hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノプラスチック粉体燃焼における火炎構造の解明

ナノサイズのプラスチック粉体の燃焼特性を明らかにした.密閉容器法を用いて希薄側可燃限界および燃焼速度の計測を行い,バーナー法を用いて火炎構造の解明を試みた.ナノサイズの粉体の希薄側可燃限界は,気化ガスの可燃限界におおよそ近くなった.微小重力環境でのみ観察されているふく射伝熱に起因する振動的な火炎伝播は,ナノ粉体において観察されなかった.燃焼速度は,ふく射による熱の損失および気化に要する熱のため,気化されたガスの値よりも小さな値を示した.ナノ粉体の火炎構造は,マイクロオーダーの火炎構造と大きく異なることはなかった.火炎後方における燃え残り粒子からの不輝炎が特徴である.粉体はこれまでと同じ真球のポリメチル酸メチル樹脂を用いた.粉体サイズは0.1,0.5,0.8ミクロンおよび5.0200ミクロンである.実験は,定容器を用いた球状火炎伝播実験,およびノズルバーナーを用いた定在火炎実験を行った.定容器は円筒形状8 Lの容積を持ち,円筒軸が垂直になるように容器を設置した状態で粉体を容器下部から高圧空気流を用いて容器内に噴射する.着火はニクロム線を用いて容器中心で行った.ノズルバーナーは,ノズル出口直径20 mmで,火炎の安定化のため水素パイロットを用いた.粉体の供給は,本実験に合わせ開発した平歯車式微量定量粉体供給装置を用いた.本装置は,凝集しやすい極微小粉体を少量でも安定に供給することができる.これまでの論文で,数十ミクロン程度のサイズの粉体ではふく射伝熱に起因する振動的な火炎伝播現象がみられることがわかっている.しかし,それは対流のない微小重力環境でしか観察されていない.そこで,ナノ粉体では粉体の沈降が生じないため噴射時の強制対流を十分に治めてから0.8ミクロンの粉体を用いて実験を行った.結果として圧力波形,高速度ビデオ画像ともに明確な振動現象は見られなかった.これは,振動がふく射の平均吸収距離に依存する現象であるため小さな粒子では振動周波数が高く,振幅が小さくなってしまうことと,重力下では自然対流の影響を受け振動が観察でき難くなるためである.ノズルバーナーを用いて火炎構造の観察を行った.ナノサイズの粉体ではマイクロサイズの粉体に比べ火炎後方に形成される揮炎は小さくかつ暗くなるものの依然として存在した.ただし明確な予混合火炎の存在が確認できた.これは,噴霧の場合と異なり,粉体は気化熱の大きさや気化機構の違いによりガス化しにくいため,マイクロメーターオーダー以下の粉体でも火炎前縁で完全にガス化することは困難であるためである.ナノサイズのプラスチック粉体の燃焼特性を明らかにした.密閉容器法を用いて希薄側可燃限界および燃焼速度の計測を行い,バーナー法を用いて火炎構造の解明を試みた.ナノサイズの粉体の希薄側可燃限界は,気化ガスの可燃限界におおよそ近くなった.微小重力環境でのみ観察されているふく射伝熱に起因する振動的な火炎伝播は,ナノ粉体において観察されなかった.燃焼速度は,ふく射による熱の損失および気化に要する熱のため,気化されたガスの値よりも小さな値を示した.ナノ粉体の火炎構造は,マイクロオーダーの火炎構造と大きく異なることはなかった.火炎後方における燃え残り粒子からの不輝炎が特徴である.これまで行ったマイクロメーターサイズの粉体燃焼実験と比較するため,同じ熱性状を持つポリメチル酸メチル(PMMA)粉体(積水化成品工業製:製品名テクポリマー)を準備し,粉体サイズ0.1,0.5および0.8ミクロンについて燃焼実験を行った.従来用いてきた粉体サイズは,5.0200ミクロンである.燃焼容器は,内径200 mm,長さ250 mmの円筒形状で,これまでの手法を用いて容器内に均一に粉体を分散させた後,中心着火により球状火炎を伝播させた.その時の粉体分散の様子や伝播火炎の観察,圧力履歴の取得を行った.着火は,確実な火炎核形成と速やかな加熱を行うためニクロム線による方式を用いた.過熱温度1400°C以上,加熱時間100 ms以下で行う.容器内への粉体分散後の粉体挙動の観察から,1.0ミクロン以下の粉体では,10秒以上粉体が浮遊していることを確認した.マイクロメーターサイズの粉体では,12秒程度で粉体の沈降が発生するため,分散から着火までの時間を変化させると圧力履歴に変化が見られたが,ナノサイズの粉体では,圧力履歴は着火時間に依存しなかった.マイクロメーターサイズの粉体では,粉体が大きくなると希薄側可燃限界濃度が高くなることが分かっていたが,ナノサイズの粉体では,それぞれに大きな違いが見られないことが分かった.これは,ナノサイズ粉体では,粉体ガス化時間が火炎伝播時間に対し十分に短いため,限界濃度に影響を及ぼさないためである.火炎は,典型的な粉体火炎と同様に火炎後方で強い揮炎が見られた.最終年度はこれまで取得した定容器内における火炎伝播実験結果をもとに粉体用層流バーナを用いて火炎構造の観察および火炎伝播時における振動現象の観察に焦点を絞り実験を実施した.粉体は引き続き真球のポリメタクリル酸メチル樹脂を用い,使用した粒径は,0.1,0.5,0.8ミクロンのナノオーダーと2.0200.0ミクロンである.

