hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
作物体表面電位による養水分ストレス測定装置の開発

植物体の表面電位を簡便に測定することを目的として,高インピーダンス入力を低インピーダンス出力へ変換するIC(LF412N)を組み込んだ測定装置を試作し,圃場あるいはポット(土耕・水耕)栽培したバレイショ・インゲンマメ・イネを対象に,茎(葉鞘)表面電位を測定した.本装置での銀線を用いたセンサーによる測定は,塩化カリ比較電極を活用した装置との比較から,ほぼ正確に表面電位を測定していることが明らかとなった.ただし,当初の開発機器では,電極回路がオープンなときには過負荷となり破壊されることがあったため,ターミナル部分をアースで囲う回路パターン基板を導入し,またノイズ低減のため電源部と入力部との間にはセラミックコンデンサーを組み込み,さらにIC取り付けをソケット化するなど,現場における測定に対応して種々の改良を実施した。なお,電位の基準となるアースを比較電極とした場合と銅管にした場合とを比較し,両アース間には20-30mVオーダでの差異が存在するが,その差異は日変化せず安定していることを確認した.このため,アースの種類は植物体表面電位の絶対値には影響するが,日変化のパターンには影響しないものと考えられた.多くの測定において,植物体の表面電位は,一般に日の出とともに減少し,日中は低い値を維持し,夜間に上昇する日変化(日較差:約100mV)を示した.しかし,顕著な個体間差が認められ,測定部位による変動が大きいことを明らかにしたが,日変化の原因としていずれの環境要因が主要因であるかは不明であった.水耕栽培の場合に,一般に培養液pHの上昇で表面電位は増加し,pH低下では減少した.また,木質部(導管内)の電位は表面電位と比較すると極めて小さく,部位による差異も小さかった.従って,表面電位は木質部と茎表面の電位差であると推察できるが,さらに検討を要する.植物体の表面電位を簡便に測定することを目的として,高インピーダンス入力を低インピーダンス出力へ変換するIC(LF412N)を組み込んだ測定装置を試作し,圃場あるいはポット(土耕・水耕)栽培したバレイショ・インゲンマメ・イネを対象に,茎(葉鞘)表面電位を測定した.本装置での銀線を用いたセンサーによる測定は,塩化カリ比較電極を活用した装置との比較から,ほぼ正確に表面電位を測定していることが明らかとなった.ただし,当初の開発機器では,電極回路がオープンなときには過負荷となり破壊されることがあったため,ターミナル部分をアースで囲う回路パターン基板を導入し,またノイズ低減のため電源部と入力部との間にはセラミックコンデンサーを組み込み,さらにIC取り付けをソケット化するなど,現場における測定に対応して種々の改良を実施した。なお,電位の基準となるアースを比較電極とした場合と銅管にした場合とを比較し,両アース間には20-30mVオーダでの差異が存在するが,その差異は日変化せず安定していることを確認した.このため,アースの種類は植物体表面電位の絶対値には影響するが,日変化のパターンには影響しないものと考えられた.多くの測定において,植物体の表面電位は,一般に日の出とともに減少し,日中は低い値を維持し,夜間に上昇する日変化(日較差:約100mV)を示した.しかし,顕著な個体間差が認められ,測定部位による変動が大きいことを明らかにしたが,日変化の原因としていずれの環境要因が主要因であるかは不明であった.水耕栽培の場合に,一般に培養液pHの上昇で表面電位は増加し,pH低下では減少した.また,木質部(導管内)の電位は表面電位と比較すると極めて小さく,部位による差異も小さかった.従って,表面電位は木質部と茎表面の電位差であると推察できるが,さらに検討を要する.作物体の表面電位を指標として作物の養水分状態を非破壊的にリアルタイムに測定する装置を開発する目的で昨年までに試作した電位測定センサーでは,電極の耐久性,未知の要因による電位の変動,さらに作物体の測定部位による変動についての問題点があり,本年度はこれらの点こついて検討した.1)測定センサーの試作品では,連続して数週間使用すると微細な埃や温度変化による結露などが起こり,電気回路が漏電して突然測定不能になる場合があった.これを防止するために,本年度は測定センサーを従来よりやや大型化させて気密性と断熱性を改良したところ,長期間の使用でも破損の頻度が飛躍的に軽減した.2)測定センサーの試作品では,作物体への着脱を数回繰り返すと,電極部の銀線が破損する場合が認められた.本年度は電極部に接触する銀線と作物体に接触する銀線とを分離し,作物体に接触する銀線を着脱式にして交換できるようにした.これにより電極部の破損がほとんどなくなった.3)作物体の測定部位による変動を検討するため,まず測定電位の基準となるア-ス電極を測定センサーと同一の銀塩化銀電極に変更し,ア-ス電位の安定性を向上させた.次に,大量に製作した測定センサーと新規購入の多チャンネルデータロガーを用いて,養分状態を異にする水耕栽培でのイネ,水分状態を変えた土耕ポット栽培でのインゲンマメおよび圃場栽培でのバレイショについて,同一個体の異なる節位,同一節位内の異なる位置,および隣接する複数の個体での電位を大量に測定し比較した.電位の日変化や測定部上部の切除に伴う電位の変化については昨年までとほぼ共通の結果が得られたものの,作物によって節位間での電位の変化が異なることが見いだされ,次年度での検討課題となった.

植物体の表面電位を簡便に測定することを目的として,高インピーダンス入力を低インピーダンス出力へ変換するIC(LF412N)を組み込んだ測定装置を試作し,圃場あるいはポット(土耕・水耕)栽培したバレイショ・インゲンマメ・イネを対象に,茎(葉鞘)表面電位を測定した.本装置での銀線を用いたセンサーによる測定は,塩化カリ比較電極を活用した装置との比較から,ほぼ正確に表面電位を測定していることが明らかとなった.ただし,当初の開発機器では,電極回路がオープンなときには過負荷となり破壊されることがあったため,ターミナル部分をアースで囲う回路パターン基板を導入し,またノイズ低減のため電源部と入力部との間にはセラミックコンデンサーを組み込み,さらにIC取り付けをソケット化するなど,現場における測定に対応して種々の改良を実施した。なお,電位の基準となるアースを比較電極とした場合と鋼管にした場合とを比較し,両アース間には20-30mVオーダでの差異が存在するが,その差異は日変化せず安定していることを確認した.このため,アースの種類は植物体表面電位の絶対値には影響するが,日変化のパターンには影響しないものと考えられた.多くの測定において,植物体の表面電位は,一般に日の出とともに減少し,日中は低い値を維持し,夜間に上昇する日変化(日較差:約100mV)を示した.しかし,顕著な個体間差が認められ,測定部位による変動が大きいことを明らかにしたが,日変化の原因としていずれの環境要因が主要因であるかは不明であった.水耕栽培の場合に,一般に培養液pHの上昇で表面電位は増加し,pH低下では減少した.また,木質部(導管内)の電位は表面電位と比較すると極めて小さく,部位による差異も小さかった.従って,表面電位は木質部と茎表面の電位差であると推察できるが,さらに検討を要する.
ソニック・ビジュアル・インターフェイスの研究

