hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複製と共役したDNA修復機構の構造生物学的研究

本研究では,DNAグリコシラーゼが細胞内で働く姿である機能型修復複合体をX線結晶構造解析により決定し,複製と共役したDNA修復機構を構造学的に解明することを目的に実験を行った.DNAグリコシラーゼの大量調製系を確立し,結晶化スクリーニングを行ってDNAグリコシラーゼ-DNAの複合体結晶を得た.得られた結晶のX線回折強度データを収集し,DNAグリコシラーゼ-DNA複合体の結晶構造を決定した.さらに,結晶構造から明らかになった活性に重要なアミノ酸残基の変異体のグリコシラーゼ活性を測定し,DNAグリコシラーゼによるDNA修復機構を明らかにした.本研究対象のDNA酸化損傷の修復に関わるDNAグリコシラーゼは,DNA複製の主要因子PCNAとの相互作用を介して,複製と共役したDNA修復を行う.本研究では,DNAグリコシラーゼが細胞内で実際に働く姿である機能型修復複合体をX線結晶構造解析により決定し,複製と共役したDNA修復過程において,DNAグリコシラーゼがどのようにして損傷部位へリクルートされ,正しく塩基除去修復を行うのかという動作機序を構造学的に解明する.本年度は,2次構造予測を基に作成したDNAグリコシラーゼの発現コンストラクト,野生型および変異型PCNAを用いて精製・結晶化実験を行った.これまでDNAグリコシラーゼ単独では,結晶化実験に用いる上で安定性が問題となっていた.DNAグリコシラーゼ複合体を形成させる際,野生型・変異型PCNAおよび種々の長さ,損傷塩基を用いたDNAを検討することで,最終精製のゲルろ過において,複合体での精製を行うことができた.このサンプルを動的光散乱で解析したところ,単分散である結果を得た.現在,微量結晶化装置を用いて広範に結晶化条件の検討を行っている.生物の生命活動は,遺伝情報物質であるDNAの複製,転写,さらには修復により,高度に維持されている.DNAの複製・転写・修復は,互いに密接に共役しているため,これらの機構を包括的に理解することが必要不可欠である.本研究対象のDNA酸化損傷の修復に関わるDNAグリコシラーゼは,DNA複製の主要因子PCNAとの相互作用を介して,複製と共役したDNA修復を行う.本研究では,DNAグリコシラーゼが細胞内で実際に働く姿である機能型修復複合体をX線結晶構造解析により決定し,複製と共役したDNA修復過程において,DNAグリコシラーゼがどのようにして損傷部位へリクルートされ,正しく塩基除去修復を行うのかという動作機序を構造学的に解明する.これまでに作製した発現領域の異なるDNAグリコシラーゼおよびPCNAの大量精製を行った.これらを用いて,DNAグリコシラーゼの機能型複合体およびDNAグリコシラーゼとDNA複合体を調製した.結晶化スクリーニングは微量結晶化装置を用いて行い,DNAグリコシラーゼの機能型複合体については,幾つかの条件で微結晶を得た.現在これらの条件における結晶化の再現性の確認とさらなる結晶化条件の探索を行っている.また,DNA複合体についても幾つかの条件で結晶を得た.さらに,マイクロリットルスケールでの結晶化条件の精密化,結晶の大型化を行い,X線回折実験可能な大きさのDNA複合体結晶を得た.本研究対象のDNA損傷の修復に関わるDNAグリコシラーゼは,DNA複製の主要因子PCNAとの相互作用を介して,複製と共役したDNA修復を行う.本研究では,DNAグリコシラーゼが細胞内で実際に働く姿である機能型修復複合体をX線結晶構造解析により決定し,複製と共役したDNA修復機構を構造学的に解明する.昨年度までの研究成果として,DNAグリコシラーゼの大量発現,精製系を確立し,動的光散乱で単分散性を示すDNAグリコシラーゼーDNA複合体の大量調製を行った.さらに,結晶化スクリーニング,結晶化条件の精密化を行うことで,X線回折実験可能な大きさの結晶を得ることができた.本年度は,これらの結晶を用いて大型放射光施設SPring-8のBL44XUおよびPhoton FactoryのNW12AにおいてX線回折強度データの収集を行った.単波長異常分散法と分子置換法を合わせた手法により位相を決定し,DNAグリコシラーゼーDNA複合体の結晶構造の精密化を行った.得られた結晶構造からDNAグリコシラーゼによるDNA結合様式と損傷認識の構造学的知見を得た.さらに,結晶構造から明らかになった活性に重要なアミノ酸残基の変異体の調製を行い,グリコシラーゼ活性を測定して,野性型と変異型の活性の比較を行った.明らかにした結晶構造とグリコシラーゼ活性の結果をもとにDNAグリコシラーゼによるDNA修復機構を明らかにした.本研究では,DNAグリコシラーゼが細胞内で働く姿である機能型修復複合体をX線結晶構造解析により決定し,複製と共役したDNA修復機構を構造学的に解明することを目的に実験を行った.DNAグリコシラーゼの大量調製系を確立し,結晶化スクリーニングを行ってDNAグリコシラーゼ-DNAの複合体結晶を得た.得られた結晶のX線回折強度データを収集し,DNAグリコシラーゼ-DNA複合体の結晶構造を決定した.さらに,結晶構造から明らかになった活性に重要なアミノ酸残基の変異体のグリコシラーゼ活性を測定し,DNAグリコシラーゼによるDNA修復機構を明らかにした.機能型複合体,DNA複合体ともに結晶が得られ始めたので,おおむね順調に研究は進展している.医歯薬学機能型複合体については,DNAグリコシラーゼの発現領域,DNAの長さ・配列の検討も含めて実験を行う.DNA複合体については,X線回折実験を行い,構造解析を進める.これまで精製が困難であったDNAグリコシラーゼを結晶化に適した質で調製することに成功しており,おおむね順調に研究は進展している.

