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学習障害児の算数障害の最適支援プログラムに関する発達生理心理学的研究

そのため,認知能力の偏りと,算数障害のと関係について、検討を行うことが必要である。本年度においては,以下の点で検討を行った。(1)はじめに、学習障害児の算数障害の発達アセスメント課題(平成14年度作成)を30名の学習障害児に実施した。あわせて、読書能力検査課題を実施した。その結果,特に、文章問題の解決が困難な子どもの中に,読書能力が著しく劣る子どもがいることが明らかとなった。一方,読書能力が良好であっても,文章問題の解決が困難な子どもを明らかにすることができた。(2)読書能力が劣る子どもについて,文章問題の文章理解を中心とした援助課題を,3段階設定した。特に、対象児を状況理解の中心とした課題にすることによって,文章問題の解決が改善された。このことから,文章問題の援助課題を構成する上で,状況理解の援助を中心とした課題が有効になることが明らかとなり,平成16年度研究課題の基礎データとなる。(3)作業記憶の生理心理学的評価を行うために,NIRS法を用いて,脳血流量の測定を行なった。測定箇所は,下前頭回,中前頭回,上前頭回について検討した。作業記憶において言語情報を維持している時に特徴的な応答計かを観察できた。この応答特徴は,学習障害児の作業記憶の評価に有効であることが推測された。学習障害児は、リーディングスパンや種々の記憶課題から、ワーキングメモリ障害が報告され、ワーキングメモリの発達評価の必要が指摘されている。ワーキングメモリの機能が不全な場合には、算数の文章問題の理解が困難になるとともに、九九などの機械的記憶に障害が生じることが予想される。また繰り上がりの計算などの一時的記憶にも困難が生じる。平成14年度には、小学校2・3年生の算数課題について障害の評価と支援プログラムを開発し、学習障害児指導会に参加している子供に実施した。その結果、学習障害児におけるワーキングメモリの障害を、時間経過に沿って評価する方法を開発することが必要であることを指摘した。ヒトのワーキングメモリにかかわる脳機能研究は、PETやf MRIを用いて検討され、ワーキングメモリの評価が可能になってきた。近年、近赤外線分光法が開発され、子どもを対象とした脳機能計測が可能となった。NIRS法は、測定上の制約が少なく、優れた時間分解能を持ち、脳活動に伴う酸素代謝過程を測定できるという利点を持つ。そこで、平成15年度と平成16年度では、NIRS法を適用し、学習障害児の情報処理過程の特徴について、生理心理学的評価を行うこととした。平成15年度には、課題遂行時のワーキングメモリ評価を健常成人を対象として、NIRS法によって検討した。平成16年度は、平成15年度の課題を引き続き検討するとともに、情報聴取と行動調整に関する評価に関して検討を行うこととした。
カーボンネットワークの離散曲面論を用いた特性解釈と予測に基づく合成

どんなに複雑な現象であっても基本的な現象のエッセンスは必ず存在していることに着目し、数学を用いてそのエッセンスを抽出することで材料特性の理解を深く理解し、数学モデル化によって提案される全く新しい幾何学構造体の逆問題的革新的材料開発を目指した。まず、どのような数学の言葉を用いれば材料科学を表現できるかという観点で数学者との議論を重ね、平成30年度では「周期極小曲面を持つグラフェン」、「様々な化学元素をドープされたグラフェン」及び「グラフェンエッジ」の数学モデルの構築を試みた。数学で構築されるモデルは理想的な状態のみを扱うことから不完全で理想には程遠い実在する材料を再現可能なモデル構築はいくつかの点で困難であることが分かった。特に、数学モデルの系サイズと実在する材料の系サイズには大きなギャップが存在し、数学モデルの系サイズを現実の材料で再現することは技術的に難しい課題である。そこで、本年は数学モデルのエッセンスを現実の材料で部分的に再現することを目指した。まず一番取り掛かりやすいモデルとしてエッジ構造(グラフェンのアームチェア型)がある。エッジ構造は系サイズを数学モデルと一致をさせるのは比較的容易であり、数学的にも記述しやすいモデルである。構築した数学モデルから、エッジ構造は幾何学的に歪んでいる状態であり、エネルギー的に不安定であることが明らかとなった。そのエッジモデルに対して炭素以外の元素を組み込むことで幾何学的歪みの解消が予想された。元素を組み込むということは材料科学では化学ドープされるということを意味し、良い触媒サイトになるといわれている。実際に、エッジ構造を持つグラフェンのネットワークを構築したところ、数学モデルから予測されている通りにエッジ部に炭素ではない元素がドープされている状態であることが確認され、良い触媒になるという数学的予測を実験的に実証することができた。数学材料科学連携の手始めとしてグラフェンのエッジ構造が持つ幾何学的不安定性に着目した。グラフェンエッジ構造は安定なハチの巣構造をしているグラフェン格子に物理的な穴を空けていることからそのエッジ周辺は幾何学的に歪みが生じていると数学モデルから確認された。そこで、グラフェンエッジ構造に対して炭素とは異なる化学元素をドープすることで幾何学的歪みの緩和が起こるのではないかと数学モデルから解釈した。グラフェンエッジ構造に対して化学元素がドープされやすいかどうかを検証するために数学モデルを用いて構造安定性を調査したところ、エッジに近ければ近いほど化学元素を取り込みやすいという予測結果が得られた。また、グラフェン格子内部に取り込まれた化学元素は良い触媒特性を持つことが知られているので、幾何学的に不安定なグラフェンエッジ構造が化学元素を呼び込みエッジ自身が良い触媒サイトになると数学的に予測された。これらの数学的予測を検証するために、実際にグラフェン格子にナノサイズの穴を空けて物理的に空けてエッジ構造を意図的に増やしたグラフェンのネットワークを作製し、水の電気分解における水素発生反応に適応してグラフェンエッジ構造の触媒能力を調べた。得られた実験結果より、エッジ部はエッジではない平坦部より100倍程度のプロトン還元電流値が検出された。つまり、エッジ部ではそれ以外の部分と較べて水素発生の触媒能力が大幅に向上していることが明らかとなった。これにより、数学的に導き出された特性予測は実際の材料特性を正しく予測していると証明できた。これらの成果は、国際学術誌Advanced Science誌に掲載され、プレスリリース「グラフェン構造を数学的観点から設計し、その優位性を電気化学イメージングにより初めて実証」を行い、新聞報道もされた。本年は材料科学における特性を予測できるような数学モデルの構築を目指す。また、構築した数学モデルから電気伝導・触媒などの材料特性を予測し、実際に平成30年度に作製した数学モデルに耐えうる極小かつ対称性が整った周期極小曲面構造を持つ3次元多孔質グラフェンを用いて予測された材料特性が実際に発現するか実験的に確認する。これにより離散幾何解析による構造と材料特性の関連性を数学的に理解し、数学から導き出された特性と実在材料特性を比較することで互いの特性の類似点と相違点を洗い出し数学モデルの改善を試みる。さらに、計画班の数学者との議論を通じて数学が得意とする物事のエッセンスの抽出を材料科学へ適応し、数学と実験の連携を深化させながら数学者との数学モデルの構築にも参加する。平成31年度は、1周期極小構造を持つ多孔質グラフェンの数学モデルの構築2数学モデルから導き出された特性と実験的に得られた材料特性の相関についての検証について重点的に研究を行う予定である。1周期極小構造を持つ多孔質グラフェンの数学モデルの構築については、周期極小曲面を持つカーボンネットワークのモデルや周期極小曲面を持つカーボンネットワークに炭素とは異なる化学元素を格子に入れ込んだ(化学ドープ)モデルを単純なボールとバネによる単純なネットワークを構築する。ボールの大きさ、バネの本数、バネ定数の強さを変えることで炭素とは異なる化学元素に対応させることができ、そのモデルからどのような電気伝導・触媒などの材料特性を導き出す手法の開発を行う。2数学モデルから導き出された特性と実験的に得られた材料特性の相関についての検証については、現実の材料を単純化された数学のツールを用いて表現しきるのは困難だと予想されるので、1の数学的予測がどれだけ妥当なのかの検討を行う。また、その結果を数学モデルに還元して新たなモデルの構築へ繋げる予定である。

