hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
鉱物Ｕ－Ｐｂ年代系を用いた太古代・付加体記録の認定

本年度の研究成果として(1)2018年9月におこなった豪州調査、(2)レーザーを用いたチタン石の年代測定法の立ち上げが挙げられる。成果(1)では横浜国立大学の研究グループと合同で2周間にわたり現地に滞在し、ノースポール地域周辺の地質調査と併せて全40試料の緑色岩を採取してきた。採取した岩石試料については岩石スラブ・岩石薄片を作成すると共に、チタン石の捜索を行っている。成果(2)では受入研究室設置のレーザー装置および多重検出器型誘導結合プラズマ質量分析計(MC-ICPMS)を用いて、標準チタン石であるMKED1(1521Ma)、BLR1(1047Ma)、OLT1(1015Ma)、Khan(522Ma)のU-Pb年代分析を試みた。MKED1については初生的なPb混入量が少なく、206Pb/238U比の測定における繰り返し再現性はRSDで0.88%(N=18)もしくは0.66%(N=18)となることを確認した。この結果より、MKED1は初生Pbの補正を必要とせず、一次標準試料として適当であると判断した。以下にはMKED1を一次標準試料とし、BLR1、OLT1、Khanをそれぞれ未知試料として年代測定した結果を示す。BLR1及びKhanのデータ群は年代一致曲線上(コンコーディア曲線)からずれるもののU-Pb同位体データの変動(不均質)が大きいため正確な年代値は得られなかった。一方で、OLT1については初生的Pbの混入量の違いから回帰直線を定義でき、コンコーディア曲線との交点より1014±46 Maという年代値を取得した。本研究で得られた年代値は先行研究から報告される参照年代1015Maと調和的であり、現段階で一次・二次標準チタン石にそれぞれMKED1・OLT1を据えることでチタン石のU-Pb年代測定が可能となった。当初の研究計画では、チタン石を酸分解後の溶液をMC-ICPMSにて湿式分析することで、U-Pb年代測定を行う予定であった。湿式分析では試薬等の実験環境に由来する微量なPb汚染成分を定量することが肝となってくるが、ICPMSではキャリアーガス中の水銀汚染による影響が大きいため、本研究ではそれが困難であった。そこで、Pb汚染による影響が少ないレーザー装置とMC-ICPMSを組み合わせ年代測定法の立ち上げを試みるべく、まずは標準チタン石の収集に着手した。収集できた標準チタン石は全部で4つ(MKED1、BLR1、OLT1、Khan)である。その中でもジェームズクック大学のSpandler教授より提供して頂いたMKED1は初生的なPb混入量が非常に少なく、レーザーによる局所U-Pb年代分析を行う上で最適な標準チタン石であった。また、予察分析を通じてそのU-Pb比の均質性が非常に高いことも確かめており、太古代試料へアプリケーションする準備段階が整ったといえる。今後、一次・二次標準チタン石にそれぞれMKED1・OLT1を据えることで予察的ながら実試料の分析に取り掛かっていきたい。今年度の研究目標はノースポール地域の実試料の年代測定を開始することにある。2018年度及び既に東京工業大学のグループによって採取された緑色岩の顕微鏡下観察を通じて、チタン石を有する緑色岩の選定を進める。その後、年代分析用に選定したチタン石のZr濃度定量及び238U、204Pbを含めたチタン石のイメージングを行う。Zr濃度定量からは、形成温度が海底熱水場に近しい300°C程度と推定されるチタン石のみを選出する。そのようなチタン石の中で238U/204Pb比にばらつきがあるチタン石のみを選定することで、年代制約を行う上で十分な精度を担保する。その後、選定したチタン石についてレーザーによる局所U-Pb年代分析を行い、緑色岩の形成年代の制約を試みていく。上述の研究方策に加えて、レーザーを用いたチタン石のU-Pb分析手法の改善にも取り組んでいく。現段階では標準チタン石MKED1を用いることで、OLT1ついて確度の高い年代値が得られている。一方、BLR1及びKhanについては先行研究より報告される参照年代値と調和的な結果はが得られておらず、その理由として試料中の不均質が挙げられる。天然試料でも同様の不均質性が予想され、各分析点についてU-Pb閉鎖系を吟味していくことが重要となる。そのためには水銀の干渉を抑えた上で、非放射壊変起源の204Pbの定量が必須である。そこで、本研究では水銀の干渉除去が可能であるコリジョンセルを搭載した四重極型誘導結合プラズマ質量分析計を用いた年代測定法について今後検討していく予定である。

成果(2)では受入研究室設置のレーザー装置および多重検出器型誘導結合プラズマ質量分析計(MC-ICPMS)を用いて、標準チタン石であるMKED1(1521Ma)、BLR1(1047Ma)、OLT1(1015Ma)、Khan(522Ma)のU-Pb年代分析を試みた。MKED1については初生的なPb混入量が少なく、206Pb/238U比の測定における繰り返し再現性はRSDで0.88%(N=18)もしくは0.66%(N=18)となることを確認した。この結果より、MKED1は初生Pbの補正を必要とせず、一次標準試料として適当であると判断した。以下にはMKED1を一次標準試料とし、BLR1、OLT1、Khanをそれぞれ未知試料として年代測定した結果を示す。BLR1及びKhanのデータ群は年代一致曲線上(コンコーディア曲線)からずれるもののU-Pb同位体データの変動(不均質)が大きいため正確な年代値は得られなかった。一方で、OLT1については初生的Pbの混入量の違いから回帰直線を定義でき、コンコーディア曲線との交点より1014±46 Maという年代値を取得した。本研究で得られた年代値は先行研究から報告される参照年代1015Maと調和的であり、現段階で一次・二次標準チタン石にそれぞれMKED1・OLT1を据えることでチタン石のU-Pb年代測定が可能となった。当初の研究計画では、チタン石を酸分解後の溶液をMC-ICPMSにて湿式分析することで、U-Pb年代測定を行う予定であった。湿式分析では試薬等の実験環境に由来する微量なPb汚染成分を定量することが肝となってくるが、ICPMSではキャリアーガス中の水銀汚染による影響が大きいため、本研究ではそれが困難であった。そこで、Pb汚染による影響が少ないレーザー装置とMC-ICPMSを組み合わせ年代測定法の立ち上げを試みるべく、まずは標準チタン石の収集に着手した。収集できた標準チタン石は全部で4つ(MKED1、BLR1、OLT1、Khan)である。その中でもジェームズクック大学のSpandler教授より提供して頂いたMKED1は初生的なPb混入量が非常に少なく、レーザーによる局所U-Pb年代分析を行う上で最適な標準チタン石であった。また、予察分析を通じてそのU-Pb比の均質性が非常に高いことも確かめており、太古代試料へアプリケーションする準備段階が整ったといえる。今後、一次・二次標準チタン石にそれぞれMKED1・OLT1を据えることで予察的ながら実試料の分析に取り掛かっていきたい。今年度の研究目標はノースポール地域の実試料の年代測定を開始することにある。2018年度及び既に東京工業大学のグループによって採取された緑色岩の顕微鏡下観察を通じて、チタン石を有する緑色岩の選定を進める。その後、年代分析用に選定したチタン石のZr濃度定量及び238U、204Pbを含めたチタン石のイメージングを行う。Zr濃度定量からは、形成温度が海底熱水場に近しい300°C程度と推定されるチタン石のみを選出する。そのようなチタン石の中で238U/204Pb比にばらつきがあるチタン石のみを選定することで、年代制約を行う上で十分な精度を担保する。その後、選定したチタン石についてレーザーによる局所U-Pb年代分析を行い、緑色岩の形成年代の制約を試みていく。上述の研究方策に加えて、レーザーを用いたチタン石のU-Pb分析手法の改善にも取り組んでいく。現段階では標準チタン石MKED1を用いることで、OLT1ついて確度の高い年代値が得られている。一方、BLR1及びKhanについては先行研究より報告される参照年代値と調和的な結果はが得られておらず、その理由として試料中の不均質が挙げられる。
複合型自然エネルギー利用発電システムのスマートグリッド化に関する研究

