hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｎ－アセチルグルコサミン代謝によるマクロファージ機能制御と動脈硬化における役割

培養マクロファージ(Mφ)において、O結合型N-アセチルグルコサミン(O-GlcNAc)修飾は転写因子NF-κBの活性化抑制を介してM1型活性化を抑制し抗炎症的に働くことが示唆された。一方、西洋食負荷ApoE欠損マウスモデルでは、O-GlcNAc修飾増加処置は対照群と比較して動脈硬化病変に有意な影響を与えなかった。本ApoE欠損マウスモデルでは高脂血症とともに高血糖を示すこと、培養MφにおけるO-GlcNAc修飾増加による抗炎症作用は高グルコース条件下で減弱したことから、O-GlcNAc修飾はMφ機能を複雑に制御しており動脈硬化において抗炎症・炎症促進両作用を惹起することが示唆された。本研究は、マクロファージ(Mφ)の機能制御および動脈硬化の発生・進展におけるO結合型GlcNAc(O-GlcNAc)修飾の役割を解明することにより、動脈硬化の新しい予防・治療法の確立を目指すことを目的とする。前年度の研究業績において、培養Mφにおける細胞内タンパク質のO-GlcNAc修飾増加がM1型活性化を抑制し抗炎症的に働くことが薬理学的実験結果から示唆された。平成25年度は、in vitro実験において遺伝子特異的な処置[O-GlcNAc転移酵素(OGT)遺伝子過剰発現、siRNA導入によるO-GlcNAcase遺伝子発現阻害]によるO-GlcNAc修飾増加実験を行い、更なる検討を行った。OGT遺伝子導入にはエレクトロポレーション法を使用し、初代培養(マウス腹腔内および骨髄由来)Mφは遺伝子導入効率・生存率ともに不良であったためRAW264.7細胞のみ有意な結果が得られたが、薬理学的実験結果と同様にOGT遺伝子導入による細胞内タンパク質のO-GlcNAc修飾増加によりM1型Mφマーカー・炎症性サイトカイン発現の減少を認めた。siRNA導入実験では、有意な一定の結果を得る事ができなかったが、O-GlcNAcase遺伝子発現抑制が不十分であった可能性を否定できなかった。また、O-GlcNAc修飾を受ける細胞内タンパク質の特定を行った結果、O-GlcNAc修飾増加処置はNF-κB活性を抑制すること(レポータージーンアッセイ)、NF-κB p65蛋白のO-GlcNAc修飾を増加すること(免疫沈降)、が認められた。以上の結果より、MφにおいてO-GlcNAc修飾は、転写因子NF-κB活性の抑制を介してM1型活性化を抑制し抗炎症的に働くことが示唆された。さらに、平成25年度は動脈硬化発症マウスを用いた動物実験の実施を開始したが、解析結果を得られるまでには至らなかった(現在、進行中)。本研究は、N-アセチルグルコサミン(GlcNAc)およびO結合型GlcNAc(O-GlcNAc)修飾によるマクロファージ(Mφ)の機能制御および動脈硬化の発生・進展における役割を解明することで、動脈硬化の新しい予防・治療法の確立に資することを目的としている。平成24年度は主にin vitro実験を行った。培養Mφを薬理学的にGlcNAc、UDP-GlcNAc、グルコサミンあるいはO-GlcNAcase阻害剤PUGNAcで前処置することにより細胞内タンパク質のO-GlcNAc修飾を増加し、Mφ遊走能、コレステロール代謝能、コレステロール代謝関連因子(PPARγ、ABCA1、ABCG1等)発現、M1/M2型Mφマーカー・炎症性サイトカイン(iNOS、IL-1β、IL-6、Arg1、TNFα、MCP-1等)発現の評価を行った。また、必要に応じM1(IFNγ+ LPS)またはM2(IL4)刺激を同時に行った。その結果、GlcNAc、UDP-GlcNAc、PUGNAc処理によりM1型Mφマーカー・炎症性サイトカイン発現の減少とM2型Mφマーカー発現の増加を認めた。コレステロール代謝能、コレステロール代謝関連因子に関してはRAW264.7細胞においてABCA1発現増加や泡沫化抑制傾向を認めたが、初代培養(マウス腹腔内および骨髄由来)Mφでは有意な差を認めなかった。但し、ウェスタンブロット法による評価では各処置によるO-GlcNAc修飾増加が不十分であった可能性を否定できなかった。また、O-GlcNAc転移酵素(OGT)過剰発現実験およびsiRNAによるO-GlcNAcaseの特異的発現抑制実験を実施し更なる検討を行った(進行中)。以上、今年度の研究によりMφにおいて細胞内タンパク質のO-GlcNAc修飾は少なくともMφのM1型活性化を抑制し抗炎症的に働くことが示唆された。本研究は、マクロファージ(Mφ)の機能制御および動脈硬化の発生・進展におけるO結合型N-アセチルグルコサミン(O-GlcNAc)修飾の役割を解明することにより、動脈硬化の新しい予防・治療法の確立を目指すことを目的とする。

前年度までのin vitro実験の研究成果により、培養MφにおいてO-GlcNAc修飾は転写因子NF-κB活性の抑制を介してM1型活性化を抑制し、抗炎症的に働くことが示唆された。平成25年度は主としてin vivo実験を実施した。8週齢の動脈硬化発症ApoE欠損マウスにGlcNAcを経口投与[投与量0.25 mg/ml(約50 mg/kg/日)]、もしくはO-GlcNAcase阻害剤PUGNAcを浸透圧ポンプにより投与(10mg/kg/日)し、O-GlcNAc修飾の増加処置が動脈硬化に与える影響を検討した。西洋食(40%脂肪、0.15%コレステロール)を6週間投与後に組織におけるO-GlcNAc修飾増加を確認し、大動脈基部および大動脈の動脈硬化病変を評価した。その結果、予想に反し対照群とO-GlcNAc修飾増加処置群間において動脈硬化病変のサイズ・性状に有意な差を認めなかった。最近、高血糖がMφにおいてO-GlcNAc修飾を介してNF-κBの活性化を促進し前炎症性Mφを誘導するとの報告がなされていることから、in vitro実験においてグルコース濃度の影響を検討したところ、高グルコース条件下では前述のO-GlcNAc修飾の抗炎症作用は減弱した。以上の結果およびApoE欠損マウスでは西洋食投与により血糖上昇を来すことから、in vivo実験において動脈硬化病変に差を認めなかった理由として高血糖の影響が考えられた。なお、当初計画していたMφ特異的O-GlcNAc転移酵素過剰発現マウスは最終年度中に得ることができず、組織・遺伝子特異的なO-GlcNAc修飾増加実験は実施できなかった。総じてO-GlcNAc修飾はMφの炎症性フェノタイプを病態に応じて複雑に制御しており、動脈硬化において併存疾患により二面的(抗炎症性・炎症促進性)作用を有することが示唆された。医歯薬学平成24年度のin vitro実験において当初目標としていた実験結果が得られず、平成25年度まで継続が必要となったため、実験計画全体の進行がやや遅延している。平成24年度においてOGT遺伝子過剰発現実験(OGT遺伝子過剰発現ベクターは作製済み)およびsiRNAによるO-GlcNAcaseの特異的抑制実験の結果を得る予定であったが、一般的にMφの遺伝子導入効率が非常に低いこともあり、これまで十分なOGT遺伝子過剰発現やO-GlcNAcase遺伝子発現抑制が得られなかったため、平成24年度中に結果を得ることができなかった。また、GlcNAc、UDP-GlcNAc、PUGNAcを用いた薬理学的実験でもO-GlcNAc修飾の増加が軽度にとどまり、年度内にO-GlcNAc修飾を受ける細胞内タンパク質の特定までには至らなかった。平成26年度は、当初の研究計画の最終目標の達成を目指してin vivo実験を重点的に実施する予定である。該当なし
腰椎々間板ヘルニアにおける根性坐骨神経痛の発現に関する研究-炎症性サイトカインとの関連について-

