hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非平面アミドオリゴマーの自己組織化構造とヘリックス表面の機能化

本研究課題では7-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造を有するアミドの非平面構造の構造特性を確立し機能分子マテリァルとして応用するために以下のことを実施した。自己組織的にヘリックス構造の柔軟性の制御の結果をふまえてヘリックス構造表面の機能化を行う。除放性一酸化窒素放出物質は持続的な一酸化窒素の放出を可能にし,一酸化窒素に由来する持生物活性(例えば血管内皮細胞増殖抑制による血管再狭窄の予防)の持続的な作用が期待できる注目の有機マテリアルである。そのため新たな機構でのNO放出物質を,アミド結合と同様に2-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造を用いて新たなS-トランスニトロソ化反応によるNO供与体(S-ニトロソチオール)の間接的な生成によりNO供与性を示すことを明らかにした。本反応は平面性N-ニトロソアミンでは起きず,また求核剤がイオウではなく窒素では起きない。またN-ニトロソー2-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタンは可視光によってN-NO結合の開裂が起きることがわかり,光照射による空間的時間的に制御したNOの放出が可能になりつつある。タンパク質やペプチド等のα-アミノ酸のオリゴマーの3次元構造は,アミド結合の剛性平面構造に由来する。アミド結合の平面性が、ヘリックス構造やストランド構造を誘起し、ペプチドの3次構造やさらに4次構造などの高次構造を作り出すと考えられている。水素結合の形成もアミド結合の平面剛性構造に起因した構造上の制約に由来する。一方,非平面構造をもつアミド結合を含むペプチド(オリゴマー)がヘリックス等の自己組織化した規則構造をとるかどうか、またその可能な規則構造の化学的性質・物理的性質は全く未知である。本研究課題は我々が最近発見したアミドの非平面化を引き起こす7-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造を組み込んだβ-アミノ酸のオリゴマーが自己組織化構造および高次構造をとるかどうか,さらにはヘリックス構造のような時個組織化を加速する可能性を調査することを目的とする。本年度は,非平面アミドオリゴマーの合成を一部実施して溶液構造を研究した。その結果,窒素ピラミッドペプチドオリゴマーの自己組織化構造(ヘリックス構造)をとり,しかも4量体でヘリックス1回転をとるシス構造とほぼ2量体で1回転するトランス構造の可能性を示唆するに至った。現在,他の置換基を有するアミノ酸誘導体の合成を行っている。非平面構造をもつアミド結合を含むペプチド(オリゴマー)がヘリックス等の自己組織化した規則構造をとるかどうか、またその可能な規則構造の化学的性質・物理的性質は全く未知である。本研究課題では我々が最近発見したアミドの非平面化を引き起こす7-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造を組み込んだβ一およびα一アミノ酸のホモオリゴマーが自己組織化構造および高次構造をとるかどうかを調査することを目的とする。窒素ピラミッドペプチドオリゴマーの自己組織化構造の可能性を研究する。本研究を実施し、キラル分子1S/1Rのホモオクタマー(8量体,n=8)が鎖長依存的にメタノール(アプロティック溶媒、水を入れてもCDスペクトルは変わらない)中で自己組織的にヘリックス構造を形成し,互いにエナンチオマーの関係にあり,オリゴマー鎖の長さ依存的に規則構造化の促進がCDで観察した。このヘリックス構造化の鎖長依存的な形成にみられる協同性(コーペラティビティ)を物性調査(熱安定性、pH依存性,溶媒極性変化)から詳細に調べ、構造の物理化学的性質を解明した。一方、ヘリックス表面の機能化を利用した機能性有機マテリアル(一酸化窒素放出オリゴマー,ヘリックス誘起剤など)の合成にもとづく分子マテリアル創製の基礎研究を展開するため、窒素ピラミッドN-ニトロソアミンの反応特性を調べ、自身は中性溶媒中でNOを発生することはないが、チオールとのS-トランスニトロソ化反応を起こすことを明らかにした。生成したS-ニトロソチオールからはNOが発生する。平滑筋弛緩作用を実際引き起こすことを示した。
レチノイドによる新たな発現制御メカニズムを介した肝癌抑制作用の解明

