hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エックス線位相差断層像を用いた生体機能評価法の確立

1)眼瞼被覆近視モデル・糖尿病性白内障モデル等による水晶体評価:近視は眼軸長が正常よりも短く、網膜状に結像しない病態であるが、一方で正常眼軸長の症例も報告されている。このような症例では水晶体の屈折異常の可能性もあるが、評価方法が無いため、全く検討されてこなかった。また、糖尿病の合併症として白内障はよく知られているが、電解質異常を来した症例では水晶体変性による急激な近視化を認めることがある。本研究ではストレプトゾシン投与による糖尿病性白内障モデルを作成し、水晶体内タンパク濃度分布を評価して病態生理解明の一助としたいと考えている。これまでに水晶体非破壊検査による検討はなされていないため、病態モデルにおける水晶体体内タンパク濃度分布の可視化はこれまでに無い新しい情報を提供できる可能性があると考えている。更に、水晶体成長過程におけるCa2+制御の重要性を解明するために水晶体線維細胞に発現するNa+/Ca2+交換体の遺伝子操作マウスについて検討する。2)機械的負荷への心臓の機能適応評価:過大なメカニカルストレスが掛かると心筋細胞は肥大して増大した仕事量に対応すると共に、心室の形態を変化させて心臓機械特性を制御して応答する。近年心筋量を増大させる分子メカニズムが明らかにされてきたが、圧力負荷や容量負荷といったメカニカルストレスの種類を感知して環境に適合した心室形態を構築する仕組みについては全く不明である。本研究でのX線位相差CTによる形態と内部タンパク(アクチン・ミオシン)評価法を大動脈結紮モデルマウス心臓に応用して、心肥大のメカニズム解明に新たな視点から取り組む。(左図は心臓のX線位相差CT:心室内の局所的濃度差や心房と心室の密度差を検出出来る。)
浄水処理により生成するニトロソアミン類のサブｐｐｔレベルでの動態解明

近年,強い発がん性を持つとされるN-nitrosodimethylamine(NDMA)が,浄水処理過程において生成することが報告され新たな問題となっている.本研究では,報告者らが開発した高速液体クロマトグラフィーオンライン紫外線照射ー化学発光検出法を利用し,sub-pptレベルのNDMAを迅速に測定できる分析システムを確立し,日本の水道水におけるNDMAの存在状況とその挙動の一端を明らかにすることを目的に進めてきた.結果として,非常に簡易な前処理でsub-pptのNDMAを迅速に測定することができる測定法が確立された.そして,この分析法を利用した長期的なモニタリングを進め一定の知見を得た.本年度は,NDMA分析システムのランニングコスト低減のため3-pumpシステムを導入した.これまで2-pumpシステムを採用していたが,NDMA検出のためにはpH10前後の溶液をカラムに流す必要があり,カラムの劣化が激しく安定的な分離が難しく,またコスト面でも多大な負担となっていた.そこでカラム分離後にpHを調整するための溶液を混合する第三のポンプを有するシステムを構築した.また,3-pumpシステムを導入したことによりカラム選択の幅が広がったため,分離条件を再検討した結果,他物質のピークとNDMAのピークが重なっていたことが明らかになった.検出原理として用いているルミノール発光試薬は,酸化剤と発光反応を起こすため,還元剤としてアスコルビン酸を試料に添加したところ,NDMAピーク近傍に現れるピークを含め,いくつかのピークが消滅することを確認した.よって試料の前処理としてアスコルビン酸を添加することとした.鹿児島市水道局の御協力の下,3つの浄水場(河頭,滝の神,平川)で1年間を通し,各浄水過程(原水,混和水,沈殿水,ろ過水,浄水,配水)の水を2週間に一度採取,測定し,データを蓄積した(n=246).滝の神浄水場では1年間を通し,1 ng/L前後のNDMAが配水から検出されたが,平川浄水場では検出されなかった.一方,河頭浄水場では48月にかけて0.7 ng/L前後のNDMAが検出されたが,8月以降は検出されなかった.これら3つの浄水場は同じ浄水法(急速濾過法)を採用しており,これらNDMA濃度の違いは原水の水質に依存しているものと考えられる.また全国16か所の蛇口水の測定を2012年7月および2013年2月に行った.2月のデータでは,高度浄化処理を採用した都市部の水で5 ng/L程度のNDMAが検出されたが,いずれもモニタリング目標値(100 ng/L)以下であった.本年度は、水道水中のNDMAを効率よく連続分析するために,簡易な前処理法について検討を進めた。試料にアスコルビン酸を添加することで,測定を妨害するピークを大部分除去することができ,さらに固相抽出カラム(陰イオン交換+逆相)を通過させることで,他の妨害物質や、連続測定を妨害していた保持時間の長い妨害物質を除去することができた。これらの前処理は非常に簡易に実施することができ、開発したNDMA測定法と組み合わせることで,1試料10分で0.6ng/L(定量下限、S/N=10)までの水道水中のNDMAを安定的に連続測定可能でああることを確認した。急速濾過法を採用している鹿児島市水道局の協力の下,原水と配水の測定を年間を進めた結果,鹿児島市水のNDMA濃度は年間を通し2 ppt以下であった.一方,高度浄水処理を採用している都市部の蛇口水では最大で5 pptのNDMAが検出され,冬期にNDMA濃度が高くなるという傾向が見られた.近年,強い発がん性を持つとされるN-nitrosodimethylamine(NDMA)が,浄水処理過程において生成することが報告され新たな問題となっている.本研究では,報告者らが開発した高速液体クロマトグラフィーオンライン紫外線照射ー化学発光検出法を利用し,sub-pptレベルのNDMAを迅速に測定できる分析システムを確立し,日本の水道水におけるNDMAの存在状況とその挙動の一端を明らかにすることを目的に進めてきた.結果として,非常に簡易な前処理でsub-pptのNDMAを迅速に測定することができる測定法が確立された.そして,この分析法を利用した長期的なモニタリングを進め一定の知見を得た.近年,強い発がん性を持つとされるニトロソアミン類が,浄水処理過程において生成することが報告され,新たな問題となっている.日本においても平成21年よりN-ニトロソジメチルアミンが水道水質基準の要検討項目として取り上げられ,その存在状況や生成機構についての知見の集積が求められている.すでに日本の水道水やその原水から数pptのNDMAの存在が報告されているが,それがどのような要因で生成しているのかは明らかになっていない.現在のニトロソアミン分析法では大量の試料水を必要とするため,測定値の再現性を確認するだけでも数Lもの試料水を必要とし,その採取や前処理も容易ではなく,詳細な追跡調査を困難なものにしている.さらにニトロソアミンの生成要因と報告されている物質についても実存濃度レベルでモデル実験を行うことが難しいため,本来,存在しえない濃度でモデル実験が行われているが,その反応が実際の状況下における主生成反応機構であるかは疑問が残る.