剖検例10例のL4/L5椎間板、平均年齢73歳と下肢痛、腰痛がなく運動麻痺を主症状とする手術例10例のL4/L5椎間板、平均年齢47歳を実験に使用した。剖検例10例の死因は全例悪性腫瘍であり、全例何らかの化学療法をうけていた。死亡してから検体を採取するまで平均3-4時間を要した。剖検例の椎間板組織から各種サイトカインは検出されなかった。また免疫組織染色を行ったところIL-1α、IL-1β、IL-6,TNF-αを産生している細胞は確認できなかった。これらの細胞は線維芽細胞様の形態であった。また、これらの組織を培養し各種サイトカインの産生を検討したがIL-1α、IL-1β、IL-6,TNF-αの産生を認めた。また細胞培養をおこないIL-1αを添加したところ濃度依存性のプロスタグランジンE2産生を確認できた。またこれらのサイトカインおよびプロスタグランジンE2産生はベタメサゾンの投与によって著しく抑制された。手術例の椎間板ヘルニア組織からはIL-1α、IL-1β、IL-6,TNF-αが検出された。また免疫組織染色においてこれらのサイトカインを産生している細胞を確認した。組織培養では、剖検例と同様IL-1α、IL-1β、IL-6,TNF-αの産生を認め、これらはベタメサゾンの添加によって著しく抑制された。またIL-1αの添加で濃度依存性のプロスタグランジンE2産生を確認できた。剖検例について各種サイトカインが検出されなかった事、免疫組織染色で染色されなかった理由として検体を採取するまでの時間が長かったこと、年齢がヘルニア例に比し高かった事、化学療法の影響などが考えられる。また組織、細胞培養では両群ともサイトカインの産生を認めたが、痛みを主症状とするヘルニア例の値と統計学上の差は認めなかった。以上より椎間板細胞は本来各種サイトカインを産生する能力を有しており、IL-1αの産生量の変化でプロスタグランジンE2産生は制御されるものと考えられる。
Serrated polyposis症候群の原因遺伝子と発癌機序の解明

本研究では、Serrated polyposis syndrome (以下SPS) SPS症例の多数のポリープにおける各種遺伝子異常を明らかにするとともに、大腸癌合併症例における鋸歯状ポリープ部分及び癌部分の遺伝子異常を明らかにする。同様に、合併した他臓器癌の遺伝子異常を明らかにする。つまり、どのような遺伝子変異の蓄積、パスウェイにより発癌するのかを明らかにする。次いで、明らかに遺伝性のあるSPS症例を対象に、次世代シークエンサーを用いて末梢血DNAの全エクソーム解析を行い、原因遺伝子を同定する。
リーマン面に関連する位相幾何学

ベネ、ペナー両氏との共同研究で、リーマン面の組み合わせ構造を写像類群の代数的な構造に直接結びつける道具である、ファットグラフ・マグナス展開を発見した。リーマン面の新しい解析的不変量を発見し、それを用いてリーマン面のモジュライ空間の「曲がり具合」を記述した。久野雄介氏との共同研究で、リーマン面の交叉形式の二つの精密化であるゴールドマン・リー代数と斜交的導分のリー代数を結びつける新しい方法を発見し、応用として、非可換ピカール・レフシェッツ公式を証明した。実2次元多様体、写像類群およびリーマン面のモジュライ空間について一般理論と個別研究の相互作用から生まれる幾何学を構築する。関連して自由群の自己同型群、ゲルファント=フクス・コホモロジー、4次元多様体、複素解析葉層、特殊函数等を研究する。自由群のマグナス展開と複素解析的ゲルファント=フクス・コホモロジーを研究の中心に据える。同時にリーマン面研究ネットワークの形成を目指す。自由群のマグナス展開を、複素解析、ファットグラフ、計量付きグラフなどを用いて幾何的に構成することによって写像類群のジョンソン準同型および(ねじれ係数)森田・マンフォード類などを、リーマン面のモジュライ空間の上の具体的な幾何的対象に置き直して研究する。とくに、複素解析的に構成された調和的マグナス展開を用いてモジュライ空間の幾何学を展開する。複素解析的ゲルファント=フクス・コホモロジーの未解決問題である閉リーマン面の有理型ゲルファント=フクス・コホモロジーについてのノヴィコフ=フェイギン予想の解決を目指す。本年度、当初の予定とはことなり、タイヒミュラー空間のファットグラフによる胞体分割とマグナス展開の関連について大いに進展があった。R.ペナー氏、A.ベネ氏と代表者との共同研究によって、トリバレントなファットグラフの構造から自然に定まるマグナス展開が具体的に導入された。さらに、ここからえられるすべての次数のジョンソン写像をトレリ亜群の上で具体的に記述することができた。その第一項は、森田・ペナー・コサイクルに一致する。第二項以上はまったく新しいジョンソン写像の表示を与えている。以上の結果については現在論文執筆中である。また、調和的マグナス展開にとどまらず一般に代数的に定義される「斜交的マグナス展閉」の空間を考えると、その空間の上でねじれ係数森田マンフォード類を表す微分形式たちが、実安定曲線のモジュライ空間によってパラメトライズされることが分かった。閉リーマン面の有理型ゲルファント=フクス・コホモロジーについてのノヴィコフ=フェイギン予想は、本年度解決にいたらなかった。写像類群の巡回部分群上の整係数リーマン・ロッホ公式についての分担者秋田と代表者の共同研究を完成させ、プレプリントmath.GT/0612380にまとめた。ねじれ係数森田マンフォード類の組み紐群への制限についての以前の計算を整理し、自由群の自己同型群のねじれ係数コホモロジーについての(予想とまではいかないが)「期待」を新たに提出したプレプリントmath.GT/0606102をまとめた。各分担者は役割に応じて研究を進めた。分担者の業績の詳細については最終年度の冊子体の実績報告書で報告する。なお、「第3回『トポロジー・代数幾何蔵王セミナー』」(7月、於:蔵王ハイツ)、「微分同相群2006」(9月、於:東大数理)および「複素解析葉層集会」(2月、於:龍谷大学)の関連分野の3つの研究集会を、リーマン面に関連する位相幾何学の研究交流および成果発表の立場から共催した。調和的マグナス展開はリーマン面の普遍族の相対接束に標準的な第一チャーン形式を定義する。一方,アラケロフ,グリーン函数は同じ相対接束に計量を定める。これらの差を記述することが代表者にとって積年の課題であった。本年度,リーマン面のモジュライ空間の上に具体的な実数値函数であって,これらの差を与えるものを構成することができた。さらにこの実数値函数の第二変分を計算した。それによってアラケロフ,グリーン函数の定める第一チャーン形式を調和的マグナス展開の言葉で記述する(以前得られていた)公式の別証も得られた。以上の結果をプレプリントarXiv:0801.4218としてまとめた。長さ付き有限グラフのマグナス展開を構成した。R.ペナー氏,A.ベネ氏と代表者との共同研究による,トリバレントなファットグラフの構造から自然に定まるマグナス展開およびそれからえられるすべての次数のジョンソン写像について論文を完成させ,プレプリントarXiv:0707.2984としてまとめた。リーマン面に関連する位相幾何学の拠点形成に資するため学術研究支援員を1名雇用した。ファットグラフにともなう新たな斜交的マグナス展開の構成を目指して研究を行ったが、成果は得られなかった。

