hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌幹細胞理論にもとづく上咽頭癌発癌機構の解明

上咽頭上皮細胞において、Epstein-Barrウイルスの癌蛋白であるLatent membrane protein 1(LMP1)の形質導入により、以下のことが判明した。1)細胞形態および細胞に発現する蛋白のパターンから、転写因子であるTwistおよびsnailを介して上皮間葉移行が誘導されている。2)LMP1発現細胞はCD44高発現、CD24低発現であり、癌幹細胞様表現形式である。したがって、LMP1により癌幹細様形質が獲得されることが示唆された。前年度に続き、レトロウイルスによるLMP1発現ベクターおよびコントロールベクターを用いた。上咽頭細胞であるAd-AHにLMP1発現ベクターを導入することにより、LMP1がEMT(上皮間葉移行)を誘導した。LMP1発現細胞では転写因子Twistおよびsnailの発現が見られ、EMTにはこれらが関与していることがうかがわれた。サイトケラチンは上皮細胞の分化度のマーカーとなりうるため、LMP1発現の有無によるサイトケラチンの発現を比較した。コントロールではCK14陰性、CK18陽性、CK19陰性であったが、LMP1形質導入ではCK14陽性、CK18ほぼ陰性、CK19陽性の結果であり、LMP1により上皮細胞が未分化状態へシフトしていることが示唆された。これはLMP1によりEMTが誘導されることを裏付けるものである。また、上咽頭癌の組織像において未分化癌が大半であることにも合致すると思われる。Activation-induced cytidine deaminase (AID)に関する研究を施行した。AIDは免疫グロブリンの遺伝子変異やクラススイッチによる多様化に必須の酵素であるが、免疫グロブリン以外の遺伝子にも変異をきたし得る。近年ではDNAに遺伝子変異を生じ発癌性に関与することが報告されてきた。口腔癌27例においてAIDに対する免疫染色を施行した。正常舌粘膜に染色は見られなかったが、癌では10例(37%)においてAIDの発現を認めた。腫瘍をT1+T2およびT3+T4の2群にわけて発現を検討すると、前者の方が有意に高率に発現していた(p<0.05)。また、N0とN2+N3の2群にわけた検討では、有意ではないが前者の方が高率に発現していた(p=0.08)。蛍光染色により、サイトケラチンの発現とAIDの発現の局在を比較すると、AIDはサイトケラチン発現細胞に一致して発現していた。HSC-2細胞は非転移性、HSC-3細胞は転移性のモデルとして用いられる培養細胞であるが、AIDの発現はRT-PCRにより前者において検出され、後者においては検出されなかった。炎症性サイトカインであるTNF-αでそれぞれの細胞を処理すると、AIDの発現は前者では著明に誘導されるが、後者では誘導が見られなかった。これらの結果から、口腔粘膜上皮においてAIDは癌のイニシエーションに関与していることがうかがわれた。まずレトロウイルスによるLMP1発現ベクターおよびコントロールベクターを作製した.これらを用いて上咽頭細胞であるAd-AHに形質導入し,LMP1発現Ad-AH細胞(Ad-AH-LMP1)ならびにコントロール細胞(Ad-AH-neo)を樹立した.培養細胞において,Ad-AH-neoは親細胞であるAd-AHと同様の形態を示し,塊状の増殖を示したが,Ad-AH-LMP1はAd-AHとは異なる紡錘形を示し,バラバラになって増殖する傾向が見られた.形態学的に,LMP1によりEMT(上皮間葉移行)が誘導されていると推測された.ウェスタンブロットにより上皮系のマーカーであるE-カドヘリンはAd-AH-neoで検出されたが,Ad-AH-LMP1では発現が著明に現弱した.一方,間葉系のマーカーであるN-カドヘリン,フィブロネクチン,ビメンチンはAd-AH-neoでは検出されないもしくはきわめて弱い発現であったが,Ad-AH-LMP1では発現が著明に亢進した.これらの結果から,Ad-AHにおいてLMP1によりEMTが誘導されていることが示唆された.さらに,EMTへの関与が示唆されている転写因子のTwistおよびsnailの発現はともに,Ad-AH-neoでは検出されなかったがAd-AH-LMP1では亢進を認めた.これらの結果から,Ad-AHにおけるLMP1によるEMTには転写因子Twistおよびsnailが関与していることが示唆された.ウェスタン

ブロットおよびフローサイトメトリーでは,Ad-AH-neoではCD44低発現CD24高発現である一方,Ad-AH-LMP1ではCD44高発現CD24低発現であった.癌幹細胞様形質の指標としてCD44高発現かつCD24低発現を用いると,LMP1により癌幹細胞様形質が獲得されると推測された.前年度におおむね達成した、1EBV感染は上咽頭癌に特徴的な臨床的組織学的性質へ寄与する、2この現象はLMP1遺伝子により誘導されるEMTである、3LMP1は転写因子snail、Twistを活性化してEMTを誘導する、4その結果文化から脱分化へのshuttlingがおこりこの時系列をさかのぼった細胞が上咽頭癌幹細胞候補となる、について不足していた検証の追加を行った。しかし、5運動能亢進の評価、6Twistおよびsnailに対するsiRNAによる可逆性の評価、については未確認である。また、7Ad-AH細胞をSPとNSPにわけsphere形成および細胞増殖の観察、さらに8ヌードマウスへの皮下移植による造腫瘍能について未確認である。仮説に従い,(1)EBV感染は上咽頭癌に特徴的な臨床的組織学的性質へ寄与する,(2)の現象はLMP1遺伝子発現により誘導されるEMTである,(3)LMP1は転写因子Snail,Twistを活性化してEMTを誘導する,(4)その結果分化から脱分化へのshuttlingがおこりこの時系列をさかのぼった細胞が上咽頭癌幹細胞候補となる,のステップを設定した.これらの4つのステップについてはおおむね達成できているが,研究計画で予定した,(1)運動能亢進の評価,および(2)Twistおよびsnailに対するsiRNAによる可逆性の評価,については未確認である.また,研究計画で予定した,(3)セルソーターを用いてAd-AH細胞をSPとNSPにわけ,それぞれのsphere形成および細胞増殖の観察,さらに(4)それらのヌードマウスへの皮下移植による造腫瘍能,についても未確認である.