hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯の色素沈着に関与する唾液ペプチドのプロテオーム解析

ブラックステインを有する患児より唾液およびプラーク(バイアスを除くため、プラーク採取する歯種と部位を統一した)を採取し、PCRにて歯周病菌(5種類)の発現の確認を行い、保菌の有無を検索した。【歯冠色と歯周病菌と色素沈着の関連】同年代の女性を対象とし、上顎右側中切歯の歯冠色をシェードガイドにて測定し、色素沈着の有無を診査した。その後、既定の期間のブラッシングおよび含嗽を禁止した後、上顎右側第一大臼歯の頬側よりプラークを採取し、サンプルとした、サンプルはDNAを抽出し、PCRにて歯周病菌の発現を確認した。歯冠色と色素沈着の有無にて、白色群と着色群に分け、歯周病菌の保菌の違いを検討した。当初の計画と順序が変わってしまったが、歯冠色と歯周病菌と色素沈着の関連について、研究報告も終え、次年度より唾液プロテオーム検索を行う予定で、次のステップへ進めるため、おおむね順調に進展しているとした。ブラックステインとActinomycesの関連は、すでの報告されている。しかし、他の歯周病菌の関連は解明されていないため、平成27年度より、ブラックステインを有する患児と歯周病菌の保菌との関与および歯冠色と歯周病菌と色素沈着の関連の解明を行ったいた。【ブラックステインと歯周病菌の関連】ブラックステインを有する患児より唾液およびプラーク(バイアスを除くため、プラークは採取する歯種と部位を統一してある)を採取し、PCRにて歯周病菌(5種類)の発現の確認を行い、保菌の有無を検索した。【歯冠色と歯周病菌と色素沈着の関連】同年代の女性を対象とし、上顎右側第一大臼歯頬側よりプラークを採取し、サンプルとした。サンプルはDNAを抽出し、PCRにて歯周病菌の発現を確認した。この研究結果は原著として、J Dent Sci Ther.に掲載された。本研究結果より、歯冠色と色素沈着と歯周病菌との関連をさらに追及すべく、本年度もPCRなどを行った。【色素沈着に関連する唾液ペプチドの検索】本年度より、ブラックステインを有する口腔内の唾液の網羅的検索を目的とし、唾液プロテオームを行う計画をし、それに向けた実験を行った。プロテオーム解析は次年度より行う。初年度に、最初に行う予定であったブラックステイン保有者の唾液プロテオーム検索ではなく、歯周病菌との保菌のを性を先に行ったため、当初の予定とは変更になった。しかし、ブラックステインと歯周病菌との保菌の関連性および歯冠色との関連性に関する論文にて結果報告を行った。計画は変更となったが、結果を出せたので、変更は問題なかったといえる。本年度は、上記の実験の追加を行ったこと、実験やデータ解析に必要な機械類の故障が相次いだため、そちらに費用を費やしたため、プロテオームを見送った。次年度はプロテオームを最優先できるよう、予備実験をすすめているため、プロテオーム解析を行えば、順調にするんでいる状態といえる。歯周病菌の中でもActinomycesとブラックステインの関連はすでに報告されているが、他の歯周病菌の関連は解明されていない。
バドミントンのシャトルヒッティングに関する神経科学的研究

本研究の目的は、飛んでくるシャトルを瞬間的に正確に捉えるまでの脳内の活動を運動関連脳電位、シャトルを空間的に認知した脳内の活動を事象関連電位の一つであるP300電位で捉え、シャトルをヒットした瞬間を運動神経の間接的反映である筋電図で測定し、バドミントンのヒッティングの特性を神経科学的に明らかにすることである。平成30年度は特に運動関連脳電位に関する実験を行った。まず、バドミントンのプレイ中、の撮影を行った。これはサーバーがロングサービスを行い、レシーバーがクリア、スマッシュ、ドロップで返球し、さらにそれを相手側(サーバー)が打球するというものであった。この動画に脳波解析用のトリガーとして使える小さいウインドウを入れた、このウインドウは通常時、白、トリガー発生時に黒に変化する。これをフォトトランジスタで電気信号に変換し脳波解析用のトリガーを発生させた。実験参加者にはこの動画を見せ、クリア、スマッシュ、ドロップに対して打球する瞬間にボタン押しをさせた。実験参加者の頭皮上に脳波用電極を付け脳波測定した。電極は国際10ー20法のF3、Fz,F4,C3,Cz,C4,P3,Pz,P4,O1,O2に着けた。さらには眼電図の電極を顔面4か所に着け、水平眼電図、垂直眼電図を測定した。トリガーを基準として加算平均処理を行い、運動関連脳電位を測定した。現在、測定した脳波にノイズ混入の有無を検査している。ノイズが入った試行があればこれを解析から取り除き解析の精度を上げる作業の進行中である。実験参加者の予定の調整が順調に進まなかったので実験が遅れた。また、実験機材が他の実験ともともに使用しているのでその面でも順調に進まなかった。まず、現在進行中の実験に実験参加者を増やして進めたい。そして次の実験のための動画撮影、編集の作業を進めていく計画である。当初購入を想定していたADコンバータが高価で購入が難しかった。代わりに比較的安価で購入できる酸素消費量を測定する機器を購入しため次年度使用額が生じた。残額は酸素消費量測定機のメインテナンスに必要な物をはじめとした消耗品に充てる予定である。研究計画は次の通りである。バドミントンの試合中の酸素消費量を測定する。そしていくつかの研究グループによって行われてきた運動が脳波に与える影響に関連する研究報告を本研究の考察に役立てる。
アクチン細胞骨格再編成に関与する蛋白質間相互作用の役割

アクチン細胞骨格再編成には多くのアクチン結合蛋白質が関与しているが、そのうちのひとつに非筋型ミオシンが存在する。最近、酵母の非筋型ミオシンであるI型ミオシンがWiskott-Aldrich syndrome protein (WASP)やArp2/3 complexと相互作用することにより、アクチン重合を制御していることが示されたが、その詳細については明らかでない。そこで、私達はI型ミオシンと相互作用する蛋白質の同定を試みた。その結果、以下に示す蛋白質の同定に成功し、それぞれの生理機能の解明を行った。(1)I型ミオシンのテイルドメインに結合する蛋白質Mti1p ; Mti1pはN末端側にSH3ドメイン、中央にプロリンリッチドメインを持つ蛋白質である。Mti1pは、そのプロリンリッチドメインを介して、I型ミオシンのSH3ドメインと結合した。また、MTI1の遺伝子破壊は、酵母のWIP(WASP-interacting protein)であるVRP1の遺伝子変異による異常を抑圧した。すなわち、Mti1pがVrp1pとantagonisticに機能することを見出した。(2)I型ミオシンのモータードメインに結合する蛋白質She4p(阪大・医・入江賢児先生との共同研究);She4pは、多くの生物種で見出されているUCSドメインをC末端に持つ蛋白質である。She4pとI型ミオシンのモータードメインとの結合には、She4pのUCSドメインが必要十分であった。また、I型ミオシンは細胞内でF-アクチンと共局在することが知られているが、SHE4遺伝子を破壊した細胞では共局在が観察されなくなり、細胞内に一様に分布するようになった。以上の結果から、Mti1pやShe4pはI型ミオシンの機能を調節する新規アクチン細胞骨格制御因子であると考えられた。以上のように、平成13年度の研究計画はほぼ達成されたと考えられる。
立体化した人間環境系のモデル化に関する研究-事例調査とデータベースの構築-