定容器実験では,火炎後方からの揮炎が強く予混合火炎の形成が確認できなかったが,バーナー実験では30マイクロメータ以下において明確な予混合火炎の形成が確認できた.粒径が小さな粉体ほど予混合火炎の存在は明確となるが,定容器実験でも見られたように,ナノオーダー粉体でも火炎前縁における粉体の完全な気化は見られず,いずれも予混合火炎と火炎後方における粉体の拡散火炎により火炎は形成された.バーナ法により求めた粉体の燃焼速度は,最大値が当量比が1より大きなところに存在し,燃料過濃側では燃料濃度の増加に対し燃焼速度の減少は非常に緩やかであった.また燃料粒径が大きくなるにつれ燃焼速度は減少した.無重力を用いた定容器の実験では,ふく射による予熱速度と火炎伝播速度の時間差により振動的に火炎の伝播が生じることが,数値解析および実験から明らかにされている.通常この現象は重力の影響により地上実験では観察が困難であったが,ナノ粉体では粉体の沈降を排除できるため実験が可能となる.結果として,ナノ粒子を用いた定容器実験およびバーナー実験において明確な振動現象を確認することができなかった.これはバーナ実験では火炎後方からのふく射伝熱の支援が小さいことおよび定容器実験では,これまで振動伝播に大きく寄与していた火炎後方からの粒子後燃えによるふく射伝熱が弱くなってしまったからだと考えられる.これは数値解析結果からもふく射の支援が小さくなると振動が生じにくくなることと一致する.燃焼学粉体について:使用しているポリメチル酸メチル粉体は,真球状で微細な粉体でも凝集が生じにくい.また比較的粒度分布の小さい粉体を使用しているため,粉体粒径毎の特徴がよく出ている.ただし,ナノサイズ以下の粉体は,安定供給に乏しく多くの粉体を使用する実験は現時点で行えていない.粉体の分散について:ノズルバーナーを使用するに当たり粉体の定量安定供給が重要となる.これまで代表者が使用していたホッパー型粉体供給装置は,大きな粉体,大量供給には適しているが,径の小さなバーナーへの供給には適していない.そこでモジュールの小さな平歯車を用いた粉体フィーダーを設計・製作し使用している.これに旋回龍を用いた粉体混合チャンバーを組み合わせることにより,ナノサイズの粉体でも安定な供給を達成している.振動火炎の観察:従来の論文より,ポリメチル酸メチル粉体の伝播火炎に,ふく射伝熱に起因する振動現象が,実験的にも数値的にも発生することが明らかにされている.これは,伝導・対流よりも弱いふく射により生じるため対流の強い重力下では観察が困難であった.また無重力下でさえ数μm程度の粉体では観察できていなかった.ナノサイズの粉体は,強制対流の影響を完全に取り除くことができるため各サイズに対し実験を試みたが振動現象を観察することは出来なかった.これは小さな粒子で観察できなかった微小重力実験と一致する.火炎構造の観察:上記の粉体フィーダーを用いることでバーナー上に安定な火炎を形成することができた.粉体が小さくなると揮炎が消滅することも期待したが,プラスチック粉体のガス化の困難さからナノ粉体においても揮炎がみられた.使用粉体について:これまで使用していた粉体と同じ熱性状を持つ粉体を積水化成品工業から0.11.0ミクロンサイズの試作として提供を受けることができた.粉体の分散について:粉体のサイズが小さくなると凝集しやすくなり容器内への分散が困難になることが考えられたが,分散用空気圧力を増すことで凝集を解消し一様な分散を得ることができた.大きな粉体では,空気圧力を増すと粉体の運動量が増し,多くの粉体が壁面に衝突し,実質の浮遊粉体量が減少する結果が見れられたが,ナノサイズでは問題とならなかった.
地磁気逆転期の高精度気候復元―地球磁場が気候に与える影響の解明―

地球磁場が気候に与える影響を検証するため、以下の研究を行った。1.複数の地磁気逆転を含む11070万年前の大阪湾堆積物の古環境解析を行った。本年度は、特に、地磁気の逆転が起こらなかったステージ25の珪藻・硫黄・花粉を分析し、海水準と気候を復元した。また、先行研究による年代モデルの見直しを行い、より高精度な年代軸を入れた。さらに、アリゾナ大学で炭素同位体分析を行い、新たな古環境指標を得た。その結果、全体的な気候変化は、日射量変動に起因する氷体量変化によって生じる海水準変化と調和的な変動を示し、通常、地球の気候はミランコビッチ理論で説明できることを確認した。しかし、ステージ19と31では、最高海面期に日射量変化では説明できない寒冷化が生じていた。この寒冷化は、それぞれ、マツヤマ-ブリュンヌ地磁気逆転期と、ハラミヨサブクロン下限の地磁気極小期に一致しており、約40%以下への地磁気の減少が、約14°Cの気温低下を引き起こしたことを明らかにした。成果の一部をGondwana Research誌に公表したほか、近日中にScience誌に論文を投稿し、国内外の学会で発表を行った。2.110万70万年前に生育していたブナ属は、絶滅種を含むため、植物化石に基づく同時代の気候復元は困難であるとされてきた。そこで、この絶滅種の分類学的位置と生育条件を明らかにした。この成果は、第四紀研究に論文を公表し、国内の学会で発表した。3.インドネシアのハラミヨサブクロン下限相当層の花粉分析を行った。この層準では古地磁気強度を得ることが困難であり、地磁気強度と気候の関連を検証するには至らなかったが、地磁気逆転境界付近を境に、環境が大きく変化したことを明らかにした。このほか、共同研究として、新第三紀第四紀の磁気層序と植生・気候変化に関する研究や、インドネシアのマツヤマ-ブリュンヌ境界付近の人類化石産出層に関する古地磁気・古気候学的研究を行い、論文を公表した。気候変動の要因を明らかにすることは、気候学上の重要な課題である。本研究では、地球磁場が気候に与える影響の解明を目指して次の研究を行った。1.マツヤマ-ブリュンヌ地磁気逆転期における大阪湾周辺の気候を復元し、地磁気逆転期には海水準の上昇に反して寒冷化が起こっていたこと、この寒冷化は気候変化の主因と考えられている日射量変動では説明できず、地磁気逆転に伴う地磁気の減少によって引き起こされた可能性が高いことを見いだした。そして、地磁気減少に伴う宇宙線量の増加が引き起こしたと考えられる気温低下と、花粉化石記録に基づく気温低下の推定値が一致することを確認した。なお、ジャワで採取した同時代の堆積物の分析も行ったが、花粉化石は産出しなかった。2.大阪湾堆積物の古地磁気測定と珪藻、硫黄、花粉の分析を行い、ハラミヨサブクロン開始期の古地磁気強度と海水準、気候変化を復元し、マツヤマ-ブリュンヌ地磁気逆転期と同様の寒冷化が起こっていたことを明らかにした。3.地磁気逆転期の気候の寒冷化が大幅な地磁気減少強度に起因することを確かめるため、地磁気逆転が起こっていないステージ21の気候と海水準を復元し、地磁気逆転期の気候と比較した。ステージ21では高海面期には温暖で、地磁気強度が減少しなければ気候変化の主因は日射量変動で説明できることがわかった。ステージ21は、Mid-Pleistocene Transitionと呼ばれる気候周期の変換期に位置しているが、ステージ21(約80万年前)には、卓越周期の変換がほぼ完了していたことも明らかになった。4.研究対象である時代のブナ属花粉の一部が絶滅種由来であるため、花粉化石に基づく当時の気候の推定・定量化は困難であるとされてきた。そこで、絶滅種シキシマブナ産出層の古植生と古気候を推定し、シキシマブナが現生種と同じ気候条件下でも生育可能であった可能性が高いことを示した。研究成果の一部は、国内外の学会で発表し、論文も公表した。

そこで、この絶滅種の分類学的位置と生育条件を明らかにした。この成果は、第四紀研究に論文を公表し、国内の学会で発表した。3.インドネシアのハラミヨサブクロン下限相当層の花粉分析を行った。この層準では古地磁気強度を得ることが困難であり、地磁気強度と気候の関連を検証するには至らなかったが、地磁気逆転境界付近を境に、環境が大きく変化したことを明らかにした。このほか、共同研究として、新第三紀第四紀の磁気層序と植生・気候変化に関する研究や、インドネシアのマツヤマ-ブリュンヌ境界付近の人類化石産出層に関する古地磁気・古気候学的研究を行い、論文を公表した。
近代東アジアにおける中国在外機関による裁判権行使の実証的研究

