hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
らせん生体高分子組織化ソフトクリスタルの創製と革新的光・電子機能素子開発

本研究では,様々な機能材料との複合化でその機能向上が認められるDNA等らせん生体高分子とキラル発光分子からなる高次規則配列集合体(例えばDNAソフトクリスタル)を作成,高い発光円偏光度と強発光性を両立する新奇ソフトクリスタルの創製を行う。さらに,その素子化・応用展開として,世界初の円偏光電気化学発光(CP-ECL)素子の実現を目指す。らせん生体高分子ソフトクリスタルの概念を,領域研究者の持つ種々の発光・機能分子と協奏的,相乗的に組織化し,革新的な機能発現,素子化応用を踏まえ領域の発展に大きく貢献する。電気化学発光(ECL)とは電気化学反応による発光現象であり,ECL素子を交流駆動させることで素子の安定性やミリ秒程度の応答速度,発光強度の向上が可能となる。H29年度はDNA膜中にECL材料であるRu(bpy)32+錯体を導入し、交流電圧下におけるECL特性の評価を行い特徴的な結果を得た。具体的には,鮭精巣由来DNAをITO基板上に製膜し,Ru錯体水溶液中で電気泳動法にてRu錯体をDNA膜内へ導入した。修飾電極の分光特性や電気化学特性から修飾膜中のRu錯体が電気化学活性を持つことが分かった。次に,2枚のDNA/Ru錯体修飾電極間に電解質溶液を挟込み,2電極型ECL素子を作製した。±4Vの交流電圧を高周波数域から低周波数側へ印加すると、10000 HzよりRu錯体に起因する橙色ECLが観測された。Ru錯体のみを電解液中に溶解させた同面積のITO/ITO素子のECLが500 Hzで発光開始するのに対し,非常に高い周波数でECLが得られる。10000HzでのECL発現に要する応答時間は50μsと,電気化学素子として非常に高速な応答を示した。また,この素子の交流電圧印加時の電流応答から,電気二重層の充電が溶液セルと比較し飛躍的に短時間で起きていることも明らかとなった。平成29年度の当初目的として以下を計画した。「高いCPL特性と高発光強度を示すDNA/発光分子ソフトクリスタルの創製」を目的として研究を進める。年度計画としては,種々のDNA/発光性分子複合体を合成し,特に溶液中でのCPL特性の増強を検証する。DNAと発光性分子との相互作用形態の解析を行い,同複合体における発光円偏光度の増強機構を解明する。一方でDNA集合体のソフトクリスタルとしての特徴や強みを整理し,DNA/発光分子ソフトクリスタルの創製と機能発現の手がかりを得る。一方で,領域全期間を通して最終的には電気的に駆動できるデバイス化への貢献も期待されており,そのデバイス化の一つとしてDNA等らせん高分子が関与する電気化学発光(ECL)についても検討を行ってきた。上記概要においては,特にH29年度にてソフトクリスタルの活用ともいえる特徴あるECLデバイスが初めて作製可能となったため,この結果を中心に記載した。この結果が特筆すべき点は,高IF雑誌(Scientific Reports)への掲載からも推測されり。一方,当初計画した高いCPL強度と高発光強度を示すDNA/発光性錯体を調製しすべく,DNAにEu(III)錯体を複合した膜の構造や発光特性について,マトリクスとして汎用高分子であるPMMAと比較検討した。
疑似定在波モードでの音波の放射圧に関する理論検討とその応用

本研究は、矩形たわみ振動板による疑似定在波モードの放射圧の特性測定を行い、理論の構築を行う。また、その応用として、浮揚、集塵への応用を試みることを目的としている。音波凝集に関しての昨年の成果は、2枚のガラス板を平行な状態から互いに傾けることにより、微粒子の凝集・搬送を効率よく行うことが可能な疑似定在波音場を、容易に形成可能なことを見出しいる。そして、実際に装置を試作し、粒径数μmの微粒子の凝集・搬送に成功している。また、音波浮揚に関しての昨年の成果は、疑似定在波を用いた板状物体の音波浮揚に成功し、物体と放射面が平行状態から僅かでもずれると浮揚力が大幅に減少することを理論的に明らかにした。本年度は、音波凝集に関しての研究を主に進め、以下の成果を得ている。1.昨年度試作した装置を改良し、流水中で粒径数μmの微粒子の凝集・搬送を試みた。2.凝集力、搬送力を理論的に検討し、本手法の最大処理能力について検討を行っている。3.試作した実験装置により処理された水の濁度を濁度計により測定し、理論との比較を行っている。4.200W、2MHzの超音波を照射することにより、粒径7.9μmの粒子が懸濁した水を毎秒4ccの速度で処理した場合、50ppmにまで浄化可能なことを確認している。本年度得られた成果は、以下のとおりである。音波凝集1.3.2MHzの高周波で駆動される円形PZT素子から発生される音波を用いて、素子に対して斜めに置かれた平行な2枚のガラス板間で、水中に浮遊する数μmオーダの濁粒子が凝集、移送されることを確認した。2.効率よく移送されるガラスの角度が波数整合を満たす角度あることを確認し、原理通りに微粒子の凝集、移送が行われていることを確認した。3.微小ハイドロホン(直径0.5mm)を用いて、ガラス板間の測定を行い、原理通りの音場が形成されていることを確認した。4.2枚のガラス板を、平行の状態から互いに傾けることにより、微粒子の凝集が効率よく行うことが可能となり、装置の製作が容易になることを見いだした。また、この配置でも微粒子の移送が可能であることを確認した。5.凝集された微粒子の移送速度が、音波の放射圧の大きさに依存することを確認した。音波浮揚1.20kHzの低周波で駆動されるたわみ振動板と浮揚物体との間に疑似定在波を形成させ、空気中で板状物体の浮揚が可能となることを確認した。2.浮揚物体が受ける浮揚力は音波の放射圧であるが、マイクロホンによる測定により、その絶対値は理論値よりも非常に小さい値であることを確認した。3.浮揚力が理論値よりも小さくなる原因が、浮揚物体と放射面とが平行状態からずれることに大きく影響していることを見いだした。
オートファジーの法医診断学への応用ー新規指標としての有用性の検証ー

