず有限であり、全体としてはバンド計算の結果と定性的に一致した。一方、77Kでは、フェルミ面上に明瞭なギャップ構造がみられ、またギャップエッジによる2つのピークはいずれもCDWの山の位置で最大となった。この結果は、状態密度の移動が起こったことを意味しており、電子間のクーロン相互作用により電子が局在したこと(モット局在)を示している。TaSe_2ではこのようなギャップ構造が見られず、むしろフェルミ面以外の位置に状態密度の極小が観測されたことから、バンド描像が基本的に成立していることがわかる。TaSe_2系にSをドープしていくと、1:1程度置換した系で急激なスペクトルの変化が観測され、抵抗率の挙動と良い一致を示した。モット転移には、有効質量が発散する場合と、キャリア量が減少する場合の2つのケースがあるが、本研究の範囲内では有効質量の発散を支持するようなコンダクタンスピークはみられず、キャリア量の減少を示唆している。本研究では、相転移現象に伴うΔの空間的な変動をSTMにより直接観察する手法を確立し、相転移のミクロな機構を実験的に明らかにすることを目的としている。このためには極低温から数百°Cといった広い温度範囲かつ強磁場下で安定に動作する温度可変・精密制御型STM装置を試作した。STMユニットを2重の真空層で断熱し、多数のヒーターにより0.001K以下の精度で温度が制御できるシステムを実現した。強磁場下では通常の熱電対は誤差を生じるため、温度モニターに白金抵抗温度計を用いた。また、温度の上限はSTMの探針走査に用いる圧電材料のキューリ-点で制限されるため、キューリ-点の高い圧電材料を用いた。次に、上記のSTMシステムにより、遷移金属元素ダイカルコゲナイトの電荷密度波(CDW)転移に伴う秩序パラメータΔの変化について調べた。NCCDW相である室温での測定ではCDWの山と谷の部分でトンネルスペクトルに顕著な違いが見られ、転移点近傍でのΔ揺らぎを示唆している。一方、100K付近でCCDW相に転移するとフェルミ面上にギャップ構造が現われ、ギャップエッジのコンダクタンスピークは両方ともCDWの山の位置で最大となった。この結果は単なるCDW構造の変化では説明できず、相転移に伴って電子間のクーロン反発力が強まりモット局在したものと解釈できる。本実験の結果は、モット局在を実空間から直接的に調べた初めての例である。今後、転移点近傍の各温度においてにおいてΔの空間分布を測定し、そのフーリエ変換から揺らぎの波数依存を検討するとともに、得られた結果を簡単なガウス揺らぎモデル及び臨界揺らぎモデルなどと比較し、それらの差異について議論する。1T-TaS_2では、高温相であるnearly commensurate相やT相では、フェルミエネルギーE_F近傍(-0.50.5eV)の状態密度が温度の低下とともに減少するものの、N(0)は有限であり、基本的に金属であると考えられる。しかし、commensurate相に転移すると、突然-0.3eVと-0.2eVにコンダクタンスのピークを伴った明瞭なギャップ構造が観測された。また、77KにおけるSTM/STSより、コンダクタンスピークはいずれもCDWの極大の位置で高くなることが判明した。

このことは、状態密度がCDWの極小から極大へと移動したことを意味している。以上の結果は、ギャップ構造の生成が、電子間のクーロン相互作用によるもの(モット局在)であることを示している。本実験の結果は、モット局在を実空間から確かめた初めての例である。一方、SをSeで置換していくと、x=0.5まではx=0とほぼ同様の挙動を示すが、x=0.8ではピーク構造は消え、有限のN(0)が現われた。また、x=2ではE_Fの位置を除けばほぼバンド計算と一致するスペクトルが得られた。このことは、Sの量が増えるにつれ電子相関が強まることを示している。モット転移の機構としては、N(0)の減少及び有効質量m^*の発散の2つのメカニズムが考えられるが、本実験の範囲内では、m^*の発散を示すE_F上のピークは観測されず、N(0)の変化による機構を示唆している。
フラストレートした磁性体におけるベリー位相とその展開

フラストレーションを古典的な局所安定構造の非存在と考えるとき局所的な残留エントロピーは十分な量子効果で完全に解放され局所的な安定化構造が形成される。1次元系でのパイエルス不安定性に伴う二量体形成が、このエントロピー解放機構の典型例であり、2次元、3次元の種々のフラストレート系においても一般の多量体形成が実現することは実験ならびに数値的研究において確認されているところである。これらの一般の多量体は量子相において孤立することなく近傍の多量体と相互作用し全体として励起にギャップをもつ量子的にもつれ合った状態が構成される。この観点に立つとき、古典的なフラストレーションに伴う局所エントロピーは量子もつれとして量子系に埋め込まれるのであり、この埋め込まれた古典的な自由度は、バルクの量子的にもつれ合った状態においては、いわゆるエンタングルメントエントロピーとして隠れた実効的な局所自由度(エッジ状態)の形で顕在化する。逆に、このギャップのある量子系において境界にあらわれる局所自由度がバルクエッジ対応の一つの例として量子系を特徴付けるのである。