hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代ゲノム時代の染色体構造異常新規分類へ向けた基盤整備

染色体の複雑構造異常の発生メカニズムはまだよくわかっていない。本研究ではG分染法で見かけ上、三カ所の切断点を持つ染色体構造異常の切断点の解析を行った。を解析した。マイクロアレイ染色体検査を行い、次世代シーケンサーによる全ゲノムシーケンスをメイトペアで行うことにより、切断点及びジャンクションの配列情報を得た。染色体挿入の切断点近傍のコピー数は複雑に入り組んでおり、クロモスリプシスと呼ばれる染色体破砕現象が生じていることが予想された。遅滞染色体に起因する微小核の中の染色体が、次のDNA複製サイクルの進行度が核ゲノムと遅れが生じることで、DNA鎖が切断されていることが推測された。染色体端部欠失・逆位重複の発生メカニズムはまだよくわかっていない。頻度の高い8pの端部欠失・逆位重複は相同性の高いinverted repeat配列を介した非アリル間相同組み換え(Non-Allelic Homologous Recombination: NAHR)とされているが、そうでない散発性のものに関しては未解明である。5例の染色体端部欠失・逆位重複の切断点の解析を行った。4p, 8q, 9p, 10q, 11qの染色体端部欠失の症例にマイクロアレイ染色体検査を行うことで端部欠失のすぐ近くに接して重複領域が存在することが同定され、FISH法を用いた向きの解析により逆位重複が確定された。引き続いて、次世代シーケンサーによる全ゲノムシーケンスをメイトペアで行うことにより、端部欠失・逆位重複の切断点及びジャンクションの配列情報を得た。5例のすべての症例において逆位の折り返し点には対称性はなく、長い介在配列が存在した。介在配列のサイズは共通して数kbであった。ジャンクション配列は数塩基のマイクロホモロジーを介して結合しており、なんらかの複製の停止(Fork Stalling and Template Switching: FoSTeS)の関与が推測された。停止後の複製の再開は、DNA端の核内距離が近い同時進行中の近傍の複製フォークへの侵入、鋳型乗り換え(Microhomology-Mediated Break-Induced Replication: MMBIR)による複製の再開が示唆されているが、本研究の結果からは、同一フォーク内のleading鎖からlagging鎖への鋳型乗り換えが生じたときに、逆位重複が生じることが推測された。染色体端部欠失・逆位重複の切断点の解析を行い、その発生メカニズムの一端が解明できた。遅れていたサンプルの解析がを行い、染色体端部欠失・逆位重複の切断点の解析が完了し、その発生メカニズムの一端が解明できた。単純な染色体構造異常は、従来より、DNAの2重鎖切断とその誤った修復によって発生すると考えられてきた。実際に切断点や結合部のゲノム解析により、繰り返して起こる構造異常は、繰り返し配列に起こった切断に対して、染色体上の別の位置の相同配列を介して修復する、修復のエラー、すなわち非アリル間相同組み換え(Non-allelic homologous recombination)の経路によって発生する。繰り返し起こらない構造異常は、ランダムな切断に対して、非相同末端結合(Non-homologous end joining)によって発生する。本研究ではG分染法で三カ所以上の切断点を持つ構造異常の切断点の解析を行った。最初にマイクロアレイ染色体検査を行ったが、切断点近傍のコピー数は複雑で、クロモスリプシスと呼ばれる染色体破砕現象が生じていることが予想された。引き続いて、次世代シーケンサーによる全ゲノムシーケンスをメイトペアで行うことにより、構造異常の切断点及びジャンクションの配列情報を得た。解析したすべての症例において切断点にはG分染法では見つからない複雑な再構成が存在した。

ジャンクション配列は数塩基のマイクロホモロジーを介して結合しており、なんらかの複製の停止(Fork Stalling and Template Switching: FoSTeS)の関与が推測された。停止後の複製の再開は、DNA端の核内距離が近い同時進行中の近傍の複製フォークへの侵入、鋳型乗り換え(Microhomology-Mediated Break-Induced Replication: MMBIR)による複製の再開が示唆されているが、それを予想させるデータであった。本研究の結果と近年の知見から、遅滞染色体に起因する微小核の中の染色体が、DNA複製の進行度が核ゲノムとずれが生じることで、DNA鎖の断端が発生し、上記の経路で修復されることにより複雑構造異常が生じることが推測された。染色体の複雑構造異常の発生メカニズムはまだよくわかっていない。本研究ではG分染法で見かけ上、三カ所の切断点を持つ染色体構造異常の切断点の解析を行った。を解析した。マイクロアレイ染色体検査を行い、次世代シーケンサーによる全ゲノムシーケンスをメイトペアで行うことにより、切断点及びジャンクションの配列情報を得た。染色体挿入の切断点近傍のコピー数は複雑に入り組んでおり、クロモスリプシスと呼ばれる染色体破砕現象が生じていることが予想された。遅滞染色体に起因する微小核の中の染色体が、次のDNA複製サイクルの進行度が核ゲノムと遅れが生じることで、DNA鎖が切断されていることが推測された。次の研究対象である染色体挿入の発生メカニズムの解明に全力を傾ける。方法は、同じく、次世代シーケンサーによる全ゲノムシーケンスをメイトペアで行うことにより、切断点及びジャンクションの配列情報を得ることで、発生メカニズムに迫る。次の研究対象である複雑構造異常の発生メカニズムの解明に全力を傾ける。29年度が最終年度であるため、記入しない。臨床遺伝学29年度が最終年度であるため、記入しない。
磁性不純物を含む系での超伝導近接効果の基礎的研究と新しい実用超伝導複合線材の開発

