hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
温度応答型生分解性インジェクタブルポリマーの機能化とその医療応用

本研究では,室温ではゾル(液体)状態で体内に注入すると体温に応答してゲル化する温度応答型生分解性インジェクタブルポリマー(生分解性IP)の諸問題を解決し,治療用デバイスへの実用化を目指す。従来の生分解性IPは多くが物理架橋ゲルであり,体内湿潤環境において1日以内にゾル状態となり,ゲル状態の維持期間が短いことが問題であった。そこで本研究では,体内で長期間ゲル状態を維持する生分解性IP製剤の開発を目指した。具体的には,生分解性IPとしてPCGA-PEG-PCGA(CP-OH)を用い,CP-OHの末端の官能基をアクリル基に変換したポリマー(CP-Acryl)とポリチオールを混合して使用し,温度に応答して物理架橋に加えて化学架橋を形成する生分解性IP製剤を開発した。まず,CP-OHの末端の水酸基をアクリロイル基に変換したポリマーCP-Acrylを合成した。そして,疎水性のポリチオール(DPMP)内包CP-OHミセル水溶液とCP-Acrylミセル水溶液を混合した結果,混合後もゲル化せず,体温まで加熱後にゲル化し,冷却後もゲル状態であり,温度に応答して化学架橋形成に起因した不可逆的なゲル化を示した。さらに,水中に放置した場合,CP-OHのみでは1日後にゾル状態に戻るのに対して,約90日後までゲル状態を維持し,CP-OHとCP-Acrylの混合比を変化させ,4-94日までその期間を調整可能であった。さらに,本製剤に対してPEGを少量添加した結果,用時調製可能でゲル状態の維持期間が約90日である利便性と機能性を大幅に向上した生分解性IP製剤の調製に成功した。これらの結果より,CP-OHに対して末端を望みの機能を有する官能基に変換したポリマーや少量の添加物を任意の比率で混合することにより,望みの物性を有する生分解性IPを容易に得られる可能性を示した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
省エネルギー型複合バッチ蒸留プロセスの開発

通常のバッチ蒸留塔と回収部型のバッチ蒸留塔がヒートインテグレーションした構造を持つ、複合型バッチ蒸留塔の最適設計・操作法の確立を目的として研究を進めた。本研究の実施により、以下の成果が得られた。1.ダイナミックシミュレータの開発:全還流操作から製品留出操作までの全ての期間の動的挙動を迅速に計算できるシミュレータを、本研究費の補助を受けて購入したワークステーションを用いて開発した。2.還流比、再沸比の最適操作パターンの導出:本研究では、微分方程式と代数方程式の混合系として表されるバッチ蒸留のモデルに対して、選点法を用いて代数方程式系に変換し、逐次二次計画法を用いて最適な操作パターンを導出するシステムを開発した。3.オフスペック品の最適リサイクル法:オフスペック品のリサイクルをも考慮して、最適な操作条件を導出するアルゴリズムを開発した。開発したシステムは、内部ルーチンで還流比の最適化を行い、外部ループでリサイクル量と組成の最適化をはかる、という構造を有する。開発したシステムを用いて、オフスペック品のリサイクルが効果的な条件を明らかにした。4.最適操作を考慮した最適設計法:これまでの研究で得られた成果をもとに、原料及び製品の組成と量が与えられたとき、エネルギーコストと装置コストの和を最小にする、装置構造を導出するアルゴリズムを開発した。これらの研究により、従来エネルギー効率の悪いと言われていたバッチ蒸留プロセスが、構造や操作の最適化を行うことにより、連続蒸留に劣らない性能を発揮できるできる可能性があることを示した。通常のバッチ蒸留塔と回収部型のバッチ蒸留塔がヒートインテグレーションした構造を持つ、複合型バッチ蒸留塔の省エネルギー特性を明らかにすると共に、その最適設計法、最適操作法の確立を目的として研究を進めた。本年度においては、以下の成果が得られた。1)ダイナミックシミュレータの開発全還流操作から製品留出操作までの全ての期間の動的挙動を迅速に計算できるダイナミックシミュレータを、本研究の補助を受けて購入したワークステーションを用いて開発した。また、開発したシミュレータを最適化プログラムと結合し、ダイナミックシミュレーションと種々の設計変数、操作変数の最適化を同時に行えるようにした。2)最適構造の候補の推定アルゴリズムの開発分離すべき成分数が増すにつれ、与えられた原料を分離可能な複合型バッチ蒸留塔の構造は、非常に多くなる。2成分の分離を行う濃縮部型、回収部型、全還流型の3種の塔の特徴を明らかにすることにより、最適な複合型塔の構造を推定をする手法を開発した。また、開発した手法を種々の分離問題に適用し、提案した手法の有効性を確認した。その結果、多くの問題で全還流型の複合塔の消費エネルギーが最も少ないこと、及び成分数が多いとき連続式の蒸留塔群で分離するよりも少ないエネルギーで分離可能な場合が存在することを示した。3)実験塔の作成と2成分系混合物の分離実験バッチ蒸留に関するモデルの精密化を図るための実験データを収集するため、既存の連続型蒸留塔をバッチ蒸留塔に改良し、分離実験を行った。本年度は、対象を多成分系に拡張し、最適設計、操作に関する研究を進めた。具体的には、以下に示す項目について大きな成果が得られた。1.最適設計手法の開発複合型バッチ蒸留塔では、製品を抜き出して分離するか、槽内に貯めたまま分離するかによって、様々な構造が考えられる。ここでは、各構造に対して、最適な設計条件を求める、ダイナミックシミュレータを内蔵した最適化プログラムを開発した。そして、原料組成、製品純度、相対揮発度等の因子が、塔の分離性能に与える影響を解析し、多くの条件下で、全還流式の複合塔の分離性能が最も良いことを明らかにした。2.原料の組成変動を考慮した制御系の開発全還流式複合塔は、常に全還流で運転されるため、還流比を操作変数にとることが出来ない。

