hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スピードスケートの加速動作に影響を及ぼす体力的要因に関する研究

短距離種目でより大きな加速を得るためにはストローク頻度を増大させる必要があり,そのためには特に膝関節における最大伸展パワー発揮を高めることが重要となることが示唆された.また,シニア選手では体幹部の腰方形筋および大腰筋が有意に太く,スピードスケート模倣動作での股関節のトルク発生が大きいことから,ジュニア選手における滑走動作の改善および体幹安定化(側屈や屈曲など)のトレーニングの必要性が示唆された.短距離種目でより大きな加速を得るためにはストローク頻度を増大させる必要があり,そのためには特に膝関節における最大伸展パワー発揮を高めることが重要となることが示唆された.また,シニア選手では体幹部の腰方形筋および大腰筋が有意に太く,スピードスケート模倣動作での股関節のトルク発生が大きいことから,ジュニア選手における滑走動作の改善および体幹安定化(側屈や屈曲など)のトレーニングの必要性が示唆された.本研究では,スピードスケート競技における加速動作を対象として,発育発達に伴うパフォーマンスの変化を技術および体力的側面から検討し,発育発達段階に応じた技術および体力トレーニング立案に役立つ知見を得ることを目的とした.また,この目的を達成するため,本研究では以下の研究課題を設定し,データ収集を行った.課題1 3次元動作分析法を用いてスピードスケート選手のスタートからの加速動作を競技成績と関連づけて検討し,優れた加速技術のキネマティクス的特徴を明らかにすることを目的とした.ここでは,長野市オリンピック記念アリーナ(長野県長野市)で開催された全日本距離別選手権大会の男子500m競技を対象とし,スタートおよび加速動作をそれぞれ2台の高速度VTRカメラを用いて撮影した.課題2各種運動能力テストを実施することによって一流およびジュニア選手の身体的特性を明らかにし,課題1で明らかとなった加速技術と関連づけて検討することによって,加速動作に影響を及ぼす体力的要因を発育発達の観点から明らかにすることを目的とした.ここでは,スピードスケート短距離種目を専門とする男子選手19名(シニア選手9名,ジュニア選手10名)を対象とし,形態(身長,体重,MRIによる大腿および体幹部筋横断面積),身体組成(空気置換法による体脂肪率),無酸素性運動能力(10秒間最大ペダリング運動による発揮パワー),下肢筋力(BIODEXによる等速性膝関節屈曲伸展最大筋力),脚伸展パワー(画像分析および地面反力測定によるジャンプ動作中の発揮パワー)といった体力的要因を測定した.平成18年度では,これらの研究課題におけるデータ収集を完了し,平成19年度以降に計画しているデータ分析を進めるためのデータ整理を行った.本研究では,スピードスケート競技における加速動作を対象として,発育発達に伴うパフォーマンスの変化を技術および体力的側面から検討し,発育発達段階に応じた技術および体力トレーニング立案に役立つ知見を得ることを目的とした.この目的を達成するため,平成18年度では,レース中におけるスピードスケート選手のスタートからの加速動作の3次元動作分析に加え,一流およびジュニア選手の各種運動能力テストを実施した.平成19年度ではこれらのデータの分析を進め,スピードスケートの競技力向上に役立つ以下の知見を得た.【ジュニア短距離選手における大腿および体幹部の形態的特徴について】ジュニア選手とシニア選手との比較において,大腿部では全筋横断面積および大腿四頭筋のいずれにおいても群間に有意差はみられなかった.スピードスケートでは大きな膝伸展パワーの発揮が重要となるが,ジュニア選手であっても比較的高い競技力を有する場合では膝関節伸筋群は十分にトレーニングされている可能性が示唆された.一方,体幹部では大腰筋および腰方形筋がシニア選手で有意に太く,ジュニア選手における体幹安定化(屈曲や側屈など)のトレーニングの必要性が示唆された.【加速能力と下肢のパワー発揮能力との関係について】100m通過タイムとストローク頻度との間には有意な負の相関がみられ,より大きな加速を得るためにはストローク頻度を増大させる必要があることが明らかとなった.また,100m通過タイムと陸上トレーニング手段におけるパワー発揮能力との間に有意な関係はみられず,ストローク頻度とは,10秒間全力ペダリング運動での最大パワー,膝関節等速性最大伸展筋力,片脚スケートジャンプでの膝関節最大伸展パワーとの間に有意な正の相関がみられた.これらは,加速局面でのストローク頻度の増大のためには,膝関節の最大伸展パワー発揮を高めることが重要となることを示唆している.本研究では,スピードスケート競技における加速動作を対象として,発育発達に伴うパフォーマンスの変化を技術および体力的側面から検討し,発育発達段階に応じた技術および体力トレーニング立案に役立つ知見を得ることを目的とした.この目的を達成するため,平成18年度では,レース中におけるスピードスケート選手のスタートからの加速動作の3次元動作分析に加え,一流およびジュニア選手の各種運動能力テストを実施した.平成19年度ではこれらのデータの分析から競技現場に役立つ知見が得られ,平成20年度では更なる分析を進めることによって以下の知見を得た。【短距離選手における大腿および体幹部の筋断面積と関節トルク発揮の関係】スピードスケート短距離種目を専門とする男子ジュニア選手(10名)およびシニア選手(9名)におけるサイドジャンプ(ストレート滑走模倣動作)での右支持脚の股,膝および足の各関節の最大トルクを分析した.その結果,氷上ストレート滑走において重要となる股関節まわりのトルクをみると,最も大きな値のみられた伸展トルクではジュニア群とシニア群との間に有意差はみられなかったが,外転および内旋トルクではいずれもシニア群の方がジュニア群よりも有意に大きかった.一方,ジュニア群では足関節の底屈トルクにおいてシニア群よりも有意に大きい値を示していた.

これらのことから,シニア選手では模倣動作においても氷上ストレート滑走で重要となる股関節外転トルク発揮が大きく,身体の中枢に位置づけられる股関節まわりの筋群でのトルク発揮が強調されているのに対して,ジュニア選手では末梢部となる足関節でのトルク発揮が強調されていることが明らかとなった.そして,陸上での模倣動作中の力発揮は氷上のパフォーマンスと関連が深く,模倣動作における関節トルク発揮の様相を改善することによって氷上での滑走技術の向上が期待できることが示唆された.
粘着運動の物理