別の観点からの斜交的マグナス展開の構成が必要となっている。調和的マグナス展開の第一変分の上で森田トレースを計算した。一定程度の相殺は見られたが、予想に反して消滅しなかった。そのため写像類群のジョンソン準同型像の評価に調和的マグナス展開を使用することは、簡単とは言えなくなってしまった。ねじれ係数森田マンフォード類をリフトして写像類群の新じいねじれ係数コホモロジー類を導入した。代表者が指導する大学院生の佐藤正寿氏との共同研究で、そのうち1次元のものについて係数を還元してジョンソン核の自明係数コホモロジーにしたものを計算した。しかしながらこれは消滅してしまい望む成果は得られなかった。まだ証明できていないが、この新しいコホモロジー類の1次元のものがすべての次数のジョンソン準同型の森田による精密化を含んでいる可能性が濃厚にある。代表者が指導する大学院生の久野雄介氏によって斜交的マグナス展開の定める第一ジョンソン写像のデーンツイストにおける値を表す公式が得られた。これを高次化して全ジョンソン写像のデーンツイストでの値を明示的に表す公式について予想をたてた。現在までに、ゴールドマン・リー代数つまりはストリングトポロジーに関係することが分かってきた。予想をたてたが、非分離的ツイストでは第3ジョンソン写像まで、分離的ツイストでは第4ジョンソン写像まで証明できた。もし、この予想が正しく、さらにアンオリエンティド・ゴールドマン・リー代数との密接な関係が確立できれば写像類群のジョンソン準同型像の評価への応用が見込まれる。繰越を行ったお陰で満足いく成果をおさめることが出来た。久野雄介氏(広島大学・学振PD)との共同研究によって、ゴールドマン・リー代数とシンプレクティック導分のリー代数について新知見を得た。後者はKontsevichの形式的シンプレクティック幾何を通してリーマン面のモジュライ空間のコホモロジーを記述している。我々は境界成分1のコンパクト曲面のゴールドマン・リー代数からシンプレクティック導分のリー代数への準同型であって核の次元が1で像が稠密なものを発見した。ストリング・トポロジーとシンプレクティック導分の密接な繋がりが本研究によって明らかになったと言っても過言ではない。手始めとして2つの応用が得られた。(1)(久野氏との共同研究)曲面の基本群の完備群環へのデーン・ツイストの作用の明示的な公式を得た(arXiv:1008.5017)。この公式は古典的なピカール・レフシェッツ公式および森田によるジョンソン準同型の計算の一般化である。本研究課題の最終目標の一つである全ジョンソン写像の解明に有力な手がかりが得られた。(2)(久野氏との共同研究)無限種数でエンドが1つの曲面のゴールドマン・リー代数の中心が自明ループで張られることを示した(arXiv:1009.4985)。閉曲面のゴールドマン・リー代数についての類似の結果はChasとSullivanが予想しEtingofが解決している。ゴールドマン・リー代数とシンプレクティック導分に関して他にもいくつか部分的な結果が得られているが、それらは論文にまとめられる段階にはない。別の研究課題の下で完成を期したい。
ドープされたモット絶縁体における擬ギャップ現象の研究

ある物質が金属か絶縁体か等の性質はバンド理論により説明できることが多い。一方で、バンド理論では金属であることが予測されるが実際は絶縁体であるという、バンド理論では物性を説明できない物質もあり、銅酸化物高温超伝導体の母物質や分子性結晶はそのような物質と考えられる。これらの物質では電子密度や温度等に応じて電子状態が(絶縁体・超伝導・金属の間を)著しく移り変る特徴があり、この特徴は、その物性の記述には多体効果が欠かせないことを示唆する。本研究は、銅酸化物で観測される超伝導転移温度以上の温度でも状態密度にギャップが開くように見える現象に着目し、多体効果を取り入れたモデル計算を用いてこの現象を調べる。
熱的に安定なモノ置換チオフェンS-オキシド及びその関連化合物の化学