主に下記の3点を実施した。(1)中国(清朝)と日本の領事裁判権に対する認識と対応の共通点と差異について、1870年代から20世紀初頭までのスパンで分析した。その成果として論文「近代日中の「交錯」と「分岐」の軌跡-領事裁判権をめぐって-」を執筆した。(2)中国(清朝)が朝鮮・韓国において裁判権を行使していた制度と実態について関連資料を収集し、分析を行なった。その資料収集の一環として、韓国(ソウル)において資料調査を実施した(平成24年1月)。(3)博士論文と本研究課題の成果を合わせ、著書『近代中国の在外領事とアジア-華人保護と領事裁判からみる近代的変容-』を執筆し、平成24年度(独)日本学術振興会研究成果公開促進費(学術図書)に申請した。本研究課題に関わるのはその後半部分「第II部中国の在外領事裁判と東アジア」であり、その構成は次の通りである。第6章β清修好条規における双務的領事裁判規定の成立-"特殊"な条項はいかにして生まれたか-/第7章清朝の在朝鮮領事裁判規定の成立と変遷-宗属・片務関係から対等・双務関係への転換/第8章日本・朝鮮における清朝領事裁判の実態と変容/第9章在ベトナム領事の設置をめぐる対仏交渉-清朝による領事裁判権要求と「属邦」論-/第10章近代日中の「交錯」と「分岐」の軌勝-領事裁判権をめぐって-。東アジアにおける領事制度や領事裁判をめぐる問題は、これまで日本対西洋、中国対西洋・日本といった枠組みでしか考えられてこなかった。本研究は、そうした枠組みを脱し、西洋近代が東アジアに持ち込んだ領事制度とそれに付随していた領事裁判というシステムが、東アジア諸国間における相互作用(刺激)や西洋諸国との摩擦をへながらいかにして定着したのか(あるいは定着しなかったのか)、領事裁判というシステムを東アジア各国がいかに受け止め、いかなる相克をへて最終的に「治外法権撤廃」へと収斂していったのか、というアプローチで描き直したものである。本研究課題に関わる成果を著書としてまとめ、平成24年度(独)日本学術振興会研究成果公開促進費(学術図書)に申請することができたため。本研究課題に関わる著書の出版を進める。朝鮮・韓国関係の史料および関連研究を精査し、韓国での歴史学界にもアピールできる内容とする。当該年度の課題は、(1)清朝政府が領事裁判権の行使についていかなる認識をもち、それがいかに変化していったかを考察すること、(2)中国大陸・台湾での史料調査にもとづき、具体的な領事裁判事例や領事裁判をめぐる清朝と各国との外交交渉の分析を行うこと、の2点であった。(1)については、(1)清末の領事裁判認識の整理・検討、(2)日清修好条規で定められた双務的領事裁判規定に対する清朝側の認識とその変遷の検討、を行った。(2)については、中国大陸・台湾・日本で収集した各文書にもとづき、日本での領事裁判権の行使について清朝側がどのように認識し対処したかを検証した。以上(1)(2)の成果の一部を、論文「領事裁判権を行使する中国-日清修好条規の領事裁判規定と清朝在日領事による領事裁判事例を中心に」として発表し、以下の点を明らかにした。(1)日清修好条規の双務的領事裁判規定は、最終的には清朝側の強い意志によってより明確な文面として設けられたこと、(2)その背景には、在日中国商人を保護しようとする清朝側の明確な意図があったこと、(3)1870年代、清朝は対欧米と対日本とで領事裁判権認識を使い分け、自国のみ不利になることを回避するよう努めていたこと、(4)清朝在日領事による領事裁判の類型と手順、(5)朝鮮やベトナムの事例もふまえ、清朝が領事裁判権を東アジアの国家間関係の指標として見なしていたこと。また、清末の領事裁判認識を東アジアの枠組みで理解する上で重要なのは、同時代の日本における領事裁判認識との比較や相互影響の検証である。この点について、2010年12月に刊行された五百旗頭薫著『条約改正史-法権回復への展望とナショナリズム』(有斐閣、2010年)を手がかりに考察を行い、同書の書評と清朝との比較や相互影響について、書評報告(中国近代外交史研究会例会、2011年3月9日)を行った。この成果の論文化は次年度に行う予定である。第6章β清修好条規における双務的領事裁判規定の成立-

"特殊"な条項はいかにして生まれたか-/第7章清朝の在朝鮮領事裁判規定の成立と変遷-宗属・片務関係から対等・双務関係への転換/第8章日本・朝鮮における清朝領事裁判の実態と変容/第9章在ベトナム領事の設置をめぐる対仏交渉-清朝による領事裁判権要求と「属邦」論-/第10章近代日中の「交錯」と「分岐」の軌勝-領事裁判権をめぐって-。東アジアにおける領事制度や領事裁判をめぐる問題は、これまで日本対西洋、中国対西洋・日本といった枠組みでしか考えられてこなかった。本研究は、そうした枠組みを脱し、西洋近代が東アジアに持ち込んだ領事制度とそれに付随していた領事裁判というシステムが、東アジア諸国間における相互作用(刺激)や西洋諸国との摩擦をへながらいかにして定着したのか(あるいは定着しなかったのか)、領事裁判というシステムを東アジア各国がいかに受け止め、いかなる相克をへて最終的に「治外法権撤廃」へと収斂していったのか、というアプローチで描き直したものである。本研究課題に関わる成果を著書としてまとめ、平成24年度(独)日本学術振興会研究成果公開促進費(学術図書)に申請することができたため。本研究課題に関わる著書の出版を進める。朝鮮・韓国関係の史料および関連研究を精査し、韓国での歴史学界にもアピールできる内容とする。
シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータの開発と福祉介護装置への応用

