hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
原発性大腸癌には発現せず転移性大腸癌に特異的に発現する遺伝子群の同定

この結果、全ての症例において、大腸癌原発巣に比し、大腸癌転移巣で5倍以上の発現増強を示す遺伝子が8種類同定された。内4種類は既知の遺伝子であった(1.Sm-like protein,2.guanosine-5'-monophosphate synthetase,3.proton-ATPase-like protein,4.ribosomal protein L14-like protein)。2種類は遺伝子バンクに未登録の遺伝子であり、2種類は遺伝子バンクに登録されている(Cosmid L219のクローン遺伝子、およびBACクローン内16p13染色体上遺伝子)が機能が明らかにされていない遺伝子であった。現在、これら4種類のcDNAをクローン化し、Cos7細胞、および大腸癌株細胞への遺伝子導入によりその機能を解析中である。同一患者(2例)の大腸癌原発巣と大腸癌転移巣よりmRNAを抽出し、RDA法(PCR法に基ずくRNAのサブトラクション法)を用いて大腸癌原発巣に比し、大腸癌転移巣で発現増強を示す遺伝子群の同定を試み,大腸癌原発巣に比し、大腸癌転移巣で5倍以上の発現増強を示す遺伝子が8種類同定された。内2種類は遺伝子バンクに未登録の遺伝子であり、2種類は遺伝子バンクに登録されている(Cosmid L219のクローン遺伝子、およびBACクローン内16p13染色体上遺伝子)が機能が明らかにされていない遺伝子であった。これら4種類のcDNAの生物学的機能を解析を行っている。20例の大腸癌患者を対象として、これら4種類の遺伝子の大腸癌原発巣および大腸癌転移巣での発現をReal-time PCR法を用いて検討し、大腸癌転移巣での強発現が確認された。これら4種類の遺伝子は、大腸癌転移巣より樹立された癌細胞株(T84)での発現も確認された。そこでT84よりcDNAライブラリーを作製し、これら4種類のcDNAをクローニングした。これら4種類のcDNAを大腸癌細胞株(HT29,Caco-2)へ遺伝子導入し過剰発現させる事で、各遺伝子のアポトーシス、細胞運動、転移能、増殖能、血管新生誘導能、悪液質産生能に関して、in vitroおよびin vivo(scid mouseへの接種)で解析を行っている。また、これら4種類の遺伝子に対する、アンチセンスベクターを作製し、T84に導入し、各遺伝子の発現抑制がT84のアポトーシス、細胞運動、転移能、増殖能、血管新生誘導能、悪液質産生能におよぼす影響をin vitroおよびin vivo(scid mouseへの接種)で解析する予定である。大腸癌原発巣と大腸癌肝転移巣より抽出したcDNAをもとにしたRDA法(PCR法に基ずくRNAのサブトラクション法)の結果、大腸癌原発巣に比し、大腸癌肝転移巣で発現増強を示す遺伝子として8種類の遺伝子が同定された。内4種類は既知の遺伝子であった(1.Reg1-α2.Annexin-1 3.GW112 4.Sm-like protein)。2種類は遺伝子バンクに未登録の遺伝子であり、2種類は遺伝子バンクに登録されている(Cosmid L219のクローン遺伝子、およびBACクローン内16p13染色体上
マウス行動テストバッテリーで得られたデータの大規模メタ分析

本研究は、行動テストバッテリーを用いた多くの共同研究を実施しつつ、得られたデータを活用して基礎データの蓄積と解析を行い、行動テストバッテリーを改良し標準化することを主たる目的としている。本年度は、遺伝子改変マウスや脂肪酸組成の違う食餌を与えたマウス間での行動の違いなどについての共同実験を実施した。また、行動実験が実際の鬱症状や不安状態を反映しているかを検討するため、鬱を誘発するレセルピンや不安を誘発するジアゼパムの投与により、行動の変化を検討した。さらに、装置の改良として、明暗選択テストの不安行動をより顕著にすることを目的として、明箱の天井を取り除いたモデルを試用した。遺伝子改変(トランスジェニック)マウスの一つの系統で顕著な鬱傾向の減少が見られた。ある遺伝子を過剰発現させたマウスであり、鬱の治療薬の新しいターゲットになると期待される。この結果は神経科学分野の国際論文に投稿する予定である。脂肪酸組成によってマウスの行動に若干の違いが見られた。この結果の再現性を確認し、食品分野の国内英語論文に投稿する予定である。また、食餌の組成も行動に影響するという知見が得られた。レセルピンの投与により顕著な鬱症状が誘発されることを、テールサスペンションテスト、ポーソルト強制遊泳テストで検出することができた。ジアゼパムによる不安行動は高架十時迷路では見られたが、同じく不安を評価するとされている明暗選択試験では統計的な有意差が見られなかった。明箱の天井を取り除いたモデルでも行動の違いは見られなかった。薬理的な研究結果は公知のものと類似しており、論文投稿は予定していないが、実験を進める上での重要な基礎データを得ることができた。本研究計画の目的は、行動テストバッテリー(幅広い領域をカバーした一連の行動実験)を用いた多くの共同研究を実施しつつ、基礎データの蓄積と解析を行い、実際的な疑問(実験時刻・マウスの週齢・傷の有無など)に対する答えを得て、行動テストバッテリーを改良し標準化することである。行動テストバッテリーの標準化・効率化に必要とされている基礎データを蓄積するという目的を達成する為、最終的には網羅的行動テストバッテリーを実施し、得られた結果の大規模メタ分析を行なう。本年度の経過として、研究代表者の京都大学から九州大学への異動に伴い、実験システムの整備を基本として進めた。九州大学ユーザーサイエンス機構のテーマの中に「感性」がキーワードとして挙げられていることより、情動を中心とした行動実験装置を取得し実験システムの整備を行なった。行動実験装置として、オープンフィールドテスト(活動量・情動性)、高架十字迷路(不安様行動)、明暗選択テスト(不安様行動)、ポーソルト強制遊泳テスト(絶望・鬱様行動)、社会的行動測定テストなどを設置、整備した。実験システムが稼動することを確認するため、代表的な抗不安作用を有するジアゼパムをマウスに投与して行動実験を行い、実験環境に問題がないことを確認した。社会に貢献するというユーザーサイエンス機構の理念に基づき、行動テストバッテリーの解析対象を遺伝子改変マウスに限定せず、食品や運動など様々な効果検出への応用を検討した。まずは、食餌由来の脂肪酸組成の違いが行動に与える影響を検出するため、動物油、植物油、魚油で構成する食餌をそれぞれ準備し、基礎検討を開始した。この研究により、食品によって情動や気分が変わるという情報が提供できると期待される。
条件的不死化細胞株を用いた脳関門を制御する分子機構の解明

