hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
琉球在来豚アグー精子における精漿成分による耐凍能低下の生理学的解明

凍結前のアグー精子における精漿による耐凍能低下を抑制する凍結保存技術の改良を行った。その結果,精子が精漿に暴露されている間に,0.5%スキムミルクもしくはカゼインを精液懸濁液に加え,同時に水溶性tocopherol誘導体であるTroloxで処理することで,凍結融解後の精子性状は著しく改善した。特に,Troloxの効果は凍結処理までの精漿への精子暴露時に有効であった。そして,これら精子の体外受精による受精能力は著しく増加した。以上の結果から,凍結前に精漿に暴露される精子をTrolox存在下でスキムミルクかカゼインで処理すると良好なアグー凍結精子を作製出来ると云った有効な方法が見出された。アグー精子では,精液輸送時に精漿への精子暴露時間が延長されることで凍結に対する抵抗性(耐凍能)が著しく低下する。我々は平成24年度の研究において,精液輸送用懸濁液(BTS)への0.5%スキムミルク添加が輸送時の精漿による精子耐凍能低下作用を抑制することを示した。そこで,平成25年度の研究では,スキムミルクに存在する全タンパク質の約80%を占め,精子細胞膜からのコレステロール流出を促進させるBSPタンパク質と結合することで精子細胞膜からのコレステロール流出を抑制するカゼインに注目し,アグー精液輸送用懸濁液へのカゼインナトリウム添加が凍結融解後の精子性状に及ぼす影響を調べた。その結果,4個体中3個体では0.5%カゼイン処理区で,対照区に比較して正常な細胞膜を有する精子の割合と運動精子率が有意に増加した(p<0.05)。また,カゼイン処理区では凍結融解後のミトコンドリア正常性が改善された。さらに,カゼイン処理区における輸送後の精子細胞内コレステロール量は対照区に比べて高く保たれた。すなわち,精液輸送用懸濁液へのカゼインナトリウム添加による精子の耐凍能維持効果は,精漿による精子細胞膜からのコレステロール流出の抑制に起因すると考えられた。さらに,カゼイン処理によって融解後の精子性状に改善効果が見られた個体では,対照区に比較して精子性状を示す他のパラメーター(細胞内カスパーゼ活性の低下,DNA正常性の増加,細胞内ATP含有量増加,精子先体由来のタンパク質分解酵素活性の増加,およびIVFによる精子受精能力の向上)の有意(P<0.05)な改善も確認された。以上の結果から,カゼインナトリウムを添加した精液輸送用懸濁液は,精液輸送時の精漿による精子耐凍能低下作用の抑制に効果的であり,凍結・融解後の精子性状を改善することが示された。ブタ精子は他の家畜精子に比較して凍結に対する抵抗性(耐凍能)が劣っており,凍結融解後の精子の性状悪化は著しい。しかも,元々,一般経済豚よりも精子性状の劣るアグー精子は,一般経済豚以上に耐凍能が低い。さらに,その耐凍能は精液輸送時に精漿への精子暴露時間が延長されることで著しく低下する。しかし,フィールドでアグー精子を広域かつ有効に活用するには精液の輸送は避けられず,その際における精子の耐凍能と性状性の悪化を防ぐことは重要な課題となっている。そこで本研究課題では,アグー精子の輸送時における精漿による精子耐凍能低下を抑制する精液輸送用懸濁液を検討するために,今年度の研究においては,精液輸送用懸濁液(BTS)へのスキムミルク添加によるアグー凍結精子の融解後の精子性状に対する改善効果の検討した。その結果,4個体中3個体の0.5%スキムミルク処理区で対照区に比較して正常な細胞膜とミトコンドリアを有する精子率が有意(P<0.05)に増加し,融解3時間後の運動精子率も顕著に改善された(P<0.05)。一方,0.5%スキムミルク処理区で精子運動率の改善が見られた3個体の1.0および2.0%スキムミルク処理区では,0.5%スキムミルク処理区と比べて運動精子率が低下する傾向が見られ,スキムミルクの至適濃度は0.5%であると結論された。さらに,0.5%スキムミルク処理によって融解後の精子性状に改善効果が見られた個体では,対照区に比較して精子性状を示す他のパラメーターの有意(P<0.05)な改善(細胞内カスパーゼ活性の低下,DNA正常性の増加,細胞内ATP含有量増加,精子先体由来のタンパク質分解酵素活性の増加,およびIVFによる精子受精能力の向上)も確認された。以上の結果から,精液輸送用懸濁液への0.5%スキムミルク添加は輸送時の精漿による精子耐凍能低下作用を抑制することが示された。これまでの当該研究で,精液輸送用懸濁液(BTS)への0.5%濃度のスキムミルクもしくはカゼインナトリウムの添加が輸送時の精漿による精子耐凍能低下作用を抑制することを示した。しかし,未だに凍結融解後の細胞膜正常性は50%程の値であり,この要因として精液輸送時の精漿に暴露されている期間の細胞内外からの酸化ストレスによる細胞障害が予想された。そこで,平成26年度の研究では,水溶性tocopherol誘導体である50 uMTroloxのBTSならびに精子凍結用希釈液(BF5)への添加が,凍結融解後のアグー精子性状を改善するか否かについて雄アグー4頭を用いて検討した。