立体化した住空間が形成するミクロなタウンスケープについて、計画への利用を意図したモデルを作成するために、日本国内の次のような先行事例を調査し、成功した側面と問題となる側面とを明らかにした上で、基礎となる資料を収集した。1)坂出人工土地:国内で初めて大規模に人工地盤を用いた大高正人設計の再開発計画。人工地盤上は非常に良好な環境が実現されているが、下部の通路、駐車場などはあまり良好とはいえない。上下のアクセスが不十分と思われる。2)広島基町高層住宅団地:1と同じ設計者による高層住宅。人工地盤、屋上庭園、ピロティ、エレベータコア周辺などは良好に利用されているが、階段部分には問題点が多い。3)三宮センター街:スカイウェイとアーケードがかなり大規模に採用された例。空中の広場はよく利用されているが、空中歩廊にはほとんど利用されていないものがある。また、立体化した空間については、実現しなかったりあるいは実現を前提としていなかったプロジェクトが影響を与えた場合が多い。そのため、Smithon夫婦や日本のメタボリストたちの構想案についての資料を収集し分析を加えた。さらに、これらの立体化した住空間をモデル化するために、壁などに囲まれた空間をその中の人間や植物ごと取り出したスペースブロックという表現法を考案した。これは生活の場面を表し、人間とその環境を一体の人間環境系として扱うモデルである。このスペースブロックをCADソフトを利用してコンピュータ上に表現し、ブロックの変形、表面素材の組み替え、ブロックどうしの組み合わせ、合体分割などを表現した。この方法を用いて、調査対象のデータベースを構築した。
逆有償の有機系廃棄物からの水素製造に関する実用化研究

逆有償スキームを伴うバイオマス資源(例:木質系廃棄物,農業系廃棄物,下水汚泥)を対象に、これらの原料からガス化プロセスによる電力あるいは水素の生産について検討した。特に、本研究では現在、分散型バイオマスガス化システムとして注目されているBlue Towerプロセスについて、験をベースとしたプロセス設計ならびに、燃料電池等の複合化によるシステム分析、農業分野への適応事例の評価及び燃料製造に係るLCAを実施した。本研究では、バイオマス資源から水素製造を行うことを目的とし、これまで民間企業と研究開発を実施してきたガス化プロセス(BTプロセス)について,原料の種類による燃料電池用燃料の水素製造ポテンシャルを評価するため,以下の事項について本年度は実施した.1.H2回収試験装置の設計及び製作本研究において、化学的な知見を把握すべく、当該プロセスを勘案した試験装置(熱天秤(既設)+改質器(反応管のみ新規作成)+ガス吸着装置(PSA反応器、新規作成)+ガスクロマトグラフを設計製作し,熱分解特性,ガス化特性,水素吸着特性を把握した.2.関連研究による試料による当該試験装置の試験上記試験装置に対して、本年度は,油中乾燥を行った牛糞及びニンジン粕について試験を実施した.本試験においては,工業分析,元素分析等の基礎データの収集を行うと同時に,改質温度950°C,スチームと原料中のカーボンモル比が1以上となるように水を投入し試験を行った.この結果,牛糞については,H2:CH4:CO=3.12:0.45:1となり,ニンジン粕については,H2:CH4:CO==2.83:0.45:1という結果が得られた.また,熱分解特性については,昇温速度の依存性について検討したが,いずれの原料も600K以上では,分解率の昇温速度の依存性は見られなかった.3.水素吸着量の把握モラキュラシーブを充填した吸着装置によりCOの脱着までの水素の回収量を検討した.この結果,牛糞とニンジン粕では明らかな違いが見られ,その回収効率は32%及び58%となった.このデータを用いて,実際のPSA運転条件に合わせた水素回収効率の検討を行った.4.上記化学データに伴うプラントプロセスシミュレーション上記の結果を用いて,当該プロセスの設計を行った.その結果,冷ガス効率は,74%(牛糞)及び82%(ニンジン粕),水素回収効率は,38%(牛糞,対合成ガス),68%(ニンジン粕,対合成ガス)となった.本年度は、(1)H2回収試験による実験、(2)木質系+触媒による実験及び(3)上記実験データに伴うプロセスシミュレータによる評価とプラント最適化の検討を実施した。まず(1)の実験においては、100°Cに加温したモレキュラシーブ4Aを充填した反応管に改質温度800950°Cに保持し、木質系原料の熱分解ガスを反応させた改質ガスによるH2ガスの回収効率を定量化した。なお、反応管を通過するH2量が回収量と定義した場合、改質ガスの濃度により変化するが、48.968.3%の回収効率が得られた。次に、(2)における実験においては、CaO(酸化カルシウム)を添加することにより、熱分解ガス中のCO2濃度が約30vo1.%から約2vo1.%まで減少する結果が得られた。これは農業系廃棄物の1つであるきのこの廃菌床中に含まれるCaO効果に関する検討であり、この結果から、本研究で対象としているH2製造のCO2負荷が大きく低減する可能性があることが見出された。また、(3)については、本年度においては、これまでの熱分解組成、改質ガス組成及び改質反応における平衡温度アプローチ差のデータを用いてプロセスシミュレータを作成していたが、これに実プラントで課題となっている各機器の熱損失のデータを反映させ、さらにヒートキャリアによる熱移動に関して熱伝導度を測定することにより、そのデータを反映させることを試みた。この結果、従来の評価に加え、熱移動に関する時間的な制約条件を加味することで、最適なヒートキャリアのサイズ等の知見を得ることが可能となった。本年度は、1.畜産系廃棄物(牛糞)によるH_2回収能力の検討及び2.BTプロセスの利用可能性の検討を実施した。1.については、牛糞を原料とした実験を実施した。特に、昨年までに他のサンプルで実施したガス化特性の把握(熱分解温度、改質温度、スチームカーボン比による検討)及びPSAの動作条件によるガス収率の検討を行った。この結果、改質温度850°CでH_2濃度約50Vol.%となることが確認された。なお、改質温度を上昇させてもH_2濃度の変化が見られなかった。実験結果をもとにしたBTプラントのプロセス設計においては、これまでの検討結果に加え、詳細な解析結果から、プラントの熱バランスの関係からH_2製造能力(PSAの吸着能力)とH_2生産量との間に最適条件が存在するという知見が得られた。

