hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規シークエンス技術による単一個体内でのHBV・HCV遺伝子解析と臨床応用

HCVに対する新規DAAに耐性となるウイルス変異の出現頻度を明らかにし、単一個体内で出現頻度および分布につき検討した。1、インターフェロン(Interferon: IFN)+DA治療では、再増殖時に出現したウイルスは、治療前のmajor populationを形成する、いわゆる「野生」株が、薬剤耐性部位のアミノ酸変化を生じたものであった。しかも薬剤耐性例では、ウイルス再増殖時にはquasispeciesの構成変化も認めていた。また、耐性例でも薬剤の暴露がないと6ヶ月の経過で、薬剤耐性獲得部位のアミノ酸は野生型に復するが、これ以外の変異はもとには戻らず、ウイルス増殖時のquasispeciesの構成がそのまま保たれていた。2、一方、「インターフェロンフリー」の治療では、高感度法であるdeep sequencing法による解析で、治療前の微量のNS5A-Y93変異や、微量に存在したL31V cloneにY93Hの付加が観察された。治療後の主体cloneは、いずれの個体内でも治療前に存在していた微量cloneと高い相同性を有し、分子系統樹により遺伝的変異距離の解析では、治療前に存在したわずかなcloneが、治療不成功時の主体と極めて近い距離に位置することが判明した。したがってIFNの使用の有無により薬剤耐性獲得の機序が異なることが示された。HBVについては平成28年度以降に解析予定である。現在、HCVに対する抗ウイルス療法の開発が著しく、実診療でも急速に治療が変遷している。とくにDAA治療では、高い安全性と効果を示しており、現在治療の主体をなしている。しかし、その一方、ウイルス学的不成功例も見られ、しかも、一旦ウイルス学的に不成功となると、多剤耐性ウイルスの出現が危惧されている。このようなウイルスは、現在のDAAに対し高度耐性となるのみならず、今後上市される新規DAAに対しても耐性を持つことが予測される。したがって、現在の、基礎的・臨床的課題として、耐性ウイルスの出現頻度やメカニズムを解析・検討することは喫緊の問題として重要である。しかも、肝炎ウイルスは、単一固体内ではquasispeciesの状態で存在することから、新規シークエンス技術であるdeep-sequencing法を用いるべきと考えられる。そこで、本研究ではまず、社会的要求度の高いC型肝炎の研究に主体を置き、現在進行形で治療が行われている治療法についての検討をおこなった。この結果、実臨床にも応用可能な成果を見出すことができた。しかし、世界的にはB型肝炎患者も多く存在し、B型肝炎に対する研究も必要であることから、今後はB型肝炎研究にも力を入れて行く予定である。また、本年度の研究により研究手法が確立していること、多くの臨床検体と診療成績の集積が済んでいるため、今後B型肝炎研究についても予定通りの進行が見込まれる。B型肝炎ウイルス(Hepatitis B virus: HBV)およびC型肝炎ウイルス(Hepatitis C virus: HCV)のゲノムを、新規シークエンス技術(deep sequencing法)を用いて網羅的かつ詳細に解析することにより、従来の手法では明らかにすることのできなかった単一躯体内での遺伝子変異(quasispecies)の状態から治療反応性、薬剤耐性変異、病態進展機序を解明した。HCVにおいては、とくにインターフェロンを用いないDAA(Direct anti-HCV agents)による治療不成功例では、治療前から存在しているminor cloneが治療不成功時にdominantとなることを明らかにした。したがって治療効果予測には、新規シークエンス技術が重要であることを示している。また、このクローンは治療前にquasispeciesの状態で存在するminor cloneであり、治療後にdominantになったものであった。これは遺伝子の相同性解析により、治療によるimmune pressureにより出現したものではく、治療前のから存在してたresistant associated variants: RAVであることを示すことができた。一方、HBVでは、HBV-PreS2領域のdeletion mutantや開始コドンの変異が病態と関連することを明らかにした。これもmutantの存在割合をdeep sequencing法により解析すると、変異率1%以上が病態と大きく関連するほか、変異率が上昇するに従い病態が悪化することが明らかになった。しかしこの解析は、横断的解析に過ぎないため、今後単一個体内での経時的変化について、後ろ向き・前向き研究でも明らかにする予定である。現在、HCVに対する新規DAA治療の進歩は著しく、かつて主流であったAsunaprevir+ Daclatasvir治療は、新規薬剤であるSofosbuvir+Ledipasvir治療に置き換わっている。これまでの検討は、Asunaprevir+Daclatasvir治療の不成功例から導き出された結論であるが、この結果が他のDAAでも普遍的にみられる現象であるかは明らかではない。そこで、Sofosbuvir+Ledipasvir治療の不成功例でも同様な検討を行う予定である。またさらに新規薬剤は次々に上市され、これらについても検討予定である。しかし、現在の治療は極めて高い安全性とともに、治療効果も優れ、当院の検討では、治療不成功例はほとんどないため、研究に供する症例及び検体が乏しい現状である。そこで、今後は、同様の症例について、関連病院を含めて集積して検討する予定である。一方、HBVに関しては、おおむね順調に進捗しているが、病態と遺伝子変異との関連をHBV-Pre S2領域のquasispeciesからみた横断的検討は終了した。しかしこの検討はあくまでも、横断的検討に過ぎず、個体内で変化した結果ではない可能性がある。

そこで、単一個体内で経時的にquasispeciesが変化し、そのうえで遺伝子変異体の集積が病態とどのように関連するかは、同一症例を用いた単一個体内での変化を後ろ向きに検討することが必要で、一部症例ではさらに、前向きに検討する予定で準備を進めている。また、病態は核酸アナログ製剤を用いた治療介入によって修飾されるが、これについても検討予定である。B型肝炎ウイルス(Hepatitis B virus: HBV)およびC型肝炎ウイルス(Hepatitis C virus: HCV)のゲノムは、単一個体内では遺伝子変異体の集合体(quasispecies)であることを新規シークエンス技術を用いて網羅的かつ詳細に解析することにより明らかにした。すなわちHCVでは、抗ウイルス治療未治療時から存在し、とくに、インターフェロンを用いないDAA(Direct anti-HCV agents)による治療不成功例では、治療前から存在しているminor cloneが治療不成功時にdominantとなることを明らかにした。またこのクローンは遺伝子の相同性解析により、治療によってimmune pressureにより出現したものではなく、治療前のquasispeciesの状態で存在するminor cloneであり、resistant associated variants: RAVであることを示すことができた。一方、HBVでは、HBV-PreS2領域のdeletion mutantやPre S1/S2開始コドンの変異が存在するquasispeciesの状態であることが明らかになった。さらに混在状態を定量的に解析するためにmutantの存在割合をdeep sequencing法により解析すると、変異率1%以上が病態と大きく関連することを明らかにした。しかしこの状態はHBVの場合は抗ウイルス治療とは関連せず、HBVのpolemerase阻害剤(核酸アナログ製剤)を用いても変化しない。この変化は年余にわたるHBVの持続感染の結果形成されており、HBV増殖を完全に抑制できない各アナログ治療では、容易に変化しないことが明らかになった。C型肝炎については、上述のようにある一定の成果が得られている。しかし治療は現在進行形で進捗しており、今後症例の蓄積により新たな知見が得られる可能性もある。また今後、新規治療法が開発され、新たな薬剤が上市される可能性が高いため、これらについても検討予定である。また、これらの分子機構を解明するためには、HCVレプリコンを用いて増殖能、薬剤感受性を解析する。すなわち、臨床的に血中HCV-RNA量、新規DAA製剤の標的部位であるNS3、NS5A、NS5Bも遺伝子領域変異がHCV増殖にもたらす作用を検討する予定である。B型肝炎については、HBVの遺伝子変異は核酸アナログ治療例の経年的解析により行う。HBs抗原は、HBVのS領域およびpre S領域から産生されることから、この領域の遺伝子変異がHB抗原量にも関連する。
中心体の微小管形成能の調節機構に関する研究