このような塔に対して、塔へのリサイクル量を用いて各貯留槽の貯留量を変化させ、各槽の組成を制御する、カスケード制御系を提案した。そして、その有効性を、原料組成が変動するケースに対して、シミュレーションにより検証した。3.詳細モデルに基ずくバッチ蒸留シミュレータの開発各段での熱収支、圧力損失、トレー上の液の体積ホールドアップ一定、など、従来簡略化されてきた条件を考慮し、かつ通常のバッチ蒸留塔、回収部型の塔、複合塔に利用可能な、ダイナミックシミュレータを開発した。また、このシミュレータを用いて、塔の圧力の最適化が、省エネルギーに大きな効果があることを明らかにした通常のバッチ蒸留塔と回収部型のバッチ蒸留塔がヒートインテグレーションした構造を持つ、複合型バッチ蒸留塔の最適設計・操作法の確立を目的として研究を進めた。本年度においては、以下の成果が得られた。1.ダイナミックシミュレータの開発:全還流操作から製品留出操作までの全ての期間の動的挙動を迅速に計算できるシミュレータを、昨年度本研究費の補助を受けて購入したワークステーションを用いて開発した。2.還流比、再沸比の最適操作パターンの導出:本研究では、微分方程式と代数方程式の混合系として表されるバッチ蒸留のモデルに対して、選点法を用いて代数方程式系に変換し、逐次二次計画法を用いて最適な操作パターンを導出するシステムを開発した。3.オフスペック品の最適リサイクル法:オフスペック品のリサイクルをも考慮して、最適な操作条件を導出するアルゴリズムを開発した。開発したシステムは、内部ルーチンで還流比の最適化を行い、外部ループでリサイクル量と組成の最適化をはかる、という構造を有する。開発したシステムを用いて、オフスペック品のリサイクルが効果的な条件を明らかにした。4.最適操作を考慮した最適設計法:これまでの研究で得られた成果をもとに、原料及び製品の組成と量が与えられたとき、エネルギーコストと装置コストの和を最小にする、装置構造を導出するアルゴリズムを開発した。これらの研究により、従来エネルギー効率の悪いと言われていたバッチ蒸留プロセスが、構造や操作の最適化を行うことにより、連続蒸留に劣らない性能を発揮できるできる可能性があることを示した。
銀行・企業間関係に関する実証的研究

本研究では、銀行と企業の間の株式持ち合い関係が、企業と企業の間の株式持ち合いとは異なる動機のもとで行われている可能性に着目した。銀行・企業間の株式持ち合いの推移(水準および変化幅)をデータから確認するとともに、バブル崩壊後のメインバンクへの影響を明らかにするため、想定される要因について定量分析を実施した。業績の好調な企業との持ち合いの解消は進みやすく、財務不安定な企業との持ち合い解消は進みにくい傾向にあることを示した。2010年度(初年度)は、銀行と企業の間での株式持ち合い関係が、企業と企業の間での株式持ち合いとは異なる動機のもとで行われている可能性に着目し、バブル崩壊後のメインバンクへの影響(すなわち、銀行と企業の間での株式持ち合い関係の解消や再形成が、伝統的なメインバンクシステムを従来とは異なる形へ変容させているという仮説)を明らかにするため、分析用のデータベース構築が主要な作業となった。具体的には、ニッセイ基礎研究所の「株式持ち合い状況調査の基礎データ」を1998年度(1999年3月)、2001年度(2002年3月)、2004年度(2005年3月)、2007年度(2008年3月)により、「金融機関等安定保有比率」および「持合比率」の把握を行った。さらに、東洋経済新報社の「大株主総覧」により、「株式持ち合い状況調査の基礎データ」ではカバーできない個別の金融機関、事業会社の株式持ち合い状況を観察した。現状では、データの時点が1998年度、2001年度、2004年度、2007年度であり、十分な分析ができていないが、既に実施した理論研究や予備調査(1999年と2004年の時点比較)から得られた示唆(仮説)を支持する可能性が高い。つまり、銀行と企業の間での株式持ち合いは、財務内容の良好な企業の株式ほど解消傾向がみられ、反対に、財務内容が不芳な企業の株式ほど継続保有される傾向がみられることを示している。今年度は、持ち合い状況のデータ時点をさらに追加することにより、分析の信頼性を高めるとともに、この株式持ち合いに関する仮説をさらに深めてゆきたい。2010年度(初年度)、2011年度(2年目)は、銀行と企業の間での株式持ち合い関係が、企業と企業の間での株式持ち合いとは異なる動機のもとで行われている可能性に着目し、バブル崩壊後のメインバンクへの影響(すなわち、銀行と企業の間での株式持ち合い関係の解消や再形成が、伝統的なメインバンクシステムを従来とは異なる形へ変容させているという仮説)を明らかにするため、持ち合い比率や財務データ等を含む分析用データベース構築が主要な作業となった。データベース作成には、ニッセイ基礎研究所の「株式持ち合い状況調査の基礎データ」を1987年度(1988年3月)、1989年度(1990年3月)、1992年度(1993年3月)、1995年度(1996年3月)、1998年度(1999年3月)、2001年度(2002年3月)、2004年度(2005年3月)、2007年度(2008年3月)により、「金融機関等安定保有比率」および「持合比率」の把握を行った。データの時点が8時点であり、初年度のトレンドとは異なっている(基準年度の前半期間、後半期間のそれぞれで傾向は異なっている)。現状での得られた事実は、銀行と企業の間での株式持ち合いは、財務内容の良好な企業の株式ほど解消傾向がみられ、反対に、財務内容が不芳な企業の株式ほど継続保有される傾向がみられることを示している。また、マクロ的に企業業績が低迷している時期には、業績に関係なく持ち合い解消を進める企業が多く、またマクロ的に企業業績が好調な時期には、持ち合いを維持する企業が多くなっている。その意味において、株式持ち合いが一種の「ショック・アブソーバー」の役割を果たしていたとも考えられる。本研究では、銀行と企業の間の株式持ち合い関係(実証分析においては、銀行による企業の株式保有)が、企業と企業の間の株式持ち合いとは異なる動機のもとで行われている可能性に着目した。その上で、銀行・企業間の株式持ち合いの推移(水準および変化幅)をデータから確認するとともに、バブル崩壊後のメインバンクへの影響を明らかにするため、想定される要因について定量分析を実施した。具体的成果としては、電機業界に属する企業と銀行の関係に注目した研究があげられる。使用したデータの時点は2005年度、2011年度の2時点で、また限られたサンプルであるため、広範な分析はできていないが、既に実施した理論研究や予備調査(東証1部銘柄を対象に、1999年と2004年の時点比較)から得られた仮説を支持する可能性が高い。つまり、銀行は、財務内容の良好な企業の株式ほど解消する傾向がみられ、反対に、財務内容が不芳な企業の株式ほど継続保有する傾向がみられることを示している。

これらは、標準的な投資の原則には反する行動であり、今後、定性的な調査も含め、さらなる分析が重要と考えている。また、2005年度以降の持ち合い動向(水準および変化幅)は、予備調査(1999年と2004年の2時点)との比較で、いくつかの特徴がみられた。たとえば、持ち合いの水準自体はほぼ横ばいになっていること、銀行再編で巨大化した銀行(特にメガバンク)は持合比率を大きく低下させていること、地域密着型の銀行では相対的に持ち合い比率の低下幅が小さいこと、2011年時点でも三井住友を除きメインバンクとして平均で3%という水準を確保していることなどがあげられる。わが国の代表的産業の一つでありながら、構造的な問題を抱えた電機業界における株式持ち合い状況の調査は、今後の株式持ち合いの方向性を見通す上で示唆に富むものと考える。直近(2010年度)のデータが未発表であったため、分析用データベースが暫定的なものとなっていた。今年度は、2010年度データを追加することにより、データベースを完成し、研究を予定通り遂行いたしたい。24年度が最終年度であるため、記入しない。・直近(2010年度)データを追加し、分析用データベースを完成させる。・また、2008年度および2009年度の2時点のデータも追加し、2007年度から2010年度の連続した期間での分析も併せて実施する。この分析は、リーマン・ショックの影響の分析を意図したものである。
環境政策の便益評価に関する東アジア地域比較研究