本研究に於いては、磁性不純物を含む銅クラッド・ニオブ線のマイスナ-効果の測定と、銅とニオブの多層薄膜の核磁気共鳴(NMR)の実験をおこない以下の成果を得た。1.磁性不純物を含む銅クラッド・ニオブ線Fe,Co,Ni,Mnを50500ppm含む銅合金を製作し、棒状ニオブを通してから線引きして試料を作成した。当初、銅とニオブの密着性が、微量不純物を含む場合に問題となったが、これは線引率を高くすると解決されることがわかった。これは将来実用線材を作る上で重要である。これらの試料のマイスナ-効果は、交流法によって、20mk-10kの範囲で詳しく測定された。Fe,Co,Ni合金においては、kondo効果によると思われる大きなク-パ-対破壊の効果が観測された。マイスナ-領域を現すパラメ-タ-ρは1K以下で大体T^<-1/2>に比例することが判明した。この事実は、kondo効果によるスピン反転の確率が、測定範囲で殆ど温度に依存しないことを示している。最近Narikiyo-Fukuyamaは、我々が考えている系でのρの温度依存性を計算した。それによると、Kondo温度Tkの下で磁気散乱の確率が減少し、ρは急激に回復することが示されている。我々の結果はこの計算結果と矛盾するように思われ、更に考察が必要であることを明らかにした。研究なかばにして^3He-^4He希釈冷凍機が故障し、実験が完了するに至らなかったので、特に応用に関する研究は引続いておこなっている。2.銅、ニオブ多層薄膜のNMR測定装置の改良と核スピン緩和率の測定をおこなった。超伝導近接効果によって銅の中にも超伝導エネルギ-・ギャップが誘起されることを明らかにした。又、1K以下のスピン・格子緩和時間の詳しい測定から、当初の予想通り、銅の中では超伝導電子と常伝導電子が共存していることが判明した。これらは応用上も重要であり、今後の理論的研究が望まれる。マイスナー効果の実験については、Fe、Co、Niを含む銅合金(濃度は夫々70ppm、140ppm、500ppm)と同じ製法で作った純銅の管を製作し、それにNb棒を通してから線引した試料を製作した。この試料の交流帯磁率を20mk-10Kの間で精密に測定した。仕込み濃度は、それぞれの不純物の近藤温度と残留抵抗値を考慮して決定された。第1回目の実験では、磁性不純物を含む系ではマイスナー効果は全く観測されなかった。一方純銅の方は、我々がすでに報告したものと同じ程度の温度に依存するマイスナー効果が観測された。このため当初は、磁性不純物によってクーパー対が破壊されたものと考えた。しかし、その後の研究によって磁性不純物を含む系ではCuとNbの界面が何らかの影響を受け、クーパー対の侵入がさまたげられることが判明した。このため線引率を更に一桁あげることによって界面の密着性を改善したところ、Cuがマイスナー効果を示すようになった。又温度変化は非磁性不純物に近いことがわかった(未だ最終結論には達していないが)。

わずか100ppmの磁性不純物が界面の性質を著しく変化させたことは実応線材開発のために、きわめて重要である。次に多層膜のCuのNMRの実験については、装置の準備が大体ととのい、ひとまず、非磁性の純銅とNbの多層膜を作りCuのNMRの実験をおこなった。その結果NbのTc以下においてCuの中にも超伝導エネルギー・ギャップが生じることが初めて実験的に明らかにされた。磁性不純物を含む系については次年度に実験をおこなう見通しがついたと言える。又温度計測および抵抗測定のための電流源、ナノボルトメーター等は予定通り購入し、自動化のためのリフトの開発をおこなっている。^3He-^4He稀釈冷凍機のトラブルがあり、計画がやや遅れたが2年目の計画に大きな変更はないものと思われる。1.銅クラッド・ニオブ線のマイスナ-効果の実験と、2.銅とニオブの多層薄膜の核磁気共鳴の実験をおこなった。まず、1.においてはFe,Co,Ni,Mnを50500ppm含む銅合金を製作し、ニオブ線をクラッドした線材を作成した。これらの試料のマイスナ-効果は、交流法によって、20mk-10Kの範囲で詳しく測定された。Fe,Co,Ni合金においては、Kondo効果によると思われる大きなク-パ-対破壊の効果が観測された。マイスナ-領域を現すパラメ-タ-ρは1K以下で大体T^<-1/2>に比例することが判明した。この事実は、Kondo効果によるスピン反転の確立が、測定範囲で殆ど温度に依存しないことを示している。最近Narikiyo-Fukuyamaは、我々が考えている系でのρの温度依存性を計算した。それによると、Kondo温度T_Kの下で磁気散乱の確率が減少し、ρは急激に回復することが示されている。我々の結果はこの計算結果と矛盾するように思われ、更に考察が必要であることを明らかにした。研究なかばにして^3He-^4He稀釈冷凍機が故障し、実験が完了するに至らなかったので、特に応用に関する研究は引続いておこなっている。2.銅・ニオブ多層薄膜のNMR測定装置の改良と核スピン緩和率の測定をおこなった。超伝導近接効果によって銅の中にも超伝導エネルギ-・ギャップが誘起されることを明らかにした。又、1K以下のスピン・格子緩和時間の詳しい測定から、当初の予想通り、銅の中では超伝導電子と常伝導電子が共存していることが判明した。これらは応用上も重要であり、今後の理論的研究が望まれる。
局所構造改質による酸化物ガラス内部への三次元シリコン構造体形成と新機能発現

