hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
応力・磁気ひずみ効果による磁気特性制御のための材料評価システムの開発

本研究課題では,応力・磁気ひずみ効果を利用した電磁鋼板の応力ベクトル磁気特性制御技術の確立を目指し,その材料評価システムを開発した。本システム開発において,応力と磁気ひずみを同時に測定可能な六軸ゲージを作製及び,ロックインアンプを用いた磁気ひずみ測定法について検討し,応力下の磁気ひずみのデータベース作成が可能となった。さらに,本システムを用いて,引張・圧縮応力印加時におけるに交番及び回転磁束下の二次元磁気ひずみを測定し,磁気ひずみの応力依存性を明らかにした。今年度の研究目的は,平成23年度に開発したロックインアンプを用いた磁気ひずみ測定法と六軸ひずみゲージを用いて,応力印加時における交番及回転磁束下の無方向性電磁鋼板のベクトル磁気特性と磁気ひずみを測定し,データベースを作成することであった。本研究成果として,一軸及び二軸引張・圧縮応力印加時におけるベクトル磁気特性と二次元磁気ひずみを測定することが可能となり,応力に対して磁界強度ベクトルの大きさと方向が異なることを明らかにした。さらに,二次元磁気ひずみから得られた磁気ひずみの伸びと縮みの大きさと方向も異なることも明らかにした。さらに,これらのデータベースを詳細に分析し,一軸方向の引張応力と平行に磁束密度ベクトルを向けた場合,交番磁束下の磁気損失と磁気ひずみの値は減少した。しかしながら,一軸方向の引張応力に対して回転磁束下の磁気損失と磁気ひずみは増加した。そこで,二軸方向から面内に引張応力を印加し回転磁束下の磁気損失と磁気ひずみを測定した結果,これらの値が減少する最適な応力条件があることを明らかにした。一般的に電気機器の高効率・低損失化のためには,製造工程で発生する応力を低減することが重視されていが,これらの研究成果を踏まえることによって,逆に応力を積極的に利用することでモータ鉄心の低損失・低騒音化が図れることが期待できる。今後の研究課題として,一軸引張応力や二軸応力を電気機器用鉄心に印加するための,新たな応力印加技術の開発が必要と考えられる。電気機器の鉄心材料として,電磁鋼板が使用されており,高効率・高出力化な機器を開発するためには,その有効活用技術が必要となる。特に,電磁鋼板の磁気特性は応力に対して影響を受けやすく,外部応力や残留応力によって磁気特性が劣化することが知られている。本研究では,応力を積極的に利用することによって,電磁鋼板のベクトル磁気特性のコントロールを目指している。そこで,応力とベクトル磁気特性の因果関係について解明するために,応力下における磁気ひずみ評価システムを開発し,そのデータベースの構築を目指す。本年度は,応力下の磁気ひずみを測定するための評価システムの開発を行った。まず,実際の機器内の応力や励磁状態での磁気ひずみを評価するためには,任意方向の応力や磁気ひずみを測定する必要がある。従来のひずみゲージは,機械ひずみと磁気ひずみの両方を測定することができなかったが,今回作製したゲージを用いることで,任意方向の応力と磁気ひずみを同時に評価することが可能となった。また,電磁鋼板に生じる磁気ひずみを高精度に測定するため,ロックインアンプを用いた磁気ひずみ評価システムを開発した。さらに,本システムを用いて得られる磁気ひずみの測定精度の検証やシステムの有用性を示した。以上の研究によって,応力下における磁気ひずみ測定できる環境が整ったため,今後は,応力下における各種電磁鋼板の磁気ひずみとベクトル磁気特性のデータベースの構築を図る。さらに,これらのデータベースを元に,応力・磁気ひずみ効果について詳細な分析を行うことで,電磁鋼板のベクトル磁気特性制御技術に関する知見を得ることができると考えられる。今年度の研究目的は,応力下における磁気ひずみのデータベースを構築するために,その評価システムを開発することであった。そこで,六軸ひずみゲージを新たに作製し,応力と磁気ひずみの両方を同時に測定することが可能となった。さらに,磁気ひずみを高精度に測定するために,ロックインアンプを用いた磁気ひずみ測定システムを開発し,その測定精度の検証を終え,システムの有用性を示すことができた。さらに,今年度開発したひずみゲージ並びに評価システムを既存のシステムに組み込むことによって,応力下における電磁鋼板の磁気ひずみが測定可能となり,これらの研究成果を国内・国際学会で発表した。以上の理由より,本研究は順調に進展しているものと考えられる。今後の研究方針として,今年度開発した六軸のひずみゲージ及び評価システムを用いて,応力下における磁気ひずみ及びベクトル磁気特性のデータベースの構築を目指す。そこで,様々な電磁鋼板の応力下における磁気ひずみとベクトル磁気特性を測定し,応力とベクトル磁気特性の因果関係を明らかにする。さらに,得られた知見をもとに応力・磁気ひずみ効果を利用したベクトル磁気特性の制御法について検討する。本研究は,国内及び世界的に見ても,これまで応力下における任意方向の磁気ひずみの測定はされておらず,学術的に新規性は非常に高いと考えられる。そこで,国内及び国外で開催される学会に積極的に参加し,研究成果の報告及び最新の研究に関する情報収集を行う。

次年度では,応力下における各種電磁鋼板の磁気ひずみ及びベクトル磁気特性のデータベースを構築するため,測定に必要な材料加工費及びシステムの消耗部品費用として研究費を使用する。また,これらまで得られた研究成果を国内及び国際学会にて報告を行うため研究費を使用する。出席予定の学会は下記の通りである。国内の発表:マグネティックス研究会(12月予定)国際学会:1&2D magnetic measurement and testing(9月,オーストリア)
関節炎における破骨細胞誘導細胞の決定

