hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重症腹膜炎特殊モデル犬による肝障害の検討

重症腹腔内感染時の敗血症性ショックは重篤で,多臓器不全(MOF)となり,治療に難渋することも多く,致命率も高い.そこで,重症細菌性腹膜炎時に発生する肝不全に注目し,われわれの開発した腹膜炎モデルを用い,血中エンドトキシン(以後Etと略す)の変動を中心に,肝障害の発生機序-肝障害発生過程-を検討した.雑種成犬を用い,以下の実験モデルを作成した.I群:胸管ドレナージ,腹腔内生食投与(腹腔内Et(-)かつ全身血中Et(-),対照群).III群:胸管T右リンパ本幹ドレナージ,腹腔内Et同量投与(腹腔内Et(T)かつ全身血(-)群).以上の各モデルにてEt投与後3時間まで,血行動態の観察,全身血中の白血球数,血小板数, β-glucronidase値, transaminase値,白血球化学発光量,リンパ液中のMDA値の測定,右リンパ本幹リンパ液・胸管リンパ液・門脈血・全身血のEtの定量を行なった.I群(対照群)では肝障害を認めず,各パラメーターの変動を認めなかった. II群ではGOT, LDHの有意の上昇を認め, 30分後に白血球,血小板の有意の低下を, 60分後より動脈圧,肝,腸組織血流量の有意の低下を認めた.リンパ液中のMDA値は有意の変動を認めなかった.III群では肝障害を認めず,各パラメーターの変動も軽微であった.以上の結果より,肝障害を惹起するには腹腔内Etの存在は重要でなく,血中にEtが出現することが重要であり,その結果,補体・凝固因子,さらには白血球・血小板・マクロファージといった間葉系細胞とのinteraction後に放出されるchemical mediatorにより生じるものと考えられ,本実験の全経過3時間以内では,活性酵素,過酸化脂質による細胞障害までには到らないと考えられた.重症腹腔内感染時の敗血症性ショックは重篤で,多臓器不全(MOF)となり,治療に難渋することも多く,致命率も高い.そこで,重症細菌性腹膜炎時に発生する肝不全に注目し,われわれの開発した腹膜炎モデルを用い,血中エンドトキシン(以後Etと略す)の変動を中心に,肝障害の発生機序-肝障害発生過程-を検討した.雑種成犬を用い,以下の実験モデルを作成した.I群:胸管ドレナージ,腹腔内生食投与(腹腔内Et(-)かつ全身血中Et(-),対照群).III群:胸管T右リンパ本幹ドレナージ,腹腔内Et同量投与(腹腔内Et(T)かつ全身血(-)群).以上の各モデルにてEt投与後3時間まで,血行動態の観察,全身血中の白血球数,血小板数, β-glucronidase値, transaminase値,白血球化学発光量,リンパ液中のMDA値の測定,右リンパ本幹リンパ液・胸管リンパ液・門脈血・全身血のEtの定量を行なった.I群(対照群)では肝障害を認めず,各パラメーターの変動を認めなかった. II群ではGOT, LDHの有意の上昇を認め, 30分後に白血球,血小板の有意の低下を, 60分後より動脈圧,肝,腸組織血流量の有意の低下を認めた.リンパ液中のMDA値は有意の変動を認めなかった.III群では肝障害を認めず,各パラメーターの変動も軽微であった.以上の結果より,肝障害を惹起するには腹腔内Etの存在は重要でなく,血中にEtが出現することが重要であり,その結果,補体・凝固因子,さらには白血球・血小板・マクロファージといった間葉系細胞とのinteraction後に放出されるchemical mediatorにより生じるものと考えられ,本実験の全経過3時間以内では,活性酵素,過酸化脂質による細胞障害までには到らないと考えられた.重症腹膜炎特殊モデル犬〔【I】群:胸管,右リンパ本幹両ドレナージ群,【II】群:非ドレナージ群,【III】群:対照群,【I】,【II】群腹腔内にエンドトキシン(以下ETと略す)(E.coli 055【B_5】LPS)0.5mg/kg注入〕を作成した。ETの定量を行うと、【工】群において、右リンパ本幹リンパはET投与後1時間目でpeak値4.53×【16^7】±2.38×【10^7】pg/ml,胸管リンパは7203.1±5022.9pg/mlをとり、全経過を通じ有意の差を認めた。門脈血中ETは1時間目に18.4±13.6pg/mlと軽度上昇したにとどまり、3時間目には10pg/ml以下と正常に復していた。【II】群では、門脈血中ETは30分で41.8±24.4pg/mlであり、以後漸増し、3時間目で5516.2±1856.4pg/mlに達した。対照群はすべて1Opg/ml以下であった。逸脱酵素は【II】群においてのみ2時間目より上昇を認めた。肝および腸管組織血流は、【II】群において、動脈左は2時間後に低下を示すのに対し、肝組織血流は30分後より低下傾向を認め、腸管組織血流は、1時間目より有意の低下を認めた。しかし、多価蛋白分解酵素阻害剤を前投与をすると、この組織血流の低下は軽微であった。

末梢血中白血球数は【II】群において1時間目より著明な低下を示し、末梢血中血小板数は2時間目より低下を認めた。以上の実験と対比するため、胆道内にET0.1mg/kgを注入圧を変化させて投与し、ET血症を惹起せしめたところ、血中ETは5分後にpeakに達し、ET静注例とほぼ同様のET濃度の変化を示した。この実験における肝組織血流は、対照群に比し、30分後には有意の低下を示した。肝組織像ではET投与群では門脈域の細胞浸潤が認められ、Kupffer細胞は膨化が認められた。これらの変化は肝障害の発生と関連を持つものと思われ、ET投与によって、肝障害が引き起こされると推察された。
アンジオテンシン受容体亢進を介した小児高血圧症における骨代謝変調の解明

【小児高血圧症患者の顎顔面骨の成長および歯槽骨の骨微細構造の評価(臨床調査)】1.歯科用X線画像を用いた顎顔面骨形態および骨年齢の評価書面で同意を得た、小児高血圧症患者の全身成長を記録するとともに、矯正歯科的検査である頭部X線規格写真を撮影し、顎顔面骨の形態計測を行った。なお、顎顔面骨の成長量を計測するため、年に一回セファログラムの撮影を実施した。さらに、全身性成長の指標として、身長および体重のデータのみならず、小児の矯正歯科的検査である手根骨X線撮影を行い、手根骨末端の様相から、骨年齢(骨成熟度)を評価した。現在サンプル数を増やし、データ解析を進めている状況。2.歯科用CT(コンビームCT)画像を用いた上下歯槽骨の3次元骨微細構造の解析平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。【1.小児高血圧症患者の顎顔面骨の成長および歯槽骨の骨微細構造の評価(臨床調査)】1.歯科用X線画像を用いた顎顔面骨形態および骨年齢の評価書面で同意を得た、小児高血圧症患者の全身成長を記録するとともに、矯正歯科的検査である頭部X線規格写真を撮影し、顎顔面骨の形態計測を行った。2.歯科用CT(コンビームCT)画像を用いた上下歯槽骨の3次元骨微細構造の解析当初の実験計画であった【1.小児高血圧症患者の顎顔面骨の成長および歯槽骨の骨微細構造の評価(臨床調査)】1.歯科用X線画像を用いた顎顔面骨形態および骨年齢の評価書面で同意を得た、小児高血圧症患者の全身成長を記録するとともに、矯正歯科的検査である頭部X線規格写真を撮影し、顎顔面骨の形態計測を行う。なお、顎顔面骨の成長量を計測するため、年に一回セファログラムの撮影を実施する。さらに、全身性成長の指標として、身長および体重のデータのみならず、小児の矯正歯科的検査である手根骨X線撮影を行い、手根骨末端の様相から、骨年齢(骨成熟度)を評価する。2.歯科用CT(コンビームCT)画像を用いた上下歯槽骨の3次元骨微細構造の解析という内容に順次、順調にサンプルの収集は進んでいるため。一方で蓄積したデータの解析がやや遅れているため、概ね順調に進展しているとした。2.歯科用CT(コンビームCT)画像を用いた上下歯槽骨の3次元骨微細構造の解析に準じて、進めていく。特に2の内容であるCTの解析に力を入れて進めていく。
ショウジョウバエ記憶中枢における記憶に必要な神経細胞種の全同定