本研究は、経済成長段階の異なる東アジア諸国の環境政策の経済評価を行うことにより、環境政策の重要性を明らかにしようとしたものである。特に、政策の社会的便益を健康便益に焦点を当て評価することにより、途上国における環境政策の効果を定量的に測定した。その際、欧米で開発されてきた便益評価手法のうち、仮想評価法(Contingent Valuation Method : CVM)による調査を東アジアで実施し、またコンジョイント分析手法(選択型実験)による調査を東広島市で実施した。東広島市においてコンジョイント分析を実施した理由は、CVMと違う調査方法を行うことにより調査手法の影響を考慮する必要があったためであり、これによって日本におけるリスク削減便益の信頼性と頑健性を検討した。また、対象リスクは大気汚染と交通事故による死亡リスクとした。結果として、VSLと人口特性の関係に関しては、大気汚染リスク削減における人口特性の影響の度合いはあまり見られなかったが、交通事故リスク削減においては有意な結果が出た。VSLとリスク特性の関係に関しては今後さらに検討する必要がある。1人当たりGDPに対するVSLの値についても、地域や調査手法によりばらつきがあるため、今後、その原因をメタ分析などを利用して検討する必要がある。今年度はCVM手法およびメタ分析による便益移転関数の理論的整理を行うとともに、クアラルンプールおよび広島市において、大気汚染と交通事故による死亡リスク削減に対する支払い意志額(WTP)をCVMにより推計を行った。また便益移転に関しては非死亡リスクを対象に実施した。その結果、CVM調査および便益移転のそれぞれについて、以下の点が明らかになった。便益移転については、従来用いられてきた線形モデルを利用して国際間の便益移転を実施した。その結果、国際間の便益移転は国内の便益移転に比べて誤差が大きく、人口特性やリスク特性の支払い意志額(WTP)に与える影響を考慮する必要性が確認された。一方、CVMを用いた人口特性やリスク特性に関する調査では、先行研究の予想とは異なる興味深い結果を得た。第一に広島のVSLは2.44.6百万ドル、マレーシアは0.30.6百万ドルと推計された。日本のGDP・PPPはマレーシアの10.2倍であるが、VSLは7.17.9倍であり、VSLの所得弾力性は1以下であった。これまでVSLの所得弾力性をめぐる議論では、それが1以上かどうかで大きく意見が分かれてきた。しかし、本研究とこれまでの先行研究の結果を総合すると、経済成長の過程で所得弾力性が次第に低下している可能性があることが分かった。また、大気汚染による死亡リスクと交通事故による死亡リスクでは、交通リスク削減に対するWTPが大きいことが分かった。これは、従来の先行研究による予想とは異なる結果であり、便益移転において交通リスクのVSLをもって大気汚染のVSLを推計する際には注意が必要であることが明らかになった。今後の研究では、精度の高い便益移転を実現するためにCVMによる調査地域を拡大し、人口特性やリスク特性がWTPに与える影響をさらに詳細に検討する予定である。今年度は、人口特性、リスク特性、調査手法がWTPに与える影響を検討することを目的とし、上海と東広島市をケース・スタデイとして実施した。その結果、以下の点が明らかになった。第1に上海市における確率的生命の価値(Value of Statistical Life : VSL)は、大気汚染リスク削減の場合、54万ドルから122万ドルと推計された。一方、交通リスクの場合は、90万ドルから185万ドルと推計された。大気汚染リスクよりも交通リスクのVSLの値が大きい点については、昨年の広島調査と同じ結果を得た。しかし、一人当たりGRP(Gross Regional Product)に対するVSLの値は、大気汚染リスクの場合は、約128倍から290倍、交通リスクの場合は、約214倍から441倍であった。Miller(2000)は、一人当たりGDPに対するVSLの値は、約120倍から170倍としており、昨年のクアラルンプール調査や広島調査でもMillerの推計値と大きく異なることはなかった。上海において交通リスクに対するVSLの値が大きくなった原因については、面接調査の問題、サンプリングの問題地域特性の影響などが考えられ、今後検討する必要がある。第2に、調査手法の影響を考慮するために、東広島市においてコンジョイント分析(選択型実験)を実施した。

その結果、VSLは大気汚染リスクでは459.7万USドル、交通事故では1,030.9万USドルとなった。VSLの値は交通リスクの方が大気汚染リスクよりも大きいという結果を得た。しかし、昨年の広島市におけるCVMによるVSLの推計値と比較すると、大気汚染リスクについては、大差はなかったものの、交通リスクは2倍以上大きな値を示した。以上より、リスク特性については、ほぼ一貫した結果を得た。しかし、VSLの値については、地域や調査手法によりばらつきがあるため、今後、その原因をメタ分析などを利用して検討する必要がある。本研究は、経済成長段階の異なる東アジア諸国の環境政策の経済評価を行うことにより、環境政策の重要性を明らかにしようとしたものである。特に、政策の社会的便益を健康便益に焦点を当て評価することにより、途上国における環境政策の効果を定量的に測定した。その際、欧米で開発されてきた便益評価手法のうち、仮想評価法(Contingent Valuation Method : CVM)による調査を東アジアで実施し、またコンジョイント分析手法(選択型実験)による調査を東広島市で実施した。東広島市においてコンジョイント分析を実施した理由は、CVMと違う調査方法を行うことにより調査手法の影響を考慮する必要があったためであり、これによって日本におけるリスク削減便益の信頼性と頑健性を検討した。また、対象リスクは大気汚染と交通事故による死亡リスクとした。今年度は、前年度までに調査したクアラルンプール市・広島市・上海市・東広島市の人口特性、リスク特性、調査手法が支払い意思額(Willing to Pay : WTP)に与える影響を検討し、新たにバンコク市をケース・スタディとして実施し、研究のまとめとした。バンコク市における大気汚染リスク削減の確率的生命の価値(Value of Statistical Life : VSL)は、86万ドルから166万ドルと推定され(1995年US$)、これまで調査した地域や先行研究の代表例(Miller 2000)と比較してもそれほど差異はなかった。また、全体を通して、大気汚染リスク削減における人口特性の影響の度合いはあまり見られず、リスク特性や1人当たりGDPに対するVSLの値についても、地域や調査手法によりばらつきがあり、今回の研究では有意な結果が出なかった。しかし、交通事故リスク削減における人口特性の影響は、収入、年齢、教育年数において大きいという有意な結果が出た。
CD44を標的とした中皮腫抗がん剤耐性機構の解明と治療戦略