そこでニトロソアミン類をsub-pptレベルで迅速に測定できる分析システムを確立し,日本の様々な水環境における存在状況を確認することを目的として研究を進めた.本年度は申請者が開発したオンライン紫外線照射過程を有するHPLC-ルミノール化学発光検出システムによるpptレベルのニトロソアミン分析法のさらなる高感度化を目指し研究を推進した.新たに購入した化学発光検出器と分離カラムの再検討により数倍の感度上昇が確認された.さらに固相抽出濃縮との組み合わせを検討し,いくつかの解決すべき問題があるが,開発した分析法との組み合わせが可能であることを確認した.昨年度の遅れを取り戻し,順調に測定を進めている.研究開始が遅れ,予定が全体的に遅れたため,試料採取のための水道局への依頼ができなかった.結果,水道水実試料の継続的測定に進めなかったため.鹿児島市の水道に関しては,継続測定と蓄積したデータを基にモデル実験を行う.また全国調査で得られた結果から,特に高いNDMA濃度が確認された地点の年間を通したモニタリングを行う.蛇口水ではあるが,神戸市,茨木市,鹿児島市の水道水についてニトロソジメチルアミンの測定を行ったところ,3市とも数pptから十数pptの存在が確認された.これが原水にもともと含まれるのか,浄水過程で生成しているのか確認するため,現在,水道局に試料採取を依頼していることろである.今後,水道水の浄水過程ごとに採取した試料を年間を通じて測定することで,ニトロソジメチルアミンがどのように生成しているのか調査を進めデータを蓄積する.NDMA分析装置の維持費(分析カラム,保守部品)が主となる.また,試料採取や成果発表の旅費,試料郵送費などを計上する予定である継続して測定を進めていくための装置の維持費が大半である.また金沢で行われる日本分析化学会において成果の一部を公表するための旅費も計上する予定である.
黄体形成ホルモンの尿道機能への作用機序の解明と新規治療薬の開発

研究目的は、長らく女性腹圧性尿失禁の原因として注目されていた閉経によるエストロゲン減少そのものは尿失禁に直接関係がなく、エストロゲン減少のフィードバックによって上昇するLHが尿禁制の悪化に影響する因子であるとの仮説を検証することである。初年度はLH上昇による尿道括約筋機能への影響とGnRH antagonist投与による尿道括約筋機能の変化について研究をおこなっている。メスSDラットを用いて卵巣摘除(OVX)によりLHが上昇することを確認のうえ、病態モデル(OVX群)、治療モデル(卵巣摘除後にGnRH antagonistを投与しLHを低下させた状態のラット:OVX+G群)、コントロール2群(開腹のみ、開腹+GnRH antagonist投与)の4群のモデルを作成し、ホルモン状態の安定する6週後に尿道機能の評価としてくしゃみ誘発尿禁制反射実験を行った。パラメーターとして、ラットのくしゃみ時に尿禁制のために誘発される尿道括約筋収縮の波形から振幅(A-URS)と尿道基線圧(UBP)を評価した。6週後のUBPは、OVX群ではSham群と比べ有意な低下を認めた一方で、OVX+G群ではOVX群と比べてUBPの有意な上昇を認めた。6週後のA-URSは、OVX群ではSham群に比べて有意な低下を認めた一方で、OVX群とOVX+G群間には有意な差はなかった。上記の仮説をラット生理実験において実証できたと考えられるが、一方で、LH低下はA-URSを変化させなかったことは当初の予測とは異なる結果であった。印象として有意差はないもののA-RUSへの影響が完全に否定できていなかったため平成30年度に、ことなる種類のGnRHアンタゴニストを用いて追加実験を行ったところ、UBPには変化がなかったが、AURSは有意にOVX群で低下し、少ないながらOVX+G群で有意な改善を認めている。平成29年度の課題であった1. LH上昇による尿道括約筋機能への影響、2. GnRH antagonist投与による尿道括約筋機能の変化を評価するラット生理実験において、当初は、LH上昇による尿失禁悪化のメカニズムとして尿道括約筋活動を反映するA-URSと尿道平滑筋活動を反映するUBPの両者の減弱を予想していたが、結果が予想とは違い、尿道平滑筋活動を反映するUBPのみで減弱が認められたため、別の種類のGnRH antagonistを用いて追加実験をした。結果はGnRH antagonist投与によって尿道括約筋活動を反映するA-URSは有意差をもって回復することが判明している。理由として、投与回数と血中濃度が考えられ、これから採取した組織、血液で理由の裏付けが必要であるが、A-URSとUBPの減弱・回復を確認できたことで、LH上昇が尿道括約筋機能を低下させる、すなわち、尿失禁の増悪させるといった仮説は間違っていないと判断され、最終年の実験につながるものと考えている。UBPが通常の尿道内圧を示すパラメーターである一方、A-URSは急激な腹圧上昇に反射的に対応する尿道内圧上昇であり、いずれも腹圧性尿失禁における独立した重要なパラメーターと考えており、これまで得られた生理実験の結果(本年度の追加実験の結果)から、UBPおよびQ-RUSともに減弱するといった結果がでたことで、LHが尿禁制の悪化に影響する因子であるとの仮説は証明されたと考える。しかしながら、私用するGnRH antagonistの種類によって反応パラメーターに差があることが今回新たに明らかになった。現段階でははっきりした理由は断定できず、理由の究明が必要である。原因として、ラット数の問題、卵巣摘除から実験までの期間の影響などが考えられるが、使用したGnRH antagonistは初めのものは徐放剤であるのに対して、昨年使用したものは半減期より3日に1回の投与であったなどの違いがあることも究明の糸口になると考えている。新しいGnRH antagonistに関しては組織の採取や保存は初めから行わなければいけないが、組織学的・分子生物学的な検討、すなわち、1)qPCR法によるLH受容体のmRNA発現量の比較検証、2)ウェスタンブロットによるLH受容体タンパクの比較検討、3)組織染色・免疫染色による括約筋筋肉量の比較検討、4)蛍光免疫染色によるLH受容体の局在の比較検討、5)LH上昇による尿道括約筋における下流カスケードの検索を予定通り順次着手し、生理実験の結果の裏付けをとっていく予定である。本研究は、腹圧性尿失禁を増悪させているのではエストロゲン減少ではなく、LH上昇であるとの仮説を検証するためにおこなっている。平成29年度はLH上昇による尿道括約筋機能への影響とGnRHアンタゴニスト投与による尿道括約筋機能の変化について研究をおこなった。メスSDラットを用いて卵巣摘除によりLHが上昇することを確認のうえ、病態モデル(卵巣摘除によりLHを上昇させた状態のラット:OVX群)、治療モデル(卵巣摘除後にGnRH antagonistを投与しLHを低下させた状態のラット:OVX+G群)、コントロール2群(開腹のみ、開腹+GnRH antagonist投与)の4群のモデルを作成し、ホルモン状態の安定する6週後に尿道機能の評価としてくしゃみ誘発尿禁制反射実験を行った。くしゃみ誘発尿禁制反射は、ラットのくしゃみ時に尿禁制のために誘発される尿道括約筋収縮を記録し振幅(A-URS)と尿道基線圧(UBP)を評価した。