どんなに複雑な現象であっても基本的な現象のエッセンスは必ず存在していることに着目し、数学を用いてそのエッセンスを抽出することで材料特性の理解を深く理解し、数学モデル化によって提案される全く新しい幾何学構造体の逆問題的革新的材料開発を目指した。まず、どのような数学の言葉を用いれば材料科学を表現できるかという観点で数学者との議論を重ね、平成30年度では「周期極小曲面を持つグラフェン」、「様々な化学元素をドープされたグラフェン」及び「グラフェンエッジ」の数学モデルの構築を試みた。数学で構築されるモデルは理想的な状態のみを扱うことから不完全で理想には程遠い実在する材料を再現可能なモデル構築はいくつかの点で困難であることが分かった。特に、数学モデルの系サイズと実在する材料の系サイズには大きなギャップが存在し、数学モデルの系サイズを現実の材料で再現することは技術的に難しい課題である。そこで、本年は数学モデルのエッセンスを現実の材料で部分的に再現することを目指した。まず一番取り掛かりやすいモデルとしてエッジ構造(グラフェンのアームチェア型)がある。エッジ構造は系サイズを数学モデルと一致をさせるのは比較的容易であり、数学的にも記述しやすいモデルである。構築した数学モデルから、エッジ構造は幾何学的に歪んでいる状態であり、エネルギー的に不安定であることが明らかとなった。そのエッジモデルに対して炭素以外の元素を組み込むことで幾何学的歪みの解消が予想された。元素を組み込むということは材料科学では化学ドープされるということを意味し、良い触媒サイトになるといわれている。実際に、エッジ構造を持つグラフェンのネットワークを構築したところ、数学モデルから予測されている通りにエッジ部に炭素ではない元素がドープされている状態であることが確認され、良い触媒になるという数学的予測を実験的に実証することができた。数学材料科学連携の手始めとしてグラフェンのエッジ構造が持つ幾何学的不安定性に着目した。グラフェンエッジ構造は安定なハチの巣構造をしているグラフェン格子に物理的な穴を空けていることからそのエッジ周辺は幾何学的に歪みが生じていると数学モデルから確認された。そこで、グラフェンエッジ構造に対して炭素とは異なる化学元素をドープすることで幾何学的歪みの緩和が起こるのではないかと数学モデルから解釈した。グラフェンエッジ構造に対して化学元素がドープされやすいかどうかを検証するために数学モデルを用いて構造安定性を調査したところ、エッジに近ければ近いほど化学元素を取り込みやすいという予測結果が得られた。また、グラフェン格子内部に取り込まれた化学元素は良い触媒特性を持つことが知られているので、幾何学的に不安定なグラフェンエッジ構造が化学元素を呼び込みエッジ自身が良い触媒サイトになると数学的に予測された。これらの数学的予測を検証するために、実際にグラフェン格子にナノサイズの穴を空けて物理的に空けてエッジ構造を意図的に増やしたグラフェンのネットワークを作製し、水の電気分解における水素発生反応に適応してグラフェンエッジ構造の触媒能力を調べた。得られた実験結果より、エッジ部はエッジではない平坦部より100倍程度のプロトン還元電流値が検出された。
同種造血幹細胞移植後clonal hematopoiesisの解析

本研究では、造血幹細胞移植後長期生存患者におけるクローン造血の頻度と臨床的意義を調べる。一般に高齢者で高頻度に見つかるクローン造血は、明らかな血液疾患がないにも関わらず関連した遺伝子異常が指摘される状態で、血液腫瘍や虚血性心疾患の発症リスクとなる。移植による各種ストレスはクローン造血を惹起する可能性があるが、これまでほぼ調べられていない。我々は移植後長期生存患者から文書による同意を得て得られた検体を用いて次世代シーケンスを行い、クローン造血の頻度とその内容、臨床的特徴や晩期合併症との関連を探索するとともに、クローン造血の経時的変化も調べる。
炎症性メディエーターによる、クローディン-5の血管内皮細胞での発現変化の検討

