hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
一方向にのみイオン伝導を示す超異方的錯体フレームワークの開発

金属イオンと架橋性配位子からなる錯体材料を用い、その結晶構造を制御することによって、内部で一方向にのみイオンが伝導する固体材料の合成を目標とした。その結果、Zn2+イオンからなる一次元鎖状構造に沿ってプロトン(H+)が異方的に輸送される現象を見出し、伝導度は10(-3) S/cm以上の高い値であった。またこの結晶中にCo2+イオンを固溶化させ、一つの結晶の中でZn2+イオンとCo2+イオンの異なるドメインを有する錯体結晶を合成することができた。このドメイン構造制御により、一方向のみへとイオンが伝導する高次構造の合成が期待される。結晶中で一方向のみにプロトン伝導を起こす新たな化合物の合成を行うため、低次元の構造を持つ伝導性錯体結晶を設計した。いくつかトライした中でZn2+イオン、リン酸イオン、およびベンズイミダゾールからなる錯体は一次元鎖構造を有し、単結晶を用いたプロトン伝導挙動を調べると、その鎖方向にのみプロトン伝導パスを持つ低次元伝導体であることがわかった。この錯体は無加湿、120°Cで10^(-2) S/cmに近い高いプロトン伝導度を示す。また構造内部には空隙を有し、内部にメタノールなどの小分子を導入することでイオン伝導を可逆的に制御できることを見出した。このように一次元にのみプロトン伝導する錯体の合成、および外部刺激(ゲスト導入)によって伝導挙動のスイッチングを実現したが、結晶構造からは最終目標である一方向にのみ伝導する機構は作れていない。現在、配位子にホモキラルな特性を有するものを用いた一次元伝導性錯体の合成、あるいは結晶中の配位子の段階的修飾を検討しており、イオン伝導パスの傾斜の形成にチャレンジしている。初年度の成果を踏まえ、一方向のみへのイオン伝導・輸送を実現する結晶構造の探索を行った。その中であらたにZn2+イオン、SO4(2-)イオン、およびエチルメチルイミダゾリウムカチオン(EMIm+イオン)からなる配位高分子を得た。この化合物はZn2+イオンとSO4(2-)イオンが連結されることにより一次元鎖状構造を形成し、その鎖間にEMIm+イオンが密に集積されている。この結晶についてイオン伝導評価を行ったところ、240°Cにおいて10(-4) S/cm以上の高い伝導度を有することがわかった。各種分光学の評価により、このイオン伝導はEMIm+イオンに由来することが明らかとなった。このような大きなサイズを有する有機カチオンが結晶中で高速に輸送される現象は新しく、結晶内部のダイナミクスとイオン伝導サイトの欠陥の両方が有効に働いているためと考えられる。この合成知見を生かし、配位高分子骨格あるいは輸送される有機カチオンにキラリティを導入することによって一方向のみへのイオン輸送特性を検討し、いくつか目的に合致する化合物を得ている。また一方向イオン伝導特性の評価は装置改良とともに進め、特に単結晶を用いることにより、定量的にイオン輸送特性を観察できるシステムを立ち上げた。錯体化学開始当初は全く知見のなかった低次元構造における錯体のイオン伝導体の合成指針を得たことは本研究の進展において大きく、一般的に求められる固体中の「等方的な」伝導ではなく「異方的」な伝導の設計ができるようになった。一方で結晶中で一方向にのみイオン伝導・輸送をさせるためにはイオン自体の濃度勾配や結晶構造内部の構造傾斜が必要となる。この結晶の設計においては結晶のグラフト修飾法やイオン交換など手法開拓を行っているが目的の機能を実現する構造体の構築までには至っておらず、次年度の目標となる。錯体の結晶構造において対称性が低いこと、あるいはキラル空間群を有するものが目的である一方向イオン輸送のための鍵の一つと考えており、キラル配位子の導入、複数配位子の導入によってこれらの設計性向上を目指す。また結晶内部に化学修飾可能な配位子を導入し、結晶の一部から修飾を傾斜をかけて実施することにより内部のイオン拡散の活性化エネルギーを一方向にかけ、能動輸送機能を持たせることを狙う。また同時に本当に一方向にイオンが流れているかの評価系の構築も重要である。粉末バルク試料ではその評価はできないため、単結晶の利用が必須となる。そのため小さな単結晶でも扱える伝導度測定用セルの設計を早急に進め、マニピュレーターなども利用した信頼度の高い電極作成法を開発する。そして合成によって得られた錯体結晶において異なる結晶面の伝導度評価を行い、一方向性を定量的に評価することを目的とする。当初計画していた固体イオニクスに関連する国際学会への参加をキャンセルしたためである。初年度に検討してきた錯体の単結晶伝導度測定セルの作成に予定以上の予算が追加で必要となったため、装置の改良費という形で計上予定である。
大気汚染規制と気候変動対策による食料安全保障への共便益

大気汚染は作物の成長を阻害し作物の生産を低下させることが知られている。これまで大気汚染による人体への直接的な健康影響は多くの研究がされてきたが、作物生産の低下がもたらす食料安全保障への影響は研究されていない。そこで、本課題では世界を対象に大気汚染が対流圏オゾンを通じてもたらす食料安全保障への影響を明らかにする。そして、大気汚染規制と気候変動対策はいずれも大気汚染物質を減らすため、これらの両対策による食料安全保障への影響軽減効果を明らかにする。本研究はこれまでの大気汚染の影響評価に食料安全保障の観点を加え、大気汚染規制と気候変動対策の新たな共便益を明らかにすることで、新しい学際的な研究をめざす。
ガラクトース型C型レクチンによる消化器癌転移の制御とその診断への応用

