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ボランティアとの協働による神奈川県産動物資料の整備と公開に関する研究

本研究では、ボランティア活動を柱とした資料作製システムの構築と作製した資料及びその付随情報の公開手法について検討を行った。この成果をもとに、公開の一形態として、企画展を開催するとともに、資料の付随情報は、博物館の資料収蔵システムに登録後、GBIFにデータを提供、Web上での公開をすすめた。さらに、資料を活用したハンズオン型の子ども向けの講座や、博物館関係者による講演会なども実施した。また、鳥類の資料作製方法や保存・収蔵方法等について手引書としてまとめ、ボランティアへ配布した。本研究は、「ボランティアとの協働による博物館資料の製作システムの開発」および「製作した資料およびその付随情報の公開手法の検討」を行うことを目的として、本年度は下記の項目について研究を行った。1.先進館への視察および現状の把握博物館における資料製作の現状及びボランティアとのかかわり方について、先進館の視察を行った。結果、担当職員はもちろんだが、「核」となるスタッフが精力的に活動している館ほど、標本作製・収集が組織的に進んでいることが明らかとなった。スタッフの身分は常勤職員をはじめ、非常勤職員やボランティアなどさまざまであった。2.資料製作ボランティアの養成とシステムの検討1の事例を受け、当館でも「核」となるスタッフを養成するべく、7月に「資料作り講座」を開催したところ、受講者10名のうち4名がボランティアとして登録、年度末までにのべ94日の活動を行い、200点以上の資料を製作した。また、スキルアップのための研修会を5回行い、ボランティア候補の大学生も含め、毎回10名以上の参加があった。活動は、ボランティアと意見交換をしながら、各自の都合に合わせ、テーマを持ってすすめており、順調である。そのため、次年度以降も入門講座を実施し、新規のボランティアを養成するとともに、すでに活動しているボランティアのさらなるスキルアップの研修会も計画する予定である。3.公開に向けた付随情報及び画像の収集・整理資料製作時に、各部位の計測値を記録し、資料情報として当館の資料収蔵システム(Musetheque)へ登録した。また、平成24年度開催予定の企画展に向け、資料作製時に画像(写真・動画)を撮影、整理を行った。本研究の目的は、「ボランティアとの協働による博物館資料の作製システムの開発」および「作製した資料およびその付随情報の公開手法の検討」を行うことにある。本年度は下記の項目について研究をすすめた。1.資料製作ボランティアの養成とシステムの検討前年度に引き続き、活動をしている資料作製ボランティアのスキルアップのための研修会を開催した。ボランティアの希望に基づく研修内容は、毎回好評であった。また、新規ボランティアの開拓を図るため、学習会や資料作製講座を開催したところ、8名の新規登録があり、活動を始めるようになった。ボランティア養成には、講座などの「きっかけ作り」が有効であり、活動を進めるにあたっては「活動の場の提供」と「適切な指導者の配置」が重要であると分かった。2.博物館資料とその付随情報の公開に向けて平成24年度12月開催の企画展を、主な公開の場とすることにした。そのため、資料作製時に記録した計測値などを当館の資料収蔵システムに登録したほか、作業の様子を写真や動画で記録した。さらに、収蔵システムに登録した標本のデータ、哺乳類600件、鳥類300件分を地球規模生物多様性情報機構(GBIF)へ提出し、国際的な公開を試みた。3.博物館資料の公開に向けてのプレイベントの実施企画展に先立ち、標本作製の取り組みを紹介する外部イベントや出張授業に、ボランティアとともに参加し、今まで作製した資料を使用した。このときに、アンケート行ったり、利用者の反応を記録したりして、資料の展示・活用方法を検討した。結果、子どもを対象とした毛皮(なめし皮)や頭骨などの骨を直接触れて感じる「ハンズオン」展示(教育)は反応がよく、企画展のワークショップや関連講座に有効な手法であると推測された。本研究は、「ボランティアとの協働による博物館資料の作製システムの開発」および「作製した資料およびその付随情報の公開手法の検討」を行うことを目的として、本年度は下記の項目について研究を行った。1.博物館資料の公開と活用前年度までにボランティアとともに作製した博物館資料を活用し、企画展「博物館の標本工房」で資料の展示を行った。展示は、出来上がった資料をただ並べるのではなく、資料の出来上がる過程や由来、ボランティアとのかかわりを重視する内容とし、資料の解説ラベルでは、種名や標本の形態のほか、性別や年齢、採集地といった付随情報も併せて紹介した。さらに、関連行事として、資料に直接触れることができるハンズオンを重視した子ども向けの講座や、博物館関係者による講演会、ミニレクチャーなども実施した。来館者へのアンケートから、普段は見ることができないバックヤードで行われている標本作製の過程やボランティア活動に対する関心の高さがうかがわれた。また、作製した標本の付随情報は、博物館の資料収蔵システムに登録後、GBIF(地球規模生物多様性情報機構)にデータを提供、Web上での公開をすすめた。2.資料作製ボランティアのための手引書の作成

ボランティアと協働で、鳥類の資料作製の手引書を作成した。手引書には、資料の作製方法や収蔵方法をはじめ、作業を行う際に気をつけなければならない衛生対策、たとえば人獣共通伝染病とその防除方法、適切な服装についてなども、獣医師監修によりまとめた。この手引書は、ボランティアの活動にあたり必携となるもので、非常に好評である。そのため、哺乳類に関する手引書も作成予定である。特に問題なく、当初に予定していた計画のとおりほぼ順調にすすんでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。ボランティアの養成や活動については、現在進めているシステムが有効であると判断し、ボランティアと相談しながら、講座や学習会などを引き続き行う。並行して、公開の場となる企画展の開催に向けて、今まで集積した付随情報を展示やワークシート、データベースにどのように反映させるのか、作製してきた標本をどのように展示、公開、活用するのかをボランティアとともに検討、実施する。
光電子の反跳効果