本研究では、カメラ画像から得られる対象物の位置や形状の情報を音の位置で表現する方法や、視覚情報と音響情報との3次元的な整合性を取る方法を探求した。まず、ステレオカメラが復元した3次元画像空間と、音響制御装置が持つ3次元音響空間と、ユーザが持つ3次元聴覚空間の関係を調べた。ステレオカメラが校正されていない場合、カメラにより復元した空間は3次元射影変換の不定性を持つ。また音響装置が校正されていない場合には、3次元音響空間にはやはり3次元射影変換の不定性が存在する。さらにこのインターフェイスを使用するユーザの聴覚感覚には個人差があるが、相対的な位置感や相対的な距離感が保存されると仮定すると、ユーザの聴覚感覚の個人差は3次元アフィン変換により表せることが明らかになった。そこで、ステレオカメラと音響装置との関係を3次元射影変換で直接表現し、基底音をユーザに与えてこの3次元射影変換を求めることにより、聴覚の個人差を吸収しつつ、カメラで撮影した物の位置を音の位置で表現する方法を開発した。次に、得られた視覚音響弱校正理論を複合現実感に応用し、視覚情報と聴覚情報との3次元的な整合性を取ることにより、より臨場感を増強する手法の開発を行った。この時、複数のカメラ同志がお互いに投影しあうカメラの相互投影の情報を積極的に用いることにより、視覚的3次元情報の計算安定性を格段に向上させることが可能であることを示した。このような視覚的3次元情報を聴覚的3次元情報と結びつけることにより、複数ユーザが存在する状況下において、それぞれのユーザごとに視覚情報と聴覚情報の3次元的整合性を取る手法を示した。実際に音と映像を用いた仮想対戦システムや仮想楽器を実現し、視覚的3次元情報と聴覚的3次元情報との幾何学的な整合性を取ることの重要性を明らかにした。本年度は、カメラが捕らえた物を音情報として視覚障害者に伝える音響視覚インターフェイス(ソニックビジュアルインターフェイス)の基礎理論を確立し、これをもとに理論評価用システムの構築および評価を行った。実際に、ステレオカメラシステム、3次元音響制御装置等を導入して、ソニックビジュアルインターフェイスの理論検証用システムを構築し、被験者を使ってその性能を調べた結果、音像の分解能が余り良くないために正確な形状を伝えることは難しいものの、簡単な形状であれば表現可能であることが確認できた。来年度は音像の定位感をより良くし形状表現能力を向上させると共に、小型軽量化することによりソニックビジュアルインターフェイスのウェアラブル化を目指す。本年度は、昨年度の研究により確立した視覚空間と音響空間との弱校正技術を複合現実感に応用することにより、視覚と音響との幾何学的な整合性が取れた、より臨場感のある複合現実感の実現方法を開発した。

複合現実感においては、視覚による提示だけでなく聴覚や触覚なども含めたマルチモーダルな情報提示を行うことにより、より臨場感を増すことができる。しかしマルチモーダルに情報提示する場合には、それぞれの感覚の整合性をうまく取らなければ、かえって臨場感を失うことになる。本研究では、複合現実感におけるユーザの視覚空間と聴覚空間との関係が、基底音を用いることにより校正可能であることを明らかにした。特にこの提案法では、複合現実感に使用するカメラや音響装置などの装置類を事前に個別に校正しておく必要がないため、カメラの校正や音響装置の校正といった手聞のかかる難しい作業が必要ないという大きなメリットがある。またさらに、複合現実感において多数のカメラを使用する場合に、これらのカメラ間の関係を、カメラの相互投影像を用いることにより、より正確に校正する方法を提案した。カメラが大量に存在する場合に、これらのカメラ間の関係を正確に求めることは非常に難しい問題であったが、本研究では、カメラのお互いの投影像を用いることにより、この校正が、より少ない対応点からより安定に行えることを明らかにした。実際にヘッドマウントディスプレイと音響装置を用いて、視覚と音響の整合性の取れた複合現実感システムを構築し、被験者を使って臨場感テストを行った結果、提案法により、より臨場感が増すことが確認できた。来年度は、視覚と音響による複合複合現実感を複数カメラと複数音場に拡張することにより、マルチユーザ間での視覚空間と音響空間の場の共有の実現を目指す。本年度は、昨年度までの研究により確立した視覚音響空間の弱校正法と、カメラ同士の相互投影を用いたカメラ校正法とを組み合わせることにより、複数カメラと複数音場における視覚空間と音響空間の融合法を開発し、複数のユーザによる視覚音響空間の共有を実現した。複数のユーザが一つの視覚音響空間を共有するためには、複数のユーザがそれぞれ持っているカメラ画像の空間(視覚空間)と音響装置の空間(音響空間)を統合するよう空間の幾何学的な校正を行う必要がある。一般に複数ユーザ間の視覚空間の校正は、空間中のマーカーや自然特徴点の対応をもとに行うが、正確に校正することは容易ではないことが知られている。これに対して昨年度の研究において、複数のカメラ同士を相互に投影し合うことにより、この幾何学的な校正が少ない対応点から高精度に行えることを明らかにした。そこで本年度はこの相互投影に基づくカメラ校正法を視覚と音響による複合現実感に応用し、カメラの相互投影を用いて複数の視覚空間と複数の音響空間を弱校正する方法を開発した。特に、HMDに取り付けたカメラを複数ユーザ間で相互に投影し合うことにより、最低3点の特徴点から、時々刻々と変化する複数ユーザのHMDカメラ間の幾何学的な関係をリアルタイムに高精度に計算し、3次元空間中の仮想物体と仮想音源をそれぞれのユーザの視点カメラとヘッドホンに投影して提示することに成功した。開発した手法を用いて、複数のユーザ同士が仮想的な世界の中でスターウォーズ対戦などを実体験することのできる複合現実感システムを構築した被験者を使って実験を行った結果、複数のユーザ同士で視覚空間と音響空間が共有でき、かつこれらの空間の弱校正が正確に行われていることから、非常に高い臨場感が得られることを確認した。
新しいタイプの超伝導を示す希土類三元化合物の探索

