hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
都市部の団地に暮らす高齢者の社会的孤立

本研究では、都市部の団地に暮らす独居および夫婦のみ高齢者の社会的孤立状況と支援団体とのかかわりを明らかにし、支援する側と支援される側の双方の視点から、高齢者の社会的孤立問題への対応策を検討した。支援団体の活動拠点を利用する団地居住者へのインタビュー調査から、利用者は継続・頻回利用、一人暮らし女性が多い、活動拠点利用により人間関係ができ、広がったりするなどが明らかになった。その一方で、質問紙調査の結果から、支援団体の認知度は約8割と高いものの、活動拠点を利用したことがないという者が約4割もいた。これらの結果は団地居住の高齢者のニーズと支援団体の活動内容が必ずしも合っていないこと示唆していた。本研究は、都市部の団地に暮らす独居および夫婦のみ世帯の高齢者の、社会的孤立状況と支援団体とのかかわりを明らかにし、支援する側と支援される側の双方の視点から、高齢者の社会的孤立問題への対応策を検討することが目的である。平成24年度は、団地全体における独居高齢者の社会生活などの状況を量的に把握するために、公田町団地に居住している独居高齢者289人のうち、65歳84歳の258人を対象とし、留め置き法(一部、訪問面接法を併用)による質問紙調査を実施した。調査では、基本属性に加えて、家族に関する項目、友人との関係、自由時間の活動、外出頻度や内容といった社会関係に関する項目、孤独感や移動能力といった心身の健康度に関する項目などを尋ねた。調査対象者のうち、実際に配布できたのは250票、回収数は139票(回収率55.6%)であった。また同時に、団地住民によって組織された支援団体の調査を継続しつつ、団地に居住している独居および夫婦のみ世帯の高齢者と継続的にかかわりを持ち、約10人から複数回にわたる聞き取り調査を実施し、現在の社会的ネットワークの在り様、ライフストリー、孤立に至った経緯、支援団体とのかかわりやその活動に関する意識などについて明らかにした。昨年度に実施した複数の都市部の団地での視察・聞き取り調査の結果を詳細に検討し、研究フィールドとして設定している公田町団地の相対位置づけを明らかにできたので、その成果の一部を国際学会で報告する予定である。本研究は、都市部の団地に暮らす独居および夫婦のみ世帯の高齢者の社会的孤立状況と支援団体とのかかわりを明らかにし、支援する側とされる側の双方の視点から、高齢者の社会的孤立問題への対応策を検討することが目的であった。最終年度は、団地での質問紙調査のデータと比較するために、調査会社の登録モニターから抽出された都市部で生活している独居高齢者を対象とする質問紙調査を実施した。調査の結果、6585歳の独居高齢者161名(男41名、女120名)から回答が得られ、団地居住と地域居住の独居高齢者における社会関係などの項目を比較して分析を行った。平成23・24年度に実施した支援団体の活動拠点を利用する団地居住者へのインタビュー調査から、利用者は、継続・頻回利用である、一人暮らし女性が多い、活動拠点を利用することにより人間関係がでたり、さらに広がったりする、などが明らかになった。その一方で、質問紙調査の結果から、支援活動団体の認知度は約8割と高いものの、活動拠点を利用したことがないという者が約4割もいた。これらの結果は、団地居住の高齢者のニーズと支援団体の活動内容が必ずしも合っていないことを示唆していた。支援団体は「コミュニティ・カフェ」や「サロン」と呼ばれる高齢者の居場所作り活動を行っているのであるが、ミスマッチということも含めて、地域中でそれらがなぜ利用されないのかを検討することが居場所の利用を広めていくうえで必要である。本研究は、都市部の団地に暮らす独居および夫婦のみ世帯の高齢者の、社会的孤立状況と支援団体とのかかわりを明らかにすることを目的とし、平成23年度は、首都圏の高齢化した団地(新宿区・戸山団地、板橋区・高島平団地)の視察・聞き取り調査を継続しつつ、複数の都市部の団地(北九州市・後楽町団地ほか、京都市・醍醐南団地、吹田市・千里ニュータウン、神戸市・明舞団地、札幌市・五輪団地)での視察・聞き取り調査を行い、研究フィールドとして設定する横浜市公田町団地の相対的位置づけを行い、その特徴を把握した。

また同時に、公田町団地の一部住民で組織する高齢者支援団体・非営利活動法人「お互いさまねっと公田町団地」の高齢者の見守り、「あおぞら市」、相談事業といった活動を平成23年度の後半から継続的に参与観察するとともに、団地住民でもある当団体職員に聞き取り調査を行い、活動の概要、団地に暮らす高齢者のニーズ、活動における困難・課題などを明らかにした。平成24年度は、ほぼ当初の予定どおりに、独居高齢者を対象とする質問紙調査、独居および夫婦のみ世帯の高齢者への複数回にわたる聞き取り調査が実施でき、団地に暮らす高齢者の社会生活の状況を量的および質的に把握することができた。平成23年度は、ほぼ当初の予定どおりに、複数の都市部の高齢化した団地での聞き取り調査、高齢者支援団体の参与観察およひ聞き取り調査が実施でき、当該年度の目的であった研究フィールドとして設定する横浜市公田町団地の相対的位置づけと高齢者支援団体の活動内容が把握できた。高齢者への聞き取り調査を継続しつつ、平成23・24年度において実施した複数の調査から得られたデータの分析を行い、都市部の団地に暮らす独居および夫婦のみ世帯の社会的孤立状況を明らかにする。加えて、団地での質問紙調査のデータと比較するために、都市部の他の地域で暮らしている独居高齢者を対象とする質問紙調査を実施する。これらの結果をもとに、高齢者の社会的孤立問題における、支援側と支援される側の意識の齟齬や課題を浮き彫りにし、政策として考えられている社会的孤立の解決策や予防策が妥当であるかどうかを検討する。今後は、高齢者支援団体の活動に関する継続的な参与観察、公田町団地に暮らす高齢者世帯を対象とする質問紙調査、一人暮らし高齢者と高齢の夫婦のみ世帯を対象とする聞き取り調査などを実施する。これら複数の調査から得られたデータの分析を行い、都市部の団地に暮らす一人暮らしおよび夫婦のみ世帯の社会的孤立状況を明らかにするとともに、高齢者の社会的孤立問題における、支援側と支援される側の意識の齟齬や課題を浮き彫りにし、政策として考えられている社会的孤立の解決策や予防策が妥当であるかどうかを検討する。次年度は、当初の予定どおりに、これまでに得られたデータをもとに、都市部の団地に暮らす独居および夫婦のみ世帯の社会的孤立状況を明らかにする。また、他の地域での補充調査のデータも加えて、高齢者の社会的孤立問題における、支援側と支援される側の意識の齟齬や課題を浮き彫りにし、政策として考えられている社会的孤立の解決策や予防策が妥当であるかどうかを検討する。次年度に使用する研究費が生じたのは、自記式質問紙調査において回答が困難であると想定された超高齢者(85歳以上)を調査対象から除外したことにより、当初の予定よりも調査実施にかかわる費用が減額されたためである。研究成果の発信として、これまでに得られた研究成果の一部は国際学会で報告する予定であり、研究費の多くは、国際学会での報告にかかわる経費と補充調査の実施費用として使用する。次年度以降は、当初の予定どおりに、高齢者支援団体の活動に関する継続的な参与観察、公田町団地に暮らす高齢者世帯を対象とする質問紙調査、一人暮らし高齢者と高齢の夫婦のみ世帯を対象とする聞き取り調査などを実施する。したがって、研究費の多くはこれらの調査実施にかかわる経費として使用する。
水頭症治療用髄液短絡管に必要な生物学的および物理学的特性に関する研究

