hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
顎関節数学モデルによる顎運動時の外側翼突節上頭活動と関節円板挙動の解析

外側翼突筋上頭はその異常活動が関節円板前方転位を生じせしめる可能性など、従来から顎関節症との関連が議論されている。そこで、我々が構築した筋・靱帯力と関節円板を含む顎関節の数学モデルを用いて生体では行うことのできないシミュレーション手法により外側翼突筋上頭の活動について検討を行った。結果1,下顎頭関節面の摩擦係数を増大させた場合、外側翼突筋上頭の活動量が増大した。関節円板上の反力作用点は正常開閉口運動のシミュレーション結果と近似したものであった。下顎頭が最大開口位から後退する際に、関節円板が下顎関節面から受ける摩擦力が後方向であるため、それに対抗して、外側翼突筋上頭の異常活動が働くものと考えられる。しかし、この変化は反力作用点に影響を及ぼさず、円板動態に影響を与えなかった。結果2,外側靱帯後方垂直線維束が弛緩した場合、前方へ拮抗している外側翼突筋下頭は活動しない。しかし、他の靱帯線維束により後下方への牽引力は変わらず、その拮抗力として前上方への力,外側翼突筋上頭が働くこととなる。この活動が異常活動として検知されたものと考えられる。しかも関節反力が小さくい開口初期、閉口末期において安定度を欠くため円板動態へ及ぼす影響が大きいと考えられる。結果3,速い開閉口運動のシミュレーションは、生体計測値に近似させるためにその開咬路を座標変換したもので、下顎頭の滑走の先行による靱帯の伸展が生ずることにより外側靱帯の弛緩と同様の変化が生じたと考えられる。この場合も開口末期、閉口末期において外側翼突筋上頭が異常活動を生じるため円板動態に対し影響が大きいと考えられる。異常の結果から、外側翼突筋上頭の異常活動は顎関節構成要素や運動様式が変化することによる生体内力の釣り合いにより誘発されるものと考えられた。
ラット急性膵炎の重症化・再生過程におけるカルモジュリン依存性蛋白キナーゼの関与

Sprague-Dawley系雄性ラットにcaerulein 20μg/kgbody weightを4回腹腔内投与し、急性膵炎を作製した。Caerulein初回投与の6時間後に膵間質の浮腫や腺房細胞の空胞化など膵炎の組織学的重症度は極値に達し、膵湿重量も最大となった。また血清amylase値は6-9時間後に最大となり膵の組織学的所見の推移に一致した。膵のCa^<2+>/カルモジュリン依存性蛋白キナーゼ(CaM-kinase)II、V活性は、[γ-P^<32>]ATPをリン酸供与体、autocamtide II、peptide γを各々基質とし、そのリン酸化活性より算出した。膵組織内CaM-kinase II活性は膵炎発症6時間後に最大に達した後減少し、同時期の免疫組織化学の検討では、膵腺房細胞にCaM-kinase II陽性所見が認められた。さらにCaM-kinase II選択的阻害薬、KN-62の腹腔内投与による膵炎予防効果が認められ、膵腺房細胞のCaM-kinase IIの活性化と、caerulein急性膵炎の進展、増悪との関連性が示唆された。また膵炎の回復過程では、bromodeoxyuridineの腹腔内投与によるlabeling index、すなわち膵腺房細胞のDNA合成能は、24-48時間後に最大となり、膵腺房細胞のmitotic indexは48-96時間後に最大となった。これらに先んじて24時間後にCaM-kinase IV活性が最大となり、免疫染色では膵腺房細胞にCaM-kinase IV陽性所見を認めた。さらにCaM-kinase IV選択的阻害薬、K-252aの腹腔内投与による腺房細胞のDNA合成能の抑制効果が示され、caerulein急性膵炎の回復過程においては、膵腺房細胞のCaM-kinaseIVの活性化と膵再生現象の関連性が示唆された。本研究により、急性膵炎では膵腺房細胞のCaM-kinaseIIとIVは、異なる役割を担っていると推定された。Sprague-Dawley(SD)系雄性ラットにcaerulein 20 μg/kgbody weightを4回腹腔内投与し、急性膵炎を作製した。Caerulein初回投与の6時間後に膵炎の組織学的重症度はpeakに達し、膵湿重量も最大となり、腺房細胞の液胞形成や間質の浮腫の推移と一致した。また膵湿重量あたりの蛋白量は6時間後に著減し、膵炎早期の浮腫性変化による腺房細胞密度の低下が示唆された。血清amylase値は6-9時間後に最大となった後漸減し、24時間後には対照群のレベルまで回復し、膵の組織学的炎症性変化の推移にほぼ一致した。Ca^<2+>/カルモジュリン依存性蛋白キナーゼ(CaM kinase)II活性は、(γ-^<32>P)ATPをリン酸供与体、auto camide IIを基質とし、そのリン酸化活性より算出した。膵蛋白量あたりの組織内CaM kinase II活性は、caerulein初回投与の6時間後に最大に達した後減少し、同時期のmouse抗CaM kinase II抗体を用いた免疫組織化学の検討では、膵腺房細胞内にCaM kinaseII陽性所見が認められた。caerulein誘発性急性膵炎の重症度と膵腺房細胞のCaM kinase II活性の変化は経時的にほぼ一致し、これらの関連性が推測されたため、さらにCaM kinase II選択的阻害薬、KN-62の膵炎予防効果について検討した。この急性膵炎モデルにおいて血清amylaseが最高値を示した6時間後では、血清amylaseの増加はKN-62の腹腔内投与により用量依存性に抑制され、膵腺房細胞内CaM kinase IIの活性化と、急性膵炎の成因または重症化との関連性が示唆された。また急性膵炎初期に最大となった膵組織のCaM kinase II活性は、24時間後に軽度の再上昇をきたし、その後、炎症性変化の修復および多数の腺房細胞のmitosis像が認められたことより、膵炎回復過程におけるCaM kinaseの再生因子としての役割が推測された。膵組織のカルモジュリン依存性蛋白キナーゼは、急性膵炎の成因や重症化、また再生現象に密接に関与すると考えられた。

さらにCaM-kinase II選択的阻害薬、KN-62の腹腔内投与による膵炎予防効果が認められ、膵腺房細胞のCaM-kinase IIの活性化と、caerulein急性膵炎の進展、増悪との関連性が示唆された。また膵炎の回復過程では、bromodeoxyuridineの腹腔内投与によるlabeling index、すなわち膵腺房細胞のDNA合成能は、24-48時間後に最大となり、膵腺房細胞のmitotic indexは48-96時間後に最大となった。これらに先んじて24時間後にCaM-kinase IV活性が最大となり、免疫染色では膵腺房細胞にCaM-kinase IV陽性所見を認めた。さらにCaM-kinase IV選択的阻害薬、K-252aの腹腔内投与による腺房細胞のDNA合成能の抑制効果が示され、caerulein急性膵炎の回復過程においては、膵腺房細胞のCaM-kinaseIVの活性化と膵再生現象の関連性が示唆された。本研究により、急性膵炎では膵腺房細胞のCaM-kinaseIIとIVは、異なる役割を担っていると推定された。
素粒子の拡張模型による現象論