6週後のUBPは、OVX群ではSham群と比べ有意な低下を認めた一方で、OVX+G群ではOVX群と比べてUBPの有意な上昇を認めた。6週後のA-URSは、OVX群ではSham群と比べて有意な低下を認めた一方で、OVX群とOVX+G群には有意な差はなかった。LH上昇によってUBPが低下し、LH低下によってUBPが改善することが示唆された。一方で、LH低下はA-URSを変化させなかった。くしゃみ誘発尿禁制反射におけるUBPは尿道平滑筋活動を、A-URSは尿道括約筋活動を反映していることにより、LHは尿道平滑筋に主に作用し尿禁制に影響を与えていると考えられた。本年度の結果から、腹圧性尿失禁を増悪させるのはLH上昇であるとの仮説をラット生理実験において証明できたと考えられる。平成29年度に予定であった、1. LH上昇による尿道括約筋機能への影響、2. GnRHアンタゴニスト投与による尿道括約筋機能の変化を評価するラット生理実験が順調に行われた。当初の予測としては、LH上昇による尿失禁悪化のメカニズムとして尿道括約筋活動を反映するA-URSと尿道平滑筋活動を反映するUBPの両者の減弱を予想していたが、結果はGnRH antagonist投与によって尿道平滑筋活動を反映するUBPは有意差をもって回復したのに対し、A-URSの回復に有意差を得られなかった。このGnRH antagonist投与に対するA-URSの変化に関しては予想外の結果ではあったが、UBPの減弱・回復を確認できたことで、LH上昇が尿道括約筋機能を低下させる、すなわち、尿失禁の増悪させるといった仮説は間違っていないと判断され、平成30年度以降の実験につながるものであった。研究目的は、長らく女性腹圧性尿失禁の原因として注目されていた閉経によるエストロゲン減少そのものは尿失禁に直接関係がなく、エストロゲン減少のフィードバックによって上昇するLHが尿禁制の悪化に影響する因子であるとの仮説を検証することである。初年度はLH上昇による尿道括約筋機能への影響とGnRH antagonist投与による尿道括約筋機能の変化について研究をおこなっている。メスSDラットを用いて卵巣摘除(OVX)によりLHが上昇することを確認のうえ、病態モデル(OVX群)、治療モデル(卵巣摘除後にGnRH antagonistを投与しLHを低下させた状態のラット:OVX+G群)、コントロール2群(開腹のみ、開腹+GnRH antagonist投与)の4群のモデルを作成し、ホルモン状態の安定する6週後に尿道機能の評価としてくしゃみ誘発尿禁制反射実験を行った。パラメーターとして、ラットのくしゃみ時に尿禁制のために誘発される尿道括約筋収縮の波形から振幅(A-URS)と尿道基線圧(UBP)を評価した。6週後のA-URSは、OVX群ではSham群に比べて有意な低下を認めた一方で、OVX群とOVX+G群間には有意な差はなかった。上記の仮説をラット生理実験において実証できたと考えられるが、一方で、LH低下はA-URSを変化させなかったことは当初の予測とは異なる結果であった。印象として有意差はないもののA-
環境発がん物質暴露の高感度モニタリング法の確立とその応用

人は日常生活において環境から様々な変異原物質の暴露を受けている。それらの変異原物質は体内で代謝されDNAと結合しDNA付加体を形成する。DNA付加体を測定することは環境変異原物質の暴露指標として有用であり,従来^<32>P-ポストラベル法により測定されてきた。しかし,^<32>P-ポストラベル法は操作が煩雑であり,再現性にも問題があることが知られている。また,薄層クロマトグラフィーの分離能のため多環芳香族等大きな分子による付加体は測定できるが,メチル化等低分子の付加体は同時に測定できない問題もある。そこで,これらの問題点を解決するため1)薄層クロマトグラフィー法の改良,2)薄層クロマトグラフィーに代わり高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を使用するDNA付加体測定法を検討を行った。薄層クロマトグラフィー法の改良はバックグランドを洗浄するステップを迫加することにより行った。HPLC法は,検出器としてフローセルラジオアイソトープ検出器を使用した。検出器のセルはを改良して高感度化を検討中である。そこで,これらの問題点を解決するため薄層クロマトグラフィーに代わり高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を使用するDNA付加体測定法を検討した。方法としては,HPLCと検出器としてフローセルラジオアイソトープ検出器を使用した。検出器のセルは,液体シンチレーターセル。カラムはODS,移動相は0.2Mぎ酸アンモニウム,20mMリン酸pH4.6と80%メタノールのグラジエントシステムを使用した。DNA付加体標準品BaP-dG(Midwest research Institute)で鋭利なピークを検出できた。次に,人白血球DNAサンプルを,従来の^<32>P-ポストラベル法に準じて,酸素によりヌクレオチドに分解し,^<32>Pでラベルし,HPLCに注入した。しかし,測定感度が低く検出できなかった。感度を上げるための条件を検討中である。
有機分子ライブラリーのためのキラル合成素子群の実用合成

キラル合成素子の利用は従来、特定の標的化合物の全合成に限られ、安価で入手容易な低分子量天然物や酵素反応で簡便に合成できる特定の光学活性化合物のみが利用されてきた。立体的に幅広いスペクトラムを持った一連のキラル合成素子の一般的合成法を確立することができれば、実効性の高いライブラリー構築のために必須である、多様性に富む光学活性化合物群の提供が可能になると考えられる。このような観点から、本研究では、プロキラルジオールの不斉非対称化に基づく不斉合成反応の開発研究を、有機分子ライブラリーのためのキラル合成素子群の実用合成へと展開することを目指した。2-フェニル-1,3-プロパンジオールの不斉非対称化を種々の条件で検討した結果、1-ナフトアルデヒドとの反応で合成される環状アセタール誘導体をN-トシルナフチルアラニンより調整したオキサザボロリジノン錯体の共存下で処理することにより、エナンチオ選択的(90%ee)なアセタール環開裂が進行することが明らかとなった。また、得られた開裂生成物を光学活性体3-ベンジルオキシ-2-フェニルプロパノールに変換する手法を確立した。環状アセタール誘導体のエナンチオ選択的開裂反応を用い、様々な2位置換-1,3-プロパンジオール類の不斉非対称化を検討したところ、2位の置換基がiso-プロピル基やシクロヘキシル基等比較的かさ高い場合に良好なエナンチオ選択性が得られることがわかった。オキサザボロリジノン触媒の構造改変及び反応条件の検討を行った結果、ジエチルエーテルの添加により、オキサザボロリジノンの使用量を0.5当量程度まで低減化できることがわかった。さらに、開裂反応に用いるシリルケテンアセタールのシリル基の構造についても検討を加えたところ、ジメチルシリル誘導体の使用が開裂反応の触媒化に有効であることが明らかとなった。キラル合成素子は、天然物や生理活性化合物などの複雑な立体構造を持つ有機化合物の不斉合成研究において生れた概念であり、不斉炭素とともに二個以上の異なった官能基を持つ低分子量有機化合物(キラル合成素子)を原料に用いて、標的分子の立体化学を構築しようとするものである。2-フェニル-1,3-プロパンジオールの不斉非対称化を種々の条件で検討した結果、1-ナフトアルデヒドとの反応で合成される環状アセタール誘導体をN-トシルナフチルアラニンより調整したオキサザボロリジノン錯体の共存下で処理することにより、エナンチオ選択的(90% ee)なアセタール環開裂が進行することが明らかとなった。環状アセタール誘導体のエナンチオ選択的開裂反応を用い、