また、2.のシステム分析においては、パプリカ施設をモデルとして、宮城県の施設園芸(施設面積4.6ha)を視察し、重油、電力消費量の実データのほか、栽培促進用に投入されるCO_2(化石由来)量、またLCAの見地から、栽培に係る肥料等の間接CO_2排出量を含め既存施設におけるパプリカ1個あたりの栽培に係るCO_2排出量を検討した。このとき全体システムのCO_2削減効果については、プラントからの排熱利用及び排ガス中に含まれるCO_2(バイオマス由来)の利用、及びH_2製造による化石由来(天然ガスを想定)のH_2との代替効果を仮定した。この結果、プラント規模15t/dを想定した場合、牛糞からのH2製造能力は約118.3万Nm^3/年、H_2製造効率は16.7%-LHVとなった。一方、上記提案システムによるパプリカ1個当たりのCO_2削減量は、約440g-CO_2/個と推察された。その他、将来的な適用事例として、実際に木くずを用いて、H_2燃料を製造し、16cm2(メガケム社製)のPEM-Cellを用いた起電力特性を測定した。このとき、約0.3Vの開回路電圧を測定した。なお、I-V特性等については、別途、電流密度が大きくする方法等を検討するなど、ガス供給方法等を含め今後関連研究等で対応していくこととしたい。
固体高分解能NMRによる膜蛋白質中の金属イオン結合部位の特定ならびに立体構造、機能の解析

光プロトンポンプ活性を持つ膜蛋白質バクテリオロドプシン(bR)の親水性表面にはCa^<2+>、Mg^<2+>等の二価カチオンが局在していることが知られており、これまでの固体高分解能NMRよる解析から、これらのカチオンは親水領域に比較的弱く結合し、3msより短い寿命で交換していることがわかった。生体膜(紫膜)中のbRをNMR緩和試薬である二価カチオンMn^<2+>存在下で固体高分解能^<13>C NMRにより観測することで、蛋白質親水部位由来のNMR信号を消去し、疎水性膜貫通部位由来の信号を選択観測することができる。この方法をアミノ酸選択的^<13>C標識、部位特異的アミノ酸置換と組み合わせることで、疎水性膜貫通部位に存在する、機能上重要なH^+輸送チャネルの立体構造を常温、生体膜懸濁液中のbRに関して解析することができた。二面角依存の化学シフト変化から、生理的条件に近い常温、紫膜懸濁液中のbRの基底状態での立体構造は低温の三次元結晶中のbRについてX線回折により報告されている構造と一部異なっていることがわかった。また、機能上重要なH^+放出サイトの一部をなすGlu204の変異による基底状態のbR中心部の立体構造への影響はX線回折では見出されないが、固体NMRでは大きな立体構造変化が検出され、これまでに報告されているbR中心部のAsp85とGlu204の基底状態におけるpKaカップリングのメカニズムを与えると考えられる。これらの、X線モデル構造と異なる構造および構造変化は、常温における熱運動に由来する時間平均された二面角の挙動が低温において静止した状態の二面角と異なることを示しており、常温、生理的条件における蛋白質の機能を理解する上で静的な構造情報に加え、これらの動的な立体構造の情報が必要であることが見出された。光プロトンポンプ機能を持つ膜蛋白質バクテリオロドプシシ(bR)の表面には二価金属イオン(Ca^<2+>,Mg^<2+>)が結合していることが知られている。これらの二価カチオンをNa^+,Mn^<2+>等に置換し、その固体NMRスペクトルヘの影響を観測することで、二価イオンの蛋白質構造への寄与を評価するとともに、部位特異的変異を導入したbRを用い、二価カチオン結合部位の評価を行った。二価カチオンを一価のNa^+に置換した場合、高濃度Na^+(100mM)存在下ではアラニン側鎖メチル炭素の固体NMR信号はC-末端部位を除いてほぼ変化せず、二価カチオンによる立体構造への影響はC-末端部位に限定されることがわかった。NMR緩和試薬であるMn^<2+>による二価カチオンの置換により、細胞外側表面では膜表面から突出した親水ループに位置する残基の信号のみが緩和試薬の影響を受けて消滅するのに対し、細胞内側表面近傍ではループ部位とともに膜貫通α-ヘリックス部位も影響を受けており、細胞外側及び内側表面でイオンの到達する深度に非対称性があることがわかった。bRの細胞外側半分に位置し、プロトンの放出に働くプロトンチャネル周囲の残基(51位、53位、81位、84位、126位および215位アラニン)はMn^<2+>による影響を受けないことから、Schiff塩基近傍から細胞外側のプロトンチャネルにはカチオンの結合が全く存在しないことが見いだされた。このようなカチオン結合部位の特徴を利用し、カチオンとしてMn^<2+>を結合した条件下で、細胞外側に位置するプロトンチャネルを選択的に観測し、bRのプロトン輸送機能に関連するチャネル構造変化を解析することに成功した。

これらの、X線モデル構造と異なる構造および構造変化は、常温における熱運動に由来する時間平均された二面角の挙動が低温において静止した状態の二面角と異なることを示しており、常温、生理的条件における蛋白質の機能を理解する上で静的な構造情報に加え、これらの動的な立体構造の情報が必要であることが見出された。
算数から数学への移行を支援する授業開発に関する研究

