hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モヤモヤ病タンパク質ミステリンの細胞内機能

モヤモヤ病は日・中・韓で多い脳血管疾患である。内頸動脈分岐部周辺において進行性の動脈狭窄・閉塞を生じ、そのため脳虚血・脳梗塞を引き起こす。また、代償性の側副血行路からの出血により、患者は死に至ることがある。我々が以前にクローニングした新規遺伝子ミステリンが、モヤモヤ病の主要な遺伝因子であることは明確であったが、機能は不明であった。培養細胞を用いた検討により、ミステリンが脂質代謝制御因子であることを初めて明らかにすることができた。モヤモヤ病は日本・中国・韓国に多い原因不明の脳血管疾患で、内頸動脈分岐部での血管の狭窄・閉塞と、それによる深刻な脳虚血・脳出血を特徴とする重篤な疾患である。モヤモヤ病患者の遺伝解析から、新規巨大遺伝子ミステリンのミスセンス変異がモヤモヤ病罹患リスクを著しく上昇させることを見出していたが、ミステリンの生理機能およびミスセンス変異がどのような分子・細胞レベルでの影響を及ぼし、発病につながっているのか、不明のままであった。これまでの解析から、ミステリンは2つのAAA+ ATPアーゼモジュールと1つのユビキチンリガーゼドメインを持つ特徴的なタンデムAAA+ ATPアーゼ/ユビキチンリガーゼであり、AAA+ ATPアーゼモジュールを介して巨大なドーナツ状複合体を形成して、ATP結合・加水分解に共役して複合体状態を変化させることで、何らかの細胞内物理プロセスに寄与することが示唆されていた。また、ゼブラフィッシュを用いた解析から、ミステリンが生理的血管新生・血管ガイダンスに必須の因子であることを明らかにしていたが、さらに、ミステリンがこれら2つの酵素活性を介して運動系(速筋・筋パイオニア・一次運動神経等)の形成にも必須の役割を果たしていることを明らかにした。また、培養細胞を用いて、ミステリンの細胞内局在・結合タンパク質に焦点をあてた検討を行い、ミステリン個体機能の基盤となる細胞内機能を示唆する結果を得た。ミステリンの個体機能および酵素活性の重要性について論文発表し、また、その基盤となる細胞内機能について、当初の予定に沿って解析を進めることができた。また、ゼブラフィッシュを用いた解析から、ミステリンが血管・筋肉・神経の初期発生に必須の役割を果たしていることを明らかにした。今年度、培養細胞とゼブラフィッシュを用いて、ミステリンの細胞内局在・機能および結合タンパク質に焦点をあてた検討を行い、ミステリン個体機能の基盤となる細胞内機能を示唆する結果を得た。現在、モヤモヤ病および脊椎動物の初期発生におけるミステリンの生理・病態機能と、ミステリン結合タンパク質および最近の実験データから示唆された細胞内機能の関わりについてさらに検討を進めている。ミステリンと結合タンパク質の機能相関について一部のデータを論文発表し、また、ミステリンの細胞内機能について、当初の予定に沿って解析を進めることができた。モヤモヤ病は日・中・韓に多い原因不明の脳血管疾患で、内頸動脈分岐部での進行性の動脈狭窄・閉塞と、それによる深刻な脳虚血・脳出血を特徴とする。モヤモヤ病患者の遺伝解析から、新規巨大遺伝子ミステリンのミスセンス変異がモヤモヤ病発病リスクを著しく上昇させることを見出していたが、ミステリンの生理機能およびミスセンス変異の病態機能について不明であった。ミステリンは、2つのAAA+ ATPアーゼモジュールと1つのユビキチンリガーゼドメインを持つ細胞内タンデムAAA+ ATPアーゼ/ユビキチンリガーゼをコードしており、AAA+モジュールを介して巨大なドーナツ状複合体を形成して、何らかの細胞内物理プロセスに寄与することが示唆されていた。また、ゼブラフィッシュを用いた解析から、ミステリンが血管・筋肉・神経の初期発生に必須の役割を果たしており、しかも、ATPアーゼ活性とユビキチンリガーゼ活性の両方が重要であることを明らかにしていた。その一方でミステリンの細胞内機能については不明であり、解析の必要があった。培養細胞を用いた検討から、ミステリンは細胞内の中性脂肪貯蔵オルガネラである脂肪滴に局在し、脂肪分解酵素を負に制御することで、脂肪蓄積を増強する機能を持つことを解明した。このような機能には、ミステリンのATPアーゼおよびユビキチンリガーゼ活性の両方が必要であった。現在さらに、ミステリンの脂肪代謝制御機能の詳細について解析を進めると共に、モヤモヤ病変異による機能異常についても同定を試みている。

培養細胞を用いた検討により、ミステリンが脂質代謝制御因子であることを初めて明らかにすることができた。ミステリン細胞内機能解明のため、結合タンパク質・細胞内局在・刺激応答性に焦点をあてた検討を進める。また疾患関連変異の影響についても検討を行う。ミステリン細胞内機能解明のため、結合タンパク質・細胞内局在・刺激応答性に焦点をあてた検討を、培養細胞とゼブラフィッシュおよびin vitroの系を併用しながら進める。また疾患関連変異の影響について特に生化学・生物物理学的な検討を行う。細胞生物学
難溶解性原料を用いた緩やかな組織形成による高密度高配向ナノ構造ゼオライト膜の作製