ここでこの議論を逆にして量子もつれ相とは何らかの断熱過程により、孤立した局所的な量子的構造(多量体)の集合体にまで励起ギャップを開けたまま連続変形できるものと定義しよう。このように定義した量子もつれ相は、量子論の準位交差の一般論に従うと単一相となるが系が離散的対称操作の下で不変であるときにはトポロジカルに明確に分類される多様な物質相が存在し得て、その各相は量子化ベリー位相をトポロジカルな秩序変数として分類される。本研究では、ダイマリゼーションを伴う1次元の整数スピン鎖ならびに2次元直交ダイマー系、カゴメ格子、パイロクロア格子上の多量体化に伴う励起ギャップを持つDirac電子系それぞれに対して具体的なトポロジカルな秩序変数を定義しその有効性を確認した。フラストレートしたスピン液体相の対称性の破れによらない分類、特徴付けをめざし、トポロジカル秩序、より広くは量子秩序の概念を用いた研究を行った。本研究においては幾何学的位相に基づくある種の秩序変数の類似物としての量子化ベリー位相を主に用いた研究を行う。そこでは系の励起に有限のエネルギーギャップが存在すること、並びに時間反転対称性が重要である。局所的スピンひねりによるベリー位相をもって量子的局所秩序変数とするとき、系に時間反転対称性があるとベリー位相は0またはπに量子化する。このベリー位相の量子化値をもって局所的に特徴づけるわけである。これは量子系固有の量であり、古典的対応物を持たない。そのため、通常の相の理論としては明確な区別な困難な相に対しても有効な相分類が行えることとなる。本年度は、上記の各概念の一層の発展を図るとともに、これらをより広範囲なフラストレートしたスピン系における「スピン液体相」に対して適用し、各スピン液体相のより深い理解とフラストレーション起源の量子相転移の記述を目指す研究を行った。特に2次元直交ダイマー系、2次元パイロクロア格子におけるギャップを持つ量子液体相に対してこの方法を適用し新しい知見を得るとともに、ベリー位相の方法を時間反転対称な系に適用するための理論的枠組みの構築を行った。またより一般にベリー位相のZ_Q量子化の理論に関しても新しい理論を作った。これは一般のフラストレート系において極めて有用な量子的物理量と考えられる。
超高速度MRI 動画撮像による声帯振動の観測と分析

本研究では、音声生成において音響的に重要な役割を有する声帯振動を超高速度MRI動画撮像技術で捉えることを目的としている。そのために以下のことを行った。1.声帯を含めた喉頭領域を良好な画質で捉えるための高感度MRI受信コイルを開発した。2.超高速度MRI動画撮像技術の改善・評価を行い、高速振動する模型がMRI動画で明瞭に捉えられていることが確認された。3.歯茎ふるえ音と呼ばれる舌が高速振動をする発話の様子を本技術でMRI動画化し、観測に成功した。4.通常発話時のMRI動画撮像に適用したところ、従来法より明瞭な画質で発話器官の動態が観測できた。5.声帯振動のMRI動画は声帯の開閉は観測されたが、画質が一部不鮮明であり、分析は困難であった。それらの原因は本研究で調査され、画質向上のための要因が示された。平成22年度は超高速度MRI動画撮像による声帯振動の観測と分析のために、声帯の微細構造に対するMRI画質の向上を狙った高感度MRI受信コイルの開発、および本研究で用いる撮像技術の有効性の確認を行った。以下、各項目について報告する。1.高感度MRI受信コイルの開発高感度MRI受信ゴイルは、他の発声器官と比較して微小である声帯のMRI画質の向上のために、形状を小型化し、頸部に沿って湾曲させることで撮像対象にMRIコイルをできるだけ接近させられるよう設計した。本MRI受信コイルの各部品製作には、本研究で使用するSiemens社製MRI撮像装置に対応出来る特注コイルの作製実績が豊富にある高島製作所株式会社と綿密に連携をとり、仕様を決定した。高感度MRI受信コイル完成後は、このコイルと市販のMRI受信コイルによる喉頭領域の静止画のMRI撮像を行った。MRI装置を用いた実験には被験者に対する倫理面・安全面での十分な配慮をしたうえで行った。その結果、本コイルによる画質の向上が確認された。この結果は平成23年度中に発表される予定である。2.撮像技術の有効性の確認本研究で使用する撮像法の有効性の検討を行った。今回は舌に着目して、歯茎ふるえ音の撮像を行った。舌は声帯よりは大きな器官であり、高感度MRI受信コイルの完成を待たずしても、市販のMRIコイルでも十分な画質が得ることができ、撮像法自体の有効性の検討が可能である。実験の結果、舌の振動をMRI画像として捉えることができた。本研究で用いる撮像技術の有効性が確認された。この成果はInternational Seminar on Speech Production 2011で発表される予定である。平成23年度は超高速度MRI動画撮像による声帯振動の観測と分析のために開発した、声帯の微細構造に対するMRI画質の向上を狙った高感度MRI受信コイルの性能評価、および本研究で用いる超高速度MRI動画撮像技術の開発を行った。1.高感度MRI受信コイルの性能評価高感度MRI受信コイルは、他の発声器官と比較して微小である声帯のMRI画質の向上のために、形状を小型化し、頸部に沿って湾曲させることで撮像対象にMRIコイルをできるだけ接近させられるよう設計したコイルである。