本研究ではヒト及びマウス胃癌及び大腸癌細胞において、肝実質細胞に発現するC型レクチンASGRの機能が転移形成に重要であることを分子レベルで検証すること及びこれを肝転移の治療に役立てることを目的とした。具体的には、ASGRと結合する責任分子を同定してその分子機能を明らかにすることによりカウンターレセプターとして確立する、その発現及び構造変化(グリコフォーム等)と癌の進行及び悪性挙動との関係を究明する、このレクチンの低分子リガンドであるガラクトースを用いてマウスにおいて転移形成の抑制を試み治療薬としての可能性を実験的に検証する、などであった。2年間の研究期間及び6ヶ月の延長期間に以下の結果を得た。ASGPR遺伝子を欠損させたマウスにおいて、大腸癌の実験的肝転移が有意に低下すること、ASGPRの競合阻害物質であるガラクトースの投与によって、肝転移が抑制されることを示し、マウス実験モデルにおいてASGPRとの相互作用が転移促進因子であることを証明した。またこれがASGPRを介する細胞接着による細胞増殖の促進によることを示した。ASGRを介して接着した状態ではヒト大腸癌細胞が複数の抗癌剤に対する耐性が上昇していることを示す実験結果を得た。ヒト胃癌細胞株を用いて表面へのASGPR結合性によって細胞選別を行いASGPR高結合細胞と低結合細胞とを得た。高結合性細胞はヌードマウスに於ける実験的な肝転移性が低結合性細胞より著しく高かった。即ち胃癌の肝転移機構についても、ASGPRの重要性が示された。胃癌細胞表面のASGR結合分子をASGRアフィニティークロマトグラフィーによって精製し、プロテオミックス解析によって、主要な画分がラミニン5:1:1:であることを明らかにした。この分子の発現がヒト胃癌の悪性挙動と関係することは既に推定されていたが、ASGRとの相互作用に介在するというメカニズムが初めて明らかになった。パラフィン包埋ヒト大腸癌組織及び胃癌組織に於いて、リコンビナントASGRの結合性が組織学的に検出され、上記の相互作用の重要性を臨床的に示す基盤が築かれた。消化器癌は肝臓に転移することが多くこのメカニズムには肝臓のみに発現する分子が介在すると考えられる。本研究では肝臓アシアロ糖タンパク質レセプター1(ASGPR1)と癌細胞表面に発現するカウンターレセプターの相互作用に焦点を絞り以下4点を明らかにした。(1)ヒト大腸癌細胞株23種の表面へのリコンビナントASGPR1の結合性をフローサイトメトリーにより比較すると6種で高結合、15種で中程度の結合、2種が非結合であった。固相化リコンビナントASGPR1への接着性は、結合性と相関した。しかし、固相化ASGPR1上での増殖の亢進は結合性及び接着性とは相関しなかった。従って、ASGPR1アンタゴニストによる肝転移抑制が適応となる症例を選別してテイラーメイド治療を行うためには癌細胞へのASGPRの結合性を調べるのみでは不十分であることがわかった。しかし、これらの結果は大腸癌細胞の多くはその増殖が、ASGPR1との結合を低下させることによって阻害できる可能性を示しており、治療の分子標的としての可能性が示された。(2)これらの細胞株のうち、ASGPR1非依存的に増殖できるものは細胞周期制御分子の発現に特徴があるかどうかp16^<INK4a>

及びcyclin D1に注目して比較したが、共通の特徴はなかった。(3)胃癌細胞株においては、ASGPR1の結合性において不均一なものがあった。そこで、表面へのASGPR結合性によって細胞を分別したところ、高結合性細胞ではヌードマウスに於ける実験的な肝転移性が高かった。これらのバリアント細胞株に於いては、固相化したASGPR上に於ける増殖性に変化は見られなかった。従って、転移性の違いは胃癌細胞の肝臓への接着と滞留を促すためであると推測された。(4)ヒト大腸癌組織及び胃癌組織に於いて、リコンビナントASGPR1の結合性が組織学的に検出された。
舞踊鑑賞学習プログラム開発のための基礎的研究-鑑賞メカニズムの定量化-

本研究では,鑑賞者の視線を客観的に計測すると同時に,作品の中で踊られる舞踊もまた客観的に計量し,両者の関連性を定量的に検討した.さらに,より有効な鑑賞学習のあり方を提言するために,「被験者の属性」と「舞踊作品の特性」の側面からアプローチし,どのような動きが鑑賞者にどのような影響を与えるのか,という問題の解明に取り組んだ.本研究では,鑑賞者の視線を客観的に計測すると同時に,作品の中で踊られる舞踊もまた客観的に計量し,両者の関連性を定量的に検討した.さらに,より有効な鑑賞学習のあり方を提言するために,「被験者の属性」と「舞踊作品の特性」の側面からアプローチし,どのような動きが鑑賞者にどのような影響を与えるのか,という問題の解明に取り組んだ.本研究は,舞踊教育現場における有効な鑑賞学習プログラムを開発することを最終目標として,舞踊における鑑賞学習のメカニズムを定量的に明らかにすることを目的とするものである.具体的には,「作品をどのように鑑賞しているか」という鑑賞者の認知メカニズムを定量的に分析するための視線分析と,「どのような動きがどのような鑑賞行動を引き起こすか」ということを明らかにするための動作分析の2方向からのアプローチを行った上で両者の分析結果を照合することにより鑑賞行動の定量化を行う.今年度は特に「文献・資料調査」,「実験対象とする舞踊素材の選定と作成」,「モーションキャプチャによる舞踊動作の物理的特徴量の分析」「アイカメラによるデュエット作品の注視点抽出」を作業目標とした.1.文献・資料調査:国内外における舞踊の鑑賞研究の変遷について調査し,内容を整理・分類した.2.舞踊素材の選定と作成:実験に用いる舞踊素材について武庫側女子大学徳家雅子教授のアドバイスの下,本研究のための素材の選定・作成を行った.19年度の実験には武庫川女子大学ダンス部OGによる作品「Enter」と即興舞踊を素材として用いた.3.舞踊動作の物理的特徴量の分析:基本的な舞踊動作の特徴量についてモーションキャプチャを用いて分析を行った.研究成果については国際学会にて報告し,論文として公刊した.4.デュエット作品の注視点抽出:デュエット作品鑑賞時の鑑賞者の視線計測を行い,その特徴を定量化した.研究成果については国内学会にて報告した.本研究は,舞踊教育現場における有効な鑑賞学習プログラムを開発することを最終目標として,舞踊における鑑賞学習のメカニズムを定量的に明らかにすることを目的とするものである.具体的には,「作品をどのように鑑賞しているか」という鑑賞者の認知メカニズムを定量的に分析するための視線分析と,「どのような動きがどのような鑑賞行動を引き起こすか」ということを明らかにするための動作分析の2方向からのアプローチを行った上で両者の分析結果を照合することにより鑑賞行動の定量化を行う.今年度は特に,「モーションキャプチャによる舞踊動作の物理的特徴量の分析」を行った.具体的な研究内容は以下の通りである.1.プロのダンサー3名による即興ダンスの創作と動作解析(青,赤,黄の3色を呈示して動きを創作してもらう)2. 3原色から創作された即興舞踊の動作特徴量の分析(モーションキャプチャ).実験は武庫川女子大学徳家雅子教授のアドバイスの下で実施した.3.ダンサーの創作意図の分析.ダンサーの創作意図は阪田がインタビューを実施し,書き起こしたインタビュー内容についてテキストマイニングを行った.4.色から創作された舞踊を呈示刺激とした感性評価実験の実施(認知実験)上記研究成果の一部(動きと感性情報の関連性に関する研究成果,音楽の表現性と身体動作の関連性に関する研究成果)を国際学会にて報告した(2件).なお,最終年度(21年度)はこれまでの研究成果を統合し,動作特徴量と鑑賞者の注目領域との関連を定量的に分析する予定である.本研究は,舞踊教育現場における有効な鑑賞学習プログラムを開発することを最終目標として,舞踊における鑑賞学習のメカニズムを定量的に明らかにすることを目的とするものである.具体的には,「作品をどのように鑑賞しているか」という鑑賞者の認知メカニズムを定量的に分析するための視線分析と,「どのような動きがどのような鑑賞行動を引き起こすか」ということを明らかにするための動作分析の2方向からのアプローチを行った上で両者の分析結果を照合することにより鑑賞行動の定量化を行う.今年度は特に「文献・資料調査」,「実験対象とする舞踊素材の選定と作成」,「モーションキャプチャによる舞踊動作の物理的特徴量の分析」「アイカメラによるデュエット作品の注視点抽出」を作業目標とした.21年度(最終年度)の短期目標は,1920年度の研究成果を元に,舞踊学習プログラムを作成し,実際にプログラムを用いた舞踊学習授業を実施し,授業評価を行うことであったが,基礎研究を続けることを優先し,授業プログラムの作成までには至らなかった.その分,21年度は表現者-鑑賞者の関連性に関する実証実験を行い,とりわけ表現者側の表現意図(方略)がどのような身体動作として具現化されているかについてモーションキャプチャを用いた計測実験を行った.その研究成果を国際学会で報告し概ねの好評を得た.また,これまでの研究成果を国際誌1本,図書(英文,共著)にまとめ,21年度中に公刊した.
スノーケリングを用いた水泳指導教材の開発と効果検証