数keV以上の高いエネルギーを持ったX線による固体光電子スペクトルにおいて、放出電子が母体原子をキックすることによるスペクトル形状の変化(反跳効果)を、実験と理論の両面から系統的に調べた。C、Al、BN、MgB2などの内殻電子のみならず、自由電子とされるAlの伝導帯電子さえも反跳効果を示すことを発見した。これらの実験データを理論的に解析し、固体光電子の反跳効果の全容を明らかにした。(1)固体の内殻光電子の反跳効果グラファイトのC ls内殻光電子で観測された反跳効果が、他の軽元素でどうなるかを6keVと8keV励起の光電子スペクトルによって精密に測定した。BeのBe ls内殻、MgB_2のB ls内殻、AlのAl s内殻、ダイアモンドのC ls内殻のすべての光電子について反跳効果による光電子のエネルギー損失とピーク幅の増大が観測され、高エネルギー光電子の反跳効果が一般的に起きることが確かめられた。またその反跳エネルギーは、孤立原子について電子と原子の質量比から計算される値とほぼ一致することが明らかになった。(2)固体の価電子帯光電子の反跳効果Alのフェルミエネルギー近傍の光電子スペクトルを、6keVと8keV励起で分解能10meVの高精度で測定した結果、'特定の原子に束縛されずに自由電子的に振舞う'価電子においても、反跳効果が起きること、さらにその反跳エネルギーがAl 2p内殻光電子の場合とほぼ同じであることを明らかにした。測定データはブロッホ電子とデバイフォノンのモデルによる理論計算ときわめてよく一致した。この結果はPhys. Rev. Lett.に掲載され、また国際会議などで大きな反響をよんだ。(3)表明吸着分子への適用の準備固体表面に吸着した分子(たとえばCOなど)について、光電子反跳効果を測定するためのマニピュレータの改造などの準備をほぼ完了した。(1)固体における反跳効果の温度依存性固体に含まれる軽元素の内殻光電子スペクトルにおける反跳効果の温度依存性の測定を行った。300Kと15Kの光電子スペクトルをアルミニウムとグラファイトで比較した結果、デバイエネルギーが大きいグラファイトでは反跳効果による光電子ピークの幅の変化が非常に小さく、デバイエネルギーが小さいアルミニウムでは顕著な変化が観測された。デバイモデルを用いた理論計算によって定量的に実験結果を再現することに成功し、単一元素で構成された物質については実験・理論の両面において反跳効果の物理を明らかにすることができた。論文執筆中である。(2)吸着分子への適用表面に吸着した分子のダイナミク家や化学結合の性質を明らかにする目的で、軟X線領域における反跳効果の高分解能測定を行った。CO分子については、高輝度X線照射によるダメージが顕著であり、高精度のデータを得られなかった。現在、他のモデルの分子の検討を行っている。(3)化合物結晶の価電子帯プロッホ電子の反跳効果遷移金属や希土類の酸化物のような軽元素を含む化合物結晶の価電子帯光電子スペクトルにおける反跳効果の理論的枠組みを作った。プロッホ軌道が、質量の異なる構成元素の原子軌道の1次結合で出来ているとき、価電子帯の硬X線光電子スペクトルがその部分状態密度を反映してシフトすることを示した。これはサイト選択的情報を得る新たな実験手法となりうる。現在、論文投稿準備中であり、実験的測定の計画を立てている。(1)化合物結晶の価電子帯光電子スペクトルにおける反跳効果の理論的シミュレーション平成21年度に構築した化合物結晶の価電子帯反跳効果の理論をモデル系としてTiN結晶に適用し、軟X線励起XPSと8keVの硬X線励起XPSとのスペクトル形状の違いを論じた。価電子帯が主としてTiの3dとNの2pの混成軌道からできていることを反映して、TiとNの質量差に起因するフェルミ端のシフト・ブロードニングおよび価電子帯中央部でのシフトが顕著に見られることを予言した(論文投稿ずみ)。これにより、反跳効果がバルクの電子状態であってもサイト選択的情報を担うことが明白になり、共鳴光電子ス分光とは異なる原理によるサイト選択的情報を得る手段となりうることが示された。(2)内殻光電子スペクトルにおける反跳効果の温度依存性および物質依存性Alの2p内殻光電子スペクトルおよびグラファイトの1s内殻光電子スペクトルの励起エネルギー依存性およびその温度依存性を詳細に検討した。金属であるAlにおいては、温度上昇による幅の増大に、反跳効果と電子格子相互作用の双方が寄与するのに対し、グラファイトでは電子格子相互作用の効果は無視できるほど小さいことが示された(論文投稿準備中)。(3)イオン液体への実験的研究の展開これまで明らかになった固体での光電子反跳効果に関する知見が、液体にも適用可能であるかを調べた。測定対象はイオン液体である。

分子から構成されるイオン液体は、基礎科学・応用科学の両面から近年非常に注目されている物質群であり、また室温での蒸気圧が非常に低く、固体試料と同じように超高真空下での光電子測定を容易に行うことができる。イオン液体に含まれるC, N, 0, Fの軽元素の内殻光電子スペクトルを800eVの軟X線、6keV、8eVの硬X線で測定した結果、固体と同様に反跳効果が観測された。さらに化学環境の異なる部位のCで反跳効果の違いがあることがわかった。得られた結果から、陽分子イオン-陰分子イオン間の相互作用についての情報を得ることができるかどうか現在検討している。
観察研究における交絡バイアスについて

観察研究における因果関連指標としてオッズ比が広く用いられているが,交絡の問題が重要な課題になっている.交絡候補因子をコントロールするために,その交絡候補因子で層別を行う層別解析が一般的である.オッズ比については層別オッズ比と素オッズ比が,交絡が存在しない場合でも異なる非合併性を持つことが知られている.本研究では,このメカニズムに対し確率等高線法を用いることで,幾何学的,解析的に明らかにすることが出来た.さらに一般に交絡が存在するときに,共通オッズ比と素オッズ比の差をオッズ比の非合併性と交絡による寄与に分離出来た.上の議論を層別水準が2以上の2x2xk分割表における場合に拡張することが可能であることを示した.またオッズ比の合併可能性の十分条件は条件付き独立性として,知られるが,この場合の確率等高線法での意味づけを行い,この十分条件は等高線図上では一点への集中を意味することを示せた.また観察研究におる因果推論では,上の分割表解析の背景として因果構造が暗黙の内に仮定されている.この因果構造を表すには因果グラフが有効である.この因果グラフの基で,因果リスクが推定可能になる十分条件にバックドア/フロントドア基準が知られているが,その基準の補正を試みた.さらに,これら観察研究における因果推論を事例研究として,産業衛生の分野,精神衛生の分野,医療経済の分野,そして疫学方法論の分野で行い,観察研究における因果推論を事例を等して検討を加えた.観察研究における因果関連指標としてオッズ比が広く用いられているが,交絡の問題が重要な課題になっている.交絡候補因子をコントロールするために,その交絡候補因子で層別を行う層別解析が一般的である.オッズ比については層別オッズ比と素オッズ比が,交絡が存在しない場合でも異なる非合併性を持つことが知られている.本研究では,このメカニズムに対し確率等高線法を用いることで,幾何学的,解析的に明らかにすることが出来た.さらに一般に交絡が存在するときに,共通オッズ比と素オッズ比の差をオッズ比の非合併性と交絡による寄与に分離出来た.上の議論を層別水準が2以上の2x2xk分割表における場合に拡張することが可能であることを示した.またオッズ比の合併可能性の十分条件は条件付き独立性として,知られるが,この場合の確率等高線法での意味づけを行い,この十分条件は等高線図上では一点への集中を意味することを示せた.また観察研究におる因果推論では,上の分割表解析の背景として因果構造が暗黙の内に仮定されている.この因果構造を表すには因果グラフが有効である.この因果グラフの基で,因果リスクが推定可能になる十分条件にバックドア/フロントドア基準が知られているが,その基準の補正を試みた.さらに,これら観察研究における因果推論を事例研究として,産業衛生の分野,精神衛生の分野,医療経済の分野,そして疫学方法論の分野で行い,観察研究における因果推論を事例を等して検討を加えた.本研究は生物統計分野の分割表における関連度の交絡と併合可能性に関するものである.従来から混乱のある交絡と併合可能性を区別し,それらの関連を明らかにした.交絡バイアスを制御するために層別された分割表の層別関連度と粗関連度の関係を,反現実的アプローチによる交絡の定義を用い,ここで導入した等高線法により解析的に明らかにした.層別共通関連度オッズ比については交絡が存在しない場合にも併合可能でなく,粗オッズ比は保守化する事を解析的に証明した.さらに,交絡が存在する場合,層別オッズ比が異なる場合について,詳細な分析をした.また層別共通関連度リスク比,リスク差については無交絡と併合可能が両立することを解析的に証明した.関連度オッズ比については上で述べたように交絡によるバイアスと併合不可能性によるバイアスが混在する.この2者のバイアスの分離と推定法について,提案を行った.観察研究の目的は因果推論を行うことにある.データ解析の段階では上記のような交絡バイアスに対する考慮が必要になる.これらを含めて因果推論を行う上での調査法,解析法についての考察に置いて,特異的疾患と非特異的疾患における因果推論の違い,疫学研究の役割,集団的因果論と個別因果論との関連について研究を進めた.さらに,じん肺と胃ガン,食道ガンの観察研究による事例研究を通じて,交絡の問題を研究した.これらの成果は国内学会2件の発表,国際学会1件の英語口頭発表がなされ,学術雑誌日本統計学会誌欧文誌に採択,日本衛生学会誌,米国産業医学会誌に発表した.観察研究における因果関連指標としてオッズ比が広く用いられているが,交絡の問題が重要な課題になっている.交絡候補因子をコントロールするために,その交絡候補因子で層別を行う層別解析が一般的である.