発現・精製プロトコールの改良に伴い,予定よりも試薬使用量を少し削減することができたため.現在扱っているような3元複合体では,それぞれのタンパク質の発現領域の検討,変異の導入に加え,DNAの配列や長さが結晶調製の鍵となる.これらの検討を行い,結晶化を進めていく.来年度行う結晶化実験を中心に使用する.今年度は,当初の計画よりも少ない検討項目でタンパク質複合体調製において,最適な条件を見いだすことができ,スムーズに研究を実施できた.来年度は結晶化実験が重点となり,試薬など費用がかかるため,そのための補充と考えている.来年度行う結晶化実験を中心に使用する.しかしながら,結晶を得るには精製条件の再検討が必要となることもあるため,柔軟に対応する.
環太平洋地域における通貨統合・金融協力の展望と日本の役割

通貨・金融統合に関する理論の代表的なものはマンデルによって開始された「最適通貨圈の理論(theory of opttmal currency area)」である。そこでは通告・金融統合の最適さのクライテリアとして、「ISショックの同期性」、「経済の開放度」、「要素(労働・資本)移動の容易さ」などがあげられている。本研究では、要素移動、特に労働移動の容易さに焦点をあて、アジア太平洋地域の労働市場統合の程度を重点的に研究した。アジア太平洋地城の労働市場統合の程度と進展を分析することにより、最適通貨圈の理論に照らして、今後の通貨・金融統合の進展の容易さを予測するためである。本研究では、このテーマに関連した論文を執筆するとともに、ワシントンにある世界銀行や米州開発銀行などの国際機関を訪間し、本テーマの専門家との討論を行った。得られた知見のうち主要なものは以下のとおりである。(1)労働市場統合の進展とともに、最適通貨圈のクライテリアのひとつが満たされる程度が増加しており、したがって、金融・通貨統合の進展が期待できるようになっている。(2)しかし、国際労働移動は、特に社会的側面を中心として、さまざまなマイナス要因をも包含するものでもあり、モノの移動やカネの移動ほど順調に増加するとは考え難い。したがって、アジア太平洋地域の労働市場統合をさらに進めるためにはさまざまな社会的条件整備が必要である。(3)地域経済統合は第3国に対しマイナスの経済効果を与えることが多く、したがって、経済統合推進の際には残された国々への十分な配慮が必要である。本研究の目的は、環太平洋地域における金融統合・通貨統合の妥当性の有無を検証することである。そのため(第1段階)文献サーベイおよびデータの検討(第2段階)内外の研究者・実務家との討議をしながらの予備的研究(第3段階)金融・通貨統合のパターンと効果の理論的・実証的分析(第4段階)研究成果のまとめという4つの段階に分けた研究スケジュールに基づいて実施する。平成16年度には、このうち第1段階を完成させ、第2段階の研究をかなり進展させた。具体的には、まず第1に文献サーベイおよびデータの検討を行った。つまり、本テーマに関するこれまでの研究を文献サーベイして基本的方向性を定め、続いて環太平洋諸国および域外国の経済データを収集・検討したのである。さらに、第2段階の研究として、平成17年2月から3月にかけ、米国ワシントン特別区を訪れ、世界銀行や米州開発銀行の専門家と意見交換を行うとともにさまざまな情報収集を行った。本年度は準備段階の研究であったが、それだけにとどまらず、"An Economic Analysis of Labor Market Integration in East Asia"という論文を公刊した。通貨統合・金融協力に関する理論として中心的なものである最適通貨圏の理論に照らせば、通貨統合・金融統合の前提条件の一つとして「域内労働市場の統合」が重要であることにかんがみ、アジア地域の労働市場の統合を理論的・実証的に分析したものである。申請書に書いたように、本研究の目的は、環太平洋地域における金融統合・通貨統合の妥当性の有無を検証することである。そのため(第1段階)文献サーベイおよびデータの検討(第2段階)内外の研究者・実務家との討議をしながらの予備的研究(第3段階)金融・通貨統合のパターンと効果の理論的・実証的分析(第4段階)研究成果のまとめという4つの段階に分けた研究スケジュールに基づいて実施している。平成17年度には、このうち第2段階を完成させ、第3段階の研究をかなり進展させた。具体的には、環太平洋諸国および域外国の経済データを収集・検討するとともに、平成17年10月に渡米し、エール大学、世界銀行、米州開発銀行を訪問した。エール大学では従来からの共同研究者である浜田宏一教授と環太平洋地域における経済統合についての理論的・実証的分析に関する意見交換をおこなった。

世界銀行では主として開発研究部のエコノミストと協議を行い、モノ・カネ・ヒトの国際移動は密接不可分なので、カネの移動についての協力(通貨統合・金融協力)を研究する際にはヒトの移動(外国人労働者問題、日系人出稼ぎ問題)の研究も重要であるということで意見が一致し、後者のテーマに関して協力していくことで意見が一致した。本年度の研究による成果として以下のようなことが明らかになった。環太平洋地域の労働市場統合に関する理論的・実証的分析を行い、ヒトの移動よりもモノ・カネの移動のほうが労働輸入国・労働輸出国双方にとって有利である。地域経済統合は第3国に対しマイナスの経済効果を与えることが多く、したがって、経済統合推進の際には残された国々への十分な配慮が必要である。通貨・金融統合に関する理論の代表的なものはマンデルによって開始された「最適通貨圏の理論(theory of optimal currency area)」である。そこでは通貨・金融統合の最適さのクライテリアとして、「ISショックの同期性」、「経済の開放度」、「要素(労働・資本)移動の容易さ」などがあげられている。本研究では、要素移動、特に労働移動の容易さに焦点をあて、アジア太平洋地域の労働市場統合の程度を重点的に研究した。アジア太平洋地域の労働市場統合の程度と進展を分析することにより、最適通貨圏の理論に照らして、今後の通貨・金融統合の進展の容易さを予測するためである。平成18年度は、このテーマに関連した論文を執筆するとともに、11月にはワシントンにある世界銀行や米州開発銀行などの国際機関を訪問し、本テーマの専門家との討論を行った。平成18年度の研究業績は、後掲の諸論文が中心であり、得られた知見のうち主要なものは以下のとおりである。(1)欧州や米州に比較するとアジア太平洋地域の労働市場統合の程度は低いが、近年急速に統合の程度を強めつつある。(2)労働市場統合の進展とともに、最適通貨圏のクライテリアのひとつが満たされる程度が増加しており、したがって、金融・通貨統合の進展が期待できるようになって来ている。(3)しかし、国際労働移動は、特に社会的側面を中心として、さまざまなマイナス要因をも包含するものでもあり、モノの移動やカネの移動ほど順調に増加するとは考え難い。したがって、アジア太平洋地域の労働市場統合をさらに進めるためにはさまざまな社会的条件整備が必要である。
海難ゼロを目指す海のITSによる陸上からの操船支援システムの開発