医療用シリコンは生体材料として汎用されており、脳神経外科領域でも水頭症に対する髄液短絡管に利用されている。しかし短絡管の断裂の原因となる劣化の問題、閉塞の原因となるシリコンゴムの生体に対する反応等、短絡管の素材が機能不全に関与することを報告してきた。今回フッ素系高分子化合物であるFNYと現在短絡管に使用されているシリコンゴムとをカオリン大槽内注入水頭症ウサギを用いて生物学的及び物理学的特性の比較検討を行った。結果は前々年度に報告したラット腹腔内にシリコンおよびFNYプレートの移植実験に類似していた。つまり実際に髄液が短絡されている状態でもシリコンでは1週目よりリンパ球の集族が強く、異物型巨細胞の出現も多数見られた。さらに2、4週目にはその傾向が強くなり、線維芽細胞様の細胞も多数見られた。一方FNYでは1週目より細胞密度が少なく、リンパ球の出現はみられるも、集族は認めなかった。また異物型巨細胞の出現頻度も少なかった。また物理学的特性では従来より短絡管に利用されているシリコンよりFNYは弾性率は低いが、引っ張り強度が強く耐久性はシリコンより高いと考えられた。また生体に移植後の経時的変化ではシリコンゴムでは徐々に弾性率が低下する傾向がみられたが、FNYでは経時的変化はみられなかった点より、FNYは経時的劣化が少ないことも示唆された。しかし実際に皮下を通し可動性を持たせるためにはさらに軟性が必要であり、FNYの硬性部分と軟性部分の配合の割合を今後検討する必要が残された。FNYはシリコンゴムより生体反応の少なくかつ耐久性の面からも腹腔管機能不全を減少できる新しい素材となる可能性が示唆された。
Oncofertility視点に基づく若年癌患者の性腺機能不全の漢方治療法の確立

小児・若年癌患者に対する抗癌治療による不妊症は深刻な問題であり、男女ともに抗癌治療後の生殖腺機能不全への有効な予防・治療法が必要とされている。応募者らは、昨年、漢方薬の1つ牛車腎気丸が、抗癌剤投与したマウスの精子形成障害を改善することを見出した。本研究では、2・4・6週齡雄/雌マウスを用いて、その他の補中益気湯や八味地黄丸なども含め種々の漢方薬による性腺機能不全の改善効果や、その作用機序を明らかにし、小児・若年癌患者の抗癌治療後の副作用の漢方治療法を確立する。
酸性オルガネラ機能制御に介在する低分子量Ｇタンパク質Ａｒｌ８の機能解析

ADP-ribosylation factor-like 8 (Arl8)は主にリソソームに局在する低分子量Gタンパク質で、エンドソームやファゴソームとリソソームの融合に関与し、リソソームでの物質分解に促進的に機能する。しかしながら、Arl8の細胞内で機能する分子メカニズムが明らかにされる一方で、個体における生理的機能が未解明であったため、Arl8ノックアウトマウスの解析を行った。哺乳動物にはArl8aとArl8bの2種類のアイソフォームが存在するが、解析の結果、Arl8bノックアウトマウスは1)神経管の脳背側正中線(蓋板)の遺伝子発現が異常となること、2)脳でBMP受容体が蓄積し、BMPシグナル下流のSmadのリン酸化が亢進すること、3)野生型の子宮内にBMP精製タンパク質をインジェクションすると、Arl8bノックアウトマウスに類似した蓋板の遺伝子発現の異常を呈すること、を明らかにした。BMPリガンドによって活性化されたBMP受容体は、エンドサイトーシス経路でリソソームに運ばれ、分解されることによりシグナルが負に制御される。Arl8bは後期エンドソームからリソソームへの物質輸送に必要な因子であることから、Arl8bノックアウトマウスではBMP受容体のリソソームでの分解に異常が生じた結果、活性化されたBMP受容体が細胞内に蓄積し、BMPシグナルが亢進した可能性が考えられた。アフリカツメガエルや鶏の胚を用いた解析により、BMPシグナルが蓋板の発生に重要であることが示されていることから、Arl8bノックアウトマウスではBMPシグナルが亢進した結果、蓋板の発生が異常となった可能性が示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。Arl8は、Arf/Arl (Arf-like)サブファミリーに属する低分子量Gタンパク質であり、非常に数多くの低分子量Gタンパク質の中でArl8は唯一、主にリソソームの膜に局在することが初めて示された低分子量Gタンパク質である。低分子量Gタンパク質がその機能を発揮するためには、GTPを結合して活性化された際に、適切なオルガネラ膜に局在する必要があり、このタンパク質の活性化・オルガネラの局在という一連の流れは、オルガネラの恒常性維持に重要であることが予想される。しかし、Arl8の活性化制御機構や膜局在化メカニズムについては全く分かっていない。よって、Arl8のグアニンヌクレオチド結合活性を制御する因子群、及びArl8のリソソーム膜への局在化を規定する因子群を同定し、Arl8のGサイクルに伴う膜局在化の制御機構を解明することを目的として解析を行った。哺乳類でArl8はArl8aとArl8bの2種が存在することが知られている。そこで、培養細胞から精製したArl8aとArl8bの標品を用いてグアニンヌクレオチド結合特性を検討したところ、Arl8aとArl8bではグアニンヌクレオチド結合特性が大きく異なることが示された。Arl8aとArl8bはアミノ酸配列の相同性が比較的高いため、両者の相同性が低いアミノ酸領域であるN末端アミノ酸がArl8の活性化制御に関与している領域と考え、Arl8aとArl8bのN末端置換体を作製し、GTP、およびGDP結合特性を検討した。結果、Arl8の活性化は、N末端のアミノ酸領域に大きく依存していることが明らかとなった。当研究室で着目しているArl8(ADP ribosylation factor like 8)は、主にリソソームに局在する低分子量Gタンパク質で、これまでに線虫や培養細胞を用いた解析から、リソソームの微小管依存的な輸送や、エンドソームやファゴソームとの融合に促進的に機能することが明らかにされてきた。しかしながら、Arl8の個体レベルでの生理的役割に関しては未解明であったため、Arl8ノックアウトマウス(Arl8-/-)の解析を行った。哺乳動物にはArl8aとArl8bの2種類のアイソフォームが存在するが、Arl8b-/-では出生前後で致死となり、胎生12日目において脳領域の構造に異常を生じることが明らかとなった。Arl8b-/-の脳構造を詳細に解析した結果、海馬や視床といった脳の背側領域から発達する領域の構造異常が顕著であったため、胎生10日目の脳の背側領域に着目して解析を進めたところ、脳の背側正中線に特徴的な発現パターンを示す遺伝子群の発現に異常が見られた。脳の背側正中線は神経管閉鎖において神経外胚葉と非神経外胚葉の中間に形成されるNeural plate border(NPB)と呼ばれる領域から形成される。外胚葉からNPBの運命決定には神経外胚葉から非神経外胚葉にかけて形成されるBmpシグナルの勾配が重要であるとされるが、Arl8b-/-ではBmpシグナルが顕著に増強していた。Arl8bはリソソームの物質分解に促進的に機能することから、Arl8b-/-ではリソソームでのタンパク質分解に異常が生じた結果、Bmpシグナルの負の制御に異常が生じたものと考察される。結果、外肺葉でのBmpシグナルの異常な亢進により、背側正中線の発生に異常を呈したものと考えられた。