ヒスタミンは炎症性メディエーターの1つであり、真皮血管の透過性を亢進させ、蕁麻疹や真皮血管炎の病態形成に寄与する。また、タイトジャンクションは血管内皮、単層上皮に存在し、細胞間の透過性を制御している。昨年度は、cDNAarrayにより、ヒスタミンのヒト1次培養真皮血管内皮細胞に対する影響を観察し、GDP/GTPaseのmRNAの発現が概して増強、細胞接着や細胞骨格関連分子のmRNAの発現は概して減弱していたことを示した。この結果は、ヒスタミンの血管透過性変化が、接着分子やリン酸化シグナルを介して生じている可能性を示唆した。さらに、血管内皮のタイトジャンクションにはクローディン-5が発現していることが知られているが、真皮血管内皮でもクローディン-5は内皮細胞間に豊富に発現していることを示した。しかし、毛細血管、小血管の一部にはクローデイン-5は発現していなかった。また、フリーズフラクチャー電子顕微鏡法により、ヒト1次培養真皮血管内皮細胞にはE-faceに内在性粒子が乗るタイトジャンクションが観察され、そこには、クローディン-5が局在する事を示した。今年度は、上記の結果を踏まえて、蛍光抗体法により、ヒスタミンが真皮血管内皮細胞のクローディン-5の発現に与える影響を観察した。10^<-5>Mヒスタミンを培地に添加したあと、およそ3時間後には、細胞間のクローディン-5分子の蛍光抗体法による染色は減弱して観察されたが。2時間以内ではほとんど変化を認めなかった。つまり、蕁麻疹反応は即時型反応であることを考えると、血管内皮透過性に対するクローディン-5の局在分子の量による制御機構は否定的であると思われた。ヒスタミンは炎症性メティエーターの1つであり、真皮血管の透過性を亢進させ、蕁麻疹や真皮血管炎の病態形成に寄与する。このヒスタミンによる血管内皮透過性亢進メカニズムを理解するために、以下の2点について検討した。(1)cDNAarrayを用いて、ヒスタミンによりどのようなmRNAの発現変化が血管内皮に生じるのかを検討した。ヒスタミンによるmRNAの発現変化を、ヒト1次培養真皮血管内皮細胞に対するcDNAarrayを用いて網羅的に観察したところ、GDP/GTPaseの発現が概して増強、細胞接着や細胞骨格関連分子のmRNAの発現は概して減弱した。(2)血管内皮のタイトジャンクションにはクローディンー5が発現していることが知られている。このクローディンー5に対するヒスタミンの影響を観察することを念頭におき、真皮血管内皮でのクローディンー5の発現を詳細に検討した。ヒト、マウス、ラット皮膚に対し、抗クローディンー5抗体を用いた蛍光抗体法を行ったところ、クローディンー5は真皮血管内皮細胞間に豊富に発現していた。しかし、PECAM-1、PAL-Eとの蛍光抗体二重染色により、毛細血管、小血管の一部にはクローディンー5は発現していないことが明らかとなった。また、フリーズフラクチャー電子顕微鏡法により、ヒト1次培養真皮血管内皮細胞にはE-faceに内在性粒子が乗るタイトジャンクションが観察された。さらに免疫レプリカ電子顕微鏡法で観察すると、そのタイトジャンクションにはクローディンー5が存在することが明らかとなった。
ネズミ糞線虫のラット体内移行を決定する化学物質と虫体アンフィッドの役割

平成12年度に引き続きIn vitroアッセイ系で幼虫の行動阻害が認められたHyaluronidase, ConA, Trypsin, Protease、Lipase, NaIO4を用いてIn vivoでの実験を行った。まず35S-methionineで幼虫をラベルし、上記薬物処理を行った虫体をラットに感染、10,15,20,25時間後にラットを殺処分、凍結、CMC包埋を行って、全身切片とした。その結果、幼虫の移動速度はコントロール群に比して有意差を認めなかった。In vitroの結果は全くin vivoでは効果無く、他の何らかの感知因子で行動していると思えた。次に従来の全身autoradiographyの実験からラット皮下に感染した幼虫はラットの脳に向かう前にラットの鼻部を目指して行動している事が推察された。よってラベル幼虫をラットの頭部皮下に投与してその動向を検討した。コントロールは下腹部皮下に投与した。投与後10,15,20時間後に全身オートラヂオグラフィ法を用いて検索した。その結果ラット頭部に感染させた群は鼻部に到達する時間が早かった。これは単に頭部から鼻部への距離が短いと言う理由からだけではなく感染させた幼虫すべてが鼻部に向かって進んでいた。一方コントロール群はラットの体前部に進むもの、内臓部に向かうもの、体後部に向かうものが有り方向性に乱れが見られた。しかし感染20時間後ではその差が消失した。この結果からネズミ糞線虫は本来ラットの鼻部を感知する.能力(アンテナ)が存在することが示唆された。よって非固有宿主のモルモットに同様に頭部と下腹部皮下に感染させ、感染15、20時間後の幼虫の動向を検索した。その結果幼虫は感染20時間目に一部鼻部先端に移行するももの鼻腔内、頭蓋内には侵入しなかった。この事は非固有宿主物質にIn vitroでは誘引されてもIn vivoでは誘引されない(幼虫が行動を起こさない)厳しい宿主特異性の存在が判明した。ネズミ糞線虫第3期幼虫はラットに経皮感染し、頭蓋内に侵入する。しかし本幼虫がどのようにして宿主を見出し、いかにして頭部を見出するのか全く分からない。幼虫頭部にはアンフイッド(感覚器)が一対存在する。幼虫はIn vitroでNaイオンに誘因される。さらにIn vitroで各種哺乳動物の血清に対してもchemotaxisを示す。血清の中のどの物質が幼虫を誘引するかを検索した。透析膜を用いて血清を分離した結果幼虫は蛋白質に誘引された。そこで透析血清をCentrico〓10Kdaで分離した結果幼虫はretentateには強く誘引され、filtrateにはほとんど引かれなかった。血清成分の中で大きな蛋白成分はアルブミン、グロブリンである。市販のラット血清アルブミン、牛血清アルブミン、卵白アルブミン、乳アルブミンを用い、幼虫のアッセイを行った。その結果ラットアルブミン、牛アルブミン、卵アルブミンに幼虫は誘引された。乳アルブミン、各種グロブリンは水に不溶のためアッセイ出来なかった。Peptidesについては透析後のpeptone,triptone,tryptoseに幼虫は誘引された。しかしglutathionには全く引かれなかった。さらに幼虫を各種酵素、レクチンで処理し、一時的にアンフイッドの機能を停止した幼虫をNaCl勾配のあるアガロース平板上に置き、Naイオンに対する化学走性阻止効果を見た。

その結果,Hyaluronidase,Tripsin,Protease,Con∧等に行動阻止現象が見られた。よってIn vivoの試験として35S-methioneでラベルした幼虫を前記のHyaluronidase,Tripsin、Con∧で処理を行って、ラットに投与した。感染15,20,25時間後に全身オートラヂオグラフィ法を用いてラット体内の幼虫移行動向を見た。その結果Hyaluronidase処理群はcontrol群に比べて、体内移行速度が早く感じられた。Con∧処理群(1.0mg/ml)は顕微鏡下ではかなりのダメージを認めたが、実際ラットに投与して見ると、その移動速度は早く、無処置群との間に差異を認めなかった。平成12年度に引き続きIn vitroアッセイ系で幼虫の行動阻害が認められたHyaluronidase, ConA, Trypsin, Protease, Lipase, NaIO_4を用いてIn vivoでの実験を行った。まず^<35>S methionineで幼虫をラベルし、上記薬物処理を行った虫体をラットに感染、10,15,20,25時間後にラットを殺処分、凍結、CMC包埋を行って、全身切片とした。その結果、幼虫の移動速度はコントロール群に比して有意差を認めなかった。In vivoにおいてナトリウムイオンに対し幼虫の行動阻害を引き起こす各種酵素、レクチン、化学物質等のは全くIn vivoでは効果が見られず、幼虫の宿主体内移行は他の何らかの感知因子により行動している事が推察された。次に従来の全身autoradiographyの実験からラット皮下に感染した幼虫はラットの脳に向かう前にラットの鼻部を目指して行動している事が推察された。よってラベル幼虫をラットの頭部皮下に投与してその動向を検討した。コントロールは下腹部皮下に投与した。投与後10,15,20時間後に全身オートラヂオグラフィ法を用いて検索した。その結果ラット頭部に感染させた群は鼻部に到達する時間が早かった。これは単に頭部から鼻部への距離が短いと言う理由からだけではなく感染させた幼虫すべてが鼻部に向かって進んでいた。一方コントロール群はラットの体前部に進むもの、内臓部に向かうもの、体後部に向かうものが認められ方向性に乱れが見られた。しかし感染20時間後ではコントロール群と比較して差を認めなかった。この結果からネズミ糞線虫は本来ラットの鼻部を感知する能力(アンテナ)が存在することが示唆された。よって非固有宿主のモルモットに同様に頭部に感染させ、感染15、20時間後の幼虫の動向を検索した。その結果幼虫は感染20時間目に一部鼻部先端に移行するものも見られたが、大部分の幼虫は鼻腔内、頭蓋内には侵入しなかった。この事は非固有宿主物質にIn vitroでは誘引されてもIn vivoでは誘引されない(幼虫が行動を起こさない)厳しい宿主特異性の存在が判明した。
非線形熱方程式の爆発問題と多様体の幾何構造

