hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極間距離と加工面性状が単発放電痕性状に及ぼす影響に関する研究

筆者らは単発放電痕を詳細に調査する方法として断面形状積算法を開発している.平成24年度は,1μm以下の分解能で極間距離を設定し,工具電極中心部分に単発放電痕を生じさせる実験装置を製作し,これを用いて極間距離50,100,200μmで単発放電痕を生じさせた.この結果,単発放電痕形状が極間距離で異なることを明らかにした.平成25年度に平成24年度で作成した単発放電痕の各種体積を断面形状積算法で求めたところ,放電で溶融した体積のうち,除去体積は放電痕形状に影響され,最大でも50%強,通常は10%程度しかないことが分かった.これは放電痕形状に放電発生時に生じる気泡の内部圧力に影響があると考え,気泡の内部圧力と挙動が同時に測定できる実験装置の製作を行った.本装置は放電を工具電極中心部に生じさせ,極間距離もμmオーダで設定可能である.平成26年度は気泡の内部圧力と挙動の観察を行い,まずは,放電発生時の気泡のモル量を調べた.その結果,気泡のモル量は極間距離と放電電流値に影響され,パルス幅の影響が少ないことが分かった.一方,断面形状積算法は放電痕の体積の積算に時間がかかる問題がある.そこで,平成26年度に,測定が極めて早く行える光学顕微鏡(共焦点レーザと白色干渉)と触針式表面粗さ計,そして,断面形状積算法で求めた各種体積値を比較した.その結果,各種測定方法と断面形状積算法の測定値とでは値が異なるものの傾向が同様なことが分かった.特になだらかな形状の除去部分は全ての測定方法で測定値が似た値を示し,光学式顕微鏡でも高精度な測定が可能であることが分かった.特殊加工(放電加工,電解加工)同一電気加工条件で極間距離を変えて単発放電痕を生じさせると,放電痕形状に大きな違いが見られ,しかも,同じ極間距離で生じさせた単発放電痕形状には再現性があることが確認できた.よって,放電痕形状は極間距離に影響されることが明らかになった.平成25年度は工作物の組成が単発放電痕形状に及ぼす影響を調べる予定であったが,極間距離と放電痕形状の関係を探究する方が重要と思われた.極間距離が変化すると発生する気泡体積が変わり,発生時の気泡内部圧力と気泡の挙動も変わるはずである.これらの変化が生じる単発放電痕形状に影響を及ぼしていると考えられる.そこで,これらのファクターが単発放電痕形状に及ぼす影響を確認するための実験装置を構築した.平成25年度は実験装置を完成させ,加工反力と気泡の挙動の同時撮影を可能な状態にする予定であった.一方,単発放電痕形状の詳細な調査方法を断面形状積算法によって実施しているが,非常に時間がかかる問題がある.そこで,測定時間を短縮させるため断面形状積算法をサポートする測定方法の開発にも着手した.現在までに加工反力測定装置と気泡挙動撮影装置は完成し,極間距離100μmでの結果が得られている.また,単発放電痕の調査方法に関しては,レーザを用いた方法を幾つか試み,ある方法を用いれば比較的なだらかな放電痕形状ならば実用的に十分な測定精度が得られ,部分的に断面形状積算法に置き換えることもできることが分かった.以上のように,単発放電痕と極間距離の関係,そして,それらを相関的に結び付ける要因を調査できる実験環境を整えることができた.よって,おおむね順調に進展しているといえる.平成24年度は,極間距離を設定して単発放電痕を生じさせ,極間距離が単発放電痕形状に影響を及ぼすことを実証することを目標としていた.また,同じ極間距離で作成した場合,単発放電痕形状にばらつきが殆ど生じないことも重要なポイントである.
歯周病関連菌のリボゾーム蛋白質の歯周疾患発症における意義

歯周疾患関連菌のリボゾーム蛋白質を研究するにあたり、最初にリボゾーム蛋白質をコードしている遺伝子およびその遺伝子から推測されるアミノ酸配列について検討をおこなった。そのために、Porphyromonas gingivalisについてはそのゲノムDNAを4塩基対認識酵素で部分分解後、λファージを用いて遺伝子ライブラリーを作成した。Actinobacillus actinomycetemcomitansについては6塩基対認識酵素で完全分解ゲノムサザン法をおこなった。両者に対するプローブとして、既知のBacillus属あるいはMycobacterium属のリボゾーム蛋白質遺伝子を用いクローニングをおこなった。細菌のリボゾーム蛋白質遺伝子は一般にほとんどのものがオペロン構造をとっているが、これまでに得られた結果では各オペロン内での構造は、これまでに知られている他の菌のリボゾーム蛋白質遺伝子のオペロン構造と顕著に異なる点は見い出せなかった。個々のリボゾーム蛋白質の一次構造は大腸菌のものに高い相同性を示し、両菌に特徴的な配列は今までには見い出さなかった。ところが、A.actinomycetemcomitansについてはオペロン間に挿入配列様構造が新しく見い出された。この配列の挿入によりリボゾーム蛋白質遺伝子全体の発現調節に影響を与えていることが考えられる。この挿入配列様構造はA.actinomycetemcomitansでは今までに報告されていないものである。また菌株によりその存在の有無が異なるため、疫学への応用が期待される。
心血管病危険因子としての慢性腎臓病の基盤病態の統合的理解 と治療法開発

