hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
D-アミノ酸からなる機能性スモールプロテインのコンビナトリアル創製

任意のDNA塩基配列を認識しうるD-スモールプロテインを得るために、(1)DNAを認識するD-アミノ酸からなるヘリックス中(約20アミノ酸)の同一表面に存在することが期待される5アミノ酸をランダム化し、第一段階のD-オリゴペプチドライブラリーとする、(2)セカンドサブユニットとして、すでにどのようなDNA塩基配列に適合するかが明らかになっているもう一つの認識ヘリックスと二量体形成部位を導入することにより、異種二量体としてDNA結合能を有する機能性スモールプロテインライブラリーに変換する、(3)このライブラリーを目的とするDNA配列に対してスクリーニングし、目的とする塩基配列を認識するD-ペプチド配列を決定する、という戦略をたてた。ロイシンジッパータンパク質GCN4のDNA認識ヘリックスを基にStructure-based Designを行い、DNA塩基配列の認識に関わると考えられる5箇所のアミノ酸をそれぞれアラニン、アルギニン、スレオニン、アスパラギン、セリンを用いてランダム化したD-ペプチドライブラリーを構築した。このライブラリーに対して天然型GCN4ペプチド(23アミノ酸)をセカンドサブユニットとして用いてジスルフィド結合により化学修飾し、DNAとの親和性を高めた後、特定のDNA配列に対する結合を指標としてスクリーニングを行い、目的の塩基配列を認識するD-ペプチド配列を決定することを試みた。天然のGCN4が認識するDNA配列に対してランダム化したL-ペプチドライブラリーを用いてスクリーニングしたところ、ほぼ天然のものと同じアミノ酸配列が得られることがわかったことから、この戦略の妥当性が示された。現在D-ペプチドライブラリーを用いて、スクリーニングを行っている。任意のDNA塩基配列を認識しうるD-スモールプロテインの設計戦略を左図に示す。DNAを認識するD-アミノ酸からなるヘリックス中(約20アミノ酸)の同一表面に存在することが期待される5アミノ酸をランダム化し、第一段階のD-オリゴペプチドライブラリーとする。セカンドサブユニットとして、すでにどのようなDNA塩基配列に適合するかが明らかになっているもう一つの認識ヘリックスと二量体形成部位を導入することにより、異種二量体としてDNA結合能を有する機能性スモールプロテインライブラリーに変換する。このライブラリーを目的とするDNA配列に対してスクリーニングし、目的とする塩基配列を認識するD-ペプチド配列を決定する。このD-ペプチドを同種二量体としたものが、塩基配列認識能を持つD-スモールプロテインである。平成14年度の研究では、既知のDNA認識ヘリックスの三次元構造に基づいて25アミノ酸から成るD-ペプチドを設計した。このペプチドがαヘリックスを取りうることをCDスペクトルにより実証したのち、そののち5アミノ酸をランダム化したペプチドライブラリーを作製した。樹脂上のペプチドを選択的ジスルフィド結合生成により5'-ATGAC-3'配列を認識することがわかっている23アミノ酸残基のL-体アミノ酸から成るペプチドを導入し、機能性スモールプロテインライブラリーへと変換した。同時に、25アミノ酸から成るL-ペプチドを設計し、5アミノ酸をランダム化したペプチドライブラリーを作製したのち、同様の方法でスモールプロテインライブラリーを作製した。このL-ペプチド機能性ライブラリーを用いてDNAに対してスクリーニングする条件を検討した。
光合成初期過程をモデルとした超分子ナノデバイスの創製

緑色嫌気性光合成細菌の膜外にある光収穫アンテナ部では、クロロフィル色素のみが自己集合してアンテナ色素部を構成していることを、研究代表者の研究によって明らかにしてきた。どのようなクロロフィル色素分子をどのような環境下に置いたときに自己集積をするのかというデータを基にして、(半・全)合成環状テトラピロール分子のJ会合体を利用した光応答型の超分子ナノデバイスの創製を行なった。緑色嫌気性光合成細菌の膜外にある光収穫アンテナ部は、クロロフィル色素のみが自己集合してアンテナ色素部を構成していることが、研究代表者の研究によって明らかになり、どのようなクロロフィル色素分子をどのような環境下に置いたときに自己集積をするのかという基礎データも得られつつある。また、自己集積してJ会合体を形成するときに、構成分子の遷移モーメントを自己会合型超分子内でも揃えれば、光学的性質が会合度によって大きく変化することも明らかにしつつある。そこで、クロロフィル自己集積体にもとづく光合成初期過程をモデルとした超分子ナノデバイスの創製を、(半・全)合成環状テトラピロール分子のJ会合体を利用して行うことを研究の目的とした。1)会合性ポルフィリン類の合成天然のクロロゾーム型クロロフィルをモデルとして、アキシャル配位子を取りやすいポルフィリン金属錯体をベースとして、π環系の周辺部位に配位性官能基を導入した化合物を合成した。特に、そのような分子群を、生体から天然産色素を抽出してその一部を有機化学的・生化学的に改変することで合成することに成功した。2)J会合体の構築1)で述べたような合成ポルフィリン分子を、水溶性ミセル(ミクロ疎水場)・低極性有機溶媒(マクロ疎水場)・フルオラス溶媒・高圧二酸化炭素中に分散することで、J会合体を形成させることに成功した。会合体の安定性を、他の置換基による付加的な相互作用(アルキル-アルキルやCH-πの疎水相互作用やF-F相互作用などの分子間力など)によって調整して、超分子構造を規制することにも成功した。3)超分子構造を規制した会合体の構築自己集積体のサイズ制御のために、会合環境を空間的に規制する堅い空間として、シリケートサブマイクロカプセルを利用して、一つのカプセル中に約一万個の分子を自己集積した系を作ることに成功した。(1)会合性ポルフィリン類の合成:天然のクロロゾーム型クロロフィルのモデル化合物を各種合成した。特に、17位上の置換基を多様に変化させることに成功した。(2)J会合体の構築:上で述べたような合成ポルフィリン分子を、多様な環境で自己会合させることに成功した。液晶中で自己会合体を形成できたことは特筆できる。(3)超分子構造を規制した会合体の構築:基板上にロッド状や球状で合成ポルフィリンの自己会合体を形成することに成功し、その超分子構造を原子間力顕微鏡で確認した。(4)階層を制御した超・超分子系の構築:基板上で合成ポルフィリンの自己会合体と電子受容体の集積体とが別々に配列した系を構築するのに成功した。(5)超分子系での機能創出:(4)で述べた系を電極上に展開することで、合成ポルフィリンの自己会合体の光励起に伴う近傍の電子受容体への電子移動が生じて、光電流を観測できた。
車載型音波探査装置の開発試作とその気象学的応用に関する研究

