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トロイダル可変質量型制振装置の開発

本研究は,慣性質量のみ用いて振動低減効果をより高めることを目的として可変慣性質量型の制振装置を開発しようとするものである.主な成果は,(1)慣性接続質量による反共振振動数を調整させることで振動遮断または低減できる,(2)制振装置にハーフトロイダル型増減速器を用いた可変慣性質量機構を適用し,慣性質量のみを連続的かつ任意に制御できる,(3)周波数応答および地震応答の結果,広周波数領域における本装置の振動抑制効果が理論と実験によって実証されたことである.本研究は,慣性質量のみ用いて振動低減効果をより高めることを目的として可変慣性質量型の制振装置を開発しようとするものである.主な成果は,(1)慣性接続質量による反共振振動数を調整させることで振動遮断または低減できる,(2)制振装置にハーフトロイダル型増減速器を用いた可変慣性質量機構を適用し,慣性質量のみを連続的かつ任意に制御できる,(3)周波数応答および地震応答の結果,広周波数領域における本装置の振動抑制効果が理論と実験によって実証されたことである.建物振動を対象に,制振効果をより高めることを目的として,平成19年度は,実験室レベルの試作装置の設計・製作した.本制振装置は,これまでの受動可変要素(ばね定数や減衰係数)ではなく,トロイダル型のフライホイールおよびパワー伝達円盤からなる可変質量機構を開発することで,慣性質量のみを変化させるのに成功した.これらは抵抗力測定実験によって確認した.また,その結果から,課題として挙げていた高回転時のトルク伝達におけるパワー伝達円盤の「すべり」が起きてしまうことが判明した.そこで,装置を一部再設計して改良するとともに,再度抵抗力測定実験を行った.また,本実験および後述の地震応答実験の準備として,当研究室内にある振動加振機の強度,およびアクチュエータを増設するための改装を行った.加振機に正弦波状変位を入力して,本制振装置が発生する高負荷状態においても荷重と変位の関係を測定できるようになった.次の段階として,簡単な-自由度振動モデルに本制振装置を取り付け,正弦波加振によって周波数応答実験および解析を行った.提案した可変質量の効果が理論通りの特性を示すかを確かめるために,試作装置のパワー伝達円盤を一意的な位置に固定したパッシブ型の実験と解析を行った.慣性ホイールを任意位置に固定した場合の,振動遮断の実現性を確かめるために.またパワー伝達円盤の制御は,コンピュータおよびデジタルシグナルプロセッサーを用いて試験中である.これまでの研究成果を日本機械学会D&D2008にて発表する予定である.本制振装置はばね定数や減衰係数といった要素ではなく,慣性力のみで振動低減効果を目指した装置である.本装置は,トロイダル型のフライホイールおよびパワー伝達円盤からなる可変慣性質量機構によって連続的に可変慣性力を得ることができる.平成19年度は,ボールねじ式の制振装置を試作し,抵抗力特性によって理論式を確かめ,設計通りの可変慣性力が得られることに成功した.平成20年度は,一自由度振動系に本装置を取り付け,正弦波加振により周波数応答実験および解析を行った.可変慣性質量機構によって慣性質量の反共振点を加振振動数に一致するように調整させることで,反共振効果を利用して振動低減が計れることを実証した.また,その慣性質量と主質量の比(質量比)の最適厳密解および近似解を導出した.これを用いてパワー伝達円盤の傾転角を連続変化させたセミアクティブ型の場合の解析および実験を行い,その理論の正しさおよび振動低減効果を確認した.これにより広域振動数域における振動遮断の実現性を確かめたことは重要である.本研究では,慣性力のみを連続的に変化させて振動低減効果を得ることができる制振装置を開発し,その新たな振動低減方法として慣性力のみを利用した慣性ダンパーは他に例がなく新しい試みであった.最後に,これまでの研究成果を日本機械学会に発表した.
日本における国際義務の国内実施に関する裁判と立法・行政との対話

国際法規則の適用は、入管法のように既存の国内法体系が存在する分野では、この国内法の構造に強く規定され、この構造との関係で一定程度の創意工夫が不可欠であるが、そうした創意工夫をする前に、不適用に押し流される傾向がある。にもかかわらず、既存の国内法体系との強い緊張関係は、一部に革新的な判例を生み出し、これが、最近比較的多くみられる立法的な措置による国際法実施方法の積極的な改革に関わりをもっている。総じて、国際法の実効的な実施がなされていない状況については、裁判官のみに責任を追及することはできず、さしあたり条約締結時の内閣と国会の行動パターンを批判的にみていく必要があるということがいえる。2012(H24)年度においては、まず第1に、2009年の日本の裁判所による国際法判例の収集・分析とデータベース化の作業をすすめた。実は、新たなソースの発見により、分析作業のための労力は飛躍的にふくれあがったが、本研究参加者の総力を挙げてすすめ、データベースと解説の最終原稿を作成することができた。2009年の判例の分析は、たとえば、2004年の入管法改正で導入された難民認定申請者に対する仮滞在許可制度について、裁判所が、難民条約の要請という側面をほとんど看過し、入管行政の観点を重視しており、その結果、法文とは逆に許可が裁量的なものとなってしまっていることが明らかになった。国際義務と日本の実務との関係という観点からの個別研究として、まず第1に、主権免除についての本格的で包括的な研究が刊行された。ここでは、とくに、日本の国際法判例の展開と到達点が分析され、それとの関係で、2010年施行の対外国民事裁判権法の評価が試みられている。第2に、国際環境法の動向との関係での日本の実務については、とくにポスト京都議定書の国際レジームを日本の法政策との関係で分析した研究、福島原発事故との関係で環境に関する国際義務と日本の実務を評価する研究を発表した。第3に、日本の移民政策の転換点とも捉えられる入管法2009年改正を、実務との関係で分析した研究を発表した。2013年度においては、まず第1に、2010年の日本の裁判所による国際法判例の収集・分析とデータベース化、注目すべき動向についての検討を行った。ここでは、人権法や難民法の分野で、少数ながらこれまでの判例の誤りや不十分性を認め、国際的動向に沿った判断を示したものがあったこと、とくに、社会権享有についての国際人権条約上の差別禁止原則の裁判規範性を否定する議論が塩見訴訟最高裁判決で確定したかに思えたが、他の人権条約の立場との整合性等から、肯定説が有力となっていることが観察できた。また、判例を通じて、退去強制先がない事実上の無国籍者の問題も提起されていることが観察できた。これは、裁判所と立法行政がもたれあって実際上の問題に全く対応していない事例ということができる。研究期間全体として、20082010年の日本の裁判所による国際法判例の最も詳細な分析と検討を提供できたと自負している。また、2009年の主権免除法(外国国家民事裁判権法)や入管法改正(2004, 2009)年の成立経緯・解釈・裁判所による適用状況の分析、さらには環境分野における国際義務の実施の問題の分析も進められた。そこでは、国際義務の実施を意識してなされたはずの立法の部分的な改正が、当該立法全体の構造にすでに実質的影響を及ぼしているにもかかわらず、裁判所によって適用される段階になると従来の構造理解から極めて消極的な実施となってしまっていることがなど観察された。日本の裁判所は、旧来の制度全体の整合性に神経質で、部分的な法改正による国威義務の実施の局面では、その機能は限定的であることが観察できた。もっとも、裁判での具体的問題の提起が、限定的ながらその後の立法の推進力ともなっている。以上のような端緒的な研究成果を、たとえば国際法学会2013年研究大会におけ公募セッションに応募・発表して、学界に還元する活動を実施した。これまで蓄積してきた経験により、国際法に関係する国内判例の抽出作業を継続し、悉皆的調査と研究代表者・研究分担者・連携研究者で組織する研究会における徹底的討論に基づいてデータベース化する作業を継続した。このうち、2008年の判例については、紙媒体で公表した(後掲・「日本の国際法判例」研究会(第2期)2011)。この作業を通じて、日本の裁判所における国際法の取り扱いについて、これまで単に印象的に指摘される、関係国際法規則とそれに関わる資料が個人の権利にプラスに働く場合には消極的に、マイナスに働く場合には積極的に、引証・解釈されるという傾向について客観的証拠を提供することになる。