マウスの脳神経発生においてエンドソーム-リソソーム経路がどのように寄与しているのかを解析された例はなく、また、Arl8のマウスの生体内での機能を見出した点で非常に興味深い。また、Arl8b-/-において異常の生じるシグナル伝達系に関しても解析が進んでおり、以上のことから当初の計画以上に進展していると判断できる。ADP-ribosylation factor-like 8 (Arl8)は主にリソソームに局在する低分子量Gタンパク質で、エンドソームやファゴソームとリソソームの融合に関与し、リソソームでの物質分解に促進的に機能する。しかしながら、Arl8の細胞内で機能する分子メカニズムが明らかにされる一方で、個体における生理的機能が未解明であったため、Arl8ノックアウトマウスの解析を行った。哺乳動物にはArl8aとArl8bの2種類のアイソフォームが存在するが、解析の結果、Arl8bノックアウトマウスは1)神経管の脳背側正中線(蓋板)の遺伝子発現が異常となること、2)脳でBMP受容体が蓄積し、BMPシグナル下流のSmadのリン酸化が亢進すること、3)野生型の子宮内にBMP精製タンパク質をインジェクションすると、Arl8bノックアウトマウスに類似した蓋板の遺伝子発現の異常を呈すること、を明らかにした。BMPリガンドによって活性化されたBMP受容体は、エンドサイトーシス経路でリソソームに運ばれ、分解されることによりシグナルが負に制御される。Arl8bは後期エンドソームからリソソームへの物質輸送に必要な因子であることから、Arl8bノックアウトマウスではBMP受容体のリソソームでの分解に異常が生じた結果、活性化されたBMP受容体が細胞内に蓄積し、BMPシグナルが亢進した可能性が考えられた。アフリカツメガエルや鶏の胚を用いた解析により、BMPシグナルが蓋板の発生に重要であることが示されていることから、Arl8bノックアウトマウスではBMPシグナルが亢進した結果、蓋板の発生が異常となった可能性が示唆された。これまで不明であったArl8の活性化制御にそのN末端領域が関与することを見いだした点は意義深い。また、Arl8のグアニンヌクレオチド結合特性の解析にも進展がみられたことから、本研究はおおむね順調に進行しているものと評価できる。今後はArl8b-/-におけるBmpシグナルの増強が、リソソーム機能の異常によるものであるかを検討したいと考えている。具体的には組織染色によって、Arl8b-/-の脳領域において後期エンドソームあるいはリソソームマーカーで染色されるオルガネラ内にBmp受容体あるいはBmpリガンドが蓄積しているかを検討する。また、MEF(Mouse embryonic fibroblast)を用いて、細胞をBmp刺激した際に正常胚から作出したMEFとArl8b-/-から作出したMEFで活性化されたBmpシグナルが負に制御されるまでの時間を検討することにより、Arl8b-/-で見られたBmpシグナルの増強が、細胞自立的であるかどうかを検討する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。Arl8の活性化制御を担う因子を同定するため、動物組織から抽出した細胞質画分、細胞膜画分を精製Arl8に添加し、Arl8の活性化状態に与える影響を評価する。また、密度勾配遠心法によって各種オルガネラ画分を精製、Arl8に添加し、Arl8の活性化状態に与える影響にオルガネラ特異性があるのか検討する。その後、各種クロマトグラフィー、質量分析解析を組み合わせることによってArl8の活性化制御を担う分子を同定する予定である。
マウス貧血遺伝子W^Vを導入した口唇、口蓋裂マウスの育成と特性の解析

ヒトの口唇、口蓋裂の発生原因および発生機序は不明な点が多く、それらを解明するため口唇、口蓋裂を自然発生するモデルマウスとしてA/JおよびCL/Frが開発されている。これらの口唇、口蓋裂自然発生モデルマウスによってその発生原因は胎仔におよぼす母体の子宮内環境要因(maternal environmental factor)と胎仔自身の遺伝子による要因(embryonic genetic factor)の二つが考えられている。本実験系は口唇、口蓋裂の発生要因をmaternall environmental factorからのアプローチにより検討するものであり、その要因のひとつとして我々はヒトの臨床領域での調査から母体の貧血に注目した。本研究は1:口唇、口蓋裂自然発生マウスに貧血傾向を発現するマウス突然変異遺伝子W^Vを遺伝子導入し口唇、口蓋裂と貧血の両因子を有する疾患モデルを開発することと、2:開発したモデルについて血液検査および胎仔の解剖学的観察によりその特性さらには貧血と口唇、口蓋裂発生率の関係を検討することを目的としている。当該期間内において我々は、A/J-W^VおよびCL/Fr-W^Vの新たな口唇、口蓋裂自然発生貧血マウス系統の作出に成功した。これらはdirect back-cross方式により国際的基準であるN12までの遺伝子導入を完了しており、現在はinbreedingによりA/J-W^VはF5世代、CL/Fr-W^VはF4世代に達し、新たなcongenic strainとしてその特性は良好な状態で維持されている。また血液性状のデータからW^V遺伝子を有する個体(W^V/+)は有さない個体(+/+)に比べ確実に貧血傾向を示していることを確認した。更に完成したそれぞれのstrainについて貧血母体(W^V/+)と性状母体(+/+)とで口唇、口蓋裂発生率を比較したところ母体が貧血である場合に口唇、口蓋裂の発生率の上昇が観察された。本研究は当該年度において、貧血遺伝子W_vを有する自然発生口唇・口蓋裂マウスであるA/J-Wv及びCL/Fr-Wvの遺伝的安定と血液性状の観察及び口唇・口蓋裂発生率の比較を目的とし、実験を行ってきた。その結果、現在これら2系統は、ともに遺伝子導入系としての国際的基準であるN12世代までの遺伝子導入を終えることができ、新たな系統としての確立に成功することができた。これら2系統は99.9%自然発生口唇・口蓋裂マウス由来の遺伝子を有し、残り0.1%の中にマウス貧血遺伝子Wvを新たに有する貧血遺伝子導入自然発生口唇・口蓋裂モデルマウスである。我々は、この遺伝子導入操作と平行して、マウス貧血遺伝子Wvが確実に導入され、実際に貧血が発現しているかを確認するため、血液検査により白血球数、赤血球数、ヘモグロビン、ヘマトクリット、平均赤血球容積、平均赤血球血色素量、平均赤血球血液色素濃度を求め、血液性状の変化を観察した。その結果、各世代においてWv遺伝子を有する個体は、赤血球数の減少が観られ、Wv遺伝子が血液性状に確実に影響をあたえており、それが発現していることを確認した。また、口唇・口蓋裂の発生率について各世代ごとにWv遺伝子を有する母体(Wv/+)と有さない母体(+/+)について子宮内の胎仔に口唇・口蓋裂発生率の上昇が観察された。したがって、これらのことから導入過程において貧血母体内で発育した胎仔には、より高率に口唇・口蓋裂が発生することが確認された。現在、これらの2系統はinbreedingにより、さらに安定した系統として維持繁殖が行われているが、この過程においても口唇・口蓋裂の発生率を観察する予定である。