本研究では,無限次元力学系の理論や方程式の対称性に基づく漸近解析の手法により,爆発現象と界面運動に関連した非線形問題に取り組んだ.具体的には,以下の成果を得た.(1)半線形熱方程式の爆発点の位置を空間非一様性で制御するための詳細な条件を得た.(2)藤田型放物型方程式を複素化して得られる流体方程式の解の挙動を解明した.(3)曲率運動方程式の自由境界問題の解の挙動を「拡張交点数理論」を用いて完全分類し,解の凸性や漸近挙動の解析を行った.非線形熱方程式、特に幾何学的な平均曲率流方程式のさまざまな特異点を解析するための漸近的手法を研究した.昨年度に引き続き,Chang-Hong-Wu准教授(国立台南大学)Jong-Shenq Guo教授(淡江大学),俣野博教授(東京大学)らと曲線の移流項付き平均曲率流の自由境界値問題について研究した.本年度は解の挙動の完全な分類に成功した.さらにそれらのその漸近挙動の問題を解決した.具体的には解が一点に縮む場合、無限に界面が広がる場合の二つのケース以外に、それらの解の境目に進行波に収束する解があり、この3つのケースですべての解のふるまいが尽くされることを示した.昨年度は前者二つの解の漸近挙動をスケーリングの手法により解析し,各々ある種の自己相似解へ収束することを示していた.その議論をより一般のデータを含む場合に一般化し、しかも短くて簡単な新しい証明を与えた.これが可能だったのは,先に述べた分類定理を完成させたことによる.最後の進行波への収束を扱うとき,解の交点数に関する新しい議論を構築した.この交点数の理論は従来のものより自由境界値問題において大変扱いやすい新しい理論であり,本研究においては漸近挙動のみならず,解の凸性,分類定理の証明でも本質的な役割を果たしている.また時間がたつと解のグラフがある意味で凸な関数になることについて議論した.本年度の前半中には論文を完成させ投稿・受理・掲載を目指している.また本年度は爆発問題の爆発点の制御に関する論文と流体方程式に関する論文が国際的な学術誌に掲載された.移流項付き曲線短縮流方程式の自由境界値問題の解の漸近挙動と分類定理昨年の段階で俣野博教授(東京大学),Jong-Shenq Guo (淡江大学)教授,Chang Hong Wu准教授(国立台南大学)と移流項付き曲線短縮流方程式の自由境界値問題の解の漸近挙動と分類定理が完成し最終段階を迎えていたと思われていた.しかしながら、引用文献にある解存在定理の証明を詳細にチェックすると、解の連続依存性が証明できていないということが判明した.しかもその論文の証明法では連続依存性の証明が本質的に不可能であったので,存在定理に関して全く新しい別証明を与える必要性が生じた.この部分のギャップを埋めるのに半年くらいの時間を要したが,最終的に初頭的で自己完結的な証明を与えることが出来た.また昨年の段階では一点に収束する解の漸近凸性に関して、初期値が偶関数であることを仮定していたが,その仮定を除き一般の収縮解に対して漸近凸性を示すことに成功した.論文は60ページを超えており推敲作業がかなり難航しているが、本年度中には投稿、受理、掲載されることを念頭に作業を進めている.上の論文では大小関係で順序付けした1パラメーター族の初期値を考えると解が広がるケースと縮むケースが支配的であり,その中間に位置するただ一つの閾値解だけが進行波に収束することを証明している.だが液滴の運動など身の回りに見られるの実際の自然現象では解は時間大域で一様有界である。このような現象は面積保存を課した曲線短縮流の自由境界値問題によって考察されるべき問題だと思われる.現在この問題に関して計算を進めており,いくつかの結果を得ている.本研究では,無限次元力学系の理論や方程式の対称性に基づく漸近解析の手法により,爆発現象と界面運動に関連した非線形問題に取り組んだ.具体的には,以下の成果を得た.(1)半線形熱方程式の爆発点の位置を空間非一様性で制御するための詳細な条件を得た.(2)藤田型放物型方程式を複素化して得られる流体方程式の解の挙動を解明した.(3)曲率運動方程式の自由境界問題の解の挙動を「拡張交点数理論」を用いて完全分類し,解の凸性や漸近挙動の解析を行った.非線形熱方程式や流体現象における爆発問題や幾何学的な平均曲率流方程式のさまざまな特異点を解析するための漸近的手法を研究した.(1)藤田型方程式を複素化して得られる連立反応拡散系は流体力学で現れる粘性付きConstantin-Lax-Majda方程式の解を一部に含んでおり流体現象と深い関わりがある.この問題について時間大域的な解がどのような場合に存在し,その漸近挙動はどうなっているのかについての結果を得た.また常微分方程式の解は解は一つの成分しか爆発し得ないにも関わらず,線形の拡散項を付けると「ほとんどすべての爆発解」が同時爆発を引き起こすことを証明した(1次元).ところが「どこで爆発点するのか?」は未解決であり,爆発点の近傍の漸近挙動も現在計算中である.この問題については二宮広和教授(明治大学),柳田英二教授(東京工業大学),Jong Shenq Guo教授(淡江大学)らと共同研究を行なった.論文はTransactions of the American MathematicalSocietyに投稿して受理された.(2)東京大学の俣野博氏