また、行政や立法において国際義務に関わる実務にある程度の変更が加えられている場合には、それを前提に解釈を実質的に変更し新たな法理論的整理を与えるという判例の機能も、ごく傾向的にではあるが、見いだすことができる。この作業を通じて、また、西松建設事件(最判2007・4・27民集61巻3号1188頁)について、これまでの判例のみならず行政解釈との関係で位置づけと評価がなされている。これは、連携研究者・板倉美奈子(静岡大学准教授)の解説の形で公表されたが、その多くの部分が、上記研究会における議論に基づくものである。またとくに国家免除との関係で近年の日本判例の考え方が批判的に考察する成果が生まれている(後掲・水島2012)。さらに、事例研究として、児童の権利条約締結時の国内法整備について、先行業績の検討に着手した。当初の計画では、2012年度頃から児童の権利条約締結との関係での国内法整備についての議論と資料を整理し、分析を開始することとなっていたが、この面での作業に着手することができていない。その理由の一つは、本研究の基礎作業と位置づけている判例データベースの作成作業において、新たなソースが発見され、分析対象判例がこれまでの数倍から10倍ちかくにふくれあがったため、この面に割く労力が予想以上に大きかったことがある。もう一つは、本研究参加者のなかに国際環境法についての有力研究者がおり、ポスト京都議定書レジームや福島原発事故との関係での社会的・国際的要請もあり、児童の権利分野での研究よりも、そちらの方の研究とその発表に追われているということがある。国際法に関連する日本の国内判例の悉皆的調査とデータベース化の作業は、これまでの蓄積もあり順調に進んでおり、その中で個別の最高裁判例の評価は比較的精密になされている。また、国家免除、環境法、人権法、難民法といった個別分野の、とくに外国との比較による日本の状況についての考察は、ある程度進められた。他方、日本の判例全般の動向の分析は、仮説的命題の提示とそれに基づく客観的証拠の蓄積をすすめている段階にとどまっており、とくに立法・行政との関連という視角から、まとまった形で実証的研究成果を挙げる段階までには至っていない。また事例研究として考えていた児童の権利条約締結時の国内法整備についての調査は、未だ具体的には着手できておらず、先行業績の収集と端緒的分析がなされたにとどまっている。以上の遅れの最大の理由としては、研究会の事務を支えるアルバイトについて、当初の見込みと異なり、研究代表者による継続的な努力にもかかわらず、適当な人材を恒常的に確保することができなかったことがある。日本の国際法判例のデータベースの作成を、本研究の基礎作業と位置づけて引き続きそのために必要なエフォートを割く。社会的・国際的要請の変化も考慮して、必要な場合、特別の分析対象を「児童の権利」から「環境」にシフトして、国際的義務の日本における実施をめぐる判例と行政・立法実務の関係の分析を引き続きすすめる。本研究がなお「萌芽的」段階にあることを踏まえ、国内・国外の関係研究者・実務家との交流を重視して、総合・比較の視座を確保する。昨年度実現できなかった、研究補助アルバイトについての適当な人材を恒常的に確保し、研究会の事務局体制を整備する。学内行政等で多忙化した連携研究者を一部入れ替え、フレッシュで有能な連携研究者を確保して、研究会体制を整える。これまでの判例データベースを含む研究成果を積極的に公開し、研究会外部の研究者の意見を積極的に求め、研究への刺激を与える。
高大連携システム構築のための基礎研究 -主として高校生向け大学体験講座を対象に-

平成13年度は、以下の2つの取り組みに重点を置いた研究活動を行った。(1)シンポジウム「高大連携とAO入試」東北学院大学等4大学からパネリストを迎え、倉元が加わり、公開シンポジウムを行った。60名以上の参加者を得た。特に、立命館大学のサマーカレッジなどが注目を引いた。(2)東北大学体験講座宮城県宮城野高校と連携し、同高校で取り組んでいる「フロンティアタイム」の一環として、8月上旬に1コース2日間の日程で東北大学体験講座を実施した。理系は三原、文系は小野寺が担当した。3年間の研究計画の中心となるものである。以上に加え、アメリカ合衆国における高大連携に関する調査を行った。2年目は、以下の2つの取り組みに重点を置いた研究活動を行った。(1)主に初年度の研究成果を中心としてまとめた「中間報告書」を発行した。(2)東北大学体験講座宮城県泉館山高校を新たに加え、昨年度と同様の日程で実施した。大学院生が卒業論文の成果を披露するコースを加えたが、一部に受講者のモティベーションの問題が生じた。体験講座の意義、前提条件の問い直しという研究課題が見出された。最終年度は、主に以下の2つの取り組みに重点を置いた研究活動を行った。(1)東北大学体験講座過去2年度と同様に実施した。内容は一昨年のものに準じた。(2)体験講座の効果に関するアンケート体験学習が宮城野高校2年生の意識に対する効果を調べるため、体験学習を挟んで2度のアンケートを全学年に対して実施した。分析の結果、大学選択基準は「他者の意見」、「偏差値・就職」、「身近さ」、「アメニティ」、「安楽」、「内容」といった6要因に分かれることが示され、この構造には体験学習を経ても変化がないことが確認された。3年間の研究の初年度として、本年度は主に以下の2つの取り組みに重点を置いた研究活動を行った。(1)シンポジウム「高大連携とAO入試」パネリストとして東北学院大学斎藤誠教授、立命館大学本郷真紹教授、慶應義塾大学SFC河添健教授、岩手県立大学大塚剋佳助教授を迎え、科研費の研究分担者からは倉元直樹助教授が加わって、平成13年9月27日に仙台市内で公開シンポジウムを行った。外部から60名以上の参加者を得て、積極的な意見交換が行われた。特に、全国に先駆けてAO入試を導入した慶應SFCのAO入試に対する考え方、高大連携事業に先進的に取り組んでいる立命館大学のサマーカレッジ事例などが注目を引き、シンポジウム参加者にとって重要な情報収集の場となるとともに、本研究の今後の方向性の指針となる成果が得られた。理系は研究分担者三原毅助教授が担当して破壊力学の講義、文献調査と実験演習、文系は小野寺淑行教授が担当して教育心理学の中からいくつかのテーマによる講義と実験演習を行った。受講者数は、文系15名、理系12名、計27名であった。アンケートによると、受講者の反応は極めて良好であった。長期的な効果、TAの役割については、来年度以降の研究結果に向けて、現在、継続的にデータ収集を行うとともに結果の分析を行っているところである。3年間の研究の2年目として、本年度は主に以下の2つの取り組みに重点を置いた研究活動を行った。(1)主に初年度の研究成果を中心としてまとめた「中間報告書」の作成と問題点の整理