ウニ受精卵より分裂装置を単離し,そこから得られた中心体断片(MTOG)を微小管形成核として,その調節機構に関する研究を行った。MTOGにMPF(分裂中期促進因子)を作用させると,その構成タンパク質のリン酸化が起こり,微小管形成能が増加する。そのときリン酸化されるタンパク質は多種類あり,MPFの阻害剤やアルカリ性ホスファターゼで処理した試料の解析から,分子量7万のタンパク質がその基質として,リン酸化の状態と微小管形成能との間に相関関係があることがわかった。現在,そのタンパク質についてさらに調査している。一方,MTOGに対するホスファターゼの作用についても検討した。アルカリ性ホスファターゼはMTOGの微小管形成能を低下させるが,完全には消滅させない。酸性ホスファターゼも同様の効果を示した。また,両方のホスファターゼとも,MPFで上昇した中心体の微小管形成能を元のレベルにまで戻した。さらに,MTOG画分そのそのにもホスファターゼ活性が存在していた。MTOGに内在するホスファターゼ活性は,アルカリ性ホスファターゼの活性を阻害する40mMのβ-グリセロリン酸で阻害されなかった。しかし,β-グリセロリン酸は,保存中のMTOGの微小管形成能を低下させた。以上の結果は,先に行われている研究において示された,中心体の微小管形成能の調節が,構成タンパク質のリン酸化・脱リン酸化で行われているという推論を裏付けてはいるが,その調節様式は単純ではないことも示唆している。現在,ウニ卵の受精直後に細胞内で形成される中心体の無細胞系での再構成を試みているが,そこで形成された間期の中心体を材料として,今回行われた実験の再評価を計画している。
極低温二相流れ状態の簡易診断法の開発

位相ドップラー流速計を用いた微細気泡を含む二相流れの簡易診断法の基礎を確立した。極低温二相流れを模擬する目的で、垂直な水路系から構成される実験装置を設計製作し、水二相流の過渡流れを観察すると共に、上記簡易診断法による微細気泡定常流れを測定した。その結果、本研究の実験装置により、様々な実用上有益な二相流動状態が実現できること、ならびに、開発した簡易診断法が微細な(数百ミクロン直径)気泡の流動測定に非常に有効であることを確認した。本簡易診断法を更に改良小型化し、ロケットポンプ用の極低温流体や宇宙空間用の熱流体二相ループなどへの応用に適した形態に発展させる指針が得られた。ブロ-ダウン方式を基本とする流路系の設計を終え製作に入った。実験手順の確立のため、取扱いの困難な極低温流体を避け、先ず蒸留水を用いての位相ドップラー法や可視化の適用チェックと計算機データ処理ソフトウェアの開発に進んだ。なお、計測方法の適用範囲を探るため、本体と別に検定用小型流路系を製作し予備実験を行った。気泡含有率をパラメータとする数値流体解析コードの開発も順調であり実験装置のテストセクション設計の道具として一部コードが活用された。気液二相状態での音速を基準に、流動状況を理論的に予測し、実験による気泡含有率の測定値とのクロスチェックを行うためのソフトウェアも開発が進んだ。
論理的思考力や創造性を育み真の豊かな科学的素養を培う教科横断的科学実験教材の開発

○異分野を効果的に関連・融合させた広領域型の教科横断的な科学実験教材の開発身近な素材(藍,ビワ,アゾ化合物,酸化チタン)を用いた4種類の六段階からなる広領域型の科学実験教材の開発:第一段階:情報教育-情報収集(地歴・歴史・文化,実験のマップづくり);第二段階:化学領域-物質の確認,有機・錯体・機器分析(科学の技術・知識・探究心),環境教育(紙を用いた簡易比色計の組み立て);第三段階:家庭科・医学領域-染色・調理・食品;第四段階:物理領域-電気・色の原理・光エネルギー;第五段階:生物・農業領域-ビワと藍の栽培技術;第六段階:総括(国語・社会)領域-討論・レポート作成・授業評価・自己評価○開発した科学教材を改良し,教師と連携構築をはかりながら教育効果の高い実践を推進(1)Science Discovery身近な色素の科学を学ぶ:実施校:SSH指定校(徳島県立城南高等学校)。第一回(1日間):「藍」を課題とする科学実験教材を改良し,化学系コース30名の生徒に出前科学実験講座を実施。第二回(2日間):「アゾ化合物」を課題とする科学実験教材を改良し,化学系コース40名の生徒に出前科学実験講座を実施。キャリア教育(2)環境教育を目指した簡易比色計の試作とその応用:理科教員の10年経験者研修の実施。内容:簡易比色計の組み立て,大気・水質汚染度の定量分析と浄化(酸化チタン・活性炭),まとめ。(3)光と色とDNAの神秘を探究する科学実験研究の体験(SPPプロジェクト):理系を目指した理数科コース60名の高校生を対象に実施。新聞・NHKテレビ・ラジオなどで高い評価を得た。○教師教育・連携の教育体系と枠組みの構築(1)教育連携体系と大学・学校・地域間の連携協力体制の充実:徳島県教育委員会と徳島県内5大学間の3分野(大学・学校間連携,教員養成・研修,生涯学習ネットワーク)からなる連絡協議会の設置。高大・教育内容接続のための高大職員(国・理・数学)による情報交換会の実施予定。「論理的思考力や創造性を育み真の豊かな科学的素養を培う教科横断的科学実験教材の開発」の研究課題として15年度は下記の研究実績を上げた。1)現職教員及び教師を目指す学生・院生(学習者)を対象にした強化横断的科学実験教材の開発と実践:本科学実験教材は,身近な試料(茶葉)を用いて異分野を効果的に関連・融合させた六段階の課題からなる。課題1(情報・地歴・歴史・文化):茶葉に関する調べ学習(webbing技法);課題2(化学・環境教育・分析):茶葉の成分探索,構造解析,機器(NMR/IR/UV/MS/HPLC)の利用とその原理,紙を使った簡易比色計の組み立て;課題3(美術・家庭科・科学):茶葉エキスによる種々の繊維に対する染色,染色機構の解明(コンピュータ);課題4(物理・家庭科):牛乳パックを用いた緑茶のパンケーキづくり;課題5(生物・農業・文化):阿波番茶の生活文化の調査,地域の教育施設の活用,山村伝統産業の実態;課題6(国語・情報):自己評価(対話型ノート),教師評価,相互評価の作成,研究成果・発表(テレビ会議を利用した遠隔教育教材の提案・実施)学習者は,教育現場に適した教育内容や指導方法,科学教材の開発などを総合的に推進できる能力を身につけ,webbing技法を取り入れた実験教材を改良(学習時間により課題を一部取り入れる)しながら大学の支援下,教育現場(中学校・高等学校)で実践。児童・生徒の科学技術・理科に関する興味・関心等を高め,論理的思考力や創造性を育む教材としての有効性を確認。2)中学生と高校生を対象にした公開講座の開催(ふれあいサイエンス2003の開催)・21世紀型教育体系や枠組みの構築:身近な素材(茶葉・草木)を用いた総合科学実験研究の体験学習を実施した。科学技術を担う児童生徒の人材育成と教育体系や枠組みの構築。関連する諸分野の研究者・教員・教育委員会・学生と院生・大学と地域の自然や施設の活用などの連携・協力による意欲的な研究を展開。21世紀における教育連携に関するフォーラムの開催。第二回(2日間):「アゾ化合物」を課題とする科学実験教材を改良し,化学系コース