オッズ比については層別オッズ比と素オッズ比が,交絡が存在しない場合でも異なる非合併性を持つことが知られている.本研究では,このメカニズムに対し確率等高線法を用いることで,幾何学的,解析的に明らかにすることが出来た.さらに一般に交絡が存在するときに,共通オッズ比と素オッズ比の差をオッズ比の非合併性と交絡による寄与に分離出来た.上の議論を層別水準が2以上の2x2xk分割表における場合に拡張することが可能であることを示した.またオッズ比の合併可能性の十分条件は条件付き独立性として,知られるが,この場合の確率等高線法での意味づけを行い,この十分条件は等高線図上では一点への集中を意味することを示せた.また観察研究における因果推論では,上の分割表解析の背景として因果構造が暗黙の内に仮定されている.この因果構造を表すには因果グラフが有効である.この因果グラフの基で,因果リスクが推定可能になる十分条件にバックドア/フロントドア基準が知られているが,その基準の補正を試みた.さらに,これら観察研究における因果推論を事例研究として,産業衛生の分野,精神衛生の分野,医療経済の分野,そして疫学方法論の分野で行い,観察研究における因果推論を事例を等して検討を加えた.
学術英語テクストの分析を英語論文ライティングサポートに繋げる研究システム整備

若手研究者320名に対するアンケート調査等によって主に次の3点が明らかとなり,事態改善のためのいくつかの方策を考察した。1.研究成果を英語論文にまとめ国際的ジャーナル等に発表する必要性は極めて強く認識されている。2.教育的なサポートを受けながらライティング技能を充実させることよりも英文添削の専門業者等を利用して原稿の質を向上させる等,成果物自体の質の向上に努力が向けられる傾向がある。3.経費面を含めた組織的なサポートが得られないまま,外国語に関わる周辺的負担を個人で抱え込んでいる実態が存在する若手研究者320名に対するアンケート調査等によって主に次の3点が明らかとなり,事態改善のためのいくつかの方策を考察した。3.経費面を含めた組織的なサポートが得られないまま,外国語に関わる周辺的負担を個人で抱え込んでいる実態が存在する主に京都大学大学院に所属する若手の研究者へアンケート調査を行うことによって(1)学術目的での英語の必要性,(2)研究現場における英語への意識,(3)困難への取り組みの実態と解決法,等を調査した(回答320名)。その結果次のような実態を確認することができた。研究成果を英語論文にまとめ国際的ジャーナルに投稿する必要性は極めて高い,という認識は共有されており,その現実的要請に応じるべく日々努力している。ただし,すでに教育課程を修了している独立した研究者においては,教育的なサポートを受けながらライティング技能を充実させることよりも,英文添削の専門業者等を利用して原稿の質を向上させる等,成果物自体の質の向上に努力が向けられる傾向がある。一方,経費面を含めた組織的なサポートが得られないまま,論文作成準備を巡る大きな負担を個人で抱え込んでいる実態も存在する。国際学会については,質疑応答の場面での英語の受け答え技能が低い,という指摘が目立った。ただし,この方面の能力は実地の経験を積み重ねる(あるいは「場数を踏む」)ことが重要である,という意識は強く伺えた。以上のような実態を踏まえて,国内のライティング支援センター等(東京大学・熊本大学等)の訪問調査,学術英語研究会(平成24年3月20日)におけるパネルディスカッション(英文添削の大手専門業者の発表,フロアとの意見交換等)を行い,日本の研究者たちはどのようなサポートを求めているかについて考察をした。その結果つぎのような展望を持つことができた。(1)英文添削の専門業者等の活用に大きな成果が期待されるが,大学等の研究機関が組織的に,経費面などでサポートしていくことが求められる。あわせて英文添削のありかたそのものに関する研究が求められる。(2)学術目的に対応したライティング支援ツールの開発・利用が有効な手段である。(3)研究者向けの学術英語ワークショップ等の開催が求められる。
動的破壊靭性の評価法に関する研究