様々な2位置換-1,3-プロパンジオール類の不斉非対称化を検討したところ、2位の置換基がiso-プロピル基やシクロヘキシル基等比較的かさ高い場合に良好なエナンチオ選択性が得られることがわかった。キラル合成素子は、天然物や生理活性化合物などの複雑な立体構造を持つ有機化合物の不斉合成研究において生れた概念であり、不斉炭素とともに二個以上の異なった官能基を持つ低分子量有機化合物(キラル合成素子)を原料に用いて、標的分子の立体化学を構築しようとするものである。キラル合成素子の利用は従来、特定の標的化合物の全合成に限られ、安価で入手容易な低分子量天然物や酵素反応で簡便に合成できる特定の光学活性化合物のみが利用されてきた。立体的に幅広いスペクトラムを持った一連のキラル合成素子の一般的合成法を確立することができれば、実効性の高いライブラリー構築のために必須である、多様性に富む光学活性化合物群の提供が可能になると考えられる。このような観点から、本研究では、プロキラルジオールの不斉非対称化に基づく不斉合成反応の開発研究を、有機分子ライブラリーのためのキラル合成素子群の実用合成へと展開することを目指した。前年度の研究により、2-置換1,3-プロパンジオールの不斉非対称化が化学量論量のキラルオキサザボロリジノンを用いる環状アセタール誘導体のエナンチオ選択的開裂反応により実現できることが明らかになったが、本プロセスの実用性をより高めるため、今年度は開裂反応の触媒化を目指して研究を進めた。オキサザボロリジノン触媒の構造改変及び反応条件の検討を行った結果、ジエチルエーテルの添加により、オキサザボロリジノンの使用量を0.5当量程度まで低減化できることがわかった。さらに、開裂反応に用いるシリルケテンアセタールのシリル基の構造についても検討を加えたところ、ジメチルシリル誘導体の使用が開裂反応の触媒化に有効であることが明らかとなった。
BISモニターを用いた全身麻酔および精神鎮静法施行時の催眠レベルの客観的評価

【研究1】基礎的研究としてPPF投与時のBispectral Index(BIS)値とPPF推定脳内濃度の関係について検討した結果、BIS値と推定脳内濃度との間に相関を認めた。呼名反応や記憶が消失した時のBIS値は個人差が大きく、意識および健忘レベル評価のためのBIS値の推定は困難であった。【研究2】PPFによる鎮静導入期および鎮静覚醒期における健忘効果について、BIS値、脳内推定濃度から検討した結果、鎮静導入期ではPPF推定脳内0.91±0.21μg/mlで健忘効果が得られたのに対し、鎮静覚醒期では0.65±0.18μg/mlであった。このことから鎮静期では導入期に比べ低いPPF推定脳内濃度まで健忘効果が持続することが示唆された。【研究3】PPF投与後の鎮静覚醒期において、覚醒刺激の有無がBIS値および鎮静後の健忘効果に及ぼす影響について検討した。その結果、PPF投与終了後に積極的な覚醒刺激を与えることにより、急激なBIS値の上昇が認められた。また覚醒刺激を与えた場合はPPF推定脳内濃度が高値であるにもかかわらず健忘効果が消失し記憶が再開することが示された。しかし記憶の回復に必要なBIS値は広い範囲に分布しており一定の傾向は見られなかった。【研究4】全身麻酔予定患者を対象に、麻酔前投薬が手術前のBIS値および記憶におよぼす影響を観察する目的で、手術室入室時のBIS値の測定および健忘効果の判定を行った。その結果、前投薬の種類によりBIS値と健忘効果に有意な差が生じた。このことからBISモニターは前投薬の効果判定にも有用であることが示唆された。【方法】健康成人7名を対象とした。Propofolの投与はTCIポンプを用いて行い目標血中濃度2μl/mlとした。Propofol投与は呼名応答が消失するまで行った。測定は血中Propofol濃度および推定脳内濃度、BIS値および呼名応答の有無について行った。また投与中の想起の有無と程度を調べる目的で、Propofol投与開始後3060秒毎に被験者に絵を見せ、術後にその記憶の有無について調査した。【結果】Propofol投与開始から投与中止まで(導入時)76測定点、投与中止から測定終了まで(覚醒時)159測定点の合計235測定点において全ての測定データが得られた。1、Propofol投与により呼名応答が消失した時点のBIS値は64±11.4 (Mean±SD.min50-max82)であった。2、測定中、絵を見た記憶が喪失していた時点でのBIS値は5098と広い範囲にわたっていた。3、覚醒時では血中プロポフォール濃度と脳内プロポフォール濃度はR=0.912と高い相関が得られた。4、覚醒時において、BIS値と血中Propofol濃度およびBIS値と脳内Propofol濃度は、R=-0.749および-0.798であった。BIS値は脳内濃度との関係において、より強い負の相関が得られた。今回の測定では、導入時の血中濃度上昇が急激であったこと、BIS測定初期ではBISモニターのSQI値が低く信頼性のあるBIS値が得られなかったことなどが問題点として挙げられた。【目的と方法】TCI(Target Controlled Infusion)を用いたプロポフォール(PPF)投与時の健忘効果についてBIS値(Bispectral Index)およびPPF推定脳内濃度との関係について、鎮静導入期および覚醒期について検討した。対象は健康成人ボランティア12名とした。被験者に各種モニターおよびBISモニターを装着した後、テルフュージョンTCIポンプを用い目標