今年度行った研究の第一はニュートリノ振動に関する現象論である。本研究ではニュートリノに関する等価原理を検証するために、エネルギーの制御が比較的容易な長距離加速器実験におけるニュートリノ振動の観測を提唱し、具体的にどの程度の精度で検証できるかを解析した。解析は距離が約800kmのSOUDAN2の実験の場合と約6000kmのDUMAND計画の場合について行い、それぞれ10^<-14>と10^<-15>の精度で検証しうること明らかになった。さらに、この種の等価原理の破れを仮定する場合、座標系の取り方により重力ポテンシャルの値が変わり結論も変わってしまうという誤解が従来あったが、等価原理の破れが十分小さい場合、地球上での実験では地球のポテンシャルで十分良い近似であることを示し、座標系依存性の問題を解決した。又、一般にニュートリノ振動を引き起こす力を媒介する粒子のスピンを未定とした場合、観測される電荷粒子のエネルギースペクトラムの形からスピンを同定できることも示した。今年度行った研究の二番目はクォーク・レプトンの質量に関する研究である。素粒子の標準模型ではクォーク・レプトンの質量の多様性は湯川結合定数の多様性によって現象論的に説明されているが、本研究では湯川結合定数は普遍にして何種類ものヒッグス粒子を導入し、そのヒッグス粒子の真空期待値の多様性からフェルミオンの質量を導出しようと試みた。従来はヒッグス粒子のポテンシャルが非常に複雑であるために解析が困難であったが、南部一ジョナラシニオ型模型を仮定して全ヒッグス粒子が複合粒子であるとすると、ポテンシャルの形が強い制約を受けて解析が簡単になることが明らかになった。現在この方法によりフェルミオンの質量ならびにフレーバーを変化させる中性カレント等の現象論に関する解析が進行中である。
異種有機分子間混晶における分子認識と光反応性

1。異種有機分子間の分子化合物結晶の光反応と光不斉導入の展開:1-と2-ナフチル及び3-インドール酢酸と1,2,4,5-テトラシアノベンゼン(TCNB)との結晶性CT錯体を合成し、これらの固相光反応により対応するメチル芳香族化合物とアリール(2,4,5-トリシアノ)メタンを好収率で得た。また、これらの二分子結晶のX線構造解析を行った(大橋裕二教授研究室との共同研究)。さらに、ジフェニル酢酸とアクリジンから生成するキラルな二分子結晶を光照射して光学活性な生成物を得ること、即ち絶対不斉合成に成功した。2。異種有機分子間の分子化合物の単結晶化と構造解析:各種芳香族カルボン酸とアザ芳香環化合物とから、10種以上の二分子結晶を合成し、それらのうち上記のキラルな二分子結晶のほかに、ジフェニル酢酸-フェナントリジン、トリフェニル酢酸-アクリジン、3-(3-インドール)酢酸-フェナントリジン等もキラルな二分子結晶を生成することが明らかになった。分子化合物結晶における分子配列と化学反応性:上記1。の二分子結晶及びキラルな二分子結晶の結晶構造と光反応性の関連性を明らかにした。また、4-(2,4,6-トリイソプロピルベンゾイル)安息香酸とL-プロリノールの塩結晶の光照射で不斉な光閉環生成物を生ずる反応が、単結晶-単結晶光反応で進んでいることが分かり、この際起こる不斉導入率をX線結晶解析の結果からほぼ定量的に説明出来た(広津建教授研究室との共同研究)。1。2。
アクチン調節蛋白質ゲルゾリンの細胞増殖における役割に関する研究

ヒト活性化H<ーras>___ー癌遺伝子によって癌化したマウス腫瘍EJーNIH/3T3に変異原を与えて,増殖能力の著しく抑制された正常復帰変異細胞株R1,R2を得た。これらの変異株のサイトゾ-ル画分では,分子量約92,000,等電点約5.7のタンパク質p92ー5.7が新しく発現しており,その発現量は増殖抑制の程度と相関が見られることが証明された。p92ー5.7はその分子量からアクチン調節機能を持つゲルゾリン関連タンパク質である可能性が予想されたので,抗ゲルゾリン抗体によるウエスタンブロットを行ったところ,p92ー5.7はこの抗体と反応した。しかし,R1細胞由来のタンパク質をアルカリフォスファタ-ゼで処理してもp92ー5.7は消失せず,またこのスポットにリンの取り込みも見られなかった。このことから,p92ー5.7は既存のゲルゾリンのリン酸化によって生じたものではなく,ゲルゾリンの変異体あるいはゲルゾリン様タンパク質であると考えられた。さらにゲルゾリンmRNAの発現をノ-ザンブロット法で調べたところ,R1,R2においてEJーNIH/3T3よりも高い発現が認められた。ゲルゾリン遺伝子のサザン解析では,遺伝子の再編成あるいは増幅は見られず,R1細胞におけるゲルゾリン遺伝子発現の亢進はこれら以外の原因によるものと考えられた。そこで,R1のcDNAライブラリ-より得られたゲルゾリンのクロ-ンについて解析したところ,R1のゲルゾリン遺伝子には突然変異がおこっている可能性が示唆された。これらのゲルゾリン遺伝子の変化に伴って,R1細胞においてはEJーNIH/3T3細胞で消失したαーアクチンの遺伝子発現がNIH/3T3細胞レベルに回復した。これらのことから,アクチン調節タンパク質のひとつゲルゾリン遺伝子の発現は細胞増殖を制御する上で重要な役割を持っていることが示された。
転写因子のターゲット予測と認識データベース

