hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゴム製品におけるフィラー補強効果のテラヘルツ分光による解明

本研究では、ゴム製品中のカーボンブラック(CB)の果たしている役割を、テラヘルツ分光を用いてマクロ的な視野で詳細に評価し、製品に配合する際のCBに対する諸条件を明らかにし、最終的な製品向上に結びつけることを目的としている。最終年度の平成30年度には、異なる種類のCBを配合した試料を用意し、引張試験とテラヘルツ分光による評価を行った。昨年度までは、標準的に利用されているSEAST3と呼ばれるCBを用いて評価を行ったが、今年度は、CBのが微粒子粒径がほぼ同じでストラクチャーの異なるSEAST3H, SEAST300、そしてストラクチャーがほぼ同一であるが粒径の異なるSEAST9, SEASTSOを用いて、昨年度と同様の評価を行った。CB配合量はすべて5 phrで統一した。まず、CBのストラクチャーとテラヘルツ吸光度の間には相関があることを再確認した。すなわち、ストラクチャーの大きなCBほどテラヘルツ吸光度が大きく評価されることが明らかとなった。引張試験では、ローストラクチャーの場合に強度が低下することも確認された。一方、ストラクチャーが同程度で粒子径が異なる場合には、テラヘルツ吸光度はあまり変化せず、引張試験でも、ストラクチャーが異なる場合ほどの差異は見られなかった。また、粒径の大きなSEASTSOの場合には、延伸状態に関わらずテラヘルツ吸光度のバラツキが変わらないという特異性が見られた。十分な数の試料を評価できなかったため、現時点では確定的なことを言えないが、経験則として言われているハイストラクチャーのCBが好ましいということは、引張試験でもテラヘルツ吸光度のバラツキによっても確認することができた。一方、粒子径については、特に大きな場合は引張伸びの点に問題があるが、テラヘルツ吸光度のバラツキの点では好ましい結果になることが分かった。CB配合量の影響は今後の課題である。ゴム製品は、補強効果を持たせるためにフィラーとしてカーボンブラック(CB)等が配合される。しかしながら、その補強効果の詳細は、ゴム製品というバルク状態での応力試験等に依るか、電子顕微鏡による微細すぎる領域の議論のみである。そこで、本研究では、バルクの形を取りながら、よりミクロな非破壊観察ができるテラヘルツ光を用いて、加硫(架橋)反応で生じるメッシュ構造とCBの性状の関係を絡めて計測を行う。本研究により、強靱なゴムを実現するには、CBがどのように分布するのが好ましいのか、どのような形状・サイズのCBが好ましいのかを実証・解明し、製品品質向上に結びつけるとともに、経験的手法に依存しているゴム製造の基礎的な箇所を学術的に明らかにすることを目的とする。平成28年度は、CBの影響を評価するための準備を行った。すなわち、引張試験機を導入するとともに、CBを含まないSBRゴムコンパウンドを作製し、加硫特性曲線を計測、その結果からサンプルを用意する加硫時間を決定した。そして、各加硫時間におけるサンプルを引張試験機にかけて特性を計測し,その後、同じバッチのサンプルを、延伸可能な試料台に設置し、伸ばした状態でのTHz光の透過計測(吸光度分布評価)を行った。本データが、CBによる影響を評価する際の土台となる。なお、CBを服内サンプルの場合には、引張試験機で断裂させることが困難であったため、サンプルとしては伸ばした状態の「延伸サンプル」のみとなった。THz吸光度分布がサンプルの伸びの状態に応じて変化していく様子が、CBがないにも関わらず観察でき、内部で構築されている考えられるメッシュが引っ張られることで、THz透過に何らかの影響が現れることがはっきりした。研究をすすめるのに必要な引張試験機を導入でき、今後の研究に必要なベースとなるデータ取得がほぼ出来ているため。そこで、本研究では、バルクの形を取りながら、よりミクロな非破壊観察ができるテラヘルツ光を用いて、加硫(架橋)反応で生じるメッシュ構造とCBの性状の関係を絡めて計測・評価を行う。本研究により、強靱なゴムを実現するには、CBがどのように分布するのが好ましいのか、どのような形状・サイずのCBが好ましいのかを実証・解明し、製品品質向上に結びつけるとともに、経験的手法に依存しているゴム製造の基礎的な箇所を学術的に明らかにすることを目的とする。平成29年度は、CBの影響の評価を行った。平成28年度に導入した引張試験機を用い特性を評価したCBを含まないSBRゴムコンパウンドと同じ配合でCBの配合量を5 phrとした試料を作製し、平成28年度と同様に、各加硫時間におけるサンプルを引張試験機にかけて特性を計測した。その後、同じバッチのサンプルを、延伸可能な試料台に設置し、伸長した状態でのTHz光の透過計測(吸光度分布評価)を行った。CBとして通常用いている中程度のストラクチャーのものを用いた場合、加硫反応が十分に行われていない場合には、THz吸光度のバラツキが大きく、十分に加硫が進んだ場合には、そのバラツキは少ないことが分かった。ハイストラクチャーのCBを用いた場合にも傾向は変わらないが、全体としてTHz吸光度のバラツキが小さく、業界で好まれているハイストラクチャーのCBの分散が良好であることがTHz光による評価でも確認できている。

平成28年度のCBなしの試料で取得したデータ処理に問題があり、データ再処理と再計測を行ったため、その分計画が遅れている。本研究では、ゴム製品中のカーボンブラック(CB)の果たしている役割を、テラヘルツ分光を用いてマクロ的な視野で詳細に評価し、製品に配合する際のCBに対する諸条件を明らかにし、最終的な製品向上に結びつけることを目的としている。最終年度の平成30年度には、異なる種類のCBを配合した試料を用意し、引張試験とテラヘルツ分光による評価を行った。昨年度までは、標準的に利用されているSEAST3と呼ばれるCBを用いて評価を行ったが、今年度は、CBのが微粒子粒径がほぼ同じでストラクチャーの異なるSEAST3H, SEAST300、そしてストラクチャーがほぼ同一であるが粒径の異なるSEAST9, SEASTSOを用いて、昨年度と同様の評価を行った。CB配合量はすべて5 phrで統一した。まず、CBのストラクチャーとテラヘルツ吸光度の間には相関があることを再確認した。すなわち、ストラクチャーの大きなCBほどテラヘルツ吸光度が大きく評価されることが明らかとなった。引張試験では、ローストラクチャーの場合に強度が低下することも確認された。一方、ストラクチャーが同程度で粒子径が異なる場合には、テラヘルツ吸光度はあまり変化せず、引張試験でも、ストラクチャーが異なる場合ほどの差異は見られなかった。また、粒径の大きなSEASTSOの場合には、延伸状態に関わらずテラヘルツ吸光度のバラツキが変わらないという特異性が見られた。十分な数の試料を評価できなかったため、現時点では確定的なことを言えないが、経験則として言われているハイストラクチャーのCBが好ましいということは、引張試験でもテラヘルツ吸光度のバラツキによっても確認することができた。一方、粒子径については、特に大きな場合は引張伸びの点に問題があるが、テラヘルツ吸光度のバラツキの点では好ましい結果になることが分かった。CB配合量の影響は今後の課題である。平成29年度は、平成28年度のベースとなるデータの再確認を行った後に、CBを配合したサンプルを作製、平成28年度と同様にサンプルを引っ張った状態でTHz透過の様子を評価し、どのようにTHz吸光度分布が変わっていくのかを評価する予定である。この際、CBの配合量、CBの種類なども変えながら実験を進める計画である。平成30年度は、ハイストラクチャーのCB配合試料の計測に加えて、ローストラクチャーのCB配合の試料を作製・評価の予定である。また、CBの粒径による影響を見るため、専用の試料を用意し計測・評価する。そして、これらの本研究で行った計測全体を総括することで、CBによる補強効果について、これまで業界で言われていることを本評価法で確認するとともに、新たな知見を見いだしたい。現在使用しているTHz-TDSシステムのTHz光源に帯域が犠牲になるものの、比較的高出力の得られるボータイタイプのPCスイッチを用いたところ、従来のダイポールタイプの2倍以上のTHz信号が得られた。SN比を稼ぐために従来、窒素パージをして計測を行っていたが、その必要性が薄れたため、窒素ガス台相当が浮いた形となっている。研究が遅れている理由で書いた通り、28年度の実験をやり直し、29年度予定の実験に必要な試料作製ならびに計測が十分にできなかったため。CB配合のゴム
幼少期特異的なオキシトシン神経系による社会性発達メカニズムの解明

