hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
二様の下垂体幹・前駆細胞ニッチを制御するｅｐｈｒｉｎ／Ｅｐｈシグナリングの解明

本研究では、ホルモン分泌を担う下垂体前葉の機能調節機構を幹細胞という観点から解明することを目的に、下垂体幹細胞ニッチ(微小環境)の制御機構解析を目指す。具体的には1.幹細胞ニッチにおけるephrin-B2/Eph Receptorの解析、2.幹細胞ニッチの単離と制御因子の同定、を行う。本年度の研究成果は以下の通りである。2.下垂体幹細胞ニッチの単離と制御分子の同定:下垂体幹細胞ニッチの存在割合は全下垂体前葉細胞の1%以下と非常に低い。そのため,ニッチの性質、ならびにそこで機能する分子を同定するために、ニッチの単離方法の確立が必須である。前年度までに,ニッチの単離方法、ならびに、それら幹細胞ニッチ由来幹・前駆細胞を用いたホルモン産生細胞へのin vitro分化誘導に成功している。本年度は、胚葉を超えた分化能を有するかに関して解析を行った。結果、2次元培養を行うことにより、外胚葉系以外に、中胚葉系ならびに内胚葉系への分化能を有することを確認した。この結果に関して、筆頭著者として原著論文を投稿し、PLOS ONEに受理された。また、前年度に引き続き、単離したニッチを用いた網羅的遺伝子発現解析を展開している。問題となっていた細胞溶解液の組成を再検討することで、微量サンプルからのcDNA Libraryの作製に成功した。来年度は、現在実施している下垂体幹細胞ニッチの網羅的遺伝子発現解析の結果を踏まえ、特に受容体、細胞外マトリックス合成酵素、液性因子の遺伝子に焦点を当て、ニッチ制御因子の候補を選抜する。同定したニッチ制御因子に関しては、組織化学的な局在解析を行う。さらに、単離した実施層ニッチを用いた培養系に候補因子のリガンドを添加することにより、その機能解析を実施する。また、下垂体幹細胞ニッチにおけるephrin-B2/EphB3, B2の解析結果に関して、原著論文の投稿を行う。来年度は、再度解析中の下垂体幹細胞ニッチの網羅的遺伝子発現解析の結果を踏まえ、特に転写因子、受容体、細胞外マトリックス合成酵素、液性因子の遺伝子に焦点を当て、ニッチ制御因子の候補を選抜する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
神経細胞多様化と神経回路組織化をもたらす分子メカニズムの解析

本研究では脳の多様化分子群であるCNR/プロトカドヘリン分子群に注目し、1)個々の神経細胞の多様化をもたらす分子メカニズムの解析、2)神経回路形成の分子メカニズムの解析より、神経細胞の多様性と神経回路形成を統合的に捉える分子メカニズムの解析を行った。その結果、CNR/プロトカドヘリンのランダムな発現制御に関わるシス因子、DNAメチル化、トランス因子の同定に成功した。また、CNR/プロトカドヘリン分子群が機能的な神経回路形成に必須であることが明らかとなった。脳は多様化した神経細胞より構成され、組織化された神経回路網を形成し、秩序ある機能をもたらしている。この脳のシステムを理解してゆく為には、神経細胞の多様化と神経回路形成とを統合して捉える分子メカニズムを明らかにする必要がある。私たちはこれまでに、中枢神経系の神経細胞で発現する多様化分子群-CNR/プロトカドヘリン分子群-を発見した。興味深いことにこのCNR/プロトカドヘリン分子群は、細胞接着分子であり、ゲノム染色体で遺伝子クラスター構造を形成している。このゲノム構造は免疫グロブリンと類似したものであり、多様化したエクソンが縦列している可変領域と共通細胞内領域をコードする定常領域からなっている。また、CNR/プロトカドヘリンの可変領域エクソンは、個々の神経細胞で異なる組み合わせで発現している。これらの結果は、CNR/プロトカドヘリン分子群が中枢神経系における神経細胞の多様化と神経細胞相互作用に関与することを示唆している。本研究は、多様化膜分子群であるCNR/プロトカドヘリン分子群を用いて神経細胞の多様化に関わる遺伝子制御メカニズムと神経回路形成メカニズムを明らかにすることを目的としている。そこで本研究では、CNR/プロトカドヘリン遺伝子の発現制御に関わるDNAメチル化、遺伝子クラスター構造、シスエレメント、制御因子の解析を行うことにより、個々の神経細胞の多様化をもたらす分子メカニズムの解析を行う。また、CNR/プロトカドヘリン遺伝子欠損マウスの作製により、神経回路形成に関わる分子機能の解析を行う。脳は多様化した神経細胞より構成され、組織化された神経回路網を形成している。CNR/プロトカドヘリン分子群はゲノム染色体で遺伝子クラスター構造を形成し、個々の神経細胞で異なる組み合わせで発現しており、神経細胞の多様化と神経回路形成との関連性が示唆されている。本年度、1)個々の神経細胞で異なる発現様式を生み出す分子メカニズムの解析を目的に、in situハイブリダイゼーション法及び単一プルキンエ細胞における分注逆転写PCR法を行い、プロトカドヘリンβの個々の神経細胞で異なる発現様式を明らかにした。その結果、プルキンエ細胞だけでなく、嗅球、海馬、大脳皮質、三叉神経節、背根神経節における分化神経細胞においても、個々での差次的発現パターンが確認された。また、各プロトカドヘリンα遺伝子についてゲノムDNAメチル化状態の解析を行った結果、プロモーター領域でのDNAメチル化が遺伝子発現制御に関わることが示唆された。また、個々の神経細胞で差次的発現をするプロトカドヘリンα遺伝子のプロモーター領域のDNAメチル化状態は、生体の脳やプルキンエ細胞においてモザイクであり、差次的DNAメチル化制御が示唆された。更に、染色体上における遺伝子座調節領域などのシスDNA制御エレメントについての解析を進め、候補領域を欠損させた遺伝子変換マウスの作製を行っている。CNR/プロトカドヘリン分子群の神経回路形成における分子機能の解析についても研究を進め、本年度、CNR/プロトカドヘリンαの定常領域を欠損させたマウスを作製し、嗅神経の神経投射パターンの解析を行った。その結果、CNR/プロトカドヘリンα定常領域欠損マウスでは、発現する匂い受容体に依存した神経収束が正常におこらず、異所的な神経投射が認められた。これらの結果より、CNR/プロトカドヘリンαが正常な神経回路形成に必要であることが始めて示された。本研究は、脳神経系で発現する多様化膜分子群、プロトカドヘリンファミリーに注目し、脳形成における神経細胞の多様化、神経回路形成における新たな分子メカニズムの解明を目的として研究を行っている。プロトカドヘリンファミリーは、Pcdh-a,Pcdh-b,Pcdh-gの遺伝子クラスターから構成されており、多様化した可変領域エクソンとPcdh-aやPcdh-gに共通した定常領域エクソンからなる。単一プルキンエ細胞を用いた解析によりPcdh-aやPcdh-gの可変領域エクソンが、個々の神経細胞ごとに異なった発現様式をとっていることが明らかとなっており、この発現が対立遺伝子にあるクラスターごとに制御されていることが明らかとなっている。本年度は、Pcdhクラスターにあるプロモーター領域のDNAメチル化パターンを解析し遺伝子制御機構にDNAメチル化が関与している可能性について検討した。