本研究はスノーケリングを用いた水泳指導教材を開発し,泳動作分析,授業評価などの観点から教材の効果を検証することを目的として実施された.ストリームラインの確認,キックの練習,キャッチアップクロール,息つぎの練習へと発展させるクロール泳の授業プログラムを開発し,小・中学生を対象に授業実践を行った.観点別の授業評価において,技能の認知および知識に関して授業後に有意な向上が認められたことから,開発した教材は,泳法に関する「知識・理解」を高めるのを助けると言える.泳技能に関しては,ボディポジションとキック動作に関して顕著な向上が認められた.泳距離に関しては,授業前後で可泳距離の有意な伸長が認められた.本年度は現行の各校種における水泳指導の現状について大学生を対象として調査を行い、その成果と問題点の特徴を明らかとした。質問項目は4泳法の最長泳距離,各泳法についての知識・理解,各校種における指導内容,水泳に対する有能感(以下,水泳有能感)についてであった.泳法の知識・理解と指導内容,水泳有能感は5件法で回答を求め平均値を算出し,各群間で比較した.各泳法の平均泳距離はクロール275.3±394.5m、平泳ぎ262.2±429.5m、背泳ぎ135.9±275.4m、バタフライ70.3±193.6mであった。また、泳法の理解度については、クロール、平泳ぎ、背泳ぎ、バタフライの順に高い理解度を示し、バタフライは他の泳法に比べて理解度が低いことが示された。すべての泳法において、泳法の理解度が高いほど泳距離が有意に長い結果が示された。以上の結果から、中学校以上の水泳授業において、知識・理解を深める教材を開発し運用する必要性が示唆された。水泳有能感の平均値は29.8±8.96ポイントであり,泳力が優れている者ほど高かった.水泳指導の実施状況に関して,小学校27.2±6.97ポイント,中学校22.1±7.29ポイント,高校27.4±9.99ポイントであった.中学校は小学校,高校と比較して有意に低値であった.高校で水泳授業を受けた群の知識・理解(64.2ポイント)は,水泳授業を受けていない群の知識・理解(58.0ポイント)よりも有意に高く,有能感も同様の結果であった(受講群:30.85ポイント,非受講群27.87ポイント).校種別の水泳指導の実施状況の結果から,中学校での指導が充実していないことが示唆された.本年度はスノーケリングを教材として用いた水泳指導を小学生に対して行い,その学習効果を観点別の自己評価の変化から検討した.技能に関する児童の自己評価は授業前(22.0±8.3)と比して授業後(35.0±6.8)に有意な向上を示していた(p <.01).技能の観点に関しては全ての質問項目で授業後に有意な向上を認めた.知識に関する児童の自己評価も授業前(9.2±3.1)と比して授業後(13.8±5.6)に有意な向上を示した(p <.01).本研究では時間の制約上,泳距離の測定や泳動作の評価は実施していないため,実質的な水泳技能の向上は不明であり,技能の評価に関しては「身体的有能さに関する認知」や「統制感」を示しているとも考えられる.しかしながら,泳法に関する「知識・理解」も併せて向上していることから,スノーケリングを利用した教材は,小学生において泳法に関する「知識・理解」を高めるのを助け,水泳技能の獲得を促進すると言える.水泳の「技能」および「知識・理解」に関する自己評価が向上したことから,小学校の水泳単元においてスノーケリングを教材とした指導は有効であると言える.今後は,泳距離の計測や泳動作の評価などにより,水泳の技能の実質的な向上を評価する必要があると考えられる.本研究では60分程度の実践であったため,児童の「関心・意欲・態度」の持続性や,器材を外した後の泳法指導への授業展開方法の開発,評価が今後の課題として挙げられる.本年度は概ね計画通りに研究活動を遂行できたが、昨年度の病気療養期間の遅れを取り戻すまでには至らず、また配偶者の出産育児が重なったため3年間の研究計画としては依然としてやや遅れている状況である。本年度はスノーケリングを教材として用いた水泳指導を小学生に対して行い,その学習効果を泳動作の変化から検討した.小学生21名(男児3名,女児18名)を対象に合計6時間の授業実践を実施した.スノーケリング器材の脱着を繰り返しながら,ストリームラインの確認,キックの練習,キャッチアップクロール,息つぎの練習を組み込んだ授業を展開した.初回授業および,3回目の授業においてクロール泳の泳力チェックを行い,泳距離の測定を行った.泳力チェックの様子をプールサイドからビデオカメラを用いて撮影し,授業前後のクロール泳における技能の変容を合屋ら(1992),金沢ら(2014)を参考に作成したクロール泳動作の評価基準を用いて評価した.評価項目はボディポジション,プル動作,キック動作,息継ぎ動作の4項目についてであった.授業前後でクロール泳による泳距離の比較を行ったところ,授業前(9.3±9.0m)から授業後(13.6±10.0m)にかけて泳距離に有意な伸長が認められた(p<0.05).可泳距離25m以上の割合は,授業前14.3%(3名)から授業後28.6%(6名)へと向上した.クロール泳動作に関してはボディポジションとキック動作に関して顕著な向上が認められた.