今年度は本研究で開発したMRI受信コイルと市販のMRI受信コイルによる喉頭領域の静止画のMRI撮像を行い、MRI画像のSNRおよび輝度ムラの比較による性能調査を行った。その結果、本コイルを使用することによるMRI画像の画質の優位性が確認された。この結果は日本音響学会2011年秋季研究発表会にて報告した。2.超高速度MRI動画撮像技術の開発本研究で使用する超高速度MRI動画撮像法の開発・性能評価を昨年度に引き続き行った。はじめに、撮像法の開発・改良の一環として、声帯と比較して大きな発話器官である舌に着目し、振動周波数も発生時の声帯振動よりは低い歯茎ふるえ音の撮像を行った。本撮像法は後処理による振動子の同一位相でのデータの収集、画像再構成を行う手法であるため、撮像回数をできるだけ多くする必要があるが、被験者の負担を減らすためにもできるだけ撮像回数を抑える必要がある。本年度は撮像法の改良と画像処理アルゴリズムの改善を行った。これにより舌の振動をMRI動画として捉えることができ、輪郭抽出まで行うことができた。この成果はInternational Seminar on Speech Production 2011で発表した。本年度は、まず歯茎ふるえ音発声時における舌の動態観測のために、本研究で開発されたMRI高速撮像技術を応用した。

これまでは正中矢状面のみのMRI撮像であったが、今回はさらに複数の矢状面でMRI撮像を行った。これにより舌の運動が3次元的に計測され、歯茎ふるえ音発声時の舌尖の可視化がなされた。この成果は、複数断面による声帯撮像の手法への適用が可能であり、声帯振動の動態観測・運動の解明への応用が今後の目標である。また、本研究で作成した喉頭コイルを用いた喉頭付近のMRI撮像を引き続き行った。その結果、高い信号雑音比でのMRI撮像が実現されたことを確認した。続いて、本研究で提案しているMRI高速撮像法による声帯の撮像を行った。声帯撮像のための撮像断面の位置決めや、MRI撮像と声帯振動の位相の同期について開発を行い、それらの精度を上げることが出来た。しかし通常のMRI撮像で用いられる解像度で声帯の形状を捉えるには不十分であり、さらなる解像度向上、信号雑音比の向上が今後の課題である。さらに、本研究で開発されたMRI高速撮像技術の発展的研究として、発話器官の観測のためのsynchronized sampling method法によるMRI動画撮像法の画像改善のために本技術を応用した。MRI撮像と発話動作の同期が必要であるが、今回はスペクトルサブトラクション法による雑音抑圧と、母音のフォルマント等を利用した。その結果、画像のモーションアーチファクトが軽減され、本技術の有効性が示された。平成23年度の当初計画にある、声帯の微細構造に対するMRI画質の向上を狙った高感度MRI受信コイルについての安全・性能評価、および喉頭の撮像を終えており、これらの成果報告を行ったことから、順調に進展していると評価した。また、声帯撮像のための撮像法の構築についても順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度が最終年度であり、これまでの成果を発展させるべく高速度MRI動画撮像技術の確立を目指し、最終的な目標である発話時の声帯振動のMRI動画撮像を実現させるために研究を進めていく。今年度は、はじめに複数断面における歯茎ふるえ音生成時の舌の振動を高速度MRI動画撮像法で撮像する。これには撮像技術のさらなる向上が必要である。この成果として、撮像手法の改良、および舌の振動様式の解明が見込まれる。次に、本研究で開発された高感度MRI受信コイルと高速度MRI動画撮像技術を組み合わせて、発話時の声帯振動のMRI動画撮像を行う。最終的に、これら成果をまとめて、公表する予定である。
感情情報を含んだオノマトペデータベースの構築に関する研究

本研究の成果は、以下の3点である。1つ目は、web上の文書からオノマトペを含む大量のデータを高い精度で自動抽出する手法を確立した点である。2つ目は、324語のオノマトペをPlutchikの基本感情に基づいて8種の感情カテゴリへの分類した点である。3つ目は、ドメインとオノマトペの関連の強さを、階層的クラスタリング手法を用いた実験で明らかにした点である。これらの成果により、オノマトペ用例文を大量に取得し、評判分析や日本語学習者への支援などに有効なデータベースが構築された。当該年度においては、オノマトペを感情の観点から分類することに重点を置いた。具体的には、複数の評価者に324語のオノマトペをPlutchikの基本感情8種に基づいて分類させ、評価者間の意見の一致を定量的に調査した。さらに、意見の不一致が起こる原因を分析し、評価の手順を改善することで評価者間の一致度を向上させた。その結果、290語のオノマトペが8種の感情カテゴリに分類された。また、因子分析を用いた他手法との比較を行ったところ、ほぼ同様の分類であったことが明らかになり、本手法の妥当性が示された。日本語母語話者が回答するアンケート調査に基づく手法で分類を行うため、統計的な手法では得られない実態に即した分類が得られた。オノマトペは使用されるドメインによって大きく意味が異なるため、オノマトペ-ドメイン間の関係性を明らかにすることも重要な課題である。