今年度は、当該研究課題から得られた成果の集大成として、長期記憶を誘導するドーパミン報酬がハエの記憶中枢であるキノコ体からのフィードバック制御を受けるという重要な発見を筆頭著者として発表した(Ichinose et al., eLife, 2015)。これまでの研究(Yamagata, Ichinose et al., PNAS, 2015)により、特定のドーパミン作動性細胞からのドーパミン入力が長期記憶の形成に重要であることがわかっていたが、その形成メカニズムの詳細は明らかでなかった。本研究はこれをさらに深め、フィードバック回路を介した「報酬の増幅機構」が特定のドーパミン神経に働き、このフィードバック回路が学習後もしばらく活動していることが記憶の長期化に重要であることを発見した。この長期化された記憶は短期記憶に比べて記憶の特異性が下がることも明らかになり、記憶の特異性と安定性の間のトレードオフを示唆する結果となった。ヒトの場合でもドーパミン神経系が脳の報酬情報に深く関連し、記憶中枢との相互作用が示唆されている。長期記憶の形成を誘導するフィードバック回路とその動作原理を一細胞レベルで明らかにした本研究の成果は、記憶障害メカニズムの効果的なモデルを提供したという点で特筆に価する。27年度が最終年度であるため、記入しない。キノコ体は昆虫における記憶中枢として知られており、特にショウジョウバエの行動遺伝学を用いた神経回路の研究が脚光を浴びている。先行研究により、キノコ体への感覚入力が記憶を形成する神経回路機構が解明されつつあったが、キノコ体からの神経出力に関しては、その大部分が未解明であった。申請者らは嗅覚連合記憶のキノコ体からの神経出力機構を理解するため、嗅覚忌避記憶、嗅覚報酬記憶に重要な役割を果たすキノコ体出力神経細胞種を網羅的に同定した。具体的には、約20種類の各出力神経細胞種について個別に機能阻害を行い、記憶学習行動に異常が出る細胞種を行動学的に同定した。本研究の成果と各細胞種の解剖学的知見を合わせ、嗅覚忌避記憶、嗅覚報酬記憶において、キノコ体から脳の他領域への出力様式が明らかとなった。この知見は、同分野の今後の研究における重要な基盤となることが予想される。この研究成果は、共同研究者による他の記憶学習行動系における研究結果と合わせ発表された(Aso, Sitaraman, Ichinose et al., 2014, Elife)。次に、本研究で同定された出力神経細胞種のうち、特に長期報酬記憶に重要な役割を果たす細胞種に着目した。興味深いことに、この細胞種は、短期報酬記憶における役割は小さいが、長期報酬記憶の形成に非常に重要な役割を果たすことが明らかとなった。この出力神経細胞種、さらにこれと相互作用する入力神経細胞種について、行動学、解剖学、分子生物学を合わせた多角的な解析を行い、長期報酬記憶の形成メカニズムの一端を明らかにした。この成果についての論文は現在雑誌に投稿中である。今後はその他の神経細胞種についても詳細な解析を行い、記憶処理の神経回路機構についての網羅的な理解を目指す予定である。目標としていた、連合記憶に必要なキノコ体出力神経細胞種の同定を行うことができ(Aso, Sitaraman, Ichinose et al., 2014, Elife)、特定の細胞種についてさらに詳細な解析を進めているため。同定された出力神経細胞種について、さらに詳細な機能解析を行う。
プロトン駆動力生成を支える集光アンテナ複合体の起源と進化

植物の光合成機能は、「光の利用」と「光からの防御」のバランスで成り立っているが、これを再最適化することが最大限の活用と改良を可能にする鍵であると考えられる。植物の光合成装置に含まれる集光アンテナ複合体タンパク質(LHC)は、三回膜貫通型のクロロフィル結合タンパク質であり、光合成機能の再最適化に重要な因子の一つと考えられている。これまでは主に緑色植物(緑藻と陸上植物)の系統でLHCの研究が行われてきたが、植物全体を見据えた進化的な解析は十分に行われていなかった。本研究では、全地球上の約半分の一次生産を担うと言われる水中の光合成生態系の中で主要な役割を果たしているLHCファミリーに着目し、始原的な単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolae(以下シゾンと呼ぶ)をモデル系として機能解析を行った。その結果、LHCを欠損したシゾンの変異株の光合成特性を解析することで、紅藻の持つLHCが「集光」と「消光」という一見正反対の機能を併せ持つことが示された。また、先行研究で紅藻型LHCは光化学系複合体に結合し、アンテナ装置複合体として機能することが報告されているが、変異株の解析から、各サブユニット間の結合がアンテナ複合体全体の安定性に大きく影響することが分かった。これらのことは、始原的な葉緑体において働いていたことが想定されている集光アンテナ装置において、クロロフィル結合タンパク質の持つ基本的な物理化学的性質が、タンパク質複合体レベルでの制御と組合されることで、植物の系統ごとに特徴的な機能として発現し、調節されていることを示唆している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。現存する植物の光合成機能を最大限に活用し、改良するためには、「光の利用」と「光からの防御」のバランスを再最適化することが最も有望であると考えられている。その両方に直接関わるのが集光アンテナ複合体タンパク質(LHC)であり、これまでLHCは主に緑色植物(緑藻と陸上植物)の系統で研究が行われてきたが、その進化的起源や多様性は十分に研究されてきたとは言い難い。特に、全地球上の約半分の一次生産を担うと言われる水圏で、紅藻や紅藻由来二次共生葉緑体を持つ珪藻や渦鞭毛藻などの光合成装置で働くと言われている多様なLHCファミリーについては、機能解析はほとんど行われていない。我々は、LHCを完全に欠損した単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolae(以下シゾンと呼ぶ)の変異株の光合成特性を解析することで、「集光」と「消光」という一見正反対の機能を持つLHCが、初期の葉緑体進化のどの段階で獲得されたのかを明らかにすることを目的に研究を進めて来た。その結果、集光アンテナ装置の欠損により、細胞増殖のみならず、光合成反応中心へのエネルギー移動効率も影響を受ける可能性が示された。これらのことは、緑色植物の研究からは知り得なかったLHCのもつ新規の機能の存在を示唆しており、光物理生化学的にも重要な知見を与えるだけでなく、始原的な葉緑体において働いていたことが想定されている集光アンテナ装置の原始的な機能についても機能的側面からの示唆を与える貴重な結果であると言える。これまでの研究で、今年度の当初の目標であった光化学系Iに関連した消光機能と集光アンテナ装置との進化的関係の理解が飛躍的に深まったことなどから、計画は順調に進展していると言える。今後は新学術領域内での共同研究を緊密に進めていくことで、変異株の表現型と遺伝子の進化機構についてより詳細な解析を行い、論文発表へとつなげていく。
パンルヴェ型力学系の数理:階層構造・対称性・特殊解

