hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
市中獲得型 MRSA の新奇毒素遺伝子の同定

市中獲得型MRSA(CA-MRSA)は、病院獲得型のMRSA(HA-MRSA)より強い病原性を持つ。Panton-Valentine Leukocidin(PVL)という白血球溶解毒素の産生が重要な病原因子とされている。しかし、この毒素のみで、CA-MRSAによる強い病原性を説明しえるかどうかは、已然明確ではない。我々は強毒CA-MRSA株MW2が産生するMW1941/1942leukocidinに着目し、タンパクを大腸菌内で発現し、精製タンパクを用いて、ヒト白血球傷害活性を測定した。その結果、このタンパクの存在下で、PVLの白血球傷害活性が増幅することを見いだした。市中獲得メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(CA-MRSA)が産生する新奇Leukocidin蛋白質の生物学的機能の解析を目的に研究を実施した。強力な白血球溶解毒素であるPVL蛋白質を産生するCA-MRSAの代表株の一つであるUSA400 MW2株を用いてpvl knock-out株を作製した。また、Leukocidin活性を有する既知の蛋白質であるγ-hemolysin(hlg)及び新奇毒素蛋白質をコードしていると思われるMW1941及びMW1942遺伝子のknock-out株、並びにこれらの遺伝子のdouble-及びtriple-knock-out株を作製し、作製株の培養上清を用いて白血球溶解活性をFlow cytometryの手法により解析した。その結果、新奇毒素蛋白質と考えられるMW1941及びMW1942をknock-outした株の白血球溶解活性は親株であるMW2株とほとんど差が認められず、他の毒素蛋白質においても、single knock-out株ではΔpvlを含め、白血球溶解活性の残存が認められ、株間で顕著な変化はみられなかった。一方、他のLeukocidin蛋白質を含めたdouble-(Δpvl-Δhlg)及びtriple-(Δpvl-ΔMW1941/MW1942-Δhlg)knock-out株では、親株に比較して白血球溶解活性が著明に減少し、これらの毒素蛋白質が共同して白血球溶解を惹起し、当該株の病原性の発揮に関与している可能性が示唆された。このため、新奇毒素蛋白質の機能を正確に評価するために、クローニングによりMW1941及びMW1942蛋白質を精製した。その結果、精製したrMW1941、rMW1942蛋白質は単独ではヒト白血球溶解活性を示さず、両蛋白質の共存下でのみヒト白血球を溶解した。これらの結果から、新奇毒素蛋白質は、PVLやγ-hemolysin(Hlg)同様、2成分が組み合わさって白血球溶解活性を発揮する、2成分毒素(SHT)であることが確認された。また、その活性の程度はPVLに比較してかなり弱く、PVLと同様、マウス腹腔浸出細胞(PECs)には作用しなかった。現在、新規毒素蛋白質の組織障害活性の有無や白血球溶解の種特異性について解析を行うとともに、遺伝的背景の異なる様々なCA-MRSA株及びHA-MRSA株、さらにはMSSA株の培養上清を用いて、より詳細な解析を進めているところである。市中獲得メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(CA-MRSA)が産生する新奇leukocidin/hemolysin toxinfamily proteinの生物学的機能の解析を目的に研究を実施した。強力な白血球溶解活性を有する毒素であるPanton-Valentine leukocidin(PVL)蛋白質を産生するCA-MRSAの代表株の一つであるUSA400MW2株を用いて白血球溶解毒素であるpvl遺伝子及びleukocidin活性を有する既知の蛋白質であるγ-hemolysin(hlg)及び新奇毒素蛋白質をコードしていると推定されるMW1941及びMW1942遺伝子のknock-out株、並びにこれらの毒素遺伝子のdouble-及びtriple-knock-out株を作製し、作製株の培養上清を用いて白血球溶解活性を評価した。その結果、pvl遺伝子の欠失株では軽度から中等度の白血球溶解活性の低下が認められたのに対し、新奇毒素蛋白質であるMW1941及びMW1942及び既知のγ-hemolysin(hlg)をknock-outした株では親株のMW2株と有意な差がみられず、single knock-out株では白血球溶解活性の残存が認められた。

一方、PVLを含めたdouble-(Δpvl-Δhlg及びΔpvl-ΔMW1941/ΔW1942)及びtriple-knock-out株(Δpvl-ΔMW1941/ΔW1942-Δhlg)では、親株に比較して白血球溶解活性の有意な減少が観察され、triple-knock-out株では、ほぼコントロールに近いレベルにまで溶解活性が低下した。これらのことから、これらの毒素蛋白質が複数共同して白血球溶解を惹起し、当該株の病原性の発揮に関与している可能性が示唆された。より詳細な検討を行うため、クローニングにより未知の新奇毒素蛋白質であるMW1941及びMW1942蛋白質を精製した。その結果、精製したrMW1941及びrMW1942蛋白質は単独ではヒト白血球溶解活性を示さず、両蛋白質の共存下でのみヒト白血球を溶解した。これらの結果から、新奇毒素蛋白質は、PVLやγ-hemolysin(hlg)同様、2成分が組み合わさって白血球溶解活性を発揮する、2成分毒素(SHT)であることが確認され、また、その活性の程度はPVLに比較してかなり弱く、近年報告されたMSSA株であるNewman株が保有するorthologs遺伝子のそれと活性に差は認められないと判断された。これら一連の実験結果から、MW2株が保有するleukocidinの中では、特にPVLがヒト白血球溶解に重要な役割を果たしていることが示唆された。なお、PVLと同様、rMW1941/rMW1942は、マウス腹腔浸出細胞(PECs)には作用せず、さらに、ヒト由来の気道及び肺胞上皮細胞にも細胞死を惹起しなかった。RT-PCRの結果から、pvlを保有しないNewman株で当該新規遺伝子のorthologの発現が高いことが見いだされ、菌株間で優位に作用しているleukocidinに相違があることが示唆された。市中獲得型MRSA(CA-MRSA)は、今世紀になり、フランス、アメリカ、オーストラリアなどで急激に蔓延して、しかも従来の病院獲得型のMRSA(HA-MRSA)より強い病原性を持つことがわかり、新たな感染症の脅威となった。CA-MRSAの強い病原性のメカニズムを探る研究が多数行われてきたが、Panton-Valentine Leukocidin(PVL)という白血球溶解毒素の産生が重要な病原因子として確認されている。しかし、この毒素のみで、CA-MRSAによる重篤な肺炎(necrotizing pneumotinis)を説明しえるかどうかは、已然明確ではない。我々は、強毒CA-MRSA株MW2が産生するMW1941/1942leukocidinに着目し、タンパクを大腸菌内で発現し、精製タンパクを用いて、ヒト白血球傷害活性を測定した。その結果、このタンパクの存在下で、PVLの白血球傷害活性が増幅することを見いだした。このことから、MW1941/1942は、PVLの活性を増強することにより、MW2の毒性を高めていることが明らかになった。また、ヒト肺由来細胞株、蚕を用いたMW1941/1942の毒性テストは、陰性を示し、現時点で、MW1941/1942の傷害活性は、ヒト白血球に限定的に観察されている。今後種々のmammaliancellに対する傷害活性を確認し、PVLとの違いを探っていく予定である。新奇毒素遺伝子の同定を行い、クローニングにより新規毒素蛋白質の精製を行った。これを用い、ヒト白血球をはじめ、ヒト由来気管支上皮細胞、II型肺胞上皮細胞等への影響を評価した。また、別のHA-MRSA株であるN315由来の蛋白質もクローニングにより精製を行い、株間由来の蛋白質レベルでの活性の差を比較した。その結果、ヒト白血球溶解活性に差は見られなかった。
民事訴訟の経済学的分析