関節炎における破骨細胞誘導細胞を決定するため、T細胞、滑膜線維芽細胞、軟骨細胞それぞれ特異的に破骨細胞誘導因子RANKLを欠損させたマウスを作成し、これらのマウスにコラーゲン抗体誘導性関節炎を誘導し、骨破壊の評価を行った。組織化学染色とマイクロCTによる骨破壊の評価の結果、T細胞と軟骨細胞特異的にRANKLを欠損させたマウスではコントロールと同程度の骨破壊が認められた一方で、滑膜線維芽細胞特異的に欠損させたマウスでは骨破壊の抑制が認められた。このことから滑膜線維芽細胞が関節炎における破骨細胞を誘導する主たる細胞であることが支持された。本年度の研究において、申請者らは独自に開発したRANKLfloxマウスとT細胞、滑膜線維芽細胞特異的Cre(それぞれLck-Cre, Col6-Cre)マウスを交配させ、細胞特異的RANKL欠損マウスの作成を行った。次に、細胞特異的なRANKLの関節リウマチでの骨破壊における寄与の評価のため、骨破壊の評価モデルとして知られるコラーゲン抗体誘導性関節炎(CAIA)をそれぞれのコンディショナルRANKL欠損マウスに誘導した。関節部位の骨破壊の評価としては、CAIAを発症したマウスの足首関節、膝関節を用い、マイクロCTの手法により骨形態計測を行うとともに、組織化学染色の手法を用いて骨破壊を誘導する破骨細胞の数を検討した。その結果、関節炎の骨破壊においては、T細胞特異的RANKL欠損マウスでは、コントロールマウスと比較して骨破壊の抑制が認められなかったが、滑膜線維芽細胞特異的RANKL欠損マウスにおいては、有意に骨破壊が抑制された。この結果は、滑膜線維芽細胞由来のRANKLの寄与が、T細胞由来のRANKLの寄与よりも大きく、関節リウマチの骨破壊を誘導する主要なRANKL発現細胞は滑膜線維芽細胞であることを示唆するものである。昨年度に引き続き、細胞系譜特異的に発現するCreマウスとしてT細胞や滑膜線維芽細胞に加えて軟骨細胞特異的Cre(それぞれLck-Cre, Col-6-Cre,Col2-Cre)マウスを用いてCre-loxPシステムを利用して細胞系譜特異的RANKL欠損マウスの作製を行った。関節炎における関節部位の骨破壊の評価のため、どのラインのマウスにおいても同等に最大の関節炎を引き起こすことが可能なコラーゲン抗体誘導性関節炎(Collagen-antibodies-inducedarthritis:CAIA)を用い、マイクロCTの手法により骨破壊のレベルを評価するとともに、組織化学染色の手法を用いて破骨細胞の数、破骨細胞による骨破壊の面積を算出した。その結果、軟骨細胞やT細胞特異的にRANKLを欠損させたマウスでは関節炎の炎症環境下においてコントロールと同程度の骨破壊と破骨細胞の増加が認められた。一方で滑膜線維芽細胞特異的にRANKLを欠損させたマウスでは、関節炎の環境下コントロールと比較して骨破壊のみならず破骨細胞の増加も有意に抑制されていることを見出した。このことから、滑膜線維芽細胞がこの関節炎モデルにおける主要な破骨細胞誘導細胞であることが明らかとなった。これらの研究成果は、関節リウマチの骨破壊における滑膜線維芽細胞の病的役割の重要性を支持するものであり、滑膜線維芽細胞の治療標的としての有用性を示すものである。骨免疫学申請書に記載した、細胞系譜特異的RANKLノックアウトマウスの作成が順調に進んでおり、関節リウマチにおける骨破壊における滑膜線維芽細胞とT細胞由来のRANKLの相対的重要性を体内における評価を行うことができたことから、一定の研究成果が得られたと考えることができる。今後、関節リウマチの抗原感作、炎症、骨破壊の一連の病態形成過程を模倣する関節リウマチモデルである、コラーゲン誘導性関節炎をそれぞれのコンディショナルRANKL欠損マウスに誘導し、関節炎の炎症や骨破壊の抑制が認められるかどうか検討することで、細胞特異的なRANKLの関節リウマチの病態形成における役割を詳細に検討する。また、破骨細胞の分化を強力に誘導する亜集団の特定、および発現マーカーの同定を試みる。
可溶型GalNAc転移酵素を用いたO-GlcNAc修飾タンパク質の網羅的機能解析

本年度は、主に以下の3つの項目について研究を実施した。(1)O-GlcNAc修飾された糖タンパク質のトリプシン消化物を濃縮するために、WJAレクチンカラムによる濃縮を試みた。ここで回収されたトリプシン消化物をOrbitrap型高感度質量分析計によるLC-MS/MS解析をしたところ、数カ所のO-GlcNAc修飾を受けたアミノ酸残基を同定することができた。(2)O-GlcNAc修飾を特定した配列に対して、さまざまなAla置換変異体のcDNAを作製、発現プラスミドに組み込んで細胞内に発現させた。タグによりO-GlcNAc修飾タンパク質をプルダウンし、O-GlcNAc修飾量の変化を調べることにより、どのアミノ酸残基への修飾が生物活性と相関するかを比較検討した。この中で最も相関のあった修飾残基に関して、その前後の配列を含むO-GlcNAc修飾ペプチドを化学合成した。この糖ペプチドを用いてウサギに免疫をして抗体の作成を行った。さらに、糖修飾のない単純ペプチドに結合せず、O-GlcNAc修飾ペプチドのみに特異的に結合する抗体を得た。この抗体は特定の残基のO-GlcNAc修飾を特異的に認識すると共に、O-GlcNAc修飾されたタンパク質がきれいに核内のみに局在していることが示された。(3)同定したO-GlcNAc修飾タンパク質と相互作用する分子を特定するために、WJA-BirA(R118G)の発現を行った。しかし組換体WJAレクチンの活性が認められなかったために、同じ特異性を持つWFA-BirA(R118G)を作出する方針に変更した。後者に関して4種類のコンストラクトを作製したが、いずれもレクチンならびにBirAとしての活性を確認することができた。これらを用いて、現在、相互作用している他のタンパク質の同定を試みている。当初の計画の(1)と(2)に関しては、計画通りに順調に進行し、大変興味深い結果が得られた。もう一つの懸案であったビオチンリガーゼ融合タンパク質の作製に手間取ったが、さまざまな試行錯誤をして解決することができた。最終年度ではこれらを駆使して機能解析にまで踏み込んでゆけると考える。本年度は、昨年度の結果を踏まえて、以下の2つの項目について研究を実施する。(1)取得したしたO-GlcNAc修飾ペプチドに対する抗体を用いて内在性リガンドのプルダウンを行い、O-GlcNAc修飾タンパク質と特異的に相互作用するタンパク質が共沈降してこないかを調べる。さらに共沈降するタンパク質の同定を行うことにより、O-GlcNAc修飾の意義を明らかにする。(2)前者のO-GlcNAc修飾ペプチド特異的抗体にBirA(R118G)をカップリングしたプローブを作製し、これを用いてO-GlcNAc修飾タンパク質と特異的に相互作用するタンパク質を網羅的にビオチン化する手法も平行して進める。最終的に、O-GlcNAc修飾による機能制御を明らかにすることを通して、他の系にも普遍的に用いることが可能な解析法のプラットホームを確立する。細胞質や核内に局在するタンパク質のβ-N-アセチルグルコサミン(O-GlcNAc)修飾は、リン酸化と拮抗してさまざまなシグナル伝達を制御しており、特に生存シグナルに深く関わっている。本研究ではdisaccharide-tag法を用いて、以下の主な2点に関して研究を行った。(1)本手法ではGlcNAcにGalNAcを転移させてdisaccharide-tagを導くことにより、tag修飾されたタンパク質を蓄積させることと2糖に伸長させることによりレクチンとの親和性と特異性を上げて高感度に検出できる。その際に細胞内に可溶型GalNAc転移酵素を発現させる必要があるが、これに核移行シグナルを付加したところ、核内にのみ糖転移酵素が局在することを見出した。また、従来の細胞質に多く発現する可溶型糖転移酵素発現細胞に比較して、より多くの修飾タンパク質が二次元電気泳動で観察された。また、可溶型糖転移酵素の局在を調べるために抗Mycタグ抗体を用いて細胞染色を行い、核移行シグナルを付加したものでは核にのみ限局して存在することを見出した。(2)O-GlcNAcタンパク質の同定を行うために質量分析により解析を行った。上記で調製した細胞のライセートを2次元電気泳動に供し、ウエスタンブロッティングの後、ナツフジレクチン(WJA)を用いて検出を行った。WJAレクチンの非特異的な結合を最小限に留めるためにcDNAクローニングを行ったところ6種類の極めて類似のcDNAが得られ、これらをFc融合タンパク質として発現させ精製を行った。WJAに結合する糖鎖をもつ胃粘膜切片の染色を行ったところ、従来の精製条件によって活性が低下した。他の条件での溶出などにより、活性を維持したまま回収できる条件を見出した。これらの手法に高感度な質量分析の手法を組み合わせることにより、多くのタンパク質の同定を行うことができた。新たな手法と二次元電気泳動を用いることにより、高感度に核内および細胞質のO-GlcNAc修飾タンパク質を区別することができ、またそれらのこれらのタンパク質の同定も概ね良好に行うことができた。また、WJAレクチンのcDNAを単離しFc融合タンパク質として発現させて用いることにより、より信頼性の高いデータが得られることも確認することができ、概ね順調に研究は進展している。