幼少期の良好な母仔関係は仔の社会性を発達させる。本研究はその生理的メカニズムを明らかにするため、幼少期のオキシトシン神経系に着目した。幼少動物のオキシトシン受容体発現を調べた結果、成熟動物に比べて帯状回皮質により多くの受容体が発現していた。また、幼少期における帯状回皮質へのオキシトシン分泌は母親の存在によって増加し、その部位でのオキシトシン結合を阻害すると成長後に様々な社会行動や認知能力が変化した。本研究により社会性発達メカニズムの解明へ向けて大きな手掛かりを得た。社会的動物が繁殖能力や環境への適応能力を最大限発揮するためには、他個体に興味を示して適切に認知し、行動や生理反応を引き起こす“社会性"が必要である。本研究はそのような社会性が、良好な母仔関係により発達するメカニズムを解明するため、幼少期オキシトシン(OT)神経系の解剖学的特定、母性因子によるその活性化、幼少期のOTシグナルが社会性発達に及ぼす影響を明らかすることを目的に実施された。本研究では幼少期OT神経系の解剖学的特定のために、OT受容体プロモーターに蛍光タンパク質であるVenusを組み込んだ遺伝子改変マウスを用いた。生後14日齢と成熟後のマウスを比較した結果、成熟後と比べて生後14日齢の帯状回皮質にVenus発現細胞がより多く分布していた。幼少期特異的なOT神経系の存在が初めて直接的に示されたといえる。また、この幼少期のOT神経系の神経内分泌動態を調査した結果、生後14日齢の仔マウスを母マウスから隔離すると、帯状回皮質におけるOT含量が減少することや、その後母マウスとの接触時間に相関してOT含量が増加することが明らかとなった。母性因子の特定まではいたらなかったが、幼少期のOT分泌は母の存在によって促進されることが考えられた。さらに、OT阻害薬を徐放させるシートを生後4日齢のマウスの大脳裂孔に留置し、帯状回皮質へのOTシグナルを抑制した結果、この処置をうけたマウスは成熟後の社会的親和性や母性行動が減少し、社会記憶能力も阻害された。今後、幼少期特異的なオキシトシン神経系をさらに詳細に解析し、この神経系の活性化が帯状回皮質や他の脳部位の発達にどのような影響をもたらすかなどをさらに明らかにする必要がある。本研究では、良好な母仔関係により社会性が発達するメカニズムを解明するため、幼少期オキシトシン(OT)神経系の解剖学的特定や母性因子によるその活性化、幼少期のOTシグナルが社会性発達に及ぼす影響を調べる。本年度はまずOT受容体プロモーターに蛍光タンパク質であるVenusを組み込んだ遺伝子改変マウスを用い、成長に伴う脳内のVenus発現細胞分布パターンの変化を調べた。生後14日齢と成熟後のマウスを比較した結果、成熟後と比べて生後14日齢の帯状回皮質にVenus発現細胞がより多く分布していることが明らかとなった。このことから、これまで間接的に推測されていた幼少期特異的なOT神経系の存在が初めて直接的に示された。また、EVA樹脂によってOT阻害薬を約3週間程度徐放させる薄いシートを生後4日齢のマウスの大脳裂孔に留置し、帯状回皮質へのOTシグナルを幼少期特異的に抑制した。この処置をうけたマウスの成熟後の社会行動を調べた結果、社会的親和性、母性行動が減少し、社会記憶能力も阻害されることが明らかとなった。このことから、幼少期の帯状回皮質へのOTシグナルは社会性発達に重要な役割を果たすことが示唆された。本年度はさらに、仔マウスのOT内分泌動態における母マウスの効果を調べた。生後14日齢の仔マウスを母マウスから隔離すると、帯状回皮質におけるOT含量が1時間後には減少することが明らかとなった。以上、本年度の成果から、社会的動物がその繁殖能力や環境適応能力を発揮するための基盤となる"社会性"が良好な母仔関係によって発達する生理的メカニズムに、幼少期特異的なOT神経系が重要な役割を果たしていると考えられた。この知見は年々問題行動発生数が増加している家庭犬の育成方法など獣医畜産領域への適用だけでなく、育児放棄された乳児と成長後の精神疾患罹患率が高い相関を示すヒトの育児においても大きな意義がある。本年度は本研究は4つの大課題、すなわち、OT受容体-Venusノックインマウスの解析による幼少期OT神経系の特定、仔マウス脳におけるOT分泌動態の調査、帯状回皮質へのOT作用を幼少期特異的に阻害したマウスの解析、そして幼少期OTにより誘導される遺伝子発現の解析のうち3課題において実験が順調に進行しており、作業仮説をほぼ支持する結果を得た。本年度は上述したように4つの大課題のうち3課題で大きな成果を得たが、そのための実験に予定よりも多くの時間と労力を割いたため、幼少期OTにより誘導される遺伝子発現の解析を進めることができなかった。そのため今後はまずその課題を推進させる。

そして当初の計画通り、社会性発達における幼少期特異的なOT神経系の重要性をさらに検証するため、OTノックアウトマウスにOTを幼少期に投与し、成長後の社会行動の回復をみる実験などを実施する。また、帯状回皮質にOTを分泌させる母性因子の特定も試みる。さらに、社会性発達の人為的制御方法を探索するため、OTが含まれない、または生理的なレベルからより高濃度なOTまでを含有させた数種類の人工乳でマウスを育成して成長後の社会行動を調べる。次年度の研究費は主に本年度着手できなかった幼少期OTにより誘導される遺伝子発現解析のため、DNAマイクロアレイ解析費およびReal-time PCRの試薬費、さらにタンパク質発現変化まで調べるための免疫組織化学に用いる試薬費などに用いる。また、予定通り、行動実験のためのマウスの購入維持費や成果発表のための出張費などにも使用する。
運動神経様細胞株のイオンチャネルの発現の解析