本研究では、難溶解性原料としてガラス粉末を出発材に用いた水熱反応合成によって、配向性を有し、緻密で極めて薄いMFI型ゼオライト膜の作製に成功した。膜形成機構を詳細に検討した結果、反応初期に非晶質相が基板上に成形され、その後反応時間の増加とともにb軸配向性を示しながら結晶質であるゼオライト相に変化することが明らかになった。また、結晶相への転移ならびにb軸配向性は反応溶液のpHに依存することが見出され、膜構造の変化は反応溶液との界面となる膜表面から進行していることが示唆された。本研究では、申請者の研究グループが独自に考案する難溶解性原料を出発材とする作製プロセスによって、究極のガス分離材としての応用に加え、量子閉じ込め効果を利用した新規配列ナノクラスターデバイスへの展開が期待できる高密度高配向ナノ構造ゼオライト超薄膜の創製を目的として、種々の検討を行っている。以下に、初年度に行った検討から得た知見の概要を記す。・出発原料として固体状ケイ酸ガラスを用い、アルカリ性熱水中でそのような出発材を徐々に溶解させる手法によって、b軸に配向したMFI型ゼオライト膜がジルコニア基板上に形成可能であることがわかった。微構造観察の結果、得られた膜は数百nm程度と薄く、得られた膜も比較的緻密性が高いことがわかった。膜の組成を分析した結果、膜は主にSiと酸素から構成されていることが観測された。・同プロセスの下、金属基板上への製膜を検討したところ、ジルコニア基板と同様に、b軸に配向し且つ比較的緻密なMFI型ゼオライトの薄膜が作製できることが明らかになった。以上簡単に得られた知見の概要を記したように、本年度の結果に基づくと、申請者の研究グループが提案する膜作製プロセスの有用性が示唆されているものの、その有用性をより明確にするとともにプロセスの汎用性を高めることを踏まえると、次年度に向け次のような点が検討課題である。・それらの製膜には反応時間として9日間程度を要し、より短時間下で製膜可能なプロセス条件を見出す必要がある。・膜形成機構を理解する上では、反応時間による膜構造の変化を評価しながらより詳細な検討を行う必要がある。本研究では、究極のガス分離材としての応用に加え、量子閉じ込め効果を利用した新規配列ナノクラスターデバイスへの展開が期待できる高密度高配向ナノ構造ゼオライト超薄膜を、申請者の研究グループが独自に考案する難溶解性原料を出発材とする作製プロセスによって創製し、得られた知見を基に、ゼオライト膜の高度利用と多面的応用に資する高密度高配向ナノ構造ゼオライト超薄膜作製基盤技術の構築を図ることを目的とし、検討を進めている。中でも平成21年度は、分離膜への展開を図ることを視野に入れ、支持体基板となる多孔質基板の作製を行い、得られた多孔質基板を用いて膜作製を行った。以下に、平成21年度に行った検討から得た知見の概要を記す。なお、多孔質基板はY_2O_3-stabilized ZrO_2(YSZ)粉末をSlip-castingすることによって作製され、その多孔性は焼成条件によって制御された。・初年度に行った緻密基板上でのゼオライト膜作製の検討結果に基づき、多孔質基板を用いて同様の検討を行ったところ、膜形成さらにはゼオライトの生成にも至らず、基板の多孔性が膜形成に大きな影響を及ぶすことがわかった。・原料であるガラスの仕込み量と、構造指向材として投入する水酸化テトラプロピルアンモニウム溶液(TPAOH)量を変化させながら、膜作製を検討した結果、ガラス仕込み量には最適値がある一方、TPAOH量は多いほどゼオライトの生成が促進される傾向にあることがわかった。しかし、連続性に富む膜形成には至らず、作製条件の更なる検討が必要とされた。本研究では、究極のガス分離材としての応用に加え、量子閉じ込め効果を利用した新規配列ナノクラスターデバイスへの展開が期待できる高密度高配向ナノ構造MFI型ゼオライト超薄膜を、申請者の研究グループが独自に考案する難溶解性原料を出発材とする作製プロセスによって創製し、得られた知見を基に、ゼオライト膜の高度利用と多面的応用に資する高密度高配向ナノ構造ゼオライト超薄膜作製基盤技術の構築を図ることを目的とし、検討を行った。以下に、本年度に得られた知見の概要を記す。・前年度に引き続き、65%程度の多孔度を持つ基板を用いて製膜を試みたが、緻密基板上で見られた配向性を有し緻密で薄い膜を得ることは出来なかった。この結果を受け、多孔性が異なる基板を作製し、検討を行ったところ、基板の多孔度が増加すると、製膜性が著しく低下することがわかった。また、基板の凹凸も製膜性に影響を及ぼすことが明らかになった。

分離膜への展開を進める上では、引き続き検討を要することが示された。・膜形成機構を詳細に検討した結果、反応初期に、非晶質膜が基板上に形成し、反応時間の増加とともに、その非晶質膜が結晶化し、b軸配向性が出現することがわかった。また膜厚は、非晶質膜形成時で、反応時間の増加とともに増加する傾向にあったが、膜が結晶化する段階では、ほとんど変化しないととがわかった。膜の結晶化段階を反応条件など様々なプロセスパラメータを変えながらより詳細に検討した結果、結晶化は反応溶液と膜が接する界面から膜内部に向け進行することが示唆された。
Dドーパクロムトートメラーゼの脂肪組織特異的発現・作用機序

D-dopachrome tautomerase(DDT)はインスリン抵抗性改善作用を持つアディポカインだが、発現機序は不明である。DDT遺伝子の転写を促進する化合物としてAMP-activated protein kinase (AMPK)の賦活剤であるAICARとその誘導体を同定した。AMPK阻害剤はヒト前駆脂肪細胞株SGBS由来の脂肪細胞でDDT mRNA発現を抑制した。AMPKの下流のFOXO1とmTOR経路の関与について検討したところ、FOXO1はHEK293細胞ではDDTの転写を促進したがSGBS細胞では転写を抑制した。mTOR阻害薬のrapamycinはDDTの転写を促進した。D-dopachrome tautomerase (DDT)は脂肪細胞から分泌されるアディポカインの一つで、インスリン抵抗性の改善作用をもつ。肥満者の脂肪細胞ではDDTの発現が低下しており、脂肪細胞でのDDT転写調節の破綻が肥満におけるインスリン抵抗性発症の病態に関与する可能性がある。そこでDDTの脂肪細胞での転写調節機序の解明を目的に研究を行った。ヒト前駆脂肪細胞株SGBS細胞から分化誘導した脂肪細胞を研究に用いた。DDTの転写活性およびDDT mRNAの発現は低酸素ストレス、酸化ストレス、血清枯渇ストレスで上昇した。これらのストレスを受けた脂肪細胞ではAMP-activated protein kinase (AMPK)の活性化と、mammalian target of rapamycin(mTOR)の不活性化が認められた。AMPK活性化剤を作用させた脂肪細胞やmTOR阻害剤を作用させた脂肪細胞で、DDTの発現上昇が認められたことから、脂肪細胞でのDDT発現へのAMPK-mTOR経路の関与が示唆された。さらにAMPK-mTOR経路により制御される転写調節因子Forkhead box protein O1(FOXO1)の結合モチーフがDDTプロモータ領域上に存在し、その領域へのFOXO1の結合を確認した。DDTプロモータの下流にルシフェラーゼを組み込んだレポータベクターを安定発現するHEK293細胞に、約1,500種からなる薬物ライブラリーを作用させ、ルシフェラーゼ活性を指標にDDTの転写に影響を与える薬物のスクリーニングを行ったところ、AMPKの活性化剤であるAICARの誘導体がDDT遺伝子転写賦活化化合物として同定された。活性化剤、阻害剤の双方を用いた検討により、DDTの転写調節に関与するシグナル分子AMPKとmTORを同定できた。また独立した実験系により、DDTの転写を促進する薬物としてAMPKの活性化剤のAICARの誘導体が同定されたことも、DDTの転写調節へのAMPKの関与を疑いのないものとした。AMPKはmTORの活性を抑えることが知られており、各種ストレスなどAMPKが活性化する状況においてmTORの不活化を介してDDTの発現が上昇すると考えられた。AMPK-mTOR経路の下流の転写調節因子の関与について検討することにより、より詳細な脂肪細胞のDDT発現機序を明らかにすることができると期待される。以上の点を考慮して、本研究は概ね順調に推移していると判断する。D-dopachrome tautomerase (DDT)は脂肪組織から分泌される生理活性物質アディポカインの一つで、インスリン抵抗性改善作用を有している。肥満者の脂肪細胞ではDDT発現が低下していること、前駆脂肪細胞から脂肪細胞への分化過程で発現が上昇することが知られているが、遺伝子転写の分子機序は不明であった。そこで本研究ではDDT遺伝子の転写調節に関わる分子の同定を目的に実験を行った。AMPKはSIRT1を介して転写調節因子FOXO1を活性化することが知られている。DDT遺伝子の転写調節領域のFOXO1結合モチーフへのFOXO1の結合を認めたが、FOXO1常時活性化変異体の過剰発現系およびFOXO1阻害薬を用いた検討では、FOXO1が前駆脂肪細胞株SGBS細胞およびその分化脂肪細胞でDDT遺伝子の転写を抑制することが示された。一方、ヒト胎児腎線維芽細胞株HEK293細胞ではFOXO1によるDDT遺伝子の転写促進を示すデータが得られた。以上の結果よりFOXO1のDDT遺伝子転写調節は細胞特異的であること、脂肪細胞でのAMPK活性化によるDDT遺伝子転写促進にはSIRT1/FOXO1経路以外のシグナルが関与することが示唆された。AMPK賦活薬を作用させたSGBS脂肪細胞ではシグナル分子mTORの活性が低下する。さらにmTOR阻害薬がDDT遺伝子の転写活性を上昇させたことから、脂肪細胞でのDDT遺伝子転写調節へのAMPK/mTOR経路の関与が示唆された。肥満者の脂肪細胞でDDT発現が低下していること、DDTはインスリン抵抗性を改善する作用をもつことから、脂肪細胞でのDDT発現を上昇させる薬物は肥満によるインスリン抵抗性を改善する治療薬として応用が期待される。本研究ではAICAR(5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-β-D-ribofuranoside)とその誘導体がDDTの転写活性を促進することを明らかにすることができた。さらにその薬物によるDDT遺伝子転写促進にはAMPK/SIRT1/FOXO1経路、AMPK/mTOR経路が関与すること、さらにその転写調節には細胞特異性があることを明らかにした。DDTは近年、MIF(macrophage migration inhibitory factor)の機能的ホモログとして認識されるが、脂肪組織ではインスリン抵抗性を惹起するMIFと相反する作用と異なる発現様式をもつ。本研究はその臓器特異的なDDT作用あるいは発現機序の解明の足がかりになるものと考えられる。