転写因子のターゲット予測するため、いくつかの方法を開発した。現在、実験的に得られた転写因子のターゲットのコンセンサス配列に基づく予測法であるSequence-Based Methodが広く用いられている。しかし、この方法の精度は配列の質に大きく依存する。そこでこれを補うため、蛋白質とDNA及びその変異体との結合エネルギー実験データを用いるEnergy-Based Methodを開発し、かなり精度よく予測できることを確かめた。一方、配列情報とは独立したStructure-Based Methodを開発した。この方法では、DNA・蛋白質複合体の構造データを統計に解析し、相互作用の統計ポテンシャルを導入し、それを予測に応用する。いくつかの転写因子に対しては、かなりの精度でターゲットを予測することができた。また。認識における構造と特異性の関係を定量的に解析することに始めて成功した。Structure-Based Methodは構造データがそれほど多くないため、まだ予測精度に制限がある。これを補うため、Ab Initio Methodを開発している。この方法では、DNA塩基とアミノ酸の相互作用の計算機シミュレーションを行い、上記の統計ポテンシャルに相当するものを計算する。これまでにいくつかの塩基とアミノ酸のペアについて認識特異性を定量化することができた。蛋白質・核酸認識データベースについては、蛋白質・核酸複合体の構造データを収集し、モチーフに分類した「蛋白質・核酸複合体構造データベース」、アミノ酸・塩基の特異的相互作用の構造情報を抽出するための「アミノ酸・塩基相互作用データベース」を開発し、すでにインターネットで公開している。また、蛋白質と核酸との相互作用データを収集し、データベース化をすすめている。また。
血中循環口腔癌細胞の分離とその細胞特性解析によるリキッドバイオプシーの確立研究

口腔癌患者においてCTCの検出・解析を行い、臨床病態との相関性、治療効果の判定基準及び無増悪生存率(PFS)や全生存率(OS)などの予後予測システムの開発を行っている。健常人および当科を受診した口腔癌患者から血液を採血して、「celsee prep 100」に注入し血中循環腫瘍細胞(CTC)の検出を検討。混入した白血球をCTCと識別するために分離された細胞に蛍光標識した上皮マーカーの汎サイトケラチン抗体を反応させると共に蛍光標識した汎血球マーカーのCD45抗体および,蛍光性のDNA染色物質DAPIで細胞の核を染色。蛍光画像処理し、検出された細胞でDAPIで染色された核と汎サイトケラチン抗体で蛍光染色された細胞の形態とCD45抗体には反応しないものをCTCであると同定した。健常人ではCTCは検出されないものの、予後良好な口腔癌患者でCTCが検出されたり、全身転移し予後不良口腔癌患者では検出されなかった。また同一患者で複数回の測定を同時に行うも結果にばらつきがあることがあり、臨床病態と予後との相関性が不明である。先行実験に基づいて健常人および当科を受診した口腔癌患者から血液を採血して、「celsee prep 100」に注入しCTC数を検討てしているが、複数回同じ患者で行うとデータにばらつきがある。そこで現在、検出方法について検討中である。現行のCTC測定法である「celsee prep 100」に注入するサンプル血液量を増減したり、高感度に検出できる上皮細胞マーカーの検索を行って、CTC数を測定し臨床病態と予後との相関性を検討する予定である。また、得られたCTCのプロフィール解析を行うため,CTCより直接DNAを抽出し,illumina社の次世代シークエンサー(NGS)HiseqあるいはMiseqシステムを用いてCTCに含まれる全ゲノム配列を検討し,固有の変異と細胞学的特徴を検討する。さらにCTCよりtotal RNAを抽出し,mRNAに相補的な標識RNAを合成する。これをDNA micro array解析を行うことでCTCにおける遺伝子発現状態を網羅的に解析する予定である。概ね必要経費範囲内で研究しており、端数を次年度に繰り越す予定でる。
複式学級の特性である「異学年交流」を効果的に取り入れた国語科授業づくりの研究

複式学級の特性は,少人数であることと異学年が存在していることの2点である。これまで,少人数であることをよさとして考えた授業づくりは,比較的容易に想像できるが,学級内に異学年がいることをよさとしてとらえ,その交流を効果的に取り入れた授業実践は,あまり目にすることはない。ここ最近は,転校児童の問題等で学年別指導を取り入れる学校が多い。そこで,学年別指導(異単元異内容)の国語科,文学的な文章を教材とした授業のあり方を探ることを本研究の目的とした。他附属の授業参観や2つの物語文・詩と題材を変えた3本の検証授業から,複式学級で「異学年交流」を効果的に取り入れる授業づくりにおいて,次のことが明らかになった。○文学的文章,説明的文章ともに,異学年の学習課題をどう設定するかが大変重要になる。学年別に異なる視点から登場人物の心情に迫る課題は課題として適切であった。また,同じ課題でも異なる叙述の言葉をキーワードにして考えていくことで効果的な交流の場にすることができる。○互いに何を学習していくのか,つまり学習の見通しをもつ段階で異学年が共有できる場を確保することが重要である。授業の最初に互いの教材を読んでおくこと,課題を知ることの2点は,一斉の場で行う必要がある。○異学年交流を取り入れることで,上学年にとってはそのプライドから学習に対する意欲が増し,程良い緊張感をもたせることが可能になる。また,下学年にとっても上学年に考えをぶつけ,質的な高まりを生むことができる。学年別の取り組み後,両学年が意見交流することは,自分の考えを2段階で練り上げることになる。
腸管寄生性原虫赤痢アメーバのプロテアーゼ輸送機構の解明

本研究では赤痢アメーバシステインプロテアーゼ(CP)輸送の分子機構の解明を行った。以前我々が報告したCP輸送に関与するレトロマー複合体、またCPに結合する分子の同定を試みた。レトロマー複合体の構成分子であるVps35または主要なCPの一つであるCP5をHAタグとの融合タンパク質として発現させた強発現株を作成し、抗HA抗体を用いた免疫沈降を行った。SDS-PAGEの後銀染色を行い、親株では見られず、それぞれの強発現株でのみ見いだせるバンドの検索を行った。それぞれから候補となるバンドを見出し、質量分析を行ったが、Vps35からは既知のレトロマー複合体の構成分子しか見いだせなかった。一方CP5の強発現株から見出された約100kDaのバンドはシグナルシークエンスと膜貫通ドメインを持つタンパク質であり、そのC末端部分には細胞内輸送に重要なアダプタータンパク質(AP)複合体の結合モチーフ(YxxΦモチーフ)が存在していた。さらに赤痢アメーバゲノムデータベースを検索したところこの分子と相同な分子が他に10存在しうち8個にYxxΦモチーフが存在していた。cysteine protease bindingfamily(CPBF)と名付けたこれらの分子は赤痢アメーバで初めて見出されたAP複合体を介した輸送経路に関与する分子であると考えられ、今後行うCP輸送の分子機構解明に向け、重要な知見を得ることができた。Vps35結合タンパク質の同定について、タグ配列を挿入したVps35を赤痢アメーバに発現させ、抗タグ抗体で免疫沈降し、共沈するタンパク質を検索した。免疫沈降したサンプをSDS-PAGEから銀染色を行った段階で差のあるバンドとして約25kDaのバンドが検出された。そこでこのバンドを切り出し、マススペクトロメトリーにかけたところ、Vps35と複合体を形成しているレトロマー構成分子であるVps26であり、我々の想定したレセプター分子ではなかった。よってアプローチを変更、yeast two-hybrid法による同定を目指し現在cDNAライブラリーを作成中である。CPのリソソームへの輸送シグナルを知る為にCP1、CP2の前駆体部分直下にタグ配列を挿入した融合タンパク質を発現させ、その局在を観察した。この融合タンパク質は予想分子量(16kDa)どおり発現し、分解産物も見られなかった。さらに間接蛍光抗体法により細胞内局在を検討した結果、細胞体全体に分布する小胞に存在したがリソソームとの共局在は観察されなかった。小胞体マーカー分子はこの小胞と分布を異にすることから、小胞体内に蓄積した野ではなかった。トリパノソーマでは前駆体部分にリソソームへの輸送シグナルが存在することが証明されているが、赤痢アメーCP1,CP2では異なる機構が存在していることが明らかとなった。現在CP5について同様の検討を行っている。
社会経済的に受容可能な環境技術・システムの設計