本研究の第一のテーマであるLMP1による癌幹細胞形質の獲得の検証について、今年度までに達成できなかった課題について継続して研究を進める。LMP1発現細胞の運動能の亢進、Twistおよびsnailに対するsiRNAによる可逆性の評価、SPとNSP細胞の細胞増殖おとびヌードマウスへの造腫瘍能の評価がこれにあたる。まず本研究の第一のテーマであるLMP1による癌幹細胞形質の獲得の検証について,今年度に達成できなかった課題につき継続して研究を進める.LMP1発現細胞の,運動能亢進の評価,Twistおよびsnailに対するsiRNAによる可逆性の評価,SPとNSP細胞の細胞増殖およびヌードマウスへの造腫瘍能の評価がこれにあたる.さらに,本研究の第二のテーマである「LMP1によるActiovation-induced cytidine deanimase (AID)活性化,EBNA1によるRecombination activation gear (RAG)活性化は,脱分化した上皮幹細胞もしくは前駆細胞の遺伝子変異を促進し,癌幹細胞生成促進的に働く」の検証に着手する.siRNAによる実験のためのsiRNA作成費用を算定する。Ad-AH細胞のSPおよびNSPを分別するためのフローサイトメトリーの試薬購入の予算を算定する。ヌードマ数の購入・飼育にも予算を算定する。LMP1によるAID活性化の検証はウェスタンブロットを中心に行うが、上咽頭癌組織におけるAIDの発現を免疫組織によっても検証する。EBNA1によるRAG1活性化の検証には、EBNA1発現ベクターの作成が必要である。フローサイトメトリーを含めた試薬購入のための予算を算定する。癌幹細胞に関する研究は注目されてる領域であり、情報収集のための旅費等も算定する。
わが国西南暖地における食用カンナのバイオマス・デンプン生産性の解明と利用開発

我が国西南暖地の沿岸平坦地(標高:約8.5m)と中山間地(同約520m)において、食用カンナ4系統のバイオマスとデンプン収量および作期(植付け時期)によるこれらの形質への影響について検討した.バイオマス量(地上部+根茎)は、生重で100185t/ha,乾物重で1226t/ha,デンプン収量は24t/haを示した.早植によりバイオマス、デンプン生産性の向上がみられ、中山間地では地上部に対する根茎のバイオマス生産が促進された.系統間差異は、根茎のバイオマス生産やデンプン収量に認められた.食用カンナの利用面では、地上部のサイレージ化およびデンプンのパスタ麺への利用の可能性が示された.我が国西南暖地への食用カンナ導入に当たり,現在保有している系統[台湾産赤系統(2倍体)(以下,台湾赤),台湾産緑系統(3倍体)(同,台湾緑),ベトナム産赤系統(3倍体)(同,ベトナム赤)およびパプアニューギニア産系統(2倍体)(同,パプア)]のバイオマス,デンプン生産性の比較を,高知県沿岸平坦部(南国市篠原地区:標高8.5m,以下南国と表記)と中山間地(長岡郡大豊町怒田地区:標高520m,以下大豊と表記)で行った.前年度の試験結果を参考に,植え付け時期は5月中旬(南国),下旬(大豊)とし,前年度と同様の栽培管理下で生育させ,それぞれ11月下旬と中旬に収穫した.生育期間(511月)の平均気は,大豊で南国より約4.8°C低かった.収穫期におけるha当たりの地上部と根茎の生重は,南国と大豊でそれぞれ87115t,4280tと7176t,3065tで,両圃場で台湾赤が他の3系統よりも根茎生重が有意に高かったが,地上部生重には系統間に有意差はなかった.また,圃場間では地上部生重は大豊に比べて南国で有意に高かったが,根茎生重には有意差は認められなかった.根茎のデンプン収量は,南国では2.5t/ha前後で系統間差異はなく,台湾赤を除き大豊に比べて高かった.サイレージ化食用カンナを高知系褐毛和種に給餌したところ,飼養期間中の増体重,飼料摂取量,飲水量は,黒毛和種の飼養標準と同等であったが,糞尿排出量は大きく減少した.カンナ給餌区は無給餌区と比べ,1日当たりの飼料摂取量,糞尿排出量,および増体量に差は認められなかった.食用カンナ・デンプンを小麦粉と混合したフェットチーネパスタは,色調は小麦のみの場合に比較し,くすんだ色を呈し,やや硬い食感となるものの,官能評価では,つや,なめらかさ,および匂いの評価において,小麦のみで作成したパスタよりも良い評価を得た.植付け時期を4月中旬(作期I),5月中旬(作期II)および6月中旬(作期III)として,高知県沿岸平坦部(南国市篠原地区:標高8.5m,以下南国と表記)と中山間地(長岡郡大豊町怒田地区:標高520m,以下大豊と表記)で栽培試験を行った.供試系統は台湾赤系統(2倍体,以下台湾赤)で,大豊の作期はIIとIIIのみとした.また,南国の作期IIでは,台湾産赤系統の他に,台湾産緑系統(3倍体,以下台湾緑),ベトナム産赤系統(3倍体,以下ベトナム赤)およびパプアニューギニア産系統(2倍体,以下パプア)を供試した.そして,これらの栽培地,作期における各系統のバイオマスとデンプン生産性の比較を行った.収穫時期は,南国では11月下旬,大豊では11月中旬とした.まず,台湾赤系統では,南国,大豊とも作期の早いほど収穫期の地上部と根茎のバイオマス量が優った.また,同じ作期における根茎のバイオマス量は,南国に比べて大豊で高く,根茎/地上部重比が高かった.根茎のデンプン含有率は,南国,大豊ともに作期が早い区ほど高くなり,その結果,デンプン収量も高くなった.同じ作期では,大豊で南国よりもデンプン収量が優った.南国の作期IIにおける系統間比較では,地上部と根茎のバイオマス量は,それぞれベトナム赤と台湾赤で最大となり、パプアで両者とも最少となった.根茎のデンプン含有率はベトナム赤で最も高く,デンプン収量も最大値を示した.サイレージ化食用カンナを高知系褐毛和種に給餌したところ,育成期の増体を促し,骨格筋内脂肪の融点を低下させる効果があることがわかった.さらに,肉用牛飼養における肥育時の物質収支を明らかにした.食用カンナデンプンを添加したパスタは,食感としては少し硬くはなるが,ソバのような噛みやすさがあり,茹で上げ時の芯の硬さも小麦を主材料とするパスタと有意差がなく,新食感のパスタの開発の可能性が示された.我が国西南暖地の沿岸平坦地(標高:約8.5m)と中山間地(同約520m)において、食用カンナ4系統のバイオマスとデンプン収量および作期(植付け時期)によるこれらの形質への影響について検討した.