フェムト秒レーザー照射によるガラス内部からのSi析出を試み,金属Alを添加したシリケートガラスにおいてレーザー照射と熱処理とを組み合わせることでミクロンオーダーのSi析出が可能であることを確認した.これらのガラスにおいては,ガラス形成酸化物がSiO_2のみの場合に比べ,析出したSi周辺のガラス構造が破壊されにくい傾向にあることも確認できた.以上の結果は,酸化物ガラス内部にレーザー照射によちガラス構造を脆弱させることなくSi構造体が形成できる可能性を示唆する.また,照射するレーザーの空間モード,パルスエネルギー,繰り返し周波数,パルス幅および集光する対物レンズを調整することで,数ナノメートルサイズのSiナノ微粒子がレーザー集光点近傍のみに析出することをFE-SEM, TEMおよび顕微ラマン分光の結果より確認した.Siナノ粒子の析出はレーザー集光照射によるSiの集光点への移動(高濃度化)とともにレーザーによりSi-O結合が切断され,OがAlに補足されることでSi同士のクラスター化が促進された結果と考えられる.Siをはじめとする半導体ナノ粒子は量子サイズ効果により粒径を制御することで可視域において発光することが知られており,ガラス材料の優れた成形性と組み合わせることで新しい形態の発光素子としての応用が期待できる.フェムト秒レーザー照射によるガラス内部からのSi析出を試み,金属Alを添加したシリケートガラスにおいてレーザー照射と熱処理とを組み合わせることでミクロンオーダーのSi析出が可能であることを確認した.これらのガラスにおいては,ガラス形成酸化物がSiO_2のみの場合に比べ,析出したSi周辺のガラス構造が破壊されにくい傾向にあることも確認できた.以上の結果は,酸化物ガラス内部にレーザー照射によちガラス構造を脆弱させることなくSi構造体が形成できる可能性を示唆する.また,照射するレーザーの空間モード,パルスエネルギー,繰り返し周波数,パルス幅および集光する対物レンズを調整することで,数ナノメートルサイズのSiナノ微粒子がレーザー集光点近傍のみに析出することをFE-SEM, TEMおよび顕微ラマン分光の結果より確認した.Siナノ粒子の析出はレーザー集光照射によるSiの集光点への移動(高濃度化)とともにレーザーによりSi-O結合が切断され,OがAlに補足されることでSi同士のクラスター化が促進された結果と考えられる.Siをはじめとする半導体ナノ粒子は量子サイズ効果により粒径を制御することで可視域において発光することが知られており,ガラス材料の優れた成形性と組み合わせることで新しい形態の発光素子としての応用が期待できる.SiO2以外のガラス形成酸化物としてB203やP205を添加したガラス(金属A1含有ガラス)を作製し、フェムト秒レーザー照射によるガラス内部からのSi析出を試みた。その結果、SiO2-B203系ガラスやSiO2-P205系ガラスにおいてもレーザー照射と熱処理とを組み合わせることでミクロンオーダーのSi析出が可能であることを確認した。これらのガラスにおいては、ガラス形成酸化物がSiO2のみの場合に比べ、析出したSi周辺のガラス構造が破壊されにくい傾向にあることも確認できた。以上の結果は、酸化物ガラス内部にレーザー照射によりガラス構造を脆弱させることなくSi構造体が形成できる可能性を示唆する。また、照射するレーザーの空間モード、パルスエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅および集光する対物レンズを調整することで、数ナノメートルサイズのSiナノ微粒子がレーザー集光点近傍のみに析出することをFE-SEM、TEMおよび顕微ラマン分光の結果より確認した。Siナノ粒子の析出はレーザー集光照射によるSiの集光点への移動(高濃度化)とともにレーザーによりSi-O結合が切断され、OがAlに補足されることでSi同士のクラスター化が促進された結果と考えられる。Siをはじめとする半導体ナノ粒子は量子サイズ効果により粒径を制御することで可視域において発光することが知られており、ガラス材料の優れた成形性と組み合わせることで新しい形態の発光素子としての応用が期待できる。既に、SiO2-B2O3系ガラスやSiO2-P2O5系ガラスにおいてもレーザー照射と熱処理とを組み合わせることでミクロンオーダーのSi析出が可能であることを確認している。従来は、ガウシアンビームを対物レンズを通して集光照射することで、Si析出領域を形成したが、将来的に微細なパターンや周期構造、あるいは三次元構造体の形成を高速・高精度で実施可能とするために、空間位相変調素子(LCOS-SLM)を波面制御モジュールとして利用するホログラフィックフェムト秒レーザー加工システムを構築した。SLMに入力するホログラムは、形成したい任意のパターンを表すビットマップファイルを用いて、フーリエ反復法による数値計算により得た。結果、レーザービームの形状(強度分布)や複数(100点以上)ビームへの分割が制御可能となり、複雑な形状や周期構造を、レーザービームやステージを移動させることなく形成することが可能となった。さらに、フレネルレンズをCGH(Computer Generated Hologram)に組み込むことで、Z軸方向においてもステージを稼働させることなく一括加工することもできた。このシステムを用いて。現在Siのパターンニングを実施している。加えて、レーザーエネルギーによるSi-o結合切断とイオンの拡散現象を利用したシリコン析出に加え、Si析出よりも低いエネルギー密度でGeやCdSe等の半導体ナノ微粒子あるいはAuやAg等の金属ナノ微粒子が析出可能であることも確認した。三次元Si構造体による新規な機能性発現を目的に、空間位相変調素子を利用した多点同時照射システムを構築し、Si析出領域の形状制御を試みた。

250kHzレーザーを1点で集光照射した場合、同心円状にSi析出領域が形成されるが、250kHzレーザーと1kHzレーザーを異なる位置に同時照射することによって、Si析出領域の形状が大きく変化することを確認した。250kHzレーザー照射点で形成された同心円状の分布が1kHzレーザー照射点に向かって鋭く収束することで多角形の構造体形成が可能となった。同じ多点照射でも、250kHzのみの場合とは大きく異なっており、このような変化には、1kHzと250kHzとのレーザー照射によって形成させる温度勾配のシミュレーション結果から、レーザー照射時の温度分布の形状が大きく影響していることを明らかにした。250kHzレーザー照射点付近に1kHzレーザーを多点照射することによって温度分布が変化し、元素が拡散できる領域が広がった結果、1kHz照射点周辺で鋭いエッジを持つ元素分布が形成されたと考えられる。Si構造体の形状制御が可能となったことで、形状依存の現象を利用した機能性材料の開発への目処がたった。
異相間分配吸着法による液体廃棄物中の有価物の分離・回収

水溶液中の化学物質の基本的分離・回収法としてイオン交換および溶媒抽出法が有用であり、本研究では両法の機能を併せ持つハイブリド型ゲル吸着法による廃液や排水中からの有害物質の除去および有価金属の分離・回収法の開発を行った。親水・親油の両親媒性の性質をもつ界面活性剤のゲルを利用した異相界面での物質(主に金属)の分配吸着法の開発を行い、高性能・汎用型の処理システム構築した。廃液中の金属を分離・回収して有用な資源としてリサイクルできた。異相界面での物質(主に金属)の分配吸着の研究に関して(1)金属類の濃縮・分離・回収のための新しいキレート試薬の合成・開発(2)無機イオン交換吸着体の合成とその機能の検討(3)自動車排気ガスの浄化に使われている触媒である白金とパラジウムのゲル分配吸着法による分離回収法の開発。について研究を行った。(1)目的金属に対する高い選択性・分離能をもち、また毒性がなく環境中での生分解性のよい新規な吸着媒体と吸着試薬の開発を行った。アズレン系化合物は環境毒性がない化合物として知られており、この系に多座配位が可能な置換基を導入することにより、環境にやさしい新規な非交互系配位子アザアズレンを合成した。アズレン系化合物は種々の金属に対して高選択性をもつキレート試薬としての機能も期待できる。また、これにイオン性と長鎖アルキル基を導入することにより新規な界面活性剤の合成も可能となる。(2)粘土鉱物のような層状無機結晶を基盤として界面活性剤ミセルをテンプレートとした新しい吸着体への金属分配を研究した。この系において耐熱性にすぐれたアルカリ土類、希土類、遷移金属の吸着体を開発しその性質について検討した。マガデアイトは層間にナトリウムイオンをもち、K, Ca、Sr, Ba, Cu, Znとのイオン交換に関して詳細な研究を行い高選択性の吸着体の開発と廃水処理への応用をおこなった。(3)白金、パラジウム、ロジウムの3元触媒が自動車排ガス処理触媒として有力である。本研究ではPtとPdのクロロ錯体をCPC(陽イオン界面活性剤)に吸着させベースメタルから分離した。界面活性剤ゲルに吸着した白金族元素はアンモニアと反応させアンミン錯体として水相に回収した。今後はロジウムの分離回収法の検討を行う。異相界面での物質(主に金属)の分配吸着の研究に関して(1)金属類の濃縮・分離・回収のための新しいキレート試薬の合成・開発(2)自動車排気ガスの浄化に使われている触媒である白金とパラジウムのゲル分配吸着法による分離回収法の開発。(2)白金、パラジウム、ロジウムの3元触媒が自動車排ガス処理触媒として有力である。また、ロジウムの分離回収法の検討を行った。異相界面での物質(主に金属)の界面活性剤ゲル分配抽出法に関して(1)金属類の濃縮・分離・回収のための新しい試薬の合成・開発(2)自動車排気ガスの浄化に使われている3元触媒である白金、パラジウムおよびロジウムのゲル分配抽出法による分離回収法の開発。(3)分配抽出のメカニズムについて小角XRDによ検討。を行った。アズレン系化合物は環境毒性がない化合物として知られており、この系に多座配位が可能な置換基を導入することにより、環境にやさしい新規な非交互系配位子アザアズレンを引き続き合成した。アズレン系化合物は種々の金属に対して高選択性をもつ抽出試薬としての機能も期待できる。本研究ではPt、Pdのクロロ錯体およびチオ尿素錯体をCPC(陽イオン界面活性剤)あるいはSDS(陰イオン界面活性剤)に吸着させベースメタルから分離した。
領野・層発現分子の機能的意義の解明