地域社会に受容可能な環境技術・システムを設計するためには、導入による地域の社会経済への影響分析(社会経済性分析)を行う必要がある。また、その結果を真に意思決定に反映するためには、地域固有の条件を考慮したシナリオや技術モデルとの連携が必要である。本研究では、産業連関分析を発展し、技術・システム導入の社会経済性を可視化するモデルを提案することと、その結果を地域のステークホルダーに提示し、選好を調査することにより、受容性の要因分解や社会経済性への感度分析などを行うことを目的としている。本研究は大きく分けて、(1)技術・システムの社会経済性を評価可能な産業連関表の作成、(2)フロー解析手法、ステークホルダー特定手法の確立、(3)技術・システムシナリオの分析結果の受容性の評価、技術選択の要因分析の3つのフェーズから成り立っている。30年度の実施内容は以下の通りである。(1)対象地域で導入が検討されている地域資源を活用した分散型エネルギーシステムの評価をケーススタディとして、他地域への汎用性を視野に、29年度に作成した公開統計データや個票データの利用して作成した対象地域の産業連関表(地域表)だけでなく、その対象地域が属する都道府県の産業連関表(都道府県表)、都道府県表に地域表の一部の部門を拡張したハイブリット表を用いた社会経済性の結果の比較を行った。(2)対象地域のシンポジウムなどを通して、社会経済効果の波及フローの解析結果に対する地域住民との意見交換を行った。(3)(1)の結果から、公開データを用いた比較的汎用性の高い分析の結果が、地域の特性を反映したデータを用いた分析結果と比較し、心理的なバイアスも含め、地域の意思決定に与える影響の可能性について検討した。対象地域の特性を反映した産業連関表の作表とそれを用いた分析だけでなく、より議論を一般化し他地域への展開を見越し、公開されている産業連関表を利用・拡張する分析手法の検討を行っており、後者の場合に生じる結果や解釈の齟齬に対する検証や、それを縮小するため方法や指針の提案を行っている点で、今年度の実施目標を達成している。また、その結果について、国際・国内学会において、専門家らと意見交換を行っており、ケーススタディを行う地域での研究体制も含め、研究環境が確保されており、次年度の研究実施が可能な状態である。今後は、技術や地域特性による分析結果への影響について検証・検討を行うと共に、導出される結果や用いるデータに対する地域住民の受容性の検討を行う。この際に、技術特性についてはシステム工学の専門家らと十分な議論を行い、住民の受容性を検討するために、社会学分野の専門家らからも助言を受ける予定である。環境技術・システムの導入による地域経済の活性化モデルの構築のためには、技術・環境面の評価・設計だけでなく、その技術が地域の社会経済にどのような影響を与えるのかを評価軸に加えた、地域が受容可能な技術設計が必要である。本研究では、環境技術の産業・技術の波及効果を分析する産業連関分析を発展し、技術・システムの社会経済性を可視化するモデルを提案することと、その結果を地域のステークホルダーに提示し、選好を調査することにより、受容性の要因分解や社会経済性への感度分析などを行うことを目的としている。29年度の実施内容は以下の通りである。(1)公開統計データを基にした種子島のa)産業連関表を作成し、より詳細なb)産業連関表の作成のために、二次利用申請が可能かつ必要な個票データの利用申請を行い、申請者がこれまで入手したヒアリングデータ等も参照し作表を進め、システム工学の専門家の協力を得て、同表と連結する新規技術・システムのプロセスデータの作成に従事した。(2)技術・システム導入の社会経済的な影響のフローを解析する手法と、それによるステークホルダーの特定手法を開発し、ネットワーク分野の専門家と議論を行った。(3)社会経済性に基づく技術・システムの受容性を地域のステークホルダーや住民に調査するための方法や分析手法の検討を行い、実際にステークホルダーとなり得る対象に研究成果の解説・意見交換を行った。上記の実施内容は、次年度以降の研究実施に向けた基礎づくりとして非常に重要である。技術・システムの受容性を分析、援助するために、数種類の産業連関表の作表に取り組み、それぞれを用いた技術・システムの社会経済性の評価結果の差についての比較分析を行っている。また、その結果を学会等で発表し、専門家らと意見交換をしつつ、手法等の再検討も行っている点で、今年度の実施目標を達成している。また、ケーススタディを行う地域においても、様々な主体に対して、セミナーや意見交換会などを行い、受容性の分析を行うための基礎作りにも取り組んでいる点で、次年度以降の実施の準備が十分に整えられている。