台湾のChang-Hong-Wu氏(淡江大学)Jong Shenq Guo教授(淡江大学)らと曲線の移流項付き平均曲率流の自由境界値問題について研究している.解が一点に縮む場合と広がる場合とがあるが,それらについての初期値に対する判定条件を発見した.次に無限に界面が広がる場合の時間大域解の漸近挙動をスケーリングにより分類した.一方,界面が一点に収束する場合,適当なスケーリング極限を考えることで,ある種の自己相似解へ収束することを示した.この方程式は火事における火災前線の伝搬を記述するモデルとも解釈できる.界面が一点に収束するのは火事が広がらない状況,界面が広がるのは火事が広がる状況に対応する.平面内の曲線が曲率に依存して時間発展する曲率流方程式に対して,曲線の端点が時間と共に変化する自由境界問題を考えた.曲線の境界の接触角に関して条件が課された自由境界問題である.問題となるのは曲線とその端点に関する挙動の分類,漸近挙動の解析や漸近凸性などである.これに関しては最終年度はChang-Hong-Wu准教授(国立台南大学)Jong-Shenq Guo教授(淡江大学),俣野博教授(東京大学)らと論文を投稿した.またこの研究の続きとして進行波解への収束する場合の解の指数収束のオーダーを計算した.これは可香谷隆(北海道大学)氏との共同研究である.一方で面積保存型曲率流の自由境界問題の研究も開始し,進行波解に対する線形作用素のスペクトル解析までを完了させた.解析学本年度は爆発問題の爆発点の制御に関する論文と流体方程式に関する論文が学術誌に掲載された.前者の結果はユークリッド空間上でのものであるが,定義域が多様体上の場合はドリフト項が入った方程式を考察すれば良いまでが分かっている.一方,後者の流体方程式は藤田型の非線形放物型方程式の値域を複素化して得られる.これは値域を多様体上にもつ爆発問題に一般化できる.現段階では多様体上で解析するという従来の目的はまだ達成されていない.しかしながらこれらの結果はそれ自身で,国際的な学術誌に発表されて評価されており,今後の多様体上での解析学というプロジェクトにおいても重要なステップである.残り2年間の間にこの方面の研究成果を達成するよう努めていく次第である.昨年の段階で俣野博教授(東京大学),Jong-Shenq Guo (淡江大学)教授,Chang Hong Wu准教授(国立台南大学)と移流項付き曲線短縮流方程式の自由境界値問題の解の漸近挙動と分類定理が完成し最終段階を迎えていたと思われていた.しかしながら、引用文献にある解存在定理の証明を詳細にチェックすると、解の連続依存性が証明できていないということが判明した.しかもその論文の証明法では連続依存性の証明が本質的に不可能であったので,存在定理に関して全く新しい別証明を与える必要性が生じた.この部分のギャップを埋めるのにかなりの時間を要した.時間的には遅れていると言わざるを得ない.本研究では多様体や無限グラフ上の放物型方程式の解析学を展開するにあたって,ユークリッド空間の場合と本質的に異なる現象を探すのを目的としている.申請者は昨年その準備として微分幾何学やグラフ論,確率論などから多くの準備を要することに気がついたが,独力では効率よく体系だった知識を得ることができなかった.本年度からは北海道大学において利根川吉廣教授の下でその知識を集中的に習得できる環境を得た.
オリゴ糖の構造情報を利用した生物活性多糖のX線結晶構造解析

1.オリゴ糖の単結晶化本研究では、これまで困難とされてきた三糖以上の比較的高分子量のオリゴ糖について結晶化を試みた。その結果、アカルボ-ス(α-グルコシダーゼ阻害剤)合成の先駆物質であるマルトトリオース(三糖)誘導体2種類についてX線回折測定用の単結晶を得ることに成功した。この他にも、キチンの分解物である六糖N-アセチルキトヘキサオースや6位分岐(1→3)-β-グルカンの構成単位となる四糖についても結晶化を進めてきたが、実験室レベルで構造解析可能なほどの結晶を得るには至らなかった。しかし、一連の実験からこれまで糖の結晶化にはほとんど用いられたことのない溶媒蒸発法が結晶化に適しているなど、糖の最適結晶化条件に関する知見を得た。2.単結晶構造解析によるオリゴ糖の構造情報の収集2種のマルトトリオース誘導体をはじめ、二糖ではあるが、ソホロース誘導体(3種)、コ-ジビオース誘導体(2種)、ラミナリビオース誘導体(1種)の結晶構造解析を終了し、様々な結合様式を持つオリゴ糖について、それらの立体構造に関する情報を収集した。特にグリコシド結合部分のコンホメーション、糖残基に結合した置換基の配向については、分子力場計算も並行して行うことにより、糖残基一般についてこれらの部分の構造的特徴をとらえることができた。3.多糖の構造解析2で得た情報をもとに(1→3)-β-グルカンのアセチル化誘導体カードラントリアセテートのX線構造解析を行った。この解析は以前より進めていたものであるが、本研究で得た関連したオリゴ糖の構造情報を利用することによりはじめて構造を決定することができた。
周期的間欠流に発生する乱流構造の解明

血流の流れは心臓から拍出の開始による急激な立上りと弁の閉鎖による流れの停止、それにつづく周期の2/3に近い流れの静止期間を持つ周期的間欠流である。しかも、人やイヌ等の大型動物のに於いては大動脈内では乱流に遷移することが知られている。血流が乱流へと遷移すると流れ場の物理的性質が大きく変化し、血管壁に対する応力の増加、血液内とりわけ血球に対する応力の増大、血液中の様々な物質の輸送や混合が発生するため、溶血・血栓・粥状動脈硬化等との関連が考えられている。そこで我々は、大動脈内に発生する乱れの特長を明らかにするため、周期内に静止時間を持たせ、周期的な間欠流を直円管内に発生させ、静止時間の乱流遷移に及ぼす影響を、高次モーメントおよび瞬時スペクトルから算出される渦スケールを用いて把握することを試みた。正弦波的変動が連続する場合には、周期毎に乱流の発生がみられ、各種パラメータは遷移の直前に位相あたりで特徴的な変動をし、乱流遷移後は一様等方乱流に近似した性質を示すことがわかってきた。間欠流の場合には、その周期内の静止時間に依存して流れ場の性質が大きく変化する。周期にくらべて静止時間が短い場合には、周期的な流れとほぼ同様の性質を示し、静止時間が十分長い場合には乱流への遷移が観察されなかった。このことは、流れの乱流への遷移が周期的な現象である為に発生していることが証明された。また、周期の1/22倍程度の静止時間の場合には、乱流への遷移する位相が変動する状態である。こうしたレンジに血流中に見られる乱流も相当するためより詳細な研究が必要である。
VX2肝腫瘍モデルにおける炭酸ガス併用選択的動注化学療法の効果の検討

