hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高齢者のコミュニケーションの定量化と社会交流促進するグループワークの効果検討

ランダム化比較試験におけるグループエクササイズによる介入については、全ての介入スケジュール通りに進行し、大きな事故もなく終了した。事後検査については、参加が可能であった79名(介入群42名、対照群37名)の検査結果をまとめたが、単純な二元配置分散分析では、有意な介入効果が認められる検査結果は得られなかった。平成30年度においては、主要変数である「コミュケーション量」および脳画像データについて、Harvard T.H.Chan School of Public HealthのIchiro Kawachi教授のもとで解析方法を学ぶ機会を得たため、それらの解析を進めて介入効果について、より詳細に検討する。日本は孤立傾向にある高齢者の割合がOECD25か国のなかでもっとも高いとされ、このような社会とのつながりが減少した状態、社会的フレイルは健康状態の衰退にも影響を及ぼす。本研究を推進するにあたっては、社会的フレイル高齢者を地域より抽出する必要性があるため、受入研究機関が実施した大規模高齢者機能健診に参加した高齢者283名より、94名の社会的フレイル高齢者を抽出し、ランダム化比較試験の事前検査を実施した。介入については、運動中心としたグループワークを実施する週1回90分の教室を44回実施した。事後検査については、79名(介入群42名、対照群37名)において検査を行ったが、有意な介入効果が認められる検査結果は得られなかった。また、同様にMRI画像データについて統計解析を実施するために、Voxel-based Specific Regional analysis system for Alzheimer's Diseaseを用い、各対象者における海馬近傍の灰白質容積が健常高齢者と比して、萎縮度のZスコアを算出したが、有意な介入効果が認められる検査結果は得られなかった。対象者の介護認定の発生状況を追跡した。平均追跡期間は18.7±6.7か月で、要介護認定が発生した対象者が全体で28名で(29.8%)あった(介入群:10名(21.3%)、対照群:18名(38.3%))。要介護認定の発生有無を目的変数とし、介入の有無を説明変数とするCox proportional hazard modelという生存分析を実施した。介入群における累積生存率は対照群と比して高いことが見て取れた。更なる追跡によっては、有意なグループによる生存効果が認められる可能性が考えられた(Hazard ratio 0.679 95% confidential interval 0.228 to 2.022)。今年度の研究推進の方策としては、前年度から開始しているランダム化比較試験の介入の提供を引き続き実施することが主な研究事業である。全44回(週1回90分)の介入のうち、平成28年度時点で19回分が終了し、平成29年度においては25回分を実施予定である。介入期間終了と同時に事後検査として、事前検査と同様の検査を実施し、介入効果の検証を実施していく予定である。
知的な高速通信プロトコルの自動合成に関する研究

多様なサービスを規定する上位層と多岐に亙るネットワーク層とを整合させる意味で重要な役割を有するトランスポート層に着目し、素単位プロトコルからトランスポート層プロトコルを合成する方法を確率することを目的として、半順序集合と様相理論を用いて、プロトコル状態とメッセージを、知識を表すものとして表現することにより、素単位プロトコルを素単位オートマトンで知的かつ高速に処理する方法を提案し、検討を進めた。具体的には、素単位プロトコル・クラスの分類及び記述方法(状態を表す様相論理式の求め方、プロトコル実行時の状態の変更、素単位プロトコルを実行するオートマトンの構成の検討など)、素単位プロトコルの組み合わせにより、従来のトランスポート・プロトコルを表現する方法、及びトランスポート層プロトコルの合成法などについて考察し、いくつかの知見を得て、「第4回、マルチエージェントと協調計算ワークショップMACC'94(1994年10月)」等で発表し、討論を深めた。今後、ウィンドウ・サイズに関する代数的モデルの拡張、プロトコルの記述と合成のための知識と状態遷移規則、素単位プロトコルの実現(ハードウェア化)等について、より研究を深める予定である。
呼吸困難の情動面にアプローチする呼吸リハビリテーションの開発に向けた生理学的検討

呼吸困難はよく見られる症状であるが、その発生機構には不明な点が多い。脳波双極子追跡法を用い、呼吸困難発生時の脳内活動を捉えた。対象は健常男性である。再呼吸バッグにてCO2による呼吸負荷を行い、その間の脳波、換気量、呼吸困難感を測定した。CO2負荷により換気量、呼吸困難のいずれも増加した。吸息に伴う脳電位を検出し、脳波双極子追跡法により電源を推定すると、吸息後100 ms内で、左眼窩前頭葉、左上前頭回、100 msから200 msで左帯状回前部、300 ms内に左の島と扁桃体に脳内活動電位が収束した。本結果から、呼吸困難発生時に負の情動に関与する部位などで活動が高まることが明らかとなった。慢性閉塞性肺疾患(COPD)において、生活の質を低下させる最大の要因は呼吸困難である。しかし、その治療手段は限られ、新たな対策が求められている。本研究の目的は、呼吸困難感の情動面にアプローチする呼吸リハビリテーションの臨床展開に向け、呼吸生理学的、神経生理学的方法を用いて、このアプローチに関する基礎的な学術的背景を得ることである。運動負荷時における呼吸リズムの増加が呼吸困難感の変化と関連に関する検討では、被験者を追加し、健常成人男性27名で検討した。自転車エルゴメータを用いて漸増運動負荷試験を行った。呼吸困難感閾値と呼吸数閾値の間に有意な正の相関を認めた(r=0.75、P<0.001)。さらに呼吸困難感閾値と呼吸数閾値の級内相関係数(ICC=0.71、P<0.001)とBland-Altman plotによる解析から、呼吸困難感閾値と呼吸数閾値に高い一致性が示され、呼吸の客観的指標と主観的指標のリンクが明らかとなった。さらに今回は健常成人男性5名にて再呼吸法を用いて吸入気CO2濃度を上昇させ呼吸負荷を行って呼吸困難を誘発し、そのときの脳内活動部位を調べた。CO2負荷中に脳波の同時測定を行い、呼吸の吸息に同期した脳内活動を双極子追跡法にて推定した。その結果、Cingulate cortex、Frontal cortexに活動が見られ、これらは随意呼吸に関係した部位でもあるので息を吸いたいという欲求から活動しているとも考えられる。またInsulaにも活動が見られ、Cingulate cortex、Frontal cortexはInsulaとともに不快情動と関連があるといわれる領域である。Cingulate cortexは痛み感覚にも反応するという報告もある。概して、次の吸息への期待感=随意呼吸と吸息に伴う不快感が同時に観察された。以前CO2負荷中における呼吸困難感閾値と呼吸数閾値の一致性を報告したが、呼吸数増加のメカニズムに呼吸困難感による不快情動の活動の高まりが寄与する可能性を示すものである。慢性閉塞性肺疾患(COPD)において、生活の質を低下させる最大の要因は、呼吸困難である。今回は運動負荷時における呼吸リズムの増加が呼吸困難感の変化と関連があるのか検討した。健常成人男性24名において、自転車エルゴメータを用いて漸増運動負荷試験を行った。呼吸代謝パラメータは呼気ガス分析装置(Aeromonitor AE300)にて測定した。呼吸困難感はVisual analog scale (VAS)にて評価した。各呼吸パラメータ閾値と呼吸困難感閾値はPiecewise regression(SigmaPlot 12)にて決定した。漸増運動負荷により1回換気量が先に上昇し、呼吸数が遅れて上昇するパターンを示した。呼吸困難感閾値VO2は17.6 ±1.2 ml/kg/min、呼吸数閾値VO2は20.1 ±1.1 ml/kg/min、1回換気量閾値VO2は22.8 ±1.4 ml/kg/minであり、各閾値間全てに有意差を認めた。また呼吸困難感閾値と呼吸数閾値の間に有意な正の相関を認めた(P=0.002)。以前示したCO2ガス吸入試験と同様に、運動負荷試験においても呼吸困難感閾値と呼吸数閾値が相関することが示された。つまり呼吸の客観的指標と主観的指標のリンクが明らかとなった。今後はこの機序について検討を行う。