(1)O-GlcNAc修飾された糖タンパク質のトリプシン消化物を濃縮するために、WJAレクチンカラムによる濃縮を試みた。ここで回収されたトリプシン消化物をOrbitrap型高感度質量分析計によるLC-MS/MS解析をしたところ、数カ所のO-GlcNAc修飾を受けたアミノ酸残基を同定することができた。(2)O-GlcNAc修飾を特定した配列に対して、さまざまなAla置換変異体のcDNAを作製、発現プラスミドに組み込んで細胞内に発現させた。タグによりO-GlcNAc修飾タンパク質をプルダウンし、O-GlcNAc修飾量の変化を調べることにより、どのアミノ酸残基への修飾が生物活性と相関するかを比較検討した。この中で最も相関のあった修飾残基に関して、その前後の配列を含むO-GlcNAc修飾ペプチドを化学合成した。この糖ペプチドを用いてウサギに免疫をして抗体の作成を行った。さらに、糖修飾のない単純ペプチドに結合せず、O-GlcNAc修飾ペプチドのみに特異的に結合する抗体を得た。この抗体は特定の残基のO-GlcNAc修飾を特異的に認識すると共に、O-GlcNAc修飾されたタンパク質がきれいに核内のみに局在していることが示された。(3)同定したO-GlcNAc修飾タンパク質と相互作用する分子を特定するために、WJA-BirA(R118G)の発現を行った。しかし組換体WJAレクチンの活性が認められなかったために、同じ特異性を持つWFA-BirA(R118G)を作出する方針に変更した。後者に関して4種類のコンストラクトを作製したが、いずれもレクチンならびにBirAとしての活性を確認することができた。これらを用いて、現在、相互作用している他のタンパク質の同定を試みている。当初の計画の(1)と(2)に関しては、計画通りに順調に進行し、大変興味深い結果が得られた。もう一つの懸案であったビオチンリガーゼ融合タンパク質の作製に手間取ったが、さまざまな試行錯誤をして解決することができた。最終年度ではこれらを駆使して機能解析にまで踏み込んでゆけると考える。本年度は、昨年度の結果を踏まえて、以下の3つの項目について研究を実施する。(1) O-GlcNAc修飾は僅かであり、修飾されたアミノ酸残基を同定には、O-GlcNAcペプチドを選択的に回収する必要がある。WJAカラムによるO-GlcNAc修飾ペプチドの濃縮と質量分析による修飾部位の特定を推進したい。(2)同定したO-GlcNAc修飾ペプチドに対するモノクローナル抗体の作製を試み、この抗体との反応性と機能との関連を追跡する。(3) WJA-ビオチンリガーゼ融合タンパク質を用いたコアタンパク質や相互作用タンパク質の検出のためのさまざまな検討を行う。これによりO-GlcNAc修飾による機能制御の手がかりが得られるものと考える。本年度は、昨年度の結果を踏まえて、以下の2つの項目について研究を実施する。(1)取得したしたO-GlcNAc修飾ペプチドに対する抗体を用いて内在性リガンドのプルダウンを行い、O-GlcNAc修飾タンパク質と特異的に相互作用するタンパク質が共沈降してこないかを調べる。さらに共沈降するタンパク質の同定を行うことにより、O-GlcNAc修飾の意義を明らかにする。(2)前者のO-GlcNAc修飾
2型糖尿病患者の睡眠の質と血糖コントロールの関連