本研究は,複合型自然エネルギー利用発電システムのスマートグリッド化に関する研究と題し,以下の研究を行った。まず燃料電池システムの模擬装置の構築を行い,燃料電池システムを利用したスマートグリッド構築の為に実際の燃料電池を用いる必要をなくすことで,開発コストの削減を行った。次に電力補償装置であるフライホイールについて補償性能の向上を図る制御法を提案した。また,電気二重層キャパシタを用いたシステムでは補償特性を解析モデルにより求める事を可能にし,システムの設計に役立てた。最後にバッテリを用いた電力補償システムにおいて補償性能とバッテリ容量の関係を示し,システム構築時の容量選定に関する知見を得た。本研究は自然エネルギー利用発電システムと燃料電池発電システムを発電装置とし,フライホイール電力平準化装置を組み合わせた複合型マイクログリッドシステムを配電系統に連系し,使用する際配電系統に影響を与えないよう各装置を協調させスマートグリッドとして動作させることにより,脈動電力の安定化を行う手法を提案するものである。本提案法は,一般的にベース電力として運転される燃料電池を積極的に電力脈動の補償に用いることでフライホイール電力補償装置の補償容量の軽減を図っている。本年度は前年度に提案した,燃料電池模擬装置の実機実装を行った。当初理想電圧源によるモデルを想定していたが,実際の電力増幅装置は電圧源ではなく,出力インピーダンスも含んでいるため,そのままで回路を実装することは出来ず,電源インピーダンスを考慮した等価回路に変換し,モデルに適用した。その結果当初予定の100kHz迄の帯域でのモデルの実機実現は困難であったため,1kHz迄の特性を模擬する装置を試作した。その結果を平成25年電気学会全国大会にて発表を行った。また,電力補償装置として用いられるフライホイールシステムおよび電気二重層キャパシタについて,応答性向上のための制御アルゴリズムの改善を行った。フライホイールについては速度オブザーバを用いたセンサレス制御法を提要する事により,従来より数倍の補償帯域を持つ補償装置を実現することが出来た。EDLCについては理論値通りの補償効果が得られる制御系の設計法について検討を行った。以上の結果を国際会議にて発表した。さらに,このシステムを用いたフライホイールと発電システム(現在はガスエンジン発電システム)との協調制御法について,制御パラメータを解析的に求める手法について検討し,系統シミュテータによってその補償効果の確認を行っている。本年度は燃料電池模擬装置の構築に関しては,昨年度周波数特性から試行錯誤的に求めていた等価回路のパラメータについて,時間応答波形及び物理的背景を元にシステマティックにパラメータ同定を行う方法を提案し,産業応用部門大会および国際会議にてその成果発表を行った。また,バッテリの充電状態(SOC)を考慮した等価回路およびマイクロガスタービン,風力発電装置を模擬した模擬マイクログリッドをシミュレータにより構築し,系統から切り離された状態での単独運転時において,電力脈動に対する適切な補償容量をシミュレータによる計算により算出する事が出来た。本研究成果より,数10W出力の小型燃料電池を基本とした燃料電池模擬装置の等価回路パラメータの物理的意味を明らかにすることで,数kW以上出力の大型の燃料電池に適用の可能性を見いだすことが出来た。また,本提案手法によって構成されたスマートグリッドシステムが系統に連系されたときの,系統に与える影響が現在のシステムに比べ少ないことをシミュレーションにより明らかにした。本研究は自然エネルギー利用発電システムと燃料電池発電システムを発電装置とし,フライホイール電力平準化装置を組み合わせた複合型マイクログリッドシステムを協調制御させ,脈動電力の安定化を行う手法を提案するものである。今年度は伝料電池模擬装置の当回路パラメータを同定し,それを元に燃料電池の模擬装置を作成する計画であった。また,フライホイール電力補償システムの補償性能を向上するための制御法について提案し,協調制御時の補償効果の向上を図った。その結果,燃料電池の等価回路パラメータについては定常状態を表すモデルと高周波の周波数特性を表すモデルを合成することで得ることができ,定常状態のモデルについてはソフトウェアによる制御電源で実現し,高周波の周波数特性を表すモデルはインダクタンス,コンデンサ,抵抗えお組み合わせたハードウェア回路により実現することととした。また,パラメータについては遺伝的アルゴリズムを用いることにより,実際の特性にかなり近いパラメータを得ることができた。しかしながら,求められたパラメータの一部は,実回路では実現が困難なほど値が大きいため,それについてはソフトウェアによる制御電源で実現することとした。一方フライホイール電力補償装置の性能向上については,従来の一次磁束制御法を電力制御に拡張したものから,速度オブザーバを用いた電力制御法に変更することで,従来の制御法に比べ制御性能の向上を図ることができた。