第1部として、初年度に5大学からパネリストを迎えて行った「AO入試と高大連携」と題した公開シンポジウムの内容を採録した。発表内容から、各大学の大学としての性格とそれに伴う高大連携活動への考え方の違いが浮き彫りにされた。第2部では、宮城県宮城野高校と協力して行った「東北大学体験講座」の記録を採録した(2)東北大学体験講座初年度の成果を踏まえ、初年度協力した宮城県宮城野高校に宮城県泉館山高校を加え、8月上旬に1コース2日間の日程で東北大学体験講座を実施した。昨年と同様、理系は研究分担者三原毅助教授が担当したが、昨年と同じ破壊力学の講義、文献調査と実験演習というプログラムに加え、大学院生が卒業論文の成果を披露するコースを2つ加えることとした。文系は小野寺淑行教授が担当し、昨年同様、教育心理学の中からいくつかのテーマによる講義と実験演習を行った。受講者数は、文系13名、理系22名、計35名ぞあった。今年度は、初年度には見られなかった「やる気のない」受講者が現れた。その結果、最終年度に向けて「体験講座の意義の問い直し」と「充分な成果を挙げるための前提条件の洗い出し」という研究課題が見出された。現在、来年度の体験講座に参加可能性のある宮城野高校生徒に事前アンケートを実施し、要因分析のためのデータを収集したところである。3年間の研究の最終年度として、本年度は主に以下の2つの取り組みに重点を置いた研究活動を行った。(1)東北大学体験講座初年度、および、2年度目の成果を踏まえ、宮城県宮城野高校、宮城県泉館山高校から参加者を募り、8月上旬に2日間の日程で東北大学体験講座を実施した。一昨年、昨年と同様、理系は研究分担者三原毅助教授が担当したが、内容は一昨年のものと同じ破壊力学の講義、文献調査と実験演習というプログラムとした。文系は小野寺淑行教授が担当し、教育心理学の中から講義と実験演習を行った。受講者数は、文系15名、理系18名、計33各であった。(2)体験講座の効果に関するアンケート宮城野高校では、「フロンティアタイム」と称し、2年生全員に小グループによる体験学習を義務付けている。本研究の体験講座に参加する生徒の認識も、その一環というものである。本研究で実施した体験講座を含め、体験学習が宮城野高校2年生の意識に対して、どのような効果を持つのか、様々な要因に関して調査を行うために体験学習を挟んで2度のアンケートを全学年に対して実施した。1度目は昨年度の3月、1年生の時点であり、2度目は10月であった。事前アンケートの分析の結果、宮城野高校の大学選択基準は「他者の意見」、「偏差値・就職」、「身近さ」、「アメニティ」、「安楽」、「内容」といった6要因に分かれることが示されたが、この構造には体験学習を経ても変化がないことが確認された。
縮小社会における総合的・中長期的な空き家対策に向けた実証的研究

空き家問題については既に多くの調査研究があるが、それらの大半は「現に存在する空き家をどうするか」という空き家問題への対処方策について論じたものであり、中長期的な時間軸の中で空き家を増やさないための施策や地域の住宅政策・都市政策の中で空き家への対応を総合的に取り扱った調査研究は数少ない。本研究は中長期的な時間軸の中で、「現に存在する空き家の管理や活用、除却」という観点とともに、「空き家の増加を防ぐための施策の在り方」、並びに「地域の外部不経済たる空き家問題を地域主体の力で解決するための課題と具体的方策」を、都市計画、建築計画、建築社会システム等の観点から総合的に明らかにすることを目的とする。
微細砂を高濃度に含む流れの構造に関する研究

本研究を推進するに当たり、次の二つの課題を設けた。(1)エネルギー散逸に及ぼす砂粒子の濃度、粒径粒子摩擦係数の影響、(2)エネルギー散逸関数のモデル化と構成則・抵抗則の確立。これらの課題は理論および実験の両面から推進され、次のような成果が得られている。(1)平衡河床勾配に対する粒子系の影響は顕著であり、同一濃度の条件の下では、粒子径が小さいほど勾配は小さくなる。これは、粒子径が小さくなると、流れの上層にクーロン的な摩擦力の働かない乱流層が形成されるためである。(2)局所平均流速分布の構造においても上述のことが裏付けられた。すなわち、河床面近傍においては粒子が層流的な運動をする領域が形成されるが、上層には乱流層が形成される。下層の層流域は粒子径が大きいほど厚くなる。(3)平均河床勾配および流速分布に関する結果に基づいて、二層モデルを提案した。これは、下層には粗い粒子を対象として導かれた土石流の構成則を適用し、上層の流れには対数型の流速分布を適用するものである。このモデルに従って、平衡河床勾配と砂粒子濃度との関係を記述する式や流速分布式を導いた。(4)平衡河床勾配および流速分布の推定式は、定性的には水路実験の結果を説明するものの、かなり不合理な面も見られた。その原因が応力構造にあるのか、用いた流速分布の条件にあるのかを明らかにする必要がある。(5)本研究が対象としている現象は、流速場と濃度場を同時に議論しない限り問題は閉じない。これを進展させるためには、粒子接触に伴う圧力の構造を明らかにすることが重要である。本研究は高濃度流の構造を明らかにすることを目的として、二つの課題、1.エネルギー散逸に及ぼす砂粒子の濃度、粒径、粒子摩擦係数の影響、2.エネルギー散逸関数のモデル化と構成則・抵抗則を究明しようとするものである。本年度は、とくに課題1.に焦点を絞って検討し、次のような成果を得ている。(1)平衡河床勾配に対する粒子径の影響は顕著であり、同一濃度の条件のもとでは、粒子径が小さいほど勾配は小さくなる。これは、粒子径が小さくなると、流れのクーロン的な摩擦力の働かない乱流層が形成されるためである。(3)平均勾配ならびに流速分布の推定式は、定性的には水路実験の結果を説明するものの、かなり不合理な面もみられた。これを進展させるためには、粒子接触に伴う圧力P_sの構造を明らかにすることが重要である。(1)エネルギー散逸に及ぼす砂粒子の濃度、粒径、粒子摩擦係数の影響、(2)エネルギー散逸関数のモデル化と構成則・抵抗則の確立。これらの課題は理論および実験の両面から推進し、次のような成果が得られている。