悪性中皮腫は胸腹膜などを原発とする極めて予後不良の悪性腫瘍であり、各種抗癌剤に対して耐性であることが知られている。一方、悪性胸膜中皮腫の組織、胸水中には以前からヒアルロン酸(Hyaluronic acid ; HA)やオステオポンチン(Osteopontin ; OPN)が豊富に存在し、ともにCD44のリガンドであることから、中皮腫に発現するCD44とHAおよびOPNとの相互作用は中皮腫の病態に深く関与していると考えられる。我々はヒト中皮腫細胞株であるACC-MESO-1にOPN遺伝子の導入を行い、OPN強発現ACC-MESO-1/OPNを樹立した。ACC-MESO-1/OPNは著明に各種抗癌剤に耐性を示し、HAへの接着も亢進した。またACC-MESO-1/OPNではHAとの接着を低下させるexon 14(V10)を含むHigh Molecular weight CD44が著明に減少しており、ACC-MESO-1でのCD44 V10のknockdownは各種抗癌剤耐性を誘導した。CD44やOPNのknockdownやCD44中和抗体を用いたCD44-HA相互作用の阻害はACC-MESO-1/OPNの各種抗癌剤への多剤耐性を減弱させた。またACC-MESO-1/OPNではAKTのリン酸化も亢進しており、CD44 knockdownによりこのAKTリン酸化は抑制され、AKT阻害剤によりOPNによる抗癌剤多剤耐性はreverseした。OPNはCD44のHAへの接着を亢進させ、CD44を介してAKT pathwayを活性化させて抗癌剤多剤耐性に関与していることが示唆された。CD44とOPNおよびHAとの相互作用の阻害は悪性中皮腫の有効な治療戦略の一つと考えられる。悪性中皮腫はアスベストを原因とする胸腹膜などを原発とする予後不良の悪性腫瘍であり、その原因の一つに本癌腫が抗癌剤に対して極めて耐性であることが挙げられる。一方、悪性胸膜中皮腫の組織、胸水中には以前からピアルロン酸(HA)やオステオポンチン(OPN)などの細胞外マトリックス蛋白が豊富に存在し、ともにCD44のリガンドであることから、中皮腫細胞表面に発現するCD44とHAおよびOPNとの相互作用は中皮腫の病態に深く関与していると考えられる。これらの所見はCD44を発現する悪性中皮腫において、間質に存在するHAやOPNなどの細胞外マトリックスとの相互作用は抗癌剤多剤耐性の重要なメカニズムの-因であることを強く示唆するものと考える。本年度の研究成果を基にして、来年度以降は更なるCD44を介する抗癌剤耐性シグナルの解析とin vivoモデルを用いたCD44を分子標的とした抗癌剤耐性克服の試みを検討中である。一方、悪性胸膜中皮腫の組繊、胸水中には以前からヒアルロン酸(HA)やオステオポンチン(OPN)などの細胞外マトリックス蛋白が豊富に存在し、ともにCD44のリガンドであることから、中皮腫細胞表面に発現するCD44とHAおよびOPNとの相互作用は中皮腫の病態に深く関与していると考えられる。我々は現在までに、ヒト中皮腫細胞株であるACC-MESO-1にOPN遺伝子導入を行い、OPN強発現細胞株ACC-MESO-1/OPNを樹立した。

ACC-MESO-1/OPNは著明に各種抗癌剤に耐性を示し、HAへの接着も亢進した。CD44はalternative splicingにより複数のisoformができることが知られているが、HAとの接着を低下させることが報告されているexon 14(V10)を含むHigh Molecular weight CD44 isoformがACC-MESO-1/OPNでは著明に減少していた。またACC-MESO-1でのCD44 V10のknockdownは各種抗癌剤耐性を誘導した。CD44やOPNのknockdownやCD44中和抗体を用いたCD44-HA相互作用の阻害はACC-MESO-1/OPNの各種抗癌剤への多剤耐性を減弱させた。またACC-MESO-1/OPNではAKTのリン酸化も亢進しており、CD44 knockdownによりこのAKTリン酸化は抑制されること、AKT阻害剤であるLY294002によりOPNによる抗癌剤多剤耐性はreverseしたことから、CD44を介したAKT pathwayの活性化がOPN誘導抗癌剤多剤耐性に重要である可能性が示唆された。今年度は上記以外にin vivoマウス実験も試みたが、ACC一MESO-1でのin vivo systemがうまく構築出来なかったため、来年度以降の目標とする。また悪性中皮腫においてOPNによって誘導される抗癌剤多剤耐性のメカニズム、そしてCD44を介したシグナル伝達の更なる解明を目標とし、悪性中皮腫の予後を不良にしている抗癌剤耐性克服を目指す。悪性中皮腫は胸腹膜などを原発とする極めて予後不良の悪性腫瘍であり、各種抗癌剤に対して耐性であることが知られている。一方、悪性胸膜中皮腫の組織、胸水中には以前からビアルロン酸(Hyaluronic acid;HA)やオステオポンチン(Osteopontin;OPN)が豊富に存在し、ともにCD44のリガンドであることから、中皮腫に発現するCD44とHAおよびOPNとの相互作用は中皮腫の病態に深く関与していると考えられる。我々はヒト中皮腫細胞株であるACC-MESO-1にOPN遺伝子の導入を行い、OPN強発現ACC-MESO-1/0PNを樹立した。ACC-MESO-1/0PNは著明に各種抗癌剤に耐性を示し、HAへの接着も亢進した。またACC・MESO-1/0PNではHAとの接着を低下させるexon14(V10)を含むHigh Molecular weight CD44が著明に減少しており、ACC-MESO-1でのCD44 V10のknockdownは各種抗癌剤耐性を誘導した。CD44やOPNのknockdownやCD44中和抗体を用いたCD44-HA相互作用の阻害はACC-MESO1/0PNの各種抗癌剤への多剤耐性を減弱させた。またACC-MESO-1/0PNではAKTのリン酸化も亢進しており、CD44knockdownによりこのAKTリン酸化は抑制されること、AKT阻害剤によりOPNによる抗癌剤多剤耐性はreverseしたことから、CD44を介したAKT pathwayの活性化がOPN誘導抗癌剤多剤耐性に重要である可能性が示唆された。以上のデータはOncogene誌に論文発表した。これらは悪性中皮腫の予後不良の原因である抗癌剤耐性にCD44とOPNおよびHAの相互作用が非常に重要であることを強く示唆するものと考えるが、臨床応用を考えてIn vivoマウスモデルの作成も試みたが、現在のところうまく構築できていない。現在までに得られた我々のデータはCD44とOPNおよびHAの相互作用を標的とした治療戦略は、悪性中皮腫の抗癌剤耐性克服に有用であることを示唆しており、In vivoマウスモデルの早急な確立と治療実験を目指している。
摩擦と化学反応が複雑に絡み合ったマルチフィジックス化学機械研磨シミュレータの開発