これらの結果より,次年度の燃料電池とフライホイールの協調制御を行う上で,より電力補償能力を高めたスマートグリッドシステムが実現できるものと考えられる。現状,燃料電池模擬装置の構築,フライホイールによる電力補償性能向上,協調制御法による電力貯蔵システムの容量削減効果については検討を行い,一定の成果を上げている。しかしながら,燃料電池模擬装置の模擬できる帯域がまだ1kHz迄と低い。この帯域は,系統の解析には問題の無いレベルではあるが,スイッチングを用いた電力変換器を接続するには10kHz以上の帯域が必要であるため,未だ不十分と考える。また,協調制御システムについても実機検証はまだ出来ていないため,今年度はシミュレーションによる解析とともに実機試験を行う予定である。燃料電池の等価パラメータの導出及びフライホイール電力制御装置の性能向上については予定通りの成果が得られた,しかしながら燃料電池模擬装置の実機制作および検証については未達成である。また,フライホイール電力制御装置の実機検証も未達成となった。しかしながら,制御プログラムは完成しており,現在検証中である。そのため,当初の目的に対しての遅れはそれほど大きくないと考えられる。電力補償装置としてフライホイールは帯域の限界が有り,高い周波数成分までの補償は困難であると考えられる。したがって今後は,電力貯蔵システムとして電気二重層キャパシタを用いたシステムを併用することを計画している。また,燃料電池模擬装置についてもより高い周波数帯域まで模擬可能なシステムを実現する為の方策について検討し,模擬配電システムにおける性能を評価する予定である。今年度は,試作した燃料電池模擬装置をフライホイール電力補償装置を組み合わせたマイクログリッドシステムを構築し,提案制御法を適用した場合の補償性能の評価を行う。そしてその結果について6月の国際会議にて発表を行う。また,補償性能の評価結果を考察し,予想通りの効果が得られなかった場合には,制御法の変更を含め再検討する。今年度の物品購入,旅費等は概ね計画通りであったが,若干出張旅費が当初予定より多かったため,物品購入で調整したため,若干の繰り越しが生じた。次年度は繰り越し分も含め,適切に予算を消化する予定でである。本年度予算の未使用分132円は購入物品の端数により生じたものである。次年度は本年度分の未使用分も含めマイクログリッドシステムを構築するための構成部品の購入,および国際会議への参加及び8月に行われる電気学会産業応用部門大会への出席を予定している。
粘土懸濁液の流動特性と沈降特性に関する基礎的研究

1.(1)モンモリロナイトとカオリナイトという2種類の代表的な粘土鉱物を供試試料として採用した。ここで研究分担者の助言をもとに、物理化学的に安定な懸濁液試料を作成し、定温条件下でコーン・プレート型粘度計により粘性率を測定した。これにより、(2)粘土懸濁液の粘性率の固相率依存性を高い精度で表わすことが可能になった。その結果、両試料とも〔粘性率〕∵Exp〔固相率〕の関係をもつことが、実験的にも確かめられ、試料による比例定数の違いについて、理論的な検討が進展した。(3)さらに粘土鉱物の種類と固相率によらず、懸濁液の粘性率は、著しい「ずり速度依存性」を示し、非ニュートン性のチキソトロピー流動することが定量的に明らかにされた。(4)つぎに、粘性率測定時の〔速度勾配〕と〔せん断応力〕の関係を実験的に表わし、外挿することにより、ビンガム降伏値(=速度勾配→0におけるせん断応力〕の値を推定することに成功した。2.一方、懸濁液において分散状態にある粘土粒子の重力下での沈降現象を経時的に計測した。実験条件を種々変えて測定することにより、モンモリロナイトの固相率2%以上の条件では、粒子・壁面間摩擦力の影響が決定的に大きいことが立証された。3.モンモリロナイトについて1.で求められたビンガム降伏値と、2.で得られた粒子・壁面間の摩擦力を比較したところ、これらはオーダー的にもほぼ同じ値を示し、顕著な固相率依存性を有することが確認された。微小なこれらの値を検出し、理論値との定量的な比較・検討を可能にした点で、本研究の意義は大きい。1.今年度は膨潤性の顕著な粘土鉱物として、Na型モンモリロナイトを、供試試料に採用した。研究分担者の助言をもとに、その懸濁液の物理化学的条件を調整することにより、粒子間反発力の卓越し、力学的にも安定なモンモリロナイト懸濁液試料を作成することに成功した。2.この懸濁液のごく少量試料をコーンプレート型粘度計にセットし、定温条件下で粘性率を測定した。併せて、粘度計をマイクロコンピュータに接続し、多量な測定データの自記記録・収納に努めた。これにより、(1)モンモリロナイト懸濁液の粘性率の固相率依存性を、高い精度で表わすことが可能になった。その結果、(粘性率)∞exp(固相率)の関係が、実験的に確かめられ、この比例定数についての理論的検討が進展した。(2)さらに、懸濁液の粘性率の「ずり速度依存性」も著しいことが示された。つまり、ずり速度の大きいほど懸濁液の粘性率は低下し、非ニュートン性のチキソトロピー流動することが明瞭になった。(3)その一方で、粘度計にセットし測定した後、半日間ほど静置した試料は、粘性率が初期値に向けて顕著に回復するという、興味深い結果も観察された。3.粘土粒子間の物理化学的作用力を理論的に計算し、これに基づきマクロな力学特性を定量的に解析するという点では、代表者により、粒子沈降や拡散移動などという静的な問題に関して研究が進展した。次年度は、流動特性というダイナミックな問題に対して、分担者の研究成果も併せながら、より厳密な適用を計っていく予定である。1.(1)昨年度のモンモリロナイトに加え、今年度は別種の粘土鉱物として、カオリナイトを供試試料に採用した。

これにより、(2)粘土懸濁液の粘性率の固相率依存性を高い精度で表わすことが可能になった。その結果、両試料とも〔粘性率〕∝Exp〔固相率〕の関係をもつことが、実験的にも確かめられ、試料による比例定数の違いについて、理論的な検討が進展した。(3)さらに粘土鉱物の種類と固相率によらず、懸濁液の粘性率は、著しい「ずり速度依存性」を示し、非ニュートン性のチキソトロピー流動することが定量的に明らかにされた。(4)つぎに、粘性率測定時の〔速度勾配〕と〔せん断応力〕の関係を実験的に表わし、外挿することにより、ビンガム降伏値(=速度勾配→0におけるせん断応力)の値を推定することに成功した。2.一方、懸濁液において分散状態にある粘土粒子の重力下での沈降現象を経時的に計測した。実験条件を種々変えて測定することにより、モンモリロナイトの固相率2%以上の条件では、粒子・壁面間摩擦力の影響が決定的に大きいことが立証された。3.モンモリロナイトについて1.で求められたビンガム降伏値と、2.で得られた粒子・壁面間の摩擦力を比較したところ、これらはオーダー的にもほぼ同じ値を示し、顕著な固相率依存性を有することが確認された。微小なこれらの値を検出し、理論値との定量的な比較・検討を可能にした点で、本研究の意義は大きい。
下顎骨のイメージベース動的有限要素解析法の開発と骨隆起発生原因の解明