レチノイドはビタミンA様化合物の総称であり、網膜以外の組織では主に核内受容体RAR(retinoic acid receptor)を介して標的遺伝子の発現制御に関与している。本研究ではレチノイドの肝癌抑制作用について検討するため、TFPI2(tissue factor pathway inhibitor 2)に着目した。TFPI2は、血液凝固抑制作用に加え、細胞外マトリックスの分解抑制作用を持ち、癌の転移を抑制することが報告されている。研究代表者は、TFPI2がレチノイドの標的遺伝子であり、RARに加え、MAF(musculoaponeurotic fibrosarcoma)ファミリーに属する転写因子MAFBとMAFFが関与していることを見出した。その詳細について検討した結果、MAFBとMAFFはRARに対しそれぞれ正と負に作用し、レチノイドによるTFPI2の発現を増強あるいは減弱することが明らかになった。さらにこれらの転写因子は直接結合せず、それぞれがTFPI2遺伝子プロモーターに結合することで相互作用していることが示唆された。レチノイドによるTFPI2発現誘導が癌の浸潤活性に与える影響について検討したところ、肝癌細胞株HuH7では、レチノイドはTFPI2を介して癌細胞浸潤を抑制していることが明らかになった。さらにTFPI2をノックダウンした細胞株でマイクロアレイ解析を行い、パスウェイ解析を行った結果、細胞運動や血液凝固関連経路に異常を認めた。さらにMAFBあるいはMAFFをノックダウンした細胞のマイクロアレイ解析結果より、MAFBとMAFFはレチノイド代謝およびアディポカインシグナル経路において相反する機能を持つことが示唆された。またTFPI2やMAFB、MAFFの発現量は肝癌患者の予後を規定することが明らかになった。当該年度はまず、レチノイン酸受容体(RAR)aとmusculoaponeurotic fibrosarcoma(MAF)B、MAFFの相互作用を調べるため、Strepタグ融合RARa、FALGタグ融合MAFB、FALGタグ融合MAFF、それぞれの発現ベクターを作製し、それぞれのタグ抗体を使って免疫沈降ウェスタンブロット(IP-WB)を行った。トランスフェクション時間や細胞株を変え様々な条件でIP-WBを行ったが、両者の相互作用は認められなかった。またall-trans-レチノイン酸(ATRA)を添加した条件でも検討を行ったが、両者の結合は観察されなかった。このことからRARaとMAFB、MAFFは、細胞内で直接は結合していない可能性が示唆された。続いて、TFPI2遺伝子プロモーターの塩基配列を精査したところ、MAF認識配列が4数カ所予測された。また申請書に記載の通りRAR認識配列は見つからなかったが、RARはRGKTCAからなるハーフサイトが2回繰り返す塩基配列に好んで結合することが知られている。そこで再度TFPI2プロモーターの塩基配列を精査し直したところ、上記のハーフサイトが2箇所予測された。そこで、TFPI2プロモーターのレポーターベクターの、予測されたそれぞれの認識配列に、部位特異的変異導入法で変異を導入したミュータントレポーターを作製し、レポーターアッセイを行った。その結果、転写開始点から6塩基下流にMAF認識配列が、66塩基下流にRAR認識配列が、それぞれ存在することが明らかとなった。これらの結果から、MAFBおよびMAFFは、RARaと直接相互作用はしないものの、標的遺伝子のプロモーターを介して、RARaをそれぞれ活性化あるいは抑制していることが明らかとなった。本年度は、レチノイドによるMAFファミリーを介したTFPI2発現制御メカニズムの解明を目標としていた。具体的には、まずTFPI2プロモーター領域に存在する、発現制御に必要不可欠なRARaやMAFB、MAFFの認識配列を同定すること、さらにこの認識配列への両転写因子の結合やRARaとMAFBおよびMAFFとの直接的な相互作用これらに対するレチノイドの影響について明らかにすること、を目的としていた。研究計画当初の仮説とは異なり、RARaとMAFB、MAFFは直接的な相互作用はしないことが、今回の結果より示唆されたが、それぞれTFPI2プロモーター上に認識配列を持つことが明らかにすることができた。このような結果から、レチノイドによるMAFファミリーを介したTFPI2発現制御メカニズムについてはほぼ明らかにすることができたと考えている。まず、TFPI2と、RARα、MAFB、MAFFに対するshort hairpin (shRNA)発現ベクターを肝癌細胞株に導入し、それぞれの遺伝子発現がノックダウン(発現抑制)された細胞を得た。これらの細胞でTFPI2の遺伝子発現量を調べたところ、RARαあるいはMAFBのノックダウンによりTFPI2の発現量は有意に低下した。一方、MAFFのノックダウンによりTFPI2の発現は有意に上昇した。続いてトランスウェルを使って癌細胞の浸潤活性を調べたところ、レチノイドによる浸潤活性抑制効果は、TFPI2、RARα、MAFBのノックダウンによって有意に阻害された。一方、MAFFのノックダウンは、ATRAとは無関係に癌細胞浸潤活性を有意に増強した。次に、MAFBおよびMAFFの発現ベクターを作製し、肝癌細胞株に導入した。続いて薬剤選択を行い、安定的にMAFBあるいはMAFFを過剰発現する細胞株を得た。MAFBを安定的に過剰発現した細胞ではTFPI2の発現が有意に亢進し、一方、MAFFの安定発現細胞におけるTFPI2の発現は有意に抑制されていた。

本年度では、昨年度見出したTFPI2の転写制御に関わる因子(MAFB、MAFF)がレチノイドによる癌細胞浸潤活性に対する阻害効果にどのような影響を及ぼすのか明らかにすることを目的としていた。実際に、MAFBを発現抑制させると、TFPI2の発現は有意に亢進し、レチノイドによる癌細胞浸潤活性阻害作用は、有意に抑制されることを示すことができた。また逆に、MAFFの発現抑制により、TFPI2の発現亢進とともに癌細胞浸潤活性の増強を示すことができた。以上のことから、癌細胞の浸潤活性を制御するメカニズムとして、昨年度見出したAFBあるいはMAFFによるTFPI2の発現制御の重要性を明らかにすることができたと考えている。レチノイドはビタミンA様化合物の総称であり、網膜以外の組織では主に核内受容体RAR(retinoic acid receptor)を介して標的遺伝子の発現制御に関与している。本研究ではレチノイドの肝癌抑制作用について検討するため、TFPI2(tissue factor pathway inhibitor 2)に着目した。TFPI2は、血液凝固抑制作用に加え、細胞外マトリックスの分解抑制作用を持ち、癌の転移を抑制することが報告されている。研究代表者は、TFPI2がレチノイドの標的遺伝子であり、RARに加え、MAF(musculoaponeurotic fibrosarcoma)ファミリーに属する転写因子MAFBとMAFFが関与していることを見出した。その詳細について検討した結果、MAFBとMAFFはRARに対しそれぞれ正と負に作用し、レチノイドによるTFPI2の発現を増強あるいは減弱することが明らかになった。さらにこれらの転写因子は直接結合せず、それぞれがTFPI2遺伝子プロモーターに結合することで相互作用していることが示唆された。レチノイドによるTFPI2発現誘導が癌の浸潤活性に与える影響について検討したところ、肝癌細胞株HuH7では、レチノイドはTFPI2を介して癌細胞浸潤を抑制していることが明らかになった。さらにTFPI2をノックダウンした細胞株でマイクロアレイ解析を行い、パスウェイ解析を行った結果、細胞運動や血液凝固関連経路に異常を認めた。さらにMAFBあるいはMAFFをノックダウンした細胞のマイクロアレイ解析結果より、MAFBとMAFFはレチノイド代謝およびアディポカインシグナル経路において相反する機能を持つことが示唆された。またTFPI2やMAFB、MAFFの発現量は肝癌患者の予後を規定することが明らかになった。当初の計画通り今後は、RARとMAFB、、MAFFによる、TFPI2を介した癌細胞浸潤について検討を行う。具体的には、TFPI2、RARa、MAFB、MAFFそれぞれのshort hairpin RNA(shRNA)発現ベクターを購入し、HuH7細胞での発現抑制を検討する予定である。発現抑制が成功すれば、引き続き細胞浸潤アッセイを行う予定である。
TRPV4チャネルを介した体温調節機構の解明