日本の訴訟率の低さを説明する有力な仮説である「予見可能説」に関して分析した。予見可能説とは、訴訟率が低いのは判決が予想しやすいからだという説である。従来の研究では、原告・被告の一方のみが予想される判決に関して完全な情報を持つ状況を想定し、他方の予測精度の改善が訴訟率を低下させることを明らかにした。本研究では、両当事者が不完全な情報しか持たない場合の分析から出発し、予測精度と訴訟確率は単調な関係を持たず、最も確実に訴訟が回避され、和解が選択されるのは両者ともに全く情報を持たない場合であることを明らかにした。また、訴訟率の異なる複数の均衡が存在する可能性も明らかにした。これは、客観的な状況は全て同じであっても、社会全体の期待に応じて訴訟率が高い社会となったり低い社会となったりすることがあることを意味する。また、訴訟費用が訴訟率に与える影響とそのメカニズムについても明らかにした。同時に、基礎的な研究として、近年その司法的な側面が注目され、訴訟の分析としても重要であると考えられるようになった、独占禁止法及び競争政策に関連する問題について研究した。競争制限的な政策の理論的な根拠とされる「過剰参入定理」に関連して、特にこの分野の研究の先駆者であるSalopのモデルに基づいて分析した。その結果、参入企業数が市場メカニズムにおいて過大となる状況において望ましい政策は、競争制限ではなく競争促進によって企業の淘汰を促すことであることを明らかにした。つまり、「過剰参入定理」が成り立つ世界においてすら、独占禁止法の適用を厳格にし、その結果訴訟が増加したとしてもその訴訟費用の増加を凌駕するほど社会的な利益が得られる可能性があることを明らかにした。また、そもそも過剰参入定理が、整数問題を考えると必ずしも成立しないこと、この問題は均衡参入数がどんなに大きくとも解消されないことを明らかにした。予見可能説とは、日本の訴訟率が低いのは判決がたやすく予想できるからであるという説である。従来の理論研究では、原告・被告の一方は予想される判決に関して完全な情報を持ち、もう一方は不完全な情報しか持たない状況を想定し、一方当事者の予測精度の改善が訴訟率の低下をもたらすことを明らかにしていた。本研究では、両当事者が不完全な情報しか持たないケースを分析した。この結果、両当事者の予測精度の改善が必ずしも訴訟率の低下をもたらさないこと、両当事者の予測精度の低い状況で訴訟が非常に起きにくいことを明らかにした。また両当事者の予測精度の絶対的な水準よりも、むしろその格差が高い訴訟率をもたらすことを明らかにした。更に、判決の長期的な効果と訴訟率の関係について分析した。将来同様の訴訟を多く抱える可能性のある当事者(例えば製品の欠陥に関して一人の消費者と争っている企業)は、敗訴すると将来の紛争時の和解交渉に不利になる可能性がある。このような当事者は、短期的な裁判の勝ち負けだけでなく判決の将来の影響についてまで考えた上で現在の紛争の和解の可能性を探ることになる。当事者の予測精度の格差のある状況で、このような長期的な視野を持つ当事者の影響を分析した。この結果、予測精度の高い当事者が長期的な視野を持つ場合訴訟率が下がり、予測精度の低い消費者が長期的な視野を持つ場合には訴訟率が上がることが明らかになった。またより基礎的な研究として、訴訟の基となる紛争の一例として、損害賠償制度について分析した。損害賠償に関しても予見可能性が大きな役割を果たすことが知られている。本研究では予見可能な損害額のみ賠償するルールの是非について、市場の競争状態との関連で明らかにした。
弾性曲線の研究(熱方程式による分析)

本研究は弾性を持つ曲線の動きを与える方程式:弾性熱方程式について、その解の存在および定常解への収束をリーマン多様体上で示すことを目的としていた。この方程式は4階の半線型偏微分方程式であり、しかも、常微分方程式との連立方程式である。そのため、解の短時間存在、長時間存在の両方が未解決であった。両方とも解のアプリオリ評価を行うことが証明の鍵になるが、特に、前者では解析学的手法が、後者では幾何学的手法が有効であると考えられる。現在までの研究によって、以下のことを解明した。1。解析学的な結果:「任意のリーマン多様体上で、任意の初期値に対して短時間解が存在する。」という完全に一般的な定理が証明できた。証明に用いた手法は、ユークリッド空間の場合と異なり、初期値の近傍においてのみのアプリオリ評価を行うことである。この手法は長時間存在の研究に応用することができないが、対応する弾性波動方程式の研究においても通用すると考えられる。2。幾何学的な結果:「任意のコンパクトリーマン多様体上で、長さが十分に小さい初期値に対しては解が無限時間が存在する。」という定理を証明できた。証明に用いた手法は、リーマン多様体をユークリッド空間に埋めんでユークリッド空間での評価を応用することである。具体例としては、断面曲率一定の球面上で初期値の長さが大円の長さよりも小さい場合があげられる。また、別の手法によって、平坦なトーラス上で任意の初期値にたいして解が無限時間存在することも示すことができた。また、上で解の無限時間存在が保証されたものについては、更にリーマン多様体が実解析的であるという条件の元に、定常解に収束することがわかる。以上の結果についての論文を現在準備中である。1。2。
核内膜構造とクロマチン