更に完成したそれぞれのstrainについて貧血母体(W^V/+)と性状母体(+/+)とで口唇、口蓋裂発生率を比較したところ母体が貧血である場合に口唇、口蓋裂の発生率の上昇が観察された。本研究は、昨年度までに2系統の遺伝子導入系としての国際的基準であるN12世代までの遺伝子導入を終えることができ、新たな系統としての確立に成功を収めた。この遺伝子導入操作と平行して、マウス貧血遺伝子W^Vが確実に導入され、実際に貧血が発現していることも確認した。また、口唇、口蓋裂の発生率について各世代毎にWV遺伝子を有する母体(W^V/+)と有さない母体(+/+)について子宮内の胎仔に口唇・口蓋裂発生率の上昇が観察され、導入過程において貧血母体内で発育した胎仔には、より高率に口唇・口蓋裂が発生することが確認された。これを受けて、本年度は引き続き2系統のマウスをinbreedingし、さらに安定した系統として維持繁殖に務め、この過程においても口・口蓋唇裂の発生が高いことが検証された。この内容については、第36回先天異常学会(札幌)(平成8年7月25日、26日)において口頭発表した。全体の成果について英文誌に投稿準備中である。
独自のマイクロチップと増幅法を駆使したPOCTデバイスの開発

本研究では,独自のマイクロチップと増幅法を活用して,血中などに含まれる疾患マーカーを簡便・迅速・高感度に検出する技術の開発を目的としていた.まず抗体の固定化法を検討したところ,デキストランを介して基板に共有結合する方法が,感度の点で優れていることが分かった.次に,複数種類の疾患マーカーを同時に検出する技術の開発に成功した.さらに,抗体の代わりにDNA断片を使うことで,この方法がマイクロRNA検出に応用できることも分かった.本研究では,独自のマイクロチップと増幅法を活用して,血中などに含まれる疾患マーカーを簡便・迅速・高感度に検出する技術の開発を目的としていた.まず抗体の固定化法を検討したところ,デキストランを介して基板に共有結合する方法が,感度の点で優れていることが分かった.次に,複数種類の疾患マーカーを同時に検出する技術の開発に成功した.さらに,抗体の代わりにDNA断片を使うことで,この方法がマイクロRNA検出に応用できることも分かった.本課題の目的は,二つの独自技術「自律駆動マイクロチップ」と「層流樹状増幅法(LFDA)」により簡便・迅速で高性能なイムノアッセイ検査を実現することである.本年度は前立腺がんのマーカーである前立腺特異抗原(PSA)をモデル抗原として用い,主に抗体を基板に固定化する方法の検討を行った.まず,これまで他の抗原(CRP)で実績のあった,物理吸着による方法で抗体を固定化した.精製ずみのPSAとヒト女性の血清(PSAを含まない)を購入し,それらを適宜混合して模擬サンプルを作製した.それらのサンプルに対してイムノアッセイを行ったところ,検出限界は0.52ng/mLとなり,これは血清の代わりにバッファを用いた場合(0.49ng/mL)と大差なく,血清中の夾雑物が測定にほとんど影響しないことが分かった.また,LFDAによる増幅を行わない場合の検出限界(140ng/mL)と比較すると200倍以上高感度であり,LFDAの効果が実証された次に,あらかじめ抗体を共有結合させた基板でマイクロチップを作製した.具体的には,ガラス基板の表面をアミノ化した後,デキストランを介して抗体を共有結合させた.次にPDMS基板上にマイクロ流路を加工し,それを抗体固定化ガラス基板と接合してマイクロチップを作製した.このマイクロチップでは,イムノアッセイの各試薬に界面活性剤を添加しても,抗体が表面から脱離しないと考えられたので,実際に加えて実験したところ,非特異吸着が大幅に抑制され,PSAの検出限界1pg/mLという超高感度を達成した.比較のため,抗体を物理吸着させたマイクロチップにおいて同様な実験を行ったところ,抗体が脱離してしまい,測定に適さないことが分かった.以上の結果から,抗体を基板に共有結合して,試薬に界面活性剤を添加することが感度向上に有効であることが分かった本課題の目的は,二つの独自技術「自律駆動マイクロチップ」と「層流樹状増幅法(LFDA)」により簡便・迅速で高性能なイムノアッセイ検査を実現することである.これまでに,前立腺がんのマーカーである前立腺特異抗原(PSA)をモデル抗原として技術開発を行い,高感度検出に成功している.本年度は,この手法によって3種類のがんマーカータンパク質(AFP=αフェトプロテイン,CEA=がん胎児性抗原,PSA)を同時に検出,定量する実験を試みた.ヒトAFP,CEA,PSAそれぞれに対する抗体をスライドガラス表面に共有結合で固定化した.固定化には幅100μm,間隙100μmのPDMS流路を用いて,平行線状の抗体パターンを作製した.そのPDMSをはがし,別のPDMS流路(Y字型,幅100μm,深さ25μm)を抗体パターンに直交するように配置して,マイクロチップを完成した.各抗原をウシ胎児血清に溶解してサンプルとし,自律駆動法およびLFDAを用いてイムノアッセイを行った.サンプル体積は0.5μL,測定時間は20minとした.まず反応の特異性を確認するために,一つの抗原のみを高濃度(1μg/mL)に含むサンプルで実験を行ったところ,対応する抗体パターンのみで強い蛍光が観察され,その他の抗体パターンにおいて有意な交差反応は観察されなかった.次に各抗原を同時に変化させて,対応する抗体パターンにおける蛍光を測定して検量線を作成した.検出限界は0.56ng/mL(AFP),0.22ng/mL(CEA),0.61ng/mL(PSA)となり,臨床的に意義のある濃度範囲を十分にカバーする測定可能域が得られた.これらの結果から,本手法が複数疾患マーカーの同時POCTに有望であることが分かった.本課題の目的は,二つの独自技術「自律駆動マイクロチップ」と「層流樹状増幅法(LFDA)」により簡便・迅速で高性能なイムノアッセイ検査を実現することであった.これまでに,前立腺がんのマーカーである前立腺特異抗原の高感度検出を実現し,さらに,3種類のがんマーカータンパク質の同時検出にも成功した.本年度は,新しいがんマーカーとして注目されているマイクロRNAの検出を試みた.マイクロRNAはイムノアッセイと同様の原理で検出することができる.すなわち,ターゲットRNAと相補的な配列を持ったプローブDNAを,抗体の代わりにターゲットと結合させれば良い.この実験ではヒトmiR-21(22塩基)をターゲットとして,そこに同時に結合できる2種類のプローブDNA(捕捉プローブと検出プローブ,各11塩基)を設計した.捕捉プローブをガラス基板に固定化し,そこにPDMS流路を接合することにより,マイクロチップを完成した.