40名の生徒に出前科学実験講座を実施。キャリア教育(2)環境教育を目指した簡易比色計の試作とその応用:理科教員の10年経験者研修の実施。内容:簡易比色計の組み立て,大気・水質汚染度の定量分析と浄化(酸化チタン・活性炭),まとめ。(3)光と色とDNAの神秘を探究する科学実験研究の体験(SPPプロジェクト):理系を目指した理数科コース60名の高校生を対象に実施。新聞・NHKテレビ・ラジオなどで高い評価を得た。○教師教育・連携の教育体系と枠組みの構築(1)教育連携体系と大学・学校・地域間の連携協力体制の充実:徳島県教育委員会と徳島県内5大学間の3分野(大学・学校間連携,教員養成・研修,生涯学習ネットワーク)からなる連絡協議会の設置。高大・教育内容接続のための高大職員(国・理・数学)による情報交換会の実施予定。
大電力高周波窓での帯電の温度依存性と沿面放電抑止のための帯電最小化に関する研究

二次電子放出に関しては、純度が高いセラミックの方が二次電子放出係数が高くなる傾向があることがわかった。これは、アルミナの純度が低下した場合には二次電子放出係数がアルミナより低い助剤分の影響が出てくるためと考えられる。純度の低い試料(アルミナ純度92%、95%)では、なめらかな表面の方が二次電子放出が低くなり、純度が高いセラミック(99.7%)では、表面粗度による違いは見られなかった。また、鏡面研磨(平均粗さが0.1μm以下)試料では、入射確度依存性が見られたのに対し、表面粗さが粗い材料(平均で1μm程度の粗さ)では、一次電子の入射角度依存性が見られなかった。また、入射エネルギーが1keV程度に低くなると入射角度依存性が見られにくくなった。一般に入射確度依存性は、二次電子が表面に到達するまでの実効距離が入射角により変わることで説明されるが、入射エネルギーが低い場合は一次電子の侵入深さが十分浅いためほぼ全ての二次電子が表面に到達できるためと解釈できる。TiN薄膜コーティングが0.2nm程度の場合は、下地のアルミナの二次電子放出特性が現れるが、コーティングが厚くなると下地のアルミナとは関係ないTiN自身の特性が現れることがわかった。帯電に関しては、純度が高いセラミックが小さくなる傾向を示した。ただし、単結晶アルミナであるサファイアでは高い帯電を示した。また、TiN薄膜では帯電が大幅に抑えられることを確認した。市販の種々の材料についてレゾナントリングを使った大電力試験を進めた。その結果、純度が高いセラミックの方が耐性が高いことがわかった。これは、帯電が小さいセラミックの方が大電力特性に優れているということを意味しており、マルチパルス法での測定結果と矛盾しない。単結晶サファイアは大電力試験では耐電力性に劣った。これは、材料内のF中心の酸素欠陥の存在と、今回測定した高い帯電のためと考えられる。種々の市販品高純度アルミナセラミックにおける二次電子放出係数及び帯電の温度依存性を測定を行った。二次電子放出係数は、走査型電子顕微鏡を用い、パルスビーム法(100pA,1ms)で行った。セラミック試料では表面の帯電を避けるために、1箇所に一度しか照射しないシングルビームを用いた。市販の試料は、セラミックの純度、焼成のタイプにより分類した。その結果、1.純度が高いセラミックの方が二次電子放出係数が高くなる傾向があることがわかった。2.焼成方法により、二次電子放出係数の純度依存性が異なることがわかった。すなわち、一般的には純度が高い方が二次電子放出係数が高くなるが焼成方法の異なる種類に付いて比較すると純度が低くても二次電子放出係数が高くなる場合がある。これは、焼成方法により、表面の粒径や結晶状態が異なるためと考えられる。たとえば、粒界成分は助剤とアルミナの混合成分により一般にはガラス質となっているが、その部分が結晶化されていたり、また、組成が異なったりすることにより二次電子放出係数が異なると考えられる。また、DACボードをコンピュータに据え付け、測定のためのプログラムを用意して、マルチパルスを試料に照射した。