粘着現象は粘着物質と物体との接着・変形・物体からの分離・破壊といった動力学的挙動としてとらえることができる。このような動力学的挙動を示す粘着物質は、その力学的物性として粘弾性を有し、長時間の変形に対しては粘性液体のように、短時間の変形では弾性固体のように振舞い、その弾性率は変形時間が長くなるにつれて単調に減少することが知られている。それゆえ、例えば、粘着テープの剥離において、粘着物質の粘弾性のみを考慮すれば、剥離に必要な力は剥離速度に対して単調に増加すると考えられる。ところが、実際の剥離挙動は常に単調であるとは限らず、ある速度領域では剥離力が振動するといった非単調性が現れる。剥離挙動が非単調になる原因の一つとしで、剥離中に変形した粘着物質による形態形成の安定性が挙げられる。我々は、剥離挙動の非単調性を特徴づける目的で以下の研究を行ってきた。先ず我々は、粘着テープの剥離による粘着物質の変形および変形した粘着物質によって形成されるパターンに着目し、粘着テープを水平に置かれた基板に貼り、システムの硬さを制御するため、バネと粘着テープの一端を連結し、バネを基板と垂直方向に引き上げ、テープの剥離を行った。剥離の際、剥離速度とバネ定数をコントロールパラメータにして、基板からテープをはがす際に必要な荷重を測定した。また剥離後、テープに残された粘着物質の形態を観察した。研究の成果として、粘着テープを一定の速度で引き剥がしたときの剥離挙動およびパターン形成について調べた実験の結果、条件によって現れる様々な剥離挙動を動的相図によって特徴づけることができた。そして、変形した粘着物質によって形成されるトンネル構造の安定性を表す状態変数を導入し、状態変数が剥離先端内に一次元的に並んでいると考えて、その集団運動として剥離挙動が理解できることを示した。[研究実績内容]粘着運動のダイナミクスを理解するには、粘着運動の基本的な特徴である粘着物質の基板への接着および剥離を理解することが重要である。我々は、基本的な特徴のひとつである剥離過程に着目し、剥離のメカニズムを理解するため、粘着テープの剥離を一例に挙げ、一定の速度に保ったまま剥離する実験を行い、剥離を行っているシステム全体の剛性と剥離速度が剥離挙動に及ぼす影響を調べてきた。その結果、剥離によって変形した粘着物質の時空間パターン形成が剥離の動力学特性に本質的な影響を与えていることが明らかになった。さらに、我々がこれまで行ってきた実験結果を説明するため、粘着物質の変形状態を表す変数(状態変数)を導入し、状態変数の時間発展式および粘着テープの剥離先端に関する運動方程式を現象論的に記述するモデルを構築した。そして、我々が実験で明らかにしてきた一連の結果が、状態変数の双安定性・状態変数どうしの局所的および大域的相互作用の競合というメカニズムによって引き起こされていたことを非線形動力学の立場から説明することに成功した。今回の研究成果については、1編の査読付原著論文と1編の研究会紀要に報告する予定である。来年度以降の研究については、以上の研究成果を踏まえて、今年度導入した引っ張り試験機を利用して粘着テープ以外の粘着運動を示す実験系への応用を考えている。[学会発表]<1>第54回高分子討論会(2005年9月、依頼発表)<2>第61回日本物理学会(2006年3月)[研究会発表]<1>複雑流体の数理とその応用(京大数理研、2005年11月)<2>非線形現象のモデル化とその数理解析(京大数理研、2006年2月、依頼発表)[研究打ち合わせ]<1>戸田昭彦助教授(広島大学)と実験に関する議論<2>中西秀教授(九州大学)と理論解析およびモデル化に関する議論1:本研究は、粘着現象を非線形動力学の観点から理解することを目的に行っている。昨年度までの研究成果を踏まえて、今年度も粘着テープのはく離実験において、はく離速度および装置剛性を変化させたときのはく離挙動(動的転移現象)について調査を行ってきた。研究の結果、定常はく離状態から振動はく離状態へ転移する場合、はく離速度に応じて転移が超臨界的な場合と亜臨界的な場合の2種類存在することが明らかになった。この研究結果は摩擦運動における動的挙動と関連しており、現在、数値シミュレーションを行い、動的挙動の普遍性についての考察を行っている。なお、この件に関する研究成果の公表については、現在準備中である。2:今年度は、昨年度の科研費の援助によつて得られた研究成果の公表を積極的に行ってきた。特に粘着・はく離現象に関するテキストを執筆(分担執筆)し、研究成果(特に、動的相図の作成)についての重要性を訴えてきた。さらに、本研究に関連して、水一粉粒体混合系での乾燥における粉粒体の集団運動に関して、その研究成果を原著論文にする際、本科研費の援助を受けたことも付記しておく。3:粘着現象は、工業的に重要であり、物理的にも興味深いものである。しかも、生物系において、例えば細胞の運動などでは粘着・はく離現象を利用して自発的運動している場合があり、生物系のダイナミクスを理解するうえでも極めて重要である。今後の研究計画としては、初年度の計画に基づき、生物系における粘着現象の研究を始める予定である。その端緒として、最近の国内外で行われている生物系における粘着運動に関するレヴューも行う予定である。

このような動力学的挙動を示す粘着物質は、その力学的物性として粘弾性を有し、長時間の変形に対しては粘性液体のように、短時間の変形では弾性固体のように振舞い、その弾性率は変形時間が長くなるにつれて単調に減少することが知られている。それゆえ、例えば、粘着テープの剥離において、粘着物質の粘弾性のみを考慮すれば、剥離に必要な力は剥離速度に対して単調に増加すると考えられる。ところが、実際の剥離挙動は常に単調であるとは限らず、ある速度領域では剥離力が振動するといった非単調性が現れる。剥離挙動が非単調になる原因の一つとしで、剥離中に変形した粘着物質による形態形成の安定性が挙げられる。我々は、剥離挙動の非単調性を特徴づける目的で以下の研究を行ってきた。先ず我々は、粘着テープの剥離による粘着物質の変形および変形した粘着物質によって形成されるパターンに着目し、粘着テープを水平に置かれた基板に貼り、システムの硬さを制御するため、バネと粘着テープの一端を連結し、バネを基板と垂直方向に引き上げ、テープの剥離を行った。剥離の際、剥離速度とバネ定数をコントロールパラメータにして、基板からテープをはがす際に必要な荷重を測定した。また剥離後、テープに残された粘着物質の形態を観察した。研究の成果として、粘着テープを一定の速度で引き剥がしたときの剥離挙動およびパターン形成について調べた実験の結果、条件によって現れる様々な剥離挙動を動的相図によって特徴づけることができた。そして、変形した粘着物質によって形成されるトンネル構造の安定性を表す状態変数を導入し、状態変数が剥離先端内に一次元的に並んでいると考えて、その集団運動として剥離挙動が理解できることを示した。
振幅変調の概念に基づいた聴知覚における質感認識メカニズムの理解