まず,BTSで等倍希釈した精漿液の抗酸化能を測定した結果,O2--消去活性は全個体で比較的高かった(73-91%)が,ラジカル消去活性は極めて低く(4-38%),精子は輸送時にラジカルによる酸化ストレスを受けていると推察された。そして,TroloxをBTSに添加したBTS区やBTSとBF5の両液に添加したBTS+BF5区では,対照区に比べて凍結融解後の精子の脂質過酸化量とカスパーゼ活性が有意に減少し,特に,BTS+BF5区の細胞膜,DNAならびに先体の正常性を示す精子の割合は著しく増加した(p<0.05)。また,BTS+BF5区では,融解後の精子運動性とIVFによる精子侵入率も有意に増加した(p<0.05)。一方,凍結時にだけTrolox処理を行ったBF5区の凍結融解精子では,脂質過酸化の抑制程度が低く,DNA障害や精子運動性に対する明確な改善効果は示されなかった。以上の結果から,凍結処理までの精液輸送時に受ける酸化ストレスからの抑制が良好なアグー凍結精子を作製する上において不可欠であるとの重要な結果が得られ,BTSとBF5の両液へのTrolox添加は凍結融解後のアグー精子性状の改善に有効であると結論された。平成2426年度の研究を通して,1)精液輸送用懸濁液へのスキムミルクもしくはカゼイン添加は,輸送時における精漿が引き起こす精子耐凍能低下作用を抑制し,2)精液輸送時のTrolox処理による凍結処理までの間に受ける酸化ストレスからの保護作用が良好なアグー凍結精子を作製する上において不可欠であるとの成果が得られた。しかし,Troloxで処理した精子であっても凍結融解後のミトコンドリア正常性は50%程の値であり,融解後3時間以上の精子運動性の低下が未だ十分には改善されなかった。そこで,精巣上体尾部液中に高濃度に含まれミトコンドリアに直接作用し生理的機能を高めミトコンドリアを保護する作用が報告されているL-carnitineに着目し,アグー精液輸送用懸濁液へのL-carnitine処理が凍結融解後の精子性状を改善するか否かについて検討した。その結果,4個体中3個体で10 mML-carnitine処理区が無処理区に比較して正常な細胞膜を有する精子率の有意な増加を示した(P<0.05)。しかし,L-carnitineの効果が最も期待されたミトコンドリア正常性に関しては,L-carnitine処理による改善効果が全く認められなかった。同様に,カスパーゼ活性抑制作用と融解1時間後の運動精子率においても10 mML-carnitine処理による有意な改善効果は検出できなかった。さらに,L-carnitine処理が精液輸送中の活性酸素やラジカルを有意に消去すると云った結果も得られなかった。以上の結果から,アグー精液輸送用懸濁液へのL-carnitine処理は凍結融解後の精子細胞膜の正常性を高めるものの,その作用が如何なる機序によるものかを今後の研究で明らかにする必要があると思われた。凍結前のアグー精子における精漿による耐凍能低下を抑制する凍結保存技術の改良を行った。その結果,精子が精漿に暴露されている間に,0.5%スキムミルクもしくはカゼインを精液懸濁液に加え,同時に水溶性tocopherol誘導体であるTroloxで処理することで,凍結融解後の精子性状は著しく改善した。特に,Troloxの効果は凍結処理までの精漿への精子暴露時に有効であった。そして,これら精子の体外受精による受精能力は著しく増加した。以上の結果から,凍結前に精漿に暴露される精子をTrolox存在下でスキムミルクかカゼインで処理すると良好なアグー凍結精子を作製出来ると云った有効な方法が見出された。
触知覚・運動モデルに基づく触覚通信の品質向上

触覚通信において通信ネットワークの遅延やパケット損失が生じると、触覚デバイスの出力が乱れ作業効率が低下したり、ユーザに違和感が生じたりする。通信ネットワークの品質低下が起きてもその悪影響抑えるためには、ユーザの知覚や運動特性を考慮した制御が必要である。そこで、システムの物理的特性からユーザが感じている知覚状態を推定するモデルを構築し、知覚特性に基づく適応制御法を提案した。(1)ヒトにおける弾性の知覚を定量的に予測するモデルを構築した。これまでに弾性の知覚は物理的な力/距離とは異なることを心理物理実験により明らかにした。実験結果を基に、ヒトは弾性を反力の時間積分として知覚しているというモデルを構築した。構築したモデルは、通信ネットワークの伝送遅延などにより、出力が遅延する場合の弾性知覚の変化も高精度で予測することができた。(2)弾性、粘性、慣性といった機械インピーダンスの定性的な感じ分けを説明、予測するモデルを構築した。構築したモデルは、反力のダイナミクスを自己組織化学習し、や熟練による感覚の鋭敏化や錯覚の説明、予測を目指している。今年度は、反力ダイナミクスのパタン分類動作の確認を行い、大まかに弾性、粘性、慣性が弁別されていること、ダンパーの出力が遅延するとバネと誤認されるという興味深い錯覚が予測されることが確認された。これらの成果は、通信ネットワークのエラーや遅延により触覚装置の出力が乱れた時の、ユーザの知覚の変化を予測し、操作性低下を補償することへの応用を目指している。(1)弾性,粘性,慣性といった機械インピーダンスの定性的な感じ分けを説明、予測するモデルを構築した.構築したモデルは,反力のダイナミクスを自己組織化学習し,熟練による感覚の鋭敏化や錯覚の説明・予測を目指している.今年度は,定性的な感じ分けの説明・予測と同時にインピーダンスの定量的な予測を行うようにモデルを拡張し,その動作確認を行った.(2)ヒトにおける弾性の知覚を定量的に予測するモデルを14種類構築し,それらの予測性能を比較した.これらの成果は,通信ネットワークのエラーや遅延により触覚装置の出力が乱れた時の,ユーザの知覚の変化を予測し,操作性低下を補償することへの応用を目指している.(1) 2011年度報告(2)のモデルにより知覚される弾性の大きさの定量的予測を行った.実験では,仮想ばねを押す途中で遅延の大きさが一度だけ不連続に変化し,被験者は遅延変化後の弾性の大きさを判断する.実験の結果,モデルの予測通り,遅延変更後の弾性は変更前の遅延の大きさ(すなわち変更前の弾性の大きさ)に依存し,弾性は反力の時間積分として知覚されることが確認された.重さの知覚に関しても同様の実験を行い,同じモデルで知覚を予測できることが分かった.ただし,遅延の変化の幅が大きい時にはモデルの予測と測定値の間に差があることが分かった.(2)マスター・スレーブ制御における通信遅延の影響を知覚の観点から検討した.実験システムでは,マスターおよびスレーブアクチュエータは位置のずれに比例した力で引き合う.遅延により引き合う力が大きくなり,遅延が大きい場合には振動が生じる.このようなシステムにおいて,前項と同様の方法で反力の知覚に関して実験を行った.その結果,定性的にはモデルの予測に従うが,被験者の知覚は遅延の変化前の影響がモデルの予測より大きく,モデルのパラメタの調整では測定値との乖離を埋められないことが分かった.(3) (1)(3)で挙げたモデルの問題に関して,(i)遅延の変化量が大きい場合の計算方法,(ii)知覚判断に使用される情報が運動の最後までではない,(iii)振動の影響の可能性を検討している.これらのうち(ii)単独では(2)の問題を解決できないことが判明している.(i), (iii)に関しては計算法を考案し,現在計算中である.(4) (2)のシステムにおいて,遅延の大きさに応じて,ユーザの知覚が一定に保てるような適応制御法を実装している.遅延の変動をフィルタリングして出力を制御することにより,ジッタやパケット損失にも対応できることを確認した.知覚モデルについてはおおむね順調に進展している.一方,運動モデルについては知覚モデルに時間をとられ実験があまり進まなかった.24年度が最終年度であるため、記入しない。知覚モデルの洗練化,体感品質向上のための知覚補償法の検討を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
NFIAによる褐色脂肪分化と糖・脂質・エネルギー代謝の制御機構の解明