CeCu_2Si_2で代表される非-BCS超伝導体はすべて外国での発見であり,日本での誕生は現在までのところゼロである.本研究の目的はこの劣勢を打破することにあった.然し乍ら,超伝導体の発見は偶然性を伴うものが多く,一旦発見されると母物質を修飾した形での擬新物質で転移温度T_cが急激に増加する例がある.従ってキ-ポイントは偶然性或いはその兆候に早く遭遇する事である.上記のシナリオに沿って,本研究では希土類三元化合物での偶然性に期待を掛けた.従来我々はCeRhX (X=Bi, Sb, As)の新物質開発に従事して来たが,その参照系のLaRhXで遂に超伝導を発見する事ができた.具体的にはLaRhBi (T_c=2.35K)の発見である.詳細は1996年チューリッヒで開催された国際会議SCES'96で速報した.その後LaRhAsも同程度のT_cを持つ超伝導体であることを見い出した.これらの超伝導体は現在の所,BCS理論で説明されうるものと考えられるが,この物質の周辺に非-BCS超伝導体が存在する可能性が非常に高い.具体的には,高圧下のCeRhBiなどである.本研究の期間内ではCeRhBiの高圧下の実験には至らなかったが,LaRhBiの発見がトリガーとなって今後大いに期待できると考えられる.CeCu_2Si_2で代表される非-BCS超伝導体はすべて外国での発見であり,日本での誕生は現在までのところゼロである.本研究の目的はこの劣勢を打破することにあった.然し乍ら,超伝導体の発見は偶然性を伴うものが多く,一旦発見されると母物質を修飾した形での擬新物質で転移温度T_cが急激に増加する例がある.従ってキ-ポイントは偶然性或いはその兆候に早く遭遇する事である.上記のシナリオに沿って,本研究では希土類三元化合物での偶然性に期待を掛けた.従来我々はCeRhX (X=Bi, Sb, As)の新物質開発に従事して来たが,その参照系のLaRhXで遂に超伝導を発見する事ができた.具体的にはLaRhBi (T_c=2.35K)の発見である.詳細は1996年チューリッヒで開催された国際会議SCES'96で速報した.その後LaRhAsも同程度のT_cを持つ超伝導体であることを見い出した.これらの超伝導体は現在の所,BCS理論で説明されうるものと考えられるが,この物質の周辺に非-BCS超伝導体が存在する可能性が非常に高い.具体的には,高圧下のCeRhBiなどである.本研究の期間内ではCeRhBiの高圧下の実験には至らなかったが,LaRhBiの発見がトリガーとなって今後大いに期待できると考えられる.
脳血管攣縮に対する脳槽留置型drug delivery systemの開発

ニカルジピン徐放製剤を作成し、徐放効果、脳血管攣縮の予防効果をイヌくも膜下出血モデルを用いて検討した。1ニカルジピン徐放製剤を直径1mm、長さ10mmのrod状のペレットを加圧溶融法により調整した。基剤には乳酸グリコール酸共重合体を用いた。ニカルジピン含有率は約10%であり、総ニカルジピン量に対する放出量は、in vitroにおいてDay1で8%、Day2で17%、Day4で62%、Day10で96%であった。2開頭くも膜下出血モデルを顕微鏡下に作成し、脳槽内に血腫のみを留置する群、血腫に徐放剤(0.8mg、8mg)を留置する群、血腫に基剤のみを留置する群を作成した。血管撮影をDay7、Day14に行い、脳血管攣縮を評価した。徐放剤(0.8mg、8mg)はともに脳血管攣縮に対し効果を示した(50%の攣縮をそれぞれ14%、7%に軽減)。3屠殺後、血腫内のニカルジピン濃度を測定した。平均5.1x10-5Mであった。ニカルジピンの血管拡張作用はdose-dependentであり、in vitroでは10-6Mから10-5Mで最大の効果を示すといわれているが、血腫のなかのニカルジピン濃度は十分であるといえた。4次に、一般的に行われている大槽2回血液注入モデルを用いて効果を確認した。初めの血液注入の後、椎弓切除し、徐放製剤(8mg)を大槽より挿入し、2日後にも血液を注入した。Day7に血管撮影で検討した。通常、50%くらいおこる脳血管攣縮はが徐放製剤により、数%まで軽減した。ニカルジピン徐放剤を作成し、徐放剤の徐放効果、及び髄腔内投与による脳血管攣縮の予防効果を犬くも膜下出血モデルを用いて検討した。1.ニカルジピン徐放剤を直径1mm、長さ10mmのrod状のpelletを加圧溶融法により調製した。ニカルジピン含有率は約10%である。総ニカルジピン量に対する放出量は、in vitroにおいてDay 1で8%、Day 2で17%、Day 4で62%,Day 10で96%であり、徐放効果は十分であった。2.開頭くも膜下出血モデルを顕微鏡下に作成し、この際、脳槽内にhematomaclotのみ留置する群、hematoma clotの周囲にニカルジピン徐放剤を留置する群、基材のみのpelletを留置する群の3群を作成した。脳血管撮影をくも膜下出血モデル作成前、作成後7日、14日に行い、脳血管攣縮の評価を行った。くも膜下出血モデル作成後7日において、hematoma clotのみの群において、開頭側に著明な脳血管攣縮を認めた。一方、ニカルジピン徐放剤を留置した群では脳血管攣縮は軽度で、基材のみのpelletを留置する群では脳血管攣縮を認めなかった。3.作成後14日でのclot中のニカルジピン濃度は平均5.1×10^<-5>M認めた。ニカルジピンの血管拡張作用はdose dependentであり、in vitroでは10^<-6>10^<-5>Mで最大効果を示すと言われているが、今回、ニカルジピン徐放剤はclot中のニカルジピン濃度は十分であった。以上より、脳槽留置型ニカルジピン徐放剤は犬くも膜下出血モデルにおいて脳血管攣縮の予防効果に対して有効性を認めた。
コミュニケーション信号の時間構造を分析する神経回路のサブ～マルチニューロン機構