ドップラーソーダーの小型化,および音波パルスのビームの指向性,受信能力,風速の分解能の向上などを目的として,現在の開口合成ドップラーソーダーに改良を加え,車載可能な試作品を,昨年度完成した.この試作機について,長期や観測に向けて,京都大学防災研究所宇治川水理実験所において,3ヶ月間の連続した性能試験を行った.十分な耐久性を持つ観測機器であることが証明された.7月末には釧路における霧観測に参加した.境界層レーダー,ミリ波レーダーと共同して観測を実施した.この夏はほとんど霧の発生が無く,霧自身の観測はできなかったが,境界層低層にできる冷気層が海上から侵入してくるときの観測を実施できた.8月中旬には,琵琶湖東岸での水・エネルギー循環に関する大気境界層における観測に参加した.この観測では,真夏の混合層の発達,湖陸風などの局地風循環など観測を実施した.同時に観測された,地表付近での顕熱や潜熱の乱流輸送量の日変化をあわせて解析することにより,混合層の発達状態,湖陸風の発達など,大気境界層の低層部の風速の日変化を定量的に解析できた.12月からは,宙空電波研究センターのMU観測所(信楽)において,境界層レーダー,MUレーダーを同時に使用して,大気接地層から圏界面までの対流圏全層の観測を実施した.とくに,大気境界層中の組織運動を確認し,その発達がどの高さまで波及しているのか,その変化の定量的な評価を明らかにすることができた.これらの観測を通じて,車載型ドプラーソーダーの観測システムは安定して作動しており,機動性のある観測機器であることが証明された.ドップラーソーダーの小型化,および音波パルスのビームの指向性,受信能力,風速の分解能の向上などを目的として,現在の開口合成ドップラーソーダーに改良を加え,車載可能な試作品を,昨年度完成した.この試作機について,長期や観測に向けて,京都大学防災研究所宇治川水理実験所において,3ヶ月間の連続した性能試験を行った.十分な耐久性を持つ観測機器であることが証明された.7月末には釧路における霧観測に参加した.境界層レーダー,ミリ波レーダーと共同して観測を実施した.この夏はほとんど霧の発生が無く,霧自身の観測はできなかったが,境界層低層にできる冷気層が海上から侵入してくるときの観測を実施できた.8月中旬には,琵琶湖東岸での水・エネルギー循環に関する大気境界層における観測に参加した.この観測では,真夏の混合層の発達,湖陸風などの局地風循環など観測を実施した.同時に観測された,地表付近での顕熱や潜熱の乱流輸送量の日変化をあわせて解析することにより,混合層の発達状態,湖陸風の発達など,大気境界層の低層部の風速の日変化を定量的に解析できた.12月からは,宙空電波研究センターのMU観測所(信楽)において,境界層レーダー,MUレーダーを同時に使用して,大気接地層から圏界面までの対流圏全層の観測を実施した.とくに,大気境界層中の組織運動を確認し,その発達がどの高さまで波及しているのか,その変化の定量的な評価を明らかにすることができた.これらの観測を通じて,車載型ドプラーソーダーの観測システムは安定して作動しており,機動性のある観測機器であることが証明された.ドップラーソーダーの小型化,および音波パルスのビームの指向性,受信能力,風速の分解能の向上など,現在の開口合成ドプラーソーダーに改良を加えた車載可能な試作品を作成した。とくに現在の測定高度の上限(400m程度)を,少なくとも1.5ないし2倍(600-800m)まで,出来得れば1km程度までの常時観測を目指せるような,改良試作をおこなった.この試作品ができあがった段階で,車載前に性能試験を行った.ゾンデとの比較観測を基本として,現在の半固定式のドプラーソーダーと同時測定をも行うことによって,十分な性能を持つ観測機器を開発し,観測結果の検討を行い,不備な点の手直しをした.性能試験は主に,京都大学超高層電波研究センター・MU観測所で実施した.この試験器には,同時に遠隔測定が可能なシステムを組み,特に携帯電話などの通信回線を利用したシステムの利用して,実際に京都大学防災研究所本部(宇治市)と,潮岬風力実験所(和歌山県)やMU観測所(信楽)などでの通信テストを試み,観測システムに組み込んだ.上記観測システムが完成した段階で,実際に車載して長距離を移動するとともに,10日ないし1ヶ月程度の連続運転を行うことによって,耐久性の試験を行う。これは京都大学防災研究所・宇治川水理実験所,潮岬風力実験所で行った.この結果,来年度以降,台風などの異常気象発生や霧観測に移動して観測が可能であることが,確認された.ドップラーソーダーの小型化,および音波パルスのビームの指向性,受信能力,風速の分解能の向上などを目的として,現在の開口合成ドプラーソーダーに改良を加え,車載可能な試作品を,昨年度完成した.この試作機について,長期や観測に向けて,京都大学防災研究所宇治川水理実験所において,3ヶ月間の連続した性能試験を行った.十分な耐久性を持つ観測機器であることが証明された.7月末には釧路における霧観測に参加した.境界層レーダー,ミリ波レーダーと共同して観測を実施した.この夏はほとんど霧の発生が無く,霧自身の観測はできなかったが,境界層低層にできる冷気層が海上から侵入してくるときの観測を実施できた.8月中旬には,琵琶湖東岸での水・エネルギー循環に関する大気境界層における観測に参加した.

この観測では,真夏の混合層の発達・湖陸風などの局地風循環など観測を実施した.同時に観測された,地表付近での顕熱や潜熱の乱流輸送量の日変化をあわせて解析することにより,混合層の発達状態,湖陸風の発達など,大気境界層の低層部の風速の日変化を定量的に解析できた.12月からは,宙空電波研究センターのMU観測所(信楽)において,境界層レーダー,MUレーダーを同時に使用して,大気接地層から圏界面までの対流圏全層の観測を実施した.とくに,大気境界層中の組織運動を確認し,その発達がどの高さまで波及しているのか,その変化の定量的な評価を明らかにすることができた.これらの観測を通じて,車載型ドプラーソーダーの観測システムは安定して作動しており,機動性のある観測機器であることが証明された.ドップラーソーダーの小型化,および音波パルスのビームの指向性,受信能力,風速の分解能の向上などを目的として,現在の開口合成ドプラーソーダーに改良を加え,平成12年度に車載可能な試作品を完成させたあと,長期や観測に向けて連続した性能試験を引き続き行ない,十分な耐久性を持つ観測機器であることが証明された.本年度は,9月から10月にかけて琵琶湖東岸での水・エネルギー循環に関する大気境界層における観測に参加した.この観測では,もう一台のソーダーを併用して,湖陸風などの局地風循環に関する立体構造や大気境界層内の組織構造の観測を実施した.同時に観測された,地表付近での顕熱や潜熱の乱流輸送量の日変化をあわせて解析することにより,湖陸風の発達など,大気境界層とくに接地層の日変化を定量的に解析できた.1月からは,防災研究所の大潟波浪観測所(新潟県大潟町)において,冬期季節風の海上風の発達、極地循環の立体構造についての観測を実施した.その結果,季節風の発達期には,日本海沿岸部の上空において,陸風と海風の衝突が発生して,その収束線が移動することが鮮明に観測された.これらのいくつかの観測を通じて,車載型ドプラーソーダーの観測システムは安定して作動しており,機動性のある観測機器であること,長期にわたっての観測においても,保守なしの観測にも耐えうることが証明された.
量子固体を用いた固体マクロコヒーレント増幅の検証

