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小児の朝型・夜型傾向とう蝕発生：生活習慣調査と遺伝子発現解析

生活習慣の乱れはリズム障害を引き起こし、さらには様々な疾患のリスクを高めると考えられる。本研究は生活リズムがう蝕発症に及ぼす影響を明らかにする目的で行った。16歳以下の小児に対し記録用紙を配布した調査により、夕食の時刻および就寝時刻が遅い子ほどう蝕が多い結果が得られた。唾液中ミュータンスレンサ球菌数を定量すると、遅い時間帯ほど菌数が多く、う蝕発生リスクが時刻に依存して変化することが示された。以上の結果を日本小児歯科学会にて発表した。また英文学術雑誌に投稿すべく現在論文を執筆中である。今後は今回得られたデータを患者さんや歯科医療関係者をはじめ広く社会に伝えていきたい。ヒトを含む多くの生物の生理機能には環境の24時間周期の変動に適応するための概日リズム、すなわち内因性の24時間周期のリズムが存在する。概日リズムは睡眠覚醒や食事のタイミングなどの生活習慣により調節することが可能であり、適切な生活リズムは身体の生理機能の発揮に必要であると思われる。ヒトに常在する細菌にも概日リズムを示し、細菌-宿主関係も一日のうちの時刻により変化するものと予想される。本研究は小児期の生活習慣がう蝕発生に及ぼす影響を調査するとともに、唾液成分の分析によりう蝕発生の時刻依存性を調べるために行った。前年度に引き続き、北海道大学病院小児歯科外来に通院中の16歳以下の患者に記録を依頼した生活習慣をう蝕の発生状況と比較した。被験者を歯の萌出状況に応じて分類し、乳歯列期(ヘルマンの歯齢IIAおよびIIC期)および永久歯列期(同IIICおよびIVA期)のデータを解析した。その結果、乳歯列期において夕食時刻、夕食時刻のばらつき、就寝時刻の3要因とう蝕発生数の間に有意な相関が示された。また間食回数とう蝕発生の正の相関も確認した。永久歯列期においても夕食のばらつきとう蝕発生の間に有意な相関が示された。研究代表者の過去の動物を用いた研究により発達期は概日リズムの攪乱を受けやすいことが示されており、小児期の生活習慣の乱れがう蝕発生につながった可能性を示唆している。以上の結果は平成25年日本小児歯科学会大会にて報告した。次に生活習慣の変化がなぜう蝕発生に影響するかを調べるために、唾液中ミュータンスレンサ球菌数の日内変動を検討した。予備実験において知人の子供を被験者とし、様々な時刻に採取してもらった唾液中のミュータンス菌数を測定したところ、明瞭な変動を示した。病院の自主臨床研究審査委員会の承認をすでに受け、現在患者の唾液サンプルを収集している。小児期における夜型の生活習慣は睡眠障害のみならず、う蝕の発生も誘発すると考えられる。本研究の目的はこの仮説を生活習慣記録用紙による就寝・起床・食事時刻の調査、および唾液中の物質の解析により証明することである。平成24年度は、所属大学の大学病院における自主臨床研究審査委員会からの研究計画の承認を受け、同病院小児歯科外来に通院中の患者に生活習慣記録用紙を配布、記録を依頼した。平成24年3月末日現在、計142人の患者より有効な回答を得、統計学的に十分な数のデータがすでに集まっている。生活習慣調査の結果と病院のカルテから得られたう蝕経験歯数の分析から、睡眠時間帯、夕食時刻、就寝時刻、間食の回数とう蝕経験歯数の間に有意な相関が認められた。このうち睡眠時間帯、夕食・就寝時刻との関連は過去に報告がなく、本研究において初めて明らかになった。近年、睡眠習慣が健康に与える影響や食育の重要性が強調されているが、本研究の結果から夜型の生活習慣が発達期の口腔環境に与える影響についての新しいエビデンスが得られた。生活習慣調査の結果を受けて24年度後半より、夜型の生活習慣がどのような機序でう蝕発生リスクを高めるのかを調べるために唾液中の物質の解析をスタートさせた。はじめに内因性のリズムの指標であるコルチゾル量の変動を測定した。しかし、唾液コルチゾル量は同一被験者においても測定日によるばらつきが大きく、再現性が低かった。現在別の物質の日内変動を測定する予備実験を行っており、大学病院の臨床研究申請の準備中である。これらの結果は本年5月の日本小児歯科学会で発表する予定である。ホルモンや唾液分泌、免疫など多くの生理機能には約24時間周期の概日リズムが存在する。近年の研究により概日リズムは食事や睡眠のタイミングなど生活習慣によって調節することが可能であることが示されている。一方で夜間の間食や不規則な睡眠習慣はう蝕など口腔疾患発症につながると経験的に考えられているが明確なエビデンスはない。本研究は生活習慣、特に生活リズムがう蝕発症に及ぼす影響を明らかにする目的で行った。

生活習慣とう蝕の関連調査として大学病院小児歯科外来にて16歳以下の小児に対し記録用紙を配布し、一週間の起床・就寝・食事の時刻を記録してもらった。この記録と口腔内のう蝕罹患歯数との相関を解析したところ、夕食の時刻および就寝時刻が遅い子ほどう蝕が多い結果が得られた。次に生活習慣がう蝕発生につながるメカニズムを解明するため、唾液中ミュータンスレンサ球菌数の一日の時刻に依存した変動を解析した。小児および保護者に説明のうえ採取器具を渡し、自宅にて夕食後から就寝までの間の唾液を一時間おきに採取、宅配便にて研究室に送付してもらった。結果、遅い時間帯ほど唾液中ミュータンスレンサ球菌数が多く、う蝕発生リスクが時刻に依存して変化することが示された。以上の結果の一部は平成25年日本小児歯科学会大会にて発表し、27年大会においても残りのデータを発表予定である。また英文学術雑誌に投稿すべく現在論文を執筆中である。今後は今回得られたデータを患者さんや歯科医療関係者をはじめ広く社会に伝えていきたい。小児歯科学研究を実施している大学病院歯科診療センターの改修工事の影響もあり、被験者を集めるために時間を要したため平成26年度への繰越を申請したが、実験自体は順調に進展している。生活習慣記録はすでに十分な例数を得ており、収集を終了している。研究は当初の申請通り、初年度中に生活習慣記録用紙による調査を終え、初年度後半より唾液分析を開始した。唾液コルチゾルの測定は再現性が良くなかったため測定する物質を変更したが、研究目的の達成において支障はなく、おおむね順調に進展している。平成26年度は唾液成分検査を行い生活習慣とう蝕発生が相関を示す生理的機序の解明を行う。検査の手法はすでに確立し、病院の臨床研究申請も受理されたため、本年度の早い段階で実験を終了し、結果を公表できると思われる。昨年度後半から引き続き、唾液分析を行う。現在研究室スタッフの唾液を午前8時から4時間おきに翌日午前4時まで採取し、う蝕発生に影響を及ぼすと考えられる物質で、日内変動のあるものを探索している。現在、う蝕リスクを調べるためのキットが多数入手可能であり、それらの多くは操作が簡便であるため、外来で被験者に操作方法を指導することにより、家庭に持ち帰っての測定が可能である。測定する物質が決定次第、大学の自主臨床研究審査委員会に追加申請を行い、学校が夏休みの時期に調査を実施する予定である。調査は昨年度の生活習慣調査に協力した患者の中から、朝型・夜型のものをそれぞれ20名選出し、測定器具を渡し8時から20時まで4時間おきに測定を依頼する。次回来院時に持参または宅配便によりサンプルを回収する。夏休み終了後にすべてのサンプルを同時に測定する。20時から8時までの夜間の時点は被験者が小児であるため負担が大きく、測定は行わない。8時から20時までのデータをコサインカーブにフィッティングすることにより一日のリズムを推定する。実験及び解析を秋までに終了し、その後学会発表、論文投稿する。論文が受理された後に、得られた知見を元に患者、および広く社会に向けたパンフレットを作成し、口腔健康指導に役立てる。また、所属機関が開催する市民向けのセミナーを利用して成果を公表する。
光異性化反応による水素結合制御型ソフトリソグラフィー