呼吸困難に関与する脳内部位の同定が様々な脳機能解析法により研究されてきた。例えば機能的磁気共鳴画像における活動部位同定の結果は空間分解能に優れるが、一方で時間分解能が劣る。本研究では呼吸困難感を意図的に誘発し時間分解能に優れた脳波双極子追跡法(EEG /DT法)を用いて呼吸困難感に伴う情動変化の脳内活動を捉えた。対象は健常成人男性である。脳波は国際10ー20法により測定し、被験者はフェイスマスクを着用し、呼吸数、1回換気量、分時換気量、呼気終末炭酸ガス濃度を測定し、呼吸流量と脳波と同時記録した。5%CO2 + 95%O2の混合ガスを含むバックによるCO2再呼吸法を行なった。呼吸困難感はボルグスケールで評価した。再呼吸によって呼気終末CO2濃度(安静時5.9%、再呼吸7.6%)、1回換気量(安静時670 mL、再呼吸1217 mL)、分時換気量(安静時9.2 L、再呼吸21.3 L)、呼吸困難感が有意に増加した。CO2再呼吸時の吸息に一致させて脳波を総加算し、吸息に伴う脳電位を検出し双極子追跡法にて電源を推定した。加算脳波では吸息開始後100 msで陰性波、250 msで陽性波を認め、吸息に伴う苦しさに関連した呼吸関連電位が検出された。EEG/DT法によりこの電位の電源は吸息後100 ms内で、左眼窩前頭葉、左上前頭回に、100 msから200 msで左帯状回前部、300 ms内に左の島と扁桃体に活動が収束した。眼窩前頭葉は情動の評価に関わる部位であり、前頭回、帯状回前部は運動の企画、決定に関与している。吸息開始後200 ms内でのこれらの部位の活動は、負の情動の評価、また息苦しさに伴う次の呼吸への期待、随意呼吸が関与していると考えられる。島は情動に関与した辺縁系との連絡が密であり、同時に負の情動に関与した扁桃体の活動も認められた。本結果から息苦しさの情動では次の吸息への期待、随意呼吸に関与する部位と不快情動が同時に関与していることが示された。呼吸生理学、呼吸器内科学「漸増運動負荷において、呼吸困難が、情動変化を介して、呼吸リズムを促進させるかを明らかにする」に取り組んできた。今回呼吸困難感閾値と呼吸数閾値の一致性が示され、呼吸困難が呼吸リズムを促進させることを示唆する所見である。さらにCO2負荷中の脳波解析では情動領域の活動が高まることが示された。今後は情動領域活動のタイミングと呼吸数増加のタイミングについての関連について明らかにする必要がある。「漸増運動負荷において、呼吸困難が、情動変化を介して、呼吸リズムを促進させるかを明らかにする」に取り組んできた。呼吸困難が呼吸リズムを促進させることを示唆する知見が明らかとなった。しかしながら、脳波解析による情動変化、脳内活動部位の確認が達成されていない。購入した脳波解析ソフトであるBESAを有効に用いて、これらの課題を速やかに達成しなければならないと考えている。実験時間、エフォートをより多く確保する工夫が必要であったと考えている。「漸増運動負荷において、呼吸困難が、情動変化を介して、呼吸リズムを促進させるかを明らかにする」に関しては脳波解析が達成されておらず、今年度はこれについて検討する。
日本人英語学習者の英語子音の音素対立の習得に関する音響的研究

本研究は日本人英語学習者が日本語にない英語の子音の音素対立をいかに訓練によって修得できるかを検証することを目的とした。実験で取り扱ったのは、/b/-/v/,/z/-/dz/,/s/-/θ/で同時に帯気音を伴う無声閉鎖音の生成も取り上げた。被験者は高等専門学校の学生で、比較的英語の音声に慣れ親しんでいる学生を選んだ。知覚と生成の両面からの実験を平行して行った。知覚実験に関しては、英語母国語話者の肉声の発話による音素の聞き分けを行った。生成実験は、最初に特に指示を与えずに、原稿を音読させ、その発話を録音した。その後、原稿を音読する母国語話者の音声の後に付けて音読させ、その発話を録音した。それから1ヶ月ほど間隔を空けて今度は原稿を予め与えて練習をさせ、各音を発音する際の注意をした上で同様の方法で知覚・生成実験を行った。その結果、/b/-/v/以外は相当な高い確率で聞き分けができることがわかった。また、2回の知覚実験で著しい変化は見られなかった。生成実験に関しては、/b/-/v/の対立では、/b/の破裂の有無と/v/の摩擦を示す情報が画面上で確認できるかでこの音素対立を修得しているか判断した。/z/-/dz/,/_3/-/d_3/では破擦音の前に見られる無音状態の有無、ノイズ部分の持続時間で判断した。この音素対立に関して常に摩擦音で発音している被験者と常に破擦音で発音している被験者が見られた。また、この対立の知覚は最も容易であったにも関わらずその生成は最も困難に思われた。/s/-/θ/の音響上の判断は難しく、ノイズ部分の周波数の差異とノイズ部分のエネルギーの差異を測定したが、母国語話者の数値との明確な差は確認できず、音声を聞いてその容認度を判断した。全体的に、知覚と生成の難易度必ずしも一致せず、それは現場での音声指導のあり方と深く関わっているように思われる。どの音素対立が本来的に日本人に難しいかは今後長い時間をかけて調査する必要がある。
水素脆化抑制に及ぼす微量元素添加効果の解明と安全性評価手法の確立