種々の組織障害におけるautophagyの機能とその出現パターンをマウスモデルを用いて解析し、autophagyが組織障害診断の新しい指標となり得るか検討した。シスプラチンによる腎障害ではautophagyは障害発生の早期に出現して障害を軽減するように保護的に機能することを明らかにした。大動脈結紮心肥大モデルを用いた検討では、代償性心肥大の過程でautophagyが出現すること明らかにした。さらに、皮膚創傷治癒糧におけるautophagyを解析し、受傷後速やかに受傷部位でautophagyが抑制されることを見出した。これらのことからautophagyが新規の生活反応となる可能性が示された。本研究はautophagyを臓器障害の新しい指標として法医診断に応用することを目的とし、種々のマウスモデルと剖検試料を用いて各臓器障害に特異なautophagyの出現パターンを解析するものである。22年度は、その第一歩として心肥大におけるautophagyについて検討を開始した。圧負荷誘導心肥大マウスを作製するため腹部大動脈結紮モデルの作製を試みたが、効率よく心肥大を誘導することは困難であり、また、心肥大に至る期間が長期間必要であった。そこで、より効率良く且つ短期間で心肥大を誘起することが可能な大動脈弓結紮モデルに方法を切り替えて検討した。このモデルマウスの作製には人工呼吸下に顕微鏡下で結紮を行う困難な手術であり、当初失敗を重ねたが22年度終盤になり高い成功率で手術を行えるようになってきた。現在、モデルマウスの作製を続けており、臓器試料の収集に努めている。予備的な知見であるが、圧負荷の初期に著明なautophagyの亢進をタンパク、遺伝子および組織学的レベルで検出している。また、autophagyと協調的に機能すると考えられるユビキチン-プロテアソームシステムも同様に活性化することを見出している。ユビキチン-プロテアソームシステムでは特に免疫プロテアソームのサブユニットの変化が著しく、autophagyと免疫プロテアソームサブユニットを合わせて解析することは、心疾患の病理診断に有用と思われる。来年度以降は、マウス試料の解析を行うとともに、剖検試料の収集に努めてautophagyと免疫プロテアソームサブユニットの解析の心疾患の病理診断における有用性を明らかにする予定である。23年度は、22年度で確立した大動脈弓結紮による心肥大マウスモデルを用いて、autophagyとプロテアソームの解析を行った。大動脈弓を結紮したマウス心臓ではIFN-γの発現の増加が早期に認められ、IFN-γの遺伝子を欠損した(IFN-γKO)マウスでは野生型のマウスに比べて結紮後1-3日に認められるautophagyが有意に増強されることを明らかにした。また、大動脈弓を結紮した野生型マウスの心臓では結紮後早期から免疫プロテアソームサブユニットの発現が有意に増加するが、IFN-γKOマウスでは免疫プロテアソームサブユニットの発現に変化を認めなかった。autophagyとプロテアソームはストレスに対して協調的に働くことが知られており、IFN-γKOマウスではプロテアソームサブユニットの再構成が起こらないため代償性にautophagyが亢進するものと思われる。心臓に対する急性のストレスについてはautophagy、慢性のストレスには免疫プロテアソームサブユニットが病態の良い指標となる可能性を明らかにした。また、23年度は、絶食マウスを用いて飢餓によるautophagyの動態につて検討し、飢餓によってautophagyが心臓に著明に誘起されることを見出し、飢餓死の指標として心臓におけるautophagyの解析が有用であることを明らかにした。更に、皮膚損傷マウスモデルを作製し、創傷の治癒過程におけるautophagyを解析する実験を行い、その過程において、皮膚組織においてautophagyが概日性に増減を繰り返していることを明らかにするとともに、autophagyは受傷後約3時間で著しく減少することを見出した。従って、皮膚組織のautophagyは、死亡時刻あるいは創傷の受傷後経過時間推定の新しい指標となる可能性が示された。25年度は、大動脈結紮による心肥大モデルにおけるIFN-gammaの役割に関する研究をほぼ終了し、論文取り纏めの段階であり、間もなく投稿する予定である。IFN-gamma遺伝子欠損マウスが野生型マウスに比較して、より強い病的心肥大を発症する。この原因へのautophagyの関与は軽微であり、IFN-gamma遺伝子欠損によるPI3Kの活性化減弱が代償性心肥大の誘起を阻害することがその原因であることを明らかにすることができた。心肥大モデルに加え、内因性急死の原因の一つである解離性大動脈瘤についてアンギオテンシンインフージョンによるマウス解離性大動脈瘤モデルを用いて研究を行い、野生型マウスに比較してIFN-gamma遺伝子欠損マウスが有意に高い死亡率を示すことを見出した。

アンギオテンシンにより誘起される大動脈のautophagyがIFN-gamma遺伝子欠損マウスにおいて野生型マウスに比較して有意に低下していることを見出し、autophagyがアンギオテンシンにより誘起される大動脈瘤に保護的に機能する可能性を示す結果を得た。研究期間を通して行ってきた創傷とautophagyに関する研究では、皮膚組織におけるautophagyの概日性振動が死亡時刻推定の良い指標となることを明らかにした。更に、皮膚や筋組織の損傷部位では非損傷部位と比較して著明なautophagyの抑制が認められ、更に、この変化は生前の損傷においてのみ認められることを明らかにした。この組織損傷によるautophagyの変化は、新規の生活反応として損傷の法医診断に極めて有用なものと考えている。この結果は現在論文作成中である。24年度は大動脈弓部結紮による圧負荷により誘起される心肥大、心不全マウスモデルを用いた検討を23年度に引き続き行った。圧負荷モデルにおいてきわめて早期から心臓にIFN-gammaの発現増加が認められるが、負荷に対する生理的応答の現れである代償性心肥大の発現に強く関わるPI3K/Aktのシグナル活性化がIFN-gamma依存的に誘起されることを明らかにした。従って、IFN-gamma-KOマウスでは生理的応答の欠如から、より強い負荷を変えた場合野生型に比較して死亡率が有意に上昇することを見出した。しかし、その機構に関しての解明は次年度に残された課題であり、この機構へのautophagyと免疫プロテアソームの関わりについてさらに深く追及する予定である。22年度から行ってきたCisplatinによる腎障害の病態形成におけるautophagyの役割に関する研究で、腎障害の病態形成の初期にautophagyが出現し、保護的に機能することを見出した。更に、IFN-gammaはlysosomeの活性化を介してautophagic fluxを亢進し、保護的に作用することを見出し論文として報告することが出来た。23年度から行ってきた皮膚の創傷治癒かていにおけるautophagyの解析を24年度も引き続き行い、autophagyの概日性振動が創傷治癒過程で消失する現象に関する検討を行った。皮膚損傷組織では、受傷後極めて早期にHO-1の発現増加がタンパクレベルで認められ、この発現増加にautophagyとは逆位相で振動するP62が関わっている可能性を示唆する結果を得た。また、時計遺伝子の一つであるROR-gも受傷後早期にタンパクレベルで発現が増加することを見出しており、これらの現象の相関を解析して25年度では創傷治癒と体内時計およびautophagyの関係を明らかにする予定である。申請書に記載した実験計画はおおむね順調に進行して、有用な知見が着実に蓄積されているものと考えている。本年度は成果を形にする年と考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。
LED照明を利用した盗撮防止システムの開発～スマホによる被害を防ぐ～