我々は、マウスの褐色脂肪と白色脂肪のゲノム上の転写制御領域であるオープンクロマチン領域をFAIRE-seqで網羅的に解析し、褐色脂肪特異的な転写制御領域に、転写因子NFIAの結合モチーフが濃縮していることを見出し、細胞への遺伝子導入やノックダウン、ChIP-seqやRNA-seqなどのゲノムワイドなエピゲノム・トランスクリプトーム解析、全身NFIA欠損マウスやヒトの褐色脂肪細胞の解析から、NFIAが褐色脂肪の遺伝子プログラムを制御する重要な因子の一つであることを示した。NFIA欠損マウスは生後数日で死亡するため、成体や全身の全身の糖・脂質・エネルギー代謝におけるNFIAの役割を検討するために、組織特異的コンディショナルノックアウトマウスやトランスジェニックマウスなどの遺伝子改変動物の解析が必要である。これらの遺伝子改変動物の作成および掛け合わせを順次進行させ当初の予定通り目的の個体がえられ、全身の問う・脂質・エネルギー代謝また、組織や単離細胞についての解析を進めた。またNFIA複合体解析により得られたNFIAの作用を担う候補因子の役割を検討した。当初の研究計画におおむね基づいて研究が進行し、進捗が得られた。当初の研究計画に基づいて、2019年度も引き続き研究を進める。これらの遺伝子改変動物の作成および掛け合わせを順次進行させ当初の予定通り目的の個体を得た。組織特異的コンディショナルノックアウトマウスについては、組織特異的Cre発現マウスとFloxマウスとの掛けあわせを進行させ、トランスジェニックマウスについてはコンストラクト作成とインジェクション、個体化を順次進めた。当初の研究計画に基づいて、平成30年度も引き続き研究を進める。
公共投資の地域経済に及ぼす景気刺激効果に関する実証的研究

本研究は、地域経済における公的投資の経済効果を見ることに焦点をあてるためにシミュレーションモデルの開発が必要である。このために、九州地域、福岡を中心とする経済データの基本的データベースを作成した。これらは、市民所得、などのマクロデータ、資本ストック、人口および公的投資に関するものである。ただ、市民所得データは毎年さかのぼって改定されるためこれを維持管理することは極めて困難であるが、できる限り原データの維持管理に努めた。また、この分析を進めるに当たって、景気指標、経済動学、また、計量モデルのパラメータの推定に関する研究を行った。地域モデルの構成は、市民所得(実質、名目)ブロック、物価・デフレータブロック、産業活動別ブロック、労働ブロック、所得分配ブロックおよび人口ブロックの7ブロックからなっている。日本経済は外生的に導入し、GDPの動向が福岡の経済にも影響し、また、福岡の公的投資水準がこれらの地域の経済変数に影響を与えるモデルとなっている。近年の日本経済の動向は極めて不安定であるが、このような状況を反映した地域の経済データは公表時期の関係から得られないが、幾つかの想定を行い2010年までの予測を行っている、また、福岡市の公的投資をトレンドからのものと近年の地方財政の逼迫度を考慮したシミュレーションを試みた。暫定的ではあるが、1990年代初期と異なり、公的投資の乗数効果は低下してきている。この間、消費税、老人医療費などの制度改定が行われており、これらを考慮したモデルの改定を進める必要性を感じている。公共j投資の景気刺激策としての有効性に関する実証研究を進めるための基礎的研究を進めた。マクロレベルでは、先に開発した短・中期計量経済モデルのデータ更新を行うと同時に推定、テスト作業を進めている。特に、公的部門の拡張、国際収支表の改訂に伴う、国際収支ブロックの変更を進めている。また、景気動向との関連では、米国、Yale大学のRay.Fairが開発したシミュレーションプログラムを利用し、Event Probabilitiesの推定を試みた。ただ、本モデルは大きいために分散・共分散行列が大きくなり導出に時間がかかることから、小規模モデルによって検討中である。同時に、推定方法に関する基礎的研究として撹乱項が不均等分散であるときの推定、検定について検討した。地域レベルの基礎的研究では、公共投資(社会資本)の九州地域、及び、九州各県のデータベース化を進めた。フローと社会資本ストックの情報を蓄積している。ただし、福岡交流圏計量経済モデルに利用する公共投資のデータベース化は次年度に残されている。また、地域計量経済モデルによる公共投資のシミュレーション分析を進めるための基礎的データベースとして地域総合ファイル、日本および九州地域の貿易データのデータベース化を進めた。これにより、県民経済計算、人口、雇用、貿易に関する情報が得られるようになっている。これらの情報は、すべて、Windows NT/Raidシステムに蓄積されており、検索プログラムも利用可能である。公共投資の経済効果を分析する上で、CGEモデルの導入を意図しているが、基本的なシステムとしてオーストラリアMonash大学で開発されたGEMPACシステムによるプロトタイプモデルを動かすにとどまり、現時点では、日本、地域経済分析を進めるに至っておらず、次年度での開発となっている。本研究は、景気刺激策としての公共投資の地域経済における経済効果を実証分析することを目的としたものである。福岡県、九州地域を焦点に計量経済分析を進めるため、経済情報のデータベース化を進めた.地域の情報は、過去にさかのぼることは非常に困難であることから、1980年代、1990年代を中心にデータベース化をおこなった。九州地域(各県毎)の県民経済計算に代表されるマクロ経済データ、より長期的な人口のデータまた、本目的のために、工業統計表に基づく製造部問の資本ストックの推計を行い、公共投資に関しては、「行政投資」(自治省)を参考に、最近、経済企画庁を中心に進められた社会資本ストックの推計に依拠しつつ各地域毎の時系列データの整備を行っている。また、モデル作成のための補足情報として、九州地域および全国の輸出、輸入のデータベース化を進めた。これらは、パソコンサーバーを通じて検索可能である。

この情報に基づき、九州地域の計量経済モデルの作成を進めた。基本的なモデルの構築に当たっては、当初、福岡県を中心として、ダミー変数を用いた地域モデルを試みる事としたが、シミュレーションに幾つかの不便さが生じたため、各県毎のコンパクトなモデル化を進めた、公共投資の経済効果をみるため従来の分類方法ではあるが、産業基盤関連、生活関連投資と各産業への生産効果を分析するチャネルを導入している。ただ、近年の大幅な経済環境の変化から、十分なシミュレーションが行えるほどにモデルが完成しておらず、詳細な分析には時間が必要であり、現在モデルの推定、テストを進めているところである。また、公共投資の実績と短期的な景気変動との関係を分析するため、景振指標による分析を進めStock=Watsonタイプのモデルによる景気観測が有効であることを得ている。
子宮内膜癌におけるPPP2R1A遺伝子変異の意義の検討