2型糖尿病患者の主観的評価による睡眠と血糖コントロール(HbA1c)との関連を明らかにすることを目的に本研究を行った。その結果、(1)「睡眠の質」の評価が悪い、(2)「睡眠時間」が6時間未満である者はHbA1cが高くなることが明らかになった。また、女性で短時間睡眠の者のHbA1cはそうでない者より有意に高いことが明らかとなった。【目的】(1)外来通院中の2型糖尿病患者の主観的睡眠の特徴を明らかにする。(2) 2型糖尿病患者の主観的睡眠と血糖コントロールとの関連を明らかにする。【方法】対象者のPSQI総合得点・「睡眠の質」は高得点群(睡眠障害あり、睡眠の質悪い)、低得点群の2群とし、「睡眠時間」は「6時間未満」「67時間」「78時間」「8時間以上」の4群にした。HbA_<1c>との関連を検討するためt検定、一元配置分散分析を行った。統計処理はSPSS16.0を使用し、統計学的有意水準は5%とした。大学倫理委員会の承認、研究協力者の同意を得て実施した。【結果および考察】対象者183名の平均年齢62.7歳、65歳以上の高齢者群88名(48.1%)、男性106名(57.9%)、平均HbA_<1c>6.66%であった。PSQI総合の平均得点5.1点であり、「睡眠障害あり」の者70名(38.3%)であった。対象者全体の「睡眠の質」高得点群の平均HbA_<1c>は、低得点群より有意に高く(p<0.05)、睡眠時間「6時間未満」群のHbA_<1c>は、「8時間以上」群より有意に高かった(p<0.05)。年齢別性別でみると、高齢者の「睡眠障害あり」が43.2%と中年者群より高い傾向だった。高齢者群の「睡眠の質」高得点群のHbA_<1c>は、低得点群より有意に高く(p<0.01)、女性の「睡眠の質」高得点群のHbA_<1c>は、低得点群より有意に高かった(p<0.05)。女性の睡眠時間「6時間未満」群のHbA_<1c>は、「67時間」群と「8時間以上」群より有意に高かった(p<0.01,0.05)。以上より、外来での2型糖尿病患者看護には、従来の食事・運動指導等の指導に加え、年齢・性別の特徴を踏まえて「睡眠の質」「睡眠時間」についても十分に観察・アセスメンツしていくことが重要であると考える。今後も睡眠と血糖コントロールに影響する要因も含め、調査していく必要があると考える。【目的】2型糖尿病患者の主観的睡眠と血糖コントロールとの関連を明らかにする。【方法】主観的睡眠(PSQI)、血糖コントロール状況(HbA1c)、PAID等を調査し、1年後に同じ調査を行った。データ分析は、SPSS18.0を使用した。【結果および考察】対象者245名の同意を得て実施し、238名を分析対象とした。1年後の調査では、184名を分析対象とした。調査1回目の対象者は、男性139名(58.4%)、平均年齢62.5歳、平均HbA1c6.6%であった。相関分析にてHbA1cと有意に関連があったのは「BMI」「糖尿病罹患歴」「睡眠の質」「睡眠時間」であった。次に、「睡眠の質」を高得点群(悪い)と低得点群(良い)の2群とし、t検定にて群間のHbA1cを比較した。高得点群のHbA1cは、低得点群よりも有意に高かった(p<0.05)。また、「睡眠時間」を「6時間未満」「67時間」「78時間」「8時間以上」の4群とし、一元配置分散分析を行った。「6時間未満」群のHbA1cは「8時間以上」群よりも有意に高かった(p<0.05)。睡眠には性差があることから、性別の「睡眠の質」「睡眠時間」における各群間比較を行った。女性の睡眠「6時間未満」群のHbA1cは「67時間」「8時間以上」群よりも有意に高かった(p<0.01)。次に、HbA1cを従属変数とし、他の項目を独立変数とした重回帰分析を行った。調査1回目は「BMI」「糖尿病罹患歴」「睡眠時間」が影響し、調査2回目は、「糖尿病罹病歴」「PAID得点」が影響していた。以上より、主観的評価にて「睡眠の質」が悪いこと、「短時間睡眠」は血糖コントロールに関連することが示唆される。
増殖因子受容体経路を標的としたホルモン療法抵抗性乳癌に対する革新的治療薬の開発

エストロゲン受容体(ER)陽性乳がんのなかには、予後不良なものが存在し、治療成績の向上が喫緊の課題である。乳がんの増殖にRIN1遺伝子の発現低下が関わっていることが報告された。私たちは、RIN1遺伝子の発現低下が、ER陽性乳がんの予後不良因子であることをさらに発見し、その発現低下のメカニズムが、ER陽性乳がんのホルモン療法抵抗性に関与している可能性を見出した。本研究では、RIN1遺伝子を標的とした新規治療薬の開発をめざす。乳がんの中で最も頻度の高いER陽性乳がんを対象とする点で、社会的貢献度は高いと考える。
鉱石立坑における品位調整に関する研究

わが国の石灰石鉱山では、数100mにも達する長大な立坑を利用した露天採掘が行われる。近年になって、ようやく、この立坑内での岩石塊の挙動が解明されるようになってきたが、これらの研究を踏まえて、立坑に投入された鉱石(石灰石)の品位調整を行うことの可能性を得ることを試みた。鉱石は、立坑ヘトラックで運ばれて投入されるので、トラック毎の品位変動が立坑排出口での品位変動にどう影響するかを、立坑現場での実験とこれをモデル化した実験とによって観測し、さらに立坑内での鉱石の挙動のシミュレ-ションによって解析した。その結果1.垂直立坑システムよりも、斜坑システムにおける方が鉱石の混合が促進される。2.斜坑システムの混合特性は鉱石の粒径によって異なる。これは斜坑内において粒度偏析がおきるためと考えられる。3.斜坑システム内の混合特性は、斜坑内での鉱石の降下挙動、とくに不連続性による混合特性と、シュ-トホッパ-部におけるファンネルフロ-に起因する混合特性の合成したものと考えられる。4.斜坑システム内での鉱石の降下挙動は、単純な速度分布を仮定することによってモデル化することができる。5.これによって、鉱石立坑における鉱石の混合特性の推定が可能になった。6.鉱石立坑が使用年月と共に拡大して、容量が変化した場合の混合特性の変化を求めることができた。7.投入鉱石の品位変動が立坑の排出口でどうなるかのシミュレ-ションを行った。等を結論として得ることができた。
血管内皮細胞のタイト結合蛋白と癌転移

タイト結合は細胞間接着装置のひとつで、細胞間間隙の物質通過を制御するバリア機能と細胞の極性を維持するフェンス機能を有している。前者は血管内皮細胞においては癌の転移に防御的に働く。一方、後者は癌の細胞極性喪失に深く関わっている。ともにがんの生物学的特性を理解するうえで重要な現象である。今年度は、(1)タイト結合の膜蛋白occludinをラット肺血管内皮細胞に大量に発現させタイト結合の構造および機能の変化を検討した.得られたOC導入RLEではOCは細胞接着部に大量に認められ、ポリクロナルおよび細胞質ドメインに対するモノクロナル抗体の染色性から膜を貫通して局在していることかたしかめられた。しかし、タイト結合機能を反映する電気抵抗値やトレイサーの細胞間透過性に変化はみとめられなかった。また免疫電顕からOCはactinによるタイト結合の機能調節に重要な役割を果たしている可能性が示された。(2)Minマウスの消化管ポリープの悪性化過程におけるタイト結合蛋白の変化および機能の変化を共焦点レーザー顕微鏡、電顕を用いて観察した。特にタイト結合機能は、種々の分子量のFITC-dextranの組織へのしみこみを指標にin situで評価した。同一ポリープ内で、高分化型腺癌部ではタイト結合蛋白は正常部とほぼ同様の発現を示し、FITC-dextranの組織へのしみこみも認められなかった。低分化型腺癌部ではタイト結合蛋白の発現は著明に低下しFITC-dextranの組織へのしみこみも認められた。この所見は電顕的にも確認された。これより、腺腫の悪性化過程でタイト結合蛋白の減少および名の機能低下が起こることが示された。癌化の進行に伴うタイト結合の機能低下は、細胞極性喪失という癌の特性の発現機序そのものと考えられる。
宇宙線環境場における有機材料の劣化に関する研究-原子状酸素と電子線のシナジー-

