hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
呼吸中枢未熟ラットにおける吸気炭酸ガス反応性の検討ー乳幼児突然死症候群との関連

研究代表者・成田正明は、乳幼児突然死症候群(SIDS)発症に関わる遺伝的因子(セロトニントランスポーター遺伝子多型)を報告した(Narita et al, Pediatrics 107 ; 690 : 2001)。従前、SIDSでは呼吸中枢へ投射する神経(セロトニン神経)が何らかの原因により病的に未熟であるとされてきた。今回の萌芽研究ではSIDS発症へのセロトニン系の関与をより明らかにするために、生体脳内セロトニンリアルタイム測定(微少透析法=マイクロダイアリシス法=)を用い、SIDS児の豊富な司法解剖経験のある研究分担者・那谷雅之らと検討した。生きたラットの頭蓋内にプローブを刺入、シリンジポンプで灌流し灌流液を5分毎に回収し、回収液中のセロトニン濃度(即ち脳の細胞外液中のセロトニン濃度)をECD-HPLC装置(電気化学的検出による高速液体クロマトグラフィー、エイコム社)にて測定する系をつくりだす。本年度は生きた状態でのセロトニン動態を測定する系を確立することができた。今後はこの系を用い、研究代表者が作成してきた「縫線核(=セロトニン神経の起始核)未熟ラット」を用い、児が深い眠りに陥った時のことを想定した、吸気CO2濃度変化に対するセロトニン系の反応性の異常がないかどうかを検討していきたい。さらに今後、縫線核が病的に未熟なために吸気CO2濃度変化に対する反応性の異常が根底にあることを証明し、生後セロトニン神経の賦活化など新しい視点でのSIDS予防策を講じることを目指す。従って本研究は、独創的な発想に基づく、挑戦的で高い目標設定を掲げた芽生え期の研究といえる。今回の研究ではSIDS発症へのセロトニン系の関与をより明らかにするために、研究代表者が作成してきた「縫線核(=セロトニン神経の起始核)未熟ラット」を用い、児が深い眠りに陥った時のことを想定した、吸気CO2濃度変化に対するセロトニン系の反応性の異常がないかどうかを、SIDS児の豊富な司法解剖経験のある研究分担者・那谷雅之らと検討する。二年間の研究計画のうちまず本年度は生きたラット(まずは正常ラット)で、ノーマルコンディションで脳内セロトニンのリアルタイム測定系(マイクロダイアリシス法)の確立を行った。Wister系成熟ラット(生後10週齢)を麻酔下で脳定位固定装置に固定、剃毛の上頭皮切開、生体脳内埋め込み微少透析プローブ(エイコム社)を刺入しガイドカニューレによって歯科用セメントを用いて固定する。刺入部位は背内側延髄を目標に、ブレグマより尾側に11.5mm、正中線上で深さ10.5mm(Paxinos&Watsonの図譜による)。プローブは人工髄液(NaCl 147mM, KC14mM, CaCl2 1.9mM)を1.2μL/minでシリンジポンプで灌流、灌流液を5分毎に回収し回収液中のセロトニン濃度(即ち脳の細胞外液中のセロトニン濃度)をECD-HPLC装置(電気化学的検出による高速液体クロマトグラフィー、エイコム社)にて解析したところ、脳内セロトニンが検出できるようになった。来年度はこの系でラットを2チャンバーのボディープレチスモグラフに移し、吸気CO2濃度を0%,5%,7%,9%における濃度を測定する。この際、呼吸変化を頭部のチャンバーから得られた呼吸曲線を記録し、一回換気量、呼吸数、分時換気量、平均吸気流量をも解析する。吸気CO2濃度はCO2レギュレーターによって調節する予定である。
新規なアポトーシス誘導因子の機能解明

新規なアポトーシス誘導因子であるPerchloric acid-soluble protein(PSP)の翻訳阻害作用は本実験では認められなかった。PSPのC末端側に存在するIEIEAIAV配列は核外移行シグナルとして機能し、N末端、C末端側はそれぞれ核の異形、細胞死誘導抑制に関わる可能性を見いだした。Two hybridscreeningによってPSPと相互作用する蛋白質の遺伝子が得られた。HRPTについて検討した結果、PSPと結合するが、HRPT酵素活性にPSPは関与しなかった。PSPに対する新たな抗体作製がきっかけとなり、PSPが複数の高次構造をとることを明らかにした。PSPは肝臓組織中で3量体として存在し、蛋白質分解酵素に対して抵抗性があるが、培養細胞中PSPは単量体、もしくは3量体よりも大きな構造をとっており、蛋白質分解酵素に対する抵抗性は低い。このような高次構造変化がPSPの多彩な性質に調節に関与している可能性があるが、生理的な意義等詳細は今後、検討されなければならない。機能不明な蛋白質である過塩素酸可溶性蛋白質(PSP)は小胞体ストレス誘導時に核内へすみやかに移行することを明らかにしてきた。また、本蛋白質を培養細胞へ過剰発現させると細胞死が誘導される。PSPの一次構造中に既知のドメインが無いことからPSPによる細胞死誘導機序は不明である。本年度の研究ではPSPのN末端欠損、C末端欠損、さらにN末端C末端欠損させたGFP融合PSP発現ベクターを構築した。それぞれの発現を検討したところ完全長PSPは細胞質に局在するが、N末端を欠失したPSPの多くは核内に存在し、細胞の形態に異常が認められた。C末端を欠失したPSPを発現した細胞に異常は認められなかったが、両端を欠失したPSPでは異常が認められた。これらの結果からN末端から37残基までに核外以降シグナルが存在する可能性、38残基から125残基までに細胞毒性を持つ領域が存在する可能性を明らかにした。PSPタンパク質の細胞内局在の分子機序を明らかにするため、N末端もしくはC末端を欠失した変異PSPにGFPを融合して細胞で発現させた。しかし、発現が認められるのはごく一部の細胞であり、その細胞の形態も一様でないことから、PSPタンパク質の過剰発現による細胞毒性が強く、同方法では細胞内局在の検討が困難であることがわかった。一方、培養細胞中に発現するPSPタンパク質を精製した。肝臓から精製したPSPタンパク質と比較した結果、肝臓中PSPが3量体を形成しているのに対して培養細胞中PSPは単量体であることが、ゲル濾過クロマトグラフィーで明らかにし、PSPタンパク質はin vitroとin vivoで高次構造が異なることが明らかになった。さらに培養細胞から精製したPSPの円偏光2色性測定を行なったところ、極微量の肝臓細胞質画分を添加することで、スペクトルの変化が起こることを見いだした。恐らく、肝臓細胞質に含まれる分子によって培養細胞から精製したPSPの構造変化が起こったと推測される。肝臓から精製されたPSPタンパク質の高次構造はスクレイピー型プリオンタンパク質と非常に類似している。プリオンタンパク質が正常型からスクレイピー型に変化するようにPSPも高次構造の変化が起こる可能性がある。PSPに対する抗体をこれまでの実験で使い切ったため、新たにリコンビナントPSPを抗原としてウサギ抗PSP血清を作製した。(作製当時はリコンビナントPSPが肝臓中PSPの高次構造と異なることは不明であった)新しく作製した抗血清は、培養細胞中のPSPとの交差性が非常に低かった。Yeasttwo hybrid systemによって明らかになっているPSPと相互作用する分子を、培養細胞内で発現させて免疫沈降法での検討を試みた。しかし、いずれの分子もPSPタンパク質との相互作用を見いだせなかった。新たに作製した抗PSP血清の交差性が低いことが問題であると推測される。
地震波の中の衝撃波動の計測と耐震設計手法に関する研究