transient receptor potential vanilloid4チャネル(TRPV4)は視床下部・正中視索前野での発現が報告されている非選択的カチオンチャネルであるが、これまでその役割はほとんど解明されてこなかった。特に、TRPV4発現ニューロンを可視化することが困難であったため、電気生理学的検討が全く進んでいなかった。そこで、申請者はテトラサイクリン応答性配列とテトラサイクリン感受性転写活性化因子を2A配列を用いて繋げたトランスジェニックマウスを作成した。この遺伝子改変マウスでは、TRPV4陽性細胞においてEGFPがプロモーター活性とは独立して無制限に発現することが期待されたが、実際にこのシステムはin vivoでは機能しておらず、EGFP発現は本来のTRPV4プロモーター活性に依存しているものと考えられた。そのため、ニューロンにおいてはEGFP発現をもとにTRPV4陽性細胞を見分けることができなかった。しかしながら、脈絡叢上皮細胞(CPEC)においては明確なEGFP発現を観察できた。CPECは脳室内に存在している細胞であり、脳脊髄液分泌を司っている。免疫染色を行った結果、深部体温下で活性化し得るTRPV4のCPEC脳室側での局在が示された。そのため、TRPV4は脳脊髄液分泌に影響するであろうことが考えられたが、これまでその分子機構は明らかにされでいない。これに加えて、これまで未発見であったCPECにおけるカルシウム活性化クロライドチャネルの存在を明らかにした。また、その分子実体が近年クローニングされたアノクタミン1であることも明らかとした。さらに、TRPV4の活性化に伴い流入したカルシウムによってアノクタミン1が強く活性化することをHEK293T細胞と単離したCPECにおけるホールセルパッチクランプ法によって明らかにした。TRPV4とアノクタミン1において証明された機能連関は他のカルシウム透過性チャネルにおいても同様であることが考えられるため、今後はCPECのみならず、アノクタミン1の好発部位である後根神経節や顎下腺、気管上皮などにおいてもこの機能連関の生理的役割が解明されていくものと期待される。TRPV4プロモーター活性に依存したEGFP発現マウスの作成に成功している。また、解明が滞っていた脈絡叢におけるTRPV4の生理的役割についてある程度迫ることができた。さらに、本研究において証明されたTRPV4とアノクタミン1の機能連関は、他のカルシウム透過性チャネルにおいても同様のことが想定されるため、脈絡叢上皮細胞のみならずアノクタミン1の好発部位である後根神経節や顎下腺、気管上皮においてもこの機能連関が関わる生理機能の解明が大いに期待される。つまり、本研究は当初の予想以上に研究対象の演繹へと繋がった。アノクタミンには10個のサブタイプがあり、それぞれカルシウム感受性に差があるなど性質が異なる。そのため、TRPV4を含めたカルシウム透過性チャネルとアノクタミンの機能連関について探索を進める。しかし、現時点ではアノクタミンに対する優れたリガンドは限られているので、今後数年間は比較的感受性の高いアンタゴニストが存在するアノクタミン1に焦点を絞った研究が主体になると考えられる。Transient Receptor Potential Vanilloid 4チャネル(TRPV4)発現細胞特異的にEnhanced Green Fluorescence Protein (EGFP)を発現する遺伝子改変マウス(TRPV4/EGFPマウス)を作成し、組織学的に解析を行った。また、TRPV4が高発現している脈絡叢上衣細胞(CPEC)においてカルシウムイメージング法およびホールセルパッチクランプ法により選択的TRPV4アゴニスト(GSK1016790A)に対する応答性を確認した。すなわち、TRPV4発現とEGFP発現が相関することが示された。そのため、TRPV4/EGFPマウスにおける解析により、これまで不明確であったネイティブプロモーター活性に依存したTRPV4の発現量が明らかとなった。また、TRPV4/EGFPマウスは、EGFP配列の上流にTetracycline Response Element (TRE)配列を持つため、Tetracycline Transactivator (tTA)をユビキタスに発現するマウスとの交配により、ネイティブプロモーター活性が弱い領域においてもEGFPを高発現させることができると期待される。また、マウスにおけるin vivoでの体温測定によって、野生型マウスで観察される寒冷刺激に伴う体温上昇は、実験前3日間の寒冷暴露(5°C環境)によって増強するが、TRPV4欠損マウスにおいてはその増強が減弱していることを発見した。実験前の寒冷暴露を1ヶ月間に延ばすとTRPV4欠損マウスであっても野生型マウスと同等の体温上昇を示すことも確認できた。以上より、TRPV4は体温調節機構において寒冷環境への適応に関わっていることが考えられる。すなわち、TRPV4を介した体温調節機構はヒトを含め恒温動物が過去に起こった地球寒冷化などの環境変化に適応できた基本的な生理的メカニズムであると思われる。transient receptor potential vanilloid 4チャネル(TRPV4)は視床下部・正中視索前野での発現が報告されている非選択的カチオンチャネルであるが、これまでその役割はほとんど解明されてこなかった。

この遺伝子改変マウスでは、TRPV4陽性細胞においてEGFPがプロモーター活性とは独立して無制限に発現することが期待されたが、実際にこのシステムはin vivoでは機能しておらず、EGFP発現は本来のTRPV4プロモーター活性に依存しているものと考えられた。そのため、ニューロンにおいてはEGFP発現をもとにTRPV4陽性細胞を見分けることができなかった。しかしながら、脈絡叢上皮細胞(CPEC)においては明確なEGFP発現を観察できた。CPECは脳室内に存在している細胞であり、脳脊髄液分泌を司っている。免疫染色を行った結果、深部体温下で活性化し得るTRPV4のCPEC脳室側での局在が示された。そのため、TRPV4は脳脊髄液分泌に影響するであろうことが考えられたが、これまでその分子機構は明らかにされでいない。これに加えて、これまで未発見であったCPECにおけるカルシウム活性化クロライドチャネルの存在を明らかにした。また、その分子実体が近年クローニングされたアノクタミン1であることも明らかとした。さらに、TRPV4の活性化に伴い流入したカルシウムによってアノクタミン1が強く活性化することをHEK293T細胞と単離したCPECにおけるホールセルパッチクランプ法によって明らかにした。TRPV4とアノクタミン1において証明された機能連関は他のカルシウム透過性チャネルにおいても同様であることが考えられるため、今後はCPECのみならず、アノクタミン1の好発部位である後根神経節や顎下腺、気管上皮などにおいてもこの機能連関の生理的役割が解明されていくものと期待される。TRPV4発現細胞にEGFPが発現していることを組織化学的に示唆した。また、TRPV4を高発現している脈絡叢上衣細胞においてカルシウムイメージング法とホールセルパッチクランプ法による測定を行った結果、EGFPの有無に関わらずTRPV4が機能的に発現していることを確認した。TRPV4プロモーター活性に依存したEGFP発現マウスの作成に成功している。また、解明が滞っていた脈絡叢におけるTRPV4の生理的役割についてある程度迫ることができた。さらに、本研究において証明されたTRPV4とアノクタミン1の機能連関は、他のカルシウム透過性チャネルにおいても同様のことが想定されるため、脈絡叢上皮細胞のみならずアノクタミン1の好発部位である後根神経節や顎下腺、気管上皮においてもこの機能連関が関わる生理機能の解明が大いに期待される。つまり、本研究は当初の予想以上に研究対象の演繹へと繋がった。本研究において作成した遺伝子改変マウスは、テトラサイクリン応答因子(TRE)の下流にEGFP配列が挿入されている。また、EGFPの翻訳と同時にテトラサイクリン転写活性化因子(tTA)が翻訳される。そのため、1回の翻訳後はTRE認識による転写活性によりEGFPを過剰発現させることが期待されていた。しかし、生体内においてこのシステムは機能していなかった。
高効率多目的排出担体創製へ向けた変異型MscLの電気生理、分子動力学的特性解析