そこで、ショッピングレビュー文におけるオノマトペの分析を行った。具体的には、Yahoo!ショッピング商品レビュー729,865件を対象として、1,049語オノマトペの出現頻度を調査し、"やわらかい"、"かわいた"を表現するオノマトペの出現頻度を変数としたクラスター分析によって商品カテゴリを類型化した。その結果、日本語母語話者にとって、直感的に違和感のないデンドログラムが得られ、商品カテゴリによって使用されるオノマトペに一定の傾向があることを実証した。これらの成果は、日本語学習者への支援(日本語教育)や、対話分析、評判情報抽出(自然言語処理)、言語学や認知科学などの幅広い分野に応用可能である。当該年度においては、オノマトペとドメインの関係について分析を行った。オノマトペは繊細なニュアンスを表現することに優れている。たとえば、日本語オノマトペ辞典には、やわらかい様子を表すためのオノマトペだけでも71語が掲載されており、"ぐちゃぐちゃ"、"しんなり"、"ふっくら"では伝わるイメージが大きく異なる。また、使用されるドメインによって細かな使い分けがなされる。したがって、オノマトペを機械的に処理するためにはドメインごとの使い分けに関する知識が必要不可欠である。本研究では、オノマトペと感情の関係の調査に加え、オノマトペ-ドメイン間の関係も明らかにした。研究対象のデータはWeb上に存在する729,865件の商品レビューである。なお、このデータ中の614語のオノマトペの出現頻度を調査したところ、614語のオノマトペのうち、482語が合計で52,212回レビューに出現しており、100回以上出現したオノマトペは82語であった。オノマトペ-ドメイン間の関係を抽出するため、階層的クラスタリング手法を用いて、オノマトペの出現頻度で商品カテゴリを分類した。その結果、関連性が高いと考えられる商品カテゴリ-オノマトペのペアを978組抽出した。さらに、抽出された978ペアの妥当性を複数被験者によって評価し、658組が適切なペアだと判断された。それらのペアをレコードとする商品カテゴリ-オノマトペデータベースを構築した。この成果はオノマトペの評判情報抽出への応用に有効であろう。本研究は日本語オノマトペ(擬音語・擬態語の総称)の用法について、話し手、あるいは書き手が抱いている感情の面から考究しようとするものである。具体的には、Web上に存在する文書からオノマトペが実際に使用されている例と感情情報を抽出し、体系的にまとめたデータベースを構築することを目的とする。完成したデータベースは、日本語学習者への支援(日本語教育分野)のみならず、対話分析への応用(自然言語処理分野)、言語学や認知科学研究へのデータ提供など、幅広い分野に貢献することが期待できる。平成23年度の研究実施計画では、"Web上の文書からオノマトペを含む大量のデータ(オノマトペ用例文)を高い精度で自動抽出する手法を提案し、性能評価を行い、成果の発表を行う"ことを目指していた。実際に、当該年度中にブログ記事を対象としたオノマトペ用例文の自動抽出手法を提案することができた。

提案手法は、オノマトペの後続要素と係り先の分析から明らかになった、オノマトペを含む文の特徴を利用したものである。299語のオノマトペをクエリとして得た41,315件分のブログ記事に本手法を適用した結果、15,437文の用例文が抽出された。抽出の適合率は96.2%であり、大量の文書集合や語彙資源を必要としないシンプルな手法であるが、良好な結果となった。また、これらの成果をまとめて学術論文誌への投稿を行った。さらに、オノマトペの多義性に関する分析、感情の観点からのオノマトペの分類等を行い、3度の学会発表を行った。これらの活動を通して、自然言語処理や感情処理の専門家との有益な意見交換も行った。当初の計画では、オノマトペに含まれる書き手の感情を周辺文脈から判定する手法を考案する予定であった。しかし、オノマトペは使用されるドメインによって大きく意味が異なるため、オノマトペ-ドメイン間の関係性を明らかにすることが先決すべき課題であると考え、商品レビュー文を対象としたオノマトペと商品カテゴリの関係についての分析を行った。具体的には、Yahoo!ショッピング商品レビュー729,865件を対象として、1,049語オノマトペの出現頻度を調査し、"やわらかい"、"かわいた"を表現するオノマトペの出現頻度を変数としたクラスター分析によって商品カテゴリを類型化した。その結果、日本語母語話者にとって、直感的に違和感のないデンドログラムが得られ、商品カテゴリによって使用されるオノマトペに一定の傾向があることを実証した。このように、計画とはやや異なる方向性で研究を進めることとなったが、一定の成果を上げることができた。当初の研究実施計画では、平成23年度にWeb上の文書からオノマトペを含む大量のデータ(オノマトペ用例文)を高い精度で自動抽出する手法を提案することと、オノマトペ用例文の自動抽出手法について性能評価を行い、成果の発表を行うことを目指していた。実際に当該年度中に提案したオノマトペ用例文の自動抽出手法は、オノマトペの後続要素と係り先を詳しく分析した結果に基づくものであり、機械学習等の統計的手法と比較すると大量の訓練データや特定の言語資源必要としないという利点がある。