筋萎縮性側索硬化症(ALS)等の運動神経変性疾患は神経細胞の変性死によっておきる難病である。我々はこの治療法の開発の可能性を神経栄養因子(neurotrophic factor:NTF)に求め、毛様体神経栄養因子(ciliary neurotrophic factor:CNTF)を用いて、Cashmanらによって樹立されたマウスの神経芽細胞腫と脊髄の運動神経のハイブリドーマNSC-34に対する生存延長作用について検討してきた。その結果無血清下で培養したNSC-34細胞はCNTFにより有意にその生存が延長された。低分子の化合物にこの運動神経様細胞の成長を促進するものがないか調べる目的で、インドで「知能長寿薬」として用いられているツボクサの配糖体に着目した。またイチョウやカシュウナッツの成分についても検討した。これらの成分は血清存在下でNSC34細胞の増殖を促進した。運動神経疾患の発症には細胞死のみならず神経伝達機能の阻害を起こす自己免疫疾患があり、自己抗体のターゲットとしてイオンチャネルの可能性が考えられる。NSC-34細胞におけるイオンチャネルの発現を、K^+チャネルについて検討した。電位依存性K^+チャネルはファミリーを形成しており、Kv1.1からKv1.6までの抗体を用いてNSC-34細胞のライセートのウエスタンブロットと細胞の免疫染色を行った。その結果これら6種のK^+チャネルがNSC-34細胞に発現していることが明らかとなった。RT-PCRによるKv1.2のmRNAの発現について検討した。NSC-34細胞よりtotal RNAを調製し、Kv1.1Kv1.6に特異的なprimerを作製し、RT-PCRを行ったところ、これら6種のmRNAが検出された。またパッチクランプ法によりNSC-34細胞のK^+電流が測定された。ウエスタンブロットにより個々のチャネルの定量を行った結果、Kv1.4が最も多く含まれていることが明らかとなった。我々はこの治療法の開発の可能性を神経栄養因子(neurotrophic factor : NTF)に求め、毛様体神経栄養因子(ciliary neurotrophic factor : CNTF)を用いて、Cashmanらによって樹立されたマウスの神経芽細胞腫と脊髄の運動神経のハイブリドーマNSC-34に対する生存延長作用について検討してきた。またこの作用はガングリオシドGM2によって増強された。GM2がCNTFレセプターの発現または結合能を増強することが示唆されたので抗CNTF抗体による免疫沈降を行いNSC-34細胞上に68kDaのCNTFレセプターを検出した。さらにGM2はCNTFの結合親和性を高めることを明らかにした。CNTFはIL-6ファミリーに属するサイトカインであり、これらはそれぞれに特異的な受容体と共通の受容体であるgp130を共有する。我々は免疫染色により、NSC-34細胞上にCNTFレセプターとgp130が共発現していることも証明した。今回は低分子の化合物にこの運動神経様細胞の成長を促進するものがないか調べる目的で、インドで「知能長寿薬」として用いられているツボクサの配糖体に着目した。ツボクサ配糖体は血清存在下でNSC34細胞の増殖を促進した。今後は無血清下でCNTFと同様の効果があるか、また他の神経細胞にも作用があるかについて検討していきたい。

筋萎縮性側索硬化症(ALS)等の運動神経変性疾患は袖経細胞の変性死によっておきる難病である。我々はこの治療法の開発の可能性を神経栄養因子(neurotrophic factor : NTF)に求め、毛様体神経栄養因子(ciliary neurotrophic factor : CNTF)を用いて、Cashmanらによって樹立されたマウスの神経芽細胞腫と脊髄の運動神経のハイブリドーマNSC-34に対する生存延長作用について検討してきた。今回は低分子の化合物にこの運動神経様細胞の成長を促進するものがないか調べる目的で、インドで「知能長寿薬」として用いられているツボクサの配糖体に着目した。またイチョウやカシュウナッツの成分についても検討した。これらの成分は血清存在下でNSC34細胞の増殖を促進した。運動神経疾患の発症には細胞死のみならず神経伝達機能の阻害を起こす自己免疫疾患があり、自己抗体のターゲットとしてイオンチャネルの可能性が考えられる。NSC-34細胞のイオンチャネルの発現を、今回はK^+チャネルについて検討した。電位依存性K^+チャネルはファミリーを形成しており、Kv1.1からKv1.6までの抗体を用いてNSC-34細胞のライセートのウエスタンブロットと細胞の免疫染色を行った。その結果これら6種のK^+チャネルがNSC-34細胞に発現していることが明らかとなった。今後はRT-PCRによるmRNAの発現や、パッチクランプによるK^+電流の測定、また個々のチャネルの定量を行ってどのチャネルが主に含まれているか検討していきたい。筋萎縮性側索硬化症(ALS)等の運動神経変性疾患は神経細胞の変性死によっておきる難病である。天然で神経栄養因子活性をもつものを探索した結果、インドで「知能長寿薬」として用いられているツボクサの配糖体や、イチョウやカシュウナッツの成分が血清存在下でNSC34細胞の増殖を促進した。NSC-34細胞のイオンチャネルの発現をK^+チャネルについて検討した。電位依存性K^+チャネルはファミリーを形成しており、Kv1.1からKv1.6までの抗体を用いてNSC-34細胞のライセートのウエスタンブロットと細胞の免疫染色を行った結果、これら6種のK^+チャネルがNSC-34細胞に発現していることが明らかとなった。今回はRT-PCRによるmRNAの発現について検討した。NSC-34細胞よりtotal RNAを調製し、Kv1.1Kv1.6に特異的なprimerを作製し、RT-PCRを行ったところ、これら6種のmRNAが検出された。またパッチクランプ法によりNSC-34細胞のK^+電流が測定された。
腹部外科における門脈・下大静脈再建に関する若干の実験的検討-とくに人工血管内皮化及び内皮細胞へのインスリン遺伝子導入について-