チオフェンS-オキシド1やS-イミド2のジエン部位は、容易に[4 + 2]型の二量化反応を起こすため、室温で安定なチオフェンS-オキシドやS-イミドの合成には従来2つ以上の置換基の導入が不可欠であった。今回、3位にEMind基を有するチオフェン4の酸化により対応する一置換チオフェンS-オキシド5を熱的に安定な化合物として得ることに成功した。また、5に様々なアミドを縮合させることにより、熱的に安定な一置換チオフェンS-イミド6を得ることにも成功した。EMind基の炭素原子をプローブとして利用した温度可変NMRによって、それらの硫黄原子の反転エネルギーを決定することにも成功した。嵩高い置換基であるEMind(1,1,7,7-tetraethyl-3,3,5,5-tetramethyl-s-hydrindacen-4-yl)基を3位に有するチオフェンをBF3・Et2O存在下mCPBAにより酸化することにより、モノ置換単環式で最初の例となる熱的に安定なチオフェン1-オキシドを初めて合成することに成功した。筆者が以前に見出したイミド化条件利用し、種々の1-イミド誘導体に返還することにも成功した。また、類縁体としてS,C-イリドを、3-EMindチオフェンにロジウム触媒存在下、ジアゾ化合物と反応させることにより合成に成功した。昨年度、縮環型立体保護基である1,1,7,7-tetraethyl-3,3,5,5-tetramethyl-s-hydrinfacen-4-yl基(以下、EMind基)を3位に有するチオフェンを酸化することにより得られるチオフェン1-オキシド、1-イミド、及びイリド化合物の合成法を確立した。今年度、これら化合物の温度可変13C-NMRを測定し、コンピューターを用いたシミュレーションによる線形分析を行うことにより、3配位硫黄原子のピラミダル反転の活性化エネルギー、活性化エンタルピー、活性化エントロピーを実験的に求めることに成功した。本研究によりチオフェン1-イミドの反転エネルギーを実験的に初めての決定することができた。EMind基はチオフェン環に直交すること及び本化合物がもっとも少ないモノ置換チオフェンの誘導体であり、実測不能な母体チオフェンの硫黄置換体にもっとも構造が近いと考えられることから、本実験値はチオフェンの3配位硫黄化合物の反転エネルギーとして今後引用される値になると期待される。Rind基はその嵩高さによる立体保護効果と立体制御効果が知られていたが、本研究は新たに剛直な構造を生したNMRのプローブとして応用できることを示した点でも意義深い。チオフェンS-オキシドはその反応性の高さから容易に自己二量化反応が進行するため、単離可能な化合物の合成にはチオフェン骨格に2つ以上の嵩高い置換基の導入が必要であった。筆者は、縮環型立体保護基であるEMind(1,1,7,7-テトラエチル-1,2,3,5,6,7-ヘキサヒドロ-3,3,5,5-テトラメチル-s-インダセニル)基を3位に導入することにより、安定なモノ置換チオフェンS-オキシドやS-イミドの合成に成功した。本研究では、(1)モノ置換チオフェンS-置換化合物の高収率合成法の確立、(2)硫黄原子上の置換基効果を明らかにするため基礎データの集積、(3)反応性の解明、(4)材料化学への応用、を目的とした。3-EMindチオフェンに三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体存在下、m-クロロ過安息香酸を作用することにより対応するS-オキシドを合成でき、これを筆者が開発したアミド化反応条件に付すことにより、S-イミドへの高収率変換にも成功した。これらの単結晶X線結晶構造解析も行った。得られたS-オキシドやS-イミドのEMind基の3位と5位の炭素原子は、温度可変NMRによりそのコアレス現象を解析するためのプローブとなり、硫黄原子のピラミダル反転エネルギーを求めることに成功した。本チオフェンS-オキシドやS-イミドは置換基を一つしか持たず、EMind基のベンゼン環はチオフェン環に対して垂直に配向することから共鳴効果を与えないことから、実測不可能な母体チオフェンのS-オキシドやS-イミドにかわる最良のモデルと考えられる。反応性の一端を明らかにするため、Diels-Alder反応を検討した。EMind基の嵩高さのため、反応可能なジエノフィルは限られたが、DMADのような直線型分子とは加熱条件下容易に反応することも明らかにした。当初期待したとおり、Rind基の一つであるEMind基がNMRのプローブとなり、チオフェンの硫黄上の反転エネルギーの測定に使えることを明らかにした。

同じチオフェン骨格を用いて正確な測定が行えたことにより、3配位硫黄原子上に置換された原子が立体反転にもたらす影響を鮮明にすることができた。これらにより、本研究の大きな目的の一つが達成できたと考えている。有機合成化学チオフェン硫黄置換化合物の3配位硫黄の反転エネルギーについてはほぼ測定を終えたので、それらの結果については論文化を目指す。1ーオキシドの窒素上にアシル基を持つと、反転エネルギーが著しく高くなることを見出したので、それらの光学分割が可能かを明らかにしたい。モノ置換1ーオキシドの反応性を[4+2]型環化反応を中心に模索する。チオフェン1ーオキシドや1ーオキシドのブロモ体を合成し、クロスカップリング反応を検討したい。研究に必要となる鍵化合物の合成法を確立した。また、それらの生成物が本研究を遂行する上で求められる熱的安定性を有することを確認した。26年度の研究では、高性能のオイルバスを2台とキラルカラムなどを購入し、研究当初に計画した金額は使用したものの、それ以外の試薬や消耗品代を節制したことが奏功し前年度繰り越し分を残すことができた。合成したチオフェンS-オキシド及びS-イミドの13C NMRの温度可変測定を行い、そのコアレス現象を解析し、硫黄原子の立体反転の活性化エネルギー等を求める。硫黄上の置換基が反転エネルギーにどのような影響を与えるかを明らかにする。単結晶X線構造解析も合わせて行い、結晶状態における硫黄周りの結合角と、反転エネルギーの相関についても明らかにする。合成したチオフェンS-オキシド及びS-イミドの不斉Diels-Alder反応、それらを含むオリゴチオフェンの合成にも着手する。今年度は多くの反応を行う予定であるので、まず実験環境を整えるために実験装置を充実させる。また、試薬や溶媒、ガラス器具など消耗品代も多く発生すると思われる。本課題の研究成果を発表するため、国内外の学会にも参加する予定である。25年度の研究は、所属機関の消耗品及び備品を積極的に活用することで結果的に出費が抑制された。また、所属機関の移動があり、研究時間が少し短くなったことも一因である。所属機関の移動が終わったので、研究が効率的に進行するように、ガラス器具、加熱装置などの反応装置を購入し研究環境を充実させ、試薬なども積極的に購入する。
プラズマアシストによる熱電半導体Mg2Si薄膜合成の低温化