ヘモグロビンの代謝物であるビリルビンの光反応を,工業的な画像複製技術であるリソグラフィープロセスへ応用した。反応活性種の発生しない光異性化反応によってビリルビン分子内の水素結合を解き,これに基づきビリルビン薄膜がほぼ中性の水に近い現像条件など穏やかな条件でポジ型の光パターニングができることを明らかにした。ビリルビンの光異性化反応を用いた穏やかなフォトリソグラフィープロセスの可能性を探ることを,本研究の目的とし,本年度の主な課題である薄膜において分子内水素結合の光制御によるフォトリソグラフィーは可能か?について成膜方法や緩衝溶液による現像条件を検討した後,以下の結果を得た。1.窒素下と空気下のビリルビン薄膜の光反応をフーリエ赤外吸収スペクトロフォトメーター,高速液体クロマトグラフィー装置などにより追跡し,窒素下ではビリルビン分子の光異性化とそれに引き続く水素結合の解離のみが起きることを確かめ,この研究課題の概念の基本的実証がなされた。2.空気下では,光異性化とともに光酸化反応が起きていることがこれらの観測から推測され,これらは,これまで膜中では明らかにされていなかった反応である。3.どちらの場合も光パターニングが可能であるが,従来の密着露光の条件(減圧下)では窒素下の条件に近く,従来の技術でもこの機構によるパターニングが簡単に応用可能と位置づけられる。4.また,この反応プロセスによりセルロースなどの上にも光パターニングが可能であることを示した。ビリルビン薄膜では,感度が実用的なリソグラフィー材料よりも3桁以上低いことが明らかになったので,次の主課題である分子内水素結合の光制御のプロセスには,有機工業材料として有用な特長を見出せるのか?に向かっては,酵素や生体材料の直接光パターニングの検証などとともに分子間水素結合の制御による化学増幅の機構や増感機構を取り入れる必要性が明確になった。ビリルビンの光異性化反応を用いた穏やかなフォトリソグラフィープロセスの探索を目的とし,昨年度には,ビリルビン薄膜の分子内水素結合の光制御がフォトリソグラフィー技術となり得ることが実証された。本年度は,有機工業材料としての有用性を見出すことを目的とし,特にプロセス上の材料設計の最も注力すべき課題として感度向上の方法について研究した。1.水素結合部位の光異性化を促進するための手法としてアミン類の添加による効果に着目した。トリエチルアミンを添加したどリルビン薄膜について感度(パターニングができる最小エネルギー)の測定をしたところ,約1.25倍向上することを見出した。これについて赤外吸収スペクトルなどの解析からアミン類の添加によってビリルビンの分子内水素結合部位が影響を受け,光異性化効率が上がっているものと考えられる。これによって光感度向上の手法のひとつが得られた。2.しかしながら,実用レベルの光パターニング材料の感度よりはかなり低く,100倍以上の感度向上が必要であり,増感反応との併用や化学増幅の機構の導入が必要である。したがって,当初計画していたビリルビン薄膜の溶解性変化の反応中心の解明からのモデル的なオリゴマーの材料設計の段階には至らなかった。3.アミン類添加したビリルビン薄膜においても,可視光照射によりシリコンウエハー上にポジ型の微細パターンを形成することができ,解像度などの評価を行った。この場合の現像も中性に近いpH7.4の緩衝溶液を用いた穏やかな条件でできることから,この技術が生体物質などと適応性が良いことが示された。
大規模代謝シミュレーションシステムの開発

本研究では、植物の大規模代謝シミュレーションシステムの開発を目指した。実験値から代謝の絶対定量データが得られないという前提のもと、遺伝的アルゴリズム(GA)の一つである分散遺伝的アルゴリズム(DGA)を用いた、計算のためのパラメータを推定するアルゴリズムの実装と、大規模クラスタ計算機環境での実行を可能とするシステムの実装を行った。これらの実装の後、GAを用いた代謝データの再現計算(Plant Cell Physiol, 54:728-739 (2013))と同様に、モデル植物シロイヌナズナの代謝実験データ(代謝物数268、計測時間数11)の再現計算を行なった。まず、質量分析データを元に、異なる2つの状態の変化をPCA解析により定義した。これは植物体の培養の前半、後半と対応する。これらの期間中に統計的に有意に変化した代謝物のリストを用いて、代謝経路データベースAraCycに登録されているデータから、サブネットワークを抽出した。次に、開発したシミュレータによって、このサブネットワークと実験データを入力として、各代謝物の初期濃度と、各反応の実験前半と後半の計2セット分の反応係数との計171個のパラメータを推定した。それらのパラメータを用いてシミュレーションを行い、代謝実験を再現した。シミュレーションの結果と実験の結果がどれだけ近いかを評価する適応度を定義し、GAとDGAそれぞれを用いた場合のシミュレーション結果を適応度によって評価した。その結果、DGAを用いた場合、GAを用いた場合よりも実験の再現度が高い傾向にあることがわかった。また、植物体培養の前半と後半で、代謝ネットワーク内において有意に速度が変化した反応を選択したところ、選ばれた反応は代謝ネットワーク内に存在する反応のうちのごく一部であることがわかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。
汽水湖・中海の浚渫跡窪地に集積した浮泥の分解及び不活化