D-dopachrome tautomerase (DDT)は脂肪組織から分泌される生理活性物質アディポカインの一つで、インスリン抵抗性改善作用を有する。その機序としてDDTは脂肪細胞に作用して脂質代謝を抑制すること、インスリン抵抗性を惹起するfatty acid binding protein-4、selenoprotein Pの発現を抑制すること、インスリン抵抗性を抑制するvascular endothelial growthfactor-Aの発現を促進すること、前駆脂肪細胞に作用して脂肪細胞への分化を抑制することが関与すると考えられた。このうち脂肪分化抑制作用はマウスの前駆脂肪細胞株3T3L1では認められないことから、ヒト特異的作用と考えられた。糖質コルチコイド(GR)シグナルの下流に位置するLMO3はヒト特異的に脂肪細胞への分化を促進させることが知られており、DDTを作用させたヒト前駆脂肪細胞株SGBSでは、デキソメタゾン(DEX)によるLMO3発現誘導が抑制される。そのDDTによるLMO3発現抑制機序について検討した。DDTはSGBS細胞でc-FOSの発現を上昇させる。c-FOSはGRシグナルを抑制することが知られていることから、c-FOSがDDTによるLMO3発現に及ぼす影響を検討した。SGBS細胞にc-FOSに対するsiRNAとコントロールsiRNAを導入し、それぞれにDEXを作用させたところ、LMO3発現に差異は認められなかったことから、SGBS細胞ではLMO3発現にc-FOSは関与しないことが示唆された。次にDDTのGRシグナルに対する影響について検討した。DDT存在下および非存在下でDEXによるGRの局在に差異を認めなかった。以上よりDDTによるLMO3発現抑制はGRシグナル非依存的であることが示唆された。D-dopachrome tautomerase(DDT)はインスリン抵抗性改善作用を持つアディポカインだが、発現機序は不明である。DDT遺伝子の転写を促進する化合物としてAMP-activated protein kinase (AMPK)の賦活剤であるAICARとその誘導体を同定した。AMPK阻害剤はヒト前駆脂肪細胞株SGBS由来の脂肪細胞でDDT mRNA発現を抑制した。AMPKの下流のFOXO1とmTOR経路の関与について検討したところ、FOXO1はHEK293細胞ではDDTの転写を促進したがSGBS細胞では転写を抑制した。mTOR阻害薬のrapamycinはDDTの転写を促進した。脂肪細胞におけるDDTの転写調節に関わる転写調節因子を同定する。候補としてFOXO
消化管上皮の部位別糖脂質糖鎖プロファイルと糖鎖を介した細菌の共生と感染の仕組み