血液脳関門(BBB)機能は脳毛細血管内皮細胞とその周囲を覆う星状膠細胞や周皮細胞によるパラクライン作用によって制御されるがその機構はほとんど不明である。循環血液から脳へのparacellular輸送を制限する密着結合分子(TJ)、transcellular輸送を担う排出輸送担体は脳への薬物透過性を決定する重要なBBB機能分子である。申請者は昨年度の研究成果として、条件的不死化細胞株を用いた共培養BBBモデルを構築し、TJ分子occludinが周皮細胞由来のangiopoietin-1によって誘導されることを示した。本年度は構築した共培養BBBモデルを用い、薬物排出輸送担体ATP bindingcassette (ABC)G2に着目し、ABCG2のラットBBBにおける発現と機能、さらには周囲の細胞による制御機構の解明を目的とした。申請者はABCG2のラットホモログ(rABCG2)を脳毛細血管分画からクローニングした。rABCG2遺伝子導入細胞株を構築し、rABCG2が薬物排出輸送活性をもつことを明らかにした。さらに、免疫組織学的解析からrABCG2がラット脳毛細血管の血管側細胞膜に局在していることを示した。以上から、rABCG2はBBBにおいて薬物を血液中に汲み出す輸送担体として働くことが示唆された。脳毛細血管内皮細胞におけるrABCG2輸送活性及びmRNA量は星状膠細胞由来液性因子によって上昇した。一方、周皮細胞由来液性因子によってはいずれも変化しなかった。以上から、BBBにおけるrABCG2機能は星状膠細胞によって維持されていることが示唆された。本研究から、周囲の細胞によるBBB制御機構として、星状膠細胞由来液性因子がABCG2活性を上昇させる経路、周皮細胞由来angiopoietin-1がTie-2を介しoccludin発現を上昇させる経路が同定された。薬物の脳関門透過性は脳疾患薬物治療成功の鍵を握る。脳関門機能は脳関門実体である脳毛細血管内皮細胞とその周囲を覆う星状膠細胞や周皮細胞によるパラクライン作用によって制御されるがその分子機構はほとんど不明である。申請者らのグループはこれまでに脳関門を構成する脳毛細血管内皮細胞、星状膠細胞、周皮細胞の条件的不死化に成功している。本研究ではこれらの細胞共培養によるin vitro脳関門モデル系を用い、脳関門において薬物透過性を左右する分子が星状膠細胞や周皮細胞によってどのように制御されるか解明することを目的とした。その成果として、星状膠細胞と脳毛細血管内皮細胞の接触及び星状膠細胞が産生する液性因子の作用によって脳関門の排出輸送機構として重要なP糖蛋白及びABCG2トランスポーターの発現量が上昇することが明らかになった。脳関門のdiffusionバリアとして働く密着結合分子occludinの発現量は星状膠細胞及び周皮細胞が産生する液性因子によって上昇することを示した。さらに、周皮細胞由来の液性因子のうち、angiopoietin-1がoccludin発現量を上昇させること、脳毛細血管内皮細胞はangiopoietin-1受容体であるTie-2を発現していることが明らかになった。以上から、両細胞間のパラクライン分子機構の一つとして、occludin発現を制御するangiopoietin-1/Tie-2経路が同定された。本研究によって、脳を守る仕組みである脳関門異物排出機構及びdiffusionバリア機構が周囲の細胞が産生する液性因子によって維持されていることが示唆された。
重力が前庭眼反射および視性眼反射に及ぼす影響

前庭眼反射および視性眼反射は、ヒト(動物)が地上の重力下において安定した姿勢を維持し、物体を正確に捉える機能に関与する。本研究の目的は、それらの反射によって生じる眼運動が頭部位置の変化(重力の変化)に対応してどのように調節されるかを解明することである。コンピューター制御の3次元回転傾斜刺激装置を用い、ネコの回転後眼振を誘発した。後眼振出現中に動物の前後あるいは左右方向に傾斜刺激を行い、電磁誘導式眼位測定装置(サーチコイル法)を用いて空間位置に対する眼球運動を記録し解析した。平成12年度は、水平性回転後眼振における重力の影響を調べた。前後あるいは左右方向の傾斜に対し、回転後眼振は一定の傾斜の範囲内で空間に対して一定に保たれることを明らかにした。平成13年度は、さらに垂直性回転後眼振における重力の影響を調べた。水平性後眼振とは異なり、左右方向の傾斜に対して眼振は空間的に一定に保たれないことがわかった。ネコにおいて、1,半規管眼反射は一定の傾斜の範囲内で耳石入力と相互作用し、自己の空間位置を認知する。2,しかしながら、半規管入力と耳石入力との相互作用は平面特異的な反応であることがわかった。これらの研究結果は、微小重力下における眼運動調節機能の解明に大いに貢献すると思われる。現在、小脳小節および虫部垂の重力変化における前庭眼反射の空間制御への関与について研究中である。それらの反射によって生じる眼運動が頭部位置の変化(重力の変化)に対応してどのように調節されるかを解明することが本研究の目的である。コンピューター制御の3次元回転傾斜刺激装置を用い、ネコの前庭性回転後眼振を誘発した。後眼振出現中に動物の前後あるいは左右方向に傾斜刺激を行い、電磁誘導式眼位測定装置(サーチコイル法)を用いて眼球運動を記録し解析した。平成12年度は、回転後眼振における重力の影響を調べた。前後方向の傾斜では、回転後眼振は傾斜の増加に伴い減衰したが、地上平面に対して水平に保たれていた。左右方向の傾斜では、同様に傾斜の増加に伴い眼振は減衰したが、約±30度の傾斜の範囲で眼振の方向は空間に対して一定であった。ネコにおいては、半規管眼反射は一定の傾斜の範囲内で耳石入力と相互作用し、頭位変化に対応して空間的に眼運動を一定に保つことが可能であることが明らかとなった。我々は、近年、小脳小節および虫部垂には、回転加速度(半規管)および重力(耳石)の前庭情報と視覚情報が収束することを細胞レベルで明らかにした。小脳小節および虫部垂は、重力変化における前庭眼反射の空間制御に関与している可能性がある。今後、小脳小節および虫部垂の関与について明らかにする予定である。
モリブデン触媒による合成ガスからの混合アルコール合成