本邦で慢性腎臓病(Chronic Kidney Disease : CKD)が増加している。その主因は糖尿病、肥満、メタボリックシンドローム等の生活習慣病の増加と高齢化である。CKDは腎不全をもたらすだけでなく、心血管病(CVD)の強い危険因子でもある。本研究では、まずCKDの発症・進展機構の詳細を解明した。特になぜアルブミン尿が出現しCVDを合併するのか、その機構を明らかにした。本研究で得られたCKDの基盤病態の理解は、本症の予防と治療法立案に貢献するものである。1)腎内微小血流動態と微量アルブミン尿出現機構を解析するための基盤技術の確立(1)生体腎における微小血管構築変化、血流、濾過の可視化技術確立2光子レーザー顕微鏡、蛍光標識probeを用いて生体腎における輸出入細動脈経変化、微小血管血流、濾過、再吸収、病的状態下でのpermeability充進を可視化検出しうる技術を確立した。(2)病態モデルにおける単一ネフロンレベルの透過性変化、アルブミン尿の検出STZ糖尿病モデルで輸入細動脈拡張と一部の肥大糸球体からmaclomoleculeの濾過を認めた。尿中アルブミン排泄を認めない早期から、肥大糸球体がhyper-permeable状態にあることが判明した。アンジオテンシン受容体拮抗薬(ARB)によってmaclomoleculeの透過性充進改善を可視化検出した。2)微量アルブミン尿出現のメカニズムの解明:内皮機能障害との関連の解明STZ糖尿病モデルにおいてアルブミン尿出現と同時に大動脈レベルでの内皮機能障害、酸化ストレス充進とNO低下を認めた。糸球体および大動脈内皮細胞におけるBH4低下とこれによるeNOSuncouplingを認めた。BH4補給によりeNOS uncoupling改善と同時にアルブミン尿の改善、大動脈内皮機能障害改善を認め、3者の関連が示唆された。ARBでも同様の結果を得た。メタボリックシンドロームモデル(ZOR)においても糸球体、大動脈レベルの内皮機能障害、eNOS uncoupling、アルブミン尿を認め、PPAR-γagonistによってこれらの改善を認め、インスリン抵抗性と内皮機能障害、アルブミン尿との病因上の連関が示された。生活習慣病による腎障害(慢性腎臓病:CKD)モデルであるZucker obese rat(ZOR)、5/6腎摘出(Nx),STZ-糖尿病ラットを用いて、腎内微小循環変化を2光子レーザー顕微鏡を利用して解析した。その結果、共通して糸球体輸入細動脈の自動調節能の破綻・拡張と相対的な輸出細動脈の内径狭小化を認めた。さらにアルブミンと同等サイズの大分子量デキストランの透過性亢進を認め、糸球体係締壁の透過性亢進(過剰濾過)状態を確認しえた。さらにこれらのモデル腎糸球体においては、一酸化窒素(NO)産生能が低下しており、血管内皮機能障害が生じていることを見いだした。内皮機能障害の原因としてNADPH Oxidase由来の活性酸素種(ROS)産生亢進とこれによるBH4(eNOS補酵素)酸化・減少、さらにeNOS uncouplingが生じていることを明らかにした。BH4補給によって、eNOS uncouplingの改善、NO産生能回復と同時にアルブミン尿が減少することも示した。生活習慣病に起因するCKDではアルブミン尿が糸球体高血圧(過剰濾過)と内皮機能障害の両者によって生じることが判明した。さらにCKDと心血管病との連関機序を解析すべく、CKDモデルにおける大動脈レベルの内皮依存性血管拡張反応を解析したところ、アルブミン尿に一致して大動脈レベルの内皮機能障害が生じていることを見いだした。レニン-アンギオテンシン系阻害薬、PPAR-γagonistは腎内微小循環障害、内皮機能障害を改善させ、アルブミン尿を減少させ、同時に大動脈内皮機能を改善させることも見いだした。これらの知見は今後、CKD患者の心血管事故回避のための治療法立案に際して資するものであると考えられる。
リングせん断試験によるせん断帯の構造変化を伴う力学挙動特性

平成910年度の本研究では、次のような成果を挙げた。しかし、当初予定していた、応力制御と歪み制御によるリングせん断強度特性の対比を検討することは時間的に断念した。(1)土の力学・強度試験法としてのリングせん断試験法の特性(1)砂質土に対するリングせん断歪みの必要な規模は、せん断歪みで0.50.75(せん断変位で1015mm)である。粗粒材の土試料では、せん断歪み0.5(変位10mm)程度で良い。(2)砂質土のリングせん断試験では、鉛直歪み即ち体積変化によるダイレイタンシー補正に基づく強度の再評価の意義は少なく、補正の影響はシルト試料の方が大きい。(3)砂質土と粗粒材の配合を変えた試料に対する試験結果では、両者の個々の粒度との関係も影響するが、半々以上に粗粒分を増やさないと粗粒材の強度効果が現れない。(4)異種材料としての金属板との接触抵抗に関するリングせん断試験によれば、砂質土よりも粗粒土との接触抵抗が著しく低下して、推進管への砂礫の抵抗の大きさ予想とは小さかった。(5)一面せん断試験とリングせん断試験による強度対比の結果、前者は粘着力を過大に評価する懸念のあること、内部摩擦角も含めてリングせん断の方が良好であることが判明した。(2)せん断帯の間隙構造変化の間隙径分布による観察(6)「含水比サクション」関係測定から間隙径分布を推定する、いわゆる「水分法」による推定手法により、直接せん断試験前後の土試料の「間隙径分布」推定結果を比較することにより、種々の興味ある結果を得たが、今後試料状態の正確な把握に課題を残している。(7)最多頻度の間隙径が例えば0.075mmから0.085mmへ増加するように、増加し且つ均質化する傾向にあること及び粗粒成分が多いときせん断前後の変化が少ないこと、等が判明した。平成9年度は「リングせん断試験法の力学試験としての意義の確認・研究」のため,砂質土試料に体する,直接せん断試験や3軸試験による試験値と新規開発した推定式による値と比較した.(1)リングせん断試験機を製作し,試験した研究当初から強度が著しく過小に評価される結果が得られていた.原因は,リングせん断試験機操作における摩擦軽減が不充分な点にあると考え,試験機の点検・確認に相当の時間を費やした.結果的には,強度を推定する際に腕の長さによる補正を見落としていたことが判明して,解決した.(2)応力制御方式の付加装置を設置することはできたが,上記のため,間隙水圧計測の準備,せん断帯の確認,リングせん断試験によって実施しやすい異種材料との摩擦抵抗の評価,歪み制御式と応力制御式との結果比較等は次年の最終年度に実施することとなった.(3)替わって追加的に研究した「土の粒度分布と力学的性質の関係」から,内部摩擦角が±4度の精度で評価できる関係を究明した.これは50%粒径,均等係数Ucから算出できる「粒度評価径」に,間隙比と真比重を合わせて算出できる「間隙径深」と10%粒径から内部摩擦角が算出される.(4)摩擦角の比較観点から,修正できたリングせん断強度と直線せん断強度および前項(3)による推定値を対比して,直接せん断よりリングせん断の方が小さめになること,及び前項の簡略式による推定精度範囲内の違いであることが判明した.

しかし,その物理的な意味付けの解釈は次年度に検討する予定である.ダイレイタンシー計測値の整理・分析による検討も同様である.砂とシルトの微妙な強度(内部摩擦角)の差をリングせん断は表現できる特徴がある.平成10年度は、リングせん断試験法の特性を見極めて、一面せん断や三軸圧縮試験との対比からその特徴を調べ、砂質土・砂礫に対する適用性を見極めることを第一の目的とした。つぎに、応力制御と歪み制御によるリングせん断強度の比較に替えて、せん断帯の間隙構造変化の特徴を推定・考察した。本年度の得られた成果は次のように纏められる。○せん断試験法としてのリングせん断試験法の特性と一面せん断の試験法との差異に関して(1)砂質土に対するリングせん断歪みの必要な規模は、せん断歪みで0.50.75(せん断変位で1015mm)である。粗粒材の土試料では、せん断歪み0.5(変位10mm)程度で良い。(2)砂質土のリングせん断試験では、鉛直歪み即ち体積変化によるダイレイタンシー補正に基づく強度の再評価の意義は少ない。(3)砂質土と粗粒材の配合を変えた試料に対する試験結果では、両者の個々の粒度との関係も影響するが、半々以上に粗粒分を増やさないと粗粒材の強度効果が現れない。(4)異種材料としての金属板との接触抵抗に関するリングせん断試験によれば、砂質土よりも粗粒土との接触抵抗が著しく低下して、推進管への砂礫の抵抗の大きさ予想とは小さかった。(5)一面せん断試験とリングせん断試験による強度対比の結果、前者は粘着力を過大に評価する懸念のあること、内部摩擦角も含めてリングせん断の方が良好であることが判明した。○せん断帯の間隙構造変化の考察(6)「含水比サクション」関係測定から間隙径分布を推定する、いわゆる「水分法」による推定手法により、直接せん断試験前後の土試料の「間隙径分布」推定結果を比較することにより、種々の興味ある結果を得たが、今後試料状態の正確な把握に課題を残している。(7)最多頻度の間隙径が例えば0.075mmから0.085mmへ増加するように、増加し且つ均質化する傾向にあること及び粗粒成分が多いときぜん断前後の変化が少ないこと、等が判明した。
多変量生体信号処理による食品感性分析に基づく食品デザイン技術の構築