港内は,船舶の輻輳度が高く,地形および気象・海象も複雑に変化する.この海域の運航には高度な操船技術が要求され,緊張感も高揚する.経験未熟、初めての海域を航行する航海士にとって,極度の緊張感を持ち,海難誘発の危険度が高くなる.解決策は,陸上でのインテリジェント交通システム(ITS)に対応の海のITSを構築し,操船支援を行うことである.本研究では,航海に必要な航海情報を陸上で再現し,陸上から遠隔操船支援が可能なシステムを構築した.もし,陸上から経験豊かな熟練者による操船支援が可能となれば,航海士の心的負荷は軽減され,海難減少に役立つ.今回は,システムの基礎部分を構築し、これらの実験的検証を行った。海上輸送では、海のITSは遅れており、輸送の安心・安全の確保は十分であるとは言えない。陸上は道路など線上の制御であるが、海上では、平面上になり、複雑さも増し、一人の運航者では、制御不能の状況もあり得る。この場合、例えば、船上で得る航海情報および景色などが、陸上のモニターなどに再現でき、航行船舶の船速、針路、機関性能、気象・海象の状況などの航海情報がわかれば、船長経験のある熟練者が、あたかも船上にいる感覚で、操船支援が可能になると、船上の運航者の緊張感、疲労度が緩和され、海難の危険度も減少する。特に、船舶の輻輳度が高く、海難の危険性が高い大阪湾や瀬戸内海の海上輸送の安心・安全性が確保され、海難ゼロを目指すことが可能になる。これにより、海洋汚染を誘発する危険物搭載貨物船の衝突や座礁による、有害物質等の海洋汚染も激減し、都市に隣接の沿岸域や湾内の閉鎖海域内の環境保全にも役立つ。この研究目的で以下の項目が出来た。(1)船舶搭載のレーダ、ECDIS、AISにより得られる他船情報を船内で効率よく収集する航海情報収集システムを構築した。通信により陸上に転送、再現、モニターなどに表示し、船上で見る状態を再現する航海情報通信システムである。陸上に、航海中に船橋から見る景色などの2(現況は2次元海図のみ)および3次元海図を作成し、そのまま再現した。(2)航行船舶の海難誘発の主原因は、運航に大きな影響を与える気象・海象(特に、潮流、海上風及び波浪)である。これらを高解像度で正確な数値計算で予報を行い、航行海域内の気象・海象のデータを航海情報としてモニターなどに効果的に表示できた。具体的には、大阪湾における気象・海象(特に、潮流、海上風及び波浪)の高解像度で正確な数値計算で予報を行う。実船を用いた各種の試験実験および構築したシステムの検証は、神戸大学大学院海事科学研究科附属練習船「深江丸」を使用した。深江丸で収集の各種データを通信で転送する陸上局は、海事科学研究科のある深江キャンパス内で最も高い建物の最上階にある。陸上局に設置のAISにより、大阪湾全域のAISデータをリアルタイムで収集し、航行船舶の動向を把握する管理体制のシステムを構築した。また、深江丸に搭載の航海データ記録装置であるVDR(Voyage Data Recorder)を利用し、航海中に必要な各種動的航海情報データを抽出、収集を行った。さらにこれらのデータの効率化を図り、一部のデータから船舶動静をリアルタイムに把握した。また、これらのデータを通信により、深江キャンパスの陸上局に転送し、個別に、モニターなどに利用可能な状況に再現表示した。これらを構築後、以下の項目を実施した。1.航海中の安全航海確保のため、航行船舶に関連する各種航海情報データの的確な収集・解析を船内で実施し、これらのデータを通信により、陸上に転送、受信し、モニターなどに、効果的に表現して、船舶の衝突などを回避できる監視体制をおこない、船舶衝突回避システムを構築した。2.さらに、陸上に船上で見る状態を再現し、陸上から瀬戸内海全域の航行船舶の動向を管理して、船舶の航海状況を陸上で監視できる船舶管理システムも構築した。特に手始めに大阪湾全域の、高度な陸上管制を行うシステムを構築した。これらのシステムにより大阪湾全域で海難ゼロを目指す安心・安全の輸送体系を確立することができる可能性を確認した。3.陸上局から、実船舶に乗船する当直航海士に、操舵号令を出し、操船の遠隔操作の実験を試み、システムの精度検証を積み重ねた。このように、実施段階の研究で、実船舶を用いた航行船舶の遠隔操作を行う実験を実施し、システムの性能評価、検証を行った。航海中の船舶において、航海に必要な基本的な航海情報として、針路、船首方位、船速、船位、気象海象の情報等がある。

また、船橋における航海士による見張り業務に相当のウエブカメラによる船首前方を撮影した。さらに、他船情報として船舶搭載のレーダ、ECDIS、AISにより得られる他船情報がある。これらの航海情報データを船内で効率よく収集する、航海情報収集システムを構築した。さらに、これらの航海情報を、通信により陸上に転送、再現する通信システムが出来た。陸上では、これらの航海情報を実験室内のPCモニターなどに有効表示し、陸上において、船上で見る状態を再現可能な航海情報通信システムが完成した。これらのシステムは、神戸大学海事科学研究科附属練習船「深江丸」と神戸大学深江キャンパス内の実験室を通信で接続した。構築したシステムの検証実験を行った。その結果、いろいろな問題点を抽出したが、システムが概ね良好であることを確認した。陸上に、航海中に船橋から見る景色などの2次元(現況は2次元海図のみ)および3次元海図を作成し、船上からの景色をそのまま再現するシステムを制作中である。具体的には、実船舶の過去の航海に基づいた航路を選定し、航海中に船橋から見える景色の2次元、3次元地形を制作し、再現する。できる限り実際に見えるリアリティのある状況を作成する。作成したシステムは、カーナビと同様の使用を検討している。このシステムには、航行船舶の海難誘発の主原因は、運航に大きな影響を与える気象・海象(特に、潮流、海上風及び波浪)であるので、これらを高解像度で正確な数値計算で予報を行い、航行海域内の気象・海象のデータを航海情報としてモニターなどに効果的に表示する。具体的には、瀬戸内海および大阪湾における気象・海象(特に、潮流、海上風及び波浪)の高解像度で正確な数値計算で予報を行い、システムに情報提供する。船舶数値流体力学(1)航海中の安全性確保のため、航行船舶に関連する各種航海情報データの的確な収集・解析を船内で実施するシステムをさらに強化する。これらの航海情報データを通信により、陸上に転送する効果的なシステムを充実させる。受信したデータを、陸上の実験室内のPCモニターなどに、有効に再現して、あたかも航海中の船橋で見る航海情報の確認、判断および指示が出来るようにする。これによる船舶の衝突などを回避できる監視体制を行う船舶衝突回避システムを構築する。さらに、陸上に船上で見る状態を再現し、陸上から瀬戸内海全域の航行船舶の動向を管理して、船舶の航海状況を陸上で監視できる船舶管理システムも構築する。特に手始めに大阪湾全域の、高度な陸上管制を行うシステムを構築する。これらのシステムにより大阪湾全域で海難ゼロを目指す安心・安全の輸送体系を確立する。(2)神戸大学深江キャンパスに設置の陸上局から、実船舶に乗船する当直航海士に、操舵号令を出し、操船の遠隔操作の実験をさらに試み、システムの精度検証を積み重ねる。このように、実船舶を用いた航行船舶の遠隔操作を繰り返し実施し、システムの性能評価、検証を続行する。当初の目的では、ウエブカメラを購入し、現有の1台に追加を検討していた。しかし、カメラの映像を船上から陸上に転送する通信面で問題があることが解った。カメラのリアルタイムの映像は容量が大きいので、別個に通信が必要で有り、その通信代の費用が発生する。また、通信状態の調整なども有り、今回は見送ったので、予算の一部が次年度に使用することとなった。平成27年度では、船上の航海情報だけでなく、機関に関する情報も収集し、陸上に通信して、管理を行うことを計画している。
細胞培養法を応用したハイブリッド型体内型人工食道の開発に関する実験的研究