また、Pcdh-aの遺伝子変換マウスの作製に成功し、この遺伝子変換マウスにおいて嗅神経の異所的な投射異常を明らかにした。その結果、Pcdh-aが嗅神経回路形成において機能的分子であることが明らかとなった(Hasegawa et al.2008)。さらに、Pcdh-aの定常領域欠損マウスを用いた行動学的解析により、恐怖条件付け学習の充進、Pre-Pulse inhibitionの低下の異常が明らかとなった。更に、この遺伝子変換マウスの海馬体においてセロトニン量の増加が認められた(Fukuda et al.2008)。セロトニン神経についての解析を行ったところ、Pcdh-aが縫線核にあるセロトニン神経細胞で強く発現しており、この発現は成体まで続いていることが明らかとなった。また、Pcdh-a変換マウスでは、セロトニン神経回路形成の異常が発達とともに顕著になることも明らかになった。脳は多様化した神経細胞より構成され、組織化された神経回路網を形成している。この脳のシステムを理解してゆく為には、神経細胞の多様化と神経回路形成とを統合して捉える分子メカニズムを明らかにする必要がある。CNR/プロトカドヘリン分子群はゲノム染色体で遺伝子クラスター構造を形成し、個々の神経細胞で異なる組み合わせで発現している。本年度は、シスDNA制御エレメントについての解析を、異種間で保存されているDNA領域の解析、遺伝子発現解析により行った。その結果、プロトカドヘリンγ遺伝子クラスター下流でエンハンサー活性をもつシスDNA制御エレメントを特定することができた。現在、この領域を欠損させたマウスの作製を行っている。また、遺伝子クラスターにおける遺伝子制御機構を明らかにするために、対立染色体間でのCre/loxP依存的遺伝子組み換えを行い、可変領域エクソンの数を変換(欠損、重複)したマウスの作製を行った。この遺伝子変換マウスについて遺伝子発現の解析を行った結果、CNR/プロトカドヘリンα遺伝子クラスターには、個々の神経細胞で異なるアイソフォームを発現させる制御と、全ての神経細胞で恒常的に発現させる制御の2種類が存在しており、遺伝子クラスターが変換してもこれらの遺伝子制御機構が維持されることを明らかにした。また、個々の神経細胞で異なるアイソフォーム発現制御は、遺伝子クラスター数に依存した確率的なものであることが明らかになった。更に、CNR/プロトカドヘリンα遺伝子クラスターにおけるプロモーター領域のDNAメチル化に関わる酵素の同定に成功した。また、遺伝子欠損マウスを用いた解析によりCNR/プロトカドヘリンαが、セロトニン神経の最終投射領域における神経回路形成に必須であることを明らかにした。脳は多様化した神経細胞より構成され,組織化された神経回路網を形成している。クラスター型プロトカドヘリン分子群はゲノム染色体で遺伝子クラスター構造を形成し、個々の神経細胞で異なる組み合わせで発現している。本年度は、このクラスター型プロトカドヘリンの個々の神経細胞で異なる発現機構を明らかたする目的で、シスDNA制御エレメントと発現調節因子の解析を行った。
脳の加齢変化に対する７ＴＭＲＩ拡散テンソル法による定量解析と組織学的検討

加齢に伴う脳機能の低下につながる白質変性を、ラット脳(脳梁部)を対象とし7.0-T MRIでFA値を測定する事で捉えられるかを主目的とした。生後18102週までの間、4週ごとにFA値を計測した。同時に体重変化も観察した。FA値は生後102週まで生涯を通じ0.561から0.667まで増加し続けたが生後42週以降では有意差はなかった。一方体重はFA値より早期に一定に近づいた。ラットでは脳梁部白質のFA値は加齢により若年期と比し有意に増加し、体成長の終了後も増加が継続する。また壮年期以降も増加傾向を示した。これは加齢によりFA値が低下するヒトとは異なった変化であり新しい発見である。水分子の異方性拡散の定量的指標であるfractionalanisotropy (FA)値は、白質障害の程度を反映すると言われている。7T-MRIを利用しDiffusion Tensor Imagingにて、このFA値を測定することで白質における加齢(成長)変化および変性をin vivoで定量的に評価することを試みた。また併せてその病理学的変化も解析する。【目的】加齢に伴う脳機能や認知力の低下はあるが画像上明らかな病変のない例もある。その一因に白質変性の関与が挙げられており、拡散テンソル法を用い微小レベルで加齢変化に伴う白質変性の解析が近年進みつつある。しかしヒトではその終生変化の解析と組織検索は難しい。そこでrat脳白質のfractional anisotropy(FA)値を終生にわたり経時的に測定し、FA値と加齢による白質変化、組織との関連の分析を試みた。【方法】対象はSD rat、7.0-T MRIを使用しmulti shot spinecho type EPI法、b value; 812 sec/mm2で生後18週から102週まで4週間おきに各週5匹を撮影。拡散テンソルdataを3回計測し、脳梁部の平均FA値(mean FA value:mFA)を算出した。別に生後28週から12週ごとの灌流固定脳を作成しトルイジンブルー染色にてミエリン量の定量も試みている。【成績】脳梁部mFAは生後102週まで生涯を通じ0.561から0.667まで増加し続けた(生後42週以降は有意差なし)。有意差は生後18、22週と50週以降、生後30週未満と70週以降、生後34週未満と82週以降で認めた(p<0.05)。我々の想定とは異なり脳梁部のFA値は加齢により若年期と比し有意に増加し、壮年期以降も増加傾向を示した。一方体重は成長に伴い34週頃まで増加、以降有意差がなくなりmFAより早期にplateauに達した。体成長の終了後もmFAの増加は継続しており、我々が以前報告した生後早期のdataからは発達によるミエリン量増加がmFA増加に関連する可能性もある。しかし現在組織作成、分析途上でありミエリン量とmFAの変化に有意な関連は得られていない。加齢によるmFA増加の原因究明には更なる組織学的検索が必要である。脳神経外科7TMRIのシステムの入れ替え工事が行われたため約2ヶ月以上にわたり実施的な測定が行えず、実験が予定通り進まなかった。また撮像条件の適正化に関しても、システムのアップグレートに伴い測定再開時に再度微調整が必要となっており現在実施している。FA測定は遅延はしているが、ratの麻酔手技および撮像手法に関して習熟しつつあり、今後も安定した測定ができると期待され、FA測定に関しては初年度の目標を概ね達成している。組織検討については3年間のい実験期間を通じて生後24、36、48、60、72、84、98週後の個体を灌流固定し免疫染色を行う予定ろしているが、ratを長期に生存させたうえでFA値を測定する必要があるため、実験開始初期段階で購入したratをできるだけ長期飼育する必要があり、現在組織の固定摘出はできていない。FA値測定を継続し、初年度の結果と併せてFA値が変動することで、加齢による影響が捉えられると考えられる時期があれば、灌流固定の時期を変更する。大きな変動を見ない場合は、当初の予定より若干遅延するが生後60週後までの組織学的検索を行う予定とする。FA値測定に関しては一匹の撮像に約3時間を要すため、効率的に進める工夫として生後週数をずらしたratを計画的に搬入し、通年で最大2-3匹/回のMRI撮影にとどめる。これにより同時期に撮影が重なることを防ぎ時組織学的検索に必要な手技に伴う時間的余裕を生み出す。