モルミルス科弱電気魚B. brachyistiusが電気コミュニケーション中に、時々発電を小休止(1秒以上)しており、小休止は、コミュニケーション再開後の信号に対する、信号受信者の行動応答が増強される事を見出した。この効果を発揮するのに有効な小休止の長さは、コミュニケーション信号の時間構造の分析に必要な、中脳ELp核ニューロンの短期シナプス抑圧からの回復時間と一致した。ヒトの会話中にも同様の小休止が見られ、印象的なスピーチづくりに有効である。本成果は、そのようなよく知られた言語心理学的知見に対する、はじめての神経回路レベルの説明となりうる。アフリカ産モルミルス科弱電気魚は、尾で発生する発電パルスの時間間隔をモールス信号のように変化させて、求愛・闘争などの個体間コミュニケーションをとる。モルミルス脳の中枢電気感覚経路にある中脳ELp核は、このコミュニケーション信号の時間間隔の計算が始まる脳部位であり、時間間隔に選択的に応答するニューロンが現れる。本研究で用いるモデルモルミルス種B. brachyistius(通称:ホエールエレファント)を用いた前年度までの予備的な電気生理学実験から、ELpのニューロン回路は、実際のコミュニケーション中に見られる頻度の連続電気感覚入力(10-100 Hz)で、強力にシナプス効率に抑圧がかかることと、そのシナプス抑圧は時定数約1秒で解除されることを見出していた。平成27年度は、この回路特性が、魚の電気コミュニケーション行動にも反映されているのではないかと考え、魚の発電パターンの詳細な解析と、電気感覚入力に対する行動応答を調べた。ELpでシナプス抑圧を惹起するのに十分な発電パルス列刺激を、合間を置いて2度与えると、2度目のパルス列に対する応答の馴化が、ELpシナプス抑圧の解除の時間経過とよく似た、約1秒の時定数の合間時間で解除された。このような、発電中に見られる秒単位の合間は、単独飼育された個体よりも、他魚とコミュニケーションできる複数飼育下で、より頻繁に観察された。すなわち、モルミルスは電気コミュニケーション中に合間を作って、自分が出す信号の他魚への影響を強めており、そのメカニズムは時間計算回路のシナプス抑圧とその解除であると示唆された。この行動は、ヒトがスピーチの途中に秒単位の合間を効果的に挿入して、後に続く言葉を強調する行動に類似している。本研究は、「合間」という、音声学や言語心理学的によく知られた現象に、初めて細胞レベルの神経生理学的説明を与えた点で興味深い。平成27年度は不測のトラブルが重なったため、当初計画であった生理学実験を中止し、行動学実験から着手した。本計画で用いる西アフリカ産モルミルス科弱電気魚(学名:B. brachyistius)は、野生個体を原産地より輸入して実験に供する。しかし、27年度はそもそも、日本国内に流通した個体数が極めて少なく入手が困難であったため、個体を殺傷する必要のある生理学実験よりも行動実験を優先する計画に変更した。さらに、生理学実験での使用を計画していた機器を保有する研究室の閉鎖にともなう機器利用停止日程が、学内人事日程とのすり合わせのために27年末に前倒しになったことで、年度内の生理学実験は完全に不可能となった。他方、所属部局(名古屋大学・脳神経回路研究拠点)でも、本計画に利用可能な生理学実験機器を導入する計画を進めていた。しかしこちらは、当初27年夏頃と見込んでいた設置場所の確保が、学内で発生した事故の影響で、28年年初まで遅れた。現在、実験室を整備中である。28年度は、当初研究計画であった生理学実験設備の整備を進めつつ、前年度に発見した、モルミルス科弱電気魚B. brachyistius(以下モルミルス)の新たな電気コミュニケーション行動の性質を、より自然な感覚刺激を用いて調べる行動学実験を行った。モルミルスは、尾で発生する発電パルスの時間間隔をモールス信号のように変化させて、求愛・闘争などの個体間コミュニケーションをとる。27年度の研究から、モルミルスは、あたかもヒトが会話中に「小休止」を挿入して効果的なメッセージ伝達を行うように、電気コミュニケーション中に「小休止」を作っており、自らの発電信号の他魚への影響を強めているという仮説を得た。しかし、27年度の実験で用いた感覚刺激は、単調な人工合成刺激であったため、28年度はこの実験をより洗練させ、実際に電気コミュニケーション中の2匹の魚の行動を計測した。異なる水槽に隔離した2匹の電気コミュニケーションを、高速デジタルシグナプロセッサを用いて“電話のように"媒介したところ、期待通り、“通話を遮断して"作った人工「小休止」につづいて“通話を再開した"直後に、際立って大きな行動応答が見られた。また米国ワシントン大学のCarlson研究室と共同で行った生理学研究から、この行動に有効な「小休止」の長さは、電気コミュニケーション信号の時間構造解析に必要な、中脳ELp核ニューロンにおけるシナプス応答の短期抑圧からの回復時間と一致する事を見出した。すなわち、モルミルスは電気コミュニケーション中に「小休止」を挿入することで、信号の受け手の神経回路活動の抑圧を解除して、続くメッセージの影響力を最大化すると示唆された。この成果は、「会話中の小休止」という、音声学や言語心理学的によく知られた現象に、初めて細胞レベルの神経生理学的説明を与えた点で興味深い。現在原著論文を執筆中である。

モルミルス科弱電気魚B. brachyistiusが電気コミュニケーション中に、時々発電を小休止(1秒以上)しており、小休止は、コミュニケーション再開後の信号に対する、信号受信者の行動応答が増強される事を見出した。この効果を発揮するのに有効な小休止の長さは、コミュニケーション信号の時間構造の分析に必要な、中脳ELp核ニューロンの短期シナプス抑圧からの回復時間と一致した。ヒトの会話中にも同様の小休止が見られ、印象的なスピーチづくりに有効である。本成果は、そのようなよく知られた言語心理学的知見に対する、はじめての神経回路レベルの説明となりうる。コミュニケーション信号の「合間」に関する研究は、当初計画からの大幅な変更を余儀なくされたために着手した計画であったが、「言語心理学やコミュニケーション論の神経回路基盤」という、非常に学際的な広がりをもつ、非常に興味深い結果が得られた。そのため28年度は、本来の計画に沿った生理学実験施設の整備を進めつつ、この新しい研究をさらに深めて、成果を公表する。生理学実験設備は、ELp回路の時間計算過程を、細胞群レベルの活動や、単一細胞内の局所活動の時空間分布から調べるため、高速共焦点顕微鏡と電気生理学計測システムを組み合わせた複合システムの建造に特に注力する。「合間」の行動への影響は、27年度は、人工刺激で確認したのみだった。この現象を、実際に電気コミュニケーション中の2匹の魚の行動で確認する。「ヒトにおいて、会話中に合間を一拍置くと、それに続く単語が強く印象に残る」ように、電気コミュニケーション中の「合間」も、それに続くコミュニケーション信号への行動学的影響を強めると期待する。異なる水槽に隔離した2匹の電気コミュニケーションを、高速デジタルシグナプロセッサを用いて“電話のように"媒介する。自然に表れた合間や、“通話を遮断して"人工的に作った「合間」の後、信号を再開した際に見られる行動を調べる。28年度が最終年度であるため、記入しない。神経行動学、神経生理学、感覚生理学28年度が最終年度であるため、記入しない。
手指技能の伝承を目指した、次世代高度訓練システムの構築