ハイブリッド型人工食道開発のため、正常ヒト食道上皮を用いて以下の実験をおこなった。1.正常ヒト食道上皮細胞の初代培養法の検討ヒト食道上皮細胞の初代培養において、ディスパーゼとトリプシンを用いることにより確実で効率の良い培養法を確立した。本法を用いることにより、0.5cm^2の食堂粘膜より約1週間で30cm^2の面積のシャーレをconfluentにすることが可能となった。種々の条件で培養状態を検討した結果、無血清培地(KGM)は細胞の増殖に適すること、血清の添加は細胞の分化を誘導し増殖を阻害すること、プラスチックシャーレをコラーゲンコーティングした方が細胞接着が良好であることがわかった。2.正常ヒト食道上皮細胞のコラーゲンゲル培養法の検討1.で確立した方法を用いて、ヒト食道上皮細胞のコラーゲンゲル上での培養(付着コラーゲンゲル培養)に成功した。さらにコラーゲンゲルを浮遊させる(浮遊コラーゲンゲル培養)ことにより培養細胞は34層に重層化し、細胞は球形化しより生体に近い形態を示した。3.培養ヒト食道上皮細胞シートの作製とヌードマウス広背筋への移植実験2.浮遊コラーゲンゲル培養で作製された培養食道上皮細胞とコラーゲンゲルからなるシートを、ヌードマウス広背筋表面に移植した。移植した培養食道上皮細胞は生着し徐々に重層化の程度を増加させ、移植16日までにほぼ生体に近い状態に再構築された。また、コラーゲン層内へは結合織の進入と血管新生の増生が認められた。ハイブリッド型人工食道開発のため、表皮細胞培養を応用した以下の実験的研究をおこなった。1.良質な結合織管作製のための表材の検討(1)ステンレスメッシュ管、(2)シリコンコ-ティングステンレスメッシュ管、(3)ダクロン人工血管、(4)カ-ボングラファイト管、(5)グラスファイバ-メッシュ管をラット広背筋弁内に埋没して結合織管を作製した。(2)(5)において24週で炎症反応の少ない新生血管に富む結合織管を作成し得た。2.細胞播種による結合織管内腔の上皮化これまでの検討によりラット背部皮膚をKGM(Keratinocyte Growth Medium)を培地として培養すると約2週で2.53.0×10^6個/mlの培養表皮細胞浮遊液を作製し得る。これを1で作製した結合織管に注入播種し14週後に摘出して組織学的に検討したところ、表皮細胞の一部は結合織上に生養した。生着した表皮細胞は重層化の傾向を示し、結合織管内腔上皮化の可能性が期待できた。しかし本法では管腔内全面の均一な上皮化は困難であった。これは播種細胞数の不足、注入法の不備などが問題点として考えられた。このため以下の3,4の実験をおこなった。3.継代培養による細胞数増加の検討2.の細胞浮遊液より回収した表皮細胞をKGMで継代培養したが細胞の増殖は認められなかった。これは細胞浮遊液作製時の酵素処理による細胞の損傷が大きいためと思われた。4.培養表皮細胞シ-トの作製表皮細胞をKGMで培養し、培養表皮細胞がディッシュの80%まで増殖した時点で培地を10%FBS入りKGMに変更した。FBSにより表皮細胞は分化が促進され重層化し、約2週後にディスパ-ゼ処理するとシ-ト状となった表皮細胞が回収できた。組織学的に観察したところ数層に重層化した偏平な細胞が認められた。現在培養表皮細胞シ-トを結合織管内腔へ移植することを検討している。ハイブリット型人工食道開発のため、表皮細胞培養を応用した以下の実験的研究をおこなった。

1.細胞播種法による結合織管内腔の上皮化ラット背部皮下に直径1.0cm、長径2.0cmのシリコンでコ-ティングされたステンレスメッシュの管を埋没して作製した結合織管の内腔に、自家培養表皮細胞を注入播種することにより内腔の一部を上皮化し得た。しかし本法では生着する細胞は僅かで再現性に乏しかった。このため、以下の2、3、を検討した。2.培養細胞シ-トの作製培養細胞がシャ-レにsubconfluentとなった時点で、培地に20%FBSを添加した。表皮細胞は分化が促進されて重層化し、シ-ト状に回収できた。これを、1.で作製した結合織管内腔に基底層側が接するように移植し、内側よりDacron人工血管で固定した。移植約2週間後に結合織管を摘出して組織学的に検索したが、生着は認められなかった。3.培養細胞回収における酵素処理の検討1.の培養細胞回収過程において、トリプシン処理とディスパ-ゼ処理を比較検討した。トリプシン処理によるものでは培養細胞は細胞間の接着が切断されてバラバラに回収されるが、ディスパ-ゼ処理によるものでは細胞間の接着が保たれたまま集塊状に回収された。それぞれを結合織管内に注入播種して、上皮化の程度を比較検討した。トリプシン処理によるものでは15例中2例、ディスパ-ゼ処理によるものでは12例中5例で生着が認められ、またディスパ-ゼ処理によるものでは重層化の程度が良好であった。ハイブリッド型人工食道開発のため、正常ヒト食道上皮を用いて以下の実験をおこなった。1.正常ヒト食道上皮細胞の初代培養法の検討ヒト食道上皮細胞の初代培養において、ディスパーゼとトリプシンを用いることにより確実で効率の良い培養法を確立した。本法を用いることにより、0.5cm^2の食道粘膜より約1週間で30cm^2cmの面積のシャーレをconfluentにすることが可能となった。種々の条件で培養状態を検討した結果、無血清培地(KGM)は細胞の増殖に適すること、血清の添加は細胞の分化を誘導し増殖を阻害すること、プラスチックシャーレをコラーゲンコーティングした方が細胞接着が良好であることがわかった。2.正常ヒト食道上皮細胞のコラーゲンゲル培養法の検討1.で確立した方法を用いて、ヒト食道上皮細胞のコラーゲンゲル上での培養(付着コラーゲンゲル培養)に成功した。さらにコラーゲンゲルを浮遊させる(浮遊コラーゲンゲル培養)ことにより培養細胞は34層に重属化し、細胞は球形化しより生体に近い形態を示した。3.培養ヒト食道上皮細胞シートの作製とヌードマウス広背筋への移植実験2.の浮遊コラーゲンゲル培養で作製された培養食道上皮細胞とコラーゲンゲルからなるシートを、ヌードマウス広背筋表面に移植した。移植した培養食道上皮細胞は生着し徐々に重層化の程度を増加させ、移植16日までにほぼ生体に近い状態に再構築された。また、コラーゲン層内へは結合織の進入と血管新生の増生が認められた。
呼吸移動性腫瘍に対する呼吸停止下回転型強度変調照射法の開発と臨床応用への研究