算数から数学への移行を促す教材として,代数分野からは中学校1年の正負の数,文字と式,方程式を,そして幾何分野からは図形の作図をとり上げ,各教材に関して,現場の中学校教師と共同して,授業開発を行った。代数分野に関しては,まず,教材を未習の生徒に対してインタビュー調査を実施した。そこでは,方程式に関わる問題解決の過程の中で文字と式の単元で学習する内容に関わるアイデアが生じることが分かり,さらに,そうしたアイデアが生じる過程について知見を得た。それを,「全体論的な視座からの代数の導入過程に関する研究-代数的発想の生起の様相-」として,学会誌に発表した。次に,インタビュー調査で明らかになった内容や,先行研究の文献研究から得られた知見をもとにして,現場教師と共同で2002年4月から10月にかけて,中学校1年の数学の授業開発を行った。授業は毎時間ビデオカメラで録画して,それを分析,検討し,その成果の一部として,代数の導入過程の単元構成について,「数学授業における場を視点とした代数の導入過程の構成に関する研究」と題して論文を発表した。幾何分野に関しても,中学校教師と中学校1年の作図の授業開発を実施し,その授業を分析して,学会誌に発表した。一つは,「経験的認識から理論的認識への変容過程に関する研究-図形の作図とその正当化の過程に焦点を当てて-」と題して,生徒の図形認識の様相が作図の学習を通してどのように変容するかを分析・考察した。もう一つは,「Geometric construction as a threshold of proof : The figure as a cognitive tool for justification」と題し,図形の形のイメージ,さらにはその操作的なイメージが,作図の学習や論証への移行をどのように支えているかについて分析した。本研究は,算数の学習と中学校数学の学習とが乖離している問題を,図形分野と代数分野に分けて,教材,指導法などを理論的にも実践的にも考察検討することによって,移行を促す授業を開発することを研究の目的としており,本年度はその1年目として,以下のことに取り組んだ。4月からは,移行を促す授業を開発するために,これまでに収集していたビデオテープをプロトコルに変換し、その分析を行った。また,先行研究を収集して,その理論的検討を行い,算数から数学への移行を促す授業を設計する上での枠組み作りを行った。その成果を,日本数学教育学会主催の第33回数学教育論文発表会で発表した。次に,図形における算数から数学への移行に関する研究として,中学校1年の図形の作図に関する授業データを分析・検討し,それから得られた知見を,第24回数学教育心理研究国際会議,及び日本教科教育学会26回全国大会で,発表した。さらに,代数分野における移行の研究として,6月から7月にかけて,国立大学附属中学校および公立の中学校にて,中学1年生に対してインタビュー調査を行った。調査は「文字と式」の単元をまだ学習していない中学1年生13名に一次方程式に関わる問題解決に取り組んでもらい,彼らがどのように文字と式に関わる数学的発想を生じさせるかについて分析を行った。それによって得られた成果は,第13回全国数学教育学会で発表した。
リモコン型アンケートシステムを利用した理科授業による生徒理解度の研究

リモコン型アンケートシステム、通称クリッカーを利用した中学2年生35名の理科授業実践報告をします。この研究目的は、「中学受験時、理科の勉強をしたか」などの前知識を問うことと、「示相化石のアサリがある場所はどんな所か」など、確認テストとして利用し、生徒の理解度にどれ程影響があるか確認しました。方法・結果ついて、次に示します。(1)授業前・教員が、予め授業の前知識の調査と確認テストを作成する。(2)授業開始・教員は、問題を掲示し、前知識の調査を行う。・生徒は、生徒用リモコンを用いて、回答をする。・教員は、クリッカーによる回答結果を、ボタン1つで示し、授業の重点項目を確認し、授業を進める。(3)授業終了・教員は、本日の小テストを掲示する。・生徒の理解度データから、授業の組み立てを検討する。メリットと感じた部分は、大きく3点ありました。1点目は、自分の授業の振り返りがしやすい。生徒のわからなかったポイントが、数字としてでるので、どこがいけなかったのか、判断しやすく、次回の授業組み立ての参考になりました。2点目は、生徒の小テストとしてのデータは、自動的にcsvで保存されているので、採点、成績処理をする必要がありません。3点目は、生徒全員が意思表示・参加できるシステムであることです。教員が当てなければ発言しない生徒が、自ら正解を出したいという意欲がわき、授業へ参加する姿勢に大きな変化が見られました。最後に、実験・実習の授業でもクリッカーを、使用しました。実験のある段階が完了した時点で、クリックし、知らせるという使い方をしたところ、実験のスピードが向上、集中度も増したという半面、内容はよくわからないといった結果になりました。実験時の使用方法については、引き続き検討していきます。
技術論的分析による水域環境史の研究-日本中世を中心に-

本年度は、第一に平成12年10月13日から3日間にわたり、島根県隠岐郡の中ノ島、西ノ島、知夫里島、島後の4島で現地調査に臨んだ。隠岐群島は水域環境に関する情報に富んだフィールドであるが、この調査では、(1)教育委員会・公民館・歴史民俗資料館・高等学校図書室での歴史文献・水産資料・地図類の収集、(2)史跡や水域の現地踏査、などを実施し、隠岐群島の水域環境とその歴史的背景に関する多くの知見を得ることができた。第二に、前年度以来集積してきている水域環境史関係の基礎データのパソコンへの入力を学生に委託し、12月に実施した。第三に平成13年1月13日からの3日間、滋賀県立琵琶湖博物館において生物学・自然地理学・考古学・漁業学・民俗学の各研究者とともに、魚類に焦点をあてた環境史研究の方法について意見交換した。そこで私は「自然と人の関係史-生業としての漁撈に注目して-」という報告を行ったが、これは本研究の成果を集約した内容であり、雑誌『月刊地球』にも投稿する予定である。主要な論点としては、(1)自然と人との双方向的な関係自体を主題化する方法の提示、(2)水域・魚類の生態的条件と漁獲の技術的条件から水産資源の配分方式と漁撈の権利関係構築への道筋、(3)自然・魚・人の三者関係に規定された社会統合のあり方と地域性、(4)漁撈技術の発達条件としての水産物の流通・消費過程(水産物の耐久度の問題)、の4点を指摘している。本年度は、第一に本研究を進めていくうえで必要な基礎データの集積をおこなった。検索の対象とした文献は、(1)『滋賀県漁業史』(滋賀県関係に限定せず、漁業に関する古文書・古記録・文学作品のデータを漁業技術ごとに収載)、(2)『平安遺文』(平安時代の古文書を網羅的に収載)、(3)『鎌倉遺文』(鎌倉時代の古文書を網羅的に収載)、(4)『山家集金槐和歌集』(日本古典文学大系)、(5)『平安鎌倉私家集』(日本古典文学大系)、(6)「弥生時代以降の瀬戸内地方の漁業の発展に関する考古学的考察」(『瀬戸内海歴史民俗資料館紀要VII』)、(7)「瀬戸内地方の網漁業技術史の諸問題」(『瀬戸内海歴史民俗資料館紀要IX』)、(8)「瀬戸内地方の網漁業技術史の諸問題(続)」(『瀬戸内海歴史民俗資料館紀要X』)の8点で、検索したデータの一部はパソコン入力をおこないデータベース化した。それと並行して、この作業で得られた史資料の内容分析も随時進めつつある。第二に、平成12年3月2日から5日間にわたり、長崎県五島列島において現地調査に臨んだ。五島列島は中世の水域環境に関する情報に富んだフィールドであるが、この調査では、(1)教育委員会や図書館・歴史民俗資料館での歴史文献の収集、(2)役場や法務局での地図類の収集、(3)漁協での水産資料の収集、(4)郷土史家、漁業者からの聞き取り、(5)旧家での古文書探訪、(6)史跡や水域の現地調査、などを実施し、五島列島の水域環境とその歴史的背景に関する多くの知見を得ることができた。なお、本調査は日本中世史・水産地理学・海洋人類学の3分野の研究者による合同調査として実施されたため、他の学問的手法を学ぶ絶好の機会ともなった。
ヒストンH2Aリン酸化とユビキチン化によるDNA高次構造変換とその機能