本研究課題では、3次元空間での手指を用いた技能訓練システムの構築を目的とし、5指に3軸の力覚を提示可能な独自の多指ハプティックインターフェイスを用いた技能訓練法の開発およびそれを用いた訓練システムの構築を行った。特に、学習心理学に基づき、フィードフォワード型訓練法(自習に対応)、およびフィードバック型訓練法(指導に対応)という2つの訓練方法を新規に提案し、指導と自習を行える信頼性の高い次世代高度教育訓練システムについての研究開発を行った。本研究では、5指に3軸の力覚を提示可能な多指力覚提示装置を用い、3次元空間での手指技能訓練システムの構築を目的としている。本年度は、熟練者が初学者の指先位置や力を観測し、適宜修正するフィードバック型訓練法(自習と指導における指導に対応)を提案し、その教示法の解明を行った。また、本研究に関連の深い道具型力覚提示装置および多指ハプティックインターフェイスに関する研究も並行して行った。フィードバック型訓練システムとして、技能を学習中である初学者の動作(指先位置や指先力)を熟練者がリアルタイムで感じ、学習中の初学者の動作において、どこをどのように修正しながら学習すれば良いか教示できるシステムを研究開発した。学習心理学の観点からは、技能習得には反復練習(自習)だけではなく、指導者による適切な教示が重要であることがよく知られており、熟練者が誤った操作をした場合、適宜修正することができる本システムは、より高精度での初学者の学習能力の向上が期待できる。特に提案教示法では、初学者が仮想環境内にある仮想物体を操作している最中、熟練者が初学者側に牽引力を与え、正しい動作を教示することとした。そして実験を通し、初学者の技能習得における精度を向上させることが可能と分かった。なお、初学者が自分の訓練を第一に行いたい場合は、牽引力が小さくなるよう、PD制御のゲインを小さく設定し、他方、熟練者の教示効果を大きくしたい場合は、そのゲインを大きく設定することで、様々な要望にあった教示が可能となることが確認できたが、熟練者の牽引力を初学者へどのくらい入れることが最適であるかは議論の余地があり、今後の課題である。本研究では、5指に3軸の力覚を提示可能な多指力覚提示装置を用い、3次元空間において、人間の手指を用いた正確で効果的な技能教示が可能になる技能訓練システムの構築を目的としている。その中でも本年度は、自習と指導を行えるハイブリッド型手指技能訓練システムの構築を行い、これまでの研究を総括した。また、本研究との関連が深い人間の知覚特性の計測および多指ハプティックインターフェイスに関する研究を平行して行った。具体的には、これまで研究開発した、記録しておいた熟練者の指先位置・指先力を初学者へ提示するフィードフォワード型訓練法(自習に対応)、および、仮想環境において技能を学習中である初学者の動作を熟練者がリアルタイムで感じ、初学者が誤った操作をした場合、適宜修正することができるフィードバック型訓練法(指導に対応)を組み合わせることで、自習と指導を行える、3次元空間でのハイブリッド型手指技能訓練システムを構築した。また、市販のシリコン製乳癌触診訓練モデルと同程度の柔らかさをもつ仮想モデルを仮想環境上に再現し、手指技能訓練システムの評価を行った。技能習得には、反復練習(自習)だけではなく、指導者による適切な教示(指導)を組み合わせることが重要であると知られており、これらを行える本提案システムは、効果的で信頼性の高い高度技能訓練システムであると考えられる。また、本提案課題で得られた研究成果をまとめ、国内外での研究発表、学術論文誌への論文投稿を行い、成果の普及に努めた。本年度は、熟練者の指先位置や指先力を保存し、初学者へ提示するフィードフォワード型訓練法(与えられた手本を真似て訓練を繰り返す自習に対応)の提案、熟練者が初学者の指先位置や力を観測し、適宜修正するフィードバック型訓練法(指導に対応)のためのシステム構築を行った。また、関連の深い道具型力覚提示装置に関する研究も並行して行った。フィードフォワード型訓練法では、記録しておいた熟練者の指先力と、初学者(訓練者)が物体に触って感じる力を、多指力覚提示装置により訓練者へ交互に提示し、力の伝達を行う。この際、熟練者と訓練者の力を提示する提示時間(提示周期)によって、技能伝達精度が大きく変化すると考えられる。そこで被験者実験を行い、最適な提示周期を導出した。すなわち、様々な熟練者の動作周期、力の提示周期、訓練者の力の提示周期に対して、最も力誤差が小さくなる最適提示周期を決定した。そして評価実験を行い、その有効性を検討した。現在、論文誌への投稿を準備中である。他方、次年度以降に行うフィードバック型訓練法のための実験設備として、当初の計画通り、システムの構築を行った。