鉄基材料の水素脆化感受性に与える微量元素の影響に着目し、昇温水素離脱反応と走査電顕解析によって、約0.3%のV添加による旧オーステナイト粒内でのバナジュウム炭化物の微細析出が水素脆化感受性低減に有効であるが、PやSnなどの不純物元素低下は水素助長割れ発生抵抗に対してはほとんど影響がないことを明らかにした。装置の安全性評価のためには、割れの発生抵抗である破壊じん性KIH、伝播抵抗であるdJ/daおよび一定荷重下での進展速度da/dt特性が必要とされる。本研究においては、新たに開発したオフセットポテンシャル法を用いて微量元素を調整した2.25Cr-1Mo鋼でそれらの特性を明らかにした。H25年度の研究実施計画においては、鉄基材料であるCr-Mo鋼に対して(1)微量元素添加による水素脆化トラップ・サイトの解明、(2)水素脆化破壊じん性値の簡易評価手法の確立と微量元素添加による影響の解明、(3)水素助長割れ進展特性評価手法の確立と微量元素添加による影響の解明、(4)試験片からの水素逃散挙動の解明、を挙げた。として、微量元素としてバナジウムを約0.3%添加した場合には、旧オーステナイト粒内に微細に分布するバナジウム・カーバイドが水素のトラップ・サイトであり、旧オーステナイト粒界が水素のトラップ・サイトとなるバナジウム無添加の場合と異なることを、昇温水素離脱反応および電界放出型電子線マイクロアナライザーにより明らかにした。(2)として、オフセット・ポテンシャルドロップ法を提案して、単一試験片での破壊じん性値を簡便に求める方法を確立した。この方法は負荷荷重の増加に伴うき裂先端での塑性変形によるポテンシャルドロップ変化をキャンセルする方法であり、これにより得られるオフセット・ポテンシャルドロップが増加する点を安定き裂進展開始点として、そのときのJ積分値より破壊じん性値Kを導いた。この方法により求まるバナジウム添加による破壊じん性は水素吸収していない場合に比べて約85%の低下に止まり、バナジウム無添加による場合の約25%の低下にくらべて、バナジウムの微量添加が劇的に水素脆化感受性の低減となることを明らかにした。(3)の延性破壊抵抗性に対する材料特性指標として使用される安定き裂進展抵抗特性dJ/daを実験による求めバナジウムの微量添加による効果を明らかにした。(4)に対しては、Ficksの拡散方程式により試験片寸法の水素逃散挙動への影響を解析した。H26年度の研究では、H25年度に引き続き鉄基材料であるCr-Mo鋼を対象として実施した。水素が鋼中に含有されていると一定荷重下で水素助長割れが進展するので、実用上はこの進展特性を知ることが重要である。H25年度提案のオフセット・ポテンシャルドロップ法は、水素助長割れが進展を開始する点を捉え、そこに至るまでに必要なエネルギーを決定するのに用いることが出来ることを明らかにした[1]が、この方法を使って一定荷重下での進展量を定量的に決定できることをヒートティント法(試験終了後に試験片を加熱して破面上に進展した領域を着色して進展量を明確にする方法)を用いてその有効性を検討した。水素助長割れの進展量の測定値にはバラツキがみられるが、その平均値とオフセット・ポテンシャルドロップ法による推定値との間には良い1:1対応が認められた。この方法により一定荷重保持下での水素助長割れ進展速度の応力拡大係数依存性を明らかにし、さらにステップクーリング処理によって不純物(P, Sn)が粒界に偏析している場合には、水素助長割れの進展速度が速くなり、鋼中の不純物の水素助長割れ進展特性に与える影響を明らかにした[2]。H27年度の研究では、H25, 26年度に引き続き鉄基材料を対象として実施した。H25年度はオフセット・ポテンシャルドロップ法を提案して水素助長割れ進展の開始点までに必要なエネルギーを求めて破壊じん性を決定する手法を確立し、安定き裂進展後の引裂き特性を明らかにした。水素脆化破壊じん性に及ぼす不純物含有による焼戻し脆化の影響は小さいが、安定き裂進展後の引裂き特性に与える影響は無視できないことを明らかにした。実用上は進展特性を知ることが重要であるのでH26年度はこの方法を使って一定荷重下での水素助長割れ進展量特性の応力拡大係数依存性を明らかにしてステップクーリング処理によって不純物(P, Sn)が粒界に偏析して焼戻脆化している場合には、水素助長割れの進展速度が速いことを明らかにした。更に、水素含有によって破壊じん性が低下することに加えて切欠きなどの欠陥を有する場合の戴荷能力が著しく低下(強度比で約60ー80%低下)することを明らかにした。H27年度は水素含有材における水素脆化破壊じん性の低下が安定き裂開始点での粒界破壊が支配的となることを明らかにし、更に、弾性および弾塑性有限要素解を用いて欠陥部の参照応力を導き、欠陥(LTA)を持つ構造体の安全性を強度に依存して簡易的評価する方法を提案した。また、これまでは実験室で作成した鋼に対して焼戻し脆化の加速処理であるステップクーリング処理を行った鋼を実験に供してきたが、実際に実機で長期間使用されて焼戻脆化した鋼に対して水素脆化破壊じん性をH25年度提案のオフセット・ポテンシャルドロップ法で求め、これまで得られた加速脆化処理鋼と同様の特性が得られることを明らかにし、実装置での安全評価を行う上での基礎特性データを導いた。