(2)局所平均流速分布の構造においても上述のことが裏付けられた。すなわち、河床面近傍においては粒子が層流的な運動をする領域が形成されるが、上層には乱流層が形成される。下層の層流域は粒子径が大きいほど厚くなる。(3)平均河床勾配および流速分布に関する結果に基づいて、二層モデルを提案した。これは、下層には粗い粒子を対象として導かれた土石流の構成則を適用し、上層の流れには対数型の流速分布を適用するものである。このモデルに従って、平衡河床勾配と砂粒子濃度との関係を記述する式や流速分布式を導いた。(4)平衡河床勾配およびに流速分布の推定式は、定性的には水路実験の結果を説明するものの、かなり不合理な面も見られた。その原因が応力構造にあるのか、用いた流速分布の条件にあるのかを明らかにする必要がある。本研究が対象としている現象は、流速場と濃度場を同時に議論しない限り問題は閉じない。これを進展させるためには、粒子接触に伴う圧力の構造を明らかにすることが重要である。
保健行動のモチベーション解析に基づいた健康教育プログラムに関する研究

今回は保健行動を評価あるいは予測しうる指標として開発されたヘルスローカスオブコントロール尺度(HLC尺度)を用いてモチベーションの評価を行い、さらに保健行動との関連性を検討し尺度の有効性を検討した。北陸の企業3社の事務職従事者計567名(男性416名、女性151名)を対象にHLC尺度と保健行動との関係を検討した。客観的健康度が得られた非服薬者347名(男子268名、女子79名)において、客観的健康度と、HLC尺度および保健行動との関係を検討した。質問票調査は、記名式自己記入式にて行い、HLC尺度は日本語版HLC尺度、保健行動は、'森本の健康習慣と複数の食行動関連の質問項目からなる質問票を用いた。結果は以下の通りである。1.HLC尺度は、保健行動との関連性が認められその関係は男女で異なっていた。特に、女性においてFHLC尺度と保健行動の関連性が極めて強いことが明らかになった。2.HLC尺度は保健行動を介して、間接的に血圧値に影響を与えていることが示唆された。保健行動に寄与するHLC尺度が、最終的に客観的健康度にも影響を及ぼす可能性を示していた。3.日本語版HLC尺度では、Family下位尺度が保健行動との関連を認めたことが注目された。これらの結果より、HLC尺度は保健行動の予測に有意義な指標であることが明らかになった。今後は、この尺度を行動変容を起こさせるツールとして活用できる手法を視野に入れた研究展開を図る予定である。
DNA損傷後の複製再開に対するDNA修復蛋白質XRCC1の関与

本年度はXRCC1タンパク質のリン酸化アミノ酸の決定を行う予定であったが、完了できなかった。実験の遅延の原因は放射性同位元素を用いる実験の困難なことである。今後放射性同位元素を用いないで実験系を組み立てるよう検討する必要がある。本年度明かにできた点は以下のとおりである。1)細胞をアルキル化剤(methyl methansulfonate)処理した時にXRCC1タンパク質のリン酸化が亢進する。2)これはBRCT-a motifの機能に依存する。3)このリン酸化によって既知のXRCC1と結合するタンパク質PARP-1との相互作用は影響を受けない。4)等電点電気泳動とウエスタンブロッティングの結果から、XRCC1は少なくとも5つのリン酸化を受ける。また、XRCC1遺伝子の多型についても基礎的な実験を行った。具体的には、ヒト集団中で同定されている三種類のXRCC1遺伝子多型の機能への影響を実験的に解析するため、多型のXRCC1タンパク質を発現する細胞株を作成し、アルキル化剤への感受性を調べた。これまでのところ280番目のアミノ酸の多型がアルキル化剤への感受性に影響を与えるらしいことが分かってきた。今年度の研究によって、XRCC1蛋白質がDNA損傷によってリン酸化状態が変化することが初めて明らかになった(投稿中)。そこで、さらに、XRCC1蛋白質の機能ドメインであるBRCTモチーフに着目して、様々な人為突然変異体を作成し、これら変異蛋白質を発現する細胞の形質を調べた。BRCT-aモチーフ内で、その立体構造を変えるであろうと予想されるアミノ酸の変異体を作成し、この変異蛋白質を発現する細胞のDNA損傷誘発剤(methyl methanesulfonate(MMS))への感受性を調べたところ、高感受性を示した。また、この変異蛋白質は、正常蛋白質とは異なり、DNA損傷によってリン酸化が誘導されることはなかった。予備的な実験から、XRCC1蛋白質のリン酸化残基はセリンであることが分かったので、BRCT-aモチーフの近傍に位置する、CKIIリン酸化部位と考えられる連続して並ぶ3個のセリン残基をすべてアラニン残基に変えたところ、MMSに対してやや感受性となった。しかし、予想に反して、この変異蛋白質は2次元電気泳動によってはリン酸化の異常は検出されなかった。これらのことから、XRCC1蛋白質の機能にはBRCT-aモチーフの立体構造が重要であること、XRCC1蛋白質のリン酸化はBRCT-aモチーフに依存していること等が示唆された。
メタボローム解析による米タンパク質の肥満糖尿病及び腎症進行抑制機構の解明