また、製造業分野、医療分野、伝統工芸分野など様々な分野において、人間は多種多様な道具を用いて作業を行う。そこで、複数の道具(メスおよびピンセット)を仮想環境で扱える道具型多指力覚提示装置を研究開発した。最後に、今年度は以上の結果の一部を、IEEE/SICE International Symposium on System Integrationで発表し、SII2011 Young Author's Awardを受賞されるなど、順調な成果が挙げられている。指導と自習を行える信頼性の高い次世代高度教育訓練システムの確立を目指し、交付申請書における本年度の目標は、フィードバック型訓練システムの教示法の解明として、フィードバック型訓練法の提案を目指した。牽引力を考慮したフィードバック訓練法を研究開発し、その有効性を、実験を通して確認できており、研究目的に対する本年度までの達成度は、おおむね順調に進展していると言える。指導と自習を行える信頼性の高い次世代高度教育訓練システムの確立を目指し、交付申請書における本年度の目標は、自習に対応するフィードフォワード型訓練法を提案すること、フィードバック型訓練法用のシステムを構築すること、とした。フィードフォワード型訓練法においては、最も重要となる、熟練者と訓練者の力の最適提示周期の決定を行った。また、次年度以降に行う指導に対応するフィードバック型訓練法のための実験設備として、当初の計画通り、既存設備である多指力覚提示装置を利用して、システムの構築を行った。このため、研究目的に対する本年度までの達成度は、おおむね順調に進展していると言える。本研究課題の今後の推進方策として、次年度では、ハイブリッド型訓練法の確立を目指す。特に、本年度までに提案したフィードフォワード型訓練法およびフィードバック型訓練法の結果を統合し、自習と指導が出来るハイブリッド型訓練法を確立する。技能習得には反復練習(自習)だけではなく、指導者による適切な教示を与えることも重要であることが知られており、それらを行える訓練法の提案を目指す。本研究課題の今後の推進方策として、次年度では、フィードバック型訓練システムの教示法の解明を行う。フィードバック型訓練法では、熟練者が初学者の操作を観測し、初学者が誤った操作をした場合、適宜修正する必要がある。熟練者側、初学者側の力覚提示装置にて、仮想環境からの反力に加えて、それぞれの指先位置が等しくなるように、それぞれの指先位置のPD制御で構成された牽引力を追加し、フィードバック型訓練教示法を確立する。なお本年度は、提案したフィードフォワード型訓練法に関する国際論文を投稿予定であったが、評価実験が遅れた。このため、論文の英文校正に係る次年度使用額が生じた。次年度以降、早急に実験結果をまとめ、論文投稿を行う予定である。次年度には新たな実験装置の作製は行わないものの、ハイブリッド型訓練システムのため、これまで開発してきたシステムの改良試作費を計画している。また、研究成果の社会への発信等のため、学術講演会での成果発表、英文校正費、学生の実験補助費等を計画している。フィードバック型訓練システムの教示法の解明のため、センサ等のシステム改良試作費を計画している。
大豆の早晩性遺伝子E4のポジショナルクローニング

本研究では、大豆の早晩性を支配する遺伝子(E4遺伝子)をはじめて単離し、E4遺伝子が赤色光受容体(フィトクロームA)をコードしていること、E4遺伝子が劣性のオホーツク海沿岸地域の極早生在来種では、フィトクロームA遺伝子にレトロトランスポゾンが挿入されて機能を失っていること、3種類の東北地方の早生在来種では欠失突然変異が発生しており、フィトクロームAが機能を部分的に失っていることを明らかにした。大豆は栽培地域の緯度によって適応品種が異なり、最大限の子実収量を確保するため、それぞれの地域に適応した品種が栽培されている。大豆品種の早晩性は、遺伝子E1からE7によって制御されている。それらの遺伝子は低温による種皮の褐変と裂皮の発生を制御するが、E4は他の遺伝子と異なり劣性遺伝子型において種皮の品質を向上させるとともに英数を増加させ、大豆品種を高緯度地域に適応させる上で有用である。E4を単離・解析し、大豆の開花期制御および日長感応性の分子生物学的機構を明らかにするため、三春大豆と坂本早生を交配して育成したE4に関する準同質遺伝子系統、および早晩性に関する分離集団(F_<10>)を供試し、SSRマーカーおよびAFLPマーカーを用いて多型解析を行った。多型データをMAPMAKER/EXPver.3.0で解析して連鎖地図を作成し、E4のマッピングを行った。4096組合せのAFLPプライマーを用いて準同質遺伝子系統間の多型解析を行ったところ、26組合せで多型が認められた。小規模分離集団(116個体)を用いてマッピングを行ったところ、26マーカーのうち18マーカーが連鎖しており、16マーカーからなる連鎖群と2マーカーからなる連鎖群の2群が認められた。16マーカーからなる連鎖群には3個のSSRマーカー(Satt239、Satt354、Satt496)が連鎖しており、I連鎖群に対応していることが明らかになった。E4はI連鎖群に座乗しており、近傍のAFLPマーカー(E48M41-8およびE18M38-8)とそれぞれ0.8cMおよび5.2cMの距離があった。さらに、約700個体の分離集団を人工長日圃場で栽培して早晩性(E4の遺伝子型)を評価するとともに、各個体からゲノムDNAを抽出した。それらの遺伝子は低温による種皮の褐変と裂皮の発生を制御するが、E4は他の遺伝子と異なり劣性遺伝子型で種皮の品質を向上させるとともに莢数を増加させ、大豆品種を高緯度地域に適応させる上で有用である。本研究ではE4を単離・解析し、大豆の開花期制御および日長感応性の分子生物学的機構を明らかにする。三春大豆と坂本早生を交配して育成したE4に関する準同質遺伝子系統、および早晩性に関する分離集団(F_<10>)を供試し、SSRマーカーおよびAFLPマーカーを用いて多型解析を行った。多型データをMAPMAKER/EXP.ver.3.0で解析して、詳細な連鎖地図を作成した。4096組合せのAFLPプライマーを用いて準同質遺伝子系統間の多型解析を行ったところ、20マーカーで多型が認められた。分離集団(116個体)を用いてマッピングを行ったところ、20マーカーのうち16マーカーが連鎖しており、従来最も近傍に見いだされていたマーカー(Satt496およびSatt354)とE4との間に8個のマーカーが挿入された。E4は、最も近傍のAFLPマーカー(e48m41-8およびe18m38-8)とそれぞれ0.6cMおよび5.4cMの距離があった。E4のポジショナルクローニングを行うため、約700個体の分離集団を人工長日圃場で栽培して早晩性(E4の遺伝子型)を評価するとともに、各個体からゲノムDNAを抽出した。大豆は栽培地域の緯度によって適応品種が異なり、最大の子実収量を確保するため、それぞれの地域に適応した品種が栽培されている。E4は他の早晩性遺伝子と異なり、劣性(早生)遺伝子型で種皮の品質を向上するとともに莢数を増加し、大豆品種を高緯度地域に適応させる上で有用である。本研究ではE4遺伝子を単離・解析し、大豆の開花期制御および日長感応性の分子生物学的機構を明らかにする。本年度は、マップ情報を利用してE4遺伝子を単離し、E4遺伝子が赤色光受容体(フィトクロームA)をコードしていることを明らかにした。そして、E4遺伝子が劣性のオホーツク海沿岸地域の極早生在来種では、フィトクロームA遺伝子にレトロトランスポゾンが挿入されてフィトクロームAが機能を失っていることを見いだした。

さらに、3種類の東北地方の早生在来種(釜石、机4、早生乙女)のE4遺伝子に欠失突然変異が発生しており、野生型フィトクロームは1123アミノ酸からなるが、釜石では894アミノ酸、机4では759アミノ酸、早生乙女ではわずか456アミノ酸からなり、機能を部分的に失っていることを明らかにした。さらに、それぞれの欠失変異を認識できるdCAPSマーカーを開発し、変異の発生を確認した。本研究では、大豆の早晩性遺伝子をはじめて単離するとともに、早晩性遺伝子E4に4種類の異なる突然変異が存在することを明らかにした。以上の知見は、大豆の地域適応性の生理研究および品種育成のための重要な基礎資料となる。
抗炎症性脂質メディエーターに関する基盤的研究