過去の地震被害を調べると極短周期の高周波の地震波動の影響が見られるので既存の地震計を超える短周期波動を捉えられる広帯域地震計の開発から始めた。センサーにはピエゾレジスター型圧電素子を採用して周波数範囲500Hz、サンプル間隔2kHzの3方向の地震計を製作し、本学の地震計と併設した。しかし、その挙動は過敏で記録が膨大になったため、これまでの被災形態を考慮して測定の対象を上下方向に絞り、水平方向の震動をプレトリガーとした。その結果、比較的安定した状態で記録を収録できるようになったので、つくば市にある国土交通省国土技術政策総合研究所本館地下室のSMAC型地震計の傍に併設し、更に1台を製作を担当した(株)アプライドリサーチの社屋にも設置した。その結果、つくば市では平成16年10月6日23時52分の茨城県南部を震源とする震度IVの地震の上下方向波動を記録した。波動は7Hzと11Hzにピークがあり、50Hzから500HZまで短周期波動が存在することが判明した。10月23日には新潟県中越地震、17年2月16日には茨城県南部を震源とする震度階V弱(マグニチュード5.4)の地震を記録した。SMAC型は50Hzまでしか測定できていないが、加速度の値は約3倍となり、地震計そのものの性能も吟味する必要性が生じた。なお、広帯域地震計については更に高い周波数の波動の記録も可能である。地震が小さく期待した大きな加速度が得られなかったので広帯域地震計の近傍(30cm)で落錘試験を実施した。5kg、10kgの錘を15cmの高さから落とした結果、極短周期の300galの波動が生じ、極短周期の過大な加速度が存在する可能性がみられた。過大な加速度に対しては鉄筋コンクリート充填鋼管のような靱性に優れた材料が有効であることを載荷試験棟で確認した。過去の大地震時に見られる鉄筋コンクリートや鋼製の橋脚等が崩壊したり、座屈変形する現象の原因は設計荷重以上の水平力による曲げモーメントとせん断力で説明されているが、我々は過去の被害調査や杭の打撃に関する研究などから巨大な加速度をもつ、極短周期の衝撃波動によると推定している。破壊の原因が衝撃波動によるという学説は地震工学の世界では少数派に留まっている。地震波動の中にそのような波が存在することを立証するところから本研究は出発している。本年度は数100Hzから数1000Hzの振動数領域で数10gから数100gの波動を捕捉できる地震計(広帯域地震計)の開発に専念することとした。開発では、これまでに試作してきた地震計の性能をさらに向上、合理化することに目標を置いて作業を進めた。その結果、新たに3台の試作機を作ることができた。本地震計の性能をチェックするために普通の地震計と比較する必要がある。そのために1台を本学に設置している一連のアレイ地震計の他、つくば市の国土交通省国土技術政策総合研究所の地震計とも併設して今後の地震発生に備える協議を始めた。設置は堅固な地層に寝入れした基礎を有する構造物に取り付ける必要があることから次年度は新しい地震計の設置と衝撃波動の試験を計画している。昨年度に製作した広帯域地震計は感度が鋭敏で、人が近くを歩いただけでも作動するので本年度は部品の改造を重ねて地震計の改良に努めた。

また、3月11日につくば市で記録された地震では狙い通りの上下方向の短周期地震動(最大加速度4gal)を記録することが出来たが、トリガーの設定時間が短く、地震動の最初の部分がカットされていたために全体を把握できなかった。それでも、スペクトル解析の結果、17Hzに20gal程度のピークがあり、500Hzまでの記録を取ることが出来た。一方、国土交通省の国土技術政策総合研究所の強震計の記録では最初の部分にスパイク状の大きな波動があることからプレトリガーの設定は極めて重要である。しかし、本格的な強震計との連動では費用や配線等の問題もあるところから簡易型の強震計の使用も検討の対象としたい。新年度は最終年度となるために、現在進めている広帯域地震計の改造を終了させ、強震計と併設して来るべき地震は動を捕捉すると共に15年度に計画していた衝撃波動の実験を行い、当該地震計の性能の確認や衝撃波動の存在とその性状の把握に努めたい。計画している衝撃試験は太さ、長さの異なる鉄筋を、高さを変化させて落下させるもので、本来の地震動とは異なるが、衝撃波動の把握には適していると考える。これらの試験結果に基づいて衝撃波動に対する耐震設計方法を検討し、具体的な配筋等の詳細構造を提案したい。地震波動の中に含まれる極短周期の高周波を捉えるための広帯域地震計を開発した。当初、地震波の水平2成分、上下1成分の波動を捉えられるように設計製作をしたが、過敏すぎることと記録が膨大になることから、これまでの被害形態を考慮して記録の対象を上下成分に絞り、水平成分をプレトリガーとすることに変更した。その結果、比較的安定した状態で記録を収録できるようになった。本年度は改造広帯域地震計を本学の他、つくば市の国土交通省国土技術政策総合研究所本館の地下室と(株)アプライドの社屋に取り付けた。本学では大きな地震動を捉えることができなかったが、つくば市では10月6日の中規模地震、10月23日の新潟県中越地震、2月16日の中規模地震の上下動を捉えることができた。これらの波動のスペクトルから各地震には100Hz500Hzの極短周期の波動が含まれていることが立証できた。更に分解能を引き上げることによって更に高い周波数の波動も存在することを明らかに出来よう。しかし、鋼管杭の打撃時の数百Gに達するような大きな加速度が得られなかったので広帯域地震計の近傍で落錘試験を実施した。その結果、5kgf、10kgf程度の鋼製の錘を15cmの高さから落としただけでも300gal程度の加速度を記録することが出来た。大地震時の体感および証言から1Gを超す加速度の極短周期の波動の存在の可能性は十分にあると推測される。このように過大な加速度に対して構造部材の破壊を防ぐには鋼材の延性を活用するのが良いと考えられる。その対象となる構造部材として鉄筋コンクリート充填鋼管(RCFT)を考えた。RCFTの載荷試験を別途に実施し、RCFTが設計荷重を大きく超えた荷重に対して十分な耐荷力を有することを明らかにした。
SCDaseを用いた糖脂質工学とスーパー糖脂質分子の創製