地球温暖化や資源の有効利用の観点から、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換技術が注目されている。マグネシウムシリサイドMg2Siは無害で資源豊富な点で有望であるが,マグネシウムとシリコンの物性の違いから良質のMg2Si膜を合成することが難しい課題があった。また従来単結晶シリコンのみが基板として利用された。筆者らは、Si/Mg逐次堆積と希ガス中アニール処理を組み合わせて、良質の多結晶Mg2Si膜を単結晶サファイア基板上に合成することに初めて成功した。また、予備的ながら、高周波プラズマアシスト処理により合成最低温度が300°Cから約250°Cまで低下するデータを得た。1 Si(111)基板上に約5μm厚のMg膜をスパッタ成膜し、アルゴンガス中アニール処理(Ar圧力900Pa,アニール温度200500°C)によりMg2Si合成を試みた。XRDとレーザーラマン分光を用いた結晶構造解析により、結晶性に優れた多結晶Mg2Siの固相合成に成功した。固相拡散によってシリサイドが合成されるには、200°Cを超える温度でのアニールが必要であった。Mg2Si(111),(220) XRDピーク強度のアニール温度依存性から、最適温度は350400°Cであることがわかった。500°CではXRDピーク強度の減少があり、Mgの蒸発が疑われた。2 500°Cの高温アニールでマグネシウムの蒸発が疑われた。そこで試料の上方10mmに水晶式膜厚保計を設置し、アニール中のマグネシウムの蒸発をモニタリングした。350°C以下では蒸発量が無視できるものの400°Cを超えると急激に増加し、マグネシウムが損耗した。一方、500°CでAr圧力を9000Paまで上昇させると、蒸発は1/100以下まで抑えられ、膜厚の低下も抑えられていることが、触診式段差計やXRD測定からから確認された。まとめると、9000Pa程度までAr圧力を上昇させ、マグネシウムの蒸発を抑えれば、350500°Cの温度領域で良質のMg2Si多結晶膜が得られる。3合成膜の結晶性が確認されたので、四端子法によるシート抵抗の測定、ホール効果の測定を試みたが、膜の抵抗が大きく電流が流れない。膜が絶縁性になる理由は丸剤までのところ不明であり、様々な可能性を検討している。4以上、まとめると、XRDとラマン分光から結晶性に優れたMg2Si膜の合成には成功したが、電気特性が予想外の結果であり、その原因を追及している。1従来のSi基板に替えて単結晶サファイア基板上(筆者の知る限り世界初)にMg2Si膜の合成を試みた。Si基板ではMgのみを堆積させ、加熱合成できたが、今回はMgとSiの輸送量制御、堆積・合成方法の検討が必要であった。これらの事項を実験的に調査し、サファイア基板上での良質のMg2Si膜の合成に成功した。2 Mgスパッタ(dc)に加えてSiスパッタ(rf)を今回新たに整備し、基板との距離、入射角を変更できる設計とした。その上で、水晶膜厚計を用いて、Mg, Siスパッタ堆積レートの入射角、距離、電力依存性の基礎データを取得した。3上記2のデータを元に堆積条件を決定した結果、化学量論比(Mg2:Si1)と膜厚を十分制御することができた。合成実験は1Si on Mg、2Mg on Siの逐次堆積、3Mg/Si同時堆積の3ケースについて行った。XRD、顕微ラマン分光による結晶構造解析、触診式段差計による膜厚測定を行った。1では膜が簡単にはがれるなど、合成に不適であった。23では多結晶膜の合成が確認された。特に2では、極めて高強度で鋭いMg2Si(111)X線回折ピークが観測されたことから、基板配向性が強く、結晶子サイズの大きな良質な多結晶膜が合成されたことが分かった。4可視・近赤外分光システム(研究室設備、簡易型)により,合成膜の分光透過率を測定した。赤外領域(2μm)で40%(膜厚2μm)80%(1μm)の高い透過率を示し,可視領域では強い光の吸収が現れたことから、ナローバンド半導体の光学特性を有することが示唆された。吸収係数からバンドギャップ(0.7 eVとの報告有り)を評価することはできておらず、今後の課題である。また合成膜のシート抵抗が大きいことも検討を要する。まとめると、サファイア基板上に結晶性、赤外透過性に優れたMg2Si膜を合成することに成功した。・単結晶サファイア基板(r面)上に厚さ約1umの多結晶Mg2Si膜を合成することに成功した。マグネトロンスパッタ装置により始めSi膜、次いでMg膜を堆積させ(逐次堆積法)、900 Paのアルゴンガス中で2時間の熱処理(200-500°C)を行い、固相拡散でMg2Si膜を合成した。X線回折とラマン分光で結晶性を確認したところ、300-400°Cが最適温度であり、Mg2Si (111)面に強く配向した膜が得られた。250°C以下では合成が進まず、500°Cでは膜の分解・蒸発が示唆された。

組成比と膜厚は、別途計測したスパッタ電力ー成膜レート特性を基に、電力と成膜時間で制御した。EDSで評価した化学量論比は1:1.98で理論値1:2にほぼ一致した。・プラズマ支援による低温合成の可能性を調査するため、13.56 MHz/200 Wの外部アンテナ型ICP装置を開発した。Arガス1 Paの下で密度のプラズマが生成された。・プラズマ支援によるMg2Si合成の低温化を試みた。上記2のICPプラズマを発生(200 W)させ、また基板を予熱した状態でMg, Siスパッタ装置を同時に動作させ成膜した(同時堆積法)。Mg/Si組成比と膜厚を同時に制御するため、ターゲットと基板との距離、スパッタ電力、成膜時間の3パラメータを制御した。その結果、従来は反応が不十分であった基板温度250°Cで明瞭なXRDピーク、ラマンピークが現れ、多結晶Mg2Si膜の合成が確認された。200°Cでは反応が起こらなかった。よって従来に比べ50°Cの低温化が実現したことが分かった。プラズマ支援の効果を特定するため、ICP電力をゼロにして同様の実験を行ったところ明確な違いが現れなかった。すなわち、Mg2Si合成の低温化は、逐次堆積法方から同時堆積法への変更によってもたらされた可能性がある。プラズマ支援効果の研究は28年度も継続される。地球温暖化や資源の有効利用の観点から、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換技術が注目されている。マグネシウムシリサイドMg2Siは無害で資源豊富な点で有望であるが,マグネシウムとシリコンの物性の違いから良質のMg2Si膜を合成することが難しい課題があった。また従来単結晶シリコンのみが基板として利用された。筆者らは、Si/Mg逐次堆積と希ガス中アニール処理を組み合わせて、良質の多結晶Mg2Si膜を単結晶サファイア基板上に合成することに初めて成功した。また、予備的ながら、高周波プラズマアシスト処理により合成最低温度が300°Cから約250°Cまで低下するデータを得た。従来のSiではなく原料のMg, Siを含まないサファイア基板上に良質なMg2Si膜を合成できたことは、大きな成果と考えるが、この実験研究に時間を要したため、予定していた、プラズマ支援による固相合成の低温化の予備実験を開始できなかったため。プラズマ理工学プラズマ支援によるMg2Si膜合成の低温化の実験を最優先に進める。高周波電源(13.56 MHz, 300W)やマッチングボックス、アンテナエレメントなど必要機材は揃っているので、まずは、56月中に現在の合成装置の配置でICPプラズマを発生させることを目標に研究を加速したい。Si基板上Mgスパッタ膜のAr雰囲気中アニール処理により、結晶性に優れたMg2Si多結晶膜の合成に成功している。また、合成に最適なアニール温度範囲を明らかにしている。一方、膜が高抵抗であるという予想外の結果も出ており、電気的特性がまだ明らかになっていない。原因究明が必要である。サファイア基板など、消耗品の購入額が計画より少なくて済んだ。1 Si基板上Mgスパッタ膜のアニール処理により合成されたMg2Si膜が高抵抗になるという結果について、その原因を探求するとともに、解決法を探る。2同時に、フレキシブル基板への成膜を最終目標とするものの、その前段階として、単結晶サファイア基板、非結晶ガラス基板へのMg2Si合成を試みる。そのために、SIのマグネトロンスパッタを増設し、非Si基板上へのMg, Siスパッタ成膜とAr雰囲気中ポストアニールによって、非Si基板上でのMg2Si膜の合成に挑戦する。そして、合成に最適なAr圧力、アニール温度の条件を明らかにする。Mg,とSiのスパッタ
遠心振り子式動吸振器の性能向上に関する研究