本研究では、産業連関分析を発展し、技術・システム導入の社会経済性を可視化するモデルを提案することと、その結果を地域のステークホルダーに提示し、選好を調査することにより、受容性の要因分解や社会経済性への感度分析などを行うことを目的としている。本研究は大きく分けて、(1)技術・システムの社会経済性を評価可能な産業連関表の作成、(2)フロー解析手法、ステークホルダー特定手法の確立、(3)技術・システムシナリオの分析結果の受容性の評価、技術選択の要因分析の3つのフェーズから成り立っている。30年度の実施内容は以下の通りである。(1)対象地域で導入が検討されている地域資源を活用した分散型エネルギーシステムの評価をケーススタディとして、他地域への汎用性を視野に、29年度に作成した公開統計データや個票データの利用して作成した対象地域の産業連関表(地域表)だけでなく、その対象地域が属する都道府県の産業連関表(都道府県表)、都道府県表に地域表の一部の部門を拡張したハイブリット表を用いた社会経済性の結果の比較を行った。(2)対象地域のシンポジウムなどを通して、社会経済効果の波及フローの解析結果に対する地域住民との意見交換を行った。(3)(1)の結果から、公開データを用いた比較的汎用性の高い分析の結果が、地域の特性を反映したデータを用いた分析結果と比較し、心理的なバイアスも含め、地域の意思決定に与える影響の可能性について検討した。対象地域の特性を反映した産業連関表の作表とそれを用いた分析だけでなく、より議論を一般化し他地域への展開を見越し、公開されている産業連関表を利用・拡張する分析手法の検討を行っており、後者の場合に生じる結果や解釈の齟齬に対する検証や、それを縮小するため方法や指針の提案を行っている点で、今年度の実施目標を達成している。また、その結果について、国際・国内学会において、専門家らと意見交換を行っており、ケーススタディを行う地域での研究体制も含め、研究環境が確保されており、次年度の研究実施が可能な状態である。今後は、特定地域だけでなく、その他の地域でも展開可能なモデルの構築を目指し、より簡便に作成、分析可能かつ地域の受容性に対し致命的な影響を与えない産業連関表および分析モデルの設計、比較分析等を行う。この際に、技術情報を損なわないために、システム工学の専門家らと十分な議論を行い、住民の受容性を測る方法を検討するために、社会学分野の専門家らからも助言を受ける予定であり、対象地域についても、現在の対象地域とは別の特徴を持つ地域に拡大する予定である。今後は、技術や地域特性による分析結果への影響について検証・検討を行うと共に、導出される結果や用いるデータに対する地域住民の受容性の検討を行う。この際に、技術特性についてはシステム工学の専門家らと十分な議論を行い、住民の受容性を検討するために、社会学分野の専門家らからも助言を受ける予定である。本年度は、国際学会での発表よりも国内の研究者や有識者、地域のステークホルダーとの打ち合わせや議論を優先させたため、当初予定していた国際学会への参加がなくなり、当該助成金が生じた。次年度において、現地調査のための旅費や調査に必要なノートパソコンなどの購入費に充てる予定である。本年度は、国外で開催される国際学会での発表よりも国内の研究者や有識者、地域のステークホルダーとの打ち合わせや議論を優先させたため、当初予定していた国際学会への参加がなくなり、当該助成金が生じた。次年度において、現地調査のための旅費や調査に人件費などに充てる予定である。
心筋分化におけるATP合成酵素の筋特異的選択的スプライシングの調節機構とその機能

本年度の研究は三項目に分かれている。1)心筋型ATP合成酵素の活性調節の検討:申請者はウシ心筋および肝より亜ミトコンドリア粒子を調整しさまざまな条件でオリゴマイシン感受性ATPase活性を測定した。その結果、それぞれのVmax,Kmには特に差を認めなかったが、pH依存性にわずかながら差が認められ、心筋におけるpH依存性は低かった。現在のところATP合成酵素におけるアイソフォームの存在はγサブユニットしか報告されていないため、このサブユニットにより活性の差が生じると考えやすい。2)筋分化過程における選択的スプライシングの検討と筋芽細胞を用いた選択的スプライシングの可逆的誘導系の確率:マウスにおいて、MyoDを用いることにより線維芽細胞から筋芽細胞さらに筋線維に分化する系が確立されている。この系を用いてスプライシングの誘導過程を検討するために、まず申請者は新たにマウスATP合成酵素γサブユニットcDNAをクローン化した。次に筋芽細胞の段階で筋特異的な選択的スプライシングが分化培地で誘導されることを確認した。さらに筋芽細胞では低pH培地にて筋型スプライシングの誘導が、筋繊維への形態変化を伴わずに可逆的に生じることを示した。筋型スプライシングの誘導は蛋白合成阻害剤およびプロテインキナーゼC阻害剤にて阻害された。また低pH培地の誘導により、他に筋特異的選択的スプライシングを生じるNCAMとの協調的スプライシング機構が存在することを示した。その調節機構については現在検討中である。3)筋特異的スプライシング調節因子の同定と精製:申請者はヒト培養細胞にて心筋型RNA転写物と肝型RNA転写物の各々が環境pHによって別々に発現することを見いだした。また、心筋型転写物が誘導される際に新たな細胞内因子の合成が不可欠であることを明らかにした。申請者はこの筋特異的な選択的スプライシングを調節する分子機構を解明するために、ヒト培養細胞から核抽出液を粗精製し、ゲルシフトアッセイやUVクロスリング法を用いて解析した。その結果、選択的スプライシングを受ける第9エキソンの上流にある第8イントロンに結合するRNA結合蛋白が恒常的に存在し、低pH培地にて誘導後の核抽出液にはこの恒常的なRNA結合蛋白のRNAに対する結合を阻害する特異的な核内蛋白が存在することを明らかにした。現在まずこの恒常的なRNA結合蛋白がPTB(polypyrimidine tract-binding protein)であるかどうかを検討中である。つぎに心筋型RNA転写物のみを発現する培養細胞から核抽出液を抽出し、筋特異的な陰性調節を示すスプライシング因子をカラム等を用いて精製する予定である。
マイクロ波プラズマの発生法とその構造の制御

我々は、二重管式同軸線路型とリジタ-ノコイル型のマイクロ波プラズマ化学気相堆積装置を開発してきた。これらの装置は、マイクロ波とプラズマとの結合性に優れ、内部的プラズマパラメ-タの制御性にも優れている。平成2年度は、デジタルオシロスコ-プ、残留ガス分析計などを用いて、以下の成果をあげた。(1)反応性プラズマ中で用いることができる電気探針の測定法を確立した。(2)二重管式同軸線路型マイクロ波プラズマ化学気相堆積装置の堆積室内において、内部的プラズマパラメ-タの空間分布を測定した。(3)電子密度の空間分布は、主に両極性拡散により支配されていることを明らかにした。(4)DCバイアス法およびRFバイアス法を用いることにより、プラズマの状態(内部的プラズマパラメ-タ)を変化させずに、イオン衝撃エネルギ-を独立に制御できることを明らかにした。(5)イオン衝撃エネルギ-が水素化アモルファスシリコン膜および窒化シリコン膜の特性に及ぼす影響を明らかにした。(6)イオン衝撃の効果とヒ-タ-による基板加熱の効果と併用することにより、良質な窒化シリコン膜を作製できた(以上、加藤)。(7)リジタ-ノ型プラズマCVD装置を用い、比較的高い圧力でECRプラズマの生成に成功した。また、異なった磁界配位で、シリコンとモリブデンウェファ-上にカ-ボン膜を作製した。堆積速度は、発散磁界の場合よりもミラ-磁界の場合の方が速いことがわかった。(8)DCバイアスを印加したとき、正バイアスでは、プラズマポテンシャルはほぼ一定であったが、プラズマ密度は減少した。なお、設備備品として申請したマイクロ波モ-ド変換器と水冷式マイクロ波導波管は、設計した部品を組立てて作ったので、消耗品扱いとした(以上、河合)。
生体発光の新規微弱発光系による機構解明および活性酸素消去食品摂取時における動向