島根・鳥取両県にまたがる汽水湖中海の浚渫跡地では栄養塩類の溶出や青潮の発生等により水質汚濁の新たな発生源となっている。この原因として浚渫跡地内に集積した浮泥(底泥-海水境界層近傍に存在する底泥)が揚げられ、現在その処理・処分が重要な課題の一つである。本年度は、浮泥の含水比、粒度、強熱減量及び色相等を測定し、また走査型電子顕微鏡(SEM)による浮泥の観察を行い、その基本的特性について検討した。調査地点は中海米子湾彦名干拓沖の浚渫跡地(650×350、水深16m)及び比較として浚渫跡地外(水深8m)を選んだ。浚渫跡地内の水質は水深46mで塩分躍層が認められ、その躍層でDOが20%と急激に低下し、水深16mでは0%となった。浚渫跡地外では浚渫跡地内と同様に塩分躍層が認められたが、底層のDOは10%であった。浚跡地内の浮泥は含水比;約700%、強熱減量;約22%、平均粒径10u m、Eh;-170mVであり、これに対して浚渫跡地外の浮泥は含水比が約350%、強熱減量が約16%、平均粒径20u m、Eh;×20mVであった。また、色相は、浚渫跡地内では底泥表層から15cm、浚渫跡地外では約5cmまでが黒色を呈していた。SEMによる浮泥の観察結果から、浚渫跡地内の浮泥は珪藻のデトライタスで占められ、その優占種は中海で頻繁に発生する赤潮藻類のSkeletonema sp.であった。浚渫跡地外の浮泥は、珪藻のデトライタスの他鉱物粒子も多く見られた。これらの結果から、浚渫跡地内の浮泥は、浚渫跡地外と比較して平均粒経は小さく、強熱減量、含水比共に大きく、還元的状態が強いことがわかった。
食事中の亜硝酸／硝酸の不足にて生じる代謝症候群の分子機構の解明と新規治療法の開発

本研究では、食餌中の亜硝酸塩/硝酸塩(NOx)の長期の不足が代謝症候群を引き起こすという仮説をマウスにおいて検証した。この目的のために、通常食とL-アルギニン、脂質、炭水化物、蛋白質、カロリー含有量が同一の低NOx食を作製し、野生型マウスに長期投与した。その結果、低NOx食3ヶ月投与は、内臓脂肪蓄積、高脂血症、耐糖能異常を引き起こし、18ヶ月投与は、高血圧、インスリン抵抗性、内皮機能不全を招き、22ヶ月投与は急性心筋梗塞死を含めた心血管死を誘発した。このことから、本研究は、食餌中NOxの長期不足はマウスに代謝症候群を惹起することを見出し、外因性NO産生系の病因的役割を初めて明らかにした。本研究では、野生型マウスに低nitrite/nitrate食を長期投与すると、代謝症候群(内臓肥満、糖代謝異常、インスリン抵抗性、血中脂質異常)を発症することをすでに発見している。昨年度の実験では、低nitrite/nitrate食を長期投与群と通常食群で血液中の炎症性サイトカインやアディポネクチン、脂肪組織中の内皮型NO合成酵素(eNOS)発現を調べた。その結果、低nitrite/nitrate食群で著明な肥満が見られるが炎症は起こっていなかった。これは、脂肪組織中の炎症性サイトカインのメッセンジャーRNAレベルをリアルタイムPCRで調べても同じであった。また、脂肪組織中のeNOS発現は低nitrite/nitrate食群で有意に低下していた。さらに、血漿中アディポネクチンは低nitrite/nitrate食群で有意に低下していた。これは、脂肪組織から分泌されるAdiponectinやeNOSが外因性(食事性)NO産生系からのNO供給低下により惹起される代謝症候群の機序に一部、関与していることが示唆された。また、低nitrite/nitrate食群にnitrateを投与すると、耐糖能異常およびインスリン抵抗性の改善が認められた。このことから、ほうれん草やレタス、ブロッコリーなどの緑葉野菜に多く含まれる、硝酸塩(nitrate)の有用性が示唆される。現在、低nitrite/nitrate食の長期投与が終了し、実験に必要な匹数およびサンプル数が整い、実験も順調に進行しているため。本研究では、通常食とL-アルギニン含有量が等しく、蛋白質、炭水化物、脂質からのカロリー摂取量が同じである低NOx食を作成した。この低NOx食を野生型マウスに長期投与すると、メタボリックシンドローム様の病態(内臓肥満、糖代謝異常、血中脂質異常)が生じることを発見している。昨年度は、機序の解明に関する実験および、低NOx食を1年以上長期投与し、低NOx食群の生存率を検討した。機序の解明において、低NOx食が食餌中NOx低下により起こっているのかを確認するために、低NOx食と同時にsodium nitrateを飲水負荷した。その結果、低NOx食投与群で生じたメタボリックシンドローム様の病態がsodium nitrateの投与で改善した。次に、western blot法を用い、内臓脂肪組織のeNOSおよびadiponectin発現を調べたところ、通常食群に比べて低NOx食群で有意に発現低下していた。また、次世代シーケンサーを用いて腸内細菌叢を解析した結果、低NOx食群で腸内細菌叢の多様性が低下していた。さらに、adiponectin発現に影響する因子として、PPAR-γ、AMPKおよびリン酸化AMPKの発現レベルを調べたところ、通常食群に比して、低NOx食群で有意に発現低下を認めた。生存実験に関して、22ヶ月間の低NOx食投与は、通常食群に比して、有意に生存率を低下させた。また、低NOx食群のマウスに内皮機能不全を認め、病理組織学的検討を行ったところ、心筋梗塞や心筋線維化、冠状動脈血管周囲の線維化が認められ、心血管死が疑われた。本研究では、食餌中の亜硝酸塩/硝酸塩が長期に不足するとマウスに代謝症候群、内皮機能不全、および心血管死が引き起こされることを見出し、外因性NO産生系の病因的役割を初めて明らかにした。今後は、低nitrite/nitrate食およびnitrateを投与したマウスのサンプルを用いて、NOS蛋白発現やアディポネクチンを検討し、引き続き、低nitrite/nitrate食長期投与により惹起される代謝性症候群の機序の検討を行う予定である。さらに、摘出したマウス生体サンプルから、UCP-1、Sirt-1、ppar-γ、p-AMPKなどをウェスタンブロット法で検討する。また、マウスの腸内細菌叢の変化を検討するため、盲腸内容物からDNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いて解析する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
複素解析学と関連分野の研究

1.交付申請書の「研究目的」に記載した目的のうち3番目の目的に関する結果を発表(発表予定)したのが[1]および[2]である。[1]はFuchs群に関するJorgensen数の最小値を求め、最小値を与える群を決定したものである。[2]は一般のKlein群GのJorgensen数J(G)(J(G)は必ず1以上)に関する結果で、J(G)が最小となるKlein群の例を系統的に求めたものである。その例の中には有名なPicard群やmodulan群も含まれている。「研究の目的」で記載した1番目及び2番目の目的に関しては発表する段階までに至らなかったが、それらに関してはほぼ完成しており近々投稿を予定している。この結果によりreal typeの2-generator groupが離散群(Klein群)であるための条件を生成元のmultipliersと生成元の固定点の非調和比をパラメータとする方程式(不等式)により表することができ、今後与えられたreal typeの群が離散群であることを判定するアルゴリズムも可能となるであろう。最近微分幾何学でも高次元のKlein群の研究が始まり、その代表として高次元のSchottky群に関心が集まっている。この意味においてもreal typeのSchottky空間の形状の決定及びその境界様相を明らかにすることは重要であると思われる。更に、このタイプのSchottky群のlimit setのハウスドルフ次元の最大値を決定することは極めて興味あるテーマであろう。2.研究業績[4]は非可算個の位相空間の族に対して定義された〓〓積はどれも遺伝的正規空間になりえないし、また遺伝的w_1ーパラコンパクトにもならないことを示した。[5]は非ペンテイス集合のマーチンゲールによる特徴付けを与えたものであり、[3]はデデキント和の符号問題に関する結果である。また、[6]は一般化されたKacーMoody algebraに関する結果で、将来の発展が期待されるものである。
外的ストレスによって誘導される組換え蛋白質群の二本鎖DNA切断修復機能の解析