混合アルコールはアルキル鉛に替わるオクタン価向上剤としての用途が期待される.アルカリ添加シリカゲルに担持したモリブデン系触媒を用いた合成ガスからのC-Csの混合アルコール合成を行なった.筆者らの開発したシリカ担持モリブデン触媒は炭化水素生成を抑制し,高いアルコール合成選択性を示す優れた触媒であるが,低温での活性がやや低いこと,空時収量を上げた条件ではC_2+アルコール/メタノール比が1程度と低下すること,が問題点である.この点の改良を目指しIVB-VIII族金属を添加することにより,複合系もしくは合金系とした触媒系の開発を目指した.モリブデン/アルカリ添加シリカゲル触媒に, C-O結合の開裂能を有する金属であるNi,CO挿入能を有するCo,酸素への親和性を有するFe, Mn,メタノール合成能を有する元素(Cu, Cr)等を添加した触媒を調整し, 300度Cで,その性能を調べたところ, Fe, Co, Niの場合にのみアルコールの収量が増加した.しかし,アルコール選択性はいずれの場合にも無添加の場合に比べて大きく低下したので,反応を250度Cで行なったところ, Mo添加の場合にアルコール収量,選択性を兼ね備えた触媒系が実現した.そこでMo-Ni系について詳細に検討し, Mo(3wt%)-Ni(7wt%)の場合にアルコール合成活性,選択性ともに高く,しかもC_2+アルコール/メタノール比が5を越えることが明らかにした.また,この触媒で反応条件について検討したところ, 300度C, 7.1気圧, W/F=2.2g-cath/molで,アルコール空時収量0.3g/kg-cath,選択性68wt%とすることが出来た.高活性触媒についてはX線回折によりMo-Ni合金が確認され,活性との関連が示唆された.直鎖/分枝選択性ならびにその圧力依存性がMo系に類似していることから,アルコール合成の活性点はMoの性格が強いこと,エチレン添加実験よりオキソ反応タイプの経路によりアルコールが生成していることが推定された.混合アルコールはアルキル鉛に替わるオクタン価向上剤としての用途が期待される.アルカリ添加シリカゲルに担持したモリブデン系触媒を用いた合成ガスからのC-Csの混合アルコール合成を行なった.筆者らの開発したシリカ担持モリブデン触媒は炭化水素生成を抑制し,高いアルコール合成選択性を示す優れた触媒であるが,低温での活性がやや低いこと,空時収量を上げた条件ではC_2+アルコール/メタノール比が1程度と低下すること,が問題点である.この点の改良を目指しIVB-VIII族金属を添加することにより,複合系もしくは合金系とした触媒系の開発を目指した.モリブデン/アルカリ添加シリカゲル触媒に, C-O結合の開裂能を有する金属であるNi,CO挿入能を有するCo,酸素への親和性を有するFe, Mn,メタノール合成能を有する元素(Cu, Cr)等を添加した触媒を調整し, 300度Cで,その性能を調べたところ, Fe, Co, Niの場合にのみアルコールの収量が増加した.しかし,アルコール選択性はいずれの場合にも無添加の場合に比べて大きく低下したので,反応を250度Cで行なったところ, Mo添加の場合にアルコール収量,選択性を兼ね備えた触媒系が実現した.そこでMo-Ni系について詳細に検討し, Mo(3wt%)-Ni(7wt%)の場合にアルコール合成活性,選択性ともに高く,しかもC_2+アルコール/メタノール比が5を越えることが明らかにした.また,この触媒で反応条件について検討したところ, 300度C, 7.1気圧, W/F=2.2g-cath/molで,アルコール空時収量0.3g/kg-cath,選択性68wt%とすることが出来た.高活性触媒についてはX線回折によりMo-Ni合金が確認され,活性との関連が示唆された.直鎖/分枝選択性ならびにその圧力依存性がMo系に類似していることから,アルコール合成の活性点はMoの性格が強いこと,エチレン添加実験よりオキソ反応タイプの経路によりアルコールが生成していることが推定された.
術後上部消化管出血に対するドパミンの意義

平成7年度では、実験的ならびに臨床的に検討し、以下のように研究が進歩した。ラットにて、胃体部および前庭部のドパミンの変動を検討した。また、臨床例の検討ではさらに症例を蓄積しH2受容体拮抗剤単独使用と比べてドパミン併用が望ましい症例の基準として結論を得た。実験的には、Wistar系雄性ラットを用いて、システアミンを投与し免疫組織化学的に胃粘膜ドパミンの局在の変動を検討した。方法は、システアミン200mg/Kgを皮下投与し、24時間後まで経時的に免疫組織化学的な検討を行った。すなわち、ラットを5%glutaraldehydeで潅流固定後、胃を同じ固定液で浸漬固定した。前胃、胃体部および幽門部に抗ドパミン抗体を反応させた後、HRP標準抗ウサギIgG抗体を反応させてから発色させ光顕下に観察した。結果は、前胃では光顕的には粘膜上皮と粘膜筋板にドパミンの強い反応を認め、粘膜固有層と粘膜下層に弱い反応を認めた。胃体部と幽門部の光顕像では粘膜上皮にドパミンのびまん性の反応を認めたが、粘膜固有層、粘膜筋板ならびに粘膜下層では反応を認めなかった。電顕像では、主細胞の粘膜顆粒の辺縁にドパミンの点状反応を認めた。なお、negative control切片では赤血球に非特異的反応を認めたが、ドパミンの反応との鑑別は容易であった。システアミン投与後は、ドパミンの反応が著しく減弱したが、投与24時間後にはシステアミン投与前の水準に回復した。また、臨床例の検討は昨年に引き続き、全身麻酔下に消化器外科手術を施行された症例のうち胆石症と上部消化管の手術例を除外して検討した。その結果、黄疸合併症や手術侵襲の大きい症例などpoor risk症例に対する術後のストレス潰瘍の発生予防にはH2受容体拮抗剤とドパミンの併用が有用と考えられた。平成6年度では、実験的ならびに臨床的に検討し、以下のように研究が進捗した。実験的には、Wistar系雄性ラットを用いて、免疫組織化学的に胃壁内ドパミンの局在を検討した。方法は、5%glutaraldehydeで灌流固定した後胃を摘出し、同じ固定液で40分浸漬固定した。前胃、胃体部および幽門部の凍結切片を作成した後、抗ドパミン抗体を4°Cで24時間反応させた。さらに、HRP標準抗ウサギlgG抗体を4°Cで16時間反応させてから発色させ(間接酵素抗体法)、光顕下に観察した。引き続き、2%オスミウム酸で1時間後固定した後エポン包埋し、超薄切片を作成した電顕下に観察した。結果としては、前胃では光顕的には粘膜上皮と粘膜筋板にドパミンの強い反応を認め、粘膜固有層と粘膜下層に弱い反応を認めた胃体部と幽門部の光顕像では粘膜上皮にドパミンのびまん性の反応を認めたが、粘膜固有層、粘膜筋板ならびに粘膜下層では反応を認めなかった。電顕像では、主細胞の粘液顆粒の辺縁にドパミンの点状反応を認めた。また、臨床例の検討は全身麻酔下に消化器外科手術を施工された症例のうち胆石症と上部消化管の手術例を除外して検討した。