本研究では,人間親和性をする要素を開発するために,空気圧により駆動する「シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータ」を提案した.本アクチュエータは,発泡ゴムの外側をシリコンゴムでコーティングした構造であり,発泡ゴムの密度により無加圧時の固有剛性を調整することが可能なアクチュエータである.また,アクチュエータが破損し空気漏れが生じた際も,内部の発泡ゴムがクッションとなり,被介護者に対する安全性を確保することができる.実験により基礎特性を明らかにした結果,発泡ゴムが一層型アクチュエータは剛性型となり,二層型アクチュエータは膨張型となることが分かった.また,提案するアクチュエータをサポータ部に応用し,長時間もたれかかった場合における肉体の負担度変化の様子を重心移動量及び心拍数,乳酸値より明らかにした.さらに,アチュエータの構造の違いによる動特性の比較を行った.すなわち,発泡ゴムが二層型の場合,内圧に対し形状変化することから,発泡ゴムの構造として,平板型,くり抜き型について検討を行った.そして,材質の異なる各構造の発泡ゴムに対して,位置制御性能,軌道制御性能を明らかにした.制御則には,階層フィードバック制御則を適用した発泡ゴムの材質としてECZ及びEMMを使用した場合におけるステップ応答及び周波数応答実験を行った結果,平板型発泡ゴムを使用する場合は,発泡ゴムの材質により周波数特性に差が生じる結果となった.それに対し,くり抜き型の場合は,異なる発泡ゴムの材質に対して,ほぼ同じ特性を示すことが分かった.さらに,本研究で提案したシリコン外殻型発泡ゴムを体圧分散可能な欝血防止マットに応用するために,力制御性能に関して検討を行った.その結果,外殻部が一層で内殻部が二層構造を有する外殻一層型を適用することにより,周波数特性に関して良好な結果が得られることが明らかとなった.本研究では,人間親和性をする要素を開発するために,空気圧により駆動する「シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータ」を提案した.本アクチュエータは,発泡ゴムの外側をシリコンゴムでコーティングした構造であり,発泡ゴムの密度により無加圧時の固有剛性を調整することが可能なアクチュエータである.また,アクチュエータが破損し空気漏れが生じた際も,内部の発泡ゴムがクッションとなり,被介護者に対する安全性を確保することができる.実験により基礎特性を明らかにした結果,発泡ゴムが一層型アクチュエータは剛性型となり,二層型アクチュエータは膨張型となることが分かった.また,提案するアクチュエータをサポータ部に応用し,長時間もたれかかった場合における肉体の負担度変化の様子を重心移動量及び心拍数,乳酸値より明らかにした.さらに,アチュエータの構造の違いによる動特性の比較を行った.すなわち,発泡ゴムが二層型の場合,内圧に対し形状変化することから,発泡ゴムの構造として,平板型,くり抜き型について検討を行った.そして,材質の異なる各構造の発泡ゴムに対して,位置制御性能,軌道制御性能を明らかにした.制御則には,階層フィードバック制御則を適用した発泡ゴムの材質としてECZ及びEMMを使用した場合におけるステップ応答及び周波数応答実験を行った結果,平板型発泡ゴムを使用する場合は,発泡ゴムの材質により周波数特性に差が生じる結果となった.それに対し,くり抜き型の場合は,異なる発泡ゴムの材質に対して,ほぼ同じ特性を示すことが分かった.さらに,本研究で提案したシリコン外殻型発泡ゴムを体圧分散可能な欝血防止マットに応用するために,力制御性能に関して検討を行った.その結果,外殻部が一層で内殻部が二層構造を有する外殻一層型を適用することにより,周波数特性に関して良好な結果が得られることが明らかとなった.本研究では,人間親和性を有する要素を用発するために,空気圧により駆動する「シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータ」を提案した.ここで,空気圧システムは,空気自身の圧縮性による柔軟性を有し,人体への危険が少なく安全性が高い.また,微妙な力制御が可能であり,出力/重量比が高いことからシステムの小型・軽量化に適している.本研究で開発したアクチュエータは,発泡ゴムの外側をシリコンゴムでコーティングした構造であり,発泡ゴムの密度により無加圧時の固有剛性を調整することが可能なアクチュエータである.そこで,印加する圧力によりアクチュエータの剛性及び形状が変化し,発泡ゴムの密度,積層数及び形状により特性が大きく異なることを実験により示した.すなわち,発泡ゴムが一層型アクチュエータは,剛性型となり,二層型アクチュエータは膨張型アクチュエータであることがわかった.また,二層型アクチュエータをステップ的に変位させる場合は,密度の小さい発泡ゴムを使用したアクチュエータの変位量が密度の大きいアクチュエータよりも形状変化量が増大すること示した,それに対し,周期的に形状変形させる場合は,逆に,密度の大きい発泡ゴムを使用したアクチュエータの変形量が増大することが明らかとなった.破裂した場合においても,発泡ゴムの多孔質部がノズルの役目を果たし,急激な形状変形が抑えられることがわかった.さらに,変位量拡大機構として,四辺形に発泡ゴムをくり抜いた,くり抜き型構造を有するアクチュエータを提案した.そして,発泡ゴムの密度に影響されずに変位量が増大することを示した.また,試作したアクチュエータをサポータ部に応用し,長時間もたれかかった場合における肉体の負担度変化の様子を重心移動量及び心拍数,乳酸値より明らかにした.すなわち,アクチュエータの剛性を一定の周期で変化させることにより負担が減少することを示した.

本研究で提案するシリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータは,発泡ゴムの外側をシリコンゴムでコーティングした構造であり,発泡ゴムの密度により無加圧時の固有剛性を調整することが可能なアクチュエータである.また,アクチュエータが破損し空気漏れが生じた際も,内部の発泡ゴムがクッションとなり,被介護者に対する安全性を確保することができる.さらに,印加する圧力によりアクチュエータの剛性及び形状が可変であると考えられ,発泡ゴムの密度,積層数及び形状により特性が異なる.本研究では,アクチュエータの構造の違いによる動特性の比較を行った.すなわち,発泡ゴムが二層型の場合,内圧に対し形状変化することから,発泡ゴムの構造として,平板型,くり抜き型について検討を行った.そして,材質の異なる構造の発泡ゴムに対して,位置制御性能,軌道制御性能を明らかにした.制御則には,第一ステップとして位置の目標値に対する偏差のPID制御から目標圧力を導出し,第二ステップとして目標圧力に対する偏差からアクチュエータを駆動する弁への電圧を導出する階層フィードバック制御則を適用した.発泡ゴムの材質としてECZ及びEMMを使用した場合におけるステップ応答及び周波数応答実験を行った結果,平板型発泡ゴムを使用する場合は,発泡ゴムの材質により周波数特性に差が生じる結果となった.それに対し,くり抜き型の場合は,異なる発泡ゴムの材質にして,ほぼ同じ特性を示すことが明らかとなった.さらに,本アクチュエータを鬱血防止マットに応用するために,制御性能に関して検討を行った.その結果,外殻部が一層で内殻部が二層構造を有する外殻一層型を適用することにより良好な結果が得られることが明らかとなった.
昆虫の触角葉各糸球体の機能と触角葉出力介在神経繊維による神経支配に関する研究

ワモンゴキブリを用いて、昆虫の中大脳触角葉糸球体の機能とその糸球体を支配するニューロンのはたらきを明らかにする目的で、昆虫の触角上の各受容器の軸索投射について調べた。昆虫の中大脳触角葉には球状の構造である糸球体があり、種によってその数が異なるがワモンゴキブリの場合は百数十個である。性フェロモンによって性行動が解発される昆虫の雄では、大糸球体複合体といわれる特別な糸球体に性フェロモンの受容細胞の軸索が終末していることが最近になって証明された。我々は、触角上の湿度・温度受容感覚子と温度・嗅受容感覚子から染色剤を受容細胞に取り込ませてそれぞれの軸索を細胞内染色し、その中大脳での終末様式を詳しく調べ、湿度・温度受容細胞の軸索はそれぞれ特定の糸球体に終末することを明らかにした。これらの糸球体は中大脳の背側葉に接した部分に位置し、性フェロモンの受容細胞の軸索が終末する大糸球体複合体と同じようにその境界が曖昧な一種の糸球体複合体を形成していた。これらの糸球体複合体はそれぞれ湿度又は温度に強い応答を示す出力介在ニューロンが支配する糸球体の位置と一致した。この結果は、大糸球体複合体が性フェロモン情報を受け入れるのと同様に、他の一般的な糸球体においてもそれぞれの糸球体がある特定の感覚情報を受け入れるように分化していることを強く示唆している。さらに同様な方法で棘状感覚子についても調べた。機械感覚と味覚の受容細胞が入っている棘状感覚子には数個の受容細胞があることが形態学的にわかっているが、本実験では複数の軸索が染色されることは少なく1本の場合が多かった。この軸索は、触角葉には入らずに直接背側葉に入り、後大脳を通り抜けて食道下神経節まで伸びていた。背側葉では側枝を出していた。今回観察できた軸索は機械受容細胞のものと思われる。ワモンゴキブリを用いて、昆虫の中大脳触角葉糸球体の機能とその糸球体を支配するニューロンについて、湿度および温度感覚に関与するものを中心に調べた。この糸球体で触角の各受容ニューロンが第2次のニューロン(局所性介在ニューロン)とシナプス連絡をし、局所性介在ニューロンは第3次のニューロンである出力性介在ニューロンとシナプス連絡をしている。性フェロモンによって性行動が解発される昆虫の雄では、大糸球体複合体といわれる特別な糸球体が性フェロモン受容細胞からの入力を受けていることが古くから指摘されていた。最近になって大糸球体複合体に性のフェロモンの受容細胞の軸索が終末していることが証明されたが、他の一般の糸球体の役割については具体的な証拠は何もなかった。これらの糸球体は中大脳の背側葉に接した部分に位置し、性フェロモンの受容細胞の軸索が終末する大糸球体複合体と同じようにその境界が曖昧な一種の糸球体複合体を形成している。