バイオマス量(地上部+根茎)は、生重で100185t/ha,乾物重で1226t/ha,デンプン収量は24t/haを示した.早植によりバイオマス、デンプン生産性の向上がみられ、中山間地では地上部に対する根茎のバイオマス生産が促進された.系統間差異は、根茎のバイオマス生産やデンプン収量に認められた.食用カンナの利用面では、地上部のサイレージ化およびデンプンのパスタ麺への利用の可能性が示された.高知県南国市の農家休耕水田において,早植区(4月15日植)と普通植区(5月16日植)を設け,台湾産赤系統(2倍体)(以下,台湾赤)と台湾産緑系統(3倍体)(以下,台湾緑)を植付けた(各処理区2反復).施肥量はa当たりにバーク堆肥400kg,苦土石灰15kg,N1.5kg,P2O51.3kg,K2O1.3kgとし,種イモを深さ約8cmで植付けた.収穫期(11月下旬)の草丈は2.62.8mで作期,品種による有意差はみられなかった.また,分枝数は台湾赤で4.96.3本/株,台湾緑で17.017.4本/株となり,品種間に有意差が認められたが,作期による有意差はみられなかった.収穫期におけるha当たり試算収量(生重)は早植区の台湾赤(地上部72t;根茎67t),台湾緑(同94t;同48t),普通植区の台湾赤(同94t,同68t),台湾緑(同87t,同54t)となり,根茎の生重は台湾赤で台湾緑に有意に優った.デンプン含有率は早植区27.032.5%,普通植区24.025.3%,デンプン収量(乾燥)は早植区3.03.2t/ha,普通植区2.22.6t/haとなり,両品種とも普通植区より早植区でそれぞれ高い傾向が見られたが,作期および品種間に有意差は見られなかった.食用カンナ茎葉部からは良質(Vスコア80点以上)のサイレージが得られ,これを肉用牛育成期90日間の粗飼料の一部に配合したところ,増体の向上,飼料消化率および飼料効率の上昇による環境負荷の低減,および飼料コストの削減が認められた。食用カンナデンプンを1545%小麦粉に配合したパスタは,小麦粉100%の基準パスタに比べて色調が暗く,食感が柔らかくなり,高い食味官能評価が得られた.以上の他に,ベトナムを訪問し,食用カンナの栽培・利用に関する情報を収集し,意見交換を行った.保有している食用カンナ4系統のバイオマス,デンプン生産性を,当初の計画である高知県沿岸平坦地のみならず,中山間地においても評価することができた.また,食用カンナサイレージの飼料化試験を進め,本サイレージ給餌による増体量をはじめとする諸特性の評価を行うことができた.また,食用カンナ・デンプンの食品開発に向けて,小麦粉との混合による食感に優れるパスタ麺製造の可能性を示した.食用カンナの栽培・利用が世界で最も盛んであると思われるベトナムを再訪し,中山間地での栽培の現状を明らかにするとともに,デンプン抽出工場,製麺工場を訪問し,デンプンの抽出方法や製麺方法についての情報を収集した.当初の計画に沿った栽培試験が実施でき,また,地上部のサイレージ化および根茎デンプンのパスタ麺への配合の可能性について明らかにできた.また,現在,世界で最も食用カンナデンプンを利用していると考えられるベトナムを訪問し,栽培の現状とデンプンの製麺利用についての情報収集を行い,現地の研究者と情報交換を行った.前年度及び従来の予備試験の結果から,西南暖地に有望と考えられた系統を選抜し,平坦部(南国市:標高約10m)と中山間部(大豊町:標高約520m)の休耕水田において,異なる作期を設けて栽培し,バイオマス,デンプン生産性への影響について検討する.また,昨年度に続き,保有食用カンナ系統のバイオマス,デンプン生産性の系統間差異を検討する.食用カンナサイレージの飼料評価を行うとともに,麺類を中心に食品開発の可能性を試みる.得られた成果を関連学会等で公表する.平成23年度の結果を受けて,平成24年度には、現在保有している食用カンナ4系統のバイオマス・デンプン生産性,地上部のサイレージ品質,根茎デンプンの理化学的特性や成分組成の差異,デンプンの利用開発等について検討する予定である.
空力弾性自励振動時におけるケーブル・吊形式橋梁のモード選択性

(1)斜張橋主塔の面内ギャロッピング振動のモード選択性東神戸連絡橋(斜張橋)の主塔の三次元模型を用いて,その面内ギャロッピング特性を風洞実験により詳細に調べた.本主塔はその形式から,面内一次モードと面内二次モードの固有振動数が近接している.風洞実験により,一様流のもとでは両者のモードが発現するが,そのどちらになるかは,初期条件に依在すること,両方のモードが共存するギャロッピングは生じないこと,また乱流中では両者のモードがうなりながら生じることが判明した.また,塔に重量を付加し,対称性を殺すと一様流のもとでも両者のモードが共存するギャロッピングとなることも明らかとなった.これらの結果は,空気力の非線形性を考慮した振動解析によりうまく説明できることを明らかにした(2)ケーブル振動におけるモード減衰単一ケーブルを対象に,そのモード減衰を実験的に測定し,その特性をみた.対称一次モードでは,モード遷移領域で減衰が著しく大きくなること,逆対称モードは総じて減衰が小さいことなどかわかった.また,この特性が,ケーブルに生じる動的付加ひずみの大きさと高い相関のあることが明らかにされた.(3)ケーブルの非線形振動とモードのエルゴード性幾何学的非線形性を考慮したケーブルの非線形モード解析において非線形自励空気力を作用させ,数値シミュレーションを行った.その結果,モード間の連成剛性項のため,モードがある条件をみたすと転移しうることが明らかにされた.本年度は斜張橋タワーのギャロッピング振動と多導体ケーブルのウェイク誘起ギャロッピングについて実験的、理論的立場から孝究した。主塔のギャロッピング振動については、東神戸水路橋(斜張橋)をモデルとした。このタワーは面内1次と2次モードの振動数が近接しているのが特長である。2つのモードの振動数、構造減衰も近く、両者のモードによる混在したギャロッピングの発生が予想されたが、実験ではどちらか一方のモードによるギャロッピングが支配的で、どちらのモードが選択されるかは撹乱に依存することが判明した。準定常空気力を用い、非線形自励振動解析を実施し、解析的な立場から実験で見られたモードの選択性を説明するのに成功した。多導体ケーブルについても三次元模型による風洞実験を実施し、ウエイクギャロッピングの基本的特性を調べた。次に、非線形、線形空気力を用いモード選択性を解析的に考察した。線形空気力を仮定し、複素固有値解析を通じ、低風速域において高次のモードまで同時に自励振動が起こりうることを示した。さらに非線形自励振動解析を行い、自励振動時のモード混在の可能性について明らかにした。(1)斜張橋主塔の面内ギャロッピング振動のモード選択性東神戸連絡橋(斜張橋)の主塔の三次元模型を用いて,その面内ギャロッピング特性を風洞実験により詳細に調べた.本主塔はその形式から,面内一次モードと面内二次モードの固有振動数が近接している.風洞実験により,一様流のもとでは両者のモードが発現するが,そのどちらになるかは,初期条件に依在すること,両方のモードが共存するギャロッピングは生じないこと,また乱流中では両者のモードがうなりながら生じることが判明した.また,塔に重量を付加し,対称性を殺すと一様流のもとでも両者のモードが共存するギャロッピングとなることも明らかとなった.これらの結果は,空気力の非線形性を考慮した振動解析によりうまく説明できることを明らかにした(2)ケーブル振動におけるモード減衰単一ケーブルを対象に,そのモード減衰を実験的に測定し,その特性をみた.対称一次モードでは,モード遷移領域で減衰が著しく大きくなること,逆対称モードは総じて減衰が小さいことなどかわかった.また,この特性が,ケーブルに生じる動的付加ひずみの大きさと高い相関のあることが明らかにされた.(3)ケーブルの非線形振動とモードのエルゴード性幾何学的非線形性を考慮したケーブルの非線形モード解析において非線形自励空気力を作用させ,数値シミュレーションを行った.その結果,モード間の連成剛性項のため,モードがある条件をみたすと転移しうることが明らかにされた.