この結果、試料の帯電状態によりパルス内での二次電子電流の変化と共に、パルス間の二次電子放出を測定することができた。一般には純度が低い場合には二次電子放出係数は若干低くなるが、純度が低い場合には電気抵抗も小さくなるため表面における帯電緩和の時間も短くなる。従って、パルス間隔を長くしていくと帯電が緩和され二次電子放出が復活することがわかった。沿面放電においては、二次電子放出の最大値だけでなく、帯電により二次電子放出が抑止される効果に付いても考慮する必要がある。沿面放電のしきい値に付いては一般に純度が高いセラミックが優れているが、これは、二次電子放出の瞬間値は高いが帯電が続くことにより実効的な二次電子放出が比較的抑えられるからとも考えることができる。また、放射線像を得るためのピンホールカメラの設計を行った。ピンホールカメラは、放射線のエネルギーを評価するために、ピンホール部分に厚さ可変の板を挟み込めるようにした。TiN薄膜コーティングについて二次電子放出係数の温度依存性および帯電の温度依存性の測定を行った。市販のアルミナセラミックおよび単結晶アルミナであるサファイアに、TiN薄膜をコーティングしてその二次電子放出および帯電の温度依存性を測定した。膜厚は通常の高周波窓で使用されている1nmを中心として、0.2-2nmのコーティングを行った。試料は直径19mm、厚さ1mmのものを用意した。測定には走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた。二次電子放出係数はパルスビーム法で、また、帯電の評価はSEMのビームを同一点に複数照射する「マルチパルス法」を採用している。いずれの場合も、一次電流は100pA、1msであり、複数パルス法では1ms毎に5発あるいは照射間隔を次第に長くしていった。結果として、0.2nm程度の場合は、下地のアルミナの二次電子放出特性が現れるが、コーティングが厚くなると下地のアルミナとは関係ないTiN自身の特性が現れることがわかった。また、高温ではTiNの帯電はほとんど見られなかった。この傾向はアルミナセラミック単体の場合と一致している。二次電子放出係数は高温では1割程度低くなるが、これはTiN単体の場合に観察されるものと同様であることが確かめられた。通常の金属では高温になると格子振動のために電子の平均自由工程が短くなりこのために二次電子放出が下がるとされている。TiNについても同様に説明がつくと考えている。TiNコーティングは2nm程度まで厚くするとTiN自身の特性が現れるが、通常の高周波窓コーティングのような条件の場合はTiNコーティングと下地のアルミナの双方の特性を合わせた結果が現れることがわかった。二次電子放出を下げ、帯電を抑えるような最適なコーティングを行うためには下地のアルミナに合わせたコーティング厚を選択することが重要であると思われる。アルミナセラミックの表面粗さと二次電子放出との関連についてSEMを使った試験を行った。表面粗さについては、市販のアルミナセラミックについて、(1)焼きっぱなし、(2)寸法合わせのためのポリッシング、(3)ラッピングも行い鏡面研磨、の3種類の表面粗度について測定を行っている。また、これまでアニール処理により二次電子放出が変わることが確認されているため、空気中での1400度のアニール処理を行った場合についても比較を行った。表面粗度は、(1)-(3)についてそれぞれ、Ra=1.1,1.0,0.25μm程度である。
遺伝子配置に基づく巨視的なゲノム構造比較

本研究では、関連遺伝子のコードされる位置の情報に基づいて、ゲノムの全構造を巨視的に比較する方法を確立し、その適用によってゲノム構造変化のメカニズムの解明を試みた。同時に、ゲノム構造と遺伝子配列及びその発現プロファイルとの関係性の解明を試みた。本研究によって得られた実績は以下の通りである。1)近年開発した環状ゲノム間の関連遺伝子の配置に基づく比較法を、類似度の数理統計に関する面で改良した。さらに、Directional Statisticsに基づく新しい指標も比較法に導入した。2)環状ゲノム間の関連遺伝子の配置に基づく比較法によって、細菌ゲノムについてorthologous遺伝子に関して機能的な分類を行い、類似な配置を示す遺伝子群を調べた。その結果、遺伝子機能とその移動性について、生物種の進化的関係とは関連なく代謝関連遺伝子群と情報関連遺伝子群で明らかな相違があることが判った。3)paralogous遺伝子の配置に基づいて、Cyanobacterium Anabena sp. PCC7120についてゲノム重複の可能性を重点的に調べ、細菌ゲノムにおけるゲノム重複の強く示唆する結果を得た。4)同一真核生物種のもつ複数の線形クロモゾーム間の相異を、遺伝子配置の観点から数量化する方法の改良を行い、定性的に示唆されている酵母ゲノムの重複について適用し、重複したクロモゾーム・ペアを具体的に提示した。5)環状ゲノム間及び線形クロモゾーム間の関連遺伝子の配置に基づく比較法を公開するため、解析ソフトウェアの整備を行った。6)配列レベルからゲノム構造変化を調べるために、ゲノム構造変化に関連すると考えられている繰り返し配列の探索法を開発した。7)遺伝子発現とゲノム構造変化の関係を調べるため、従来開発している発現プロファイル解析法の改良・整備を行い、web上に公開・改良を行った。本研究の目的は、関連遺伝子のコードされる位置の情報に基づいて、ゲノムの全構造を巨視的に比較する方法を確立し、その適用によってゲノム構造変化のメカニズムの解明を試みることである。本年度の具体的な目標として、以下の課題を挙げた。1.近年開発した環状ゲノム間の関連遺伝子の配置に基づく比較法を、類似度の数理統計及び計算速度や利用汎用性などに関するアルゴリズムの面で確立する。2.46の細菌ゲノムについて、orthologous遺伝子の配置に関して、配置類似性の統計的有意性の検定及び類似な配置を示す遺伝子群の機能的な分類を行う。3.13の細菌ゲノムについて、paralogous遺伝子群の配置に基づき、ゲノム全体の重複の可能性について調べる。4.同一真核生物種のもつ複数の線形クロモゾーム間の相異を、遺伝子配置の観点から数量化する方法の改良を行い、定性的に示唆されている酵母ゲノムの重複について適用し、遺伝子配置の観点から重複したクロモゾーム・ペアを具体的に解明する。5.異なる真核生物間の複数の線形クロモゾーム比較については、順位統計など標準的な統計解析法によって、線形クロモゾーム間の局所遺伝子構造の類似性を予備的に調査した後、クロモゾームの全構造を遺伝子配置に基づいて比較する方法を開発する。6.上記1.4.5.で開発した比較法を一般に公開するため、解析ソフトウェアの利用環境の整備を行う。上記1については、最大類似度を極値分布に基づいて検定する方法を導入した。2については、ゲノムデータの急速な増加を考慮して、より網羅的な解析を行うためのデータ整備の段階である。3については、特に光合成細菌に着目しゲノム重複の可能性について調べた。4について、解析は終了し成果公表の準備段階である。5については、解析法の実装が終了し、データ整備をしている。6について、UNIX上の実装をweb上に移植中である。成果発表の遅れはあるが、総じて着実に目標を達成していると考えている。

本研究では、関連遺伝子のコードされる位置の情報に基づいて、ゲノムの全構造を巨視的に比較する方法を確立し、その適用によってゲノム構造変化のメカニズムの解明を試みた。同時に、ゲノム構造と遺伝子配列及びその発現プロファイルとの関係性の解明を試みた。本研究によって得られた実績は以下の通りである。1)近年開発した環状ゲノム間の関連遺伝子の配置に基づく比較法を、類似度の数理統計に関する面で改良した。さらに、Directional Statisticsに基づく新しい指標も比較法に導入した。2)環状ゲノム間の関連遺伝子の配置に基づく比較法によって、細菌ゲノムについてorthologous遺伝子に関して機能的な分類を行い、類似な配置を示す遺伝子群を調べた。その結果、遺伝子機能とその移動性について、生物種の進化的関係とは関連なく代謝関連遺伝子群と情報関連遺伝子群で明らかな相違があることが判った。3)paralogous遺伝子の配置に基づいて、Cyanobacterium Anabena sp. PCC7120についてゲノム重複の可能性を重点的に調べ、細菌ゲノムにおけるゲノム重複の強く示唆する結果を得た。4)同一真核生物種のもつ複数の線形クロモゾーム間の相異を、遺伝子配置の観点から数量化する方法の改良を行い、定性的に示唆されている酵母ゲノムの重複について適用し、重複したクロモゾーム・ペアを具体的に提示した。5)環状ゲノム間及び線形クロモゾーム間の関連遺伝子の配置に基づく比較法を公開するため、解析ソフトウェアのの整備を行った。6)配列レベルからゲノム構造変化を調べるために、ゲノム構造変化に関連すると考えられている繰り返し配列の探索法を開発した。7)遺伝子発現とゲノム構造変化の関係を調べるため、従来開発している発現プロファイル解析法の改良・整備を行い、web上に公開・改良を行った。
テトラサイクリン応答システムを用いた誘導可能なタンパク機能阻害と回復系の確立