脳内濃度1.3μg/mlとしてPPF投与を開始した。投与開始から4分までは30秒毎に、4分以降は1分毎に絵画または写真を被験者に見せ、各測定時におけるBIS値および推定脳内濃度を記録した。PPFは呼名応答が消失した時点(導入期)で投与を終了し、その後20分(覚醒期)まで測定を行った。健忘効果の有無は測定終了後に、絵画または写真の記憶の有無を質問し判定した。測定値の統計学的検討はStudent t-testを用いて行った。【結果】測定時間中、健忘効果が最初に認められた時間および最後に認められた時間での推定脳内濃度は0.91±0.21μg/mlおよび0.65±0.18μg/mlであった(p<0.01)。導入期および覚醒期において記憶を有していた時点での推定脳内濃度は0.80±0.20μg/mlおよび0.59±0.16μg/mlであった(p<0.01)。また各測定時間におけるBIS値は90前後であり差は認められなかった。以上の結果から、PPFのTCI法による静脈内鎮静法において、健忘効果を示す推定脳内濃度は、導入期と覚醒期とで異なることが明らかとなった。またBIS値に差は認められなかったことからBIS値は健忘効果の指標には必ずしもなりえないことが示唆された。TCIを用いたプロポフォールによる静脈内鎮静法施行後の、覚醒刺激の有無が、術後の記憶およびBIS値に及ぼす影響について測定した。[方法]健康成人ボランティア20名を対象として研究を行った。TCIポンプを用い目標脳内濃度1.3μg/mlとしてプロポフォール投与を開始した。投与開始から1分毎に絵画を被験者に見せ、各測定時におけるBIS値を測定し、同時に推定脳内濃度を記録した。呼名応答が消失した時点でプロポフォール投与を中止した。プロポフォール投与終了後、積極的に鎮静からの覚醒を促すための刺激を与え続けた群(S群)、およびなんら刺激を与えなかった群(N群)に無作為に10名ずつ分類し、同様の測定を20分間行った。測定終了後に絵画を見た記憶の有無を質問した。[結果]1.PPF投与終了後に記憶が再開した時間は、N群では8.8±3.1分、S群では4.3±2.0分(S群)であった。2.記憶が再開した時点での、N群およびS群における推定血中濃度はS群で有意に高かった。3.BIS値はプロポフォール投与終了後3分値および4分値でN群が有意に低値を示した。4.記憶再開時のBISは両群間で有意の差を認めなかった。考察:積極的に刺激をした時は記憶の回復が早かった。またBIS値に差はないものの、高いPPF脳内推定濃度で記憶が認められていた。このことから覚醒期の刺激の有無により、健忘効果に差異が生じることが示唆された。
極寒冷地におけるケ-ソン型構造物の耐氷設計法に関する研究

本年度は中詰材凍結によるケ-ソン内圧上昇を予測するのに必要な土砂を含んだ海氷の曲げ強度と曲げ弾性率の系統的な実験を行った。海氷に較べて土砂を含んだ海氷は強度、弾性率ともに分散が大きいが、氷温が低下するにつれて強度及び弾性率ともに直線的に大きくなることが明らかとなった。また、すでに得られている精算寒度と氷厚増加の関係と土砂を含んだ海氷の透水係数、それに土砂を含んだ海氷とケ-ソン材料(鋼及びコンクリ-ト)間の凍着強度とスリップ速度、それに今回得られた土砂を含んだ海氷の曲げ弾性率を用いて、ケ-ソン内圧変動のシミュレ-ションを行ない、モデルケ-ソンでの実験結果との比較を行った。その結果ケ-ソン内の平均的な内圧増加については比較的良い一致を示しているが、氷盤とケ-ソン内壁間で起こる断続的スリップ現象に起因する内圧変動までは予測できなかった。これは土砂を含んだ海氷とケ-ソン内壁間の凍着強度の分散が大きいことと、中詰材凍結初期は氷盤のスリップ速度が大きいため、氷盤とケ-ソン内壁の全接触面のうち凍着している面積が1050%との間で変化しているためと考えられる。また本年度は、本研究の最終年度であるため、過去2年間に行った土砂を含んだ海氷の透水係数、海氷のみの透水係数、土砂を含んだ海氷とケ-ソン材料間の凍着強度、それに精算寒度と中詰材の凍結厚の関係のまとめを行うとともに、ケ-ソン内圧上昇の予測手法を明確にした。さらに、中圧増加を抑止する方法を4つ提案し、その内の一つであるケ-ソン内壁に上方へ広がるテ-バ-をつけることにより内圧増加を低下させることを実験により実証した。またケ-ソンに付設される防舷材に作用する氷力のみ計算手法も明らかにした。ケーソン型の海岸構造物を寒冷地海岸・海洋に建設する場合、その中詰材が寒さのために結氷する場合、相変化に伴う体積増加により内圧が増加し、その内圧によりケーソンが破壊することがあり、そのため、ボーフォート海等に建設されるケーソン型構造物の場合、断熱材利用と内部ヒーティングをしている。著者等は海氷の場合比較的透水係数が大きいことから、透水する海水の体積以上に上部に空間を設ければ良いことを過去の研究で示した。本研究においては、砂及び砂利を含む海水の内詰材の場合について詳細なる研究を行った。砂及び砂利を含む海氷の透水係数は、本研究より、砂の粒径と内圧それに氷温に強く依存することが明らかとなった。さらに、砂や砂利を含んだ海氷の場合は、海氷のみの場合と違ってダルシー則が成立しないことが明らかとなった。詳細な実験より、その理由として、氷厚の増加により排出されるべき、ラインが砂や砂利によって阻止され、それらの上部に溜ることにより、局部的に非常に強度の弱いところが数多く存在するためと結論づけられた。よって、一定圧のもとでも時間の経過とともに氷みちが形成されるため、透水係数が一定になるのに長時間を要するし、圧力を増加すると、さらに透水係数が増大することが明らかになった。また模型のケーソンとして鋼製タンクに砂利と海水を内詰材として実験を行ない、タンクの変形量、内圧、氷温、水温の鉛直分布、氷厚変化を測定した結果、タンクの五分の四が凍結しても内圧は12気圧以下であることが明らかになった。また、この時の内圧変化の式を導出し、実験より得られた透水係数を用いると内圧の変化を良くシミュレートできるよことを明らかにした。本年度は、ケ-ソン中詰材に砂と海水を用いた状態での内部凍結によるケ-ソン内圧の変化の実験を行うとともに、砂及び礫を含んだ海水の透水係数に関する基礎的実験、砂及び礫を含んだ海水の曲げ強度及び弾性係数に関する実験、さらにケ-ソン内圧の増加抑止策のための実験とケ-ソン型海洋構造物の外壁部と取りつけられることになる防舷材に作用する氷力に関する理論的解析を行った。砂及び礫を含んだ海水の透水係数については、砂・礫の粒径、圧力それに氷温が透水係数に影響を与えることを明らかにした。また、砂及び礫を含んだ海水の曲げ強度試験結果については、特に氷温と曲げ強度それに弾性係数の関係を明らかにした。これによりケ-ソン内圧増加に伴う氷盤の撓み量の推定が可能となった。また内圧による氷盤とケ-ソン内壁間のスベリ量の実験を行い、スベリの速さは内圧と氷温に影響することを明らかにした。海水盤の弾性係数、透水係数それにスベリ速さの結果を用いることにより精度よくケ-ソン型海洋構造物の内圧予測ができることになった。また内圧増加を抑止するにはスベリ速さを制御することが重要であるとの観点からケ-ソン内壁を上方に向かって1%の勾配をつけることにより、内圧を大幅に低下させることに成功した。またケ-ソン型構造物は必ず船舶接岸用の防舷材が取りつけられるが、この防舷材に作用する氷力に関して、三種類のモデルに対して理論解析を行い、防舷材に作用する氷力式を求めた。これにより氷海域に建設される構造物に取り付けられる防舷材の設計が可能となった。本年度は中詰材凍結によるケ-