本研究は平成13年度日本学術振興会科学研究費のご支援により研究を行ってきた"LEOにおける原子状酸素/紫外線の相対強度がシナジーにおよぼす影響"の内容をさらに発展させ、紫外線以外の複合宇宙環境要因である電子線チャージアップおよび熱についても、(1)個々の宇宙環境要因による各種高分子材料の表面/バルク特性の変化をin-situ測定する、(2)宇宙環境要因のシナジェティックス効果が材料のエロージョンレートにおよぼす影響を定量的に評価する、(3)複合宇宙環境下における特異な材料表面反応における反応メカニズムを解明する、の3点について研究を発展させようとするものである。本研究の結果、以下の結論が得られた。(1)熱の影響について、-20°C+120°Cまでの温度範囲では原子状酸素ビームの運動エネルギーが5eVの場合にはガス化反応の活性化エネルギーは10^<-4>eVと極めて小さいが、運動エネルギーが1eVになると10^<-2>eVと約2桁大きくなり、ガス化反応の温度依存性は原子状酸素ビームの運動エネルギーに大きく依存していることが実験的に示された。(2)電子線との複合効果について、5eV原子状酸素照射下においては電子線、帯電の複合効果はいずれも測定されなかった。しかしながら、1.1eV原子状酸素照射下においては、±1000Vを印加して原子状酸素を照射したところ、約20%のエロージョンレートの増加と反応生成物(二酸化炭素)の増加が観察された。また、電圧印加によりポリイミドの表面自由エネルギー増加が確認されたことから、帯電による高分子表面の高エネルギー化により原子状酸素との反応性が増大したものと考えられる。これまでの紫外線との複合照射効果の結果に本研究結果を加えることで宇宙用高分子材料の劣化に関する複合環境要因によるシナジェスティック効果について総括的にまとめることができ、宇宙用材料開発のための貴重なデータベース構築に貢献できた。平成15年度には宇宙環境下における原子状酸素誘起劣化の温度依存性について、レーザーデトネーション原子ビーム発生装置を用いた地上実験を水晶振動子マイクロバランス(QCM)上にスピンコートしたポリイミド、ポリエチレン薄膜を試料として行った。その結果、-20°C+120°Cまでの温度範囲では原子状酸素ビームの運動エネルギーが5eVの場合にはガス化反応の活性化エネルギーは10^<-4>eVと極めて小さいが、運動エネルギーが1eVになると10^<-2>eVと約2桁大きくなり、ガス化反応の温度依存性は原子状酸素ビームの運動エネルギーに大きく依存していることが実験的に示された。また、本年度はポリイミド表面の帯電あるいは電子線照射が原子状酸素誘起劣化に及ぼす影響を明らかにするための実験装置の改造(QCMの絶縁、電子線照射装置の改造、ターボ分子ポンプの購入)も並行して行い、次年度に行う予定の電子線照射実験に向けての準備を整えた。本研究は平成13年度日本学術振興会科学研究費のご支援により研究を行ってきた"

LEOにおける原子状酸素/紫外線の相対強度がシナジーにおよぼす影響"の内容をさらに発展させ、紫外線以外の複合宇宙環境要因である電子線チャージアップおよび熱についても(1)個々の宇宙環境要因による各種高分子材料の表面/バルク特性の変化をin-situ測定する。(2)宇宙環境要因のシナジェティックス効果が材料のエロージョンレートにおよぼす影響を定量的に評価する。(3)複合宇宙環境下における特異な材料表面反応における反応メカニズムを解明する。以上の3点について研究を発展させようとするものである。平成16年度には宇宙環境下における宇宙用高分子材料表面の帯電あるいは電子線照射が原子状酸素誘起劣化に及ぼす影響を明らかにすることを目的として実験を行なった。実験装置は、絶縁性QCMおよび電子線照射装置を具備したレーザーデトネーション型原子ビーム発生装置を、試料としては水晶振動子マイクロバランス(QCM)上にスピンコートしたポリイミド薄膜を用いた。実験の結果、5eV原子状酸素照射下においては電子線、帯電の複合効果はいずれも測定されなかった。しかしながら、1.1eV原子状酸素照射下においては、±1000Vを印加して原子状酸素を照射したところ、約20%のエロージョンレートの増加と反応生成物(二酸化炭素)の増加が観察された。また、電圧印加によりポリイミドの表面自由エネルギー増加が確認されたことから、帯電による高分子表面の高エネルギー化により原子状酸素との反応性が増大したものと考えられる。
ＡＴＰによるタンパク質の線維化阻害機構の解明

私たちの生命活動に必須であるATPは、細胞内における主要なエネルギーの通貨として働くだけではなく、線維化しないタンパク質の疎水面をマスクするように相互作用することが明らかになった。しかしながら、ATPがどのように線維化タンパク質に相互作用し、その線維化を阻害するかは未だ明らかになっていない。そこで、本研究では、実際に線維化タンパク質でも高濃度ATPが選択的な相互作用をもつのか、また、どのようなメカニズムでアミロイド線維化を阻害するのかを溶液NMR等を用いて原子レベルで明らかにする。
トリプルネガティブ乳癌における免疫能を評価する新規亜分類と臨床的有用性の研究