軸のねじり振動を低減する装置の一つに遠心振り子式動吸振器(Centrifugal Pendulum Vibration Absorber,以下CPVAとする)が提案されている.CPVAは振り子の固有角振動数が軸の定常回転数に応じて変化することから全回転数領域で振動低減効果を発揮する.これまでにCPVAを実用化するため,様々なタイプが提案されているが,実用化に至った例は大変少なく,さらなる性能向上が求められている.本研究では振り子の軌道とその軌道を実現する振り子支持構造に着目し,理論・CAE・実験によりCPVAのねじり振動低減性能向上を狙う.本研究により性能が向上する設計指針が示され実用化および普及が期待される.軸のねじり振動を低減する装置の一つに遠心振り子式動吸振器(Centrifugal Pendulum Vibration Absorber,以下CPVAとする)が提案されている.CPVAは振り子の固有角振動数が軸の定常回転数に応じて変化することから全回転数領域で振動低減効果を発揮する.これまでにCPVAを実用化するため,様々なタイプが提案されているが,実用化に至った例は大変少なく,さらなる性能向上が求められている.本研究では振り子の軌道とその軌道を実現する振り子支持構造に着目し,理論・CAE・実験によりCPVAのねじり振動低減性能向上を狙う.本研究により性能が向上する設計指針が示され実用化および普及が期待される.
避災行動に影響を及ぼす要因の検討-対数線形モデルによる修正防護動機理論の分析-

2010年8月9日に発生した台風第9号による、兵庫県佐用町における洪水の際の住民の避難行動などを調査した。そして、避難行動の有無に影響する要因として、災害因の認知、個人的なリスク認知、避難行動への効力感、避難の効果評定、避難によるコスト感、規範意識などについて考察をおこなった。災害による人的被害を低減するためには、住民がリスクを認知し避災行動をとることが重要である。しかし現実には、災害危険時に自治体より発令される避難勧告等を聴取しても避難しない住民が多い。今年度は、過去の災害調査研究事例をコンパイルし、これら調査で指摘されている避難行動の実施に寄与する要因を、避難行動の意思決定に影響する項目として整理した。整理にあたっては、影響項目を、認知的項目(災害の深刻さ等)、属性項目(年齢等)、環境項目(情報取得経路等)などに分類して行った。整理した各項目について、修正防護動機理論などの態度変容研究のモデルで設定されている概念要因(「反応効果性」「自己効力感」等)との比較を行った。また、平成21年8月の台風第9号によって、甚大な被害をうけた佐用町において、浸水区域に居住する住民を対象としたアンケート調査を実施した。アンケート調査項目は、被説明変数としての避難の有無のほか、説明変数として、事前のリスク認知に関する項目(自宅の水害被災履歴、ハザードマップの閲覧状況など)や、直前の取得情報(気象警報や避難勧告等の聴取の有無・媒体状況など)、情報取得後のリスク認知(河川の氾濫予想、自宅の浸水予想など)、選択した避難場所などとした。アンケート調査結果について、説明変数間の相関や交互作用の有無について解析するとともに、避災行動に影響をおよぼした項目について探索的な解析を行った。昨年度につづき、過去の災害調査研究事例をコンパイルし、避難行動の意思決定に影響する項目として整理した。また、平成22年2月末のチリの地震にともなう津波情報および避難勧告の住民伝達および、平成22年10月の豪雨によって被害をうけた奄美市において、住民調査を実施した。調査項目は、被説明変数として避難の実施の有無のほか、説明変数として、事前のリスク認知に関する項目(自宅の水害被災履歴、ハザードマップの閲覧状況など)や、直前の取得情報(気象警報や避難勧告等の聴取の有無・媒体状況など)、情報取得後のリスク認知(河川の氾濫予想、自宅の浸水予想など)、選択した避難場所などとした調査結果について、説明変数間の相関や交互作用の有無について解析するとともに、避災行動に影響をおよぼした項目について探索的な解析を行った。
膜蛋白質の膜への組込みと膜内トポロジー形成の機構

生合成時の膜蛋白質の膜への組み込みと膜内トポロジーの形成機構を小胞体膜蛋白質とミトコンドリア内外膜蛋白質について研究した。主要な研究成果は下記の通りである。1.小胞体膜蛋白質としては主としてP450について研究し、無細胞実験系で分子のアミノ末端に存在するシグナルアンカー配列が正しい配向で膜に組み込まれるための構造要求性を検討し、アミノ末端の電荷とそれに引き続く疎水性アミノ酸配列のバランスによってI型シグナルアンカー配列と分泌型シグナル配列との転換が起こることを確認した。2.P450の膜への組み込みとトポロジー形成を無細胞実験系と酵母及び培養動物細胞での発現系を用いて検討し、シグナルアンカー配列のN末端が内腔に存在することと、シグナルアンカー配列に続くプロリンに富む配列がP450分子の高次構造形成に必要なことを確かめた。3.小胞体膜を透過するペプチドの膜透過を停止させて膜貫通型膜蛋白質とする膜透過停止配列の構造要求性を検討し、膜透過停止への疎水性アミノ酸配列の長さとその前後の電荷の寄与を決定した。4.小胞体においての蛋白質の膜透過機構を解析するため化学架橋試薬を用いて膜透過中のペプチドと膜蛋白質との架橋実験を行ない、これまで報告されていた39kDaの膜蛋白質の他に9kDaの膜蛋白質がペプチドの膜透過に関与する膜成分として検出された。5.ミトコンドリアについては、無細胞系を用いて前駆体蛋白質の輸入と外膜への組み込みを検討した。肝細胞上清分画の輸入を促進する蛋白質因子を精製し、前駆体蛋白質と結合して輸入可能な構造に維持する分子シャペロンであることを確かめた。また、外膜に組み込まれるポリンには小胞体の膜蛋白質に見られる膜透過停止配列に相当するものはないことを証明した。小胞体膜への蛋白質分子の組み込み機構の解明については、主として無細胞系を用いて、リボソ-ムでの翻訳と共役して進行する蛋白質分子の膜透過と膜への組み込みを支配するアミノ酸配列の検討を行なった。その結果、下記のような結果を得た。1.蛋白質分子のアミノ末端に存在して分子の膜への組み込みを開始するシグナル配列の構造要求性を詳細に検討し、蛋白質分子の膜吹過を開始させる吹過シグナル型配列と蛋白質分子のアミノ末端を膜に挿入させ固定させるシグナルーアンカ-型配列とが、それぞれの配列のアミノ末端に存在する電荷と配列内の疎水性アミノ酸配列の疎水度と長さを変えることにより転換可能であることを証明できた。2.ペプチドの膜吹過を途中で停止させ蛋白質分子を膜に固定させる膜透過停止配列についても配列の構造要求性を検討し、膜透過停止の機能には配列の疎水性度と長さが主要な構造要素であり、配列の前後に存在する電荷によって停止機能が影響されることも確かめられた。ミトコンドリアについては、前駆体蛋白質分子がミトコンドリアを認識して結合し膜を透過して輸入されるのに関与する細胞質因子の検討を進めとともに、外膜蛋白質ポリンの膜への組み込み機構の検討を行なった。その結果、下記の結果を得た。1.ラット肝臓の細胞質より、前駆体蛋白質の輸入に関与する蛋白質因子を均一にまで精製した。また、短かなペプチドでは、細胞質因子の関与なしにミトコンドリアに輸入されるものもあることを確かめた。2.ポリン分子は、アミノ末端に小胞体膜透過シグナル配列を付けると小胞体膜を透過し、ミトコンドリアマトリックスへ蛋白質を輸入させるシグナル配列を付ければミココンドリア内に輸入されることを確かめた。ポリンは膜透過停止配列により膜に組み込まれるのではないと思われる。