データ確保の目標としては4週ごとの撮影匹数が各々の生後週で実験終了時には最終的に総合計10匹となることを目標とし、組織検索用の灌流固定も最終的に各期間×5匹を目標とするため、本年度は撮像、組織ともに観察期間早期の週数に関しては6匹を、晩期に関しては3匹分のデータを目標とし、27年度の実験終了時に総数目標を達成できるように分割して行う。中間データを学会等に精力的に発表し実験データの有用性の確認、欠如部分について追加考察する。2014年脳神経外科学会総会・2015CI学会にて報告を行う準備中である。
非接触量子効果による表面解析装置

本研究においては次の成果を得た1.トンネル分析顕微鏡用のチップ走査機構の開発・トンネル分光法においては、プローブチップを0.1nmまで制御する必要がある。積層型圧電素子を用いて、3段階のZ方向走査機構を完成した。μmの尺取虫運動、600nmまでの単純伸縮による粗動、およびX、Y、Z方向へのブロックキューブ圧電素子による微調(0.01nm以下まで)の機構である。2.高真空、冷却装置の試作:高真空中にて、トンネルユニットを液体空気温度まで冷却しながら測定する装置を試作した。本真空チャンバーは、荒引ポンプ系は別として、高真空排気用イオンポンプ、液体空気冷却シュラウドなどをできるかぎり小型化し、空気バネ式除震台にのせ、安定をはかっている。3.チップ:タングステン線を電解研磨で切断し、その尖った先を用いることにより、先端の平均的大きさ100200nm程度の有効なチップが得られた。このほか、イリジウム入り白金あるいは半導性ダイヤモンドなども試みた。4.計測制御システム:粗動機構によるセッティング以外の操作はすべてパーソナルコンピュータで制御するシステムを完成した。5.測定結果:通常の空調設備をそなえた室での測定で、大気中4〓min以下のドリフトであり、グラファイトなどのSTM像を得ることができた。一階微分によるスペクトルは変調電圧(3.5mV、1.47KHz)を重ねることによる測定可能であった。振動スペクトルに相当する二階微分スペクトるは、重ねた変調の第二高調波として検出されるが、まだノイズの点で問題が残っている。4.計測制御システム:粗動機構によるセッティング以外の操作はすべて、パーソナルコンピュータで制御するシステムを完成した。一階微分によるスペクトルは変調電圧(3.5mV、1.47KHz)を重ねることにより測定可能であった。振動スペクトルに相当する二階微分スペクトルは、重ねた変調の第二高調波として検出されるが、まだノイズの点で問題が残っている。物質の表面は近年特にその重要性が認識されている。走査型トンネル顕微鏡は表面の形状の測定法として開発されたが、表面の化学的情報も重要である。そのため本研究では有機薄膜を含む表面のトンネル分光分析が可能な装置の試作を目標とした。本装置は大別して【◯!1】真空装置【◯!2】アクチュエータ部【◯!3】防振装置【◯!4】冷却装置の4つの部分から成る。【◯!1】真空装置:装置のフレキシビリティ、製作に要する時間等の点から標準型の真空装置を改造する方法をとった。

ベーキングは行なわずセラミックス等をベルジャ内に入れるためにイオンポンプは排気速度の大きいもの(500e/s)を用いる。【◯!2】アクチュエータ部:従来の走査型トンネル顕微鏡より小型でリジッドな構造にするため、粗調整は積層型圧電素子と切り欠き拡大機構の組合せによるステップモータで行ない、微調整は単層圧電素子で行なうよう設計した。他の機構によるモータも検討中である。【◯!3】防振装置:冷却効率からは磁気浮上型が望ましいが、防振性能ではスプリング型に劣るので後者を採用した。防振は2段階に行ない、各段階ともスプリングは3点で支える。ダンパには冷却を考慮して磁気ダンパを用いた。【◯!4】冷却装置:アクチュエータ部の冷却のため液体窒素(又は液体空気)溜込み式のタンクと熱輻射を低減させるためのフロー式シュラウドを製作した。冷却時には電磁石でアクチュエータ部を載せた銅板をタンクに密着させ、冷却後分離して防振する機構を導入した。以上の装置の設計を完了し、本報告作成時点で試作がほぼ終わっている。なおトンネル分光装置は液体窒素あるいは液体ヘリウム中という別の条件下での測定の必要性が言われており、超高真空中での測定に並行して行なわれるべきである。そのための予備実験として常温・大気圧下での測定を行なった。現在のところ、まだ安定性が低くスペクトルの測定までは至っていないがトンネル電流と考えられる信号を観測した。
不活性結合切断反応を鍵とする分子リノベーション技術によるPETプローブ迅速合成