ビッグ・ヒストリーに着目した歴史教育内容開発研究

現行の高等学校地理歴史科世界史の教育内容をグローバル化や持続可能性といった現代の諸課題に積極的に対応できるものにするため,D・クリスチャンが提唱する「ビッグヒストリープロジェクト」に着目し,データ収集・分析を行った。その結果,人間中心の歴史から,地球及び自然の一部としての人間を描く歴史への転換によって,グローバルで超国家史的な歴史,持続可能な地球について考察する歴史が描かれ,教育内容とされていることが明らかになった。また教育方法としては史資料の読み取りや議論・エッセイ作成などの重視が資質能力の育成に奏功していることも明らかになった。そして,この趣旨に則った授業の構想を試みた。本研究の目的は,現行の高校地理歴史科世界史の教育内容を,グローバル化や持続可能性といった現代の諸問題に積極的に対応できるものにしたいという問題意識から,歴史研究及び歴史教育研究の新潮流であるビッグ・ヒストリーに着目し,カリキュラムモデルと授業モデルを開発することにある。ビッグ・ヒストリーとは,宇宙・地球・生物・人類の歴史を統合的に理解しようとする試みであり,このビッグ・ヒストリーの学際性・包括性を活かすことで,地理歴史科の構成科目である世界史・日本史・地理の統合の視点を得ることを目指している。本年度はこのビッグ・ヒストリーのカリキュラムの特徴を分析すると共に,ビッグヒストリーの主唱者であるオーストラリア・マクワリー大学のD・クリスチャン教授とコンタクトを取り,彼をはじめとしたビッグヒストリープロジェクトの中心的メンバーにインタビューをおこなった。また,オーストラリアの高校現場での実際の授業実践の録画記録を作成し,実践者の教師へのインタビューもおこなった。次年度に向けては,さらにビッグ・ヒストリー教育のカリキュラム・教材・授業等の収集・分析を推し進め,その特徴と課題を明らかにするとともに,収集・分析した資料は分担者がそれぞれ歴史・地理・公民の視点から分析し,Web等に公開する計画である。,また,オーストラリアのビッグヒストリープロジェクトのメンバーと連携しつつ,日本の教育現場での試行の道を探る予定である。本年度は,このビッグヒストリーのカリキュラムおよび授業構成を分析し,その特徴を「超国家史型グローバルヒストリー教育」という枠組みとして整理し,その到達点と課題について検討した。また,オーストラリアにおけるビッグヒストリーの代表的指導者の授業実践を実際に記録し,分析した。その結果,ビッグヒストリープロジェクトにおいては,地球史,人類史が一元的な解釈によって説明されるため,地球的な課題等を考える際には有効な視点を数多く扱うことができる一方で,多様な歴史解釈を保障しているとは言いにくいものとなっていることが判明した。ビッグヒストリープロジェクトの歴史教育上の特質を整理し,その成果と課題を明らかにしたことによって,その成果を日本の歴史教育にどう生かしていくかの視点が明らかになった。本研究では,現行の高校地理歴史科世界史の教育内容を,グローバル化や持続可能性といった現代の諸問題に積極的に対応できるものにしたいという問題意識から,歴史研究及び歴史教育研究の新潮流であるビッグ・ヒストリーに着目した。ビッグ・ヒストリーとは,宇宙・地球・生物・人類の歴史を統合的に理解しようとする試みであり,このビッグ・ヒストリーの学際性・包括性を活かすことで,「持続可能な社会の実現」をめざしている地理歴史科の構成科目再編への示唆を得ることができた。具体的には,ビッグ・ヒストリー・プロジェクトの主唱者であるD.クリスチャン(D.Christian)らを中心に作成されたカリキュラムモデルを分析し,また,実際にその授業実践を観察することを通して,その有効性を確認した。その結果,グローバルヒストリー教育の類型に基づいてビッグ・ヒストリー・プロジェクトの取組を「超国家史型グローバルヒストリー教育」の枠組みに位置づけ,その特長として,人間中心の歴史の有り様から地球および自然の一部として人間が描かれることによって,地球史・人類史を国民国家の枠組みから解き放たれた歴史として描くことを可能としたこと,そして,地球的な課題を考える際に重要な視点,特に「持続可能な社会」の構築について考察するための視点を数多く扱うことが出来るものとなっていることを明らかにした。しかし,一方で,技術革新と集団的学習の概念を基軸とした一元的な解釈に貫かれているため,多様な歴史解釈を保障したカリキュラムを構築することが難しいという課題も明らかになった。また,研究成果を生かして,日本の学校で実現可能なビッグ・ヒストリー・プロジェクトのカリキュラムの開発を手がけた。今後,出版等を通じて教育の現場に活用できるようにしたい。

ビッグヒストリーを世界的に推進しているマクワリー大学のD・クリスチャン教授と連携することに成功し,具体的なカリキュラム等の背景にあるねらいや,その特徴についての情報を直接得ることに成功した。また,実際の高等学校での授業実践や実践者である教師たちに聞き取りを行うことに成功し,オーストラリアでの成果と課題も把握できた。ビッグヒストリープロジェクトの成果を生かした歴史教育内容開発を進めると同時に,ビッグヒストリープロジェクトの課題に対応するための手立てを検討する予定である。社会科教育歴史教育次年度に向けては,ビッグ・ヒストリー教育のカリキュラム・教材・授業等の収集・分析をさらに推し進め,その特徴と課題を明らかにするとともに,収集・分析した資料は分担者がそれぞれ歴史・地理・公民の視点から分析し,公開する計画である。,また,オーストラリアのビッグヒストリープロジェクトのメンバーと連携しつつ,日本の教育現場での試行の道を探る予定である。国際会議であるビッグヒストリー学会への参加を予定していたが,諸事情により,参加できなかったため。本年度は分担者による調査日程が事情により変更せざるえなくなり,次年度使用額が生じた。今年度は,ビッグヒストリー学会への参加,もしくはビッグヒストリーの視点を生かした授業実践の収集を積極的に行う予定である。本年度は,調査日程をオーストラリアのマクワリー大学側と密接に連携し,歴史・地理・公民といった広い視点からの調査を行う予定である。
Bisphosphonates関連顎骨壊死：機序解明と有効な予防・治療を目指して

強力な骨吸収抑制作用をもつビスフォスフォネート(BP)剤は様々な骨吸収亢進性疾患に対し用いられているが,2003年にBP関連顎骨壊死(BRONJ)という副作用が報告されて以来増加し続けている.BPは窒素含有BP(NBP)と窒素非含有BP(non-NBP)があり,BRONJを生じるのはNBPである.これまで我々はnon-NBPがNBPの細胞内への取り込みの抑制と骨への結合に拮抗することにより炎症,壊死を抑制することを報告してきた.non-NBPのetidronate代用置換療法を試みたBRONJ患者14例および糖尿病コントロール不良のBRONJ患者1例について各々論文投稿を行った.強力な骨吸収抑制薬であるビスフォスフォネート(BP)はピロリン酸のP-O-P構造をP-C-P構造に置換した化合物であり,P-C-Pの炭素原子に結合する側鎖に様々な化学的修飾を加えたものである.BPは側鎖にアミノ基を含む窒素含有BP (NBP)と窒素非含有BP (non-NBP)の2種類が存在する.BPsは骨ハイドロキシアパタイトに強い親和性を持つため選択的に骨に集積する.