これまで、Creリコンビナーゼを用い、条件付RNA干渉法を行うベクター系を構築してきた。そこで本研究では、さらに発展させ、テトラサイクリン応答システムを利用し、特定の細胞で機能阻害を可能にするベクター開発を新たに目指した。具体的には、特異的プロモーターとテトラサイクリン応答システムを組み合わせ、単一細胞レベルで時期特異的・細胞系譜特異的に、RNA干渉法による機能阻害を実現する系の確立を実施した。まずテトラサイクリン応答性のRNA干渉実現のため、TRE(tetracycline response element)配列の下流にmiRNAを発現するベクターの構築を行った。さらに、Dox(ドキシサイクリン:テトラサイクリン誘導体)作用後に、RNA干渉を起こすshRNA配列が組み込まれたmiRNA配列と、緑色蛍光蛋白質(GFP)とが同一ベクター上で発現するdual cassetteベクターを構築した。続いて、独立した別のベクターとして、rtTA-Ad (reverse let-controlled transactivator-Advanced)を細胞種特異的に発現するベクターを作成した。具体的には、構成的発現プロモーター(CMVプロモーターおよびEF-1αプロモーター)、あるいは神経細胞特異的プロモーター(シナプシンIプロモーター)の下流でrtTA-Adを発現するベクターを構築した。培養細胞(HEK293T)において、上記の2種ベクター(dual cassetteベクターとrtTA-Ad発現ベクター)と目的遺伝子cDNAを含むベクターを発現させ、Doxを作用させたところ、Dox濃度依存的に目的遺伝子の発現抑制と遺伝子導入マーカーであるGFPの発現増加が、ウェスタンブロット法、免疫染色法にて確認できた。続いて、shRNA抵抗変異型cDNAベクターを作出し、このベクターのco-transfectionにより、発現抑制からの回復のための条件検討(Dox濃度の最適化、プロモーター強度の調整等)を進めた。
トロンボスポンディン制御による消化器癌の放射線耐性解除に関する研究

本研究では、HDAC阻害剤によりTHBS1が放射線の効果を高める作用機序を検討した。THBS1が放射線の効果を高める作用機序として、本研究によりHDAC阻害剤による放射線増感作用には、血管新生関連遺伝子VEGF、Autophagy関連因子Beclin3、Apoptosis関連因子cspase3が関与していることが明らかとなった。【目的】Thrombospondin 1 (THBS1)は腫瘍血管の正常化による腫瘍内の酸素分圧上昇効果により放射線増感作用も期待できる。消化器癌におけるTHBS-1の発現につき、発生、癌進展、治療抵抗性における役割について検討を行った。【方法】1.胃癌39例の癌部・非癌部におけるmRNA発現と臨床病理学的因子、CD36、TAT3、smad4との関連を検討2.大腸癌肝転移94例(初回肝切除、治癒切除)におけるTHBS1発現とMVD、Ki-67、E-cadherinの関連を検討3.術後再発胃癌65例におけるTHBS-1と放射線化学療法抵抗性と関連するCD133の関連を検討【結果】1.癌部: THBS-1 mRNAは腹膜播種症例、進行癌で高値であった。5年OSは高値群で有意に予後不良であった。5年DFSはR0症例で、高値群で予後不良であった。非癌部:多発癌と関連し、CD36、smad4、STAT3いずれも、THBS1高値群で有意に高値であった。2.転移性肝癌においてTHBS1陽性群はGradeが低く、リンパ節転移は少なかった。THBS-1陰性は独立予後不良因子であり、再肝切除率が低率であった。MVDとの相関は認めず、Ki-67 LIは高値、E-cadherinが低発現であった。3.CD133陽性群、THBS1陽性群では陰性群に比し有意に予後不良であった。CD133陽性とTHBS1陽性は独立予後不良因子であった。【結論】1.胃癌において癌部THBS1発現は腹膜播種・予後に関連しており、非癌部発現は多発胃癌に関連していた。2.大腸癌肝転移においてTHBS-1発現は腫瘍増殖、EMTに関連し、予後因子として有用である可能性がある。3.胃癌において、THBS1・CD133発現はともに予後に関連していた。THBS1による血管新生阻害作用の解明を目的とし、HDAC阻害によるTHBS1促進と放射線増感作用について検討を行った。【方法】ヒト大腸癌細胞株(HT-29)にHDAC阻害剤(VPA、TSA)と放射線照射(4Gy/day)を行い、HDAC阻害剤と放射線治療併用によるTHBS1発現と血管新生関連、Autophagy関連因子、微小環境関連遺伝子の変化を検討した。胃癌患者におけるTHBS-1とCD133の発現についての検討に関して論文報告した。27年度が最終年度であるため、記入しない。消化器外科腫瘍内におけるTHBS1発現と放射線抵抗性並びに血管新生遺伝子の変化の検討を行う。また、HDAC阻害剤と放射線治療併用によるTHBS1発現と血管新生関連、Autophagy関連因子、微小循環関連遺伝子の変化を検討し、放射線増感作用を検討する予定である。
強誘電体ヘテロ構造における界面微細構造と歪み状態の観察・制御