PPP2R1Aは細胞内リン酸化シグナル経路を抑制的に調節する脱リン酸化酵素複合体PP2Aの調節subunitであり、子宮内膜がんの中で特に予後不良な漿液性癌や癌肉腫で2040%の変異が報告されており、有望な治療ターゲットである。しかしながら、同遺伝子変異が引き起こす細胞機能の変化などは検討されていない。そこで本研究では子宮内膜腺上皮および内膜癌細胞におけるPPP2R1A変異の、細胞機能(増殖能、浸潤能、造腫瘍能、抗がん剤耐性など)への影響や、その分子機構を解明することを目的とする。我々はTet-On systemとCre-loxP systemを応用し、ドキシサイクリンの経口投与により子宮内膜特異的にPpp2r1aのR183W変異タンパクを発現するマウスを作成した。このマウスにドキシサイクリンを投与し、5週後に子宮を摘出したところ、変異タンパクの発現は確認できたが、子宮内膜腺上皮細胞での病変形成は確認できなかった。また細胞株での保有する子宮内膜癌細胞株のPPP2R1A遺伝子の配列を確認しているが現在のところ、PPP2R1Amutantをもつ子宮内膜癌細胞株は見出されていない。そこでCRISPR-Cas9法でPPP1R2A mutantを発現する細胞を作成中である。PP2Aと同様のtargetをリン酸化して活性化し、PP2Aと拮抗的に作用するPIM1発現について子宮内膜癌で検討すると、PIM1発現は類内膜癌103例に比較して漿液性癌30例で有意に増強しており(P>0.0005)、特に漿液性癌においてはPIM1高発現例の全生存期間が有意に短縮していた(P=0.001)。遺伝子改変マウスの妊孕性が予想以上に不良であること、BL6マウスへの戻し交配が必要であることから、想定以上に時間を要している。PPP2R1A変異導入細胞の作製を進めており、今後のPPP2R1A変異の機能解析実験に用いることが可能となる見込みである。基本的に実験計画に沿って、研究を進めていく。培養細胞を用いた実験では、PPP2R1A変異導入細胞での機能解析を進めていく。また、子宮内膜腺上皮特異的にPpp2r1a変異を誘発可能な遺伝子改変マウスでは、約半年間での影響を確認する実験を既に進めている。また、臨床上の子宮内膜漿液性癌ではPPP2R1A変異と共に通常、遺伝子Aの変異・欠失を通常伴うので、我々のマウスと遺伝子A-floxed mouseの交配から子宮内膜特異的に両遺伝子異常を発現するマウスを作成し、検討する。
対人相互場面における衡平理論の検討-社会的交換過程の記述及び理論の適用可能性について-

今年度の研究計画に対しては、以下のような形で研究継続中である。(1)対人相互場面の援助行動として、実験的に援助場面を設定することに極めて問題があり(実質的な問題と倫理的な問題)、実験室での実験は見合わせることにした。代わりにいわゆるボランティア活動を行っている人の状況を面接調査し、何人かの活動家から「援助行動」と「対人相互作用」について話を聞いた。その結果、援助行動において社会的交換という意識は希薄であり、彼らによればボランティア活動自体は、こちらの当初の基本的考えにあった資源の交換という概念にたつものではなく、むしろ共同体として成立し、「援助-被援助」の関係としては認識されないということであった。しかし彼らが援助活動を行うことにおいて自分の家庭や周囲の人間からの援助があるという報告もあり、ボランティア活動を取りまく全体的な人間関係のなかで総合的に相互扶助が行われていることが明らかにされた。今後も引き続き、ボランティア活動に焦点を当てて研究を続けていく。(2)調査については、ボランティア活動を中心的概念に捉えて、その経験や活動内容を大学生に対して尋ねた。実際には、今回の調査対象の中でそのような援助的活動を経験した者は少なく、資源がどのように交換されているかを記述するには不十分であった。現在、分析の過程ではあるが、本年1月の阪神大震災後に改めて調査を行った結果、様相が当初とは随分違うことが明らかになり、今後の研究方針を検討中である。阪神大震災における援助活動は、今までにない規模の大きさと緊急場面での援助活動ということで注目に値し、上記の(1)とともに今までの考え方では説明できない部分を多く含んでいる。放って置くわけにいかないので、この行動について今後詳細に研究を続けていく。
フッ化ピリミジン系抗癌剤代謝酵素DPDのmRNAレベルでの阻害による制癌作用増強

ヒト大腸癌組織と培養大腸癌細胞を用い、dihydropyirmidine dehydrogenase(DPD)タンパクとDPD mRNAの発現と局在を、免疫組織化学染色およびin situ hybridization法にて検討した。大腸癌手術症例10例に対して、術前に5-FU系抗癌剤を投与し、腫瘍組織内の5-FU濃度を測定した。同症例のパラフィン包埋組織上では、DPDモノクローナル抗体(KM-1915、KM-1919)を用い、DPDタンパクの発現が確認された。連続切片上でのin situ hybridizationでは大腸癌細胞内にDPD mRNAの発現を認めた。腫瘍内5-FU濃度とDPDタンパクおよびmRNAの間に負の相関関係が認められたことから、DPD量が5-FU系抗癌剤の作用減弱に関係していることが考えられた。今回施行した、免疫組織化学染色的手技を用い、大腸癌における癌細胞の増殖についても検討した。細胞増殖因子の一つである線維芽細胞増殖因子(KGFR)と細胞増殖マーカーKi-67の発現につき検討したところ、両者の間には「ずれ」が生じた発現がみられた。これは癌細胞の多段階発癌、および「癌の分化」を示唆するものであった。今後、モルフォリノアンチセンスオリゴ、siRNAなどによる、DPDあるいはKGFRの産生抑制により、既存抗癌剤の作用増強、さらには新規分子標的化学療法の可能性が示唆された。癌化学療法に対する薬剤耐性の発現は、多くの癌腫の治療において重要な問題となっており、抗癌剤耐性の分子機構を解明することは、癌治療における新たな戦略につながると考えられる。今回、ヒト大腸癌組織とヒト培養大腸癌細胞を用いdihydrophrimidine dehydrogenase(DPD)タンパクおよびDPD mRNAの発現を免疫組織化学染色とin situ hybridization法およびRT-PCR法で検討した。大腸癌切除症例10例に対して、術前に5-FU系抗癌剤を投与し、腫瘍内の5-FU濃度を測定した。同じ症例の大腸癌組織のパラフィン包埋組織を用いDPDモノクローナル抗体〔(IgG-1)KM-1915、KM-1919〕により行なった酵素抗体法ではDPDタンパクの癌細胞内における局在がみられた。DPD mRNAに対するcRNAプローブを作成し連続切片によるin situ hybridization法を行い、大腸癌細胞にDPD mRNAの発現を認めた。腫瘍内5-FU濃度とDPDタンパクおよびDPD mRNA発現との間には負の相関関係がみられたことから、DPD活性が5-FU系抗癌剤の作用減弱に関係していることが示唆された。今後はDPD阻害剤としてDPD mRNAに対するモルフォリノアンチセンスオリゴを作製し、大腸癌培養細胞に導入することでDPD蛋白の産生を抑制し、これによりフッ化ピリミジン系抗癌剤の作用増強を明らかにし、臨床応用における分子生物学的治療法としての将来性を検討することを計画している。
GM-CSFによる遺伝子再構成に関わる遺伝子群のサブトラクション法による同定