我々は、大腸菌ファージλによる非相同的組換え測定系を利用してDNAの再編成を観察し、DNAの二本鎖切断の起こる機構の解析を行った。まず、紫外線により誘導される組換え体ファージの解析を行い、約半分のファージの組換えが組換え高発部位(ホットスポット)で起きていることを見いだした。そして、その近傍に反復配列が存在することから、DNA損傷が反復配列間のスリッページを引き起こし、二本鎖切断に至ると考え、「反復配列に依存する二本鎖切断モデル」を提唱した。さらに、もう一つの二本鎖切断機構としてDNAトポイソメラーゼに依存するものがあると考え、外的ストレスなしにDNAの切断を引き起こすDNAジャイレースやDNAトポイソメラーゼの変異株を単離することに成功した。これらの酵素によるDNAの切断は、DNAの損傷や反復配列のないところで起き、組換え部位も異なるので、別の切断機構によって起こると考えられる。大腸菌のSOS機能の一つとして知られているRecQ蛋白質(3'→5'DNAヘリカーゼ)の機能を解析するために、recQ変異株における非相同的組換えの頻度を測定した。その結果、紫外線照射の有無にかかわらず、組換えが3倍から30倍に増大した。RecQ蛋白質は、紫外線や自然に生成したDNA損傷によって誘導される組換えの起こりやすいDNA構造を元に戻すことによって、非相同的組換えを抑制すると考えられる。最近、ブルーム症候群の原因遺伝子がrecQホモログであることが分かり、ブルーム症候群の患者において染色体異常が起こりやすいという症例と今回の我々の成果とは整合性があることが分かった。従って、今回のrecQ遺伝子の解析の成果は、真核生物のRecQの機能の解析にも役に立つと考えられる。
中空鋼製橋脚柱のコンクリート充填による耐震補強工法での耐力上昇の抑制法

既設鋼製橋脚の中空鋼製柱の耐震補強の1つであるCFT化では,柱の変形能向上とともに,必ずしも望ましくない耐力上昇をもたらす.既設構造では基礎の補強が困難であるので,基礎の耐力がCFT化で上昇した柱の耐力を下回り,地震時に基礎の損傷が先行する可能性がある.その解決策として,充填コンクリートに中間弱層を導入して2相構造とすることを検討する.平成30年度は,この中間弱層の導入効果を数値解析により検討,確認を行った.その結果,載荷初期ではほぼ無充填橋脚と同様の履歴曲線を描く一方,中間弱層が潰れ充填コンクリートに大きな圧縮力が生じるとCFT柱同様に局部座屈の進行が抑制され,耐力が再上昇にCFT柱と同様の耐力へ近づくことが明らかとなった.これを踏まえ,中間弱層の層厚をパラメータとしてパラメトリック解析を実施した結果,層厚が厚いほど充填コンクリートへ圧縮力が伝達され,耐力の再上昇が生じるタイミングが遅くなることがわかった.したがって,無充填橋脚のような大幅な耐力低下が生じない範囲で,CFT柱同様の耐力上昇をできるだけ遅らせるような層厚を適切に設定することが重要であることが判明した.平成30年度では,中間弱層導入による耐力上昇抑制効果を数値解析により検討,確認した.対象とする橋脚形状としては,円形断面および補剛矩形断面鋼製橋脚の2種類を対象とした.研究代表者の既往の研究でのCFT柱の精緻解析モデルと同様に,鋼柱は多軸繰り返し荷重下での履歴挙動が表現できる三曲面モデルを与えたシェル要素とし,充填コンクリートは損傷塑性モデルによるソリッド要素にひび割れが生じる断面に離散ひび割れを導入し,各界面には接触対により接触・離間挙動を表せるようにした.このモデルに中間弱層を表現する非線形ばね要素を導入することで,その中間弱層導入効果を評価した.その結果,「研究実績の概要」で述べたように,中間弱層の層厚が鋼製橋脚の履歴挙動を決定する主要な支配要因となり得ることが明らかとなった.この数値解析による検討を踏まえ,平成31年度(令和元年度)に予定してしている繰り返し載荷実験に用いる橋脚縮小模型の設計を行った.CFT柱では変形能が大幅に向上することから,保有する試験装置の載荷能力の制限,特に載荷可能変位を考慮して柱高さを比較的低く設定するものとした.また,中間弱層の材料の選定および特性の把握のための圧縮試験を実施した.ここでは,材料が潰れるまでは伝達圧縮力が非常に小さいものを選定し,実験時の施工性も考慮して,段ボールとスチレンボードの2種類について検討した.いずれの材料も初期厚さの20%程度になると大きな伝達力が生じることが把握できた.令和元年度では,これまでの数値解析結果を踏まえ,まず,橋脚縮小模型による載荷実験により中間弱層の導入効果を検討する.実験としては,円形断面橋脚,補剛矩形断面橋脚それぞれについて,無充填,通常のCFT(コンクリート充填),中間弱層導入の各1体について実験を実施し,特に耐力再上昇前の耐力低下量,耐力再上昇後の耐力上昇量の2点に着目して,検討を行う.なお,中間弱層の層厚や位置は平成30年度実施の数値解析で最適と判断される値とする.実験結果を踏まえ,下記のフィードバックを行う.1.数値解析モデルのキャリブレーション:実験で得られた履歴曲線や変形状態からそれを再現するよう,鋼材,コンクリート,中間弱層の材料モデルをキャリブレーションし,より実験結果を再現するようモデルのブラッシュアップを行う.2.中間弱層の特性の最適化:実験結果を踏まえ,より適切な中間弱層の諸元について検討を行う.ここでは,層厚や位置だけでなく,橋脚の履歴挙動から今回検討した以外の材料がふさわしいと判断される場合には新たに検討対象の材料を追加することも考える.既設鋼製橋脚の中空鋼製柱の耐震補強の1つであるCFT化では,柱の変形能向上とともに,必ずしも望ましくない耐力上昇をもたらす.既設構造では基礎の補強が困難であるので,基礎の耐力がCFT化で上昇した柱の耐力を下回り,地震時に基礎の損傷が先行する可能性がある.その解決策として,充填コンクリートに中間弱層を導入して2相構造とすることを検討する.平成30年度は,この中間弱層の導入効果を数値解析により検討,確認を行った.その結果,載荷初期ではほぼ無充填橋脚と同様の履歴曲線を描く一方,中間弱層が潰れ充填コンクリートに大きな圧縮力が生じるとCFT柱同様に局部座屈の進行が抑制され,耐力が再上昇にCFT柱と同様の耐力へ近づくことが明らかとなった.これを踏まえ,中間弱層の層厚をパラメータとしてパラメトリック解析を実施した結果,層厚が厚いほど充填コンクリートへ圧縮力が伝達され,耐力の再上昇が生じるタイミングが遅くなることがわかった.したがって,無充填橋脚のような大幅な耐力低下が生じない範囲で,CFT柱同様の耐力上昇をできるだけ遅らせるような層厚を適切に設定することが重要であることが判明した.