ニュートリノの未知の性質を原子分子過程によって明らかにしようという新しい試みであるニュートリノ質量分光にとって、その基本原理の一つであるマクロコヒーレント増幅を高密度環境下で実現することは重要なステップである。本研究では、量子固体である固体パラ水素中で二光子放出過程をコヒーレント増幅することに成功した。高密度かつデコヒーレンス時間が長いという固体パラ水素の特性により観測された二光子放出は、励起過程が終了した後も強度が増大するという特徴ある振る舞いを示した。本研究の目的は、量子固体である固体水素中で二光子放射のコヒーレント増幅を観測することにより、ニュートリノ質量分光の基本原理であるマクロコヒーレント増幅機構の高密度環境における検証をすることである。本研究の初年度は研究実施計画の通り、ターゲット作成、さらに従来と同様のジオメトリ(同軸励起)での固体中二光子放射コヒーレント増幅実験を行った。ターゲット作成に関しては、新たに4方向に光学窓を配したセルを設計し、そのセル内に実際に高品質な固体水素を得ることに成功した。このセルを用いることで、次年度に行う予定である側面型励起の実験が可能となった。さらに同軸ラマン励起による固体中での二光子コヒーレント増幅の観測に初めて成功した。これは固体水素のコヒーレント時間が長いという優れた特性と、これまで培ってきたレーザー技術の成果である。この結果はニュートリノ質量分光が必要とするものにより近い条件での観測であり、ニュートリノ質量分光に向けた新たな一歩である。さらにターゲット温度や励起強度などの実験パラメータに対する二光子放射強度の依存性を測定した。とくに励起パルスとトリガーパルス間のタイミング依存性において、励起パルス通過後でも、放出強度が増大するという非常に興味深い現象を発見した。この現象については現在解析を進めているところである。また、固体水素への損傷による二光子放射強度の影響も観測した。励起パルスによって損傷が起こると損傷による散乱によりコヒーレンス時間が短くなることがわかった。このような現象は実際にニュートリノ質量分光を行う上でも重要な観点となりうるため、今後も検討が必要である。以上の成果をまとめた論文の執筆中である。当初の予定通り、ターゲット作成と同軸励起での二光子放出の観測に成功した。さらに種々のパラメータ依存性の測定に成功し、興味深い結果が得られている。おおむね順調に進展しているといえる。初年度には、ターゲット作成および同軸での固体中二光子放射コヒーレント増幅実験を行い、固体中での二光子コヒーレント増幅の観測に初めて成功した。本年度は観測された二光子コヒーレント放出のより詳細な研究を行った。まず本研究に用いる高強度狭線幅中赤外ナノ秒パルスレーザーを、狭線幅連続波レーザーの注入同期と差周波発生を組み合わせることで作成した。このようなレーザーはこれまで作成が難しく、システムの詳細をJpn. J. Appl. Phys.から発表した。次に放出強度の温度依存性やターゲットに含まれる不純物(オルソ水素)の量による変化を測定した。ターゲット温度や不純物の量によって固体水素の振動状態のコヒーレント時間が変化するため、放出強度はこれらに対し顕著な依存性を示し、周波数もシフトすることがわかった。このような結果はコヒーレント増幅におけるデコヒーレンスの重要性を示している点で意義深い。さらに励起パルス通過後に放出強度が増大する現象の詳細な観測を行った。これは固体パラ水素中でのコヒーレント二光子放出における興味深い点である。その物理的起源は未だ解明されていないが、単純な光学ブロッホ方程式からは考えられない現象であるため、そこに含まれていない例えば分子間相互作用などの影響が示唆されている。これらの詳細な研究をまとめた論文がJ. Phys. Chem. Aに受理され、掲載が決まっている。今後は、この励起後強度増大の問題をさらに追及するとともに、異なるジオメトリでの励起を用いた研究を進め、ニュートリノ質量分光に向けた発展を目指したい。次年度は研究実施計画の通り、側面型励起によるコヒーレント二光子放出の観測を目指す。ターゲットは初年度の成果によりすでに準備できているが、実験を行う上で形状などさらなる改良が必要になると考えられる。適宜新たなセルを設計し、最適なセルを用意する。側面型励起実験では光学系の変更が必要になるため、必要な光学素子を調達し次第、順次着手する。また、得られた実験結果のさらなる理解のため、マクスウェル・ボルツマン方程式を用いたシミュレーションを含め、理論的考察を進める。分子科学ターゲットセルの開発が順調に進み、また、購入予定であった真空ポンプを既存のもの代用することができたため、当初の予定よりも支出を抑えることができた。側面励起実験に向け、各種の光学素子が必要となるため、順次調達する。また、ターゲットセルの改良も行う。
新たな同期型CSCLシステムが与える主体的・対話的で深い学びへの効果の検証

筆者は,学習者の学習履歴を相互閲覧するシステム及び,学習者による学習履歴の相互閲覧の学習方略を定量化するシステム(edulog)を開発した.また,定量化したデータを分析するツールをエクセルファイルにて開発した.このシステムと分析ツールを小学校社会科の授業における振り返りレポート作成で活用し,開発したシステムとツールの有用性を評価する事を目的として研究を行った.分析1の結果として,筆者らが開発した学習履歴を相互閲覧するシステムedulog及び,閲覧結果分析ツールは,児童の特性としてレポートの成績を使うことで,学習者の学習方略を抽出でき,小学校社会科の授業におけるレポートの成績群ごとの学習方略の特徴や,調査ごとのレポートの成績群別の学習方略の変動を探ることができた.また,分析2では,小学校社会科の授業における振り返りレポートでの活用の可能性を明らかにするために児童の学習方略の分析とレポートの評価について分析を行った.その結果,自分の学習履歴を見ている児童はレポートの成績が高い可能性があるということ,並びに,自分の学習履歴を見る時間が増えた児童はレポートの成績が上がるということが示された.さらに,創造的態度に関する質問紙調査を行った結果,一要因参加者内分散分析にて統計処理し, 5%水準で創造的態度の向上という結果が得られた.筆者は,学習者の学習履歴を相互閲覧するシステム及び,学習者による学習履歴の相互閲覧の学習方略を定量化するシステム(edulog)を開発した.また,定量化したデータを分析するツールをエクセルファイルにて開発した.このシステムと分析ツールを小学校社会科の授業における振り返りレポート作成で活用し,開発したシステムとツールの有用性を評価する事を目的として研究を行った.分析1の結果として,筆者らが開発した学習履歴を相互閲覧するシステムedulog及び,閲覧結果分析ツールは,児童の特性としてレポートの成績を使うことで,学習者の学習方略を抽出でき,小学校社会科の授業におけるレポートの成績群ごとの学習方略の特徴や,調査ごとのレポートの成績群別の学習方略の変動を探ることができた.また,分析2では,小学校社会科の授業における振り返りレポートでの活用の可能性を明らかにするために児童の学習方略の分析とレポートの評価について分析を行った.その結果,自分の学習履歴を見ている児童はレポートの成績が高い可能性があるということ,並びに,自分の学習履歴を見る時間が増えた児童はレポートの成績が上がるということが示された.さらに,創造的態度に関する質問紙調査を行った結果,一要因参加者内分散分析にて統計処理し, 5%水準で創造的態度の向上という結果が得られた.
フーリエ変換イオンサイクロトロン質量分析を基盤とした応用メタボロミクス研究