クロマチン構成因子Cbx2に焦点をあて、核構造変換を介した新たなゲノム発現制御の分子機構解明を目指してきた。本課題では、成長期骨組織分化におけるCbx2の機能を明らかにした。Cbx2KOマウスは離乳期、長管骨骨密度が低下した。Cbx2KOマウス後肢長管骨骨髄由来RNAでは、骨芽細胞ならびに脂肪細胞分化特異的遺伝子の発現量変化を認めた。これらの表現型の浸透率は60?100%であった。マウス骨髄由来ストローマ細胞株ST2を用いたクロマチン免疫沈降法では、対象領域にCbx2およびH3K27me3ヒストン修飾を認めた。骨髄間葉系細胞分化特異的遺伝子を標的にしたCbx2による直接制御が強く示唆された。核内構造とクロマチンの相互作用は、細胞機能,個体維持に不可欠である。本研究課題は、核内膜構造維持に関わるラミンおよび細胞の転写状態の維持に関わるクロマチンタンパクであるポリコームに焦点をあてた解析により、核構造変換を介した新たな核構造制御の分子機構の解明を目指す。これまでCbx2/M33は、発生過程において性分化、生殖腺、副腎、脾臓形成、体軸前後のアイデンティティーの決定、血球、リンパ組織分化等重要な発生過程に不可欠な因子である事が示されて来た。本課題では、Cbx2/M33本の出生後の組織維持機能を明らかにするため、主に以下の解析を行った。Cbx2/M33KOの生存率の検定:129系統とC57BL6系統の混合した遺伝的背景では、多くのCbx2/M33KOが出生後生存した。そのうち、約8割の個体が離乳期前に死亡した。これらのマウスは脊柱の湾曲、歩行失調を示す早期老化症様の外見であった。離乳期前に死亡するCbx2/M33KOにおける組織解析:早期老化症様のCbx2/M33KOは皮下脂肪の減少、皮下筋層の減少、脛骨成長板の早期閉鎖傾向、脛骨骨密度の顕著な低下が認められた。Cbx2/M33ノックアウトマウス初代胎児繊維芽細細胞(MEF)におけるゲノム安定性の解析:Cbx2/M33KO MEFにおけるゲノムダメージについて、抗体を用いた細胞免疫組織学的解析により検討した、DNA両鎖断列部位に集積する53BP-1の抗体を用いた分子細胞生物学的解析によりCbx2/M33ノックアウトマウスMEFにおいて、DNA断列が亢進を認めたことから、Cbx2/M33たよるゲノム保護機構が示唆された。本課題では、昨年度に続き、CBX2/ M33タンパクの出生後の組織維持機能を明らかにした。CBX2/ M33KOマウス大腿骨、脛骨由来間葉系細胞を骨分化誘導培養を行うと、野生型に比べ明らかな分化能の低下が認められた。さらに細胞内での分子メカニズムを明らかにするためにクロマチンタンパクのゲノム上の局在の検討を行った。クロマチン免疫沈降法(ChIP)法によりマウス初代胎児繊維芽細胞(MEF)を用いて解析した。CBX2/ M33, BMI1(クロマチン関連因子)およびLAMINAのゲノム上の局在を検討した。ターゲット遺伝子領域は、発現抑制を受ける骨形成関連分化制御遺伝子Sox9遺伝子プロモーター領域および癌抑制遺伝子Ink4a遺伝子プロモーター領域とした。MEFではBMI1およびCBX2/ M33の集積がSox9遺伝子プロモーター領域およびInk4a遺伝子プロモーター領域に確認された。一方、当該領域に対するLAMINAの集積は認められなかった。この結果、MEFで発現抑制を受けるSox9遺伝子およびInk4a遺伝子プロモーター領域であっても、必ずしもLAMINAとの共局在は認められない可能性を示唆する。対象とする領域の拡大を検討している。

本研究課題は、核内膜構造維持に関わるラミンおよび細胞の転写状態の維持に関わるクロマチンタンパクであるポリコームに焦点をあてた解析により、核構造変換を介した新たな核構造制御の分子機構の解明を目指す。これまでCbx2/M33は、発生過程において性分化、生殖腺、副腎、脾臓形成、体軸前後のアイデンティティーの決定、血球、リンパ組織分化等重要な発生過程に不可欠な因子である事が示されて来た。本課題では、昨年度に続き、CBX2/M33タンパクの出生後の組織維持機能を明らかにした。骨粗鬆症表現型を示すCbx2/M33KOマウス大腿骨、脛骨骨髄由来の接着性細胞を用いて骨分化誘導培養を行った。野生型に比べCbx2/M33KOマウス由来細胞では統計的に有為な分化コロニー数の低下が認められた。この結果は、CBX2/M33が多分化能を持つ成体前駆細胞の分化制御に重要な役割を果たしている可能性を示唆する。自然老化マウスにおいても同様な異常が報告されていることから、加齢による骨粗鬆症との関連が示唆される。一方、細胞内での分子メカニズムを明らかにするために大腿骨脛骨由来間葉系細胞の初代培養系を用いてクロマチン免疫沈降法(ChIP)法によりCBX2/M33等クロマチン関連因子のゲノム上の局在を検討した。昨年の解析で使用した胚由来初代繊維芽細胞MEFと同じく、骨形成関連分化制御遺伝子プロモーター領域および癌抑制遺伝子Ink4a遺伝子プロモーター領域に集積を確認した。また、より均一な細胞集団として骨芽細胞と脂肪細胞に分化する能力を保持するマウス骨髄由来細胞株を導入し、分子生化学的解析に利用することが可能である事を確認した。核内構造とクロマチンの相互作用は、細胞機能,個体維持に不可欠である。本研究課題は、細胞の転写状態の維持に関わるクロマチンタンパクであるポリコームに焦点をあてた解析により、核構造変換を介した新たな核構造制御の分子機構の解明を目指す。これまでCbx2/M33は、発生過程において性分化、生殖腺、副腎、脾臓形成、体軸前後のアイデンティティーの決定、血球、リンパ組織分化等重要な発生過程に不可欠な因子である事が示されてきた。本課題では、CBX2/M33タンパクの出生後の組織維持機能を明らかにした。CBX2/M33KOマウスでは出生後、成長遅滞、皮下脂肪の菲薄化、長管骨骨密度の低下が認められた。組織化学的解析では、海綿骨領域骨髄内に骨芽細胞、骨細胞が少なく、逆に正常な老化個体で見られる肥大化した脂肪細胞が顕著に多く、破骨細胞の密度が有意に多いことは無かった。CBX2/M33KOマウス大腿骨、脛骨由来RNAを用いたRNA-seq発現解析では、骨芽細胞系列分化遺伝子Alpl, Col1a1, Bglap (ostecalcin)の発現量が低下していた。さらに、脂肪細胞分化制御遺伝子PPARgならびに脂肪細胞分化遺伝子Fabp4の発現量亢進を認めた。さらに分子制御メカニズムを明らかにするためにクロマチンタンパクのゲノム上の局在を、クロマチン免疫沈降法(ChIP)法によりマウス骨髄由来ストローマ細胞株ST2を用いて検討した。対象とする遺伝子領域は、発現抑制を受ける脂肪細胞分化制御遺伝子Pparg遺伝子および脂肪細胞分化遺伝子aP2遺伝子のプロモーター領域とした。対象領域において、CBX2/M33およびH3K27me3ヒストン修飾の集積を認めた。これらの結果から、骨髄間葉系細胞の分化制御カスケードにおいて、分化特異的に発現する遺伝子を標的にしたCbx2/M33による直接制御が強く示唆された。
大規模区画圃場における小麦・大豆の収量・品質の高位安定化を目指した作物学的研究