マウス消化管における糖脂質分布は、間質にフォルスマン糖脂質に至るグロボ系列、上皮にガングリオ系列の糖脂質が分布していた。上皮における糖脂質分布は消化管部位によって特徴があり、十二指腸、空腸、回腸において、無菌下ではGg_4Cerが最大成分であり、通常飼育下ではIV^2Fucα-Gg_4Cerが最大成分であった。一方、胃および結腸上皮では、GM1、フコシルGM1、Gg_4Cer、IV^2Fuα-Gg_4Cerがほぼ同程度含有され、その割合は飼育環境下によって影響を受けなかった。フコース転移酵素遺伝子Fut-1とFut-2のノックアウトマウスを用いた解析により、小腸におけるフコシル化はFut-2によって行われていることが明らかになった。しかし、Fut-2欠損マウスのフコシル化糖脂質は胃、盲腸、結腸で消失しているが、小腸では消失しておらず、小腸部位に限って遺伝子の代替利用が行われることが明らかになった。これらの糖脂質のうち、Gg_4Cerは乳酸菌の受容体となっていることから、受容体に対する乳酸菌の結合および消化管部位における乳酸菌の生息数の測定を目標に、乳酸菌L. johnsoniiとL. intestinalisに対する抗血清を作成した。抗血清は乳酸菌細胞壁のテイコ酸成分と強く反応した。L. johnsonii4x10^6個当たりの抗原含有量は1μgであった。しかし、抗血清中にはGg_4Cerと反応する抗体も含まれており、菌の結合を調べるためには、条件検討が必要であることが分かった。抗Gg_4Cer抗体はべーチェット病などの患者血中に検出されており、疾患の発症と細菌感染に何らかの関係があると予想された。乳酸菌Lactobacillus johnsoniおよびLactbacillus intestinalisそれぞれをウサギに免疫して作製した抗体は、細胞壁テイコ酸の成分ジグルコシルおよびトリグルコシルジグリセリドを抗原としていた。本抗体を用い、各種糖脂質(GalCer,GlcCer,LacCer,Gb_4Cer,Lc_4Cer,nLc_4Cer,GM1,GM1)に対する乳酸菌の結合を調べると、L.jonsoniのみアシアロGM1に結合した。しかし、抗L.johnsoni抗血清中には、アシアロGM1と反応する抗体も含まれており、菌の結合を調べるには、条件検討が必要であることが分かった。抗アシアロGM1抗体はベーチェット病などの患者血中に検出されており、疾患の発症と乳酸菌感染に何らかの関係があると予想される。乳酸菌受容体アシアロGM1は、マウス消化管全領域に分布しているが、特に含有量が多い領域は十二指腸、空腸であった。アシアロGM1含有量は無菌マウスが際立って多く、通常飼育マウスでは、アシアロGM1のフコシル化によってアシアロGMI含有量が低下していた。生成物フコシルアシアロGM1の合成は、細菌感染によるフコース転移酵素遺伝子の誘導によるものであり、無菌マウスを飼育に移行すると6時間以降に急激な遺伝子の発現増加が観察され、フコシルアシアロGM1の生成は36時間で最高となった。遺伝子Fut-1とFut-2のノックアウトマウスを用いた解析により、アシアロGM1のフコース転移酵素遺伝子はFut-2であることが明らかになった。しかし、Fut-2ノックアウトマウス消化管のフコシルアシアロGM1は、胃、盲腸、結腸で消失しているが、十二指腸、空腸、回腸では消失しておらず、Fut-1あるいはFut-3を代替遺伝子として用いている可能性がある。

従ってこの遺伝子の発現調節の仕組みは、小腸部位と胃、大腸部位で異なっていることが明らかになった。フコシル化糖脂質を受容体とする細菌の解析、および消化管部位における細菌種の解明については現在研究を進めている。マウス消化管には、間質にフォルスマン糖脂質に至るグロボ系列、上皮にガングリオ系列の糖脂質が分布していた。上皮における糖鎖分布は消化管部位によって特徴があり、十二指腸、空腸、回腸において、無菌下ではGg_4Cerが最大成分であり、通常飼育下ではIV^2Fucα-Gg_4Cerが最大成分であった。一方、胃および結腸上皮では、GM1、フコシルGM1、Gg_4Cer、IV^2Fucα-Gg_4Cerがほぼ同程度含有され、その割合は飼育環境に影響を受けなかった。これらの糖脂質のうち、Gg_4Cerは乳酸菌の受容体となっているが、受容体活性をサンドイッチ法(糖脂質-乳酸菌-抗乳酸菌抗体-パーオキシダーゼ標識抗ウサギIgG抗体)で測定する場合、交差反応に注意する必要があることが明らかになった。特に、抗乳酸菌抗体は細胞壁のテイコ酸に結合するが、同時にGg_4Cerにも結合する活性を持っている点に注意が必要であった。一方、乳酸菌の消化管部位における分布については、抗乳酸菌抗体を利用して特異的で高感度な検出が可能となった。本抗体の抗原はグラム陽性細菌細胞壁テイコ酸のジグルコシルおよびトリグリコシルジアシルグリセロールであり、4×10^6個の菌にそれぞれ約1μgが含まれていた。両糖脂質は動物消化管内の糖脂質に比べ、TLC上の移動度が異なっている点、ならびにアルカリ感受性である点で区別が可能であった。実際に、本法を用いて、免疫不全Scidマウスと対照マウスの便中の乳酸菌数を測定したところ、Scidマウスの方が多く含まれているとの結果が得られた。消化管各部位における菌の分布と受容体糖鎖の含有量の関係について研究を進める計画である。
テレビ電話・動画視聴・アプリケーションによる新たな認知行動療法の開発と臨床応用

本研究は、へき地・離島、ならびに認知行動療法にアクセスが悪い地域に暮らす患者に、インターネットを介して認知行動療法を提供するための治療プラットフォームを実装し、臨床試験によってその実用性や有効性を検討することを目的としている。平成30年度には、強迫症、パニック症、社交不安症に対するインターネット認知行動療法の治療システムの開発した。具体的には、Webサイト上に認知行動療法について説明する動画や、テキスト資料を掲載し、患者と治療者が安全にやり取りできるチャットツール、治療内容を理解したか確認できる一問一答テストを実装した。つまり平成30年度には、臨床試験を実施するための治療基盤を実装することができたことが、主要な成果である。また治療システムを開発する過程で生まれた、2019年2月にテレビ電話の認知行動療法の実用可能性について総説を発表したことや、強迫症の患者に対するデジタル教材の使い方について2019年3月に不安症学会で報告していることも研究実績である。作成した治療システムを使った臨床試験については、福井大学と千葉大学の共同研究として臨床試験を計画し、現在臨床試験部審査委員会での倫理審査中である。倫理審査で試験計画が承認された翌月から、社交不安症と不安症に対する治療者のガイド付きインターネット認知行動療法の臨床試験を実施し、その実用可能性を検討していく。日本における不安症についての治療プログラムによるインターネット認知行動療法の臨床試験は、これまで実施されたことがないため、学術的な知見を得られる上に、我が国の不安症の遠隔治療の実現に関して大きな一歩となるため、本研究は意義深いと考えている。Webサイトで実施する認知行動療法プログラムについては、当初の予定通り、平成30年度にインターネット認知行動療法の治療プログラムを構築することに成功した。一方で、スマートフォンに対応した社交不安症の認知行動療法アプリについては、現在治療システムを実装中である。理由は、申請者の所属する千葉大学子どものこころの発達教育研究センターでは、雇用会議が毎年1月開催であり、エンジニアを雇用し治療プログラム開発が2019年2月からとなったからである。遅れている認知行動療法アプリについては、2019年9月に実装が完了する見込みである。Webサイトで実装する認知行動療法についは、2019年度に、社交不安症とパニック症を対象にした臨床試験を実施して、治療者のガイドが付いたインターネット認知行動療法の実用可能性を検討する。研究計画をランダム化比較から、シングルアームに一部変更して、安全性と実用可能性を検討するための試験デザインを設定した。シングルアームでの実用可能性が確認された場合には、ランダム化比較試験を実施していく。スマートフォンで受けられる認知行動療法アプリについては、2019年秋頃に実装が完了する予定であり、こちらについても同年中に、青年期の患者を3名程度を対象にした臨床試験を計画して実施していく。