種類により異なるが体内に吸収されたうちの約50%は速やかに選択的に骨に蓄積するが,残りの50%は腎を経て尿中に排泄される.骨に結合したBPsは,骨吸収の過程で破骨細胞に取り込まれ,アポトーシスを誘導する事により骨吸収抑制作用を示すと言われている.その強い骨吸収抑制作用は,前立腺癌や乳癌のような骨転移性腫瘍,骨粗鬆症,骨ページェット病,骨形成不全症および多発性骨髄腫などの骨吸収亢進性疾患に広く応用されている.特に前立腺癌,乳癌や肺癌などの骨転移を示す悪性腫瘍においてBPsを予防的に投与する事により骨転移を抑制すると考えられている.また,癌性骨痛に対しても抑制効果を示し,患者のQOLを向上させる.しかしながら,`顎骨壊死とそれによる顎骨の露出'という予期せぬ副作用が続発し,数千人の発症が報告されている.発症患者の大部分は骨転移性腫瘍患者だが,骨粗鬆症の患者でも発症している.顎骨壊死はNBPsにより発症し,骨吸収抑制作用が最強のzoledronateによる頻度が最も高いが,他のNBPでも発症が確認されている.一方,non-NBPのclodronateとetidronateでの発症例は無い.上述の様にBPは骨ハイドロキシアパタイトに強く結合し,反復投与により骨に蓄積するため,現状のまま投与が続けられれば,さらに多くの発症が予想される.この副作用に対する対応および原因解明が急務であるビスフォスフォネート(以下BP)は骨ハイドロキシアパタイトに強い親和性をもち,骨に選択的に集積し,骨吸収の過程で破骨細胞に取り込まれ,アポトーシスを誘導することにより,骨吸収抑制作用を有す.BPはその強力な骨吸収抑制作用により骨粗鬆症,骨パジェット病,骨形成不全症,乳癌,前立腺癌,腎癌等の骨転移性腫瘍や多発性骨髄腫などの骨吸収亢進性疾患に対し応用されている.BPの化学基本骨格構造はピロリン酸のP-O-P構造をP-C-P構造に置換したものであり,骨ミネラルへの親和性に関連する.また,P-C-P構造の炭素原子の側鎖(R1, R2)に様々な化学的修飾を加えることにより,骨吸収抑制活性に大きく影響する.R2側鎖は骨親和性に関連するのに対し,R1側鎖の化学構造は骨吸収抑制活性の強さに関連する.BPは側鎖にアミノ基を含む窒素含有BP(N-BP)と窒素非含有BP(non-N-BP)の2種類が存在し,N-BPの骨吸収抑制活性はnon-N-BPの1千倍から1万倍である.しかしながら,`顎骨壊死とそれによる顎骨の露出'という予期せぬ副作用が続発し,数千人の発症が報告されている.顎骨壊死はN-BP投与患者において起こり,骨吸収抑制作用が最強のzoledronateにおいて発症頻度が最も高いが,他のN-BPにおいても発症が報告されている.non-N-BPのetidronateとclodronateにおいて発症例はない.上述の様にBPは骨ハイドロキシアパタイトに強く結合し,反復投与により骨に蓄積するため,現状のまま投与が続けられれば,さらに多くの発症が予想される.この副作用に対する対応および原因解明が急務である.ビスフォスフォネート(以下BP)は強力な骨吸収抑制作用をもち,骨粗鬆症,骨パジェット病,骨形成不全症,乳癌や前立腺癌などの骨転移性腫瘍および多発性骨髄腫に対して応用されている.顎骨の露出と顎骨壊死という予想外な副作用を2003年に初めて報告されて以降,患者数は増え続けている.このBP関連顎骨壊死(BRONJ)の作用機序の解明および有効な治療法を未だ確立できていない.BPは窒素含有BP(以下N-BP)と窒素非含有BP(non-N-BP)とがあり,N-BPはnon-N-BPと比べて1,000倍から10,000倍の骨吸収抑制活性をもつため,上記疾患に対してN-BPの投与が大半を占める.一方,non-N-BPのエチドロネート(Eti)は臨床応用されているBPsの中で骨吸収抑制作用が最も弱いが,Etiの骨親和性は測定条件によってはN-BPよりも強いとの報告もある.これまでnon-N-BPでBRONJを生じたという明らかな報告はない.

Etiは軟組織細胞内には入らないため,炎症壊死作用がない.また,リン酸トランスポータを介するN-BPsの細胞内取り込みを,Etiは拮抗的に阻害する.Etiは骨に結合しているN-BPsと置き換わる作用をもつ.従って,N-BPs投与歴のある患者に大量のEtiを投与した場合,Etiは骨に蓄積したN-BPsと置換する効果があると考えられる.Etiとの置換により遊離されるN-BPsは周囲の軟組織細胞に取り込まれる可能性があるが,投与された大量のEtiがトランスポータを抑制し,遊離N-BPsは軟組織細胞には入らないと考えられる.今回,BRONJのGrade2以上に対してEti置換療法を施行した患者14例について論文投稿を行った.また,易感染性疾患の一つである糖尿病コントロール不良患者のBRONJに対し,Eti置換療法が奏功した1例につき論文投稿を行った.強力な骨吸収抑制作用をもつビスフォスフォネート(BP)剤は様々な骨吸収亢進性疾患に対し用いられているが,2003年にBP関連顎骨壊死(BRONJ)という副作用が報告されて以来増加し続けている.BPは窒素含有BP(NBP)と窒素非含有BP(non-NBP)があり,BRONJを生じるのはNBPである.これまで我々はnon-NBPがNBPの細胞内への取り込みの抑制と骨への結合に拮抗することにより炎症,壊死を抑制することを報告してきた.non-NBPのetidronate代用置換療法を試みたBRONJ患者14例および糖尿病コントロール不良のBRONJ患者1例について各々論文投稿を行った.1東北大学病院歯科顎顔面口腔外科を受診し,BP関連顎骨壊死と診断された患者おいて,窒素非含有BP剤であるetidronateによる置換療法を行った患者と口腔衛生管理や腐骨の積極的等の経過観察を行った群をコントロール群とし統計学的調査を行った.その結果,etidronate置換療法を行った群では消炎および腐骨分離までの時期がコントロール群と比較し,明らかに短期間であった.N-BPが引き起こした顎骨炎症および壊死をnon-N-BPのetidronateが抑制し,腐骨分離を促進したと考えられた.得られた結果をもとに論文投稿に至った.2BPによる顎骨壊死モデルマウスの作製は未だ成功には至っていない.3BPの骨親和性の研究はこれまで報告された内容と比較検討中である.歯科1上記投稿論文のアクセプトを目指す.2マウスにおけるBP剤の骨親和性および顎骨壊死の関連について調査,研究を進める.3BPによる顎骨壊死モデルの確立を目指す.現在,1ビスフォスフォネートの骨親和性をハイドロキシアパタイトを用い,マウスに投与し,BP-bandを測定する実験を行っている.2顎骨壊死モデルマウスの作製は現在までのところ,成功には至っていない.3臨床研究においては,東北大学病院歯科顎顔面・口腔外科を受診し,ビスフォスフォネート関連顎骨壊死と診断された患者の統計学的調査およびetidronate療法を施行した患者の調査,研究を進めている.当初参加予定であった学会への参加をとり辞めたため.1本院,口腔外科における受診患者でビスフォスフォネート関連顎骨壊死と診断された患者に対し,etidronate変換療法を施行した患者についての調査,研究,報告を行っていく.また,統計学的調査も同時に行って行く.2ビスフォスフォネートの骨親和性について,マウスでの実験を行っていき,骨親和性と顎骨壊死の関連について調査,研究していく.