最新の照射法である強度変調照射法(IMRT)は、腫瘍の形状に合わせた線量集中が可能で、腫瘍の制御率が向上し、種々の癌腫に対して有用な照射法となっている。しかし、呼吸移動性腫瘍ではIMRTの単純な適用は、不正確な照射となり、むしろ障害を増加させる。本研究の目的は、呼吸性移動性腫瘍にもIMRTを適用するために、IMRTの最新の方法である回転型強度変調照射法(VMAT)を呼吸停止下で照射する方法を開発し、臨床応用することにある。本研究にて、肺癌では気管支鏡にて経気管支的に、肝癌や膵癌ではCTにて経皮的に留置した商用の体内留置マーカ、あるいは血管塞栓に用いた塞栓コイルを呼吸停止の位置指標に用い、治療計画時におけるそれらの位置と一致させて呼吸停止させる独自の呼吸停止法を今回開発した。研究の施行に用いた放射線治療器機Elekta Synergyには画像誘導放射線治療(IGRT)機能としてX線透視機能があり、治療寝台上での透視により患者体内の留置マーカの確認が可能である。呼吸停止下で撮像された治療計画CT画像より留置マーカを含む呼吸停止の位置指標となる再構成画像を作成し、その画像内での呼吸停止位置マーカと患者の照射台上で透視されたマーカが透視画面上で一致した時に呼吸停止させ、照射を開始する。この際、毎回の照射は、患者の呼吸停止可能時間にあわせて分割して施行した。このIGRTを用いた呼吸停止法により、呼吸性移動腫瘍においても治療計画と位置誤差のない正確な呼吸停止下照射が可能となった。またIMRTとしてのVMATは呼吸停止に有利となる照射時間の短縮を認め、周囲リスク臓器を避けて腫瘍への線量集中により、今回対象とした肺癌、肝癌、膵癌などで通常では制御出来ない腫瘍において制御が得られた臨床例の存在を確認した。これら結果から、課題研究の目的はほぼ達成し、結果を国内外の主要学会にて発表した。研究課題である回転型強度変調照射法を用いて呼吸停止下にて放射線治療を施行した症例は研究初年度の平成24年から平成25年3月において原発性および転移性肺癌5例、縦隔リンパ節転移3例、原発性および転移性肝癌5例、肝内胆管癌2例、膵臓癌3例、上腹部(膵頭部)リンパ節転移1例の合計19例であった。研究課題としての呼吸停止下照射は、進展型肺癌および縦隔リンパ節転移例では横隔膜を、末梢性肺癌また上腹部腫瘍では腫瘍近傍に留置した金属マーカを呼吸停止の位置指標として施行した。今年度はこの体内金属マーカの留置法についても検討し、当院に設置されているCT透視装置を用いたCT透視ガイド下にて安全で確実な留置法を開発した。照射は、照射装置であるElekta Synergyに搭載されている画像誘導放射線治療機能の一つである透視機能を用いて、照射計画画像の横隔膜あるいは留置した体内金属マーカの位置に一致させて呼吸停止にて行った。この際の呼吸停止は、患者の呼吸停止可能時間にあわせて、毎回の照射を分節化して照射した。照射線量は、原発性肺癌の3例、肝転移の1例では定位照射として50Gy-66Gy/5fr-11frの照射を施行し、他は通常照射として50Gy-70Gy/25fr-30frの照射を施行した。

本年度の研究を通じて、強度変調照射の最新照射法である回転型強度変調照射法の肺癌や腹部腫瘍など呼吸性移動の大きい腫瘍に対しても有効に適用できること、またその施行のために画像誘導放射線治療を用いて、横隔膜や体内留置金属マーカを呼吸停止の位置指標として呼吸停止下にて照射することにより、呼吸性移動の大きい腫瘍であっても治療計画と誤差のない正確な位置での強度変調照射の施行が可能なことを確認した。また今回、呼吸性移動の大きい腫瘍に対する照射に体内留置金属マーカの利用の有効性も同時に確認した。研究課題の初年度である平成24年度における到達目標は、1回転型強度変調照射法の治療計画の確立、2治療計画された回転型強度変調照射の呼吸停止下での照射法の確立、3呼吸停止照射を正確に行うための最適な画像誘導放射線治療法の確立である。この目標達成のために、平成24年度は研究実績の概要でも述べたように、呼吸性移動の大きい原発性および転移性肺癌、また肝臓癌、膵癌などの上腹部腫瘍に対し回転型強度変調照射を開始し、平成25年3月までに19例に対し照射した。この照射例数は研究開始当初の予想を大きく上回り、これら症例を通じて肺癌や上腹部腫瘍に対して周囲正常組織を避け、腫瘍に集中的に照射する回転型強度変調照射計画の立案が可能であり、またこれら腫瘍に対しても回転型強度変調照射の適応が十分有用性があることが確認された。一方、呼吸性移動の大きいこれら腫瘍に対して正確に回転型強度変調照射を施行するため呼吸停止下での照射を今回検討した。今回の検討では、毎回の照射を患者の呼吸状態に合わせて呼吸停止可能時間に分節化して照射することにより照射の施行が可能であった。また、横隔膜あるいは体内に金属を留置し、その金属を呼吸停止の位置マーカとして利用することによって、毎回正確な位置で呼吸停止させ照射する事が可能であった。特に、呼吸停止照射に金属マーカの利用は正確な照射に極めて有用なことも今回確認した。今年度の研究の到達目標に1、2、3を挙げたが、上述の如くほぼ目標は達成され、また予想以上の照射例があり、当初の計画以上に研究が進展したと判定した。平成25年度の研究は基本的には平成24年度に行った研究の継続である。すなわち、1回転型強度変調照射法の更なる有効な治療計画の確立、2治療計画された回転型強度変調照射の呼吸停止下での更なる有効な照射法の確立、3呼吸停止照射を更に正確に行うための更なる最適な画像誘導放射線治療法の確立である。平成24年度の研究にて回転型強度変調照射の計画およびその呼吸停止下での画像誘導放射線治療の基本的施行方法は確立された。しかし各疾患の呼吸停止下照射を基盤とした時の最適照射線量、全回転照射か部分回転照射か、病変に対する最適なマージン設定などは今後の検討課題である。また、呼吸停止照射は、1回の照射を数回に分けて照射を行っているが、分節化はどこまで可能か、その場合の照射線量は計画通りの線量が確保されているかの検討、また呼吸停止の位置指標としての留置金属マーカの有用性の更なる検討なども今後の検討課題となる。一方、平成25年度以降は、本照射法が各疾患の局所制御率や生存率などの治療成績の向上に寄与しているかの検討が重要となる。研究を通じて得た結果は、国際学会含めて学会で発表し、また論文化して行く予定である。当初の研究予定では線量測定用ファントムを購入する予定であったが、もともと施設にあるファントムで代用できたため、その購入の必要がなくなり、平成24年度の研究費に未使用額が生じた。この未使用の研究費は、平成25年度の研究の進行において購入の必要が生じたファントムの購入に充当する。
NICUに入院した子どもをもつ母親への次子妊娠に関する情報提供冊子の開発と評価