提案手法を用いて、299語のオノマトペを対象として15,437文の用例文が抽出された。抽出の適合率は96.2%であり良好な結果が得られている。この結果は、日本知能情報ファジィ学会の論文誌"知能と情報"へ投稿済みである。以上のように、現在までに当初の計画は達成していると判断できる。したがって、当初の計画以上に進展しているといえる。これまでに継続的に行ってきた日本語オノマトペについての研究の中で、オノマトペは日本語のコミュニケーションにおいて感情を表現する重要な要素であるが、言語表現だけでは説明しきれない部分もあることが明らかになった。したがって、「オノマトペに含まれる話し手の感情」というこれまでにない新しい要素を考慮した大規模なオノマトペデータベース構築に、漫画を言語資源として挑戦する。具体的には、人手により日本語の漫画で用いられるオノマトペの情報にタグ付けを行い、信頼性の高いデータベースを構築する。この際、複数の作業者によるタグが一定の一致率を保つように、EDR電子化辞書の概念識別子および関係子に基づいたタグ設計を行う。なお、必要に応じて、一致率を担保するためのタグ付支援システムの構築も視野に入れている。
インスリン依存型糖尿病の臨床的多様性と疾患感受性遺伝子の検討

本研究の目的は、インスリン依存型糖尿病(IDDM)の候補遺伝子がどのようにIDDM発症機序に関与しているのか、そして各々の遺伝子の関連の度合いの相違が、IDDMの病態の多様性を規定しているのかどうかをassociation studyによって明らかにすることである。対象は、30歳未満で発症したIDDM症例のうち抗glutamic acid decarboxylase(GAD)抗体陽性54例と抗GAD抗体陰性19例、及び健常者50例である。抗GAD抗体値はRIA法により測定、5U/ml以上を陽性と診断した。同時にDNAを抽出し、PCR-RFLP法を用いてIDDM1(HLA-DQA1,QB1遺伝子)のタイピングを行った。IDDM2、IDDM4遺伝子は近傍に存在する遺伝子マーカーの遺伝子型をPCR-RFLPs法とPCR-microsatellite法により検討した。この3つの候補遺伝子に関して、抗GAD抗体陽性群、抗GAD抗体陰性群と健常群間でのassociation analysisを行った。結果は、抗GAD抗体陽性群はDQA1^*0301のホモ接合とDQB1^*0302と^*0401を有意に多く認め、抗CAD抗体陰性群はDQA1^*0301のヘテロ接合とDQB1^*0302を有意に多く認めた。IDDM2においては、患者群は健常群と遺伝子型のパターンの頻度において有意差を認めたが、抗GAD抗体陽性群と陰性群間には有意差を認めなかった。IDDM4においては抗GAD抗体陽性群、陰性群、健常群間に有意差を認めなかった。抗GAD抗体陽性群と抗GAD抗体陰性群の遺伝的associationの差はIDDM1に認めたが、IDDM2,4には認めなかった。以上より、抗GAD抗体陽性に関与する遺伝子はIDDM1であり、IDDM1の遺伝子型が臨床的な特徴のsubtypeと対応している可能性が示唆された。IDDMを発症させるための候補遺伝子間の関係に関しては、3つの遺伝子には認められなかった。今後、この関係を明らかにするために、さらに多くの症例に対し検討し、他の候補遺伝子との関係も調査する必要がある。
海洋バイオマス利用へ向けた海藻多糖類分解に関与する新規微生物、酵素の特性評価

本研究では、新規多糖分解酵素に関する検討、具体的にはフコイダン分解酵素ならびにアルギン酸分解酵素に関する研究を実施した。フコイダン分解酵素に関しては、海藻から単離したオキナワモズク由来フコイダン資化性微生物、Luteolibacter algae H18から脱アセチル化したフコイダンを低分子化する酵素を精製し、N末端アミノ酸配列を決定した。H18株のドラフトゲノム解析を基に、本酵素タンパク質をコードする遺伝子を同定した。この遺伝子をクローニングし、大腸菌で異種発現することができ、酵素活性を確認した。組み換え大腸菌から酵素を均一に精製し、諸性質を検討したところ、本酵素はオキナワモズク以外の海藻由来のフコイダンには作用しないこと、脱アセチル化していないオキナワモズクフコイダンにも作用することが明らかになった。また、本酵素は既知のフコイダン分解酵素と比較すると、アミノ酸配列の相同性は低く、新規酵素である可能性が高いと考えられた。アルギン酸分解酵素に関しては、海水から単離したアルギン酸資化性微生物、Shewanella sp. YH1からアルギン酸リアーゼ(AlgSI-PL7)を精製し、N末端アミノ酸配列を決定した。YH1株のドラフトゲノム解析を基に、本酵素タンパク質をコードする遺伝子を同定した。組み換え大腸菌から酵素を均一に精製し、諸性質を検討したところ、本酵素は40°C処理で凝集するものの、60°Cでは活性を保持するという奇妙な特性を保持していた。また本菌株のゲノム情報を基に、先と異なるアルギン酸リアーゼ遺伝子を大腸菌で発現したところ、この酵素(AlgSV1-PL7)は30°Cで放置しても20日間活性が80%保持され、アルギン酸を出発基質として単糖を生成できることが明らかになった。