従来、リンパ球系列の細胞としては、T細胞、B細胞、NK細胞の3種類の存在が知られていたが、近年になって新たに第4のリンパ球系列の細胞群としてNKT細胞が同定された。この細胞は、自己免疫疾患の発症抑制や、強い抗腫瘍作用を有することから注目を集めているが、その分化経路・機序に関しては不明な点が多い。我々は、最近、NKT細胞の前駆細胞を同定し、この細胞においてGM-CSFレセプターを介したシグナルによってT細胞レセプターalpha鎖遺伝子再構成が高頻度に誘導されることを明らかにした。本研究の目的は、このような遺伝子再構成、分化に関連する遺伝子群を単離し、NKT細胞分化機序の一端を明らかにすることである。セルソーターを用いて、分取したNKT前駆細胞をGM-CSF存在下に培養を行い、分化を誘導した。成熟NKT細胞に発現するT細胞リセプター遺伝子の再構成および再構成に伴って生成されるシグナル配列をPCR法にて同定し、in vitroでの遺伝子再構成を確認した。次いで、分化誘導前のNKT前駆細胞のcDNAとの間でサブトラクション・クローニングを行った。活性化前駆細胞に特異的と考えられた数百個のクローン関してさらにvirtual Northern法ならびにRT-PCR法によって特異性を確認し、確認されたすべてのクローンをシークエンスした。この分化誘導に伴い24種類の既知遺伝子と、6種の新規遺伝子が分化に伴って発現レベルが上昇することを確認した。新規遺伝子に関しては、得られた配列情報に基づきRACE法を行い全長mRNA配列の決定を行っている。今後主にNKT細胞の分化、機能等の観点から機能の解析を続行する計画である。
イオン伝導ガラスにおけるソレー効果を利用した熱電変換の実証

本研究の目的は、イオン伝導ガラスにおけるソレー効果を利用した熱電変換の実証である。本年度は50Li2O-50P2O5(mol%)ガラス組成を固定し、熱起電力の温度依存性(266°C318°Cの温度範囲)を窒素雰囲気下で測定し、この温度域で当該ガラスの高温側が正に帯電することがわかった。温度vs熱起電力のグラフの直線フィッティングの傾きから求めた輸送熱は-55.6 kJ/molであった。先行研究の電気伝導率の温度依存性から求めたイオン伝導の活性化エネルギーは、69.0 kJ/molであり、これら二つの数値データからイオン伝導ガラスの拡散の機構に関わるパラメータを計算すると、イオンが初期のサイトから抜け出す際に必要なエネルギーHoは、6.88 kJ/molであり、イオンが移動先のサイトに入り込むのに必要なエネルギーHfは62.3 kJ/molであった。HO<HfであることからLiイオンの輸送機構はvacancy transportではなくindirect interstitial transportであると考えられる。また、Ho<HfであることがLiイオンが高温側へ移動する理由であることがWirtzらのモデルから示された。本研究で得られた最大の熱起電力は、266°Cでの測定における154 &micro;V/Kである。以上をまとめると、本研究ではガラス転移温度以下の温度勾配下で50Li2O-50P2O5(mol%)の高温側が正に帯電することを示し、それはLiの拡散形態が原因で、Liが高温側で高濃度となることが原因であることを理論的解析により示した。これらは、ガラスが温度勾配に晒されたときにおこる現象を理解もしくは予測する上で有用な知見と考える。本研究の目的はイオン伝導ガラスにおけるソレー効果を利用した熱電変換の実証であり、当該年度は二成分系イオン伝導ガラスの作製と熱起電力の測定および非平衡分子動力学シミュレーションを行った。二成分系イオン伝導ガラスの直流電気伝導率と熱起電力を測定するための実験系を構築した。二成分系イオン伝導ガラスとしてはLi2O-P2O5ガラス、Li2O-B2O3ガラス、Na2O-B2O3ガラスを候補として選び作製した。作製したガラスの直流電気伝導率は、既報の値と同程度のものが得られたものの、熱起電力測定においては、当該年度は正確な熱起電力測定を行うための課題の抽出と解決に努めるにとどまった。電圧の時間変化に載る微細なノイズはホットプレートからの電磁波によるものであることが明らかになり、金属箔で遮蔽することにより改善した。しかし、温度勾配下の試料の電圧の時間変化の曲線には説明できない部分があり、空気中の水分の影響が候補として挙げられる。これに関しては、次年度にアルゴン雰囲気下での実験を行うことで改善する予定である。一方、非平衡分子動力学シミュレーションを行いイオンの移動を追うための解析手法を考案したが、低温下でのイオン拡散であるためイオンの分布が定常状態に達するまでに長時間かかるという課題が明らかになった。これについては、次年度のシミュレーションの温度域を上げることやシミュレーションボックスの形状を変化させることで対応する予定である。当該年度に、種々のガラス試料の熱起電力を測定する予定だったが、正確に測定するための種々の課題が明らかになり、その対応に追われたため。正確な熱起電力が測定できるように、アルゴン置換、電磁波遮蔽に留意して熱起電力の測定を行う。測定が安定してできるようになり次第、熱起電力のデータベース化、および、より高い熱電変換性能が出るような工夫を行う。
睡眠相後退型概日リズム睡眠障害に対する統合的時間生物学治療法の開発