今年度は,提案しているLED照明とスマートフォンを連携させた盗撮防止技術を発展させた技術を開発した.当初の提案ではスマートフォン側にアプリ等を仕込む必要があったが,LED単体を臨界周波数以上の周期で点滅させる事で出現するフリッカノイズに注目し,これを撮影画像の劣化に用いた.その結果,このシステムを導入した撮影制限空間にてスマートフォンのカメラを起動させると,強制的に縞模様が発生し撮影画像を劣化させることができるのを確認した.更にこれは静止画,動画にかかわらず発生する.また,このフリッカノイズが効果的に出現するように,トイレを模擬した撮影空間を構築し様々なLED照明の配置から被写体までの角度等様々な条件で実験を行った.この実験では市販されている数種類のスマートフォンを実際に用意した.その結果,LED照明の利用的な設置位置やその照度,そして周波数等が分かった.更に,撮影制限空間にて撮影された動画から撮影場所の位置情報や時間等が抽出できるようフリッカの幅と時間を工夫してバイナリデータを埋め込む技術を開発した.これは,万が一,盗撮等の行為が行われ,その動画がインターネット上にアップロードされた場合に,容疑者の特定につながる.よってアップロード行為そのものを抑止できるものである.プロトタイプシステムを構築して実験を行ったところ,埋め込んだデータを完全に取り出すことに成功した.今年度の主な成果は,展示会出展3回,国際学会1回,国内学会2回,雑誌掲載1回である.2016年度は,提案する盗撮防止システムにおける照明の点滅周波数を動的に変更して撮影を妨害するフリッカ技術について研究開発を行った.複数のスマートフォンを用意してLED照明をDMX512の仕様で制御して1 Hzから2,000 Hzまで変化させて実験したところ,全ての機器でフリッカが生じる周波数をいくつか見つけることができた.次に更にフリッカが生じる周波数を探すために1 Hzから500 Hzの間で詳細に調査した.その結果,より細かな周波数を探すことができ,スマートフォンによるフリッカ消去技術にも対抗できるプログラムを作成することができた.また,更にこれらの周波数とフリッカの幅を考慮してデジタルデータを送信する方式を開発し,盗撮データをインターネットへアップロードすることを制限する技術を検討中である.本年度の成果として展示会への参加,国際学会,及び国内学会の参加とテレビでの技術紹介が挙げられる.フリッカが生じる周波数を特定でき,それをプロトタイプシステムで自在に発生させることができたため.今年度は,LEDを用いた盗撮防止システムの実用化のために,システムの仕様を改良した.申請時にはLEDから出力される信号をスマホに組み込まれたアプリでキャッチして機能の制限を実現する仕様であった.しかしながら,協力業者との議論により,初めはより普及しやすい仕様にした技術を提供するほうが,盗撮防止の重要性を世間に分かったもらえるだろうと考えLED照明の周波数を変更することにより,ノイズをスマホに出現させる技術の開発を行った.これは,CMOSイメージセンサの特性で出現するフリッカノイズを利用したものであり,スマホにアプリ等を仕込まなくとも盗撮防止を実現することが可能である.これにより被写体を縞模様で隠蔽することが可能となり,盗撮の制限を実現する.また,フリッカの維持の周波数を途中で変更することでデジタルデータを表現して時間や場所等の情報を撮影動画に入れ込むことも可能となる.実装では単純LED照明ではなく,より使いやすくした導光板を用意して,様々な角度からノイズが出現するかどうかの確認を行った.実験環境はDMXプロトコルを使用した照明環境であり,導光板を9枚用意して,周波数と照度を変更させて検証を行った.この際,トイレや更衣室をイメージして角度,距離明るさのパラメータを変更させた.今年度開発した研究成果は,関西の組込み展示会(ETWest)と関東の組込み展示会(ET)にて発表を行った.企業と連携して研究的な観点からだけでなく商業化する上での注意点を盛り込んで進めているため.今年度は,提案しているLED照明とスマートフォンを連携させた盗撮防止技術を発展させた技術を開発した.当初の提案ではスマートフォン側にアプリ等を仕込む必要があったが,LED単体を臨界周波数以上の周期で点滅させる事で出現するフリッカノイズに注目し,これを撮影画像の劣化に用いた.その結果,このシステムを導入した撮影制限空間にてスマートフォンのカメラを起動させると,強制的に縞模様が発生し撮影画像を劣化させることができるのを確認した.更にこれは静止画,動画にかかわらず発生する.また,このフリッカノイズが効果的に出現するように,トイレを模擬した撮影空間を構築し様々なLED照明の配置から被写体までの角度等様々な条件で実験を行った.この実験では市販されている数種類のスマートフォンを実際に用意した.その結果,LED照明の利用的な設置位置やその照度,そして周波数等が分かった.更に,撮影制限空間にて撮影された動画から撮影場所の位置情報や時間等が抽出できるようフリッカの幅と時間を工夫してバイナリデータを埋め込む技術を開発した.これは,万が一,盗撮等の行為が行われ,その動画がインターネット上にアップロードされた場合に,容疑者の特定につながる.よってアップロード行為そのものを抑止できるものである.プロトタイプシステムを構築して実験を行ったところ,埋め込んだデータを完全に取り出すことに成功した.今年度の主な成果は,展示会出展3回,国際学会1回,国内学会2回,雑誌掲載1回である.情報伝達の方法と,人体に対する影響の調査.そして更なる盗撮妨害の工夫.導光板を用いてフリッカ周波数を変更する実験設備を構築する.現在は数個の導光板を用いているだけなので壁に埋め込める形に変更してより自然な内装照明とする.また視覚に与える影響を入念に調べていないためその定性的評価を行う.

現在は盗撮防止にのみ使用する方向で考えているが,より適用の幅を広げるためにその他の応用へも研究を広げる予定である.次年度にプロトタイプの改良を行うため予算を繰り越した.次年度のプロトタイプ改良に使用.
三重鎖核酸テクノロジーの実用化に向けたピリジン型塩基を有する人工核酸の開発