フコイダン低分子化酵素については、生産菌株であるLuteolibacter algaeH18はフコイダンを単一炭素源しなければ分解酵素を生産せず、生育も最大OD=1程度と低いため、この野生株からの酵素精製は困難を極めると想定していた。しかしながら、大量の培養液からの酵素精製を行うことにより、精製酵素を得ることができた。目的遺伝子を同定し、異種発現を試みた際、酵素のサブユニット分子量が100万と非常に大きかったものの、通常の方法で大腸菌で生産することができ、酵素化学的諸性質を決定するに至った。さらに、本酵素が既知のフコイダン分解酵素と低い相同性しか示さないことが明らかになり、本酵素の新規性を提唱することができた。アルギン酸分解酵素については、フコイダン分解酵素と異なり、今までに数多くの研究例があるものの、今回新たに単離したShewanella sp. YH1から2種類のアルギン酸リアーゼを精製することができた。そして、これらの酵素の一方(AlgSI-PL7)には、特異な凝集特性が、もう一方(AlgSV1-PL7)には、長期の保存安定性とアルギン酸を単糖にまで分解できる特性が備わっていることを見出すことができた。特に、AlgSV1-PL7は産業用酵素としての利用価値があるものと思われた。フコイダン低分子化酵素をコードする遺伝子周辺にはフコイダン分解に係る脱硫酸化酵素等が局在する可能性が高く、これら遺伝子の異種発現および酵素の諸性質検討も実施していく。また、酵素的に調製した脱アセチル化フコイダン、ならびに低分子量脱アセチル化フコイダンについて硫酸基が保持されていることを確認したうえで、これら標品のアミロイド線維形成抑制効果について、インシュリンやリゾチームをモデル蛋白質として検証する。成果が見られた場合、鳥取大学医学部で作成されたアルツハイマー病モデルマウスを用いた予防効果、病理組織解析を行う予定である。一方、好熱性海藻分解菌に関しては、海藻バイオリファイナリーの構築を目標に、好熱性多糖分解菌のさらなる検索と特性解明を目指す。

また本菌株のゲノム情報を基に、先と異なるアルギン酸リアーゼ遺伝子を大腸菌で発現したところ、この酵素(AlgSV1-PL7)は30°Cで放置しても20日間活性が80%保持され、アルギン酸を出発基質として単糖を生成できることが明らかになった。フコイダン低分子化酵素については、生産菌株であるLuteolibacter algaeH18はフコイダンを単一炭素源しなければ分解酵素を生産せず、生育も最大OD=1程度と低いため、この野生株からの酵素精製は困難を極めると想定していた。しかしながら、大量の培養液からの酵素精製を行うことにより、精製酵素を得ることができた。目的遺伝子を同定し、異種発現を試みた際、酵素のサブユニット分子量が100万と非常に大きかったものの、通常の方法で大腸菌で生産することができ、酵素化学的諸性質を決定するに至った。さらに、本酵素が既知のフコイダン分解酵素と低い相同性しか示さないことが明らかになり、本酵素の新規性を提唱することができた。アルギン酸分解酵素については、フコイダン分解酵素と異なり、今までに数多くの研究例があるものの、今回新たに単離したShewanella sp. YH1から2種類のアルギン酸リアーゼを精製することができた。そして、これらの酵素の一方(AlgSI-PL7)には、特異な凝集特性が、もう一方(AlgSV1-PL7)には、長期の保存安定性とアルギン酸を単糖にまで分解できる特性が備わっていることを見出すことができた。特に、AlgSV1-PL7は産業用酵素としての利用価値があるものと思われた。フコイダン低分子化酵素をコードする遺伝子周辺にはフコイダン分解に係る脱硫酸化酵素等が局在する可能性が高く、これら遺伝子の異種発現および酵素の諸性質検討も実施していく。また、酵素的に調製した脱アセチル化フコイダン、ならびに低分子量脱アセチル化フコイダンについて硫酸基が保持されていることを確認したうえで、これら標品のアミロイド線維形成抑制効果について、インシュリンやリゾチームをモデル蛋白質として検証する。成果が見られた場合、鳥取大学医学部で作成されたアルツハイマー病モデルマウスを用いた予防効果、病理組織解析を行う予定である。一方、好熱性海藻分解菌に関しては、海藻バイオリファイナリーの構築を目標に、好熱性多糖分解菌のさらなる検索と特性解明を目指す。遺伝子工学実験、蛋白質化学的実験が想定よりうまく進み、消耗品の支出を抑えることができた。遺伝子発現実験について、ターゲット遺伝子を増やす、あるいは高価な試薬を購入し、さまざまなアプローチを試みる予定である。
CALLプログラムの設計と学習効果に関する研究