本課題は、下顎骨のイメージベース動的有限要素解析法の開発と骨隆起発生原因の解明を目的に研究を行った。最初に(1)動的有限要素解析を行う上で骨密度分布が解析に影響を与えるか検証した。その結果、下顎骨応力解析においては骨密度とヤング率の空間的な分布を考慮する必要が無いと示唆された。次に、(2)骨隆起発生原因の解明のため、応力波の停留を引き起こす荷重条件の探索を行った。その結果、パラメータの条件によって応力分布に影響を与えることは確認できた。しかし、応力波の停留を起こすようなパラメータを探索するのは難しく、多次元パラメータ空間の効率的なサンプリング手法の開発を行っていく必要があると考えられた。(目的)本課題は、「下顎骨のイメージベース動的有限要素解析法の開発と骨隆起発生原因の解明」を目的に研究を行っている。イメージベース動的有限要素解析法の開発には、骨の不均質性が解析結果にどのような影響を与えるか評価する必要がある。そこで平成27年度は、皮質骨内に空間的に骨密度を分布させたモデルを用いた動的解析を行うことによって、骨密度分布を考慮しない解析の妥当性を検証することを目的として研究を行った。(方法)試料にはヒト献体下顎骨を用いた。献体下顎骨から下顎骨解析モデルを作成し、マイクロCTによって皮質骨内部の骨密度とヤング率の空間的な分布を測定した。下顎骨解析モデルを9つの領域に分割し、1)それぞれに測定した骨密度とヤング率を与え、空間的な骨密度とヤング率を考慮したモデルを作成した。さらに、このモデルと2)9つの領域に同じ骨密度とヤング率の値を与えたモデル、および3)骨密度分布の幅を誇張したモデルを作成し、各々を比較検討した。(結果)1)と2)に対して静的・衝撃解析を行った結果、解析結果に差異は認められなかった。1)と3)に対して静的・衝撃解析を行った結果、骨密度変化が33%以上になると解析結果に影響が出ることが確認できた。(考察)空間的な骨密度分布を考慮した下顎骨の静的・衝撃解析より、骨密度分布を考慮する必要が無いと考えられた。さらに、骨密度分布の幅を誇張したモデルに対して静的・衝撃解析を行った結果、33%以上の変化で解析結果に影響が出ると確認できた。しかし、荷重によって骨密度が33%以上変化することは無いと考えられ、荷重による変化についても考慮する必要がないと結論づけた。(結論)下顎骨応力解析においては骨密度とヤング率の空間的な分布を考慮する必要が無いと示唆された。平成27年度の研究計画は、1)動的解析における骨密度(以下BMD)の不均質性の影響を評価し、不均質性を考慮した動的解析を考案、2)下顎骨全体のイメージベース動的FEM解析モデルを作成することであった。1)に関しては、研究実績の概要に記載したように、CT値の分布が動的解析にどのような影響を与えるかを評価することを目的として、1ヒト下顎骨の皮質骨を分割、2μCT (inspeXio SMX-90CT,(株)島津製作所,東京)を用いて18μmで撮像.骨塩定量ファントムから各部位の正確なBMD値を算出、3FEMモデルを9分割し、各々の部位のBMD値を当てはめてμCTイメージベース動的FEM解析解析を行う、4さらに、各部位のBMD値を変化させ、動解析結果に大きな違いがでるか比較検証した。2)に関しては、以下の手順で実験を進めた。下顎骨全体を撮影可能な工業用μCT装置(東京都立産業技術研究センター)が開発されたため、1工業用μCTを用いて、歯を含めた下顎骨全体の高精細画像100μm程度のCT画像を採取した。今後、2下顎骨の海綿骨、歯および歯根膜を考慮した静的FEMモデル、動的解析モデルを作成する予定である。なお、動的解析に必要なソフトは、イメージベース静的構造解析ソフトウェアの並列版VOXELCONを動的解析用にカスタマイズし、平成28年1月26日、昭和大学に納品済みである。(目的)本年度は、12014年度に行った研究「ヒト下顎骨の動的有限要素解析ー皮質骨と海綿骨における応力波伝播に関する考察ー」に定量的な検討も加え論文作成した。一方、CTイメージベース動的有限要素解析を臨床応用するためには、歯列模型、CT画像から歯、歯根を自動的に分離し、正確に解析モデルを作成する必要性がある。そこで、2デジタル歯列模型から歯冠形態を分析する新たな手法を開発し、クラスター分析を試みた。(方法)1試料にはヒト下顎骨を用い、マルチスケール動的有限要素法を行った。均質化法の妥当性を定量的に検証した後、仮想的なインプラントを埋入し、上面に衝撃荷重を負荷し、皮質骨、海綿骨に伝わる応力波の伝播経路を観察した。2デジタル歯列モデルから歯冠を切り出した。歯冠の平均形状からの差異を計算し、その差異を比較することで類似度を計算した。この類似度に基づき、Ward法により歯冠のデータの形態をクラスタリングし樹形図を描いた。(結果)1均質化法の妥当性を定量的に検証した結果、基準モデルと均質化モデルに有意差は認められなかった。

また、ごく初期の応力伝播経路は、インプラントネック部から皮質骨へと、インプラント先端部から海綿骨を介して皮質骨に伝播する2経路が主経路であった。さらに、応力波は、皮質骨と同じ速度で海綿骨内を伝播することがわかった。2上顎第1大臼歯の結果を観察すると、歯冠形態は、菱形の歯冠が集まるクラスター、カラベリー結節を持つ歯冠が集まるクラスター、3咬頭の歯冠が集まるクラスター等が観察された。(考察)1インプラント上面に与えた衝撃力が下顎頭に伝播する経路としては、インプラント先端から海綿骨を介して皮質骨に伝播する応力波が重要であると推察された。2大量のスキャンデータへ統計的な分析を行うことにより、恣意性の無い歯冠形態のクラスタリングが可能であると示唆された。平成28年度の研究計画は、1)「ヒト下顎骨の動的有限要素解析ー皮質骨と海綿骨における応力波伝播に関する考察ー」に定量的な検討を加えた論文を作成する。2)平成27年度からの継続課題である、下顎骨全体のイメージベース動的有限要素解析モデルを作成する。および、下顎骨の海綿骨、歯および歯根膜を考慮した静的・動的有限要素解析モデルを作成する。さらに、3)デジタル歯列モデルを用いた歯冠形態のクラスタリング、である。1)は、Desktop micro-CT image-based dynamic FEM analysis of stresswave pathways betweenmandibular trabecular boneand cortical bone with comparisons tovirtual models with eliminated materialson pathways.JBSE, Vol.11(2016), No.3.DOI:10.1299/jbse.16-00313、に掲載された。3)は、デジタル歯列モデルから成人患者のデータを無作為に500件抽出し、それらのデータから各歯種の歯冠を切り出した。歯冠の平均形状を表すデータを作成し、平均の形状からの差異を各歯冠のデータ毎に計算し、その差異を各歯冠のデータ間で比較することで類似度を計算した。この類似度に基づき、Ward法により歯冠のデータの形態をクラスタリングし樹形図を描いた。2)に関しては、工業用μCTを用いて下顎骨を切断することなくCT画像を得ている。この画像を用いてイメージベース静的構造解析ソフトウェアの並列版VOXELCON((株)くいんと)を動的解析用にカスタマイズし解析を試みている。しかし、現在の所、歯から歯根膜に掛けてのメッシュ作成が難しく、モデル作成方法を検討中である。本課題は、「下顎骨のイメージベース動的有限要素解析法の開発と骨隆起発生原因の解明」を目的に研究を行っている。これまで、マイクロCTを用いて歯と歯根膜を考慮せずに動的FEMに関する研究を行った。しかし、有歯顎に対して歯に加わる荷重を考える本研究では、歯と骨をつなぎ、衝撃力を吸収する役割を持つ歯根膜を考慮する必要がある。加えて、骨隆起と応力波の停留の関係性を調査するにあたり、応力波の停留を引き起こすような動的荷重条件ならびに幾何条件の探索を行う必要がある。そこで本研究では、応力波の停留を引き起こす荷重条件の探索を行うこととした。まずは、有歯下顎骨のモデリングと荷重条件のパラメータ設定に関して、献体(18歳女性)の下顎骨をμCTによって分解能0.17 mmで撮像し、二値化処理などを施した画像を用いた。
バイオガスを燃料とする固体酸化物形燃料電池の性能評価