本研究では、湿度および温度受容ニューロンが終末する糸球体を同定できただけであるが、この結果は、大糸球体複合体が性フェロモン情報を受け入れているだけでなく、他の一般的な糸球体においてもそれぞれの糸球体がある特定の感覚情報を受け入れるように分化していることを強く示唆している。ワモンゴキブリを用いて、昆虫の中大脳触角葉糸球体の機能とその糸球体を支配するニューロンのはたらきを明らかにする目的で、昆虫の触角上の各受容器の軸索投射について調べた。昆虫の中大脳触角葉には球状の構造である糸球体があり、種によってその数が異なるがワモンゴキブリの場合は百数十個である。性フェロモンによって性行動が触発される昆虫の雄では、大糸球体複合体といわれる特別な糸球体に性フェロモンの受容細胞の軸索が終末していることが最近になって証明された。他の一般の糸球体の役割については具体的な証拠は何もなかったが、われわれの昨年度までの研究で湿度・温度受容細胞の軸索はそれぞれ特定の糸球体に終末することを明らかにし、一般の糸球体の場合も特定の受容細胞の軸索がそれぞれ特定の糸球体に終末するのが基本なしくみであることを具体的に示すことができた。今年度は触角上の他の感覚子の受容細胞から染色剤を受容細胞に取り込ませてそれぞれの軸索を細胞内染色し、その軸索投射についても調べた。嗅感覚子は形態学的に3種類に分けられるが、嗅感覚子からから染色すると、長い錐状感覚子の受容細胞の軸索は大糸球体に、他の感覚子の受容細胞の軸索は一般の糸球体に終末していたが、今回の実験では受容細胞の応答スペクトラとその軸索が終末する糸球体との関係は明らかに出来なかった。機械感覚と味覚の受容細胞が入っている棘状感覚子には数個の受容細胞があることが形態学的にわかっているが、本実験では複数の軸索が染色されることは少なく1本の場合が多かった。この軸索は、触角葉には入らずに直接背側葉に入り、後大脳を通り抜けて食道下神経節まで伸びていた。背側葉では側枝を出していた。一般に機械受容細胞の軸索は他の受容細胞のものよりも太く染色されやすいことから、今回観察できた軸索は機械受容細胞のものと思われる。
無限行列固有値問題とその応用

本研究は無限行列A=[aij]の固有値問題をAのn次切断行列An(Aのn次主座小行列n=1,2,.....)の固有値問題でどんな意味で近似できるか、近似誤差はnのどんな関数になるのか、特にn→∞の場合の挙動は何か、についての調査を以下の設定のもとに行った:(1) Aの定義域も値域もそれぞれヒルベルト空間l^2の部分空間、(2) Aは複素対称(これはAの自己随伴性、すなわちA*=A,*=共役転置、を必ずしも意味しない)(3) AまたはA^<-1>はコンパクト、この設定のもとに得られた一般的定理(下記論文参照)の本格的応用を目指した.すなわち(1) v階ベッセル関数Jv(z)の零点(z,v)を、従来から知られているvを実数として与える問題と、その「逆問題」を解くことにより、複素領域において3次元可視化し、調査した.(2) zJ'v(z)+HJv(z)=0,ここにHは与えられた複素数、「'」はzに関する微分、のv-Z曲線を複素領域で追跡する.この方程式はよく知られた古典的境界値問題に現れるものである.従来はH,vを実数として与え、zを求める問題の考察が主流であったが、本研究では複素領域において、上の「順問題」のみならず「逆問題」、すなわち、H,zを与えてvを求める問題をも考察の対象とし、その解の挙動を可視化し、調査した.さらに(3)マシュー微分方程式の固有値の挙動を複素領域において可視化し、調査した.本研究は無限行列A=[aij]の固有値問題をAのn次切断行列An(Aのn次主座小行列n=1,2,.....)の固有値問題でどんな意味で近似できるか、近似誤差はnのどんな関数になるのか、特にn→∞の場合の挙動は何か、についての調査を以下の設定のもとに行った:(1) Aの定義域も値域もそれぞれヒルベルト空間l^2の部分空間、(2) Aは複素対称(これはAの自己随伴性、すなわちA*=A,*=共役転置、を必ずしも意味しない)(3) AまたはA^<-1>はコンパクト、この設定のもとに得られた一般的定理(下記論文参照)の本格的応用を目指した.すなわち(1) v階ベッセル関数Jv(z)の零点(z,v)を、従来から知られているvを実数として与える問題と、その「逆問題」を解くことにより、複素領域において3次元可視化し、調査した.(2) zJ'v(z)+HJv(z)=0,ここにHは与えられた複素数、「'」はzに関する微分、のv-Z曲線を複素領域で追跡する.この方程式はよく知られた古典的境界値問題に現れるものである.従来はH,vを実数として与え、zを求める問題の考察が主流であったが、本研究では複素領域において、上の「順問題」のみならず「逆問題」、すなわち、H,zを与えてvを求める問題をも考察の対象とし、その解の挙動を可視化し、調査した.さらに(3)マシュー微分方程式の固有値の挙動を複素領域において可視化し、調査した.本研究は特殊関数計算を行列算法という,これまであまり強調されなかった新しい視点から見ようする萌芽的研究である。すなわち,特殊関数に関する過去2世紀以上の研究成果をどれ位行列の言葉で語り直せるか,さらにこれよりどんな新算法、親知見が得られるかの調査を行ってきた。さらに計算結果のビジュアル化もこの研究の視界に入れてきた。中心的アイデアは最小解を有する同次2階差分方程式(3項漸化式)の無限行列方程式への再定式化とその合理性、有効性の発見である。数学的には無限行列A=[a_<ij>]の固有値問題をn次切断行列A_n(Aのn次主座小行列)の固有値問題でどんな意味で近似できるのか、近似誤差はnのどんな関数で表わされるのか、とくにn→∞の場合の漸近挙動はどうなるのか、について調査を行ってきている。本年度は、これまでの研究で明らかにできなかったスフエロイド関数の固有値計算問題、固有値(パラメータの関数)の微分可能性を全域で保証するには、固有値の「つなぎかえ」が必要となることの発見、マシュー固有値逆問題の解法等に見るべき成果を得ている。本研究は無限行列A=[aij]の固有値問題をAのn次切断行列An(Aのn次主座小行列n=1,2,.....)の固有値問題でどんな意味で近似できるか、近似誤差はnのどんな関数になるのか、特にn→∞の場合の挙動は何か、についての調査を以下の設定のもとに行った:(1) Aの定義域も値域もそれぞれヒルベルト空間l^2の部分空間、(2) Aは複素対称(これはAの自己随伴性、すなわちA^*=A,^*=共役転置、を必ずしも意味しない)(3) AまたはA^<-1>はコンパクト、この設定のもとに得られた一般的定理(下記論文参照)の本格的用を目指した.すなわち(1)ν階