1.(A_2+A_1)^<(1)>型アフィンワイル群対称性を持つq-パンルヴェIV方程式の対称形式の理論を拡張し,q-KP階層を定式化した.また,その相似簡約によって(A_<m-1>+A_1)^<(1)>型アフィンワイル群対称性を持つ階層を,さらにその拡張として(A_<m-1>+A_<n-1>)^<(1)>型アフィンワイル群対称性を持つ離散力学系の階層を構成した.2.2階のパンルヴェ系の頂点に位置する楕円パンルヴェ方程式とその拡張に対して理論的定式化を与えた.すなわち,時間発展とベックルント変換を射影空間上で一般の位置にある点の配置空間に対するクレモナ変換として定式化し,それをτ函数のレベルでテータ函数によってパラメータづけられた双有理変換として実現した.また,時間発展を動く平面3次曲線のペンシル上の加法として定式化し,それを用いてパンルヴェ微分方程式のハミルトニアンの幾何学的意味を明らかにした.3.2の定式化を応用して楕円パンルヴェ方程式および2階の全てのq-パンルヴェ方程式に対して超幾何解を具体的に構成し,楕円超幾何函数_<10>E_9からq-エアリ函数に至る超幾何函数の退化図式を完成させた.いくつかの場合にはより複雑な超幾何解や有理解の行列式表示を与えた.4.パンルヴェ第VI方程式の代数幾何学的定式化と代数曲面上の双有理写像のエルゴード理論をリーマン・ヒルベルト対応により結びつけ,パンルヴェ第VI方程式の非線形モノドロミーがほとんどすべてのループに沿ってカオス的であることを明らかにした.5.パンルヴェ微分方程式の解のハンケル行列式表示の要素が補助線形問題の解の比の漸近展開係数として現れるという現象が普遍的であることを示し,それがKP階層の構造に起因するものであることを明らかにした.6.以上の結果を踏まえ,超離散および離散戸田方程式に対しても新たな拡張や新しい解の構成を行った.1.(A_2+A_1)^<(1)>型アフィンワイル群対称性を持つq-パンルヴェIV方程式の対称形式の理論を拡張し,q-KP階層を定式化した.また,その相似簡約によって(A_<m-1>+A_1)^<(1)>型アフィンワイル群対称性を持つ階層を,さらにその拡張として(A_<m-1>+A_<n-1>)^<(1)>型アフィンワイル群対称性を持つ離散力学系の階層を構成した.2.2階のパンルヴェ系の頂点に位置する楕円パンルヴェ方程式とその拡張に対して理論的定式化を与えた.すなわち,時間発展とベックルント変換を射影空間上で一般の位置にある点の配置空間に対するクレモナ変換として定式化し,それをτ函数のレベルでテータ函数によってパラメータづけられた双有理変換として実現した.また,時間発展を動く平面3次曲線のペンシル上の加法として定式化し,それを用いてパンルヴェ微分方程式のハミルトニアンの幾何学的意味を明らかにした.3.2の定式化を応用して楕円パンルヴェ方程式および2階の全てのq-パンルヴェ方程式に対して超幾何解を具体的に構成し,楕円超幾何函数_<10>E_9からq-エアリ函数に至る超幾何函数の退化図式を完成させた.いくつかの場合にはより複雑な超幾何解や有理解の行列式表示を与えた.4.パンルヴェ第VI方程式の代数幾何学的定式化と代数曲面上の双有理写像のエルゴード理論をリーマン・ヒルベルト対応により結びつけ,パンルヴェ第VI方程式の非線形モノドロミーがほとんどすべてのループに沿ってカオス的であることを明らかにした.5.パンルヴェ微分方程式の解のハンケル行列式表示の要素が補助線形問題の解の比の漸近展開係数として現れるという現象が普遍的であることを示し,それがKP階層の構造に起因するものであることを明らかにした.6.以上の結果を踏まえ,超離散および離散戸田方程式に対しても新たな拡張や新しい解の構成を行った.今年度はパンルヴェ型力学系の数理に関して以下のような実績を挙げた.1.2階のパンルヴェ型力学系の頂点に位置する楕円パンルヴェ方程式の定式化と特殊解の構成.楕円パンルヴェ方程式は1998年に坂井によって理論的に構成され,実際に方程式として定式化することが困難であるとされていたが,上手な座標系を取ってE_8^<(1)>型アフィンワイル群の双有理表現を構成することで,方程式を具体的に書き下すことに成功した.また,その定式化を用いて,特殊解として現れる超幾何函数がFrenke1-Turaevによって提案された楕円超幾何函数_10E_9であることを示した.また,楕円パンルヴェ方程式を初等的な代数幾何学を用いて2次元射影空間上の3次曲線の動くペンシル上の加法定理として定式化し,不変因子を用いて超幾何解を特徴付けることに成功し,超幾何解を初等的に導くことにも成功した.2.あるクラスのq-Painleve方程式の階層構造の定式化.変換群としてA型のアフィンワイル群対称性を許容するパンルヴェ微分方程式はソリトン方程式の階層であるKP階層からsimilarity reductionで得られることが知られている.本研究では対称性としてA_1^<(1)>×A_<n-1>^<(1)>型アフィンワイル群を許容するq-Painleve方程式の階層を考察し,それがKP階層のq-analogであるq-