マルチフェロイック材料研究においては走査プローブ顕微鏡SPMが大きなツールである。本研究では、圧電応答顕微鏡PFM、磁気力顕微鏡MFMの利用により、パルスレーザー堆積法(PLD法)により薄膜を成膜し、界面構造、圧電・強誘電・磁気特性を調べ、界面の微細構造・応力・歪みが特性に与える影響を明らかにすることを目的とし、特に歪みの効果について重点的に調べる。強誘電体薄膜において圧力による強誘電ドメインスイッチの報告があることから、マルチフェロイック薄膜の場合においても強誘電ドメインスイッチが起こるかどうかを検証した。強誘電性と強磁性発現には膜厚が大きく関与するため、膜厚を変化させて強誘電ドメインスイッチ、強磁性ドメインスイッチの発現について調べた。評価として、out-of-plane、in-planeモードでのマクロな強誘電特性、強磁性特性を調べた。さらにナノ特性として、SPMを用いた評価を実施した。評価項目はPFM、MFMによるドメインスイッチで、参考のため電気力顕微鏡EFM、非線形誘電率SNDM評価も実施し、結果の妥当性を検証した。SPMにおいてはカンチレバーバネ定数を変えることで測定荷重変化が可能で、それぞれの荷重におけるPFM、MFM、ドメインスイッチ現象について評価した。28年度が最終年度であるため、記入しない。【研究概要】これまでに圧電体、強誘電体、磁性体の観点から酸化物薄膜に関する研究が実施されて、これらを総合したマルチフェロイック材料が近年注目されている。従来の研究はセラミックス形態が中心で、単結晶や薄膜を用いて物性の本質に迫る研究は少ない。応力と歪みによる特性変化が重要で、強誘電特性、強磁性等と圧電特性、機械的特性等を比較して研究を進めることが望まれる。それには薄膜形態での研究が望ましく、本研究ではレーザー堆積法(PLD法)により薄膜を成膜し、界面構造、圧電・強誘電・磁気特性を調べ、界面の微細構造・応力・歪みが特性に与える影響を明らかにする。【研究実績】Bi5FeTi3O15に代表される層状化合物Aurivillius系列の単層膜をPLD法により基板結晶(Si等)に成膜し、透過電子顕微鏡(TEM)観察、強誘電特性としてのP-Eループ測定を強誘電体テスタにより実施した。P-Eループ測定だけではヘテロエピタキシャル界面に由来する微小な特性変化の測定が困難なため、圧電応答顕微鏡(PFM)を用いることでナノレベルでの強誘電ドメイン変化を調べた。さらに、Bi5FeTi3O15は強誘電と強磁性を持つマルチフェロイック材料のため、SQIUIDによる磁気測定を実施することで磁性を評価した。その後、磁気力顕微鏡(MFM)を用いることで、磁性ドメインの状態を観察した。ネール温度が80K付近のため室温では磁性ドメインは観察されないのは通常であるが、電界を加えることで電気磁気相互作用により磁性ドメインが観察されるようになることを我々は見いだしたので、この検証実験を実施した【研究目的】圧電体、強誘電体、磁性体を結合するものとしてマルチフェロイック材料が注目されている。これらは新しい大容量高速メモリ、高性能振動発電素子としての応用が期待される。従来研究はセラミックス形態が中心で、単結晶・薄膜を用いた例は少ない。本研究では、薄膜形態に着目し、PLD法によりマルチフェロイク薄膜を成膜し、界面構造、圧電・強誘電・磁気特性を調べ、界面の微細構造・応力・歪みが特性に与える影響について調べる。薄膜としてはBi5FeTi3O15に代表されるAurivillius系列に注目する。予定通り国際会議(ISAF-ISIF-PFM 2015・シンガポール、Pacifichem 2015・ホノルル)において研究成果の口頭発表ができたとともに、予定外の国際会議(EMN Meeting on Ceramics 2016・香港、ISPMTEH 2016・京都)で招待講演を行うこととなった。筆頭論文を1報発表するとともに、連名論文も1報発表予定である。さらに、Handbook of Solid State Chemistryから原稿を依頼された。当該研究に興味をもった国内の大学からは、共同研究の打診もあり、当該研究に興味を持たれていることがわかった。

予定通り国際会議(AMF-AMEC-2014・中国・上海)において研究成果の発表ができるとともに、筆頭論文を1報発表することができた。また、連名論文を1報発表している。さらに、AMF-AMEC-2014の後に中国上海珪酸塩研究所、中国東南大学に招待され、招待講演を実施している。強誘電体薄膜において、圧力による強誘電ドメインスイッチの報告があることから、マルチフェロイック薄膜の場合においても強誘電ドメインスイッチが起こるかどうかを調べることにする。この延長から、マグネトエレクトリック効果により、強磁性ドメインスイッチが起こるかどうかの検証を実施する。強誘電性と強磁性の発現には膜厚が大きく関わるため、膜厚を変化させて強誘電ドメインスイッチ・強磁性ドメインスイッチを調べる必要がある。実験は室温で行う予定である。なお、成果は国際会議(ISAF-ISIF-PFM 2016・ダルムシュタット、ICCGE-18・名古屋)で発表する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。当初の予定通り、Bi5FeTi3O15よりもc軸方位に1層多いBi6Fe2Ti3O18を対象に加え、単層膜をPLD法により基板結晶(Si、SbTiO3等)に成膜し、TEM観察、強誘電特性としてのP-Eループ測定を実施し、PFMを用いることでナノレベルでの強誘電ドメイン変化を調べる。基板結晶を変えることによりヘテロエピタキシャル界面を変化させ、特性への影響を評価する。特に、c軸方向への結晶構造の延伸が、界面構造と特性にどのような変化を与えるのかを調べることは新しい視点である。Bi6Fe2Ti3O18も強誘電と強磁性を持つマルチフェロイック材料のため、SQIUIDによる磁気測定を実施することで磁性を評価し、MFMを用いることで磁性ドメインの状態を観察する。Bi6Fe2Ti3O18の場合もネール温度からは室温では磁性ドメインは観察されないのは通常であるが、Bi5FeTi3O15の場合と比較することで、より多くの情報が得られるものと期待される。MFM用のカンチレバー購入に不安があるが、努力する予定である。なお、成果は強誘電体応用会議(FMA)等の国内会議、国際会議(ISAF-ISIF-PFM 2015・シンガポール)において発表する予定である。
火山灰層序学による東北日本弧南部火山の噴火史解明とそれに基づく噴火の将来予測

本研究の目的は東北日本弧南部に分布する第四紀火山の爆発的噴火の歴史を明らかにし,将来の噴火の様式・規模・時期を推定することにある.対象とした火山は,北から順に,安達太良,吾妻,磐梯,沼沢,那須,高原,男体,日光白根,燧ケ岳,飯士,赤城,榛名,草津白根,浅間の各火山である.このうち磐梯火山と沼沢火山の噴火堆積物については,10万年前から5万年前にかけて降下堆積した広域テフラとの層位関係を明らかにした.また,20万年前から30万年前にかけて降下堆積したと考えられているテフラとの関係も把握した.那須,高原,男体についてはすでに確立されている噴火史の年代精度を高めることができた.これは1万年前から2万年前にかけて降下堆積した浅間火山起源のテラフを,それぞれの火山山麓部で発見することができたためである.日光白根,燧ケ岳,飯士,赤城,榛名,草津白根,浅間についての火山灰層序は,今回の調査研究では大きな変更を加える必要がなかった.以上のデータをもとに各火山において,単位時間当たりのマグマの噴出量,噴火頻度,噴火様式が時代とともにどのように変化してきたかを考察した.将来の活動予測を行なうには噴火史から見て現時点における各火山の状況を把握する必要がある.それは以下のとおりである.男体,浅間は,この数万年間,テラフをもたらす噴火を繰り返す時期にある.安達太良,磐梯,高原,赤城,榛名にはかって盛んに噴火を繰り返す時期があったが,少なくともこの数万年間はそうした時期からはずれており,相対的に静穏な時期にある.本研究の目的は東北日本弧南部に分布する第四紀火山の爆発的噴火の歴史を明らかにし,将来の噴火の様式・規模・時期を推定することにある.対象とした火山は,北から順に,安達太良,吾妻,磐梯,沼沢,那須,高原,男体,日光白根,燧ケ岳,飯士,赤城,榛名,草津白根,浅間の各火山である.このうち磐梯火山と沼沢火山の噴火堆積物については,10万年前から5万年前にかけて降下堆積した広域テフラとの層位関係を明らかにした.また,20万年前から30万年前にかけて降下堆積したと考えられているテフラとの関係も把握した.那須,高原,男体についてはすでに確立されている噴火史の年代精度を高めることができた.これは1万年前から2万年前にかけて降下堆積した浅間火山起源のテラフを,それぞれの火山山麓部で発見することができたためである.日光白根,燧ケ岳,飯士,赤城,榛名,草津白根,浅間についての火山灰層序は,今回の調査研究では大きな変更を加える必要がなかった.以上のデータをもとに各火山において,単位時間当たりのマグマの噴出量,噴火頻度,噴火様式が時代とともにどのように変化してきたかを考察した.将来の活動予測を行なうには噴火史から見て現時点における各火山の状況を把握する必要がある.それは以下のとおりである.男体,浅間は,この数万年間,テラフをもたらす噴火を繰り返す時期にある.安達太良,磐梯,高原,赤城,榛名にはかって盛んに噴火を繰り返す時期があったが,少なくともこの数万年間はそうした時期からはずれており,相対的に静穏な時期にある.
データ繋留型編纂支援・資源化システム構築と歴史情報データベースの次世代展開