PETプローブ迅速合成の実現を目指し、興味の対象となる生物活性化合物そのものを出発原料とする新たな合成戦略を立案した。本研究計画ではこの新戦略を分子リノベーション技術と名付け、その実現に必要となるホウ素化反応ならびに11C-標識反応を開発した。開発した手法を用いて得たホウ素化合物を共通中間体として利用することにより、PETプローブをはじめとする複数の分子プローブの短段階合成を達成し、本合成戦略の有用性を明らかにした。生命科学研究において興味ある分子そのものを出発原料とし、有用な分子プローブを迅速に合成する分子リノベーション技術を実現するため、本年度はフッ化アレーンの変換に集中して取り組んだ。その結果、Ni/Cu共触媒系を用いることで、フッ化アレーン類の脱フッ素ホウ素化が順調に進行することを明らかにできた。本反応は、電子豊富なフッ化アレーンほど反応性がよく、電子不足なフッ化アレーンには適用できない。この蛍光は、これまでのハロゲン化アリールを用いた一般的な交差カップリング反応とは真逆の傾向を示しており、反応機構に興味が持たれた。様々な検討の結果、反応の誘導期の存在が明らかになったほか、ニッケル(I)錯体の関与が示唆された。反応機構については、継続して検討を行っている。本法を生物活性化合物であるスタチン誘導体に適用し、わずか二段階の化学変換でフッ素19のフッ素18への置換にも成功し、PETプローブの迅速合成が実現可能であることを示した。本研究内容は論文発表、特許出願の他、国内外の学会において報告済みである。今回の手法を用いたPETプローブ迅速合成法については、プレスリリースを通じて様々な媒体から取り上げられたほか、海外の研究所からの問い合わせが複数件あり、研究の意義を明らかにできたものと考えている。さらに、分子リノベーション技術を拡大すべく、ほかの安定結合の切断を経るホウ素化反応の開発にも取り組んだ。その結果、C-CN結合のほか、C-S結合やC-CO2H結合の切断を経るホウ素化へ展開できることが明らかになった。これらの反応を通じて、様々な生物活性分子の迅速プローブ化が実現可能になると期待している。当初予定していたNi/Cu共触媒系の高度化にとどまらず、様々な結合切断を経るホウ素化反応の開発に至っており、計画を大幅に超えた成果を出しているものと考えている。C-F結合の切断を経るホウ素化反応については反響が大きく、さらなる高度化を目指した検討を継続しており、一定の成果がある。より実用的な脱フッ素ホウ素化反応を発表し、18F-標識PETプローブの汎用性の向上を行うつもりである。生命科学研究において興味ある分子そのものを出発原料とし、有用な分子プローブを迅速に合成する分子リノベーション技術を実現するため、ホウ素化を中心とする様々な新規有機反応の開発を進めた。昨年度までにニッケルと銅触媒を用いた炭素ーフッ素結合の切断を経るホウ素化反応を開発していたが、この反応は空気に不安定な試薬を組み合わせて用いる必要があるためか、スケーラビリティの面で問題があった。これに対し、銅触媒のみでも同様の脱フッ素ホウ素化が進行することを見いだした。本反応では、空気中で長時間保管可能な銅触媒を使用でき、スケーラビリティも高く、先の反応より実用的であると考えている。実際に市販医薬品の脱フッ素ホウ素化にも適用でき、その有用性を明らかにした。フッ化アレーンと同様に、チオアレーンも医薬品や機能性材料によく見られる基本的な構造である。検討の結果、チオアレーンのC-S結合の切断を経るホウ素化反応が、ロジウム触媒を用いることで進行することを明らかにした。硫黄原子を持つ官能基は、遷移金属触媒を用いる変換反応における配向基として利用できるため、本手法を組み合わせて用いることで、多置換ベンゼン類の新規合成法を開発することもできた。続いて、より普遍的な官能基としてカルボキシ基に着目した。カルボン酸は多彩な構造を持つものが容易に入手用意であるため、カルボキシ基を起点とする変換手法は、PETプローブの開発に留まらない汎用性を有すると考えられる。カルボキシ基を一旦チオエステルへと変換し、脱カルボニルを含む手法でホウ素化を試みたところ、望みの化合物を高収率で得られることが明らかになった。この手法は80度という比較的低い温度で進行し、非常に広い基質一般性を示した。市販医薬品4種のホウ素化にも成功しており、その実用性を明らかにしている。当初予定していたC-F結合、C-CN結合に留まらず多様な結合の切断を経るホウ素化反応の開発に至っており、当初の計画を上回る成果を出しているものと考えている。また、昨年度見いだしたC-F結合切断を経るホウ素化反応の高度化も達成しており、本研究の最終的な目的である、分子リノベーション技術の分子プローブ開発への応用の実現性を大きく向上させている。昨年度までに見いだした、銅触媒を用いる芳香族フッ化物の脱フッ素ホウ素化反応について、論文発表を行った。ここで見いだした銅触媒は空気中安定で取扱が容易であることから、他の含フッ素化合物への適用を行った。その結果この銅錯体が、同一の炭素に2つのフッ素原子を有するgem-ジフルオロアルケンのtrans位選択的な脱フッ素ホウ素化反応の触媒として有効に機能することを見いだした。

得られたボリル(フルオロ)アルケンは、ホウ素部位の任意の変換を通じて様々なフルオロアルケンの合成へと利用できる。フルオロアルケンがアミド結合と類似の性質を持つミミックとして注目されていたことから、市販されているアミド医薬品のフルオロアルケンミミックの合成を実施した。この結果を通じ、本手法を用いたモノフルオロアルケン合成法の実用性を明らかにした。以上の結果は平成29年度内に論文にて発表した。また、昨年度までに開発・発表した、芳香族カルボン酸のカルボキシ基を段階的にホウ素化する手法について、アルケニルカルボン酸へと適用拡大した。反応条件の最適化の結果、芳香族カルボン酸のホウ素化に比べさらに温和な条件下にホウ素部位を導入できることがわかった。さらに、昨年度までに見いだしたチオアレーンの脱硫黄ホウ素化反応のアルケニルチオエーテルへの展開も進めた。その結果、期待していたホウ素化体に優先し、2つのホウ素が同一炭素上に導入された1,1-ジボリル化体が得られることがわかった。この反応は室温でも進行し、高い基質一般性を示す。また、途中で副生するあるホウ素化合物が、本反応を加速することを明らかにした。PETプローブ迅速合成の実現を目指し、興味の対象となる生物活性化合物そのものを出発原料とする新たな合成戦略を立案した。本研究計画ではこの新戦略を分子リノベーション技術と名付け、その実現に必要となるホウ素化反応ならびに11C-標識反応を開発した。開発した手法を用いて得たホウ素化合物を共通中間体として利用することにより、PETプローブをはじめとする複数の分子プローブの短段階合成を達成し、本合成戦略の有用性を明らかにした。引き続きC-F結合切断を経るホウ素化反応の高度化を、反応機構解析を組み合わせて進める。また、ほかの結合の切断を経るホウ素化反応の開発も進め、分子リノベーション技術の有用性を示す実験を実施していく。また予定通り、スタチン類の脱フッ素ホウ素化を実施し、実際にPETプローブの開発を進めていく。本年度に見いだしたカルボン酸のホウ素化技術の高度化を進め、分子リノベーション技術の適用拡大を目指す。また、11C-シアノ基標識技術をまとめ、論文発表を行う。以上の技術を活かし、実際にPETイメージングに適用可能なPETプローブの開発に着手する。有機反応化学予定より計画は順調に進行し、様々な反応開発に成功したが、いずれも共通の試薬を用いて実施したため、追加の支出は発生しなかった。さらに、当初より必要な触媒量を大幅に削減できたことから、金属触媒に必要な費用の大幅な削減が達成できたため、今後の研究のさらなる展開への使用が適切であると判断した。平成28年度に開発したいくつかのホウ素化反応を駆使し、PETプローブの開発を進める。次年度使用額に相当する予算は、平成28年度に予定外に開発した手法を用いた、PETプローブ迅速合成法への適用に使用する。
廃藩置県の基礎的研究