動的問題の基礎となるひずみ速度と温度をパラメ-タとする鋼材の構成方程式を、これまで一般的に取扱われている曖昧な準静的状態からの過応力という表示法を排除し、ひずみ速度および温度から熱力学的に定義されるStrainrateーtemperature parameter Rを用いて表現できることを明らかにした。この構成方程式を組入れ、き裂鈍化、さらには各要素の塑性仕事による発熱およびその熱伝導による散逸を考慮できる動的熱弾塑性有限要素法(FEM)を開発した。さらに負荷速度の異なる丸棒引張り試験で塑性仕事が熱に変換される割合を検討し、塑性仕事の内約1割がすべり帯の形成など熱以外に費やされることが判明した。次に負荷速度が異なるCT試験を実施し、負荷中のき裂先端近傍のひずみ分布を、あらかじめけがいた格子間隔をビデオに記録した結果より計測した。さらにアンビルで破断しないようにした三点曲げ試験片の落重試験を実施し、残留ひずみ分布を計測した。そして上記FEMによる結果と比較検討し、FEMの妥当性を変形挙動の観点から確認した。そしてFEM結果より、き裂先端近傍ではひずみ速度が大となるが、塑性仕事による温度上昇も大きくなり、その結果として降伏点が場所によらずほぼ一定になる傾向があり、高速負荷時のひずみ分布が試験温度より低温で静的な負荷を与えた場合のそれに酷似していることが判明した。さらにサ-モビュアにより種々の負荷条件を与えたCT試験片の負荷中におけるき裂線上の塑性仕事による局部温度上昇分布を計測し、個々の試験条件に対応するFEM解析結果と比較検討し、上記FEMは温度上昇の観点からも妥当であることがわかった。そしてこれらの結果より、静的破壊靭性試験で計測されるデ-タを基にして、任意ひずみ速度下における破壊靭性値を推定する手法を導いた。サーモビュアーを用いて、CT試験片のき裂先端近傍の塑性仕事による温度上昇の計測を行ったが、トリガーを働かせてから温度計測するまでに時間遅れが生じていることが明らかとなり、温度計測時点に対応する荷重の測定に大きな誤差が生じることが判明した。高速負荷時の温度上昇をその時点の荷重、変位等を含めて計測することが、本研究では必要不可欠であるため、マイコンによる計測システムを独自に作成することにし、現在回路を組んでいる段階である。一方き裂先端近傍のひずみはき裂鈍化の影響で、これを考慮しない理論解析値よりも低くなることが実験的に明らかとなり、これを考慮した塑性仕事による温度上昇解析用方程式(平面問題)を導き、プログラムを作成した。しかし上述の実験を行わないと、エネルギー換算係数等の物理定数の検討も行い得ないため、実験との対比検討が行えない状況にある。したがって上記計測システムの確立に現在全力をそそいでいる。またき裂発生点の考察にはき裂先端近傍の応力/ひずみ分布を動的負荷時に対して知る必要があるので、温度およびひずみ速度の関数として応力ーひずみ曲線を与えて、き裂鈍化も考慮した動的弾塑性解析を行い得るプログラムの開発が必要であり、この問題に対する有限要素法(平面問題)の定式化を完了し、プログラム作成の検討を現在行っている。上記のように当初考えなかった問題が温度計測時に発生し、この解決のため大幅な時間を費しており、昭和62年度中に目指した温度計測実験手法の確立ができなかった。この確立後、温度上昇解析→ひずみ/応力分布解析を行い、き裂発生点に関する考察を行う予定であり、これら解析手法用のプログラム開発はほぼ予定どおり進んでいる。マイコンで負荷パタ-

ンおよびサ-モビュアによる温度計測時期の制御を行い、100mm/sの負荷速度をCT試験片に与えて、き裂先端近傍の塑性仕事による局部温度上昇を計測した。その結果CTODが大となる程温度上昇が高くなり、しかも最高温度点はき裂先端より遠ざかっていくことが判明した。一方丸棒引張試験を種々の温度および負荷速度下で実施し、温度、ひずみ速度を因子とする構成方程式ならびに塑性仕事と発熱量の関係を調査した。その結果温度上昇量と塑性仕事の関係は、熱の散逸が無視できる場合には線形関係を有し、ひずみ速度が大きくなる程(温度上昇量/塑性仕事)が大きくなることが判明した。さらにき裂鈍化の影響がひずみ分布に表われるIDNZ内では、静的条件下におけるき裂鈍下の影響を無視したひずみ勾配の1/2となるひずみ勾配となることが実験及び変形後の応力の釣合いを考慮した弾塑性有限要素法より得られ、この結果を利用して動的負荷時の局部温度上昇分布の解析解を導き、上記CT試験片の局部温度上昇分布を推定した。ただしこの場合上記丸棒引張試験より得たひずみ速度による温度上昇量の違いを完全に定量化するまでにいたっていないので、塑性仕事が全て熱に変換されるとの仮定を用いている。その結果温度上昇量の絶対値には実験結果と大きな差が生じているが、最高温度を示す場所については実験結果と良い一致がみられ、しかもその点は三軸拘束が最大となるIDNZ先端近傍になることが判明した。これは熱伝導による結果として理解される。さらに温度、ひずみ速度を考慮した材料の構成方程式を用いて、き裂先端近傍の応力/ひずみ状態を解析することを目的とし、動的三次元弾塑性有限要素法の開発を行った。ただし現時点では慣性力を考慮しただけのもので、上記構成方程式を用いた解析が行えるよう、今後このプログラムを改良していく予定である。昨年度実施した各種温度,各種負荷速度下の砂時計型丸棒引張試験結果より,鋼材の構成関係がstrain rate temperature parameterを用いて表現し得ることを導びいた。そして昨年度開発した動的熱弾塑性有限要素法に組みこみ,負荷変位(荷重)の時間変化を与えることで,き裂材の負荷による鈍化の影響も考慮して,応力,ひずみ,ひずみ速度,塑性仕事による局部温度上昇を求めるプログラムを作成した。そしてこれまでに実施した各種負荷速度下におけるき裂線上のひずみ分布計測結果,およびさらに高速下の実験として行った落重試験機を用いた三点曲げ試験片の残留塑性ひずみ分布計測結果と,上記有限要素法(FEM)による解析結果と比較検討し,FEMの妥当性を変形挙動の観点から確認した。つぎに昨年度および本年度追加実験したサ-モビュアによる各種負荷速度下におけるCT試験の負荷中の塑性仕事による局部温度上昇分布計測結果と、上記FEMによる解析結果を比較検討して温度上昇の観点からも開発したFEMが妥当な結果を与えることを確認した。また前述のひずみ分布が静的試験におけるものと酷似していることから、き裂先端近傍の降伏点分布をFEMを用いて調査した。その結果ひずみ速度の上昇による降伏点の増加と,局部温度上昇による降伏点の低下という相反する効果のため,き裂先端近傍ではほぼ一様な降伏点分布となっており、このことから破壊を発生する位置が特定されなくとも,き裂先端近傍(特にき裂鈍化影響領域,IDNZ領域)における降伏点,すなわちstain rate temperature parameter Rで,任意ひずみ速度下における破壊靭性値を推定できることが判明した。
上顎前歯歯根、顎骨および顔貌の位置的・形態的相互関係