本研究では、NICUに入院した子どもをもつ母親の身体的・心理的特徴を踏まえた、次子妊娠に関する看護支援を開発・評価することを目的とした。本研究で開発した看護支援を実施する群と、従来施設で実施されていた家族計画支援を行う群に分けた。質問紙調査およびインタビュー調査で評価を行った。本研究で開発した看護支援を受けた群は従来の支援群と比較して、決定の段階、医学的情報の入手、情報を活用した意思決定において、得点が上昇する傾向がみられた。本研究で開発した看護支援を行うことで、母親が次子妊娠について考え始めた際に出てきた気がかりを解決するために必要な情報を入手し、活用していく力が高まる可能性が示唆された。本研究目的は、NICUに入院した子どもをもつ母親の次子妊娠に関する情報提供冊子を開発し評価を得ることである。平成26年度は、NICUに入院した子どもをもつ母親の次子妊娠への支援の現状を明らかにするために、質問紙調査の準備および質問紙調査を実施した。質問紙調査の準備として、NICUに入院した子どもをもつ母親の次子妊娠に関する文献検討を実施した。その結果、先行研究では、子どもが発達予後に課題を抱える場合や、子どもが在宅での医療ケアを必要とする場合の母親の次子妊娠に関する体験が明らかにされていなかった。そこで、まずNICUに入院した子どもをもつ母親で、NICUに入院した子どもの発達予後に課題がある母親を対象に面接調査を実施した。面接調査から母親が次子妊娠を考える過程での体験を明らかにし、母親が必要としている支援を抽出した。面接調査の結果について投稿準備中である。面接調査で抽出された母親が次子妊娠を考える過程で必要としている支援をもとに、質問紙を作成した。質問紙調査の対象は、1全国の総合周産期医療センター100施設の医師(産科医師、新生児開始)、看護師(産科病棟看護師、新生児科病棟看護師、産科外来看護師、小児科外来看護師) 2NICU退院児への診療を行っていることがHP上で確認できた訪問診療所9施設の医師および看護師、3NICU退院児への訪問看護を行っていることがHP上で確認できた訪問看護ステーション13施設の看護師とした。調査内容は、母親が必要としている支援の実施状況や、実施する上での課題に関することとした。現在、質問用紙の回収中である。本研究の目的はNICUに入院した子どもをもつ母親の次子妊娠に関する情報提供冊子を開発し評価を得ることである。平成26年度末から平成27年度初めにかけて、NICUに入院した子どもをもつ両親への次子妊娠支援の現状を明らかにするために、総合周産期医療センターに勤務する医師・看護師および地域の診療所や訪問看護ステーションに勤務する医師・看護師を対象に、NICUに入院した子どもをもつ両親の次子妊娠に関する支援の現状に関する質問紙調査を実施した。平成27年度は質問紙調査で得られたデータ分析を行い、わが国で行われている次子妊娠支援の現状および課題を明らかにすることができた。結果は現在投稿中である。この質問紙調査の結果をふまえて、母親に情報提供する時期や情報提供する職種、冊子の枠組みや内容について検討した。また、冊子を作成するために、関連する学会や研究会に参加し、家族計画支援の現状や課題、NICUに入院した子どもをもつ両親の心理、妊娠合併症の最新の知見、出生前診断に関する情報などを得た。加えて、冊子の使用方法や評価方法の考案のために、意思決定支援に関する最新の知見、冊子を評価するためのツールに関する情報収集を行った。現在は、NICUに入院した子どもをもつ母親と家族への情報提供冊子および、評価ツールの作成中である。初年度に面接調査を追加したため、やや遅れている。平成27年度に医療者を対象に実施した、NICUに入院した子どもをもつ両親への次子妊娠支援の現状と課題に関する質問紙調査の結果をまとめ、日本新生児看護学会誌へ投稿した。この研究により、NICUに入院した子どもをもつ母親や家族の診療に従事する医療者が認識する次子妊娠の支援の現状や課題が明らかになった。わが国における次子妊娠支援に関する初めての調査であり意義のある知見と考える。平成26年度から実施した母親への面接調査および医療者への質問紙調査の結果をふまえ、NICUに入院した子どもをもつ母親が次子妊娠を決定する過程で必要とする支援や、支援を行う時期について検討をおこなった。母親が必要とする支援をもとに、看護支援の目的、目標、内容を定め、看護介入に用いる冊子を作成した。看護介入の効果を評価する方法として、先行研究や関連学会での発表を検討し、ヘルスリテラシーに着目し、評価のための尺度を選択した。また、質問紙の作成、インタビューガイドの作成を行った。研究対象施設として、NICUをもつ周産期母子医療センターに対して、研究概要の説明を行い、協力への同意が得られた3つの施設を研究対象施設とすることとした。平成29年度は、本研究で開発した看護支援の評価を行う。具体的には、NICUに入院した子どもをもつ産褥入院中の母親を対象とし、産褥入院中に従来行われている家族計画支援を受ける母親と、本研究で開発した支援を受ける母親とで、次子妊娠に関する意思決定のプロセスにどのような違いがあるかを明らかにすることを目的とする。情報提供の冊子を充実させるために、初年度に面接調査を追加したため、やや遅れている。本研究では、NICUに入院した子どもをもつ母親の身体的・心理的特徴を踏まえた、次子妊娠に関する看護支援を開発し、評価することを目的とした。