現在までのところでは、黄疸合併例や手術侵襲の大きい症例などのpoor risk症例に対する術後のストレス潰瘍の発生予防にはH2受容体拮抗剤とドパミンの併用が有用とするデータが集積されている。Wistar系雄性ラットを用いて胃壁内ドパミンの局在を検討した。方法は、5%glutaraldehydeで灌流固定後、摘出した胃を同じ固定液でさらに浸漬固定した後、前胃、胃体部および幽門部の凍結切片を作成し、抗ドパミン抗体を反応させた。さらに、horseradish peroxidase標準抗ウサギIgG抗体を反応後発色させ光顕下に観察した。また、2%オスミウム酸で1時間固定した後エポン包埋し超薄切片を電顕下に観察した。結果は、前胃の光顕像では粘膜上皮と粘膜筋板にドパミンの反応が強く認められ、粘膜固有層と粘膜下層にも弱い反応が認められた。胃体部と幽門部では粘膜上皮にドパミンのびまん性の反応が認められたが、粘膜固定有層、粘膜筋板ならびに粘膜下層ではドパミンの反応が認められなかった。一方、電顕像では、主細胞の粘液顆粒の辺縁にドパミンの点状反応を認めた。次に、ラットに急性潰瘍を作成して、前胃、胃体部および幽門部のドパミンの反応の変化を検討したところ、急性潰瘍形成時にはドパミンの反応が著しく減弱し、胃体部および幽門部ではドパミンの反応がみられなかった。また、システアミン200mg/Kgを投与して、胃体部粘膜および前庭部粘膜のドパミンの変動を検討したところ、システアミン投与2時間後から8時間後まで、胃体部および前庭部ともドパミンが著しく減少した。ところが、投与1624時間後にはシステアミン投与前値の水準に回復した。臨床例の検討では、前進麻酔下に消化器外科手術を施行させた症例のうち胆石症と上部消化管に対する手術例を除外して検討した。黄疸合併症例や手術侵襲の大きい症例などのpoorrisk症例に対する術後のストレス潰瘍の発生予防にはH2受容体拮抗剤とドパミンの併用が有用であった。
小児悪性固形腫瘍 (特に神経芽腫) における細胞内酵素反応の速度論的解析

本研究の最終目的は、腫瘍細胞特に神経芽腫細胞のエネルギーを、細胞単位で酵素反応を測定することにより、解析することにある。酵素反応測定装置は、光学顕微鏡に光源として584nmの波長の単色光を用いてステージには温度制御装置を置き、SP500オリンパス画像解析装置をもちいて酵素反応を測定した。昨年度は、手術材料から得られた、ヒト正常組織(胃、小腸、大腸、肝臓、脾臓、肺)の酵素反応を測定した。結果は、胃の壁細胞の反応速度は40.2±4.6μmol/cm^3/min、肝の小葉間静脈周辺肝細胞では105.3±5.2μmol/cm^3/min、中心静脈周辺肝細胞では111±7μmol/cm^3/min、であった。本年度の目標は、神経芽腫細胞におけるエネルギーを測定することであったが、症例のいずれもが、化学療法を施行後の症例であったため、壊死部分が多く、酵素反応の測定が不可能であった。そこで、マウス神経芽腫を用いて測定を施行した。結果は175±3.8μmol/cm^3/minであった。今年度は、手術材料から得られた、ヒト正常組織(胃、小腸、大腸、肝臓、脾臓、肺)の酵素反応を測定した。各組織は、材料採取後、すみやかに凍結した。アガロースを含む基質液から作製したゲルフィルムを組織切片の上にのせて酵素反応を測定した。バックグランド画像の影響を除くために、基質ゲルフィルムのみの顕微鏡像をイメージプロセッサーに入力し、これを実測値から差し引いた値を測定値とした。測定は10秒間隔で施行した。結果の一部を示す。胃の壁細胞の反応速度は40.2±4.6μmol/cm^3/min、肝の小葉間静脈周辺肝細胞では105.3±5.2μmol/cm^3/min、中心静脈周辺肝細胞では111±7μmol/cm^3/min、であった。来年度は、神経芽腫細胞におけるエネルギーを手術検体を用いて測定する予定である。
Web APIでデータと機能を連携する学習プラットフォームの開発

この情報連携では、SISが直接提供するOneRoster規格に基づくCSVファイルのデータを、蓄積およびフォーマット変換して同規格に基づくREST APIとして学務情報を提供するサーバを開発して利用した。この国際標準規格に基づくAPIサーバを開発したことで、SISが管理する学務情報をSIS外でも効率的に活用することを可能にした。また、APIサーバに簡易なデータ加工機能を実装したことで、APIクライアントにおける学務情報の柔軟な活用も実現している。このAPIから学務情報を取得するLMSとして、オープンソースソフトウェアのLePoを用いて、情報連携機能の実践評価を行った。この実践評価では、研究代表者が所属する大学で開講する授業の開講学期、授業名、担当教員/履修者等の情報をAPI経由で取得し、それらをLMS上のデータに反映させ、問題なく実用できることを確認した。これまでに、学務情報システムが持つ学務情報をREST APIで提供するOneRoster APIサーバ、および同APIを利用するクライアントとしてのLMSの開発は完了しているが、その他のAPI連携システムの開発が遅れている。また、クライアント側でUIを構築するCSR (Client Side Rendering)アーキテクチャについては、JavaScriptフレームワークのVue.jsを利用したWebサービスを開発中だが、SSR (Server Side Rendering)と比べて開発時間が予想以上に必要となることが分かった。このことを踏まえ、Web APIから取得したデータをCSRで活用するアーキテクチャについては、学習プラットフォーム全体の一部でのみ利用する方向で、開発計画を見直している。なお、本研究で開発したOneRosterAPIサーバと学習支援システムLePoの連携については、大学ICT推進協議会2018年度年次大会(2018年11月/札幌市)で報告した。これまでに開発した教学に関するRESTAPIサーバ/クライアントアプリケーションを更に拡充し、API連携する学習プラットフォームでより多くの情報と機能の共有を実現する。その際に、本研究で開発するシステムだけではなく、既存のオープンソースソフトウェアとのAPI連携についての検討・実証実験を行う。また、IMS/ADL等の標準化団体が策定する教育の情報化に関する各種規格を確認した上で、規格に基づく教学情報のシステム間連携を進める。プラットフォームとして各々のアプリケーションに提供する機能を整備し、特にSSO (SIngle Sign-On)、学習ログの保存、ログ解析をするための機構を実装することを計画している。また、本研究でも利用し、本研究の代表者らが開発する学習支援システムLePoは、学習教材に対する注釈機能とその活用に特色を持つ。今後、学習支援システムLePoから、学習者の注釈情報を取得し、その分析と学習へのフィードバックをAPIを介して支援するシステムを、開発・実践評価する予定である。なお、本研究で開発したAPIサーバ/クラインアントについては、順次、オープンソースソフトウェアとして公開することを計画している。Web APIを介して取得したデータを利用するWebクライアントのアーキテクチャには、SPA (Single Page Application)とCSR (Client Side Rendering)を採用することとした。同アーキテクチャに基づたアプリケーション開発には、オープンソースのJavaScriptフレームワークであるVue.jsを用いることとし、試験的に開発したWebアプリケーションをRuby on Rails 5で実装したAPIサーバに接続させることで、ルーティングやクライアントサイドでのデータ保持の手法について確認した。上記のプラットフォームを構築するための要素技術の研究に加え、プラットフォームの機能的な特徴となるテキストアノテーションに関する機能拡張も行った。この研究では、学習コンテンツとしてPDFファイルをWebシステム内に表示できるようにした上で、PDFファイル内の選択テキストにハイライトを表示し、そのテキスト情報をシステムのデータベースに保持する機能を、学習支援システムLePoに実装した。学習プラットフォーム上の全ての処理に対して、サーバ側でWeb APIを整備し、クライアント側でUIを構築するCSR (Client Side Rendering)アーキテクチャは、アプリケーションサーバとクライアントを疎結合にし、システムの開発・運用に柔軟性をもたらす。その一方で、SSR(Server Side Rendering)で構築した既存のWebシステムを、Web APIとCSRで構成するアーキテクチャに移行することは、多大な労力を必要とする。本研究で利用する予定の学習支援システムもSSRアーキテクチャで既開発であり、このアーキテクチャの移行が滞っている。今後、段階的、または部分的なアーキテクチャの移行について、具体的な手法を決定する必要がある。なお、本研究で開発する学習プラットフォームの中核をなす、学習支援システムLePoについては、オープンソースソフトウェアとして、2017年8月にGitHubに公開した。また、PDFファイルへのテキストアノテーション機能については、2018年3月に情報処理学会第80回全国で報告した。また、クライアント側でUIを構築するCSR (Client Side Rendering)