KP階層のsimilarity reductionとして得られることを示した.またその応用として有理解の系列を研究し,それらがq-Schur函数の特殊化として得られることを示した.3.q-PainleveIII方程式の詳細な研究. q-PainleveIII方程式はA_1^<(1)>×A_1^<(1)>型アフィンワイル群を許容するq-差分方程式であるが,その対称性,特殊解(超幾何型の特殊函数解,有理解)を詳細に考察した.特に,ワイル群の基本領域の重心にいるタイプの有理解と,鏡映面上にいる特殊函数解に関して完全な行列式表示を与えた.4.パンルヴェ第6方程式の代数幾何学的定式化とRiemann-HilbertによるBacklund変換の特徴づけ.パンルヴェ第6方程式はBacklund変換のなす対称性としてD_4^<(1)>型アフィンワイル群を許容するとされているが,予期せぬ大きな対称性が見えることが最近報告されている.本研究ではBacklund変換の基本的な特徴づけを与えるためにモノドロミミー表現を考察し,Backlund変換がモノドロミー表現のモジュライ上の単純な変換のRiemann-Hilbert対応によるプルバックであることを示した.本年度は以下の研究成果を挙げることができた.(1)パンルヴェ型力学系の中で特にq-パンルヴェ方程式の系列を取り扱い,複素射影平面上の動く3次曲線のpencil上の加法として定式化した.その応用として全てのq-パンルヴェ方程式について,もっとも簡単な超幾何解(超越古典解)を具体的に構成することに成功した.それによって,楕円超幾何級数_<10>E_<9,> very-well-poisedbalanced q-超幾何級数_<10>W_9に始まり,ガウスの超幾何関数_2F_1からエアリ関数に至る,2階の微分・差分方程式で記述される超幾何型特殊関数の退化図式が明らかになった.(2)パンルヴェ型力学系を点配置空間とそこに作用するクレモナ変換の作る力学系として一般的に定式化し,代数構造理論を展開した.その一環として得られた,パンルヴェ型力学系に対する3次曲線の幾何を用いた定式化をパンルヴェ微分方程式に応用し,パンルヴェ微分方程式のハミルトニアンを3次曲線のpencilから簡単に得る手続きを考案し,同時にハミルトニアンの新しい代数幾何学的意味づけを与えた.(3)パンルヴェ第2微分方程式の一般的な解に関する行列式表示を構成し,その行列式要素の母関数を考察した.その結果,母関数はパンルヴェ第2方程式の補助線形問題の解の比になっていること,母関数における形式的展開パラメータが補助線形問題の独立変数に他ならないことがわかった.この謎めいた対応関係の理由はまだ解明されていないが,パンルヴェ第4方程式の有理解に関する行列式表示とその要素の母関数を考察した結果,母関数はエアリ関数の対数微分で記述されることがわかった.この事実は,上の対応関係が他のパンルヴェ方程式にも共通する構造であることを強く示唆する.(4)パンルヴェ第6方程式のベックルント変換をリーマン・ヒルベルト対応を用いて定式化し,ベックルント変換がモノドロミー表現のモジュライ上のきわめて単純な変換のリーマン・ヒルベルト対応によるプルバックであることを示した.今年度はパンルヴェ型力学系およびその拡張の研究を行い,以下のような結果を得た.1.q-パンルヴェ方程式の超幾何解の研究.2階のパンルヴェ型力学系の平面3次曲線のペンシルを用いた定式化を応用し,退化した場合も含めてSakai理論の枠組みのすべてのq-パンルヴェ方程式に対して超幾何解を具体的に構成することに成功した.また,ベックルント変換を適用して高次の超幾何解およびそのdeterminant formulaの研究を推進した.
未熟児の摂食・嚥下機能の評価　‐4次元超音波装置を用いた検討‐

未熟児の摂食・嚥下機能は骨格筋量との関連の報告は少ない.本研究では多周波BIA法と4次元超音波装置を用いて未熟児の骨格筋量を測定し,その有用性を検討するとともに,未熟児の摂食・嚥下機能と全身の骨格筋量との関連を明らかにすることを目的とした.対象は3-6歳の未熟児19名(平均5.0±1.1歳)とした.調査項目は,性別,年齢,身長,体重,咬合力,握力,咬筋,骨格筋量,体脂肪量とした.多周波BIA法の有用性は高く.摂食・嚥下機能は,年齢,握力,咬合力,身長と有意に相関していたが,咬筋厚や骨格筋量とは相関はなかった.骨格筋量は年齢,握力と有意に相関していた.【目的】研究代表者の弘中と研究分担者渡邊は平成22年度において、摂食・嚥下器官の描出方法を2つの平面に対して報告を行った。矢状角・仰角はそれぞれ30度において、嚥下器官が容易に観察できることを報告した。本年度の研究は本学現有の超音波エコー装置を用いたものであるが、エコー画像のように判別は熟練が必要であった。25年度は、この研究からさらに1つの平面(水平面)を追加することによって四次元的に評価を行った。(研究協力者:石田圭吾・村上浩史(大学院))【方法】模擬薬剤としてゼラチンまたはヒプロメロース(HPMC)#0号カプセル(21.8mm×7.32mm)と、直径9mm×高さ9mmの円柱状の素錠を製菓を用いて家庭用卓上打錠機で作成した。カプセルについては基剤と充てんする中身による画像の状況を、錠剤については単独または水,服薬用ゼリー,トロミ付きの水等で服用した際の画像の状況を観察した。USはGE社製、VolusonE8(周波数:10Hz、探触子:4D画像用のコンベックス型RM6C探触子)を用い、1試料につき3回計測を行い、US画像で舌背面の描出画像を検討し、同時に試料の大きさも計測した。【結果】カプセル剤ではHPMCカプセルに服薬ゼリーを入れて水で飲んだ場合が、錠剤では用いた飲料が服用ゼリーの場合が最も鮮明度が高かった。被験者間で鮮明度に差はみられなかった。また、服用から嚥下までの評価では、口腔期は試料を追尾可能であったが、喉頭蓋部で舌骨の陰影下に入り、咽頭残留は確認が難しいと思われた。【考察】今回の結果から、患者が服用する薬の剤形が決まっていれば、服薬模擬検査としてUS検査を実施することの有効性が示唆された。US検査は侵襲がなく何度でも行えるため、次年度はは、異なる大きさの様々な剤形を用い、より簡易なUSで再現性を検討してみたい。超高齢社会の現在、嚥下障害は大きな社会問題となっている。嚥下障害による問題は主として低栄養や脱水のみならず、薬の服用コンプライアンスにも影響を及ぼしている。しかし、嚥下障害が軽症の患者や服薬に不安な高齢患者に対して、簡便に口腔内の服薬動態を評価できる方法は少ないのが現状である。さらに未熟児に検査を行うには、成人での安全確認が必須である。安全で非侵襲的な検査方法である四次元超音波診断装置(以下US)を使用し、種々の薬の剤形と服薬飲料を用いて嚥下時のUS画像追跡が可能か検討を行った。試料として、高さ8mm直径8mmの錠剤と脱気したゼリーを用いた。錠剤を用いて寒天・アガー・ゼラチンと共に服用し水で飲みこむ。脱気したゼリーは錠剤が真ん中になるような立方体を作った。US装置はGE社製、VolusonE8を用い、周波数は10Hz、探触子は、4D画像用のコンベックス型RM6C探触子を用い、口腔内及び食道導入部に探触子をあて、US画像で口腔内、食道導入部の描出画像を検討した。用いた飲料がアガーの場合が最も鮮明度が高かった。また、服用から嚥下までの評価では寒天、アガーを用いた錠剤が追尾可能であった。脱気したゼリーから出た錠剤、形のない脱気したゼリーに包まれた錠剤は描出しづらいことがわかった。今回の結果から、アガーが最も鮮明度が良かったことまた、アガーは嚥下機能障害患者でも無理なく飲み込むことができるため服薬模擬検査としてUS検査を実施することの有効性が示唆された。また、次年度の未熟児での評価に向けて、現在34名の超低出生体重児の登録が完了している。次年度以降に計測を終了させたいと考えている。未熟児の嚥下を評価する場合,まず幼児全体の調査が必要となる.幼児の咬合力は年齢とともに増加し,握力等の全身的な発育との関連が多く報告されているが,骨格筋量との関連の報告は少ない.本研究では成人で広く使用されている多周波バイオインピーダンス法(多周波BIA法)を用いて幼児の骨格筋量を測定し,その有用性を検討するとともに,超音波エコー装置を用いて,咬筋ならびに嚥下関連筋の関連性について調べた.対象は3歳から6歳の健康幼児79名(平均年齢5.0±1.1歳)とした.いずれも個性正常咬合であり,咬合に関与する永久歯の萌出は認められなかった.

