hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マレーシア・サラワク州の熱帯雨林における試験造林の生態系修復評価

1.植裁木の成長と生残率:各造林試験区に植裁された樹木の,直径,樹高を測定し,生育状況を調査することにより,植裁方法,植裁環境,樹種による成長の良否,生残率を比較検討した。2.植裁木の生態生理:植裁木が植裁地の環境にどのように順応しているかを明らかにする目的で,光合成,呼吸,蒸散,水ポテンシャル,開葉・落葉,樹体内養分などを測定した結果より,植裁方法,植裁環境,樹種による違いを比較検討した。また、熱帯造林の一手法となりうる萌芽更新について、在来種の萌芽能力をしらべた。3.動物・植物の多様性と相互作用:動物,植物の多様性とその相互作用系の回復評価の指標とするため,焼畑跡地、二次林、成熟林のそれぞれ回復段階の異なる立地における鳥類相を調査した。4.遺伝的多様性:造林試験区の遺伝的変異を解析するとともに、フタバガキ科数種について、サラワク州全域の遺伝的多様性とその地域的分化に関する調査をおこなった。5.土壌の理化学性と微生物:各調査区において,土壌の理化学性,土壌微生物相と植栽環境および植裁樹種との関係を解析した。6.地域住民の意識:既存農地の現状や問題点を評価するため,ルボックアントゥ地域において,イバン人が所有する焼畑二次林,ゴム園,コショウ畑およびサラワク土地統合再開発公社(SALCRA)が所有する油ヤシ園で,聞き取り調査,植生調査および土壌調査・分析を行った.各調査における成果の一部を、日本熱帯生態学会16回大会、2006年度日本土壌肥料学会関西支部講演会、18th World Congress of SoilScienceで発表した。サラワク州ニア森林保護区において、異なる植生下に植栽された苗の生存と生育の違いを明らかにするため、3植生下(草地、2次林、択伐林)で苗の生存と生育について調査を行った。また2次林区の3プロットで各個体に対応する林冠関空度、土壌水分、土壌硬度を測定した。植栽苗は、2次林区で他の植生より低い枯死率を示した。一方、苗の成長は、草地区で良好であった。土壌水分含量と林冠関空度は、プロット間で有意な差があった。低い位置にあり降雨時にみずみちが出現するプロットの土壌水分含量が特に高かった。林冠関空度は、立木密度が低いプロットで高かった。苗の成長速度は、土壌水分含量と林冠開空度が高いプロットほど高い傾向にあった。苗の相対成長速度は、土壌水分含量及び林冠関空度と正の相関を示した。バカム試験地において、植林後9年目の植栽樹の調査を行った。植栽樹の生存率は、Koompasiamalaccensisが53.3%と高かったが、その他の樹種の生存率は1030%であった。土壌は、砂質埴壌土であり、pH4.5と強い酸性を示し、養分含量は低かった。植栽1年目の結果と比較すると、9年目には養分含量がさらに低くなり、植栽樹や二次林植生による土壌養分の吸収が原因であると考えられた。また、全炭素も減少していたが、C/N比は増加していた。土壌の理化学性と植栽樹の生育について、植栽1年目には表層土のpH(H_2O)と植栽苗の生存率に正の相関があった。以上のことから、バカム試験地では、劣悪な土壌環境のため苗の活着とその後の定着が悪いこと、特に光条件が植栽樹の生存に影響を及ぼしていることが明らかとなった。また、遺伝的多様性や動植物の多様性、地域住民の意識についても調査をおこなった。以上の結果、植栽適地や樹種ごとの環境順応過程、植際による土壌環境の変化など、熱帯林修復技術の開発に重要な知見が得られた。
配偶者選択行動の進化とその認知的メカニズム