小胞体膜への蛋白質分子の組み込み機構については、リボソームでの翻訳と共役して進行する蛋白質の膜透過と膜への組み込みを支配するアミノ酸配列を検討するとともに、ミクロソーム膜を可溶化し蛋白質膜透過機能をもつ膜小胞の再構成を検討した。また、膜透過中のペプチドと小胞体膜蛋白質を架橋し、蛋白質膜透過機構を構成する膜成分の検出を試みた。その結果、下記の結果を得た。1.蛋白質分子のアミノ末端に存在して分子の膜への組み込みを開始するシグナル配列およびシグナルアンカー配列については、配列の機能に必要な構造要求性を確かめた。さらに、膜透過停止配列によって膜透過を停止したペプチドの膜透過を再開させる分子内部のアミノ酸配列についても検討し、この機能に必要な構造を確かめた。2.イヌ膵臓の粗面ミクロソームを可溶化し、透析により界面活性剤を除去して蛋白質膜透過能をもつ膜小胞を再構成する条件を確立した。3.リボソームでの生合成と共役した小胞体膜透過を特定の位置で停止するペプチドを利用して、化学架橋試薬による架橋反応で2種の膜蛋白質が透過中のペプチドと架橋されることを確認した。ミトコンドリアについては、外膜への蛋白質の組み込み機構の解析を進めるとともに、前駆体蛋白質のミトコンドリア認識と膜透過に関与する細胞質因子の研究を行なった。1.副腎皮質ミトコンドリアの外膜を界面活性剤で可溶化し、透析により界面活性剤を除去してポリンなど外膜蛋白質の組み込み能を持つ膜小胞を再構成する条件を確立した。2.細胞質因子が前駆体蛋白質の存在下でATPアーゼ活性をもつことを確かめ、この活性が前駆体のミトコンドリア認識シグナルに依存することを確認した。昨年度に引続き、小胞体膜への蛋白質の組み込み機構とミトコンドリアへの蛋白質の輸入機構について研究を進め、下記の結果を得た。これらの研究成果はいずれも論文として公表されている。1.小胞体内腔に存在するカルボキシエステラーゼ群の1分子種が小胞体留置シグナルを欠くために肝細胞から血液中に分泌されることを培養細胞と全動物での実験で確認した(J.Bioche〓.,113.61-66)。2.小胞体での蛋白質分子の膜透過機構を解析するため、無細胞実験系を用いて膜透過中のペプチドと膜蛋白質との化学架橋試薬による架橋実験を行ない、小細体膜の39kDaと9kDaの2種の蛋白質が膜透過中のペプチドと架橋されることを見いだした。39kDa蛋白質は既に報告されている膜蛋白質と同一らしいが9kDa蛋白質は新しい膜蛋白質である(J.Biochem.,114,541-546)。3.ミクロソーム型P-450の小胞体膜への組み込みを無細胞系での実験と酵母細胞での発現実験により検討し、P-450aromではシグナルアンカー配列のN末端が内腔に露出していることを糖鎖の付加により証明した(J.Biol.Chem.,268,21399-21402)。またミクロソーム型P-450に共通にシグナルアンカー配列の直後に見られるプロリンに富んだ特殊な配列の機能をP-450(M-1)について調べ、この配列を改変する小胞体膜に組み込まれたP-450の高次構造形成に異常を来すことを確かめた(J.Biochem.,114,652-657)。4.無細胞系でミトコンドリアへの前駆体蛋白質の輸入が肝細胞の上清分画で促進される現象を研究し、促進効果をもつ蛋白質因子を精製した。
サイトカイン刺激による子宮内膜間質細胞のプロスタグランジン産生に関する研究

平成7年度までの研究経過子宮内膜間質細胞においてサイトカイン[Interleukin-1β(IL-1β),Interleukin-6(IL-6),Interleukin-8(IL-8)の刺激でプロスタグランジンE_2が濃度依存性に増加した。さらに、時間的なプロスタグランジンE_2の産生量の変化においてもサイトカインにより異なることがわかった。プロスタグランジン合成については、2種類のシクロオキシゲナーゼ(COX-1,COX-2)の存在が報告されており、COX-2はサイトカイン刺激等により誘導されることが知られている。子宮内膜間質細胞でのCOX-1,COX-2のmRNAの発現について検討したが、まだ明らかな結論は得られていない。平成7年度の研究の評価子宮内膜間質細胞培養上清中のプロスタグランジンE_2の定量は順調に施行でき、プロスタグランジンE_2の産生量は濃度依存性、また時間依存性に増加することがわかった。
多様な臓器・器官の低侵襲操作のための高集積手術機械システムの創造