調査項目は,性別,年齢,身長,体重,出生体重,咬合力,握力,咬筋(筋厚,脂肪厚),下腿後面(筋厚,脂肪厚),下腿周囲長,骨格筋量,体脂肪量とした.多周波BIA法の有用性は,本法により算出された体脂肪量値と, Komiya(2009)が提唱したBMIから導き出す体脂肪量値を比較し検討した.対象児に未熟児(2500g未満児)は21名いた.多周波BIA法を用いた幼児の体脂肪量は, Komiyaの計算式での算出値と有意に相関していた.咬合力は,年齢,握力,身長と有意に相関していた.また,舌厚・咬筋厚は増齢での変化は認めなかった.骨格筋量は年齢,握力,下腿後面筋厚と有意に相関していた.多周波BIA法を用いた幼児の測定方法は有用であることが示唆された.幼児期において咀嚼筋と四肢筋では骨格筋量との関連に差があることが示唆された.咬筋と四肢筋では発生由来や神経支配が異なることや,異なる環境因子が骨格筋量の変化に差をもたらしていると考えられた.また,咬筋厚は増齢で変化がみられなかったが,咬合力が増加した要因として,咬筋の組成の変化が示唆された.また,先行論文から,咀嚼筋の抗重力制御の役割も咬合力が増加する要因として関連している可能性も示唆された.未熟児の摂食・嚥下機能は骨格筋量との関連の報告は少ない.本研究では多周波BIA法と4次元超音波装置を用いて未熟児の骨格筋量を測定し,その有用性を検討するとともに,未熟児の摂食・嚥下機能と全身の骨格筋量との関連を明らかにすることを目的とした.対象は3-6歳の未熟児19名(平均5.0±1.1歳)とした.調査項目は,性別,年齢,身長,体重,咬合力,握力,咬筋,骨格筋量,体脂肪量とした.多周波BIA法の有用性は高く.摂食・嚥下機能は,年齢,握力,咬合力,身長と有意に相関していたが,咬筋厚や骨格筋量とは相関はなかった.骨格筋量は年齢,握力と有意に相関していた.超音波検査装置の日進月歩は目まぐるしいものがあるが、本研究に本学が所有する、GE社製Voluson E8という四次元解析できる装置が設備されたことにより、解析が非常に容易となった。そのため、おおむね順調に推移していると言える。また、次年度以降に未熟児の計測を行わなければならないが、対象者を集めるのが難しいが、本学付属の病院の協力を得て、現在1000g未満児で34名の参加協力を得られている。方法論的に、初年度・次年度が確立されたため、最終年度(27年度)には、当初の予定通り、未熟児に対しての計測を行っていきたいと考えている。口腔衛生学本学付属の病院の協力を得て、現在1000g未満児で34名の参加協力を得られている。未熟児に検査を行うには、安全で非侵襲的な検査方法である四次元超音波診断装置を使用し、種々の薬の剤形と服薬飲料を用いて嚥下時のUS画像追跡が可必要となる。試料として、成人には高さ8mm直径8mmの錠剤と脱気したゼリーを用いたが、安全性を考慮し、4mm角の試料を用いることにする。錠剤を用いて寒天・アガー・ゼラチンと共に服用し水で飲みこむ。脱気したゼリーは錠剤が真ん中になるような立方体を作った。US装置はGE社製、VolusonE8を用い、周波数は10Hz、探触子は、4D画像用のコンベックス型RM6C探触子を用い、口腔内及び食道導入部に探触子をあて、US画像で口腔内、食道導入部の描出画像を検討を行う。前回までの結果から用いた飲料がアガーの場合が最も鮮明度が高いため、アガーを用いて嚥下動態を評価したい。研究予定を行った当初よりも、装置に対する熟練度が上がっているため、四次元解析が簡便になっている。しかしながら、四次元解析を行う際の画像の鮮鋭度がスペックよりも低かったため、三次元構築がどの程度詳細に反映されるか、模擬薬(錠剤)を用いて検討を行った。
構造部材の損傷度評価のための超音波散乱減衰診断法の提案