本研究は,大学生を対象とした英語(外国語)リーディングCALL教材のモデル版を制作するとともに,外国語学習という観点から、学習効果の高いCALLレッスンの設計について研究した。以下の3点がCALL教材の特色であり、紙を使った宿題のプリントやワークシートとの大きな相違点であることが明らかになった。1)メディア(テキスト,画像,音声)を複合的に利用して、言語理解を促進する補助情報をさまざまな形態で提示することができる2)情報を階層構造の中に組み入れられるので,学習者へのヒント,フィードバック,解説などの補足情報とメイン情報を区別できるため、学習者が理解の過程で情報の整理がしやすい3)学習者が好きな部分を好きな順番に自分のペースで学習できる,いわゆる学習者独自の学習スタイルが選択,確立できる多種のCALLプログラムを利用した学習者のデータを分析し、CALLの使い方(学習スタイル)の多様性,リーディングおよび語彙学習への効果を検証した。最終年度は,プロトタイプとなる教材の続編として英文の難易度が高いリーディングCALL教材を開発した。この教材を使って応用的な学習が可能か,読解の理解度の深さが促進されるかを考察し,中級者においても,CALLレッスンによって産出レベルにおけるテキストおよび語彙理解が促進されることが明らかになった。また,CALLレッスン中の学習履歴やCALL後のアンケート調査により,CALLの学習スタイルに大きな個人差があることがわかった。バランスのよいCALL使用,学習者の学習過程をセルフモニタリングする力が,学習効果に影響していると考えられる。さらに、CALLを利用したクラスは,遅延語彙と遅延再生ライティングテストにおいても良い結果を出していることから,CALLが既習項目の定着も促進していることがわかった。本研究は、英語CALL教材を開発するにあたって、1)情報の階層化と2)画像の立体化、動き、音声の利用を最大限に活かし、学習効果の高い教材を設計することを目的としている。初年度(平成12年度)は、先行研究(科研費基盤研究B課題番号07558027)で開発してきた教材とそのCALLレッスン後の学習者の理解度の分析結果などから、問題点および改善点を明らかにし、新しい資料を使って教材を制作するまでを目標とした。教材の構成については、解説と練習問題が、語彙、文法などの個別の(discrete)言語知識から、要点、意図など全体的な(integrative)な理解や解釈を必要とする知識までを網羅しているかを確認し、不足、修正部分を明らかにして、再構成した。とくに、学習者が必要な情報を必要なタイミングで選択することが、複数の情報を統合的に理解する(integrate)過程で、学習者の認知負荷が軽減されると考えられる点から、全体の階層構造を再考した。例えば、テキストの解説セクションに入る前に、絵と音声のみでレッスン全体の内容が提示され、その同じ画面上に解説に必要なボタンが現れることによって、個別な言語知識の学習目標が全体の中で位置づけられる。また、テキストの理解過程で、語彙の意味や文構造を別のウィンドウを開いて同時に提示できるようにして、学習者が全体の流れの中で個々の情報が得られるように設計した。画像と音声の提示方法については、発音と学習者へのフィードバックを考慮した。語彙カードに録音機能を入れ、語やその例文にアクセントとなる部分のアニメーションを入れた。文法カードは、構文がアニメーションだけで理解できるように、音声と語句(テキスト)の動きをシンクさせ、文の主従関係は節(テキスト)の出し方を階層的に見せることができるように工夫した。本研究の目的は,大学生を対象とした英語学習用マルチメディア・リーディング教材の,より学習効果の高いプログラム構成を模索することである。これまでの開発過程では主に1)情報の階層化と2)映像の立体化・アニメーション効果・音声利用を中心に,情報の効果的な提示方法を研究してきた。

本年度は,学習目標の明示性,タスク選択の自由度,情報の階層構造とそのアクセスのしやすさといったプログラム構成の観点から,これまでに開発したプログラムの見直しと修正を行い,実験授業で使用してリーディングにおける語彙習得の観点からプログラムの学習効果を実証的に考察した。具体的にタスク面では,ミクロレベルの演習問題4種類(単語の綴りと用法に関する問題,文法の正誤問題,クロスワードパズル,語の並べ替え)とマクロレベルの演習問題4種類(文章構造の把握を問う問題,文章の内容理解を問う問題,文化的な背景知識を養う問題2種)を整備し,適宜ハイパーリンクでヒントが表示されるようにプログラムを改良した。次に1)CALLを利用しないグループ,2)マクロレベルの演習問題を組込んだCALLを利用したグループ,3)ミクロレベルの演習問題を組込んだCALLを利用したグループに分けて実験授業を試み,CALLの設計(タスク)の違いと語彙習得の関係を探るために実験前後の語彙テスト,内容理解度テスト,ライティングプロトコルを分析した。その結果,3グループとも受容レベルの語彙学習には違いは見られないが,産出レベルの「深い」語彙理解については,マクロレベルの演習のほうがより効果的であるようである,という知見を得た。その後学習履歴を自動的に記録するプログラムを追加し,後期実験授業を再度行った。それによって得られたCALL利用時の学習プロセスを表すデータとCALL利用に関するアンケート結果をこれまでの分析手法に加え,さらに精緻な学習効果の分析を今後進める予定である。本研究の目的は,大学生を対象とした英語学習用マルチメディア教材の,より学習効果の高いプログラム構成を模索し,CALL後の学習効果を実証的に検証することである。前年度までにプロトタイプとなるプログラムの開発および修正を行い,学習履歴を自動記録する機能を追加して実験授業を行うまでに至った。