神経障害性疼痛モデル動物を用いた「痛みの客観的評価」の研究基盤の確立

神経障害性疼痛は世界で2000万人以上が罹患している疾患である。この原因蛋白質の一つがP2X4受容体である。痛みの発症機構は多様であり、痛みの評価は患者の主観的なものであることから、治療薬の開発において「客観的な痛みの評価」が必要である。本研究では、ラットP2X4に選択的に結合する抗体分子を調製し、培養細胞上に発現したP2X4分子を可視化できた。この結果は、客観的に痛みを評価する研究基盤の確立に寄与する。神経障害性疼痛は手術や疾患等に引き起こされる難治性疼痛で、世界で約2000万人が罹患している。痛みは患者の主観的な感覚の相対値で決定されているので、神経障害性疼痛の治療薬の開発や治療効果を評価する上では、神経障害性疼痛の客観的な指標が必要である。この神経障害性疼痛にはミクログリア上のP2X4受容体の発現が密接に関わっていることがわかっている。本研究はヒトの神経障害性疼痛の客観的な評価法の開発の研究の基盤として、神経障害性疼痛疾患病態モデル動物(ラット)の脊髄ミクログリア細胞膜に過剰発現しているP2X4分子をイメージングすることを目的とする。P2X4受容体のX線結晶解析構造はゼブラフッシュ由来のものが唯一報告されている。P2X4分子のヘッドドメイン(HD)領域に結合する抗体はこれまで調製済みなので、リコンビナントHDを調製し、核磁気共鳴装置を用いてその溶液構造を解析した。その結果、HDの主鎖のおれたたみ構造はゼブラフィッシュのHDとほぼ同一であった。また、HDと亜鉛、銅イオンとの相互作用は、ラットのP2X4分子におけるこれらのイオンの生理機能を説明することができた。そこで、HDを融合蛋白質としてラットに免疫し、産生したポリクローナル抗体を定法によりハイブリドーマにした。これらのハイブリドーマが産生する抗体でラットHDに強く結合するものを数種類選別し、それらをモノクローナル化した。それらのモノクローナル抗体のFab領域の一次配列を定法により解析し、大腸菌を用いてリコンビナントFabを調製した。モノクローナル抗体由来のFabとリコンビナントFabとHDの結合をELISAや表面プラズモン共鳴法にて解析したところ結合力は同程度であった(Kd=数十nM)。また、この分子は培養細胞が発現するラットインタクトP2X4分子に強く結合することもわかった。ラットP2X4分子はATPが結合することにより駆動するカルシウムイオンチャネルである。P2X4は神経障害性疼痛の治療のターゲット分子であり、疾患増悪時に発現が向上することが知られている。その蛋白質に特異的かつ強く結合するモノクローナル抗体またはFabは神経障害性疼痛の病理診断等に有益である。平成26年度はATPの結合部位周辺に位置するドメイン(ヘッドドメイン:以下HDと記す)とスカシガイヘモシアニンとの融合蛋白質とラットに投与して、定法によりHDに強く結合するモノクローナル抗体を数個確立することができた。その中でFabの一次配列を決定できたものの内、HDとの複合体の解離定数が数十nMのFabのリコンビナントを得ることに成功した。平成27年度においては、HDに強く結合するFabとHDとの相互作用部位を同定し、より強固にHDの結合するFabの調製を試みた。相互作用部位の特定には、X線結晶解析が有益である。そこで、FabとHDとの複合体の結晶化を市販されている結晶化スクリーニングキットを用いて可能な限り実施したが、大きな結晶を得ることができなかった。そこで、既存Fabの抗原との相互作用情報を基に、Fabの相互作用部位を推定し、その部位をAlaに置換する変異体を数十個作製した。これらは我々が報告した方法(Fujii et al. 2007;大腸菌による蛋白質の発現および試験管内での再生)により調製したが、この変異体の中からHDに強く結合するかどうかを迅速に判定する簡便な方法を確立した。その方法を用いて、Fabの中でHDに強く結合する数個のアミノ酸領域(ホットスポット)を同定した。本研究については知的財産権獲得の可能性があるので、九州大学の関係部署と協議をしており、現段階での学会、論文発表は控えている。HDに強く結合するFabとHDとのX線結晶解析は成功しなかったが、HDに強く結合するFabのホットスポット(HDとの相互作用に重要なアミノ酸残基)を同定することに成功した。ついては、HDとより強く結合するFabを創製する上において、アミノ酸変異を施す領域を浮き彫りにすることができた。この成果は次年度以降の研究においてのマイルストーンであり、研究は概ね順調に進展していると判断した。神経障害疼痛モデル動物に発現するP2X4受容体量をイメージングすることを目的として、平成27年度までラットP2X4受容体に強く結合するモノクローナル抗体を5種類(抗体の超可変部位の一次配列を解析により異なる配列であることと確認済)作成した。平成28年度は、まず、これらモノクローナル抗体とラットP2X4受容体ヘッドドメイン(HD)との相互作用を表面プラズモン共鳴法ならび滴定型熱量計により評価した。いずれの抗体もHDとの複合体の解離定数は10から数十nMであった。結合の熱力学を解析したところ、4種の抗体はエントロピーならびにエンタルピー支配的に結合したが、1種の抗体はエントロピー的に不利な抗体もあった。

培養細胞(1321N1)に発現したP2X4受容体に対して、5種の抗体の結合を評価した。1種の抗体のみ非常に強く結合した。その抗体を使って、ラットの脳ミクログリアの初代培養細胞を用いてイメージングを行った。その結果、ラットP2X4発現細胞を特異的に染色できていることがわかった。ラット生細胞由来のP2X4受容体は培養細胞由来のそれに比べ、SDS-PAGEで解析すると見かけ上の分子量が大きいことから、糖鎖の付加の程度が大きいことが予想される(変性しているP2X4受容体に特異的に結合する抗体を使って評価)。バックアップ実験として計画していた、N型糖鎖を切断するEndo-F処理(SDS-PAGEの解析から見かけ上の分子量は小さくなっていることを確認)をした培養細胞由来P2X4受容体に対して、5種の抗体の結合を評価した。糖鎖処理前後の抗体の結合力は同程度であった。培養細胞由来のP2X4受容体に結合しているN型糖鎖の有無は、これらの抗体の結合には影響しないことがわかった。