自律駆動法とLFDAを用い,イムノアッセイと同じ要領で(2次抗体の代わりに検出プローブを注入)検出を行った.サンプル体積は0.5 μLとした.増幅反応開始から数分で,捕捉プローブを固定した位置において蛍光強度が指数関数的に増加した.この増加が始まる時間はマイクロRNA濃度に依存し,高濃度な場合ほど早期に信号増加が開始した.しかしその増加開始時間には若干のばらつきがあり,またブランク(濃度ゼロ)の場合にも信号増加が見られた.そこで常に参照溶液としてブランクを流し,サンプル溶液との比較によってセンサーの応答を定義することにした.その応答をサンプル濃度に対してプロットしたところ,検出限界値として0.5 pMが得られた.以上から,本研究の方法がマイクロRNAに対しても有効であることが分かった.交付申請書「研究の目的」にある通り,二つの独自技術「自律駆動マイクロチップ」および「LFDA」を活用したイムノアッセイ法を順調に発展させ,3種類のがんマーカータンパク質の同時検出・定量に成功したから.24年度が最終年度であるため、記入しない。計画通り,自動キャリブレーション法,検出器の小型化,使い勝手の改善などに取り組む.また,近年,体液中を循環するマイクロRNAが新しい疾患マーカーとして注目されてきている.このマイクロRNAも,本研究の技術によってPOCTの対象になり得ると考えられるので,この方向にも研究を推進してゆく所存である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
雲精測レーダーの開発

1.3GHz帯の周波数を使用するレンジイメージング機能付きウィンドプロファイラー(WPR)とミリ波帯の周波数を使用する雲レーダーで構成される、雲解像2周波レーダー(CRDR)の開発に取り組んだ。既設のWPRにアダプティブクラッタ抑圧の機能を付加することで、測定データ品質が向上できることを示した。CRDRによる下層雲観測事例の解析に取り組んだ。本研究課題の実施により、CRDRが将来広く使用され得る雲の観測手段である可能性を示すことができたと考えている。RWPRを用いて精度良く水平風の観測データを得るためには、大気境界層内で発生するサーマル等による鉛直流変動の影響を小さくする必要がある。大気境界層内の鉛直流変動の時間スケールを考慮することで、水平風の推定精度を向上させる方法を検討した。RWPRによる風速・大気乱流の観測データの品質向上には、大気エコー以外の不要信号(クラッタ)を抑圧する必要がある。多チャンネル受信と適応信号処理を用いてアンテナのサイドローブパターンを制御するアダプティブクラッタ抑圧は、クラッタを抑圧する有用な手段である。RWPRは多チャンネル受信機能を有していないため、多チャンネル受信機能を備えるデジタル受信機の開発に取り組んだ。複数の受信チャンネルを同期させるために必要となるトリガ信号取り込み機能を、研究代表者が開発したデジタル受信機に付加することに成功した。レンジイメージングウィンドプロファイラ(RWPR)では、受信信号に混入する不要信号(クラッタ)により、風速・大気乱流の測定データ品質が劣化する。RWPRで得られる測定データ品質を向上させる、アダプティブクラッタ抑圧機能の開発に取り組んだ。アダプティブクラッタ抑圧は、サブアレイと適応信号処理を用いてアンテナビームのサイドローブパターンを制御することで、クラッタの受信強度を低下させる手法である。アダプティブクラッタ抑圧には、既設のRWPRの主アンテナと、新設した3基のサブアレイを用いる。サブアレイとして、クラッタが多く存在する低仰角方向に指向性を持ち、RWPRの主アンテナのメインビーム方向である天頂方向付近には指向性を持たないアンテナ素子を用いた。そのため、用いるアンテナ構成は、アダプティブクラッタ抑圧によりクラッタの受信レベルが低下できる一方で、受信される大気エコーの特性が変化しない特長を持つ。主アンテナ及びサブアレイからの受信信号を受信するため、多チャンネル受信機能をRWPR用デジタル受信機に付加した。多チャンネル受信機能を付加したデジタル受信機は、汎用ソフトウェア無線機を複数用いることで、主アンテナ及び3基のサブアレイから得た受信信号のA/D変換とデジタル直交検波を行う。デジタル直交検波後の多チャンネル受信データは、ワークステーションに転送される。ワークステーションでは、スレッド処理により多チャンネル受信データのリアルタイムデータ処理を行う。RWPRを用いた測定を実施することで、アダプティブクラッタ抑圧が有効に機能し、RWPRで得られる測定データ品質が向上することを確認した。アダプティブクラッタ抑圧機能の開発にあたり、十分な検証を行う必要が生じた。そのため、研究計画を変更することで、アダプティブクラッタ抑圧機能の検証に注力した。十分な検証を実施したことで、実用性に優れるアダプティブクラッタ抑圧機能が開発できたと考えている。次年度にデータ解析を集中して行うよう研究計画を変更したため、現時点での達成状況はやや遅れている。しかし、今後実施する下層雲の観測では、アダプティブクラッタ抑圧を用いることで、RWPRで得られる測定データ品質を向上できる見込みである。品質を向上させた測定データを用いて、雲解像2周波レーダー(CRDR)で得られたデータ解析を効率的に実施することで、研究目標を達成したい。多周波切替え送信を用いたレンジイメージングが可能な1.3GHz帯レンジイメージングウィンドプロファイラー(RWPR)は、下層雲内及び周辺の鉛直流・大気乱流の高精度計測が可能である。ミリ波帯の周波数を用いる雲レーダー(CPR)は、粒径の小さい雲粒を検出できる。1.3GHz帯RWPRとCPRを用いることで、鉛直流・大気乱流・雲粒を同時に測定する雲解像2周波レーダー(CRDR)が構成できる。東京都小金井市の情報通信研究機構本部において、CRDRによる下層雲の観測を実施した。情報通信研究機構が有する1.3GHz帯RWPRであるLQ-13と、千葉大学が有するCPRであるFALCON-Iを用いて、CRDRを構成した。CRDRによる下層雲の観測事例を用いたデータ解析を実施した。RWPRによる測定データ品質の向上を目的としたRWPR用アダプティブクラッタ抑圧システムを、昨年度に開発した。LQ-13を用いた観測を実施することで、開発したRWPR用アダプティブクラッタ抑圧システムの長期安定動作を確認した。LQ-13とFALCON-Iで構成されたCRDRによる下層雲の観測において、長期安定動作を確認したRWPR用アダプティブクラッタ抑圧システムを活用した。アダプティブクラッタ抑圧の性能向上を目的とした、データ処理手法の開発にも取り組んだ。データ処理手法を開発するため、RWPR用アダプティブクラッタ抑圧システムによる測定データを用いた。CRDRによる下層雲の観測と、CRDRによる下層雲の観測事例を用いたデータ解析を実施した。RWPR用アダプティブクラッタ抑圧システムの長期安定動作を確認した。