看護支援を開発するために、NICUに入院した子どもをもつ母親を対象に、次子妊娠の意思決定の過程に関する体験をインタビューで調査した。また、総合周産期医療センターに勤務する医療者や小児の診療所の医師、訪問看護師を対象に次子妊娠支援に関する現状調査を質問紙にて行った。調査結果をふまえて、本研究では、NICUに入院した子どもを持つ母親の次子妊娠に関する意思決定の準備性を高めることに焦点をあてた看護支援を開発した。また、看護支援を行うために、冊子を作製した。看護支援の評価は、NICUを有する3つの施設で、子どもがNICUに入院した母親を対象に産褥35日目に実施した。本研究で開発した看護支援を用いて家族計画支援を行う群と、従来施設で実施されていた家族計画支援を行う群に分けた。支援の実施前に質問紙調査を実施し、1ヶ月健診時に質問紙調査およびインタビュー調査を実施した。NICUに入院した子どもを持つ母親は、産褥1ヶ月時点において、先行研究と同様に次子妊娠に関する気がかりをもっていた。本研究で開発した看護支援を受けた群は従来の群と比較して、次子妊娠の決定の段階、医学的情報を入手することや、情報を活用した意思決定することにおいて、得点が上昇する傾向がみられた。本研究で開発した看護支援を行うことで、母親が次子妊娠について考え始めた際に出てきた気がかりを解決するために必要な情報を入手し、活用していく力が高まる可能性が示唆された。今後の課題として、対象者数を増やすこと支援を行う時期について検討することがあげられる。本研究では、NICUに入院した子どもをもつ母親の身体的・心理的特徴を踏まえた、次子妊娠に関する看護支援を開発・評価することを目的とした。本研究で開発した看護支援を実施する群と、従来施設で実施されていた家族計画支援を行う群に分けた。質問紙調査およびインタビュー調査で評価を行った。本研究で開発した看護支援を受けた群は従来の支援群と比較して、決定の段階、医学的情報の入手、情報を活用した意思決定において、得点が上昇する傾向がみられた。面接調査を追加したため、質問紙の作成がやや遅れたが、おおむね順調である。情報提供冊子および評価ツールを作成する。作成した冊子を母親に使用してもらい、評価ツールを用いて評価を得る。作成した情報提供のための冊子を用いて、実際にNICUに入院した子どもをもつ母親にむけた看護支援を行い、看護介入の効果を評価する。母性看護学質問紙調査の結果を分析し、情報提供冊子の内容や介入時期・場所について検討する。情報提供冊子を作成し、専門家(医師、看護師、体験者)の助言を得て修正を行う。作成した情報提供冊子を母親に使用してもらい、評価を得る。計画では平成27年度に冊子を作成する予定であったが、計画がやや遅れており、冊子の作成が途中である。そのため、冊子作成にかかる費用およびその際に雇用予定の研究補助者の人件費を使用しておらず、次年度使用額が生じている。
造血細胞における小Maf群転写因子の機能的貢献

血小板形成における小Maf群因子の機能を明らかにするために,以下の実験を行った.(1)小Maf群因子の下流で機能する血小板形成機構を担う分子の同定.巨核球からの胞体突起形成に異常が認められる小Maf群因子欠損マウスの巨核球と,野生型巨核球の間で発現に差がある遺伝子を明らかにするために,サブトラクション法を行った.その結果,アクチンや,チュブリンなどの細胞骨格に関係した遺伝子が,変異巨核球において減少していた.また,新規分子として,クローン#325を同定した.同因子は,未分化幹細胞や赤血球系細胞では発現が低いが,巨核球への分化に伴い発現が上昇することが明らかになった.(2)巨核球を利用した小Maf群因子の構造・機能連関の解析.小Maf群因子は,ヒト,マウス,トリ,カエル,フグに至る多くの脊椎動物におて存在しており,bZip構造以外にも,そのアミノ末端側領域,カルボキシル末端側領域が良く保存されている.そこで,MafGのカルボキシル末端側の欠失変異分子を作製し,その性質を,in vitro, in transfecto,そして,トランスジェニックマウスを用いたin vivoの実験系で解析した.これまでにin transfectoの結果として293T細胞に対する一過性遺伝子導入実験から,C末端欠失分子は,野生型分子に比べて,転写活性化をしやすい傾向があることが明らかになった.また,巨核球における過剰発現マウスでは,野生型分子も欠失分子も巨核球からの胞体突起形成を抑制したが,その抑制の程度は,欠失分子では軽度であることが示された.血小板形成における小Maf群因子の機能を明らかにするために,以下の実験を行った.(1)小Maf群因子の下流で機能する血小板形成機構を担う分子の同定.巨核球からの胞体突起形成に異常が認められる小Maf群因子欠損マウスの巨核球と,野生型巨核球の間で発現に差がある遺伝子を明らかにするために,サブトラクション法を行った.その結果,アクチンや,チュブリンなどの細胞骨格に関係した遺伝子が,変異巨核球において減少していた.また,新規分子として,クローン#325を同定した.同因子は,未分化幹細胞や赤血球系細胞では発現が低いが,巨核球への分化に伴い発現が上昇することが明らかになった.(2)巨核球を利用した小Maf群因子の構造・機能連関の解析.小Maf群因子は,ヒト,マウス,トリ,カエル,フグに至る多くの脊椎動物におて存在しており,bZip構造以外にも,そのアミノ末端側領域,カルボキシル末端側領域が良く保存されている.そこで,MafGのカルボキシル末端側の欠失変異分子を作製し,その性質を,in vitro, in transfecto,そして,トランスジェニックマウスを用いたin vivoの実験系で解析した.これまでにin transfectoの結果として293T細胞に対する一過性遺伝子導入実験から,C末端欠失分子は,野生型分子に比べて,転写活性化をしやすい傾向があることが明らかになった.また,巨核球における過剰発現マウスでは,野生型分子も欠失分子も巨核球からの胞体突起形成を抑制したが,その抑制の程度は,欠失分子では軽度であることが示された.本研究は,巨核球・赤血球系細胞における小Maf群因子の機能を明らかにすることを目的としている.本年度は以下の点を明らかにした.(1)mafG遺伝子の発現制御機構の解析mafG遺伝子の転写開始点を決定したところ,同遺伝子には,3つの異なる第1エクソンIa,Ib,Icが存在し,3つの独立したプロモーターにより制御されていることが明らかになった.これらは,組織や,細胞系列により貢献度が異なっており,特に,造血細胞ではIaとIcが主として使用されていた.これら3つのプロモーターを含む遺伝子上流約7kbpの領域をLacZ遺伝子上流に結合させたレポーター遺伝子を作製し,マウス受精卵に導入してトランスジェニックマウスを作製したところ,神経細胞,レンズ,肺,腎臓でつよいLacZ遺伝子の発現が認められたが,造血細胞おける発現は認められなかった.この7kbpの領域には,神経,レンズ,肺,腎臓でのmafG遺伝子の発現を制御する領域が含まれることが明らかになった.(2)巨核球におけるsmall Mafの標的遺伝子の同定胞体突起形成に関与する遺伝子を明らかにするために,胞体突起形成が起こらないmafG-/-::mafK+/-マウス由来の巨核球と野生型巨核球とに発現しているmRNAのサブトラクションを行った.その結果,細胞骨格に関係した遺伝したいくつか得られた.この他,新規の因子としてclone325を得た.clone325の発現を調べたところ,興味深いことに,赤血球系では少ないのに対して,巨核球系では非常に高い発現が認められた.血小板形成における小Maf群因子の機能を明らかにするために,以下の実験を行った.(1)小Maf群因子の下流で機能する血小板形成機構を担う分子の同定.巨核球からの胞体突起形成に異常が認められる小Maf群因子欠損マウスの巨核球と,野生型巨核球の間で発現に差がある遺伝子を明らかにするために,サブトラクション法を行った.