生体成分、組織を主な試料としCCDカメラによるフォトン検出から、生体成分、組織のX、Y、Z種の局在箇所の検討を行った。その結果、健常人血清のY発光、Z発光基準値を明らかにすることができた。癌、膠原病などの病態患者血清からはXY発光、XZ発光が検出され自己免疫性疾患で高い傾向にあった。この結果は本研究で開発した活性酸素消去発光が臨床検査、健康診断として適用できることを示唆している。これら内容については一般邦文誌に掲載、医学関係者からも高い評価を得ている。疾病時における採血は患者に対し非常に大きなストレスとなることを考慮し、全血による発光分析を検討した。その結果、数滴の血液を濾紙に吸着させることで効率良く発光検出できる方法を開発した。今回開発したPhoton-HPLCシステムを用い、血清Y成分としてアルブミンを、お茶、バナナ成分としてカテキンをそれぞれ単離することができた。また数種の食品からX成分を確認した。Y成分とX成分の分析結果から、食品中にみられるX成分の多くはY成分のhydroperpxide様物質であることが示唆された。ワインではアントシアニンの重合に活性酸素の発生が関与することを明らかにした。劣化ワインのX発光と味覚テストの高い相関性は活性酸素消去発光検出が食品の品質管理に応用できることを示している。また、今回最も強いY発光を検出したバナナを健常んに摂取させ血液分析を行った結果、血清中Y発光はバナナ摂取後1-3時間で有意に高くなることがわかった。これら一連の結果から食品摂取後の血液分析が各疾病に合わせた予防、治療のための有効な食品の組み合わせを創出し、食品を薬物治療の補助的な位置へと向上させ得る可能性が示唆された。生体成分、組織を主な試料としCCDカメラによるフォトン検出から、生体成分、組織のX、Y、Z種の分布、局在カ所の検討を行った。その結果、肝臓、心臓、腎臓などの主な臓器および皮膚など組織細胞はZ種であり、血液を始めとする内液はY種であることを明らかした。これら内容については邦文一般紙に掲載し、医学関係者からも高い評価を得ている。特に健常人、活性酸素関連疾病者、酸素ストレス条件下(喫煙など)での血漿の微弱発光量の比較は、この発光法が臨床検査の一つとしてなりえることを示しており予想外の成果をあげることができた。しかしながら、全血による発光分析については未知Z成分の介入など複合的要因が多く、臨床と発光とを結びつけるにはさらなる研究が必要である。また、今回新たに開発したPhoton-HPLCシステムでX、Y、Z種の定量化を行ったことで、食品、植物、生体内発光物質を過酸化水素量、没食子酸量、金属タンパク質量に換算することにより、それぞれのX、Y、Z活性を比較できるようになった。さらに既知X、Y、Z試薬を効果的に組み合わせた定量法で生体微弱発光物質の検出をナノ、ピコモルレベルまで定量化できるようになった。生物発光、化学発光の国際学会で発表し、その定量法については高い評価を得ることができた。また、これまで1重項酸素のモデルケースであったラクトペルオキシダーゼの発光の定量化とその特性を研究した内容はこれまでの発光機構を覆すものであり、当研究の目的である生体発光の機構解明の核心として大きく貢献するものである。モデル食品素材の開発の一つとして食品をCCDカメラによるフォトン検出、Photon-HPLCシステムで分析した結果、数種類の食品素材、食品成分からX活性とY活性に相関性を見いだし、これまで知られていた活性酸素消去物質あるいは抗酸化物質の活性酸素消去機構を考えるうえでの貴重な知見を得た。生体成分・組織を主な試料としCCDカメラによるフォトン検出から、生体成分、組織のX,Y、Z種の局在箇所の検討を行った。

その結果、健常人血清のY発光、Z発光基準値を明らかにすることができた。癌、膠原病などの病態患者血清からはXY発光、XZ発光が検出され、自己免疫性疾患で高い傾向にあった。この結果は本研究で開発した活性酸素消去発光が臨床検査、健康診断として適用できることを示唆している。これら内容については一般邦文誌に掲載し、医学関係者からも高い評価を得ている。疾病時における採血は患者に対し非常に大きなストレスとなることを考慮し、全血による発光分析を検討したその結果、数滴の血液を濾紙に吸着させることで効率良く発光検出できる方法を開発した。今回開発したPhoton-HPLCシステムを用い、血清Y成分としてアルプミンを、お茶、バナナY成分としてカテキンをそれぞれ単離することができた。また数種の食品からX成分を確認した。Y成分とX成分の分析結果から、食品中にみられるX成分の多くはY成分のhydroperoxide様物質であることが示唆された。ワインではアントシアニンの重合に活性酸素の発生が関与することを明らかにした。劣化ワインのX発光と味覚テストの高い相関性は活性酸素消去発光検出が食品の品質管理に応用できることを示している。また、今回最も強いY発光を検出したバナナを健常人に摂取させ血液分析を行った結果、血清中Y発光はバナナ摂取後1-3時間で優位に高くなることがわかった。これら一連の結果から食品摂取後の血液分析が各疾病に合わせた予防、治療のための有効な食品の組み合わせを創出し、食品を薬物治療の補助的な位置へと向上させ得る可能性が示唆された。
環境中における大腸菌の増殖基質を探る