肥満2型糖尿病モデルZucker diabeticfatty(ZDF)ラットにおいて、主食用白米から調製した米胚乳タンパク質(REP)や米糠タンパク質(RBP)の長期摂取が、糖尿病、肝臓への脂質蓄積、および腎症の進行を抑制することを報告してきた。しかし、その作用機構は未解明である。そこで本研究では、尿中代謝物質(産物)プロファイルの解析を中心としてREP・RBP摂取有効性の作用機構解明を目的とした。ZDFラットにタンパク質源としてREPとRBP、およびコントロールとしてカゼイン(C)を用いて調製した飼料を給与した飼養試験最終週の尿を試料として、CE-TOF MSによるメタボローム解析を行い、比較検討した。その結果、REPとRBPでは尿中代謝物質プロファイルに顕著な差がみられた。REP群とC群の比較では、絞り込まれた代謝物質数は239で、86個の代謝物質でREP群に有意な変動がみられ、中でもカルニチン関連代謝物質の増加、芳香族アミノ酸とその中間代謝系で複数の代謝物質の変動が顕著であった。一方、RBP群とC群の比較では絞り込まれた代謝物質数は255で、113個の代謝物質でRBP群に有意な変動がみられた。カルニチン代謝関連物質は減少、トリプトファン代謝、および尿素回路系の関連代謝物質の変動が特徴的であった。これより、REPとRBPの肝臓への脂質蓄積や腎症進行に対する抑制効果は類似しているが、その抑制機構には大きな差異があることが示唆された。これらの結果は、尿中の新規腎疾患マーカー物質の探索にもつながり、腎疾患予防にも貢献できると考えている。作用機構のさらなる解明には、血液・尿の経時的メタボローム解析と、同時に肝臓と腎臓の遺伝子発現応答について詳細な検討が必要である。2型糖尿病は生活習慣病の最たる疾病で、世界的な規模で深刻な問題となっている。糖尿病は、腎疾患や高血圧症との関連が密接であり、さらに慢性腎臓病(CKD)は透析などを必要とする末期腎不全の前期状態であるのみならず、心血管疾患と強い相関が明らかにされている。これまでの研究成果として、米胚乳タンパク質(REP)および米糠タンパク質(RBP)の糖尿病および糖尿病性腎症進行抑制効果、特に肥満2型糖尿病モデルZucker Diabetic Fatty(ZDF)ラットにREPやRBPを長期摂取させることにより、ヘモグロビンA1c (HbA1c)の改善や腎症進行抑制効果に加えて、肝臓への顕著な脂質蓄積抑制を明らかにした。さらに、肝臓中代謝物質プロファイルの解析より、カゼイン(C)群に比べてREP・RBP両群において、糖・脂質代謝経路が亢進していることを確認した。そこで、平成28年度は腎症進行抑制機構を明らかにすることを目的として、最終代謝産物である尿のメタボローム解析により代謝物質プロファイルについて検討した。今までの飼育条件と同様に、7週齢雄性ZDFラットに20% C食をコントロールとし、REPおよびRBP食を10週間給与した。病態の進行、糖尿病や糖尿病性腎症への影響を評価、確認するために、HbA1cや尿中アルブミン排泄等を測定した。試験終了時の3群(各群:n=6)の尿を試料としてCE-TOF MSによるメタボローム解析を行い、3群間で比較した。検出されたピークから絞り込まれた代謝物質数は258であった。これらの代謝物質について主成分分析(PCA)や階層的クラスタリング解析(HCA)などの統計解析を行った結果、REPおよびRBP群はC群に比べ、それぞれ代謝物質プロファイルに顕著な差があることが示された。ZDFラットを用いての長期飼養試験には、準備期間を含めて試験終了までに約4か月以上を要する。常時、連携研究者や研究協力者らと研究の進行状況を共有しながら進めているので、平成28年度は当初計画どおり12月までに飼養試験を終了し、尿試料のメタボローム解析も年度内に全体としての解析結果が得られた。また、ZDFラットは自然発症肥満2型糖尿モデルゆえ、モデル動物の中でも糖尿病やその合併症の進行状態における個体差が大きいことが知られている。そこで、各種測定項目結果の再現性を確認するために、原則として同様のプロトコルでさらなる分析項目をプラスする形で実施しているが、大変良好な再現性が得られた。この試験終了時の尿を試料としてメタボローム解析を実施できたこと、尿試料のメタボローム解析に際して入念な準備をしたことが期待した結果に繋がった。平成28年度に、肥満2型糖尿病モデルZucker diabetic fatty(ZDF)ラットにタンパク質源として米胚乳タンパク質(REP)と米糠タンパク質(RBP)、およびコントロールとしてカゼイン(C)を用いて調製した飼料を10週間給与した飼養試験最終週の尿を試料として、CE-TOF MSによるメタボローム解析を行い、3群間で比較検討した。その結果、それぞれの代謝物質プロファイルに顕著な差があることが示された。そこで、本年度はREP群とC群、RBP群とC群、各2群間で追加解析を行った。REP群とC群の比較では、絞り込まれた代謝物質数は239で、86個の代謝物質でC群と比較してREP群で有意な変動がみられ,その中でもカルニチン関連代謝物質、芳香族アミノ酸とその中間代謝物質等いくつかの代謝系で複数の代謝物質の変動が顕著であった。

一方、RBP群とC群の比較では絞り込まれた代謝物質数は255で、113個の代謝物質でC群と比較してRBP群で有意な変動がみられ、分岐鎖アミノ酸とその中間代謝物質、芳香族アミノ酸とその中間代謝物質、および尿素回路関連の代謝系で複数の代謝物質等の変動が特徴的であった。さらに、REP群とRBP群のC群に対する変動倍率を比較すると、内因性のNO合成酵素阻害物質とされるADMA(asymmetric dimethylarginine)や、腎機能評価の新規バイオマーカーとして期待されているSDMA(symmetric dimethylarginine)が、RBP群で有意に高いのに対しREP群では有意に低く、両群の腎症進行抑制効果は類似しているが、その進行抑制機構には大きな差異があることが示唆された。REPとRBPの2型糖尿病に対する改善効果、脂肪肝抑制作用、糖尿病性腎症進行抑制作用、および慢性腎臓病に伴う骨・ミネラル代謝異常に対する影響等ついて、ZDFラットを用いて長年に渡り研究を進めている。ZDFラットは自然発症肥満2型糖尿モデルゆえ、モデル動物の中でも糖尿病やその合併症の進行状態における個体差が大きいことが知られているが、810週間に渡る長期試験にもかかわらず、本試験においてもREPとRBPによる脂肪肝抑制作用、糖尿病性腎症進行抑制作用等の各種測定項目結果の再現性が大変良好で、これらの尿試料の代謝物質プロファイルから、期待以上の情報が得られた。さらに、追加解析によりREPとRBPの各作用特性に関する解析データも得られた。肥満2型糖尿病モデルZucker diabeticfatty(ZDF)ラットにおいて、主食用白米から調製した米胚乳タンパク質(REP)や米糠タンパク質(RBP)の長期摂取が、糖尿病、肝臓への脂質蓄積、および腎症の進行を抑制することを報告してきた。しかし、その作用機構は未解明である。そこで本研究では、尿中代謝物質(産物)プロファイルの解析を中心としてREP・RBP摂取有効性の作用機構解明を目的とした。ZDFラットにタンパク質源としてREPとRBP、およびコントロールとしてカゼイン(C)を用いて調製した飼料を給与した飼養試験最終週の尿を試料として、CE-TOF MSによるメタボローム解析を行い、比較検討した。その結果、REPとRBPでは尿中代謝物質プロファイルに顕著な差がみられた。REP群とC群の比較では、絞り込まれた代謝物質数は239で、86個の代謝物質でREP群に有意な変動がみられ、中でもカルニチン関連代謝物質の増加、芳香族アミノ酸とその中間代謝系で複数の代謝物質の変動が顕著であった。一方、RBP群とC群の比較では絞り込まれた代謝物質数は255で、113個の代謝物質でRBP群に有意な変動がみられた。カルニチン代謝関連物質は減少、トリプトファン代謝、および尿素回路系の関連代謝物質の変動が特徴的であった。これより、REPとRBPの肝臓への脂質蓄積や腎症進行に対する抑制効果は類似しているが、その抑制機構には大きな差異があることが示唆された。これらの結果は、尿中の新規腎疾患マーカー物質の探索にもつながり、腎疾患予防にも貢献できると考えている。作用機構のさらなる解明には、血液・尿の経時的メタボローム解析と、同時に肝臓と腎臓の遺伝子発現応答について詳細な検討が必要である。1.REPとRBPではタンパク質組成が全く異なるので、平成28年度に実施した尿メタボローム解析データについて、REP群とC群、RBP群とC群の各2群間で再解析し、代謝物質プロファイルの詳細な検討を行う。
アズレンと典型元素から成るお椀型π共役分子の創製