本研究課題では,1.音の質感認識における「粗さ」に係わる物理量が何であるのか,2.音の質感認識には音源だけでなく伝送系の質も関係しているのか,そして,3.ヒトが音源と伝送系を切り分けて質感認識を行っているかどうか,全体考察も踏まえ,一つ一つ明らかにしていく.本年度は,音声の非言語情報(感情と個人性)を質感認識の一つととらえ,課題2と課題3に取り組んだ.まず,雑音駆動型声分析合成系における振幅包絡線情報に関して,音環境(波形雑音や残響)が,音源(音声信号)の非言語情報(個人性と感情)の知覚にどのような影響を与えるか調査した.次に,室内の背景雑音や残響の影響を変調伝達関数でモデル化することによって音源の変調とは独立に制御し,音源の質感に伝送系の変調がどのように影響するのかを検討した.実験では,Schroederの室内インパルス応答を利用した残響環境(残響時間0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0秒)と白色性ガウス雑音を利用した雑音環境(SN比20, 15, 10, 5, 0, -5 dB)と想定し,音源はこれまでと同じ音声データを利用した.残響環境では,話者・感情認識とも残響時間が2秒のときのみ他の条件と有意差があった.雑音環境では,話者認識のときSN比が-5 dBのときのみ他の条件と有意差があり,感情認識のときSN比が0 dB以下のときのみ他の条件と有意差があった.最後に,これらの結果を俯瞰的に眺め全体考察したところ,極めて劣悪な状況を除く日常的な音環境では,非言語情報(個人性や感情)の知覚は残響や雑音の影響を受けにくいことがわかった.このことから,非言語情報知覚を質感知覚の一つと解釈すれば,音源(非言語情報)と伝送経路(残響や背景雑音)を切り分けて音の質感を認識していると解釈できることがわかった.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,音環境の質感認識にターゲットを絞り,「振幅変調」の概念に基づいてその物体の発する音の質感だけでなく,それが耳に到達するまでに通った伝送経路の質感も認識するメカニズムを理解することである.本年度は,まず,聴覚末梢系でみられる時間周波数分析/変調周波数分析に相当する処理体系を構築した.ここでは,聴覚フィルタバンク(35個のERB_N帯域通過フィルタバンク)による時間周波数分析とその後段の変調フィルタバンクによる変調スペクトログラム分析(聴覚フィルタバンク出力の振幅包絡線情報に関する時間周波数分析)により,この処理体系を構築した.次に,音源の変調成分とそれが伝わる音環境の特性が分解可能かどうか検討するために,実際の室内インパルス応答(RIR)の統計的モデルとその変調伝達関数の定量評価を行った.その結果,本研究で提案した「拡張型RIRモデル」が最も精度よく表現できることがわかった.次に,音の質感認識として「粗さ」に係わる音響特徴を変調スペクトル分析を利用して調査した.ここでは音声の質感認識の一つとして言語・非言語情報の知覚に着目し,この処理体系における信号分析合成系として雑音駆動音声処理を利用して,言語情報ならびに非言語情報(感情と個人性)に関する音響特徴が振幅包絡線情報に含まれるかどうか調査した.その結果,言語情報に関しては4 Hz以下の変調成分が重要であり,感情に関しては8 Hz以下の変調成分が,個人性に関しては16 Hz以下の変調成分が重要であることを明らかにした.最後に,変調スペクトルの変動成分について調査した.その結果,変調スペクトルの重心や傾斜,skewness,kurtosisが感情知覚で重要であることがわかった.これらの結果を踏まえ,感情の付与・強調が変調スペクトルあるいは振幅包絡線情報の音響特徴を利用して可能であることも確認した.本研究課題では,1音の質感認識における「粗さ」に係わる物理量が何であるのか,2音の質感認識には音源だけでなく伝送系の質も関係しているのか,そして,3ヒトが音源と伝送系を切り分けて質感認識を行っているかどうか,全体考察も踏まえ,一つ一つ明らかにしていく.最低限の目標として,課題1と2を明らかにし,研究が順調に進むことができれば課題3についても全体考察を踏まえて明らかにする.本年度は,この中の課題1に焦点を当て,音源の質感認識と音環境の特性(変調伝達関数)の検討を行った.あらゆる音の質感には着手できていないが,音声の言語・非言語情報,特に感情や個人性といったものを質感認識の一つととらえ,その知覚に重要な振幅包絡線情報(変調スペクトル情報)を明らかにした.また室の変調伝達関数と音の変調スペクトルとの関係性を明らかにすることもできた.そのため,課題1に関してはおおむね達成できていると判断できる.また,課題2のうち,室内インパルス応答(RIR)の統計的モデルとその変調伝達関数について最適なモデルの検討と「拡張型RIRモデル」の提案にも至った.この特性と音源の変調

スペクトルの関係性について議論が可能となったため,課題2についても順調に進めていくことができる.以上から,おおむね順調に進展していると判断できる.本研究課題では,1.音の質感認識における「粗さ」に係わる物理量が何であるのか,2.音の質感認識には音源だけでなく伝送系の質も関係しているのか,そして,3.ヒトが音源と伝送系を切り分けて質感認識を行っているかどうか,全体考察も踏まえ,一つ一つ明らかにしていく.本年度は,音声の非言語情報(感情と個人性)を質感認識の一つととらえ,課題2と課題3に取り組んだ.まず,雑音駆動型声分析合成系における振幅包絡線情報に関して,音環境(波形雑音や残響)が,音源(音声信号)の非言語情報(個人性と感情)の知覚にどのような影響を与えるか調査した.次に,室内の背景雑音や残響の影響を変調伝達関数でモデル化することによって音源の変調とは独立に制御し,音源の質感に伝送系の変調がどのように影響するのかを検討した.実験では,Schroederの室内インパルス応答を利用した残響環境(残響時間0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0秒)と白色性ガウス雑音を利用した雑音環境(SN比20, 15, 10, 5, 0, -5 dB)と想定し,音源はこれまでと同じ音声データを利用した.残響環境では,話者・感情認識とも残響時間が2秒のときのみ他の条件と有意差があった.雑音環境では,話者認識のときSN比が-5 dBのときのみ他の条件と有意差があり,感情認識のときSN比が0 dB以下のときのみ他の条件と有意差があった.最後に,これらの結果を俯瞰的に眺め全体考察したところ,極めて劣悪な状況を除く日常的な音環境では,非言語情報(個人性や感情)の知覚は残響や雑音の影響を受けにくいことがわかった.このことから,非言語情報知覚を質感知覚の一つと解釈すれば,音源(非言語情報)と伝送経路(残響や背景雑音)を切り分けて音の質感を認識していると解釈できることがわかった.本研究の切り口は,(i)音源の変調成分(変調スペクトル)とそれが伝わる音環境の特性(変調伝達関数)が分解可能であり,(ii)聴覚系に備わる変調周波数分解(変調フィルタバンク)の機能においても,これらを分離してそれぞれの質感を認識していると考えることである.音源・伝送系・聴知覚の一元処理における「振幅変調」の概念に基づいて,音の質感を認識するメカニズムを理解することができれば,(1)音の質感認識における「粗さ」に係わる物理量が何であるのか,(2)音の質感には音源だけでなく伝送系の質も関係しているのかを突き止められるはずである.次年度は次のような計画で実施する予定である,まず,室の伝送系の影響から変調周波数領域の特徴がどのように変化するか,またそれに合わせて質感認識がどのように変化したかを関連付けて議論する.聴覚末梢の処理体系にて,聴覚フィルタバンクを通過した信号の振幅包絡線情報に関してスペクトル分析するものが変調フィルタバンクの出力になる.ここでは,観測信号だけではなく,室内音響の特徴も変調フィルタバンク出力にてどのように表現され,質感認識に影響を与えるか議論する.29年度が最終年度であるため、記入しない。TV取材,「音をデザインする」テレビ金沢・となりのテレ金ちゃん,鵜木祐史・北陸先端科学技術大学院大学,放送日2016/9/729年度が最終年度であるため、記入しない。北國新聞,掲載日平成30年1月22日(月),平成30年1月21日(日)、日本海イノベーション会議[北陸先端科学技術大学院大学プログラム](本学、北國新聞社主催)に関する記事北國新聞,掲載日平成30年2月27日(火),平成29年度北陸先端科学技術大学院大学プログラム「日本海イノベーション会議」耳寄りの話,人の聴覚の特性を生かしよりよい聞こえの実現へ
神経反発因子Sema3A を標的としたアトピー性皮膚炎の痒み抑制効果の検討