大規模区画圃場で実施される輪作体系において、作物の収量・品質に及ぼす要因を、大規模区画圃場の前歴・作物の前作と後作との相互関係(水稲栽培の作業体系が後作に及ぼす影響を含む)などの観点から明らかとし、輪作体系全体の生産性・安定性・持続性を確保する方策を提示することを目的としている。1.大規模区画圃場における作物の収量・品質を支配する土壌特性値の空間変動解析:小麦・大豆播種前に、15m×10mメッシュの交点上において、土壌を採取し、一般的な土壌特性値の分析を行った。セミバリオグラムによる空間依存性の評価を実施したところ、試料採取の間隔は、30m×30mメッシュでも十分であることが明らかとなり、次年度以降の調査方法の簡略化が可能であることが明らかとなった。また、大豆の個体密度は、主に粘土含量の空間分布に規定されることを明らかにした。2.ドローンを用いた作物の非破壊調査と収量・品質との関係性の解析:作物の生育中に、マルチスペクトルカメラを搭載したドローンによる植生指数の評価を実施した。出穂期以降の植生指数から小麦の収量予測が可能ではあるが、子実タンパクと植生指数との間には有意な相関関係は求められなかった。大豆は開花期の植生指数によって、個体密度の推定が可能であることを明らかにした。大豆の低収要因は主に不安定な苗立ちであったため、本技術を活用することで大豆の苗立ちが不安定になりやすい場所を特性できると期待される。3.水稲の乾田直播が小麦の収量・品質に影響する仮説モデルの構築:小麦・大豆の収量・品質に及ぼす影響を考察した仮説モデルを作成し、小麦・大豆の収量・品質に及ぼす影響は、「土壌分析値の空間依存性に起因するものなのか」もしくは「水稲栽培の作業体系に起因するものなのか」を明らかにすることを目的としているが、来年度以降のデータも踏まえ解析する予定である。作物の収量・品質の空間変動を評価するために、岐阜県海津市の大規模区画圃場における土壌調査および転作小麦・大豆の収量調査を実施し、基礎データを得ることができた。得られたデータを解析することで、小麦・大豆の収量・品質に及ぼす影響を考察した仮説モデルを作成し、小麦・大豆の収量・品質に及ぼす影響は、「土壌分析値の空間依存性に起因するものなのか」もしくは「水稲栽培の作業体系に起因するものなのか」を明らかにすることを本研究の目的としている。そこで、今後も継続して現地調査を実施しデータを蓄積する予定である。
メタボローム解析による生活習慣病予防のための客観的な食事調査方法の確立

生活習慣病を予防するために個人の食生活を振り返ることは重要であるが、従来の食事調査方法は個人の記憶や申告に依存する主観的な評価方法が多いため、正確に食習慣を把握することが難しい。本研究では、健常者を対象とし、食品摂取により生体試料中で特異的に変動する代謝物の経時的な変動を検証し、バイオマーカーとしての妥当性を評価することで、客観的な食習慣の評価方法の確立を目指す。
薬毒物スクリーニング時、同時定量法の開発

酸性から塩基性までの幅広い薬毒物を全血試料から効率よく抽出し、スクリーニング時に信頼性の高い概算濃度が得られる新しいGC-MSスクリーニング法を開発した。薬毒物の抽出には塩析ーアセトニトリル抽出法(QuEChERS法)を選択し、不純物の除去にはタンパクーリン脂質除去フィルターを用いた。確立した前処理法を多剤服用による中毒死が疑われる事例のNAGINATAスクリーニングに応用したところ、信頼性の高い相対定量値が得られることが分かった。また、尿や筋、肝、脂肪などの体組織についても分析が可能であった。さらに、LC-MS/MSスクリーニングにおいても本前処理法の有効性を確認した。1)血液試料の前処理法の検討メソッド開発に用いた比較的新しい血液では、QuEChERS法の1段階抽出(塩析アセトニトリル抽出)のみでも良好な結果が得られたが、腐敗を伴う法医学の試料では微量の薬物の検出にはさらなる精製が必要であることが判明した。そこでQuEChERS法の2段階目の分散キット(PSA, C18)に加えて、4種のC18系カラム、アルミナおよびタンパク・脂質除去フィルタ(Captiva ND Lipids)による精製についても検討した結果、低濃度域での検出率がCaptiva ND Lipidsが最も高かったことから、QuEChERS-Captiva ND Lipidsの組み合わせによる新しい前処理法を確立した。本法は薬物添加血液において、酸性・塩基性薬物のいずれにおいても、高濃度では、CVが18%以下と極めて良好な再現性を示し、回収率もISのDiazepam-d5と同レベルの60-80%のものが多くみられたことから、相対定量値も添加濃度の52.5-168%の範囲に収まった。低濃度においても相対定量値の幅が広がったものの、同様の結果が得られたことから、Focusカラムに比して、より正しい濃度推定が可能となった。2)鑑定試料での検証多剤服用による中毒死が疑われた事例の血液についてFocusカラムと確立した前処理法で薬毒物を抽出、NAGINATA薬毒物スクリーニングを行った結果、Focusカラムでは酸性薬物で定量値と大きな隔たりが認められたが、新前処理法ではいずれの薬物も定量値とほぼ同レベルとなりスクリーニング時により正しい薬物濃度が得られるようになった。3)血液以外の組織およびLC-MS/MS分析への応用確立した前処理法を尿、肝臓、筋、脂肪等の組織に応用したところ、若干の知見が得られた。また本前処理法はLC-MS/MSスクリーニングにも応用可能であった。1)法医鑑定のための最重要薬毒物100種の選定過去の中毒事例の詳細な調査により申請者らが選定した法医鑑定に必要な314種の薬毒物(Kudo et al. ForensicToxicol28 (2010) 25-32)および過去10年間の解剖事例を参考に法医学鑑定のための最重要薬毒物111種類を選定した。選定された薬物の内訳は乱用薬物16、精神神経用剤23、催眠鎮静剤およびその代謝物35、その他の医薬品27、農薬6、天然毒3である。2)前処理法の検討上記111種類の薬物の中からGC/MSで分析が可能な85種を研究対象化合物とし、酸性から塩基性までの幅広い薬毒物を一度に高回収率で抽出可能な前処理法の検討を行った。抽出法は臼井らのQuEChERS法(Legal Med 14: 286-296, 2012)を基本に、除タンパクおよび抽出の手順と分散キット(PSA、C18およびその両方)の組み合わせについて検討した。抽出液は溶媒を留去後、アセチル化を行いGC/MSに導入した。得られた結果はNAGINATAソフトウェア上で解析し、回収率と相対定量値について比較検討した。全血を水で希釈後、アセトニトリルで除タンパク、その後抽出キットを加えて攪拌・遠心分離することで、回収率の向上が認められた。再現性向上と操作の迅速化を目的に分散キットは用いないこととした。本抽出法を用いると酸性薬物の回収率が飛躍的に向上し、内部標準物質のDiazepam-d5とほぼ同レベルとなったことから、回収率の補正を行わなくても信頼性の高い相対定量値が得られるようになった。薬毒物の検出については一部の領域で脂質等の妨害成分によりNAGINATAの自動検出が困難なものも認められたため、今後さらなる改良が必要と思われるが、薬毒物スクリーニングのための簡易な前処理法として有用であると考えられる。1)定量分析のための最重要薬毒物100種類の選定については、当初の目的を達成することができた。法医鑑定における最重要薬毒物に絞り込むことで、より実用性の高い研究成果が得られると考えている。