ボディポジションの習得はマスクとスノーケルの使用により,頭の位置が安定したことと,フィンの使用により脚部の浮力が増大したことに起因すると考えられる.また,フィンの使用は水の抵抗感を増大させムチ動作キックを助長させる(鎌田ら,1993)ことから,キック動作の改善につながったと考えられる.スノーケリングを用いたクロール泳の指導は実質6単位時間程度であったものの,クロール泳動作の習得に大きく貢献し,泳距離も伸長した.しかし,器材の使用方法や装着に多くの時間を要するため,この点をどのようにして短縮するかが授業運営上の課題と言える.昨年4月に配偶者が出産し、その後、育児休暇を取得したため、その期間に関しては全く研究活動をすることができなかった。また、その後も生活形態が激変し、育児に割く時間が増大したため研究が遅滞している。本研究はスノーケリングを用いた水泳指導教材を開発し,泳動作分析,授業評価などの観点から教材の効果を検証することを目的として実施された.スノーケリング器材の着脱法からストリームラインの確認,キックの練習,キャッチアップクロール,息つぎの練習へと発展させるクロール泳の授業プログラムを開発し,小・中学生を対象に授業実践を行い,授業の効果検証を行った.小学生における観点別の授業評価から,技能の認知に関しては授業前(22.0±8.3)と比して授業後(35.0±6.8)に有意な向上を示していた(p < .01).知識に関しても授業前(9.2±3.1)と比して授業後(13.8 ±5.6)に有意な向上を示した(p < .01).これらのことから,開発した教材は,泳法に関する「知識・理解」を高めるのを助け,水泳技能の獲得を促進すると言える.小学生を対象に6単位時間の授業を実施し,授業前後のクロール泳における泳技能の変容をボディポジション,プル動作,キック動作,息継ぎ動作の4項目について評価した.その結果,ボディポジションとキック動作に関して顕著な向上が認められた.ボディポジションの習得はマスクとスノーケルの使用により,頭の位置が安定したことと,フィンの使用により脚部の浮力が増大したことに起因すると考えられる.また,フィンの使用は水の抵抗感を増大させムチ動作キックを助長させることから,キック動作の改善につながったと考えられる.小・中学生を対象にスノーケリングを用いた授業プログラムを8単位時間実施したところ,小学生において69.6m,中学生において33.0mの可泳距離の有意な伸長が認められた(p < .01).以上の結果から本研究で開発したスノーケリングを用いたクロール泳の授業プログラムは,児童・生徒の泳技能を有意に向上させ,泳法に関する「知識・理解」を助けることが明らかとなった.本研究はスノーケリングを用いた水泳指導教材を開発し,泳動作分析,授業評価などの観点から教材の効果を検証することを目的として実施された.ストリームラインの確認,キックの練習,キャッチアップクロール,息つぎの練習へと発展させるクロール泳の授業プログラムを開発し,小・中学生を対象に授業実践を行った.観点別の授業評価において,技能の認知および知識に関して授業後に有意な向上が認められたことから,開発した教材は,泳法に関する「知識・理解」を高めるのを助けると言える.泳技能に関しては,ボディポジションとキック動作に関して顕著な向上が認められた.泳距離に関しては,授業前後で可泳距離の有意な伸長が認められた.平成26年11月から平成27年1月まで病気療養のため入院していたため、当初の予定通り研究を進めることができなかったため。
住居制限区域解除に向けた低線量放射線の健康影響評価の基礎的検討

低線量放射線被ばくは脳卒中のリスクを高める可能性のあることが報告されている。本課題では,健康不安の解決の一助とすることを目的とし,それら疾患に寄与すると考えられる酸化ストレスに着目し,低線量被ばく後の脳の酸化ストレスの程度および酸化ストレスの受けやすさ,また,その簡便な予防法について検討する。平成28年度では,マウスにX線照射した後の脳中の抗酸化酵素・物質について,線量と照射後の経過時間の変化特性について検討し,低線量X線照射はマウス脳中の抗酸化機能を亢進する可能性を示唆した。そこで,平成29年度では,低線量X線照射(0.5Gy)とアスコルビン酸の併用した場合の脳の抗酸化酵素の変化特性などを検討した。X線照射2時間後にアスコルビン酸(500mg/kg body weight)を腹腔内投与しその4時間後に炭酸ガスの過剰吸入により安楽死後,脳を摘出した。また,X線照射のみ,アスコルビン酸投与のみも実施した。その後,抗酸化酵素・物質などを測定した。その結果,X線照射のみ,アスコルビン酸投与のみをした場合,脳中のスーパーオキシドジスムターゼ(SOD)活性がそれぞれ約40%程度増加した。他方,X線照射とアスコルビン酸投与を併用した場合,SOD活性の増加は見られなかった。同様に,総グルタチオン(GSH)量は0.5Gy照射により増加傾向があったが,アスコルビン酸投与と併用した場合,GSH量は対照に比べ増加しなかった。以上の所見より,アスコルビン酸を投与しても,低線量X線照射による抗酸化機能の亢進の併用効果はない可能性が示唆できた。しかし,ラドン吸入による抗酸化機能の亢進はアスコルビン酸やαートコフェロール投与により相加効果のあることが報告されていることから,アスコルビン酸を投与するタイミングが重要である可能性が示唆できた。X線照射により抗酸化機能が更新することが報告されていたが,アスコルビン酸も同様の作用があるため,併用した場合に抗酸化作用の相加効果のあることが想定されていたが,それとは異なる結果になった。しかし,過去の研究成果より,アスコルビン酸投与のタイミングが重要である可能性も明らかとなった。今後はマウスの脳に酸化ストレスを与え,そのマウスにX線照射,アスコルビン酸投与,X線照射とアスコルビン酸投与の併用した場合の酸化ストレスの抑制効果について検討する。低線量放射線被ばくは脳卒中のリスクを高めることが報告されている。本課題では,健康不安の解決の一助とすることを目的とし,それら疾患に寄与すると考えられる酸化ストレスに着目し,低線量被ばく後の脳の酸化ストレスの程度および酸化ストレスの受けやすさ(疾患のなりやすさ),また,その簡便な予防法について検討する。平成28年度はX線照射後の脳の抗酸化物質・酵素の変化について検討した。すなわち,マウスに0.1,0.5,1.0,2.0GyのX線照射後,4時間,1日,2日,7日後に安楽死させ,脳中の抗酸化物質・酵素(スーパーオキシドジスムターゼ(superoxide dismutase(SOD),総グルタチオン(t-GSH)量)の変化を検討することで,X線照射による脳の酸化ストレスの程度を検討した。その結果,SOD活性は,0.1,0.5,1.0,2.0Gy照射により,全体的に活性の増加傾向のあることがわかった。他方,t-GSH量は,照射4時間後の0.1または0.5Gy照射により増加傾向のあることがわかり,0.1Gyから0.5GyのX線照射は脳の抗酸化機能を亢進することが示唆できた。また,これより0.1Gyから0.5GyのX線照射は脳の酸化ストレスを軽減する可能性のあることが推察された。当初予定していた実験動物の必要数の確保が難しく,代替動物の使用の可能性について検討したため当初の予定よりやや遅れている。