鉄基材料の水素脆化感受性に与える微量元素の影響に着目し、昇温水素離脱反応と走査電顕解析によって、約0.3%のV添加による旧オーステナイト粒内でのバナジュウム炭化物の微細析出が水素脆化感受性低減に有効であるが、PやSnなどの不純物元素低下は水素助長割れ発生抵抗に対してはほとんど影響がないことを明らかにした。装置の安全性評価のためには、割れの発生抵抗である破壊じん性KIH、伝播抵抗であるdJ/daおよび一定荷重下での進展速度da/dt特性が必要とされる。本研究においては、新たに開発したオフセットポテンシャル法を用いて微量元素を調整した2.25Cr-1Mo鋼でそれらの特性を明らかにした。当初掲げた実施計画はほぼ達成されている。水素助長割れの進展量の測定に提案のオフセット・ポテンシャルドロップ法が有効であることを明らかにした。さらにその手法を用いて一定荷重下での水素助長割れの進展特性を求め、不純物が旧オーステナイト粒界に偏析している場合には、進展速度が加速する傾向にあることを明らかにしている。海外国際会議にて一部その成果を公表している。海外の研究者からも新しい知見および試みとして着目されている。材料強度学H27年度は、研究実施の最後の年であるので、実施計画の通り、容器の応力集中箇所近傍に損傷を受けている場合の簡易的な安全性を評価する方法の提案と共にこれまでの研究成果を海外国際会議などにて広く公表する。水素脆化トラップサイトとして、バナジューム無添加鋼では旧オーステナイト粒界で、バナジューム添加鋼では粒内微細バナジューム炭化物であることが、昇温水素離脱反応および電界放出型電子線マイクロアナライザーにより明らかとなった。水素脆化の有無に係わらず単一試験片を用いて破壊じん性を実験的に導く手法を確立した。海外の研究者からも新しい試みとして注目されている。未使用額が生じた理由は、試験本数が当初予定よりも少なく、費用が当初予定額よりも少なかったためである。H27年度は追加試験の実施をするため、未使用額についてはH27年度研究費と併せて使用する計画である。今年度は、当初の実施計画の通り行う。水素脆化環境で使用される装置の安全評価を行うためには、水素助長割れの進展特性を知る必要がある。そこで平成25年度に確立したオフセット・ポテンシャル・ドロップ法を用いて一定荷重下での一定荷重下での水素助長割れ進展特性を明らかにし、海外国際会議にて公表する。1研究成果公表および他機関との意見交換のための旅費(国際学会,国内外機関)、2追加試験に必要な消耗品,試験費用等の費用(H26年度未使用額を併せて使用)、3論文投稿および別刷り費用、に使用する。研究費を効率的に使用したことにより、少額の残(41,471円)が発生した。次年度の消耗品購入費に加算して使用する計画である。
ダイヤモンド膜のCVD成長における核生成サイトとなる炭素質材料の探索

熱力学的な準安定環境下でダイヤモンドがCVD法により生成することが明らかになって、約20年が経とうとしている。しかし、いまだに生成機構はほとんど解明されていない。そこで、本研究では、あらかじめ基板上へ堆積させた炭素微細粒の上にダイヤモンド微結晶を成長させ、微結晶レベルでのカーボンアロイを形成することにより、ダイヤモンド核生成を考察することを目的とした。炭素過飽和のプラズマを利用することにより、炭素質微細粒をSi基板上に高密度に形成させた。この際の炭素質微細粒の構造については明確ではないが、微細粒が形成する炭素過飽和のプラズマ中で長時間成長させた粒がglassy carbonと同定されることから、炭素質微細粒もglassy carbonと推測される。また、この炭素質微細粒上にダイヤモンドが成長することを、電界放射型走査電子顕微鏡および原子間力顕微鏡により観察し、レーザーRaman散乱分光法により成長したダイヤモンドを確認した。これにより、炭素質微細粒をダイヤモンドの核発生点として利用可能であることを明らかにした。結果として、100nm径のglassy carbonの回りに、ダイヤモンドが500nm程度成長したカーボンアロイの形成に成功したといえる。更なるダイヤモンドの核発生の精密な制御のためには、形成する炭素質微細粒の明確な構造および成長機構を明らかにすること、構造の異なる炭素質微細粒を形成しダイヤモンド核生成への影響を調べることが、今後必要である。
ブドウ属植物における系統進化の分子的解析

直接の祖先野生種を含めヨーロッパブドウについてはそのほとんどでブドウのアントシアニン合成制御にきわめて重要な役割を果たすMYB様転写因子遺伝子VvmybA1の上流にレトロトランスポゾン(Gret1)が挿入されているが、北アメリカ種群及び東アジア種群ではGret1の挿入は認められず、Gret1の挿入はヨーロッパブドウが北アメリカ種群や東アジア種群から分かれた後に起こったことが明らかになった。また、このGret1の挿入は約20万年前に起こったと推定された。ブドウの野生種は果皮色が黒色であるため、野生種において、アントシアニンの合成制御にきわめて重要な役割を果たすMYB様転写因子遺伝子VvmybA1に劣性の突然変異が発生し〔レトロトランスポゾン(Gret1)の挿入〕、変異遺伝子が自然交雑でホモ化したことにより黄緑色品種が生じたという仮説を我々は提唱した。本研究では、野生種をはじめ広範囲のブドウ属の種・系統についてVvmybA1へのGret1の挿入の有無を調査するとともに、Gret1の塩基配列解析等によりブドウ属植物の系統進化を分子レベルで明らかにする。19年度は、V.viniferaの直接の祖先野生種であるV.viniferasubsp.sylvestrisを含むV.vinifera、及び北アメリカ種群、東アジア種群等のブドウ属の40種・系統についてVvmybA1へのGret1挿入の有無を調べた。その結果、sylvestrisを含めV.viniferaについては、そのほとんど(18/19)でGret1の挿入が認められたが、北アメリカ種群及び東アジア種群ではGret1の挿入は認められなかった。このことは、Gret1の挿入はsylvestrisあるいはその祖先において、それらが北アメリカ種群や東アジア種群から分かれた後に起こったことを示唆する。また、V.viniferaの18品種について挿入Gret1の5'LTRと3'LTRの塩基配列を調べた結果、品種間では5'LTR、3'LTRともに塩基配列に差はなかったが、5'LTRと3'LTRには5塩基の違いが見られた。5'LTRと3'LTR間の塩基配列の差は挿入後の時間経過を現すことが知られており、計算の結果、Gret1の挿入は約46万年前に起こったと推定された。以上のように、Gret1の解析によりブドウ属植物の進化について興味深い新たな知見が得られた。ブドウの黄緑色品種では、アントシアニンの合成制御にきわめて重要な役割を果たす転写因子遺伝子VvmybA1の上流にレトロトランスポゾン(Gret1)が挿入されており、このGret1が同遺伝子の発現を抑制するため着色しないことが明らかにされている。ブドウの野生種は果皮色が黒色であり、Gret1のVvmybA1への挿入が黄緑色品種が生じた原因と考えられるが、ブドウの進化上いつGret1の挿入が起こったかは非常に興味がもたれる点である。本研究では、広範囲のブドウ属の種・品種についてVvmybA1へのGret1の挿入の有無を調査するとともに、Gret1の塩基配列解析等によりブドウ属植物の系統進化を分子レベルで明らかにする。19年度に、ヨーロッパブドウ(V.vinifera)の直接の祖先野生種であるV.vinifera subsp.sylvestrisを含めヨーロッパブドウについてはそのほとんどでGret1の挿入が認められるが、北アメリカ種群及び東アジア種群ではGret1の挿入は認められず、Gret1の挿入はsylvestrisあるいはその祖先が北アメリカ種群や東アジア種群から分かれた後に起こったことを明らかにした。また、Gret1の5'-LTRと3'-LTRの塩基配列解析からGret1の挿入は約20万年前に起こったと推定した。20年度は、ブドウ属の種・品種についてSSR解析を行った。その結果、ヨーロッパブドウ、北アメリカ種群及び東アジア種群は明確にグループ分けされた。また、北アメリカ種群にはVvmybA1のオーソログVvmybA1-3が存在すること、VvmybA1の対立遺伝子VvmybA1^<SUB>は、ヨーロッパブドウの東アジア系品種にしか存在しないこと等が明らかとなった。以上のように、本研究によりブドウ属の種・品種の類縁関係およびその派生関係について新たな知見が得られた。
老化促進モデルマウスを用いた光老化皮膚における皮膚神経系とメラノサイトとの応答