難加工材料として加工効率の向上が求められる窒化ガリウム(GaN)基板研磨プロセスについて,化学機械研磨(CMP)メカニズムの解明に基づき,高効率研磨に向けた材料設計・プロセス設計を行った.OHラジカルを活性種として用いたGaN CMPシミュレーションを行った結果,摩擦界面においてSiO2砥粒と酸化したGaN基板との化学反応により砥粒-基板間でSi-O-Gaの結合が形成されることを明らかにした.砥粒と結合を形成したGa原子は砥粒の移動により基板から引き抜かれるGa原子の除去メカニズムを明らかにした.Ga原子の除去に対する高効率化に向けて,第一原理計算を用いて砥粒材料がGa原子の引き抜きプロセスに及ぼす影響について検討した.酸化したGaN基板と砥粒粒子をモデル化し,基板と砥粒が離れた状態(状態I),砥粒が基板に結合した状態(状態II),砥粒と結合する基板のGa原子が引き抜かれた状態(状態III)をモデル化した.砥粒材料としてSiO2砥粒とナノダイヤモンド(ND)砥粒をモデル化し,砥粒材料がGa原子の引き抜きプロセスに及ぼす影響を検討した.状態Iを基準として状態IIと状態IIIのエネルギーを比較するとSiO2砥粒を用いた場合,状態IIが+6.5 kcal/mol,状態IIIが+3.7 kcal/molであり,砥粒-基板間の結合形成とGa原子の引き抜きが吸熱反応となりSiO2砥粒によるGa原子の引き抜きプロセスは進行しづらいことを明らかにした.ND砥粒を用いた場合,状態IIが+1.4 kcal/mol,状態IIIが-5.9 kcal/molであり,Ga原子の引き抜きが発熱反応となりND砥粒によるGa原子の引き抜きプロセスはSiO2砥粒と比較して進行しやすいことを明らかにした.この結果を基に,ND砥粒を用いた実証実験をおこない従来のSiO2砥粒を用いたプロセスと比較して10倍以上の加工効率の向上に成功した.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,コンピュータシミュレーション手法を用いることにより,半導体基板材料に対する化学機械研磨(CMP)プロセスについて高効率・高精度なプロセス設計指針を得ることを目的としている。平成27年度は,新規計算プログラムの開発とともに難加工材料(窒化ガリウム)のCMPシミュレーションを行った。1.連続的な化学反応を扱えるCMPシミュレータの開発CMPは化学的な活性種と微小な砥粒を含む研磨液を用いて基板表面を研磨する手法である。従来のCMPシミュレータは原子数が一定であるため,活性種が消費される,また化学反応による副生成物が研磨液中に蓄積し化学反応を阻害することで,連続的な化学反応を再現できない。そこで,活性種を供給/副生成物を除去するアルゴリズムを実装した連続的な化学反応を扱えるCMPシミュレータを開発した。2. OHラジカル援用窒化ガリウム(GaN)基板研磨プロセスの解明およびプロセス設計GaN基板研磨プロセスにおいてOHラジカルが活性種として有利であることを先行研究より明らかにした。平成27年度は,OHラジカルの量が研磨プロセスに及ぼす影響について,上記1で開発したシミュレータを用いて解析を行った。その結果,OHラジカルの量がGaN基板表面サイト数以下の場合,OHラジカルが緻密な吸着膜を形成して砥粒による研磨が困難であることを明らかにした。OHラジカルの量が表面サイト数以上の場合にGaN基板表面の酸化がおこり,基板のN原子がN2分子として脱離し,Ga原子は砥粒と結合して削り取られる研磨メカニズムを明らかにした。共同研究先の実験グループとともに,シミュレーション結果をもとにOHラジカルの生成を促進するプロセスを設計し加工効率の向上に成功した。平成27年度は,当初の予定通り新規CMPシミュレータの開発に成功し,さらに,開発したプログラムを用いることにより新たな研究成果を上げた。その成果はイタリア・ドイツで開催された国際会議で発表し,論文として近日中に投稿予定である。故に,計画に沿って順調に研究が進展しているといえる。難加工材料として加工効率の向上が求められる窒化ガリウム(GaN)基板研磨プロセスについて,化学機械研磨(CMP)メカニズムの解明に基づき,高効率研磨に向けた材料設計・プロセス設計を行った.OHラジカルを活性種として用いたGaN CMPシミュレーションを行った結果,摩擦界面においてSiO2砥粒と酸化したGaN基板との化学反応により砥粒-基板間でSi-O-Gaの結合が形成されることを明らかにした.砥粒と結合を形成したGa原子は砥粒の移動により基板から引き抜かれるGa原子の除去メカニズムを明らかにした.Ga原子の除去に対する高効率化に向けて,第一原理計算を用いて砥粒材料がGa原子の引き抜きプロセスに及ぼす影響について検討した.酸化したGaN基板と砥粒粒子をモデル化し,基板と砥粒が離れた状態(状態I),砥粒が基板に結合した状態(状態II),砥粒と結合する基板のGa原子が引き抜かれた状態(状態III)をモデル化した.

砥粒材料としてSiO2砥粒とナノダイヤモンド(ND)砥粒をモデル化し,砥粒材料がGa原子の引き抜きプロセスに及ぼす影響を検討した.状態Iを基準として状態IIと状態IIIのエネルギーを比較するとSiO2砥粒を用いた場合,状態IIが+6.5 kcal/mol,状態IIIが+3.7 kcal/molであり,砥粒-基板間の結合形成とGa原子の引き抜きが吸熱反応となりSiO2砥粒によるGa原子の引き抜きプロセスは進行しづらいことを明らかにした.ND砥粒を用いた場合,状態IIが+1.4 kcal/mol,状態IIIが-5.9 kcal/molであり,Ga原子の引き抜きが発熱反応となりND砥粒によるGa原子の引き抜きプロセスはSiO2砥粒と比較して進行しやすいことを明らかにした.この結果を基に,ND砥粒を用いた実証実験をおこない従来のSiO2砥粒を用いたプロセスと比較して10倍以上の加工効率の向上に成功した.GaN基板研磨に対しては,開発したシミュレータおよび第一原理計算を活用し新規砥粒材料の設計を行う。また,難加工材料である単結晶ダイヤモンド・炭化ケイ素基板の研磨プロセスについても,高効率なプロセス設計と目的としたシミュレーションを行う。さらに,MPI並列化による大規模化にも着手し,凹凸を有する基板表面をモデル化したシミュレーションを行うことで,原子レベルの平坦化プロセスに向けた知見を得る。28年度が最終年度であるため、記入しない。
弗素系Si膜の低温結晶化の基礎過程