排出担体の性能向上は微生物による物質生産における生産性の向上に寄与する。物質生産に有用な排出担体の特性を明らかにするため、MscLを基礎とした新規汎用的物質排出担体の創製を行う。手段として以下に示す4つの研究ステージを繰り返す。1開口性の向上したMscL変異体を作成し、代謝関連酵素増強株に導入する。2変異型MscL導入株の物質生産性を評価する3パッチクランプ法を用いた変異型MscLの機能解析4分子動力学シミュレーションを用いた変異型MscLの機能解析と変異型MscLのリデザイン排出担体の性能向上は微生物による物質生産における生産性の向上に寄与する。2変異型MscL導入株の物質生産性を評価する3パッチクランプ法を用いた変異型MscLの機能解析4分子動力学シミュレーションを用いた変異型MscLの機能解析と変異型MscLのリデザイン
マクロファージにおけるインターロイキン18(IL-18)産生の制御機構

IL-18は炎症・免疫反応において極めて重要な役割をしている。その作用はやや複雑でIFN-γのような強い炎症性サイトカインの誘導を通じて組織に損傷を引き起こす一方でIL-4,IL-13などの抗炎症性サイトカインを誘導する。このことはIL-18の産生とそのプロセシングの制御が重要な意味を持つことを示している。マクロファージは多量のIL-18前駆体を含んでおり、そのプロセシングは主にcaspase-1(ICE)によって起こると考えられている。しかしcaspase-1も前駆体の形で存在しており、多くの熱心な研究にもかかわらずその活性化の機序は不明のままである。in vivoの実験ではP.acnes処理マウスにLPSを投与すると30-50分の短いlag timeの後多量のIL-18が血中に遊離されるが、caspase-1遺伝子欠損マウスではそのようなことは起こらない。このことからIL-18を産生するマクロファージがP.acnes処理によって増加し、IL-18のプロセシングが急速なcaspase-1の活性化によって起こったと考えられた。このcaspase-1活性化の過程をブロックするかもしれないと考えられるようなantioxidantやtrypsin inhibitorなどをLPS投与直前に投与して調べたがIL-18の遊離を抑えることはできなかった。そこでP.acnesでelicitした腹腔マクロファージや肝クッパー細胞をin vitroでLPSその他の物質により刺激してみたが培養液へのIL-18遊離を起こすことはできなかった。しかしながら上皮系の細胞をIFN-γ、LPS、proteinase-3などで刺激すると多量のIL-18を遊離することが明らかになり(投稿中)、好中球由来のproteinase-3がなんらかの関与をする可能性が示された。現在このproteinase-3によるIL-18のプロセシングがcaspase-1の活性化を通じて起こるのかなどについて検討をしており、マクロファージによるIL-18の産生、プロセシングにも大きな示唆を与えるものと思われる。
遅発性喘息反応を惹起するT細胞の特性解析

抗CD3抗体及び抗CD3/CD28抗体で刺激したマウスT細胞クローンの培養上清を気管支平滑筋細胞包埋コラーゲンゲルに作用させたところ、マウスに移入・抗原チャレンジの施行により遅発型喘息反応を惹起するT細胞クローンの培養上清を作用させた場合にのみゲルの収縮が見られた。T細胞は活性化により、気管支平滑筋細胞を収縮させる物質を産出し、遅発型喘息反応の発症において大きな役割を担っていることが示唆された。喘息反応には、即時型喘息反応(IAR)と遅発型喘息反応(LAR)があることが知られている。IARの発症機序についてはよく理解されているが、LARについては様々な説があり不明な点も多い。本研究では、LARの発症機序の解明と新規治療ターゲットの同定を目指し、LARを惹起するOVA特異的T細胞クローンと、液性免疫の影響を排除したマウス喘息モデル系を用いて、LARを惹起するOVA特異的T細胞の特性解析、さらにLARの起因となる抗原特異的T細胞由来の因子の同定を行うことを目的とした。まず、OVA特異的T細胞クローン移入喘息モデルマウスを用いてT細胞クローンの特性解析を行った。LARを惹起するT細胞クローン、LARを惹起しないT細胞クローンを未処理BALB/cマウスに移入し、抗原となるOVAを経鼻チャレンジし、T細胞を起因とする喘息モデルマウスを作成した。抗原チャレンジ後に気道抵抗の測定を行い、抗原チャレンジ48時間後にマウスを犠殺し気管支肺胞洗浄液(BALF)を回収し、BALF中の単球・好中球・好酸球・好塩基球・リンパ球数を計測し、各種サイトカイン濃度をELISA法により測定した。現在、収集したデータの解析作業を進めるとともに、さらに多くのT細胞クローンの特性データの収集を行っている。また、LARの起因となるT細胞由来の因子の候補のリストアップと同定を目指し、LARを惹起するT細胞クローン、LARを惹起しないT細胞クローンを固相化抗CD3抗体と抗CD28抗体で活性化させ、活性化処理4時間後に細胞を回収、総RNAを抽出し、DNAマイクロアレイを用いて各T細胞クローンの遺伝子発現解析を行った。現在、解析作業を進めている。本研究は、LARの発症機序の解明と新規治療ターゲットの同定を目指している。LARの主要な症状の一つである気道閉塞は、主に気管支平滑筋細胞の収縮によるものと考えられているが、しかしながら、T細胞が気管支平滑筋細胞の収縮を引き起こすことができるかどうかについては明らかになっていない。そこで我々は、当研究室で樹立したマウスT細胞クローンを用いて、活性化T細胞クローンの培養上清中に気管支平滑筋細胞収縮因子があるかどうか、気管支平滑筋細胞包埋コラーゲンゲルを用いて検討した。抗CD3抗体、及び抗CD3/CD28抗体で刺激したT細胞クローンの培養上清を気管支平滑筋細胞包埋コラーゲンゲルに作用させたところ、マウスに移入・抗原チャレンジの施行によりLARを惹起するT細胞クローンの培養上清を用いた場合にのみ、ゲルの実収縮率は時間依存的に増加した。一方で、LARを惹起しないT細胞クローンの培養上清、また、刺激なしのT細胞クローンの培養上清を用いた場合では、ゲルは収縮しなかった。以上の結果から、T細胞クローンの気管支平滑筋細胞包埋コラーゲンゲル収縮活性は、LARの惹起と関連があることが明らかになった。T細胞は、活性化により気管支平滑筋細胞を収縮させる物質を産出し、LARの発症に対して大きな役割を担い得ることが示唆された。
日よけ感覚で設置可能な小形軽量安全な普及型太陽光発電システムに関する研究