糖脂質の脂肪酸部分は不均一性を示す。そこで、SCDaseを用いて糖脂質から脂肪酸を切り離した後、縮合反応を用いて目的の脂肪酸分子種を導入し、分子種をそろえた糖脂質の作成を試みた。反応効率は異なるもののリゾGM1やGalSphにC6:0からC24:0の飽和脂肪酸を導入することが可能であった。さらに、C18:1,C18:2,C18:3ハ等の不飽和脂肪酸を導入することができた。逆反応を利用して、[^<14>C]標識した種々の糖脂質やスフィンゴミエリン及びセラミドを高収率で作製する方法を確立した。この高感度セラミドを用いて、微生物で初めてセラミダーゼを発見することができた。この細菌由来のセラミダーゼは、SCDaseとは異なり糖脂質には全く作用しない。一方、SCDaseを用いてアミノ脂肪酸あるいはDHAやEPAなどをリゾスフィンゴ脂質に導入できることも確認している。前者は、スフィンゴ脂質にNBDやダンシル等の蛍光標識の導入を可能にし、後者は機能性高度不飽和脂肪酸を組み込んだスーパーガングリオシドの創製につながる。このように、SCDaseはスフィンゴ脂質から脂肪酸を切り離す「はさみ」の機能と新しい脂肪酸をリゾスフィンゴ脂質に導入する「のり」の機能を合わせ持ち、条件を選ぶことでこれら2つの反応を使い分けることができる。本法によって、スフィンゴ脂質の脂肪酸部分の変換や標識が簡単に行える。従来の化学的な方法に比べて収率や簡便さにおいて格段に優れているばかりでなく、今まで不可能であった例えばポリシアロガングリオシド等にも適用できるので、今後スフィンゴ脂質研究において広く使われることになるだろう。
看護診断過程の能力育成プログラムによる包括的教育介入の効果

本研究では,看護診断を導くまでの3つの過程である,(1)診断指標判断能力,(2)関連因子/リスク因子判断能力,(3)看護診断ラベル決定能力に焦点をあて,それぞれの過程における看護師・看護学生の能力育成を目指し研究を進めた。看護診断に関する教育介入を実施した後,模擬事例に対する看護診断に関する調査を行ったところ,看護師の臨床判断にはばらつきがあることが明らかになった。対象となった看護師は,看護診断の教育を受けている者であったが,このように臨床判断力に違いが見られたことから,今後も継続した教育介入を行い評価する必要があることが明確となった。本研究では,看護診断を導くまでの3つの過程である,(1)診断指標判断能力,(2)関連因子/リスク判断能力,(3)看護診断ラベル決定能力に焦点をあて,それぞれの過程における看護師・看護学生の能力育成方法を明確にすることを目指し,研究を進めている。本年度はまず,個々の事例によりみられる症状や徴候が異なるため判断が難しい心理・社会的領域の看護診断に焦点をあて,実際の事例を分析することでその正確性を明確化することに努めた。加えて,臨床看護師の心理・社会的領域の看護診断能力と知識度を明確にする事で,今後の看護診断に関する教育方法の指針を検討することを目指し,本学倫理審査員会の承認を得た上で研究を進めた。臨床でケアに携わる看護師が遭遇した,心理・社会的問題を抱える患者の事例を元に、模擬事例を作成し,看護師と看護学生に対し模擬事例に対する看護診断に関する調査を行った。その結果、看護師・看護学生とも,抽出された看護診断にばらつきが多く,判断に統一性がないことが明らかとなった。また,心理的問題である「無力」に関する判断基準を的確に回答できた者は非常に少なく,看護診断概念を理解していない者も多くあった。以上のことより,客観的に評価しにくい心理・社会的問題に対し,看護師・看護学生の判断能力は低く,看護診断ラベルの概念に関する理解も乏しいことが明らかとなった。今後は、看護診断能力を総合的に判断できるよう、様々な事例を盛り込んだ測定用具を作成し,看護診断能力とその影響因子について、調査・分析する計画である。昨年度より継続して,個々の事例によりみられる症状や徴候が異なるため判断が難しい心理・社会的領域の看護診断に焦点をあて,実際の事例を分析することでその正確性を明確化することに努めた。加えて,臨床看護師の心理・社会的領域の看護診断能力と知識度を明確にする事で,今後の看護診断に関する教育方法の指針を検討することを目指し,本学倫理審査委員会の承認を得た上で研究を進めた。臨床でケアに携わる看護師が遭遇した,心理・社会的問題を抱える患者の事例を元に作成した模擬事例による調査では、看護師・看護学生とも,抽出された看護診断にばらつきが多く,判断に統一性がないことが明らかとなった。また、本年度では映像による模擬事例に対する看護の看護診断に関する調査を行った。現在はその結果の分析を行っている。今後は看護診断能力を測定する方法と診断能力影響因子について調査。分析する予定である。本研究では,看護診断を導くまでの3つの過程である,(1)診断指標判断能力,(2)関連因子/リスク判断能力,(3)看護診断ラベル決定能力に焦点をあて,それぞれの過程における看護師・看護学生の能力育成方法を明確にすることを目指し,研究を進めてきた。また、本年度は、看護診断に関する教育介入を実施した後、映像による模擬事例に対する看護診断に関する調査を行った。その結果、100名の看護師より同意が得られ、集団留置法で映像による2つの事例に対する看護診断と診断指標および関連因子に関する回答を得た。対象者の平均年齢は40歳、平均臨床経験年数は6年であった。

回答内容は事例1に対しては多くの対象者が同様の判断をしていたが、事例2では様々な種類の看護診断が挙げられた。看護診断の本来の目的は、患者に係わる全ての看護師がその患者のもつ健康問題を共通理解することにあるが、実際は看護師の臨床判断にはばらつきがあることが明らかになったと言える。対象となった看護師は、看護診断の教育を受けている者であったが、このように臨床判断力に違いが見られたことから、今後も継続した教育介入を行い、看護診断における能力の向上過程を調査する必要がある。
光制御型高スピン多核錯体の開発