ベッセル関数Jν(z)の零点(z,ν)を、従来から知られているνを実数として与える問題と、その「逆問題」を解くことにより、複素領域において3次元可視化し、調査した.(2)zJ′ν(z)+HJν(z)=0,ここにHは与えられた複素数、「′」はzに関する微分、のν-Z曲線を複素領域で追跡する.この方程式はよく知られた古典的境界値問題に現れるものである.従来はH,νを実数として与え、zを求める問題の考察が主流であったが、本研究では複素領域において、上の「順問題」のみならず「逆問題」、すなわち、H,zを与えてνを求める問題をも考察の対象とし、その解の挙動を可視化し、調査した.さらに(3)マシュー微分方程式の固有値の挙動を複素領域において可視化し、調査した.
臨床教育学の体系と展開

本年度は本研究の最終年度に当たる。本研究は今日広い注目と期待を集めつつある臨床教育学という新分野の基本的性格を明らかにしょうという目的をもって始められた。本年度は過去2年間の研究を発展、総括するとともに、最終レポートを作るという目標に沿って作業が進められ、おおむね計画通りの成果が収められたと評価できる。具体的に本年度行った研究は次の通りである。1.(1)大学・大学院における臨床教育学関連授業担当者(2)臨床教育学関連著書の著者、編者、執筆者(3)大学院において教育学、心理学を専攻した者、以上3グループに対する臨床教育学に関するアンケート調査の整理及び分析2.臨床教育学関連授業のシラバス、カリキュラムの収集及び分析3.臨床教育学に関連する文献・資料の収集及び分析4.平成11、12年度の成果を加えた最終報告書の作成これらのうち、1と2の結果は次の「研究発表」に記した武庫川女子大学教育研究所・「研究レポート」26、27号の4論文に発表された。3の文献収集は今年度も継続され、関連図書38点の他、多くの資料(雑誌、新聞記事、基本的統計、調査報告書など)が収集された。また、研究メンバーが諸教育機関を訪問して関連資料・情報の収集、関係者の意見聴取を行った。4については上記、「研究レポート」に今まで発表した諸論文を体系的に再編集して最終レポートを作成した。それは別途、科学研究費補助金研究成果公開促進費を受けて公刊すべく、申請中である。本年度は理論研究と予備的作業に充て、(1)基本文献の収集と検討、(2)関連シラバス、カリキュラムの収集と分析、(3)専門家の意見聴取、(4)平成12年度に行うアンケート調査などの原案作成の4作業という当初の計画に沿って研究を進めた。(1)に関しては本年度、臨床教育学及びそれに近接する諸分野(例えば教育臨床、学校臨床、実践教育学、臨床教育学など)、また臨床教育学が焦点的に扱う教育病理現象(例えば、いじめ、不登校、心身症、学級崩壊、学力低下など)に関する理論的文献、実態報告を収集した。新たに入手した文献は書籍114点、その他、論文、報告書など多数である。現在、それらを臨床および教育の概念を中心に分析、分類などを進めている。(2)に関しては、臨床教育学あるいはこれに類似する名称をもつ分野の学科、講座、授業科目をもつ大学、特に大学院のカリキュラムとシラバスを網羅的に収集した。現在、入手したのは91大学、67大学院の資料であり、これを学部、大学院、センター類別に、臨床教育学との関係性の濃淡によって分類、整理して、体系的な基礎資料集を作成する予定である。(3)に関しては、臨床教育学あるいはこれに類似する専攻をもつ大学、特に大学院を訪問し、臨床教育学の性格、問題点などについて担当教授らから意見を聴取、かつ研究上の示唆や資料の提供、さらに今後の協力を仰いだ。訪問、調査した大学数は全国約8校である。(4)については、臨床教育学の名称や内容に関する周知度を中等学校校長に対するアンケートで調査を行った他、教育学・心理学大学院の修了者に対してより詳細なアンケート調査を進めている。さらに来年度は臨床教育学及び隣接する分野の大学教員並びに著書、論文の著者に対して、いっそう詳細なアンケート調査を行うべく、準備中である。本年度は臨床教育学関連の実態調査とその分析に重点をおき、(1)基本文献・関連資料の収集を継続するとともに、その整理分析を行う、(2)臨床教育学関連の授業についてのシラバス、カリキュラムの分析を行う、(3)大学、大学院において臨床教育学、あるいはそれに関連する授業の担当者に対して、臨床教育学に関するアンケート調査を行う、(4)同様なアンケート調査を臨床教育学に関連する著者に対して行う、(5)同様なアンケート調査を大学院において教育学あるいは心理学を専攻した者に対して行う、(6)臨床教育学あるいはこれに類似する専攻をもつ大学などを訪問し、教員及び学生に対して面接調査、意見聴取を行う、という6つの計画に沿って研究を進めた。(1)に関しては臨床教育学及びそれに近接する諸分野、また臨床教育学が焦点的に扱う教育病理現象に関する理論的文献、実態報告などの収集を継続した。本年度、新しく入手した文献は書籍58点、その他、論文、報告書など多数である。その分析結果の一部は、新堀通也『志の教育』(特に、第2章「歯止めなき教育病理」、第3章「教育病理の解釈」)(平成12年、教育開発研究所)、同「臨床教育学の概念」(武庫川女子大学教育研究所「研究レポート」25号、平成13年2月)として発表された。(2)に関しては、その収集を終え、現在、その分析整理を行いつつあり、近くレポートに発表する予定である。(3)(4)(5)についても、すでにこれを実施して質問紙の回収を終え、現在、その分析整理を行いつつあり、来年度、発表する予定である。(6)に関しては、本年度、大阪府堺市の「臨床教育研究所」(所長・三島照雄)を訪問し、意見聴取を行った他、武庫川女子大学大学院臨床教育学研究科の学生・卒業生に対するアンケート調査や面接調査を行った。

1.(1)大学・大学院における臨床教育学関連授業担当者(2)臨床教育学関連著書の著者、編者、執筆者(3)大学院において教育学、心理学を専攻した者、以上3グループに対する臨床教育学に関するアンケート調査の整理及び分析2.臨床教育学関連授業のシラバス、カリキュラムの収集及び分析3.臨床教育学に関連する文献・資料の収集及び分析4.平成11、12年度の成果を加えた最終報告書の作成これらのうち、1と2の結果は次の「研究発表」に記した武庫川女子大学教育研究所・「研究レポート」26、27号の4論文に発表された。3の文献収集は今年度も継続され、関連図書38点の他、多くの資料(雑誌、新聞記事、基本的統計、調査報告書など)が収集された。また、研究メンバーが諸教育機関を訪問して関連資料・情報の収集、関係者の意見聴取を行った。4については上記、「研究レポート」に今まで発表した諸論文を体系的に再編集して最終レポートを作成した。それは別途、科学研究費補助金研究成果公開促進費を受けて公刊すべく、申請中である。
分泌経路を制御する亜鉛輸送分子に関する分子遺伝学的研究