本研究により得られた研究実績を主な研究項目毎にまとめると次のようになる.1.散乱体性状と弾性波の散乱エネルギーの関係の定式化散乱波の積分表現をもとに,弾性散乱エネルギーを評価するための手法を次の手順に従って導出・整理した.(1)遠方散乱場の散乱振幅による表現,(2)散乱振幅と弾性散乱エネルギー(弾性散乱断面積)の関係式,(3)弾性散乱エネルギーの前方散乱振幅による近似表現の導出とその精度確認.この近似表現により,弾性散乱エネルギーが前方の一点における散乱振幅情報から簡単かつ精度良く評価できることが明かとなった.2.散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度の関係式の導出散乱体が疎に分布している状況を考え,波動の散乱による減衰を吟味することにより,散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度の間に存在する近似関係式を導いた.3.損傷度評価のための超音波散乱減衰診断法の提案と数値実験上記の散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度の間に存在する近似関係式をもとに,散乱減衰率を計測し,散乱エネルギーを数値解析的に求めることにより損傷度を評価する超音波散乱減衰診断法を提案した.ここで提案した診断法が有効活用されるためには,(1)散乱エネルギーを任意形状の散乱体に対して簡単かつ高精度で計算する方法,(2)散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度の間に存在する近似関係式の適用限界,の二つを明確にしておくことが必要であり,これを数値解析的に明らかにした.本研究により得られた研究実績を主な研究項目毎にまとめると次のようになる.1.散乱体性状と弾性波の散乱エネルギーの関係の定式化散乱波の積分表現をもとに,弾性散乱エネルギーを評価するための手法を次の手順に従って導出・整理した.(1)遠方散乱場の散乱振幅による表現,(2)散乱振幅と弾性散乱エネルギー(弾性散乱断面積)の関係式,(3)弾性散乱エネルギーの前方散乱振幅による近似表現の導出とその精度確認.この近似表現により,弾性散乱エネルギーが前方の一点における散乱振幅情報から簡単かつ精度良く評価できることが明かとなった.2.散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度の関係式の導出散乱体が疎に分布している状況を考え,波動の散乱による減衰を吟味することにより,散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度の間に存在する近似関係式を導いた.3.損傷度評価のための超音波散乱減衰診断法の提案と数値実験上記の散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度の間に存在する近似関係式をもとに,散乱減衰率を計測し,散乱エネルギーを数値解析的に求めることにより損傷度を評価する超音波散乱減衰診断法を提案した.ここで提案した診断法が有効活用されるためには,(1)散乱エネルギーを任意形状の散乱体に対して簡単かつ高精度で計算する方法,(2)散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度の間に存在する近似関係式の適用限界,の二つを明確にしておくことが必要であり,これを数値解析的に明らかにした.本研究のポイントは,理論物理学における素粒子の衝突による散乱問題の分野において,遠方散乱場の性質より極微素粒子の性質の解明に成功を収めている,遠方散乱場の散乱エネルギー量を表す散乱全断面積の算出過程を,欠陥による弾性散乱場に応用し,散乱減衰率と結びつけることにより損傷度を評価することにあり,本年度は次の手順に従って研究を実行した.1.素粒子衝突による散乱問題と欠陥による弾性波の散乱問題における各物理量の対応関係を確認した.2.散乱体性状と弾性波の散乱エネルギーの関係の定式化散乱波の積分表現を道具として次の関係式を順次導いた.(1)遠方散乱場の散乱振幅の表現(2)散乱エネルギー(散乱全断面積)と散乱振幅の関係式(3)形状,物性などの散乱体性状と散乱エネルギーの関係式3.損傷度と散乱減衰率の関係の定式化と数値実験研究項目2.で整理した散乱体性状と散乱エネルギーの関係式を,損傷度と散乱減衰率の関係式に拡張した.この際のポイントは,損傷の程度を表す指標である散乱減衰率と散乱エネルギーの関係式にあり,損傷度の評価を次の手順に従い実行した.(1)散乱エネルギー,散乱減衰率,損傷度(微小欠陥の個数と分布)の関係式の導出(2)散乱エネルギーの評価(3)散乱減衰率の評価(4)損傷度の評価なお,本初年度は微小欠陥の形状として最も単純な球形散乱体に対し,上記過程が数値実験的に機能することを確認した.本年度の主な研究実績を各研究項目毎にまとめると次のようになる.[1]欠陥による波動の散乱エネルギー量の算定1)散乱エネルギー量は部材のポアソン比に大きく依存する.これは縦波を入射波動として利用した場合でも,エネルギー的には横波の散乱波成分が分担するエネルギーの割合が無視できないことを意味している.2)損傷が進行し,損傷部の剛性が低下したとき,散乱エネルギーは周波数軸上で剛性低下量を反映した振動現象を生じる.3)損傷がさらに進行し,損傷部がキャビティー状になった極限において,この振動現象は止まる.[2]弾性散乱波に対する観測可能な量と損傷度の関係の確認弾性波に対して,3つの物理量:(1)散乱エネルギー,(2)散乱減衰率,(3)損傷度の間には1つの関係式が成立していることを確認した.これより,損傷度を評価するためには,残りの2つの物理量,即ち,散乱エネルギー量と散乱減衰率を評価すればよいことになる.[3]損傷度評価のための超音波散乱減衰診断法の提案

散乱減衰率を計測し,波動の散乱エネルギー量を数値解析的に算定し,材料の損傷度を評価する散乱減衰診断法を提案した.この方法が有効に機能するためには,波動の散乱エネルギーが精度良くかつ簡単に算出できる必要がある.このために,近似的ではあるが,任意形状の散乱体前方の一点だけの情報により全散乱エネルギー量を計算する方法を,境界要素法と散乱波の積分表現を組み合わせて導出・整理し,その精度と有用性を数値実験的に確認した.なお,本研究内容は数値実験に基づいた推定手法の提案段階であり,計測を取り入れた拡張段階は今後の課題である.
ラットの視覚機能の補償作用に関する行動生理学的研究

出生直後にラットの片眼を摘出すると、非交叉性の視覚神経系(残存眼と同側の視覚神経経路)に補償的変化が生じることが、われわれの電気生理学的研究および行動学的研究から明らかになっている。行動学的研究から得られた最初の知見は次のとおりである。出生直後に片眼を摘出されたアルビノラット(OEB)に白黒弁別回避学習課題を与え、基準到達後、残存眼と反対側の皮質視覚野を破壊し、再び同じ学習課題を与えると、生後3ケ月令で片眼を摘出されたラット(OET)に比べて有意に速く学習基準に到達した。しかし、このような効果は再学習においてのみ観察され、残存眼と反対側皮質視覚野破壊後に白黒弁別学習を獲得させようとしても、OEBもOETも300試行内で基準に到達することができなかった。このように、出生直後の片眼摘出による補償効果に限界が示された。一方、幼若時に脳梁を切断すると、脳梁の神経終末が他の機能している神経とシナプスを形成するという報告がある。それゆえ、われわれは出生時に片眼を摘出するだけでなく、幼若時に脳梁を切断する処置を加えることによって、さらに大きな補償効果が得られるのではないかと考えた。直接には、白黒弁別学習の獲得ができるようになるかどうかを調べた。脳梁切断の時期は3週令とし、その10週後の13週令(約3ヶ月令)に残存眼と反対側の皮質視覚野を破壊し、白黒弁別学習の獲得訓練を行った。その結果、OEBは学習獲得に成功したが、OETは失敗した。統制群として、脳梁切断処置を省く以外は上記と同じ手続きを受けたOEBとOETを用いたが、これらは学習できなかった。また、13週令で脳梁を切断し、10週間の回復期を与える群も設けたが、このOEBは、先の2群のOEBの中間の成績を示した。OETは学習できなかった。これらの結果は、幼若時脳梁切断により残存眼と同側の視覚系の機能が高まることを示している。
多施設共同大規模臨床調査による急性冠症候群の危険因子に関する分子疫学的研究