外場応答性ナノ磁性体の開発を目指し研究を行った。外場応答性分子は高密度磁気記録媒体等への応用が期待されている。本研究では錯体配位子である(NBu4)[Fe(pzTp)(CN)3]と、Fe(II)を反応させることによりFeIIIFeII混合原子価鉄錯体の合成を試みた。単結晶X線構造解析から、本錯体は錯体配位子とFeイオンからなる一次元鎖構造をとり、CNのNが配位している鉄はN4O2配位構造をとっていることが分かった。100 Kと300 Kでの構造解析結果を基にBond-valence sumの計算を行い、温度による価数の変化を考察したところ、室温で二価であったFeイオンが、低温で三価に変化していることが分かった。この結果は本錯体が温度によって金属間電子移動を起こしていることを示唆している。温度誘起電子移動現象を確かめるために、300 Kおよび80 KでIRスペクトルを測定した。その結果、冷却に伴い2100 cm-1以下の領域に大きなピークが現れることが分かった。これは錯体配位子中のFeイオンの二価の割合が高くなったことを示唆している。つまり、温度により鉄原子間での電子移動が誘起され、FeIII(Tp)ーCNーFeIIの状態からFeII(Tp)ーCNーFeIIIの状態に変化したことが確かめられた。また、本錯体の磁気特性を測定したところ温度降下とともにchiT値が増加することがわかった。これは鉄間に強磁性的相互作用が働いていることを示している。また、相転移が起こる温度領域と考えられる80-300 Kの間で磁化率の大きな変化は見られなかった。これは、スピン転移を伴わない電子移動のため、高温相と低温相でchiT値があまり変化しないことに加え電子移動が温度に対して緩やかに起こるためであると考えられる。28年度が最終年度であるため、記入しない。超高密度光磁気材料や光スイッチイング材料への応用を目指して、外場応答性高スピン多核錯体の開発に関する実験を行った。特に、鉄シアノ錯体と鉄を混合することにより、鉄間の電子移動や鉄のスピン転移により光応答性を示す新物質の開発を目指した。その結果、二重ジグザグ鎖構造を有する一次元物質を得ることができた。結晶構造解析の結果、二重ジグザグ鎖の中で鉄(III)と鉄(II)がシアノ基を介して交互に配列していることが示唆された。一次元物質の磁気特性を測定したところ10 KにおいてchiT値は1.1 cm3 mol-1 Kであった。このことは、一次元物質がFeIII(低スピン:スピン量子数S = 1/2)とFeII(低スピン:スピン量子数S = 0 )から構成され、その比が2:1であることに一致している。また、10 Kから温度を上げていくと、100 K付近からchiT値は急激に増加した。さらに温度を上げていくと、chiT値の増加は見られなくなり5 cm3 mol-1 Kで一定となった。次に250 Kから冷却操作を行いながら磁化率の測定を行ったところ、5 K幅のヒステリシスが観測された。これらの結果は、FeII(低スピン)がFeII(高スピン)に変化したことを示唆している。スピン転移が起きたことは結晶構造からも支持された。すなわち、有機配位子と結合しているFeイオンのFe-N結合長が約1.99A(100K)から300 Kで2.20A(300K)に伸長した。また、電子移動を示す一次元錯体を得ることにも成功した。二重ジグザグ鎖構造を有しスピン転移と電子移動を示す一次元物質を得ることができた。

これは鉄間に強磁性的相互作用が働いていることを示している。また、相転移が起こる温度領域と考えられる80-300 Kの間で磁化率の大きな変化は見られなかった。これは、スピン転移を伴わない電子移動のため、高温相と低温相でchiT値があまり変化しないことに加え電子移動が温度に対して緩やかに起こるためであると考えられる。光応答性高スピン多核錯体及び光応答性一次元物質の開発を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
脳外科手術における3次元的手術計画および支援システムの開発

ニューロナビゲーターについては、臨床例への応用をすすめた。症例は69才男性で左片麻痺で発症した右内迄後脚のノウ包内出血であった。血腫周囲にを伴うこと、一部に造影効果のみられることから脳腫瘍を疑ったが、部位が下肢に強い障害を生じる錐体路であるため、正確な部位診断が必要であり、ニューロナビゲーターを応用した。氏のaxvewより情報を入力して術中位置を確認しつつ直線下に腫瘍部分を生検した。摘出腫瘍は部化型ブリオーマであった。ニューロナビゲーターによる正確な部位選択により新たな神経脱落での出現はなかった。ニューロナビゲーターの有用性が示唆された。又、CT3次元画像の症例を蓄積した。今回はまず頭蓋骨の3次元CTのデータをとった。使用機種は日立製CT-W2000である。頭蓋骨3次元CTは特に外傷後の髄液済の診断及び手術計画に有用であることが明らかとなり、現在更に症例を蓄積中である。
有機鉄錯体の光化学的反応メカニズムの解明

本研究では,太陽光存在下において,自然水中の有機鉄錯体の化学反応モデルを構築することを目的とした。まず,モデル有機物とFe(II)による錯体の反応を観察し,錯形成速度定数と解離速度定数が推定された。続いて,光照射による有機物の変化について調べた。特に光分解の速かった部位は高励起波長側の芳香族様の構造部位で,12時間で5割の減少が観察された。また,タンパク様の構造部位は,12時間で2割程度の増加が観察された。一方,錯形成速度定数には大きな変化は見られなかった。芳香族やフミン様の構造部位は鉄との結合に関与するとされているが,部分的な光分解を受けた後も鉄との結合能がほとんど変化しないと考えられる。本申請課題においては,光存在下において,自然水中の有機鉄錯体から生じる溶解性無機鉄の濃度を算出するための化学反応モデルを構築することを目的としている。本年度は,光照射実験に先立ち全体の反応の解析に必要な知見を補完するため,自然由来有機物をリガンドとした有機第一鉄錯体(Fe(II)NOM錯体)の解離速度定数の正確な値を得ることを目的とした。初めに,Fe(II)NOM錯体にFe(II)キレータであるフェロジンを添加することによってFe(II)NOM錯体の解離速度定数のみを未知パラメータとした測定ができるかどうか,検証を行った。しかしながら,Fe(II)を全て錯形成できるような比較的高い濃度のNOMが存在すると,NOMによってFe(II)がすぐさま酸化されてしまうために,Fe(II)NOM錯体の解離のみを観察することは困難であることが示された。そこで,比較的低いNOM濃度を採用し,Fe(II)NOMの解離に加え,Fe(II)NOMの錯形成が動的に生じている条件の下で,フェロジンを添加するタイミングを変化させることで,溶解性Fe(II)濃度の変化を観察した。得られた反応曲線より,Fe(II)NOMの錯形成速度定数と解離速度定数の比(i.e.,条件付き安定度定数)が280,000 L/molと推定された。また,反応曲線に対するモデルフィッティングの結果から,現在のところ,Fe(II)NOMの錯形成速度定数と解離速度定数に関して,それぞれ17,000 L/mol/sと0.06 /sの推定値が得られているが,それぞれ1オーダー程度誤差を含む可能性がある。目的達成のために,光照射条件下における鉄の動態変化に関わる種々の化学反応の存在を確認し,また,それらの反応の速度定数を調べて行く。それによって,光存在下における鉄の動態変化を予測可能とする。本年度は,光照射によってもたらされる腐植物質の変化について調べた。腐植物質は環境中の鉄の錯形成に大きく関わるとされる有機物である。具体的には,疑似太陽光照射装置を用いて,腐植物質に疑似太陽光を照射し,その組成の変化を励起蛍光マトリクスと吸光光度法により観察すると共に,鉄との錯形成速度定数の変化を競合リガンド法により観察した。組成観察の結果,高励起波長側の芳香族様の構造部位やフミン様の構造部位が光分解された,一方でタンパク様の構造部位が生じることが示された。また,タンパク様の構造部位の存在を示す蛍光は,12時間で2割程度の増加が観察された。その様に構造が変化する中,錯形成速度定数には少なくともオーダー単位での変化は観察されなかった。芳香族やフミン様の構造部位は鉄との結合に関与すると考えられているが,錯形成に関しては,光によって部分的な分解を受けた後も鉄との結合能がほとんど変化しないものと考えられる。本年度は,自然由来有機物をリガンドとした有機第一鉄錯体(Fe(II)NOM錯体)の解離速度定数の正確な値を得ることを目的とした。これまでにFe(II)NOMの錯形成速度定数と解離速度定数の比を推定し,また,Fe(II)NOM錯体の解離速度定数に関しては,おおよその値を推定することはできた。しかしながら,正確な値を得るまでには至っていない。25年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は光によって励起されたNOMによる鉄の酸化・還元反応の解析を行っていく。