フーリエ変換イオンサイクロトロン質量分析(FT-ICR/MS)を基盤としたメタボロミクス基盤を整備し,高等植物のシトクロムP450が関与する代謝機能にフォーカスして研究を実施した.研究は,まず目的P450遺伝子のcDNAをクローニングし,植物体と培養細胞における過剰発現系統と遺伝子破壊系統を作出してメタボロミクスに供試し,P450遺子発現量を連動して変動する代謝物を特定した.続いて異種発現系で作出した組換え酵素を用い,メタボロミクスによって推定された酵素反応特性の詳細な解析を行った.その結果,植物ステロール生合成経路の最終段階においてステロール側鎖に不飽和結合を導入する酵素反応段階の解明を世界に先駆けて成功した.ステロール側鎖不飽和化酵素は,シトクロムP450のCYP710Aサブファミリーである.また,脂肪酸水酸化に関わるP450遺伝子ファミリー(6遺伝子)を同定することにも成功した.続いて,シロイヌナズナの桂皮酸モノリグノール経路に関わる4-coumaroyl CoA ligase,hydroxycinnamoyl CoA transferase,cytochroms P450(CYP98A3,CYP98A8,CYP98A9)のcDNAをバキュロウイルス・昆虫細胞発現系によって組換えタンパク質を作製した.これらのウイルスを昆虫培養細胞にて共感染させ,昆虫細胞中に高等植物の桂皮酸モノリグノーノール経路を構築することができた.反応経路の初発物質を添加するだけで,昆虫細胞中に植物代謝産物が蓄積した.代謝産物はFT-ICR/MSによる一斉分析により,各酵素段階の基質,反応生成物を同定した.また,各酵素の基質特異性についても検討を加えることができた.これらの研究成果によって,FT-ICR/MSによるメタボロミクスが新規酵素反応探索に極めて重要な研究手法であることを証明した.フーリエ変換イオンサイクロトロン質量分析(FT-ICR/MS)を基盤としたメタボロミクス基盤を整備し,高等植物のシトクロムP450が関与する代謝機能にフォーカスして研究を実施した.研究は,まず目的P450遺伝子のcDNAをクローニングし,植物体と培養細胞における過剰発現系統と遺伝子破壊系統を作出してメタボロミクスに供試し,P450遺子発現量を連動して変動する代謝物を特定した.続いて異種発現系で作出した組換え酵素を用い,メタボロミクスによって推定された酵素反応特性の詳細な解析を行った.その結果,植物ステロール生合成経路の最終段階においてステロール側鎖に不飽和結合を導入する酵素反応段階の解明を世界に先駆けて成功した.ステロール側鎖不飽和化酵素は,シトクロムP450のCYP710Aサブファミリーである.また,脂肪酸水酸化に関わるP450遺伝子ファミリー(6遺伝子)を同定することにも成功した.続いて,シロイヌナズナの桂皮酸モノリグノール経路に関わる4-coumaroyl CoA ligase,hydroxycinnamoyl CoA transferase,cytochroms P450(CYP98A3,CYP98A8,CYP98A9)のcDNAをバキュロウイルス・昆虫細胞発現系によって組換えタンパク質を作製した.これらのウイルスを昆虫培養細胞にて共感染させ,昆虫細胞中に高等植物の桂皮酸モノリグノーノール経路を構築することができた.反応経路の初発物質を添加するだけで,昆虫細胞中に植物代謝産物が蓄積した.代謝産物はFT-ICR/MSによる一斉分析により,各酵素段階の基質,反応生成物を同定した.また,各酵素の基質特異性についても検討を加えることができた.これらの研究成果によって,FT-ICR/MSによるメタボロミクスが新規酵素反応探索に極めて重要な研究手法であることを証明した.植物機能向上と有用物質生産を目指して,新規有用遺伝子を探索・発見し,代謝工学的に利用するための応用研究基盤を確立することを最終目的とする.まず,これまで整備してきたフーリエ変換イオンサイクロトロン質量分離装置(FT-ICR/MS)による高速代謝フィンガープリンティングと化合物構造情報取得,GC/MSおよびLC/MSによる代謝産物の定量・同定を組み合わせたメタボロミクス研究手法を完成させる.研究期間中は,植物ステロール生合成経路を全解明するとともに,脂肪酸代謝に関わる新規シトクロムP450遺伝子の機能解析,桂皮酸モノリグノール経路を研究目的とした.1)シロイヌナズナP450の進化系統樹解析および,基質認識部位における酵母CYP61とのアミノ酸配列相同性から植物CYP710A遺伝子をステロール側鎖不飽和化に関与するP450遺伝子として同定し,詳細な機能解析を行うことによりCYP710Aの持つ酵素的性質を明らかにした.2)シロイヌナズナの桂皮酸モノリグノール経路に関わる4-coumaroyl CoA ligase, hydroxycinnamoyl CoA transferase, cytochrome P450(CYP98A3,CYP98A8,CYP98A9)のcDNAをクローニングし,バキュロウイルス・昆虫細胞発現系によって組換えタンパク質を作製した.これらのウイルスを昆虫培養細胞にて共感染させ,昆虫細胞中に高等植物の桂皮酸モノリグノール経路を構築することができた.反応経路の初発物質を添加するだけで,昆虫細胞中に植物代謝産物が蓄積した.代謝産物はFT-ICR/MSによる一斉分析により,各酵素段階の基質,反応生成物を同定した.また,各酵素の基質特異性についても検討を加えることができた.