大腸菌の増殖前後における低分子有機物変化の差分分析として、前年度の検討で大腸菌の増殖が見られた多摩川河川水の試料を再度採水し、増殖試験を実施した。増殖前後の試料を固相抽出し、HPLC-四重極Orbitrapハイブリッド質量分析計で分析した。試験は3連で行い、増殖前後で有意差があるコンポーネントを31個抽出した。抽出されたコンポーネントについて、精密質量から分子式推定を行った。分子式組成から、Kendrick Mass Defect(KMD)を計算したところ、同一のKMDを持つものが存在したことから、共通した骨格を持つ化合物群があることが推定された。さらに、MS/MS分析を行ったところ、11個に対してMS/MSデータを取得でき、うち3個についてはMS/MSフラグメントパターンと既存のデータベースとの比較により、物質の候補を挙げることができ、1つはチロシンメチルエステルであった。標準物質を入手し比較したところ、分析結果に違いがみられたことから、異性体である可能性が示唆された。次に、河川水を0.2umでろ過し細菌を除去したものと、0.8umでろ過して河川水中の細菌類は残したものとで、大腸菌の増殖試験を行った。.8umでろ過した試水中では、0.2umでろ過したものに比べ、大腸菌の増殖は有意に小さかった。Orbitrap質量分析計で分析したところ、0.2um試料で大腸菌が利用したと思われる物質は、0.8umろ過試料でも減少していたことから、大腸菌と河川水中の細菌で基質の競合が起こっており、その結果として大腸菌の増殖が抑制されていたと考えられた。また、実験室分離株のほかに、琵琶湖から分離された大腸菌株も用い、琵琶湖湖水での増殖試験を実施したところ、対照試験よりも優位に増殖する大腸菌株もあった。自然界においても大腸菌が環境水中の溶存有機物を利用して増殖していることが確かめられた。当初予定していなかった、大腸菌と他細菌との増殖競合の試験についても実施する事ができた。一方で、大腸菌が利用する基質については、分子式の推定はできたものの、物質の完全な同定にまでは至らなかった。成果の取りまとめとしては、4月28日5月3日に実施されるTranscon2019にて、本研究成果の発表を行う。また、大腸菌と他細菌の基質競合の成果について、原著論文を執筆中である。研究面としては、大腸菌が利用する基質について、物質の構造推定を引き続き実施していく。利用される物質の濃度が低いため、同定をしやすくするためにできるだけ大容量で試験をする必要がある。大腸菌の環境水中溶存有機物による増殖試験を行うに当たり、環境水を滅菌する方法を検討した。まず、滅菌操作における有機物変化を最小限にとどめるため、ろ過滅菌のみによる滅菌を検討した。0.2um, 0.1umフィルタのろ過いずれにおいても、ろ過直後の全菌数は定量下限以下になっていたものの、1日後には10^4cells/mlまで増殖してしまうことがわかった。そこで、75oCで1時間低温殺菌処理を追加したところ、1日後も定量下限以下を保っていた。滅菌処理前後での有機物変化を、Orbitrap質量分析計で分析したところ、わずかに変化が見られた。このことから、今後大腸菌の増殖基質を探索する際には、増殖前後の有機物を比較するとともに、増殖前後で減少した有機物が、滅菌処理により生成された人工産物でないかどうかの確認も必要であることがわかった。この滅菌方法を用い、3箇所から採取した河川水を用いて、1日間無機塩緩衝液に入れて飢餓状態としておいたE.coli K12株を植種し、培養実験を行った。また、対照試験として、大腸菌の最少培地から唯一の炭素源であるグルコースをのぞいたM9-Glu培地に植種したものも作成した。その結果、河川水中に植種したものは、無機塩培地に植種したものに比べて菌数が有意に増加しており、大腸菌が河川水中の有機物を利用して増殖可能であることが明らかとなった。また、増殖前後の試料をOrbitrap質量分析計で分析し、増殖後に減少している有機物を検出できた。また、環境水中からの大腸菌の分離も試みた。河川水中からクロモカルト培地を用いて大腸菌を選択培養し、純化を行った。得られた菌株のうち2菌株に対して、バイオログを用いて基質利用性を評価した。その結果、K-12株と共通した基質は80%前後であり、環境水中の菌株は基質利用性が多少異なることが示された。計画通り、実験方法の検討と、大腸菌の培養試験を実施するとともに、大腸菌の分離も行うことができた。

さらに、MS/MS分析を行ったところ、11個に対してMS/MSデータを取得でき、うち3個についてはMS/MSフラグメントパターンと既存のデータベースとの比較により、物質の候補を挙げることができ、1つはチロシンメチルエステルであった。標準物質を入手し比較したところ、分析結果に違いがみられたことから、異性体である可能性が示唆された。次に、河川水を0.2umでろ過し細菌を除去したものと、0.8umでろ過して河川水中の細菌類は残したものとで、大腸菌の増殖試験を行った。.8umでろ過した試水中では、0.2umでろ過したものに比べ、大腸菌の増殖は有意に小さかった。Orbitrap質量分析計で分析したところ、0.2um試料で大腸菌が利用したと思われる物質は、0.8umろ過試料でも減少していたことから、大腸菌と河川水中の細菌で基質の競合が起こっており、その結果として大腸菌の増殖が抑制されていたと考えられた。また、実験室分離株のほかに、琵琶湖から分離された大腸菌株も用い、琵琶湖湖水での増殖試験を実施したところ、対照試験よりも優位に増殖する大腸菌株もあった。自然界においても大腸菌が環境水中の溶存有機物を利用して増殖していることが確かめられた。当初予定していなかった、大腸菌と他細菌との増殖競合の試験についても実施する事ができた。一方で、大腸菌が利用する基質については、分子式の推定はできたものの、物質の完全な同定にまでは至らなかった。今後の研究として、大腸菌の増殖に伴い減少した有機物成分について、可能な限りその性質を明らかにするとともに、物質の構造推定を行うことを主な目標とする。成果の取りまとめとしては、4月28日5月3日に実施されるTranscon2019にて、本研究成果の発表を行う。また、大腸菌と他細菌の基質競合の成果について、原著論文を執筆中である。研究面としては、大腸菌が利用する基質について、物質の構造推定を引き続き実施していく。利用される物質の濃度が低いため、同定をしやすくするためにできるだけ大容量で試験をする必要がある。消耗品の一部について、他研究室との共用使用により効率的に実施することができたことなどから、次年度使用額が生じた。次年度使用額については、大腸菌基質候補物質の構造推定を予定以上に拡充し、標品の購入等に活用する予定である。
肝癌自然発症LEGラットを用いた肝癌に対する肝移植後再発機構の解析