本研究は、データベースの存在が日本史研究にとって不可欠となりつつある状況を受け、データ量の拡大だけでなく、研究支援の面で画期的な効果をもたらす次世代歴史情報データベースを、編年史料集編纂の蓄積を踏まえて構想したものであり、「データ繋留型編纂支援・資源化システム」と「歴史情報コールシステム」を開発することで、1史料の解析・研究支援、2従来から蓄積されてきた成果と融合させた形のデータ公開、3電子媒体でこそ可能となる研究利便性の提供という3つの効果を実現する。また、実際にも平安時代史料に焦点を当てた史料解析作業を進行させ、システムの効果を検証すると同時に、平安時代史の研究環境の高度化を図る。東京大学史料編纂所の歴史情報処理システムSHIPSにデータ繋留型編纂支援・資源化システムを構築するとともに、歴史情報データベースの次世代展開のための指針を提起することを目的とする研究である。データ繋留型システムの構築により、混成並列的に集積された多元的情報を連携統合することが可能となり、歴史研究における基礎作業の大幅な効率化を実現することが可能となる。歴史情報データベースの次世代展開を見据えた上で、東京大学史料編纂所における史料編纂作業の成果を発信するとともに、既に蓄積されている成果データを繰り入れ、両者を融合させたデーターベースを発信・公開するもので、史料の利用環境が大幅に改善され、今後の日本史研究の進展に大きく資することが期待される。
模擬血流環境下での生体用金属材料の腐食挙動の解析

血管内に埋入したステントの周囲で再狭窄を起こさせない材料として、生体吸収性金属材料が検討されている。マグネシウム合金は同材料の有力な候補材であるが、血管内での腐食速度に及ぼす血流やpH、共存アニオンやタンパク質などの影響は検討されていない。本研究では、模擬血流環境でのマグネシウム合金の腐食挙動に及ぼすpHおよびタンパク質の影響について検討を行った。種々の溶液中でマグネシウム合金試料を回転させ、表面に生じる対流の速度を回転数により制御した。ホウ酸緩衝剤によりpH6.5, 7.6, 9.3に調整した溶液中で純マグネシウム回転電極の分極試験を行った。各pHにおけるアノード電流密度(腐食速度に相当)を比較したところ、生体内のpHに近いpH6.5および7.6においては電極の回転数の影響を大きく受けたが、pH9.3においては回転数の影響は小さかった。また、アノード電流密度のpHによる序列は、O rpmと1440 rpmにおいて異なる序列を示した。これらの結果は、生体吸収性マグネシウム合金の腐食速度評価では、溶液の流速だけでなくpHも制御する必要があることを示している。アルブミンを含むホウ酸緩衝液中およびリン酸緩衝液中で純マグネシウムの分極試験を行った。前者より後者の溶液中における方が、アルブミンの共存によりアノード電流密度の低下が顕著であった。血液のpHはリン酸、炭酸やアルブミンなどにより緩衝されている。これより、生体内におけるマグネシウムの腐食はアルブミンにより抑制されることが示唆された。血管治療用材料であるステントに用いられる316Lステンレス鋼および、近年生分解性材料の候補材料とされているマグネシウムを用いた。血液と塩化物イオン濃度を同等に調整した食塩水中で、試料を0rpm1440rpmで回転させながら、浸漬電位のモニタリングと、引き続きカソード・アノード分極試験を行った。316L鋼は試料の回転の有無に関わらず、不働態保持電流密度はほとんど変化しなかったが、孔食電位が若干貴に移動し、耐孔食性がわずかに向上することが明らかになった。回転により材料表面近傍の物質拡散が促進されると、孔食の原因である塩化物イオンによる皮膜への吸着が阻害されるためと考えられる。一方、純マグネシウムでは、回転数の増加に伴いアノード電流密度が増加したが、カソード電流密度はほとんど変化しなかった。これは、回転により材料表面近傍の物質拡散が促進されると、マグネシウム表面での皮膜形成が阻害されるために、アノード電流密度が増加すると考えられる。一方、マグネシウム表面でのカソード反応は、水の分解反応であるために、物質拡散の影響をほとんど受けないと考えられる。これらの結果より、血流に曝されると、316L鋼のように保護性の高い不働態皮膜を有する材料の腐食速度はほとんど変化しないが、マグネシウムのように皮膜の保護性が低い材料においては、腐食速度が増加することが明らかになった。ステント用材料の耐食性・分解性評価環境には、流れが重要な因子であることが示唆された。
傾斜機能材料の材料不均質性と傾斜組成を考慮した破壊機構の解明と強度評価・予測法