平成28年度のマイルストーンとして、ラットP2X4受容体発現細胞をイメージングするモノクローナル抗体を得ることであった。P2X4受容体と抗体の複合体の解離定数が数十nM程度の抗体を得ることに成功し、ラットP2X4受容体発現培養細胞、ミクログリア初代培養細胞において、P2X4受容体をイメージングできた。これらの結果はマイルストーンに到達しているので、概ね順調に研究計画が進展している。昨年度までにラットP2X4受容体に対して強く結合する抗体を調製した。今年度は本研究計画の最終目的である、ラットの障害性疼痛時に発現するP2X4受容体をin vivoイメージングすることを目的として実験を行った。まず最初に、ラットP2X4受容体の細胞外のヘッドドメインに強く結合するモノクローナル抗体(12-10Hと記す)を無血清培地を用いた細胞培養により、発現する系を確立した。並行して、共同研究者(日下部)の専門領域であるカイコ発現系を用いて、抗P2X4リコンビナントFabの調製を行った。カイコ発現系ではリコンビナントFabを高発現できなかったので、無血清培地を用いた細胞培養から得たサンプルを用いて以下の実験を実施した。12-10H(抗原-抗体複合体の解離定数は十数nM)を蛍光ラベル化した。ネガティブコントロールとして、無血清培地を用いた細胞培養で調製したニワトリ卵白リゾチームに対する抗体(確立済:LKS103と記す)を蛍光ラベル化した。P2X4受容体発現した1321N細胞を用いて、これらの蛍光ラベル化抗体の結合について定量実験を行った。P2X4受容体発現1321N細胞には12-10Hのみ結合し、LKS103には結合しなかった。この結果から、P2X4受容体に12-10Hが特異的に結合することがわかった。25μg/mlの抗体(12-10H)の濃度で、優位差を持ってこの受容体を染色できた。次に、ラット新生児の脳からミックスグリアカルチャーを作成し、2日おきに培地交換し、22日後にミクログリアを単離した。プラスチック製培養皿上に付着している細胞を剥がして懸濁したものを、40μg/mlの抗体(12-10H)の濃度でFACS assayを行った。12-10Hの抗体ありと抗体なしを比較した結果、細胞カウントが最大時の蛍光強度の違いは約5倍程度であったが、統計的には優位ではなかった。
3次元多様体の構造と不変量

3次元ホモロジ-球面に対して、Floerにより定義されたいわゆるインスタントンホモロジ-は4次元多様体のDonaldson不変量を調べる上で、重要な役割を持つ位相不変量であるが、非可換ゲ-ジ理論を用いた定義のため、具体的な計算は大変むつかしい。この困難さがインスタントンホモロジ-研究の上の大きな障害になっている。当科研費による研究において。吉田はインスタントンホモロジ-にあらわれるスペクトラルフロ-をマズロフ指数によってかきあらわす公式を見出し、スペクトラルフロ-の概念的意味づけを明らかにした。又、結び目のデ-ン手術により得られるホモロジ-球面の場合には、この公式により、多くの場合にインスタントンホモロジ-を計算するためのアルゴリズムが存在することを示した。これとは別に、吉田は双曲3次元多様体の変形空間の無限遠点に対応する非圧縮曲面の幾何学的構成を行った。これはCublerーshalenによる代数的理論の幾何的側面の新しい解釈を与えるものである。笹倉は代数多様体上の低ランクのベクトルバンドルの構成方法を発見した。これは代数幾何及び数論にも興味深い仕事であり、ヌゲ-ジ理論との関連も期待される。大原は3次元球面内の結び目のエネルギ-汎関数で非常に性質の良いものの族をつくり出した。これは最近のフリ-ドマン等の3次元場の理論と結びついて今後の発展が見込まれる。佐藤は4次元多様体の中の2次元結び目について、結び目の補空間の位相同型類と結び目型の関係について幾つかの結果を得た。佐々井はフラクス型微分方程式のモノドロミ-に関する一連の研究に成果をあげている。以上の仕事は、低次元トポロジ-、結び目理論、代数及び複素解析幾何にわたる相互に内在的関連を持った研究成果である。
ゾル・ゲルコーティングとアノード酸化による高機能性複合酸化物皮膜の形成

本研究は、ゾル・ゲルコーティングとアノード酸化を組み合わせることによりアルミニウム電解コンデンサー用誘電体皮膜の高機能化を目的としており、本年度はSiO_2,Nb_2O_5被覆した電解コンデンサー用エッチング処理済アルミニウム箔のアノード酸化挙動について研究を行った。これまでの実験結果から、ゾル・ゲルコーティングによりバルブ金属酸化物を被覆したアルミニウムをアノード酸化することより、Al-バルブ金属複合酸化物層を含む高誘電性・高耐電圧アノード酸化皮膜が生成することを見出している。しかしながら、アルミニウム電解コンデンサで用いられているアルミニウム箔の表面には、エッチング処理により生成したμmnmオーダーのピット(孔)が多数存在する。この孔の内部にバルブ金属酸化物を被覆するには、これまでのDip-coating法では難しく十分に被覆することはできなかった。この結果を踏まえ、本研究では電気泳動ゾル・ゲルコーティングによりSiO_2を被覆したアルミニウムエッチング箔を中性電解質溶液でアノード酸化することにより生成した皮膜の構造および誘電特性を調べた。そして、この結果よりこれまでの研究で得られたアルミニウム-バルブ金属複合酸化物皮膜を比較することにより新規なアルミニウム電解コンデンサー用バリアー型アノード酸化皮膜作成法の可能性を推察した。その結果から、以下のようなことがわかった。(1)電気泳動ゾル・ゲルコーティングによりSiO_2を被覆したアルミニウムエッチング箔をアノード酸化すると、被覆層と素地Alとの界面にAl-Si複合酸化物外層とAl_2O_3内層が生成する。(2)電子顕微鏡によるアルミニウムエッチング箔のピット内におけるSiO_2の被覆状況の観察結果から、SiO_2の均一な被覆には」これまでのDip-coating法より電気泳動法の方が良い。しかしながら、電気泳動のさいにSiO_2ゾル溶液と素地アルミニウムとの間で酸化反応が起こるため、生成した被覆層はSiO_2層/Al_2O_3層の二層構造になる。