肝胆膵腫瘍外科における血管合併切除,血行再建に関して、イヌの門脈,下大静脈に挿入した各種代用血管およびその内皮化の有用性を検討し、人工血管の内皮化に際し、内皮へのインスリン遺伝子導入による血糖調節の可否を検討することが本研究の目的である。門脈,下大静脈に挿入した代用血管の開存性は同種静脈,ePTFE,内皮化代用血管の間に有意の差を認めなかった。また、インスリン遺伝子導入に関してはアデノウイルスベクターにヒトプロインスリン遺伝子を組み入れ、ヒト臍帯静脈内皮細胞で高い導入効率と蛋白発現を確認し、それを用いてストレプトゾトシン(100mg/kg)で作成した糖尿病ラットに経脾経門脈的に遺伝子導入を行ったところ、血糖値を低下させ、ストレプトゾトシン誘導型の糖尿病に随伴する低蛋白、低アルブミン血症を有意に改善させた。また、イヌを用いて膵全摘を行い、外科的糖尿病を作成すると輸液とインスリン皮下注を行っても血糖コントロールは不十分であり、経口摂取もできず一週間あまりで全例死亡したが、インスリン遺伝子のアデノウイルスベクターを経脾経門脈的に投与すると経口摂取良好で輸液も不要であり、長期生存が得られた。これらの結果からわれわれの作成したインスリン遺伝子アデノウイルスベクターのin vivoでの有用性を確認した。補足的に肝胆膵腫瘍外科における血行再建に関する実験的研究としてラットを用いた門脈遮断後の再潅流傷害に対する抗ICAM-1抗体の有用性を報告し、血管内皮細胞と好中球の接着に関してヘパリン様グリコサミノグリカンが抑制的に作用することなどを報告した。肝胆膵腫瘍外科における血管合併切除、血行再建に関して、イヌの門脈、下大静脈に挿入した各種代用血管およびその内皮化の有用性を検討し、人工血管の内皮化に際し内皮へのインスリン遺伝子導入による血糖調節の可否を検討することが本研究の目的であるが、イヌ門脈、下大静脈のグラスト挿入モデルで、同種静脈、ePTFE、内皮下ePTFEそれぞれの開存性を検討したところ、3ケ月間では有意差は認められなかった。この検討はその後も継続中である。なお門脈再建ではその成績を左右する遮断に伴う再潅流障害についても検討した。即ちICAM-1など接着分子関与を明らかにし、セレクチンを介した接着に対するヘパリン様グリコサミノグリカンの阻害作用を示した。アデノウイルスベクターにヒトプロインスリン遺伝子を組み入れ得たので、これを用いて、ヒト臍帯静脈内皮細胞に同遺伝子導入を行い、プロインスリンのm-RNA、蛋白の発現を確認した。また内皮細胞1個あたりの至適ウイルスベクター力価については2050plaque forming unit (PFU)/cellで発現蛋白が最大となり、余剰の投与はウイルスベクターによる細胞毒性増加を招くことが明らかとなった。現在はプロインスリン遺伝子を組み入れたアデノウイルスベクターでイヌ頚静脈内皮細胞にインスリン遺伝子を導入し、同内皮細胞を用いた内皮下ePTFEグラフトの門脈置換の効果を検討中である。肝胆膵腫瘍外科における血管合併切除、血行再建に関して、イヌの門脈、下大静脈に挿入した各種代用血管およびその内皮化の有用性を検討し、人工血管の内皮化に際し、内皮へのインスリン遺伝子導入による血糖調節の可否を検討することが本研究の目的である。平成8年度の研究成果として、門脈,下大静脈に挿入した代用血管の開存性は同種静脈,ePTFE,内皮化代用血管の間に有意の差を認めなかった。

また、イヌを用いて膵全摘を行い、外科的糖尿病を作成すると輸液とインスリン皮下注を行っても血糖コントロールは不十分であり、経口摂取もできず一週間あまりで全例死亡したが、インスリン遺伝子のアデノウイルスベクターを経脾経門脈的に投与すると経口摂取良好で輸液も不要であり、長期生存が得られた。これらの結果からわれわれの作成したインスリン遺伝子アデノウイルスベクターのin vivoでの有用性を確認した。補足的に肝胆膵腫瘍外科における血行再建に関する実験的研究としてラットを用いた門脈遮断後の再灌流傷害に対する抗ICAM-1抗体の有用性を報告し、血管内皮細胞と好中球の接着に関してヘパリン様グリコサミノグリカンが抑制的に作用することなどを報告した。
透明模型と屈折率整合を用いた船体付加物まわりの詳細流場計測法の開発

船舶の省エネルギー化として、船体に省エネ付加物を取付ける方法が考案されている。本研究では、省エネ付加物の1つであるダクトの高効率化を目指すため、ダクト模型を水と屈折率整合が可能な透明材料で製作し、ダクト外部および内部の詳細な流場を計測できる技術の開発を進めた。透明模型製作のため水の屈折率に近い材料を調査し、見つけることが出来た。さらにダクトのような3次元的な形状の成型方法を検討した。現状では3次元形状の製作は困難だったため、透明材料で製作した平板を用いて屈折率の違いによる流場計測への影響を調査したが差を見いだせなかった。引き続き本研究で検討した成型方法を改良し本流場計測技術の実用化を目指す。今日、省エネ効果を目的とした様々な船体付加物が考案されている。さらなる省エネ効果の向上を目指すためには、付加物周りの詳細な流れを把握する必要があるが、模型の壁によりレーザ光の届かない場所での流場計測は困難である。本研究では、水と屈折率整合が可能な材料で透明模型を製作し、省エネ付加物の1つであるダクト外部および内部(本来レーザ光が届かない場所)の詳細な流場を計測できる技術の開発を行う。そのために、まず水との屈折率整合が可能な透明および低屈折率の材料調査を行った。事前調査では、屈折率1.38のUV硬化型樹脂があることがわかっていたが、今回の調査により熱可塑性樹脂でUV硬化型の樹脂より水の屈折率に近い材料があることがわかった。UV硬化型樹脂より水の屈折率に近く、熱可塑性樹脂は加工がしやすいため、この熱可塑性樹脂を選定することにした。この熱可塑性樹脂を用いて厚みが異なる試験片を製作することにより、省エネ付加物の加工法の検討に必要な情報が得られた。本来選定した樹脂は厚さ200μm程度のフィルムの製作に使用されるものであるが、模型製作では強度を持たせるために数ミリの厚さが必要である。このため厚みを増したときの屈折率の変化が懸念されるので、厚さ2mmの試験片の屈折率の測定を行った。その結果、選定した樹脂は厚さ数ミリでも屈折率にほとんど変化がないことがわかった。また、微小な非屈折率整合の問題点の把握のために、水中での屈折の観測および光減衰率の計測を実施する準備を行った。船舶の省エネルギー化は、船体形状の改良による方法が限界に近づいているため、これに変わって省エネ付加物と呼ばれるプロペラ周辺や船体に装置や付加的形状を付加する方法が考案されている。船舶の省エネ付加物としては様々な原理や方式のものが考案されているが基本的には粘性抵抗の低減や推進効率の向上を狙ったものが多い。実際の省エネ付加物の省エネ原理と効果を確認し、その高効率化を目指すためには付加物による流れの変化を詳細に知る必要がある。今年度は、微小な非屈折率整合の問題点把握のため2mm厚の試験片を用いて水中での屈折の観測および光透過率の計測を実施した。これにより、厚肉の低屈折率材料の光特性を得ることができた。また、最終年度に実施する流場計測に用いる透明模型の形状の検討を行った。模型は比較的流れがわかりやすいNACAの対称翼を製作する予定である。透明模型の加工方法の検討を行ったが、低屈折率の透明材料は元々フィルムやシート専用の材料のため曲線を含む模型の成形加工を行うと表面の精度がフィルムなどと同等に得られず透明性が低下することがある。なので、これらを考慮して透明模型の製作が可能な業者および材料をさらに調査し、模型の試作検討および本製作を実施する業者を選定した。船舶の省エネルギー化は、船体形状の改良による方法が限界に近付いているため、プロペラ周辺や船体に装置や省エネ付加物を取付ける方法が考案されている。今年度は、平成26年度に製作した試験片の透明材料THVとは屈折率および成形方法が異なる透明材料CYTOPを用いて厚みの異なる試験片を製作し、材料、成形方法の違いによる透明性、残留応力の違いを比較した。また、曲率を含む3次元的な形状の成形方法を検討した。現状では、成形した模型の離型に改良が必要また、成形用の型がガラス製であることから3次元的な型の製作が困難なことによりダクトのような3次元的な形状の製作が困難であった。そこで、熱交換器の簡易モデルに見たてTHV平板を用いて矩形ダクトを組立て内部にアクリルの円柱を取付け、円柱から出るカルマン渦を小型回流水槽でPIVにより計測した。比較のため矩形ダクトを屈折率が高いアクリル板にし、PIV計測を行った。透明模型の屈折率の違いが流場計測に及ぼす影響をストローハル数の算出により行ったところ、ほぼ同じ値となり屈折率の違いによる流場計測への影響が見られなかった。