低圧下におけるシランのフッ素気相酸化反応を利用する、Si薄膜の堆積に於いては、当初考えられたよりもはるかに低温下(>230°C)で、結晶質膜の堆積が可能であることが、作製条件を系統的に変えた実験により明かとなった。膜の結晶化条件は、堆積温度と堆積前駆体の形成に与るシランとフッ素の流量比に依存し、フッ素流量の増加にともない、結晶化温度は低下する傾向がみられた。堆積温度を結晶化が認められる温度よりさらに上昇させると、いずれの条件に於いても堆積膜のエッチングが観測され、気相過程のみならず、表面化学過程へフッ素の関与が示唆された。フッ素によるシランの気相酸化反応にみられる化学発光のスペクトルの分析では、SiF、SiHからの発光が支配的で、フッ素流量の増加になともないSiFの発光強度は増加する傾向がみられるが、膜堆積可能な条件下では、発光スペクトル全体としては、大きな変化は、認められないことが分かった。質量分析による気相化学種の分析では、SiSiF,SiH[_<2]>F、SiHF[_<2]>などのラジカル種が観測され、シランに対するフッ素の流量が増加るするにつれて、より酸化の進んだラジカル種の割合が増加する傾向がみられた。膜厚モニターを用いた表面過程の観測では、堆積膜厚の測定から求められる堆積速度についての結束をinsituでの測定から定性的ではあるが支持する結果が得られ、特にフッ素によるエッチングを含む表面過程への直接的な関与を裏付ける結果が得られた。以上の結果から、本系に於けるSi薄膜の低温結晶化には、フッ素の直接的な表面化学過程への参与を考慮する必要があり、成長表面での、フッ素を仲立ちとしたSiネットワーク形成における化学平衡過程の形成が重要な役割を果たしている可能性が示唆された。
金属ナノ粒子表面への異種元素導入とその協奏的触媒作用による高効率有機分子変換

本研究では、合金ナノ粒子の形成や、金属ナノ粒子表面への遷移金属カチオン等の固定化に基づいて異種元素隣接活性点を創出する手法を開発する。また、これに起因して発現する異種元素の協奏的触媒機能を利用することで、機能性材料合成のための選択的結合生成反応などに対して高い有効性を示す分子変換触媒系を構築することを最終的な目的とする。本研究では異種元素協奏触媒作用の概念をナノ粒子触媒に導入し、固体触媒が潜在的に有する環境調和性能に加えて、単一金属の系には全くない高度な分子変換能を付与することを主目的とする。
触媒表面極微構造ダイナミクス

XSTRIP検出器を用いた世界最高の時間分解XAFS法を開発し、単発不可逆反応に対して、最高10マイクロ秒の時間分解リアルタイムXAFS測定を可能にした。この時間分解測定法を用い、本研究者らが開発した世界最高触媒性能を示すゼオライト担持レニウム10核クラスター触媒の酸化反応条件下におけるクラスター構造変換過程の時間分解XAFS測定に成功した。窒素原子内包型レニウムクラスターが酸素と反応してモノマー構造へと変換されていく過程は、レニウムクラスター表面濃度に1次に依存し、また、その活性化エネルギーは12 kJ mol^<-1>と決定された。これらの結果はレニウム10核クラスターから単核レニウム種への構造変換過程において、選択性を減少させるレニウム構造中間体が存在しないことを示唆しており、高い触媒選択性の鍵要因となっていることが分かった。また、酸化チタン単結晶(001)表面で見出した可視光励起によるギ酸分子の光反応過程のSTM観察を行い、表面で起こる化学反応の詳細を原子分子レベルで画像化することに成功した。ギ酸分子の分解反応の量子効率、光量依存性をSTM解析から算出した。また、同表面における光励起過程の2光子分光及びEELSの測定を行い、表面準位の存在、吸着ギ酸イオン状態などの検討、酸化チタンの表面構造と吸着分子の構造に関する密度汎関数計算等から、酸化チタン(001)表面の可視光励起反応のメカニズムを明らかにした。本研究は固体表面における化学反応、中でも触媒反応を、時間的空間的に制御しながら、反応における原子・分子のダイナミクスを分子構造的、電子論的に解明することを目的とする。そのような目的のためには極限まで高めた均質で高活性な表面構造の構築と時間軸空間軸を基軸に据えた表面反応解析法・分光法の開発が必要不可欠である。そこで本研究では、表面上の分子の空間的情報を与える手法の中で最も優れた時間分解能を持つエネルギー分散型X線吸収微細構造(DXAFS)測定システムを開発してきた。本年度は、これまで100ミリ秒ほどの時間分解能を有するこの手法を改良、そしてPhoton Factory Advanced Ring(高エネルギー加速器研究機構,筑波)に設置することにより、2ミリ秒ほどの時間分解構造解析を可能にした。そしてこれを用いてロジウムダイマー固定化触媒のヒドロホルミル化触媒作用中の活性構造変化を追跡し、構造変化と触媒機能の相関を明らかにした。また自動車排ガス浄化触媒であるCeO_2-ZrO_2固溶体の酸素吸蔵/放出過程における動的構造変化を明らかにした。一方、原子・分子に関して高い空間的情報を得るためには、走査プローブ顕微鏡観察が最も有効である。本研究では機能性物質として広範に使用されているTiO_2の(001)表面上の特殊な構造上にギ酸を吸着させ、吸着種が可視光照射によって分解されることを走査トンネル顕微鏡による原子分子レベルの実空間観察によって見いだした。TiO_2のバンドギャップは可視光のエネルギーよりも大きいため、これまでTiO_2の表面上での可視光反応の報告はなかった。今回の事実は、特殊な表面の表面状態を介してギャップより小さな光で反応が進行したものと解釈される。本研究は表面反応、特に触媒的に進行する表面反応過程における原子・分子の挙動と表面構造変化を時間軸と空間軸で考察することを目的としている。本年度は以下の2つの研究を行った。(1)マイクロ秒時間分解エネルギー分散型X線吸収微細構造(DXAFS)測定システムの開発高エネルギー加速器研究機構のシンクロトロン放射光PF-ARリングに作成され、昨年度までに2ミリ秒の時間分解能を持っていたDXAFS測定システムによってゼオライト担持Re6クラスターの酸化還元過程における構造ダイナミクスを測定した。このゼオライト担持Re6クラスター触媒はベンゼンからフェノールへの直接酸化反応に高い活性を持つ。今回その反応おけるクラスターの構造変化をミリ秒オーダーで追跡することに成功した。また、このシステムの時間分解能を更に向上させるためにXSTRIP検出器を新たに導入した。