NHK-1はヒストンH2AのC末端のみをリン酸化することを明らかにした(Genes Dev 18, 2004)。部位特異的な抗リン酸化抗体を用いてがん細胞を染色すると癌細胞では高率に陽性細胞を認めた。またこのNHK-1の発現を下げると細胞増殖が抑えられることを見つけた。これらの所見はこのリン酸化部位が大変重要であることを示唆する。このリン酸化部位のアミノ末端側の119番目のリジンはユビキチン化される部位でありクロストークが予想される。このユビキチン化は1975年に発見された翻訳後修飾であるが明らかな機能はわかっていない。平成17年度の研究ではユビキチン化ヒストンを精製し、試験管内でクロマチンの再構築を行なうことに成功した。さらにこのユビキチン化ヒストンを用いて形成したクロマチンは遺伝子転写を抑制することを明らかにした。ユビキチン化ヒストンH2Aは1975年最初に同定されたユビキチン化蛋白であるが、ユビキチン化の機能は明らかでなかった。このユビキチン化ヒストンはクロマチン中に5%存在し、哺乳類の肝臓切除後の肝臓再生において劇的に変化することが知られている。我々は肝臓再生のモデルにおいてユビキチン化ヒストンが抑制性のクロマチンと挙動を共にすることを明らかにした。さらにこのユビキチン化ヒストンは遺伝子転写のイニシエーションを抑制することを明らかにした。我々はヒストンのリン酸化酵素NHK-1を精製同定した(Genes Dev18,2004)。NHK-1はヒストンH2AのC末端のみをリン酸化することを明らかにした。我々の研究はこのユビキチン化ヒストンの生理的な機能の一端を明らかにしたものである。平成18年度も引き続きユビキチン化が遺伝子転写に与える影響を探索していく。真核細胞は遺伝情報を、安定に保ち、正確に発現すなわち細胞分化を維持する機構の1つとして、クロマチンと呼ばれるDNA高次構造を保持している。この研究の目的は、DNA高次構造変換の観点から遺伝子転写や分化の調節機構を解明することである。我々の見つけたリン酸化酵素NHK-1はヒストン単独では活性を全く示さないが、クロマチン中のヒストンは強くリン酸化する。さらにこのリン酸化酵素はヒストンH2AのC末端119番目のトレオニンを選択的、特異的にリン酸化する。ヒストンH2Aユビキチン化とヌクレオソーム特異的ヒストンリン酸化酵素Nucleosome Specific Histone Kinase-1(NHK-1)のクロストークを中心に解析した。

ヒストンは非特異的なリン酸化の基質にも使われ程リン酸化されやすい蛋白であるが、申請者が同定したリン酸化酵素NHK-1は遊離のピストンは全くリン酸化しないが、リコンビナントNAP-1とリコンビナントACFでクロマチンを形成するとヌクレオソーム中のヒストンをリン酸化する。さらに基質特異性が強くH2A119番目のトレオニンのみをリン酸化する。しかしH2A118番目リジンのユビキチン化を伴うとこのリン酸化は完全に抑制された。H2A118番目リジンのユビキチン化に対する抗体を作成し、免疫沈降するとこのユビキチン化は遺伝子転写抑制と密接に関係していることが明らかにした。すなわちH2A118番目のリジンのユビキチン化ヒストン蛋白に対する抗体および試験管内再構築実験により、H2A119番目トレオニンのリン酸化とH2A118番目リジンのユビキチン化におけるクロストークとその生理学的な意義の一端を明らかにした。
日本語分析での効果的な正用例文利用を支える例文情報抽象化技術とメタ言語技術の研究

本研究は、日本語母語話者の類義表現分析における例文分析と意味説明をテキストマイニングで分析し、例文描写を意味特徴に抽象化する日本語分析技術を明らかにした。類義表現分析が成功する場合、例文の表す事態が具体的な内容語で動的に描写される傾向がある。例文描写には類義表現の弁別的意味を示唆する語句が見られ、それらが意味説明に反映する。一方、類義表現分析が成功していない場合は、例文分析と意味説明の言語要素は相似し、実質的内容を把握しにくい語句やメタ言語が多く見られるほか、意味以外の言語特徴への言及も多い。例文は静的に描写される傾向が強いが、意味特徴への抽象化や詳述は十分な形でなされない。本年度は、日本語教育経験がない日本人大学生40名の協力を得て、無意識的な例文分析において日本語母語話者が正用文について説明する事がらの特徴を探った。大学生には表現形式「きり」「だけに」に関する正用文を2文ずつ提示し、各文が表している事がらを自由に記述するよう求めた。表現形式とその例文は、例文を重視している日本語教育用参考書から選定した。大学生が調査用紙に記述した例文分析内容から、正用文について言及された事象の特徴整理を試みた結果、言語化された事がらの多様さが窺える。例文が示す事がらや表現形式に関わる例文の指示内容が、必ずしも十分に言語化されるわけではない。正用文分析の焦点を指示内容に向けさせる必要性が認められる。また、正用文から直感的に想起した視覚的イメージを言語化する「映像化ストラテジー」について、正用文を効果的に分析するための運用手続きを探った。具体的には、日本語教育経験のある日本語母語話者が、映像化ストラテジーで正用文から想起し言語化する映像の特徴を探った。過去の調査で得た日本語教育経験者3名のプロトコルデータを再分析した結果、当該ストラテジーを用いた例文分析では、例文が示すできごとや行為、発話を取り巻く場面的文脈が中心的に描写される傾向がある。加えて、背景的事象や心理的側面などの抽象的事象も言語化される。映像化ストラテジーでの正用文分析については、例文の内容や言語要素を基盤に例文に示されていない関連事象が派生的かつ拡大的に想起され、シーンやストーリーとして映像が描写されるという手続きが把握できた。本年度の調査と分析を通じて、映像化ストラテジーによる意識的な例文分析と対比しつつ、日本語母語話者の例文分析に関する初期状態を把握することを試みた。本年度は、「映像化ストラテジー」による意識的な例文分析を観察した前年度の成果をふまえ、日本語母語話者の自然で無意識的な例文分析に焦点を当てた。日本語教育経験のない日本人大学生32名に調査を行い、テキストマイニングの手法により日本語表現に着目し、例文分析で言語化される事がらの特徴と、類義表現分析の成否との関係性を探った。調査では、上級日本語指導で多く扱われる類義表現「っぱなし」「まま」の正用例文を分析する課題と、両表現の言語的特徴を分析する課題を実施した。例文分析課題では、類義表現対の4例文(各表現に2例文ずつ)について分析し、各文の表わす内容を自由に説明する。例文は、日本語学習者用教材から無作為に選定した。例文分析課題の終了後に、「っぱなし」「まま」の弁別的な言語特徴を説明する。例文分析課題の記述データは、テキストデータ分析ソフト「WordMiner」(日本電子計算株式会社)によりテキストマイニングを行った。本年度は、例文分析に用いられた言語要素を抽出して頻度分析を行った。また、類義表現分析課題で得たデータは日本語教育経験者2名が記述内容を評価し、調査協力者を評価上位群と下位群とに分けた。そして、各群の調査協力者の例文分析に見られる言語要素とその頻度から、例文分析の特徴と相違点を探った。結果、上位群は例文が表す事態や行為を具体的に描写する言語要素や、事態や行為を取り巻く文脈的事象を描写する言語要素の使用頻度が相対的に高かった。例文に直接的に示されていない事象への言及も含め、情景描写を積極的に行う傾向が上位群には窺える。一方の下位群では、抽象的な言語要素の使用が目立ち、例文が表す事態や行為を活写する姿勢が弱い。また、文法的特徴を示すメタ言語も目立ち、例文分析において、例文内容だけでなく類義表現対や例文自体の言語的特徴に着目する傾向が指摘できる。2015年度は、日本人大学生32名の協力を得て、前年度と異なる類義表現対とその正用文についての分析データを新たに得た。また、正用文から効果的に情報を得る手だてとして本研究者が提案する「映像化ストラテジー」の意識化と使用を促さず、無意識的で自然な形での例文分析とその結果に焦点化した。例文分析とそれをふまえた類義表現分析での記述内容はテキストマイニングの手法を用いて分析し、日本語分析技術の熟達度が低い日本語母語話者による正用文分析を日本語表現の点から観察した。その際、類義表現対の分析内容から調査協力者を上位群と下位群に分けることにより、テキストマイニングでの頻度分析で把握できた例文分析内容の特徴と、類義表現分析の成否とを関係づけ、正用文分析で言語化される事がらの特徴と傾向の整理を目指した。