スマートフォン認知行動療法アプリを作成するためのエンジニア雇用が遅れた結果、次年度使用額が生じた。次年度においてエンジニアの雇用ため使用する。
ＧＦＡＰ陽性神経幹細胞に由来する海馬新生ニューロンのストレス脆弱性の分子基盤

成体脳における神経新生はGFAP陽性神経幹細胞によって行われている。海馬歯状回においてGFAP陽性神経幹細胞により生成される顆粒細胞の性質・動態を、老化・ストレス感受性に着目して解析を行った。マウスGFAP陽性神経幹細胞により生成されるニューロンの全顆粒細胞層に占める割合は、若年期に大きく増えその後老齢期にかけて微増していたが、空間的部位・性別によって違いがみられた。また、新生ニューロンはストレスに脆弱であったが、このストレス感受性には分化段階で臨界期がみられた。さらに歯状回顆粒細胞層の分子発現網羅解析を行い、成体生成ニューロンの特性に関わる幾つかの新規候補分子を見出した。Glial Fibrillary Acidic Protein(GFAP)陽性神経幹細胞は生後発達期より老齢期にわたり海馬歯状回における持続的な神経新生に寄与するが、GFAP陽性神経幹細胞に由来する顆粒細胞集団が他の顆粒細胞と異なる性質を有するかについては明らかでない。本研究では、GFAP陽性神経幹細胞に由来する顆粒細胞集団がストレス脆弱性を有する可能性に着目し、その形成維持機構とストレス感受性について詳細な解析を行うとともに、そのストレス脆弱性に関わる分子基盤を明かとすることで、GFAP陽性神経幹細胞に由来する顆粒細胞集団の特異性の解明を試みることを目的とする。平成22年度には、生後発達期-老齢期にわたるGFAP-GC populationの量的変動とてんかん侵襲等のストレス負荷による影響について、GFAP-GC populationの選択的追跡が可能な遺伝子改変マウスモデルを用いて、組織学的解析・分子発現の検討を行った。この結果として、GFAP-GC populationの生成・維持が様々な環境要因により影響を受けるという基礎的な知見を得た。このことは、GFAP-GC populationが他のGC populationと異なる性質を有する可能性を示唆するものとして興味深いと考えられる。また、GFAP-GC populationの分子発現の網羅解析のため、GFAP-GC populatioを選択的に分離するための有効な手法の検討を、FACS法、レーザーマイクロダイセクション法等を用いて行ったが、網羅解析のための良質な遺伝子の回収のためにはさらなる条件検討が必要であった。この過程で、本研究に必要な動物モデル繁殖の過程での感染事故の発生のため同モデルの無菌化・再導入が必要となったため、当初計画に遅延が生じた。Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP)陽性神経幹細胞は生後発達期より老齢期にわたり海馬歯状回における持続的な神経新生に寄与するが、GFAP陽性神経幹細胞に由来する顆粒細胞集団が他の顆粒細胞と異なる性質を有するかについては明らかでない。平成23年度には、22年度に見いだした環境ストレスによるGFAP-GC populationの変動の分子基盤として、分化段階の特定の期間における神経伝達物質受容体の関与を示唆する結果を組織学的検討および阻害実験により得られた。GFAP-GC populationの分離するための有効な手法についてはさらに検討を進めた結果、GFP発現を指標としたレーザーマイクロダイセクション法により良質な遺伝子回収が得られたため、これを使用してDNAマイクロアレイ法による網羅解析を行った。さらに網羅解析により見いだした分子の機能解析を開始したが、本研究に必要な動物モデルの感染事故による同モデルの無菌化・再導入が必要となったため、当初計画に遅延が生じた。まず、生後発達期ー老齢期にわたるGFAP-GC populationの量的変動とてんかん侵襲等のストレス負荷による影響について、GFAP-GC populationの選択的追跡が可能な遺伝子改変マウスモデルを用いて、組織学的解析・分子発現の検討を行った。この結果として、GFAP-GC populationの生成・維持が様々な環境要因により影響を受けること、GFAP-GC populationはあるcritical periodにおいてストレス脆弱性を有すること、その制御に神経伝達物質を介した入力が重要であること、を見出した。次いで、レーザーマイクロダイセクション法及びマイクロアレイ法にてGFAP-GC populationの分子発現の網羅解析を行なった。この結果からnon-GFAP-GC populationに比して高発現・低発現する複数の遺伝子群の抽出を行い、qRT-PCR法・免疫組織科学法にて確認を行なった。GFAP-GC populationでは幾つかの学習関連遺伝子の発現が異なっており、また特異的な転写因子・DNA結合タンパク質の発現が認められた。以上から、成体脳で新生されるニューロンは胎生期に生成されるニューロンとは異なるストレス応答・分子発現を示すことが示された。本研究に使用する実験動物にウイルス感染が発生し、無菌化・再導入が必要となったため、当初の計画より遅延が生じた。25年度が最終年度であるため、記入しない。

前年度までに結果をもとに、網羅解析により得られた候補分子の発現変動の確認ならびにGFAP-GC populationのストレス脆弱生の分子特性の解析を進めることで、当初の目的であるGFAP-GC populationのストレス脆弱生の分子基盤の解明を企図する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
IoT実践技術者育成のためのe-learningコンテンツの開発

IoT技術者の育成には、最先端技術に柔軟に対応できる高い応用力と、複数分野にわたる知識や技術を活用できる実践的技術力の涵養が重要である。本研究では、IoT実践技術者育成を目的としたe-learningコンテンツを開発する。制作難易度や使用されている技術について体系的に構成されたe-learningコンテンツを開発し、学生が自主的かつ実践的にIoT技術を習得できるようにする。e-learningコンテンツを構築後、学生のIoT技術力向上についての自己評価とe-learningコンテンツの改良点について調査し、より理解しやすく学びやすいIoT実践学習e-learningコンテンツへと進化させる。
ダウン症者の早期老化に関する心理学的研究