睡眠相後退型概日リズム睡眠障害において、その症候は睡眠相の後退と固定である。症候は単純であるが、治療に難渋することが多く、若年者において将来における社会的ハンディキャップとなりうる。発症機序は、体内時計の遅れをもたらす行動学的要因として理解されるが、睡眠相後退が固定し前進させることが困難になる機序についてはわかっていない。今回の検討から、断眠のように覚醒を長時間続けても睡眠圧を高めることができないことが、治療の困難性に関連していることが示唆された。今後、概日リズムの位相後退と睡眠恒常性調節機構の両者に効果的に働きかけるような治療手法の開発が望まれる。平成26年度においては、日本大学医学部附属板橋病院睡眠センター通院患者のうち、睡眠障害国際分類第2版において概日リズム睡眠障害睡眠相後退型と診断された10例について、臨床背景についての検討と携帯型活動量測定装置を用いた客観的な睡眠覚醒記録を行い、治療的介入を行った。治療介入としては、第1にメラトニン受容体作動薬であるラメルテオン(8)0.25錠を17時に投与し3ヶ月間観察した。これにより10例中6例が社会的に望ましい時間帯、ないし患者本人が臨む時間帯に睡眠をとることが可能になった。第1の治療戦略が奏功しなかった場合には、第2の治療として青色光を用いた高照度光療法を第1の療法に加えて4週間行った。治療開始時の起床時刻を1時間早めその時間帯に高照度光照射を指示した。これにより、1例が患者本人が臨む時間帯に睡眠をとることが可能になった。残り3例について、患者の希望があり、2014年に臨床使用が可能になったオレキシン受容体拮抗薬であるスボレキサント(20)1錠を、概日リズム睡眠障害睡眠相後退型の入眠障害に対して、望まれる入眠時刻に毎晩投与したところ1例で入眠困難が改善するとともに起床困難も改善した。1例においては入眠障害は改善したものの、起床困難が続き、睡眠時間帯としては最終的に望まれるレベルには達しなかった。残り1例については1ヶ月間の投与で改善は明らかでなかった。時間療法が適応となる症例は見られなかった。これらの症例について、それぞれの作用機序について明らかにするため、活動量測定装置で得られたデータをさらに解析中である。概日リズム睡眠障害は、概日リズムと睡眠をとる時間帯との同調の不全により睡眠が障害され、学業や職業の問題や生活の支障を来す。このグループの睡眠障害の中には、社会的な睡眠と覚醒のスケジュールが急に変化することによって生じる交代勤務障害や時差障害、概日リズムが昼夜の明暗サイクルに適切に同調できないために睡眠時間帯が慢性的に遅れてしまう睡眠相前進型や非同調型、睡眠時間帯が極端に早くなってしまう睡眠相前進型などがある。睡眠相後退型は10代20代に0.51.0%にみられ、概日リズム機構の機能不全により睡眠時間帯が遅れたまま戻せない概日リズム睡眠障害である。これを短期間に確実に改善するような治療法が開発されていないため、世界中で多くの患者がこの時期における学業や職業の問題から、その後の一生涯にわたる社会的ハンディキャップとなることが指摘されている。本研究課題では、概日リズム機構に対する正常化とともに、最新の睡眠相後退型に関する病態研究で指摘されてきた睡眠恒常性調節機構の機能不全を時間療法と全断眠を組み合わせて同時に適正化する新たな治療プロトコールを開発し、その効果を検証することを目的とする。睡眠相後退型概日リズム睡眠障害患者で、外来における高照度光療法、メラトニン受容体作動薬療法を用いても3ヶ月にわたって効果の見られなかった対象者に、時間療法と高照度光療法に全断眠を組み合わせた1ヶ月の入院治療プロトコールを施行し、時間療法の作用機序について睡眠恒常性および概日リズム位相の両面から明らかにする。現時点までにおいては、入院に至るまでの諸例は少なく、外来治療における検討が主体となっている。時間生物学的な介入を組み合わせることで治療成績の改善がみられている。外来における、客観的睡眠・覚醒リズム観察法としての携帯型活動量測定装置による睡眠時間帯推定と自記式睡眠日誌の妥当性検討を行った。入院による治療を想定して初期プロトコールを作成したが、新薬の出現とその利用などにより、非薬物療法との巣状効果がより高くなった。多くの症例が、入院に至ることなく、外来での治療で改善するようになった。こうした意味で、臨床実践に役立つ統合的な治療法を作成するという目標については、最終達成が可能であると思われる。治療実績が外来において上昇したため入院の状態で採取する液性データに関しての進捗はやや遅れている。改善度をより適確に評価するための健常正常人における睡眠覚醒データベースの構築と評価法の妥当性検討については、ほぼ予定通り進行している。概日リズム睡眠障害は、体内時計の発振する概日リズムと睡眠をとる時間帯との同調の不全により睡眠が障害され、学業や職業の問題や生活の支障を来す。このグループの睡眠障害の中で睡眠相後退型は10代20代に0.51.0%にみられ、概日リズム機構の機能不全により睡眠時間帯が遅れたまま戻せない概日リズム睡眠障害である。

睡眠相後退症候群の病態メカニズムに関しては、概日リズム同調機構の機能低下とともに睡眠恒常性調節機構の機能不全が考えられている。高照度光療法など概日リズム同調機構に働きかける治療戦略はいくつかあるが、睡眠恒常性調節機構に対する治療的働きかけについてはほとんど研究されていない。本研究課題では、概日リズム機構に対する正常化とともに、最新の睡眠相後退型に関する病態研究で指摘されてきた睡眠恒常性調節機構の機能不全を睡眠時間を適正化することで改善する新たな治療プロトコールを開発し、その効果を検証することを目的とする。睡眠相後退型概日リズム睡眠障害患者で、外来における睡眠衛生指導、高照度光療法、メラトニン受容体作動薬療法を用いて6週間にわたって効果の見られなかった対象者に、それまでの治療法に加えて睡眠時間を短縮する効果のある薬物を投与し、その効果について6ヶ月間の観察を行った。治療効果が不十分な患者に対しては、入院を実施して全断眠を行うことを計画していたが、今年度は現時点までにおいては全例入院に至らず寛解が得られている。睡眠相後退型概日リズム睡眠障害において、その症候は睡眠相の後退と固定である。症候は単純であるが、治療に難渋することが多く、若年者において将来における社会的ハンディキャップとなりうる。発症機序は、体内時計の遅れをもたらす行動学的要因として理解されるが、睡眠相後退が固定し前進させることが困難になる機序についてはわかっていない。今回の検討から、断眠のように覚醒を長時間続けても睡眠圧を高めることができないことが、治療の困難性に関連していることが示唆された。今後、概日リズムの位相後退と睡眠恒常性調節機構の両者に効果的に働きかけるような治療手法の開発が望まれる。入院による治療を想定して初期プロトコールを作成したが、実際に経験的に投与法や睡眠衛生指導が全般的に改善され効果が高くなったため、外来におけるプロトコール実施が可能になった。新規薬剤の導入に関しても奏効する症例があることが明らかになり、統合的時間生物学治療法の開発に対しては概ね順調に進んでいると考えられる。ただし、治療計画が順調に進んだため、必ずしもメラトニンリズムなどの検査データがフルにとれた症例が多くないことも挙げられる。この点については次年度に改善する方策を立てる。研究代表者は、概日リズム睡眠障害において、概日リズム同調機構不良に加え睡眠恒常性維持機構の機能不全により長く覚醒していても睡眠圧による眠気が起こりにくいことを世界で初めて明らかにした。しかし、この点に焦点を当てた治療法は未だ開発されていない。本研究課題は、高照度光療法を用いた概日リズム同調機構改善に、世界で初めて時間療法と断眠を組み合わせて睡眠恒常性維持機構不全を同時に改善する画期的治療法を開発するものである。現在、治療プロトコールで臨床症状の改善の得られた症例を解析することで、治療介入が睡眠覚醒調節のいかなる制御機構に作用したのかについて明らかにしていく。睡眠科学概日リズム同調機構不良に加え睡眠恒常性維持機構の機能不全により長く覚醒していても睡眠圧による眠気が起こりにくいことを世界で初めて明らかにした。
ヘムオキシゲナーゼの翻訳後修飾による量的・質的制御と細胞保護との関係