本研究では三重鎖核酸テクノロジーの実用化に向け標的二重鎖DNA中のG・C塩基対を特異的かつ強固に識別する非天然型塩基の開発を目的とする。2-アミノピリジンを有する人工核酸はG・C塩基対に比較的高い親和性をもつことから今回新たに2-アミノ-6-メチルピリジンを塩基部位に有する人工核酸を設計した。具体的には、2-アミノピリジン、2-アミノ-6-メチルピリジンを塩基部位に持つヌクレオシドをそれぞれ合成した。塩基部位と糖部位のカップリングには溝呂木-Heck反応を用いた。合成したヌクレオシドはDNA自動合成機に適用可能なアミダイトブロックへと誘導し、15残基中1残基、3残基、5残基導入したオリゴ核酸をそれぞれ合成した。得られたオリゴ核酸を用いて融解温度測定、熱力学パラメータの算出等により合成した人工核酸の物性を評価した。結果、2-アミノ-6-メチルピリジンを3残基連続で導入した場合は2-アミノピリジンと同程度の高い親和性を有することが明らかとなった。一方、5残基連続で導入した場合は2-アミノピリジンよりも親和性は低下する結果となった。この原因の一つとして融解温度測定の曲線の結果、2-アミノ6-メチルピリジンは2-アミノピリジンよりも濃色効果が小さかったことからメチル基の存在が三重らせん構造にひずみを与えている可能性が示唆された。また、今回設計した2-アミノ-6-メチルピリジンは現在三重鎖核酸に広く用いられている5-メチルシトシンよりもG・C塩基対に対して高い親和性を示すことが明らかとなった。
体内植込み型両心補助循環システムのために最適化された右心補助循環用ポンプの開発

心臓の機能が重度に低下した慢性心不全の治療に使用することを目的に,これまで実現されていない右心補助専用の血液ポンプの開発を行った.ポンプ外径が30ミリ以下となるように設計を行い,数値流体力学により流路形状の最適化を実施した.これらの検討を元にして試作器を設計・製作し,性能を計測したところ,右心補助人工心臓として基本的な性能を満たしていることを確認した.ポンプの耐久性・抗血栓性を左右する動圧軸受部の設計変更を実施し,動物血を用いて血球破壊の量を計測したところ,臨床的に問題のない範囲で運転出来ることが実証された.心臓の機能が重度に低下した慢性心不全の治療に使用することを目的に,これまで実現されていない右心補助専用の血液ポンプの開発を行った.ポンプ外径が30ミリ以下となるように設計を行い,数値流体力学により流路形状の最適化を実施した.これらの検討を元にして試作器を設計・製作し,性能を計測したところ,右心補助人工心臓として基本的な性能を満たしていることを確認した.ポンプの耐久性・抗血栓性を左右する動圧軸受部の設計変更を実施し,動物血を用いて血球破壊の量を計測したところ,臨床的に問題のない範囲で運転出来ることが実証された.補助人工心臓用の血液ポンプとして、小型連続流ポンプを応用した体内植込み型補助人工心臓が実用化され急速に普及している。これらの患者のほとんどは左心機能のみ補助すればよい左心補助人工心臓装着患者であるが、より重症で左心補助に加えて肺循環を担う右心の補助を必要とする両心不全患者も存在する。本研究は、右心補助人工心臓として最適化した体内植込み型血液ポンプの設計と試作機の開発を行い、両心補助循環を必要とする重症心不全患者の治療成績向上のために優れた耐久性を有する体内植込み型両心補助循環システム構築の基礎とすることを目的とする本年度は、右心補助人工心臓の平均的動作条件として、左心補助人工心臓と同じ流量(5.0L/min)で発生圧力が1/5の20mmHgを設定し、最終ポンプ形状が最大サイズ50mm以下となることを目標にポンプ設計理論に基づいて設計することを計画した。解剖学的適合性を考慮し、ポンプ外径が30mm以下となることを設計の拘束条件として、羽根車直径20mmの遠心型ポンプの設計を実施した。羽根車の軸受として動圧軸受を採用した。流路形状を決定するために,ポンプ全体の数値流体力学(CFD)による流れ解析を実施した.その結果,直径20mmの羽根形状を羽根枚数6枚,羽根高さ7mm,羽根出口角53°の二次元羽根インペラを円形ケーシングと組み合わせて使用することにより,目的の運転条件を達成しつつ血液の淀み領域が生じないことが示唆された.また,このときポンプ内部のせん断応力の履歴を積分することによりポンプ内部における血球破壊量に関して検討を行った結果,市販されている血液ポンプよりも血球破壊量が少なくなる可能性を示す結果を得た.これらの解析結果を踏まえ,年度後半より実機の製作に取りかかっており,平成25年度以降,ポンプの水力学的特性試験と血球破壊試験を実施する.補助人工心臓用の血液ポンプとして、小型連続流ポンプを応用した体内植込み型補助人工心臓が実用化され急速に普及している。本研究は、右心補助人工心臓として最適化した体内植込み型血液ポンプの設計と試作機の開発を行い、両心補助循環を必要とする重症心不全患者の治療成績向上のために優れた耐久性を有する体内植込み型両心補助循環システム構築の基礎とすることを目的とする。昨年度、ポンプの基本形状設計を実施し、羽根車直径20ミリの遠心型ポンプを設計した。内部流れの数値計算結果によれば血栓好発部位となりうる血液の淀みなどは見られなかった。本年度は、この設計に基づいて製作したポンプについて水力学的性能試験を実施した。水力学的性能については設計仕様を満たしているが、動圧軸受がしばしばケーシング壁に接触する現象が認められ、保持力が十分でなく軸受の改良が必要であると判断された。動圧軸受設計理論より羽根車に作用する力の解析を行った結果、羽根車が接触する主な原因は流体力に起因するモーメントによって羽根車が傾いて回転することであると考えられた。この結果から、新たにインペラ上部にも動圧軸受が形成されるように設計を変更し、試作機の製作を実施した。試作機の振動は改良前と比べ抑制されており、想定している運転領域においては接触せずに運転可能なことを確認した。補助人工心臓用の血液ポンプとして、小型連続流ポンプを応用した体内植込み型補助人工心臓が実用化され急速に普及している。