本研究ではアトピー性皮膚炎(AD)の新規止痒薬の開発を目指し、ADの動物モデルであるNC/Ngaマウスを用いて、神経反発因子semaphorin 3A (Sema3A)の止痒効果を検討した。リコンビナントヒトSema3A (rhSema3A)を親水性ワセリンと混合し、Sema3A軟膏を調製した。コントロール軟膏群と比較し、Sema3A軟膏群では、著明な掻破行動の抑制と皮膚炎の改善が観察された。本研究成果により、AD治療に対するSema3A外用の有効性が示唆された。我々は、アトピー性皮膚炎(AD)の難治性痒みの発生機序を神経反発という全く新しい観点から研究する着想に至り、AD表皮でSema3A発現が低下し、これが神経線維の表皮内侵入を促進することを世界で初めて報告した。昨年、横浜市立大学の研究グループは、ADを発症したNC/Ngaマウスの皮内にリコンビナントSema3Aを投与すると、掻破行動と皮膚炎が改善することを示した。そこで、我々は、当初の研究計画方針を変更し、NC/NgaマウスのAD病変部に、リコンビナントSema3A軟膏を塗布することで、Sema3A外用による止痒効果と皮膚炎改善効果を検討した。本研究では、NC/Ngaマウスの背部にビオスタAD軟膏(コナヒョウヒダニ虫体成分)を反復塗布することで、AD様症状を誘発した。コントロール群と比較し、ビオスタAD群では掻破行動および皮膚炎が認められ、血清中IgEレベル、経皮水分蒸散量の増加も確認された。さらに、ビオスタAD群の病変部では、表皮肥厚、炎症性細胞(好酸球、マスト細胞、CD4陽性T細胞)浸潤増加、NGFの発現増加とSema3Aの発現低下、表皮内神経線維の稠密化、VEGFの発現増加と血管(PECAM-1陽性)の稠密化が観察された。次に、Sema3A軟膏を調製し、Sema3A軟膏外用前後で、ビオスタAD-NC/Ngaの皮膚炎の程度および掻破行動を評価した。Sema3A軟膏は、1日1回、連日4日間のスケジュールでビオスタAD-NC/Ngaの病変部に塗布し、外用終了3日後から評価を開始した。コントロール軟膏(基剤)群と比較し、Sema3A軟膏群では著明な皮膚炎の改善が認められたが、掻破行動は抑制傾向を示すものの更なる検討の必要性が示唆された。本研究成果は、将来的に、ADの難治性痒みと炎症の両方を同時に抑制する新規Sema3A外用剤開発の基礎を確立するために大変意義がある。我々は、アトピー性皮膚炎(AD)の難治性痒みの発生機序を神経反発という全く新しい観点から研究する着想に至り、NC/NgaマウスのAD病変部に、リコンビナントSema3A軟膏、を塗布することで、Sema3A外用による止痒効果と皮膚炎改善効果を検討した。さらに、ADの既存治療薬であるステロイド軟膏(リンデロンDP)およびタクロリムス軟膏による止痒・皮膚炎改善効果をSema3A軟膏と比較検討した。Sema3A軟膏を調製し、Sema3A軟膏外用前後で、ビオスタAD-NC/Ngaの皮膚炎の程度および掻破行動を評価した。コントロール軟膏(基剤)群と比較し、Sema3A軟膏群では著明に皮膚炎が改善するとともに、掻破行動の抑制が観察された。さらに、コントロール軟膏群と比較し、Sema3A軟膏群では表皮肥厚、炎症性細胞(好酸球、マスト細胞、CD4陽性T細胞)浸潤の抑制、および表皮内神経線維数(PGP9.5陽性、サブスタンスP陽性神経)の減少が観察された。しかし、血管(PECAM-1陽性)の稠密化に対するSema3Aの抑制効果は認められなかった。加えて、Sema3A軟膏による皮膚炎の改善率および掻破行動の抑制率は、ステロイド軟膏群、タクロリムス軟膏群より高かった。このように、本研究成果はADの痒みと炎症の両方を同時に抑制する新規Sema3A外用剤開発に向けた基礎研究として大変意義がある。
津波避難タワーを含む避難経路における災害時要援護者の搬送速度に関する研究

(1)津波避難タワーを対象とし、要支援者のタワー内部での垂直避難及び避難誘導を搬送実験により検証した。搬送実験により、搬送経路・搬送方法別の搬送速度に関する基礎的データを得ることができた。そして、得られた基礎的データと既往研究により、搬送時間計算式を導出することができた。また、対象とした津波避難タワーにおいて、要支援者の搬送経路としては、螺旋傾斜が最適な経路であり、螺旋傾斜での車椅子搬送が最適な搬送方法であることを確認した。上記の成果を次の論文として発表した。。田中宏幸、北後明彦、ピニェイロアベウタイチコンノ、大津暢人、李知香:津波避難タワーにおける避難行動要支援者の垂直避難支援及び避難誘導に関する研究、日本建築学会計画系論文集、Vol.84 No.756、pp.415-424、2019(2)訓練と計画の相互反映について調査を行った。その成果をもとに以下の学会発表を行った。2018(平成30)年度は、上記「研究実績の概要」に記した通り、論文発表(1本)、研究発表(1回)を行うことができた。2019(令和元)年度においても同様の実績を期するため、各フィールドにおける調査を継続中である。2018(平成30)年度までは、各フィールドにおける避難速度の計測や支援体制の調査に重点を置いて研究をおこなってきたが、2019(令和元)年度は、本研究課題の最終年度に向けてこれまでに得た成果をまとめるとともに、津波による人的被害の軽減策として社会に還元する方法を探っていきたい。。調査結果の入力に関する人件費について、2018(平成30)年度に執行することができなかったため、次年度使用額も含めて2019(令和元)年度に執行する予定である。
マルチフローとメトリック