本研究では、上顎犬歯低位唇側転位を示す症例について、上顎中切歯・側切歯・犬歯歯軸傾斜角度、それぞれの部での上顎骨歯槽部唇側表面傾斜角度および軟組織傾斜角度を、高解像度CTを用いて計測し、それらの相互関係について検討した。上顎中切歯部と側切歯部については、歯軸と歯槽部唇側表面傾斜角度との間に有意の正の相関が認められたが、歯軸と軟組織傾斜角度との間および歯槽部唇側表面傾斜角度と軟組織傾斜角度との間には有意の相関は認められなかった。犬歯部については、歯軸と歯槽部唇側表面傾斜角度との間、歯軸と軟組織傾斜角度との間および歯槽部唇側表面傾斜角度と軟組織傾斜角度との間に有意の正の相関が認められた。本研究では,高解像度CTで得られた画像から,三次元形態解析用ソフトウェアを用いて,下顎中切歯部および側切歯部の海綿骨の唇舌的厚さを計測し,側面位頭部X線規格写真を用いて頭蓋顎顔面の形態を評価した後,下顎切歯部の歯槽骨形態と顎顔面形態との関連性について検討し,以下のような結果を得た.下顎切歯部歯槽骨形態について,下顎中切歯部歯槽骨の厚さと下顎側切歯部歯槽骨の厚さとの間に有意の相関が認められた.このことにより,下顎中切歯部歯槽骨の唇舌的厚さが薄いほど下顎側切歯部歯槽骨の厚さが薄いことが示され,中切歯部と側切歯部の歯槽骨形態が近似していることを明らかにした.下顎切歯部歯槽骨形態と顎顔面形態との関係について,下顎体高径あるいは下顔面高が大きい被検者ほど,中切歯部海綿骨唇舌的厚さが薄い傾向が認められた.また,下顔面高が大きい被検者ほど,歯根と唇側皮質骨との間の距離が小さいことが示された点について,下顔面高の大きい者では,歯槽骨後方の骨の添加は通常どおり行われるが,前方部での骨の吸収が大きいとの示唆を得た.さらに,下顎側切歯部の歯槽骨形態も,下顎中切歯部歯槽骨と同様に,下顎体高径あるいは下顔面高が大きいほど,歯槽骨の厚さが薄いことを明らかにした.以上の結果より,下顎歯槽骨切歯部では,下顎体高径あるいは下顔面高が大きいほど,歯槽骨の厚さが薄く,矯正歯科治療を行う場合に,歯の唇舌的な移動に細心の注意を払わなければならないことが示唆された.本研究では,上顎前歯部での歯根、顎骨および顔貌の位置的・形態的相互関係を検討することに先がけて,下顎中切歯・側切歯歯軸傾斜角度と下顎中切歯部・側切歯部での歯槽骨傾斜角度を,高解像度CTを用いて計測し,中切歯部の歯槽骨形態と側切歯部の歯槽骨形態との関連性について検討し,結果は以下のとおりであった.下顎中切歯歯軸傾斜角と下顎側切歯歯軸傾斜角との間,下顎中切歯歯軸傾斜角と同部歯槽骨傾斜角度との間,下顎側切歯歯軸傾斜角と同部歯槽骨傾斜角度との間,および下顎中切歯部歯槽骨傾斜角度と下顎側切歯部歯槽骨傾斜角度との間に有意の相関が認められた.これらのことより,下顎中切歯が舌側へ傾斜しているほど同部歯槽骨も舌側へ傾斜していること,下顎側切歯が舌側へ傾斜しているほど同部歯槽骨も舌側へ傾斜していることが示され,下顎中切歯部と側切歯部において,歯軸傾斜度と歯槽骨の形態が近似していることが明らかになった.以上の結果で,下顎切歯部では,矯正歯科治療を行う場合に,下顎歯槽骨の厚さが薄い症例では,中切歯部および側切歯部の両方で,歯の唇舌的な移動に細心の注意を払わなければならないことが示唆された.一般に,下顎中切歯の傾斜角度の決定は,矯正歯科治療の診断および治療計画の立案に重要な要素であるが,本研究により,歯槽骨の形態に応じて中切歯および側切歯の歯軸傾斜を決定しなければならないことが明らかとなった.

本研究では,上顎前歯部における歯根,上顎骨歯槽部および顔貌の形態的関連性を明らかにすることを目的として,上顎中切歯・側切歯・犬歯歯軸傾斜角度,上顎中切歯部・側切歯部・犬歯部での上顎骨歯槽部唇側表面傾斜角度およびそれぞれの部での軟組織傾斜角度を,高解像度CTを用いて計測し,上顎前歯部の歯軸傾斜角度,同部の歯槽形態および顔貌形態との関連性について検討した.研究方法としては,矯正歯科治療を希望して歯科医院に来院した患者のうち上顎犬歯の低位唇側転位を示した22名について,顎顔面コーンビームエックス線CT装置を用いて,矯正歯科治療前の高解像度CT画像を採得した.撮影したCT画像について,顔のフランクフルト平面,正中矢状平面および前頭平面を決定して基準平面とした.上顎前歯部領域において,上顎中切歯・側切歯・犬歯の傾斜角度,上顎中切歯部・側切歯部・犬歯部での上顎骨歯槽部唇側表面傾斜角度と軟組織傾斜角度を計測した.研究結果は以下のとおりであった.上顎中切歯部と側切歯部については,歯軸と歯槽部唇側表面傾斜角度との間,歯軸と軟組織傾斜角度との間,歯槽部唇側表面傾斜角度と軟組織傾斜角度との間に有意の相関は認められなかった.犬歯部については,歯軸と歯槽部唇側表面傾斜角度との間および歯軸と軟組織傾斜角度との間に有意の相関が認められたが,歯槽部唇側表面傾斜角度と軟組織傾斜角度との間には有意の相関は認められなかった.これらのことより,上顎犬歯が舌側へ傾斜しているほど歯槽部も舌側へ傾斜していることが示され,上顎犬歯の傾斜度が上顎骨歯槽部形態と軟組織形態にとって重要な要素であることが示唆された.
ウィルス感染を引金として起きる植物応答の分子生物学的解析