昨年度までに、試作機が設計仕様を満たしているものの、動圧軸受がしばしばケーシング壁に接触する現象が認められており保持力が十分でなく軸受の改良が必要であると判断し、動圧軸受設計理論より羽根車に作用する力の解析を行った結果、羽根車が接触する主な原因は流体力に起因するモーメントによって羽根車が傾いて回転することであることを突き止め、設計の改良を重ねてきた。製作した試作ポンプについて水力学的性能試験を実施し、振動が抑制されており運転領域において非接触運転が可能なことを確認した.本年度は,この試作機について数値流体解析によるポンプ内部流れの評価を実施し,血球破壊ならびに血液凝固の観点から問題がないと判断した.さらに動物血液を用いた溶血試験を実施し,形状を改良した結果血球は改良が減少したことと,血球破壊量が臨床的に許容範囲内であることを確認した.26年度が最終年度であるため、記入しない。流体工学26年度が最終年度であるため、記入しない。血液ポンプの解析について,これまでの経験を活かしてモデル化から計算の実施,さらには形状の検討を滞りなく行うことが出来ていると考える.前年度の設計結果に基づいて試作機を製作し、性能を確認した。水力学的性能は設計通り実現できていたものの、動圧軸受の安定性が十分ではなく、羽根車がケーシング壁に接触することが明らかとなった。軸受を再設計することにより接触の問題が回避できたが、昨年度実施予定であった血液適合性試験(溶血試験)の実施ができていない。26年度が最終年度であるため、記入しない。試作機が完成した後,ただちに目的通りの基本的性能が達成できているかどうかを実験的に検討する.また同時にシステムの解剖学的適合性の検討のため,右心ポンプ用の脱血管模型を製作し,同時に軟質素材の心臓模型と共に形状設計を完成させる.最終年度となる平成26年度は、試作した血液ポンプの血球破壊量の計測を実施する。数値計算結果と比較することにより、数値計算による血球破壊量の予測可能性についても検討を加える予定である。体内植込み型とするために必要な脱血管形状については、CT画像を利用して3次元CAD上での最適化を実施したうえで試作を行う。ポンプ製作段階で寸法の検討に時間を要したため,脱血管の試作に伴う支出を次年度に繰り越すこととしたために直接経費の次年度使用額が発生した.軟質素材の心臓模型は,脱血管形状の検討について,本システムのユーザーとなる心臓血管外科の医師に臨床的見地からの意見を得るためには必須であると考え,そのための模型作成費を中心に使用する,また血液ポンプ製作については,現在全ての部品を購入して作成しているため引き続き部品購入,金属加工費用として使用する.初年度に予定していた試作数が少なかったため、初年度から本年度への繰り越し金がほぼそのまま次年度へ残されている。本年度に、血液適合性試験に使用できるポンプの製作、ならびに動圧軸受安定性の実験的検討のためのセンサ、脱血管形状検討用の3Dプリンタ用樹脂、医用画像三次元ソフトウエアモジュール等に使用する。
高キュリー温度を持つ磁性半導体における磁性機構の解明とその制御

本テーマでは低消費電力で高速・大容量の情報処理・通信に向けたスピンデバイス開発を目指して、高いキュリー温度を示す磁性半導体におけるゲート電圧印加による磁性制御を目指した。まず磁化曲線の明確なカルコゲナイド強磁性薄膜Cr1-δTeにおいて、イオン液体を用いたゲート素子を作製しその磁性を制御することに成功した。その技術を応用し室温強磁性を示す(Zn,Ct)Teにおいて、保磁力の大きさをゲート電圧によって可逆的に変化させることに成功した。またこれによって、(Zn,Cr)Teの強磁性機構の手がかりを得ることができた。本研究課題では高キュリー温度をもつ強磁性体について、その磁性の変調を意図してデバイスを作成し、評価を行った。磁性の変調は物性物理学的にも興味深く、現在盛んに行われている。強磁性体が半導体か金属かでその変調の機構は大きく異なる。半導体の場合は主に強磁性を媒介しているキャリアを制御することで、磁化が制御できることが示されている。また金属系の場合は、様々な機構が考えられるが、ひとつは界面における遷移金属の平均電子数を変化させることで磁化を変調させられると考えられている。本課題では、まずは薄膜で垂直磁気異方性を持つCrTeにおいてデバイス作製と磁化制御を試した。作成したデバイスはn-GaAs基板/CdTe:I/CrTe/Al2IO3/Auという構造がベースであり、バッファ層上に成長したCrTe薄膜(数nm)の磁性をゲート電界によって制御することを計画した。Al2O3膜は自作のALD装置において製膜し、成膜条件の最適化などを行った結果、膜特性としては良好な絶縁性を示した。作成したMOSデバイスの評価としてはSQUID磁気測定装置を用いた。デバイスに電界を印加したまま磁化を測定することで直接的に磁化の変化を捉えることができる。磁場ー磁化測定を8K-130Kまでの範囲で行った結果、130Kに於いては負電圧0.5MV/cmの印加によって、2Tにおいて磁化が5%ほど増加することが分かった。CrTe膜の磁気異方性が変化した可能性、あるいはAl2O3との界面付近のCrの電子数の変化によってスピンの大きさが変わって変調を受けた可能性などが考えられるが詳細は現在解析中である。今後、更にゲート電圧依存性や面内・面直に対してどのように磁化が変化を示すかを測定することで、磁化変調の起源に迫りたいと考えている。そして、よりTcの高い物質や新奇なスピン偏極物質においても同様の実験を行う予定である。本研究のテーマは磁性半導体に対してゲート電圧を印加できるような素子を作製し、ゲート電圧によって磁性を変調しようというものである。磁性を外部電圧によって制御できれば、低消費電力メモリなどへの応用研究に資することができる。それに加え、特に本研究で用いた磁性半導体(Zn,Cr)Teでは強磁性の発現機構が未解明であるので、Crの価数が強磁性に寄与している可能性があることを考慮すれば、ゲート電圧によってCr価数を制御することでその機構も解明しできると考えられる。磁化の変調を行うことで、磁性半導体のデバイス応用への布石を得るということ、強磁性機構を解明するという2つの目的を達するために本研究を設定した。まず先行実験として、磁化曲線が明確で垂直磁気異方性のあるCr1-δTe薄膜を用いて、イオン液体を用いてゲート素子に加工して磁化変調を試みた。結果としてはプラス、マイナス両ゲート電圧において低温で磁化の大きさが増大することが確認された。その原因としては、Crの空孔の磁化配列が変化することが考えられる。その後(Zn,Cr)Teにおいてもイオン液体を用いてゲート素子を作製して磁化変調を試みた結果、低温において正のゲート電圧で保磁力が減少し、負の保磁力では復元することが分かった。この変化は可逆的であり、(Zn,Cr)Te/p-ZnTeヘテロ接合の界面においてバンド変調が起こり、Crの価数が変化したことによると考えられる。このようにCr1-δTeと(Zn,Cr)Teの2つの物質系において磁化の変調を達成することに成功し、その変調の起源の考察を行った。またゲート素子作製の過程においてAl2O3とAlNについて特性を詳細に調べ、特にAlNについてはその組成と電気絶縁特性の関係を明らかに出来た。研究課題開始から現在までに、達成している項目としては以下のとおりである。1.CrTe超薄膜における強磁性発現のためのMBEにおけるヘテロ構造、膜厚、成長温度などの成長条件の最適化、及び発現する強磁性の磁性解析。2.CrTe超薄膜上におけるAl2O3などの絶縁膜の自作ALDを用いた成膜の最適化及び絶縁膜の絶縁破壊測定やC-V測定による物性解析。