本課題は,組合せ最適化におけるマルチフロー問題を研究対象とする.70年代より知られるマルチフローとメトリックの双対性を精密化したタイトスパン双対の理論を展開し,そして発展させた.その成果として当該分野における重要課題となっていた「どのような問題のクラスで組合せ的最大最小型定理とフローの離散性が成立するのか」という問題(Karzanovの問題)を解決し,マルチフロー問題における統一的理論へ向けた大きな一歩を記した.本課題は,組合せ最適化におけるマルチフロー問題を研究対象とする.70年代より知られるマルチフローとメトリックの双対性を精密化したタイトスパン双対の理論を展開し,そして発展させた.その成果として当該分野における重要課題となっていた「どのような問題のクラスで組合せ的最大最小型定理とフローの離散性が成立するのか」という問題(Karzanovの問題)を解決し,マルチフロー問題における統一的理論へ向けた大きな一歩を記した.本研究はネットワークフロー理論の一分野である多品種流の理論(マルチフローの理論)の統一的理論の構築を目指すものである.本年度の重点課題は,枝スプリッティングとtight spanの幾何構造の関連を調べることであった.これに関して重大な進展があった.まずマルチフロー問題の双対として導入したtight span双対の新しい最適性条件を発見し,これに基づいた枝スプリッティングの強力な評価手法を開発した.これにより,これまでの方法では,不可能であったクラスの問題についても,整数フロー,半整数フロー等の存在証明が可能になった.このアイデアをさらに発展させることによって,品種グラフがK_3+K_3である実行可能な整数容量多品種流許容性問題に関して,ある固定された正整数kが存在して.常に1/k-整数フローが存在するであろうというKarzanov予想を肯定的に解決した.この予想の解決は,マルチフロー理論におけるここ30年の懸案事項であった.この成果をプレプリント"Bounded fractionalitv of the multiflow feasibility problem fordemand yranh K_3+K_3 and related maximization problems"にまとめ,投稿した.本研究は多品種流の理論の統一的理論の構築を目指すものである.本年度の重点課題は,一般化されたKarzanovの予想「タイトスパンの次元が2以下になるターミナル重みによって定義される整数容量最大多品種流問題には,固定された正整数kが存在して常に1/k-整数フローが存在するであろう」の解決である.準備として,双対問題をfolder複体と呼ばれるCAT(0)空間上の施設配置問題として表す枠組みを導入した.これによって,より組合せ的に双対問題を扱えるようになった.
地球内部における粒界薄膜水の分布と物性

地球内部の動的過程を支配している水の構造と物性を総合的に検討するため,近接場効果を利用した新しいサブミクロン顕微分光法を開発し,また,天然岩石中の水分布の詳細と様々な人工薄膜水,水溶液の性質を顕微赤外分光法,減衰全反射赤外分光法により測定した.1)近接場顕微分光法の開発近接場顕微分光装置による様々な標準試料での定量性を検討し,約1%以上程度の含水量の物質で水の状態と分布の測定が可能であることがわかった.めのうにおいては,空間分解能250ナノメータ程度で,異なる水の状態と分布が示唆され,粒界の水がより水素結合の短い「かたい」水であることが示唆された.2)地殻・マントル物質での水分布測定地殻・マントル物質について,既存の顕微赤外分光計を用いて数十数百ミクロン領域での測定を行い,水の分布を定量的に解析した.地球深部への水の循環を調べるため,世界で最も深部(約200km)までもぐりこんだ超高圧変成岩中の水分布を調べたところ,輝石やガーネットの欠陥に伴う水が2000ppm程度含まれていることがわかり,沈み込みに伴い多量の水が地球深部へもたらされていることが示唆された.また,マグマ(含水流紋岩質ガラス)中微小領域での水の顕微赤外測定に必要なモル吸光係数を決定し,天然火山噴出物での測定や,含水火山ガラスからの脱水その場観測を可能にした.さらに,地殻岩石せん断帯周辺試料中流体包有物の顕微赤外加熱その場観測を行い,せん断帯付近と離れたところでの流体の性質が著しく異なり,せん断帯周辺の水は「やわらかく」,結晶粒界に「ぬれ」やすく,流れやすいことが示唆された.低変成度珪質変成岩中の含水量は,変成度(温度あるいは深度)の増大とともに減少するが,この含水量の減少は粒径に反比例しており,水は主に結晶粒界に存在していることが明らかとなった。3)人工粒界薄膜水および様々な水溶液の測定様々な物質にはさまれた人工薄膜水(純水)の顕微赤外その場観測を,ユトレヒト大学,パリ南大学と共同で行い,おそよ100nm程度の薄膜水は,水素結合距離が氷に近い構造化した「かたい」水であることがわかった.また,物質の種類と方位によって,水の構造化の有無に差がみられた.様々な組成の水溶液のOH吸収帯を減衰全反射赤外分光法で調べ,溶存イオンと温度によって水溶液の構造が変化することがわかった.地球内部の動的過程を支配している水の構造と物性を総合的に検討するため,近接場効果を利用した新しいサブミクロン顕微分光法を開発し,また,天然岩石中の水分布の詳細と様々な人工薄膜水,水溶液の性質を顕微赤外分光法,減衰全反射赤外分光法により測定した.1)近接場顕微分光法の開発近接場顕微分光装置による様々な標準試料での定量性を検討し,約1%以上程度の含水量の物質で水の状態と分布の測定が可能であることがわかった.めのうにおいては,空間分解能250ナノメータ程度で,異なる水の状態と分布が示唆され,粒界の水がより水素結合の短い「かたい」水であることが示唆された.2)地殻・マントル物質での水分布測定地殻・マントル物質について,既存の顕微赤外分光計を用いて数十数百ミクロン領域での測定を行い,水の分布を定量的に解析した.地球深部への水の循環を調べるため,世界で最も深部(約200km)までもぐりこんだ超高圧変成岩中の水分布を調べたところ,輝石やガーネットの欠陥に伴う水が2000ppm程度含まれていることがわかり,沈み込みに伴い多量の水が地球深部へもたらされていることが示唆された.また,マグマ(含水流紋岩質ガラス)中微小領域での水の顕微赤外測定に必要なモル吸光係数を決定し,天然火山噴出物での測定や,含水火山ガラスからの脱水その場観測を可能にした.さらに,地殻岩石せん断帯周辺試料中流体包有物の顕微赤外加熱その場観測を行い,せん断帯付近と離れたところでの流体の性質が著しく異なり,せん断帯周辺の水は「やわらかく」,結晶粒界に「ぬれ」やすく,流れやすいことが示唆された.低変成度珪質変成岩中の含水量は,変成度(温度あるいは深度)の増大とともに減少するが,この含水量の減少は粒径に反比例しており,水は主に結晶粒界に存在していることが明らかとなった。3)人工粒界薄膜水および様々な水溶液の測定様々な物質にはさまれた人工薄膜水(純水)の顕微赤外その場観測を,ユトレヒト大学,パリ南大学と共同で行い,おそよ100nm程度の薄膜水は,水素結合距離が氷に近い構造化した「かたい」水であることがわかった.また,物質の種類と方位によって,水の構造化の有無に差がみられた.様々な組成の水溶液のOH吸収帯を減衰全反射赤外分光法で調べ,溶存イオンと温度によって水溶液の構造が変化することがわかった.地球内部の動的過程を支配している水の構造と物性を総合的に検討するため,本年度は,近接場効果を利用した新しい顕微分光装置を開発し,また,水の構造に対する化学組成の影響を検討した.