通常の有機分子は励起状態S1から発光するのに対し、アズレンは励起状態S2から発光する稀な分子である。蛍光量子収率こそ低いが、アズレンのS2発光は分光学的にとても珍しく、現在でも数多くの物理・有機化学者を魅了している。本研究では、このようなアズレンの珍しい光化学特性に着目し、複数のアズレンユニットを連結して中心部に様々な典型元素を配置させたサブポルフィリン型お椀型分子を合成し、金属中心となる典型元素の違いが光機能特性に及ぼす効果を明らかにする。
低侵襲治療のための体内硬化型有機―無機ナノハイブリッド骨修復材料

ヒトの運動機能を支持する骨組織の欠損は、生活の質(QOL)の大幅な低下をもたらす。従って、けがや病気で欠損が生じた場合には、短期でその機能を回復する医療技術が重要となる。現在、骨欠損部の機能を修復する場合に、金属やセラミックスでできたインプラント材料が使用されている。しかし、それらの埋入においては、インプラント材料に合わせて周囲の骨組織を成形する必要があり、患者への組織侵襲が大きくなってしまう。臨床の現場からは、手術室で自由に成形できる操作性、骨と直接結合する生物学的親和性(生体活性)ならびに骨と同等な力学的特性が求められている。これらの要求を満たす新素材の開発をするために、本研究課題では、流動性を示す状態で供給され、体液と接触すると有機高分子と水酸アパタイトを析出しながら硬化して、骨組織と結合できる有機-無機ハイブリッドとなる新素材を創成することを目的とする。本年度は、酢酸セルロースを乳酸エチルに溶解させた溶液とリン酸四カルシウムとリン酸水素カルシウムの等モル混合物を練和したペーストの水溶液中における力学的特性および化学的特性を調べた。ペーストを緩衝液(pH7.25)に浸漬すると、ペーストは酢酸セルロースおよび水酸アパタイトを析出しながら硬化した。緩衝液に7日間浸漬した後の試料の圧縮強度および弾性率は、酢酸セルロース濃度または粉液比が大きくなるにつれ大きくなる傾向が見られ、ヒトの海綿骨と同等の値を示す硬化体も得られた。さらに、ペーストをヒトの体液とほぼ等しい無機イオン濃度を有する擬似体液に浸漬すると、硬化が進行すると共に試料表面にアパタイトを析出した。これは、得られたペーストが生体活性を示す可能性が高いことを示す。以上の結果より、得られたペーストは体液との反応で硬化し、ヒトの海綿骨と同等の力学的性質と生体活性を併せ示す新規骨修復材料として期待される。従って、けがや病気で骨欠損が生じた場合には、短期でその機能を回復する医療技術が重要となる。現在、骨欠損の機能を修復する場合に、金属やセラミックスでできたインプラント材料が使用されている。しかしそれらの埋入おいては、インプラント材料に合わせて周囲の骨組織を成形する必要があり、患者への組織侵襲が大きくなってしまう。臨床の現場からは、手術室で自由に成形できる操作性、骨と直接結合する生物学的親和性(生体活性)ならびに骨と同じ力学的特性が求められている。これらの要求を満たす新素材を開発するために、本研究課題では、流動性を示す状態で供給され、体液と接触すると有機高分子と水酸アパタイトを析出しながら硬化して、骨組織と結合できる有機-無機ハイブリッドとなる新素材を創製することを目的とする。材料の基本的な材料設計を、水溶液中における多糖類の高分子析出現象とリン酸カルシウムからの水酸アパタイト生成の同時反応を基礎要素とした。この反応により体液環境で有機-無機ナノハイブリッドが構築される材料の条件を探索した。酢酸セルロースを乳酸エチルに溶解させこれにリン酸四カルシウムとリン酸水素カルシウムの等モル混合物を混和して、パテ状物質を得た。これを生理食塩水中に浸漬すると、100分以内に流動性を失い、水酸アパタイトを析出しながら固化し、3日で25Mpa程度の圧縮強度を発現する材料が得られることが明らかになった。
ソバ蛋白質の潜在的食品機能について

本研究は、ソバ蛋白質の潜在的ならびに顕在的食品機能を解明することを目的としている。ソバ粉中には、少なくとも7種のトリプシン・インヒビターが存在している。これらのうち、BTI-I(Buckweat Trypsin Inhibittor-I)と名ずけたインヒビターの蛋白質一次構造を決定し、本インヒビターがPotato Proteinase Inhibitor I Familyに属するインヒビターであることを明らかにし、その結果は、平成6年度日本生化学大会(9月)で発表し、現在、J.B.誌(生化学会欧文誌)に投稿準備中である。また、本インヒビターのトリプシンに対する反応機構を調べ、トリプシン阻害部位がN-末端ロイシンから数えて45番目のArgと46番目のAspペプチド(Arg^<45>-Asp^<46>)結合でトリプシンを阻害することを明らかにし、これらの結果から、本インヒビターの構造と機能の相互関係を解明した。結果は日本栄養食糧学会近畿支部大会(第33回、10月)で報告した。一方、蛋白質一次構造の明らかにされたBTI-Iおよびこれと同族の3種のインヒビターがソバアレルゲンの本体であることを見いだしている。現在、これら4種のインヒビターのアレルゲンとしてのエピトープ構造を同定するための端緒として、数種のmodified-Inhibitorを調製し、これらインヒビター(特にBTI-I)のトリプシン阻害部位とアレルゲン発現部位との構造的関係を調べ、結果は平成7年度日本農芸化学会大会において発表する予定である。また、ソバ蛋白質の潜在的食品機能を調べる目的で、ソバ粉抽出液を3画分(抵分子量、中分子量および高分子量画分)に分画し、抵分子量画分ら分子量4000の主蛋白質を精製した。この蛋白質のアミノ酸配列を既に決定し、本蛋白質の酵素消化物がアンジオテンシン変換酵素を阻害することを認め、そのペプチドの単離とアミノ酸配列の決定を行っているところである。
ヒト羊膜上皮細胞における抗原解析と腫瘍マーカーへの臨床応用