ヘムオキシゲナーゼ(HO)は、細胞内のヘムを分解し、シグナル伝達物質としても注目されている一酸化炭素を生体内で生成する唯一の酵素である。本研究では、HO活性のタンパク質レベルでの制御機構を解明することを目的とし、その細胞寿命とそれを決定する因子の探索を試みた。その結果、1)HEK293細胞をプロテアソーム阻害剤で処理すると、HOの分解が抑制され細胞内寿命が延びること、2)HEK293細胞にHOとユビキチンを強発現させるとHOが高度にユビキチン化されることを見出し、3)質量分析法、酵母Two-hybrid法、cDNAアレイ法により、HOと特異的に結合するユビキチンリガーゼTRC8を同定した。生体内において、一酸化窒素(NO)のみならず一酸化炭素(CO)が、ガス状のシグナル伝達分子として働き、抗炎症作用や細胞保護作用、血管拡張作用など様々な生物作用を有することが明らかになりつつある。ヘムオキシゲナーゼ(HO)は、生体内で代謝的にCOを生成する唯一の酵素であり、内因性のCOの大部分は、HO反応によって生成される。一方で過剰のCO生成は生体毒となるため、COの発生源であるHOの活性は厳密に制御されていると考えられるが、その詳細は明らかではない。ガス状シグナル伝達分子として一酸化窒素(NO)が知られているが、最近、Osawaらによって神経細胞に存在するNO合成酵素(nNOS)はユビキチン-プロテアソーム系によって分解され、その半減期は比較的短い(約30分)ことが報告された。この現象は、同じく神経細胞に多く存在するHO-2でも観測される可能性が高い。そこで、本年は、HOの2種のアイソザイムの細胞内寿命について検討する目的で、哺乳細胞系でのHOの強発現系の構築を試みた。まずHO-1およびHO-2のcDNAをpcDNA3.1/His-TOPOvectorに組み込み、HEK293へトランスフェクトした。細胞抽出液をSDS-PAGE後、抗HO-1および抗HO-2抗体でウエスタンブロットしたところ、目的タンパク質が強発現されていることが確認された。Cycloheximide(タンパク質合成阻害剤)存在下で、HO-1の細胞内寿命を評価した結果、そのターンオーバーの半減期は約8時間ということが明らかになった。HO-2の半減期はさらに短いことも確認された。誘導型のHO-1に比べ、非誘導型のHO-2の活性は特にタンパク質レベルで制御されている可能性がある。HO-2には、N末端側に延長配列や、C末端側にヘム結合能を有するCys-Proからなるヘム制御モチーフ(HRM)など、特有の構造が含まれている。そこで、今年度は、これらの構造に着目し、分解シグナルの探索を行った。まず、コンピュータプログラムによって、HO-2のN末端には、短寿命タンパク質に特有の配列である、PEST配列や、タンパク質分解シグナルのユビキチン化部位やSUMO化部位が含まれていることを推定した。実際、in vitorにおいて、HO-2が高度にユビキチン化されることがwestern blotによって確認することができた。また、yeast-two hybrid法により、HO-2と相互作用する候補タンパク質を十数種類同定し、その中にユビキチンリガーゼが含まれていることを明らかにした。そこで現在、質量分析法と部位特異的変異法を併用して、その修飾部位の同定を行うとともに、その同定したユビキチンリガーゼを発現精製し、精製タンパク質とHO-2との相互作用を表面プラズモン共鳴法を用いて検討中である。ヘムオキシゲナーゼ(HO)は、細胞内のヘムを分解し、生体内信号としての役割が注目されている一酸化炭素を生体内で生成する唯一の酵素である。しかしながらそのタンパク質レベルでの機能調節機構については不明な点が多い。そこで本研究では、HO活性のタンパク質レベルでの制御機構を解明することを目的とし、その細胞寿命とそれを決定する因子の探索を試みた。その結果、1)HEK293細胞をプロテアソーム阻害剤で処理すると、HOの分解が著しく抑制され細胞内寿命が延びること、2)HEK293細胞にHOとユビキチンをco-transfectするとHOが高度にユビキチン化されること、3)質量分析法、酵母Two-hybrid法、cDNAアレイ法により、HOと特異的に結合するユビキチンリガーゼとして、TRC8を同定し、TRC8をノックダウンした細胞では、HOのdepletionが抑制されることを見出した。当初からの目的であるヘムオキシゲナーゼアイソザイム間で細胞寿命に違いがあることが確認できた。さらに、その分解シグナルの1つとして、ユビキチン化が起こっていることも確認できたため。生化学現在のところ、おおまかな翻訳後修飾が確認できたにすぎないため、今後はより詳細な修飾部位の同定を行う予定である。

本年度の目的は、1.HOの発現異常が認められる疾患由来の細胞において、各種誘導剤、阻害剤存在したでのHOの2つのアイソザイムの細胞内寿命を比較し、ヘムの分解活性との相関を調べること、2.非誘導型HO-2に特有の構造(N末端延長配列およびヘム制御モチーフ)に着目し、修飾部位特異的抗体、質量分析法、部位特異的変異法を併用して分解シグナルの探索を行うことであった。本年度行った結果から、HOの2つのアイソザイムの間で、細胞内寿命の違いがあることが確認されたこと、さらに、分解シグナルの探索を行う上で必要となるHOの部位特異的変異酵素を準備することができたことから、おおむね順調に進展していると思われる。当該年度に支出を予定していた合成オリゴヌクレオチドの合成費用が次年度に繰り越されたため。HOの量的制御が破綻し、過剰発現したHOが観測される慢性骨髄性白血病由来のK-562細胞において細胞内寿命をWestern blot法と、Real-time PCR法を用いて解析を行う。また、心筋虚血再灌流障害ではHOの発現レベルが増強しているにも関わらず、そのHO活性が抑制されているとの報告があるため、HOのmRNA発現レベルとHOのヘム分解活性の経時変化について詳細に解析を行う。さらに、HOの細胞内寿命を決定する因子、活性を制御する因子の探索を行う。年度末に発注していた合成ヌクレオチドは到着済みで、研究には支障がない。年度末に発注した合成オリゴDNAおよび、質量分析法によるペプチドマッピングの前処理で使用するZipTipが海外発注となったため、次年度の支払となったため。納期が遅れた物品については、すでに納品され、それを使用した質量分析解析、および発現用コンストラクトの作成は終了済みである。
複合化高圧ジェットミル法による微粒子を応用した膜創成技術