現在,地球温暖化等の問題意識が高まり,太陽光発電がかなり身近なものになりつつある。しかし,太陽光はエネルギー密度が低いため,簡単に手に入り,安全で「日よけ感覚で手軽に設置できる」小形軽量安価な太陽光発電システムの実現と普及を目標に,太陽電池パネルと一体化できる小形軽量のパワーコンディショナーの開発を目的に基礎研究を行ってきた。本研究の実績は以下の通りである。1.パワーMOSFETによりパワーコンディショナの心臓部である共振形コンバータの基本回路を試作し,パルス幅制御と周波数制御の組み合わせによる出力電圧制御を行った場合のソフトスイッチング(ゼロ電圧スイッチング)動作条件を明らかにした。また,スイッチング周波数の限界は,主としてフォトカプラの応答性によって決まり,現状では500kHz程度が限界であることが明らかになった。2.コンバータの出力段の回路が,パワーを双方向に伝える能力がない場合には,出力ACフィルタを小形にすると出力電流のひずみが大きくなることが,シミュレーションにより明らかになった。3.高周波トランス,共振コイルについて,数十k数MHz Hzにおいて種々の条件で損失の測定を行い,トランスとコイルの設計パラメータと損失の関係を明らかにした。これにより,損失を考慮したトランス,コイルの設計法および損失の低減法に関する指針が得られた。また,回路の小形化のために,共振回路とトランスを一体化する手法に関する指針が得られた。4.太陽光発電システムの動作特性を再現性よく調べるようにするために,太陽電池の動作特性を模擬する回路を試作した。この結果,光の変化を模擬する太陽光モデルと組み合わせることにより,フィールドテストに入る前に,最大電力追従制御などの太陽光発電システムの性能を評価できるようになった。5.太陽電池と小形軽量のパワーコンディショナを組み合わせたシステム全体の試作および実験については,共振形コンバータの出力電流波形改善の検討に手間取り,今後の課題として残された。本研究は,太陽光発電用絶縁式パワーコンディショナの小形化・軽量化に関して1つの指針を与え,日よけ感覚で手軽に利用できる太陽光発電システムの実現に道を開いた点で有意義と考える。本研究が,自然エネルギー利用の普及および発展の一助となれば幸いである。しかし,太陽光はエネルギー密度が低いため,簡単に手に入り,安全で「日よけ感覚で手軽に設置できる」小形軽量安価な太陽光発電システムの実現と普及を目標に,太陽電池パネルと一体化できる小形軽量のパワーコンデイショナーの開発を目的に基礎研究を行ってきた。本年度の研究実績は以下の通りである。1.パワーコンディショナの心臓部である共振形コンバータを試作し,パルス幅制御と出力周波数制御の組み合わせによる出力電圧制御を行った場合のソフトスイッチング(ゼロ電圧スイッチング)動作条件を明らかにした。2.スイッチング素子(FET)ドライブ回路と制御回路の絶縁を行うために用いているフォトカプラの応答性により,500kHz程度が動作限界であることが明らかになった。3.300k500kHzで動作するコンバータにより,正弦波出力電圧を得るための出力電圧制御回路を試作し,実験により良好な電圧波形が得られることを確認した。4.コンバータの駆動周波数が高くなるほど,ソフトスイッチング制御レンジが狭くなり,正弦波電圧出力波形を得るのが困難になることが明らかになったので,高周波駆動時のソフトスイッチングレンジの拡大法について検討し,次年度に向けての指針を得た。

5.高周波トランス,共振コイルについて,数十k数MH z Hzにおいて種々の条件で損失の測定を行い,トランスおよびコイルの設計パラメータと損失の関係を明らかにした。これにより,損失を考慮したトランス,コイルの設計法および損失の低減法に関する指針が得られた。6.また,回路の小形化の観点から,共振回路とトランスを一体化する手法に関する指針が得られた。3.太陽光の変化を模擬する計算機シミュレーションにのせるための太陽光変化モデルを構築し,動作確認を行った。また,太陽電池模擬システムも構築した。さらに,光太陽光変化データ,最大電力追尾アルゴリズムに関する文献を調査し,実験方法に関する指針が得られた。現在,地球温暖化等の問題意識が高まり,太陽光発電がかなり身近なものになりつつある。しかし,太陽光はエネルギー密度が低いため,簡単に手に入り,安全で「日よけ感覚で手軽に設置できる」小形軽量安価な太陽光発電システムの実現と普及を目標に,太陽電池パネルと一体化できる小形軽量のパワーコンディショナーの開発を目的に基礎研究を行ってきた。本研究の実績は以下の通りである。1.パワーMOSFETによりパワーコンディショナの心臓部である共振形コンバータの基本回路を試作し,パルス幅制御と周波数制御の組み合わせによる出力電圧制御を行った場合のソフトスイッチング(ゼロ電圧スイッチング)動作条件を明らかにした。また,スイッチング周波数の限界は,主としてフォトカプラの応答性によって決まり,現状では500kHz程度が限界であることが明らかになった。3.コンバータの出力段の回路が,パワーを双方向に伝える能力がない場合には,出力ACフィルタを小形にすると出力電流のひずみが大きくなることが,シミュレーションにより明らかになった。4.高周波トランス,共振コイルについて,数十k数MH z Hzにおいて種々の条件で損失の測定を行い,トランスとコイルの設計パラメータと損失の関係を明らかにした。また,回路の小形化のために,共振回路とトランスを一体化する手法に関する指針が得られた。3.太陽光発電システムの動作特性を再現性よく調べるようにするために,太陽電池の動作特性を模擬する回路を試作した。この結果,光の変化を模擬する太陽光変化モデルと組み合わせることにより,フィールドテストに入る前に,最大電力追従制御などの太陽電池システムの性能を評価できるようになった。4.太陽電池と小形軽量のパワーコンディショナを組み合わせたシステム全体の試作および実験については,共振形コンバータの出力電流波形改善の検討に手間取り,今後の課題として残された。本研究は,太陽光発電用絶縁式パワーコンディショナの小形化・軽量化に関して1つの指針を与え,日よけ感覚で手軽に利用できる太陽光発電システムの実現に道を開いた点で有意義と考える。
軽度認知機能障害患者の早期診断法の開発:心理物理学的,電気生理学的研究