VX2肝腫瘍モデルにおける炭酸ガス併用選択的動注化学療法の効果の検討肝臓に腫瘍(VX2)を移植したウサギに対して、移植後3週に静脈麻酔下で肝動脈まで挿入したカテーテルより炭酸ガス飽和水を注入した。対象群には生理食塩水、化学療法群にはシスプラチン、混合群にはシスプラチン+炭酸ガス飽和水を注入した。結果としては炭酸ガス投与群、混合群では腫瘍増大効果の抑制がみられ、また炭酸ガス関連の2群ではアポトーシスの誘導が認められた。混合群では化学療法群よりも高い腫瘍増大効果とアポトーシス誘導を認めた。これにより炭酸ガスの抗腫瘍効果およびシスプラチン増感作用が示唆された。平成30年度は引き続き炭酸ガス飽和水の臨床応用に向けて実験の追加や修正を行い、至適な投与量、投与回数の検証を行った。また炭酸ガスによる低酸素改善が抗腫瘍効果に寄与していると考えられるため、PET-CTを用いた低酸素イメージングへの応用を検討した。具体的には大阪大学PET分子イメージングセンターと協力して動物実験を行った。またウサギに対するカテーテル動注療法の技術を応用し、新規放射線増感療法としてのナノ粒子動の応用研究も行った。VX2肝腫瘍モデルにおける炭酸ガス併用選択的動注化学療法の効果の検討以前の実験に基づき経血管的な注入に至適な実験動物としてウサギを用いた。肝臓に腫瘍(VX2)を移植後3週目のウサギに対して静脈麻酔下に、肝動脈まで挿入したカテーテルより炭酸ガス飽和水を注入した。その他、対象群には生理食塩水、化学療法群にはシスプラチン、混合群にはシスプラチン+炭酸ガス飽和水を注入した。これらの4群に対して薬剤注入より3日目、7日目に造影CTを用いて腫瘍体積の計測を行った。7日目には安楽死させた上で肝腫瘍を採取した。標本では組織切片を用い、TUNEL染色にてDNAフラグメンテーションアッセイを行い病理学的に評価した。また腫瘍からタンパク質を抽出してcleaved caspase-3, caspase-9の抗体を用いてWestern Blottingにて分子生物学的にアポトーシスを評価した。結果としては炭酸ガス投与群、混合群では腫瘍増大効果の抑制がみられ、またWestern Blottingにおいても炭酸ガス関連の2群ではアポトーシスの誘導が認められた。また混合群では化学療法群よりも高い腫瘍増大効果とアポトーシス誘導を認めた。実験データを取得し、英語論文を作成中。VX2肝腫瘍モデルにおける炭酸ガス併用選択的動注化学療法の効果の検討肝臓に腫瘍(VX2)を移植した日本白ウサギに対して、移植後3週に静脈麻酔下で肝動脈まで挿入したカテーテルより炭酸ガス飽和水を注入した。注入3日目、7日目に造影CTにて腫瘍体積を計測、7日目には安楽死させた上で肝腫瘍を採取した。またcleaved caspase-3, caspase-9の抗体を用いてWestern Blottingにて分子生物学的にアポトーシスを評価した。本年度では上記の実験に基づくデータを解析し、英語論文を作成しjournalへ投稿した。その過程においてreveiwerより検討項目の追加など推奨されたため、追加実験を行ってデータを蓄積した。これを基に論文を修正し、最終的にjournalへacceptされた。実験データに基づき英語論文を作成。Journalに投稿してacceptされた。炭酸ガス飽和水の臨床応用に向けて、最適な投与量、投与回数の検証に努める。また炭酸ガスによる低酸素改善が抗腫瘍効果に寄与していると考えられるため、PET-CTを用いた低酸素イメージングへの応用も検討する。炭酸ガス飽和水の臨床応用に向けて実験の追加や修正を行い、至適な投与量、投与回数の検証に努める。

また炭酸ガスによる低酸素改善が抗腫瘍効果に寄与していると考えられるため、PET-CTを用いた低酸素イメージングへの応用を検討している。具体的には大阪大学PET分子イメージングセンターと協力して動物実験を開始している。その他、ウサギに対するカテーテル動注療法の技術を応用し、新規放射線増感療法としてのナノ粒子動の応用研究も検討している。VX2担癌ウサギに対する炭酸ガス肝動注療法についての治療効果の評価は、論文作成できるに十分なデータを取得できたため、実験が予定より早く終了した。そのため実験にかかる経費が予定より少なく済んだ。追加実験を行ってデータを蓄積したが、最終的にInt J Oncol誌に論文がacceptされたため、予定より早く終了し、実験に関係する経費が少なく済んだ。今後は炭酸ガス飽和水の臨床応用に向けて実験の追加や修正を行い、至適な投与量、投与回数の検証に努める。また、ウサギに対するカテーテル動注療法の技術を応用し、新規放射線増感療法としてのナノ粒子動注の応用研究も検討している。炭酸ガス投与の実験を継続して、投与量・回数を変更していき、今後の臨床応用の検証に努める。
脊椎関節炎患者の臨床学的・免疫学的特徴解明