2)4種の抽出法による抽出効率の比較:当初は法医鑑定で用いられている4種の代表的固相抽出法(多機能型ポリマーFocus,逆相充填剤Oasis HLB,逆相ー陽イオン交換ミックスモード固相Oasis MCX,液ー液抽出カラムExtrelut)を用いて上記100種の薬毒物を添加した血液を分析、直接スタンダードを導入した場合と比較して抽出効率を算出し、得られたデータを元にADMEWORKSというソフトウェアを用いて抽出効率を算出、定量値を補正することを考えたが、すべての薬物が同じように高回収率で抽出できる方法を検討した方がより効果的と考え、本ステップをスキップして次の検討を行った。3)抽出効率が限りなく100%に近い方法の探索:酸性・塩基性に関わらず、すべての薬毒物が100%近い高回収率で抽出可能な方法としてキャッチャーズ法(アセトニトリル除タンパク→脱脂)の改良を検討した。その結果、血液については多くの薬物で、高回収率となり、スクリーニング時に得られる相対定量値も信頼性の高いものとなった。血液以外の試料については今後の検討課題であるが、得られた結果を元に改良を加えれば実用可能となる段階までたどり着くことができると思われる。1)前処理法の開発については、血液についてはおおむね良好となったため、血液以外の体組織、すなわち尿、肝臓、腎臓等の固体組織へも応用可能な方法の検討を行う。2)簡易な前処理のため妨害成分が検出される場合はNAGINATAのソフトウエアの改良で薬物の確認と信頼性の高い、相対定量値が得られる方法を検討する。3)実際の法医学試料に応用して問題点を把握、改良を加えて、スクリーニング時、同時定量法の開発を行う。おもに、前処理に用いる試薬、およびGC/MS分析のためのカラムに用いる予定である。国内学会への参加と発表のための旅費として使用する予定である。
院内感染の接触伝播に関する調査および感染管理のためのシミュレーションによる研究

MRSAが病院内でどのように感染伝播するのかを明らかにするために、環境表面調査と慢性疾患患者の保菌状況を調べた。病院の環境調査からも慢性疾患患者の鼻腔からもMRSAは検出されなかった。目的:MRSAは院内で接触感染を起こす院内感染の主要菌として、有名である。以前は手から手へ伝播していくと考えられていたが、最近になって、高頻度手指接触面(ドアノブやいす)の汚染が感染源になっていることも明らかにされた。今回、病棟内の高頻度手指接触面のうち、具体的にどこにMRSAが潜んでいるのかを明らかにするために調査を行った。調査対象:中規模病院1施設、1病棟とした。調査方法:ふきふきチェックII(栄研)を用い、高頻度手指接触面と考えられるドアノブ、カルテ、点滴スタンド、ナースコールなど計32項目につき、それぞれ2箇所、合計62表面において一般生菌とMRSAについて調査を行った。また、調査結果が一過性のものであるか判断するために、同じ調査を2度行った。病室内の環境表面であるベッド柵などについては、MRSA患者の病室と、一般患者の病室を対象にした。拭き取りの面積については、調査対象項目のサイズ、形が様々であるため今回統一していない。結果:一般生菌について、4表面すべてから20万個以上の菌が検出されたのは、ドアノブ(廊下側)のみであった。3表面より20万個以上の菌が検出されたのはオーバーテーブルの側面のみであった。1表面のみより20万個以上の菌が検出されたのは、カルテ、配薬カート、電話、ナースコールの受話器、ドアノブ(病室側)、床頭台、点滴スタンドなどほとんどの場所であった。MRSAについては、いずれの場所からも検出されなかった。研究目的:黄色ブドウ球菌は人間の1040%の鼻腔などに定着している常在菌である。現在、院内感染の主要菌であるMRSAもまた黄色ブドウ球菌の一種である。しかし、最近では市中でもMRSAが見つかっており、単独の病院内の接触感染予防だけでは拡大防止が難しい。耐性菌対策は複数の病院や施設、入院患者だけでなく外来患者も含め、地域で抗生剤のマネジメントなどを行う必要がある。以上のことから、本研究では外来患者に焦点をあて、「慢性疾患をもつ外来患者はMRSAの保菌率が高い」という仮説を立て、検証した。方法:MRSA保菌状況について、滅菌綿棒を滅菌生理食塩水で湿らせ、両鼻腔前庭の鼻翼側を5往復させ検体を採取した。採取した検体は株式会社SRLに依頼し、クロモアガーMRSAスクリーニング培地(関東化学)にて36.0°Cで48時間培養したのち、MRSAのコロニー数をカウントした。また、どのような患者が保菌しているのかを調べるため、聞き取りによるアンケート調査を行い、既往歴、通院歴について本人の了承を得てカルテより情報収集をした。結果:検体採取およびアンケート調査に協力が得られたのは75名であった。このうち検体からMRSAが検出されたのは0名であった。対象がもつ現在治療中の疾患は糖尿病49名(65.3%)、高血圧症48名(64.0%)、脂質異常症40名(53.3%)であった。また、全体の90.6%に入院歴があった。24年度が最終年度であるため、記入しない。
抗菌光線力学療法を応用した新たな象牙質消毒法の開発