平成30年度では,中間弱層導入による耐力上昇抑制効果を数値解析により検討,確認した.対象とする橋脚形状としては,円形断面および補剛矩形断面鋼製橋脚の2種類を対象とした.研究代表者の既往の研究でのCFT柱の精緻解析モデルと同様に,鋼柱は多軸繰り返し荷重下での履歴挙動が表現できる三曲面モデルを与えたシェル要素とし,充填コンクリートは損傷塑性モデルによるソリッド要素にひび割れが生じる断面に離散ひび割れを導入し,各界面には接触対により接触・離間挙動を表せるようにした.このモデルに中間弱層を表現する非線形ばね要素を導入することで,その中間弱層導入効果を評価した.その結果,「研究実績の概要」で述べたように,中間弱層の層厚が鋼製橋脚の履歴挙動を決定する主要な支配要因となり得ることが明らかとなった.この数値解析による検討を踏まえ,平成31年度(令和元年度)に予定してしている繰り返し載荷実験に用いる橋脚縮小模型の設計を行った.CFT柱では変形能が大幅に向上することから,保有する試験装置の載荷能力の制限,特に載荷可能変位を考慮して柱高さを比較的低く設定するものとした.また,中間弱層の材料の選定および特性の把握のための圧縮試験を実施した.ここでは,材料が潰れるまでは伝達圧縮力が非常に小さいものを選定し,実験時の施工性も考慮して,段ボールとスチレンボードの2種類について検討した.いずれの材料も初期厚さの20%程度になると大きな伝達力が生じることが把握できた.令和元年度では,これまでの数値解析結果を踏まえ,まず,橋脚縮小模型による載荷実験により中間弱層の導入効果を検討する.実験としては,円形断面橋脚,補剛矩形断面橋脚それぞれについて,無充填,通常のCFT(コンクリート充填),中間弱層導入の各1体について実験を実施し,特に耐力再上昇前の耐力低下量,耐力再上昇後の耐力上昇量の2点に着目して,検討を行う.なお,中間弱層の層厚や位置は平成30年度実施の数値解析で最適と判断される値とする.実験結果を踏まえ,下記のフィードバックを行う.1.数値解析モデルのキャリブレーション:実験で得られた履歴曲線や変形状態からそれを再現するよう,鋼材,コンクリート,中間弱層の材料モデルをキャリブレーションし,より実験結果を再現するようモデルのブラッシュアップを行う.2.中間弱層の特性の最適化:実験結果を踏まえ,より適切な中間弱層の諸元について検討を行う.ここでは,層厚や位置だけでなく,橋脚の履歴挙動から今回検討した以外の材料がふさわしいと判断される場合には新たに検討対象の材料を追加することも考える.当該年度(平成30年度)の当初所要額の97%程度を使用しており,ほぼ予定していた執行金額となっている.残額=次年度使用額は供試体製作費の一部に充てるよていである.
人間とロボットで共有する感覚行動情報の生成と獲得に関する研究

本研究は、人間機械系の協調を実現するために人間とロボット、並びにロボット同士で共有できる感覚と行動情報を生成・獲得し、非明示的な意志の疎通を図る機構の構成に関するものである。本年度は、ロボットの行動系として、同期・引き込み行動、ヒステリシス的な行動、強化学習による確率的探索行動の他、シナップス学習に遺伝探索的アルゴリズムを組み込んだ進化的学習行動をとりあげ、これらをニューラルネットワーク等による非線形情報処理形を構成する手法の開発、及び小型移動ロボットによる実験による検証を行い、以下の成果を得た。1.リカレント・ニューラルネットワークと呼ばれる動的な神経回路網の解析に数論的な考察に基ずく新しい手法を考察し、行動リズムの同期、引き込み、記憶・再生の能力を引き出す解領域が存在することを示した。さらに、これを開発させ大規模化した場合の解領域の探索に遺伝的アルゴリズムを用いる手法の開発に進めた。2.複数のエージェントロボットの行動を協調させるタスクでは、従来の強化学習の手法では収束が極めて遅い、また耐外乱の頑強性が非常に小さいなどの限界があった。そこで、複数のロボット同士が、お互いの行動がもつリズミックな性質を同定・予測し、それに基づいて最適行動をとらせる拡張型の強化学習法を新規に開発し、学習の収束性が著しく向上することを示した。3.これらの成果とあわせ、次のターゲットとして、進化的手法を取り入れた行動ネットワークの設計法の検討に着手すると同時に、様々な状況に依存して得られた行動ルールを多様化し、未知の人間環境下に出会った時に備えた行動形態をとれ、さらにそれを継承できる知能システムの構成について展望した。
可積分ハミルトン系の摂動と、1階非線型偏微分方程式の分岐解