フーリエ変換イオンサイクロトロン質量分析(FT-ICR/MS)を基盤としたメタボロミクス基盤を整備し、高等植物のシトクロムP450が関与する代謝機能にフォーカスして研究を実施した.研究は、まず目的P450遺伝子のcDNAをクローニングし、植物体と培養細胞における過剰発現系統と遺伝子破壊系統を作出してメタボロミクスに供試し、P450遺伝子発現量を連動して変動する代謝物を特定した.続いて異種発現系で作出した組換え酵素を用い、メタボロミクスによって推定された酵素反応特性の詳細な解析を行った.その結果、植物ステロール生合成経路の最終段階においてステロール側鎖に不飽和結合を導入する酵素反応段階の解明を世界に先駆けて成功した。ステロール側鎖不飽和化酵素は、シトクロムP450のCYP710Aサブファミリーである.また、脂肪酸水酸化に関わるP450遺伝子ファミリー(6遺伝子)を同定することにも成功した.続いて、シロイヌナズナの桂皮酸モノリグノール経路に関わる4-coumaroyl CoA ligase、hydroxycinnamoyl CoA transferase、cytochromes P450(CYP98A3、CYP98A8、CYP98A9)のcDNAをバキュロウイルス・昆虫細胞発現系によって組換えタンパク質を作製した.これらのウイルスを昆虫培養細胞にて共感染させ、昆虫細胞中に高等植物の桂皮酸モノリグノール経路を構築することができた.反応経路の初発物質を添加するだけで、昆虫細胞中に植物代謝産物が蓄積した.代謝産物はFT-ICR/MSによる一斉分析により、各酵素段階の基質、反応生成物を同定した.また,各酵素の基質特異性についても検討を加えることができた.これらの研究成果によって、FT-ICR/MSによるメタボロミクスが新規酵素反応探索に極めて重要な研究手法であることを証明した
古典古代史の近年の動向に対応したギリシャ・ローマ思想史ならびに文学史の書きかえ

本研究の最大の目的は、従来、ややもすると「哲・史・文」に分化しがちなギリシャ・ローマ研究を統合すること、より具体的にいえば、社会史・文化史の成果ないし方法を意識しつつ、あらたな哲学史・文学史の可能性を探ることにある。今年度は最終年度であるので、従来の成果をふまえつつもあらためて基本に立ち返り、文学/哲学と歴史との接点を問うべきシンポジウムを7月16日に開催した。会場参加者をも含めて当該研究課題にたずさわる多くの研究者にとっていつも問題になってくることは、双方向批判ともいうべきふたつの論点である。一方では「文学(哲学)作品」を歴史資料として取り扱うことの必要性と危険性であり、もう一方には「文学(哲学)作品」を理解するために時代背景の把握、いいかえれば時代思潮という相対化の視点の導入の有効性の限界である。前者は歴史学、とりわけ文化史・社会史からすれば必須である営為であるが、文学研究者(哲学者)からすれば、ときに「勝手な読み方」の導入となる。後者は、作者といえども時代を超越しておらず時代に制約されているとする歴史学者にすればある意味で当然な見解であるが、歴史記述そのものにもバイアスがあることを認めざるをえず、となれば果てしない相対化のおそれがある。こうしたジレンマを頂点に、歴史と文学/哲学の関係のさまざまな問題点を、あくまで個別的事例に則しながら剔抉すべく、とりわけ若手研究者の問題意識にもとづく研究報告書を作成した。東大を中心とする哲・史・文の研究者が集まった、都合7回の研究会が活動の中心であった。今年度にとりあげるテーマは、研究計画として予定していた項目のうち、以下の項目に絞り込んだ。すなわち、紀元前5世紀末のアテーナイ社会の様相(寡頭制と民主制との軋轢)、とくにソクラテス裁判と同時代のアテーナイ社会との関連にかんして3回(発表者:逸身喜一郎「『国家』第8巻の構成・プラトンの戦略と固着」、納富信留「プラトン哲学の歴史性」、佐藤昇「内戦後、アニュトス、ソクラテスを告発す」)、ストア思想と文学作品との関連にかんして2回(神崎繁「ストア派の感情論と文芸作品」、大芝芳弘「『アエネーイス』における理想と現実」)、アウグストゥスの業績と神格化の問題について1回(島田誠「Res Gestae Divi Augustiとは何か?」)である。さらに今後の研究の展望に関して、ディスカッションを1回実施した。この間、研究代表者の逸身は2度、英国に行き、オクスフォード大学の研究者と直接に交流して、欠けているところがないか示唆をうけた。このプロジェクトの母胎となった、東京大学大学院人文社会系研究科の多分野交流演習「ギリシャ・ローマ研究の方法」の総括となる冊子を来年度の早い時期に刊行する。今年度は次に記す5回の研究会が活動の中心となった。6月20日・納富信留(慶応義塾大学・研究分担者)『ソクラテス文学』・プラトン・クセノフォン以外にも多く書かれた、ソクラテスを主人公にする書物のありようについての報告7月4日・橋場弦(大阪外国語大学・研究分担者)『アテナイ社会における贈答行為』ギリシャ社会における贈与ないしそれに対しての見返りが果たした役割、ならびに社会組織の歴史的推移との関連の検討11月21日・小林薫(ケンブリッジ大学大学院)『ソフォクレスは貴族主義者か』

・ソフォクレスの『伝記』ないし伝記的エピソードの信憑性の吟味12月12日・Professor Amelie Kuhrt (University College、London) 'The Reign of Xerxes : ACase Study in the Problem of Writing Achaemenid History'.アカエメネス朝ペルシャの歴史を書くことの問題点、とりわけヘロドトスの信頼性をクセルクセスを題材にして考えるいずれの研究会も具体的な成果にもとづいた上にたつ研究に対して、「事実」とは何か、いかに記述するか、といった類の方法論的疑問が出され討論した。本研究の最大の目的は、従来、ややもすると「哲・史・文」に分化しがちなギリシャ・ローマ研究を統合すること、より具体的にいえば、社会史・文化史の成果ないし方法を意識しつつ、あらたな哲学史・文学史の可能性を探ることにある。今年度は次に記すシンポジウムと講演会を実施した。5月26日Professor Colin Austin(Cambridge):Aristophanes, Thesmophoriazusae氏が刊行直前にしている校訂・注釈本の、いわば世界初の内容紹介であり、その精髄の解説という、えがたい経験である。とりわけ新しいテクスト部分についての細かな紹介があった。7月10日シンポジウム「哲学研究・歴史学研究・文学研究の相違」パネリストは、納富信留(哲学・慶応義塾大学・研究分担者)橋場弦(歴史学・大阪外国語大学・研究分担者)逸身喜一郎(文学・研究代表者)の3名であった。いずれのパネリストからも、ギリシャ・ローマ文化のようにかなりの資料が残存していると同時に、かつ残存資料には偏りがなきにしもあらずといった場合、「事実」とは何か、いかに記述するか、他の時代を扱う研究とは異なる西洋古典古代特有の問題があるのか、といった類の方法論的疑問が出された。大学院生を含む参加者からも活発な参加があった。年度後半には諸般の悪条件が重なり、予定していた研究会が開けなかったけれども、来年度末の研究報告とりまとめをひかえて、問題提起を幅広い対象者から求めている。今年度は最終年度であるので、従来の成果をふまえつつもあらためて基本に立ち返り、文学/哲学と歴史との接点を問うべきシンポジウムを7月16日に開催した。会場参加者をも含めて当該研究課題にたずさわる多くの研究者にとっていつも問題になってくることは、双方向批判ともいうべきふたつの論点である。一方では「文学(哲学)作品」を歴史資料として取り扱うことの必要性と危険性であり、もう一方には「文学(哲学)作品」を理解するために時代背景の把握、いいかえれば時代思潮という相対化の視点の導入の有効性の限界である。前者は歴史学、とりわけ文化史・社会史からすれば必須である営為であるが、文学研究者(哲学者)からすれば、ときに「勝手な読み方」の導入となる。後者は、作者といえども時代を超越しておらず時代に制約されているとする歴史学者にすればある意味で当然な見解であるが、歴史記述そのものにもバイアスがあることを認めざるをえず、となれば果てしない相対化のおそれがある。
日中都市の比較研究ー社会発展と都市ー