3.上部の金電極を薄くすることでAu膜内伝導性を確保しながら、なおかつMCD実験をするのに必要な反射光量の確保のためのAu蒸着技術開発。4.MOS型電界印加構造の作製。5.磁化測定装置(SQUID)を改造することで、試料に電界を印加しながら磁化を測定できるような環境を整備した。6.CrTe超薄膜に電界を印加しながら磁化を測定したところ、特に130Kにおいて0.5MV/cmの電界で2T下で5%ほどの磁化の増大を観測した。これらから、おおむね計画通りの進展を見せていると考えられる。しかしながら磁化変調の起源がまだ不明確である点や、強磁性層を薄くして界面効果を際立たせることや、絶縁膜の選定・条件だし等による、より大きな変調のための工夫、強磁性材料の選定など課題も多く、今後更に加速的に集中して研究を進めていく必要がある。25年度が最終年度であるため、記入しない。今後の方針としては、常温で動作する新たなスピンデバイスの実現という目標のもと、よりTcの高い物質で室温近くにおいて電界効果によって磁化を制御したいと考えている。また、CrTe系において見られた磁化の変調の原因を、磁気異方性、ゲート電圧依存性、膜厚依存性などの系統的な測定によって明らかにしたいと考えている。そして、材料をCrTeに限らず色々と試行しながら最適な物質の探索、及び酸化膜など誘電体の探索、電界効果デバイスの構造の再構築など、更に大きな変調を得るにはどうしたら良いかを探って行きたい。展望としては、イオン液体とポリマーによる電気二重層を強磁性層の上に堆積し、大きな電界効果を利用して強磁性層の磁化を制御することが挙げられる。また、精緻な磁化測定のためにはボンディング・コンタクト技術を工夫する必要があり、微量な不純物も混入しておらず、さらに低温でも超伝導転移しない電極の選定、加工など、厳しい条件での材料の選定と測定への応用技術が必要である。また、制御する物質系を強磁性体に限定せず、表面において高移動度・スピン偏極の両方を実現するトポロジカル絶縁体なども、スピン偏極物質としての枠で捉え、積極的に導入したいと考えている。トポロジカル絶縁体の場合は、SQUIDによる磁化測定は適さないことから、代替手段によって変調を捉えることを考えている。
音韻範疇を対象とした併合操作により構築される回帰的階層構造の実在性を探求する研究

人間言語の起源は、語彙項目を対象とする回帰的併合操作の出現にあるとされる。従来この操作は、音韻範疇に対しては適用されないと考えられてきた。しかし、本研究では、音韻範疇(素性)を対象とする併合操作が「語彙化過程」において存在する、ということを、様々な音韻現象の分析を通して明らかにする。これにより、併合操作が適用される言語学的対象物の種類は、従来想定されていたものよりも多種である可能性が生じる。以上を遂行するにあたり、研究全体を以下の3種類の部門(A部門:形態素内音韻属性の語彙化過程の解明、B部門:極小主義的音韻素性の探求、C部門:回帰的階層構造の音声的線形化の探求)に分け、それぞれの研究課題に関する文献を調査し、それらの理論上の争点を明確にすることを試みた。その上で、極小論の研究指針に合致するモデルの構築を行った。研究実施計画に沿って、A部門では、形態素内音韻範疇の語彙化を説明する諸モデルの比較検討を行い、B部門では、極小主義的音韻素性の特定化を試みた。また、C部門では、音韻構造を音声的に線形化する仕組みについて、様々なモデルを比較しながら検討した。これらを解明するために、各部門ごと、(1)検証すべき仮説を決定したのちに、(2)先行研究の丹念な調査を行った。そして、各部門での研究進捗状況および成果を詳細に、且つ、統合的に分析した上で、回帰的併合を呈する音韻モデルの構築を試みた。その研究成果は、論文の形で複数の研究雑誌に投稿された。それらの一部(2編)は、国内において出版された。また、国内外の6つの学会において報告された。今年度は研究遂行に必要な関連文献やデータの入手が予定通り行われ、それらを丹念に検討・分析した結果をもとに、回帰的併合を有する音韻モデルを、進化言語学という文脈において、発展させることができた。また、研究成果を、国内外の様々な学会や研究誌で発表することができた。研究を遂行するにあたり、これまで通り、(1)回帰的併合について論じている文献(前年度に入手することができなかったものと新たに出版されたもの両方)の収集を行い、それらの内容を丹念に検討する。そして、(2)同様の関心を持つ国内外の研究者から情報を収集し、積極的に意見の交換を行う機会を設ける。さらに、(3)前年度同様、研究成果を英語でまとめて、国内外の学会や学会誌で発表する。
嗅周皮質の記憶関連ニューロンに関する神経薬理・免疫組織学的研究