【目的】アルツハイマー病(AD)に特徴的な視空間認知障害を詳細に検討できる運動視刺激を用いた心理物理学的閾値測定および事象関連電位(ERP)により、非侵襲的に簡便に軽度認知機能障害(MCI)の潜在的な視空間認知(運動認知)障害を見出すことで、ADに移行する可能性があるMCIを早期に診断し早期治療に貢献する。【方法】昨年度は、健常老年者とMCI患者において、黒色の背景画面上に400個の白色ドットからなる水平方向(HO)、放射状方向(OF)運動刺激を呈示し、共同運動レベル(5-70%)を変えて、HOの動き方向の判別(左/右)[HO(L/R)]、OFの動き方向の判別(湧き出し/吸い込み)[OF(IN/OUT)]および中心位置の判別(左/右)[OF(L/R)]の課題を行い、運動認知閾値を測定した。またHOおよびOF刺激を呈示しERPを記録した。その結果、MCI患者では健常者に比べOF(L/R)で特異的に認知閾値が上昇し、OFに対するERP反応も低下することが明らかになった。本年度は、AD患者20名、その他の認知症(前頭側頭型認知症(FTD)1名、脳血管性認知症(VD)1名、レビー小体型認知症(DLB)1名、混合型認知症(Mixed)3名)患者およびうつ病患者2名に同刺激を用いて運動認知閾値を測定した。【結果】AD患者はMCI患者に類似しOF(L/R)で特に閾値が高い傾向があったが、DLB患者とMixed患者は全ての刺激に対する閾値の上昇を認めた。FTD患者、VD患者やうつ病患者では全刺激で明らかな閾値の上昇は認めなかった。すなわち、OF(L/R)で他の刺激に比べ閾値が上昇しやすいというMCIでの特徴は、AD以外の疾患では認められなかった、【結論】種々の運動視刺激を用いた心理物理学的閾値測定により、MCIを早期に見出すことができる可能性が示唆された。今回、MCI以外の認知症に対してERPを行うことはできなかったが、より客観的なERPを用いることで、より客観的な指標を見出せる可能性があり、今後ERPによる検討を行っていく予定である。【背景】視覚情報は一次視覚野(V1)から頭頂葉に至る背側路(運動視,立体視)とV1から下側頭葉に至る腹側路(形態視,色認知)により並列処理される.アルツハイマー病(AD)患者では背側路の障害のため,迷子の原因の1つである視空間認知障害が病初期から認められる.ADの根本的治療法はまだ確立していないため,ADの前駆段階である軽度認知機能障害(MCI)患者を早期に診断し治療を開始することにより,ADへの移行・進行を抑制する必要がある.【目的】視空間認知(背側路)障害を詳細に検討できる運動視刺激を用いた心理物理学的閾値測定および事象関連電位(ERP)により,非侵襲的に簡便にMCIの潜在的な視空間認知(運動認知)障害を見出す.それによりADに移行する可能性があるMCIを早期に診断し,早期治療に貢献する.【方法】対象は健常若年者,老年者各15名,MCI13名.黒色の背景画面上に400個の白色ドットからなる水平方向(HO),放射状方向(OF)運動刺激を呈示し,共同運動レベル(5-70%)を変えて運動認知閾値を測定した.次に90%共同運動レベルのHO,OF刺激およびランダム運動(RM)刺激を呈示し,頭頂・後頭部よりERPを記録した.【結果】運動認知閾値は加齢で低下し,OF刺激で老年者に比べMCIがより低下した.ERPではRMとHO刺激で頭頂・後頭部を中心にN170が記録され,OFでN170とP200が記録された.加齢によりN170,P200の振幅が低下し,MCIではOFに対する反応低下が老年者より著明だった.若年者ではOFのN170,P200はランダム運動に順応しないが,老年者,MCIでは著明に反応が低下した.【今後の課題】今回の結果から,MCIでは健常者に比べOF刺激に対する認知閾値が上昇し,ERP反応が低下することがわかった.従って,これらを指標にMCIを早期に診断できる可能性が示唆された.今後は,その他の認知症(前頭側頭型認知症や脳血管性認知症)患者に同課題を行い,今回得られた結果がMCI患者に特異的であるかを検討していく.【目的】アルツハイマー病(AD)に特徴的な視空間認知障害を詳細に検討できる運動視刺激を用いた心理物理学的閾値測定および事象関連電位(ERP)により、非侵襲的に簡便に軽度認知機能障害(MCI)の潜在的な視空間認知(運動認知)障害を見出すことで、ADに移行する可能性があるMCIを早期に診断し早期治療に貢献する。【方法】

昨年度は、健常老年者とMCI患者において、黒色の背景画面上に400個の白色ドットからなる水平方向(HO)、放射状方向(OF)運動刺激を呈示し、共同運動レベル(5-70%)を変えて、HOの動き方向の判別(左/右)[HO(L/R)]、OFの動き方向の判別(湧き出し/吸い込み)[OF(IN/OUT)]および中心位置の判別(左/右)[OF(L/R)]の課題を行い、運動認知閾値を測定した。またHOおよびOF刺激を呈示しERPを記録した。その結果、MCI患者では健常者に比べOF(L/R)で特異的に認知閾値が上昇し、OFに対するERP反応も低下することが明らかになった。本年度は、AD患者20名、その他の認知症(前頭側頭型認知症(FTD)1名、脳血管性認知症(VD)1名、レビー小体型認知症(DLB)1名、混合型認知症(Mixed)3名)患者およびうつ病患者2名に同刺激を用いて運動認知閾値を測定した。【結果】AD患者はMCI患者に類似しOF(L/R)で特に閾値が高い傾向があったが、DLB患者とMixed患者は全ての刺激に対する閾値の上昇を認めた。FTD患者、VD患者やうつ病患者では全刺激で明らかな閾値の上昇は認めなかった。すなわち、OF(L/R)で他の刺激に比べ閾値が上昇しやすいというMCIでの特徴は、AD以外の疾患では認められなかった、【結論】種々の運動視刺激を用いた心理物理学的閾値測定により、MCIを早期に見出すことができる可能性が示唆された。今回、MCI以外の認知症に対してERPを行うことはできなかったが、より客観的なERPを用いることで、より客観的な指標を見出せる可能性があり、今後ERPによる検討を行っていく予定である。
消滅処理用模擬酸化物燃料の熱力学的性質に関する研究