N遺伝子をもつタバコがタバコモザイクウイルスの感染に対して示す、過敏感反応を中心に共同研究を行った。28度以下であると、ウイルスが感染した葉の細胞の周辺に感染後2-3日後に壊死が起こり、ウイルスのそれ以上の広がりが押さえられ、封じ込められる。この反応を引き起こすのはタバコモザイクウイルスの遺伝子産物が複製酵素であること、さらにそのアミノ酸配列の一部の50kDaの断片であることが明らかとなった。また、ObというこのN遺伝子をもつタバコの抵抗性を乗り越えることのできるタバコモザイクウイルスの解析を並行して行い、上記の知見が裏づけられた。このウイルスの複製酵素では壊死は引き起こされないのである。さらに、この複製酵素の部分配列上にアミノ酸置換をひきおこして、N遺伝子をもつタバコで壊死を引き起こすようになったObの変異株を解析した。タバコモザイクウイルスの移行タンパク質が感染細胞内で合成された後に、リン酸化を受けること、そのアミノ酸残基が37番目のセリンであること、そのセリンを置換させると機能しなくなることなどが明らかとなった。リン酸化をうける能力と、細胞内での時間にそった局在性の変化、細胞内での安定性・寿命が大きく関連していることが示された。さらに、この過敏感反応が引き起こされる現象の前後での、タバコモザイクウイルスの移行タンパク質の発現、蓄積などを解析することが、ウイルス抵抗性の理解のために非常に重要であることがあきらかとなり、将来的にも共同研究をやることの意義があることが確認された。TMVの移行蛋白質(MP)はウイルスの細胞間移行に関与する。MPをGFPとの融合蛋白質として表現するLQwt:Gfusウイルスを作成した。このウイルスを植物に感染させ、GFPの発する蛍光により移行タンパク質の機能する細胞内での様子を追跡することが可能となった。紫外線ランプなどの照射によって、移行タンパク質の存在が感染後3日後あたりから蛍光によって確認ができる。その広がりはリング状となり、その半径が感染後の日時とともに広がっていく。このリングの外側は感染の初期に相当する細胞、内側ほど感染が成立して時間が経た細胞と捕えることができる。感染してまもなくの細胞では蛍光で粒状、punctateな構造が確認される。そして、その構造が集合して大きくなり、細胞骨格上に局在を見せながら、細胞壁のすぐ内側の原形質連絡と思われる箇所に集結をする。さらに感染から時間がたったと思われる細胞では蛍光が認めにくくなる。この観察から、MPは秩序だってウイルスの複製が盛んな所で集中的に蓄積をしていること、さらに複製のピークが過ぎたと思われるところでは分解される。"移行タンパク質はまず合成されると近傍で合成される遺伝子RNAを結合した形で、細胞質内で結集する。そして、細胞骨格上に移動し、その上をスライドして原形質連絡へと移行する"というモデルが浮かび上がってきた。リン酸化を受けるMPの37番目のセリン残基をアラニンに変異させた移行蛋白質-GFP融合蛋白質を発現するLQ37A:Gfusウイルスを作成したところ、感染細胞内に合成が見られるものの、野性型のものでみられた局在性、時間変化がまったくみられない。MPのリン酸化がもたらす効果を可視的に示すことができた。今後、MPが細胞骨格上に存在して移行するかどうか、植物細胞内でMPが分解される機構、これらの現象にリン酸化がどう関わるかを解析していく予定である。N遺伝子をもったタバコ(Nicotiana tabacum cv.Xanthi-nc)においてタバコモザイクウイルスが過敏感反応を引き起こす遺伝子部分を同定した。その結果、ウイルスの複製酵素が直接、または間接的にN遺伝子の働きを誘導して、過敏反応を引き起こすことがあきらかとなった。N遺伝子を持たないタバコ(Nicotiana tabacum cv.Samsun)、持つタバコ(Nicotiana tabacum cv.Xanthi-nc)にN遺伝子のcDNAを35Sプロモーターでドライブする形で導入した形質転換体植物を作成した。その際にN遺伝子が細胞学的に観察が可能なようにC末に蛍光強度の強い変異GFP遺伝子を融合させた。実際に形質転換体を作成してみると、予想に反してウイルスが全身感染するものが多く、N遺伝子を機能させることは予想より単純でないことが明らかとなった。

今後、TMV Ob株とOb-NL1,2,3株をもちいて、双方のウイルスを感染さあせた際のN遺伝子産物の細胞内の挙動の変化、違いを検討する。N遺伝子のcDNAを単離したU.C.BerkeleyのBarbara Bakerには今年度研究協力者をなってもらい、材料、情報交換をすることができた。TMV Ob株とOb-NL1,2,3株を用いた研究については研究分担者であるRoger Beachy博士,博士研究員であるHal Padgettの来日が予定されていたが、先方の組織の都合で今年度の来日が見送られた。N遺伝子を導入した形質転換体植物が今年度完成し、その植物を用いて細胞学的な解析をおこなった。N遺伝子を導入して得られた植物と導入する前の植物を用いてウィルスとの相互作用を解析した。アポトーシスを引き起こさないTMV Ob株とその複製酵素のアミノ酸残基1つが変異することによってアポトーシスを引き起こすようになったOb-NLl,2,3株を用いて、双方のウィルスを感染さ仕た際のN遺伝子産物の細胞内の挙動の変化、違いの検討を開始した。我々が扱ってきたタバコモザイクウィルス(TMV)の移行タンパク質(MP)は、PDを介して周囲の細胞にウィルスのゲノムRNAとともに移行する能力のあることが示された。このように特定のタンパク質にとってPDを介して周囲の細胞へと広がることが機能と密接に関連する可能性がある。MP:GFP(移行タンパク質とGFPのタンパク質の融合タンパク質)を発現する人工TMV、LQwt:G fusが完成できたおかげで、GFPの蛍光をたよりに生きている状態でPDが観察できるようになった。すると、アポトーシスを引き起こす場合にはウィルスの移行タンパク質が分解されて、機能が抑制されていることが明らかとなった。今後細胞間移行に注目をしてN遺伝子産物の作用機作を解析することが重要であることが明らかとなった。複製酵素とN遺伝子産物の作用の様式、局在性の変化を並行して観察することが可能となった。Ob株、Ob-NLl,2.3株は輸入禁止品目であるため、この国際共同研究は有効であった。種々の環境下で見い出せるかを検討するために現地調査を行った。
シアノバクテリアの細胞内電子供給系路の解明と新規芳香族化合物分解株の創成