以上の所見より,アスコルビン酸を投与しても,低線量X線照射による抗酸化機能の亢進の併用効果はない可能性が示唆できた。しかし,ラドン吸入による抗酸化機能の亢進はアスコルビン酸やαートコフェロール投与により相加効果のあることが報告されていることから,アスコルビン酸を投与するタイミングが重要である可能性が示唆できた。X線照射により抗酸化機能が更新することが報告されていたが,アスコルビン酸も同様の作用があるため,併用した場合に抗酸化作用の相加効果のあることが想定されていたが,それとは異なる結果になった。しかし,過去の研究成果より,アスコルビン酸投与のタイミングが重要である可能性も明らかとなった。平成28年度では,0.5Gy程度の低線量X線が脳中の抗酸化機能を亢進することが明らかとなったため,X線照射後,脳の酸化ストレスを負荷し,実際に脳の酸化ストレスが軽減することについて検討する。すなわち,抗酸化機能が亢進した0.1Gyまたは0.5GyのX線照射4時間後に,マウスの脳に酸化ストレスを負荷する。安楽死後,脳を摘出し酸化ストレスの程度を評価する。また,ビタミンCなどの抗酸化ビタミン投与後に同様に脳に酸化ストレスを負荷し,その後の酸化ストレスの程度も評価する。今後はマウスの脳に酸化ストレスを与え,そのマウスにX線照射,アスコルビン酸投与,X線照射とアスコルビン酸投与の併用した場合の酸化ストレスの抑制効果について検討する。平成29年3月分の学内施設の使用料の引き落としが平成28年度中に間に合わなかったため,その分の予算が余った。当初計画通りに消耗品を購入したところ,端数が生じたため。次年度の消耗品と合わせて執行する予定である。平成29年3月の施設使用料として執行する。
神経原線維変化形成機構

神経原線維変化形成機序を明らかにすることにより老人性認知症の治療法および診断法を確立することをこの研究課題では目指している。今年度はリコンビナントヒト4リピートタウをヘパリンと共にインキュベーションしたタウ凝集をチオフラビン蛍光およびAFMを用いて観察し、顆粒状タウ構造物がタウ線維形成の中間体として存在することを見いだした。チオフラビン蛍光測定からタウ凝集には3つのフェーズが存在することが示された。最初期はチオフラビン蛍光が増大しない、すなわちβシート構造をまだとらない時期、それに引き続きチオフラビン蛍光の増大さらに定常状態への移行が観察された。最初のフェーズではタウはジスルフィド結合を介したオリゴマーを形成する、その後そのオリゴマーがβシート構造を持つ結合により顆粒状構造物となることがAFM下で観察された。この顆粒状構造物の濃度が増大するとタウの線維形成が起こることがIn vitroで見いだされた。このことから、顆粒状構造物がタウ線維の中間体構造物であることが示された。次に、異なるBraakステージの前頭葉標本から顆粒状構造物を精製しその量的変化を検討した。ヒト脳ホモジェネートを抗タウ抗体を用いたアフィニティーカラムを用いて顆粒状タウ構造物を含むタウ蛋白を粗精製した後、ショ糖濃度勾配法によって分離精製された。驚くべきことに顆粒状タウ構造物はBraakステージ1の段階で既に前頭葉で増大を示しており、このことは神経原線維変化形成のかなり前に顆粒状構造物の形成増大が起きていることを示している。すなわち、この顆粒状構造物の形成はアルツハイマー病になる以前に起きており、この構造体を指標にアルツハイマー病発症の早期診断が可能となるかもしれない。
下部臨界共溶温度を有する高分子存在下におけるアクリルアミド類の特異的重合反応系

ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAm)の水溶液にアクリルアミドモノマー(AAm)を添加し、下部臨界共溶温度(LCST)近傍での重合反応溶液の状態変化と重合反応性について精査した結果、AAmを下部臨界共溶温度以下でAAmを溶解させた後、重合溶液の温度をLCST近傍まで上昇させたときのみ、重合反応性が確認され、LCST付近でAAmを溶解させた場合には全く重合の進行は認められなかった。また、LCSTを有しないポリマーでは、AAmの重合誘発は認められなかった。これに対して、LCSTを有するポリ(メチルビニルエーテル)においては、PNIPAAmと同様の傾向が確認され、LCST近傍での高分子溶液の高分子マトリックス中に濃縮されたAAmモノマーが重合反応に参加していることが強く示唆される結果が得られた。次に、AAm以外のビニルモノマーの濃縮効果について検討を行った結果、メタクリル酸メチル(MMA)の揚合、MMAとPNIPAAmとの水素結合に基づくと考えられる相互作用により、LCSTとは別のポリマー凝集効果が観察された。そこで、AAmとの共重合を実際に試した結果、AAmの単独重合と同様、特に重合開始剤を添加することなく重合が進行し、温度効果についても、LSCTとの相関が明らかに認められた。GPC測定の結果から、共重合体の生成を確認し、NMR測定により、共重合体組成を確認した結果、モノマーの添加量に比して、共重合体中のMMAユニットの含有率が高くなる傾向が認められた。水溶媒中にもかかわらず、水に難溶性のMMA含有率が高いことは、PNIPAAmマトリックス中でのモノマーの濃縮効果を強く示唆している。さらに、水に対する溶解性をほとんど示さないスチレン(St)との共重合についても同様の検討を行った結果、同じく重合反応が進行し、共重合体が生成することが明らかとなった。また、すでに我々が見出しているポリマーモノマー間の水素結合に基づく鋳型重合系においては、モノマー濃度について最適値が存在したが、本重合系について、AAmの濃度効果を検討した結果、そのような顕著な最適値は認められず、概ね濃度の上昇とともに重合性が向上する傾向が認められた。また、AAmと水素結合による相互作用が期待できる水溶性ポリマーとして、ポリ(N-ビニルピロリドン)およびポリ(N-ビニルイミダゾール)の重合誘発効果を確認した結果、これらLCSTを有しないポリマーでは、AAmの重合誘発は認められなかった。また、AAmと水にわずかに溶解性を示すアクリル酸メチルモノマー(MMA)とを、LCST以下でPNIPAAm水溶液中に分散させた後、LCSTまで反応温度を上昇させたところ、対応する共重合体の生成が確認された。得られた共重合体を分析した結果、共重合体組成の異なる主として2種類の共重合体の混合物であることが明らかとなった。