中国の都市を議論するに先立ち、現在の社会主義国の転換の世界的流れと、その中における中国社会の位置について論じた。次に、中国の都市社会に視点をすえて、近代以降の中国社会の変動を論じた。伝統的に城壁に守られた政治権力の拠点であった中国都市は、農村とは別の世界を構成してきた。中国社会主義建設の過程で、都市と農村との「二元社会構造」が戸籍制度により政治的に形づくられてきた。こうした構造を前提しながら、中国政府は生産責任制導入や、「小城鎮」の建設を進めてきた。こうした改革は、中国社会の根幹を構成している二元社会構造を否定する方向には向かれなかったが、藤田説では、今後、それを「切り崩しながら」都市化が進行するであろうと、判断している。こうした予想とは反対に、田中は、小城鎮論において、二元社会構造の存続を基本に据えて、中国社会の発展を論じている。郷鎮企業が市場経済の一部導入に実質的意味を賦与する形で発展してきた体制改革のホ-プである。しかしながら現在、郷鎮企業は環境問題や資本主義的市場の未成熟など、多くの問題を抱えている。中国社会の根幹をなすものは「単位」である。中国都市社会は「単位」の複合社会であるとも言える。1980年代後半になって、中国の経済改革の中心が農村から都市に移行してくるに従って、工場の生産責任制の導入と都市行政制度の改革が進らられている。ここでクリティカルな論点となるのは、「単位」体制がどの程度改革されるのか、それを前提として改革が進むのかという点である。この問題に関して、都市の経済改革が経済の領域ばかりではなく、行政機構の改革を導いている現状を検討し、都市内部の地域社会の形成の可能性を検討した。中国社会の将来の社会変動にとって、最も重要な分岐点は、二元社会構造と、「単位」社会がいかに変化するかにかかっている。本年度は研究の初年度ということから、基礎的な文献研究を中心に作業を進め(全体研究会、研究協力者による報告・討論、最新重要文献の翻訳などを含む)主として現代中国都市の実態(制度面を含む)把握につとめた。さて、本研究の目的は日本と中国の都市社会の実証的な比較研究を行うため理論的な枠組を作り上げることにあるが、以上の作業を通して今後の研究のための視点として以下のような暫定的な研究成果を得た。第一に、中国において日本と異なる重要な側面は、戸籍制度に代表されるように都市と農村とでは全く異なる社会制度を持ち、この制度のあり方が都市や農村の地域社会構造、人々の生活形態などをきわめて対照的・異質なものとして現出させているということである。第二に、中国の都市とりわけそこにおける住民生活にとって決定的な意味を持つのが「単位」制度の存在である。個人の生活はその労働から私的領域までほとんどこの「単位」により規定される。中国都市の構造把握のためには、この単位の問題と第一の問題とを関連づけながら、考察することが重要である。第三に、いうまでもなく、これらの問題は社会主義という全体の体制の問題と不可分の問題である。基本的なことではあるがそこに比較体制論的な研究視点があらためて要請されている。第四に、我々が研究の視野に入れている時間は現代であるが、この現代中国都市は解放以前、解放・文革期、開放政策下といういくつかの異なる歴史段階的特質の残滓を色濃く抱え持っている。この時間的変異の散らばりを現代都市という空間構造の中に立体的に捉える枠組を持つことが重要である。

今年度は、1970年代後半以降の対外開放政策とそれにともなう都市社会と農村社会の変動に関して、集中的な検討を加えた。まず、1970年代後半以織の中国の対外開放政策と社会変動を、全般的に検討した。続いて、中国の農村改革の過程を「放」(開放)と「収」(調整)との循環過程という観点から検討し、「貧困の悪循環」等の現在直面する問題点を整理した。三番目に、都市と農村とを結ぶ「小城鎮」の現状を報告、検討した。経済改革の中心である「市場原理の導入」に実質的内容を与え、中国経済成長を支えている大きな力は、「小城鎮」に立地する郷鎮企業の飛躍的発展である。以上の検討を基に、中国都市そのものを検討した。中国の都市に関しては、主に、以下の3つの点から検討を加えた。第一に、マクロなしかも歴史的観点から、中国社会における都市のもっていた役割(政治的役割)を確認した上で、近代以降の都市の果たしてきた役割と都市、農村の二元社会構造に関する検討を加えた。第二は、中国の最近の都市計画政策に関する動向を紹介し、他の国の都市計画との比較検討を加えた。第三には、都市の経済改革と行政改革との関連性に関する問題である。両者の関連性を明らかにした上で、両者がいかにうまく連携を保ちえないかを明らかにした。また、経済改革下の都市の企業内の労働の問題を、とくに「労働服務公司」のあり方を具体的に紹介し討論した。
肝細胞癌におけるテロメラーゼ活性とアポトーシスとの関連性に関する研究