ソン内圧上昇を予測するのに必要な土砂を含んだ海氷の曲げ強度と曲げ弾性率の系統的な実験を行った。海氷に較べて土砂を含んだ海氷は強度、弾性率ともに分散が大きいが、氷温が低下するにつれて強度及び弾性率ともに直線的に大きくなることが明らかとなった。また、すでに得られている精算寒度と氷厚増加の関係と土砂を含んだ海氷の透水係数、それに土砂を含んだ海氷とケ-ソン材料(鋼及びコンクリ-ト)間の凍着強度とスリップ速度、それに今回得られた土砂を含んだ海氷の曲げ弾性率を用いて、ケ-ソン内圧変動のシミュレ-ションを行ない、モデルケ-ソンでの実験結果との比較を行った。その結果ケ-ソン内の平均的な内圧増加については比較的良い一致を示しているが、氷盤とケ-ソン内壁間で起こる断続的スリップ現象に起因する内圧変動までは予測できなかった。これは土砂を含んだ海氷とケ-ソン内壁間の凍着強度の分散が大きいことと、中詰材凍結初期は氷盤のスリップ速度が大きいため、氷盤とケ-ソン内壁の全接触面のうち凍着している面積が1050%との間で変化しているためと考えられる。また本年度は、本研究の最終年度であるため、過去2年間に行った土砂を含んだ海氷の透水係数、海氷のみの透水係数、土砂を含んだ海氷とケ-ソン材料間の凍着強度、それに精算寒度と中詰材の凍結厚の関係のまとめを行うとともに、ケ-ソン内圧上昇の予測手法を明確にした。さらに、中圧増加を抑止する方法を4つ提案し、その内の一つであるケ-ソン内壁に上方へ広がるテ-バ-をつけることにより内圧増加を低下させることを実験により実証した。またケ-ソンに付設される防舷材に作用する氷力のみ計算手法も明らかにした。
大規模双生児家系縦断データに基づく生活習慣病発症に対する胎内環境仮説の実証的研究

長期縦断双生児データを用いて胎内環境仮説の検証を試みた。まず、周産期から成人期に至るデータベースの構築を行った。次いで、予備的な遺伝疫学的解析を行った。新たな環境マーカーの候補として、生殖補助医療と利き手の検討を行った。双生児では必ずしも単胎児と同じようなプロセスでは胎内環境仮説が成立しない可能性が示唆された。その理由が統計学的な誤差に基づくのか、双生児固有の適応現象なのかは今後の検討課題である。関連文献を網羅的に収集、整理した。次いで、人口動態統計を用いて、多胎の出生時体重・妊娠週数の推移を把握した。多胎妊娠では、単胎妊娠に比較して妊娠期間が短く出生体重が小さいため、胎児は低栄養状態にある。多胎新生児の55%が早産、70%が低出生体重児であり、単胎児の約10倍のリスクである。しかし、同一の妊娠期間や出生体重では多胎児は明らかに予後良好であり、特に子宮内頭囲発達(神経発達)の遅れが小さい。単胎児と異なる子宮内適応メカニズムも想定されうる。今年度は、今まで東大附属中等教育学校に蓄積された調査票の情報状況を把握・入手し、データリンケージが可能で分析に耐えるデータベースの構築を目指した。その流れとして、1.60年間に渡る調査票はデータの記入形式が統一されていないので、すべてに共通している必要項目(出生体重、妊娠期間など)を確認した。2. 1980年入学志願以前の古い調査票データ、在学時データは紙媒体のまま保管されており、特に初期のものではその劣化が著しいので、必要項目をコピーまたは転記した。3.入手したデータを入力し、データベース化している。今後は、今回整備した大規模双生児家系データだけでなく、長期縦断データの充実(卒業生の第4回の追跡調査)や精度の高いマーカー(周産期の詳細な記録、生化学マーカー、血圧、生活習慣病既往歴など)の完備を行い、上記の仮説の検証分析を行っていく。関連文献の網羅的収集、整理を継続して行った。人口動態統計を用いて、多胎新生児の過去30年間の妊娠期間と出生体重を分析した結果、55%が早産、70%が低出生体重児であり、単胎児の約10倍のリスクであることが判明した。しかし、同一の妊娠期間や出生体重では多胎児は明らかに予後良好であり、特に子宮内頭囲発達(神経発達)の遅れが小さいことから、出生体重と妊娠週数を中心にデータベースの構築を行った。東京大学教育学部附属中等教育学校に蓄積された調査票の情報は、60年間という年数が長いだけでなく、産科所見、精神発達、身体発育など様々な項目を含んでいる。また、双生児特有のプログラム処理もあり(個体レベル・ペアレベル)、一度に全ての情報を合わせるのではなく、項目を絞ってデータベース化を進めていくことが必要である。出生体重と妊娠週数、妊娠時状況等についての入力を行い、全出生年度(1937-1998)のデータを整えた。今後は、項目を増やしてデータベースをより充実させていく。また、追跡調査の実施や特別検査の情報(生化学マーカー、血圧、生活習慣病既往歴など)の完備を行い、上記の仮説の検証分析を行なう。大規模双生児家系長期縦断データベースを構築し、中学入学時(1112歳)、在校時(1318歳)、卒業後(19歳)の複数時点で、胎内環境マーカー(母親体重、児出生体重、妊娠期間など)と生活習慣病関連マーカーの関連を双生児個人レベルで解析した。さらに、生活習慣病マーカーおよび発症における遺伝要因と環境要因(胎内環境、生後環境)、および両者の交互作用の長期縦断的な影響を分析した。双生児においても単胎児と同様に子宮内環境仮説が成立することが示唆された。しかし、単純に出生体重をもとに評価を行った場合、双生児では単胎児よりも発症リスクが低く、双生児という子宮内での不利な環境要因がトリガーとなり児に何らかの適応メカニズムを働かせていることが想定された。胎内環境要因として、現在一般人口の2%、双生児の多く占める生殖補助医療の影響をさらに検討することとし、その基礎的なデータ解析を行った。また、胎内環境マーカーの一つとして利き手の可能性にも着目した。将来的に適応に関わる要因が同定されれば、胎児適応メカニズムの解明とその医学的応用という新たな分野の発展が期待できる。また、生活習慣病発症に関する、環境要因と遺伝要因の長期的な寄与の程度が年齢とともにどのようにダイナミックに変化するかの様相を検討した。その結果、例えば従来型の保健指導を行う場合でも遺伝要因(多くの場合は家族歴で代用する)を加味した生活習慣病のきめ細かな対策が必要であることが示唆された。日本では、近年生活習慣病の中でもメタボリックシンドロームに対する一般的関心は強い。

その遠因の一部が胎内環境・出生後初期の要因に求められ、生活習慣病対策にも、成人期のリスク因子の改善だけでなく、妊娠前からの健康教育(例えば、無理なダイエットの予防など)や親世代の社会経済的環境などのマクロ面での検討も必要であると結論された。
金属表面における自己組織化ナノホールアレイの生成過程と医療材料への展開