アーキテクチャについては、JavaScriptフレームワークのVue.jsを利用したWebサービスを開発中だが、SSR (Server Side Rendering)と比べて開発時間が予想以上に必要となることが分かった。このことを踏まえ、Web APIから取得したデータをCSRで活用するアーキテクチャについては、学習プラットフォーム全体の一部でのみ利用する方向で、開発計画を見直している。なお、本研究で開発したOneRosterAPIサーバと学習支援システムLePoの連携については、大学ICT推進協議会2018年度年次大会(2018年11月/札幌市)で報告した。2017年度に試験的に開発したAPIサーバ/CSRアプリケーションを発展させ、教学を支援する複数のAPIサーバ/CSRアプリケーションを開発する。その際には、本研究で開発するシステムだけではなく、既存のオープンソースソフトウェアとのAPI連携についての検討・実証実験を進める。また、プラットフォームとして各々のアプリケーションに提供する機能を整備し、SSO (SIngle Sign-On)、学務情報の提供に加え、学習ログの保存、ログ解析をするための機構を実装することを予定している。また、本研究で利用する学習支援システムLePoは、Ruby on Railsのバージョン5.0で開発しているが、これを2018年度中にバージョン5.1にアップデートすることを予定している。このアップデートにより、各種JavaScriptライブラリを用いたフロントエンド開発が、より効率的に行えるようになる。オープンソースソフトウェアとして公開した学習支援システムLePoについては、より広く利用されるようにするため、現在は部分的な実装に留まっているUIの英語化とマニュアルの整備を行う予定である。これまでに開発した教学に関するRESTAPIサーバ/クライアントアプリケーションを更に拡充し、API連携する学習プラットフォームでより多くの情報と機能の共有を実現する。
ステムセルバイオロジーによる膵島再生治療法の開発

幹細胞の分化誘導によるインスリン産生細胞の開発においては、マウス胚性幹細胞の膵島様細胞塊への分化誘導を試み、独自の方法で、従来報告されていない優れた機能を有する細胞を作製し、電子顕微鏡的なインスリン分泌顆粒、膵特異的遺伝子発現、および、マウス糖尿病モデルへの移植による血糖低下を確認した。ヒトに応用可能な皮下移植タイプのバイオ人工膵デバイスの開発においては、抗補体作用ポリマーなどの併用やより移植に適した形状の開発を行い、ラット膵島あるいはブタ膵内分泌細胞を組み込んだマクロデバイスを作製して血管誘導前処置を施した皮下組織内へ移植することで、マウス糖尿病モデルの血糖を長期間にわたり正常化することに成功した。さらに、ポリビニルアルコール(PVA)を材料とし、膵島細胞凍結保存技術を応用した全く新しいマクロカプセル化膵島の作製方法を確立し、ラット膵島による糖尿病マウスの治療実験において、血糖低下作用のみならず、糖尿病性腎障害の軽減効果を確認した。このPVAデバイスは、作製方法が比較的簡便で大型化に容易に対応できる特徴を有する。皮下移植前処置処置用血管誘導デバイスの作製と改良では、basic fibroblast growthfactorの徐放製剤等を用いて、膵島の同種皮下移植やバイオ人工膵異種移植における有用性を確認し、さらに、コラーゲン被覆したPVAデバイスを用いても、良好な血管誘導が可能であることを示した。以上の成果により、糖尿病モデル動物におけるバイオ人工膵皮下移植システムの有効性は、小動物においてはほぼ確立し得たものと考えられ、今後必要となるデバイスの大型化や、イヌを用いた前臨床治療実験へ向けた基礎的な方法論が整備された。本研究は幹細胞関連の科学技術を駆使してインスリン産生細胞への分化機構を解明し、得られた細胞をバイオ人工膵のバイオリアクターとして利用することで、最終的には糖尿病の根治的な治療をめざしている。幹細胞の分化誘導によるインスリン産生細胞の開発においては、マウス胎性幹細胞の分化誘導を試み、独自の方法で、従来報告されていない優れた機能を有する細胞を作成した。現在、より詳細な解析が進行中である。これとは別に、本来は際限なく分裂・増殖インスリノーマ細胞であるMIN6細胞を、培養条件の操作により、増殖能が弱くブドウ糖濃度に応じたインスリン分泌反応を示す細胞塊に変化させ、これをバイオビーズに加工することで、少なくとも一ヶ月間、in vitroで良好な形態と機能を維持させることに成功した。類似の方法は本研究で分化誘導されてくるインスリン産生細胞にも応用可能であることが期待される。ヒトに応用可能な皮下移植タイプのバイオ人工膵デバイスの開発においては、イヌを用いた動物実験でその有用性を検討中であり、免疫隔離膜の組成や形態の詳細に関して最適化を図るべく試行している段階である。今後は下記抗補体作用ポリマーなどの併用やより移植に適した形状の開発を行う予定である。皮下移植前処置用血管新生誘導デバイスの作成と改良では、basic fibroblast growth factorを徐放性に遊離するデバイスを作成し、膵島の同種皮下移植における有用性を確認した。さらに、抗補体作用を有するポリマーを用いた新規のバイオピーズ技術との併用により小動物間の異種膵島移植に成功し、ラットの膵島を用いてマウスの糖尿病を長期間にわたりコントロールすることができた。これにより、本研究の目的の一部である、糖尿病モデル動物におけるバイオ人工膵皮下移植システムの有効性が、小動物においてはほぼ確立し得たものと考えられる。今後はこの成果を上記のイヌにおける糖尿病治療実験に反映させてゆく予定である。本研究は幹細胞関連の科学技術を駆使してインスリン産生細胞への分化機構を解明し、得られた細胞をバイオ人工膵のバイオリアクターとして利用することで、最終的には糖尿病の根治的治療法の確立を目指している。