1.平成元年8月8日12日、および平成2年2月23日25日に出形県米沢市に出張し、幕末・明治初年の史料調査を実施した。具体的には、米沢市立図書館が所蔵している上杉文書・林泉文庫を閲覧し史料の筆写を行った。2.横浜開港資料館と中央大学図書館に通い。両館がマイクロフイルムで所蔵しているイギリスの対日関係文書を調査した。マイクロフイルムの原文書はパブリック、レコ-ド,フィスの所蔵である。その外務省文書やサトウ文書の必要部分を写真焼付し、数多くの史料を収集した。3.米沢藩関係の史料を分析することにより、廃止された藩の側から、明治4年の廃藩置県断行の経緯とその影響を考察することができた。これまでの廃藩置県研究が中央政府首脳の動向が中心であったのに対し、米沢藩をはじめとする諸藩の多様な対応を明らかにしたことで、より総合的な内実のある廃藩置県研究を行うことができた。その成果の一部は、「廃藩置県の政治的潮流-廃藩論の形成と展開-」として『歴史学研究』第596号(歴史学研究会)に発表した。4.イギリスの対日関係文書の研究は、おもに本国政府へ宛てた外交官の報告、私信の分析を中心に進めた。当時の代理公使アダムズや書記官サトウが、明治初年の日本の政情をどのように把握し廃藩置県断行にいかなる感想を持ったのかという点を検討した。さらにヒュ-・コ-タツッイ著の『ある英人医師の幕末・維新』なども活用し、外国側から見た廃藩置県像の考察をすすめた。その成果の一部は、「廃藩置県断行と鹿児島」として『日本学』第14号に掲載した。今年度は幕末・明治初年の藩政史料の調査・収集に全力を傾けた。それは、これまでの廃藩置県に関する研究がともすれば中央政府の動向が中心となり、廃止になった諸藩の側の分析が不足していたことから、その克服をめざしたことによる。具体的な活動としては、米沢市立図書館が所蔵している上杉文書、さらに福井県立図書館や福井郷土歴史博物館が所蔵している福井藩関係文書の調査を行い、多数の文書の筆写・写真撮影を実施した。特に米沢藩関係では、明治初年の藩政に大きく関係した宮島誠一郎の子孫を調査し(神奈川県大和市在住)、その所蔵文書の筆写を行った。この藩政に関しては、国立国会図書館所蔵の各種文献、さらには各関係機関所蔵の県史・市町村史や藩史の類の文献を多数複写した。また明治政府の関係については、主に国立公文書館が所蔵している公文録や太政類典を調査し、民部・大蔵省・および諸藩公文書の調査と写真撮影を行った。これらは夏期にアルバイトの補助をたのみ、カード化、ファイル化を行った。以上の作業の成果は、カードが2000枚、ファイル・アルバム14冊となった。それらの分析・研究は、主に秋期以後にすすめ、「廃藩置県の政治的潮流」という論文(原稿用紙80枚)にまとめた。同論文は、『歴史学研究』(歴史学研究会)に投稿し、3月に掲載内定の通知を得た。今後は、特に米沢藩の幕末・明治期の分析に全力をあげる予定で、収集した史料の分析に力を入れている。4月以後は昨年不十分であった米沢市立図書館所蔵の上杉文書以外の各種文書の収集をすすめ、藩側の研究を深めたい。イギリスのパブリックレコードオフィス所蔵の対日関係外交書類の調査・収集については、その所蔵目録・概要の調査を行った。
経路誘導システム計画へのベイジアンアプローチの適用に関する研究

本研究においては,即時性を持った交通情報を提供するダイナミックな経路誘導を行ったとき、運転者の経路選択行動によって道路ネットワークの交通流が影響を受けるという問題を対象とした。運転者が保有する交通情報を明示的に取り入れた経路選択行動モデルを作成するため、経路選択に関する逐次選択に関する逐次思想決定にベイジアンアプローチを適用した。すなわち、リンク旅行時間予測モデル,経路変更モデル,経路選択モデルから構成する経路選択行動モデルを作成した。リンク旅行時間予測モデルはベイズ的に旅行時間に関する確率分布を修正してゆくものである。経路変更モデルは経路見直しのきっかけを与えるものであり,経路選択モデルは現在の予定経路を新たな経路に変更するかどうかを決めるものである。作成した経路選択行動モデルを経路誘導システムのシミュレーションモデルに組み込み,神戸市の東灘区から兵庫区にかけての市街地部を対象ネットワークとしてケーススタディを行った。最初に経路誘導を実施しない場合のシミュレーションを行い、パラメータの決定と観測交通量との比較を行った。その結果,ピーク時間を対象としているにもかかわらず、シミュレーション結果は観測交通量と整合が取れるものであることを確かめた。そして、経路誘導を実施した場合のシミュレーション結果からは、経路選択行動モデルが適用されることを前提とすると、提供された交通情報に無条件で従うことは好ましくないことが示された。つまり、想定される経路誘導システムによる交通情報の信頼度が低いということである。ただし、この交通情報を経路選択行動のための判断材料に加えるようにすれば、誘導車が不利になることがないという結果も得られた。これは、従来から危惧されていた誘導車の割合が増加した場合の問題を解消する可能性を持つものである。本年度における研究目的として,誘導を受けるか否かに関わらず運転者の経路選択行動を一括した形でモデル化することが最初に上げられた。これに関しては、運転者がすべてリンクに対して走行所要時間の確率分布を持っており、それを得られた情報に基づいて随時修正するものとしてモデル化を行った。すなわち、走行中のリンクの混雑状態や経路誘導システムからの新たな情報から後続リンクの所要時間に関する確率分布を修正し、必要に応じて経路の再検討を行うとするものである。このとき、確率分布を持たせても、所要時間の期待値で最短時間経路を選ぶとすると、所要時間に関する情報の確からしさが経路選択に影響しないことも生じる。そこで、一般に運転者の行動はリスク回避型が多いと考えられることから、期待値から標準偏差にある係数を乗じた値だけ余裕をみた所要時間を経路探索に用いることにした。また、所要時間に関する確率分布の修正方法については、あるリンクを走行した時の所要時間が得られたときに走行を継続し、他のリンクの走行所要時間分布がどうなるかをシミュレーションによって調べた。その結果をもとに、近くのリンクほど情報の確実性が高まるように修正する方法を用いることにした。これらの作成した経路選択行動モデルを前提とすると、情報提供は走行予定リンクの所要時間に関する情報の確実性が高くなるようにすることが必要である。限られた情報量でそれを実現する方法として、リンクを走行する車両の目的地割合から情報提供範囲を限定することを検討している。さらに、時間遅れが問題になることから、旅行時間予測の必要性を検証することも考えている。本年度においては、平成7年度に作成した経路選択行動モデルに対する検討を行い、経路誘導システムのシミュレーションを行った。すなわち、経路選択行動モデルをリンク旅行時間予測モデル、経路変更モデル、経路選択モデルから構成することとした。リンク旅行時間予測モデルが昨年度に作成したものであり、ベイズ的に旅行時間に関する確率分布を修正してゆくものである。経路変更モデルは経路見直しのきっかけを与えるものであり、経路選択モデルは現在の予定経路を新たな経路に変更するかどうかを決めるものである。作成した経路選択行動モデルを経路誘導システムのシミュレーションモデルに組み込み、ケーススタディを行った。