プロスタグランジン(PGD2)は様々な代謝産物を生成し、それらのいくつかは炎症の消散などに関与し、生体の恒常性維持に重要な役割を果たしているものと考えられている。本研究では、マススペクトロメトリーを用いたPGD2代謝産物の特異的検出法を確立し、血清アルブミン依存的に産生される主要な代謝物としてΔ12-PGD2を同定し、肥満細胞の脱顆粒における検出・定量にも成功した。また、肥満細胞の脱顆粒では、神経突起伸長活性を有するPGD2代謝産物として15d-PGJ2を同定し、さらにカルシウムチャネルであるTRPV1を介した神経突起伸長増強メカニズムを確立した。脂質は3大栄養素のひとつであり、細胞膜の主要な構成成分やエネルギー源であるだけでなく、外界からの刺激に応答して“脂質メディエーター"と呼ばれる生理活性脂質が産生されることで、生体防御や神経伝達などに関与するという重要な機能を有している。中でもプロスタグランジン(PG)類は、遊離アラキドン酸からシクロオキシゲナーゼ(COX)の触媒によって生成される主要な脂質メディエーターである。PGの一種であるPGD2は睡眠の誘発やアレルギー性炎症に関与する一方、PPARγのリガンドになるなどユニークな生理活性を有するJ2型PGへと代謝されることも知られている。本年度はLC-MS/MSを用いて、変換経路の更なる検討および細胞応答におけるPG類の経時的変化について解析し、PG類の生理活性のさらなる解明を目的として研究を進めた。PGD2およびその変換産物をLC-MS/MSのプロダクトイオンスキャンモードで解析したところ、検討したすべてのPGにおいて共通のプロダクトイオンが検出された。このことから共通のプロダクトイオンを利用することにより、PGD2の変換産物を解析することとした。in vitroにおけるPGD2の変換についてLC-MS/MSを用いて検討を行ったところ、ヒト血清アルブミン存在下において、これまで知られているΔ12-PGJ2だけでなく、別の新しいPG類の存在が明らかとなった。質量分析およびNMRなどの解析の結果、新たに産生されるPG類としてΔ12-PGD2を同定した。以上のことよりPGD2について新たな変換経路が存在していると予想された。従来の代謝では、PGD2の一次代謝物としてPGJ2および15d-PGD2が知られていたが、血清アルブミン存在下では、新たな代謝物としてΔ12-PGD2も産生されうることが発見され、抗炎症性プロスタグランジン類生成経路の全容解明に近づいている。中でもプロスタグランジン(PG)類は、遊離アラキドン酸からシクロオキシゲナーゼ(COX)の触媒作用によって生成される主要な脂質メディエーターのひとつである。PGの一種であるPGD2は睡眠の誘発やアレルギー性炎症に関与する一方、核内受容体であるPPARγの内因性リガンドになるなどユニークな生理活性を有するJ2型PGへと代謝されることも知られている。前年度までに、PGD2の新たな変換経路が存在していることを見出すとともに、PGD2の主要な代謝物のひとつとして、二重結合の位置が12位に異性化したΔ12-PGD2を同定してきた。本年度は、質量分析装置を用いた安定同位体希釈法によるPGD2類の高感度な定量法を確立し、活性化マスト細胞の培養上清中にΔ12-PGD2が生成されることを明らかにした。さらに、PGD2代謝産物による神経細胞分化促進活性を見出した。15d-PGJ2を代表とするJ2型PG類は、神経成長因子(NGF)による神経突起伸長を増強する活性を有していることが明らかとなった。さらに、その増強作用の分子メカニズムの解明を行った結果、NGFにより細胞膜上へ移行したカルシウムチャネルのひとつであるTRPV1に直接的に結合することにより活性化し、結果として神経細胞の分化を誘導することを明らかにした。安定同位体希釈法によるΔ12-PGD2などのPGD2代謝物の定量法を確立し、実際に活性化マスト細胞の培養上清中にも、Δ12-PGD2が生成することを見出した。また、PGD2代謝物による神経細胞の分化促進活性を明らかにした。さらにその作用機序として、カルシウムチャネルであるTRPV1の活性化を介したシグナル伝達機構が重要であることを明らかにした。主要な脂質メディエーターのひとつであるプロスタグランジンD2 (PGD2)は、さらなる代謝を受けて、J2型PG類へと変換することが知られている。本年度は、PGD2代謝産物の詳細な解析を行った。逆相カラムとキラルカラムを直列に接続することにより、類縁体の分離も可能となり、血清アルブミン依存的に産生される主要な代謝物としてΔ12-PGD2を新たに見出し、生体サンプルからの検出にも成功した。さらに、Δ12-PGD2に対するモノクローナル抗体を樹立した。また、脂肪酸アミド類定量のためのサンプル調製法と質量分析装置を用いた安定同位体希釈法を確立し、実際にマウスやヒトの血清サンプルからの検出・定量に成功した。血清アルブミン存在下における主要なPGD2代謝物のひとつとしてΔ12-PGD2を見出し、実際にマウス皮膚組織における定量に成功した。

また、Δ12-PGD2に対する特異的モノクローナル抗体の作製にも成功し、免疫化学的検出も可能になるなど、順調に進展していると考えられる。また、安定同位体希釈法を用いた脂肪酸アミド類の定量法を確立し、生体サンプルからの定量にも成功した。プロスタグランジン(PGD2)は様々な代謝産物を生成し、それらのいくつかは炎症の消散などに関与し、生体の恒常性維持に重要な役割を果たしているものと考えられている。本研究では、マススペクトロメトリーを用いたPGD2代謝産物の特異的検出法を確立し、血清アルブミン依存的に産生される主要な代謝物としてΔ12-PGD2を同定し、肥満細胞の脱顆粒における検出・定量にも成功した。また、肥満細胞の脱顆粒では、神経突起伸長活性を有するPGD2代謝産物として15d-PGJ2を同定し、さらにカルシウムチャネルであるTRPV1を介した神経突起伸長増強メカニズムを確立した。PGD2およびその変換産物のLC-MS/MSのプロダクトイオンスキャンモードの結果、共通のプロダクトイオンが検出されたことから、LC-MS/MSを用いたPGD2代謝物の網羅的解析法を確立する。この方法を用い、炎症応答に関与するマクロファージ細胞や、アレルギー応答に関与するマスト細胞に着目し、LC-MS/MSを用いて細胞応答の誘導時における培養上清中のPG類を経時的に検出することを試みる。特に、15d-PGJ2に関しては、安定同位体希釈法による絶対定量法の確立を目指す。同時に、高感度化を目的としたPG類の標識方法の検討を行う。本年度確立した安定同位体希釈法によるPG類の定量方法を用いて、in vivoにおけるPGD2代謝物の定量解析を行う。特に、マスト細胞の活性化が関与するアレルギーなどの疾患モデルにおいて、Δ12-PGD2を中心としたPGD2代謝物の定量解析と疾患との関係について解析を行っていく予定である。また、質量分析法とあわせて、免疫化学的手法による定量解析法の確立を目的として、Δ12-PGD2を中心とするPGD2代謝物に対するモノクローナル抗体の作製を試みたいと考えている。なし食糧化学
生体材料用ポーラス金属ガラスの創製