実験計画時には、肝細胞癌においてテロメラーゼの組織内分布をみるために、テロメラーゼ触媒サブユニットであるhEST2のmRNAをin situ RT-PCR法で検討する予定であった。そこで、6種類のプライマー対を設計し、in situ RT-PCR法を凍結切片上で試みたがいずれもシグナルを検出しえなかった。そこで組織切片上ではなく液相でRT-PCR法を行ったがこれも特異的なバンドは得られなかった。その後、発売された抗hEST2抗体を用いて、免疫組織学的にこのタンパクの発現を検討しようと試みたが、肝癌50症例、一部は凍結切片、一部はパラフィン切片を用いて、抗原賦活法を種々行ったが、結局特異的なシグナルは検出しえなかった。また、近年、in situ hybridizationでhEST2のmRNAの発現をみた論文が一件みられ、論文にならってプライマーを作成し、肝癌組織で試みたがこれも特異的なシグナルは得られなかった。結局、hEST2の発現をmRNAないしはタンパクのレベルで組織切片上にとらえる試みは、現在の所うまくいっていない現状である。一方、TRAPアッセイで、肝癌部で84.6%、非癌部で10.2%にテロメラーゼ活性を認めた。癌部のテロメア長が非癌部のそれに比してどれほど短縮あるいは延長しているかを表す指標であるterminal restriction fragment ratioはテロメラーゼ活性と相関があった。さらに、テロメラーゼ活性と組織学的分化度、増殖活性、アポトーシスとの間には有意の相関はなかったが、低分化型の症例に最も高いテロメラーゼ活性がみられた。以上より、低分化の症例では細胞分裂によるテロメア長短縮をテロメラーゼが補うことにより、癌細胞の寿命を延長する機構が働いていることが示唆された。当初はテロメラーゼの組織内分布をみるために、テロメラーゼ触媒サブユニットであるhEST2のmRNAをin situ RT-PCR法で検討する計画であった。そこで、3種類のプライマー対を設計し、in situPCRを凍結切片上で試みたがいずれもシグナルを検出しえなかった。そこで基礎実験にもどり、組織切片上ではなくて液相でRT-PCRを行いhESTに特異的なバンドが得られるかどうかを調べた。しかし、これについてもいくつかのPCRの条件を試みたが特異的バンドは得られなかった。現在のところin situおよび液相ともにhEST2のmRNAのPCRは、うまくいっていない現状である。一方、TRAPアッセイによりテロメラーゼ活性を検討したところ、肝癌部では84.6%に、また非癌部では10.2%にテロメラーゼ活性が認められた。癌部のテロメア長が非癌部に比較して相対的にどの程度短縮あるいは延長しているかを表す指標であるterminal restriction fragment ratioはテロメラーゼ活性と相関があった。また、テロメラーゼ活性と組織学的分化度や増殖活性との間には有意の相関はなかったが、低分化型の症例に最も高い活性が認められた。この結果は、分化度の低い肝癌で細胞分裂によるテロメア長の短縮をテロメラーゼが補うことにより、癌細胞の寿命を延長する機構がはたらいていることを示唆するものであった。今後は、hEST2のPCR法についてさらに条件設定を検討していくとともに、最近発売された抗hEST2抗体を用いて免疫組織科学法によってもhEST2の組織内分布を検討していきたい。
生体活性性と動的接触応力の緩和機能をもつ傾斜機能材料製人工股関節の最適材料設計

衝撃吸収性に優れ、比較的耐摩耗性を有する超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)が人工股関節の臼蓋に使用されるが、人工骨頭との摩擦による摩耗量が人工股関節の寿命に直接関係するため、摩耗の原因となる動的接触応力の緩和と正確な把握が求められている。本研究では、臼蓋内面近傍の動的接触応力を正確に解明するために骨頭と臼蓋内面の間のクリアランスを考慮した弾塑性応力のFEM解析を行った。解析モデルとして、骨頭はアルミナ製とし、UHMWPE製の臼蓋をPMMA骨セメントで生体骨に固定するモデル1、PMMA骨セメントと生体骨の間にHApを介在させたモデル2と、生体活性性を有する傾斜機能材料層(UHMWPE/AW-glassからなる傾斜したFGMと、AW-glass/Boneからなる傾斜したFGM)で生体骨に固定するモデル3を採用した。また、モデル3については、傾斜層の材料組成分布の臼蓋内面近傍の動的接触応力への影響を明らかにするために、FGMがいずれもAW-glassrichに傾斜した傾斜機能材料層で固定されたモデル3の場合についても解析した。解析結果から、モデル3 rich-richの場合が、UHMWPE臼蓋の動的接触応力の緩和効果を示し、また生体活性性にも優れた人工臼蓋であることが判明した。なお、動的接触応力の最大相当応力は、骨頭と臼蓋内面の接触面ではなく、接触面から臼蓋内部へ12mm入ったところに発生することがわかった。したがって、人工膝関節において村上(九大)らが指定しているように、UHMWPE摩耗粉はこの部分に塑性ひずみが蓄積し、蓄積した塑性ひずみが、この材料の変形能を越えたときにクラックが初生し、これが剥離することによってUHMWPE摩耗粉が発生するものと考えられる。UHMWPE臼蓋が摩耗し、臼蓋内半径と骨頭半径との間のクリアランスが増大すると、これが0.5mmを越えたとき動的接触応力の最大相当応力は大きくなり、臼蓋内に発生する塑性域も広くなるため、摩耗粉の発生量が増大することがわかった。なお、一般的に摩耗粉の発生量は平均0.1mm/yearと指摘されているが、クリアランスが0.5mmを越えた後、加速度的に増大することが明らかになった。衝撃吸収性に優れることから人工股関節の臼蓋に使用される超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)の人工骨頭との摩擦による摩耗量に直接関係する、臼蓋内面近傍の動的接触応力を正確に解明するために骨頭と臼蓋内面の間のクリアランスを考慮したFEM解析を行った。ここでは骨頭はアルミナ製、臼蓋はUHMWPEとし、UHMWPE製の臼蓋をPMMA骨セメントで生体骨に固定するモデル1と生体活性性を有する傾斜機能材料層(UHMWPE/AW-glassからなる線形傾斜したFGMとAW-glass/Boneからなる線形傾斜したFGM)で生体骨に固定するモデル2を採用した。また、モデル2については、傾斜層の材料組成分布の臼蓋内面近傍の動的接触応力への影響を明らかにするために、FGMがいずれもAW-glassrichに傾斜した傾斜機能材料層で固定されたモデル2rich-richの場合についても解析した。