SiO_2を被覆したアルミニウムを中性電解質溶液でアノード酸化することにより得られた皮膜の並列等価電気容量は、未被覆のAl試料をアノード酸化して得られた皮膜のそれより大きい。これは、Dip-coating法と同様の結果である。本研究は、ゾル・ゲルコーティングとアノード酸化を組み合わせることによりアルミニウム電解コンデンサー用誘電体皮膜の高機能化を目的としており、本年度は下記の項目について研究を行った。1)高誘電性・高耐電圧アノード酸化皮膜形成における金属酸化物被覆層中の微細孔分布の測定ゾル・ゲルコーティングにより金属酸化物を被覆したアルミニウムをアノード酸化することより、高誘電性・高耐電圧アノード酸化皮膜の生成が可能であることは、これまでの実験結果で明らかにしている。この誘電性・耐電圧の向上は、アノード酸化によって生成するAl-バルブ金属複合酸化物層の生成によることが大きい。この複合酸化物層は、アノード酸化を行うことによりゾル・ゲルコーティングの過程において発生した金属酸化物層内の微細孔中への酸化アルミニウム(Al_2O_3)の埋入により生成するためと推察される。これまで、透過型電子顕微鏡により金属酸化物被覆層の観察を行ってきたが、微細孔の大きさは透過型電子顕微鏡の分解能以下の大きさであるため微細孔の大きさの詳細が不明であった。そこで、ガス吸着定容法を用いて微細孔の大きさの詳細を調べた。1.ゾル・ゲルコーティングによりアルミニウム上に被覆したSiO_2層内の微細孔の大きさは、約310nmであり、皮膜/素地金属界面に近づくほど、孔径が小さい微細孔が多数存在する。2.被覆回数の増大とともに、10nmほどの大きさの微細孔の数は減少し、3nmほどの大きさの微細孔の数は逆に増大する。これは、被覆を繰り返すことによりその前の被覆により生成した微細孔にゾル溶液が浸透するためと考えられる。2)ゾル・ゲル法/アノード酸化複合プロセスによる高耐電圧性複合酸化物皮膜の作製における各種条件の影響前年度において、(ア)ゾル・ゲルコーティングによりアルミニウム上にSiO_2を被覆し、これを希薄なホウ酸溶液中でアノード酸化すると、被覆層と素地アルミニウム界面にAl-Si複合酸化物外層と酸化アルミニウム(Al_2O_3)内層の二層からなる複合酸化物皮膜が生成すること(イ)SiO_2を被覆することにより生成皮膜の絶縁破壊電位が最大1,300Vまで上昇可能であること(ウ)高生成電流効率で欠陥のない緻密なアノード酸化皮膜の生成が可能であることを見出したが、本年度は上記高耐電圧複合酸化物皮膜生成における各種条件、特にSiO_2被覆条件およびアノード酸化条件の影響について調べた結果、以下のようなことが見いだされた。1.SiO_2被覆回数の増加(SiO_2被覆層の増大)とともに、複合酸化物皮膜の生成速度や絶縁破壊電位が増大する。この傾向は、アノード酸化のさいの希薄電解質溶液の温度には依存しない。2.SiO_2を被覆することにより高い電圧を支持できるアノード酸化皮膜の生成電流効率(全印可電流に対する皮膜生成電流の割合)が著しく増大する。SiO_2被覆層の増大とともに皮膜の生成電流効率が増大する。この結果は、前年度の結果から推測された「Al-Si複合酸化物層が高いアノード電場を支持する」ということを実証するものである。

本研究は、ゾル・ゲルコーテイングとアノード酸化を組み合わせることによりアルミニウム電解コンデンサー用誘電体皮膜の高機能化を目的としており、本年度は下記の項目について研究を行った。SiO_2-Nb_2O_5積層被覆したアルミニウムのアノード酸化挙動これまでの実験結果から、ゾル・ゲルコーティングによりバルブ金属酸化物を被覆したアルミニウムをアノード酸化することより、Al-バルブ金属複合酸化物層を含む高誘電性・高耐電圧アノード酸化皮膜が生成することを見出している。この複合酸化物層の生成機構は、(1)アノード酸化により金属酸化物層内の微細孔中への酸化アルミニウム(Al_2O_3)の埋入による複合酸化物層生成(2)複合酸化物層生成に伴う高いアノード電場支持により、複合酸化物層中のバルブ金属酸化物がアニオンおよびカチオンとして複合酸化物層層中を移動(3)バルブ金属酸化物アニオンおよびカチオンの移動による複合酸化物層/Al_2O_3層界面における変質からなることがわかった。また、バルブ金属酸化物アニオンおよびカチオンは、電場が印可されている皮膜内で複合酸化物層中のAl_2O_3からのO^<2->の授受により生成すること、またこの授受は金属イオン-酸素イオン間の親和力とアルミニウムイオン-酸素イオンの親和力の違いに依存することを見出している。この結果を踏まえて、本研究ではゾル・ゲルコーティングによりSiO_2およびNb_2O_5を交互に被覆したアルミニウムを中性電解質溶液でアノード酸化することにより生成した皮膜の構造および誘電特性を調べた。そして、この結果より複合酸化物層中におけるバルブ金属酸化物イオンの移動を利用した新規なアルミニウム電解コンデンサー用バリアー型アノード酸化皮膜作成法の可能性を推察した。その結果から、以下のようなことがわかった。(1)SiO_2/Nb_2O_5/Al試料をアノード酸化すると、被覆層と素地Alとの界面にNbおよびSiを含む緻密な複合酸化物外層とAl_2O_3内層が生成する。一方Nb_2O_5/SiO_2/Al試料をアノード酸化すると、多数の欠陥を含むAl-Nb-Si複合酸化物外層とAl_2O_3内層が生成する。これは、上記の実験結果(2)および(3)を裏付ける結果である。(2)SiO_2およびNb_2O_5を交互に被覆したアルミニウムを中性電解質溶液でアノード酸化することにより得られた皮膜の並列等価電気容量は、未被覆のAl試料をアノード酸化して得られた皮膜のそれより大きい。特に、SiO_2/Nb_2O_5/Al試料をアノード酸化して得られた場合はNb_2O_5を2回被覆したAl試料をアノード酸化した場合より大きい。これは、複合酸化物層中におけるSiの混入により電場を支持する皮膜の厚さが減少したためであると考えられる。本研究は、ゾル・ゲルコーティングとアノード酸化を組み合わせることによりアルミニウム電解コンデンサー用誘電体皮膜の高機能化を目的としており、本年度はSiO_2,Nb_2O_5被覆した電解コンデンサー用エッチング処理済アルミニウム箔のアノード酸化挙動について研究を行った。