抗癌剤の効果予測に関する検討は重要な臨床的課題であり、多くの癌腫で免疫因子の腫瘍浸潤リンパ球(TILs)や、PD-L1発現などが効果予測、予後予測に有用であると報告されている。乳癌においては、特にトリプルネガティブ乳癌(TNBC)においてTILsが効果予測や、予後予測をすることが報告されている。我々はLehmanらが最初に提唱したTNBC7亜分類を用いて、GEによるTNBC亜分類により、術前化学療法によるpCRを予測できること、ひいては新規治療の標的となる候補群を同定した。(Clin Cancer Res.19(19): 5533-40,2013, Breast Cancer Res.15(6):R112,2013) LehmanらのTNBC7亜分類のうちIM (immune-modulate)と呼ばれるグループや、Bursteinらの提唱したTNBC4亜分類のうちBLIA (basal-like/ immune-activated)と定義されるグループでは、特に免疫能が活発であり、特定の化学療法や免疫療法が有効な可能性がある。術前化学療法を実施するTNBCを、免疫染色による亜分類で、腫瘍浸潤リンパ球(TILs)の評価を加え、より簡便で精度の高い治療効果や予後の予測につながる分類法を確立する目的での研究である。これまで、TNBCの術前化学療法実施症例の対象症例を院内データベースから抽出し、臨床データのクリーンナップを行なってきた。TILsの評価は複数の医師の判断をすり合わせるのに時間を要したものの、評価方法はコンセンサスが得られた。亜分類に必要な標本を準備し、免疫染色を実施している。今後は標本の染色結果を得られれば、解析開始予定である。対象症例の臨床データ集積し、病理標本を薄切して免疫染色を実施した。今後は染色標本の評価が終了でき次第、統計解析を実施する。免疫染色実施済みの標本を評価し、治療効果や予後予測につながるかの解析を実施予定。現時点まで、おおむね予定通りの進捗が得られている。乳癌患者の治療効果予測として、腫瘍浸潤リンパ球(TILs)高値が抗腫瘍免疫の指標として指摘されている。本研究ではTILsやそのサブセットの免疫染色(IHC)を行ない治療効果予測・予後予測となるか、ひいては腫瘍部における免疫細胞がどのように抗腫瘍効果を発揮するかを明らかにする。我々はTNBCには免疫能の高いグループが存在することを示し、これらはTILs高値であることが示唆されているが、その背景としてCD8やTregの分布など免疫細胞の動態は不明である。TNBCは遺伝子発現データで亜分類されるようなヘテロな腫瘍であり、どのような腫瘍でCD8陽性TILsやTregの増多など、免疫チェックポイント阻害剤の効果の期待できる対象が出現するかを、TILsサブセットを介して探索的に検討する。化学療法を実施したトリプルネガティブ乳癌を対象とし、遺伝子発現をもとにした亜分類が報告されている。我々の研究では、この亜分類を免疫染色による亜分類法に落とし込み、TILsを含めて評価することで、遺伝子発現による亜分類よりも簡便で、治療選択につながる分類を同定することを目的としている。特に近年、TNBCを対象としたチェックポイント阻害剤の知見が進行しているものの、単剤での効果に限界があると考えられており、化学療法との併用などの治療選択にシフトしつつある。その中で、様々な分子標的薬に効果のある分類を行ない、特に免疫チェックポイント阻害剤が効果が得られる対象を同定することが、副次的な目的である。そのため、亜分類に必要な免疫染色、TILsサブセットの評価、遺伝子発現データ、フローサイト目トリーなどのデータとともに、当院で実施した免疫チェックポイント阻害座どの治療効果を含んだ臨床データを利用して、臨床的有用性を評価できるような分類を行なっている。当院におけるアーカイブサンプルを利用した、術前化学療法を実施したトリプルネガティブ乳がんをリスト化した。このリストには術前標本、手術標本の有無を確認し速やかに免疫染色等に使用できるかどうかを記録した。また、pCRヤ予後を含めた臨床情報のデータベースを作成した。同時に、前向き研究として遺伝子発現や変異なども同定しやすいように、凍結標本を含めたregistrationを開始し、リンパ球のフローサイトメトリなどの免疫情報を補強できるコホートを準備している。すでに免疫染色のうち、HE、CD8、PDL1、の染色を実施し、条件の評価と測定を行なった。またFOXP3/CTLA4、FOXP3/CD25の二重染色を条件設定し、測定を行なった。亜分類に直接つながる免疫染色は、開始予定であったが、本年度に実施する。(Clin Cancer Res.19(19): 5533-40,2013, Breast Cancer Res.15(6):R112,2013) LehmanらのTNBC7亜分類のうちIM (immune-modulate)と呼ばれるグループや、Bursteinらの提唱したTNBC

4亜分類のうちBLIA (basal-like/ immune-activated)と定義されるグループでは、特に免疫能が活発であり、特定の化学療法や免疫療法が有効な可能性がある。術前化学療法を実施するTNBCを、免疫染色による亜分類で、腫瘍浸潤リンパ球(TILs)の評価を加え、より簡便で精度の高い治療効果や予後の予測につながる分類法を確立する目的での研究である。これまで、TNBCの術前化学療法実施症例の対象症例を院内データベースから抽出し、臨床データのクリーンナップを行なってきた。TILsの評価は複数の医師の判断をすり合わせるのに時間を要したものの、評価方法はコンセンサスが得られた。亜分類に必要な標本を準備し、免疫染色を実施している。今後は標本の染色結果を得られれば、解析開始予定である。対象症例の臨床データ集積し、病理標本を薄切して免疫染色を実施した。今後は染色標本の評価が終了でき次第、統計解析を実施する。手術標本などのサンプルが豊富な標本を用いて、亜分類につながる免疫染色の染色条件設定を実施し、候補となるサンプルで免疫染色を行うこと、前向き標本を利用して遺伝子発現などの評価を行う。免疫染色実施済みの標本を評価し、治療効果や予後予測につながるかの解析を実施予定。現時点まで、おおむね予定通りの進捗が得られている。初年度の主な出費予定と考えていた抗体の購入や資材の購入を今年度に移行させたために、今年度に購入することとしました。研究資金の使用用途は、当初予定していた通りに実施予定となります。追加の免疫染色ならびに遺伝子発現解析の費用として、次年度に合わせて請求予定です。
免疫抑制剤とその誘導体による脊髄損傷修復の基礎的研究

これまでの研究により、免疫抑制剤が神経栄養因子の産生を促進する活性を持つことが明らかとなった。これまで知られていた免疫抑制剤による神経保護作用の少なくとも一部はこの神経栄養因子産生促進活性に起因すると推定された。しかし神経保護作用を期待するとき免疫抑制作用は生体に不利益をもたらす恐れがある。そこで本年度は免疫抑制作用をもたないイムノフィリンリガンドリガンドの探索と薬効判定を試みた。タクロリムスがイムノフィリン(FKBP12)に結合する構造に注目し、これと類似した構造を持つLeu-Ileジペプチドとその類縁物質「A」について検討した。両物質は神経栄養因子の産生を促進し、培養下で神経細胞死を抑制すること、さらに培養脾臓細胞によるインターロイキン2の産生を抑制しないことを明らかにした。以上の結果よりいずれの物質も免疫抑制作用をもたない新しいイムノフィリンリガンドであると考えられたので、胸髄を半切断した脊髄損傷ラットを作製し、「A」物質を腹腔内に毎日投与した。投与開始3日目から歩行能力が回復し23日後にはほぽ損傷前のレベルにまで運動機能が回復した。無処置の脊髄損傷群も時間の経過に伴い緩やかに運動機能が上昇したが投与群より低いレベルにとどまり、16日後以降の回復は観察されなかった。以上、[A]物質は脊髄損傷の修復に有効であることが示唆された。Leu-Ileジペプチドにっいても現在検討中である。これらの免疫抑制作用をもたないイムノフィリンリガンドをリード化合物してさらに強力な活性物質が創製できれぱ、脊髄損傷をはじめとする中枢神経疾患の治療薬の開発につながるものと期待される。我々は永年にわたって神経栄養因子を誘導する低分子化合物の検索をおこなってきている。その結果、いくつかの神経伝達物質や天然物からの抽出物が神経栄養因子である脳由来神経栄養因子(BDNF)やグリア細胞株由来神経栄養因子(GDNF)の産生を誘導することを報告している。最近、驚いたことに、いくつかの免疫抑制剤が神経栄養因子の産生を誘導することを見い出した。本研究では、その産生誘導効果が神経の損傷に対して有効でないかと考え検討を行った。今回は神経の障害の中でも、特に脊髄損傷に注目をした。目まぐるしい社会を反映して交通事故の被害者数は増加の一途をたどっている。特に脊髄に障害を受けた場合は、患者本人と家族の損失にははかりしれないものがある。このような患者に対して我々の神経栄養因子産生化合物が役立つのではないだろうかと考えた。GDNFの脊髄中の発現調節については、まったく知られていないため、最初に、ラットで脊髄損傷モデルを作製し、損傷後のGDNFの発現変化について検討した。GDNF量の測定には我々が開発した酵素免疫測定法を用いた。その結果、脊髄が障害を受けると、障害部位の近くでGDNF含量の増加が観察された。また数日後には遠位の脊髄でもGDNF含量が増加した。この結果はGDNFが脊髄損傷に対して何らかの役割を担っていることを示唆するものだと考えられる。次に、イムノフィリンリガンドと総称される免疫抑制剤が神経栄養因子の産生に及ぼす影響について検討した。サイクロスポリンAやタクロリムスのようなイムノフィリンリガンドを培養脊髄細胞に作用させると培養上清中のBDNFやGDNF量が著しく増加し、神経細胞の生存を促進した。これらの新知見は、イムノフィリンリガンドが脊髄損傷に対して有効である可能性を示唆するものである。次年度以降は、実際ラットにイムノフィリンリガンドを投与した時の脊髄損傷からの修復効果について検討を行う予定である。交通事故等によって脊髄にダメージを受けた場合は4肢の全てまたは一部の機能が失われ、患者の残された人生のQuality of Lifeは著しく低下する。