研究代表者は、霊長類の大脳皮質領野に顕著に発現する遺伝子の網羅的解析から、視覚野と連合野に特異的に発現する2つの遺伝子群を明らかにしてきた。本研究では、(1)視覚野と連合野での特異的発現制御に、連合野特異的発現遺伝子のプロモーター部での高メチル化と視覚野特異的発現遺伝子のプロモーター部での低メチル化を見出した。更に、メチル化結合蛋白MBD4によって、連合野特異的発現遺伝子(SLIT1, RBP4)が制御されていることを明らかにした。(2)マーモセット視覚野で遺伝子発現を用いて眼優位性の存在の確証を得た。(3)霊長類の大脳皮質にウイルスベクターを応用する為のシステムを開発した。以下の成果を上げた。(1)RLCS解析によって得られた遺伝子の一つは、霊長類視覚野において、視覚野への投射が始まる胎生80日に、既に視覚野特異的発現パターンを示す。他の成熟霊長類視覚野特異的発現遺伝子(OCC1,5HT1B,5HT2等)は、いずれも、誕生時にある程度発現が見られるもののその発現は、生後発達に伴い急速に増加し、基本的に生後活動入力によって制御されているので、この遺伝子の機能解明は、霊長類一次視覚野の形成機構を解明するのに貢献できると考え、マウス相同遺伝子のfloxラインの作成に着手した。(2)霊長類視覚野特異的発現遺伝子の発現制御機構を解明するため、Spatz Brain Res. 488 : 376-380, 1989等のマーモセット視覚野における最初期遺伝子(immediateearlygene)の実験条件を基礎に、TTX片眼注入、暗闇2日間後に、光を照射し、一次視覚野に於ける眼優位性カラムでの健常眼カラムとTTX注入眼カラムにおける発現を比較する系を立ち上げた。(3)連合野特異的発現遺伝子群(RBP,PNMA5,SPARC,SLITs)が,連合野神経細胞の樹状突起の形態とスパイン形成を制御するという仮説に基づいて研究を進めている。当該年度は、マーモセットの一次視覚野と連合野の錐体細胞にルシファーイェローを注入して、Elston等がマカカザルの大脳皮質で報告しているのと同様、連合野では樹状突起の枝張りが豊かで、スパインの数も多いことが分った。(4)層特異的遺伝子発現の系では、Sema3EとPlexinD1の層構造に於ける相補的発現の意義を解明するため、ノックアウトマウスを用いて、機能的な意義の解明を始めた。(5)共同研究者の木津川と協力して、ラットのWheel running systemの改良を行った(タッチセンサーによる走行中のペグへの接地状況の正確な把握)。当該年度は4つの研究実施計画を設定し、以下の成果を上げた。(1)霊長類の視覚野形成に関わると考えられる遺伝子の発現制御機構とその機能を明らかにする為、マーモセットで実験系を立ち上げた。先ず、Spatz Brain Res.488:376-380,1989等の報告によるマーモセット片眼にTTXを注入後、暗闇に2日程置き、その後、光照射により、TTXを注入していない健常網膜にのみ電気活動を誘導し、その活動により、一次視覚野で発現が誘導される遺伝子発現を詳細に解析できる系を立ち上げた。また、高畑亨、Jon Kaas博士(Venderbilt大学)と共同で原猿(Galago)、新世界ザル(Owl monkey,marmoset)、旧世界ザル(Macaca)で視覚野特異的発現遺伝子(OCC1,5HT1B,5HT2A)の発現様式を検討し、各遺伝子の一次視覚野特異的発現と活動依存的発現は、原猿、新世界ザルでそれぞれ異なるが、マカカ属では、領野特異性と活動依存性が最も顕著であり、霊長類の視覚野の進化と良く対応していると考えられる。(2)霊長類連合野特異的発現遺伝子の機能を解析する為に、連合野特異的発現遺伝子群(RBP,PNMA5,SPArc,SLITs)が協調して、神経細胞の樹状突起とスパイン形成を制御しているという仮説を立てている。それを検証する為、霊長類の大脳皮質へのshRNA遺伝子導入法によって、検証しようとしている。(3)層特異的遺伝子発現に関しては、Sema3EとPlexinD1の相補的層特異的発現の機能的意義について、ノックアウトマウスを用いて解析を行った。(4)ラットのWheel runningsystemは、当研究室で共同研究者の木津川と開発したものであるが、この装置と解析法をJNeurophysiologyに論文として公表した。霊長類領野特異的な遺伝子発現について、以下の2つの研究を行った。(1)げっ歯類の遺伝子操作による機能解析霊長類の領野特異的発現遺伝子の生理的機能を明らかにする為には、最終的には、霊長類の大脳皮質においてその遺伝子機能を明らかにする必要がある。しかし、より解析手段の多いげっ歯類での機能解析は重要であると考えた。平成24年度の研究計画により、繰り越しも含めて、連合野特異的発現遺伝子と視覚野特異的発現遺伝子のそれぞれについて、floxマウスを作成し、当該年度は、creEMX1マウスと掛け合わせることによって、視覚野特異的遺伝子の大脳皮質の部位特異的ノックアウトマウスを作成することができた。これを用いてその機能を解析中である。