アノードNi-GDC(ガドリニウム固溶セリア)/電解質GDC/カソードLa-Sr-Co-Fe-O系ペロブスカイト化合物からなるアノード支持型燃料電池のバイオガスを用いた発電実験で800°Cでの出力は数mW/cm2と低かったが、発電後の出口ガスには数%の水素、一酸化炭素が含まれ、水素/一酸化炭素(モル比)はほぼ1で、アノードでのメタンのドライリフォーミング反応が進行した。また、多孔質電気化学セルを用いたドライリフォーミングではメタンの熱分解により、炭素が析出し、反応時間とともに水素、一酸化炭素の生成速度が低下した。バイオガス+二酸化炭素+空気系では、反応時間24hで生成速度は低下しなかった。空気中の酸素はメタンと反応して水素ー一酸化炭素系燃料を生成する。一方、一酸化炭素の不均化反応やメタンの熱分解で生成する炭素を除去する酸化剤として働く。そこで、メタン+酸素系での部分酸化反応をアノード材料であるNi-GDCを用いて500-800°C、酸素/メタン(モル比)=0.5の条件で検討した。反応温度の上昇とともに水素、一酸化炭素の生成速度は増加した。800°Cでの水素、一酸化炭素の割合は、各々約65%、30%であった。二酸化炭素の生成も認められたが、反応温度の上昇とともに減少し、800°Cでは数%であった。生成ガス中の水素/一酸化炭素比は、反応温度の上昇とともに減少して、800°Cではほぼ2となった。800°Cではメタンの部分酸化が主反応でその割合は約80%であった。反応時間8時間で流量の低下はなく、実験後触媒中の炭素は0.57mass%で、X線回折ではニッケルの酸化は認められなかった。したがって、メタンの熱分解あるいは一酸化炭素の不均化反応による炭素析出はわずかであり、このメタンー酸素系は燃料電池の燃料調製に適していると言える。また、バイオガスー空気系を燃料電池に適用できる可能性が示唆された。芋焼酎製造の副産物である焼酎滓のメタン発酵で製造されているバイオガスの主成分はメタンおよび二酸化炭素である。このバイオガスを燃料ガスとして、直接、固体酸化物形燃料電池へ導入して発電性能を評価する。実験に用いるバイオガスは脱硫処理をしたもので、下水汚泥由来のバイオガスに含まれるシリカケールの原因となるシロキサンはほとんど含まれていなかった。バイオガスの成分は、メタン60.0%,二酸化炭素37.5%,水素<0.1%,一酸化炭素<0.1%,アンモニア<0.1%,硫化水素2.1ppm,窒素2.5%,酸素0.1%であった。発電用セルは燃料極支持型で、燃料極はNi- GDC (ガドリニウム固溶セリア)、電解質はGDC、空気極はLa-Sr-Co-Fe-O系ぺロブスカイト酸化物のものを作製した。800°Cで水素を燃料とした場合、開放起電力は0.440.54V、最大出力密度は106161mW/cm2であった。バイオガスを直接導入した場合、開放起電力0.59V、最大出力密度90mW/cm2と水素燃料とほぼ同等の性能の場合(A)と開放起電力0.17V、3mW/cm2と著しく性能が低下した場合(B)があった。発電後の燃料ガスには、メタンの二酸化炭素による改質(ドライリフォーミング)による水素と一酸化炭素が(A)では13%、9%含まれていたが、(B)ではほとんど含まれておらずドライリフォーミングが進行していなかった。実験によってバイオガスのドライリフォーミングおよび発電性能に違いがみられた。ドライリフォーミングが進行しなかった実験では、燃料ガス中の酸素濃度が燃料極ニッケルの酸化が起こる濃度に達していた。研究実施計画通りに、燃料極Ni- GDC (ガドリニウム固溶セリア)、電解質GDC、空気極La-Sr-Co-Fe-O系ぺロブスカイト酸化物からなる燃料極支持型固体酸化物形燃料電池を作製した。焼酎滓のメタン発酵で製造されているバイオガスを燃料として、直接燃料極に導入して、発電性能を評価した。水素燃料の場合と比較した。バイオガス中の二酸化炭素による改質反応(ドライリフォーミング)で生成する水素および一酸化炭素による発電を確認した。発電実験により、水素燃料と同等の性能である場合と性能が著しく低い場合があった。この原因として、バイオガス中に含まれる酸素により燃料極中のNiが酸化され、ドライリフォーミングが進行しなかったことが考えられる。対策として、酸素の除去および予備改質が考えられる。また、バイオガス中に微量に含まれる硫化水素およびメタンの熱分解により析出する炭素の影響を検討する予定である。食物残渣や下水汚泥から生成するバイオガスは再生可能エネルギーとして注目されている。バイオガスの主成分はメタンおよび二酸化炭素である。バイオガスを固体酸化物形燃料電池に直接供給して、燃料ガスとして利用することを検討する。本実験では使用したバイオガスは、焼酎滓から生成した実バイオガス(メタン55.6%、二酸化炭素37.7%、窒素5.7%、酸素0.7%、硫化水素1.1%、水素<0.1%、一酸化炭素<0.1%、アンモニア<0.1%)である。このバイオガスに二酸化炭素を添加して、メタン:二酸化炭素=1:1のガスをアノードに供給した。