Siegel-Moserの教科書「天体力学講義」(1971年刊)で扱われている,2次元円環上のツイスト写像の摂動という有名な問題がある.この問題を,円環上ではなく,単位円板DとDに作用する一次分数変換の群Gの積空間G×D上で考察したのが,今回の研究である.円環を極座標(r,S)を用いて表すとき,円環の各点(r,S)に点(r,r+S)を対応させる写像をツイスト写像というのであった.さて,2次元円環を積空間G×Dにおきかえ,その上でのツイスト写像TをT(z,a)=(a,a(z))によって導入する.Gのすべての元aに対して,Tは集合{a}×Dを不変に保ち,しかもこれらの{a}×Dの合併は全空間G×Dに一致するので,Tによって定まる力学系はG×D上の可積分系である.この研究で得られた結果は次のようなものである:aが楕円的な一次分数変換で,aの回転角がディオファントス的であれば,ツイスト写像の不変集合{a}×Dは小さな摂動に対する耐性をもつ,ただし,Gの任意の楕円的な元aは回転z→exp(ik)zと相似になるが,この実数kをaの回転角と呼んでいる.また,実数kがディオファントス的であるとは,比k/(2π)が有理数によって良い近似をもたないこと,つまり,ある正数Cとpがあって,すべての有理数x=m/nに対し,|k/(2π)-m/n|がCと1/nのp乗の積以上の大きさをもつときをいう.なお,この研究には,上に掲げた課題名のうち「ハミルトン系」も「1階偏微分方程式の分岐解」も登場しない.関係するのは「可積分系の摂動」のみであって,登場していないものは,将来の課題としてそのまま残っている.Siegel-Moserの教科書「天体力学講義」(1971年刊)で扱われている,2次元円環上のツイスト写像の摂動という有名な問題がある.この問題を,円環上ではなく,単位円板DとDに作用する一次分数変換の群Gの積空間G×D上で考察したのが,今回の研究である.円環を極座標(r,S)を用いて表すとき,円環の各点(r,S)に点(r,r+S)を対応させる写像をツイスト写像というのであった.さて,2次元円環を積空間G×Dにおきかえ,その上でのツイスト写像TをT(z,a)=(a,a(z))によって導入する.Gのすべての元aに対して,Tは集合{a}×Dを不変に保ち,しかもこれらの{a}×Dの合併は全空間G×Dに一致するので,Tによって定まる力学系はG×D上の可積分系である.この研究で得られた結果は次のようなものである:aが楕円的な一次分数変換で,aの回転角がディオファントス的であれば,ツイスト写像の不変集合{a}×Dは小さな摂動に対する耐性をもつ,ただし,Gの任意の楕円的な元aは回転z→exp(ik)zと相似になるが,この実数kをaの回転角と呼んでいる.また,実数kがディオファントス的であるとは,比k/(2π)が有理数によって良い近似をもたないこと,つまり,ある正数Cとpがあって,すべての有理数x=m/nに対し,|k/(2π)-m/n|がCと1/nのp乗の積以上の大きさをもつときをいう.なお,この研究には,上に掲げた課題名のうち「ハミルトン系」も「1階偏微分方程式の分岐解」も登場しない.関係するのは「可積分系の摂動」のみであって,登場していないものは,将来の課題としてそのまま残っている.LR^<n+1>の複素近傍Ωにおいて、1階非線型偏微分方程式の初期値問題を考える。Fとψはそれぞれ余接束T^aLR^<n+1>およびLR^n上の実解析的な実数値関数とする。本研究の目的は、Fがある実解析的な可積分ハミルトニアンF_0の微小摂動であるとき、(1)の無限分岐解(その存在は既知)に対し、その分岐が起こる場所や分岐の様相を明らかにすることである。研究期間の前半である本年度は、F自身が積分可能な場合に考察を限定した。Fをハミルトニアンとするハミルトン系をとする。また、(1)の初期データψから、T^aLR^<n+1>のn次元曲面C_oをΓ_s={(χ(t,s),ξ(t,s)):t∈LR}.(1)の解の分岐を見るには、写像π:(t,s)→χ(t,s)の逆写像π^<-1>の特異性を解析する必要がある。この特異性について幾つかの例を調べる中でわかってきたのは、以下に述べる予想が成立するだろうということである:Fが積分可能だから、(2)の解軌道Γ_sはn+1次元のある不変トーラスT^<n+1>_S上に乗っている。自然な射影T^*LR^<n+1>→LR^<n+1>のT^<ん+1>_S上への制限をP_sとし、P_sの特異点の像集合(caustics)をΣ_sとする。

予想:任意のs∈V(⊆LR^n)およびΣ_sの(LR^<n+1>における)任意の開近傍U_sに対し、U_sに含まれるn次元解析的集合の無限列{W_j}が存在して、逆写像π^<-1>は各W_j上に分岐特異性をもつ。本研突の目的は、可積分ハミルトニアンF_0に微小な摂動Fを付け加えたF=F_0+Fに対して、次の1階非線型偏微分方程式の初期値問題の分岐解を考察することであった:この目的は今のところ一般的な形では達成されていない。ここでは、摂動Fがない場合に(*)の解の分岐の様子が具体的にわかるようなF_0とu_0の例が構成でき、その分岐の性質の一部は摂動を付け加えても保存されることを報告する。u_0(x_2)=1/2x^2_2と取る。このF=F_0とu_0に対し古典的な特性帯の理論を用いて(*)の解を構成すると、ある2次元単連結非有界領域Dと実解析的な写像π:D→R^2およびU:D→Rがあって、(*)の解はu(x)=U(π^<-1>(x))と表せる。したがって、(*)の解の特異性はπ^<-1>の特異性に含まれる。さらに、この例では,領域Dのタイル張りD=∪^^∞__<k,l=1>D_<k,l>があって以下の性質15を満たす:1.各D_<k,l>は、正方形の左上と右下の角を切り落としてできる六角形と同相である。2.タイル張りは次の3種顯の張合せ(隣接関係)からなる:(2) D_<k,l>とD_<k,l+1>:D_<k,l>の下側の水平辺とD_<k,l+1>の上側の水平辺が共有される:4.逆写像π^<-1>は、各D_<k,l>の水平辺および垂直辺のπによる像の上に2価の分岐特異性をもつ。このFげ0に微小な摂動Fを付け加えたF=F_0+Fに対しても、摂動Fに応じて写像π:D→R^2およびU:D→Rを取り換えると、(*)の解はu(x)=U(x^<-1>(x))と表せる。性質15を満たす領域Dのタイル張りの存在は不明であるが、性質5を満たすDの部分領域列{D_<k,l>}の存在は示せる。
アクセスグリッド環境におけるビデオ教材学習支援システムの研究

ビデオ学習支援システムViNoSyLを開発した。平成18年度は、グループ分けの尺度として有用な以下の機能を実装し、実験を行った。時間的・地理的に分散した学習者が議論をするために,電子掲示板が用いられる事例は数多い。ViNoSyLでも議論のために電子掲示板システムを利用する。このとき,学習の深化のためのグループ学習では,グループ構成員は注意深く選定される必要がある。例えば,学習グループに結論を初めから知っている,すなわち既に深くその分野に精通している(多くの場合,過去の過去の)学習者を含めることは,議論により知識を深化させる場面では効果的でない、それにもかかわらず,一般に電子掲示板での議論は,参加者を指定することができない。そこでViNoSyLでは,ある疑問を学習者が持ったときに,その学習者が期待するグループの属性を指定することで,その属性に合致した学習者のみに議論を呼びかける機構を実現する。これにより,不特定多数を対象として議論する単純な電子掲示板とは異なる,より学習効率に根ざした議論を実現する構成員を選択することができるようになる。属性として「習熟度」を挙げた。習熟度の近い学習者同士は議論がしやすく,知識を深化させる上で障害が少ないことが期待される。そこで学習者の電子ノートと学習状況の履歴から,その学習者がビデオ(あるいはビデオのある特定部分)についてどの程度習熟しているかを推測し,その推測にしたがって該当する学習者を選出し,議論のグループを形成する機能を提案した。科学を題材にしたテレビ番組を,生きた教科書(ビデオ教材)として扱い,身近なノートのような備忘録を,ビデオ教材に付随させて電子的に残し(電子ノート),これらを用いた独習を支援するシステムとしてViNoSyLを開発している.現実の学校のような環境では,生徒が友人や先輩からさまざまな刺激を受け,学習意欲が向上することは少なくない.そのような集団の中に個人がいる環境を,ネットワーク環境で独習しているViNoSyL利用者に提供できるようにシステムを拡張している.平成17年度は次の観点から研究を進めた.一人で勉強していると,同じビデオ教材で勉強している他の人のことが気になってくる.現実の学校において,同級生がどこまで理解しているのかが気になるのと同じである.このように他人の存在を意識することを,個人学習システムにどのように持ち込めばよいかを分析した.一般に,同じビデオ教材で勉強している子どもたちには面識がない.学校ならば,先輩や同級生のノートを見せてもらうことがある.わからないところを教師に教えてもらうより,友人に教えてもらう方が効果的であることも多い.個人学習システムでどのような工夫をすれば,ノート情報に関してこのような行為に近づくのか分析し,次のような機能をViNoSyLに実装した.学習者の理解が進むに従い,過去に記述されたノートに追記するなど,新しい有益な情報が追加されたり,過去の記述が整理されたりする.そのため,ある学習者Aが他の学習者Bのノートの内容をコピーした後に,学習者Bがノートに追加・変更した内容は,改めてそのノートを見ない限り知ることはできない.より多くの情報を他の学習者のノートから収集することを目的とし,ノートのコピー後にコピー元に変更があった場合はそれをどのように通知すればよいかを検討し,その機能をViNoSyLに実装し,集団利用システムとしての有効性を検証した.ビデオ学習支援システムViNoSyLを開発した。
細胞膜小胞系を用いた薬物吸収・分泌のin vitro 新評価法