アルミナなどのセラミックスのスラリーに湿式のビーズミル処理と高圧ジェットミル処理を行い、これらを複合化することでそれぞれ単独では困難であった細かな微細化処理を行うことができた。高圧ジェットミルには、微細化に加えて粒子形態を制御する効果があった。この処理粒子を焼結膜などに応用した場合、充填率が向上し低い温度で緻密な焼結ができ、作製した材料の機械的特性と摩耗特性が向上した。その微細化現象の解明につながる計測手法を開発し、装置の改良方法を示した。この処理で作製されたαアルミナ微粒子を反応性ガスフロースパッタで作製されたアルミナ膜のシード層に応用した場合の効果を調べ、この処理方法の有効性を示した。ビーズミル法と高圧ジェットミル法の複合化処理による特長を明らかにするために、ビーズミル-高圧ジェットミル微粒化実験を行った。原料粒子にはαアルミナを用いた。また、ビーズ径が0.3 mmの処理の後に0.1 mmのビーズを使用する2段階のビーズミル処理も行い、高圧ジェットミルとの比較を行った。作製された粒子径は、レーザー粒度分布計で統計的な値を求め、FE-SEM、TEMなどを用いて個々の粒子形態や結晶構造を評価した。その結果ビーズミルでは、ビーズ径が0.3mmの場合、一般的な限界であるとされるビーズ径の約1000の300 nmまでの微粒化が可能であった。しかし、ビーズ径をそれ以上小さくするとビーズの破壊力が不足し、微粒化が困難になる傾向があった。一方、ビーズミル粉砕後に高圧ジェットミルを行うことで、0.5 mmのビーズ径によって発生した損傷部や亀裂を基点とした微粒化が可能であった。TEM観察の結果、ビーズミル直後では、粒子表面に摩耗粉と思われる数nmのアモルファス層があるのに対して、高圧ジェットミル法を行うことで、完全ではないがその部分が取り除かれることと、表層の凹凸が減少する傾向が確認できた。つまりこの複合化処理は、粒子表層のクリーニングと形態制御が可能であると考えられた。次にその複合化処理の利点を調べるために、アルミナではないが粉砕炭化物粒子をそのまま使用し、プラズマ焼結法(SPS)で焼結した試料と、その原料を高圧ジェットミル法で処理後に焼結した試料を作製した。作製した試料は油潤滑中での摩擦摩耗試験と硬さ試験を行った。その結果、両者には摩耗寿命と高荷重でのビッカース硬さに大きな違いがあり、処理試料の方が優れていた。この違いを定量的に評価するために、ナノインデンターを用いた機械的特性の新しい評価方法について検討を加えた。ビーズミル法と高圧ジェットミル法により、アルミナなどの微粒化処理を行った。ナノ粉砕におけるそれら方式の特徴を調べ、複合化された場合の可能性について検討した。使用したアルミナは、α構造の凝集体と焼結体(球状、板状)を用いた。統計的な粒子径はレーザー粒度分布計で求め、個々の粒子構造はFE-SEM、TEMなどを用いて評価した。(1)ビーズミル法による微粒化処理:0.5 mmのアルミナビーズと0.1 mmのジルコニアビーズを用いて、アルミナの粉砕処理を行った。0.1 mmのビーズを用いた場合のみ、200 nmまでの粉砕が可能であった。この時、スラリーには大きな粘度の上昇が見られた。得られた粒子のTEMとFE-SEM観察を行ったところ、その粒子形態は角張っており、粒子表面に粉砕粉などが凝着していた。条件によっては粒子表面に数nmの非晶質層があった。(2)高圧ジェットミル法:凝集体は200 nmまで粉砕可能であったが、焼結体は数μ以下の粉砕は不可能であった。処理された粒子表面は滑らかで、ビーズミルのような凝着物はなかった。以上のことからビーズミル法でナノ粉砕を行い、その後粒子に生成する凝着物をジェットミルで除去する複合プロセスにより、結晶性に優れ、不純物の少ない微粒子が生成できる可能性が示された。これらの複合化により得られるスラリーで膜を生成すれば、緻密な構造になることが期待できる。上記2点の項目を、コア・シェル型複合粒子についても検討した。電極構造の異なる電極放電型と電界集中放電型の2種類の装置を試作し、液中プラズマを用いたナノ粒子作製を行った。電極放電型では、金属ナノ粒子などを試作した。作製される粒径には時間依存性があり、径が数十nm以下の高濃度溶液を得るには、超遠心技術との併用が必要であった。これまで研究から複合化高圧ジェットミル処理は、微粒化とともに粒子表面のクリーニング効果があった。また、FE-SEMなどでその形態を観察したところ、球状粒子が多く観察された。そこで本年度は、処理粒子と未処理粒子の形態観察とともに、それら粒子の円形度などの統計的処理による評価を加えた。処理による円形度の向上は5005000nmの径の粒子で起こることが確認でき、微粒化に有効な範囲と関連していた。この形状の変化は、膜や粉体の緻密な充填に非常に有効であると考えられた。そこで、まずこの効果を焼結材料に応用した場合の影響を調べた。高圧ジェットミル法で処理を施した粉砕粉体と、そうでない粉体を放電プラズマ焼結法(SPS)にて試料を作製した。その後、組成の異なる材料作製も行った。

その作製した試料の硬さや靱性などの機械的特性は、ナノインデンテーション法などで調べた。実用的な材料とするために、過酷なスス油での高面圧条件下での摩擦摩耗試験を行った。その損傷部や表面状態を走査電子顕微鏡(SEM)や結晶解析法で調べた。その結果、高圧ジェットミル処理を行った材料は充填率が向上し、低い温度でも緻密な構造になり、硬く靱性の高い機械的特性を示した。摩擦摩耗試験の結果もその処理を行った方が摩耗特性は優れていた。このような特長をもつ高圧ジェットミル法における微粒化処理過程を明らかにするため、超音波を用いたプロセスモニター装置を考案し、処理を行った。処理には径が100から10000nmの範囲の粒子を使用した場合の信号を計測し、その信号強度と粒子径の相関を調べた。その結果、特定の周波数の計測が有効であることが分かり、粒径変化の状況をその場で評価できることを確認した。これにより、処理効率が向上した。ビーズミル法と高圧ジェットミル法を複合化することで、従来困難であったセラミックス粒子の微細化技術を向上させたことと、その微粒子を応用した材料開発を行った。アルミナなどの粒子をビーズミル法と高圧ジェットミル法の2種類によって微細化し、それぞれの処理法の特性を明らかにした。その後、上記プロセスを複合化した処理を行った。それによって、ビーズによって発生した細かな亀裂を起点とした微細化ができたことと、高圧ジェットミル処理は、粒子の形態を球状に近づける効果があったことを示した。さらに、この微細化処理過程を明らかにするため、プロセスのモニター装置を考案した。そこで得られた知見から、その主要な部品である高圧ノズルの改良で、微細化特性を大幅に向上させることができた。作製した粒子を応用した材料の作製では、焼結膜・材料の作製と、粒子をαアルミナ膜の結晶化のためのシード層への応用を検討した。アルミナ焼結膜では、粒子形態制御の効果により、低い焼結温度でも粒子間の隙間の少ない緻密な膜が作製できた。チタンとバナジウムの炭化物粉体などの放電プラズマ焼結(SPS)においても、この効果により低温で焼結が完了し、硬く優れた摩耗特性を示す材料が作製できた。シード層としての応用の検討では、反応性ガスフロースパッタ法にてアルミナ膜の作製を行った。ここでは、電源をパルス駆動するこでとで、極性反転時のバイアス効果により、膜質の改善が起こったことと、従来のスパッタ法に比べて、単位電力当たりの膜堆積速度が非常に大きくなったことを示した。その膜を用いて、作製した微粒子をシード層とした場合の結晶成長に及ぼす効果を調べた。アニールによる結晶化特性を検討した結果、シード層がある場合、α相への相転移温度が下がり、膜の結晶配向性も良くなった。基板材料の検討も行った結果、ビッカース硬さ2200のアルミナ膜を作製することができた。アルミナなどのセラミックスのスラリーに湿式のビーズミル処理と高圧ジェットミル処理を行い、これらを複合化することでそれぞれ単独では困難であった細かな微細化処理を行うことができた。高圧ジェットミルには、微細化に加えて粒子形態を制御する効果があった。この処理粒子を焼結膜などに応用した場合、充填率が向上し低い温度で緻密な焼結ができ、作製した材料の機械的特性と摩耗特性が向上した。その微細化現象の解明につながる計測手法を開発し、装置の改良方法を示した。