(インドクジャク)伊豆シャボテン公園で本調査を行った。前年度から進めていた個体識別を成体雄(約35羽)についてほぼ完了させ、個体毎に(1)交尾成功度(交尾行動の有無および交尾前行動の頻度),(2)雄の性的形質の発達度(目玉模様の数とその対称性のゆらぎ),(3)寄生虫耐性(糞中の線虫卵数,原虫虫胞数)を測定し,相関分析を行った。その結果,目玉模様の対称性のゆらぎ(FA)が小さな個体が,交尾成功が高く,また寄生虫が少ないことが明らかになった。目玉模様のFAは目玉模様数とも相関していたが,先行研究の結果とは異なり,目玉模様数自体は交尾成功と相関せず,寄生虫耐性とも相関が見られなかった。雌は交尾に先立ち複数の雄のもとを訪れ,また雄による強制交尾が見られなかったので,雌はFAを手掛かりにしてより健康な配偶者を選んでいることが示唆された。今年度の調査からは,研究目的に対する一応の方向性が示されたが,観察個体数,観察時間など不十分な点もあるので,今後も調査を継続する予定である。これらの結果は,国際行動生態学会,日本動物行動学会で報告した。(ヒト)ヒトの配偶者選択行動に関しては,文献研究に重点を置いた。ヘレナ・クローニン『性選択と利他行動』(工作舎),マット・リドレー『赤の女王』(翔泳社)の2冊を訳出し,海外における性選択と人間社会生物学に関する先端的研究の紹介に努めた。また,この分野の研究の動向を一般向けの記事にして,新聞・雑誌等を通じて発表した。(クジャク)本年度はまず調査地の選定作業を開始し、多摩動物公園、大島動物園、伊豆シャボテン公園を査察した。これらのうち、クジャクが自然状態に近い状態で飼育され、個体数が多く、飼育担当者の協力を得られるシャボテン公園を調査地として選定した。ついで、園担当者と協力して個体識別作業のためのカラー足環の装着を開始し、現在も継続中である。クジャクは予想以上に警戒心が強く、1994年2月末の時点で足環装着個体は約10羽にとどまっている。なおこれらの個体については、捕獲時に体重、翼長などの生体計測も行なった。雄による求愛行動が本格化する3月からは、行動観察をスタートする。雄については、雄間競争、なわばり範囲の測定、ディスプレイ率、交尾成功率等を記録する。また、上尾筒の発達状態を目玉模様の数に注目して記録するとともに、寄生虫耐性を調べるために、フン中の線虫卵数もカウントする。雌については、個体追跡法により、配偶者選好行動を観察し、雄の諸形質との相関を調査する。これらの作業は、5月まで続けられる予定である。(人間)装飾の性差について文化間の差異を検討するための文献研究を行った。男女平等型の社会では、資源分配の男女差が大きな社会よりも装飾の性による分化が小さい傾向があるようなので、より体系的に資料を収集する作業を継続中である。

雌は交尾に先立ち複数の雄のもとを訪れ,また雄による強制交尾が見られなかったので,雌はFAを手掛かりにしてより健康な配偶者を選んでいることが示唆された。今年度の調査からは,研究目的に対する一応の方向性が示されたが,観察個体数,観察時間などに不十分な点もあるので,今後も調査を継続する予定である。これらの結果は,国際行動生態学会,日本動物行動学会で報告した。(ヒト)ヒトの配偶者選択行動に関しては,文献研究に重点を置いた。ヘレナ・クローニン『性選択と利他行動』(工作舎),マット・リドレー『赤の女王』(翔泳社)の2冊を訳出し,海外における性選択と人間社会生物学に関する先端的研究の紹介に努めた。また,この分野の研究の動向を一般向けの記事にして,新聞・雑誌等を通じて発表した。
多剤排出トランスポーターＭＡＴＥの薬剤認識機構の解明