本研究では電気化学プロセスによる医療用金属材料表面への自己組織化ナノホールアレイ形成とその生体適合性評価を行った。ナノホールアレイ形成はステンレス鋼、チタン及びコバルト・クロム合金において確認されたが、最適条件は基板の種類により異なった。ナノホールアレイを形成したType316Lステンレス鋼において細胞増殖は平滑なステンレス鋼表面より促進された。また変形により生じる下地金属溶解の抑制に重要な再不働態化能はナノホールアレイ形成により向上した。以上より、ステンレス鋼表面にナノホールアレイを形成することにより、ステンレス鋼の生体適合性と変形時の耐食性を同時に向上させうることが明らかとなった。本年度は、有機溶媒における電気化学プロセスによる生体用金属材料表面へのナノホールアレイの生成とそのナノホール径、ナノホール深さなど形態に及ぼす電気化学条件ならびに材料因子の影響について検討した。電気化学条件の影響としては、粘度、水分ならびに添加剤の影響を調査し、その結果、過塩素酸を加えたエチレングリコール中でのSUS316Lステンレス鋼の電解処理では径が約数十から数百nm、深さが約数十nmのナノホールアレイは形成し、径・深さは電解電圧の増加により増大した。より粘性が大きいグリセリンを用いた場合ではナノホールアレイの生成は確認できたが、径・深さは非常に小さくなった。一方、電解液に含まれる水分の影響では、水分をごく微量しか含まない電解液ではナノホール生成には困難であったが、ある程度以上の水分が含まれることによりナノホール生成速度は著しく増加した。しかし、水分量が多すぎた場合では電解処理が安定して行えなかった。有機溶媒に加える添加剤として過塩素酸以外にも硫酸を加えても、径が非常に小さなナノホールアレイの生成が確認された。また結晶粒面方位など材料組織もナノホールアレイの形態・配向性に影響を及ぼすことが分かった。SUS316Lステンレス鋼と同様の条件でコバルト・クロム合金を電解処理した場合にはナノホールアレイは生成しなかった。ナノホール表面の生体適合性を評価する際には、試料前面にナノホールアレイを生成する必要があるが、従来の電気化学セルでは不十分であったため、新しく電気化学セルを設計・作製した。そのセルを用いて生成したナノホールアレイを、従来のセルで得られるナノホールアレイと比較した。その結果、従来のセルと同様のナノホールアレイの生成が確認され、ナノホールアレイを生成した試料の生体適合性評価の準備が整った。本年度は、昨年度と同様に、表面にナノホールアレイを形成したステンレス鋼の静的環境下および動的環境下にて生体適合性の評価を行った。静的環境下では、本年度は、細胞の増殖挙動、細胞活性や伸張度に及ぼすナノホール径の影響を検討するとともに、主にナノホール表面への薬剤固定とその徐放挙動の調査を行った。モデル薬剤としてウシ血清由来アルブミン、試料には316Lステンレス鋼にナノホールアレイを形成した試料と、比較として鏡面研磨した試料を用いた。薬剤固定には溶液への浸漬と乾燥を繰り返す方法を適用した。薬剤を担持した試料をリン酸緩衝溶液に浸漬し、放出された薬剤量を定量した。薬剤放出過程には、試料の表面形態によらず、リン酸緩衝溶液に浸漬初期に起こる急速放出過程とその後に続く徐放過程が見られた。ナノホール試料では急速放出過程での放出量が鏡面試料と比較して少なく徐放過程が長く続き、徐放により適した表面であることが示唆されたが、薬剤担持量は鏡面試料と大きな相違は見られなかった。動的環境下での評価は、研究代表者らが本研究課題にて独自に開発した、細胞を含む模擬生体環境下にて起こる金属材料の変形に伴う表面酸化物破壊により露出する下地金属の活性溶解と酸化物の自己修復(再不働態化)過程を電流変化として計測できる電気化学システムを用いて行った。得られた主な知見として、1)急速変形したステンレス鋼の溶解・再不働態化に及ぼすナノホール径の影響はほとんどないこと、2)無機イオンや有機物のみからなる環境では起こらなかった局部腐食が試料表面への細胞接着により誘発されうることが挙げられる。また、歩行などの運動の周期に対応する繰り返し荷重が長期に渡って負荷された際の医療用金属材料の信頼性評価のために細胞培養した模擬生体環境中での繰り返し荷重試験を行えるように電気化学システムを改良し、今後の研究発展のための礎を確立した。本年度は、生体用金属材料であるSUS316Lステンレス鋼表面に電気化学的手法を用いて様々なサイズの細孔を有する自己組織化ナノホールアレイを形成し、その生体適合性評価を静的環境下ならびに動的環境下で行った。静的環境下での評価では、ステンレス鋼表面にナノホールアレイを形成することにより、機械研磨を行ったのみの平滑な表面と比較して、細胞増殖は促進され、ナノホール径が小さい場合に促進効果が高いことが分かった。

細胞接着がナノホールの縁であったことから、ナノホール径が小さくなることによりナノホールの縁部分の面積が増加し細胞接着の箇所が増えたことが細胞増殖に関連していると考察した。ステンレス鋼表面に形成したナノホールアレイは細胞の形態にも影響を及ぼし、ナノホールアレイ上では細胞は仮足がより多く、より伸展した形態となることが分かった。さらにステンレス鋼表面にナノホールを形成することによりALP活性が向上することが分かった。一方、動的環境では動的ひずみ付与によるステンレス鋼表面に形成した酸化物皮膜の破壊及びその再生挙動を電気化学的手法により調査し、平滑な表面を有するステンレス鋼と比べ、ナノホールアレイを表面に形成したステンレス鋼では動的ひずみが付与された際に起こる酸化物皮膜の破壊に伴うステンレス鋼の溶解を減少させ、また酸化皮膜の再生速度もナノホールアレイを形成した方が著しく速くなった。以上の結果より、電気化学的手法により表面にナノホールアレイを形成することで、ステンレス鋼の生体適合性を向上させるだけでなく動的環境下における耐食性も向上させうることが明らかとなった。本年度は自己組織化ナノホールアレイの生成に及ぼす電気化学条件ならびに材料因子の影響についての調査を目的として研究を実施した。その結果、ナノホール生成の条件や形態制御因子を明確に把握することができ、基板組成、結晶粒面方位など材料因子もナノホールアレイ生成に影響を及ぼすことが明らかとなり、ナノホール表面酸化物の構造解析以外は予定していた項目をほぼ検討することが出来た。さらに次年度以降に予定している生体適合性評価に向けた準備にも着手した。以上のことより、本研究課題はおおむね順調に進展しているといえる。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は様々なサイズのナノホールアレイを表面に形成した生体用金属材料の生体適合性を静的環境下及び動的環境下で評価することを目的として研究を実施した。その結果、静的環境下においてはステンレス鋼表面に形成したナノホールが細胞活性、細胞伸展に影響を及ぼすこと、ナノホール表面上での細胞接着箇所を明らかにした。また動的環境では単発ひずみ付与によりナノホール表面に形成する酸化物層が破壊された際のステンレス鋼の溶解・再不働態化挙動を明らかにするなど、計画した項目はほぼ実施することができた。今後は、様々なサイズのナノホールアレイを有する生体用金属材料の生体適合性を静的環境下ならびに動的環境下にて評価する。具体的には、ナノホールアレイを生成した試料上での細胞増殖挙動、細胞活性の指標であるコラーゲン生成量測定およびALP活性測定、さらにアクチンファイバーの観察による細胞進展度評価ならびにビンキュリン観察によるナノホール上での細胞接着箇所の解明といった静的環境下での評価とともに動的環境下での評価として細胞培養下でのナノホールアレイ表面酸化物層破壊に伴う溶解挙動の調査を行う。今後は表面に様々なサイズのナノホールアレイを形成した生体用金属材料の動的環境下での生体適合性評価と表面酸化物層の構造・組成調査を行うとともに、ナノホール表面への薬剤の固定とその徐放挙動について調査する。
生体環境におけるチタン合金の材質劣化に関する研究