カルシニューリンは酵母からヒトに至るまで高度に保存されたCa^<2+>/カルモジュリン依存性タンパク質脱リン酸化酵素であり、FK506などの免疫抑制薬の標的分子である。カルシニューリンの細胞機能は非常に多彩であるが、その詳細な作用機構はまだ不明な点が多い。カルシニューリンと機能的に関連する遺伝子を同定するために、野生株を変異原処理し、免疫抑制薬感受性変異体を分離した。さらに、カルシニューリン破壊株がCl^-感受性を示す事にヒントを得て、免疫抑制薬感受性に加えてCl^-超感受性を示す変異体を分離した。本研究ではcis4変異体に着目し、機能解析を行っている。今年度の研究に、以下の結果を得ていた。●Δcis4において、亜鉛トランスポーターをコードする出芽酵母遺伝子Msc2とZrg17を共発現すると、Δcis4の表現型を回復した。pull down assayによりCis4とZrg17は直接結合した。●Δcis4は細胞壁の脆弱性が認められる。この細胞壁の脆弱性は亜鉛を培地に加えることにより回復した。●Δcis4は酸性ホスファターゼの分泌と貯蔵が抑制されていた。特に酸性ホスファターゼの分泌が抑制されていた。また、Δcis4において、GFP-Syb1の局在は異常が認められる。他の細胞内小胞輸送に異常のある変異体株であるypt3-i5、ryh1-i6、gdi1-i11、apm1-1とは、遺伝学的関係が認められた。●亜鉛を培地に加えることにより、ypt3-i5とapm1-1の感受性と細胞壁合成不全を回復したが、ryh1-i6とgdi1-i11は少ししか回復しなかった。●これまでの結果から、Cis4は、cis-Golgiにおいて、Zrg17と複合体を形成し、亜鉛トランスポーターとして機能する。Cis4はゴルジ体内の亜鉛濃度を調節することで、ゴルジ体からの細胞内輸送に関与していることが明らかになった。カルシニューリン(CN)は酵母からヒトに至るまで高度に保存されたCa^+/カルモジュリン依存性タンパク質脱リン酸化酵素であり、免疫抑制薬FK506、シクロスポリンAの標的分子である。カルシニューリンの細胞機能は非常に多彩である。免疫応答や心臓発生、さらに神経可塑性など、多種多様な生体機能に関与することが明らかにされてきたが、これらの多様な機能におけるカルシニューリンの分子レベルの作用機構はまだ不明な点が多い。さらに、カルシニューリンノックアウト細胞がCl^-感受性を示す事にヒントを得て、免疫抑制薬感受性に加えてCl^-超感受性を示すcis (chloride and immunosuppressant sensitive)変異体を分離した。現在までに以下の結果を得ている。2.Cis4タンパク質はcis-golgiに局在する。3.cis4^+遺伝子をノックアウトするとCl^-超感受性を示した。4.cis4変異体およびノックアウト株のCl^-超感受性は亜鉛の添加により抑圧されたので,Cis4タンパク質はゴルジに亜鉛を輸送するトランスポーターであることが示唆された。5.cis4変異体およびノックアウト株Rabタンパク質の変異体であるypt3-i5と遺伝学的関係を示した。6.ypt3-i5の温度感受性が亜鉛の添加により抑圧されたので,亜鉛および亜鉛トランスポーターCis4が細胞内輸送で重要な役割を果たすことが示唆された。

●これまでの結果から、Cis4は、cis-Golgiにおいて、Zrg17と複合体を形成し、亜鉛トランスポーターとして機能する。Cis4はゴルジ体内の亜鉛濃度を調節することで、ゴルジ体からの細胞内輸送に関与していることが明らかになった。
高強度多孔質中空フィラーを用いた交耐摩耗性コンポジットレジンの開発

本研究では、高強度多孔質球状フィラーと無機骨格を主鎖にもつ多官能性シロキサンオリゴマーとが硬化により相互に侵入した網目構造をもつ新しい複合材の可能性を検討した。その結果、本複合レジンは従来のコンポジットレジンと異なり、表面処理が不要なためフィラー/レジン界面の問題がなく、優れた耐摩耗性、機械的性質および耐水耐久性を示すことがわかった。圧縮強さは、従来の複合レジンに比べ、12割向上した。曲げ強さは、多官能性モノマー処理では従来の複合レジンと同等の強度であったが、多官能性シロキサンオリゴマー処理では、約4割向上した。いずれも従来の複合レジンに比べ、曲げ弾性率の低下は認められず、強度と靭性を兼ね備えた材料であった。特に耐摩耗性は、従来のレジンに比べいずれも良好な値を示した。ポリメチルメタクリレートの摩耗量を100とすると、従来の複合レジンは3248、本研究の多官能性モノマー処理では1833、多官能性シロキサンオリゴマー処理では、6という値を示し、耐摩耗性が飛躍的に改善できた。本研究の複合レジンの発展的研究としては、薬物徐放性材料か得られる点である。本フィラーの内部にフッ化カルシウムや歯周病予防薬などを挿入し、マトリックスレジンの架橋度を制御することにより、治療および予防材料などへの応用が期待できる。本研究の考えを一歩進めて、硬さの性質を表す剛直な無機高分子とマトリックスレジンの有機高分子とも分子オーダーで複合(混合)させた、無機-有機高分子複合材という新しい概念へと研究を発展させた。このような概念はこれまで報告がなく、本研究者らが始めてであり、歯科用新材料としての有効性を検討した。その結果、従来の多官能性モノマーを用いた架橋構造の増加のよるレジンの強化とは異なり、強度と靭性を兼ね備えた強化レジンを得ることができた。高強度多孔質中空フィラーをW/O型エマルジョンにより調製し、そのフィラーを複合した充填用コンポジットレジンの特性を評価するために、本年度は以下の検討を行なった。1.マトリクッスレジンの組成ならびに光重合硬化条件の検討マトリックスモノマーの選択とその組成割合を決定し、さらに光重合のための硬化条件を、開始剤や禁止剤の種類と組成割合を変え検討し、最適硬化条件を決定した。2.処理法の検討通常歯科で用いられているシランカップリング剤による処理を評価した。シランカップリング剤処理では、その加水分解性官能基の反応性の差が処理効果に大きく影響すること、疎水性シランを併用することにより、処理効果と耐水耐久性が大きく向上することなどの新しい知見を得た。3.多孔質中空フィラーの多官能性モノマーによる二重結合の導入粒径の異なる中空フィラーを多官能性モノマー(トリエチレングリコールジメタクリレート)で処理(5、10、15wt%処理)し、多孔質中空フィラーへの二重結合の導入を計った。本研究により調製された多孔質中空フィラーを含む複合レジンは、フィラー/レジン界面の問題もなく、耐摩耗性や耐水耐久性に優れたコンポジットレジンの可能性が示唆され、次年度の研究で評価したい。