1)近接場顕微分光装置の開発まず,主要設備である近接場顕微分光装置の仕様設計を行い,組み上げた.この装置は,光が回折現象を起こさないような試料表面のごく近傍までファイバープローブを近づけ光を照射し,試料表面の100ナノメータ程度のごく微小領域で急速に減衰する近接場光の信号をとりこんで分子種の情報を得ることができる.2)水溶液の化学組成の水の構造・物性への影響水の構造が水溶液の化学組成によってどのように影響されるかを調べるため,NaClと炭酸の濃度を変化させた水溶液を準備し,減衰全反射赤外分光法によって水の赤外吸収スペクトルの変化を検討した.その結果,NaClの濃度が濃いほどOH伸縮振動の吸収帯は高波数側にシフトし,水はやわらかくなり,一方,炭酸では逆の結果,すなわち水はかたくなった.この結果は従来から言われてきた炭酸及びNaCl溶液は結晶表面でのぬれ角(接触角)の大小と調和的である.3)天然試料での予備測定(変成岩の流体包有物)天然の地殻・マントル物質については,まず,変成岩試料の岩石薄片を作成観察し,既存の顕微赤外分光計を用いて,水の分布の数十数百ミクロン領域での予備測定を行った.特に変成岩石英中の流体包有物について,ラマン分光などでCO2の存在を確認し,またNaCl塩濃度を確認したものに対して,顕微赤外測定を行ったところ,NaCl濃度の高いものではOH吸収帯が高波数側へ,CO2に富むものでは低波数側へシフトし,上記の人工水溶液の減衰全反射赤外分光結果と調和的であった.従って,実際の地殻内部の流体の構造は化学組成によって影響を受けることが明らかとなった.地球内部の動的過程を支配している水の構造と物性を総合的に検討するため,本年度は,近接場効果を利用した新しい顕微分光装置を開発し,また,天然岩石中の水分布の概略を既存の顕微赤外分光計により測定した.1)近接場顕微分光装置の開発昨年度設置した近接場顕微分光装置の立ち上げを行い,めのう,含水鉱物などの予備的な測定を行った.試料表面の凹凸像と,赤外光強度の面分析を行うことに成功し,空間分解能は250ナノメータ程度の可能性が示唆された.現在,様々な標準試料による定量性の検討を行っている.2)天然試料での測定(変成岩)天然の地殻・マントル物質について,既存の顕微赤外分光計を用いて数十数百ミクロン領域での測定を行い,水の分布を定量的に解析した.まず,低変成度珪質変成岩においては,変成度(温度)の上昇とともに,含水量が数千ppmから数百ppmまで減少した.また,この変成岩の石英の粒径は1から10ミクロン程度に増加していた.粒径が大きくなるほど単位体積あたりの粒界体積が減少するという簡単な粒界モデルによる推定曲線と上記実測値がよく一致することから,上記の含水量の減少は水が主に粒界にあることから説明でき,平均の粒界の幅は10ナノメータ程度と予想された.その他にも,地球深部への水の循環を調べるため,深部までもぐりこんだ超高圧変成岩,また実験室で再現した下部マントル物質における水の分布の測定も開始した.3)粒界水の分布の再現実験上記低変成度珪質変成岩において,水は主に粒界に存在し,その量は粒径と粒界の幅が規制しているという仮説が得られたが,それを実験的に検証するため,NaCl多結晶人工岩石を合成して水の分布を調べた.その結果,NaCl結晶粒径の増大に伴い含水量が減少し,上記の作業仮説が定量的に支持された.地球内部の動的過程を支配している水の構造と物性を総合的に検討するため,本年度は,近接場効果を利用した新しい顕微分光装置の開発を継続し,また,天然岩石中の水分布の詳細を既存の顕微赤外分光計により測定した.1)近接場顕微分光装置の開発近接場顕微分光装置により,めのう,含水鉱物などでの水の赤外スペクトル測定を行い,また水の分布を調べた.空間分解能250ナノメータ程度で,異なる水の状態と分布が示唆された.様々な標準試料による定量性の検討を継続している.2)地殻・マントル物質での水分布
化合物および新規タンパク質を用いた病原性口腔バイオフィルムの制御システムの開発