本年度は、主に口腔・生体内を模擬した環境におけるチタン合金及びニッケルーチタン超弾性合金の材質劣化挙動とその機構について研究を行い以下の知見を得た。生理食塩水中で陰極チャージしたニッケルーチタン超弾性合金を応力誘起マルテンサイト変態させると、室温から200°C付近で昇温放出される水素が顕著になることが明らかになった。このことから、マルテンサイト変態することで合金中の水素存在状態が変化することが示唆される。また、応力誘起マルテンサイト相が存在する一定のひずみ負荷下においては、水素吸収が著しく促進されることが明らかになった。マルテンサイト相では、母相と比較して水素の拡散距離が長くなることもわかった。生体内の炎症反応を模擬した過酸化水素含有生理食塩水中に浸漬したニッケルーチタン超弾性合金の腐食・破壊挙動に及ぼす酸添加の影響を調べた結果、酸添加によって腐食は促進されるが、酸の種類によって腐食・破壊挙動が大きく異なることが明らかになった。酸の種類が同じ場合、pHが低くなると腐食は促進されるが、破壊挙動に及ぼす影響はほとんど見られなかった。過酸化水素含有生理食塩水中におけるニッケルーチタン超弾性合金の長寿命化には、硝酸浸漬処理による表面改質が有効であることを示した。これは、表面改質により負荷応力下において局部腐食の発生が抑制されることによるものである。塩酸や硫酸浸漬処理による表面改質で吸収する水素量は、純チタンやチタン合金に比べ、ニッケルーチタン超弾性合金が多いことを明らかにした。本年度は、主に擬似口腔環境および擬似生体環境において、チタン合金の材質劣化におよぼす環境因子と力学因子の重畳効果の影響について調べた。口腔環境を模擬した酸性フッ化ナトリウム水溶液中において、パラジウムを微量添加したアルファチタン合金は、純チタンと比較すると、高耐食性を示し水素吸収も抑制された。しかしながら、負荷応力下では、水素化物生成に起因すると思われる表面剥離が起こりやすく材質劣化しやすいことが明らかになった。一方、中性フッ化ナトリウム水溶液中では、長期間の浸漬であっても、チタン合金の水素吸収はほとんど見られなかった。しかしながら、電位を負荷すると、純チタンは短時間で著しく水素吸収することが明らかになった。水素吸収の発生は電位に依存し、フッ化ナトリウム濃度は水素吸収量に影響することがわかった。また、水素吸収量が同じであっても、水素を吸収する環境によって昇温水素放出挙動が変化することが明らかになった。これは、水素を吸収する環境が、水素の存在状態を変化させ、材質劣化挙動に影響をおよぼすことを意味している。さらに、擬似生体環境の一つで炎症反応を考慮した過酸化水素を含有した生理食塩水中において、負荷応力下にあるニッケル-チタン超弾性合金が材質劣化することを見出した。負荷応力が比較的小さいと、局部腐食が発生するだけであるが、マルテンサイト変態開始応力以上の負荷応力下では、常に短時間で破断することを示した。その原因の一つとして、ニッケルの優先的溶解による局部腐食が考えられた。これは、生体内でインプラントが破折する原因の一つと考えられる。以上、本研究で明らかになった材質劣化挙動は、従来の電気化学的測定などから予測することが困難であり、安全性のさらなる向上のために新たな評価法が必要であることを示唆した。本年度は、主に擬似口腔・生体内環境中におけるチタン合金およびニッケル-チタン合金の材質劣化挙動とその機構について調べた。中性フッ化ナトリウム水溶液中において、生体・歯科用チタン合金の水素吸収に及ぼす印加電位の影響を調べた結果、純チタンや他のチタン合金と比較してTi-6Al-4V合金の水素吸収感受性は著しく低いことが明らかになった。また、フッ化ナトリウム水溶液中におけるチタン合金の水素吸収特性と電気化学的測定から得られる腐食特性とは必ずしも一致しないことも明らかになった。このことは、水素吸収挙動は電気化学的特性だけで予測できないことを意味する。水素吸収したニッケル-チタン超弾性合金を大気中(室温)に放置した場合、低温で昇温放出される水素は試料外へ拡散放出するか、試料内部へ拡散することを明らかにした。また、大気中放置に伴って、高温で昇温放出される水素が合金中に存在するにも関わらず、機械的性質が部分的に回復することも示した。さらに昇温放出水素分析から、試料中の水素濃度分布を見積り、機械的性質との関連性を示唆した。生体内の炎症反応を模擬した過酸化水素含有生理食塩水中に浸漬したニッケル-チタン超弾性合金の表面をXPS, AESなどを用いて分析した結果、表面の酸化皮膜が著しく厚くなり、皮膜中のニッケル濃度の低下を明らかにした。これは、ICP分析によるニッケルの優先溶出の結果と一致する。この擬似環境中における合金の腐食形態とin vivoで観察される腐食形態は酷似しており、本研究の環境評価試験の妥当性が示唆される。

生体内の炎症反応を模擬した過酸化水素含有生理食塩水中に浸漬したニッケルーチタン超弾性合金の腐食・破壊挙動に及ぼす酸添加の影響を調べた結果、酸添加によって腐食は促進されるが、酸の種類によって腐食・破壊挙動が大きく異なることが明らかになった。酸の種類が同じ場合、pHが低くなると腐食は促進されるが、破壊挙動に及ぼす影響はほとんど見られなかった。過酸化水素含有生理食塩水中におけるニッケルーチタン超弾性合金の長寿命化には、硝酸浸漬処理による表面改質が有効であることを示した。これは、表面改質により負荷応力下において局部腐食の発生が抑制されることによるものである。塩酸や硫酸浸漬処理による表面改質で吸収する水素量は、純チタンやチタン合金に比べ、ニッケルーチタン超弾性合金が多いことを明らかにした。