あらゆる生物は、様々な有害物質の侵入に対処するべく、生体異物を能動的に体外へと排出する機構を獲得してきた。この異物排出を担っている機構として膜輸送体MATEが挙げられ、原核生物からヒトまでほとんどすべての生物がもつタンパク質である。ヒトにおいてMATEは腎臓および肝臓に発現し、プロトンを駆動力にして生体異物を尿・便へ排出している。以上の性質よりMATEは医薬品の体内動態・臓器分布を担っており、薬効・副作用の決定因子のひとつとなっている。日本人を対象としたSNP解析から、MATEの機能が低下する遺伝的変異が報告されてきており、テーラーメード医療が注目を集めている現在、MATEの輸送機構の詳細な解明が期待されている。これまでシロイヌナズナに由来する多剤排出輸送体MATEの結晶構造を明らかにし、Nature Communications誌に発表してきた。しかし、ヒトをはじめとする哺乳類との類似性が低いことから、ヒト体内でMATEがどのようにして薬剤を認識しているのかまでは到達することができなかった。そこでヒトと類似性が高く、また安定に発現することの確認されたヒツジに由来するMATEについて結晶化を試みることとした。シロイヌナズナに由来する多剤排出輸送体MATEの構造情報をもとにして、ヒツジ由来のMATEのコンストラクトの改良を実施した。このヒツジ由来のMATEについても昆虫細胞発現系を用いた大量発現・精製の系をさらに改良し、高純度にタンパク質を精製することに成功してきた。また、分子動力学シミュレーションを用いたコンストラクトの改良も実施し、結晶化に適した変異体を作製することにも成功した。これまでに発表してきたシロイヌナズナに由来するMATEを基にしたコンストラクトの改良に成功してきており、さらに分子動力学シミュレーションを用いた変異体探索にも成功してきている。現在得られている結晶化に適したコンストラクトを用いて結晶化を実施し、回折実験に耐えうる結晶の作成を目指す。シロイヌナズナに由来する多剤排出輸送体MATEについて、哺乳類細胞を用いた輸送解析、大腸菌を用いた遺伝学的輸送解析を構造から得られた情報を基にして変異体解析を実施し、その輸送メカニズムを生化学的に解明した。そして結晶構造とこの生化学的なデータをまとめて論文とし、Nature Communications誌に投稿した。要求された追加実験を実施して変異体解析のデータを拡充し、10ヶ月のレビュー期間を経て掲載されることとなった。今回得られたMATEは外向き開状態の構造であり、構造変化機構について考察するために分子動力学シミュレーションを用いてMATEの内向き開状態構造を作製した。この外向き開状態から内向き開状態への構造変化に必要な膜貫通へリックス間の距離を変数にとった自由エネルギー計算を実施し、MATEの構造変化に必要なエネルギーを求めることに成功した。また、当初より予定していたヒツジ由来のMATEについても16リットルスケールでの昆虫細胞発現系を用いた大量培養、界面活性剤による可溶化・ゲル濾過カラムクロマトグラフィーによる精製を実施し、界面活性剤、pHなどの条件検討の末、より高純度に精製できる系を確立した。さらにはシロイヌナズナに由来するMATEの結晶構造を用いて、ヒツジ由来のMATEの立体構造を予測してモデル構造を作成した。このモデル構造を用いて分子動力学シミュレーションを実施し、ヒツジ由来のMATEの構造のうち揺らぎが大きく結晶化に不利に働くであろうループを同定した。シロイヌナズナに由来するMATEは当初の予定通り論文として掲載することができ、またヒツジに由来するMATEについては発現系、精製系の改良に成功した。また分子動力学シミュレーションを用いて、より結晶化に適したコンストラクトを作製するための手がかりを得ることにも成功している。

より結晶化に適したコンストラクトを検討・作製し、回折実験に耐えうる結晶の作成を目指す。現在得られている結晶化に適したコンストラクトを用いて結晶化を実施し、回折実験に耐えうる結晶の作成を目指す。
ゆっくり地震の発生メカニズムから探る地震発生のダイナミクス

GPS観測網で観測された「ゆっくり地震」を発生させる物理メカニズムを明らかにする目的で昨年度開発した、速度状態依存摩擦則を応用した地震発生シミュレーションの手法を、地震発生帯の走向方向の大きさ(H)が異なる様々なケースに適用し、すべり挙動の違いを調べた。その結果、Hが傾斜方向の大きさ(W)と同程度の場合には、同じサイズの地震が規則的に発生する固有地震的挙動を示した。それに対してHがWよりも十分大きい場合には、地震サイズは一定にはならず、その頻度分布はGutenberg-Richter則に近い分布を示した。またすべり速度が地震時の5桁も遅いゆっくり地震(スロースリップイベント)も発生することが分かった。これらのすべりの多様性は応力の不均質分布によってもたらされうることが分かった。これらの結果は2002年APEC地震シミュレーション国際協力会議、地球惑星科学関連学会2002年合同大会および日本地震学会2002年度秋期大会において発表した。またこれらの結果の一部をまとめた論文がGeophysical Research Letters誌に出版され、別の結果をまとめた論文をPure and Applied Geophysics誌に投稿した。上記学会参加のための旅費を研究費から支出した。また、以上の論文と学会発表を行うにあたって、国内外の研究者との研究打ち合わせを行ったが、そのための旅費も研究費によった。
パルボウイルス感染による宿主遺伝子の修飾機構

パルボウイルスは感染細胞に様々な変化を誘導し、それはウイルス初期タンパク(NS)による宿主遺伝子の修飾によるとの仮説のもとに、ウイルス感染による宿主細胞の表現型の変化、発現の変化する遺伝子の同定を目的として研究を進め、以下の成果を得た。1)パルボウイルスに感染した細胞Tリンパ腫由来細胞(C58(NT))はアポトーシスにより死滅するが、一部の耐過細胞(C58(NT)R)はウイルス感染抵抗性、アポトーシス抵抗性、接着性の亢進、造腫瘍性の低下を示した(J. Virol. 2001)。3)得られたDNA断片をTAクローニング法によりクローニングし、塩基配列の決定、ホモロジー検索を行った結果、既知遺伝子と高い相同性があった遺伝子8種、既知遺伝子と相同性のないDNA断片2種を明らかにした。残りのDNA断片は重複した既知遺伝子の断片であった。
他者のエラー反応が観察者に惹起させるエラー関連陰性電位の機能的意義に関する研究