現在までに得られた成果を基に次年度の研究を実施することで、補助事業の目的をより精緻に達成できる。以上述べたとおり、本研究課題は、おおむね順調に進展している。雲解像2周波レーダー(CRDR)は、特性が異なる2つの周波数を用いることで鉛直流・大気乱流・雲粒を同時に計測する。レンジイメージング(RIM)は、複数の周波数を送信毎に切替え、さらに適応信号処理を用いた受信信号の重み付け合成を行うことにより、ウィンドプロファイラー(WPR)の鉛直分解能を向上する観測手法である。情報通信研究機構が有するレンジイメージングウィンドプロファイラー(RWPR)であるLQ-13は、1.3GHz帯の周波数を用いることで大気下層における鉛直流と大気乱流を計測する。千葉大学が有する雲レーダー(CPR)であるFALCON-Iは、ミリ波帯の周波数を用いることで粒径の小さい雲粒を計測する。周波数変調によるパルス圧縮を行うFALCON-Iは、鉛直分解能に優れる。LQ-13とFALCON-Iを用いることで、CRDRを構成した。CRDRから得られた受信信号の処理方法を検討した。さらに、CRDRによる下層雲観測事例の解析から、下層雲内における大きな鉛直流擾乱に伴って雲粒落下速度が変動する事例を見出した。この事例における鉛直流と雲粒落下速度の計測には、LQ-13が持つ優れた鉛直分解能が寄与している。LQ-13は、鉛直分解能の向上を実現する手段であるRIM及びオーバーサンプリングの機能と、不要エコー(クラッタ)を動的に抑圧することで測定データの品質低下を小さくするアダプティブクラッタ抑圧(ACS)の機能を有する。これらの機能は、LQ-13における限られたハードウェアの変更(送信毎の周波数切替え機能の追加)と、ソフトウェア無線技術を用いて開発された外付け多チャンネルデジタル受信機の付加により実現された。この事実は、既設WPRのハードウェアを活用することで、ACSの機能を有するRWPRが実現できることを示している。本研究課題の実施により、RWPRとCPRから構成されるCRDRが、将来広く使用され得る雲の観測手段である可能性を示すことができたと考えている。1.3GHz帯の周波数を使用するレンジイメージング機能付きウィンドプロファイラー(WPR)とミリ波帯の周波数を使用する雲レーダーで構成される、雲解像2周波レーダー(CRDR)の開発に取り組んだ。既設のWPRにアダプティブクラッタ抑圧の機能を付加することで、測定データ品質が向上できることを示した。CRDRによる下層雲観測事例の解析に取り組んだ。本研究課題の実施により、CRDRが将来広く使用され得る雲の観測手段である可能性を示すことができたと考えている。CRDR・50MHz帯大気レーダー・ラジオゾンデ・ライダーの同時観測を実施した。
脊椎椎間板変性制御の病態解明および治療法の確立

CILPTgおよびノーマルマウスの髄核組織の染色性が有意にTgマウス群で低下していた(椎間板のSafraninO染色)。Tgマウスの腰椎MRIT2強調画像で腰椎椎間板の輝度は低下しており、椎間板変性の進行が明らかになった。また椎間板変性抑制の実験では転写因子AP-1を標的にした。AP-1は椎間板を分解するMMP3,13やADAMTS4,5の発現を上昇する。AP-1阻害剤を用いたin vitro,in vivoの実験でIn vitroではこの阻害剤はヒト髄核細胞でMMPsやADAMTSsの発現を抑制した。In vivoでも同様にマウス椎間板穿刺変性モデルにおいてより有意に椎間板変性を抑制できた。背景および目的:我々は腰椎椎間板ヘルニア患者のDNAサンプルで大規模な相関解析を行い、CILP遺伝子のI395Tにおいて有意な相関を見出した。さらにin vitroの機能解析からCILP蛋白の高発現が椎間板変性に関わる可能性を見出した(Seki S et al, Nature Genet, 2005)。CILP Tgマウス(以下Tgマウス)を作成し表現型の解析やin vivoにおけるCILPの役割を詳細に検討することで腰椎椎間板ヘルニア、椎間板変性の発症メカニズムの一端を解明したいと考える。方法:CILP Tgマウスの作成の方法は軟骨特異的発現ベクターpNASSβ(COL11A2 promoter,IVS1)を用い、このベクターにCILP遺伝子(C末にHA tagを挿入)を導入しマイクロインジェクションによってTgマウスを作成した。またこのTgマウスを用い、表現型を解析した。結果:【CILP Tgマウスのlineの維持および繁殖】遺伝子導入はPCR、mRNAはreal-time PCR法で確認し、CILP蛋白の発現解析はHA抗体、N末、C末抗体の3種類使用し、これらでウエスタンブロット、免疫染色でTgマウスにおけるCILP蛋白の発現を確認できた。【CILP Tgマウスの表現型の解析】椎間板の構造(髄核、線維輪)を組織学的に確認するとサフラニン-O染色にて髄核組織の染色性が有意にTgマウス群で低下していた。さらに作成した各系統間ごとに脊椎椎間板をMRIで評価すると、Tgマウスの腰椎MRIT2強調画像において、腰椎椎間板の輝度はノーマルマウスと比べて低下していたことから、明らかな椎間板変性の進行が認められたと考えられる。また各系統間のTgマウスとノーマルマウスで、腰椎レントゲン上の椎間板高の違いを有意に認めている。【CILP Tgマウスの頚椎椎間板変性、ヘルニアモデルの作成】マウスの頚椎に不安定性を導入すると頚椎椎間板変性、ヘルニアができることが分かっており、このモデルで変性誘導後の頚椎椎間板が、各系統でどのように変性度合いが違うかを評価した。背景:IL-1は、転写因子AP-1を介して椎間板を分解するMMP3,MMP13やADAMTS4,5の発現を上昇させるため、椎間板を分解する。それを抑制する因子として、我々の研究協力者が作成した低分子化合物であるAP-1阻害剤を用いて、in vitroの系で椎間板変性抑制を試みる。このAP-1候補薬(T5224)はヒトへの投与も可能であり、研究協力者である九州大学別府病院の塩澤俊一教授より既に供与されている(Nature Biotech 26;817, 2008)。目的:臨床応用を目指してこの候補薬(AP-1阻害剤)をマウスに経口投与させ、椎間板穿刺モデルを用いて、椎間板変性抑制が実際に可能かどうかを検討することである。方法:C57BL/6マウス12匹の尾椎に針を刺し、椎間板穿刺モデルを作成する。AP-1阻害薬(T5224)をマウスに経口投与し、実際に椎間板変性が起きるかどうかを単純X線, MRI, Safranin-O染色で偽薬経口投与群と比較して組織学的に比較検討を行う。結果:X線像では、4週投与ラットにおいて2群間に差を認めなかったが、8週投与ラットにおいてはT5224投与群のほうがプラセボ群に比べて椎間板高減少が有意に抑制された。MRI T2mappingにおいて、4週投与では、貫通で差を認めず、半分穿刺でプラセボ群に比べT5224群では有意にT2値が高かった。また8週投与では、半分穿刺、貫通のどちらも偽薬群に比べT5224群で有意にT2値が高かった。考察:今回の結果からAP-1阻害剤は非常に有用であると考えられる。今後結果の再現性の確認およびSafranin-O染色での組織学的検索を行っていく予定である。