マウスES細胞を独自の方法で分化誘導して膵島様細胞塊(ICC, islet-like cell cluster)を作製し、その過程における膵特異的遺伝子発現を確認するとともに、マウス糖尿病モデルに移植して2週間程度の血糖低下を観察した。体性幹細胞からの膵島細胞分化誘導については、臨床的にも比較的利用しやすい骨髄中の細胞がin vivoで膵組織へ組み込まれる可能性、および、in vitroの培養によってインスリン産生細胞を誘導し得る可能性についての予備的実験を行っている。ブタ膵内分泌細胞を分離精製し、抗補体作用ポリマーを含む高分子ゲルに包埋することでマクロデバイスを作製した。これを皮下移植することでマウス糖尿病モデルの血糖を正常化することに成功した。さらに、毒性が低いと考えられるポリビニルアルコール(PVA)を用いたマクロデバイス作成法を新規に開発し、異種移植での有効性を確認中である。糖尿病モデルとして膵全摘犬を作製し、腹腔内に上記のブタ膵内分泌細胞を組み込んだマクロデバイスを移植し、血糖を測定すると共に、ブタC-ペプチド特異的アッセイ系を用いて移植した細胞の機能を確認しつつある。マクロカプセル型バイオ人工膵の皮下移植には、前処置として皮下組織への血管誘導が必要であるが、従来用いられているコラーゲンスポンジに代えてコラーゲン被覆したPVAデバイスを用いても、良好な血管誘導が可能であることを示した。今後は幹細胞から分化誘導したICCをバイオリアクターとするバイオ人工膵の作製と効果確認などを進めると共に、イヌの糖尿病治療実験を一段と進捗させる予定である。マウスES細胞から膵島様細胞塊を分化誘導する実験では、前年度のin vivoでの効果確認ののち、その分化過程をより詳細に検討する目的で、分化の各段階におけるRNAを抽出してマイクロアレイにより各遺伝子発現の変化を網羅的に解析する実験を行った。体性幹細胞の研究では、骨髄由来細胞の膵組織再生への組み込みを検討するため、GFPマウスを用いた実験を継続した。バイオ人工膵デバイスの研究では、ポリビニルアルコール(PVA)を材料とし、膵島細胞凍結保存技術を応用した全く新しい作製方法を確立し、ラット膵島を用いた糖尿病マウスのin vivoでの治療実験を行い、有効性を確認した。さらに、バイオ人工膵の糖尿病合併症への効果を検討するため、糖尿病マウスに上記デバイスを移植し、約2ヶ月にわたり血液・尿・腎組織所見を検討して、その糖尿病性腎障害に対する有効性を確認した。また、ラット培養膵島に対するヒト新鮮血漿の組織障害作用を検討し、上記PVAデバイス化がこれを防止することを確認した。この新規PVAデバイスは、従来のチューブ型やバッグ型と異なり、細胞を組み込んだバイオ人工膵に仕上げるまでの作製方法や大型化が格段に容易である点で大きな利点と可能性を有している。今後は、このデバイスの最適化によって、将来的な臨床応用を目指す前臨床治療実験において飛躍的な成績向上が期待される。血管新生の研究では、ラット背部の虚血性皮膚壊死(皮弁)モデルを作製し、これに対する新規血管誘導処置の効果を検討した。
室温で高速動作可能なマルチ単電子メモリ

単電子トランジスタを複数個並列接続したものを一つのメモリセルとすることによって従来の単電子メモリよりも室温で高速に動作する新しい極微細メモリ素子(マルチ単電子メモリと呼ぶ)を実現することを目的として基本技術の検討を行い、以下のような成果を得た。1.マルチ単電子メモリでは単電子動作のチャネルを複数並列接続して書き込み時や読み出し時の信号のばらつきを抑え、それによって室温での高速低電圧動作を実現することを目指しているが、ばらつきをも含めて素子の動作特性を評価できる3次元モンテカルロ・シミュレータを新たに開発することによって、マルチ単電子メモリのチャネルの電位分布や電子の挙動を詳細に解析することができるようになった。2.単電子メモリとCMOS・SRAMメモリセルを融合した新しいメモリ回路(Merged CMOS/SET memory)を提案するとともに、CMOS・SRAMメモリセル回路を最適化することにより、高速に動作する条件の存在することを回路シミュレーションにより明らかにした。3.マルチ単電子メモリの試作に必要な微細加工技術の検討を行い、EB直接描画とアッシャー、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチャーの使用によって25nmの極微細ゲート電極パターンの加工が可能となった。また、3nmの薄いゲート絶縁膜の形成や1020nmの粒径をもつ極微粒径の多結晶シリコン薄膜の堆積も可能となった。
2次イオン顕微質量分析法によるリグニン高次構造の可視化

飛行時間型2次イオン質量分析(TOF-SIMS)を樹木細胞壁の構造解析に応用し、リグニンを非破壊的に細胞レベルで分析する手法の開発を目指した。本研究においては、一次イオンにガリウムイオンを用い、試料表面から放出される2次イオン(質量数1500)をTOFマスにより分析した。あわせて、特定の2次イオンの試料中の分布をマッピングし、細胞レベルでの化学情報を直接得ることに試みた。解像度はサブミクロンレベルで顕微FTIRなどの他の分光計に比べて格段に高かった。主要な成果を以下に示す。a)リグニン由来の2次イオンの検索リグニンモデル化合物であるDHP(コニフェリルアルコール脱水素重合物)、および樹木MWL(摩砕リグニン)を用いて2次イオンスペクトルの解析を行った。その結果、グアイアシル、シリンギル骨格由来の2次イオンピークが明瞭に確認・同定された。b)一次イオンによるリグニン開裂部位の確認a)において検出された2次イオンがリグニンのどのような構造に由来するのかを、安定同位体で標識したDHP、2量体モデルを用いて解析した。その結果、リグニン分子中のβ-O-4型結合が選択的に開裂して生成したイオン種であることがわかった。c)試料表面における特定イオン種の分布の可視化重水素を用いてリグニンを標識した試料表面から、重水素イオンのみを選択的にマッピングすることにより、標識された位置を高分解能で可視化できることを明らかとした。このことは、同位体トレーサー実験において本法が有力な解析手段となり得ることを示唆した。細胞壁成分由来の分子イオンの分布の可視化は、現段階では困難であった。SIMS法とは、一次イオンであるガリウムイオンを試料表面に照射し、放出される2次イオン(全質量可能)をTOFマスにより分析する方法で、2次イオンの試料中の分布をマッピングできる特徴を有しており、細胞レベルでの化学情報を直接得ることができる。解像度はサブミクロンレベルで顕微FTIRなどの他の分光計に比べて格段に高い。本研究では、以下の項目に焦点を絞って解析した。a)重水素標識したリグニンの新生木部内における分布の可視化リグニンが標識された木部試料を用いて重水素アトミックイオンおよび重メトキシルイオンのマッピングを行った。30分の測定で標識位置を確認することができた。本方法は安定同位体標識実験においても組織・細胞レベルでの解析を可能にするものである。b)リグニン由来の2次イオンの検索リグニンモデル化合物であるDHP(コニフェリルアルコール脱水素重合物)、および樹木MWL(摩砕リグニン)を用いて2次イオンスペクトルの解析を行った。その結果、グアイアシル、シリンギル骨格由来の2次イオンピークが明瞭に観察された。このように、非破壊で組織中の化学情報を迅速に入手できる測定法をリグニン試料にも適用できることを示した。a)リグニン由来の2次イオンの検索