本研究課題は、生体信号処理に基づく食品デザイン技術の研究開発である。主として得られた成果は次の通りである。(1)腸由来の音響信号の長時間計測および解析に基づく、食品・医薬品・栄養剤摂取による腸蠕動運動活性の可視化技術の開発、(2)重症患者に対するその臨床医療診断への応用、(3)健常者の消化活動活性度評価への応用、(4)心電等の自律神経活動指標を利用した食品嗜好感性分析、(5)複雑な食感デザインのための超音波断層動画像を用いた食品内部硬軟分布可視化技術開発、(6)嚥下障害患者の快適な食生活のための新しい食品デザイン基準の検討、他、が挙げられる。初年度において、次の4点に重点を置いて研究を行い、一定の成果を得た。1.異種の生体信号・生体情報が混在する食品感性データマイニング技術の理論研究、2.医療診断技術を転用した新しい食品品質デザイン技術の開発、3.消化管活動を指標とした食品と個人体質・体調とのマッチングの定量評価技術の開発、4.重症患者のための栄養療法の一環としての腸蠕動運動解析技術開発とその臨床試験、の4点を同時並行的に遂行した。1.については、知識情報処理と機械学習を有機的に混在させたデータマイニングおよび意志決定の理論の考案に取り組んだ。2.については、超音波断層動画像から悪性腫瘍の非侵襲診断を行う医用画像処理技術を転用し、弾性食品の食感を自在に設計するための基礎技術の開発を行った。3.については、腸が食品の消化を行う様子を定量的に把握することで、個人の体調・体質に対する調査対象食品の適合度を判定するための基礎実験を行った。4.については、重症患者の摂取する食品や薬品のオーダーメイドデザイン法を確立するための基礎研究として、腸蠕動運動強度の定量分析技術が患者の体調診断にどれほど有効なものであるのかについて臨床実験を行った。特に4.においては、我々が開発した腸音解析システムを用いて重症敗血症患者の腸蠕動運動をリアルタイムに連続測定し,敗血症の重症度に関与する血中Interleukin-6(IL-6)血中濃度の経時的変化との相関を検討し、その結果蠕動運動はIL-6血中濃度が高いほど抑制されることが示された。そして、本モニタリングシステムが,重症敗血症患者において腸蠕動運動を連続的,定量的,非侵襲的に評価する方法として有用であることが示唆された。【食品感性計測】阪田・佐竹・谷本が中心となり、直感的な感性(歯ごたえ、食後の腹の調子)を刺激する食品デザイン技術の開発を進めた。また、ペクチンゼリーを用いて食感(喉ごし)をコントロールする諸条件の検討などと実施した。ただし、直接的な感性データ取得については、試験的に行うにとどめられた。【食品デザイン】従来の感性研究よりもさらに直感的な感性に訴える食品デザイン技術の検討が行われた。寒天ベース加工食品、米麺、小麦粉麺、チーズ等に関する新しい加工・デザイン技術の研究開発を行った。感性計測の項目のペクチンゼリーの研究はこちらにも該当する。【医療応用】本プロジェクト内で継続研究開発中の長時間腸音モニタリングシステムを援用した重症患者のための栄養療法や投薬に関する研究が行われた。消化器官(主として小腸)の動きの定量分析を指標とした重症患者の薬剤への反応についての調査が行われた。歯ごたえや喉越し等の複雑な食感をデザインするための画期的なツールとなりうる、弾性食品の内部硬軟分布を超音波断層画像の解析によって可視化する技術の開発を行った。2種類の異なる手法を開発できた。重症患者の栄養療法を目的とした腸蠕動運動活性度モニタリング技術に関して、特に大きな進展を見せた。民間企業の協力の下で将来医療機器として使用可能なプロトタイプシステムを改良開発し、これを用いて重症患者の栄養療法への利用のテストを実施した。その結果、救命率の向上につながる極めて有効な手段になる見通しが立った。もちろん、重症患者以外の一般入院患者や健常者における、食品とその摂取者の適合性を調べるツールとしても有効なシステムである。高齢者に多い嚥下障害の患者のための食品デザインの基準構築に着手した。流動性や粘性の微調整を嚥下困難との関連性を耳鼻咽喉科の協力の下で試験的に調査した。同種の飲食物の味付けの違いに起因する摂取者のストレス変化を脳神経由来信号、循環器系由来信号、および内分泌系情報の同時計測によって調査した。長時間腸音発生頻度変化や長時間心拍変動信号のための情報理論に基づく新しい因果性解析手法を提案し、その有効性に関する基礎実験的検討を行った。研究計画は一部を除き、遅れている。

研究課題の中核を担う代表者の阪田が、H26年度に極めて負荷の大きな大学運営業務を課されていたこと、および研究補助者である阪田研究室の大学院生の約半数が休学・病気等により研究から離脱していたことが主たる原因であると考えられる。比較的阪田の寄与分の小さな部分(食品デザイン・加工技術開発、医療応用)については、さほど大きな遅れは見られない。27年度が最終年度であるため、記入しない。電子情報工学不可抗力的事情により当初計画が遅れてしまっているため、次年度は遅れている部分を優先して進め、当初計画の遂行を目指す。生体計測技術開発と食品デザイン技術研究および臨床医療応用研究が、感性計測に対して比較的進んでいる状態であるため、次年度は感性計測に重点を置いた時間配分で研究を進める。特に、デザイン対象とする食品種類の幅を広げ、摂食途中の感性計測に重点を置く。さらに、複数生体信号の同時計測および統合分析について、これまで2種類程度の試みであったものを、3種類以上の生体信号・生体情報の組み合わせとして、より複雑化した分析に進化させる。医療応用については、前年度に行った研究について母集団をさらに増やし、得られたデータを解析し、重症患者の腸蠕動運動の重症度による違いを検討する。また、腸蠕動運動促進薬や昇圧薬投与と腸蠕動運動パターンとの相関の有無を検討する。さらに、嘔吐、胃内容物逆流、誤嚥性肺炎など経腸栄養継続を妨げる合併症と腸蠕動運動のパターンとの相関についても検討する。複数の生体信号・生体情報を混在させた食品感性定量化技術の確立が本研究課題の中の大きな目標の一つであるが、現在のところ、消化器系生体信号活用の部分に対して、脳神経系信号と自律神経系信号の活用に対して研究が遅れている。メンバーの研究エフォートの大幅減と研究補助者の減少が主たる原因である。その点の遂行力減を考慮に入れて評価するならば、当初進捗速度に対してさほど遅れがあるとは考えていない。研究進捗の遅れに伴い、実験用備品類の購入時期を先送りにしたため。および、研究代表者の研究エフォートの低下に伴う国内・国際会議発表数の低下による旅費支出減少が、主たる原因である。全体の研究計画に照らして進捗が少々遅れ気味ではあるものの、研究メンバーそれぞれが時間を有効に利用して適宜計画事項の順番を前後させながら、概ね申請書にある研究計画内容に沿って進める予定である。特に、2年目は成果概要にある「1.異種の生体信号・生体情報が混在する食品感性データマイニング技術の理論研究」と「2.医療診断技術を転用した新しい食品品質デザイン技術の開発」の完成、および医療分野における食品・薬品デザイン技術開発の大きな進展が期待できる。予定されている研究計画を遂行することにより、先送りされている実験用備品類の購入を次年度に行う。加えて、現時点で予定数より少ない代表者の国際会議等での研究発表やその他の学会発表を次年度に実施するために、その旅費として支出する。全体の研究進捗の遅れにより、旅費支出予定である国際会議等での成果発表のスケジュールにも遅れが出たため。および、購入予定品の高性能新製品の翌年度以降発売情報を入手したことにより、当該装置を使用する研究計画を後回しにしたため。
デスクトップ・パブリッシング(DTP)の教育効果に関する研究