これまで、インドシアニングリーン封入ナノ粒子(ICG-nano/c)を作製し、半導体レーザー(600nm)による光照射で抗菌光線力学療法(aPDT)を行うことによって、浮遊状態にあるEnterococcus faecalisに対する殺菌効果を調べ、レーザーの照射条件を検討してきた。非常に良好な結果が認められたが、実際の感染根管内では細菌はバイオフィルムを形成しているため、2018年度は、E. faecalisのバイオフィルムに対する殺菌効果を調べ、臨床応用を検討した。初めに、E. faecalisを象牙質片の入った培地で3週間(2日間に1度培地交換)培養し、象牙質片上にバイオフィルムを作製した。固定後、走査型電子顕微鏡(SEM)でバイオフィルムの確認を行った。その後、バイオフィルムに対し、浮遊細菌に行った条件でaPDTを行い、SEMで組織学的観察を行ったところ、明らかな相違は認められなかった。また、GFPラベルを行ったE. faecalisを用いて、カバーグラス上にバイオフィルムを作製し、共焦点レーザーでバイオフィルムを確認後、同様にaPDTを行い、共焦点レーザー顕微鏡下で組織学的観察を行ったが、明らかな相違は認められなかった。さらに、ブタおよびヒトの抜去歯を用いて、感染根管モデルを作製し、根管壁にバイオフィルムを作製し、aPDT後、釣菌をして、殺菌効果を調べた。その結果、浮遊状態に対してほどではないものの、有意な殺菌効果が認められた。以上の結果から、ICG-nano/cと半導体レーザーによるaPDTは、E. faecalisバイオフィルムに対して、形状に影響を及ぼすことはほぼないものの、有意な殺菌効果を認め、感染根管への臨床応用が期待できると思われた。本年度は、色素を含むナノ粒子を作製し、その殺菌性を確認した。1.ナノ粒子の作製ナノ粒子の作製には、色素としてオフサグリーン(インドシアニングリーン)、基剤として生体内分解性・生体適合性高分子であるポリ乳酸グリコール酸共重合体を用い、油中エマルジョン溶媒拡散法により調整した。具体的には、界面活性剤のSpn80、アセトン、エタノールからなる添加用の溶液を作製し、トリエスターとヘキサンの溶液を撹拌(600rpm)しながら、添加用溶液をペリスタポンプにて滴下した。減圧下、35°Cで3時間以上撹拌(400rpm)した。さらにヘキサンを添加し、遠心処理(20000rpm、4°C、10分間)を行った。上清を除去し、ヘキサンにより洗浄し、乾燥させた後に、ナノ粒子表面をカオチン性ポリマーであるキトサンで表面を修飾するために、PVAとキトサンを添加し、再懸濁後、遠心処理を行った。さらに、凝集防止剤としてマンニトールを添加してナノ粒子を作製した。ナノ粒子が完成した後、走査型電子顕微鏡で性状を確認した。2.レーザー照射条件の検討細菌には、Enterococcus feacalisを用い、吸光度計(600nm)により計測した濁度と生菌数の関係を確認するために、細菌数をカウントした。計算上、1x10の8乗/mlとなるように、OD値を合わせ準備した。菌液にナノ粒子の溶液を添加した後、半導体レーザー(波長810nm)を用い、0.7W、50%duty cycle、100msのパルス幅の条件下で、60秒間、繰り返し照射を行った。コントロール群と比較し、その殺菌性を確認した。予想以上の医局員の退職により、研究時間がなかなか確保できず、研究開始時期がやや遅れたが、その後の研究が今のところ、トラブルなく、順調に進展しているため、ほぼ当初の予定どおりに遂行できており、特に問題はないと思われる。根管内を消毒するために現在使用されている次亜塩素酸ナトリウムには非常に強い殺菌力が認められ、有効な薬剤ではあるが、一方で、人体に使用する際には十分な注意を払う必要があるほど危険な薬剤でもある。近年、光感受性物質と光照射により、標的となる病原因子を死滅させる光線力学療法が注目されており、細菌を標的にした抗菌光線力学療法(aPDT)を歯内治療領域に応用し、次亜塩素酸ナトリウムに代わる新たな消毒方法を検討している。これまでaPDTとしては新規性の高い色素であるインドシアニングリーン(ICG)を用い、キトサン処理を行ったICG封入ナノ粒子を作製した。半導体レーザー(810nm)を用い、難治性根尖性歯周炎から高率に検出されるEnterococcus faecalis(E.f)に対するaPDTの殺菌効果の有無を調べ、有意な殺菌性を確認した。そこで、平成29年度は、レーザーの至適照射条件の検討を行った。細菌数の条件を一定にするために、まずE.fの増殖曲線を調べた。吸光度計で濁度(600nm)0.1で、細菌数が1.0x10の8乗CFU/mlとなることを確認した。次に、連携研究者らの照射条件を参考にし、照射時間別、出力別に調べた。照射時間別では、レーザー出力を0.7W/cm2、100ms、50%duty cycleのパルス照射に固定し、照射時間を1、3、5分間とした。その結果、1分間でも有意な殺菌効果を示したが、照射時間が長いほど強い殺菌性を示した。また、出力別では、100ms、50%duty cycleのパルス照射で1分間に固定し、出力を0.7、1.4、2.1W/cm2とした。その結果、出力が大きいほど強い殺菌効果が認められた。

しかし、出力が大きいほど、溶液の温度上昇を実感したため、温度変化を含む生体への安全性試験が必要であると思われた。予想された範囲内の結果であり、研究に関連する大きなトラブルがなかったため、概ね順調に進んでいると思われる。これまで、インドシアニングリーン封入ナノ粒子(ICG-nano/c)を作製し、半導体レーザー(600nm)による光照射で抗菌光線力学療法(aPDT)を行うことによって、浮遊状態にあるEnterococcus faecalisに対する殺菌効果を調べ、レーザーの照射条件を検討してきた。非常に良好な結果が認められたが、実際の感染根管内では細菌はバイオフィルムを形成しているため、2018年度は、E. faecalisのバイオフィルムに対する殺菌効果を調べ、臨床応用を検討した。初めに、E. faecalisを象牙質片の入った培地で3週間(2日間に1度培地交換)培養し、象牙質片上にバイオフィルムを作製した。固定後、走査型電子顕微鏡(SEM)でバイオフィルムの確認を行った。その後、バイオフィルムに対し、浮遊細菌に行った条件でaPDTを行い、SEMで組織学的観察を行ったところ、明らかな相違は認められなかった。また、GFPラベルを行ったE. faecalisを用いて、カバーグラス上にバイオフィルムを作製し、共焦点レーザーでバイオフィルムを確認後、同様にaPDTを行い、共焦点レーザー顕微鏡下で組織学的観察を行ったが、明らかな相違は認められなかった。さらに、ブタおよびヒトの抜去歯を用いて、感染根管モデルを作製し、根管壁にバイオフィルムを作製し、aPDT後、釣菌をして、殺菌効果を調べた。その結果、浮遊状態に対してほどではないものの、有意な殺菌効果が認められた。以上の結果から、ICG-nano/cと半導体レーザーによるaPDTは、E. faecalisバイオフィルムに対して、形状に影響を及ぼすことはほぼないものの、有意な殺菌効果を認め、感染根管への臨床応用が期待できると思われた。今後は、まず、レーザー照射のみの場合とナノ粒子のみの場合との殺菌性の比較を行い、殺菌性が抗菌光線力学療法による結果であることを確認し、さらにレーザーの至適照射条件を検討する。同時に、歯根膜細胞を用い、人体への悪影響がないことを確認する。その後、抜去されたヒト天然歯を用い、根管内における殺菌率や、殺菌効果の浸透度を調べる。さらに、歯根表面温度を計測し、安全性に問題がないことを確認し、根管表面性状を調べ、臨床応用の検討を行っていく予定である。今年度は最終年度であり、当初計画していたすべての内容を行う予定である。殺菌効果において有効なレーザー出力条件が決まってきたため、その条件下で生体細胞への影響を調べ、さらにヒトの抜去歯を用いて、実際の根管内における殺菌効果の確認と、進入進度の観察を行う予定である。しかし、計画時の想定は浮遊細菌についての研究であり、実際の根管内の状況を考慮すると、バイオフィルムへの殺菌効果の検討が必要であると考えており、現在検討中である。次年度使用額が一見多いように認められるが、3月末に国際学会に参加し、精算が4月になるためであり、実際には、かなり少ない額になっている。ただし、少ないながらも次年度使用額が生じたことについては、研究開始時期が当初の予定よりもやや遅れたことと、その後の研究が今のところ順調に経過していることが理由として挙げられる。
土木建築構造物の施工・維持管理に向けたアクセシブルレーダ技術の先駆的開発