羊膜上皮と悪性腫瘍との「共通抗原性」に関して以下の3点を明らかにした。1.各種癌培養株由来モノクローナル抗体(MAb)の羊膜上皮培養株における反応性:10種の癌培養株、即ちPC-1(低分化型肺偏平上皮癌)、PC-10(中分化型肺偏平上皮癌)、PC-9(高分化型肺腺癌)、HEp-2(咽頭偏平上皮癌)、TE-9(食道偏平上皮癌)、KATO-III(胃印環癌)、COLONCA(結腸腺癌)、HEK(肝内胆管腺癌)、Pnc-1(膵臓癌)、ZR75-1(乳腺癌)を免疫原として22種類のMAbを作製し、ヒト羊膜上皮株FL及びWISH株との反応性をELISA法にて検討した。これらのMAbは全てどちらか羊膜上皮株と反応し、5種類のMAbが両株に反応を示した。即ち、羊膜-悪性腫瘍共通抗原が示されると共に、2種類の羊膜上皮株におけるheterogeneityが示唆された。2.各種腫瘍マーカーのヒト胎盤における免疫組織学的検索:正常分娩あるいは治療的人工妊娠中絶時に採取した胎盤及び胎児付属物(臍帯、羊膜、脱落膜)のエタノール・酢酸固定、パラフィン包埋標本において、CA125、CA130、CA19-9、CA50、KMO1、及びTAC41の局在をABC法にて検索した。これら全ての腫瘍マーカーは羊膜上皮細胞(質)にて明瞭な局在が認められ、これらの腫瘍マーカーが一種の羊膜上皮関連抗原である事が判明した。3.各種羊膜上皮関連抗原(AEA)の妊娠関連体液中における濃度:10例の正常妊婦より満期妊婦血液、分娩直後母体血、羊水及び臍帯動静脈血を採取、CA125(RIA)、CA130(RIA)、CA19-9(EIA)、CA50(EIA)、及びにTAC41(R-PHA)を測定した。全て羊水中で異常高値を示し、一方分娩前母体血、臍帯動静脈血では正常域にあり、羊膜で産生されたAEAが容易に羊水中に移行している事が明らかとなった。これらの羊膜上皮関連抗原の妊娠時における生物学的意義の解明が腫瘍マーカーとしての臨床応用と共に今後の需要な課題の一つである。(1)ヒト羊膜細胞株における抗原性2)ヒト羊膜上皮と羊膜細胞株の抗原性に関する差異既に臨床応用されている腫瘍マーカーより, 1型糖鎖のCA-50, CA19-92型糖鎖のSSFA-L〓

構造不明群のCA-125, CA15-3を選び,ヒト末期羊膜上皮における免疫組織学的検索,及び羊水中濃度測定を行った.又, 3種の羊膜培養株においてもcell b〓ock組織並びに培養上青にて同様の検索を行った. SSEA-1を除いたCA-50, CA19-9, CF125, CA15-3では,ヒト羊膜上皮細胞において著明な局在及び羊水中皮度高値が得られたが,培養細胞株にてはその局在は明きらかでなく,培養液中への放出も検出感度以下微量であり,両者間で明瞭な差異が認められた.羊膜上皮と悪性腫瘍との「共通抗原性」に関して以下の3点を明きらかにした。1.各種癌培養株由来モノクローナル抗体の羊膜上皮培養株における反応性:10種の癌培養株、即ちPC-1(低分化型肺扁平上皮癌)PC-10(中分化型肺扁平上皮癌)、PC-9(高分化型肺腺癌)、HEp-2(咀頭扁平上皮癌)、TE-9(食道扁平上皮癌)、KATO-II(胃印環癌)、COLONCA(結腸腺癌)、HEK(肝内胆管腺癌)、DANC-1(膵臓癌)、ZR75-1(乳腺癌)を免疫原として22種類のモノクローナル抗体(μAb)を作製し、培養Fl,WISH株との反応性をELISA法にて検討した。全てどちらかの羊膜上原培養株との反応性を有し、5種類のMAbを除いた残り全てのMAbはいずれか一方の培養株とのみ反応し、羊膜上皮-悪性腫瘍共通抗原性1と共に、2種類の培養羊膜上皮間でのヘテロジェネエティが示唆された。2.各種腫瘍マーカーとヒト胎盤における免疫組織学的検索:正常分娩あるいは治療的人工妊娠中絶施行時に採取した胎盤及び胎児付属物(臍帯、羊膜、脱落膜)のエタノール・酢酸固定、パラフィン包埋標本において、CA125、CA130、CA19-9、CA50、KMO1及びTAC41の局在をABC法にて行った。これら全ての腫瘍マーカーは羊膜上皮細胞質にて明瞭な局在が認められ、これらの腫瘍マーカーが一種の羊膜皮な関連抗原である事が判明した。3.各種羊膜上皮関連抗原の妊娠関連体液中濃度:10例の正常妊婦より満期妊婦血清、分娩直後母体血、羊水及び臍帯動静脈血を採取、CA125(RIA)、CA130(RIA)、CA19-9(EIA)、CA-50(EIA)並びにTAC41(R-PHA)を測定した。これらの羊膜上皮関連抗原は全て羊水中で異常高値を示し、一方分前母体血、臍帯動静脈では正常域にあり、羊膜で産生されたこれらの羊膜関連抗原が容易に羊水中に移行している事が明きらかになった。これらの羊膜関連抗原の妊娠時における生物学的意義の解明が今後の重要な課題の一つである。
ヒト尿路生殖器癌における接着分子の発見と浸潤転移に関する研究

細胞間接着因子であるE-カドヘリン(E-CD)は上皮細胞の細胞膜に発現し、細胞間接着および組織構築に重要な役割をはたしている。その発現の減弱が癌の浸潤・転移に深く関係することが報告されており、今回尿路上皮癌におけるE-CDの発現と浸潤性・転移性について検討した。対象は尿路上皮癌30例で、原発部位は、膀胱27例、尿管2例、尿道1例である。年齢は48-85歳(平均67歳)、観察期間は1-50ヶ月(平均19ヶ月)であった。新鮮手術標本を2%パラホルムアルデヒドで固定、迅速凍結したのち薄切し、抗ヒトE-CDモノクローナル抗体を用いてABC法にて免疫組織染色を行った。E-CDの発現は、一様に強く染まるものをpreserved(P)、部分的にあるいは全く染まらないものをreduced(R)とした。Pが22例、Rが8例あり、Pの12例がgradelであったが、Rの8例はgrade2以上であった(p=0.02)。Pのうち20例がpTaまたはpT1の表在性のものであったが、Rの8例中6例がpT2以上の浸潤性であった(p=0.002)。転移はPの1例、Rの3例にみており有意差はなかった。肺転移の症例では原発巣がRであるのに対し転移巣はPであった。Rの2例が死亡しており3年生存率はPが100%、Rが60%であった。尿路上皮癌においてE-CDの発現が減弱しているものはhigh grade、high stageが有意に多く、予後因子のひとつとなる可能性がある。今後カテニンを含めたカドヘリンの機能について検索していく必要がある。
バイオセラミックスの腐食挙動と静疲労特性の評価