本研究の目的は、収容型施設ではなく地域で生活するダウン症者の早期老化現象を心理的機能の面から明らかにすることであった。併せて、早期老化の発見のための評価方法の開発を目的とした。第1年目(平成4年度)には、ダウン症の実態を把握するために東京都内の各種通所作業所227カ所を調査対象として郵送にて調査した。回答のあった94カ所の424名のダウン症者のうち、約13%のものが機能の退行・老化を示していることが明らかになり、また、症患、行動面にも問題があることが示された。これらの調査を踏まえて、第2年目(平成5年)には、40名のダウン症者を対象として様々な面からの個別検査等を行い、早期老化の心理的機能を明らかにした。知的機能面での記憶・空間知覚や行動面での退行や運動機能の低下、さらに身体的老化徴候などが明らかになった。特に本研究では、ダウン症者の知的機能を評価するための「ダウン症侯群の精神状態テスト」とダウン症者の早期老化を心理的に評価するための「ダウン症侯群の早期老化度チェックリスト」を開発したことは大きな成果であった。特に、早期老化をしめすダウン症者を「ダウン症侯群の早期老化度チェックリスト」を用いてタイプA、タイプS、タイプSAに分類できたが、これは今後の課題として考えられる早期老化の予防や対処の方法に大きな示唆をあたえるものと確信する。染色体異常が原因であるダウン症者の早期老化を心理学的に明らかにするために、平成4年度の研究として地域の施設に通所するダウン症成人の早期老化徴候の実態を調査した。方法.対象は東京都内にある成人を対象とした通所施設227カ所を調査対象とし、郵送により調査した。回収率41.4%であり94カ所の通所施設から回答があり、このうちダウン症者424名の個人調査票の回答が得られた。調査の内容は、1処遇と実態2合併症、現在かかっている病気3行動傾向4老化徴候5対人関係6作業態度、日常生活能力であった。その結果、424名のダウン症者は、平均年齢28.0歳で最高年齢者49歳であった。まず、合併症では心臓疾患、聴覚障害、てんかん、鎖肛、巨大結腸症などがあり、また、り患している病気では約3分の2のダウン症が一つ以上の病気をもっていた。その内容は皮膚疾患、歯科疾患、眼科疾患などであった。また、健康上問題となる肥満を示すものが24.8%があった。行動傾向では、動きが少ない、情緒不安定になる、ひきこもり、おこりっぽいなどの傾向が顕著であった。老化徴候として能力や意欲の退化がみられ、身体的老化徴候では施設収容のダウン症者と比べ外見的な徴候は比較的少なかった。来年度はこれらの実態を踏まえ、明らかに早期老化を示すダウン症者を対象として個別にその心理的特徴を明らかにする予定である。本年度の研究目的・方法平成4年度に実施した東京都内の各種通所作業所に通う地域で生活しているダウン症者を対象とした調査を元にして、今年度はダウン症者の早期老化の心理的機能を明らかにし、あわせてその評価方法を開発することを目的とした。対象者は、東京都内の福祉作業所の在籍している20歳-49歳のダウン症者40名である。個別に次の検査を行った。1)知能検査2)ダウン症侯群の精神状態テスト3)性格チェックリスト4)ダウン症侯群の老化度チェックリスト5)外見的老化尺度「精神薄弱者用外観的老化徴候尺度」6)適応行動尺度(ABS)7)体力・運動能力検査8)精神症状・適応行動9)合併症・健康状態主な研究成果は次の通りである。知能検査及び精神状態テスト(今回開発した検査)の結果では、知識や身体模倣・操作の機能に関しては加齢にともなう低下がみられなかったが、記憶、空間知覚は加齢によって退行していた。外観的老化徴候尺度によれば40歳以上のダウン症者が特に顕著であった。
電気化学バイオリソグラフィーの開発と細胞チップへの応用

細胞チップなどのバイオデバイスの開発には,細胞接着の制御技術が必須である。本研究では,細胞接着をその場でコントロールする電気化学バイオリソグラフィーの技術的確立を行い,細胞接着の制御に留まらず,既に付着している細胞の増殖,伸長,遊走,をin-situで誘導する技術に展開した。数マイクロメートルの精度で段階的なリソグラフィーを行う必要があった。最適条件の系統的探索のために,生死判定を含む評価法を導入し、細胞にダメージを与えることなく、基板層のみを改質できることが分かった。加えて,電気化学バイオリソグラフィーを行なうための電極と,誘電泳動を行なうための電極を,マイクロ流路チップの内壁に作製し,流路チップ中での細胞の迅速な固定化を実践した。その結果,細胞懸濁液を流した状態で,100%の細胞捕捉を実現し,2種類の細胞を配列して固定する事が出来た。細胞診断を簡便化するための細胞チップの研究開発が加速しており,採取した細胞をチップの適所に固定するための簡便な方法が必要とされている。電気化学バイオリソグラフィーは,電極と電源(乾電池程度)からなるシンプルな機構であり,マイクロ流路チップ等への集積化が容易であり,細胞のアレイを「その場で」作成するバイオチップに応用可能と考える。そこへ,誘電現象を利用して細胞を捕集して固定化を出来るという今回の成果は,血液診断の効率化に大きく寄与すると期待できる。また,動物実験の代替として培養細胞による毒性試験への要求が高まっているが,そのような細胞チップのハイスループット化にも寄与し得る基盤的成果である。本研究では,細胞接着をその場でコントロールする電気化学バイオリソグラフィーの技術的確立を行い,細胞接着の制御に留まらず,既に付着している細胞の増殖や伸長のパターンをin-situで誘導する技術に磨き上げた。具体的には以下の3項目を実施した。1.メカニズムの解明アルブミンおよびヘパリン吸着層に起こる表面反応の機構解明をAFMとTOF-SIMSでおこない、これらの吸着層が、次亜臭素酸によって瞬時に脱着することが分かった。2.細胞増殖・伸長のin situ誘導細胞接着の誘導にとどまらず,既に付着している細胞の増殖,伸長,遊走,をin-situで誘導する技術に展開した。その実現のために,電気化学バイオリソグラフィーが細胞に与えるダメージを生死判定染色などによって評価する必要があった。特に,神経細胞の軸策伸長の誘導には,数マイクロメートルの精度で段階的なリソグラフィーを行う必要があった。3.細胞マイクロパターンの長期保持本法の特長を活かした異種細胞のマイクロ共培養を展開するためには,細胞パターンの長期保持が重要な課題となった。そこで、ポリエチレングリコール(PEG)やMPCポリマーなど,長期安定性が確認されている抗血栓材料で作製したマイクロパターンに対して,アルブミン処理と組み合わせた電気化学リソグラフィーを適用する方法を開発した。本年度は,細胞接着をその場でコントロールする電気化学バイオリソグラフィーを,平面内での細胞接着の制御に留まらず,既に付着している細胞の増殖や伸長のパターンをin-situで誘導する技術,ならびに,チューブ状の構造体の内部に細胞を配置する技術としての可能性を検討した。具体的には,以下の2項目を研究した。1.細胞をパターン状に固定しておき,そこに電気化学バイオリソグラフィーを行なうことによって細胞接着が可能な領域を書き足すことで,細胞遊走のナビゲーションを行なった。HeLa細胞を用いて遊走する経路の幅が遊走速度に与える影響を系統的に調べ,幅60マイクロメートルより広い経路では遊走速度が一定であることを明らかにした。