また,Fe(II)NOMの解離速度定数の正確な値を得るため,本年度の課題に関する追加実験を行う。Fe(II)NOMは酸化によりFe(III)NOMとなるが,Fe(III)NOMの還元によるFe(II)NOMの再形成と,そのFe(II)NOMからのFe(II)への解離,Fe(II)からのFe(II)NOMの錯形成は,わずかながら生じている。今後は,少しずつ生じるFe(II)をフェロジンがトラップしていく様子を観察し,Fe(II)NOMの錯形成とフェロジンによるFe(II)のトラップとの競合の様子を調べることによって,Fe(II)NOMの錯形成速度定数と解離速度定数のそれぞれの値の推定を試みる。25年度が最終年度であるため、記入しない。
ＣＤＤＰ＋ＶＮＲによる肺癌術後補助化学療法の治療効果に関する分子マーカーの検討

肺癌細胞株のVNR耐性株を作成し、最大100倍濃度でのIC50を示す細胞株群と親株とのトランスクリプトーム解析を行い、ABCB1遺伝子やECM-integrin-Src経路の有意な増幅を確認した。実際にこれら細胞株を用いて、VNR耐性における主要な耐性機序は、ABCB1の亢進であることを確認し、さらにFocal Adhesion PathwayとVRB耐性の関連についても、解析をすすめ、両者の活性化により、高度耐性化していることが確認された。ABCB1やSrcを単独もしくは、複合的に阻害することにより、高度耐性化を克服することができることが示された。完全切除II期、III期非小細胞肺癌に対するシスプラチン+ビノレルビンによる術後補助化学療法の効果予測のため、感受性、耐性に関連すると考えられる遺伝子発現や変異を分析することが本研究の目的である。ビノレルビンへの耐性、感受性については不明の点が多いため、肺癌細胞株H1299、H520、A549について、ビノレルビンを低濃度から暴露させてビノレルビン耐性株を作成した。H1299については臨床的なビノレルビン治療濃度に近い500 ng/mLへの耐性株、A549で100 ng/mLの耐性株を作成できた。前者について、耐性株と親株(感受性株)から抽出したmRNAの網羅的解析を行ったところABCB1遺伝子の発現量が統計的に有意に増加していることが判明した。その他候補となる遺伝子を複数個同定できた。完全切除II期、III期非小細胞肺癌に対するシスプラチン+ビノレルビンによる術後補助化学療法を受けた患者肺癌組織からは、mRNAおよびtotal DNAを抽出し、EGFR遺伝子、KRAS遺伝子、ERBB2、EML4-ALK融合遺伝子について検索した。また免疫染色用のホルマリン固定パラフィン包埋切片を作成した。上記対象となる患者群の3年無再発生存率が確定し、現在論文投稿準備中である。1.臨床標本におけるSrcの活性化と予後の関連:当院にて手術を行い術後補助化学療法としてシスプラチン+ビノレルビンを行った患者を対象とし、Phospoho-Src (Y416)の有無を免疫染色で調べた。陽性30例、陰性30例で全生存率および無再発生存率を比較したところ両者に差は認められなかった。既報においても、pSrc (Y416)と予後に相関のないことが示されており、pSrcはFocal Adhesion Pathway活性化のバイオマーカーとはならないことが示唆された。2.Focal Adhesion Pathway関連遺伝子ノックダウンによるVRB感受性への影響:H1299VRB耐性株に対しsiRNAを用いてSrc, Fyn, ILK, ITGB3それぞれのノックダウンを行った。qPCRによって各siRNAは有効に遺伝子発現を低下させていたが、薬剤感受性検査においては、いずれのノックダウンにおいてもVRB感受性の回復は得られなかった。3.Saracatinibの有効性の証明:昨年度までのデータでABCB1阻害薬とSrc阻害薬の併用が有効であることが示されていたが、Src阻害薬であるSaracatinibはABCB1阻害作用を有することをCalceinを用いたEfflux assayで示した。また薬剤感受性試験においてSaracatinibはVRB耐性株に交差耐性を示さないこと、VRBとの併用で相乗効果を有することを示し、VRB耐性株に対して有効な治療薬であることを証明した。呼吸器外科当初薬剤耐性細胞株の作成は当初の計画では予定されていなかったが、対象とすべき遺伝子が薬剤耐性株作成の解析でかなり絞り込めたために検索が容易となった。また、遺伝子変異解析は予定通りである。対象患者の予後情報の集積と論文作成については予定より早く進んでいる。全体としてほぼ当初の計画通り進行していると判断した。A549の耐性株についてもmRNAの網羅的解析を行う。H1299と共通の発現変化を認めた遺伝子について、knock-downを行いビノレルビン耐性への関与の程度を確定させる。ABCB1タンパク質のシグナル伝達系の下流にあるintegrin-FAK-Akt pathwayについての発現解析を行い、ビノレルビン耐性の詳細を解明する。対象患者の肺癌切除組織の免疫染色およびmRNA発現解析を、上記で明らかになった遺伝子について行い、治療成績と比較する。
化学交換飽和移動（ＣＥＳＴ）ＭＲＩの定量評価に関する研究