インフラ設備の施工維持管理では、鉄筋探査や地中レーダ等レーダの近くを詳細に探査する技術が求められてきている。そこで、本研究ではパワーショベルのバケットやコンクリート用ドリルと一体化したアンテナを開発し、実験的に本手法によりアンテナ近傍の反射体の検出が可能であり、地中内において前方探査用自動車レーダと同様なシステムの有効性を示した。また、コンクリート内の鉄筋を励磁コイルにより振動させその振動変位をレーダで計測する加振レーダ法を提案し、腐食した鉄筋の振動変位が健全鉄筋の5倍程度増加することが確認でき、本手法の有効性も示した。本研究は、レーダから離れた場所の非破壊検査技術の一つとして知られているレーダ技術において、計測対象の近傍を詳細に計測したり、計測対象に近づきながら計測を行うといったMeasurement While Excavatingレーダ技術の高度化を目指した研究である。本年度は三つの要素技術について基礎検討を行った。A.『掘削バケット一体型アンテナによるバケット前方探査レーダの開発』においては、平面状で広帯域なスロットアンテナに指向性を持たせた八木宇田スロットアンテナに着目し、FDTD法による数値電磁界解析によりアンテナ設計、試作を行った。試作したアンテナはバケット地板面と垂直な方向からバケット前方に30°傾いたビームを有し、前後比15dBであった。また、地中内での実験によりシミュレーションと同様の結果が得られた。さらに、実機用のバケットを加工し本アンテナを取り付け地中に埋設し、アンテナ特性を計測した結果、地中内で50cm程度の距離の金属パイプからの反射波を計測できた。B.『RC構造物穿孔用コアドリル前方探査用アクセシブルレーダの開発』においては、同軸上に2重円筒コアドリルを配したアンテナの内円筒先端に周方向にスロットを4点設け、対向する位置のスロットどうしで、逆相2点給電により送信し、その組に直交する方向のスロットの組で逆相で受信する、円筒状のRCレーダ用アンテナを開発し、空中において反射波が計測できることを確認した。C.『アクセシブルレーダ技術によるRC構造物中の鉄筋腐食評価法の開発』においては、10GHz帯のレーダにより、鉄筋の節の周期性をイメージングした。電食実験により、鉄筋を腐食させることによりその周期的なイメージが失われることがわかり、鉄筋腐食の評価の可能性を示唆した本研究は、遠隔的な非破壊検査技術の一つとして知られているレーダ技術において、計測対象の近傍を詳細に計測したり、計測対象に近づきながら計測を行うといったMeasurement While Excavatingレーダ技術の高度化を目指した研究であり、以下の3点の技術に着目した技術開発を行う。A.『パワーショベル等の掘削バケット前方探査用レーダの開発』では初年度において開発したバケット一体型アンテナである八木宇田スロットアンテナの偏距給電を行い、指向性の最適化を図った。その結果、よりバケット前方に指向性が向けられることがわかった。そのアンテナを実機のバケットに設置し、新たに開発した500MHz帯のFMCWレーダシステムにより、バケットを動作させながら前方の反射体のリアルタイム計測実験を行い、埋設パイプからの反射波が計測できることを明らかにした。B.『RC構造物掘削用コアドリル前方探査用レーダの開発』では昨年度2重円筒タイプのコアドリルを提案し、アンテナ計上の最適化を行った。今年度は、コンクリート内において本アンテナにより鉄筋の反射波を計測するための実験を行ったが、アンテナ加工精度の問題で円筒内部からの反射波が大きく、コンクリート内の鉄筋の反射波の計測が困難であることがわかった。このため、数値シミュレーションを用いて、アンテナ効率の向上、円筒内部反射の少ない形状のアンテナへの最適化を行った。C.『レーダ技術によるRC構造物中の鉄筋腐食評価法の開発』では、昨年度まで、10GHz帯の狭帯域なシステムを開発したが、今年度は、スパイラルアンテナを用い413GHzの超広帯域UWBレーダシステムを開発し、鉄筋表面の凹凸のレーダイメージングを行った。鉄筋の腐食によりそのイメージが変化し、腐食の評価が可能であること、また、異なる鉄筋径においても本手法が適用できること等を明らかにした。研究Aに関しては、最終年度の目標である『アンテナ一体型バケットを実機に装着し、掘削しながらリアルタイムで前方監視を行うシステムを開発し、金属、非金属の埋設管を模擬的に埋設した実験フィールドにおいて実験を実施する』ところまでは既に終了しており、本年度様々なフィールドでの実証実験、また、アンテナの最適化、イメージング法の検討を残すのみとなっており、当初の計画以上に進展しているといえる。研究Bに関しては、2重円筒構造のアンテナにより、空中実験では反射波を捉えられたものの、コンクリート内では、埋設した鉄筋の反射波の計測が困難であり、より精度の高いアンテナの開発が問題となっている。また、前方へのアンテナ効率を向上させ不要反射波を除去する手法が求められており、今年度の予定であった、小型レーダシステムの開発までは達成できなかった。このテーマでは反射波の検出にはレーダ信号処理よりもアンテナの高度化が重要であると考えており、進歩状況はやや遅れているといえる。研究Cに関しては、新たに開発したスパイラルアンテナにより最終年度に実施予定であった超広帯域レーダシステムの開発を前倒しで行い、システムの構築が行えた。また、昨年度の問題となった再現性の確認においては、鉄筋径の異なる3種類の鉄筋が埋設された、それぞれ二つずつの供試体に対して、本システムを用いた評価法により鉄筋腐食の評価を行える可能性が示唆できた。