植物型光合成を行うシアノバクテリアは,光エネルギーを用いた効率的なエネルギー生産や環境汚染物質分解等の物質変換に有用な微生物である。本研究では,シアノバクテリア利用の鍵となるシアノバクテリアに特徴的な電子供給系の解明を進めるとともに,芳香族性環境汚染物質などの多様な有機化合物を代謝・分解できる新規シアノバクテリア株の作製を目指している。最終年度であるH30年度の研究実績の概要は以下の通りである。1.シアノバクテリア細胞内でのビフェニル分解細菌由来電子伝達系タンパク質への電子供給経路の探索前年度までの大腸菌を用いたスクリーニングによってビフェニル分解細菌由来のRieske型フェレドキシンであるBphA3への電子供給体である可能性が示されたシアノバクテリアSynechosystis sp. PCC6803のSlr0600遺伝子産物について,遺伝子組換え型タンパク質を精製し,この遺伝子産物がグルタチオン依存的にBphA3を還元することを明らかにした。この結果からシアノバクテリア細胞内でのBphA3への電子供給経路の1つが明らかになった。また,この結果はシアノバクテリア細胞内でのSlr0600遺伝子産物の生理的役割を解明する上でも興味深い。2.薬物代謝酵素導入シアノバクテリア株の改良光誘導型プロモータ制御下にラット由来シトクロムP450 1A1遺伝子を発現する新規シアノバクテリアSynechosystis sp. PCC6803変異体株について2-クロロベンゾ-p-ジオキシンの水酸化活性を測定し,従来のtacプロモーターを用いた変異体株の水酸化活性と比較した。その結果,光誘導型変異株が従来株の約30%の水酸化活性を保持していることが明らかとなった。光誘導型変異株では発現誘導剤の添加が不要であり,生物学的環境修復における有用性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,植物型光合成微生物であるシアノバクテリアを利用して効率的にエネルギー生産や物質変換を行うために,シアノバクテリアに特徴的な電子供給系の全体像の解明と多様な有機化合物を代謝・分解できる新規シアノバクテリア株の作製を目指している。初年度のH27年度は,本研究課題遂行に必要な研究環境整備を進めると共に,以下の研究を開始した。シアノバクテリアSynechosystissp. PCC6803株が持つ光合成系の長鎖型FNRと短鎖型FNRの2つのアイソザイムについて,遺伝子組換え型酵素を作製,単離してBphA3への還元活性を有することを確認した。また,FNR以外のシアノバクテリア由来のBphA3還元タンパクを探索するために,電子供与体である可能性が高いPCC6803株の電子伝達系フラビンタンパクやフェレドキシン遺伝子をシアノバクテリアゲノムデータベースか中から選定,単離し,大腸菌E. coli JM109/pCBCA6株中で発現させて,候補タンパクのBphA3還元活性の有無をしらべた。その結果,いくつかの候補タンパク遺伝子を同定することができた。さらに,Acidovorax sp. KKS102由来BphA4-BphA3間の分子認識機構解明のためにBphA4への変異導入実験を行い,BphA3への電子伝達に重要な分子表面正電荷領域を明らかにした。2.薬物代謝酵素導入シアノバクテリア株の遺伝子発現系の改良シアノバクテリア細胞中での異種タンパク遺伝子発現系の改良を目指して,シアノバクテリア特有の翻訳開始制御機構の探索を開始した。開始コドン上流の非シャイン・ダルガーノ(SD)型翻訳開始塩基配列の発現への影響について解析し,開始コドン上流の配列CCが非SD型翻訳開始に重要であることを示唆する結果を得た。多少の遅れはあったものの,ほぼ計画通り研究環境整備ができた。当初の計画通りFNRアイソザイムのBphA3還元活性を確認できた。また,大腸菌株を用いたスクリーニング系を用いてFNR以外のBphA3還元タンパク候補を複数同定することができた。植物型光合成微生物であるシアノバクテリアは,光エネルギーを用いた効率的なエネルギー生産や環境汚染物質分解等の物質変換に有用な微生物である。本研究では,シアノバクテリア利用の鍵となるシアノバクテリアに特徴的な電子供給系の全体像の解明を進めるとともに,多様な有機化合物を代謝・分解できる新規シアノバクテリア株の作製を目指している。2年目であるH28年度の研究実績の概要は,以下の通りである。1.シアノバクテリア細胞内でのビフェニル分解細菌由来電子伝達系タンパク質への電子供給経路の探索初年度に引き続き,大腸菌E. coli JM109/pCBCA6株を用いたスクリーニング系を利用して,ビフェニル分解細菌Acidovorax sp. KKS102株由来の電子伝達系タンパクBphA3への電子供給タンパク質候補の絞り込みを行った。その結果,これまでに明らかになっていたシアノバクテリア由来の光合成系フェレドキシン還元酵素に加え,チオレドキシン還元酵素も電子供給体である可能性が高いことが明らかとなった。2.薬物代謝酵素導入シアノバクテリア株の改良ラット由来由来シトクロムP450 1A1遺伝子を導入した2-クロロベンゾ-p-ダイオキシン(2-CDD)

分解性シアノバクテリアを改良するために,遺伝子発現プロモータを光誘導型プロモータに置換した遺伝子発現用プラスミドを構築してシアノバクテリアに導入し,導入遺伝子の発現を確認した。また,前年度に引き続きシアノバクテリア内での異種タンパク遺伝子発現系を改良するために,シアノバクテリア特有の開始コドン上流の非シャイン・ダルガーノ(SD)型翻訳開始塩基配列の発現への影響についての確認実験を進めている。シアノバクテリア細胞内でのビフェニル分解細菌由来電子伝達系タンパク質の電子供給経路の探索に関しては,当初計画ではH28年度中に候補タンパク質を単離・精製して電子伝達活性の速度論的解析を開始する予定であったが,この解析には着手できなかった。遅れた理由は,スクリーニング系で用いている代謝産物の不安定性が明らかとなり,候補タンパク質のビフェニル代謝能の定量的解析に手間取ったためである。薬物代謝酵素導入シアノバクテリア株の改良に関しては,光誘導型発現プラスミドの構築と発現確認は達成できたが,発現プラスミド構築に手間取ったために2-CDD分解活性の確認が遅れている。シアノバクテリア特有の開始コドン上流の非シャイン・ダルガーノ(SD)型翻訳開始塩基配列の発現への影響については,残念ながら前年度の結果の定量的かつ明確な再現性が確認できず,当初の予定よりも遅れている。長時間培養による変異体シアノバクテリアの目的遺伝子発現量の低下が原因である可能性もでてきたため,再確認が必要である。植物型光合成を行うシアノバクテリアは,光エネルギーを用いた効率的なエネルギー生産や環境汚染物質分解等の物質変換に有用な微生物である。本研究では,シアノバクテリア利用の鍵となるシアノバクテリアに特徴的な電子供給系の解明を進めるとともに,芳香族性環境汚染物質などの多様な有機化合物を代謝・分解できる新規シアノバクテリア株の作製を目指している。3年目であるH29年度の研究実績の概要は,以下の通りである。1.シアノバクテリア細胞内でのビフェニル分解細菌由来電子伝達系タンパク質の電子供給経路の探索これまでに実施した大腸菌E. coli JM109/pCBCA6株を用いたスクリーニングによって,シアノバクテリアSynechosystis sp. PCC6803のSlr0600遺伝子産物が,シアノバクテリア細胞内でBphA3に電子を供給している可能性が示された。昨年,Slr0600遺伝子産物が分子内に2つのFADを持ち,グルタチオンなどからの電子を伝達する新奇なフラビン酵素(DDOR)であるという興味深い報告がなされたが,その生理的機能については不明である。そこで,大腸菌を宿主としてこの新奇なDDORをほぼ単一にまで精製し,シアノバクテリア内でのBphA3への電子供給タンパクとしての役割の検証を開始した。2.薬物代謝酵素導入シアノバクテリア株の改良前年度に作製した光誘導型プロモータ制御下にラット由来由来シトクロムP450 1A1遺伝子を発現する新規シアノバクテリアSynechosystis sp. PCC6803変異体株が2-クロロベンゾ-p-ダイオキシン(2-CDD)分解活性を有することを確認した。シアノバクテリア細胞内でのビフェニル分解細菌
小型高性能な完全埋込式完全人工心臓の実用化に向けた総合的研究開発