薬物の吸収・分泌は薬物生体内動態を制御する重要な過程である。これらの過程は、種々の細胞膜を介する膜輸送現象の集積されたものであり、担体を介する能動輸送系が関与する場合も多い。本研究では、細胞膜小胞系による薬物の吸収・分泌のin vitro評価法を確立することを目的とし、βーラクタム抗生物質、ビリドンカルボン酸系抗菌剤等の薬物を中心にして膜小胞による輸送実験を行い、以下の成果を得た。1.小腸刷子縁膜輸送と腸管吸収・アミノーβーラクタム抗生物質は刷子縁膜においてジペプチドと共通のキャリア-輸送系を介して輸送され、この輸送系はH^+勾配を駆動力とする共輸送系であった。またH^+勾配存在下での刷子縁膜小胞による種々の薬物取り込み速度と小腸からのin vivo吸収速度との間には極めて良好な相関性が認められた。抗悪性腫瘍剤ベスタチンは異常アミノ酸を含むジペプチドであり、脂溶性が低いにもかかわらず良好に腸管吸収される。小腸刷子縁膜小胞によるベスタチン輸送は、アミノーβーラクタム抗生物質の場合と同様にジペプチド輸送系を介し、内向きのH^+勾配存在によって能動輸送されることが示された。2.尿細管細胞膜輸送と分泌:刷子縁膜におけるH^+/有機カチオン逆輸送系はH^+勾配を駆動力とし、シメチジン等のカチオン性薬物の尿細管分泌に関与していること、アミノーβーラクタム抗生物質やピリドンカルボン酸系抗菌剤オフロキサシンもこの輸送系を介して分泌されることが示された。一方、側底膜でのβーラクタム抗生物質は、有機アニオン輸送系の寄与が大きいことが示唆された。尿細管細胞膜小胞を用いて各種薬物と有機イオン輸送系との相互作用を解析することによって、薬物の尿細管分泌をin vitroで評価・予測することが可能であると考えられる。以上膜小胞系は、輸送担体を介する薬物の吸収・分泌をin vitroで評価するためのスクリ-ニング系として、極めて有用であることが結論された。我々は、細胞膜小胞系を用いて薬物輸送研究を進め、この実験系が小腸や腎尿細管における薬物吸収・分泌過程の機構解明に有用であると共に、薬物吸収・分泌の一次スクリ-ニング法としても応用可能であることを指摘した。本研究では、セファロスポリン系抗生物質・ピリドンカルボン酸系抗菌剤等の繁用薬物を中心にして細胞膜小胞による輸送実験とin vivo動物実験デ-タの相関解析を行ない、細胞膜小胞系による薬物吸収・分泌の新しいin vitro評価法を確立せんとするものである。1.小腸や腎尿細管から調製した細胞膜小胞の輸送活性を保持したまま、長期間保存するための条件について、グルコ-ス輸送能を指標として検討した。その結果、膜小胞は、-80°Cで23週間保存しても輸送活性を十分保持していることがわかった。2.抗悪性腫瘍剤ベスタチン((2S,3R)-3-amino-2-hydroxy-4-phenylbutaboyl-L-leucine)は異常アミノ酸を含むジペプチドであり、脂溶性が低いにもかかわらず、経口投与によってすみやかに吸収される。セフラジンなどの経口用セファロスポリンをH^+/ジペプチド共

輸送系のprobeとして用い、小腸刷子縁膜でのベスタチン輸送について検討した結果、ベスタチンはH^+/ジペプチド共輸送系を介して能動輸送されることが示された。3.ピリドンカルボン酸系抗菌剤オフロキサシンは、腎尿細管において能動分泌される。尿細管刷子縁膜小胞を用い、オフロキサシンと有機アニオン輸送系、有機カチオン輸送系、ジペプチド輸送系との相互作用について検討した結果、オフロキサシンは有機カチオン輸送系を介して分泌されることが示唆された。前年度に引き続き、小腸及び腎尿細管上皮細胞膜小胞系を用い、小分子ペプチド性薬物(ベスタチン)、ピリドンカルボン酸系抗菌剤(オフロキシン)、βーラクタム抗生物質等の輸送研究を進め、薬物吸収・分泌の評価系として膜小胞系の有用性について検討を加えた。1.抗悪性腫瘍剤ベスタチンは、異常アミノ酸を含むペプチドであり、加水分解に対して強い抵抗性を示すことに着目し、小腫及び尿細管刷子縁膜でのベスタチン輸送特性を解析した。小腸刷子縁膜におけるベスタチン輸送は、内向きのH^+勾配によって駆動されるH^+/ジペプチド共輸送系を介すること、一方尿細管刷子縁膜では、H^+/ジペプチド共輸送系(吸収)とH^+/有機カチオン逆輸送系(分泌)を介して輸送されることが示された。これらの結果より、ベスタチンは経口用アミノーβーラクタム抗生物質の輸送特性と類似していることから、小腸及び尿細管におけるベスタチンの吸収・分泌挙動も予測しうるものと考えられる。2.ピリドンカルボン酸系抗菌剤オフロキサシンは、尿細管において能動分泌される。尿細管刷子縁膜においてオフロキサシンは、有機アニオン輸送系やH^+/ジペプチド共輸系とは相互作用せずに、H^+/有機カチオン逆輸送系を介して分泌されることが示唆された。3.βーラクタム抗生物質セファロリジンは高濃度に腎に蓄積し、毒性を惹起することが知られている。尿細管刷子縁膜及び側底膜小胞を用いてセファロリジンの輸送を検討した結果、側底膜では有機アニオン輸送系、刷子縁膜では有機カチオン及び有機アニオン輸送系が関与することが示唆された。以上膜小胞系は、輸送担体を介する薬物の吸収・分泌をin vitroで評価するためのスクリ-ニング系として、極めて有用であると結論された。
一体型で軸間干渉率の極めて小さい2段の変位拡大てこ付きXYテーブルの開発