その結果,アクチンや,チュブリンなどの細胞骨格に関係した遺伝子が,変異巨核球において減少していた.また,新規分子として,クローン#325を同定した.同因子は,未分化幹細胞や赤血球系細胞では発現が低いが,巨核球への分化に伴い発現が上昇することが明らかになった.(2)巨核球を利用した小Maf群因子の構造・機能連関の解析.小Maf群因子は,ヒト,マウス,トリ,カエル,フグに至る多くの脊椎動物におて存在しており,bZip構造以外にも,そのアミノ末端側領域,カルボキシル末端側領域が良く保存されている.そこで,MafGのカルボキシル末端側の欠失変異分子を作製し,その性質を,in vitro, in transfecto,そして,トランスジェニックマウスを用いたin vivoの実験系で解析した.これまでにin tranfectoの結果として293T細胞に対する一過性遺伝子導入実験から,C末端欠失分子は,野生型分子に比べて,転写活性化をしやすい傾向があることが明らかになった.また,巨核球における過剰発現マウスでは,野生型分子も欠失分子も巨核球からの胞体突起形成を抑制したが,その抑制の程度は,欠失分子では軽度であることが示された.
セラミック細孔への金属電析とその材料の力学的・電気的特性

セラミックスの靭性と導電性の向上を主な目的として、多孔質セラミックス中へ金属イオンを放電電着させる金属電析法を検討した。この方法は(1)金属を溶融する必要がなく、操作が容易である、(2)セラミック多孔体の細孔構造が最終の金属/セラミックス系材料の組織を制御する、(3)通電量の制御により金属/セラミックスの傾斜化が可能という特徴を有する。本研究では、硝酸ニッケル/尿素/エチレングリコール/硫酸アンモニウム混合水溶液に110300mAの直流波、パルス波及び円錐波電流を通電し、気孔率38-63%の多孔質アルミナにニッケルを充填した。電析したニッケルの重量は電析時間の0.22-0.64乗に比例した。ニッケルの電析速度はパルス波、円錐波より直流波に対して高く、また高い気孔率のアルミナで高かった。電解浴の液温(25°-60°C)、硝酸ニッケルの濃度(0.05-0.5M)、電位勾配、アルミナ上に形成した電極の種類(金蒸着膜、金ペースト)はニッケルの電析速度に大きな影響を与えなかった。パルス波、円錐波の使用は、直流波を用いた多孔質アルミナ中で観察されたニッケルの樹枝状成長を抑制し、ニッケルが均一に充填された組織を与えた。アルミナ直方体の二面にニッケルを電析させた試料はアルゴン雰囲気中、1350°Cで相対密度93-94%に緻密化した。複合材料の98Nにおけるビッカース硬度は、ニッケルを含有する表面領域では17.5GPaで、それより内部では徐々に硬度は上昇し、アルミナ側では21.5GPaに達した。これはアルミナよりニッケルの硬度が低いことと表面からニッケル量が徐々に減少した傾斜材料になっているためである。複合材料はアルミナ単体より強度が高く、破壊に至るまでの変形量が大きい非線形破壊挙動を示し、セラミックスの靭性を向上できた。現在、この材料の破壊挙動の詳細な解析と導電性について実験を行っている。セラミックスの靱性強化及び導電性の付与、金属の強度・硬度及び耐食性の向上等を目的に、本研究ではセラミックス/金属系の組織を化学的に制御できる方法として多孔質セラミックスを利用した電析法を検討した。この方法は(1)セラミック多孔体の細孔構造がセラミックス/金属複合材料の組織を制御する、(2)室温の電析により材料を合成でき、金属の融点等が合成上の問題とならない、(3)通電量の制御によりセラミックス/金属の傾斜機能化が可能である、という大きな特徴を有する。本研究ではアルミナ/ニッケル系材料をモデルとして、実験的に上記(1)(3)を証明する。厚さ2-4mmのアルミナ多孔板の両面に金を蒸着して陰極、陽極とした試料について、硝酸ニッケル(0.05mol/l)/グリコール酸(0.4mol/l)/硫酸アンモニウム(0.4mol/l)/尿素(0.4mol/l)の混合塩水溶液中で1.0015.33時間、ニッケルをアルミナ細孔中に電析させた。実験は室温及び60°Cにおいて10V,110mA,0.01-100Hzのパルス波を用い、1周期での通電時間の割合を10%と50%で変化させた。上の系におけるNiの還元は2.75V以上において水の電解とともに進行することが明らかとなった。

アルミナ多孔体を通過しないNiイオンは金電極上で時間の一次に比例して還元され、この傾向は直流波、パルス波いずれも同じであった。しかし、直流波よりパルス波によるNi膜の方が緻密で均質な組織を有していた。Niの電析量に対するパルス波周波数の影響は小さかった。一方、アルミナ細孔中のNiイオンは直流波、パルス波いずれも電極上で時間のほぼ0.5乗に比例して還元された。すなわち、金属イオンの電極部への拡散過程が電析速度を支配しているといえる。また、電析効率(eta)は時間が長くなるとともに、あるいは通電量(Q)の増加とともに減少し、etaは1/√<Q>に比例することが実験的に明らかとなった。Niの電析量に及ぼす温度(25°C,60°C)及び電極間距離の効果は小さかった。セラミックスの靱性と導電性の向上を主を目的として、多孔質セラミックス中へ金属イオンを放電電着させる金属電析法を検討した。この方法による複合化は(1)金属を溶融する必要がなく、操作が容易である、(2)セラミックス多孔体の細孔構造が最終の金属/セラミックス系材料の組織を制御する、(3)通電量の制御により金属/セラミックスの傾斜化が可能という特徴を有する。本研究ではニッケル/アルミナ系をモデルとして実験的に上記(1)(3)を証明する。平成6年度は硝酸ニッケル/尿素/エチレングリコール/硫酸アンモニウム混合水溶液に0110mAの直流波及び円錐波電流を通電し、気孔率38-63%の多孔質アルミナにニッケルを充填した。電析したニッケルの重量は電析時間の0.22-0.64乗に比例した。ニッケルの電析速度は円錐波より直流波に対して高く、また高い気孔率のアルミナで高かった。円錐波の使用は、直流波を用いた多孔質アルミナ中で観察されたニッケルの樹枝状成長を抑制するように思われた。以上の結果を踏まえ、比表面積10m^2/g(等価球状粒子径150nm)のアルミナ粉体を6.5×4×40mm^3の直方体に300MPaで成形し、仮焼後200mAの直流波を2時間通電し試料の二面にニッケルを電析させた。この試料はアルゴン雰囲気中、1350°Cで相対密度93-94%に緻密化した。複合材料の98Nにおけるビッカース硬度は、表面から1.5mmのニッケルを含有する領域では17.5GPaで、それより内部では徐々に硬度は上昇し、2.5mmの内部では21.5GPaに達した。これはアルミナよりニッケルの硬度が低いことと表面からニッケル量が徐々に減少した傾斜材料になっているためである。複合材料はアルミナ単体より強度が高く、破壊に至るまでの変形量が大きい非線形破壊挙動を示し、セラミックスの靱性を向上できた。現在、この材料の破壊挙動の詳細な解析と導電性について実験を行っている。