1.SAMのヒト皮膚老化モデル動物としての有用性の検討:形態学的にSAMでは、接着構造の未熟な角質層、顆粒層数の増加、ケラトヒアリン顆粒の形態異常、エラスチンの増加、真皮炎症細胞浸潤・肥満細胞数の増加グリコサミノグリカンの増加、毛包数の減少、脂肪組織の萎縮等が特徴的であった。皮膚生理機能ではSAMでは角層水分量が低下しており、また脱脂により容易にバリア破壊が生じた。角質細胞間脂質の分析によりSAMでは総セラミド量の減少とセラミド分画の異常が認められた。ヒスタミン、神経ペプチドの皮内投与による皮膚反応はSAMで有意な反応の減弱が認められた。アレルギー反応および神経系因子との相互作用を有する肥満細胞電顕的観察により、SAM肥満細胞は活性化状態にあり、神経線維と密接に関連していることが明らかとなった。以上より、SAM皮膚はヒト老化皮膚のモデル動物として有用であることを確認した。2.皮膚神経系因子、特に神経ペプチドのメラノサイトに及ぼす作用の検討:メラノサイトと神経終末はシナプス様接着構造を介して接触し、また神経ペプチドcalcitonin gene-related peptide(CGRP)はメラノサイトの増殖を促進し、その作用はcAMP pathwayにより伝達されていた。器官培養ヒト皮膚を種々の神経ペプチドで刺激し、メラノサイトの形態学的変化を観察した結果、CGRPにより表皮メラニン量の増加、メラノサイトの増殖、細胞の活性化が認められた。培養表皮角化細胞を同様に刺激し、その培養上清(KCM)をメラノサイトの培養系に添加したところ、CGRP-KCMがメラノサイトにおけるチロシナーゼ活性とdendricityに促進的に作用した。また、光老化皮膚では表皮における神経成長因子の発現亢進、表皮内神経線維数の増加、メラノサイトと神経線維の接触頻度の増加、特にCGRP陽性神経との頻回な接触が認められた。以上より、皮膚神経系因子が皮膚光老化プロセスにおけるメラノサイトの機能に影響を及ぼしていることが示唆された。本年度は、(1)老化促進モデルマウス(SAM P10)の形態学的・皮膚生理学的・生化学的特徴を対照マウス(SAM Rl)との比較において調べ、SAM P10のヒト皮膚老化モデル動物としての有用性を様々な角度から検討すること、および(2)皮膚神経系因子、特に神経ペプチドのメラノサイトに及ぼす作用の基礎的検討の2点に重点をおいて研究を進めた。1.形態学的にSAM P10では、接着構造の未熟な角質層、表皮肥厚、顆粒層数の増加、ケラトヒアリン顆粒の形態異常、エラスチンの増加、真皮炎症細胞浸潤・肥満細胞数の増加、グリコサミノグリカンの増加、毛包数の減少、脂腺小葉の肥大、脂肪組織の萎縮が特徴的であった。これらの所見はSAM P10が固有の皮膚老化と光老化の形態学的特徴を併せ持つことを示している。皮膚生理機能では、SAM P10では角層水分量が低下しており、また脱脂により容易にバリア破壊が生じた。角質細胞間脂質の分析によりSAM P10では総セラミド量の減少とセラミド分画の異常が認められた。ヒスタミンおよび神経ペプチドの皮内投与による皮膚反応の検討では、SAM P10で有意な皮膚反応(I型皮膚アレルギー反応)の減弱がみられた。以上より、SAM P10はヒト老化皮膚のモデル動物として有用であることが確認された。2.器官培養ヒト皮膚を種々の神経ペプチドで刺激し、メラノサイトの形態学的変化を観察した結果、calcitonin gene-related peptide(CGRP)により、表皮メラニン量の増加、メラノサイトの増殖、細胞の活性化が認められた。培養表皮角化細胞を同様に刺激し、その培養上清(KCM)をメラノサイトの培養系に添加したところ、CGRP-KCMがメラノサイトにおけるチロジナーゼ活性とdendricityに促進的に作用した。以上よりCGRPで刺激された表皮細胞由来のメディエーターがメラノサイトの活性化に寄与していることが明らかとなった。

培養表皮角化細胞を同様に刺激し、その培養上清(KCM)をメラノサイトの培養系に添加したところ、CGRP-KCMがメラノサイトにおけるチロシナーゼ活性とdendricityに促進的に作用した。また、光老化皮膚では表皮における神経成長因子の発現亢進、表皮内神経線維数の増加、メラノサイトと神経線維の接触頻度の増加、特にCGRP陽性神経との頻回な接触が認められた。以上より、皮膚神経系因子が皮膚光老化プロセスにおけるメラノサイトの機能に影響を及ぼしていることが示唆された。
歯科用金属のレーザー溶接に関する研究