従来のような小規模の仮想ネットワークを用いたのでは経路選択行動モデルを検討するのに十分でないため、神戸市の東灘区から兵庫区にかけての市街地部を対象ネットワークとした。最初に経路誘導を実施しない場合のシミュレーションを行い、パラメータの決定と観測交通量との整合が取れるものであることを確かめた。そして、経路誘導を実施した場合のシミュレーション結果からは、経路選択行動モデルが適用されることを前提とすると、提供された交通情報に無条件で従うことは好ましくないことが示された。つまり、想定される経路誘導システムによる交通情報の信頼度が低いということである。ただし、この交通情報を経路選択行動のための判断材料に加えるようにすれば、誘導車が不利になることがないという結果も得られた。これは、従来から危惧されていた誘導車の割合が増加した場合の問題を解消する可能性を持つものである。
膵内分泌調節機構における生体時計関連遺伝子の役割とその障害に伴う疾患の解析

生体時計関連遺伝子であるcry1,cry2のダブルノックアウトマウス(cry1^<-/->cry2^<-/->マウス)は経口ブドウ糖負荷試験にて負荷後15分、30分、60分にてインスリン分泌不全による明らかな耐糖能障害を呈した。しかしながら負荷後90分、120分では野生型マウスと変わらない血糖値に戻った。この現象を細胞レベルで確認するためにコラゲナーゼ法を用い膵ラ氏島を単離しbatchincubationを行ったところダブルノックアウトマウスでは8.3mMまたは16.7mMグルコース刺激に対するインスリン分泌が野生型に比し約50%低下していることが確認された。更に膵臓潅流法を用いた実験では16.7mMグルコース刺激によるインスリン分泌反応の第1相の約50%の低下を野生型に比して認めたが、第2相分泌は保たれていた。病理組織学的にはダブルノックアウトマウスにおいて膵ラ氏島に肥大を認めた。免疫組織学的手法を用いた抗インスリン蛍光抗体染色では膵ラ氏島内のインスリン量は野生型マウスとほぼ同等であった。インスリン負荷試験にてダブルノックアウトマウスはインスリン感受性が亢進していることも明らかになり、経口ブドウ糖負荷試験時の90分、120分後の血糖正常化に一部関与していることも示唆されている。以上のことより生体時計関連遺伝子であるcry1,cry2によりグルコース刺激による初期インスリン分泌反応が制御されていることが明らかになった。またダブルノックアウトマウスでは野生型と比較しして、成長遅延が生後4週より認められたが、摂食量には差が認められなかった。このことによりcry1,cry2は成長ホルモン分泌、骨代謝制御にも関わっている可能性が示唆された。1.時計関連遺伝子とインスリン遺伝子発現の関連CLOCK、BMAL-1、CRYl、CRY2各遺伝子をマウスβ細胞株MIN6細胞に発現させるシステムを用いて、これらの遺伝子のインスリンプロモーター活性に及ぼす影響をルシフェラーゼアッセイにて検討した。CLOCKおよびBMAL-1を共発現させるとインスリンプロモーター活性は用量依存的に抑制された。CRYlをさらに共発現させるとこの抑制は部解除されたが、なお強く抑制されていた。HepG2細胞を用いた検討でもインスリンプロモーター活性はCLOCKおよびBMAL-1の共発現により用量依存的に抑制された。2.CRY1&CRY2ダブルノックアウトにおける検討京都大学放射線生物研究センター藤堂剛教授と共同で同教授が作製、維持しているCRY1、2ダブルノックアウトマウスにおける耐糖能を経口糖負荷試験を行って検討した。CRY1、2ダブルノックアウトマウスは対照のマウスに比し低体重であった。空腹時血糖値はダブルノックアウトマウスで低値の傾向を示した。しかし、ダブルノックアウトマウスでは対照のマウスに比し糖負荷後早期に明らかな高血糖を示したが、2時間後には対照と差を認めなかった。さらに現在なお実験進行中であるが、糖負荷に対する負荷後早期のインスリン分泌は対照に比し低反応の傾向を示した。膵灌流実験ではインスリン分泌の第一相が低下傾向を示した。膵ラ氏島の組織学的検討ではラ氏島の大きさはほぼ対照と同程度であるが、細胞の構築および形態異常を認めた。この点については現在詳しく検討中である。生体時計関連遺伝子であるcry1,cry2のダブルノックアウトマウス(cry1^<-/->rcry2^<-/->マウス)は経口ブドウ糖負荷試験にて負荷後15分、30分、60分にてインスリン分泌不全による明らかな耐糖能障害を呈した。この現象を細胞レベルで確認するためにコラゲナーゼ法を用い膵ラ氏島を単離しbatchincubationを行ったところダブルノックアウトマウスでは8.3mMまたは16.7mM

グルコース刺激に対するインスリン分泌が野生型に比し約50%低下していることが確認された。更に膵臓潅流法を用いた実験では16.7mMグルコース刺激によるインスリン分泌反応の第1相の約50%の低下を野生型に比して認めたが、第2相分泌は保たれていた。病理組織学的にはダブルノックアウトマウスにおいて膵ラ氏島に肥大を認めた。免疫組織学的手法を用いた抗インスリン蛍光抗体染色では膵ラ氏島内のインスリン量は野生型マウスとほぼ同等であった。インスリン負荷試験にてダブルノックアウトマウスはインスリン感受性が冗進していることも明らかになり、経口ブドウ糖負荷試験時の90分、120分後の血糖正常化に一部関与していることも示唆されている。以上のことより生体時計関連遺伝子であるcry1,cry2によりグルコース刺激による初期インスリン分泌反応が制御されていることが明らかになった。
Twisted(co)homologiesと超幾何函数