本研究の目的は,MRIを用いた分子イメージング技術の一種である化学交換飽和移動(CEST)法について数値シミュレーションと実験により定量性向上のための知見を得ることである.本研究により,撮像対象に関するパラメータ(緩和時間など),撮像条件に関するパラメータ(印加ラジオ波強度など)とCEST法による画像コントラストの関係について知見を得ることができた.本手法により定量性の高いデータを取得するためには,今後のさらなる検討が必要であるが,本研究で得られた結果は,CEST法のコントラストの最大化,撮像条件の最適化を行うための知見につながる可能性が期待できる.本研究の目的は,生体高分子と水分子間の相互作用を利用した磁気共鳴画像(MRI)の撮像法の一種である化学交換飽和移動(CEST)イメージングについて定量的評価法の開発を行うことである.本手法において定量的な評価法を確立することで従来のMRIでは描出することが難しかった生体内化合物のマッピングおよび生体内でのpH変化のような生体内情報の取得が期待される.本年度における研究計画の内容はCESTイメージングに関する数値シミュレーションを行った結果と実機を用いた実験による結果の比較であったが,本年度はCESTイメージングの実験は行えなかったため,CESTイメージングの実験と並行して実施する予定であった磁化移動(MT)イメージングにおける定量的評価の検討を行うための実験を先行させて行った.この実験ではMTイメージングで画像化の標的とする高分子由来の情報とその他の情報を区別するために交差緩和率と呼ばれる指標を短時間で推定してシミュレーションとの比較を行うことによりCESTイメージングの定量的評価法の検討の参考にする予定であった.実験によって推定した交差緩和率の値は数値シミュレーションにより算出した理論値と乖離した.そのため本年度の検討では交差緩和率がMTイメージングの定量的評価に有効であることは示せなかった.原因としては今回,実験に用いた装置はMTイメージングの効果を調節する撮像条件が制限されていたことも影響していると考えている.本年度の検討結果については,第41回日本磁気共鳴医学会大会において報告した.研究の目的:化学交換飽和移動(CEST)イメージングは,生体高分子と水分子の間の相互作用を反映した磁気共鳴画像(MRI)の新しいイメージング法として注目を集めているが,得られる画像の解釈を含めて不明な点も多い.CESTイメージングは,これまでに研究が続けられてきた磁化移動(MT)イメージングと比較し,より選択的に高分子の情報を観察していると考えられている.現状では2枚の画像(飽和RFパルスを照射・非照射)を撮像し磁化移動比を計算,あるいは標的プロトンと自由水のプロトンの共鳴周波数に対して対称な位置にあるオフセット周波数に対して飽和RFパルスを照射して取得した画像との差分画像のコントラストを用いて評価が行われている.我々は標的プロトンと自由水プロトンの交換率を定量することで,磁化移動に基づくイメージング法を用いた画像診断の一助になるのではないかと考えている.具体的内容:平成24年度には数値シミュレーションを用いて交換率推定の基礎的な検討を行った.まず文献を基にして標的プロトン,自由水プロトンの緩和時間・存在比等のパラメータを決定し,飽和RFパルスと自由水プロトンの信号強度の関係を表すZスペクトルを作成した.次に,このZスペクトルを基に化学交換を考慮したブロッホ方程式を用いて交換率を推定した.今年度の検討では交換率の推定結果にばらつきがみられ,解析手法の工夫が必要であることが示唆された.平成25年度には,アガロースゲルを使って作成したファントムを用いて実験を行い,交差緩和率と呼ばれる簡易的な定量的指標により,化学交換飽和移動(Chemical Exchange Saturation Transfer: CEST)効果を含んだ磁化移動(Magnetization Transfer: MT)効果の定量的評価を試みたが上手くいかなかった.そのため,CEST効果の定量的評価を行うためには,定量モデルについてさらなる検討が必要であると判断して,平成26年度は数値シミュレーションによるCEST効果の定量モデルについて詳細な検討を行った.近年の報告を見ると,CEST効果のより正確な定量的評価を行うためには,測定対象の縦緩和時間や測定装置の磁場強度や照射するラジオ波の強度など測定条件の他,オーバーハウザー効果などの影響も考慮する必要があることが分かっている.そこで,これらの影響も考慮した検討を行うため平成24年度に検討したモデルの改良を行った.また,定量的評価を行うためにコンパートメントモデルを構築する際,どのくらいの数のコンパートメントを想定するのかという問題が生じる.複雑なモデルになるほど,計算時間が増大し,定量的パラメータの推定が難しくなるという問題がある.そこでモデルを極力簡易化した2コンパートメントモデルと複数のコンパートメントを想定したモデルの比較を行い,継続して検討を行っている.平成27年度は平成26年度に続き,コンピュータによる数値シミュレーションを実施した.CESTイメージングの画像コントラストはCEST効果を生じる官能基を有する物質の濃度だけでなく,物質の化学交換率やpH,組織の磁気緩和特性など生体や試料の特性による影響を受ける.またMRI装置や撮像条件による影響として,CEST効果を生じさせるために印加するラジオ波の強度や間隔も大きく影響する.研究期間全体における検討を通して,現在,CESTイメージングにおける画像コントラストを評価するために用いられている「磁化移動比の非対称性(MTR assymmetry)」のみで画像コントラストの定量的評価を行うのは困難であることが示唆されたが,今年度内の検討では,画像コントラストを的確に表現できる評価指標の確立を行うことはできなかった.また定量的評価を行うためには,高画質のMRI画像を取得する必要があり,CESTイメージングの画像取得段階において撮像の高速化や磁場不均一の補正などの技術開発も必要であることが分かった.

今回の研究期間の検討において,数値シミュレーションとMRI装置を用いた簡易的な実験を実施したことで,CESTイメージングにおいて撮像対象由来の因子と撮像装置・撮像条件由来の因子が,どのように画像コントラストに影響を与えるかについて,知見を得ることができた.この知見を基に定量評価のためのモデル作成を継続して進めている.本研究の目的は,MRIを用いた分子イメージング技術の一種である化学交換飽和移動(CEST)法について数値シミュレーションと実験により定量性向上のための知見を得ることである.本研究により,撮像対象に関するパラメータ(緩和時間など),撮像条件に関するパラメータ(印加ラジオ波強度など)とCEST法による画像コントラストの関係について知見を得ることができた.本手法により定量性の高いデータを取得するためには,今後のさらなる検討が必要であるが,本研究で得られた結果は,CEST法のコントラストの最大化,撮像条件の最適化を行うための知見につながる可能性が期待できる.申請時の研究計画とは異なり,数値シミュレーションの結果と実機を用いた実験による結果の比較は行えていないが,数値シミュレーションに基づき,CEST効果の定量的評価を行うための検討は進んでおり,研究は概ね順調に進んでいると判断する.放射線技術学平成27年度は,前年度の検討に引き続き,数値シミュレーションを用いて定量モデルの評価に関する検討を行い,定量パラメータの推定精度の検証を行う.当初の予定では,平成24年度に行った数値シミュレーションの結果をもとに平成25年度にCESTイメージングの試薬を用いた実験を行い数値シミュレーションの結果と試薬を用いた実験結果との比較を行う予定であったが,本年度ではCESTイメージングの実験は行えておらず,当初の予定より,やや遅れていると判断した.当初の計画では平成24年度に数値シミュレーションによる検討を行った後,その結果を平成25年度におけるCESTイメージングの実験に活かす予定だったが,解析手法の検討に時間を要しており,平成25年度もシミュレーションによる検討を続ける必要が生じている.主な理由として,申請当初に予定していた学会参加が少なかったことが挙げられる.次年度は,これまでの結果を踏まえ,シミュレーションベースによる検討から実験による検討を進める予定である.実験では新たなCESTイメージングの標的の探索も予定している.状況によっては,シミュレーションによる検討をさらに詳細に行うことも考えられる.CESTイメージングで観察される信号の解釈について様々な報告が行われており,得られた画像には,対象とするアミドやヒドロキシル基のプロトンからの信号だけでなく,様々な生体高分子の影響や核オーバーハウザー効果が含まれていると考えられている.
インドにおける大腸がんの宿主・環境要因の研究