昨今、大学のサバイバルの方途が真剣に模索されつつある。その一つに担うものに、FDがある。本研究はとくに大衆化した大学における大学教育の教授=学習過程に着目して、これからの授業のビジョンを明らかにすることを目的として行われた。その際に、学生に質のよいティ-チングを行ない、学生の学習効果の水準をあげることを目指した。従来授業ではとかく大学教師から学生へと一方通行的になり、学習評価も非常に限られた学生からのアウトプットに限られてしまう傾向にあった。しかし、今後大学教師と学生の相互作用をもっと重視した授業が求められよう。そこでは、新しい教材を開発し、学生のモラ-ルを高めて学習への参加を促すことが必要となると考えた。そこで、本研究では以下の観点から、DTPの教育効果について研究を行なった。(1)学習者側からみたDTPの教育効果の調査DTPがとくに求められる領域として、文科系における専門教育に焦点をあて、そのニ-ズをアンケ-ト調査によって明らかにした。(2)DTPの教授=学習過程における教育効果教師の立場からは知識爆発の時代に即応した教材の作成づくりになると同時に、学生にとっては学習成果の作品化につながるようになる教材づくりの方途を明らかにした。それは、一方で大学教師の資質向上になり、他方で学生の学習効果の向上につながっていることがわかった。(3)DTPによる授業手法の明確化DTPによる授業が成立するには、ハ-ドである設備の整備、ソフトウェアの充実、これらと関わる教授者の教授の資質向上と学習者の学習意欲の向上が必要であることが明らかになった。
一次元包接重合における高度不斉誘導と高安定生長ラジカル

包接重合は、分子レベルの大きさの空間での重合である。そのためにマクロの空間の重合では無視されていた空間効果が観測されるようになる。従来の重合論では、この視点から全く議論されていないので、新しい包括的な理論が必要である。本研究では、このために必要な基礎デ-タを集積することに成功した。以下に研究成果を具体的に述べる。1.コ-ル酸、デオキシコ-ル酸、アポコ-ル酸あるいはこれらの誘導体をホストとして、ブタジエン誘導体のモノマ-の包接重合を系統的に検討した結果、重合反応における分子レベルの空間効果の存在が明確になった。この空間とゲストの大きさが近い場合には、チャンネルではモノマ-が一次元分子集合体を形成している。そのため、重合は一次元的性格を帯びるようになる。付加の選択もこの性格の一つである異方性に基づく。2.不斉誘導の立体的要因を調べるために、不斉なホスト・ゲスト化合物の結晶構造解析を行った。そのデ-タに基づく分子グラフィックスにより、トンネル状分子レベル空間の解析を行い、その結果、チャンネルのポケットが不斉認識に重要な役割を担っていることがわかった。重合反応においては、プロキラルモノマ-のかさ高い基がこのポケットに入り、不斉誘導につながるのであろう。3.従来測定の困難であった共役ジエンモノマ-の生長ラジカルが包接状態では高安定になるために、ESRスペクトルを容易に得ることが可能になった。分子レベル空間の大きさに依存して、そのスペクトルが大きく変化する場合があり、これはそのラジカルの運動性が異なっているためであることがわかった。この生長ラジカルと重合反応速度あるいは反応の立体選択性とは密接な関係のあることがわかった。我々は一次元包接重合の概念を確立するとともに、この系においては重合反応に対して「空間効果」が明瞭に現われてくることを示した。従って一次元包接重合は分子レベル空間での一般的重合法の一つであり従来の溶液あるいは塊状重合はマクロレベル空間での重合と考えられる。この分子レベル空間での重合においては、空間を形成するホスト分子の集合体をいかに設計するかが重要なポイントである。今まで、デオキシコ-ル酸・アポコ-ル酸の対となっているホストを用いてきたが、これらの誘導体も同様に分子レベル空間を提供し得るかを検討した。具体的には酸アミド、エステル、あるいはコ-ル酸の誘導体を合成し、それらの包接能を探索した。この実験において本補助金により購入した液体クロマトグラフは非常に役立った。これらの誘導体の中で一部のものは包接重合においても使えそうな包接能を示した。ホストの設計・合成と平行して、従来より用いているデオキシコ-ル酸・アポコ-ル酸についても、さらに実験結果の解析を進めている。高安定成長ラジカルがどのようなホスト・ゲストの組合せで生じるのか、またどの程度安定なのか、生長ラジカルにならずモノマ-ラジカルでとどまるのは、どのような場合か、など、分子レベル空間での分子運動の解析により説明され得ることがかなり明らかになってきた。分子レベル空間での反応は規則的に進むが、不斉誘導がどの程度おこるかについての解析はかなり困難である。生成高分子のオゾン分解等により、解析を進めている段階である。近年、分子グラフィックスが普及してパソコンでも行えるようになってきた。この手法を用いて、分子レベル空間での反応解析にも着手している。反応の立体規則性、不斉誘導について、何らかの合理的説明をこの手法により得られるものと確信してさらに研究を進めている。一次元包接重合の概念を確立し、これをより一般化するには、従来よりも実験系を広げる必要がある。