主な研究対象は超幾何函数の代数幾何的側面の研究である。具体的には以下の通りである。(1)Twisted(co)homologiesの交点理論とTwisted Riemannの周期関係式:各種の多価函数の積分はlocal syetemのtwisted homologyとtwisted cohomologyのPairingと捉えることができる。このような観点により、local syetemの(co)homologyの交点理論を研究を行い、1次元複素射影空間のザリスキ部分開集合上のtwisted cohomologyの交点理論を構築した。また古典的なRiemannの周期関係式に対応するtwisted周期行列のRiemannの周期関係式を導いた。この結果はGaussの古典的な結果の一般化である。現在、上記の結果を一般種数のRiemann面、及び高次元の複素射影空間のザリスキ部分開集合上のlocal syetemに対しても理論を展開中である。また被覆空間の(co)homologyと底空間のtwisted(co)homology間の関係を研究中あり、その結果として特に、被覆空間の(co)homologyの交点行列、twisted周期行列と底空間のそれらとの間の関係が明白になるものと思われる。(2)Local Systemsの(co)homology群の消滅定理:Local systemsの中間次元の(co)homology群の消滅定理は、対応する超幾何微分方程式系のクランクを決定するうえで重要である。最近簡明な幾何学的条件の下で成り立つ一般的な消滅定理を簡単な代数幾何学的手法により得た。Local systemsのランクが高い場合を含め、さらなる一般化を研究中である。
地域の健康格差・健康関連行動に影響を及ぼす物理的・社会的環境に関する調査研究

全国地域の物理的・社会的環境ならびに健康・健康行動の格差を幅広い年齢層を対象に明らかにするのが本研究の目的である。地理情報システム(GIS)によるデータベースを構築し、全国市区町村単位の地域環境評価指標、住民による地域環境認知、健康行動実施状況調査票を開発し、調査を行った。全国地域間に環境評価指標ならびに健康・健康行動(歩行時間等)の大きな差が観察された。都市・地方・島嶼部の住民調査の結果からは、物理的環境(土地利用の多様性等)や社会的環境(住民とのつきあい等)は健康・健康行動(歩行時間等)と、性・年齢等を考慮しても有意に関連がみられたものの、これらの関連は地域により異なることが示された。研究初年度の当該年度は、人々の健康関連行動・健康状態に影響を及ぼす地域の物理的・社会的環境及び住民集団の健康行動・健康状態を地域(市区町村)単位で比較できる指標の開発を目標とし、国内外の専門家との意見交換・先行研究論文・既存資料を収集し、下記(1)(3)を地理情報システム(GIS)により空間データとして管理・比較できるデータベースを作成した。その他、次年度以降の調査研究のために(4)(6)を並行して行った。(1)地域の物理的環境として、土地利用状況、道路のネットワーク、各種サービス等施設への近接性が挙げられる。各種サービス等施設への近接性は電話帳データを利用して位置情報データを整理し、また道路ネットワークデータを構築することで、道路網による経路をも考慮・比較できるデータベースを作成した。(2)地域の社会的環境としては、教育・社会・経済指標と社会教育利用状況・政治参加等について、多種の既存データを収集・整理し、データベース化した。(3)地域住民集団を一つの単位とした健康行動・健康状態については、地域統計が多種で広範囲にわたっていることから、関連項目を整理・選定して集計したデータを空間データとして管理できるデータベースを作成した。(4)全国調査であるJGSS(Japan General Social Surveys 2010)の二次解析を行い、物理的・社会的環境認知及び健康行動・健康状態の地域特性別比較検討を行った。(5)住民調査の際に用いる調査項目・測定機器について検討することを目的とし、協力の得られた地域住民の調査を行った。(6)地域の物理的・社会的環境については、客観的な評価のみならず現地調査による現状評価が求められている。そこで、地方都市行政のインタビュー及び現地観察調査方法についての検討を行った。当該年度は、昨年度に引き続き下記の(1)から(5)についての研究を行った。(1)国内の地域(市区町村単位)における物理的環境ならびに社会的環境の客観的指標を選定・データベース化した後に、全国地域の物理的・社会的環境を比較可能にするための指数化を行い、開発した指数を用いて地域の順位付けを行った。また、開発した指数には含まれていないその他の地域特性をも考慮・比較できるように、地域を層別する指標の選定・データベース化・開発を行った。(2)地域住民を基本単位とし、地域間比較ができるように、健康状態・健康関連行動の指標を収集・データベース化し、(1)で開発した物理的・社会的環境との関連の検討ができるようにした。(3)次年度以降の住民調査の際に用いる調査項目について検討することを目的とし、調査票と調査機器による住民調査を秋・冬の2回行った。(4)地域間にみられる物理的・社会的環境(ソーシャル・キャピタル等)格差ならびに健康格差に関する国内文献の系統的レビューを行い、本研究の調査項目の見直しを行った。(5)本研究の国際比較のために、地域の物理的環境認知と健康関連行動との大規模住民調査を行っている韓国慶尚北道の25市町村の調査データの入手・分析を進めることにより、国内住民調査の方法・内容等についての検討をも行った。当該年度は、以下の研究を行った。(1)全国地域(市区町村単位)における物理的・社会的環境特性の比較を可能にすることを目的とし、引き続き国内外の文献研究・情報の収集及び収取可能な資料を収集・整理した。(2)研究(1)のなかから、客観的に評価可能な指標を収集・選定、または本研究にて開発・計量してデータベースを作成し、各種指標を作成し、作成した指標の特性についての確認作業を行い、その性質を踏まえて下位指標の変換・改定を行った。(3)研究(2)を踏まえて、地域を指標別ならびに総合指標によりスコア化することにより、全国地域の順位付けを行った。(4)地域住民の健康状態・健康関連行動に関するデータが地域間で比較できるように、データを収集・選定し、データベースの作成を行った。(5)研究(3)と(4)の関連についての検討を行いながら、各種指標の改訂作業を行った。(6)研究(3)のデータを利用して、調査地域を3か所(北海道、首都圏、沖縄県)選定し、住民調査の可能性を自治体等に確認を行いながら調査依頼を行い、住民のサンプリング方法、調査票の作成、加速度計または歩数計による調査を企画し、本年度は2つの地域の調査を実施した。その後、調査結果を入力し、分析できるように準備を行った。(7)都市計画分野における定量的な調査であるパーソントリップ調査データの個票利用申請を行い、データが分析できるように準備を行った(約11万人分)。(8)自治体が行っているウオーキングポイント事業参加者(約15万人分)のデータが利用できるよう申請を行い、データ分析体制を整えた。本年度までの研究結果をまとめ、学会発表等を行った。全国調査の他に、住民調査を3地域で実施することを企画した。