マドラスがん研究所において、まず、大腸がんに関する生態学的研究を行い、さらに,直腸がんと結腸がんの症例に対して、性・年齢をマッチさせた健常人対照群およびがん患者対照群を設定して症例対照研究を行い、リスク要因・抑制要因を明らかにして大腸がんの予防に資する。平成9年度および10年度の予備調査として、生態学的研究に関する血中脂肪酸分析、糞便のPH、突然変異原生の検出および細菌叢の分析、大腸がん病理標本を用いたCOX2の発現、アポトーシスマーカー(Bax、Bcl-2など)の分析の計画を検討し、あわせてインドの食用油を収集した。症例対照研究のために植物摂取頻度調査票および生活習慣調査票を討議して、その調査票に作業仮説要因のベジタリアンであるか否か、食生活(野菜、肉類、脂肪、カレーの摂取など)、飲酒・喫煙などのライフスタイル、宗教、社会階層、身体活動などの項目を盛り込んだ。生体試料分析としては、血漿中の脂肪酸濃度・組成、抗酸化物質(アルファトコフェロール、カロテノイドなど)、赤血球膜中の脂肪酸組成分析、白血球を用いた宿主要因(遺伝子多型など)解析を行う。平成11年度から本調査を開始している。生態学的研究のために男女10例ずつから、血中脂肪酸分析のための採血、糞便のPHおよび突然変異原性の検出および細菌叢の分析のために糞便を採取した。症例対照研究に関しては、これまでに大腸がん症例17例(男11例、女6例)、健常人対照群15例、がん患者対照群14例を収集した。ここでは生態学研究のうち、血中脂肪酸分析、糞便のPHおよび突然変異原性の解析、症例対照研究の血中脂肪酸分析結果について報告する。糞便のPHおよび突然変異原性においては、男女ともインド人が低い傾向にあった。血中脂肪酸のうち、総脂肪摂取に関しては日本人に比較してインド人が低い傾向にあったが、n-6多価不飽和脂肪酸(PUFA)とn-3PUFAの比はインド人が高かった。症例群と健常人対照群の血中脂肪酸の比較では、総脂肪摂取では差がなかったが、n-6PUFAとn-3PUFAの比は症例群が高かった。今後、大腸がん症例200例、がん患者対照群および健常人対照群それぞれ200例の収集を目標にして研究を継続する。
光合成過程における化学エネルギーの生産・消費からみたCO2固定反応調節機構

本研究は平成5年度と6年度の2か年にわたり、科学研究補助金(一般研究B)の支給を受けて行われたものである.本実験研究の目的は、光合成に関わる葉内の化学エネルギーの供給、すなわち光エネルギー量(Source)とそれを使用して行われる炭酸固定作用で消費されるエネルギー量(Sink)、両者のバランスの視点から、明反応系と暗反応系の作用機作を理解し、光合成における光エネルギー利用効率向上のための基礎的知見を得ようとするものである。具体的には、個葉を種々の環境下におき、それに対するガス代謝反応を捉え、明暗光合成反応の相互関係や光合成関連酵素(RuBPカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ)の活性について解析を試みた。既に本研究では、いくつかの新しい手法を開発し、また、それを応用を行っている.その一つとして、表皮剥離法があげられる.個葉の表皮を剥離し、葉肉のガス交換速度を直接同化箱で測定することが可能であり、葉肉光合成速度の測定値から光合成関連の主要酵素(RuBPカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ)のin vivo活性の推定が可能となった。本年度では、カンショ個葉とマングビーン個葉を対象に酵素活性と環境(CO2濃度、光強度、温度)条件との関係を解析した.また、これまでに回転セクタにより間欠照射法を改良進めてきたが、本法を応用し葉内のエネルギー状態を変化、調節して、それに対する光合成反応を解読することにより、エネルギーを背景とする明暗反応系の作用およびRuBPカルボキシラーゼとRuBPオキシゲナーゼの相対活性等について解析することに成功した。CO2固定反応の調節機構の解明の手がかりを得ることができたものと判断される.今後、研究を深めることにより、さらに新しい研究手法の開発やその応用による新しい知見を得られ、CO2固定反応調節機構をより鮮明に理解することができる.また、光合成のエネルギー利用効率向上のための作物生理、育種上の理論の構築や実用的な手法の開発が可能となろう.この2か年間で得られた成果の一部は学術雑誌に発表、印刷済である。本研究は、光合成過程における化学エネルギー生産と消費のソース・シンク関係に着目して、CO_2固定反応の調節機能を解明し、光合成のエネルギー利用効率向上についての基礎的資料を得ることを目的とする。本年度(初年度)は、第一段階として暗反応の初期過程を司るルビスコのCO_2個定系と光呼吸系の相対活性をガス代謝測定によって解析した。異なる光合成系を持つトウモロコシ(C4型植物)とカンショ(C3型植物)を使用し、種々の光強度条件や異なるO_2、CO_2濃度条件下で回転セクタによる光合成速度の測定を行った。測定に際して本年度購入した携帯型光合成蒸散測定装置を使用した。また、測定後の植物サンプルを超低温フリーザ(本年度購入)に貯蔵し、ルビスコ活性の測定に使用した。得られた結果は日本作物学会記事(論文1編と講演2編)に公表した。概要を以下に述べる。間欠照射下の光合成速度測定値を見ると、トウモロコシに比較して、カンショは、O_2濃度、CO_2濃度および光強度条件によって光利用効率が大きく変化する特徴が認められた。ここでは、これは環境条件に対するRuBPCase活性(RC)とRuBPOase活性(RO)の反応特性の差によって生じた現象と判断し、解析を進めた。その結果、カンショにおいては、CO_2濃度がRCに及ぼす影響は小さかったのに対し、ROは強い影響を受け、CO_2濃度の増加にもとなって低下し、しかも低光強度でその影響が大きくなった。