本研究においては、新しい概念「空間効果」を数多くの実験的証拠により確証するため、新しい空間の設計と解析を中心に研究を進めた。以下に研究実績をまとめた。1.重合反応空間の解析:分子グラフィックスによるナノスペ-スの解析を行った。X線構造解析デ-タに基づき、トンネル状空間の輪切り図形を描き、ゲスト分子の収容されている様子を調べた。これにより、重合反応が高度不斉誘導をともなう理由や生長ラジカルが熱的に高安定になる理由を確実に理解することが可能になると思われる。今までのところ、基礎デ-タが反応に用いたモノマ-そのものではないため、確実ではないが、かなりの推論をすることが可能になった。2.反応空間を規定するのはホストの分子構造である。この分子構造を変化させていけば、空間の形・大きさ等が変化し、不斉誘導の大きさや生長ラジカルの安定性を変えられることがわかった。例えば、コ-ル酸をメチルエステルにすると、空間が大きくなり、重合反応性が高くなるモノマ-もあるが、不斉誘導率は減少し、生長ラジカルの熱安定性は低下した。従って、モノマ-と空間との相対的大きさ等が重合反応に決定的な影響を及ぼすという空間効果が存在することが、別の例から証明された。3.ホストの分子設計をさらに進め、ゲストを収容する空間を形成する分子を探索した。コ-ル酸・デオキシコ-ル酸の種々の誘導体の分子集合様式が明確になるとともに、二重層状構造の形成様式がわかり、ゲストを収容する機構を理解できるようになった。その際、水素結合の様式が多様で、それが多様な分子集合様式、さらに多様な積層様式につながることが明白になった。
結晶方位解析に基づくナノスケールレベルでの疲労初期損傷機構の解明

本研究では超細粒鋼を用いて,結晶方位との関連からナノレベルでのすべり変形観察結果をもとに疲労き裂の発生及び伝ぱ挙動を検討した.その結果,圧延面には巨視的には100面が優先配向するものの,き裂発生域近傍では101面に優先配向した結晶のコロニーが存在しすることがわかった.この領域では,[111]方向に対する32個のすべり系が活動しており,最も大きなシュミット因子は{321}<111>および{132}<111>で0.412となった.これらのすべりは,試料表面において,荷重軸に対して70.5度となり,実験的に観察されるすべり線の角度と良く一致した.細粒鋼においては,32個の複数のすべり系による交差すべりが重要な役割を果たすことを明らかにした.次いで,微小疲労き裂の伝ぱ挙動について,き裂伝ぱ方向およびき裂先端近傍のすべり変形の観点から微小疲労き裂の伝ぱ機構について検討した.疲労き裂近傍の特異応力場を考慮して,平滑材のシュミット因子に対応するすべり易さの影響を表わすすべり因子を提案した.超細粒鋼では,き裂分岐によるき裂伝ぱ抵抗の増大が特徴であり,その分岐のメカニズムについて検討した.疲労き裂の分岐は,結晶粒内および結晶粒界いずれでも発生し,その頻度は同程度であった.分岐き裂は,疲労き裂先端でのすべり因子が最大となる方向に伝ぱすることがわかった.結晶粒内の分岐き裂では,複数のすべり系が存在し,これらが試料表面上で同一角度のすべり線上にある場合で,すべり方向が試料表面内である結晶粒で分岐が発生することを明らかにした.本研究では超細粒鋼を用いて,結晶方位との関連からナノレベルでのすべり変形観察結果をもとに疲労き裂の発生及び伝ぱ挙動を検討した.その結果,圧延面には巨視的には100面が優先配向するものの,き裂発生域近傍では101面に優先配向した結晶のコロニーが存在しすることがわかった.この領域では,[111]方向に対する32個のすべり系が活動しており,最も大きなシュミット因子は{321}<111>および{132}<111>で0.412となった.これらのすべりは,試料表面において,荷重軸に対して70.5度となり,実験的に観察されるすべり線の角度と良く一致した.細粒鋼においては,32個の複数のすべり系による交差すべりが重要な役割を果たすことを明らかにした.次いで,微小疲労き裂の伝ぱ挙動について,き裂伝ぱ方向およびき裂先端近傍のすべり変形の観点から微小疲労き裂の伝ぱ機構について検討した.疲労き裂近傍の特異応力場を考慮して,平滑材のシュミット因子に対応するすべり易さの影響を表わすすべり因子を提案した.超細粒鋼では,き裂分岐によるき裂伝ぱ抵抗の増大が特徴であり,その分岐のメカニズムについて検討した.疲労き裂の分岐は,結晶粒内および結晶粒界いずれでも発生し,その頻度は同程度であった.分岐き裂は,疲労き裂先端でのすべり因子が最大となる方向に伝ぱすることがわかった.結晶粒内の分岐き裂では,複数のすべり系が存在し,これらが試料表面上で同一角度のすべり線上にある場合で,すべり方向が試料表面内である結晶粒で分岐が発生することを明らかにした.(1)超微細粒鋼における表層部近傍の超細粒材(結晶粒径約2μm)および内部の通常組織(平均粒径約9μm)の平滑材の疲労試験を行い,疲労強度に及ぼす結晶粒径の影響を明らかにした.結晶粒径の小さな超細粒鋼の方が,疲労強度および静的機械強度ともに大きいものの,Hall-Petch関係より予測されるよりも低強度となる.これは,比較的結晶方位のそろったコロニーを形成することが原因であることを明らかにした.(2)超微細粒鋼では,単純な直線状のすべりの他に,粒界近傍に多くの交差すべりが観察された.EBSPによる方位解析を行い結晶学的な検討を行った結果,複雑な交差すべりはシュミット因子の最も大きな3種類のすべりに起因し,主すべり系が結晶粒界による拘束効果によって活動を停止すると,他のすべりが活性化されることによって交差すべりが多く生じる.超細粒鋼では,結晶粒界が多く存在するため,粒界による阻止効果が顕著に表れることが原因である.(3)結晶粒径の大きな材料では,単純な直線状のすべりのみが観察され,交差すべりは観察されなかった.き裂は直線的な単純すべりから発生した.(4)超微細粒鋼における微小疲労き裂の伝ぱ速度は,き裂先端が結晶粒界近傍に近づいたときに減少した.また,き裂が偏向した場合にも伝ぱ速度の低下が観察された.試験片表面における分岐き裂の数は粒径の小さな材料の方が多く,破面の粗さ誘起のき裂閉口に密接な関係があることがわかった.すなわち,結晶粒界による塑性変形の阻止効果,き裂偏向による抵抗,き裂の分岐が,疲労き裂伝ぱ挙動に大きな影響を与えることが明らかとなり,疲労き裂の発生および伝ぱのモデル化に際して有益な情報が得られた.(1)超細粒鋼は昇温過程での圧延によって形成される.電子線後方散乱解析よって圧延面には100面が優先配向することを明らかにした.一方,疲労き裂発生部分に注日すると,101面に優先配向した結晶が平均結晶寸法より2倍程度大きなコロニーが存在し,この部分より疲労き裂が発生した.