新しい薬剤を開発して口腔疾患の予防方法を開発することを目的とし検討を行った。Polypyrrolesやフルクタナーゼは、う蝕や歯周病の原因となるバイオフィルム形成を抑制した。この抑制効果は、新しいモデル動物として開発したNOD/SCID, E2f-1^<-/->マウスを用いて確認した。これらの結果、Polypyrrolesやフルクタナーゼは、口腔疾患予防システムを開発する上で有用な薬剤であると考えられた。水溶性の有機化合物であるPolypyrrolesにて唾液コートしたハイドロキシアパタイトディスクを処理するとS.mutansのバイオフィルム形成は、抑制された。このPolypyrrolesは、う蝕を予防するための材料として有用であることが考えられた。S.salivarius HT9R株のゲノムシークエンスを明らかにした。次にS.salivariusの培養上清中のS.mutansのバイオフィルム形成を抑制する物質およびCSP活性を抑制する物質を精製しTOF-MASS解析を行った。その結果、抑制サンプルには、フルクトシルトランスフェラーゼおよびフルクタナーゼが含まれることが明らかとなった。市販のフルクタナーゼを購入しその活性を検討すると、明らかにS.mutans GS-5株のバイオフィルム形成とCSP活性を抑制していた。よって、フルクタナーゼがS.salivariusが産生する抑制物質の一つであることが明らかとなった。唾液分泌低下マウスであるNOD/SCID, E2f-1^<-/->マウスを利用して、S.mutansの口腔感染モデル実験系を確立する検討を行った、Streptococciの表層タンパク質に対する唾液レセプターが含まれるヒト唾液をマウス口腔に処理し、その後S.mutans菌液を接種すると、有意にS.mutansが長時間歯表面に定着するのが認められた。よって、このマウスを用いれば、上述の検討で明らかとなった抑制物質の効果をin vivoで検討することが可能となる。現在、抑制物質の組換え体の作製ならびにアグルチニンやアミラーゼなどの唾液レセプターを利用した口腔感染モデルマウスの確立の検討を行っている。水溶性の有機化合物である5%Polypyrrolesにて唾液コートしたハイドロキシアパタイトディスクを処理するとStreptococcus mutansのバイオフィルム形成は、スクロースが含まれない培地において抑制された。しかし、スクロースを含む培地においては抑制されなかった。このPolypyrrolesは、スクロース依存性のバイオフィルム形成に対して、その抑制効果が認められないことが明らかとなった。このことから、Polypyrrolesは、S.mutansの初期付着を抑制することができるが、細胞外多糖を基に形成される成熟バイオフィルムには効果を示さないことが明らかとなった。S.salivariusATTCC 9759の培養上清から精製されS.mutansのバイオフィルム形成を抑制する物質としてフルクタナーゼが同定された。このフルクタナーゼの抑制メカニズムは、培地中に含まれるスクロースを直接分解し、非水溶性グルカンの基質としてスクロースが機能しなくなるようにすることが明らかとなった。多くのレンサ球菌が同様のフルクタナーゼを有することが明らかになった。このことから、口腔常在菌として存在するStreptococciは、フルクタナーゼを分泌し口腔に摂取されたスクロースを分解して、病原に繋がるバイオフィルムを形成させないようにしていることが明らかとなった。昨年度と同様に唾液分泌低下マウスであるNOD/SCID,E2f-1^<-/->マウスを利用して、S.mutansの口腔感染モデル実験系を確立する検討を行った、アルブミン、IgA、ムチン、リゾチームをそれぞれ単独でマウス歯表面に処理しても、全唾液を処理した場合に比べその付着量は低いことが明らかとなった。個々の唾液成分単独よりも多くの物質が混じった全唾液の方が、バランスよくS.mutansを歯表面で付着、定着させるのかもしれない。昨年と同様に唾液分泌低下マウスであるNOD/SCID,E2f-1^<-/->マウスを利用して、S.mutansの口腔感染モデル実験系を確立する検討を行った、ヒト唾液や唾液成分を菌を感染する前に口腔に2.5分処理をすると、菌の定着量が上昇することが明らかとなった。特にIgAの生理的濃度で処理をすると、アルブミン、ムチン、リゾチームよりも、コントロールとして用いたカゼインよりも菌接種後120分で有意にS.mutansの歯表面定着量が上昇した。この理由を検討するために、IgAとS.mutansをあらかじめ反応させ、その後遠心により抗S.mutans抗体を除去したIgAサンプルを作製した。このサンプルは、前処理により歯表面において菌の定着量が上昇することがなかった。よって、唾液成分の前処理におけるS.mutansの定着量の上昇は、抗S.mutans抗体の存在が深く関わっていることが明らかとなった。しかし菌を接種して24時間経つと、定着量は著しく減少した。このままでは長期の感染実験に使用することができない。そこで菌を接種してから低濃度

スクロース水(i%)とスクロースを含まない固形食を同時に与えた。その結果、スクロース水や固形食を単独で与えた場合よりも有意にその定着量が上昇した。これで、S.mutansの口腔感染モデルを確立することができた。そこで、このモデルを利用して、昨年度バイオフィルム抑制剤として明らかにしていたフルクタナーゼの効果の確認を行った。さらにこのマウスを利用して、以前に抑制効果を明らかにしていたSspB(390-T400K-402)ペプチドの抑制効果についても確認した。Actinomyces naeslundiiやStreptococcus gordonjiiの単独接種や混合接種の効果の検討も行った。その結果、混合接種は単独接種よりも有意に個々の定着量を上昇させた。
岩盤不連続面の総合的評価に関する研究

天然の岩盤内には種々の不連続面が存在しており,岩盤構造物の変形・破壊挙動に大きな影響を与えている.これらの不連続面の力学特性を定量的に評価する方法を研究した.不連続性岩盤内の応力や変形挙動を正確に解析することを目標として,岩石の力学的性質や解析手法に業績のある京都大学のグループ,微小破壊き裂の発生機構に造詣の深い山口大学のグループ,および岩盤内のき裂の性状や分布の定量化に造詣の深い熊本大学のグループの相互協力によって, 2年間にわたって研究を推進してきた.まず,岩石破面の表面形状を不規則波形として捉えるために,触針式サーフェイス・プロファイラによって得られた波形のパワースペクトル密度分布を考察し,これと密接な関係のあるフラクタル次元が表面形状を定量化する指標となりうることを見出した.さらに種々の載荷試験によって得られた岩石破面のフラクタル次元と強度特性との調査によって,不連続面の表面形状からその力学特性を決定するための有力な指針を得た.一方,ダブルトーション試験によって生じた岩石破面についてもフラクタル次元を求めてき裂伝播速度との関係を調べた.同時に得られたき裂伝播速度の異方性について考察し,これらが原子間結合エネルギあるいは先在クラックの分布の異方性によること,さらにこれらが応力下の変形・破壊挙動にも異方性をもたらすことを推測した.また,スキャンライン法によって岩盤不連続面分布特性を評価する試みを実鉱山で実施し,岩盤不連続面の一般化した評価式を導出した.さらにこの手法の実用面での問題点を検討して,測定上の注意点や結果の有意性を明らかにした.さらに不連続性岩盤の安定解析に最適な新しい解析手法を考察し,実用面での考察を行った.天然の岩盤内には種々の不連続面が存在しており,岩盤構造物の変形・破壊挙動に大きな影響を与えている.これらの不連続面の力学特性を定量的に評価する方法を研究した.不連続性岩盤内の応力や変形挙動を正確に解析することを目標として,岩石の力学的性質や解析手法に業績のある京都大学のグループ,微小破壊き裂の発生機構に造詣の深い山口大学のグループ,および岩盤内のき裂の性状や分布の定量化に造詣の深い熊本大学のグループの相互協力によって, 2年間にわたって研究を推進してきた.まず,岩石破面の表面形状を不規則波形として捉えるために,触針式サーフェイス・プロファイラによって得られた波形のパワースペクトル密度分布を考察し,これと密接な関係のあるフラクタル次元が表面形状を定量化する指標となりうることを見出した.さらに種々の載荷試験によって得られた岩石破面のフラクタル次元と強度特性との調査によって,不連続面の表面形状からその力学特性を決定するための有力な指針を得た.一方,ダブルトーション試験によって生じた岩石破面についてもフラクタル次元を求めてき裂伝播速度との関係を調べた.同時に得られたき裂伝播速度の異方性について考察し,これらが原子間結合エネルギあるいは先在クラックの分布の異方性によること,さらにこれらが応力下の変形・破壊挙動にも異方性をもたらすことを推測した.また,スキャンライン法によって岩盤不連続面分布特性を評価する試みを実鉱山で実施し,岩盤不連続面の一般化した評価式を導出した.さらにこの手法の実用面での問題点を検討して,測定上の注意点や結果の有意性を明らかにした.さらに不連続性岩盤の安定解析に最適な新しい解析手法を考察し,実用面での考察を行った.不連続性岩盤の変形応力解析においては、不連続面の形状、分布および力学特性を定量的に評価して解析に導入する必要がある。本研究ではこれらの不連続特性の定量化に関する基礎研究によってその最も有効な定量化法を確立することを目的としている。本年度は各メッシュの研磨材および引張破壊によって作った数種類の粗さの表面をもつ岩石試料について、表面プロファイラーによりそれぞれの粗さを計測、電気信号としてデジタル化して記録し、フラクタル次元をもとめて定量化した。さらに、これらの表面を接合させて不連続面とし、この面がせん断面となるようにせん断試験を行って、その変形破壊特性とフラクタル次元との関係を調べた。その結果、表面凹凸のかみあわせを考慮するならば、フラクタル次元で定量化した形状が不連続面の力学特性を評価できる可能性のあることを見出した。また、粗さの空間周波数とパワースペクトル密度との間の対数グラフ上での直線性が失われるコーナー周波数は研磨粒子の大きさに対応していることが確認され、せん断試験後の表面のパワースペクトル密度の低下からせん断により削り取られた表面凹凸の大きさが推定できることがわかった。一方、ダブルトーション試験を行った後の岩石試料の破壊面についても、表面形状の定量化を行い、これらのき裂伝播速度との関係を調べた。その結果、両者にある程度の相関が見出され、速度の大きい範囲では速度が大きい程フラクタル次元が小さく、表面が滑らかであることがわかった。また、岩盤不連続面分布特性を評価するため、スキャンライン法による新しい方式を考案し、4個所の実鉱山の坑道壁面でその適用を試みた結果、分布特性に異る2種類の不連続面が混在しているケースが多いことを見出した。
カルシウムシリケート処理を施したセルロースナノファイバー複合材料の開発と性能評価