同時的複式物体弁別課題では,まず,オペラント箱の側面に設置された二つのパネル上に視覚刺激を提示した.ラットが正刺激の真下にあるレバーを押せば,背面にある報酬受け皿上に落とされる餌ペレットを得ることができた.正刺激と負刺激が二つのうちのどちらのパネル上に表示されるかは,試行毎にランダムとした.1対の視覚刺激についての弁別を,15秒の試行間間隔で1日1セッション,60分間遂行させた.学習基準は80%以上の正反応率が3セッション連続することとした.学習基準到達後,従来の刺激対に新たな刺激対を加え,2対の刺激対についての弁別を同様の手続きで行った.行動実験終了後,灌流固定し脳を摘出した.その後,Fos染色及びグルタミン酸系またはアセチルコリン系の神経マーカー(GluR1,NR1,ChAT)の2重染色を行った.脳切片上の嗅周皮質における免疫陽性細胞の観察・定量化は光学顕微鏡下で行った.1対または2対の視覚刺激の弁別を行ったラットの嗅周皮質を検索したところ,記憶負荷が大きくなるにともない,Fos陽性細胞数が増加する傾向が観察された.さらに,記憶負荷や遂行成績にかかわらず,Fos陽性細胞の多く(範囲83.3%100%)が,ChAT陽性細胞でもあり,一方,Fos陽性細胞の20%100%がGluR1に,25%90.9%がNR1に陽性反応を示していた.これらのことから,1)記憶負荷の増加にともない,賦活した嗅周皮質ニューロンの数も増加すること,2)記憶課題の遂行に関与する嗅周皮質ニューロンの多くがアセチルコリン系に密接に関与していること,3)同時に,グルタミン酸系も一定の関与をしていることが示唆された.また,グルタミン酸系に関与する嗅周皮質ニューロンの賦活は,必ずしも記憶負荷や遂行成績に関与していないことが示唆され,今後の検討課題となった.同時的複式物体弁別課題では,まず,オペラント箱の側面に設置された二つのパネル上に視覚刺激を提示した.ラットが正刺激の真下にあるレバーを押せば,背面にある報酬受け皿上に落とされる餌ペレットを得ることができた.負刺激を選択した場合,室内の明かりが10秒間消される.正刺激と負刺激が二つのうちのどちらのパネル上に表示されるかは,試行毎にランダムとした.次の試行では,先の試行で用いた視覚刺激とは異なる視覚刺激についての弁別を同様の手続きで行った.このように3対の視覚刺激についての弁別を,15秒の試行間間隔で1日1セッション,60分間遂行させた.学習基準は80%以上の正反応率が3セッション連続することとした.統制課題としては,視覚刺激の弁別を必要としない,レバー押しを伴う反応課題を用いた.統制課題では,パネルに提示される視覚刺激がなんであれ,レバー押しをすれば報酬を得ることができる.学習基準到達後,ガイドカニューレの嗅周皮質への埋め込み手術を行った.術後,各課題を遂行させ,課題遂行前,遂行中,遂行後の細胞外液を,マイクロダイアリシス用プローブより回収,高速液体クロマトグラフィーにて分離し電気化学検出器を用いて,アセチルコリンの量を測定した.測定は,エゼリンを含む人工脳脊髄液で3時間灌流後にベースラインを1時間測定し,約1時間の同時的複式物体弁別(または統制課題)を行わせ,さらに2時間測定を行った.サンプルは20分ごとに回収した.同時的複式物体弁別課題を遂行中のラットにおいて,特異的にアセチルコリン量が増加している可能性については,現在さらに例数を増やし検討中である.同時的複式物体弁別課題では,まず,オペラント箱の側面に設置された二つのパネル上に視覚刺激を提示した.ラットが正刺激の真下にあるレバーを押せば,背面にある報酬受け皿上に落とされる餌ペレットを得ることができた.正刺激と負刺激が二つのうちのどちらのパネル上に表示されるかは,試行毎にランダムとした.1対の視覚刺激についての弁別を,15秒の試行間間隔で1日1セッション,60分間遂行させた.学習基準は80%以上の正反応率が3セッション連続することとした.学習基準到達後,従来の刺激対に新たな刺激対を加え,2対の刺激対についての弁別を同様の手続きで行った.行動実験終了後,灌流固定し脳を摘出した.その後,Fos染色及びグルタミン酸系またはアセチルコリン系の神経マーカー(GluR1,NR1,ChAT)の2重染色を行った.脳切片上の嗅周皮質における免疫陽性細胞の観察・定量化は光学顕微鏡下で行った.1対または2対の視覚刺激の弁別を行ったラットの嗅周皮質を検索したところ,記憶負荷が大きくなるにともない,Fos陽性細胞数が増加する傾向が観察された.さらに,記憶負荷や遂行成績にかかわらず,Fos陽性細胞の多く(範囲83.3%100%)が,ChAT陽性細胞でもあり,一方,Fos陽性細胞の20%100%がGluR1に,25%90.9%がNR1に陽性反応を示していた.これらのことから,1)記憶負荷の増加にともない,賦活した嗅周皮質ニューロンの数も増加すること,2)記憶課題の遂行に関与する嗅周皮質ニューロンの多くがアセチルコリン系に密接に関与していること,3)同時に,グルタミン酸系も一定の関与をしていることが示唆された.

また,グルタミン酸系に関与する嗅周皮質ニューロンの賦活は,必ずしも記憶負荷や遂行成績に関与していないことが示唆され,今後の検討課題となった.
ゲーム機用センサを使った循環制御系の役割分担仮説の検証と健康度モニタリング

Mayer波帯域における血圧-心拍数間の線形相関性は,安静時に強く,映像刺激入力や姿勢変動の際に弱くなる.この現象は,「安静時には主として心拍数調節が行われ,環境変化時には心拍数調節ばかりでなく血管抵抗調節が行われる」という仮説(心拍数調節と血管抵抗調節の役割分担仮説)で説明できる可能性がある.本研究では,この仮説を検証するとともに,この仮説に基づいてゲーム用脈波センサを利用した日常的に使用できる血圧反射機能推定システムの開発を目的とした.本年度では,まず,血圧反射機能の基本的な特徴を明らかにするため,血圧反射機能を司る循環制御系の特徴を表わす指標のうち,判別力と再現性の高い指標を探索した.実験では,健常被験者(若年者36人(24.1±4.3歳),高齢者12人,(70.1±4.3歳))を対象として,安静状態から呼吸統制状態に遷移することにより過渡的状態を作った.このとき,心電図・連続血圧・光電容積脈波を計測した.計測量から,相関性を高める修正を施した脈波伝搬時間のパワーに対する心拍間隔のパワーの比の平方根であるαPTT,および,光電容積脈波の振幅値に関するその高周波成分に対する低周波成分の比であるμPAを計算した.その結果,これら2つの指標は,他の従来指標と比較して,高齢者群と若年者群との間の判別力が高く,かつ,級内相関係数の観点から再現性の高い指標であることが明らかとなった.αPTTは,脈波伝搬時間に基づくため,光電容積脈波に加えて心電図計測が必要であるのに対し,μPAは光電容積脈波のみで計算できる指標であるため,ゲーム機用センサーでも利用できるため,応用可能性が高い指標であると言える.Mayer波帯域における血圧-心拍数間の線形相関性は,安静時に強く,映像刺激入力や姿勢変動の際に弱くなる.この現象は,「安静時には主として心拍数調節が行われ,環境変化時には心拍数調節ばかりでなく血管抵抗調節が行われる」という仮説(心拍数調節と血管抵抗調節の役割分担仮説)で説明できる可能性がある.本研究では,この仮説を検証するとともに,この仮説に基づいてゲーム用脈波センサを利用した日常的に使用できる血圧反射機能推定システムの開発を目的とした.本年度では,まず,血圧反射機能の基本的な特徴を明らかにするため,血圧反射機能を司る循環制御系の特徴を表わす指標のうち,判別力と再現性の高い指標を探索した.実験では,健常被験者(若年者36人(24.1±4.3歳),高齢者12人,(70.1±4.3歳))を対象として,安静状態から呼吸統制状態に遷移することにより過渡的状態を作った.このとき,心電図・連続血圧・光電容積脈波を計測した.計測量から,相関性を高める修正を施した脈波伝搬時間のパワーに対する心拍間隔のパワーの比の平方根であるαPTT,および,光電容積脈波の振幅値に関するその高周波成分に対する低周波成分の比であるμPAを計算した.その結果,これら2つの指標は,他の従来指標と比較して,高齢者群と若年者群との間の判別力が高く,かつ,級内相関係数の観点から再現性の高い指標であることが明らかとなった.αPTTは,脈波伝搬時間に基づくため,光電容積脈波に加えて心電図計測が必要であるのに対し,μPAは光電容積脈波のみで計算できる指標であるため,ゲーム機用センサーでも利用できるため,応用可能性が高い指標であると言える.
セル構造体のメゾスケール衝撃現象