現在,腹腔鏡下手術,胸腔鏡下手術などの内視鏡手術が急速に拡大している.一方,放射線治療では医師の被曝防止が求められている.これらに伴いさまざまな柔軟な臓器や器官を低侵襲に操作するという新たな要求が生じている.本研究では,組立,展開,吸引などの方法により,多様な臓器・器官を低侵襲に操作するための高集積手術機械システムを開発することを目的とする.具体的には,(1)肺や肝臓を対象とした吸引手術機器の開発,(2)小型力センサを組み込んだ鉗子の開発,(3)医師の被ばく低減のための口腔外科小線源治療用遠隔刺入・装填システムの開発,(4)湾曲した咽頭に到達可能な咽頭がん手術マニピュレータの開発を行った.現在,腹腔鏡下手術,胸腔鏡下手術などの内視鏡手術が急速に拡大している.一方,放射線治療では医師の被曝防止が求められている.これらに伴いさまざまな柔軟な臓器や器官を低侵襲に操作するという新たな要求が生じている.本研究では,組立,展開,吸引などの方法により,多様な臓器・器官を低侵襲に操作するための高集積手術機械システムを開発することを目的とする.具体的には,(1)肺や肝臓を対象とした吸引手術機器の開発,(2)小型力センサを組み込んだ鉗子の開発,(3)医師の被ばく低減のための口腔外科小線源治療用遠隔刺入・装填システムの開発,(4)湾曲した咽頭に到達可能な咽頭がん手術マニピュレータの開発を行った.多様な臓器・器官を低侵襲に操作するための高集積手術機械システムを開発することを目的とし,つぎの研究を行った.1.吸引手術機器の開発:肺,肝臓などの大型臓器を挙上するための吸引手術機器の開発を行っている.本年度はベローズ,バルブ,ヒンジ等の構成要素をシリコーンゴムやポリプロピレン等の柔軟部材で製作する方法を確立し,これまでに開発したものよりも大幅に性能向上した吸引手術機器を開発することができた.これにより,柔軟で滑りやすい500 gの食用肉を挙上することに成功した.2.小型力センサを組み込んだ鉗子の開発:鉗子の軸方向の力精度が構造上他の方向に比べて著しく悪くなる問題を指摘し,それを改善する力センシング方法を考案し,それを実装する鉗子を設計した.3.口腔外科小線源治療用遠隔手術システムの開発:医師の被曝を低減させるために,遠隔で小線源を舌などの口腔内器官に刺入するシステムを開発している.治療時の刺入間際に遠方より小線源を針に装着することにより被ばくを低減する装置を開発し,約6割被ばくを低減できることを示した.また,治療に係る医師の数を減らす方法を考案した.4.咽頭がん手術マニピュレータの開発:咽頭がんの手術では,喉の形状に合わせて湾曲した鉗子を用いて手術を行っているが,直線状ではないため,その操作が難しい.湾曲した鉗子を手元から直観的に操作可能とするマニピュレータを開発しているが,設置を考慮するとコンパクトであることが望ましい.そこで必要な自由度を見直しコンパクトなマニピュレータを設計した.多様な臓器・器官を低侵襲に操作するための高集積手術機械システムを開発することを目的とし,つぎの研究を行った.1.吸引手術機器の開発:肺,肝臓などの大型臓器を挙上するための吸引手術機器を開発している.本年度はそのための基盤技術に取り組み,変形に適した蛇腹の製作法を確立するとともに,吸盤が外れた場合でも気体を過剰に吸入しないためのバルブを開発した.2.小型力センサを組み込んだ鉗子の開発:力が加わると管長さが変化し発音周波数が変化する笛による力センサを提案してきた.歩留りの高い製作方法が課題であった.そこでMEMS技術により笛素子を製作することに取り組み,安定的に発音する笛素子を大量に製作することに成功した.また温度変化の影響を低減させることも課題であったが,そのための温度補正方法を確立した.3.口腔外科小線源治療用遠隔手術システムの開発:医師の被曝を低減させるために,遠隔で小線源を舌などの口腔内器官に刺入するシステムを開発している.医療機器では実績と簡便さが好まれるので,手動で操作し,現在使用している針を利用する遠隔刺入装置を開発した.パラレルメカニズムにより操作部と刺入部間の摩擦動力損失を少なくできると考えられるので,パラレルメカニズムを用いた.さらに小線源を遠方より針に装填するための方法を考案し特許出願した.4.咽頭がん手術マニピュレータの開発:咽頭がんの手術では,喉の形状に合わせて湾曲した鉗子を用いて手術を行っているが,直線状ではないため,その操作が難しい.そこで,湾曲した鉗子を手元から直観的に操作可能とするためのマニピュレータを設計しその試作を行った.多様な臓器・器官を低侵襲に操作するための高集積手術機械システムを開発することを目的とし,つぎの研究を行った.1.吸引手術機器の開発:肺,肝臓などの大型臓器を挙上するための吸引手術機器の開発を行った.本年度は細長い二つの吸盤を腹腔内で組み立て,それぞれの向きを並列や対向する方向に変えて,押しのける動作や把持する動作が行える装置を開発した.また,挿入時には加圧により直線状になり容易にトロカールを通過し,吸引時には円弧形状になり曲面を持つ臓器を容易に吸着可能な吸盤を開発した.

2.小型力センサを組み込んだ鉗子の開発:これまでに鉗子の軸方向の力精度が構造上他の方向に比べて著しく悪くなる問題を指摘し,それを改善する力センシング方法を考案した.今年度はそれを実装した3自由度鉗子を開発した.3.口腔外科小線源治療用遠隔手術システムの開発:医師の被曝を低減させるための装置を開発した.(1)治療時の刺入間際に遠方より小線源を針に装着することにより被ばくを低減する装置を開発し,被験者5人による模擬実験により約6割の被ばく低減効果を確認した.(2)一人で操作できる刺入針を開発し,治療に係る医師の数を減らせることを示した.(3)遠隔で小線源を舌,頬などの口腔内器官に刺入するために,それらを確実に把持し牽引できる装置を開発した.4.咽頭がん手術マニピュレータの開発:咽頭がんの手術では,喉の形状に合わせて湾曲した鉗子を用いて手術を行っているが,直線状ではないため,その操作が難しい.そこで湾曲した鉗子を手元から直観的に操作可能とするマニピュレータを開発した.手術に邪魔にならないようにコンパクトにする必要があり,4リンク機構による疑似円弧生成機構を用いるなどにより,幅40 mmのマニピュレータを開発した.さらに機構の見直しを行い,最終的に幅16 mmのコンパクトなマニピュレータを開発することができた.26年度が最終年度であるため、記入しない。ロボット工学26年度が最終年度であるため、記入しない。製作方法等の基盤技術の確立や基礎的な検討はほぼ終了し,開発するシステムの完成度を上げることが残されている.以下の理由で全体として,おおむね順調に進展していると判断できる.1.吸引手術機器の開発:ベローズ,バルブ,ヒンジ等の構成要素をシリコーンゴムやポリプロピレン等の柔軟部材で製作する方法を確立し,順調に進展している.2.小型力センサを組み込んだ鉗子の開発:軸方向の力計測の精度を確保した鉗子の設計は順調に進展している.一方,これまで開発していた音による力センサは多自由度の鉗子ではなく,圧排機器に組み込むことが適当であると判断した.この点は見直しが必要であるが,おおむね順調に進展している.3.口腔外科小線源治療用遠隔手術システムの開発:小線源治療時に遠方よりを針に装着する装置に関しては,臨床を目指す段階にきており順調に進展している.一方,小線源を刺入するマニピュレータについては設計を進めている.4.咽頭がん手術マニピュレータの開発:設計を進めておりおおむね順調に進展している.順調か当初の計画以上に進展しているが,一部に医師の助言に基づき見直しが必要であったサブテーマがあるため,全体としておおむね順調に進展しているとした.最終年では多様な臓器・器官を低侵襲に操作するための高集積手術機械システムを開発するという目的を達成するために,システムとしての完成度を上げる.一部については臨床を目指して研究を進展させる.新しいアイディアと医師の助言を基にテーマを修正しつつ発展させ,多様な臓器・器官を低侵襲に操作するための高集積手術機械システムを開発するという目的を達成する.