平成11年度より急性心筋梗塞の登録および専用フォームを用いて症例サマリーを作成し、患者情報の蓄積管理を行った。また、数施設の人間ドックの協力により症例とage-、sex-matchedさせた健康人を登録し、健康人を対照としたcase-control studyの環境整備を行った。平成11年4月から平成13年12月末までに2491例が登録され、平成10年4月以後の症例も合わせ合計3377例の症例が登録された。予後調査は退院後3か月、6か月、さらに1年毎に予後調査票の郵送、回収により行い、現在、回収率は90%であり、電話調査を含めた予後追跡率は99%である。また症例登録と同時に急性心筋梗塞患者および健康人より、インフォームドコンセントを取得の上、血液採取し、血清保存およびDNA抽出を開始した。平成13年度は、1.症例登録および予後調査による古典的疫学調査の実施。2.急性心筋梗塞の発症における感染症の関与。3.分子疫学調査による心筋梗塞症の内因性危険因子の解明を行った。-症例登録および予後調査による古典的疫学調査の実施-側副血行路の存在が急性心筋梗塞症の予後を改善することが示唆され、その予後改善効果は加齢、糖尿病、梗塞前狭心症の存在によって修飾されることが示唆された。-急性心筋梗塞の発症における感染症の関与-患者および健常人の血清を用いてクラミジア、ヘリコバクター・ピロリの感染症検査を行った。高脂血症合併、喫煙者では急性心筋梗塞発症にクラミジア感染が関与している可能性が示唆された。-分子疫学調査による心筋梗塞の内因性危険肉子の解明-急性心筋梗塞の抽出DNAを用いて分子疫学調査を行った。約10万一塩基多型についてスクリーニングしたところ、2つの一塩基多型が心筋梗塞関連一塩基多型と同定され、現在この一塩基多型に関して機能解析を施行中である。-急性心筋梗塞症の登録システムおよび遺伝子バンク・血清バンクの設立-地域における個々の施設に設置されたコンピューター端末と大阪大学に設置した中央管理センターのデータベースとの間にインターネット経由による電子通信網を配備し、1)柔軟、強力な検索機能、2)複数同時アクセスの実現、3)セキュリティー確保を特徴とする登録システムの構築を行った。初版の登録ソフトは完成し、平成12年4月より実働予定である。参加施設では、急性心筋梗塞の登録および専用フォームを用いて症例サマリーを作成し、患者背景・治療法・病状経過・転帰などの詳細な患者情報の蓄積管理を行った。平成11年4月から平成12年1月末までに723例が登録され、平成10年4月以後の症例も合わせ合計1609例の症例が登録された。本システムを継続して運用することにより、ライフスタイルおよび冠危険因子、クラミジア、ヘリコバクター・ピロリ感染症の罹患率およびDNAチップテクノロジーを用いた変異解析を急性心筋梗塞症例とage-、sex-matchedさせた健康人と比較し、急性心筋梗塞との関連を比較検討していく予定である。平成11年度より急性心筋梗塞の登録および専用フォームを用いて症例サマリーを作成し、患者背景・治療法・病状経過・転帰などの詳細な患者情報の蓄積管理を行った。平成11年4月から平成13年1月末までに1627例が登録され、平成10年4月以後の症例も合わせ合計2513例の症例が登録された。平成12年度は、本システムを継続して運用することにより、1.急性心筋梗塞発症および長期予後に対するライフスタイルおよび冠危険因子、クラミジア、ヘリコバクター・ピロリ感染症の影響を調査した。2.急性心筋梗塞発症に関連すると考えられる遺伝子について遺伝子多型の検索を行った。-症例登録および予後調査による古典的疫学調査の実施-急性心筋梗塞発症の日内・週内変動を調査することによって、特定の群で発症のトリガーが異なる可能性が示唆された。また、うつ症状および炎症が長期予後を悪化させる可能性が示唆された。若年の急性心筋梗塞発症にクラミジア感染が関与している可能性が示唆された。-分子疫学調査による心筋梗塞の内因性危険因子の解明-中央管理センターのDNAバンクに保存した急性心筋梗塞の抽出DNAを用いて分子疫学調査を行った。心節梗塞発症に関連すると考えられる41遺伝子について検討したところ、187の遺伝子多型が同定され、このうちアミノ酸変異を伴う遺伝子多型は52種類認めた。

平成11年度より急性心筋梗塞の登録および専用フォームを用いて症例サマリーを作成し、患者情報の蓄積管理を行った。また、数施設の人間ドックの協力により症例とage-、sex-matchedさせた健康人を登録し、健康人を対照としたcase-control studyの環境整備を行った。平成11年4月から平成13年12月末までに2491例が登録され、平成10年4月以後の症例も合わせ合計3377例の症例が登録された。予後調査は退院後3か月、6か月、さらに1年毎に予後調査票の郵送、回収により行い、現在、回収率は90%であり、電話調査を含めた予後追跡率は99%である。また症例登録と同時に急性心筋梗塞患者および健康人より、インフォームドコンセントを取得の上、血液採取し、血清保存およびDNA抽出を開始した。平成13年度は、1.症例登録および予後調査による古典的疫学調査の実施。2.急性心筋梗塞の発症における感染症の関与。3.分子疫学調査による心筋梗塞症の内因性危険因子の解明を行った。-症例登録および予後調査による古典的疫学調査の実施-側副血行路の存在が急性心筋梗塞症の予後を改善することが示唆され、その予後改善効果は加齢、糖尿病、梗塞前狭心症の存在によって修飾されることが示唆された。-急性心筋梗塞の発症における感染症の関与-患者および健常人の血清を用いてクラミジア、ヘリコバクター・ピロリの感染症検査を行った。高脂血症合併、喫煙者では急性心筋梗塞発症にクラミジア感染が関与している可能性が示唆された。-分子疫学調査による心筋梗塞の内因性危険肉子の解明-急性心筋梗塞の抽出DNAを用いて分子疫学調査を行った。約10万一塩基多型についてスクリーニングしたところ、2つの一塩基多型が心筋梗塞関連一塩基多型と同定され、現在この一塩基多型に関して機能解析を施行中である。平成11年度より急性心筋梗塞の登録および専用フォームを用いて症例サマリーを作成し、患者背景・治療法・病状経過・転帰などの詳細な患者情報の蓄積管理を行った。平成13年度は、本システムを継続して運用することにより、1.症例登録および予後調査による古典的疫学調査の実施。-症例登録および予後調査による古典的疫学調査の実施
ヘパトゾーン・カニス ガモント形成カプセルの医用材料への応用性の検討

1.Hepatozooncains感染犬から血液を採取し、gamontを感染好中球から分離する実験NNN培地あるいはダニ細胞培養用培地を用い、27度で培養した。その上清にはほとんどgamontの遊離を認めなかった(今回の補助金で新規購入したインキュベータ-および倒立顕微鏡を利用できた)。2.gamontに抗原性があるかどうか?1.の結果よりgamontを分離せず、直接抗体を反応させる実験を行った。buffy coatよりプレパラートに塗抹した。これをメタノールあるいはアセトン固定し、別のH.canis感染犬から採取した血清を反応させた。その後、間接蛍光抗体法あるいはABC染色により確認する実験を行った。gamont周囲に蛍光を発色するものが散見されたが、必ずしもほとんど全部のgamontには認められなかった。3.H.canis感染犬の脾、腸間膜リンパ節および骨髄からschizontを分離する実験臓器を細切し、軽く圧平し、MEMあるいはRPMI1640を用い、37度のCO2インキュベータ-で培養した(今回の補助金で新規購入した倒立顕微鏡を利用できた)。数日間の培養では上清中にschizontあるいはmerontの遊離はほとんど確認されなかった。上記の成績より、gamont周囲のカプセルにはある程度の抗原性があるように思われた。今後、感染時期(あるいはgamont出現時期)前後の血清(抗体)を用いた実験をする必要があろう。また臓器をホルマリン固定しており、これを用いて抗体の確認を行いたいと考えている。gamontあるいはschizontの遊離実験では近縁原虫に用いられている培地を応用したが、最適培地を探すのも今後の検討課題であろう。マウスに接種する実験は、gamontを純粋に分離できなかったので本年度は中止した。
トライボロジー特性を向上する表面柔軟構造体の設計と評価解析