このことも、PNIPAAmがLCST近傍でつくり出す高分子マトリックス中に閉じこめられた両モノマーが重合していることを示しており、反応機構上非常に興味深い結果である。これら重合溶液に対応する重水中でのNMR測定による高分子マトリックスの解析については現在引き続き検討中である。前年度までに、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAm)の水溶液中、下部臨界共溶温度(LCST)付近で、アクリルアミドモノマー(AAm)の重合反応が、特に重合開始剤を添加することなく進行することを明らかにし、その再現性についても十分な確認を行った。PNIPAAmの重水中でのNMR観察(本年度研究実施計画(1))により、LCST付近で水分子を巻き込んだPNIPAAmのマトリックス構造が形成されていることが明らかとなり、その知見を基礎として、AAm以外のビニルモノマーの濃縮効果について検討を行った。その結果、メタクリル酸メチル(MMA)の場合、MMAとPNIPAAmとの水素結合に基づくと考えられる相互作用により、LCSTとは別のポリマー凝集効果が観察された。そこで、AAmとの共重合を実際に試した結果(実施計画(2))、AAmの単独重合と同様、特に重合開始剤を添加することなく重合が進行し、温度効果についても、LSCTとの相関が明らかに認められた。モノマーを分散させるための超音波照射につても検討したが、特に顕著な効果は認められなかった。生成ポリマーの各種溶媒に対する溶解性、GPC測定の結果から(実施計画(3))、共重合体の生成を確認し、NMR測定により、共重合体組成を確認した結果、モノマーの添加量に比して、共重合体中のMMAユニットの含有率が高くなる傾向が認められた。水溶媒中にもかかわらず、水に難溶性のMMAの含有率が高いことは、PNIPAAmマトリックス中でのモノマーの濃縮効果を強く示唆している。さらに、水に対する溶解性をほとんど示さないスチレン(St)との共重合についても同様の検討を行った結果、同じく重合反応が進行し、共重合体が生成することが明らかとなった。
胆道良性および悪性疾患における分離腺管のエピジェネティクス解析

本研究では腺管分離法を用いて胆道癌の腫瘍性腺管と非腫瘍性腺管における癌抑制遺伝子のプロモーター領域のメチル化を解析し,胆道癌において癌抑制遺伝子のメチル化がどのように関与しているかを検証した.胆管癌切除標本31例から組織サンプルを採取し,腺管分離法を用いて腫瘍腺管と非腫瘍性腺管のみを採取した。DNAを抽出し,癌関連遺伝子のプロモーター領域のメチル化をBisulfite-pyrosequencing法で解析した。胆管癌における癌関連遺伝子のメチル化の頻度と、ゲノムワイドなメチル化の程度について検索した。本研究の目的は,胆道系疾患の腫瘍性腺管と非腫瘍性腺管における癌抑制遺伝子のプロモーター領域のメチル化を解析し,胆道癌における発癌過程で癌抑制遺伝子のメチル化がどのように関与しているかを明らかにすることである.当院で手術された胆道疾患の新鮮手術材料から、腺管分離法を用いて純粋な上皮成分のみを分離し、組織標本作製用サンプルとDNA抽出用サンプルに分けて回収する。前者はHE染色標本を作製し,間質を含まない腺管であることを確認し、後者はDNAを抽出している。2008年の研究開始時点から現時点までで、胆管癌のサンプル(腫瘍腺管、非腫瘍腺管)を25例集積した。また、胆嚢癌および胆嚢管癌のサンプル(腫瘍腺管、非腫瘍腺管)を合わせて17症例集積した。現時点で合計42症例のサンプルを集積した。このサンプルから一部を組織標本作成用サンプルとして採収し、分離腺管の形態解析のためパラフィン包埋してHE染色標本を作製する段階まで行っている。他方、採収した分離腺管からDNA抽出し、このDNAから癌関連遺伝子のプロモーター領域のメチル化をpyrosequencing法で解析している。解析している遺伝子はCDH1,CDH13,FHIT,hMLH,p16, p15, p14, p73, CHFR, REPRIMO, BLU, ZFP64,RUNX3, HPP1,RASSF1A, RASSF2A, SFRP1, SALL4,MGMT,TIMP3,SEMA3Bを行っている。本研究の目的は,胆道癌の腫瘍性腺管と非腫瘍性腺管における癌関連遺伝子のプロモーター領域のメチル化を解析し,胆道癌における発癌過程で癌関連遺伝子のメチル化がどのように関与しているかを明らかにすることである。当院で手術された胆道癌の新鮮手術材料から,サンプルの純度を高めるため腺管分離法を用いて純粋な上皮成分のみを分離し,組織標本作成用サンプルとDNA抽出用サンプルに分けて採取した。前者からはHE染色標本を作製し,間質を含まない腺管であることを確認し,後者からはDNAを抽出した。2008年の研究開始から現時点までで,胆管癌のサンプル(腫瘍腺管,非腫瘍腺管)を36症例集積した。また,胆嚢癌(胆嚢管癌をふくむ)のサンプル(腫瘍腺管,非腫瘍腺管)を17例集積した。現時点で合計53例のサンプルを集積した。これらのサンプルから一部を組織標本作成用サンプルとして採取し,パラフィン包埋してHE染色標本を作製し,分離腺管の形態解析を行った。他方,採取した分離腺管からDNAを抽出し,このDNAから癌関連遺伝子のプロモーター領域のメチル化をpyrocequencing法で解析した。解析した遺伝子は最近の知見から,LOX, MINT31, RUNX3, SOCS1, ELMO1, THBD, NEUROG1, p16, MLH1, LINE1, mir34について行った。現在,胆管癌の癌関連遺伝子のメチル化解析が終了し、胆嚢癌についても解析を進めている。また,胆管癌のp53, KRAS, BRAFの変異について解析が終了し,癌関連遺伝子のメチル化との関連も検討中である。現時点で,胆管癌と胆嚢癌、胆嚢管癌を合わせた42症例からサンプルを採取した。研究に必要な症例は充足する症例数にほぼ達してきたと考えている。採取したサンプルから分離腺管の形態解析のため組織標本作成用サンプルからHE染色標本を作製する段階は順調に進んでいる。しかし,DNAメチル化解析を行うため,採収した分離腺管からDNA抽出するまでは進んでいるが,このDNAから癌関連遺伝子のプロモーター領域のメチル化をpyrosequencing法で解析する段階は遅れており、今後迅速に進めていく予定である。胆道癌は消化器癌のなかでも症例が少なく,新鮮な手術標本を確保するにはある程度の期間が必要である。さらに胆道粘膜は自己融解しやすく,手術で摘出された新鮮標本からすぐに標本を採取して腺管分離しなければ癌腺管と周囲粘膜は採取できない。また,腺管分離法で採取した腺管はすぐに分離しなければ純粋な腺管を採取することは難しい。このため,研究期間の最初の1年は組織サンプルの採取に専念する必要があった。