セラミックス-金属系傾斜機能材料(FGM)を耐熱構造材料として実用化し,信頼性を確保するためには,FGMの材料不均質性・傾斜組成を考慮した解析手法の開発と強度評価法の確立が重要である.本研究では,FGMの組織の不均質性・傾斜組成を考慮した解析手法の確立,常温から高温まで試験可能な小型試験片用冶具の開発,FGMの強度評価とその手法の確立を目指して研究を行った.1.FGMの解析手法の開発マイクロメカニクスの手法を用いて、FGMの不均質・傾斜組成を考慮したマトリッシティモデルを開発し,さらに有限要素法に組み込むことにより,FGMの変形挙動の解析手法を確立した。2.FGMの強度試験法の開発粉末冶金法により作製されるFGMの寸法は直径30mm,厚さ10mm程度であり,小型の試験片により,かつ,材料傾斜の特性が現れる試験法を開発する必要がある.FGMの破壊試験法,破壊靭性値の分布を評価できる試験法,疲労試験法,疲労き裂進展試験法を考案し,小型試験片用で,かつ,高温炉の中で試験できる冶具を開発した.3.FGMの強度試験部分安定化ジルコニア(PSZ)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)からなる各組成の非傾斜複合材料およびFGMを作成し,弾性係数,破壊強度,破壊靱性試験,き裂進展試験を常温,高温下で行い,強度特性に及ぼす不均質・傾斜組成の影響,試験温度の影響を明らかにした.以上の研究成果より,傾斜機能材料の破壊機構,強度特性に及ぼす微視組織,傾斜組成の影響,マイクロメカニクスおよび破壊力学に基づいた強度評価・予測法の指針を明らかにした.セラミックス-金属系傾斜機能材料(FGM)を耐熱構造材料として実用化し,信頼性を確保するためには,FGMの材料不均質性・傾斜組成を考慮した解析手法の開発と強度評価法の確立が重要である.本研究では,FGMの組織の不均質性・傾斜組成を考慮した解析手法の確立,常温から高温まで試験可能な小型試験片用冶具の開発,FGMの強度評価とその手法の確立を目指して研究を行った.1.FGMの解析手法の開発マイクロメカニクスの手法を用いて、FGMの不均質・傾斜組成を考慮したマトリッシティモデルを開発し,さらに有限要素法に組み込むことにより,FGMの変形挙動の解析手法を確立した。2.FGMの強度試験法の開発粉末冶金法により作製されるFGMの寸法は直径30mm,厚さ10mm程度であり,小型の試験片により,かつ,材料傾斜の特性が現れる試験法を開発する必要がある.FGMの破壊試験法,破壊靭性値の分布を評価できる試験法,疲労試験法,疲労き裂進展試験法を考案し,小型試験片用で,かつ,高温炉の中で試験できる冶具を開発した.3.FGMの強度試験部分安定化ジルコニア(PSZ)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)からなる各組成の非傾斜複合材料およびFGMを作成し,弾性係数,破壊強度,破壊靱性試験,き裂進展試験を常温,高温下で行い,強度特性に及ぼす不均質・傾斜組成の影響,試験温度の影響を明らかにした.以上の研究成果より,傾斜機能材料の破壊機構,強度特性に及ぼす微視組織,傾斜組成の影響,マイクロメカニクスおよび破壊力学に基づいた強度評価・予測法の指針を明らかにした.セラミックス-金属系傾斜機能材料(FGM)を耐熱構造材料として実用化し,信頼性を確保するためには,FGMの材料不均質性と傾斜組成を考慮した解析手法の開発と強度評価法の確立が重要である.平成15年度は,二相複合材料の微視組織を考慮した力学モデルの開発,FGMの材料創生,常温から高温まで試験可能は小型試験片用冶具の開発,破壊試験,破壊靭性試験等を行った.(1)FGMの解析手法の開発マイクロメカニクスの手法を用いて、FGMの不均質・傾斜組成,微視割れ・はく離損傷を考慮して変形挙動を記述できる構成式,有限要素法を開発することにより,FGMの変形・損傷挙動の解析手法を確立した。(2)FGMの粉末冶金法による作製部分安定化ジルコニア(PSZ)粉末とステンレス鋼(SUS304)粉末からなる複合材料をホットプレス法により作製する場合の,最適な焼結条件について検討を行い,体積割合を変えた数種類の非傾斜複合材料と材料傾斜の度合いを変えた数種類のFGMを作成した.(3)FGMの強度試験法の開発粉末冶金法により作製されるFGMの寸法は直径30mm,厚さ10mm程度であり,小型の試験片により,かつ,材料傾斜の特性が現れる試験法を開発する必要がある.FGMの破壊試験法,破壊靭性値の分布を評価できる試験法,疲労試験法,疲労き裂進展試験法を考案し,小型試験片用で,かつ,高温炉の中で試験できる冶具を開発した.(4)FGMの強度試験PSZ/SUS304系複合材料,FGMについて,破壊試験,破壊靭性試験を行った.き裂発生・進展挙動の観察,破面解析を通して,不均質・傾斜組成の影響,試験温度の影響を明らかにした.セラミックス-金属系傾斜機能材料(FGM)を耐熱構造材料として実用化し,信頼性を確保するためには,FGMの材料不均質性と傾斜組成を考慮した解析手法の開発と強度評価法の確立が重要である.平成16年度は,非傾斜複合材料の強度試験,非傾斜複合材料およびFGMの破壊靱性試験,FGMの変形・破壊解析を行った.(1)非傾斜

複合材料の強度試験部分安定化ジルコニア(PSZ)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)からなるFGMの各組成に対応する非傾斜複合材料を作成し,弾性係数,破壊強度について実験を行い,これらの変形・強度特性と組成との関係,および損傷・破壊形態を明らかにした.弾性係数はPSZとSUS304の中間組成すなわち複合材料で低下し,破壊強度はSUS304体積率が増加するほど低下する.(2)非傾斜複合材料およびFGMの破壊靭性試験PSG-SUS304系非傾斜複合材料について,室温および高温下で破壊靱性試験を行い,破壊靱性値と塑性の関係および温度の影響について明らかにした.破壊靱性値はSUS304の体積率が増加するほど上昇し,高温下で低下する.また,FGMについて安定き裂進展法により破壊靱性値の分布を求め,非傾斜複合材料と比較し,良く一致していることを示した.(3)FGMの変形・破壊解析開発したマイクロメカニクスに基づく構成式・有限要素法を用いて,FGMの曲げ負荷による破壊挙動の解析を行い,平滑FGM表面からの不安定き裂発生,FGM-基材界面でのき裂停止,界面上へのき裂進展,および基材中へのき裂進展を破壊力学の観点から解明した.セラミックス-金属系傾斜機能材料(FGM)を耐熱構造材料として実用化し,信頼性を確保するためには,FGMの材料不均質性と傾斜組成を考慮した解析手法の開発と強度評価法の確立が重要である.平成17年度は,非傾斜複合材料およびFGMの硬さ試験,破壊靱性試験,研究の総括を行った.1非傾斜機能材料およびFGMの硬さ試験部分安定化ジルコニア(PSZ)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)からなる非傾斜複合材料およびFGMについてビッカース硬さ試験,マイクロビッカース硬さ試験を行い,巨視的硬さと組成の関係,および各相の硬さと組成の関係を明らかにした.2 FGMの破壊靭性試験部分安定化ジルコニア(PSZ)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)からなるFGMについて,破壊靭性試験を行い,FGM中の破壊靭性分布を求めた.SUS304粉末の粒径を変えた2種類の材料の比較より,破壊靭性分布に及ぼす微視組織の影響,ならびに平成16年度の非傾斜複合材料による結果と比較することにより,FGM中の残留応力等の影響を明らかにした.3研究の総括平成15年度から本年度までに得られた研究成果より,傾斜機能材料の破壊機構,強度特性に及ぼす微視組織,傾斜組成の影響,マイクロメカニクスおよび破壊力学に基づいた強度評価・予測法の指針を明らかにした.