一方で、調査協力者数が少ないために正用文分析の記述内容の特徴整理に不十分さを残したほか、例文分析と類義表現分析それぞれのメタ言語使用の関係性や特徴の把握にも現時点では不十分さを残した。本年度は、前年度の調査で得たデータの分析を継続し、意識的な日本語分析の経験がない日本語母語話者(非日本語教師)の自然な類義表現分析と例文分析の内容的特徴と関係性を明らかにした。新たな調査実施で得られた13名分も加え、日本人大学生45名分の記述データを分析対象とした。調査は、類義表現対「っぱなし/まま」の4例文を分析する課題と、両表現の意味特徴を分析する課題を調査協力者に提示し、得た記述データについてはテキストデータ分析ソフト「WordMiner」(日本電子計算株式会社)でテキストマイニングを行った。本年度は、例文分析に加えて意味特徴分析についても特徴的な言語要素を抽出した。そして、意味特徴分析内容の評価から調査協力者を2群(上位群・下位群)に分け、類義表現分析の成否と関係づけて、類義表現対の例文描写および意味特徴説明の内容上の特徴と対応関係を探った。結果、上位群の調査協力者は、例文描写で言語化された事象や情景などの反映した言語要素が意味特徴説明に多く見られる。日本語表現の内容的関連性から、例文分析での具体的な描写内容を言語的特徴へより的確に転化、抽象化させている様子が窺える。また、意味特徴説明における情報量も相対的に多いものである。例文分析での具体的な描写は、意味特徴分析の的確さや妥当性、内容量に関わる可能性がある。一方で、類義表現対の意味特徴説明が不十分な下位群の場合、例文描写と意味特徴説明それぞれの日本語表現の関係性が弱く、両分析行動の連動性の弱さを示唆する。また、日本語表現からは、意味特徴説明が簡潔で具体性や情報量に乏しい傾向も窺える。以上の成果の半面、具体的な例文描写が具体的で的確な意味特徴説明を導くプロセスについてはさらなる分析の必要性がある。本研究は、日本語母語話者の類義表現分析における例文分析と意味説明をテキストマイニングで分析し、例文描写を意味特徴に抽象化する日本語分析技術を明らかにした。類義表現分析が成功する場合、例文の表す事態が具体的な内容語で動的に描写される傾向がある。例文描写には類義表現の弁別的意味を示唆する語句が見られ、それらが意味説明に反映する。一方、類義表現分析が成功していない場合は、例文分析と意味説明の言語要素は相似し、実質的内容を把握しにくい語句やメタ言語が多く見られるほか、意味以外の言語特徴への言及も多い。例文は静的に描写される傾向が強いが、意味特徴への抽象化や詳述は十分な形でなされない。2014年度は、日本人大学生40名の協力を得て、正用文分析の結果を記述データとして得ることができた。そしてそのデータを基に、日本語分析技術の熟達度が低い日本語母語話者が正用文分析で例文について説明し言及する事柄を探ることができた。また、正用文から効果的に情報を得る手立てとして本研究者が提案する「映像化ストラテジー」に焦点を当て、これまでに収集したプロトコルデータを再分析し、日本語教育経験者の正用文分析過程を観察した。そして、当該ストラテジーでの例文分析によって言語化される事がらの特徴を把握した。この成果は、非教師の日本語母語話者が行う無意識的な正用文分析について、その特徴を把握する足がかりとなる。一方で、日本人大学生の正用文分析については、記述内容の特徴整理にとどまっており、メタ言語の観点からの分析や検討が現時点では十分にできていない。
発展途上国の世界遺産地域における維持可能な情報通信技術の応用に関する実践研究