連合野特異的floxマウスについては、現在大脳皮質部位特異的マウスを作成中である。(2)霊長類視覚野特異的発現遺伝子の発現機構解明平成24年度までに、マーモセット視覚野に於ける光誘導系を確立し、細胞種によって発現パターンがそれぞれに異なることを見出した。従来から、マーモセット一次視覚野の眼優位性カラムの存在について論争があったが、活動依存的遺伝子発現を指標とすることにより、一次視覚野全層に亘る眼優位性カラムの存在を確認することができた。本研究計画の研究目的は、大脳新皮質の構成原理を解明するため、研究代表者の研究室で明らかにしてきた大脳新皮質の視覚野と連合野に特異的に発現する遺伝子および層特異的に発現する遺伝子の機能と投射特異性との関連を明らかにすることである。その為、霊長類とマウスにおける遺伝子操作法を用いて、以下の研究を行った。(1)霊長類の視覚野特異的発現遺伝子の発現制御機構と生理的機能を明らかにするため、視覚野特異的発現遺伝子の一つをfloxを作成した。(2)霊長類連合野特異的発現遺伝子(RBP、PNMA5, SLIT1)が神経細胞の樹上突起の形態を制御するという仮説を検証する為に、これらの遺伝子発現をRNA干渉法等で制御することによって調べる。その為、マーモセットを用いて、遺伝子導入した神経細胞での形態変化をルシファーイエロー注入後観察する系を用いて調べる系を確立した。(3)霊長類連合野特異的に発現する機能未知の遺伝子PNMA5の機能を明らかにする為に、PNMAファミリーの中、マウスで発現するfloxラインを作成した。また、PNMA蛋白質と結合する蛋白質を同定した。当該年度は、大脳皮質の層と領野の形成と機能的解明を目指して、主に以下の研究を行った。1)マーモセットの大脳皮質に於ける遺伝子操作方法を改良するため、AAVベクターの検討をを行い、マウスとマーモセットの大脳皮質における各種AAVの血清型について検討を行い報告した。2)ウイルスベクターの2重感染法を用いて、皮質ー皮質結合、皮質ー皮質下での特異的結合の可視化を行った。3)小脳に於ける最初期遺伝子(IEG)の発現を調べ、crus(小脳脚)でのIEG発現と運動の相関を調べた。ここでは、極めて鋭敏なIEGの発現を観察し、例えば、体重測定のみによって、有意に発現が上昇することが分かった。4)AAVベクターにTET/TREシステムを導入した2重感染系を用いいて、マーモセット大脳皮質に於ける形態と神経活動を観察することができた。これらの系の確立により、マーモセット大脳皮質に於いて、ウイルスベクターを用いた遺伝子操作が可能となる系の開発に向けた研究基盤を確立することができた。今後は、本計画研究活動において得られた以下の成果を基に、これらの系を用いて、本研究計画の目標である大脳皮質における層・領野の形成とその機能的意義の解明を行いたい。1)大脳皮質の領野(連合野、視覚野)を制御しているメチル化の制御機構。2)大脳皮質視覚野における非メチル化プロモーター領域を制御してる転写制御機構とその生理学的意義の解明。研究代表者は、霊長類の大脳皮質領野に顕著に発現する遺伝子の網羅的解析から、視覚野と連合野に特異的に発現する2つの遺伝子群を明らかにしてきた。本研究では、(1)視覚野と連合野での特異的発現制御に、連合野特異的発現遺伝子のプロモーター部での高メチル化と視覚野特異的発現遺伝子のプロモーター部での低メチル化を見出した。
配置空間積分、オペラッド、関手の微積分による埋め込みの空間のトポロジーの研究

球面の埋め込みのなす空間の位相幾何学的な性質についての研究を継続した.「はめ込みを法とした埋め込みのなす空間」と呼ばれる空間fEについて,fEが位相的Stiefel多様体の多重ループ空間であることを示した.応用として以下の結果を得た.(1) fEのホモロジー群にBV代数の構造を導入した.(2)「スピニング」という埋め込みに対する操作が異なる次元の埋め込みの空間の低次ホモトピー群に同型を誘導する事実があるが,これを位相的Stiefel多様体の言葉で書き直して別証明を与えた.球面の埋め込みのなす空間の位相幾何学的な性質についての研究を継続した.「はめ込みを法とした埋め込みのなす空間」と呼ばれる空間fEについて,fEが位相的Stiefel多様体の多重ループ空間であることを示した.応用として以下の結果を得た.(1) fEのホモロジー群にBV代数の構造を導入した.(2)「スピニング」という埋め込みに対する操作が異なる次元の埋め込みの空間の低次ホモトピー群に同型を誘導する事実があるが,これを位相的Stiefel多様体の言葉で書き直して別証明を与えた.平成23年度は,特に高次元埋め込みについて,非自明な埋め込みを幾何学的に構成することや不変量の幾何学的な特徴づけ,さらには埋め込みの空間のコホモロジーを記述するモデルについて考察を進めた.(1)Haefligerによる(4k-1)次元球面の6k次元Euclid空間への埋め込みに関して,私は以前に配置空間積分による埋め込み不変量の記述を与えた.このことによりHaefligerの埋め込み不変量はVassiliev不変量との関わりを持つことが示唆される.現在進行中の研究では,Polyak-Viroによる1次元結び目に対するVassiliev不変量の組み合わせ的記述の高次元版を,配置空間積分と埋め込みの特異Seifert膜を使って証明したいと考えている.本文執筆時点では,1次元の場合に対応する部分は既に記述できており,高次元特有の部分が現れるか否かを検証中である.(2)Goodwillieによる関手の微積分の応用として,ファイバー空間による埋め込みの空間の「分解」が与えられ,その分解の各項はある種の同変写像の空間を使って記述される.私は同変写像の空間のホモトピー群に収束するスペクトル系列を使って,高次元埋め込みの空間の低次ホモトピー群の計算を試みている.現在はスペクトル系列のE2項を記述し,そこから読み取れる情報を考察している.(3)埋め込みの空間の有理コホモロジーはグラフコホモロジーにより与えられるが,グラフは低次元トポロジーの他分野,例えば写像類群のコホモロジーの記述にも表れる,巡回的オペラッドを軸としてこれらを統一的に扱う理論を使って,埋め込みの空間のコホモロジーを無限次元Lie環のコホモロジーとして表すことを試みている.(4)高次元埋め込みの空間の具体的なコホモロジー類で「非安定領域」に含まれるものを配置空間積分で表した論文(渡邉忠之氏との共著)が完成し,欧文学術雑誌に掲載された.多様体,特に球面の埋め込みのなす空間の位相幾何学的な性質についての研究を継続した.平成24年度の主な研究成果は以下の通り.球面の埋め込みのなす空間Eからはめ込みのなす空間への自然な包含写像を考え,そのホモトピーファイバーをfEとする.fEが多重ループ空間のホモトピー型を持つことは以前から知られていたが,より詳しく,fEが位相的Stiefel多様体の多重ループ空間であることを示した.証明にはLashofの考察を使った.さらに,Eも位相的Stiefel多様体に関連する空間の多重ループ空間であることを示した.これはMorlet-Burghelea-Lashofによる微分同相群のホモトピー型に関する結果の類似である.応用として以下の結果を得た.(1) fEのホモロジー群にBV代数の構造が入ることを示した.このことは一次元球面の埋め込みの空間の場合については知られていたが,私の結果はより一般の次元に適用される.(2) "spinning"という操作によって,異なる次元の埋め込みの空間(のループ空間)の間に写像が定義される.この写像は低い次元のホモトピー群に同型を誘導することが知られており,証明には関手の微積分を要していたが,私の結果により,位相的Stiefel多様体のホモトピー群を使った別証明を与えた.最終的な結論を得ている研究はまだないものの,いずれも最初の部分については準備ができており,特に高次元埋め込み不変量の幾何学的な解釈についてはさほど遠くない時期に完成が期待できる程度の位置にいることから,おおむね順調と判断した.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後もおおむね当初の計画を推し進めていきたいと考えているが,グラフと関わる低次元トポロジーの様々な話題との関連をより強く意識していく必要があると考えられる.巡回的オペラッドを軸として他の話題との関係を明らかにすることにより,埋め込みの空間と他の位相幾何的対象に共通する性質とそうでないものを明確に区別することができ,それぞれの分野における長期的な研究目標を定めることに役立つと考えられる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
mRNA品質管理と小胞体品質管理を結ぶインターフェイスの解明と臨床応用への新提案