発電用セルは燃料極支持型で、アノードはNi-GDC(ガドリニウム固溶セリア)、電解質はGDC、カソードはLa-Sr-Co-Fe-O系ペロブスカイト酸化物を使用した。800°Cでは最大出力密度は数mW/cm2と低く、実バイオガス中に含まれる酸素によりアノードのNiが酸化された可能性がある。発電後の出口ガスには数%の水素、一酸化炭素が検出され、水素/一酸化炭素はほぼ1であり、アノードでのドライリフォーミング反応が進行していることが分かった。Ni-GDC/GDC/Ru-GDC多孔質電気化学セルを用いたドライリフォーミング反応について、パルス状電圧を印可して検討した。実バイオガス+二酸化炭素(メタン/二酸化炭素=1)系では、水素、二酸化炭素は生成するが、周波数1-100Hzでは生成速度は時間とともに低下した。これはメタンの熱分解により、セル中に炭素が析出したためである。実バイオガス+二酸化炭素+空気系では、反応時間24hの間、水素、一酸化炭素が生成した。これは空気中の酸素により析出した炭素が除去されたためである。このように炭素析出抑制には酸素の添加が有効であることが分かった。バイオガスに二酸化炭素を添加して、メタン:二酸化炭素=1:1のガスをアノードに燃料ガスとして供給した。バイオガスを直接燃料とした発電実験では、バイオガス中の酸素がアノードのNiを酸化して発電性能を低下させる可能性が示唆された。一方、電気化学セルを用いた改質反応実験では、酸素添加により炭素析出が抑制され、安定的に改質が進行した。これらの結果に基づき、燃料中の酸素が発電性能および改質反応に及ぼす影響を検討していく。アノードNi-GDC(ガドリニウム固溶セリア)/電解質GDC/カソードLa-Sr-Co-Fe-O系ペロブスカイト化合物からなるアノード支持型燃料電池のバイオガスを用いた発電実験で800°Cでの出力は数mW/cm2と低かったが、発電後の出口ガスには数%の水素、一酸化炭素が含まれ、水素/一酸化炭素(モル比)はほぼ1で、アノードでのメタンのドライリフォーミング反応が進行した。また、多孔質電気化学セルを用いたドライリフォーミングではメタンの熱分解により、炭素が析出し、反応時間とともに水素、一酸化炭素の生成速度が低下した。バイオガス+二酸化炭素+空気系では、反応時間24hで生成速度は低下しなかった。
量子群の幾何学的研究とその応用

今年度は,前年度に引き続きトロイダル・リー代数,および量子トロイダル代数の構造論に関する研究を行った.量子トロイダル代数は,近年理論物理学,特に素粒子論との関連から注目されている代数であるが,半単純Lie代数やKac-Moody Lie代数の場合に用いられた既存の方法論がほとんど役に立たないため,これまで組織的な研究はほとんど行われていなかった.報告者はこの点に着目し,量子トロイダル代数の構造論をルート系の立場から組織的に研究した.得られた成果は次の通りである.楕円ルート系に付随するブレイド群の幾何学的構成:前年度に行った一般のルート系に対する量子トロイダル代数の構成,および量子トロイダル代数へのブレイド群,モジュラー群の作用の構成を引き継ぐ形で行った研究である.前年度の研究で現れたブレイド群は,正確には楕円ルート系に付随するブレイド群であるが,これは既存のケース(Kac-Moodyリー代数の場合)のアナロジーとして,純代数的に定義されるものであった.他方,今年度はこのブレイド群が,楕円ルート系に付随して現れる『楕円正則軌道空間』の基本群として再構成できることを証明した.同様の結果は,半単純リー代数の場合にはよく知られており,本研究成果はその楕円アナロジーと見る事が出来る.同時に,モジュラー群の作用に関しても,保型形式の理論を応用する事で,幾何学的な構成が得られた.モジュラー群の作用はKac-Moody代数には無かったトロイダル特有の現象であり,この群作用を幾何学的に構成できたことは,今後の理論の進展において重要な役割を果たすと考えている.以上の研究成果については現在論文を執筆中である.今年度中の公表には間に合わなかったが,間も無く学術雑誌に投稿の予定である.量子トロイダル代数に関する研究は,当初の研究計画においては研究の後半に可積分系への応用に関連して扱う予定であったが,計画の開始当初に予想外の研究の進展があり,本年度も引き続き量子トロイダル代数の基礎理論に関する研究を行うことにした.本年度に得られた成果は,量子トロイダル代数の構造を記述する上でその基本データとなる楕円ルート系の幾何学的性質,特にトポロジカルな性質(付随する基本群の性質)に関する話題である.トロイダル代数に付随する可積分系を考えようとする場合,こうしたデータは対応する微分方程式を理解する上で大いに役立つことが期待される.したがって,この点だけに着目するならば『当初の計画以上に進展している』と言って良いものと考える.これらは,当初の研究計画の中にも織り込み済みの話題であり,当初案から逸脱しているとは考えていない.他方,代数群や多元環への応用に関しては,いささか手薄になってしまった面は否めず,十分な成果が得られたとは言い難い状況である.とはいえ,本研究課題は4年間という期間をトータルして行うものであるので,多少の順序の変更はあっても良いものと考えている.その意味で,本研究課題は『おおむね順調に進展している』と判断する.テーマ毎に分けて述べる.(1)量子トロイダル代数の基礎理論の構築と可積分系への応用: 1年目,および2年目の研究で量子トロイダル代数の構造に関する理解を深め,3年目では構造を記述する楕円ルート系の幾何学的性質を調べた.1年目,2年目に得られた代数的成果をより深く理解する上で,3年目の成果である『楕円正則軌道空間の基本群の決定』は非常に重要であると考えている.さらに,楕円ルート系に付随する可積分系を理解する上でも,3年目である本年度の成果は重要な役割を果たすことになるだろう.今後は,研究計画案に基づき,これらの成果の可積分系の研究に応用していく予定である.(2)代数群・多元環の表現論と結晶基底の理論との関係の研究:本来主要な研究テーマとして扱う話題であったが,上述の量子トロイダル代数に関する研究に予想外の進展があったため,あまり取り組むことが出来なかった.当初の研究計画に基づき,主に計算機を用いたデータ収集から研究を行っていく予定である.今年度に行った研究は以下の通りである.(1)量子座標環の表現論と量子包絡環のPBW型基底について:表題に関する研究を論文にまとめ,学術雑誌に発表した.(2)量子トロイダル代数の構造論:量子トロイダル代数は,近年理論物理学,特に素粒子論との関連から注目されている代数であるが,Kac-Moody代数の場合に用いられた種々の方法論がほとんど役に立たないため,これまで組織的な研究はほとんど行われていなかった.報告者はこの点に着目し,量子トロイダル代数の構造論をルート系の立場から研究した.得られた成果は次の通りである.(a)量子トロイダル代数の有限個の生成元と関係式による表示:トロイダルリー代数に関しては,そのルート系(楕円ルート系と呼ばれる)に付随して定まる楕円ディンキン図形によって,有限個の生成元と関係式による表示が記述できることが知られている(齋藤恭司・吉井).「この事実のq変形が成り立つ」ことを示したのが本研究の内容である.このような仕事は地味ではあるが,基礎理論の構築のためには欠かせないプロセスである.(b)量子トロイダル代数へのブレイド群,モジュラー群の作用:トロイダルリー代数にはブレイド群,及びモジュラー群が作用しており,その構造論を展開するための重要な鍵になっている.特にモジュラー群の作用はKac-Moody代数には無かったトロイダル特有の現象であり,今後の理論の進展において重要な役割を果たすと考えられる.本研究では,これらの群作用を量子トロイダル代数の場合に拡張することを試み,部分的に成功を収めた.