その結果、本複合レジンは従来のコンポジットレジンと異なり、表面処理が不要なためフィラー/レジン界面の問題がなく、優れた耐磨耗性、機械的性質および耐水耐久性を示すことがわかった。圧縮強さは、従来の複合レジンに比べ、12割向上した。曲げ強さは、多官能性モノマー処理では従来の複合レジンと同等の強度であったが、多官能性シロキサンオリゴマー処理では、約4割向上した。いずれも従来の複合レジンに比べ、曲げ弾性率の低下は認められず、強度と靱性を兼ね備えた材料であった。特に耐磨耗性は、従来のレジンに比べいずれも良好な値を示した。ポリメチルメタクリレートの磨耗量を100とすると、従来の複合レジンは3248、本研究の多官能性モノマー処理では1833、多官能性シロキサンオリゴマー処理では6という値を示し、耐磨耗性が飛躍的に改善できた。本研究の複合レジンの発展的研究としては、薬物徐放性材料が得られる点である。本フィラーの内部にフッ化カルシウムや歯周病予防薬などを挿入し、マトリックスレジンの架橋度の制御により、治療および予防材料などへの応用が期待できる。本研究の考えを一歩進めて、硬さの性質を表す剛直な無機高分子とマトリックスレジンの有機高分子とを分子オーダーで複合(混合)させた、無機-有機高分子複合材という新しい概念へと研究を発展させた。このような概念はこれまで報告がなく、本研究者らが始めてであり、歯科用新材料としての有効性を検討した。その結果、従来の多官能性モノマーを用いた架橋構造の増加のよるレジンの強化とは異なり、強度と靱性を兼ね備えた強化レジンを得ることができた。
光機能性膜タンパク質による新規光デバイス開発のための生体環境疑似固定法の創製

光機能性膜タンパク質・バクテリオロドプシン(bR)を用いた新規光デバイス開発を目指し、生体分子が本来の機能を発揮することができる固体環境の実現、すなわち生体環境疑似固定化法の創製に取り組むとともに、凍結・融解法によるポリビニルアルコール(PVA-FT)ゲル固体試料中での紫膜積層について機構解明を目的として研究を行ってきた。PVA溶液中に紫膜を分散すると、紫膜間に約20 nm周期の等方的な規則構造を形成する一方、塩添加により消失することをこれまでに見出してきたが、その機構は不明であった。規則構造形成のためには紫膜間に引力と斥力が釣り合った状態になっていると考え、引力項と斥力項それぞれについて検討を行った。つまり、引力項としては紫膜と高分子鎖との間の何らかの相互作用によるものであると考えられるので、PVA濃度を変化させるだけではなく、PVA以外の親水性高分子中に紫膜を分散させて周期構造の有無を観測した。一方、斥力項としては紫膜表面間の静電斥力が疑われるため、価数の異なる塩の影響や、酵素処理により表面電荷を減じた紫膜を調製し、紫膜間周期構造を比較検討した。紫膜間の周期構造について検討した結果、PVA濃度の増加とともに周期が短くなることが明らかとなった。また、親水性高分子・ポリエチレングリコール(PEG)中でも紫膜間規則構造は形成され、PEG濃度増加に伴い紫膜間距離が減少した。これらのことから、紫膜間の周期構造は紫膜とPVAの特異的な相互作用によるものではなく、高分子溶液中においてコロイド粒子間に働く高分子濃度に依存した引力であることが強く示唆された。一方斥力項については、紫膜間の規則構造は塩の種類に依らず静電相互作用の及ぶ距離(Debye長)と非常に良い相関があるだけではなく、酵素処理紫膜においてさらに膜間距離が減少したことから、静電斥力が支配的であることが明らかになった。平成30年度初頭に試料作製・保管に必須の冷凍庫が故障し、代替品を購入したため、生体環境疑似固定媒体の探索において数を絞らざるを得ない状況に陥った。一般に物理架橋ゲルは力学強度が低く熱により容易にゲルが融解するので、共有結合による架橋点をもつ化学架橋ゲルが望ましい。ゲルネットワーク構造と紫膜積層の関係を考える上で、同一の固定化媒体で異なるゲルネットワーク構造を作製できるのは利点であり、網目状や空孔構造を形成可能な化学架橋アクリルアミドゲルを選定した。アクリルアミドゲルは主剤(アクリルアミド)モノマーと架橋剤(メチレンビスアクリルアミド)モノマーのラジカル反応により形成され、nmサイズの均質な網目構造を有する。しかしながら、氷点下においてゲル構造形成を行うと大きな多孔質なネットワーク構造になり、主剤と架橋剤の比を変えることでも不均質・多孔質なネットワーク構造のゲルとなる。そこで、これら氷点下で得られるクライオゲル及び常温多孔質ゲルを紫膜存在下において作製し、紫膜積層について常温均質ゲルと比較検討した。常温均質ゲルで固定化した紫膜について、可視円2色性(CD)測定により紫膜積層を検討したところ、紫膜の積層は見られなかった。一方、多孔質ゲルネットワーク構造を形成するクライオゲルについては散乱の影響が大きく透過分光測定に適さなかった。常温多孔質ゲルについては、ゲル化した直後では紫膜積層は見られなかったが、凍結・融解過程を2-3回繰り返すことにより、紫膜積層を示唆する可視CDスペクトルが得られた。アクリルアミドゲルで固定化した紫膜に対し、高温での評価を行った。80°C以下で融解した物理架橋ゲルに対し、化学架橋アクリルアミドゲルは90°Cでも融解せず、溶液中と同じくbR高温変性中間状態へ遷移した。より高温でもゲル構造が溶けず、固体中での光書込みが可能であることを実証された。アクリルアミドゲルによる固定化紫膜試料では、不均質・多孔質ゲルの条件で作製し、凍結・融解過程を経ることにより紫膜の積層化が示唆された。しかしながら、この固体試料においてゲルネットワーク構造がどうなっているか、全く情報がない。このため、今年度は顕微鏡観察の手法を取り入れ、固体試料中の紫膜やゲル構造について情報を得る。固体試料作製については、疑似生体環境を構築する方向でさらに研究を進める。具体的には、ハイドロゲルを中心に、物理架橋・化学架橋ゲルについて幅広く探索する。また、多孔質構造を持つゲルについても検討を行い、場合によってはハイドロゲルにこだわらず挑戦する。新たに作製した固体試料については、引き続き過渡吸収測定によるレチナール光反応性、可視円2色性測定による紫膜積層、小角X線散乱測定による紫膜間の規則構造について検討する。また、固定する対象について、紫膜から再構成膜への転換を図る。これは、紫膜中ではbRの2次元結晶は80°C以上でなければ融解せず、90°C以上になると熱変性のリスクが無視できないためである。このため、もっと低温において2次元結晶の融解可能な平面膜の作製に取り組み、これまで試してきた媒体により固定化を試みる。光機能性膜タンパク質・バクテリオロドプシン(bR)を用いた新規光デバイス開発を目指し、生体分子が溶液環境中と同様の機能を発揮する生体環境疑似固定化法の創製に取り組むとともに、申請者の先行研究結果である凍結・融解法によるポリビニルアルコール(PVA-FT)ゲル固体試料中での紫膜積層について機構解明を行った。