マクロな100優先配向結晶とは異なる結晶において疲労き裂が発生することがわかった.(2)疲労き裂発生部近傍では,[111]方向に対する32個のすべり系が活動しており,最も大きなシュミット因子は{321}<111>および{132}<111>で最も大きく,0.412となった.これらのすべりは,試料表面において,荷重軸に対して70.5度となり,実験的に観察されるすべり線の角度と良く一致した.細粒鋼においては,32個の複数のすべり系による交差すべりが重要な役割を果たすことを明らかにした.(3)すべり変形後に発生する微小疲労き裂の伝ぱ挙動について,き裂伝ぱ方向およびき裂先端近傍のすべり変形の観点から微小疲労き裂の伝ぱ機構について検討した.疲労き裂近傍の特異応力場を考慮して,平滑材のシュミット因子に対応するすべり易さの影響を表わすすべり因子を提案した.(4)超細粒鋼では,き裂分岐によるき裂伝ぱ抵抗の増大が特徴であり,その分岐のメカニズムの解明は重要である.疲労き裂の分岐は,結晶粒内および結晶粒界いずれでも発生し,その頻度は同程度であった.分岐き裂は,疲労き裂先端でのすべり因子が最大となる方向に伝ぱすることがわかった.結晶粒内の分岐き裂では,複数のすべり系が存在し,これらが試料表面上で同一角度のすべり線上にある場合で,すべり方向が試料表面内である結晶粒で分岐が発生することがわかった.以上の結果は,高疲労強度発現のために極めて重要な基礎データであり,これをもとに疲労き裂の発生および伝ぱシミュレーションの開発へと発展させることが望まれる.
関節リウマチの精密医療の実現を目指す多角的な病態解析研究

関節リウマチ(RA)患者の個人レベルで最適な治療方法を分析・選択する精密医療の実現に向け、1.RA関節傷害の3病変-滑膜増殖、関節裂隙狭小化、骨びらんの3コンポネント-の推移をUS、MRI、HR-pQCT画像で解析し、その推移が薬剤間で異なるか否かを明らかとし、2.その経過を末梢血液細胞のイムノフェノタイピングと血清・血漿のサイトカイン・ケモカイン・成長因子・自己抗体のプロファイリングで評価し、3.これらの画像-分子間相互作用を最適なヒト培養細胞in vitro実験系と関節炎動物モデル系で確定し、4.抽出された多因子で治療反応性を統計学的に考察し予測する。
発生初期胚の網膜神経上皮におけるATP放出

アデノシン三燐酸(ATP)受容体が存在する組織では、オートクライン/パラクライン的に、その組織内でATPが放出され、ATPを介した細胞間相互作用が生じると予想される。我々は、増殖期の網膜神経層細胞にはATP受容体が存在し、ATP受容体の活性化により細胞内カルシウムストアからカルシウムイオンが細胞質中に放出され細胞内カルシウム濃度上昇が生じることを明らかにしている。本研究では、増殖期の網膜神経層細胞がATPを実際に放出しているか、さらに、ATP受容体の活性化と細胞内カルシウム濃度上昇が網膜神経層細胞の細胞増殖を制御しているかを明らかにすることを目的とした。1)網膜神経層におけるATP放出孵卵3日目(E3)の鶏胚から摘出した網膜神経層を器官培養し、培養液中のATP濃度の変化をルシフェリン/ルシフェラーゼ法により測定した結果、培養開始後1時間で、培養液中のATP濃度が25培に増加し、このレベルは少なくとも24時間は維持された。この結果は、ATPが網膜組織中に放出されていることを示唆する。2)ATP受容体の活性化による細胞内カルシウム濃度上昇と細胞増殖上記の網膜器官培養系において、トリチウムチミジンの取り込み量を計測し細胞増殖の定量的指標とした。培養液にATP受容体の阻害剤を添加した結果、トロチウムチミジンの取り込み量は濃度依存的に抑制された。逆に、ATPの添加によりトリチウムチミジンの取り組み量は約2倍まで増加した。次に、細胞内カルシウムストアのカルシウムポンプの阻害剤、及び、容量性カルシウム流入の阻害剤を培養液に添加すると、これらの阻害剤は濃度依存的にトリチウムチミジンの取り込み量を抑制した。これらの結果は、網膜神経層細胞の増殖が、ATP受容体の活性化と細胞内カルシウム濃度上昇により制御されていることを示唆する。ATP受容体が存在する組織では、オートクライン/、パラクライン的に、その組織内でATPが放出され、ATPを介した細胞間相互作用が生じると予想される。我々は、発生初期鶏胚の網膜神経上皮において、ATP受容体の活性化による細胞内[Ca^<2+>]上昇が、細胞増殖期に特異的に生じることを明らかにしており、本研究では、発生初期鶏胚の網膜神経上皮において、1)ATPが放出されるか、2)ATP受容体の阻害による細胞増殖への影響、を明らかにすることを目的とした。平成10年度では、ATP検出のための化学発光測定法として、ルシフェリン/ルシフェラーゼ法を導入した。具体的には、発生初期鶏胚から摘出した網膜神経層を器官培養し、培養液中のATP濃度の変化を測定した。培養開始後、1時間、24時間、48時間の時間間隔で、微量の培養液を採取しガラスキュベット内に入れ、発光基質であるルシフェリン、及び、発光触媒酵素であるルシフェラーゼを添加した。その結果、培養開始後1時間で、培養液中のATP濃度が25倍に増加し、このレベルは少なくとも24時間維持された。ATPはATP受容体を介して細胞増殖促進因子として作用することが報告されている。細胞増殖期の網膜神経上皮においても、ATPが増殖促進因子として作用することが予想される。この点を、発生初期鶏胚の網膜神経上皮の器官培養系を用いて検討したところ、ATP受容体の阻害剤を培養液に添加することにより、濃度依存的にDNA合成量が抑制されることを確認した。この所見は、増殖中の網膜神経上皮においても、ATPが増殖促進因子である可能性のみならず、ATPが組織中に放出されていることをも示唆するものである。

本研究により、増殖中の神経上皮においてATPの放出が実証され、神経上皮細胞の増殖におけるATP受容体の機能的役割の解明へ向けて、より一層の理解の進展がもたらされた。増殖期の網膜神経層細胞にはアデノシン三燐酸(ATP)受容体が存在し、ATP受容体の活性化により細胞内カルシウムストアからカルシウムイオンが細胞質中に放出され細胞内カルシウム濃度上昇が生じることを既に明らかにしている。ATP受容体が存在する組織では、その組織内でATPが放出されると予想される。本研究では、増殖期の網膜神経層細胞がATPを実際に放出しているか、さらに、ATP受容体の活性化と細胞内カルシウム濃度上昇が網膜神経層細胞の細胞増殖を制御しているかを明らかにすることを目的とした。1)網膜神経層におけるATP放出孵卵3日目(E3)の鶏胚から摘出した網膜神経層を器官培養し、培養液中のATP濃度の変化をルシフェリン/ルシフェラーゼ法により測定した結果、培養開始後1時間で、培養液中のATP濃度が25倍に増加し、このレベルは少なくとも24時間は維持された。この結果は、ATPが網膜組織中に放出されていることを示唆する。2)ATP受容体の活性化による細胞内カルシウム濃度上昇と細胞増殖上記の網膜器官培養系において、トリチウムチミジンの取り込み量を計測し細胞増殖の定量的指標とした。培養液にATP受容体の阻害剤であるスラミン、及び、PPADSを添加した結果、トリチウムチミジンの取り込み量は濃度依存的に抑制された。逆に、ATPの添加によりトリチウムチミジンの取り込み量は約2倍まで増加した。次に、細胞内カルシウムストアのカルシウムポンプの阻害剤であるDBHQ、及び、容量性カルシウム流入の阻害剤であるSK&F 96365を培養液に添加すると、これらの阻害剤は濃度依存的にトリチウムチミジンの取り込み量を抑制した。これらの結果は、網膜神経層細胞の増殖が、ATP受容体の活性化と細胞内カルシウム濃度上昇により抑制されていることを示唆する。
マルチモーダル英語授業コーパスのシステム構築と管理・運用と教師教育への応用