本研究では,ラオス人民民主共和国ルアンパバーンにおける持続可能な世界遺産開発を実現するための情報通信技術を用いた包括的かつ効果的・効率的な施策として,現地政府との共同作業を通じた実践研究を行った.具体的には,遺産地域の地理情報システム(GIS)の構築及び持続的運用,街並み景観アーカイブと経時変化の監視,住民の世界遺産に関する意識向上の3項目について検討を行い,いずれの項目についても適切と考えられる施策の試行および評価を通じて,有効性と持続可能性を検証した.(1)地理情報システム(GIS):(a)全遺産地域29村の全建築物4323点に対するGISを構築するため,現地チームが複数の電子地図を相補的に統合した基盤地図データを構築した.また,全建築物に対して定期的な収集・更新が可能な手法及びデータセットについて検討し,建築物写真を用いたデータ収集方法を採用した.建築物の用途,状態,建築様式,材料,屋根材,階数に関するデータベースを構築し,全建築物に関するデータの収集・入力を行った.(b)商用GISソフトウェアを維持コストの観点からオープンソースGISソフトウェアに置き換える可能性について,機能および操作性の観点から調査検討を行い,置き換えに十分なフィージビリティがあることを確認した.(c)GISデータの一つである,建築許可データベースは,過去の共同研究で開発して以来,データの更新がなされていない.情報システムの持続可能性の観点から原因究明を行い,商用ソフトウェアの使用およびワークフローの見直しを含む複数の解決策を検討し,プロトタイプの作成に着手した.(2)街並み景観アーカイブ:これまで魚眼レンズを回転させて撮影した4枚の画像を合成して作成していたため,交通量の少ない時間帯でしか撮影できなかった全方位パノラマ写真の撮影が,新たに商品化された全方位パノラマカメラにより1回の撮影で可能となった.(3)地域住民の意識向上:(a)防護動機理論に基づいて,遺産保護に関する意識を高めるためのモバイル学習アプリケーションと,意識向上の効果を評価するためのアンケートを開発した.現地大学においてパイロット評価を行う準備を進めている.アプリケーション開発に際しては現地スタッフに対してソフトウェア開発研修を行った.(b)現地一般市民を対象として遺産保護意識向上のキャンペーンを行い,参加者に対して遺産保護意識に対するアンケート調査を実施した.1.地理情報システム(GIS):(1)GISデータの一つである建築許可データベースに関して,過去の共同研究で開発したものが使用されず放置されていた原因について,データ入力およびシステム管理に関する持続可能性の観点から分析を行い,入力に関するワークフローを見直して管理の容易なデータ構造と新たなユーザインタフェースを設計・実装した.新たなシステムでは,検索不要な項目を高速スキャナにより画像で保管に変更し,冗長な入力を削減して作業量を約1/8に軽減することができ,現地スタッフによる主観評価でも日常業務に十分耐えうると判断された.(2)遺産登録された湿地帯・溜池に関して,用途,状態などの変遷を調査するために,調査対象として2つの村を選び,時代の異なる複数の電子地図をGISで統合する準備を開始した.また,住民等の利害関係者への聞き取り調査を実施するための質問票の作成を行った.2.地域住民の意識向上:(1)ルアンパバーンの大学生を対象に,技術受容モデルを用いたモバイル学習の受容に関する調査を行い,有用性および財産性がモバイル学習受容の主要因となっていることを明らかにした.(2)防護動機理論に基づいて,遺産保護に関する意識を高めるためのモバイル学習アプリケーションのためのパイロットコンテンツを世界遺産局と共同で開発した.意識向上の効果を評価するためのアンケートを開発し,現地大学においてパイロット評価を行った結果,アプリケーション使用による,学生の遺産保護意識の向上が見られた.1. GIS:世界遺産指定地域のうち湿地帯・溜池が多く存在しているマノ,ポンカムの2つの村(約1km平方)について,2001年から現在までの空間的な変化をGISにより可視化・定量化を行い,時間を追って湿地帯・溜池が埋め立てられていく様子を観察するとともに,放置されて保存状態が劣化している湿地帯・溜池も増加している傾向を確認した.同地域の住民および政府関係者への湿地帯・溜池の減少に関する聞き取り調査を行い,減少の要因として土砂や汚泥の堆積による自然的な劣化以外に,人的な埋め立てが少なくないことを確認した.特に人為的な要因について,住民の湿地帯・溜池に対する態度に関してアンケート調査を行い,住民が湿地帯・溜池に対して好意的な感情を抱く一方で,維持経費を全て自己資金で賄う負担の重さが明らかになった.2.街並み景観アーカイブ:新たに,河岸の景観のモニタリングおよびアーカイブの可能性を検討するため,デジタルカメラを搭載した無人飛行機を利用し,メコン川およびカン川の上空からの河岸の空撮のガイドラインを設定し,実際の撮影を行った.河岸の景観の重要な要素である植生に意識を置いたモニタリングの手法について検討を行った.3.一般住民の世界遺産に対する意識向上:前年度までに開発した,スマートフォンを利用して世界遺産保存に対する意識向上を図るアプリケーションに関して,モニタリング調査を行い有効性と持続可能性の観点から改善した.これを,アンドロイドの無料アプリケーション"MoradokLP"として一般公開した.本研究では,ラオス人民民主共和国ルアンパバーンにおける持続可能な世界遺産開発を実現するための情報通信技術を用いた包括的かつ効果的・効率的な施策として,現地政府との共同作業を通じた実践研究を行った.

具体的には,遺産地域の地理情報システム(GIS)の構築及び持続的運用,街並み景観アーカイブと経時変化の監視,住民の世界遺産に関する意識向上の3項目について検討を行い,いずれの項目についても適切と考えられる施策の試行および評価を通じて,有効性と持続可能性を検証した.研究目的に書かれた3つの課題,1.遺産地域の地理情報システムの構築及び持続的運用,2.街並み景観のアーカイブと経時変化の監視,3.住民の世界遺産に関する意識向上,のうち,平成26年度は1.および3.に取り組んだ.1.のうち,湿地帯・溜池については年度当初は計画していなかったものの,世界遺産局と議論した結果,優先順位が高いことが判明して取り組んだものである.また,データベースの持続的運用については,当初計画通りに進展している.3.についても,大学生に対する調査,アプリケーションのコンテンツ作成ともに当初計画通りに進展している.2.については平成26年度は実施することができなかったが,技術の進展もあり,平成27年度には新たな機材とともに再度取り組む予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。国際開発工学1.GIS:(1)世界遺産指定地域のうち約1km平方のエリアを選定し,同エリア内に遺産登録されている湿地帯・溜池および周辺の緑地について,2001年から現在までの空間的な変化をGISにより可視化・定量化する.(2)住民および政府関係者への湿地帯・溜池の減少に関する聞き取り調査を行い,減少の要因と保存のための方策に関して考察を行う.(3)フィールド調査による,過去に構築した一般建築物データベースの更新を行う.2.街並み景観アーカイブ:(1)新たに,河岸の景観のモニタリングおよびアーカイブの可能性を検討するため,デジタルカメラを搭載した無人飛行機の利用について検討を行う.3.一般住民の世界遺産に対する意識向上:(1)前年度までに開発した,スマートフォンを利用して世界遺産保存に対する意識向上を図るアプリケーションを住民に一般公開し,有効性と持続可能性の観点から評価を行う.GISのベース地図およびデータ収集は複数年を掛けて実施する予定であったが,現地チームを中心に作業が迅速に進み,予定より早く終了した.一方,街並み景観アーカイブについては機材は整備されたものの,街並み監理の方法に関する検討が十分に進まなかった.モバイルアプリケーションについては計画通りに進捗している.27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度に開催予定であった3回の現地ワークショップのうち,1回が日程の都合で開催できず,平成27年度に延期されたため.27年度が最終年度であるため、記入しない。GISに関しては高度な情報技術を使用せずに,定期的な実施が可能なデータ収集方法を確立したため,当初計画していたモバイルGISによるデータ入力等は不要となった.
公共財供給メカニズムの経済分析