この群作用の構成では,(1)で与えた量子トロイダル代数の有限個の生成元と関係式による表示が本質的な役割を果たす.量子トロイダル代数に関する研究は,当初の研究計画においては研究の後半に可積分系への応用に関連して扱う予定のテーマであったが,予想外に研究が進展しそうだったので,本年度は量子トロイダル代数の基礎理論に関する研究を行うことにした.得られた成果は,まだ直接的な可積分系への応用は見込めないものの,1年目の成果としては満足できるものであると考えている.その反面,代数群や代数解析学への応用に関しては,いささか手薄になってしまった面は否めず,十分な成果が得られたとは言い難い状況である.とはいえ,本研究課題は4年間という期間をトータルして行うものであるので,多少の順序の変更はあっても良いものと考えている.その意味で,本研究課題は『おおむね順調に進展している』と判断する.今年度は,前年度に引き続き量子トロイダル代数の構造論に関する研究を行った.量子トロイダル代数は,近年理論物理学,特に素粒子論との関連から注目されている代数であるが,半単純Lie代数やKac-Moody Lie代数の場合に用いられた既存の方法論がほとんど役に立たないため,これまで組織的な研究はほとんど行われていなかった.報告者はこの点に着目し,量子トロイダル代数の構造論をルート系の立場から組織的に研究した.得られた成果は次の通りである.(a)一般のルート系に対する量子トロイダル代数:素粒子物理学において用いられる量子トロイダル代数は,A型と呼ばれるルート系に付随する量子トロイダル代数である.これを楕円ルート系の立場から見直し,一般の場合の定義を得た.特に,楕円ルート系に付随して定まる楕円ディンキン図形を用いることで,量子トロイダル代数の有限個の生成元と関係式による表示が可能であることを示した.このような仕事は地味ではあるが,基礎理論の構築のためには欠かせないプロセスである.(b)量子トロイダル代数へのブレイド群,モジュラー群の作用:トロイダルリー代数にはブレイド群,及びモジュラー群が作用しており,その構造論を展開するための重要な鍵になっている.特にモジュラー群の作用はKac-Moody代数には無かったトロイダル特有の現象であり,今後の理論の進展において重要な役割を果たすと考えられる.本研究では,これらの群作用を量子トロイダル代数の場合に拡張することに成功した.量子トロイダル代数に関する研究は,当初の研究計画においては研究の後半に可積分系への応用に関連して扱う予定であったが,前年度に予想外の研究の進展があり,本年度も引き続き量子トロイダル代数の基礎理論に関する研究を行うことにした.得られた成果は『量子トロイダル代数の基礎理論の構築』という意味で満足のいくものであると自負しており,この点だけに着目するならば『当初の計画以上に進展している』と言って良いだろう.次年度以降は,直接的な可積分系への応用へも着手していく予定である.これらは,当初の研究計画の中にも織り込み済みの話題であり,当初案から逸脱しているとは考えていない.他方,代数群や代数解析学への応用に関しては,いささか手薄になってしまった面は否めず,十分な成果が得られたとは言い難い状況である.とはいえ,本研究課題は4年間という期間をトータルして行うものであるので,多少の順序の変更はあっても良いものと考えている.
未刊行書簡・遺稿の解読によるフレーベル幼稚園の成立過程の研究

Fr.フレーベルが1840年6月28日、グーテンベルク印刷術発明四百年祭の日を特に選んで、その生きた記念碑として、バード・ブランケンブルクに「ドイツキンダーガルテン」を創設しよとするが、本研究は、バード・ブランケンブルク、フレーベルアルヒーフ[BLM]の資料を中心に解読し、その遺稿の考察を通じて、創設に至る過程およびその実態(本質)を解明した。解読した資料は、(1)フレーベルの直筆書簡;Frobel an Friederike Schmidt in Gera V5.6.1840(Blan kenburg)IB8゚3_s、オリジナル、広島大学教育学部所蔵、(2)J・プリューファー(Prufer)の論文において利用されている未刊行の資料である。更に目下解読中の資料として、ドイツ・ドウィスブルク大学付設「フレーベルアルヒーフ」から入手した、オリジナル資料がある。特に、BLMのMappeXの5点の資料は重要である。以上の諸資料の解読から結論されることは、フレーベルの幼稚園の成立に関しては、1840年6月28日は、子どもの保育という思想の種蒔きの日であり、その事業の財団設立の日で、具体的には、資金調達のために株(Aktie)を発行した、株式事業の公示の日であった。従って、「キンダーガルテン」の名称も1840年12月、ルードルシュタットの遊戯施設以降のことであった。本研究は、フレ-ベル(F.W.Frobel,1782ー1852)が1840年6月28日、全ドイツでグ-テンベルク印刷術発明四百年祭が催される日を特に選んで、その生ける記念碑として、バ-ド・ブランケンブルクに「一般ドイツ幼稚園」を創設しようとするに至る過程及びその実態(本質)を,未刊行資料の収集、解読によって解明するものである。全体的にフレ-ベルの刊行された資料は極めて部分的なもので、幼稚園の成立過程に関する文献も限定されたものであった。今回収集する文献、資料は、バ-ド・ブランケンブルク、フレ-ベル・アルヒ-フ[BLM]を中心に、ベルリンプロイセン文化財団、国立図書館手稿[KN]の関係文書を、ドイツ・ドウィスブルク大学付設の「フレ-ベルアルヒ-フ」の協力を得ておこない、解明するものである。
医用ポリマー表面の分子化学的制御による特異な細胞応答性の発現機構の解明