本研究の目的は、小・中英語授業データを基盤とし、音声・映像情報と結合させた公開用大規模マルチモーダルコーパスの開発と、コーパス構築のための自動タグ付与システムの構築、およびweb場での公開と活用である。これにより、様々な英語授業の情報(授業目標等・発話・談話等)が一元化され、授業者の振り返り・教師教育・研究者へのデータ提供が可能となり、コーパスデータの汎用性が高まる。そこで、本研究は今後さらに大規模化するコーパスデータをweb上で蓄積・管理した上で公開するシステム開発により、リアルタイムで、授業データを蓄積して、教師教育や研究者に対する簡便なデータ提供の方法を確立することを目指す。
低出力パルス超音波刺激を用いた早期骨再生法の開発

低出力超音波パルス刺激(LIPUS)は骨芽細胞等に直接作用してその分化を促進することで、骨形成を促進することが知られている。本研究では、骨代謝の重要な担い手である骨芽細胞と破骨細胞に対するLIPUSの作用機序の解明を目指した。LIPUSは破骨細胞前駆細胞から単独刺激では分化誘導効果はないが、分化誘導刺激存在下では無刺激と比較して分化誘導を増強した。骨代謝は骨芽細胞および破骨細胞の双方からのシグナル伝達によりカップリングが起こるが、LIPUSでの骨形成促進作用には破骨細胞ー骨芽細胞のシグナル伝達も重要である可能性が示唆された。本年度は観察されたLIPUSによる破骨細胞分化増強効果についての検討を中心に行った。単球系細胞に傾倒していると位置づけられるRAW264.7細胞の培養中にRANKLを添加することで破骨細胞分化を促す分化系を用いた。RANKL非添加群を陰性コントロール、RANKL添加群を陽性コントロールとし、それぞれに対してLIPUS刺激を行い、破骨細胞分化マーカー(NFATc1,ITGB3,TRAP,CTSK,MMP9)の発現とTRAP染色を行い破骨細胞数の計測を行いLIPUSの破骨細胞分化に対する効果を検討した。RANKL添加ーLIPUS群でリアルタイムRT-PCRによる破骨細胞マーカーの発現を顕著に上昇し、破骨細胞数も増加することが確認された。一方でRANKL非添加ーLIPUS群では破骨細胞分化マーカーの発現上昇は認めず、TRAP染色にも陰性となり破骨細胞形成は認められなかった。このことより、破骨細胞分化においてLIPUSが分化シグナルを増強することが確認された。従来よりLIPUSの骨芽細胞分化に及ぼす効果が報告されているが、MC3T3-E1細胞に対してLIPUSによる骨芽細胞分化促進効果は今回の検討では観察されなかった。細胞種によるLIPUSへの応答性の差異が存在するのではないかとの議論もあり、この点について検証する必要があることが明らかとなった。本年度は低出力パルス超音波刺激(LIPUS)によるin vitroでの効果検証とマウス胎仔頭蓋骨のex vivo培養系を用いた効果検証を行った。in vitroでの培養細胞に対する効果検証にはMC3T3E1,RAW264.7,に対して刺激開始1、4、7日目のmRNA発現状況をリアルタイムPCRによって検討した。ex vivo培養系では、頭蓋骨のパターニングが完了したE15.5のマウス胎仔より摘出した頭蓋骨を用い、培養開始前、および培養開始後7、14日目の骨形成状況を組織学的に検討した。MC3T3E1細胞に対する刺激により骨芽細胞分化マーカーALP, BSP, OCの発現上昇が刺激開始後4日目、7日目で観察された。この効果は、陽性コントロールとして用いた、既知の骨芽細胞分化促進剤であるSAGおよびTHの組合せ効果とほぼ同じ傾向を示しており、また、LIPUS刺激が骨芽細胞分化を促す先行研究におけるデータを追従する結果を得られた。RAW264.7に対するLIPUS刺激では、破骨細胞分化マーカーItgb3,TART,CATK, MMP9の発現上昇が刺激開始後4日目、7日目で観察された。この結果は、陽性コントロールとして用いたRANKL刺激とほぼ同じ傾向を示し、かつ陰性コントロールでは発現上昇が起こらない状況から、LIPUS刺激による効果と考えられた。ex vivo培養系では、LIPUS未刺激群では14日間の培養のうちに著しく変形を伴うのに対し、LIPUS刺激によって、骨形成が促進されるために変形がわずかであった。このことはLIPUS刺激による骨形成のために骨格形態が保たれたものと考えられた。また、組織学的にも14日目頭蓋骨でLIPUS刺激を与えたものに有意な骨形成が認めた。本年度は前年度に観察されたLIPUSによるRAW267.4細胞の歯骨細胞分化により発現上昇する遺伝子のうち、骨芽細胞分化に関連しうるシグナル分子の発現について検討を行った。その結果、ヘッジホッグシグナル(Hh)に関連する遺伝子の発現が上昇しうる事を確認した。具体的にはShhおよびIhhの発現上昇が認められ、Dhhの発現上昇は認められなかった。またHhシグナルのレセプターであるPtch1も発現上昇が認められたが、Ptch2については発現上昇は顕著ではなかった。しかしHhシグナルのターゲット分子であるGli1の発現は認められず、細胞内でのHhシグナル活性化は示唆されなかった。上記の遺伝子発現をふまえて、骨芽細胞へ分化しうる間葉系幹細胞株であるC3H10T1/2とRAW267.4より分化させた破骨細胞との共存培養を行ったところ、骨芽細胞分化が促される様子が観察された。この事から、破骨細胞から直接的にシグナル因子が分泌されている、あるいは、破骨細胞と骨芽細胞が接触する事でシグナルが伝達されることで骨芽細胞分化が促された可能性が示唆された。