我々医学・薬学の研究者にとっては、ただ生きながらさせるだけでなく質の高い人生を送ってもらえるような治療法を提供することが責務である。脳由来神経栄養因子やグリア株由来神経栄養因子の産生を誘導する物質が脊髄損傷の治療に有効でないかと考え我々は長年にわたって研究をおこなってきている。特に、免疫抑制剤の結合部位であるイムノフィリンが脳神経細胞をダメージから救うことが報告され、我々は、その際、神経栄養因子の産生が関与しているのではないかと考え本研究をおこなった。昨年度までに、サイクロスポリンやタクロリムスのような免疫抑制薬が培養神経細胞や培養アストロサイトにおいてグリア株由来神経栄養因子や脳由来神経栄養因子の産生を誘導することを明らかとしている。本年度は脊髄を損傷したモデルラットにこれらの免疫抑制剤、ずなわちイムノフィンリンリガンドを投与し経日的に機能回復について検討した。脊髄損傷直後からサイクロスポリンやタクロリムスを投与すると、脊髄を損傷したラットの歩行能力が著しく回復した。またこのときの脊髄や脳での神経栄養因子含量を測定したところ、損傷によって増加していたグリア細胞株由来神経栄養因子の増加をイムノフィリンリガンドは抑制していた。しかし、免疫抑制剤は免疫抑制効果があるため、中枢編変性疾患の治療に用いるには困難である。そこで次年度は、免疫抑制効果のないイムノフィリンリガンドの開発を目指す予定である。これまでの研究により、免疫抑制剤が神経栄養因子の産生を促進する活性を持つことが明らかとなった。これまで知られていた免疫抑制剤による神経保護作用の少なくとも一部はこの神経栄養因子産生促進活性に起因すると推定された。しかし神経保護作用を期待するとき免疫抑制作用は生体に不利益をもたらす恐れがある。そこで本年度は免疫抑制作用をもたないイムノフィリンリガンドリガンドの探索と薬効判定を試みた。タクロリムスがイムノフィリン(FKBP12)に結合する構造に注目し、これと類似した構造を持つLeu-Ileジペプチドとその類縁物質「A」について検討した。両物質は神経栄養因子の産生を促進し、培養下で神経細胞死を抑制すること、さらに培養脾臓細胞によるインターロイキン2の産生を抑制しないことを明らかにした。以上の結果よりいずれの物質も免疫抑制作用をもたない新しいイムノフィリンリガンドであると考えられたので、胸髄を半切断した脊髄損傷ラットを作製し、「A」物質を腹腔内に毎日投与した。投与開始3日目から歩行能力が回復し23日後にはほぼ損傷前のレベルにまで運動機能が回復した。無処置の脊髄損傷群も時間の経過に伴い緩やかに運動機能が上昇したが投与群より低いレベルにとどまり、16日後以降の回復は観察されなかった。以上、[A]物質は脊髄損傷の修復に有効であることが示唆された。Leu-Ileジペプチドについても現在検討中である。これらの免疫抑制作用をもたないイムノフィリンリガンドをリード化合物してさらに強力な活性物質が創製できれば、脊髄損傷をはじめとする中枢神経疾患の治療薬の開発につながるものと期待される。
Painleve方程式の研究

(1)Painleve方程式に付随した特殊多項式を作るのに成功した。これは第2方程式のYablonskii-Vorob'evの多項式、第四方程式の岡本の多項式を一般化するものである。特に興味深い特殊多項式を第3、第5、第6方程式の代数解から生成した。(2)第6方程式のある代数解から生成される多項式については、それらの多項式の係数がYoung図形から決まる一般線形群GL_nの表現の次数であるという予想が提出された(岡田による)。(3)岡田の予想については最近、種子田により解決された。(4)さらに第6方程式を使って、Jacobiの多項式を一般化した。この多項式の係数もあるYoung図形から決まるGL_nの表現の次数であるという岡田の予想がある。(5)このようにPainleve方程式と表現論が結びついたのは予期できなかった収穫であり、Painleve方程式研究史上特記すべき出来事であろう。(6)Yablonskii-Vorob'ev多項式は漸化式によって定義されるが、それらが実際に多項式であることは定義から明らかではない。その代数てきな証明を与えた。またその際に広田の双線形方程式が本質的に現れることを示した。(7)Painleve方程式の解の変換を幾何学的に研究した。Painleve第2、第4方程式の有理解に付随して特殊多項式(Vorob'evの多項式、Hermiteの多項式,Okamotoの多項式)が出現することはよく知られている。Vorob'evの多項式とOkamotoの多項式は微分漸化式により定義される。これらの微分漸化式によって定義される関数が多項式であることは自明ではなく証明を要する。Monodromy保存変形の基本的な定理γ-関数は整である、を使えば容易に多項式であることが導ける。しかしこの方法は第3、第5、第6 Painleve方程式に応用することができない。したがって、これらの方程式に応用できる証明を与える必要があった。そのために、この代数的証明を与えた。その証明はにおいては広田の双線形方程式が重要な役割をはたす。これから、すべてのPainleve方程式を広田双線形方程式に表示するに至った。第3、第5、第6Painleve方程式について、新しい特殊多項式を発見した。特に第6方程式については新しい代数解を発見した。これらの解の基礎になったのは、代数的手法である。つまりBaecklund変換の部分群の固定解を探すことにより、興味深い代数解を見つける。第5、第6方程式に関して見つかった特殊多項式が一般線形群の表現と関係していることが分かった。これは、Painleve方程式が群の表現と関係した初めての例であり、Painleve方程式研究において新たなページを開くのもとなるものと期待される。(1)Painlev'e方程式に付随した特殊多項式を作るのに成功した。(5)このようにPainlev'e方程式と表現論が結びついたのは予期できなかった収穫であり、Painlev'e方程式研究史上特記すべき出来事であろう。
流体操作を利用した能動嗅覚センサの開発と匂い・ガス源探知ロボットへの応用