脊椎関節炎は,全身性の腱付着部炎と二次性関節滑膜炎を主徴とする全身性自己炎症性疾患である.疾患感受性遺伝子としてHLA B27が全世界的に知られているが,日本人では保有率が低く、脊椎関節炎有病率も<0.01%と考えられてきた.まず本研究では隠れ脊椎関節炎有病率と診断補助検査の同定を行った.当院消化器内科および皮膚科に通院中の炎症性腸疾患および尋常性乾癬患者を対象として,末梢関節痛と炎症性腰背部痛について独自アンケートを行った.脊椎関節炎と診断または疑われている患者を除外後,275名(炎症性腸疾患161名、乾癬114名)のアンケートを収集した.炎症性腰背部痛は106名(33.7%)で疑われ,うち50(47%)はASAS expert criteriaで定義された炎症性背部痛を3ヶ月以上自覚していた.5名はリウマチ・膠原病内科で体軸型脊椎関節炎の新規診断となり,炎症性腸疾患と乾癬患者を母集団とした場合、隠れ脊椎関節炎の有病率は1.8%、疑い例は18.0%程度の可能性が示された。体軸型脊椎関節炎と診断された患者とされていない患者の比較では,背部痛による夜間覚醒頻度が有意に高く(80% vs 14%, P<0.01),スクリーニングとして有用性が高いと考えられた.HLA検査を行った18名のうち、3名はHLA-B27要請でNY criteriaのgrade4で進行していたが、B27陰性例ではgrade1またgrade 2が13名(72%)を占めた.さらに検討の結果B61がnon-radiographic SpAで22.8%、HLA研究所公開データベース24.4%と比して、radiographic SpAで41.6%と有意に高く、日本人におけるを比較すると、B61が日本人におけるマーカーとなりうる可能性が示唆された.多科にまたがる疾患であり倫理委員会承認時間がかかったため開始が遅れたこと,および患者来院間隔などから、研究初期に想定よりも時間を要した.またASASによる診断基準では,日本では保険適応のないHLA-B27やMRI所見が含められていることから,患者同意やMRI予約等に時間がかかり,確定診断までに時間を要することも一因であった.これらは研究としても改善すべき点である反面,日本の実臨床において診断遅延の原因となっている可能性があるため,情報を詳細に収集する予定である.患者集積をさらに継続し,脊椎関節炎および脊椎関節炎疑い患者コホートから末梢血リンパ球サブセット解析や早期診断に有用なバイオマーカー探索も行う予定である.また,整形外科で機械的腰背部痛とされている患者の中にも脊椎関節炎が隠れている可能性が高いことから,アンケート対象を拡大することを検討中である.現在アンケート質問事項は,NY criteria,Berlin criteria,ASAS criteriaにおける炎症性腰背部痛の定義を網羅する形で構成されているが,これまでの検討の中で夜間覚醒する背部痛の特異度が高いことが想定されており,簡便かつ高感度高特異度の質問票作成を行う.脊椎関節炎は,持続性体軸関節炎および末梢関節炎に加え,乾癬,炎症性腸疾患,虹彩炎など全身性多臓器障害をきたす疾患である.日本人では疾患関連遺伝子であるHLA-B27保有率が低いことから0.01%未満とされてきたが,疾患認知の上昇と共に日本人における有病率が従来考えられていたよりも高い可能性が指摘されている.本研究ではまず,脊椎関節炎が当院消化器内科の通院中の炎症性腸疾患患者、乾癬患者の中から無作為抽出した294名に,腰背部痛および末梢関節痛についてアンケートを行った.原疾患内訳は炎症性腸疾患197名、乾癬97名.全294名中105名(35.7%)が腰背部痛、65名(22.1%)が末梢関節痛を自覚していた。腰背部痛患者のうち脊椎関節炎診断のスタンダートであるNY criteria,ASAS criteriaで定義された炎症性背部痛である3ヶ月以上持続し、45才未満で緩徐に発症を認めたものは38名(12.9%)であった。末梢関節痛患者のうち腱付着部に疼痛を有する患者および腫脹の自覚を伴う患者は42名(14.3%)であった.これら脊椎関節炎の疑い患者で,すでに診断あるいは疑われたのは体軸型31%、末梢性脊椎関節炎47%に留まっていた.未診断患者47名中12名がリウマチ専門医の診察を受け、4名が脊椎関節炎の新規診断となり,5名が強い疑いとして経過観察されている.本研究から,日本人においても10%程度の脊椎関節炎有病率の可能性があること,しかし半数以上が認知されていないこと,および簡単なアンケートのスクリーニングとしての有用性が確認された.多科にまたがる疾患であり倫理委員会承認時間がかかったため開始が遅れたこと,および患者来院間隔などから患者登録に想定よりも時間を要したことが研究遂行の遅延につながった.またASASによる診断基準では,日本では保険適応のないHLA-B27やMRI所見が含められていることから,患者同意やMRI予約等に時間がかかり,確定診断までに時間を要することも一因であった.これらは研究としても改善すべき点である反面,日本の実臨床において診断遅延の原因となっている可能性があるため,情報を詳細に収集する予定である.

脊椎関節炎は,全身性の腱付着部炎を特徴とする自己炎症性疾患で,体軸関節炎および末梢関節炎に加え,乾癬,炎症性腸疾患,虹彩炎など全身性多臓器障害をきたす.世界的にはHLA-B27が疾患感受性遺伝子であることが知られているが,日本人では保有率が低いことから脊椎関節炎有病率も0.01%未満とされてきた.近年,生物学的製剤によって有効かつ安全な治療が可能となったこと,およびMRIなど高感度画像検査によって診断が疾患に関する認知度が上昇し,日本人有病率も従来考えられていたよりも高い可能性が指摘されてきた.本研究では,当院消化器内科の通院中の炎症性腸疾患患者,皮膚科に通院中の乾癬患者を対象として炎症性腰背部痛および末梢関節痛の有無についてアンケートを行った.脊椎関節炎と診断または疑われている患者を除外後,255名(炎症性腸疾患161名、乾癬94名)のアンケートが収集された.うち86名(33.7%)が腰背部痛を自覚しており,そのうち41名がASASにおけるexpert criteriaで定義された炎症性背部痛が3ヶ月以上持続していた.そのうち少なくとも5名が身体所見およびMRIを含む画像検査から体軸型脊椎関節炎の新規診断となった.炎症性背部痛陽性患者86名で,体軸型脊椎関節炎と診断された患者はそうではない患者との比較で,背部痛による夜間覚醒頻度が有意に多く(60% vs 14%, P=0.03),スクリーニングとして有用性が高いと考えられた.また,末梢性関節炎について尋常性乾癬患者94名について検討すると,腱付着部炎および虹彩炎既往比率が有意に高く(13.6%および9.1% vs 0.0%, P = 0.01,0.05).また,これら患者においてHLA-B27陽性患者は一人もおらず,日本人におけるB27保有率の低さが再確認され,日本人では他のHLAを含めた遺伝学的特徴を検討する必要が考えられた.多科にまたがる疾患であり倫理委員会承認時間がかかったため開始が遅れたこと,および患者来院間隔などから患者登録に想定よりも時間を要したため,研究開始が遅延した.またASASによる診断基準では,日本では保険適応のないHLA-B27やMRI所見が含められていることから,患者同意やMRI予約等に時間がかかり,確定診断までに時間を要することも一因であった.これらは研究としても改善すべき点である反面,日本の実臨床において診断遅延の原因となっている可能性があるため,情報を詳細に収集する予定である.脊椎関節炎は,全身性の腱付着部炎と二次性関節滑膜炎を主徴とする全身性自己炎症性疾患である.疾患感受性遺伝子としてHLA B27が全世界的に知られているが,日本人では保有率が低く、脊椎関節炎有病率も<0.01%と考えられてきた.まず本研究では隠れ脊椎関節炎有病率と診断補助検査の同定を行った.当院消化器内科および皮膚科に通院中の炎症性腸疾患および尋常性乾癬患者を対象として,末梢関節痛と炎症性腰背部痛について独自アンケートを行った.脊椎関節炎と診断または疑われている患者を除外後,275名(炎症性腸疾患161名、乾癬114名)のアンケートを収集した.炎症性腰背部痛は106名(33.7%)で疑われ,うち50(47%)はASAS expert criteriaで定義された炎症性背部痛を3ヶ月以上自覚していた.5名はリウマチ・膠原病内科で体軸型脊椎関節炎の新規診断となり,炎症性腸疾患と乾癬患者を母集団とした場合、隠れ脊椎関節炎の有病率は1.8%、疑い例は18.0%程度の可能性が示された。体軸型脊椎関節炎と診断された患者とされていない患者の比較では,背部痛による夜間覚醒頻度が有意に高く(80% vs 14%, P<0.01),スクリーニングとして有用性が高いと考えられた.
トライボ化学反応を活用する高性能潤滑剤の研究