本研究は精密位置決め用案内ステージに関するものである。テーブルの機構設計の条件は以下の通りである。1)一体構造であること:運動の再現性を高める上で不可欠である。2)2軸独立駆動であること:理論的には運動は全く独立して成立するが,加工誤差や取り付け誤差の影響で干渉し合う。3)変位拡大てこを備えていること:アクチエータとしてのPZTの出力変位は10数[μm]と非常に小さい。この為,変位拡大の為に機械的てこを用いてテーブルの出力変位を200300[μm]程度にし実用性のあるものにした。本テーブルの変位特性については理論解析,FEM数値解析を行い実験結果との比較検討を行った。主な成果をまとめると次の内容となる。(1)変位拡大効率Y方向駆動の場合:FEM/実験値約30%,理論値約60%Z方向駆動への場合:FEM/実験/理論解析共に約90%となりほぼ一致(2)軸間干渉率Y方向駆動の場合:x方向に2.3%,z方向に4.7%の変位を生じた。Z方向駆動の場合:x方向に8.2%,y軸方向に9.7%の変位を生じた。・以下の条件の元でテーブルを設計・試作した。なお,XYテーブルをXYZテーブル迄拡張した。(1)一体構造とする事.(2)変位拡大てこを内蔵する事.(3)X,Y,Z方向に独立駆動できる事.(4)小型であるが出力変位が200μm程度取れる事.(5)点対称構造である事.・これらの条件を満足する為には口型弾性ヒンジと呼ばれる一種のばねの組み込みが不可欠となった.口型ばねはある方向に対しては極めて剛性が低いけれども,これと直角な方向に対しての剛性は極めて高いという特徴を持つ、この特性が一体構造であると同時に3方向の独立駆動を可能とした.・研究の目的は次の2点である.(1)変位拡大効率(2)軸間干渉率変位拡大効率と軸間干渉率についてはいづれも理論解析,FEM解析及び実験を行った.そしてそれらの比較検討を行い、結果の評価を行った.その結果;変位拡大効率η理論解析......86% FEM解析...82%実験...25%両者(理論とFEM)と実験値に大きな差が出た理由は,試作したテーブルの場合,X,Y駆動用てこの2段目に、Z駆動用のPZTアクチュエータを組み込んだ為,剛性が極端に低下した為と推測される。Z方向の効率は3者,約60%となりほゞ一致した.軸間干渉率I理論値...0%、FEM値...2.8%、実験値2%となり、期待値である1%を少し超過するものとなった.本研究は精密位置決め用案内ステージに関するものである。1)一体構造である事:運動の再現性を高める上で不可欠である。2)2軸独立駆動である事:理論的には運動は全く独立して成立するが、加工誤差か取り付け誤差の影響で干渉し合う。3)変位拡大てこを備えている事:アクチュエータとしてのPZTの出力変位は10数[μm]と非常に小さい。この為、変位拡大の為に機械的てこを用いてテーブルの出力変位を200300[μm]程度にし実用性のあるものにした。本テーブルの変位特性については理論解析、FEM数値解析を行い実験結果との比較検討を行った。(1)変位拡大効率Y方向駆動の場合:FEM/実験値約30%、理論値約60%Z方向駆動の場合:FEM/実験/理論解析共に約90%となりほぼ一致(2)軸間干渉率Y方向駆動の場合:x方向に2.3%、z方向に4.7%の変位を生じた。Z方向駆動の場合:x方向に8.2%、y軸方向に9.7%の変位を生じた。
両親媒性ハイパーブランチ多糖を側鎖に有する新規薬物キャリアの創製

本研究では新規薬物キャリアとしてグラフト化した両親媒性ハイパーブランチポリマーの合成を目指している。そこで本年は、種々の分子量のハイパーブランチポリマーの簡便な合成法の開発を目的に、モノマー滴下法を用いたハイパーブランチポリグリセロールの合成法について検討を行なった。モノマー滴下速度、モノマーに対する開始剤の割合の最適化を行なった。生成ポリマーの絶対分子量は9,900-194,000であり、モノマー滴下速度が2.4mL・h-1のとき最大値を示した。これは、重合系内のモノマー濃度を滴下速度によって制御し、反応点の移動および脱離反応を抑制したためと考えられる。また、モノマーに対する開始剤の割合を減少させるに伴い、分子量が増加する傾向がみられた。次に、絶対分子量と固有粘度の関係であるMark-Houwink-Sakuradaプロットを作成した。プロットの傾きから求めた係数αの値が0.26であることから、生成ポリマーは水溶液中において絡み合いの少ない球状構造をとることが示唆された。以上、モノマー滴下法を用いて種々の高分子量ハイパーブランチポリマーの合成技術を開発した。また本技術は他のモノマーを用いた場合にも有効であり、高分子量の糖由来ハイパーブランチポリグリセロールの合成も達成した。この成果は、薬物キャリアのコアの分子量を簡便に制御出来る点から、実用化および工業化の観点より、意義深い結果であるといえる。そこで本年は、グラフト化部位の導入方法として開始末端修飾法を選択し、末端修飾されたハイパーブランチポリマーの合成について検討する。具体的には、開始剤に末端修飾および分子量制御が知られているトリフラート触媒を用いる。また、上記触媒はカチオン開環重合に関する研究例はほとんどないため、触媒の反応性などの基本的な知見を得る目的で、簡易な構造を有するハイパーブランチポリグリセロールの合成を行った。まず、開始剤にメチルトリフラート、重合温度-40°C、モノマー濃度3.5mol/Lの条件下にてグリシドールの重合を行った。反応の進行に伴い、系内に沈殿部位が生成し、不均一系にて重合が進行した。光散乱検出器付きサイズ排除クロマトグラフィーによって求めたポリマーの絶対分子量は4,100-4,700、相対分子量は3,200-4,200(ポリエチレングリコール標準)であった。また、反転ゲートデカップリングつき^<13>C NMRにより、ポリマー中に開始末端であるメチル基を観測した。Freyの式により導出した生成物の分岐度は、約42-50%であった。以上のことから、生成物は高度に分岐したハイパーブランチポリマーであることが示唆された。また、トリフラート系触媒を用いることによって末端修飾したハイパーブランチポリマーの合成法を確立した。得られたポリマーの固有粘度は、7.2-9.4mL・g-1であり、高分子量体でも非常に小さい粘性を示すことが明らかとなった。

また本技術は他のモノマーを用いた場合にも有効であり、高分子量の糖由来ハイパーブランチポリグリセロールの合成も達成した。この成果は、薬物キャリアのコアの分子量を簡便に制御出来る点から、実用化および工業化の観点より、意義深い結果であるといえる。