解析結果から、モデル1では、最大相当応力が、UHMWPE臼蓋内に発生し、その値はUHMWPEの降伏応力を超えることがわかった。また、モデル2においては、最大相当応力は傾斜層に発生するが、UHMWPE臼蓋内に発生する相当応力の最大値をUHMWPEの降伏応力以下に抑えることはできなかった。ただし、ここで使用したUHMWPEはγ線照射などによって降伏応力の改善が施されていないが、これを行ったUHMWPEの降伏応力以下に抑えることは可能であることがわかった。この結果は傾斜機能材料論文集(2003)に掲載された。次に、上記の結果からUHMWPE臼蓋に塑性変形が発生していることを考慮して、UHMWPE臼蓋を弾塑性体、PMMAまたはFGMからなる接合層と生体骨を弾性体としたFEMによる静的応力解析を行った。このUHMWPE部の弾塑性応力解析の結果から、モデル2の傾斜機能層の材料組成分布のみによってUHMWPEに発生する塑性ひずみを大きく緩和することはできなかったが、全体の臼蓋の大きさは変えることなく、傾斜機能層の厚さを厚くすることにより塑性ひずみの発生を抑えうる大きな応力緩和が可能であることがわかった。この結果は2003年9月の日本機械学会材料力学部門講演会において講演した。衝撃吸収性に優れることから人工股関節の臼蓋に使用される超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)の人工骨頭との摩擦による摩耗量に直接関係する、臼蓋内面近傍の動的接触応力を正確に解明するために骨頭と臼蓋内面の間のクリアランスを考慮した弾塑性応力のFEM解析と、UHMWP製臼蓋を粘弾性体とした数理解析を行った。解析モデルは前年度と同じ骨頭はアルミナ製とし、UHMWPE製の臼蓋をPMMA骨セメントで生体骨に固定するモデル1と生体活性性を有する傾斜機能材料層(UHMWPE/AW-glassからなる線形傾斜したFGMとAW-glass/Boneからなる線形傾斜したFGM)で生体骨に固定するモデル2を採用した。また、モデル2については、傾斜層の材料組成分布の臼蓋内面近傍の動的接触応力への影響を明らかにするために、FGMがいずれもAW-glassrichに傾斜した傾斜機能材料層で固定されたモデル2rich-richの場合についても解析した。解析結果から、モデル2rich-richの場合が、UHMWPE臼蓋の動的接触応力の緩和効果を示し、また生体活性性にも優れた人工臼蓋であることが判明した。なお、動的接触応力の最大相当応力は、骨頭と臼蓋内面の接触面ではなく、接触面から臼蓋内部へ12mm入ったところに発生することがわかった。したがって、人工膝関節において村上(九大)らが指定しているように、UHMWPE摩耗粉はこの部分に塑性ひずみが蓄積し、蓄積した塑性ひずみが、この材料の変形能を越えたときにクラックが初生し、これが剥離することによってUHMWPE摩耗粉が発生するものと考えられる。UHMWPE臼蓋が摩耗し、製作当初の臼蓋内半径と骨頭半径との間にすきま(クリアランス)が発生し、このクリアランスが0.5mmを越えると動的接触応力の最大相当応力は大きくなり、臼蓋内に発生する塑性域も広くなるため、摩耗粉の発生量が増大することがわかった。なお、摩耗粉の発生量は平均0.1mm/yearという指摘があるが、クリアランスが0.5mmを越えた後、加速度的に増大することが明らかになった。
レイヤードセラミックス複合材料の高信頼性化に関する研究

セラミックスは、高温強度、耐腐食性を有する優れた材料であるが、その本質的な脆性・低靭性がその応用にあたっては問題となっている。本研究では、積層化という手法を用いることにより、その破壊靭性を改善し、構造材料として実用化に耐えうる材料の開発を目指している。セラミックス/セラミックス及びセラミックス/ガラス系の積層材料を作製し、その力学的特性を測定するとともに、その際の微視破壊過程の解明を行った。その結果、層厚および界面強度を最適化することにより、靭性の改善が可能であることが示された。しかし、より大きな破壊靭性値を得る点において、脆性材料同士の組み合わせには限界があることが同時に示されたので、本年度はセラミックス/金属系のセラミックス材料の開発および力学的特性の解明について研究を行った。用いた材料は、アルミナおよびアルミニウムからなる材料である。まずアルミナ粉末をボールミルにより混合しスラリーを得、さらにテープキャスティング法により、アルミナシートを作製した。そのアルミナシートをアルミニウム箔と交互に積層し、真空拡散法によりアルミナ/アルミニウム積層材料を作製した。その材料のき裂進展抵抗曲線を求めると、アルミナ単体に比べて5倍以上の値となった。また、その際のRカーブ曲線を、アルミニウムの応力ひずみ曲線を用いて、理論的に予測することが可能となった。まず、単相薄膜作製装置を用いることにより、薄膜の作製を行った。セラミックスは最も一般的な材料であるAl_2O_3を用いた。またガラスは、Al_2O_3に最も熱膨張係数が近いGaO-Al_2O_3-SiO_2を用いた。組成の選定は弾性率、熱膨張係数差に注目して行い、界面の残留応力および強度の制御を目的とした。それぞれの組織の粉体を購入して用い、適当な溶媒によりスラリーを作製した。粉体の種類によりそのスラリーの作製条件を変化させた。その際の粘度等の条件を制御することにより、一定の厚さの薄膜を得るようにした。厚さは50100ミクロンの範囲で制御した。得られた薄膜を数十層積層し、現有のホットプレスを用いて加圧焼結を行った。前後をアルミナの板ではさむことにより、力学的試験が可能な形状を得るようにした。四点曲げ強度試験を積層方向に垂直な方向と、積層方向に平行な方向に積層方向を変えて行い、その方向依存性を測定した。またその際のアコースティック・エミッションも測定した。強度は積層方向にほとんど依存せず、主にアルミナの体積率に依存することがわかった。また、膜の厚さにもあまり依存しないことがわかった。また、積層方向によってアコースティック・エミッションの発生数には変化が見られた。これは、試験片の側面観察で見られたアルミナとガラスの界面でのはく離によるものであると思われる。前年度までに、セラミックス/セラミックス及びセラミックス/ガラス系の積層材料を作製し、その力学的特性を測定するとともに、その際の微視破壊過程の解明を行った。用いた材料は、アルミおよびアルミニウムからなる材料である。その材料の破壊靭性は、アルミナ単体の45倍の値となり、十分な靭性が得られることが判明した。また、その値は積層方向により異方性があるが、破壊靭性値そのものより、き裂進展抵抗いわゆるRカーブ挙動に大きな相違があることが示された。

セラミックスは、高温強度、耐腐食性を有する優れた材料であるが、その本質的な脆性・低靭性がその応用にあたっては問題となっている。本研究では、積層化という手法を用いることにより、その破壊靭性を改善し、構造材料として実用化に耐えうる材料の開発を目指している。前年度までに、セラミックス/セラミックス及びセラミックス/ガラス系の積層材料を作製し、その力学的特性を測定するとともに、その際の微視破壊過程の解明を行った。その結果、層厚および界面強度を最適化することにより、靭性の改善が可能であることが示された。しかし、より大きな破壊靭性値を得る点において、脆性材料同士の組み合わせには限界があることが同時に示されたので、本年度はセラミックス/金属系のセラミックス材料の開発および力学的特性の解明について研究を行った。用いた材料は、アルミナおよびアルミニウムからなる材料である。まずアルミナ粉末をボールミルにより混合しスラリーを得、さらにテープキャスティング法により、アルミナシートを作製した。そのアルミナシートをアルミニウム箔と交互に積層し、真空拡散法によりアルミナ/アルミニウム積層材料を作製した。その材料のき裂進展抵抗曲線を求めると、アルミナ単体に比べて5倍以上の値となった。また、その際のRカーブ曲線を、アルミニウムの応力ひずみ曲線を用いて、理論的に予測することが可能となった。