完全人工心臓は、心臓を置換するタイプの人工心臓であり、究極の心臓代替デバイスとして大きな期待がよせられている。完全埋込式完全人工心臓の実用化に向けて、螺旋流ポンプを用いて小型高性能かつ長寿命の完全人工心臓(螺旋流完全人工心臓二次モデル)を開発し、生理的血流量制御を適用して、循環生理、病態生理や自律神経機能などを研究するとともに、体内埋込血圧センサーによる体内埋込制御システム、テーブル方式を取り入れた圧流量推定方法、ソフトなフレキシブルコイルによる経皮的ワイヤレスエネルギー伝送システム、ハイブリッドパーツなどの総合的な研究と開発を行った。本研究は、完全埋込式完全人工心臓の実用化に向けて、螺旋流完全人工心臓を開発し、これに生理的血流量制御を適用して循環生理、病態生理、自律神経機能や運動負荷時の血行動態などを解析するとともに、体内埋込血圧センサーによる体内埋込制御システムやテーブル式圧流量推定方法などの計測制御系、ソフトな経皮的ワイヤレスエネルギー伝送システム(ソフトTETS)、ハイブリッドパーツなどの総合的な研究と開発を行うことを目的とする。今年度は、螺旋流完全人工心臓一次モデルを用いて、2頭のヤギに埋め込み実験を行ったが、2頭とも手術の合併症(人工心肺による術後低タンパク血症)のために1日以上の生存は得られなかった。螺旋流完全人工心臓二次モデルの開発に関しては、新設計によるフルモデルチェンジとなるが、設計および部品の製作は終了し、現在組み立て段階にある。生理的制御方法に関しては、実験動物の長期生存が得られなかったために新たな実験データは得られなかったが、今まで蓄積してきたデータを解析して、適正な制御時定数を同定するために周波数解析を行った。その結果、マイヤー波の周波数にそのヒントがある可能性を見いだした。計測制御系に関しては、センサーレスの圧流量推定において、粘度が推定できれば、正確な圧流量推定が可能となる。その方法として、テーブル法を用いて拍動流から粘度を推定する新しい方法を提案し、基礎実験でその可能性を証明した。ソフトTETSに関しては、ポリイミドフィルムに感光エッチングにより作製した数種類のフィルムコイルを用いて基礎実験を行った後、フィルムの両面にコイルを形成したフィルムコイルが完成した。ハイブリッドパーツに関しては、滅菌方法に関して基礎研究を行った結果、γ線滅菌が最も適切であることがわかった。今年度は、まず螺旋流完全人工心臓二次モデルの溶血試験を行った。その結果、溶血特性に難があり動物実験に使用できないことがわかった。その原因は、ローターに微かな異常振動が発生するためであることが判明したため、新しいステーターおよびローターを開発した。新しいステーターとローターを組み込んだ螺旋流完全人工心臓二次モデルでは、ローターの異常振動の発生もなく、溶血特性も動物実験が出来るレベルにまで改善することができた。生理的制御方法に関しては、1/R制御が発散するヤギがまれにいることから、シミュレーションを行い、制御の発散現象の解析を行った。その結果、末梢血管抵抗の振動周波数が高いほど1/R制御が発散しやすい傾向にあることがわかった。その方法として、テーブル法を提案しているが、今年度は、テーブル法を新しいステーターおよびローターに適応した結果、さらに推定精度を上げることが出来た。ソフトTETSに関しては、今まで作製したフイルムコイルでは効率が低いことがわかったため、コイルの性能を上げるために、さらに数種類のフィルムコイルを製作して基礎実験を行った。ハイブリッドパーツに関しては、滅菌方法による細胞接着性に関して基礎研究を行った結果、やはりγ線滅菌が最適であることがわかった。本年度は螺旋流完全人工心臓二次モデルの慢性動物実験を遂行する予定であったが、昨年度完成予定だった螺旋流完全人工心臓二次モデルの完成が今年度にずれ込んでしまったこと、および完成した螺旋流完全人工心臓二次モデルの溶血特性に難があることが分かり、その原因がローターに発生する微かな異常振動であることが解明されたため、さらにステーターとローターを新設計し再開発せざるを得なかった。そのためにデバイスの開発に遅れが生じている。現在、螺旋流完全人工心臓二次モデルは動物実験が遂行できるレベルにまで完成度が向上しており、来年度からは本格的な慢性動物実験が遂行できる予定である。また、今年度動物実験での新たなデータが取得できなかったため、循環生理的な研究や生理的制御の研究に若干の遅れが生じている。他は概ね順調に進展している。本研究は、完全埋込式完全人工心臓の実用化に向けて、螺旋流完全人工心臓を開発し、これに生理的血流量制御を適用して循環生理、病態生理、自律神経機能や運動負荷時の血行動態などを解析するとともに、体内埋込血圧センサーによる体内埋込制御システムやテーブル式圧流量推定方法などの計測制御系、ソフトな経皮的ワイヤレスエネルギー伝送システム(ソフトTETS)、新しいパーツなどの総合的な研究と開発を行うことを目的とする。

昨年度の動物実験で、肝臓や腎臓に小さなチタンのデブリが沈着していることがわかり、原因は、血液ポンプのチタン製動圧軸受けが、サッキング時にセラミック製真円軸と接触して摩耗したと考えられた。そこで、動圧軸受けをチタン製からセラミック製に変更した。生理的制御方法に関しては、1/R制御が発散するヤギがまれにいることから、引き続き循環生理データの解析とシミュレーションを行い、1/R制御の発散現象の解析を行った。その結果、圧反射時定数および神経系伝達遅れが一定以上に早いヤギの場合、1/R制御が発散することがわかった。計測制御系に関しては、センサーレスの圧流量推定において、粘度が推定できれば、正確な圧流量推定が可能となる。その方法として、テーブル法を提案しているが、今年度は、テーブル法に改良を加え、急性動物実験により良い精度で圧流量推定ができることを確認した。ソフトTETSに関しては、コイルの性能を上げるために、さらに数種類のフィルムコイルを試作して基礎実験を行い、その中で最も伝送効率の良いコイルをシリコンバックに入れ、ヤギ皮下に埋め込んで動物実験を行った。新しいパーツに関しては、シリコーン樹脂を用いてカニューレとカフを試作した。さらに、シリコーン製カフに導電性シリコーンゴムを埋め込んで、カフの変形を電気変化として捉えることにより、サッキングセンサーとして作動するカフを開発した。本年度は、螺旋流完全人工心臓二次モデルの動圧軸受けの問題点を改善するためにセラミック製の動圧軸受けを製作し、それを組み込んだ新しい螺旋流完全人工心臓二次モデルを完成させ、新しい螺旋流完全人工心臓二次モデルを用いて動物実験を3回遂行した。動物実験では、人工心肺下に心室を切除し、同所性に螺旋流完全人工心臓二次モデルを埋め込んだが、3頭とも人工心肺に起因する合併症で1日以上の生存を得られなかった。今年度、動物実験での新たなデータが取得できなかったため、循環生理的な研究や生理的制御の研究に遅れが生じている。他は概ね順調に進展している。本研究は、完全埋込式完全人工心臓の実用化に向けて、螺旋流完全人工心臓を開発し、これに生理的血流量制御を適用して循環生理、病態生理、自律神経機能や運動負荷時の血行動態などを解析するとともに、体内埋込血圧センサーによる体内埋込制御システムやテーブル式圧流量推定方法などの計測制御系、フレキシブルコイルを用いた経皮的ワイヤレスエネルギー伝送システム、新しいカニューレやカフの開発など、総合的な研究と開発を行うことを目的とする。一昨年度に完成した螺旋流完全人工心臓一次モデルの問題点としては、サッキングに伴う動圧軸受けと真円軸との接触があり、それによる動圧軸受けの摩耗があったが、昨年度より動圧軸受けをチタン製からセラミック製に変更し改良を加えた結果、動圧軸受けの摩耗は防止でき、二次モデルが完成した。今年度は、さらに、完成した二次モデルの左右の血液ポンプを補助人工心臓として使用できるか検討するために、ヤギを用いて、両心補助人工心臓および右心補助人工心臓の動物実験を行った。