シクロヘキシミドやノコダゾールなどの薬剤が与える遊走活性への影響を調べ,妥当な結果を得た。さらに,血管内皮細胞の遊走をナビゲートして管空構造形成のダイナミクスを解析する実験系の構築にも取り組み,予備的な成果を得ている。このテーマで本格的に結果を得るのは19年度であるが,十分に準備が整った。2.シリコンチューブ内壁の任意の部分に細胞接着を誘導する試みも行った。ステンレスの針を電極とし,電解液を満たしたシリコンチューブに突き刺した状態で臭化物イオンの酸化電位を印加し,チューブ内壁の改質を行なうことに成功した針電極を抜いた後は,液漏れは認められなかった。また,細胞を局所に固定した後に,それ以外の領域を細胞接着性に変化させる手法も編み出したので,チューブ内に二次元の共培養系を造り出せるようになった。繊維芽細胞と肝細胞の共培養,繊維芽細胞と血管内皮細胞の共培養,血管内皮細胞同志の共培養が出来ることを確認した。電気化学バイオリソグラフィーによって形成した接着領域に対して,誘電泳動力を利用して迅速に細胞を集約して固定化する技術を開発し,細胞診断に用いるバイオチップの可能性を検討した。その結果,以下の成果を得た。1)電気化学バイオリソグラフィーを行なうための電極と,誘電泳動を行なうための電極を,マイクロ流路チップの内壁に作製し,流路チップ中での細胞の迅速な固定化を実践した。2)細胞懸濁液を流した状態で,100%の細胞捕捉を実現し,2種類の細胞を配列して固定する事が出来た。3)白血球細胞の中から,選択的に好中球を捕捉固定するために,それらの抗体のアレイをマイクロ流路中に作製した。4)血液サンプルから,好中球の選別補足を行い,その形状診断を試みた。細胞診断を簡便化するための細胞チップの研究開発が加速しており,採取した細胞をチップの適所に固定するための簡便な方法が必要とされている。電気化学バイオリソグラフィーは,電極と電源(乾電池程度)からなるシンプルな機構であり,マイクロ流路チップ等への集積化が容易であり,細胞のアレイを「その場で」作成するバイオチップに応用可能と考える。そこへ,誘電現象を利用して細胞を捕集して固定化を出来るという今回の成果は,血液診断の効率化に大きく寄与すると期待できる。また,動物実験の代替として培養細胞による毒性試験への要求が高まっているが,そのような細胞チップのハイスループット化にも寄与し得る基盤的成果である。
エネルギー産業の規制改革に関する実証研究

1995年から段階的に実施された電力産業の自由化についてその成果を実証分析した。まず電力自由化の目的として国際的にも高い電気料金の引き下げがあった。そのために生産の非効率性を是正する必要があった。本研究では生産効率性と価格面での研究を実施した。その結果、規制改革は生産効率の改善と価格の低下をもたらしたことが分かった。東日本大震災以降、電力政策は大きく転換をせまられた。将来的にはガスも含めたエネルギー産業全般での改革が必要と考え、ガス産業の研究も実施した。ガス産業については今のところ大きな改善は見られていない。・価格面での研究電力自由化の目的の1つとして電力料金の低下をもたらすことがある。日本の電力料金は欧米に比べて割高であり、電力産業に新規参入を促し、新規参入者との競争により価格の低下を促すというものである。まず電力自由化後の電力価格がどのように推移し、どのような要因が価格低下に影響したかを分析した。電力の品質が電力価格にどのような影響を与えたかに関する分析はおおむねプラスの効果が見られた。その他、生産効率との関係についても調べてみた。その結果、まず費用の効率化が見られ、それが電力料金の引き下げに寄与したことが示された。・費用効率化、生産性向上に関する研究日本の電力産業はこれまで地域独占であり、そのため費用の非効率をもたらし、欧米に比べて割高な電力料金になっていると言われていた。自由化は2段階行われ、第1期が1995年から1999年まで、第2期が2000年以降である。これまでも費用効率化の研究をしてきたが、2002年までの分析であり、最近の効果については検証できていなかった。特に第2期の効果が大きいと言われていたためそこに焦点を当てることは必要だった。その結果、費用効率性の向上は大きく向上しておらず、更なる自由化の推進や効率化を促す制度を考える必要があると言える。当年度は東日本大震災があり、原子力発電を含めた電力政策、引いてはエネルギー政策全般について新たに考える必要が出てきた。これまでに引き続き電力料金や費用効率性の研究は実施した。震災後、研究すべき課題が多くあった。まずこれまでも費用効率化の研究はしてきたが、その過程でかつて規模の経済性、範囲の経済性に関する研究があった。それは電力産業には発電部門と送配電部門があり、日本では1つの電力会社が両方を経営している。外国では分離している国もある。もし規模の経済性、範囲の経済性が確認されれば1つの電力会社が両方を所有することが認められ、発電と送配電の分離は非効率となる。自由化以前はこれらの研究が多く見られていたが、自由化以降、特に最近は様々なフロンティアモデルを用いた生産性分析が主流であるためかあまり議論されなかったテーマである。そこで最近のデータを用い、規模の経済性、範囲の経済性の分析を実施した。またエネルギー産業全体での研究であるため、ガス産業の研究も行った。ガスについては都市ガス、プロパンなど細分化されており、競争や費用削減に関する研究はあまりされていない。まずは費用削減の研究、ついで価格面での研究を実施した。
機能性流体を用いたマイクロ運動システムのためのマイクロフルイドパワー集積デバイス