研究に必要なサンプル数を確保する目途がついたため、今後はDNAメチル化解析を中心に研究を進めていく予定である。人体病理学研究に必要な腺管分離検体の確保はほぼ達成する目途がついた。今後は癌関連遺伝子のメチル化をpyrosequencing法で解析する研究の本丸を遂行予定である。また,最新の論文報告と当教室の方針から、解析する遺伝子を一部入れ替えることも検討している。DNAメチル化解析の進捗状況が遅れており,それに伴って試薬などの購入が一部遅れていた。
光線照射による新規炎症性腸疾患治療法の開発

LED光線の2.5%デキストラン硫酸ナトリウム誘導大腸炎マウスへの体表面照射は大腸炎のdisease activity index scoreを有意に低下させ、大腸長の短縮を有意に減少させた。一方照射マウス中の脾臓中リンパ球マーカー(CD4, CD8, B220, Foxp3)への有意な変化を認めなかった。ある波長のLED光線波長(特許出願中)は大腸炎改善効果を有する。さらなる機序・至適条件の探索により、炎症性腸疾患の新規治療法となる可能性がある。「研究目的」;大腸炎抑制効果を有する光線波長の特定「研究実施計画」;紫外線、可視光線、赤外線のどの光線が大腸炎抑制効果を有するかを特定するため、紫外線として360nm,可視光線として490nm, 620nm, 710nm、赤外線として790nmの単一波長の光線を同一エネルギー量(Watt;W)となるよう調整した光源システムを製作し、2.5%デキストラン硫酸ナトリウム誘導大腸炎マウスに1日12時間6日間照射し、大腸長、大腸重量、disease activity index、病理組織所見、血中、大腸組織中のサイトカインをBio-Plex(Bio-Rad社)を用いて網羅的に調べ、非光線照射群と比較し効果を評価する。「結果」;上記光線のうち、可視光線がdisease activity index(大腸炎の活動性を示す。高いほど大腸炎の活動性が高い)が非照射群と比較して有意に低下した。大腸重量においても有意にその減少率が低下した(大腸重量の減少率が大きいほど病勢が強いことを示唆する)。「意義」;これまでにLED光線の体表照射による大腸炎抑制効果の報告はなく、潰瘍性大腸炎、クローン病などの原因不明の炎症性腸疾患の新規治療法開発に直結する極めて重要な新規知見と考える。「研究目的」;大腸炎抑制効果を有する光線波長の特定とその機序の研究「研究実施計画」;紫外線、可視光線、赤外線のどの光線が大腸炎抑制効果を有するかを特定するため、紫外線として360nm、可視光線として490nm, 620nm, 710nm、赤外線として790nmの単一波長の光線を同一エネルギー量(Watt;W)となるよう調整した光源システムを製作し、2.5%デキストラン硫酸ナトリウム誘導大腸炎マウスに1日12時間6日間照射し、大腸長、大腸重量、disease activity index、病理組織所見にて効果を評価したのち、効果のあった波長を当てたマウスの脾臓中のリンパ球数、CD69陽性細胞数について評価を行った。「結果」;上記光線のうち、大腸重量、disease activity indexが非照射群と比較して有意に低下したある可視光線を照射したマウスの脾臓中のリンパ球数、CD69は、非照射群のマウスと比較し有意差のない結果であった。「意義」;これまでにLED光線の体表照射による大腸炎抑制効果の機序は、リンパ球の増減に関わるものではない可能性が高いことがわかった。[研究目的]大腸炎抑制効果を有する光線波長の特定と機序の研究[研究実施計画]大腸炎抑制効果を有する光線の特定のため,紫外線(360nm),可視光線(490nm, 620nm, 710nm),赤外線(790nm)の単一波長の光線を同一エネルギー量(Watt)となるよう調整した光源システムにて,2.5%デキストラン硫酸ナトリウム誘導大腸炎マウスに72h/6day照射した。大腸長,大腸重量,disease activity index,病理組織所見にて効果を評価したのち,効果のあった波長のマウスの脾臓中のリンパ球数,CD69陽性細胞数について評価を行った。[結果]大腸長:非光線照射群と比較してある可視光線照射群は有意差を認めなかった。大腸重量:非光線照射群と比較して平均大腸長は有意に長かった。disease activity index:ある可視光線照射群照射後3日目,4日目のdisease activity indexは非光線照射群と比較して有意に低下した。病理組織所見:非光線照射群と比較して有意差はなかった。マウスの脾臓中のリンパ球数,CD69:非光線照射群のマウスと比較し有意差はなかった。大腸中サイトカイン(IL-6,IL-10):非光線照射群のマウスと比較し,ある可視光線照射群の大腸組織中のIL-10濃度は高かったが有意差を認めなかった。各郡における大腸組織中IL-6濃度に差は認めなかった。[考察]620nmの光線照射は,2.5%デキストラン硫酸ナトリウム誘導大腸炎マウスのdisease activity index score,大腸長の短縮を有意に減少させたことより,大腸炎改善効果があると考えられる。しかしながら,脾臓中リンパ球マーカー(CD4, CD8, B220, Foxp3)測定や血清中の炎症性サイトカインへの有意な変化は捉えられなかった。[意義]ある波長のLED光線波長(特許出願中)は機序はいまだ不明であるが,大腸炎改善効果を有する。更なる機序・至適条件の探索により,炎症性腸疾患の新規治療法となる可能性がある。

さらなる機序・至適条件の探索により、炎症性腸疾患の新規治療法となる可能性がある。光機序が予測と異なったため。医歯薬学25年に施行予定であった実験ならびに大腸摘出標本の免疫組織化学など、他の実験系から機序解明を行う。以下の如く研究費使用予定1.血中、大腸組織中のサイトカイン測定用のバイオプレックスキット購入2.リンパ球のpopulation測定のためのFACS用のキット購入3.免疫組織化学用抗体および試薬購入当研究の肝となる特定波長による腸炎抑制効果を確認できた。大腸炎抑制効果を示す波長だけではなく、大腸炎抑制効果に最適な光の強さの決定を行うべく、光のエネルギー別に実験を行う予定である。さらに血中、大腸組織中のサイトカインをBio-Plex(Bio-Rad社)を用いて網羅的に調べ、動物の数を増やしLED光線照射による大腸炎抑制のメカニズム解明のための実験ならびに特許取得を進めていく予定である。以下の如く研究費使用予定1.血中、大腸組織中のサイトカイン測定用のバイオプレックスキット購入2.リンパ球のpopulation測定のためのFACS用のキット購入3.マウス購入
ギガパスカル・オーダー超高強度アルミニウム複合線材の開発