In vivoでも同様にマウス椎間板穿刺変性モデルにおいてより有意に椎間板変性を抑制できた。医歯薬学現在トランスジェニックマウスの作成を完成させて、表現型についてほぼ解析を完了しつつある。CILPはTgマウス群の椎間板の免疫染色においてSmad2/3のリン酸化がノーマルマウスと比べて低下していた。さらにノーマルマウスとTgマウスより摘出した椎間板より単離した髄核細胞をもちいて、Smad2/3、phospho-Smads2/3を比較するとSmad2/3の発現量は変わらなかったが、phospho-Smad2/3はTgマウスの髄核細胞にて低下していた。以上のことからCILP Tgマウスの椎間板では、CILPの過剰発現によりTGF-betaシグナルが低下し、それにより椎間板変性が促進された可能性があると考えられた。以上の知見を論文にまとめ掲載された(Seki S et al, BBRC, 2014.)。今後は、ラット椎間板変性モデルを用いて、さらに椎間板変性を抑制できる可能性のある経口投与可能な薬であるc-fos/AP-1阻害薬(T-5224)の効果を検証予定である。ラットの尾椎に18G針を刺し、椎間板穿刺モデルを作成する。本マウスおよびCILP TgマウスにAP-1阻害薬を6ヵ月まで経口投与し、偽薬投与群と比較して、実際に椎間板変性が起きるかをレントゲンやMRIにて評価し、それが抑制されるかどうかを、MRIとSafranin-O染色で組織学的に検討を行う。c-fos/AP-1阻害薬の経口投与群で、実際にMRIおよび組織学的に椎間板変性抑制効果が確認された場合、さらに動的因子を考慮した頸椎椎間板変性モデルでも同様のことが起こるかを確認する。メカニカルストレス下ではc-fosの発現がさらに上昇すると考えられ、c-fos/AP-1阻害が、頸椎不安定性下においても有意に椎間板変性抑制に繋がるかを、形態学的解析で明らかにする予定である。予定通り進んだが、577円の残額が生じた。ラットのレントゲン解析、MRI解析、Safranin-O染色等の組織学的解析に使用する予定である。またラット購入費、飼育費、麻酔薬等の購入にも使用する予定である。
アレルゲン特異的IgG4の経皮的感作、脱感作における機能解析

1.尋常性魚鱗癬患者におけるアレルゲン特異的IgEとIgG4の検討:尋常性魚鱗癬のアトピー群、非アトピー群、健常群の血清を用いて、吸入抗原、食物抗原、皮膚表在菌などの皮膚感作抗原に対する各群での抗体の有無の傾向や抗体価の比較をELISAで行う。2.抗炎症抗体としてのIgG4機能検討:アレルゲンと反応させた患者血清IgG4をM2マクロファージ(代替活性化マクロファージ)等と反応させ、活性化するかどうかを検証する。3.抗原に吸着したIgG4のB細胞活性制御に関する検討:魚鱗癬患者より採取したB細胞に、アレルゲンに吸着したIgG4を反応させ、IgG4、IgEの産生量変化を見る。
DNA多型遺伝子に基づく日本人の地域性と遺伝子頻度の地理的勾配関する研究

本年度はさらにMg(CとG)、DXYS5Y(Y1とY2)、DYS257(GとA)、Tat(TとC)、RPS4Y(CとT)、SRY-2627(CとT)などの多型を検討した。SRY465のT型はM9のG型、DYS257のG型、TatのC型、RPS4YのC型、SRY-2627のC型とハプロタイプを形成しており、さらにSRY465のT型はDXYS5Yで二つの型に分類された。これらの多型のうち、高い多型性を示したYAP、M9、SRY465およびDXYS5Yの4座について分析すると、haplotype B1:-/C/C/Y1、B2:+/C/C/Y1、B3:-/G/C/Y1、B4:-/G/T/Y1、B5:-/G/T/Y2の5種のハプロタイプに分類された。上述の集団に、韓国人(ソウル)、中国人(?田、恵州)、モンゴル人の4集団を加えて計約1500名の男性についてこれらの多型を分析した。鳥取県の日本人男性ではこれらのハプロタイプの頻度が、0.214、0.256、0.274、0.068、0.188であった。他の日本人集団もほぼ同様な分布を示した。しかし、新潟と沖縄ではB2の頻度がやや高く、また沖縄ではB4とB5の頻度が逆転していた。韓国人2集団は互いに極めて類似した頻度を示し、B2型は少なく、そのぶん、B3型が多く出現した。SRY T型も日本人と同様の頻度で観察されたが、B4型とB5型にくらべて高い頻度で検出され、分布が日本人と異なっていた。中国人では圧倒的にB3型が高く、B1、B4、B5型はまれであった。とくに、?田ではすべてがこのハプロタイプを示した。モンゴル人ではB1型が60%以上出現し、残りはほぼB3型であった。このように、今回分析した多型は集団により特徴的な分布を示したが、日本人がもっともヘテロ接合度が高かった。5種のハプロタイプの頻度から遺伝距離DsとDaを求め、UPGMA法で系統樹を描いたところ、各集団がそれぞれのクラスターを形成した。
ヒストン修飾異常解明に向けたヒストンアセチル化酵素翻訳制御因子の同定と機能解明

生命現象の中心を担うと考えられるエピジェネティクスの異常により、がんをはじめとする多くの疾患との関連が報告されている。しかし、エピジェネティック異常の原因は解明されておらず、治療戦略を立てる上で、重要な課題である。本研究では、細胞増殖因子ポリアミンのヒストンアセチル化酵素発現制御機構を解析し、ポリアミンがヒストン修飾酵素の発現制御因子として活用できるか検討する。
構造材料中の閉じたマイクロクラックを超高感度に評価する手法の開発