小胞体は真核生物における分泌蛋白質や分泌経路に介在する蛋白質(分泌系蛋白質)の生合成及び高次構造形成の場である。翻訳共役的に小胞体へと輸入された新生分泌系蛋白質に対して、小胞体分子シャペロン等の働きを介して構造形成を行うが、その構造の適格性を監査するシステムとして小胞体品質管理が存在する。小胞体品質管理機構は、構造異常蛋白質の発生及び蓄積に対しては、小胞体関連蛋白質分解(ERAD)や小胞体ストレス応答(UPR)、オートファジーを介した小胞体の大規模分解などの防御システムを用いることにより、蛋白質フォールディングや異常蛋白質分解を始めとする小胞体機能の恒常性の維持を司っている。小胞体品質管理機構は、分泌系組織の発生過程や糖尿病・神経変性疾患等の発症機構における重要性が明らかにされており、その全容解明が期待されている。我々は最近の研究から、mRNA品質管理機構のひとつであるnonsense-mediated RNA decay(NMD)の破綻が小胞体ストレス応答を誘発することを明らかにしており、mRNA品質管理がどのようにして小胞体品質管理機構と相互作用するかについて解析を進めている。本年度はNMD制御因子群の小胞体ストレス条件化における挙動について解析を行い、その結果、SMG6およびUPF3Bについては一部が小胞体に局在を示すことが示された。NMD制御因子複合体の形成は小胞体ストレスの影響を受けない一方で、SMG6遺伝子の発現が上昇することが見出された。さらに、一部のエキソリボヌクレアーゼ複合体の構成因子については、小胞体ストレス応答経路の1つである、eIF2alphaリン酸化経路への依存的に、発現が制御されていることが示された。以上の結果を踏まえ、NMDが小胞体品質管理において重要な働きをしていることを結論付けた。さらに昨年に引き続き線虫C.elegansを用いた遺伝学的解析からNMD不全誘発型小胞体ストレスに対する抑制変異株も取得及びサプレッサー遺伝子の同定を進めている。また、小胞体ストレスにより発現応答するNMD制御因子について、その調節機構の解明に向けて解析を続けている。小胞体品質管理においては、適格な構造形成を成し得た蛋白質のみを選別する一方で、構造異常蛋白質は小胆体関連蛋白質分解,(ERAD)により分解される。更に、環境的・遺伝的要因による構造異常蛋白質の過剰発生(小胞体ストレス)に対しては、小胞体ストレス応答(UPR)を活性化してERADの効率化と蛋白質フォールディングの精度を上げることで、小胞体機能の恒常性維持を司る。小胞体品質管理機構については、分泌系組織の発生過程や糖尿病等の疾患における発症機構における重要性が明らかにされており、その全容解明が期待されている。我々はこれまでの研究から、mRNA品質管理機構のひとつであるnonsense-mediated RNA decay (NMD)の破綻が小胞体ストレス応答を誘発することを明らかにしており、小胞体品質管理においてNMDが重要な役割を果たすものと考え、その分子機構の解明に取り組んでいる。特にNMD阻害剤は筋ジストロフィの特効薬として期待されており、より理想的な臨床応用へ向けて、小胞体ストレスの誘発を緩和する方法を検討したい。平成22年度は、線虫を用いた遺伝学的解析から、NMD不全誘発型小胞体ストレスに対する抑制変異体を得ており、サプレッサー遺伝子の同定を行っている。また細胞生物学的解析から、一部のNMD関連遺伝子の過剰発現が細胞の小胞体ストレスに対する耐性を高めることが示された。今後、NMDによるmRNA品質管理機構が、どのようにして小胞体品質管理機構の制御に寄与するかについて、同定されるサプレッサー遺伝子の位置付けを含めて解析を行いたい。

さらに、一部のエキソリボヌクレアーゼ複合体の構成因子については、小胞体ストレス応答経路の1つである、eIF2alphaリン酸化経路への依存的に、発現が制御されていることが示された。以上の結果を踏まえ、NMDが小胞体品質管理において重要な働きをしていることを結論付けた。さらに昨年に引き続き線虫C.elegansを用いた遺伝学的解析からNMD不全誘発型小胞体ストレスに対する抑制変異株も取得及びサプレッサー遺伝子の同定を進めている。また、小胞体ストレスにより発現応答するNMD制御因子について、その調節機構の解明に向けて解析を続けている。
森田療法による神経症治癒過程および治癒像の研究

森田療法の入院治療経験者で、退院時の転帰が「軽快」以上で、なおかつ退院後3年以上経過している症例135名に、1)現在の生活状況と、2)森田療法入院の治療経験に関する質問紙および面接調査、さらに、3)Minnesota Multiple Personality Inventry(MMPI)を施行した。面接調査への協力が得られたのは8例(男性7例、女性1例)で、MMPI調査への協力がえられたのは7例(男性6例、女性1例)であった。症例数に限りがあり、統計的検討を行うことは困難と判断し、得られたMMPIの分析結果と、面接および質問紙調査の結果について検討した。現時点での7例のMMPIは、ヒステリー性尺度および精神衰弱性尺度が高かった一例を除いては、各尺度すべて正常範囲にあった。入院時あるいは退院時と現時点とのMMPI比較では、退院時における検査において防衛的態度を表すKスコアが高い症例、現在の時点で内向性を表す社会的向性尺度が下がっている症例、同じく現在の時点で不安や強迫性を表す衰弱性尺度が下がっている症例などに経時的変化が認められた。また、生活状況および森田療法への入院経験に関する調査に対する回答では現在とくに神経症の症状を意識することなく生活していると答えたもの3例、若干症状の残存するもの4例、症状の変化がないもの1例であった。また、入院治療から現在までの間で、症状に変化があった時期について、退院時から退院後1年間の期間を挙げるものが多かった。以上の結果より、森田療法入院治療では、退院から1年程度の期間で症状の減弱を自覚することが多く、この1年間を無事に乗り切った例は、その後比較的長期にわたって安定した状態を維持できるものと考えられた。また、退院直後の1年間の経過は、その後の中・長期経過中の不安、強迫性などの症状に影響をあたえることが推測された。
高等学校の図形領域授業におけるICTを活用したアクティブ・ラーニングに関する研究