表面化学の立場から潤滑油添加剤の反応を制御し、より適切な潤滑特性を得るために表面形状の影響を検討した。鋼試験片表面に適当な粗さを与えることにより、摩擦係数が徐々に低下し、安定で低い値を示すことを見出した。表面分析の結果、表面の突起部で金属新生面が生成し、ここで添加剤が反応するとともに潤滑性の境界膜を形成したことを明らかにした。摩擦面における添加剤の反応を積極的に利用して潤滑効果を高めることを目的とした。具体的には、軸受鋼を用いて往復動摩擦試験を行った。耐摩耗剤であるリン系の添加剤と摩擦調整剤である硫黄系の添加剤が共存すると摩擦と摩耗の両方を低減する相乗効果を示すことを見いだした.このメカニズムを明らかにするために軸受鋼を試験片とするボールオン平面タイプの摩擦試験を行った.摩擦面に生成した境界膜をX線光電子分光法(XPS)と飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)でその化学構造を調べてトライボロジー特性の関係を比較した.リン系添加剤単独では良好な耐摩耗性を示すものの摩擦係数は高かった.硫黄系添加剤単独では摩擦係数を低減するが摩耗率は改善しなかった.両者を適切なモル比で混合するとよい相乗効果が発現した.さらに第一段階でリン系添加剤を,引き続いて硫黄系添加剤を鋼表面に反応させて調製した境界膜が低摩擦係数と優れた耐久性を示した.XPSとTOF-SIMS分析によって相乗効果を示す境界膜はリン系添加剤と硫黄系添加剤の両方から誘導されること,さらに最表面は硫黄系添加剤の反応性生物が主成分であることを見いだした.表面形状を制御した試験片を用いて両添加剤の反応性を比較したところ,凸部分には硫黄系添加剤が,凹部分にはリン系添加剤が反応することがわかった.すなわち,鋼表面を覆う酸化鉄とリン系添加剤が優先的に反応して耐摩耗性の被膜を,酸化物層がせん断で除去されて生じる新生面と硫黄系添加剤が反応して摩擦低減被膜を形成することがわかった.このように摩擦面の化学組成による添加剤の反応選択性を見いだした.この反応性をうまく組み合わせて摩擦のなじみ過程における境界膜構造の重要性が示唆され,平成18年度以降の発展課題とした.化学構造の異なる潤滑油添加剤を2種用いて、境界潤滑条件下で鋼材の潤滑試験を行った。今年度は、前年度の成果を受けて、潤滑特性に対する表面形状の影響について検討することを目的とした。潤滑条件は荷重10N、摩擦速度0.1m/sであり、摩擦係数と材料の摩耗挙動から潤滑性を評価した。トライボロジー特性に対する材料表面の形状依存性を検討した。添加剤Aでは、摩擦係数が表面形状に強く依存した。また、摩擦係数が経過時間とともに変化し、高い状態と低い状態に変化することが分かった。さらに、経時変化は、表面形状と密接に関連していることを見出した。この挙動は、本研究で扱った条件においていずれも再現性良く見出されたことから、摩擦面における添加剤のトライボ化学反応により生成される境界膜の影響であると推測した。表面形状の影響について、添加剤Bについても検討した結果、摩擦係数に対してその影響を認めることができなかった。また、摩擦係数の経時変化はなじみ過程程度であり、添加剤Aのような挙動を示すことはなかった。しかし、摩耗痕の形状およびサイズに対して表面形状の影響があることを確認した。これらの結果について、表面化学およびトライボ化学の立場から考察した。とくに、添加剤の化学構造および材料の表面化学から、添加剤の摩擦条件下での反応を推測し、表面反応に基づくトライボロジー挙動の機構を提案した。推測した機構を裏付けるために、マイクロX線光電子分光法および飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて摩擦面の構造を解析中である。解析については、19年度にも継続して行い、摩擦面での化学反応いわゆるトライボ化学反応過程を明らかにしたい。なお、本研究成果については、特許出願すべく準備中であり、その後学術的な公表をする予定である。前年度の成果を受けて、材料表面の形状とトライボロジー特性について詳細に検討した。潤滑油添加剤は、前年度に表面形状の影響を受けやすいことを見出した添加剤Aを主体に用い、表面形状と反応生成物およびトライボロジー特性との関係を検討した。ディスク表面の粗さに依存して表面反応生成物が増加し、電子線マイクロアナライザーによる分析で、これは硫黄化合物である事が分った。さらに、生成物をX線光電子分光法および飛行時間型二次イオン質量分析法により解析し、添加剤Aより生成した二硫化モリブデンであることを確認した。すなわち、表面形状により添加剤Aの反応が制御され、固体潤滑剤である二硫化モリブデンが低摩擦を実現したことを明らかにした。さらに、摩擦面におけるトライボ化学反応が表面形状に依存することも明らかになった。これは、表面形状の突起部において新生面が生成し、新生面と反応しやすい添加剤Aが選択的に反応することにより、潤滑性の二硫化モリブデンを生成したと考えられる。

現在、この反応および潤滑機構をもとにして、さらに潤滑効果を生む表面形状、摩擦材の材質および添加剤との最適化を図ることを目的に検討を続けている。これまでの成果は、学会において口頭で発表するとともに、特許出願し、論文として投稿する準備を進めている。摩擦・摩耗を制御すうめに、添加剤の表面反応を制御することを目的とした。特に、表面形状を積極的に利用して、表面形状により摩擦面におけるトライボ化学反応を積極的に制御することに成功した。潤滑油添加剤としては、摩擦調整剤であるMoDTCおよび耐摩耗剤であるZnDDPを複合して用いた。MoDTCを用いることにより、なじみ期間ののち摩擦係数は安定した低い値を示した。XPSおよびTOF-SIMSによる表面分析の結果、MoDTCは突起部で反応しMoS_2を形成し、ZnDTPは谷部でZn_3(PO4)_2を形成して潤滑特性を制御することが明らかとなった。すなわち、突起部の厳しい条件では金属材料表面の酸化物皮膜が除去され、金属新生面が露出することにより、MoDTCが反応しやすくなったと説明できる。一方、ZnDDPは金属酸化物が多い、表面粗さの谷の部分に多く生成した。このように境界潤滑膜が形成されることにより、なじみ期間、定常期における安定な低摩擦係数が実現できることを明らかにした。研磨により金属材料の表面形状を制御することにより、添加剤のトライボ化学反応が促進され、その結果としてトライボロジー特性を制御できることを明らかにした。低摩擦係数を得るためには、最適の表面粗さがあることを見出した。金属材料の表面形状をフェムト秒レーザにより調製し、周期400800nm程度の周期的構造に対して本法を適用した結果、研磨法で調製した表面と同様の効果を得ることができた。すなわち、極微細な表面形状を構築することにより、添加剤のトライボ化学反応により生成する境界膜でトライボロジー特性を制御できることが明らかとなった。