前年度に引き続き、チタンに歯科用合金をレーザー溶接した場合の接合状態を以下の試験より明らかにした。材料はチタンと、金合金タイプ4、金銀パラジウム合金、白金加金を使用した。試験片の形状は15×5×1(mm)とし、チタンは圧延加工により、その他はすべて鋳造により作製した。試験片作製後、ガラスビーズによるサンドブラスト処理を行い、専用治具に突き合わせ継ぎ手にて固定し、レーザー溶接機(TLL7000・TANAKA)を用いて、アルゴンガス雰囲気中、試験片の全面に溶接した。接合した試験片は樹脂に包埋後、ファインカッターにて切断し鏡面研磨を行い、硬さ試験、溶接部の元素分布の確認を行った。硬さ試験は微小硬度計(HMV-2000・島津)を用いて、荷重100g、負荷時間15秒にてマイクロビッカース硬さを測定した。硬さ測定後の試験片は光学顕微鏡(VANOX-T・オリンパス)による観察を行った。チタンと歯科用合金のレーザー溶接後の元素分布状態は、X線マイクロアナライザー(JCXA-733・日本電子)による面分析を行った。また、前年度に曲げ試験を行った試験片の破断面に金蒸着を施し、同機械を用いてSEM観察を行った。実験の結果、チタン同士およびチタンと歯科用合金のレーザー溶接後の溶接部のビッカース硬さは、母材部の硬さより大きい値となった。歯科用合金同士の溶接部レーザー溶接後のビッカース硬さは、母材部の硬さより小さい値となった。面分析の結果、チタンと歯科用合金のレーザー溶接後の元素分布状態はいずれも不均一に分布していることが確認された。チタン同士および歯科用合金同士のレーザー溶接後の曲げ試験後の破断面は、ディンプル状の延性破壊像を示し、チタンと歯科用合金のレーザー溶接後の曲げ試験後の破断面は層板状の脆性破壊像であった。本年度は鋳造床にチタンを使用し、クラスプを歯科用合金にて歯科補綴物を作製した場合を想定し、実験を行った。チタンに歯科用合金をレーザー溶接した場合の接合状態を以下の試験より明らかにした。材料はチタンと、金合金タイプ4、金銀パラジウム合金、白金加金、コバルトクロム合金を使用した。接合後、オートグラフ(AG-5000D、島津)を用いて、支点間距離20mm、クロスヘッドスピード1mm/minの条件で曲げ試験を行なった。同様に接合した試験片はビッカース硬さ試験と、1%乳酸水溶液中50cc中30日間浸漬後に溶出試験を行った。実験の結果、チタンと歯科用合金のレーザー溶接後の曲げ強さは、チタン同士および歯科用合金同士の溶接後の曲げ強さよりも低い値となった。チタン-金合金の曲げ強さは339±50.8MPaであった。チタン-金銀パラジウム合金は423±70.3MPaであった。チタン-白金加金は493±65.6MPaであった。チタン-コバルトクロム合金は接合する事ができず、測定不能であった。チタンおよび各金属間を比較すると、チタン-金合金とチタン-金銀パラジウム合金の間に有意差(P<0.05)が、またチタン-金合金とチタン-白金加金の間に有意差(P<0.01)が認められた。硬さ試験の結果、レーザー溶接後の溶接部のビッカース硬さは母材部の硬さより大きい値となった。溶出試験の結果、異種金属溶接した場合、チタンの同種金属溶接と比較して、Tiの溶出量は大きい値となった。

面分析の結果、チタンと歯科用合金のレーザー溶接後の元素分布状態はいずれも不均一に分布していることが確認された。チタン同士および歯科用合金同士のレーザー溶接後の曲げ試験後の破断面は、ディンプル状の延性破壊像を示し、チタンと歯科用合金のレーザー溶接後の曲げ試験後の破断面は層板状の脆性破壊像であった。
精子核リモデリングにおけるＨ３Ｋ９脱メチル化酵素　（ＪＭＪＤ１Ｃ）の機能解析

jumonjidomain containing 1C (Jmjd1C)はJmjd1ファミリー遺伝子の一つで、コードされるタンパク質はヒストンH3K9および幾つかの非ヒストンタンパク質を標的とする脱メチル化酵素と推定され、マウス精子幹細胞の長期的維持において不可欠な役割を担うことが知られていた。今回、Jmjd1C遺伝子座にβ-geoカセットが挿入されたジーントラップ型JMJD1C機能欠失マウスについて、その表現型の詳細な解析を実施した。結果、Jmjd1Cホモ変異マウス精巣では、未分化精原細胞の長期維持不全に加えて精子分化における形態形成異常が見られた。また、精子形成第一波の時点からホモ変異マウス精巣において一部の精子細胞に異常な配向性と不完全な伸長が認められた。さらに、分子レベルの解析によって、ヒストンからプロタミンへのクロマチンリモデリング開始に必要とされるヒストンH4K16アセチル化が顕著に減少していることが判明した。これらの結果からJMJD1Cの機能が精子分化に関わる遺伝子の転写制御ではなく、むしろMDC1やHSP90のような共役因子との結合を解したエピジェネティック制御であると推測される。さらに、成熟Jmjd1Cホモ変異マウス精巣で有意なOct4発現の減少とNANOG, OCT4共陽性の未分化精原細胞の減少が見られた。これらの知見から、JMJD1CがOct4発現を維持させることで精子幹細胞の自己複製に関与していることが示唆された。以上の結果は、JMJD1Cが精子形成における複数の分化過程において、異なる共役因子と相互作用することで多様な機能を担っていることを示している。本研究成果は、PLOS ONE誌に掲載された。28年度が最終年度であるため、記入しない。エピゲノム制御の一翼を担うヒストン脱メチル化酵素遺伝子群の中で、内部細胞塊から配偶子形成に至る生殖細胞の分化過程において特徴的な発現変動を示すものとして、H3K9脱メチル化酵素遺伝子Jmjd1Cが着目された。そこでβgeo gene-trap(GT) ES細胞からのJmjd1C GTマウスを解析したところ、GTホモ型マウスは精子形成不全を示し、そのGT変異精巣では円形精子細胞からの精子完成期に顕著な組織学的異常が見られた。近年、類似の変異表現型が同族遺伝子のJmjd1Aでも報告され(Okada et al, Nature, 2007)、JMJD1Aの脱メチル化作用が精子核リモデリング遺伝子の発現促進に寄与することが示されている。以上の知見に基づいて、本研究はJMJD1CのH3K9脱メチル化制御及びその関連因子や標的遺伝子との相互関係を解明することを目的とし、これによって精子核リモデリングに関わるエピゲノム制御ネットワークの究明を目指す。分子的相互作用を網羅的に探索するため、本年度はChIP (染色体免疫沈降)解析とIP(免疫沈降)解析を開始した。しかし、その途上にてJmjd1Cノックアウト(KO)変異に関する先行論文が報告された(Kuroki et al, BOD, 2013)。このKO変異は精子形成不全を示す点で一致するが、変異の原因が精子形成過程ではなく精子幹細胞の増殖維持にあるとする点において、本研究の知見とは一致しない。そのため、相違の原因究明を優先すべく計画内容の変更を行った。解析の結果、JMJD1Cは先行論文が示す精原細胞期だけでなく減数分裂後期にも特定の機能を持つことが確認され、2つ分化段階におけるJMJD1C機能の量的閾値の違いによって、GT精子細胞期における異常が顕在化する可能性が示された。エピゲノム制御の一翼を担うヒストン脱メチル化酵素遺伝子群の中で、内部細胞塊から配偶子形成に至る生殖細胞の分化過程において特徴的な発現変動を示すものとして、H3K9脱メチル化酵素遺伝子Jmjd1Cに着目し、βgeo gene-trap(GT) ES細胞からのJmjd1C GTマウスを解析した。その結果GTホモ型マウスは精子形成不全を示し、そのGT変異精巣では円形精子細胞からの精子完成期に顕著な組織学的異常が見られた。さらに、類似の変異表現型は同族遺伝子のJmjd1Aについても既に報告されH3K9脱メチル化作用が精子核リモデリング遺伝子の発現促進に寄与することが示されていた(Okada et al, Nature, 2007)。以上の知見に基づいて、本研究はこのJmjd1C欠損に見られる異常を解析することによって、クロマチン制御因子JMJD1Cの機能及びその機能関連因子や標的遺伝子を解明し、精子幹細胞および精子核リモデリングに関わるエピゲノム制御ネットワークを究明することを目的とする。近年、Jmjd1C強制発現細胞の解析によってJMJD1C蛋白にはH3K9脱メチル酵素活性が見られないことが報告され(Brauche et al, PlosOne, 2013)、JMJD1C機能にはヒストン以外の標的因子が存在する可能性が浮上してきた。よって、本年度はこの観点からの解析を加え、より詳細なJmjd1C-GT変異型の異常要因を探る作業を実施した。本課題が対象とするJmjd1Cは、Rett症候群や自閉症などヒト精神疾患の責任遺伝子である可能性が指摘され、さらにDNA修復異常による発癌機序やヒトES/iPS細胞における多能性維持への関与が次々に報告されている。