最終年度は申請時に計画した研究を遂行し、き裂の寸法と閉口圧力とを同時に評価する汎用的、かつ超高感度な新規超音波非破壊評価手法を確立すると共に、新規超音波手法の電子デバイス検査への応用について検討した。1.極微小閉口き裂の定量評価初期き裂発生ノッチを有する厚さの異なる試験片について、応力比を変えて3点曲げ疲労試験を実施し、き裂の閉じ具合が異なる様々な疲労き裂試験片を作製した。これまでに試作した超高感度超音波センサにより得た疲労き裂に対する超音波応答と、先に構築した校正式とを逆問題解析することで、未知の閉じたき裂の高さと閉口圧力とを評価することに成功した。また、評価した閉口圧力のプロファイルとき裂深さのプロファイルとの比較より、小さなき裂ほど、高い閉口圧力を有するという、興味深い事実を見出した。2.電子デバイス検査への応用疲労き裂について有用性が確認できた超高感度超音波手法の電子デバイス検査への応用を試みた。特に、シリコンチップと基板とを接続する金属バンプの接続部に発生し、電子デバイスの性能を著しく劣化させる極微小き裂を模擬すべく、様々な直径を有するナノメートル隙間を内包したシリコン張り合わせサンプルを試作した。各種超音波探触子を用いてナノメートル隙間内包サンプルを検査し、超音波手法による欠陥検出限界について検討したところ、高さ4nmのギャップを内包させたサンプルにおいて超音波伝搬時のギャップ面衝突による超音波検出限界と、伝搬超音波の波長に起因する方位分解能限界とを同時に捉えることに成功した。また、観察された挙動は提案した超音波伝搬モデルによる予測と良く一致した。この成果は、電子産業分野における先端検査において大いに有益な知見である。平成19年度は申請時に計画した研究を遂行し、以下の研究実績を得た。1.最適な励起超音波モードの検討異なる厚さ(120mm)の構造部材に存在する、閉じた微小き裂を超高感度に検出し得る超音波モードを探索した。裏面に100μm2mm深さのき裂を有する、厚さ1215mmのステンレス鋼製試験片に対して、様々なモードの5MHz超音波を励起し、各種超音波モード(垂直縦波、微小入射角縦波、大入射角縦波、様々な鋼中屈折角の横波)のき裂信号強度を比較した。その結果、深さ2mm以下のき裂に対しては、小さな屈折角の横波の信号強度が最も高く、これにより高感度な閉じたき裂の検査が行えることを見出した。き裂深さが減少した場合、最適な横波屈折角も減少する。2mm深さまでのき裂に対しては、鋼中屈折角50°の横波を用いることで、広いき裂深さ範囲において高感度なき裂検査が実現できることを見出した。特に数100μm深さのき裂に対しては、鋼中屈折角40°横波のき裂信号強度が最も強く、これより浅い数10μm深さのき裂に対しては、さらに周波数を増加させることにより、超高感度な微小き裂評価が行える可能性を見出した。2.超高感度超音波センサの実現上記で見出した超音波モードおよび入射角を実現できる超高感度超音波センサを実現した。ここに鋼中屈折横波が、縦波のモード変換を利用して励起できることに着目し、圧電素子型縦波超音波探触子の入射角度を可変とする治具を具備した超音波センサを試作した。なお、同縦波超音波探触子は中心周波数の異なるものに変更可能である。さらに、き裂閉口の問題がき裂先端部での塑性変形に起因することに鑑み、微細材料の弾塑性特性を取得する試験方法を考案した。本年度は申請時に計画した研究を遂行し、以下のような研究実績を得た。1.き裂閉口に関する基礎的実験ノッチを有する様々な厚さの平板試験片に対して四点曲げ疲労試験を行い、閉じ具合の異なる様々な深さの疲労き裂を導入することに成功した。当該き裂に対する超音波応答を前年度試作したセンサにより収録し、き裂閉口と超音波応答に関する基礎的知見を得た。また、き裂面間の環境が変化した場合、き裂面での超音波反射特性が変化することから、機械的なき裂の閉じ具合に加えて、き裂面間の環境が超音波応答に及ぼす影響を調査した。き裂面間に水が存在する場合の超音波反射強度は、同部がドライ環境下にある場合と比較して2030%程度低いことが明らかとなった。2.き裂閉口のモデル化と支配因子の抽出き裂面間の隙間が僅かな場合、超音波入射に伴うき裂面変位によりき裂面の接触が起こり、超音波が隙間を透過する場合がある。円形ナノギャップを内包させたSiサンプルを試作し、実際に超音波入射に伴う円形ギャップ上下面の衝突現象を観察することに成功した。また、き裂の閉口圧力を調整できる治具を用いて、既知の閉口圧力を有するき裂に対する超音波応答を収録した。3.閉口き裂評価のための校正式の導出実験で得た既知の閉口圧力を有するき裂に対する超音波応答より、逆問題解析のための校正式を導出した。校正式の導出では、閉じたき裂に対するき裂面の超音波反射率と、開いたき裂に対するそれとの比を取った音圧反射係数を考え、この反射係数がき裂閉口圧の関数であると考えた。また、試験片厚さが超音波応答に及ぼす影響は、超音波減衰として考慮した。

最終年度は申請時に計画した研究を遂行し、き裂の寸法と閉口圧力とを同時に評価する汎用的、かつ超高感度な新規超音波非破壊評価手法を確立すると共に、新規超音波手法の電子デバイス検査への応用について検討した。1.極微小閉口き裂の定量評価初期き裂発生ノッチを有する厚さの異なる試験片について、応力比を変えて3点曲げ疲労試験を実施し、き裂の閉じ具合が異なる様々な疲労き裂試験片を作製した。これまでに試作した超高感度超音波センサにより得た疲労き裂に対する超音波応答と、先に構築した校正式とを逆問題解析することで、未知の閉じたき裂の高さと閉口圧力とを評価することに成功した。また、評価した閉口圧力のプロファイルとき裂深さのプロファイルとの比較より、小さなき裂ほど、高い閉口圧力を有するという、興味深い事実を見出した。2.電子デバイス検査への応用疲労き裂について有用性が確認できた超高感度超音波手法の電子デバイス検査への応用を試みた。特に、シリコンチップと基板とを接続する金属バンプの接続部に発生し、電子デバイスの性能を著しく劣化させる極微小き裂を模擬すべく、様々な直径を有するナノメートル隙間を内包したシリコン張り合わせサンプルを試作した。各種超音波探触子を用いてナノメートル隙間内包サンプルを検査し、超音波手法による欠陥検出限界について検討したところ、高さ4nmのギャップを内包させたサンプルにおいて超音波伝搬時のギャップ面衝突による超音波検出限界と、伝搬超音波の波長に起因する方位分解能限界とを同時に捉えることに成功した。また、観察された挙動は提案した超音波伝搬モデルによる予測と良く一致した。この成果は、電子産業分野における先端検査において大いに有益な知見である。