本研究は,筆者のこれまでの科研費研究の成果をふまえ, ICTを活用した高等学校数学科の図形領域授業の実践を通して,生徒たちが「黒板での授業」「ICT画面での表示や操作」そして「具体物」を直感的にとらえ,その中のおもしろさ,不思議さ,美しさといった点に着目して生徒たちが能動的に考え,その先を探究するようになるかについて「アクティブ・ラーニング」の視点を重視した授業を行い,検証したものである.本年度も,本校1年生,数学Aの「図形の性質」の授業に焦点を当て,上記「黒板での授業」「ICT画面での表示や操作」「具体物」の3点を絡めた授業展開を行った.まず「具体物」を「定規」や「コンパス」を用いて作図した物とし,それらをこれまでと同様「アナログ的数学的活動」ととらえた.そしてそのあと,コンピュータ等ICT機器を用いた「デジタル的数学的活動」を行った.今回これまでとは違う授業形態としてはまさに「アクティブ・ラーニング」である.その3つの視点である「主体的な学び」・「対話的な学び」・「深い学び」について,まず単元を「平面図形」に置き,三角形の一番上の頂点をその対辺に平行になるよう左右に動かしたときの「垂心」の軌跡について,個人の考察・班での考察,そしてクラス全体で班の考察を見聞きしながらの意見交換と進めた.また,このあと,単元「立体図形」では,「正多面体の成立条件を中学1年生に説明してみよう.」や「正多面体の表面の各面の色の塗り分け」についても同様に,個人の考察・班での考察,そしてクラス全体で班の考察を見聞きしながらの意見交換を行った.当初,班の考察までは盛り上がるものの,教室全体としての考察は照れもあってか,なかなか意見交換がなされなかった.しかし,回数を重ねるうち,生徒たちは,他の班で見つけたことのすばらしさに感服し,自分たちももっと考察を深めねばという雰囲気が生まれてきた.特徴的な生徒の感想としては,「班で意見を出し合うことで自分たちには気付かなかったことも気づけたのがとても良い点だと思う.自分ももっと気づけるようになりたい.」や「他の班の人の考えを見て,疑問を解決することができ,とてもおもしろかった.数学は色々な発見があって面白いと思いました.」また「班で発見したことを話し合うのがとても楽しいです.クラスでの意見を聞くのも納得することが多く,ためになります.」などがあった.今回の研究の目的にあるように,「ICT画面での表示や操作」,そして「具体物」を用いて「アクティブ・ラーニング」の視点を重視した授業を行うことで,生徒たちはまさに「能動的」に考え,さらに「その先を探求する」姿勢が,昨年度以上に見られたという成果が得られた. (詳細は拙ホームページ「http://www.ishitani.com/」参照)本研究は,筆者のこれまでの科研費研究の成果をふまえ, ICTを活用した高等学校数学科の図形領域授業の実践を通して,生徒たちが「黒板での授業」「ICT画面での表示や操作」そして「具体物」を直感的にとらえ,その中のおもしろさ,不思議さ,美しさといった点に着目して生徒たちが能動的に考え,その先を探究するようになるかについて「アクティブ・ラーニング」の視点を重視した授業を行い,検証したものである.本年度も,本校1年生,数学Aの「図形の性質」の授業に焦点を当て,上記「黒板での授業」「ICT画面での表示や操作」「具体物」の3点を絡めた授業展開を行った.まず「具体物」を「定規」や「コンパス」を用いて作図した物とし,それらをこれまでと同様「アナログ的数学的活動」ととらえた.そしてそのあと,コンピュータ等ICT機器を用いた「デジタル的数学的活動」を行った.今回これまでとは違う授業形態としてはまさに「アクティブ・ラーニング」である.その3つの視点である「主体的な学び」・「対話的な学び」・「深い学び」について,まず単元を「平面図形」に置き,三角形の一番上の頂点をその対辺に平行になるよう左右に動かしたときの「垂心」の軌跡について,個人の考察・班での考察,そしてクラス全体で班の考察を見聞きしながらの意見交換と進めた.また,このあと,単元「立体図形」では,「正多面体の成立条件を中学1年生に説明してみよう.」や「正多面体の表面の各面の色の塗り分け」についても同様に,個人の考察・班での考察,そしてクラス全体で班の考察を見聞きしながらの意見交換を行った.当初,班の考察までは盛り上がるものの,教室全体としての考察は照れもあってか,なかなか意見交換がなされなかった.しかし,回数を重ねるうち,生徒たちは,他の班で見つけたことのすばらしさに感服し,自分たちももっと考察を深めねばという雰囲気が生まれてきた.特徴的な生徒の感想としては,「班で意見を出し合うことで自分たちには気付かなかったことも気づけたのがとても良い点だと思う.自分ももっと気づけるようになりたい.」や「他の班の人の考えを見て,疑問を解決することができ,とてもおもしろかった.数学は色々な発見があって面白いと思いました.」また「班で発見したことを話し合うのがとても楽しいです.クラスでの意見を聞くのも納得することが多く,ためになります.」などがあった.