これに関連して、本研究が着目するJmjd1C-GT変異マウスに表れた精子形成異常においても、本年度の研究成果として、DNA損傷修復因子群との機能的関連から、遺伝子発現制御だけではない多様なJmjd1Cの役割が次第に明らかにされてきた。なお、今年度の具体的な研究成果は以下の通りである。2.培養細胞においてJMJD1Cによるリジン脱メチル化を受けることが知られるMDC1とその共役因子であるRNF8について、精巣におけるJMJD1Cとの共役関係を検証した結果、野生型においてはJMJD1CとMDC1が精子細胞核に共局在する様子が観察された一方で、GTホモ型におけるMDC1の精子細胞核への局在は見られず、精子形成過程におけるJMJD1CとMDC1の存在様式には密接な関連性が示された。さらに、GTホモ型精巣ではRNF8の染色性が野生型に比べ減少もしくは消失しており、RNF8についてもJMJD1Cとの関連性が推測された。3. Jmjd1C変異によってリジンメチル化の変化する蛋白質をイミュノブロット法によって調べた結果、変化の見られた内90kDaの蛋白は免疫沈降法の結果からHSP90αであると予測され、HSP90αがJMJD1Cのリジン脱メチル化標的候補に加えられた。jumonjidomain containing 1C (Jmjd1C)はJmjd1ファミリー遺伝子の一つで、コードされるタンパク質はヒストンH3K9および幾つかの非ヒストンタンパク質を標的とする脱メチル化酵素と推定され、マウス精子幹細胞の長期的維持において不可欠な役割を担うことが知られていた。今回、Jmjd1C遺伝子座にβ-geoカセットが挿入されたジーントラップ型JMJD1C機能欠失マウスについて、その表現型の詳細な解析を実施した。結果、Jmjd1Cホモ変異マウス精巣では、未分化精原細胞の長期維持不全に加えて精子分化における形態形成異常が見られた。また、精子形成第一波の時点からホモ変異マウス精巣において一部の精子細胞に異常な配向性と不完全な伸長が認められた。さらに、分子レベルの解析によって、ヒストンからプロタミンへのクロマチンリモデリング開始に必要とされるヒストンH4K16アセチル化が顕著に減少していることが判明した。これらの結果からJMJD1Cの機能が精子分化に関わる遺伝子の転写制御ではなく、むしろMDC1やHSP90のような共役因子との結合を解したエピジェネティック制御であると推測される。さらに、成熟Jmjd1Cホモ変異マウス精巣で有意なOct4発現の減少とNANOG, OCT4共陽性の未分化精原細胞の減少が見られた。これらの知見から、JMJD1CがOct4発現を維持させることで精子幹細胞の自己複製に関与していることが示唆された。以上の結果は、JMJD1Cが精子形成における複数の分化過程において、異なる共役因子と相互作用することで多様な機能を担っていることを示している。本研究成果は、PLOS ONE誌に掲載された。後述(2)の検証実験を追加した計画変更を行ったため、本来の計画達成度には不足が生じた。なお、本年度の具体的研究成果は以下の通りである。
ゲノム安定性制御による逆位ヘテロ接合体の出生前治療の基盤構築

逆位ヘテロ接合体(In/+)は減数分裂の過程で形成されるループ構造内で組換えが起こることにより無動原体や二動原体などの不均衡型の染色体異常が生じる。そのため、In/+は配偶子の形成不全や先天異常につながる可能性が無視できない染色体異常と考えられる。しかしながら、In/+保因者から派生する不均衡型染色体を抑制する手法は未だなく分子機序も不明な点が多い。また、減数分裂前期細胞のin vitro培養技術は確立されておらず、その解析には多くの時間と労力を要する。これら課題の打破には、In/+から派生する不均衡型染色体を標識できるモデルマウスの開発と不均衡型染色体の惹起に関与する分子を明らかにすることが極めて重要である。本研究では、In/+マウスにおける不均衡型染色体の惹起に関与する分子を明らかにすべく、ゲノム安定性に関与する分子に着目し、その異常がIn/+から派生する不均衡型染色体に与える影響を評価する。最終的に、関与分子をin vivo電気穿孔法で一過性に強制発現することで不均衡型染色体の抑制効果を検討し、In/+に対する治療基盤の構築に貢献することを目的とする。2018年度は、In/+モデルマウスの開発に関する研究を行なった。電気穿孔法を用いたゲノム編集技術により染色体逆位を誘発する手法を開発し、数Mbの逆位を有するマウス系統を得た(Iwata et al., submitted 2019)。さらに、近交系マウスのNGS解析によりMb単位の逆位染色体を同定した。また、ゲノム安定性の異常がIn/+マウスの不均衡型染色体の派生へ及ぼす影響を解析するために、ゲノム不安定性により染色体構造異常を惹起するリスク分子のノックアウト系統を複数樹立した。2018年度は、検討を続けてきた電気穿孔法を用いたゲノム編集技術による染色体改変法を立ち上げることができ、その成果を学術誌に投稿することが出来た。また、NGS解析により、今後の解析に有用な逆位染色体を近交系マウスから同定した。さらに、ゲノム不安定性により染色体構造異常を惹起するリスク分子のノックアウト系統も複数樹立しており、次年度以降に解析を進める予定である。2018年度得られた逆位系統およびゲノム不安定性により染色体構造異常を惹起するリスク分子のノックアウト系統を用いることにより、In/+マウスにおける不均衡型染色体の派生に及ぼす影響を遺伝学的に解析し、不均衡型染色体の派生に与える影響を評価する。また、ゲノム編集技術を用いて不均衡型染色体を蛍光標識できるIn/+モデルマウスの樹立にも取り組みたいと考えている。2018年度の実験が効率よく進んだ結果、消耗品の支出が予定より少額となり物品費を繰越すこととなった。
石英ガラスを型材とする紫外線レーザによるガラスの微細ホットエンボス加工の研究