本研究は公共財の供給メカニズムに関する研究であり,特に公共施設の立地問題に関わるメカニズムについて焦点を当てる.ここで問題となるのは,1.効率的な公共施設の立地,そして公平な費用負担は可能か,2.公共施設の受け入れ候補地域が公共施設からの利益(不利益)を正直に申告するか、である.まず、効率性と同一選好下限性を満たすかなり広いクラスの同時手番メカニズムを検討した。そのメカニズムでは嘘の申告をするインセンティブがあることが知られているが、嘘の申告の結果、効率性と非羨望性という公平性が実現することが明らかになった。つまり、たとえ嘘の申告が行われても、その結果として起こる配分は望ましく、戦略的な選好の虚偽表明は大きな問題を引き起こさないということが言える.上記の結果は、完備情報のもとでの結果であるが、不完備情報のもとでの同時手番メカニズムの設計についても検討した。そして、効率性と非羨望性とベイジアン誘因両立性(他人の正直申告を所与として,正直申告が期待利得を最大化する性質)を満たすメカニズムが存在することを明らかにした.つまり,そのメカニズムにおいては、正直に利益が表明され、良い配分が実現する。ただし,このメカニズムにおける費用負担ルールは非常に複雑であり,現実的な政策としてこのメカニズムを採用できるかについては疑問が残る.そこで,メカニズムが実際に機能するかを検証するための経済実験を行った。このメカニズムにおいては、他のメカニズムに比べると多くの正直申告が行われるが、その差は十分ではない。今後も経済実験を行い、より多くのデータを収集し、メカニズムの実用可能性について検討したい。本研究は公共財の供給メカニズムに関する研究であり,特に公共施設の立地問題に関わるメカニズムについて焦点を当てる.ここで問題となるのは,1.効率的な公共施設の立地,そして公平な費用負担は可能か,2.公共施設の受け入れ候補地域が公共施設からの利益(不利益)を正直に申告するか,である.本研究において,効率性,非羨望性とベイジアン誘因両立性(他人の正直申告を所与として,正直申告が期待利得を最大化する性質)を満たすメカニズムが存在することを明らかにした,つまり,上の2つの問題を解決するメカニズムが存在するということになる.ただし,このメカニズムにおける費用負担ルールは非常に複雑であり,現実的な政策としてこのメカニズムを採用できるかについては疑問が残る.ゆえに,経済実験を行い,このメカニズムが実際に機能するかについて検証する必要があり,この点については次年度以降の研究課題としたい.また,各地域が,他地域が自分にとって最悪の申告をすると予想して行動する,マキシミン戦略をとる場合には,非常に多くのメカニズムのもとで正直申告がマキシミン戦略となることを明らかにした.つまり,マキシミン戦略がとられるならば,上の2つの問題を解決することができる.そのようなメカニズムには,費用を等分するような単純なメカニズムも含まれる.ここでは,各地域がマキシミン戦略をとるかどうかが問題であり,これについても経済実験による検証が必要である.本研究は公共財の供給メカニズムに関する研究であり,特に公共施設の立地問題に関わるメカニズムについて焦点を当てる.ここで問題となるのは,1.効率的な公共施設の立地,そして公平な費用負担は可能か,2.公共施設の受け入れ候補地域が公共施設からの利益(不利益)を正直に申告するか、である.まず、効率性と同一選好下限性を満たすかなり広いクラスの同時手番メカニズムを検討した。
化学処理による金属材料への生体活性の付与

NaOH水溶液に浸漬した後600°Cで加熱処理した純チタン、Ti-6A1-4V、Ti-6A1-2Nb-Ta、Ta-15Mo-5Zr-3A1合金、SUS316Lステンレス鋼、Co-Cr-Mo合金をヒトの体液にほぼ等しいイオン濃度を有する36.5°Cの擬似体液に浸漬すると、純チタン、チタン合金、はいずれも短期間にその表面に緻密で均質な骨類似アパタイト層を形成した。しかし、ステンレス鋼とCo-Cr-Mo合金はアパタイト層を形成しなかった。アルカリ水溶液処理したチタン及びその合金が擬似体液中でその表面にアパタイトを形成するのは、擬似体液中でそれら表面に形成された水和チタニアゲルがアパタイトの核形成を誘起すると共に、表面層から溶出するナトリウムイオンが擬似体液のアパタイトに対する過飽和度を上げてアパタイトの核形成を促進するからであるためと考えられる。純チタンについて、NaOH水溶液濃度が擬似体液中におけるアパタイト形成に与える影響をその後の加熱処理をせずに調べたところ、いずれの試料についてもその表面にアパタイト層が形成されたが、アパタイト形成に要する擬似体液中への浸漬期間は、NaOHの濃度が高くなるにつれ短くなった。これは、NaOH水溶液の濃度が高いほど、ナトリウムイオンを多量に含む水和チタニアゲルが形成され、これが多量のナトリウムイオンを溶出し、擬似体液のアパタイトに対する過飽和度を急速に高めるためと考えられる。しかし、表面のゲル層は、外力により容易に剥離した。そこで、NaOH水溶液処理後のチタン金属を600°C付近で加熱処理すると、その高いアパタイト形成能を保持しつつ、機械的に弱いゲル層を安定なアモルファス層に改質できることがわかった。さらに、同様のアルカリ水溶液処理によりタンタル及びジルコニウム金属も擬似体液中でその表面に短期間でアパタイトを形成した。したがって、本化学処理法は、種々の金属材料に生体活性を付与するためのきわめて簡単で有効な方法であると結論できる。研究目的:人工材料が骨と結合する性質、すなわち生体活性を示す条件は、生体内でその表面に骨類似のアパタイト層を形成することである。これまでに生体活性を示すことが知られている材料は、数種のセラミックスに限られている。本研究は、表面化学処理によりチタンなどの金属材料に生体活性を付与する条件を明らかにすることを目的とする。研究成果:純チタン、Ti-6Al-4V,Ti-6Al-2Nb-Ta,Ta-15Mo-5Zr-3Al合金、SUS316Lステンレス鋼、Co-Cr-Mo合金の10×10×1mm^3の大きさの板上試料を、60°Cの10M-NaOHあるいはKOH水溶液に24時間浸漬し、水洗乾燥後600°Cで1時間加熱処理した。これらの試料をヒトの体液に等しいイオン濃度を有する36.5°Cの擬似体液に浸漬すると、純チタン及びチタン合金はいずれも3週間以内にその表面に緻密で均質な骨類似アパタイト層を形成した。しかし、ステンレス鋼とCo-Cr-Mo合金は4週間後にもアパタイト層を形成しなかった。同擬似体液中でアパタイト層を形成する材料は、体内でもアパタイト層を形成し、それを介して骨と結合することが知られている。従って、チタン及びチタン合金は、適当なアルカリ及び加熱処理により、生体活性を示すようになると結論できる。