弱光域ではカンショのRCとROはともに低下したが、前者の活性低下率が大きく、その結果RCに対するROの相対活性が高くなった。光強度に対する生葉内のROとRCの反応が異なる事実は、ルビスコの特性を解明する上で、また、個葉の光合成能力、光利用効率の支配要因を明確にする上で重要なポイントである。トウモロコシではRCに対するROの相対活性が非常に低く、一般に知られているようにみかけ上光呼吸は認められなかった。以上のように様々な環境条件に対する光合成速度反応から生葉内のCO_2固定系と光呼吸系の相対活性を推定することができた。来年度は、生化学的手法からのアプローチも試み、より深い解析を行う予定である。本研究は平成5年度と6年度の2か年間にわたり、科学研究補助金(一般研究B)の支給を受けて行われたものである。本実験研究の目的は、光合成に関わる葉内の化学エネルギーの供給、すなわち光エネルギー量(Source)とそれを使用して行われる炭酸固定作用で消費されるエネルギー量(Sink)、両者のバランスの視点から、明反応系と暗反応系の作用機作を理解し、光合成における光エネルギー利用効率向上のための基礎的知見を得ようとするものである。具体的には、個葉を種々の環境下におき、それに対するガス代謝反応を捉え、明暗光合成反応の相互関係や光合成関連酵素(RuBPカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ)の活性について解析を試みた。既に本研究では、いくつかの新しい手法を開発し、また、それを応用した実験を行った。その一つとして、表皮剥離法があげられる。個葉の表皮を剥離し、葉肉のガス交換速度を直接同化箱で測定することが可能であり、葉肉光合成速度の測定値から光合成関連の主要酵素(RuBPカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ)のin vivo活性の推定が可能となった。本年度では、カンショ個葉とマングビーン個葉を対象に酵素活性と環境(CO2濃度、光強度、温度)条件との関係を解析した。また、これまでに回転セクタによる間欠照射法を改良進めてきたが、本法を応用し葉内のエネルギー状態を変化、調節して、それに対する光合成反応を解読することにより、エネルギーを背景とする明暗反応系の作用およびRuBPカルボキシラーゼとRuBPオキシゲナーゼの相対活性や特性を解析することに成功した。CO2固定反応の調節機構の解明の手がかりを得ることができたものと判断される。今後、研究を深めることにより、さらに新しい研究手法の開発やその応用による新しい知見を得られ、CO2固定反応調節機構をより鮮明に理解することができよう。また、光合成のエネルギー利用効率向上のための作物生理、育種上の理論の構築や実用的な手法の開発が可能となろう。この2か年間で得られた成果の一部は学術雑誌に発表、印刷済みである。
遠心鋳造法による傾斜機能材料の設計と創成法の確立およびその強度評価

遠心鋳造法を用いると,母材と強化材の比重差,母材の凝固に伴う粘性の変化によって強化材の分布を制御することが可能で,このために半径方向に機能を分布させた材料を創成することができる.本研究課題では,この鋳造の際の温度,凝固の様相,強化材の分布の実験的検討とMetallo-thermo-mechanicsに基づく数値解析による理論解析によって複合材の強化機構を明らかにすることを試みた.得られた成果は以下のとおりである.1実験的検討・・・まず,実験的検討として母材をアルミニウム(Al)合金,強化材を炭化珪素(SiC)粒子とした粒子強化金属基複合材料(MMC)の創成を縦型遠心鋳造装置を用いて行い,鋳造パラメータの強化材分布に及ぼす影響と機械的特性の評価を行った.その結果,鋳型中心からの距離が遠いほど強化材の体積分率は増加するが,鋳型に接する付近ではその急激な冷却のため強化材が十分に移動する前に母材が凝固することがわかり,このために鋳型を加熱することにより強化材の体積分率が外側に移動することが確かめられた.創成したMMCの強化材体積分率および鋳造時にMMCが受けた遠心力と機械的特性を検討したところ,その剛性は強化材体積分率が大きいほど高まったが,遠心力による加圧は母材・強化材間の接着力を向上させ,それがMMCの機械的特性に大きく関与していることがわかった.2理論的検討・・・つぎに計算機援用材料設計学的アプローチとして,有限要素法による鋳造過程の数値解析を試み,種々の鋳造条件から強化材分布と残留応力を求めた.その結果,上述の強化材分布が記述できることが確かめられるとともに,強化材の傾斜配分するためにはより高速に鋳型を回転させる必要があることがわかった.また,MMCの残留応力は強化材が多く分布するほど残留応力も大きくなることが示された.1.傾斜機能円筒の材料設計:これまでの研究によって確立したMetallo-Thermo-Mechanicsの立場から解析手法によって,任意の強化材分布を有する傾斜機能円筒の材料設計を行った.すなわち,液相における粘性挙動と固相における非弾性変形挙動を統一的に扱える非弾性構成式の精密化と,液-固相変態と完全冷却に至る固相内変態の連続性を考慮して,これまでの理論を発展させ,有限要素解析コードに組込み,これを用いて各種鋳造条件下でシミュレーションを行い,強化材,残留応力分布の変化を明らかにした.2.傾斜機能円筒の製造:現有の遠心鋳造装置を用いて,円筒を製作した.この際,強化材であるSiC粒子とアルミニウムのマトリックスの間の濡れ性が十分でないため,既混合の材料を用いたが,この場合でも強化材分布は設計で予想したものとかなりよい一致が見られた.3.マトリックスと強化材界面の損傷評価:遠心鋳造過程の有限要素解析から得られた温度,応力分布の変化を境界条件として与え,母材・強化材界面の生成過程を分子動力学法を用いたシミュレーションを行い,界面強度のミクロな定性的評価を行った.また,界面の破壊過程を強化材とその近傍の母材のみを取出したユニットセルモデルに適用し,有限要素法を用いてユニットセルの変形・破壊過程をシミュレートした.このユニットセルモデルから得られた応力・ひずみ関係を強化材の体積分率が半径方向に変化することを考慮しながら結合し,巨視的な変形挙動を予測することができた.遠心鋳造法を用いると,母材と強化材の比重差,母材の凝固に伴う粘性の変化によって強化材の分布を制御することが可能で,このために半径方向に機能を分布させた材料を創成することができる.本研究課題では,この鋳造の際の温度,凝固の様相,強化材の分布の実験的検討とMetallo-thermo-mechanicsに基づく数値解析による理論解析によって複合材の強化機構を明らかにすることを試みた.得られた成果は以下のとおりである.1実験的検討・・・まず,実験的検討として母材をアルミニウム(Al)合金,強化材を炭化珪素(SiC)粒子とした粒子強化金属基複合材料(MMC)の創成を縦型遠心鋳造装置を用いて行い,鋳造パラメータの強化材分布に及ぼす影響と機械的特性の評価を行った.その結果,鋳型中心からの距離が遠いほど強化材の体積分率は増加するが,鋳型に接する付近ではその急激な冷却のため強化材が十分に移動する前に母材が凝固することがわかり,このために鋳型を加熱することにより強化材の体積分率が外側に移動することが確かめられた.創成したMMCの強化材体積分率および鋳造時にMMCが受けた遠心力と機械的特性を検討したところ,その剛性は強化材体積分率が大きいほど高まったが,遠心力による加圧は母材・強化材間の接着力を向上させ,それがMMCの機械的特性に大きく関与していることがわかった.2理論的検討・・・つぎに計算機援用材料設計学的アプローチとして,有限要素法による鋳造過程の数値解析を試み,種々の鋳造条件から強化材分布と残留応力を求めた.その結果,上述の強化材分布が記述できることが確かめられるとともに,強化材の傾斜配分するためにはより高速に鋳型を回転させる必要があることがわかった.また,MMCの残留応力は強化材が多く分布するほど残留応力も大きくなることが示された.遠心鋳造法を用いると,母材と強化材の比重差,母材の凝固に伴う粘性の変化によって強化材の分布を制御することが可能で,このための半径方向に機能を分布させた材料を創成することができる.