本研究は,型材料に石英ガラスを用い、成形材料を石英よりも低軟化点・低融点のガラスを対象とした微細ホットエンボス加工技術の開発を目的とする.線膨張係数の小さい石英ガラスを型材料に用いて熱膨張による誤差を低減し、レーザを利用して型を透過して直接成形材料の加熱を可能とする.まず,ガラスの微細転写特性を調べるために,FIBを用いてGCに深さ200nmの溝形状を製作し,低融点ガラスの微細転写実験を行った.その結果,プレス温度として,ガラスの屈伏点よりもやや高い温度を採用すれば割れや融着の問題なく転写可能であることがわかった.なお,プレス圧力としては3MPa程度,プレス時間は30秒程度において,最も良好な転写結果が得られることがわかった.次に,FIBを用いて石英ガラスに深さ300nmの溝形状を製作し,全体加熱による低融点ガラスの微細転写実験を行った.その結果,プレス温度を高く設定しすぎた場合にはガラスの融着が,プレス圧力を高くしすぎた場合にはガラスの割れがGC型の場合よりも起こりやすいことがわかった.しかしながら,プレス温度を屈伏点よりもやや高く,プレス圧力を2.8MPa程度に設定すれば割れや融着の問題なく転写可能であることが示された.最後に,UVレーザ(波長355nm)による局所加熱による微細転写加工を行った.レーザの焦点を転写面から数mm程度ずらし,さらに,発振エネルギを15μJ程度に下げた場合に限り,ガラス面に転写が可能であることが示された.これにより,当初提案した加工方法が可能であることを実証できた.しかし,精度の良い溝形状は加工できなかった.これは,レーザのエネルギ密度分布が原因であることが推察された.今後,レーザ波長やエネルギ分布,型への吸収材の塗布などでこの問題の解決を図る.本研究は,型材料に石英ガラスを用い、成形材料を石英よりも低軟化点・低融点のガラスを対象とした微細ホットエンボス加工技術の開発を目的とする.線膨張係数の小さい石英ガラスを型材料に用いて熱膨張による誤差を低減し、レーザを利用して型を透過して直接成形材料の加熱を可能とする。目標とする成形品の、サイズのオーダをミクロンからサブミクロンに設定し,これを歩留まりよく大量に転写することを試みる.初年度である今年は,まず,本加工法の中核をなすUVレーザの熱エネルギー特性について詳細に検討を行った.具体的には,UVレーザをガラスに照射した直後からの熱伝播モデルを構築し,シミュレーションを行った.熱伝播モデルの妥当性の検証は十分ではないが,次年度予定しているエンボス加工機の仕様策定を行ううえで必要な情報を抽出することが可能となった.次に,焦点位置,周波数,照射エネルギー,送り速度などを加工条件として変化させながら,UVレーザの加工特性を実験的に獲得した.この実験結果をもとに,UVレーザの加工モデルを構築し,UVレーザの加工特性をシミュレーション可能とした.焦点極近傍では加工特性が不安定になり制御性がよくないこと,焦点よりずらすことによって制御性の向上とともにクラック生成を抑制できることも分かった.実験の結果を踏まえて,UVレーザによって創成可能な形状について検討を行った.この結果を利用すれば,創成可能な形状についてはUVレーザのみで型加工から成形加工までを一貫して行える可能性があることが分かった.本研究は,型材料に石英ガラスを用い、成形材料を石英よりも低軟化点・低融点のガラスを対象とした微細ホットエンボス加工技術の開発を目的とする.線膨張係数の小さい石英ガラスを型材料に用いて熱膨張による誤差を低減し、レーザを利用して型を透過して直接成形材料の加熱を可能とする。目標とする成形品のサイズのオーダをミクロンからサブミクロンに設定し,これを歩留まりよく大量に転写することを試みる.第2年度である今年は,まず,昨年度構築したUVレーザの熱伝播モデルに基づいた石英ガラスのクラックレス加工方法について検討を行った。これは、UVレーザによる一貫加工を念頭に、石英ガラス型をUVレーザで創成するための基礎技術となる。熱伝播モデルに基づいた石英ガラスのクラック発生機構のシミュレーションモデルを構築し、実験により妥当性を検証した。この結果に基づいて、1パルスあたりの照射エネルギを抑えつつ残留熱によるクラック抑制効果を利用することによってクラックレス加工が可能となった。型創成技術としてFIB加工技術や遊離砥粒と振動工具を用いた加工法についても検討した。これは上記UVレーザ加工法では加工面粗度が十分ではないことを踏まえ検討したものである。FIBに関しては、直径120μmの円柱型や直径20μmの球面レンズ型の創成に成功した。これらの表面粗度は約3.15nmRaでレンズ用金型としては十分な精度であることを確認した。型加熱方法として、UVレーザによる加熱方法とキセノンランプによる加熱方法を検討した。UVレーザの場合には数μm程度に、キセノンランプの場合には10mm程度まで集光可能である。加熱対象によって使い分ける必要がある。いずれの場合も、光吸収熱変換のプロセスが必要となる。そのために、型面に特殊な処理を施して光吸収熱変換のプロセスを起こさせる基本的な考え方を構築した。

本研究は,型材料に石英ガラスを用い、成形材料を石英よりも低軟化点・低融点のガラスを対象とした微細ホットエンボス加工技術の開発を目的とする.線膨張係数の小さい石英ガラスを型材料に用いて熱膨張による誤差を低減し、レーザを利用して型を透過して直接成形材料の加熱を可能とする.まず,ガラスの微細転写特性を調べるために,FIBを用いてGCに深さ200nmの溝形状を製作し,低融点ガラスの微細転写実験を行った.その結果,プレス温度として,ガラスの屈伏点よりもやや高い温度を採用すれば割れや融着の問題なく転写可能であることがわかった.なお,プレス圧力としては3MPa程度,プレス時間は30秒程度において,最も良好な転写結果が得られることがわかった.次に,FIBを用いて石英ガラスに深さ300nmの溝形状を製作し,全体加熱による低融点ガラスの微細転写実験を行った.その結果,プレス温度を高く設定しすぎた場合にはガラスの融着が,プレス圧力を高くしすぎた場合にはガラスの割れがGC型の場合よりも起こりやすいことがわかった.しかしながら,プレス温度を屈伏点よりもやや高く,プレス圧力を2.8MPa程度に設定すれば割れや融着の問題なく転写可能であることが示された.最後に,UVレーザ(波長355nm)による局所加熱による微細転写加工を行った.レーザの焦点を転写面から数mm程度ずらし,さらに,発振エネルギを15μJ程度に下げた場合に限り,ガラス面に転写が可能であることが示された.これにより,当初提案した加工方法が可能であることを実証できた.しかし,精度の良い溝形状は加工できなかった.これは,レーザのエネルギ密度分布が原因であることが推察された.今後,レーザ波長やエネルギ分布,型への吸収材の塗布などでこの問題の解決を図る.