数ミリ厚の平板では、屈折率の違いによる流場計測への影響が見られなかったため、引き続き本研究で検討した水の屈折率にかなり近い透明材料の成形方法を改良し、ダクトのような3次元形状の透明模型製作および水との屈折率整合を用いた船舶試験水槽での流場計測を目指す。船舶の省エネルギー化として、船体に省エネ付加物を取付ける方法が考案されている。本研究では、省エネ付加物の1つであるダクトの高効率化を目指すため、ダクト模型を水と屈折率整合が可能な透明材料で製作し、ダクト外部および内部の詳細な流場を計測できる技術の開発を進めた。透明模型製作のため水の屈折率に近い材料を調査し、見つけることが出来た。さらにダクトのような3次元的な形状の成型方法を検討した。現状では3次元形状の製作は困難だったため、透明材料で製作した平板を用いて屈折率の違いによる流場計測への影響を調査したが差を見いだせなかった。引き続き本研究で検討した成型方法を改良し本流場計測技術の実用化を目指す。本年度は、透明模型の加工方法の検討および製作業者の選定にほとんどの時間を費やしてしまい、模型の製作まで至らなかった。ただし、透明模型の製作業者を選定し、模型製作の目途を立てることができた。工学昨年度実施できなかった模型の試作および本製作を早々に行い、下記の課題を実施する。(1)模型の試作および製作(2)可視化試験法の検討(3)回流水槽(パーソナルタンク)内での対称翼まわりの流場計測本年度は、透明模型の材料調査にほとんどの時間を費やしてしまい、微小な非屈折率整合の問題点の把握のための観測および計測まで至らなかった。ただし、次年度実施予定の透明模型の加工法の検討に必要な情報収集を始めることが出来た。当該年度に実施予定だった透明模型の製作まで至らなかった。そのため、次年度使用額が生じた。昨年度実施できなかった観測および計測を早々に行い、下記の課題を実施する。(1)微小な非屈折率整合の問題点の把握の観測および計測(2)省エネ付加物の加工法の検討(3)模型設計・製作翌年度に実施する透明模型の試作および本製作に基金と合わせて使用する。当該年度に使用予定だった透明材料より適した材料があることが調査の結果わかったので購入する材料を変更した。翌年度に実施する省エネ付加物の加工法の検討および模型の製作に基金と合わせて使用する。
エキシマレーザー照射時の高分子材料の表面温度予測手法の開発

高分子材料の微細加工技術として注目されるエキシマレーザー加工における加工メカニズムの検討のためには、加工面付近の温度上昇を予測、計測することが必要となる。エキシマレーザーはパルス幅数十ns程度の短パルスレーザーであるため、熱電対等を用いる従来の手法では温度上昇の正確な計測は不可能であり、表面温度の計測法は確立されていない。本研究では光学的な手法を用いた加工面付近の温度上昇予測手法を開発するとともに、エキシマレーザー照射時の高分子材料内温度上昇予測用の数値計算コードを開発しこれらの組み合わせにより加工面付近の温度上昇の予測手法を確立することを目的としている。第2年度の今年は、昨年度構築した光学系に基づく計測ならびに数値計算コードの開発を行った。計測ではポリエチレンを用いたが、計測用のHe-Neレーザー光の反射率の温度依存性から、表面温度計測の可能性が示された。また数値計算では、試料の溶融、蒸発過程を考慮し、試料のアブレーションに伴う遮光効果を含んだ計算コードの開発を行った。数値計算コードには幾つかのパラメータが含まれるため、これらは加工深さの実験結果との比較で補正を行った。実験結果との比較により、波長248nmのKrFレーザーを照射した場合については今回開発した熱的なモデルで現象をよく再現できることが明らかになった。本研究の第1年度である今年は光学系の構築、ならびに基礎測定を行った。光学系は主として加工用のエキシマレーザー、加工対象高分子材料、計測用のHe-Neレーザー、PINフォトダイオード、ならびにデジタルストレージオシロスコープから成る。He-Neレーザーの光をPINフォトダイオードで受け、その出力をオシロスコープで表示する。PINフォトダイオード(浜松ホトニクス、S5973)は遮断周波数が1.5GHz、オシロスコープも600MHz程度の性能を有するため、エキシマレーザー光照射に対する高速の応答に対して10ns以下の時間分解能で計測することが可能である。基礎計測により、照射時に材料が発する蛍光を計測可能であること、飛散物の遮蔽によるHe-Neレーザー光の減光特性が計測可能であることなどが明らかになり、来年度の温度計測への基礎の構築を行うことができた。
極限高純度めっきプロセスによるＣｕ配線ナノ構造制御と次世代ナノＬＳＩへの展開