本年度は,プロトタイプとなる教材の続編として,類似トピックで英文の難易度が高いリーディング教材を上級者向けに開発し,応用的な学習がいかに可能になるか,読解の理解度の深さが促進されるか、といった側面を中心に学習効果の分析を行った。これまでの研究では,CALL教材の情報の階層性や映像・動画による情報提示,および反復性や双方向性は外国語学習において特に初級者に有用であると考えていたが,トピックを制限して基本リーディングから応用リーディングへと段階的なタスク設計をし,授業を組み立てることで,中・上級者においても,産出レベルにおける語彙理解が促進されることが明らかになった。さらに,学習履歴やアンケート調査により,CALLを利用した場合の学習スタイルの個人差の大きさが浮き彫りになった。バランスのよいCALL使用と利用時間の長さ,および自分の学習をモニタリングする力が,学習効果に特に影響していると考えられる。
低エネルギーコスト・低資源ロスＣＺＴＳナノ粒子水溶液中合成法の開発

本研究では、各金属イオンへ最適な錯化剤を配位させ硫化速度を制御することによるCu2ZnSnS4複合硫化物の合成、及び合成したCu2ZnSnS4粒子を用いた塗布型Cu2ZnSnS4太陽電池の作製・評価を目的として研究を行った。前年度までに、Sn2+イオンの水溶液中での硫化反応について解析、最適な条件の探索を行った。その結果、pH5というこれまでにない高pHな条件で斜方晶単相のSnS粒子を水溶液中合成することに成功した。また、Cu2+、Sn2+について、各種錯化剤の配位状態の計算予測、硫化反応時のギブス自由エネルギー変化の値の算出を行い、硫化反応速度が同等となると予測された条件の下で粒子合成を行った。その結果、Cu2SnS3粒子の合成に成功し、水溶液中での多元系硫化物合成手法の開発に成功した。本年度は、上記のCu2SnS3粒子の合成条件にZn2+錯体を加え、Cu2ZnSnS4粒子を合成する手法の開発を試みた。その結果、選択可能な錯化剤の制約からZn2+錯体の硫化反応速度を他の金属種と近接させることは困難であり、CZTS単相の粒子ではなくZnSやCu2SnS3相を含む粒子が合成された。そこで、本粒子を前駆体として用い、Zn、Cu投入量、及び熱処理雰囲気、熱処理温度を最適化することで、水溶液中合成したCZTS前駆体粒子の熱処理によるCZTS粒子合成技術の開発に成功した。更に、合成した粒子を塗布、焼結することでCu2ZnSnS4薄膜を作製し、Eu2+/Eu3+を酸化還元対として用いた光電気化学セルへと応用することで、塗布型Cu2ZnSnS4太陽電池の作製・評価に成功した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、高効率、低コストな次世代太陽電池材料として注目を集めるCu2ZnSnS4(CZTS)を安全・安価な溶媒である水溶液中で合成する手法、及び合成した粒子を用いて塗るだけでCZTS太陽電池を作製する技術を開発することを研究目標としている。本目標の達成には、各金属イオンの水溶液中での硫化反応挙動の解析、及び複数種金属イオンの水溶液中での硫化反応速度制御技術の開発が必要である。1.Sn2+の硫化挙動の解析各金属イオンのうち、これまでに水溶液中での硫化物粒子合成手法が確立されていないSn2+イオンについて、硫化反応挙動の解析、最適な反応条件の探索を行った。その結果、スズ硫化物は高pH条件下で水溶液中へ溶出すること、及び硫化物イオン源として硫化反応速度の速い硫化ナトリウム水溶液を用いた場合には、斜方晶及び立方晶の混合相として析出することが明らかとなった。そこで、より低pHで安定であり、硫化反応速度がより遅いチオ硫酸ナトリウム水溶液を用いることで、斜方晶単相のSnS粒子を合成することに成功した。2.Cu2+、Sn2+の硫化反応速度制御、及び複合硫化物合成Cu2+、Sn2+について各種錯化剤の配位状態の計算予測、硫化反応時のギブス自由エネルギー変化の値の算出を行い、硫化反応速度が同等となると予測された条件の下で実際に粒子合成を行った。その結果、Cu及びSnを狙い通りの原子数比で含む複合硫化物ナノ粒子の合成に成功した。合成粒子の粒径は10nm以下であり、XRDパターンはCu2SnS3(CTS)とよく一致した。一方で、粒径の低減に伴う表面エネルギーの増大から表面が容易に酸化されることが明らかとなり、今後は表面酸化抑制技術の開発が必要であると考えられる。交付申請時においては、本年度は、1.各金属イオンの錯体状態の計算予測と硫化反応速度の制御、2. CZTSナノ粒子の水溶液中合成法の開発、を計画していた。しかしながら、研究を遂行していく中で、Sn2+の硫化沈殿反応に当初の予想と異なる挙動(研究概要参照)が確認された。本課題は現在までに解明され、単相硫化スズ粒子の合成に成功している。また、各金属イオンの錯体状態の計算予測と硫化反応速度の制御を行い、Cu2SnS3(CTS)ナノ粒子の合成に成功しており、本研究の中核となる金属錯体制御による複合硫化物合成という戦略は有効であることが確認された。しかしながら、当初計画していたCZTSの合成には至っておらず、僅かではあるが進捗に遅れが生じていると考えている。一方で、当初は予定していなかったスズ硫化物の水溶液中合成について、これまでにない知見を得ることが出来た。その結果、Cu2SnS