このため、本研究に関しては当初計画以上に進展しているといえる。したがって、総合的には、当初の計画以上に進展していると考えらている。本研究は,レーダ技術において,対象に近づきながら対象を詳細に計測する技術であるアクセシブルレーダ技術に焦点を当て,以下の3点の技術に着目した技術開発を行った.A.『パワーショベル等の掘削バケット前方探査用レーダの開発』では,製作したアンテナ一体型バケットを実機に装着し、実験フィールドにおいて掘削しながら50 cm前方からの反射体の反射波を確認できた.しかし,リアルタイムでの反射体の特定は困難であったため,イメージングベースの探査法を検討した.バケット周囲に超音波トランスデューサアレイを配置し,GPSに基づくバケットの3次元位置,姿勢の6自由度推定システムを開発し,1cm以下のリアルタイム位置推定精度を達成した.これにより,バケット一体アンテナによるレーダイメージングを可能とする.B.『RC構造物掘削用コアドリル前方探査用レーダの開発』では、開発した二重同軸円筒上の2点逆相給電スロットアンテナのアンテナ工作精度の問題により,コンクリート内の鉄筋の反射が計測できなかったため,アンテナ形状を製作しやすく,ドリル形状に合う単円筒タイプとし,円筒ステンレスパイプを加工したアンテナを製作した.実験により,コンクリート内で6cm前方からの鉄筋の反射波が取得できることを明らかにした.C.『レーダ技術によるRC構造物中の鉄筋腐食評価法の開発』では,鉄筋を励磁コイルにより加振し,その鉄筋振動をレーダ変位計により非破壊計測する加振レーダ法を開発し,供試体実験を通じてかぶり4cmの鉄筋の振動変位が鉄筋腐食により増加することを確認した.また,塩害を受けたRC部材について,かぶりが2670 mmの鉄筋の振動変位の計測を行った.その結果,主筋となるD22鉄筋において取り出した鉄筋の腐食減量と振動変位に正の相関が見られた.また,コンクリートの浮きの影響により,振動変位が大きくなることも確認できた.インフラ設備の施工維持管理では、鉄筋探査や地中レーダ等レーダの近くを詳細に探査する技術が求められてきている。そこで、本研究ではパワーショベルのバケットやコンクリート用ドリルと一体化したアンテナを開発し、実験的に本手法によりアンテナ近傍の反射体の検出が可能であり、地中内において前方探査用自動車レーダと同様なシステムの有効性を示した。また、コンクリート内の鉄筋を励磁コイルにより振動させその振動変位をレーダで計測する加振レーダ法を提案し、腐食した鉄筋の振動変位が健全鉄筋の5倍程度増加することが確認でき、本手法の有効性も示した。研究Aに関しては、27年度に実機のバケットを使って実験を行う予定であったが、アンテナの設計が順調に進んだため、26年度に前倒して実験を開始した。この点では十分な達成度が得られた。一方、アンテナのアレイ化に関しては、アンテナが大きくなったしまったため、複数のアンテナをバケット上に配するのは困難であり、アンテナ1対での問題点の検討などの基礎的な実験を引き続き行うこととしている。
時間拡張原子シミュレーションに基づく金属材料の結晶化プロセス支配因子の解明

平成30年度は、前年度に引き続き金属材料が液体状態から結晶化する過程を対象とした時間拡張原子シミュレーションの基盤構築を行い、特にアモルファス金属となる一般的な2元系合金を対象に液体合金中の結晶核サンプリングを行った。また結晶化プロセスの理解には結晶核形成プロセスと同時に結晶成長プロセスの評価も重要であることから、2元系合金を対象とし結晶成長を扱う分子動力学シミュレーションのモデリングについても検討を行った。具体的には特定の結晶面で液体と接する結晶ー液体2相モデルを用いて、様々な温度で結晶成長速度の評価を行う分子動力学モデリングを検討した。これらの研究実施により得られた成果は国際学会等で発表した。さらに液体から結晶化するプロセスの理解には液体合金の特性評価も重要であることから、過冷却液体状態の諸特性を獲得するための原子論解析を実施した。具体的には複数の異なる合金の2元系組成を対象に広範な温度での液体状態の長時間緩和特性を原子ダイナミクスに基づき評価するとともに、外部変位に対する応答特性も求めた。また高温液体や過冷却液体の原子スケール構造の特徴についてもこれを評価する原子論解析を実施した。これら液体合金の特性に関する知見は、液体合金中の結晶核形成や結晶成長の原子論的背景を議論するうえで有益な知見となる。液体合金からの結晶化プロセスを対象とする原子論的な解析手法について枠組みはおおよそ構築出来たが、解析の一部で長時間計算が必要となっているため、この部分で予定よりも時間を要している。効率的な研究推進を目指し、結晶成長プロセス解析の原子シミュレーション、および液体合金の特性理解を目的とした解析を並行して実施している。今後は液体合金中の結晶核形成プロセスおよび結晶成長プロセスを扱う原子シミュレーションの基盤整備を進めるとともに、アモルファス金属となる合金組成を対象として結晶核形成および結晶成長に関する原子論的知見の獲得を目指す。さらに結晶核形成、結晶成長の物理的背景を理解、説明するための有益な情報となる液体合金の特性情報、特に緩和特性や幾何学構造の知見獲得に資する解析も進める。平成29年度は,金属材料を対象とした過冷却液体からの結晶化を扱うための時間拡張原子モデリングの基盤,および核形成過程に着目した結晶化プロセスの支配因子の検討を行った.対象としたのは2元系合金である.経験的原子間相互作用ポテンシャルに基づく分子動力学シミュレーションを用いて,2元系合金の高温過冷却液体中での結晶化プロセスを調べた.過冷却液体中に存在する結晶核サイズによって成長や消滅などの挙動は異なる.複数種の2元系合金の結晶核について,幾何学形状,および液体ー固体界面に関する原子論的知見を獲得した.対象とした合金は液体から急冷することでアモルファス固体として得られることが知られている.アモルファス合金では過冷却液体合金中で結晶化が起こりにくいことから非晶質固体として得ることができるが,原子スケールでの振る舞いを支配する因子については議論が続いている.過冷却液体合金中の結晶核の解析から得られた原子論的知見は,アモルファス合金が結晶化しにくい要因,すなわち金属の結晶化を支配する因子を理解するうえで有用な情報となる.また分子動力学法から得られる過冷却液体合金中の結晶核に関する知見は,結晶化の初期段階のエネルギー論的な情報をもつ.このため分子動力学解析から得られた原子論的,エネルギー的知見は,金属材料の結晶化プロセスを対象としたエネルギー論に基づく時間拡張原子モデリングを行う際に活用することが可能である.本課題で対象とする時間拡張モデリング手法について,理論および手法の基礎的検討を行うことができた.また2元系合金の過冷却液体状態について,結晶化の初期プロセスに関する原子論的知見を獲得することができた.このことからおおむね順調に進展していると考える.平成30年度は、前年度に引き続き金属材料が液体状態から結晶化する過程を対象とした時間拡張原子シミュレーションの基盤構築を行い、特にアモルファス金属となる一般的な2元系合金を対象に液体合金中の結晶核サンプリングを行った。今年度は液体合金の結晶化を対象とした時間拡張原子モデリングの基礎的枠組みについて検討を実施した.

今後は過冷却液体合金中の結晶核に関する統計的解析を実施することで,結晶化の初期段階をエネルギー論に基づき評価する枠組みを構築する.また対象とする合金を増やし,金属材料の結晶化プロセスの支配因子についても原子論に基づく検討を進める.今後は液体合金中の結晶核形成プロセスおよび結晶成長プロセスを扱う原子シミュレーションの基盤整備を進めるとともに、アモルファス金属となる合金組成を対象として結晶核形成および結晶成長に関する原子論的知見の獲得を目指す。さらに結晶核形成、結晶成長の物理的背景を理解、説明するための有益な情報となる液体合金の特性情報、特に緩和特性や幾何学構造の知見獲得に資する解析も進める。