ThO_2,UO_2,NpO_2およびPuO_2試料の格子定数は絶対温度の三次式で表わすことができた。アクチノイド二酸化物の線熱膨張係数は、1200Kではその融点に反比例した。しかし、室温ではUO_2の線熱膨張係数がNpO_2やPuO_2の線熱膨張係数より大きくなるという興味ある結果を得た。室温でのUO_2の線熱膨張係数の異常な挙動は、そのデバイ温度が他の試料と比べ、低いことに起因していると思われる。NP_yU_<1-y>O_<2+x>(y=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1.0)、NP_yPu_<1-y>O_<2+x>(y=0,0.05,0.1,0.2,0.5)、(Pu_yU_<1-y>)O_2(y=0,0.02,0.03,0.05,0.08,0.10)固溶体の格子定数は絶対温度の三次式で表わせ、温度と共に滑らかに増加しており、相転移等は見られなかった。上記固溶体の熱容量を熱カ学の関係式C_p=(βV)/(κ_aγ)、測定された熱膨張データと機械的性質から推定した。UO_2の熱容量の誤差は実測値の±5%以内であることが判った。また、いずれの固溶体においても推定値は実測値とほぼ同一の温度依存を示した。プルトニウムをドープした試料においては濃度が4at%、トリウムをドープした試料においては2at%付近で格子定数の異常があると従来報告されていた。しかし、本実験ではこのような異常は見られず、定比(M_yU_<1-y>)O_<200>(M=Pu,Th,La)試料の格子定数はドープ量Mの増加と共に直線的に変化した。添加金属元素がプルトニウム、トリウム、ランタンのいずれの場合においても、ドープ量に対する格子定数の変化率の本実験値は、剛体球モデルを仮定し、ランダムに添加元素が分布しているとして求めたPu^<4+>(またはPu^<3+>)およびTh^<4+>の理論値、補正されたLa^<3+>の理論値とほぼ一致した。消滅処理用酸化物燃料設計において、TRUの熱膨張は重要な熱力学パラメーターの一つである。本研究では、Np_yPu_<1-y>O_

<2+x>(y=0,0.05,0.1,0.2,0.5)試料の格子定数を高温X線回折装置にて、室温から1273Kの温度範囲で、空気中とHe-8%H_2ガス中で測定し、これら混合二酸化物試料の線熱膨張を求めると共に、熱容量データの推定評価を試みた。(1)空気中とHe-8%H_2ガス中で測定した固溶体の格子定数から、空気中で加熱したときは定比組成であること、1100K以上の高温で、He-8%H_2ガス中で加熱したときは極くわずかに亜定比となることが明らかとなった。1273Kでの酸素欠陥量は約x=0.003であることを推定した。(2)室温における固溶体の格子定数はネプツニウムの増加と共にほぼ直線的に増加し、Np_yPu_<1-y>O_<2+x>(y=0.5)の格子定数は理想固溶体の計算値よりわずかに大きい。これはPu^<4+>とNp^<4+>との間に相互作用が存在するためである。(3)固溶体の線熱膨張は高温ではネプツニウム量の増加と共に減少した。これは二酸化ネプツニウムの線熱膨張が二酸化プルトニウムの値より小さいことと一致していた。(4)固溶体の熱容量を熱力学の関係式C_p=βV/κaγ、測定され熱膨張データと機械的性質から推定した。推定値は文献値より20%大きかったが、計算値が実測値とほとんど同一の温度依存を示していること、固溶体の値がネプツニウム量の増加と共に減少していることが明らかとなった。消滅処理用酸化物の熱膨張は、熱容量や熱伝導率などと並び燃料設計に重要な熱的パラメーターの一つであるため、多くの研究者により代表的なアクチノイド二酸化物(ThO_2,UO_2,NpO_2,PuO_2)の熱膨張は測定されているが、これら二酸化物固溶体の熱膨張の測定データはほとんどない。そこで、本研究では、定比(U_<1-y>Pu_y)O_<2.00>(y=0,0.02,0.03,0.05,0.08,0.10)固溶体試料の熱膨張を調べるため、試料の格子定数を高温X線回折装置にて、室温から1273Kの温度範囲で、50%CO/CO_2ガス中で測定した結果、以下の結論を得た。(1)いずれの組成においても格子定数は温度と共に滑らかに増加しており、相転移等は見られなかった。(2)室温から1273Kの温度範囲で、(U_<1-y>Pu_y)O_<2.00>固溶体の格子定数はプルトニウム濃度の増加と共に直線的に減少し、理想固溶体であるベガルド側に従った。また、その傾きは剛体球モデルでほぼ見積もることができた。(3)高温では、固溶体の線熱膨張(LTE)はプルトニウム量の増大と共に減少した。(4)測定された熱膨張データと機械的性質から、熱力学の関係式を用い、固溶体の熱容量を推定した。推定値は文献値より小さかったが、文献値とほぼ同一の温度依存性を示した。
ソラマメ孔辺細胞細胞膜局在性H^±ATPアーゼの発現と活性調節機構に関する研究

気孔は、蒸散速度、光合成速度、大気汚染ガス等の有害物質の体内への侵入を調節しており、高等植物の恒常性の維持を担う重要な器官である。気孔は一対の孔辺細胞からなっており、この細胞の体積が変化することが気孔開度を決定する大きな要因となっている。孔辺細胞の体積の変化は、細胞膜に局在する様々なイオンチャンネルによって調節されており、その中でもH^+-ATPase(MHA)は孔辺細胞のイオン輸送の原動力となる膜ポテンシャルの形成や水素イオン濃度勾配の形成を行っている蛋白質である。本研究は気孔の開閉制御機構を解明する一貫として孔辺細胞MHAの構造と活性調節機構を明らかにする目的で、そのcDNAのクローン化を行なった。ソラマメ表皮の孔辺細胞プロトプラストからPoly(A)^+RNAを単離し、λgt10をベクターとして、孔辺細胞のcDNAライブラリーを構築した。既知の細胞膜局在性ATPaseに共通して存在するアミノ酸配列からPCRプライマーを合成し、孔辺細胞由来のcDNAを増幅した。増幅されたDNAをプローブとして、cDNAライブラリーを選抜した。その結果、23個の陽性クローンを得た。これらのクローンの部分塩基配列を解析した結果、少なくとも3つのグループからなり、そのうちの二つのグループの塩基配列は既知のMHAと高い相同性を有していた。したがって、ソラマメ孔辺細胞には少なくとも2つ以上のMHAが存在していると考えられる。次に最も長いクローン(vhal)の塩基配列を決定した。vhalは3319bpの塩基配列からなり、956個のアミノ酸をコードしており、シロイヌナズナのMHAとアミノ酸レベルで85%の相同性を有していた。vhalをプローブとしたノーザン分析の結果、MHAは葉肉細胞に比べ、孔辺細胞で約15倍強く発現していた。従って、孔辺細胞の高いイオン輸送能力は、MHAの発現が高いことが原動力となっていると思われる。
圧電素子を用いた動圧形スラスト気体軸受すきま形状のアクティブ制御