ex vivoにおける検討では、マウス頭蓋骨を用いた期間培養系を用いて検討した結果、骨芽細胞、破骨細胞分化刺激を与えずにLIPUSを行うと培養期間中で頭蓋骨の形態が維持され、骨添加が起こる事が示唆された。ex vivoにおける検討については、現在、組織学的な検討を進めるべく準備中である。以上から、LIPUSがRANKL存在下に強力に破骨細胞分化を促す事で破骨細胞から伝達される骨芽細胞分化シグナルが上昇し、骨芽細胞分化が促される可能性が考えられた。この破骨細胞を介した骨芽細胞分化は従来知られていたLIPUSによる直接的な骨芽細胞分化とは異なる機序と考えられ、今後より詳細な検討を進めたいと考えている。口腔外科学破骨細胞に対する効果を認めたものの、骨芽細胞に対するLIPUS効果は確認されず、既存の報告とは異なる傾向が観察されている。このことについては、in vitroで刺激を与える細胞が異なることに由来することも考えられるため、反応性の高い細胞を模索することに時間を要することが考えられた。一方、破骨細胞に対する効果については、再現性よく分化刺激の存在下での分化誘導現象が観察されるため、この現象が正しい事が考えられた。この破骨細胞に対する効果を検証するために繰り返し検証が必要であったため、研究全体の進行が遅れている。しかしながら、破骨細胞に対するLIPUS効果は現在までに報告が無く新規の事項であると思われる。この観点からも慎重な検証が必要と考え検証したため、遅れが生じたと思われる。本年度は細胞培養時の条件検討に多くの時間を費やしており、当初の計画よりもやや遅れている。しかしながら、計画立案時に予想していた破骨細胞分化に対する効果をもたらす可能性を示唆するデータを得ており、やや遅れているが前進しているものと思われる。培養細胞株でのLIPUSの破骨細胞分化への貢献が示されたため、今後は骨髄由来細胞をM-CSFおよびRANKLで分化誘導した破骨細胞においても同様の効果があるか観察していく。また、初代骨芽細胞および骨髄由来細胞の共存培養系に対してLIPUSを行った場合の効果を検討する。これに合わせてマウス脛骨骨折モデルに対してLIPUS照射を行い、その治癒過程を組織学的に観察して破骨細胞の形成状況を中心に検討を進める予定である。具体的には、TRAP染色により骨折後2週間の治癒途上の組織において破骨細胞の誘導が促進されるのかを検討する。さらに、骨組織の定量的な解析を行い、骨の量的、質的観点から治癒に対する効果を再評価したいと考えている。今後の研究方針は一部変更が必要な可能性が生じると思われる。研究計画立案時には、in vivoのラット側方拡大術モデルによる後戻り防止効果の検証を提案していた。一方でLIPUS効果のメカニズムについても解明を試みる計画であった。両者の必要度と安全かつ原理の明らかな治療提供を目指すという社会還元性を考慮し、動物モデルによる臨床上の効果検討以上にメカニズム解明の必要性が高いと判断し、メカニズム解明に優先的に注力したいと考えている。今後の研究実施状況を考慮し動物モデル実験は再開したいと考えている。
磁性ナノクラスター流体のレオロジカルな刺激応答化とソフト・ロボティックスへの展開

本研究では、新しい磁気粘性(MR)流体の開発に取り組む。MR流体とは磁性粒子が分散した流体材料であり、磁場強度に応じてレオロジー特性が可逆に変化する。MR流体のレオロジカルな刺激応答性は、人の力触感を伝える装置や人間共存型ロボットなどのソフト・ロボティックスに応用できると期待されている。この磁性粒子に求められる機能として、磁場下では磁場配向して粒子鎖を形成できること、一方無磁場に戻すと磁化が緩和して再分散できることである。本研究では、これらの条件を満足する粒子として磁性ナノ粒子が接合・集積した構造体(磁性ナノクラスター粒子)に着目し、その合成法の確立、流体化プロセス手法の開発、およびその応用等を進めている。本年度は申請者らの2017年度の結果に基づいて、磁性ナノクラスター粒子の効率的な合成技術の開発を進めた。MR流体の調製には、大量の磁性ナノクラスター粒子が必要なためである。その結果、還元溶媒中での溶解・還元析出反応を原理とするシンプルでスケーラブルな合成技術を新たに開発した。この方法によって、酸化物磁性体であるマグネタイトの磁性ナノクラスター粒子を合成した。この磁性ナノクラスター粒子は単分散性の高い球状構造体であり、その内部はナノ粒子が結晶方位を揃えて接合・集積したメソクリスタル構造であった。磁性ナノクラスター粒子を液中分散したコロイド分散系にMR効果が観察された。次年度は、磁性ナノクラスターの構造制御を行うとともに、MR効果の増大を目的に、高濃度分散技術等を開発する。2017年度の研究成果に基づいて磁性ナノクラスター粒子の大量合成法の開発を進めた。溶解と還元析出というシンプルな原理により、球状マグネタイト磁性ナノクラスター粒子のスケーラブルな合成技術を新たに開発したこと、また磁性ナノクラスター粒子の液中分散系にMR効果が観察されたことから、おおむね順調に進展していると判断した。磁性ナノクラスター粒子の一次および二次構造制御を行うとともに、MR効果に好適な磁性ナノクラスター構造を明らかにする。また、MR効果の増大等を目的に、高濃度分散技術等を開発する。さらに、磁性ナノクラスターの応用については、MR流体以外への可能性も調べる予定である。本研究では、磁気粘性(MR)流体の開発に取り組む。本研究では、これらを満たす粒子として磁性ナノ粒子が接合・集積した構造体(磁性ナノクラスター)に着目し、その合成法の確立、流体化プロセス手法の開発、およびその応用等を進める予定である。本年度は申請者らの先行研究に基づいて、磁性ナノクラスター合成技術の開発を進めた。前駆体となる有機鉄化合物を塩化鉄(III)と酢酸カリウムをエチレングリコール中で反応させることにより作製し、混合溶媒を用いる非平衡過程において、この有機鉄化合物から単分散性の高い球状マグネタイト粒子を得た。180°C・24hの条件で反応させた場合、平均粒子径550nmの球状粒子が得られ、この球状粒子は5nm程度の一次粒子から成る磁性ナノクラスターであった。さらに、この磁性ナノクラスターの構造解析によると、マグネタイトナノ粒子が結晶方位を揃えて接合・集積したメソクリスタルであった。MR流体の作製には、大量の磁性ナノクラスター粒子が必要である。次年度は大量合成に関して本合成法の高度化を進める。我々の先行研究に基づいて磁性ナノクラスターの合成法の開発を進めた。各種プロセス条件が磁性ナノクラスター構造、および磁気特性に及ぼす影響を調べるとともに、目的の磁性ナノクラスターが得られたことから、おおむね順調に進展していると判断した。

磁性ナノクラスター粒子を液中分散したコロイド分散系にMR効果が観察された。次年度は、磁性ナノクラスターの構造制御を行うとともに、MR効果の増大を目的に、高濃度分散技術等を開発する。2017年度の研究成果に基づいて磁性ナノクラスター粒子の大量合成法の開発を進めた。溶解と還元析出というシンプルな原理により、球状マグネタイト磁性ナノクラスター粒子のスケーラブルな合成技術を新たに開発したこと、また磁性ナノクラスター粒子の液中分散系にMR効果が観察されたことから、おおむね順調に進展していると判断した。磁気粘性流体(MR流体)の作製には、大量の磁性ナノクラスター粒子が必要になる。次年度は大量合成に関して本合成法の高度化を進める予定である。磁性ナノクラスター粒子の一次および二次構造制御を行うとともに、MR効果に好適な磁性ナノクラスター構造を明らかにする。また、MR効果の増大等を目的に、高濃度分散技術等を開発する。さらに、磁性ナノクラスターの応用については、MR流体以外への可能性も調べる予定である。