これまでに報告されているガラス化最大直径が1cm以上のバルク金属ガラスにはニッケルや銅などの毒性元素が含まれており、生体材料への応用への妨げとなってきたが、本研究では銅、ニッケルフリーでガラス化最大直径が約2cmのジルコニウム基バルク金属ガラスの開発に成功した。また、金属溶湯中で生じるデアロイング反応を利用して金属ガラスの表面から毒性元素を選択的に取り除くと同時に表面をポーラス化する手法を考案した。平成21年度は比較的細胞毒性が低いと思われるZr-Al-Co基バルク金属ガラスの作製を中心に研究を行った。三元共晶組成、Zr_<56>Al_<16>Co_<28>にNbを添加した際のバルク金属ガラスの形成の有無および耐食性の変化を調べた。その結果、Nbを4.5%添加しても約15mmのバルク金属ガラスが作製できることを確認した。また、Nbを添加したZr-Al-Coバルク金属ガラスは孔食電位が無添加材よりも増大したことから、Nbの添加が耐食性の改善に有効であることがわかった。この金属ガラスを擬似生体液に浸漬した際のCoイオン溶出量を、商用Co基生体合金であるCo結晶合金と比較した。37°Cにおいて10mlのHanks液にサンプルを7日間浸漬すると、Co-Cr-Mo合金からのCoイオン溶出量は約5.7ng/mm^2であるのに対し、Zr-Al-Co金属ガラスからの溶出量は、分析法の検出限界以下と極めて小さいことが分かった。この結果からZr-Al-Co基金属ガラスのCoイオン溶出による毒性は低いことが予想される。また、Zr-Al-Co基金属ガラスの生体活性化のための初歩的的実験として、Zr-Al-Co基金属ガラスを用いて水熱電気化学処理を行った。水酸化ナトリウム水溶液を用いて90°C、2mA/cm^2で1時間、処理することによって、Zr-Al-Co基金属ガラス表面にナトリウムを含むCo酸化物が形成した。このようにして表面処理した金属ガラスをHanks液に14日間浸漬すると、試料表面が水酸化アパタイトで覆われ、生体活性化に成功した。これにより、Zr-Al-Co基金属ガラス表面の生体親和性が高まり、金属と生体組織との接合が促進されると期待される。平成22年度はZr-Ti-Al-Co基金属ガラスの開発と表面処理に関する研究を中心に研究を行った。Tiを含むZr-Al-Co基高ガラス形成能合金を開発し、水熱電気化学法によってその合金の表面にTi酸化物の生体親和性膜の形成を目指したが、この合金にTiを添加するとガラス形成能が低下と著しく脆化する傾向が見られた。高ガラス形成能を維持できるTi添加量は数%であったため、水熱電気化学法によってTi酸化物皮膜を形成することが出来なかった。そこで、Zr Al-Co基金属ガラスに適用できる新たな生体適合化およびポーラス化表面改質手法の開発に取り掛かった。Zr Al-Co合金構成元素の元素間親和力に着目し、Zr-Al-Co基金属ガラスが含有する元素の中で細胞毒性が高いと思われるAl、Co等を表面から選択的に取り除くと同時に材料表面を多孔化することが可能な脱成分法を見出した。通常、脱成分とは貴金属を含む合金を水溶液によって腐食させ、卑金属を選択的に取り除く技術として知られている。この技術をZr基金属ガラスに適用すれば、卑金属であるZrが優先的に腐食されてしまい、毒性元素の除去は達成できない。本研究により確立した金属溶湯を利用した脱成分技術は金属元素間に働く相互作用を利用した脱成分法であり、Zr-Al-Co合金表面からAlやCoを取り除き、多孔質純Zrを形成することも可能である。Zr基金属ガラス表面からこれらの毒性元素が一掃され、多孔質層が形成されれば、生体親和性が向上し、金属と生体組織との接合が促進されると期待される。平成23年度は水熱毛気化学法によるZr-Al-Co基金属ガラスの表面改質に関する実験および評価と金属溶湯による脱成分現象を利用した金属ガラスの無毒化に関する研究を行った。まず表面改質に関する実験ではTiおよびNbを添加したZr-Al-Co基金属ガラスを約100°Cの水酸化ナトリウム水溶液中で行った。この処理ではこれらの金属ガラスの表面にはCoNa酸化物が生成し、ZrやTiやNb等の細胞毒性の低い元素の酸化物を合成することでは困難であった。また、Zr-Al-Co金属ガラスの疑似生体液中の力学特性評価も並行して行った。従来のZr基金属ガラスであるZr-Al-Cu系は疑似生体液等の塩化物イオンを含有する水溶液中では耐食性が悪いために応力腐食割れ感受性が高いことが報告されているがZr-Al-Co基金属ガラスは疑似生体液中での耐食性が極めて高く応力腐食割れ感受性がほとんどほとんどないことが分かった。

他方で、金属溶湯中での脱成分現象を利用したZr-Al-Co金属ガラスの表面無毒化・ポーラス化研究においては、Zr-Co基合金をCe等の希土類元素の金属液体に浸潰すると、Zr-Ceは不混和であるが、Co-Ceが混和であるため、Zr-Co合金からCo元素が選択的に取り除かれ、合金の表面に微細なオープンポーラス構造を持つ純Zrが生成に成功した。合金表面が純ZrであればCo元素の毒性の懸念はなく、生体適合性が向上するものと考えられる。現在、本技術を金属ガラスのガラス転移温度の低温で行えるように金属浴を開発している段階であり、これが達成されればZr-Al-Co金属ガラスの表面無毒化・ポーラス化が可能になると考えられる。