本研究では,一様な連続物質と異なり,その内部に微小欠陥,微小亀裂,非一様性など微小組織が存在する凝集物質のメゾスケールでの衝撃現象を明らかにすることを目的としている.本年度では前年度に引き続いて,【1】セル構造を有する代表的な物質として,人工的で規則的なセル構造を有するアルミニウムハニカム,植物セルを有するバルサ材の衝撃荷重下における弾塑性的挙動および破壊機構,【2】非一様媒質の一つとして,磁性体微粒子が液体中に分散された固液二相であり,磁場の作用下で特異な振舞いをする磁性流体中の衝撃波伝播,【3】気体・液体・固体相間を容易に相変化し,比較的大きな二酸化炭素結晶組織をするドライアイスの衝撃挙動,【4】極低温環境下における,高炭素鋼およびアルミニウム合金の超高速脆性破壊挙動についての研究を実施した.研究手法としては,固体材料については材料強度を考慮しつつ,ホプキンソン棒法やマイクロガス銃による比較的低い応力域での衝撃実験,および単段式ガス銃または二段式軽ガス銃などを用いた高応力域での衝撃衝撃実験を行った.また,磁性流体については衝撃波管を用いた実験を行った.そこで発生する弾塑性変形挙動,応力波および衝撃波の伝播挙動を測定するとともに,破壊様式や材料組織変化を高速度写真,光学顕微鏡および走査電子顕微鏡などによって詳しく観察した.いずれの場合にも,微小なセル状組織や非一様な組織に基づく特異な衝撃現象を示すことが見いだされ,今後の更に詳細な研究への指針を得た.本研究では,一様な連続物質と異なり,その内部に微小欠陥,微小亀裂,非一様性など微小組織が存在する凝集物質のメゾスケールでの衝撃現象を明らかにすることを目的としている.本年度では前年度に引き続いて,【1】セル構造を有する代表的な物質として,人工的で規則的なセル構造を有するアルミニウムハニカム,植物セルを有するバルサ材の衝撃荷重下における弾塑性的挙動および破壊機構,【2】非一様媒質の一つとして,磁性体微粒子が液体中に分散された固液二相であり,磁場の作用下で特異な振舞いをする磁性流体中の衝撃波伝播,【3】気体・液体・固体相間を容易に相変化し,比較的大きな二酸化炭素結晶組織をするドライアイスの衝撃挙動,【4】極低温環境下における,高炭素鋼およびアルミニウム合金の超高速脆性破壊挙動についての研究を実施した.研究手法としては,固体材料については材料強度を考慮しつつ,ホプキンソン棒法やマイクロガス銃による比較的低い応力域での衝撃実験,および単段式ガス銃または二段式軽ガス銃などを用いた高応力域での衝撃衝撃実験を行った.また,磁性流体については衝撃波管を用いた実験を行った.そこで発生する弾塑性変形挙動,応力波および衝撃波の伝播挙動を測定するとともに,破壊様式や材料組織変化を高速度写真,光学顕微鏡および走査電子顕微鏡などによって詳しく観察した.いずれの場合にも,微小なセル状組織や非一様な組織に基づく特異な衝撃現象を示すことが見いだされ,今後の更に詳細な研究への指針を得た.本研究では,研究計画調書に記載したように,一様な連続物質と異なり,その内部に微小欠陥,微小亀裂,あるいは非一様組織が存在する凝集物質の衝撃現象を明らかにすることを目的として計画した.具体的には,(1)セル構造を有する凝集物質及び生体組織の衝撃荷重下における弾塑性的挙動および破壊機構の解明,(2)非一様媒質の一つとして,磁性体微粒子が液体中に分散された磁性流体を伝播する波動および衝撃波の研究,(3)それらの衝撃挙動をシミュレートできる数値解析法の開発を内容とする.(1)では,(A)代表的なセル構造体であるアルミニウムハニカムについて,顕微鏡下において静的負荷および衝撃負荷を与え,その変形・破壊機構を調査した.その結果,衝撃負荷では静的負荷とは非常に異なるハニカム特有の変形挙動を見いだした.(B)固相二酸化炭素(CO_2)が気体,液体,固体の間を容易に相変化できる凝集物質であることに着目して,その衝撃圧縮現象を実験的に調べ,構成方程式を構築する有用な結果を得た.(C)永久磁石は鋳造合金系磁石と焼結フェライト系磁石に大別されるが,組織,結晶構造及び磁区構造が非常に異なる.ここでは,これらの2種に対して衝撃負荷を与え,衝撃圧縮過程における磁場変動および衝撃負荷前後の残留磁束密度を測定し,これまでほとんど知られていない磁気的特性を見いだした.(2)では,(A)磁性流体と弾性膜の連成分散成波動について実験及び解析を行い,磁場の作用下での特有な動的特性を見いだした.また,(B)衝撃波管を用いて局所的な磁場勾配を有する磁性流体中の衝撃現象を実験的に調べ,クラスター形成に依存すると見られる興味ある衝撃波伝播挙動を見いだした.(3)では,上記(1),(2)項などで得られる構成方程式を組み込むことによって,衝撃荷重を受けるセル構造凝集物質の挙動を数値計算できる有限差分法の一部を開発し,簡単なモデル計算が可能になっている.

本研究では,一様な連続物質と異なり,その内部に微小欠陥,微小亀裂,非一様性など微小組織が存在する凝集物質のメゾスケールでの衝撃現象を明らかにすることを目的としている.本年度では前年度に引き続いて,【1】セル構造を有する代表的な物質として,人工的で規則的なセル構造を有するアルミニウムハニカム,植物セルを有するバルサ材および生体物質としての澱粉の衝撃荷重下における弾塑性的挙動および破壊構造,【2】非一様媒質の一つとして,磁性体微粒子が液体中に分散された固液ニ相であり,磁場の作用下で特異な振舞いをする磁性流体中の衝撃波伝播,【3】気体・液体・固体相を容易に相変化し,比較的大きな二酸化炭素結晶組織をするドライアイスの衝撃挙動,【4】極低温環境下における,高炭素鋼およびアルミニウム合金の超高速脆性破壊挙動についての研究を実施した.研究手法としては,固体材料については材料強度を考慮しつつ,ホプキンソン棒法やマイクロガス銃による比較的低い応力域での衝撃実験,および単段式ガス銃または二段式軽ガス銃などを用いた高応力域での衝撃衝撃実験を行った.また,磁性流体については衝撃波管を用いた実験を行った.そこで発生する弾塑性変形挙動,応力波および衝撃波の伝播挙動を測定するとともに,破壊様式や材料組織変化を高速度写真,光学顕微鏡および走査電子顕微鏡などによって詳しく観察した.いずれの場合にも,微小なセル状組織や非一様な組織に基づく特異な衝撃現象を示すことが見いだされ,今後の更に詳細な研究への指針を得た.