次世代超低消費電力・超高速LSIの実現には、Cu配線の低抵抗率化が不可欠である。Cu配線は微細化ともに結晶粒が不均一・微細化するため、粒界電子散乱が顕在化し、抵抗率が著しく増大する問題があるが、これまで解決策は示されていない。研究者らは、めっき材料を高純度化するとともに、添加剤量を低減することにより、ナノ粒界を制御できて、粒径の均一・粗大化を促進できて、配線抵抗率を最先端デバイスに使用されている現状配線よりも30%以上低減できることを明らかにした。次世代以降のLSI性能は、Cu配線の導電性に支配される。超高純度めっきプロセスの極限を追求することにより、微細Cu配線の結晶粒径の均一・粗大化を図り、革新的高導電性を有するCu配線材料の基盤技術を開発する。1.最小線幅28nm,深さ60200nmのTEG設計と製作:最小線幅28nmレベル、深さ150200nmのTEGの設計を行い、製作した。2.超高純度めっき材料の開発:公称純度8Nの高純度Cuを水素プラズマ溶解精製し、1桁以上高純度のアノードおよび硫酸銅を作製した。3.均一・粗大粒Cu配線材料・プロセス技術の開発:添加剤フリーパルスめっき技術の予備検討を行い、幅70nm幅までの溝にはほぼCu膜を埋め込み可能であり、抵抗率も添加剤有りの場合に比べ、約16%低減できることを確認した。これ以下の配線溝中への埋め込み性については、溝形状、溝のアスペクト比、パルス条件の最適化を検討中である。また、高純度めっき材料を用いて8インチウエハ内30nm100nm溝中へのCu配線形成技術の検討を行い、埋め込み性および膜厚均一性等に問題の無いことを確認した。4. Cu配線中の微量不純物分析・ナノ構造評価:高純度めっき材料および現状純度めっき材料を用いて作製したCu膜中の不純物元素のGD-MS分析を行い、これらの間にある程度相関関係があることをつきとめた。しかし、数十ppbのレベルの元素も存在するため、分析結果のばらつきが大きいという問題があり、分析技術の高精度化に注力する必要がある。高純度めっき材料および現状純度めっき材料を用いて作製した幅50nmCu配線の長さ方向の高分解能TEM観察を行い、高純度Cu配線では現状純度配線に比べ、歪、不純物等の少ない、格子像が得られた。5. Cu配線評価技術:分子動力学およびメゾスケールシミュレーションを用い、溝上部に45度の開口部を設けることにより、開口部無しの場合に比べ、溝中の平均結晶粒径を約30%増大できる可能性のあることを示した。また、Cu配線中の酸素が結晶粒界に存在すると粒の粗大化を抑制することが分かった。層間熱伝導測定によるバリアメタルとCu膜の密着性の予備検討を行い、Cu膜でも熱抵抗の測定を行える装置および測定条件を明らかにした。さらに、X線回折により、Cuめっき膜の平均結晶粒径の測定を行い、添加剤の有無、パルスめっき時のバイアスの有無によるめっき膜の結晶粒径の経時変化を明らかにできた。1)2840nmレベルTEG構造の見直しおよび再設計ならに作製TEGの見直しおよび再設計を行い、作製した。2)超高純度めっき材料の開発Cu及びCoのHCl溶液中におけろ陰イオン交換樹脂への吸着挙動を元に、多段カラム陰イオン交換精製法によるCuの高純度精製を試み、精製効率を明確にした。さらに、多段カラムイオン交換精製法を用いて原料に比べ2桁以上の純度向上のを得たが、Cr,Siの汚染も明らかになった。これらの汚染対策および陰イオン交換反応の機構を明確にして、さらなる純度向上を図る。3)均一・粗大粒一層Cu配線材料・プロセス技術の開発パルス条件および配線溝形状の最適化を行い、幅60nm、深さ200nmの溝中へ添加剤フリーめっきによりほぼ完全にCuを埋め込むことができた。添加剤フリーCu配線の抵抗率は添加剤を用いて形成したCu配線よりも10%低いことを明らかにした。しかし、50nm配線溝への完全埋め込みには至らたかっか。めっきシミュレーションを行った結果、液流の改善により埋め込み性の向上が期待できるので最適液流の得られるめっき治具を開発し、50nm配線溝へのCu完全埋め込み技術の確立を行う。4)Cu配線の微量不純物分析・ナノ構造評価Cu配線の微量不純物元素のGD-MSによる元素分析技術を行い、アノードおよび硫酸銅溶液等めっき材料の高純度化によりCuめっき膜の純度が向上することおよび添加剤を除去するすることによりCuめっき膜の純度向上することを見出した。今後の課題として、分析値のばらつきの低減および分析精度の向上が挙げられる。

微細Cu配線底部と上部の高分解能TEM観察を行い、配線底部と上部における配向性の違い、すなわち前言の方が後言よりも微細粒であるが、配向性は高いことを明らかにした。分于動力学シミュレーションによりCu配線の結晶粒成長に及ぼす微量不純物元素、とくに酸素等のCu親和力の高い元素はCuの結晶粒成長を阻害することを明らかにした。また、新バリア材料を探索するため、Ru/Cu界面の安定性を第一原理計算により考慮し、Ru方立とCu方位の優先関係を明らかにした。特筆事項として、X線回折の高精度化により、幅100nmのCu配線溝中の平均結晶粒径とその分布を評価できることを初めて明らかにした。これらの結果はTEM観察結果とほぼ一致している。次の課題は、幅50nmCu配線の結晶粒径とその分布を明らかにすることである。1)2840nmレベルTEG構造の見直しおよび再設計ならびに作製TEGの見直しおよび再設計を行い、作製した。2)超高純度めっき材料の開発昨年度までに多段カラム陰イオン交換精製法によるCuの精製効果について明らかにした。本年度は、精製効率を更に向上させるために、より微量である金属イオンの陰イオン交換樹脂への吸着挙動について調査を行った。3)均一・粗大粒一層Cu配線材料・プロセス技術の開発50nm配線溝中への添加剤フリーめっきによる埋め込み性をアスペクト比の関数としてめっき流体シミュレーションを行った結果、完全埋め込みのためには、アスペクト比を3.0以下(実用LSIのアスペクト比は2.03.0)以下にする必要があることが分かった。今後は、最適アスペクト比のTEGを用い、ノズルジエット型アノード(噴流)を利用した微細溝中への添加剤フリーCu埋め込み技術あるいは不純物の極めて少ない添加剤を使用した添加剤レスめっきによる微細溝へのCuめっき膜の埋め込み技術の開発を早急に行い、4050nm幅の溝中への添加剤フリーあるいは添加剤レスの埋め込み技術を確立し、均一・粗大粒一層Cu配線材料・プロセス技術の開発を行う。4)Cu配線の微量不純物分析・ナノ構造評価配線幅が数十nmの配線の抵抗を決める因子を特定するため、このサイズの配線内部構造の深さ方向依存性の原子レベルでの解析を、透過型電子顕微鏡(TEM)を使った格子像の観察により行なった。その結果、高純度めっきで作製したCu配線ほど、また溝底部に近いところほど結晶方位が揃っていることを確認した。これは不純物が粒界偏析を起こし、これが粒界での欠陥形成の核となって各結晶粒の配向性を乱し、抵抗率の上昇を招く間接的な証拠と考えられる。分子動力学および第一原理計算により、低抵抗率新バリア材料を探索するための指導原理について検討した。今後は、指導原理に基づき低抵抗率バリア材の探索を行う。また、GDMSを用いて、添加剤有りおよび無しでめっきしたCu膜の微量不純物元素の定量分析を行い、後者の不純物が前者のそれに比べかなり低いことが分かった。今後は結晶粒界の不純物の解析を、収差補正型電子顕微鏡を用いて行う。1)28mm以細対応LSI対応Cu配線形成と抵抗率および信頼性の評価上記微細配線溝中への添加材フリーめっきを行い、高速アニール技術と組み合わせて現状プロセス(添加材有)で作製しCu配線の抵抗率よりも約30%低いCu配線を作製することに成功した。また、不純物の極めて少ないDially lamine添加材を開発し、これを用いて作製したCu配線の抵抗率は従来プロセス(添加材有)品に比べ約12%抵抗率を低減できることが分かった。しかし、上記添加材は分子量が多く、微細配線への埋め込み性に問題があることも判明した。今後低分子量の添加材を開発し、微細配線への埋め込み性と抵抗率について検討する。
照明空間とカメラを用いた演出連動型の情報配信