放射光パルスと同期して使用することによりマイクロ秒の時間分解能でのDXAFS測定が可能となった。(2)走査トンネル顕微鏡(STM)を用いた表面反応の実空間観察と触媒表面反応機構の解明昨年度までに我々のSTM観察によって見いだされていた単結晶二酸化チタン表画上可視光応答ギ酸分解反応の機構をSTM、分光学的手法、及び理論計算を用いて考察した。この可視光応答反応は4配位チタンが規則的に並んだ二酸化チタン(001)階段状格子構造表面において進行するが、可視光による電子励起は表面の4配位チタンに局在する電子状態によって可能になることがわかった。また、酸化セリウム(111)表面上担持Pt粒子の形成過程を追った。金属蒸着法によって酸化セリウム(111)表面上に担持されたPtは加熱により大きさのそろった粒子群となることがわかった。すなわち、任意の大きさのPt粒子を酸化セリウム(111)表面上に形成できるようになった。XSTRIP検出器を用いた世界最速の時間分解XAFS法を開発し、最高10マイクロ秒の時間分解リアルタイムXAFS測定を可能にした。この時間分解測定法を用い、これまでに開発したゼオライト担持Re10核クラスター触媒の酸化反応条件におけるクラスター分解過程の時間分解XAFS測定を行い、窒素原子内包型Reクラスターが酸素と反応してモノマー構造へと変換されていく過程をリアルタイム追跡することに初めて成功した1ゼオライト担持Reクラスターの構造変化過程は、Reクラスターの表面濃度に一次に依存した。またその活性化エネルギーは12kJ mol^<-1>と見積もられた。これらの結果は、Re10核クラスターから単核Re種への構造変化過程において、準安定な中間体構造が存在せず、Reクラスターが直接Reモノマーに変換されることを意味しており、ベンゼン酸化反応における高い反応選択性の要因であることを明らかにした。また、酸化チタン単結晶(001)表面で見出した可視光励起によるギ酸分子の光反応過程のSTM観察を行い、表面で起こる化学反応の詳細を原子分子レベルで画像化することに成功した。ギ酸分子のフォルメート生成過程における反応の量子効率、光量依存性をSTMの解析から算出した。また、同表面における光励起過程の二光子分光及びEERSの測定を行った。酸化チタンの表面構造と吸着分子の構造、反応過程を密度汎関数法により検討し、酸化チタン表面における可視光励起によるギ酸分解反応過程の反応メカニズムを解明した。
複合酸化物薄膜の成長過程における触媒作用の解明

複合酸化物材料の中でも強誘電体は,外部電界により容易に反転可能な自発分極を有するため,次世代不揮発性メモリ材料として応用が期待されている.しかし,一般に結晶化温度が高いという問題があり,広く応用するためには低温結晶化技術の開発が必要とされる.本研究では,触媒作用が期待されるシリケート材料を用い,強誘電体材料の低温結晶化を実現するとともに,そのメカニズムの解明を目指している.一般的な半導体であるシリコン基板上への強誘電体材料の形成では,結晶化処理過程において基板からのシリコン元素拡散が起こるため,シリケート添加効果を明確にすることが難しい.そこで,白金コートシリコン基板の形成を行った.シリコン基板上での白金薄膜は,比較的低温の300°C程度で再結晶化を起こすため,強誘電体薄膜の結晶化過程で不安定となる.本研究において,拡散バリア層,接着層などの最適化を行うことにより,白金薄膜に引張り応力を作用させることで,熱的安定性が改善されることを示した.白金電極の熱的安定性の向上は,強誘電体薄膜の応用に関するひとつの懸案事項であるため,本成果は有益な指針を与えたものと考える.他方,触媒材料としてシリコン,強誘電体材料としてチタン酸ビスマスを用い,そのシリコン添加効果について上記の安定化白金基板上において検討を行った.その結果,シリコン元素添加により結晶化温度の低減,ならびに配向性の向上が認められた.また,表面平坦性の向上と絶縁特性の改善が併せて確認されている.しかし,結晶格子定数の評価からはシリコン元素は殆ど結晶格子には取り込まれていないものと考えられる.また試料の構造上,蒸気圧の高いビスマス抜けによる結晶欠陥が原因となり,絶縁性ならびに強誘電特性が劣化する.シリコンならびにビスマス過剰添加量を最適化することにより,強誘電特性が発現することから,ビスマス欠陥が分極反転を妨げる働きをしているものと考えられる.以上のことより,強誘電体薄膜の合成において,触媒添加は結晶化温度の低減に有効であることが示されたが,元素置換をするのではなく,シリケートあるいは金属酸化物として結晶粒界に析出しているものと考えられる.そのために強誘電相と常誘電相が混在し,印加電界が強誘電相に作用しなくなるため,添加量には最適値が存在するものと結論した.複合酸化物薄膜は,強誘電性,複屈折率,圧電効果,電歪効果など,さまざまな機能を有している材料であり,不揮発性メモリや光学フィルタ,アクチュエータなどへの応用が検討されている.本研究では触媒作用を用いることにより,複合酸化物薄膜の低温合成を行い,そのメカニズムについて検討を行うものである.本研究ではチタン酸ビスマス(BiT)をおもな対象とし,有機金属分解(MOD)法によりシリコン基板上に形成した.酸化ビスマスおよび酸化チタンを含むMOD溶液を混合し,スピンコート法により前駆体膜とした.目的のBiT薄膜は,前駆体膜を酸素雰囲気中で結晶化処理することにより得た.また触媒材料は酸化シリコンとし,酸化シリコンを含むMOD溶液をコーティング液に混合することで,BiT薄膜の低温合成について評価した.平成15年度は,MOD法におけるBiT薄膜の合成において,その結晶内における元素配置を考慮した原料交互塗布,ならびに塗布溶液中に酸化シリコン(SiO)を添加した場合について検討を行った.原料交互塗布では,酸化ビスマス(BiO)層と酸化チタン(TiO)層の塗布順序により,BiT膜の結晶性ならびに誘電特性が変化することを確認した.BiO層が表面に存在する薄膜は結晶化温度が高く,また結晶粒成長が促進されるために絶縁耐圧が低くなる傾向が認められた.これらの詳細について応用物理学会などで口頭発表するとともに,Jpn.J.Appl.Phys.にて論文発表している.また,SiO添加効果について検討を行い,20%程度の添加において結晶性の改善ならびに結晶化温度の低減を確認するとともに,過剰添加では誘電特性が劣化することを見いだしている。この結果について,電子情報通信学会研究会において口頭発表している.以上の結果から,原料交互塗布による薄膜特性の改善の可能性,なちびにSiO微量添加による薄膜合成温度の低減が示唆されたことから,膜内で組成分布をもたせた傾斜機能を有する複合酸化物薄膜を形成するため,インクジェットプリンティング法について併せて検討を行っている.複合酸化物材料の中でも強誘電体は,外部電界により容易に反転可能な自発分極を有するため,次世代不揮発性メモリ材料として応用が期待されている.しかし,一般に結晶化温度が高いという問題があり,広く応用するためには低温結晶化技術の開発が必要とされる.本研究では,触媒作用が期待されるシリケート材料を用い,強誘電体材料の低温結晶化を実現するとともに,そのメカニズムの解明を目指している.一般的な半導体であるシリコン基板上への強誘電体材料の形成では,結晶化処理過程において基板からのシリコン元素拡散が起こるため,シリケート添加効果を明確にすることが難しい.そこで,白金コートシリコン基板の形成を行った.シリコン基板上での白金薄膜は,比較的低温の300°C程度で再結晶化を起こすため,強誘電体薄膜の結晶化過程で不安定となる.本研究において,拡散バリア層,接着層などの最適化を行うことにより,白金薄膜に引張り応力を作用させることで,熱的安定性が改善されることを示した.