本課題では、セルロースナノファイバー(CNF)の乾燥工程での凝集を防ぎ、簡易乾燥が可能となる条件を検証することを目的にケイ酸カルシウム水和物を用いてセルロースの表面改質を行った。条件としてケイ酸カルシウム水和物の添加量と吸い熱処理条件(温度と時間)を変化させた。結果として、簡易乾燥が可能なケイ酸カルシウム水和物処理CNFを作製するためのセルロースに対するSi/Ca量、水熱処理条件の最低条件が示された。またケイ酸カルシウム水和物で表面改質したCNFをプラスチックと複合化させることにより曲げ性能が向上することも明らかとなった。現在、セルロースナノファイバー(CNF)およびそれを利用した複合材料の研究が注目されている。しかしながらCNF作成及び複合化工程において課題は多い。CNFは精製時に含水させ粉砕する(湿式粉砕)ため、プラスチックとの複合材料を作製する際に乾燥を必要とする使い道が多い。しかし通常の場合、含水したCNFを乾燥させるとCNF間の水分が蒸発し、凝集が発生する。この凝集が起こることにより、複合材料化した場合に物性に大きな悪影響を及ぼすという問題が生じる。以上を背景として、CNF表面を改質することで乾燥時やプラスチックとの混合時に生じる凝集を軽減させることを目的に。含水時のCNF表面にケイ酸系無機水和物を形成させる処理手法を実証した。本研究ではセルロース粉末の湿式ボールミル粉砕によりCNFを調整した。CNF化前にケイ酸カルシウム水和物原料を予め添加したもの、CNF化後に添加したもの、の2通りで実験を行った。その後、水熱処理を温度175°Cにて0、3、6、18時間行い、処理後に内容物を取り出し、凍結乾燥あるいは60°C恒温乾燥を行った。その後、エックス線回折測定、電子顕微鏡観察、粒度分布測定を行い、評価を行った。結果として、ケイ酸カルシウム水和物原料を前添加した場合に、粉砕時にセルロース表面-シリカ成分間の水素結合等の二次的な結合、あるいは粉砕時の衝撃によりセルロース繊維間に入り込む物理的な混合が生じることで表面にシリカが介在するCNFが形成されることがわかった。このCNF表面に介在する知りかとカルシウムが水熱処理により反応しCNF表面にケイ酸カルシウムが形成したと考えられる。すなわち、CNFを核としてケイ酸カルシウム水和物が形成されていることからCNFが核剤の役割を果たし結晶成長を促進させた可能性がある。セルロースナノファイバー(CNF)は政府が出した日本再興戦略改訂2014において利用促進が盛り込まれる等、注目を集めている材料であり、CNFおよびそれを利用した複合材料の研究が盛んに行われている。しかしながら、CNF作成および複合化工程において現段階で課題は多い。CNFは作成時に含水させた状態で粉砕する(湿式粉砕)ため、プラスチックとの複合化の際には、CNFを乾燥する工程が必要となる。しかし、含水したCNFを乾燥させるとCNF間の水分が蒸発し、凝集を引き起こす。この凝集が起こることによって複合化した場合に、複合材料の性能が著しく低下するという大きな問題がある。本研究では、無機素材であるケイ酸カルシウム水和物を用いてセルロースの表面改質を行った。昨年度はケイ酸カルシウム水和物を形成させるための水熱処理の温度を固定し、処理時間をいくつか変化させた場合のケイ酸カルシウム水和物の形成の程度を検討した。今年度はセルロースに対するケイ酸カルシウム水和物の添加量を変化させて、CNF表面でのケイ酸カルシウム水和物結晶の形成条件、凝集の有無、乾燥性を検証した。具体的には、エックス線回折測定、電子顕微鏡による観察、粒度分布測定を行い、評価を行った。結果、セルロースに対してある割合以上ケイ酸カルシウム水和物を添加した場合には、CNF表面にケイ酸カルシウム水和物の結晶(トバモライト)が確認された。すなわち、CNFを核としてケイ酸カルシウム水和物が形成されていることからCNFが核剤の役割を果たし結晶形成を促進させた可能性が示唆される。一方、ある割合以下では結晶形成は確認されなかった。粒度分布測定結果から各添加量において乾燥による凝集について検討したところ、結晶形成がされていた条件では簡易乾燥である60°C乾燥でも凝集することなく乾燥が行われていた。現在、セルロースナノファイバー(CNF)およびそれを利用した複合材料の研究が盛んに行われている。しかしながら、CNF作成および複合化工程において課題が多い。特にCNFは水系で作成されるため、プラスチック等との複合化の際には乾燥工程を要する。しかし通常の場合、含水したCNFを乾燥させるとCNF間の水分が蒸発し、凝集を発生する。この凝集が起こることで複合材料化した場合に物性に大きな悪影響を及ぼすとされる。以上を背景としてCNF表面を改質することで乾燥時やプラスチックとの混合時に生じる凝集を軽減させることを目的に、含水時のCNF表面にケイ酸系無機水和物を形成させる水熱処理手法を提案した。これまでに水熱処理温度および時間、さらにはセルロースに対するケイ酸カルシウム水和物の添加割合を変化させることによってCNFを核としてケイ酸カルシウム水和物が形成される条件を明らかにした。今年度はケイ酸カルシウム水和物によって表面処理されたCNFを実際に樹脂(プラスチック)に添加し、複合材料を作製して、その機械的特性の評価を行った。その結果、CNFを添加することでプラスチック単体に比べて、ある程度の向上は見られたが、添加量が少ない条件間では差がほとんど見られなかった。