軽荷重の混合潤滑領域における潤滑剤のトライボロジー特性をラボ摩擦試で評価・解析した.この領域では従来の摩擦モデルでは説明できない「潤滑剤の分子構造と機能の相関」が見られた.この現象はスチールの他にアルミニウム合金と耐摩耗コーティング材でも観察され,各材料に対し特有の分子構造が効果的であった.潤滑剤の分子構造と摩擦面の分析から接触領域で一時的に生じる潤滑剤の柔軟構造体がトライボロジー特性の向上に貢献すると考察した.軽荷重の混合潤滑領域における潤滑剤のトライボロジー特性をラボ摩擦試で評価・解析した.この領域では従来の摩擦モデルでは説明できない「潤滑剤の分子構造と機能の相関」が見られた.この現象はスチールの他にアルミニウム合金と耐摩耗コーティング材でも観察され,各材料に対し特有の分子構造が効果的であった.潤滑剤の分子構造と摩擦面の分析から接触領域で一時的に生じる潤滑剤の柔軟構造体がトライボロジー特性の向上に貢献すると考察した.基油に様々な性能向上添加剤を加えて総合的な機能を発現するように潤滑剤は調製される.従来の鉱油(炭化水素)に対して有効である添加剤がエステル油,特に環境負荷の低い植物油(トリグリセリド)に対して逆効果(摩耗促進)を示すことを従前の研究で見いだした.本研究では耐摩耗剤として使われている有機スルフィドの作用に及ぼす植物油の化学構造を解明した.酸化防止剤の添加は摩耗促進を緩和したので基油の自動酸化で生じた炭素ラジカルあるいは過酸化物が有機スルフィドを分解すると仮定し,ヨウ素価の異なる植物油を比較した.しかしヨウ素価が同程度で,熱分析による酸化安定性もほぼ等しい植物油に対して有機スルフィドの効果が異なる事例を見いだした.機器分析の結果摩耗を顕著に促進しない基油にはE体(トランス体)不飽和脂肪酸の含有量が高いことがわかった.これは天然の植物油には含まれない成分なので精製過程で何らかの異性化反応が起こった結果であると考察した.天然の植物油の成分であるZ体(シス体)不飽和脂肪酸トリグリセリドに5-10%のE体不飽和脂肪酸トリグリセリドを添加すると有機スルフィドによる摩耗促進が緩和した.飽和脂肪酸トリグリセリドにも同様な効果が見られた.このように有機スルフィドによる摩耗促進の程度は基油の化学構造の影響を受けるが構造由来の酸化安定性とは単純には関連しないことがわかった.E体不飽和脂肪酸の効果を解明するために表面分析を行ったが摩擦面上に生じた境界膜は現行の分析機器では検出あるいは同定が不可能だった.E体不飽和脂肪酸および飽和体トリグリセリドはその炭化水素基同士が相互作用(主にファンデルワールスカ)しやすい立体配座をとることが分子モデリングで判明した.すなわち分子間の弱い相互作用に基づく構造体が摩擦面を覆って有機スルフィドが金属面と相互作用するのを防いで摩耗促進を緩和する機構を推察した.アルミニウム-ケイ素合金は軽量材料として機械摺動部への適応が期待されている.しかし従来のスチール材と比べて潤滑剤の選定が難しいとされ,この点の問題解決が望まれている.H22年度に実施した実験データを詳細に解析したところ,植物油由来の物質にアルミニウム-ケイ素合金の潤滑に効果を示す可能性が示唆された.そこで数種類のモデル物質を合成炭化水素油に添加して摩擦試験を行った.結果,植物油成分が部分的に分解して生じるオレイン酸グリセリドが,(1)なじみ期間を短縮すること,(2)なじみ期間後に安定した低摩擦を示すこと,(3)なじみ期間と定常状態の全体を通して低摩耗率を示すこと,を見いだした.表面分析の結果,(1)最表面では柔らかい金属が露出して摩擦を下げること,(2)表面近傍では合金組成が変化した硬い層を形成して摩耗を下げること,を明らかにした.ここで植物油由来の物質は潤滑層を形成する前駆体としてではなく,アルミニウム-ケイ素合金の表面を覆う硬い酸化物層(不動態層)を穏やかに除去して柔らかい金属層を露出する機構が推定された.なお,当初の計画ではH23年度は安定同位体元素を導入した柔軟構造前駆体を用いた解析を行う予定であった.しかし東日本大震災の影響で分析機器の調整目処が立たなかったので初年度に得られたデータを詳細に解析することに変更した.上述の結果は本研究の計画時には想定していなかった意外なメカニズムである.前年度はアルミニウム合金に対する摩擦調整剤の効果を評価して潤滑機構を提案した.軽量材料を輸送機器に使えば燃費向上に直結するので構造材料への適応が進められている.しかしアルミニウム合金はスチールと比較して潤滑性に劣るので摺動材料には使いにくいのが現状である.この問題を解決するために潤滑剤の改良を試みてきたが耐摩耗性を向上することが難しかった.そこで耐摩耗コーティングを施した材料に対して表面上に柔軟構造体を形成して潤滑性が向上することを目指した.既存のコーティング数種類を比較したところ,硬質炭素皮膜のひとつであるDLC (Diamond Like Carbon)を炭化水素油で潤滑すると低摩擦が観察された(コーティングでは摩擦係数0.02,非コーティングでは摩擦係数0.15).さらに摩擦調整剤の化学構造を適切に選択することで摩擦初期のなじみ過程を円滑にすると同時にコーティングの摩耗も減じることを見いだした.なじみ過程の円滑化は省エネルギーに貢献して耐摩耗性の向上は機械の長寿命化に貢献する.摩擦試験後に表面の形状と化学組成を分析し摩擦試験の結果から下記の点を明らかにした.

1 sp3結合を主とするアモルファス炭素をコーティングと摩擦調整剤のモデルであるアルケニルアミンを組み合わせると,なじみ過程の円滑化と耐摩耗性の向上に効果的だった.2アルケニルアミンを使用すると摩擦後の表面の炭素含有率が増加した.3アルケニルアミンは,なじみ過程で表面の平滑化を促進した.以上の結果から適切な構造の摩擦調整剤と耐摩耗コーティングの組み合わせにより優れたトライボシステムの設計が示唆された.摩擦調整剤の化学構造と機能を考察すると,炭素骨格(アルケニル構造)は柔軟構造の前駆体であり極性基(アミン)はコーティングへのアンカーである.後者の選択がトライボ材料との適合性に重要である.当初の研究計画では摩擦面に介在する柔軟構造を潤滑剤として外部型供給することを想定していたが,トライボ材料に内在する構造をスムースに露出させることも有効であることを偶然に発見した.厳密には研究計画に沿うものではないが,意外な発見による性能向上のヒントは本研究課題の範疇であると理解する.24年度が最終年度であるため、記入しない。H23年度に得られた結果をヒントにして,硬質コーティング上に柔軟構造を形成する物質の探索に取り組む.上述のように意外な潤滑メカニズムを見いだしたので,これを鍵とした研究の可能性を探る探索実験を通して「基盤研究」などへの発展を試みる.24年度が最終年度であるため、記入しない。