本年度は、昨年度設計した動圧形ステップスラスト気体軸受試験装置の一部設計変更(ロータ寸法および軸受取付用アタッチメントの考案)を行い、さらに製作に取りかかった.回転軸は軸振動と伝達出力損失を最小限に抑えるために、ビルトインモータによって駆動され、モータの冷却はハウジングに設けた溝をとおして水冷で行うようにした.回転軸はセラミックス製アンギュラー玉軸受によってラジアル方向に支えられ,上部玉軸受には定位置予圧機構を、また下部玉軸受には定圧予圧機構を設けた.製作した駆動装置を用いて軸の駆動実験を行った結果、20000(rpm)まで振動を起こすことなく連続的に駆動できることを確認した.試験軸受部は固定形ステップおよび圧電アクチュエータを用いた可変形ステップ軸受形式とし、パッド枚数=3、パット、"弧角=58度、パッド外形30(mm)、最大ステップ高さ=10(μm)である.軸受部は現在製作中であり、来年度上期には完成の予定である.一方、圧電アクチュエータをアクディブ制御するためのコントローラを設計・製作し、軸受部をバネ-ダシュポットで置き換えた仮想軸受モデルを作成して、すき間の制御実験を行うと同時にばね定数、減衰係数などをシステム同定法によって推定することに成功した.以上に述べたように試験装置は年度内に完成には至らなかったが、90%以上仕上がっており、来年度上期には軸受の静・動特性実験およびステップ形状のアクティブ制御実験が実施できる見込みである.実験装置の製作と平行して、ステップ部における潤滑気体の慣性効果や圧縮性の影響を考慮したステップスラスト気体軸受の流体潤滑理論を新たに構築し、その静・動特性並びに軸受部の振動解析を行いステップ形状とこれらの軸受特性との関係を理論的に明らかにした.本年度は、昨年度設計した動圧形ステップスラスト気体軸受試験装置の一部設計変更(ロータ寸法および軸受取付用アタッチメントの考案)を行い、さらに製作に取りかかった.回転軸は軸振動と伝達出力損失を最小限に抑えるために、ビルトインモータによって駆動され、モータの冷却はハウジングに設けた溝をとおして水冷で行うようにした.回転軸はセラミックス製アンギュラー玉軸受によってラジアル方向に支えられ,上部玉軸受には定位置予圧機構を、また下部玉軸受には定圧予圧機構を設けた.製作した駆動装置を用いて軸の駆動実験を行った結果、20000(rpm)まで振動を起こすことなく連続的に駆動できることを確認した.試験軸受部は固定形ステップおよび圧電アクチュエータを用いた可変形ステップ軸受形式とし、パッド枚数=3、パット、"弧角=58度、パッド外形30(mm)、最大ステップ高さ=10(μm)である.軸受部は現在製作中であり、来年度上期には完成の予定である.一方、圧電アクチュエータをアクディブ制御するためのコントローラを設計・製作し、軸受部をバネ-ダシュポットで置き換えた仮想軸受モデルを作成して、すき間の制御実験を行うと同時にばね定数、減衰係数などをシステム同定法によって推定することに成功した.以上に述べたように試験装置は年度内に完成には至らなかったが、90%以上仕上がっており、来年度上期には軸受の静・動特性実験およびステップ形状のアクティブ制御実験が実施できる見込みである.実験装置の製作と平行して、ステップ部における潤滑気体の慣性効果や圧縮性の影響を考慮したステップスラスト気体軸受の流体潤滑理論を新たに構築し、その静・動特性並びに軸受部の振動解析を行いステップ形状とこれらの軸受特性との関係を理論的に明らかにした.本年度は、まず気体膜潤滑理論に基づいて圧電素子を利用した動圧形ステップスラスト気体軸受装置の詳細設計をおこなった.この装置は3個のパッドを有する動圧形スラスト気体軸受装置で、軸受すきま形状は最も大きな負荷能力の期待できるステップ形式とし,各ステップ部の背面には積層形圧電アクチュエータを設け、これによってステップ部を上下方向に駆動することによりステップ比a(=(h_2+h_s)/h_2)を変えられるようにした.回転軸の上下方向変位は非接触式変位計によって検出し、この信号に基づきコントローラを介して圧電アクチュエータを駆動させ、ステップ比が常に最適値(負荷能力を最大とする値で約2.0)となるよう、あるいは最小すきまh_2が一定となるようステップ比の値をアクティブ制御することとした.なお、回転軸は静圧空気軸受によって垂直方向に非接触に支持し、ビルトインモータによって約20,000rpmまで連続的に回転できるように設計した.一方、コントローラを設計するに際して、まずステップスラスト気体軸受の負荷容量とステップ比の関係w=f(a)/h_2^2を気体潤滑レイノルズ方程式を数値解析して求めた.基本コントローラとしては、直列補償要素、フィードバック補償要素、圧電アクチュエータを含む制御対象の特性等より構成される2自由度コントローラとした.さらに、圧電アクチュエータの基本特性についても調べ、本システムによる軸受すきま制御の可能性を確認した.また、同定法により気体膜の弾性及び減衰特性を計測する方法についても検討した.装置の一部は既に製作済みであり、平成7年度の初期には完成の予定である.

平成7年度はこの軸受試験装置を用いて、さまざまな荷重変動に対するすきま変動、軸受のコンプライアンス特性、位置決め性能などを実験的に求め、圧電アクチュエータによる軸受すきま形状のアクティブ制御の効果を実証する計画である.本年度は、昨年度設計した動圧形ステップスラスト気体軸受試験装置の一部設計変更(ロータ寸法および軸受取付用アタッチメントの考察)を行い、さらに製作に取りかかった.回転軸は軸振動と伝達出力損失を最小限に抑えるために、ビルトインモータによって駆動され、モータの冷却はハウジングに設けた溝をとおして水冷で行うようにした.回転軸はセラミックス製アンギュラー玉軸受によってラジアル方向に支えられ,上部玉軸受には定位置予圧機構を、また下部玉軸受には定圧予圧機構を設けた.製作した駆動装置を用いて軸の駆動実験を行った結果、20000 (rpm)まで振動を起こすことなく連続的に駆動できることを確認した.試験軸受部は固定形ステップおよび圧電アクチュエータを用いた可変形ステップ軸形式とし、パッド枚数=3、パッド弧角=58度、パッド外形30 (mm)、最大ステップ高さ=10 (μm)である.軸受部は現在製作中であり、来年度上期には完成の予定である.一方、圧電アクチュエータをアクティブ制御するためのコントローラを設計・製作し、軸受部をバネ-ダシュポットで置き換えた仮想軸受モデルを作成して、すき間の制御実験を行うと同時にばね定数、減衰係数などをシステム同定法によって推定することに成功した.以上に述べたように試験装置は年度内に完成には至らなかったが、90%以上仕上がっており、来年度上期には軸受の静・動特性実験およびステップ形状のアクティブ制御実験が実施できる見込みである.実験装置の製作と平行して、ステップ部における潤滑気体の慣性効果や圧縮性の影響を考慮したステップスラスト気体軸受の流体潤滑理論を新たに構築し、その静・動特性並びに軸受部の振動解析を行いステップ形状とこれらの軸受特性との関係を理論的に明らかにした.