我々のこれまでの研究により、1GPaを超える超高強度を有するアルミニウム(Al-20%Nb)線材が得られた。しかし、これを実用化までつなげてゆくには、いくつか検討すべき項目がある。これは、A:「量産が可能かどうか。」、B:「Nbに替わるより安価な材料はないか。」、C:「電線としての数百°C程度の使用温度で、界面反応により劣化することはないか?」、D:「電気伝導率,延性・靭性、衝撃特性は充分か。」といった4つの問題に集約される。これらを同時に検討し、ミクロ組織との関連で整理してそれらのメカニズムを理解し、実用化の目途をつけることが本研究の内容である。特にAについては、近年バルクの強加工プロセスとして注目されているECAE法を、粉末をダイレクトかつ連続的に固化する手法として適用し、長尺線材の連続生産の可能性を研究した。従来のアルミニウム合金のミクロ組織は非常にシンプルであり、超強加工を施しても劇的な物性の改善は得られなかった。そこに着目し、強制的に軟質な金属フィラメントを配列させた層状組織を導入して顕著な物性の改善を達成した。現在、同種の材料には、鉄鋼材料の超微細組織材、超電導パルスマグネット用Cu基in-situ複合材等があり、それぞれ大プロジェクトが組織されて集中的に研究されている。本研究は、アルミニウムという別の母相を有する材料をとり上げ、FCCとBCC金属の組合せにより平面歪変形が生じることを利用して層状超微細組織材のミクロ組織と物性の関係を究明したもので、近年同種の材料について得られつつある各種知見との類似性、相異点を明らかにした。アルミニウムを母材とすると、これと組合せるBCC金属として、Nbより安価なFe、Cr等も候補に考えられるので、これらについて検討を行ったことは、実用上も極めて意義深い。平成14年度は、Al-20Vol%Fe強加工in-situ複合材料について、電線としての数百°C程度の使用温度で、界面反応により劣化することはないかという点について調査を行った。TEM観察等により求めた金属フィラメントの厚み、間隔等と界面での反応性の関係についても検討した。各種物性とミクロ組織構造の相関を調べた。特に、界面反応層の有無とその影響,母相およびフィラメント相の転位組織や転位の運動様式等の点に注目して検討を進めた。実験方法としては、平均粒径27μmのAl粉末と平均粒径45μmのFe粉末を用い、Al-20Vol%Feとなるように混合し、これを200ton油圧プレス機により一軸圧粉成形後、スウェージングを行うことで、加工歪み10.2の線材を作製した。熱処理温度を473K,573K,673Kの3段階、時間を100secから1000secまで13段階に設定して熱処理を施した。その後、マイクロビッカース硬さ測定、4端子法を用いた導電率測定、引張試験およびミクロ組織観察を行った。DSCによるAl-20Vol%Feの臨界反応温度は692Kであり、673Kで熱処理を施した線材は短時間で脆化した。573Kで熱処理を施した線材は10ksec付近で硬さがHv100から95に低下した。また、導電率も熱処理時間の増加に伴い低下し、最終的に熱処理前の42.2%IACSから10.8まで低下した。473Kで熱処理を施した線材では機械的特性に大きな変化は見られなかった。最近の研究により、基地に合金の切削粉を用いた場合、Fe粒子が顕著に伸長し、強度も向上することがわかった。この原因を調べてAl-Nb線材並みの高強度を有するAl-Fe線材を作製するため、基地の粒径、硬さおよび化学組成を変化させたAl-Fe線材を作製し、評価した。しかしながら、Fe粒子の伸長は認められなかった。Fe粒子の伸長に関わる他の原因として、強加工中Fe粒子がに受ける応力状態が考えられる。そこで、本研究では、Al粉末と切削粉をそれぞれ基地としたAl-Fe線材が、スウェージング加工中に受ける応力状態の違いを有限要素法(FEM)によって解析し、Fe粒子の伸長条件を検討した。FEM解析には、線材のCT像を利用して作成した3次元のFEMモデルを用いた。FEM解析の結果を検討したところ、基地が最高時効に熱処理した合金材に相当する、ある強度・硬さレベルに達すると、Fe粒子が変形することがわかった。また、Fe相の形状が複雑になると、局部的に応力3軸度が低下し、その部分で優先的に変形が起こると考えられた。一方で、Al-Fe線材のもう一つの問題点である高温熱処理時の諸特性の低下について、線材に種々の温度および保持時間で熱処理を施して評価を行い、作製したAl-Fe線材の使用が可能な温度域を調査した。その結果、温度573K、保持時間10ks以降の熱処理ではAl_2FeやAl_5Fe_2等の金属間化合物が生成し、引張強度や導電率などの低下が生じることがわかった。まとめとして、様々な素材・加工条件の試料の作製、ミクロ組織の3D可視化、FEM解析をあわせて援用することで、Al-Fe純二元系in-situ複合材料線材でナノオーダーの層状組織が形成され、高強度を発現するための条件が明らかになった。また、Al/Fe間で化学反応が生じないための使用条件も明らかになった。

我々のこれまでの研究により、1GPaを超える超高強度を有するアルミニウム(Al-20%Nb)線材が得られた。しかし、これを実用化までつなげてゆくには、いくつか検討すべき項目がある。これは、A:「量産が可能かどうか。」、B:「Nbに替わるより安価な材料はないか。」、C:「電線としての数百°C程度の使用温度で、界面反応により劣化することはないか?」、D:「電気伝導率,延性・靭性、衝撃特性は充分か。」といった4つの問題に集約される。これらを同時に検討し、ミクロ組織との関連で整理してそれらのメカニズムを理解し、実用化の目途をつけることが本研究の内容である。特にAについては、近年バルクの強加工プロセスとして注目されているECAE法を、粉末をダイレクトかつ連続的に固化する手法として適用し、長尺線材の連続生産の可能性を研究した。従来のアルミニウム合金のミクロ組織は非常にシンプルであり、超強加工を施しても劇的な物性の改善は得られなかった。そこに着目し、強制的に軟質な金属フィラメントを配列させた層状組織を導入して顕著な物性の改善を達成した。現在、同種の材料には、鉄鋼材料の超微細組織材、超電導パルスマグネット用Cu基in-situ複合材等があり、それぞれ大プロジェクトが組織されて集中的に研究されている。本研究は、アルミニウムという別の母相を有する材料をとり上げ、FCCとBCC金属の組合せにより平面歪変形が生じることを利用して層状超微細組織材のミクロ組織と物性の関係を究明したもので、近年同種の材料について得られつつある各種知見との類似性、相異点を明らかにした。アルミニウムを母材とすると、これと組合せるBCC金属として、Nbより安価なFe、Cr等も候補に考えられるので、これらについて検討を行ったことは、実用上も極めて意義深い。