肝移植は肝癌に対してもその効果が期待されるが、現時点ではその後の再発抑制が課題である。LEA(Long Evans Agouti)とLEC(Long Evans Cinnamon)のうちLECラットは、肝炎を経て肝癌を自然発症するラットである。それに肝移植を行うことで、発癌、癌再発機構の解明に有用であると考えられ、本研究を行った。その結果以下の成績がえられた。1.LEA肝をLECに移植するとすべてのラットが300日以上生存し、肝炎が抑制されることが判明した。2.LEC肝をLEAに移植すると一時的にトランスアミナーゼの上昇をみるが4ヶ月後には正常化し長期生存するものもみられた。2.LEA肝を移植されたLECラットでは血中の銅濃度は1ヶ月で下降しセルロプラスミン濃度も正常まで上昇した。4.移植後1ケ月のLECラットのLEA肝は組織学的に銅染色が陰性であったが、逆の移植では銅染色陽性であった。5.LEC肝移植LEAラットの長期生存例では肝腫瘍の発生がみられた。発がんの有無についてはなお長期の経過観察を要する。また、種々の免疫抑制剤使用下での肝癌の再発様式を検索し、さらに抗癌剤併用による再発抑制の可能性を探る必要がある。(1)肝移植の行われたLECラットがdonor肝の種によって、肝炎の発症に違いがあることが長期的に観察された(2)肝癌発症後のラットに対し肝移植を行い、肝癌の再発様式を検索した(3)担癌ラットに対する免疫抑制剤の効果DAB肝癌をWKAラットの皮下に移植し、Deoxyspergulin投与の効果を検討したところ、癌増殖に有意の差を見いだせなかった本邦における硬変合併肝癌に対する肝移植を推進する上でその機構、再発抑制法を追求することは重要である。非近交系LONGEVANS系ラットより分離された近交系ラットLEA(LONG EVANS Agouti)とLEC(LONG EVANS Cinnamon)のうちLECラットは、肝炎を経て肝癌を自然発症するモデルとして、その目的に有用である。1.LECラット肝細胞の培養実験を行い、LECラット初代培養肝細胞のDNA合成のEGF、TGFαおよびTGFβに対する感受性は低下しており、肝細胞増殖機構に欠陥が生じていることを見いだした。2.LEA肝をLECに移植するとすべてのラットが300日以上生存し、肝炎が抑制されることが判明した。3.LEC肝をLEAに移植すると一時的にトランスアミナーゼの上昇をみるが4ヶ月後には正常化し長期生存するものもみられた。4.LEA肝を移植されたLECラットでは血中の銅濃度は1ヶ月で下降しセルロプラスミン濃度も正常まで上昇した。5.移植後1ヶ月のLECラットのLEA肝は組織学的に銅染色が陰性であったが、逆の移植では銅染色陽性であった。6.発がんの有無についてはなお長期の経過観察を要する。また、種々の免疫抑制剤使用下での肝癌の再発様式を検索する。さらに抗癌剤併用による再発抑制の可能性を探る。
微細構造を持つ材料の高機能発現機構とトライボマテリアル設計への応用

高荷重、高温、高真空、超清浄などの環境下での機器要素に用いられるトライボマテリアルとして、ナノスケールの微細構造を持つ新材料が開発されつつあるが、これらの材料が高い機能を発現するメカニズム、微細構造や構成原子種などの適切な選択基準はほとんど明らかにされていない。本研究は、計算機シミュレーションを利用して、微細構造を有する機能材料が高硬度、高耐摩耗性、高耐熱性、超低摩擦などの高い機能を発現する機構を解明し、それらの成果を元に、意図する高機能トライボマテリアルの効率的な設計手法を開発することを目的としたもので、主な成果は以下の通りである。(1)第一原理計算にもとづいて、遷移金属の窒化物セラミックスおよびそれらの超格子構造を持つ材料の分子動力学解析を行うための原子間ポテンシャルを決定する手法を確立し、TiN、AlN、ZrNのポテンシャルを決定した。(2)微小硬度計を改良して、種々の積層周期を持つTiN/AlNおよびTiN/ZrNセラミックス超格子薄膜の微小硬度を測定し、積層周期が小さくなるほど硬度が高くなること、構成原子によっては最適周期がある可能性があることを明らかにした。(3)TiN/AlNセラミックス超格子薄膜のモデルを作成し、分子動力学解析によって力学的特性を評価した結果、積層周期が小さくなると連続体に近くなり、最初に破壊が始まる圧縮応力は低くなること、薄膜内の圧縮応力が残留する領域でせん断破壊が、引張応力を残留する領域で引張破壊が生じるが、破壊は界面で止められ、伝搬しないことを明らかにした。(4)層間で生じる破壊の規模は積層周期が大きくなるほど大きくなり、また、積層周期が非常に小さいと、連続体に近くなり、やはりクラックが発生すると致命的な破壊に至る。したがって、最適な積層周期が存在すると考えられる(5)分子動力学解析および第一原理計算にもとづいて、意図する高機能材料の微細構造設計を可能にする手法を確立した。高荷重、高温、高真空、超清浄などの環境下での機器要素に用いられるトライボマテリアルとして、種々の微細構造を持つ新材料が開発されつつあるが、これらの材料が高い機能を発現するメカニズム、微細構造や構成原子種などの適切な選択基準はほとんど明らかにされていない。本研究は、計算機シミュレーションを利用して、ナノスケールあるいはそれ以下の微細構造を有する機能材料が高硬度、高耐摩耗性、高耐熱性、超低摩擦などの高い機能を発現する機構を解明し、それらの成果を元に、意図する高機能トライボマテリアルの効率的な設計手法を開発することを目的とし、今年度の主な成果は以下の通りである。(1)第一原理計算にもとづいて、いまだ明らかにされていない遷移金属の窒化物セラミックスの超格子構造を持つ材料の弾性定数を求める手法を開発した。(2)微細構造を持つ材料の機械的・熱的特性を解明するための、分子動力学/有限要素複合モデルを用いた解析手法を開発した。(3)現有の超高真空摩擦実験装置を改良して、任意の雰囲気のもとでの摩擦・摩耗実験を行うことが出来る実験装置を製作した。(4)種々の積層周期を持つTiN/ZrNセラミックス超格子薄膜の微小押し込み試験を行い、積層周期が小さくなるほど硬度が高くなることを示した。

本研究は、計算機シミュレーションを利用して、微細構造を有する機能材料が高硬度、高耐摩耗性、高耐熱性、超砥摩擦などの高い機能を発現する機構を解明し、それらの成果を元に、意図する高機能トライボマテリアルの効率的な設計手法を開発することを目的としたもので、今年度の主な成果は以下の通りである。(1)第一原理計算にもとづいて、遷移金属の窒化物セラミックスおよびそれらの超格子構造を持つ材料の分子動力学解析を行うための原子間ポテンシャルを決定する手法を確立し、TiN, AlN, ZrNのポテンシャルを決定した。(2)微小硬度計を改良して、種々の積層周期を持つTiN/AlNおよびTiN/ZrNセラミックス超格子薄膜の微小硬度を測定し、積層周期が小さくなるほど硬度が高くなること、構成原子によっては最適周期がある可能性があることを明らかにした。(3)TiN/AlNセラミックス超格子薄膜のモデルを作成し、分子動力学解析によって力学的特性を評価した結果、積層周期が小さくなるほど最初に破壊が始まる応力は低くなること、薄膜内の圧縮応力が残留する領域でせん断破壊が、引張応力を残留する領域で引張破壊が生じるが、破壊は界面で止められ、伝搬しないことを明らかにした。(4)層間で生じる破壊の規模は積層周期が大きくなるほど大きくなり、致命的な破壊に至る可能性が高くなる。したがって、外部から薄膜に加わる負荷の大きさと負荷面積によって最適な積層周期があると考えられ、負荷条件を考慮した最適微細構造の設計が可能であることを示した。