場所に応じて配信される情報をスマートフォン等の携帯型情報端末で受け取るために、意図的に調光される光源で照らされる物体等を付属のデジタルカメラで撮影した動画から情報を読み取る技術を開発した。この技術は、その場に設置されたLED照明の光源色を配信情報をコード化したパターンで調光し、動画からはその変化量を検出して復号化する事により、2次元バーコードや近接無線通信に代わる情報の配信手段を提供する。これは既存の可視光通信とは異なり光源の高速変調を必要とせず、標準的なイメージセンサでの読み取りを可能とするので、市販のカラーLED照明やカメラ付きスマートフォンの製品を用いて、送受信器を低コストに開発できる。平成24年度は,多色発光が可能なカラーLED光源を用いたデータの送受信方式に取り組んだ.送信器の機能として,RGBの各光源の輝度を一定以上に保ちながら多段階に変調する方式を開発した.この変調方式で生じる輝度と色合いの変化量は,人の視覚的な認知能力の観点から許容できる範囲内である事を実験的に確認し,データの配信だけでなく照明としての機能も果たせる性能を達成できた.データの伝送には,配信する情報単位の境界と色変調の上限値と下限値を自動的に検出できるように,時系列信号にヘッダ情報を設けるプロトコルを実装した.一方,受信器の機能としては,撮像素子の特性によって生じるクロストークを補正する手法,信号が変化する過渡状態における曖昧性の除去方法,およびブロック毎に受信した信号を条件付きの多数決によって推定する方式を開発し,信号の検出精度を向上させた.この送受信方式により,送信器としてのLED光源によって照らされる物体の表面特性に依存しない,安定した情報の復号が可能であることを実験的に確認した.最終的に得られた性能としては,短縮URLの表現に必要な約7バイトの情報を2秒という短時間で伝達できる性能が達成された.これらの成果は,デジタル調光式カラーLED照明を用いた情報配信機構と,デジタルカメラが搭載された市販のスマートフォンや携帯電話器を用いたアプリケーションとして配信情報を受け取るシステムを開発する際の基盤技術として利用する事ができる.「間接光に基づく情報の送受信機構」の研究目的に対しては,平成25年度は符号分割多重化に基づくデータ伝送を実現するために,Walsh符号を用いたカラーLED光源の調光に基づくデータ送信方式を開発した.技術的な貢献としては,複数の光源によって照らされた壁面等を撮影した動画から,各光源からの調光成分を分離して個別の強度を推定する機構を考案した.この技術により,各光源の位置と符号化のパターンを登録しておけば,カメラの撮影位置が光の変動情報を解析するだけで特定できる.したがって,床や壁面等のシーン内に局所的な特徴を検出できない状況においても,空間的な位置が把握できるロケーションセンサとしての機能も併せて搭載できるので,撮影位置と連動した情報配信が可能となる.この研究の成果は,マルチメディア,分散,協調とモバイル(DICOMO2013)シンポジウムで口頭発表した.前年度までに開発したLED光源の多段階調光を用いたデータ伝送方式は,電子情報通信学会の論文誌に採択され掲載された.本年度はこの手法をデジタルサイネージシステムに応用するために,透明な導光板の周囲にデジタル調光が可能なリボン型LED光源を張り巡らせたサインボードを独自に開発し,導光板表面にマーカで塗布される蛍光塗料から反射および透過される光の変動を解析して,伝送データを読み取る機構を開発した.「再構成可能なLED照明ユニットの開発」の研究目的に対しては,XBeeの無線通信で相互に情報交換が可能な照度センサ付きLED照明ユニットを開発し,Particle Swarm Optimizationと呼ばれる群知能に基づく自律分散型の制御方式を組み込んで,調光制御の安定性と収束速度の向上を達成した.この研究成果も,DICOMO2013シンポジウムで口頭発表した.場所に応じて配信される情報をスマートフォン等の携帯型情報端末で受け取るために、意図的に調光される光源で照らされる物体等を付属のデジタルカメラで撮影した動画から情報を読み取る技術を開発した。平成23年度は,1.情報伝送のための間接光の特性解明と制御機構の開発,2.再構成可能なLED照明ユニットの開発,3.低消費電力指向の調光用制御プロトコルの開発,および4.撮影画像系列からの照明光の変化パターンの推定を計画していた.1.に関しては,人間の視覚認知の影響を最も良く説明できる色空間を調査した結果に基づくRGB色空間との変換機構を開発した.また,2.で開発したLED照明を用いて調光による人の誘導実験を実施し,輝度と色温度の変化に対する人間の知覚特性を実験的に検証した.この実験結果は,LED照明を演出的な側面から捉える際の指針として用いられる.2.に関しては,市販のpicマイクロコントローラとLEDドライバを用いた,色温度の制御が可能な有線LAN通信機能が搭載された照明ユニットを10台開発して1.や4.の実験に用いた.

この開発品により,市販製品では不可能であった時間的解像度の高い調光が可能となるので,情報配信システムを開発するための重要な基盤設備となる.3.に関しては,2.で開発した照明ユニットを対象にインターネット用プロトコルを介した調光制御命令群を,JSONと呼ばれる軽量なデータ交換フォーマットに基づき設計した.また,撮影画像上で直接的に指定した輝度変化の値から,省エネ性能の優れた調光制御を自動計算する機構を開発した.4.に関しては,市販スマートフォンに搭載されたデジタルカメラを用いて,色相の時間的な変化に対する検出能力を実験的に調査した.実験結果により,LED光源に対するイメージセンサの動的な挙動が解明され,その特性は情報受信機構の設計の際に活用される.「情報伝送のための間接光の特性解明と制御機構の開発」に関しては,イメージセンサで観測される間接光の色特性を実験により調査してRGB光源色間のクロストーク現象が生じている事を確認し,その補正方法を導入した.また,光源からの光量が変化する際の過渡状態において生じる誤差の原因を究明し,観測した信号値を頑健に復号する機構を開発した.さらに,イメージセンサの画素を等分割したブロック毎に信号を復号させて,条件付きの多数決で復号する方式を開発し,配信情報の復号精度を向上できた.本方式の実用性を評価するために,提案したカラーLED照明の変調方式が人の視覚にもたらす影響,輝度変化と色合い変化の二種類の観点より評価し,それらの変化が識別困難であると報告されている範囲内に変化量を抑える事ができた.これらの成果は,2件の国内会議と1件の国際会議で口頭発表し,その成果をまとめたものを電子情報通信学会の論文誌に投稿した.「再構成可能なLED照明ユニットの開発」に関しては,ネットワーク型の接続トポロジーで構成される無線通信によって自律的な調光制御ができるLED照明ユニットを開発した.各ユニットには周波数帯域別に強度を計測できる照度センサを搭載し,各光源から照度センサに到達する光の割合(減衰率)を推定できる機構を開発した.さらに,外光やデスクライト等の他の照明が存在する環境においても,本照明システムの直下における屋内の明るさを所望の値に調整する機構を開発した.これらの成果は,2件の国内会議と1件の国際会議で口頭発表した.「情報伝送のための間接光の特性解明と制御機構の開発」に関しては,LEDのデジタル調光に特有の問題点を洗い出す事ができ,人間の視覚認知特性を考慮した調光方法に関しても,文献調査等により十分な知見と経験が得られた.また,LEDの色相変化に用いた制御命令と実際に照度計で観測される色相に間に生じる大きな誤差を実験的に確認し,LED調光制御に対する効率的な校正機構の開発の足がかりを得る事ができた.「再構成可能なLED照明ユニットの開発」に関しては,実際に10台の試作機を完成させ,正常動作を確認すると共に,実際に各種の実験に利用できた.「低消費電力指向の調光用制御プロトコルの開発」に関しては,その定量的な評価は不十分であるものの,設計した制御命令群を実際に実装して動作実験により有効性を確認できた.「撮影画像系列からの照明光の変化パターンの推定」に関しては,イメージセンサの色感度の遅延や自動色補正の影響等による特有の問題点を実験結果により洗い出す事ができ,その影響を考慮した調光制御とセンサ信号のフィルタリング等を次年度の課題として目標設定できた.
ヒト尿管を用いた小口径代用血管作製への基礎的研究および臨床応用について