リン脂質極性基を有するポリマー(MPCポリマー)被覆表面のMPCユニットの量を変えることにより浮遊性の細胞に限らず接着依存性細胞においても細胞の接着を制御できることがわかった。吸水平衡に達したPMB30表面では生理活性たんぱく質の吸着が抑制され、細胞表面のレセプターが異物としてMPC表面を認識しないためと考えられる。PMB30表面上に接着できず浮遊している細胞は、休眠しているような状態にあると考えられ、適当な基質に播種しなおすと正常に接着・増殖することを確認した。材料表面に接着した細胞の機能を遺伝子発現から解析する手法を生体適合性評価に適用した結果、PMB30では細胞に与える刺激の目安となるサイトカインの産生が起こらないことがわかった。これは細胞側のレセプターがMPC表面を異物として認識しないためと解釈できる。この細胞の機能を遺伝子発現から解析する新しい評価法は細胞の接着性、増殖率、形態変化から材料の生体適合性を評価する手法に代わる画期的な評価法であるばかりでなく、有用物質産生の指標を遺伝子発現のレヘルで解析することに結びつく重要な成果といえる。イオンビーム照射法により材料表面に存在するMPCユニットの分布を制御し、局所的に細胞応答性の異なる材料を作成し繊維芽細胞の培養を行った。PMCユニットが多くイオンビーム照射を受けない領域では細胞の接着・伸展は認められなかった。イオン照射により表面のMPCユニットが失われた結果、生理活性たんぱく質の吸着がおこり、それを介して細胞の接着が起こるためと解釈され、細胞はリガンドに沿って接着、増殖することがわかった。以上のように、MPCポリマーをベースとして細胞応答性の異なる材料を作成し、生体適合性発現のメカニズムの解明を行ってきた。その結果、細胞機能を遺伝子発現の解明の手法を利用した新しい材料評価法の開発、細胞接着を制御できる材料の開発などに結びつく成果が得られ、さらに優れた機能を有する新たな医用材料の創成、組織培養基材や培養法の開発の基盤となる情報が得られた。リン脂質極性基を有するポリマー(MPCポリマー)は極めて優れた生体適合性材料としての性質が明らかとなりつつある。この材料はタンパク質や血液細胞との相互作用が弱いため、これまで得られている生体適合性材料に比べ特異な性質を有している。研究分担者の中林は、このMPCを有するポリマーを中心として分子設計的手法を用い新規な生体適合性を有するポリマーを創案した。石原はこのMPCと疎水性のモノマーを組み合わせてさらに優れた高機能性高分子の合成法を確立した。岩崎はMPCをプラズマ重合法により基材表面にその分布に差を持たせてグラフト化し、傾斜細胞応答性表面を作成した。また、X線光電子分光計(XPS、現有)や動的接触角測定により基本特性の解析と、タンパク質との相互作用について円偏光二色性分光器(現有)で分析した。一方、鈴木は、この材料をネオンイオン注入法によりパターン化を行い、XPSにて表面物性の解析を行った。研究代表者の渡辺は傾斜細胞応答性表面及びイオン注入法でMPC表面をパターン化させた上でヒトの線維芽細胞、上皮性細胞の培養を行い、細胞応答性を走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡(いずれも現有)により観察したところ、MPC表面以外の部分に細胞が粘着し増殖する傾向があることがわかった。そこで、細胞の機能(物質産生能)や細胞膜表面の状態と細胞の動的応答性について解析し、タンパク質の吸着状態、さらには細胞機能との関連より詳細な考察を行った。

リン脂質極性基を有するポリマー(MPCポリマー)はタンパク質や血液細胞成分との相互作用が弱いため、これまで得られている生体適合性材料に比べ特異な性質を有しており、且つ極めて優れた生体適合性材料であることを明らかにしてきた。研究代表者の渡辺はイオン注入法によりパターン化を施したこれらの材料表面上で、ヒトの繊維芽細胞、上皮性細胞の培養を行い細胞応答性の検討を行った。走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、走査プローブ顕微鏡(いずれも現有)により観察したところ、MPC表面以外の部分に細胞が粘着・増殖する事がわかった。また、細胞が培養基材上のイオン注入パターンに沿って粘着・増殖する事を明らかにした。岩崎はMPCをプラズマ重合法により基材表面にその分布を持たせてグラフト化し、傾斜細胞応答性表面を作成した。鈴木はネオンイオン照射法により更に複雑なパターン化を行いX線光電子分光計(XPS)により表面の物性の解析を行った。作成した傾斜細胞応答性材料は、いずれも動的接触角,XPSにより基本特性の分析を行い、細胞の機能や細胞膜表面の状態と細胞の動的応答性、タンパク質の吸着状態、細胞機能との関連について検討した。これらの情報を基に研究分担者の中林及び石原は、このMPCポリマーに新しく高機能性の官能基を導入し更に優れた生体適合性を有するポリマーを合成した。リン脂質極性基を有するポリマー(MPCポリマー)被覆表面のMPCユニットの量を変えることにより浮遊性の細胞に限らず接着依存性細胞においても細胞の接着を制御できることかわかった。吸水平衡に達したPMB30表面では生理活性たんぱく質の吸着が抑制され、細胞表面のレセプターが異物としてMPC表面を認識しないためと考えられる。PMB30上で接着できず浮遊している細胞は、休眠しているような状態にあると考えられ、適当な基質に播種しなおすと正常に接着・増殖することを確認した。材料表面に接着した細胞の機能を遺伝子発規から解析する手法を生体適合性評価に適用した結果、PMB30では細胞に与える刺激の目安となるサイトカインの産生が起こらないことがわかった。これは細胞側のレセプターがMPC表面を異物として認識しないためと解釈できる。この細胞の機能を追伝子発現から解析する新しい評価法は細胞の接着性、増殖率、形態変化から材料の生体適合性を評価する手法に代わる画期的な評価法であるばかりでなく、有用物質産生の指標を遺伝子発現のレベルで解析することに結びつく重要な成果といえる。イオンビーム照射法により材料表面に存在するMPCユニットの分布を制御し、局所的に細胞応答性の異なる材料を作成し繊維芽細胞の培養を行った。PMCユニットが多くイオンビーム照射を受けない領域では細胞の接着・伸展は認められなかった。イオン照射により表面のMPCユニットが失われた結果、生理活性たんぱく質の吸着がおこり、それを介して細胞の接着が起こるためと解釈される。以上のように、MPCポリマーをベースとして細胞応答性の異なる材料を作成し、生体適合性発現のメカニズムの解明を行なった。その結果、さらに優れた機能を有する新たな医用材料の創成、組織培養基材や培養法の開発の基盤となる情報が得られた。