リグニンモデル化合物であるDHP(コニフェリルアルコール脱水素重合物)、および樹木MWL(摩砕リグニン)を用いて2次イオンスペクトルの解析を行った。その結果、グアイアシル、シリンギル骨格由来の2次イオンピークが明瞭に観察された。b)リグニン由来の2次イオンの確認a)において検出された2次イオンがリグニン由来であるかどうかを、安定同位体で標識したDHPを用いて解析した。その結果、グアイアシルリグニン由来の2次イオンを質量分析法により2種特定することに成功した。c)セルロース由来の2次イオン細胞壁の主要な構成成分であるセルロースの2次イオンスペクトルを測定した。その結果、リグニンの2次イオンスペクトルとは、重なり合わないことが確認され、細胞壁のようなリグニン・セルロース複合体においても、本測定法によりリグニンのみの化学構造に関する情報を選択的に抽出できることが示された。飛行時間型2次イオン質量分析(TOF-SIMS)を樹木細胞壁の構造解析に応用し、リグニンを非破壊的に細胞レベルで分析する手法の開発を目指した。本研究においては、一次イオンにガリウムイオンを用い、試料表面から放出される2次イオン(質量数1500)をTOFマスにより分析した。あわせて、特定の2次イオンの試料中の分布をマッピングし、細胞レベルでの化学情報を直接得ることに試みた。解像度はサブミクロンレベルで顕微FTIRなどの他の分光計に比べて格段に高かった。主要な成果を以下に示す。a)リグニン由来の2次イオンの検索リグニンモデル化合物であるDHP(コニフェリルアルコール脱水素重合物)、および樹木MWL(摩砕リグニン)を用いて2次イオンスペクトルの解析を行った。その結果、グアイアシル、シリンギル骨格由来の2次イオンピークが明瞭に確認・同定された。b)一次イオンによるリグニン開裂部位の確認a)において検出された2次イオンがリグニンのどのような構造に由来するのかを、安定同位体で標識したDHP、2量体モデルを用いて解析した。その結果、リグニン分子中のβ-O-4型結合が選択的に開裂して生成したイオン種であることがわかった。c)試料表面における特定イオン種の分布の可視化重水素を用いてリグニンを標識した試料表面から、重水素イオンのみを選択的にマッピングすることにより、標識された位置を高分解能で可視化できることを明らかとした。このことは、同位体トレーサー実験において本法が有力な解析手段となり得ることを示唆した。細胞壁成分由来の分子イオンの分布の可視化は、現段階では困難であった。
ICTを活用した大学教員のための授業改善システムに関する研究

本研究では、授業映像と電子掲示板を活用した授業検討システムを活用し、異なる組織に属する大学教員で構成される学習コミュニティによる実践を通じて、参加者に対する教育的効果や効果的な運用方法を明らかにし、実践から得られた知見にもとづき、より有効な授業改善のための研修システムへと改善をはかった。特に授業者は、検討会の参加を通じて自身の授業に対する気づきとリフレクションを得る効果があることが明らかとなった。本研究は、既に開発済みの「Web公開授業」を利用し、オンライン上に大学教員のための教育改善に関する新たな研修システムを構築することを通じて有効な授業改善の方略を提案し、その利用可能性や効果的な運用方法などを明らかにすることが目的である。平成20年度は、Web公開授業の実践を1授業についておこなった(10月27日11月10日、参加者51名)。典型的な講義形式の授業に協調学習を導入することにより改善を試みた理系授業について電子掲示板上で議論をおこない、本実践の詳細を分析中である。授業提供者からは参加者の個別の事例や助言に触れることで刺激を受けたなどポジティブな評価を得た。また、Web公開授業について、授業方法の改善に関しては以前からその有効性を指摘してきたが、今回の実践においては学問分野が近い参加者から授業内容に関する指摘があるなど、所属機関を越えたコミュニティが授業改善の有効な場として機能しうる可能性があることが示唆された。これに関連して、過去におこなったWeb公開授業実践のログ・データおよび授業提供者への半構造化インタビューの分析結果に関して、日本教育工学会(10月、上越教育大学)において研究報告をおこなった。授業映像の客観的視聴と電子掲示板における参加者の投稿の両方から,授業者に「気づき」と「リフレクション」が促されていることが示唆された。また、高等教育におけるICTをはじめとするテクノロジーを活用した大学教員研修に関する動向調査や情報収集を、関連書籍や国内のシンポジウムへの参加などを通じておこない、オンライン上の相互研修システム構築や理論構築に向けて準備を進めることができた。本研究は、授業映像と電子掲示板を用いて組織を越えて集った大学教員が授業検討会を行う「Web公開授業」の実践を通じ、有効な大学教育における授業改善の方略を提案し、その利用可能性や効果的な運用方法を明らかにすることを目的としている。平成21年度は、2つの授業についてWeb公開授業実践をおこなった(6月22日7月6日:参加者51名、12月14日28日:参加者54名)。公開された授業は、中規模私立大学における大人数講義、および、学生の学習への動機づけを高めるために演示実験を導入した講義であった。第1回目までの実践の分析結果については日本教育工学会(9月、東京大学)で研究報告をおこなった。対面で互いに面識のあった既存の参加者集団に、面識のない参加者が参入したことで、サイトへのアクセス数や投稿数の割合が減少するなど、掲示板上で発言しにくい状況が生じており、単純に実践への参加者規模を拡大する方向性の限界を指摘した。これと関連して、学問分野別や教育上の課題別などで教員コミュニティを構成しての検討会実施の可能性を提案したが、前年度のWeb公開授業実践の授業者に対しておこなった半構造化インタビュー(6月実施)の結果においても同様の意見が出された。インタビューにおいては、翌年度の授業デザインを検討する際、議論された内容を教員が読み返す機会があり、授業者にとって本システムが継続的な授業改善の場として活用されうる可能性が示唆された。予定していたシステムの改修は、上記のコミュニティ規模に関する課題が残されたためにおこなわなかった。また、高等教育におけるICTを活用した大学教員研修に関する動向調査や情報収集を、関連書籍や国内のシンポジウムへの参加などを通じておこない、本研究最終年度に向けて、オンライン上の相互研修システム構築や理論構築に向けて準備を進めることができた。本研究は、授業映像と電子掲示板を用いて組織を越えて集った大学教員が授業検討会を行う「Web公開授業」の実践を通じ、大学教育における有効な授業改善の方略を提案し、その利用可能性や効果的な運用方法を明らかにすることが目的である。平成22年度は、過去2年間におこなった3つの授業に対するWeb公開授業実践の知見にもとづき既存のシステムを総合的に評価するとともに、前年度までに検討した理論的枠組みをもとに、全国の大学教員が利用可能な汎用的システム(W-COS)としてシステムを再構築した。W-COSは、(1)教員が構成するオンラインコミュニティは、単一のコミュニティではなく、学問分野別や教育上の課題別などで構成可能であること、(2)授業検討会に先立ち、授業者が当該授業のコースデザインや課題等の基礎情報をあらかじめ参加者に提示し、前知識を与えることが可能であること、(3)授業検討以外のFD活動に本システムが応用できるよう、汎用的な映像投稿サイト上の映像へのリンク機能を設置したこと、などの特徴を持つ。W-COSの機能や開発の背景については、理大科学フォーラム(27巻9号)および情報教育研究集会(12月、京都テルサ)で研究成果報告をおこなった。