現在,小口径の動脈血行再建術に対して用いる代用血管として,自家伏在静脈や自家動脈が第1選択として使用されている.これは自家血管より優れ,かつ操作性の良い人工血管が未だ開発されていないからである.しかし高齢化社会となり,動脈硬化性疾患の増加やさらには再手術症例の増加とともに,自家血管の使用が不可能な症例も少なからず存在し,今や小口径の代用血管の開発は緊急事といえる.今回われわれは,ヒト尿管を用いて,小口径の代用血管を作製し,動物への移植を試みた.対象と方法:代用血管の作製は,死後12時間以内のヒト尿管を患者家族の承諾を得て採取し,(II群)Polyepoxy compound(5%,20°C,48hr)にて処理、(III群)冠動脈バイパス術あるいは伏在静脈ストリッピング術時に採取した伏在静脈をPolyepoxy compound(5%,20°C,48hr)にて処理した後、各々をethanol溶液(40%)内に保存した2種類の内径34mmの代用血管を作製した.これら作製したductをgraft長2cmの代用血管として家兎(33.5kg)の頸動脈(径2mm)に移植した.これらの移植された代用血管を1カ月後,3カ月後,6カ月後に摘出し検討した.結果と考察:ヒト尿管は伏在静脈と対比して,分枝が無く,その処理は全く不要で,中枢や末梢側での口径差の無い均一なグラフトとなる.また,ヒト組織であるため,免疫学的に寛容である.ヒト尿管を用いて作製した代用血管は良好な開存性と良好な機能を兼ね備え,さらに摘出表摘出標本において,グラフト内面を覆う内皮様細胞の形成が認められた.さらにPolyepoxy compoundにて処理したgraft長5cmの代用血管についても家兎への移植実験を行ったが,良好な開存が認められた.以上から,ヒト尿管をポリエポキシ化合物(polyepoxy compound)で処理したグラフトは,自家血管にも劣らない,良好な代用血管となるものと期待された.操作性や長期開存性に優れた代用血管の開発に関する研究は,現在注目される1つの分野である.しかし,新鮮自家静脈あるいは自家動脈に優るような小口径の人工血管は開発されていないのが現状である.これまでわれわれは,保存ヒト尿管あるいは保存ヒト伏在静脈を用いて小口径の代用血管を作製し,実際に,動物への移植を試み,良好な結果を得てきた.すなわち,Polyepoxy compound試薬(5%,20°C,48Hr)にて処理し,Ethanol溶液(40%)内に保存した死体のヒト尿管あるいは術中採取のヒト伏在静脈を日本白色家兎の右または左頸動脈に移植し,1ヶ月後に摘出し,良好な開存と良好な新生内膜の形成を確認した.しかし,これらのgraftの長期開存性については不明であった.今回,長期開存性について,検討した.【対象と方法】作製したgraft(Polyepoxy compound処理ヒト尿管あるいはヒト伏在静脈,径3mm,長さ2cm)を日本白色家兎(n=4)の右または左頸動脈に移植した.吻合方法は,interposition法で,8-0 monofilament非吸収糸による2点支持の連続縫合にて行った.移植された代用血管を6ヶ月後に血管造影し,その後に摘出し,病理学的に検討した.【結果】6ヶ月後の血管造影において,Polyepoxy compound処理ヒト尿管は狭窄のない良好な開存が認められた.病理学的にも,graft上に連続した新生内皮の形成が認められた.一方,Polyepoxy compound処理ヒト伏在静脈では,血管造影上高度の狭窄あるいは閉塞が認められた.病理学的にも,吻合部の内膜肥厚は高度でgraft内腔に血栓の形成が認められた.【考察】ヒト尿管やヒト伏在静脈は,操作性や開存性に優れた代用血管と成り得,とくに,Polyepoxy compoundで処理したヒト尿管は,長期開存性にも優れた代用血管と成りうる可能性が証明された.現在,小口径の動脈血行再建術に対して用いる代用血管として,自家伏在静脈や自家動脈が第1選択として使用されている.これは自家血管より優れ,かつ操作性の良い人工血管が未だ開発されていないからである.しかし高齢化社会となり,動脈硬化性疾患の増加やさらには再手術症例の増加とともに,自家血管の使用が不可能な症例も少なからず存在し,今や小口径の代用血管の開発は緊急事といえる.今回われわれは,ヒト尿管を用いて,小口径の代用血管を作製し,動物への移植を試みた.対象と方法:代用血管の作製は,死後12時間以内のヒト尿管を患者家族の承諾を得て採取し,(II群)Polyepoxy compound(5%,20°C,48hr)にて処理、(III群)冠動脈バイパス術あるいは伏在静脈ストリッピング術時に採取した伏在静脈をPolyepoxy compound(5%,20°C,48hr)にて処理した後、各々をethanol溶液(40%)内に保存した2種類の内径34mmの代用血管を作製した.これら作製したductをgraft長2cmの代用血管として家兎(33.5kg)の頸動脈(径2mm)に移植した.これらの移植された代用血管を1カ月後,3カ月後,6カ月後に摘出し検討した.結果と考察:ヒト尿管は伏在静脈と対比して,分枝が無く,その処理は全く不要で,中枢や末梢側での口径差の無い均一なグラフトとなる.また,ヒト組織であるため,免疫学的に寛容である.

ヒト尿管を用いて作製した代用血管は良好な開存性と良好な機能を兼ね備え,さらに摘出表摘出標本において,グラフト内面を覆う内皮様細胞の形成が認められた.さらにPolyepoxy compoundにて処理したgraft長5cmの代用血管についても家兎への移植実験を行ったが,良好な開存が認められた.以上から,ヒト尿管をポリエポキシ化合物(polyepoxy compound)で処理したグラフトは,自家血管にも劣らない,良好な代用血管となるものと期待された.