しかし、依頼を行い承諾を得ていた自治体の事情等により1地域の調査時期がずれたことで、本年度中に2つの地域調査が終了したものの、1地域の調査が来年度に延長された。しかし、当初計画に入っていなかった自治体のウオーキングポイント事業参加者(約15万人分)のデータが利用できるようこととなり、計画以上に進展している。当該年度には、昨年度までの研究を踏まえて以下の研究を行った。(1)本研究において選定または開発した全国地域(市区町村単位)における客観的な物理的・社会的環境指標と地域住民の健康状態・健康関連行動との関連について、人口統計学的な個人要因を制御したうえで分析可能にするために、地域の物理的・社会的環境に関するデータセットと地域(市区町村単位)住民の健康状態・健康関連行動に関するデータセットを統合した。(2)本研究にて選定した地域の一つであった沖縄県那覇市内地域の住民調査(20歳以上全数調査)を実施し、調査データの回収・入力作業を行った。(3)昨年度までの地域住民調査と本年度の地域住民調査データの統合作業を行い、健康状態・健康関連行動の地域差に及ぼす住民の物理的・社会的環境認知が分析できるデータセットを作成した。(4)研究(1)のうち、都市計画分野における定量的な調査であるパーソントリップ調査データ(平日・休日別目的別歩行・自転車・自動車等による移動時間・移動割合等)を市区町村別に集計を行い、研究(1)により作成した市区町村別の物理的・社会的環境指標との関連についての分析を、住民の個人単位要因(性・年齢等)と地域単位要因(居住市区町村等)を同時に分析できる一般線形混合モデルを用いて一次分析を進めた。その結果をまとめ、学会発表および論文作成を行った。(5)自治体が行っているウオーキングポイント事業参加者の一年間の経時的なデータの分析を行い、気候(気温・湿度など)が与える健康関連行動の一つである日常歩行数の季節変動についての分析を行い、学会発表および論文作成を行った。その他、本年度までの研究結果をまとめて学会発表等を行った。全国調査ならびに自治体調査データの利用申請の承認が、分担・連携研究者らの協力により予想ほど時間がかからなかったこと、また計画した地域住民調査が終了できたことから、各種調査データセットの整備およびデータセットの統合に早めに着手できたため。本研究の最終年度である本年度は、昨年度までの研究を踏まえて以下の研究を行った。(1)本研究で選定・開発した全国(市区町村単位)の客観的測定値による物理的・社会的環境指標と住民の健康関連行動・健康状態との関連について、人口統計学的な個人要因を制御した上で分析するために、地域の物理的・社会的環境に関するデータセットと住民(市区町村単位)の健康関連行動・健康状態に関するデータセットを統合した。(2)昨年度までに選定した3地域に、島嶼部地域である沖縄県宮古島市内地域の住民調査(50歳以上全数調査)を実施し、調査データの回収・入力作業を行った。(3)昨年度までの住民調査と本年度の住民調査データの統合を行い、健康関連行動・健康状態の地域差に住民の物理的・社会的環境認知が与える影響について分析を行った。(4)都市計画分野の定量的
マルチエキシトン生成を用いた超高効率太陽電池の開発

固体中でのマルチエキシトン生成を検出するための構造として、Ge量子ドット超格子を用いたpin構造を提案した。プラズマCVDにより製膜したアモルファス超格子の熱処理により、アモルファスSiCO/Ge量子ドット超格子を作製することに成功した。高圧水蒸気処理により、スピン密度を10^<18>cm^<-3>台まで減少させることが可能であるが、マルチエキシトン生成の検証には更なるスピン密度の低減が必要である。太陽電池の基本原理は、半導体で吸収されたフォトン1個に対して、1対の電子-正孔対が生成することにある。キャリアが禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光によって励起されたとしても、過剰なエネルギーは熱としてすぐに失われる。そのため、上記の原理に基づくならば、シリコン太陽電池ではエネルギー変換効率の上限が30%程度となる。これに対して、ナノ粒子系では、吸収されたフォトン1個に対して、複数のエキシトンが生成されること(マルチエキシトン生成)が報告されている。この現象が固体中で観測できれば、これまでの太陽電池の原理を根本から書き換えることとなり、エネルギー変換効率の理論限界は40%以上となる。本研究では、マルチエキシトン生成による太陽電池の高効率化の可能性を実証することを目標としている。具体的には、SiもしくはGe量子ドット超格子を光吸収層に用いた量子ドット太陽電池を用いて、マルチエキシトン生成の実証を行う。平成20年度は、Ge量子ドット超格子の作製技術開発および作製した試料の構造評価を中心に行った。本研究ではアモルファスSiC(A層)とアモルファスSiCGe(B層)からなる積層膜を数10サイクル以上作製し、その後高温で熱処理をすることによりGe量子ドット超格子を作製する。GeドットはB層中に生成される。A層およびB層はVHFプラズマCVD法により作製した。Raman散乱分光法による評価の結果、700800°Cでの熱処理により、試料中にGeナノ結晶が生じることが明らかとなった。また、SiGeに起因するシグナルが検出されなかったことから、Geのみが結晶化していると考えられる。さらに、B層のGe濃度により結晶化の度合いを制御できることも明らかとなった。これらの結果は、Ge量子ドット超格子太陽電池を作製する上で重要な知見である。シリコンもしくはゲルマニウム量子ドット超格子(Si-QDSL、Ge-QDSL)を光吸収層としたpin構造を用い、固体中におけるマルチエキシトン生成の検証を目指して研究を行った。この目的のためには、高品質なQDSLが必要であるため、まずはQDSLの作製に注力した。Si-QDSLの高品質化については、水素プラズマ処理が有効であることを明らかにし、処理温度を300°C以上とすることが重要であるという指針を得た。水素プラズマ処理後のSi-QDSLからはフォトルミネッセンスが確認されている。Ge-QDSLの作製については、プラズマCVD法により作製したアモルファス超格子(a-SiCGe/a-SiC)を熱処理することで、Ge-QDSLの作製が可能であることを明らかにした。なお、原料ガスにはモノメチルシラン、モノメチルゲルマン、水素を用いた。熱処理が試料構造に与える影響を詳細に評価することにより、Geナノドットの形成には750°C程度の熱処理が必要であることを明らかにした。これはSi-QDSLの形成温度(1000°C)よりもかなり低い温度であり、プロセス温度の低温化のために重要である。試料の光学的・電気的特性はGeナノドットの形成に伴い、急激に変化した。また、熱処理前のa-SiCGe層の厚さを変化させることにより、熱処理後に形成されるGeドットのサイズを制御可能であることを見出した。現在までに、4nm程度のGeドットを有するGe-QDSLの作製に成功している。高圧水蒸気処理により、Ge-QDSLの欠陥密度低減が可能であることが明らかとなった。ただし、フォトルミネッセンスは観測されておらず、更なる欠陥密度の低減が必要である。フォトルミネッセンスが確認されたSi-QDSLにおいて、pin構造を作製し量子効率を評価した結果、マルチエキシトン生成の検証にはより高品質なQDSL(欠陥密度10の16乗程度)が必要であることを示唆する結果が得られた。