このように、本研究最終年度までに、オンライン上の相互研修システム構築や理論構築は十分とは言えないものの、既存の「Web公開授業」システムの根本的改善をおこなうなど、本研究は一定の成果をあげることができた。残された課題として、開発したシステムを用いた研修が実質的な教育改善に役立っているかの検証、組織レベルの教育改善活動として有効に機能し得るかの検討などがあり、今後の研究における課題とする。
銅－インジウム硫化物コロイドを光増感剤に用いた全固体型量子ドット太陽電池の創出

本研究では、水媒体中で合成した銅ーインジウム硫化物(CuInS2, CIS)量子ドットにより修飾したCIS-TiO2光電極を用いて、硫化カドミウム(CdS)のヘテロジャンクションを利用した全固体型太陽電池、ならびに多硫化物レドックスイオンを含有するイオン液体を電解質に用いた擬固体型CIS量子ドット太陽電池の発電が長期安定化することを見出した。全固体型太陽電池:FTO/TiO2-CdS/CIS/Au全固体型太陽電池を作製し、太陽電池特性は、CdSの析出時間に依存することがわかった。特に45分間のCdSの析出では、短絡電流(JSC)が0.90 mA cm-2、開放電圧(Voc)が0.56 V、そしてフィルファクター(FF)が60.1 %で、最大で0.30 %のエネルギー変換効率が得られた。また、これらの太陽電池は4時間以上の連続照射においても、変換効率の減少はほとんど見られず、適切なp-nジャンクションを形成する固体型太陽電池の創出に成功したと言える。イオン液体を用いた太陽電池:イミダゾリウム[BMIm]系イオン液体を用いて、太陽電池を作製した。[BMIm][S2-/Sn2-]イオン液体を単体で用いた場合、量子ドット太陽電池のエネルギー変換効率(PCE)は0.36 %であった。さらに[BMIm][S2-/Sn2-]に[BMIm][SCN]を1:1の割合で混合すると、PCEが0.75 %まで向上した。また、3日間の連続光照射においてもPCE特性が、初期性能の80 % (PCE:0.60%)と維持することを明らかにした。CIS-TiO2光電極を用いて、CISと硫化カドミウム(CdS)のヘテロジャンクションを用いた全固体型太陽電池、ならびに多硫化物レドックスイオンを含有するイオン液体を電解質に用いたCIS量子ドット太陽電池の作製に成功した。しかしながら、両太陽電池において、変換効率は1 %に達しておらず、目標の3 %に向けて検討を行う。2019年度は、銅ーインジウムー硫化物(CIS)と硫化カドミウム(CdS)のヘテロジャンクションを用いた全固体型太陽電池について、FTO基板上にナノロッド型のTiO2薄膜を水熱合成法により作製する。その後、CdS (n型半導体)、CIS (p型半導体)を積層させることで、全固体型太陽電池を作製し、特性評価を行う。本研究の遂行にあたり、水熱合成装置を購入する予定である。イオン液体を用いた太陽電池に関しては、更なるCIS量子ドットの高品質化、イオン液体のゲル化を試み、イオン液体のゲル化を試み、更なる高効率化を図る。両太陽電池において、3 %以上の太陽電池特性を目標とする。本研究では、カドミウムなど有害物質を含まない太陽電池の素子を非真空系で作製し、電解液を必要としない銅ーインジウム硫化物コロイドを光増感剤に用いた全固体型量子ドット太陽電池の創出に取り組んでいる。以下に具体的な目的を示す。(1)全固体型量子ドット太陽電池を試作し,その有用性を確認する。(2)CIS素子とエネルギーレベルがマッチするp型有機高分子半導体の探索、そしてp-n接合形態の最適化を行うことで、高効率な光誘起電荷分離を実現する。(3)CIS素子界面での電子移動速度を評価し,得られた知見を太陽電池の開発にフィードバックする。(1)に関して、FTOガラス電極上にTiO2薄膜をスピンコーティング法により膜厚100 nm程度の高密度かつ高結晶性のdense-TiO2膜を作製し,ホール輸送材とFTOとの接触を防ぐことに成功した。その上から水熱合成法により作製したTiO2粉末,ポリエチレングリコール(増粘剤)、トリトンX (界面活性剤)、そして硝酸水溶液(分散剤)を混合して、超音波処理を施すことで均質なペースト剤を調製し、スピンコーティング法により均一に塗布、続いて焼成することで、膜厚を0.51マイクロメーター程度のメソポーラスTiO2薄膜の作製に成功した。CISコロイドは水媒体中で合成し、結晶性を高めるために、その溶液にマイクロ波照射することで、結晶性の高いCISナノコロイドを合成した。CISナノコロイドをTiO2薄膜に吸着担持させた。続いて、p型有機高分子半導体(ホール輸送材)の1つである3-ヘキシルチオフェン(P3HT)をクロロベンゼンに溶かし、その後、基板を窒素気流中にてアニールし、蒸着装置により金を真空蒸着させた。その結果、発電効率は約0.5%程度でとどまっており、更なる高効率化に向けて開発を要する。この研究計画では、CISナノコロイドなど太陽電池の素子を非真空系で作製し、環境に優しく低コストの全固体型量子ドット太陽電池(QDSC)を創出する。平成29年度中に結晶性の高いCISナノコロイドの合成はできたものの、CIS (n型半導体)とホール輸送材(p型半導体)とのp-n接合面でのエネルギーレベルのマッチングが不十分なために、p-n接合形態を最適化に至っていない。また、太陽電池の素子部分が大気中に曝されているために、光照射下での耐久性が不十分である。