今回の研究の目的にあるように,「ICT画面での表示や操作」,そして「具体物」を用いて「アクティブ・ラーニング」の視点を重視した授業を行うことで,生徒たちはまさに「能動的」に考え,さらに「その先を探求する」姿勢が,昨年度以上に見られたという成果が得られた. (詳細は拙ホームページ「http://www.ishitani.com/」参照)
超高速レーザー分光法を利用した量子ドット増感太陽電池の高性能化設計

本研究テーマにおいて、最初に具体的な課題として、(1)量子ドットの電子準位の解析と制御、(2)量子ドット・酸化チタン界面の電荷分離・再結合反応、(3)量子ドット・電解質界面のホール移動反応に関する評価、(4)量子ドットタイプ・構造と酸化チタン界面の電荷移動反応、(5)量子ドット増感膜への電位印加による電荷分離・再結合反応速度の最適化を設定した。2018年度の課題として、主に課題4について、取り組んだ。異なるサイズの量子ドットを合成し、酸化チタンナノ粒子膜と組み合わせて、界面電荷分離・再結合反応ダイナミクスの評価を行った。熱力学的に、電荷分離が進行するための自由エネルギー変化が与えられているサンプルに関しては、いずれも高速電荷分離反応が進行することが確認された。一方、予想に反して、再結合反応も高速で進行することが明らかになった。つまり、太陽電池内で電荷再結合反応が最も速く進行している過程が、量子ドット・酸化チタン間であることが明らかになったので、2019年度には、本課題4に主に集中する。現在PbS量子ドットの表面処理を行い、その電荷移動反応への影響を検討しているところである。具体的には、量子ドット・酸化チタン界面にスペーサー分子を挿入し、その電荷分離・再結合反応への影響を調べる。更に、最も効率よく電荷分離反応が進行し、電荷再結合反応が最も遅く進行する条件を探る。また、PbS/CdSのコア・シェル構造を構築し、CdS層の厚さを変化させることによって距離を制御する。PbS/CdSコア・シェル構造は、合成済である。また、他のバンドギャップの異なる量子ドットを用いて、同様に電荷分離・再結合反応速度の制御を試みる。課題13の主な内容については、すでに論文発表として成果発表を行った。一部の残された内容に関して、特に、量子ドット・酸化チタン間の相互作用が電荷分離・再結合反応にフェムト・ピコ秒のオーダーで大きな影響を及ぼすことが明らかとなったので、その発見した内容について論文発表を行うために現在準備中である。一方、課題4に関しては、現在PbS量子ドットの表面処理を行い、その電荷移動反応への影響を検討しているところである。また、量子ドット・酸化チタン間に積極的にスペーサー分子を導入し、その電荷移動反応制御を行っているところである。課題5に関しては、課題4の結果が、量子ドット膜に電位印加するよりも、電荷移動反応に大きな影響を与えることが明らかになったので、課題4の内容を完結することを優先している。このため、課題5については、現実的には、遂行しない予定である。上記の課題13の残りの内容について、早急に論文をまとめて投稿する予定である。研究代表者の所属が変更になり、また、教育・学会活動の役割が急増したことから、研究全体に遅延が生じた。一方、研究分担者の実験設備を学内で移設することになり、予定していた実験に遅延が生じた。研究において、2018年度までの課題で、電荷再結合反応が最も速く進行している過程が、量子ドット・酸化チタン間であることが明らかになる想定外の実験結果が得られたので、2019年度には、上記課題4の内容を完結することを目標とする。(4)量子ドットタイプ・構造と酸化チタン界面の電荷移動反応申請者らの実験から、PbS量子ドットの電荷分離・再結合反応が高速で進行することが明らかになった(論文投稿準備中)。すでに発表したように、PbSの励起子寿命は、最大2.2マイクロ秒であるから電子注入速度を2ケタ以上遅くしても、電荷分離反応効率は90%以上であることが予想される。このため、PbS量子ドット・酸化チタン間の距離を広げることによって、電荷分離・再結合反応両方を2桁程度遅くすることを試みる。最も効率よく電荷分離反応が進行し、電荷再結合反応が最も遅く進行する条件を探る。更に、他のバンドギャップの異なる量子ドットを用いて、同様に電荷分離・再結合反応速度の制御を試みる。平成28年度の課題として、(1)量子ドットの電子準位の解析と制御、(2)量子ドット・酸化チタン界面の電荷分離・再結合反応、(3)量子ドット・電解質界面のホール移動反応に関する評価を設定した。(1)に関しては、サイズ分散度の低いPbS量子ドットの合成法(分散度:4.4 %)を確立し、バンドギャップエネルギーを正確に変化させることに成功した。また、表面トラップ準位の少ない量子ドットの作製に成功した。(2)については、量子ドット・酸化チタン間に有機分子を挿入することによって、電荷分離効率が低下することが分かった。(3)については、レドックス準位が量子ドット価電子帯端準位よりも負側に位置する限りは、ホール移動反応が効率よく進行し、太陽電池の電流値にほとんど影響を及ぼさないことが分かった。

今後の方針として、上記の(3)について、ホール移動速度と電解質種との関連を明らかにし、太陽電池の性能を最適化するための指針を得る。この項目以外の計画は、申請書作成時に考慮した内容を遂行する予定である。(4)量子ドットタイプ・構造と酸化チタン界面の電荷移動反応。(5)量子ドット増感膜への電位印加による電荷分離・再結合反応速度の最適化。(4)については、PbS量子ドット・酸化チタン間の距離を拡大することによって、電荷分離・再結合反応両方を2桁程度遅くすることを試みる。再結合反応が遅くなれば、ホール移動効率が相対的に高くなるので、太陽電池効率の向上が期待できる。また、バンドギャップの異なる量子ドットを用いて、同様に電荷分離・再結合反応速度の制御を試みる。(5)については、太陽電池の電圧に影響を与える因子を探るために、量子ドット増感膜への電位印加時における電荷移動反応速度変化を観測する。具体的には、量子ドットのサイズや構造が、この速度差にどのような影響を与えるか検討する。平成28年度の課題として、(1)量子ドットの電子準位の解析と制御、(2)量子ドット・酸化チタン界面の電荷分離・再結合反応、(3)量子ドット・電解質界面のホール移動反応に関する評価を設定した。まず(1)に関しては、サイズ分散度の低いPbS量子ドットの合成法(分散度:4.4 %)を確立し、価電子帯と伝導帯のバンドギャップエネルギーを正確に変化させることに成功した。また、合成前駆体を変えることによって、表面トラップ準位の少ない量子ドットの作製に成功した(平成29年2月論文発表)。一方、サイズの異なるPbS量子ドットと酸化チタンを組み合わせて、発光強度を観測することにより、PbS量子ドットのサイズに依存した伝導帯ポテンシャルを割り出すことに成功した。(2)については、量子ドット・酸化チタン間の構造が電荷分離・再結合反応に及ぼす影響を調べた。その結果、量子ドット・酸化チタン間に有機分子を挿入することによって、電荷分離効率が低下することが分かった。一方、電荷再結合反応速度については、有機分子の有無による影響はほとんどなかった。(3)については、レドックス準位の異なる電解質種を用いることによるホール移動反応への影響を調べた。その結果、レドックス準位が量子ドット価電子帯端準位よりも負側に位置する限りは、ホール移動反応が効率よく進行し、太陽電池の電流値にほとんど影響を及ぼさないことが分かった。また、このことから、太陽電池の設計において、量子ドット価電子帯端準位に限りなく近く、負側である電解質を用いることによって、開放端電圧を最大化することが可能であることから、最も効率を高くすることが可能であることが分かった(平成28年5月論文発表)。平成28年度の課題として、(1)量子ドットの電子準位の解析と制御、