白金電極の熱的安定性の向上は,強誘電体薄膜の応用に関するひとつの懸案事項であるため,本成果は有益な指針を与えたものと考える.他方,触媒材料としてシリコン,強誘電体材料としてチタン酸ビスマスを用い,そのシリコン添加効果について上記の安定化白金基板上において検討を行った.その結果,シリコン元素添加により結晶化温度の低減,ならびに配向性の向上が認められた.また,表面平坦性の向上と絶縁特性の改善が併せて確認されている.しかし,結晶格子定数の評価からはシリコン元素は殆ど結晶格子には取り込まれていないものと考えられる.また試料の構造上,蒸気圧の高いビスマス抜けによる結晶欠陥が原因となり,絶縁性ならびに強誘電特性が劣化する.シリコンならびにビスマス過剰添加量を最適化することにより,強誘電特性が発現することから,ビスマス欠陥が分極反転を妨げる働きをしているものと考えられる.以上のことより,強誘電体薄膜の合成において,触媒添加は結晶化温度の低減に有効であることが示されたが,元素置換をするのではなく,シリケートあるいは金属酸化物として結晶粒界に析出しているものと考えられる.そのために強誘電相と常誘電相が混在し,印加電界が強誘電相に作用しなくなるため,添加量には最適値が存在するものと結論した.
高等教育機関における教育用ゲームの開発体制と教育効果の評価手法に関する実証研究

実際の授業で利用できるICT(Information Communication Technology)を高度に活用した教育効果の高い新しいタイプの教材を開発するためには,授業の実施主体である教員と学生の協力が不可欠である。本研究では,教員と学生の協働のもと3次元CG等のICTを活用しゲーム性を取り入れた対話型電子教材の開発と教育実践を通して,高等教育機関における教育用ゲームの開発体制の構築と教育効果の評価手法の確立を図った。以下の(1)(4)を実施した。(1)教材の開発と開発体制の構築,(2)教材の提供体制の構築,(3)教材開発プロセスの確立,(4)教育効果の評価手法の確立実際の授業で利用できるICTを高度に活用した教育効果の高い新しいタイプの教材を開発するためには,授業の実施主体である教員と学生の協力が不可欠である。本研究の目的は,教員と学生の協働のもと3DCG(3次元コンピュータグラフィックス)等のICTを活用しゲーム性を取り入れた対話型電子教材の開発と教育実践を通して,高等教育機関における教育用ゲームの開発体制の構築と教育効果の評価手法の確立を目指すものである。以下の1)4)に関して研究開発を実施する。1)教材の開発と開発体制の構築ー医学研究院の教員と医学府の学生との連携により医学教育分野における3DCG等を活用したゲーム性を取り入れた対話型電子教材の開発実践を通して,電子教材開発のためのノウハウ蓄積と教材開発体制の構築を図る。2)教材の提供体制の構築ー授業内容と授業の進め方は教員により異なっており,それぞれに適した電子教材の利活用方法と提供方法を検討し,電子教材の提供体制の構築を図る。3)教材開発プロセスの確立ー教育効果の高い教材の開発には,教員が一方的に開発するものでは不十分であり,学生の意見を反映させた教材であることが望ましい。開発された電子教材を利用した講義を受講した学生の意見を収集しそれを反映して教材を洗練する仕組みを確立する。電子教材の開発自体に学生も携わることができる開発環境を整備する。4)教育効果の評価手法の確立ー電子教材を利用した授業において,その教育効果を検証することは重要である。出席率や成績変化等の数値を用いた定量的評価と,授業を実施している教員とそれを受講している学生からのアンケート調査結果を用いた定性的評価を実施し,電子教材を利用した授業の教育効果を検証する。これらの評価検証を通して,教育効果の評価手法の確立を図る。本年度は,1)と2)について取り組んだ。1)教材の開発と教材開発体制の構築[計画]病院地区の教員と学生との連携により医学教育分野における3DCGを活用した電子教材の開発を実施する。3次元CGとVR,MR,AR技術を積極的に利活用することにより教育効果の高い教材開発を実践する。iPadやAndroid端末等の最新の携帯端末を使用して場所や時間に制限されることなく開発した教材コンテンツの閲覧が可能となるように,Webベースのコンテンツとして教材を開発する。[進捗]まず,協力教員と学生の募集を行うための説明会を開催した。説明会では,本申請研究で開発する電子教材のイメージを理解してもらうためにデモ教材を使ったプレゼンテーションを行った。また,開発された3D教材の概要が分かる宣伝用ホームページを作成した。そのためのVR,MR,AR技術を用いたデモ教材の開発を説明会までに完了した。説明会後,協力教員とともに講義形式の授業,演習・実習形式の授業それぞれについて電子教材の開発体制等を検討した。その結果,病理学を対象にした対話型電子教材の開発を,医学部学生と情報系学生の協力のもと進めた。教材の開発は現在も継続中である。また,文系科目(日本史学・中国文学)を対象にした対話型電子教材の開発も進めている。2)教材の提供体制の構築[計画]病院地区で実施されている授業について,講義形式の授業,演習・実習形式の授業それぞれに適した電子教材の利用方法についてインフラも含め検討する。病院地区の教員と学生の協力のもと,無線LAN接続によるiPad2を使用した電子教材の利用による授業実践をお願いする。[進捗]授業実践から問題点を抽出しそれを解決することにより,電子教材の提供体制の構築を図った。初年度は,利用者端末としてiPad2を対象にしたが,次年度はAndroid端末も対象とする。iTunesUと連携した教材の提供体制も検討した。実際の授業で利用できるICTを高度に活用した教育効果の高い新しいタイプの教材を開発するためには,授業の実施主体である教員と学生の協力が不可欠である。以下の1)4)に関して研究開発を実施するものである。