アルミナを現実に生体内に埋め込み長時間使用するために必要である種々の特性を明らかにするために、多結晶アルミナならびに単結晶サファイヤの破壊挙動ならびに腐食特性の評価を意図して本研究を計画した。さらに、生体環境により近い環境である、乳酸リンゲル液中での腐食挙動ならびに静疲労特性の評価を行い、生体材料としてのサファイヤ(アルミナ)の可能性を総合的に検討し、以下の結論を得た。1)生体環境により近い環境である乳酸リンゲル液中における腐食減量の程度を把握し、生理食塩水中ならびに純水中での腐食挙動と比較検討した結果、乳酸リンゲル液は多結晶アルミナならびに単結晶サファイア両材料に対して苛酷な腐食環境であることが明らかとなったが、特定のイオンを含まない脱イオン水の方が腐食環境としてはむしろ苛酷であることが示された。2)電子天秤で検出される腐食減量は、多結晶アルミナの方が単結晶サファイアに比較して多少多くなる傾向が示されたが、明瞭な差異を示さなかった。しかしながら、多結晶サファイアでは、特に、粒界に沿って深さ方向へ入り込んで行く腐食の様相が観察され、したがって、腐食損傷が強度低下に大きな影響を及ぼす可能性が示された。3)画像解析による定量的な評価の結果、多結晶アルミナにおいて、静疲労でき裂がゆっくり進展している領域では80%以上の粒界破面率を示し、静疲労き裂進展における粒界腐食の役割の重要性が示された。4)C(0001)面、A<1120>方向、M(1010)面、A<1120>方向ならびにA(1120)面、R<1102>方向を有する3種類の単結晶サファイア試験片に対してダイヤモンド圧入試験を行った結果、R(1012)面、M(1010)面ならびにA(1120)面におけるき裂生成の可能性が示された。そして、その結果生じた圧痕対角線寸法ならびにき裂長さを光学顕微鏡で測定し、IF法によりそれぞれの面に対する破壊じん性値K_<IC>を評価した結果、なる大小関係にあることが示された。高強度でありしかも化学的安定性に優れるなどの点から、アルミナを人工骨ならびに人工歯根などへ適用する試みがなされている。特に、同材においては結晶粒界の存在による強度低下などの問題から、単結晶サファイヤを積極的に利用する試みがなされている。生体内がかなり苛酷な腐食環境であり、しかも生体材料が一定荷重に繰り返し荷重が重畳された力学的にも苛酷な条件下で使用されることを考えれば、同材料を信頼性高く使用するためには、これら生体材料についても、腐食現象の解明ならびに環境強度の評価が不可欠になるものと考えられる。しかしながら、これらの評価は国の内外を問わず未だ殆ど検討が行われていない現状にある。そこで、同材料を現実に生体内に埋め込み長時間使用するために必要である種々の特性を明らかにするために、多結晶ならびに単結晶サファイヤの破壊挙動ならびに腐食特性の評価を意図して本研究を計画した。また、本研究では、同材料の種々の特性評価と同時に、鋳込成形法および常圧焼結法により多結晶アルミナの作製と、腐食特性評価に対する画像解析手法の導入をも意図するものである。すなわち、多結晶ならびに単結晶アルミナの曲げ強度、破壊靭性、生理食塩水中での腐食挙動ならびに静疲労特性の評価を行い、単結晶にすることによる強度・靭生ならびに腐食特性の改善の程度を把握した。また、生体環境により近い環境である、人工体液中での腐食挙動ならびに静疲労特性の評価を行った。以上のように、鋳込成形法・常圧焼結法アルミナ試験片を焼成するところから始め、生体材料としてのサファイヤ(アルミナ)の可能性を総合的に検討し、またその限界を明らかにした。本研究では、バイオセラミックスの代表的なもののひとつであるアルミナを取り上げ、現実に生体内に埋め込み長時間使用するために必要である種々の特性を把握するために、多結晶ならびに単結晶サファイアの破壊挙動ならびに腐食特性の評価を行った。これらを通じて、生体材料(バイオセラミックス)としてのサファイアの可能性とその限界を明らかにすることを意図して以下の項目の検討を行った。1.水酸化アルミニウムを1530%添加したアルミナならびに通常の助剤を含むアルミナを鋳込み成形法ならびに購入した多目的高温炉により作製し、曲げ強度、破壊靱性などの基本的な強度特性を評価した。2.同材料を用いEFG法により単結晶を作製し、前項と同様な評価を行い、単結晶化することによる強度特性の改善の程度を明らかにした。3.多結晶ならびに単結晶サファイアの生理食塩水ならびに純水中での腐食挙動を購入した試料表面観察装置により評価し、サファイアの水溶液中での腐食挙動に及ぼす結晶粒界の役割を把握した。4.あらかじめビッカースダイヤモンド圧子により微細なき裂を付与した多結晶アルミナの棒状試験片を用いた実験から、生理食塩水における微視き裂の進展速度を応力拡大係数と関連づけることより、同材の静疲労特性の評価を行った。これらの検討から、アルミナの強度ならびに腐食特性に対して果たす結晶粒界の役割を明らかにし、アルミナを特に単結晶化することの意義と同材料の限界を把握した。さらに、生体環境により近い環境である、乳酸リンゲル液中での腐食挙動

ならびに静疲労特性の評価を行い、生体材料としてのサファイヤ(アルミナ)の可能性を総合的に検討し、以下の結論を得た。1)生体環境により近い環境である乳酸リンゲル液中における腐食減量の程度を把握し、生理食塩水中ならびに純水中での腐食挙動と比較検討した結果、乳酸リンゲル液は多結晶アルミナならびに単結晶サファイア両材料に対して苛酷な腐食環境であることが明らかとなったが、特定のイオンを含まない脱イオン水の方が腐食環境としてはむしろ苛酷であることが示された。2)電子天秤で検出される腐食減量は、多結晶アルミナの方が単結晶サファイアに比較して多少多くなる傾向が示されたが、明瞭な差異を示さなかった。しかしながら、多結晶サファイアでは、特に、粒界に沿って深さ方向へ入り込んで行く腐食の様相が観察され、したがって、腐食損傷が強度低下に大きな影響を及ぼす可能性が示された。3)画像解析による定量的な評価の結果、多結晶アルミナにおいて、静疲労でき裂がゆっくり進展している領域では80%以上の粒界破面率を示し、静疲労き裂進展における粒界腐食の役割の重要性が示された。4)C(0001)面、A<1120>方向、M(1010)面、A<1120>方向ならびにA(1120)面、R<1102>方向を有する3種類の単結晶サファイア試験片に対してダイヤモンド圧入試験を行った結果、R(1012)面、M(1010)面ならびにA(1120)面におけるき裂生成の可能性が示された。そして、その結果生じた圧痕対角線寸法ならびにき裂長さを光学顕微鏡で測定し、IF法によりそれぞれの面に対する破壊じん性値K_<IC>を評価した結果、なる大小関係にあることが示された。