本研究課題では,機能性流体の応用によりフルイドパワーシステムのマイクロ化,集積化を実現し,多自由度マイクロ運動システムのためのマイクロフルイドパワー集積デバイスを構築することを目的としている.まず,印加電界により粘度を制御できる均一系ER(Eletro-Rheological)流体の性質を利用して,固定電極からなるシンプルな構造で流体制御をおこなう,マイクロERバルブの提案および試作をおこない,その特性を評価している.固定電極からなるシンプルな構造なため,半導体プロセスを用いて製作できるので,容易にマイクロ化が可能である.さらに,試作したマイクロERバルブと共振駆動形マイクロポンプを組み合わせた管内走行マイクロマシンの試作をおこなっている.ついで,新しい駆動原理のバイモルフ形PZT素子アレイによるぜん動運動を用いた薄形マイクロポンプを提案および試作し,その特性を評価している.キャビテーションやデッドボリュームなどの問題点を解決している.大きさは20×20×2mm^3である.二次元構造の部品を積層化することにより,ポンプを実現できることから,平面化,マイクロ化が容易であり,集積可能なデバイスとして期待できる.最後に,マイクロマシンへの実装を目的に,マイクロ流体アクチュエータにバルブを集積化し小形化を図ったバルブ集積形マイクロアクチュエータを提案,試作しその特性を評価している.大きさは8×10×1.4mm^3である.また,バルブ集積形マイクロアクチュエータの応用として,実際の管内作業を想定したマイクログリッパの駆動を試みている.本研究課題では,機能性流体の応用によりフルイドパワーシステムのマイクロ化,集積化を実現し,多自由度マイクロ運動システムのためのマイクロフルイドパワー集積デバイスを構築することを目的としている.まず,印加電界により粘度を制御できる均一系ER(Eletro-Rheological)流体の性質を利用して,固定電極からなるシンプルな構造で流体制御をおこなう,マイクロERバルブの提案および試作をおこない,その特性を評価している.固定電極からなるシンプルな構造なため,半導体プロセスを用いて製作できるので,容易にマイクロ化が可能である.さらに,試作したマイクロERバルブと共振駆動形マイクロポンプを組み合わせた管内走行マイクロマシンの試作をおこなっている.ついで,新しい駆動原理のバイモルフ形PZT素子アレイによるぜん動運動を用いた薄形マイクロポンプを提案および試作し,その特性を評価している.キャビテーションやデッドボリュームなどの問題点を解決している.大きさは20×20×2mm^3である.二次元構造の部品を積層化することにより,ポンプを実現できることから,平面化,マイクロ化が容易であり,集積可能なデバイスとして期待できる.最後に,マイクロマシンへの実装を目的に,マイクロ流体アクチュエータにバルブを集積化し小形化を図ったバルブ集積形マイクロアクチュエータを提案,試作しその特性を評価している.大きさは8×10×1.4mm^3である.また,バルブ集積形マイクロアクチュエータの応用として,実際の管内作業を想定したマイクログリッパの駆動を試みている.本研究課題では,機能性流体の応用によりフルイドパワーシステムのマイクロ化,集積化を実現し,多自由度マイクロ運動システムのためのマイクロフルイドパワー集積デバイスを構築することを目的としている.本年度は主に,半導体プロセスを用いた平面形マイクロERバルブの提案および試作をおこなった.また,平面形マイクロポンプの提案をおこなった.実施結果の具体的内容は以下のとおりである.微細な加工が可能な半導体プロセスを用いた平面形マイクロERバルブを提案および試作し,主に電極間縮小による微小化特性について実験的に検討した.電極間隔80μm間では静特性は変わらないが応答が遅くなり,マイクロ化の限界が定まることを明らかにした.また,ステップ応答実験により,その動特性を明らかにした.ついで,電極間隔80μmの3ポートマイクロERバルブを試作し,供給圧力の60%を制御可能であることを実証した.また,マイクロ化および集積化可能な液圧ポンプについて検討をおこない,圧電素子を用いた平面形マイクロポンプを提案した.提案する平面系マイクロポンプは,表面に複数のバイモルフ形圧電素子を有する金属膜2枚を互いに重ね合わせた構造となっている.この2枚の金属膜の間が流路となり,金属膜表面のバイモルフ形圧電素子が蠕動運動することでポンピング作用をする.主な特徴としては,二次元構造の部品を積層化することにより,ポンプを実現できることから,平面化,マイクロ化が用意であり,集積可能なデバイスとして期待できる.デッドボリュームがほとんどない構造なので,残留気泡によるポンプ性能劣化を防ぐことが容易であるなどが挙げられる.現在,大きさ1×17×2mmの平面形マイクロポンプラージモデルを製作中である.来年度は,平面形マイクロポンプの特性評価および平面形マイクロERバルブとの組み合わせにより,液圧システムを構築する.本研究課題では,フルイドパワーシステムのマイクロ化,集積化を実現し,多自由度マイクロ運動システムのためのマイクロフルイドパワー集積デバイスを構築することを目的としている.本年度は主に,半導体プロセスを用いた平面形マイクロERバルブおよび共振駆動形マイクロポンプを搭載した管内走行マイクロマシンの試作をおこなった.また,薄形ぜん動マイクロポンプを試作しその特性を評価した.実施結果の具体的内容は以下のとおりである.パワーを要する作業をおこなうマイクロマシンとして,均一系ER流体を作動流体とし印加電界で容易に圧力制御可能なマイクロERバルブおよび,直径9mmのポンプを搭載した管内走行マイクロマシンの実現を図った.まず,半導体プロセスにより3ポートマイクロERバルブを試作し,数種類の均一系ER流体に対し特性実験をおこない,マイクロマシンに適した作動流体を選定した.

つぎに,共振駆動形圧電マイクロポンプの高出力化のため逆止弁の改良などを試み,実験的にその有効性を確認した.最後に,これらを搭載した管内走行マイクロマシンを試作した.また,新しい駆動原理のバイモルフ形PZT素子アレイによるぜん動運動を用いた薄形マイクロポンプの提案および試作をした.ぜん動運動によるポンピングにより,従来のマイクロポンプにおけるキャビテーションやデッドボリュームなどの問題点を解決されると期待できる.試作したマイクロポンプは,両面駆動形および片面駆動形に大きく分けられる.大きさは20×20×1mm^3である.本研究では,まず,各駆動形の無負荷流量特性について,実験的に検討し,片面駆動形が両面駆動形に比べ,高流量が得られることを明らかにした.さらに,負荷特性およびPZT駆動パターンの工夫によるポンプ性能の向上についても検討し,最大吐出流量として250mm^3/min,最大負荷圧力として3.1kPaを得た.本研究課題では,フルイドパワーシステムのマイクロ化,集積化を実現し,多自由度マイクロ運動システムのためのマイクロフルイドパワー集積デバイスを構築することを目的としている.本年度は主に,マイクロマシンヘの実装を目的に,マイクロ流体アクチュエータにバルブを集積化し小形化を図ったバルブ集積形マイクロアクチュエータを提案試作しその特性を評価した.実施結果の具体的内容は以下のとおりである.まず,集積するマイクロERバルブの高性能化および小形化について検討している.マイクロERバルブは,印加電界により粘度を制御できる均一系ER(Electro-Rheological)流体の性質を利用して,固定電極からなるシンプルな構造で流体制御をおこなう.バルブの高性能化を目的に,作動流体となる均一系ER流体の選定をおこなっている.選定は半導体プロセスにより試作したマイクロERバルブの静特性,および動特性実験に基づいている.また,流路形状がバルブ性能に与える影響を実験により明らかにしている.つぎに,薄膜により圧力を変位に変換するダイアフラム式のポリイミド薄膜形マイクロ流体アクチュエータの提案,試作をおこなっている.薄膜の寸法などがアクチュエータの出力変位特性に与える影響を把握するため,試作アクチュエータの特性実験をおこなっている.その結果,薄膜の初期たわみの有無,および薄膜の大きさが出力変位-圧力特性に与える影響を実験的に明らかにしている.最後に,上記のバルブとアクチュエータを集積化したパルプ集積形マイクロアクチュエータの試作および特性実験をおこなっている.寸法は8x10x1.4mm^3である.実験結果から,制御できる圧力幅が60kPa,出力変位が40μmであることを確認している.また,バルブ集積形マイクロアクチュエータの応用として,実際の管内作業を想定したマイクログリッパの駆動を試みている.