本研究では、嗅覚を搭載した自律移動ロボットを開発し、ガス漏れ箇所の自動探索を実現することを目標とする。能動的に生成した気流を利用し、左右のガスセンサにそれぞれ特定の方向からガスを集めて検出する装置を開発した結果、ガス源の方向を高い確度で判定することが可能となった。オフィスビルの廊下において、ロボットアームを用いてこの装置をドアに近づける。室内から廊下に漏れ出るガスを検出することにより、ガス漏れが発生した部屋を突き止める実験に成功した。本研究は、嗅覚を搭載したロボットの開発を目的とする。本年度は、ロボットに搭載する能動スアレオ嗅覚センサのプロトタイプを製作した。ポンプを使い、左右に取り付けた半導体ガスセンサに向け前方から空気を吸引し、ガスを引き寄せて検出する。吸い込んだ空気を後ろ向きに排出すると、後方に向けた噴流に空気が引っ張られるため、ガスを前方から引き寄せる向きの気流が増強される。同時に、ポンプからの排気の一部を左右の吸気口の間から前方に向けて排出し、エアカーテンを形成するように改良を施した。この結果、左右のガスセンサの応答差が拡大し、ガス源方向の判定確度が向上した。現在は、能動ステレオ嗅覚センサが形成する気流場の数値流体力学シミュレーションを行う準備を進めている。既に幾何学モデルの作成と計算格子の生成を終えており、得られたシミュレーション結果に基づいて、環境に応じてエアカーテンの強さを適切に調節する機能を実現する予定である。一方、作製した嗅覚センサをロボットに搭載し、ガス漏洩や悪臭の発生箇所などを突き止めるためには、現実空間に形成される気流場・濃度場の様子を知ることが必要である。そこで、自律移動ロボットにガスセンサを搭載し、屋内外の様々な環境において気流場とガス濃度分布の計測を行った。屋内環境では、飛行船型ガス計測ロボットを用い、地表面だけでなく上空のガス濃度分布も計測した。収集したデータを解析した結果、屋外環境では気流の一様性を仮定でき、観測されたガス濃度を用いてガス源位置を推定可能であることが分かった。予想に反し、屋内環境の方が複雑な気流場・濃度場が形成されていることが分かったため、次年度は、大規模な室内空間で迅速にガス源位置を推定するアルゴリズムの開発を目指す。昨年度に開発した能動ステレオ嗅覚センサを搭載するため、本年度は遠隔操作可能な自律移動ロボットを用意し、多関節ロボットアームを作製した。廊下を巡回する警備ロボットがガス漏れを嗅ぎ付けた状況を想定し、6自由度のアームの先端にセンサを取り付けた。ドアと床の隙間を通り室内から廊下に漏れ出てくる希薄なガスを検出するため、ドアの前に停止した移動ロボットからアームを伸ばし、ドアの左端から右端までアームを動かしながらガスセンサ応答を測定する。当初はアームの動作がぎこちなかったので、モータに送られる制御命令の遅延時間を測定するためにシリアル通信解析機能を備えたオシロスコープを購入し、アームの逆運動学解析を行いながら制御パラメータを調整して、アームの動作を改善した。左右のガスセンサの応答を比較してガス源の方向を判定した結果、ガス漏れが発生した部屋のドアの中央付近を指すような方向が得られた。廊下に多数並んだ部屋のうち、どの部屋からガスが漏れているか突き止めるために、本システムが有効である。また、今年度も引き続き、ガス源探知ロボット開発のためのデータベース構築に取り組んだ。幅広い環境に適用可能なロボットの実現を目指し、様々な環境で気流場やガス濃度分布の計測を行った。収集したデータはサーバコンピュータに蓄積し、他研究グループにも公開する。これまでに収集したデータを解析した結果、微風速環境ではロボットに搭載した電子機器の発熱を無視できないことが分かった。環境内のガス濃度分布が熱対流によって乱されているため、次年度に対策を検討する。さらに、遺伝子組み換えにより嗅覚受容体を発現し、化学物質に応答すると発光を呈する酵母細胞を用い、バイオ嗅覚センサの開発を試みた。微弱発光の測定システムを作製し、化学物質に対する酵母の応答を確認することができた。本研究は、嗅覚を搭載したロボットによりガス源の自動探索を実現することを目的とする。昨年度までに開発した能動ステレオ嗅覚センサは、ポンプで空気を吸引し、左右のセンサにガスを引き寄せて検出する。また、吸引した空気を左右のガスセンサの間から噴出してエアカーテンを形成し、ガスセンサの応答差を拡大してガス源の方向を判定する。今年度は、能動ステレオ嗅覚センサの周囲に形成される気流場の数値流体力学シミュレーションを行うと共に、エアカーテン生成による方向判定成功率の向上度を実験的に検討した。この結果、エアカーテンを前方だけでなく上方や下方にも形成し、ガスの回り込みを低減することにより、ガス源の方向判定成功率を向上できることが分かった。

実際にオフィスルームが並ぶ廊下で実験を行った結果、ロボットアームを使って各部屋のドアにセンサを近づけることにより、検出したガスがその部屋から漏れ出てきたものか否かを高い成功率で判定することができた。さらに、新たな能動ステレオ嗅覚センサの開発も行った。ポンプの代わりにペルチェ素子を用い、ガスセンサの周囲に熱対流を生成する。ペルチェ素子の発熱部から立ち上る上昇気流を利用し、床面付近を漂うガスをセンサの高さまで引き上げる。同時に、冷却部から下降する気流をエアカーテンとして用い、左右のガスセンサの応答差を拡大する。実際にセンサを試作し、ガス源探索に有効であることを示した。遠方でガスを検出した際に、ガス源位置を推定してロボットをガス源付近まで導くアルゴリズムの検討も行った。乱流中に広がるガスの空間分布に対して適切なモデル式を用意することにより、複数地点で観測したガス濃度の値からガス源位置をおおよそ推定可能であることを示した。また、粒子フィルタを用いてガスセンサ応答のドリフトを補正するアルゴリズムを開発し、探索が長時間にわたる場合に有効であることを示した。