本研究課題では,エラー関連陰性電位(error-related negativity :ことで観察者に惹起されるERNに着目し,研究を展開させた.一連の実験により, ERNは反応コンフリクトと独立し,エラーを検出することで惹起されるが,負の情動を伴う事象であればエラーでなくとも出現し得ることを示した.本研究課題では,エラー関連陰性電位(error-related negativity :ことで観察者に惹起されるERNに着目し,研究を展開させた.一連の実験により, ERNは反応コンフリクトと独立し,エラーを検出することで惹起されるが,負の情動を伴う事象であればエラーでなくとも出現し得ることを示した.平成18年度では,他者がオドボール課題遂行中に誤反応した場合,その観察者に惹起される脳反応を解析し,エラー関連陰性電位(error-related negativity : ERN)の機能的意義を調べた.実験では2条件を設定した.WinWin条件では,遂行者の正反応によって遂行者と観察者の両者が金銭報酬を受け,誤反応によって両者が金銭損失を被った.WinLose条件では,遂行者の誤反応によって遂行者は損失を受けるが観察者は利得となり,遂行者の正反応によって遂行者は利得となるが観察者は損失を受けた.観察者が遂行者の誤反応を検出した場合,いずれの条件でも観察者の前頭部にERN様の電位が惹起された.さらに,WinLose条件では,遂行者の正反応を検出したことでも観察者にERN様電位が惹起された.包括的エラー検出仮説は,WinWin条件のエラー反応とWinLose条件の正反応でのみERN惹起を予測するが,強化学習仮説はWinWin条件のエラー反応とWin-Lose条件の正反応でのみERN惹起を予測する.したがって本実験の結果はいずれかの仮説を排他的に支持するものではなく,両仮説がそれぞれ基礎を置く脳内情報処理のいずれもERNは反映しうることを示唆している.ERNの機能的意義を検討するうえで,ERNがエラー検出ではなく反応コンフリクト検出を反映する電位である可能性(反応コンフリクト仮説)も検討されねばならない.そこでサイモン課題を用いて遂行者のエラー反応時に,誤反応肢からの筋電位と,誤反応に続いて賦活する正反応肢の筋電位を導出し,両者の重畳の程度とERN振幅との関係を調べた.その結果,ERN振幅は両反応肢の合成筋電位の大きさと独立していることを明らかにした.この結果は,ERNの大きさが反応コンフリクトによって規定されないことを示しており,ERNの機能的意義解明に重要な知見となる.平成19年度では、エラー反応によって惹起されるERNに着目し、その機能のひとつアクションモニタリングの特性を空間ストループ課題で調べた.課題遂行時に生じるエラー反応に対して罰刺激を随伴させた場合、回避動機がアクションモニタリングに影響を及ぼすと考えられる.そこでエラー反応の1秒後に罰刺激(不快・高覚醒、不快・中程度覚醒、中性・中程度覚醒)を提示する3条件と、罰刺激なし条件を比較した.その結果、エラー率は不快・中程度覚醒条件で高くなったものの、ERNには条件間の差はなく、アクションモニタリング機能は罰付加の影響を受けないことが示唆された.また、誠実性の高い被験者ほど、不快罰刺激条件でERNが大きくなったことから、エラー反応のモニタリング機能は性格特性で異なることが示唆された.さらに、従来採用されてきた認知的葛藤課題ではなく、力量発揮課題でもERNが惹起されるかについて検討した.被験者は右手第一指でフォースキーを鋭く押し、被験者毎に予め設定された標的強度値を出力した.被験者には、課題遂行毎に遂行結果の予測(過大、正解、過小)と、その確信度について言語報告させた.確信度の高い試行を分析対象とし、正誤結果別に脳波を加算平均した結果、フォースキーを押すことで誘発される運動誘発陰性電位が、逸脱エラーを反映して大きくなる結果を得た.本詰果より、力量発揮課題で観察される連続型エラーに対してもアクションモニタリング機能が働き、陰性成分を惹起させることが示唆された.従来とは異なる研究アプローチの採用で得たこれらの知見、前部帯状回や一次運動野のアクションモニタリング機能の解明に大いに貢献しうるものと考えられる.平成20年度では,それまでの実験結果に基づき,ERNの特性解明を目指した基礎研究を展開させた.先ず,認知葛藤課題遂行中のエラー反応に対して言語的罰刺激を随伴させた場合,負の情動生起に伴ってERN振幅は低下することを示した。この結果は,罰刺激はパフォーマンスに影響を及ぼさないものの,反応モニタリング機能の低下をもたらすことを示している(国際心理学会シンポジウムで報告).さらに,その効果の脳内発生源を推定したところ,罰刺激の影響は前部帯状回のなかでもより吻側部に現れることが示唆された.ERNは脳内ドーパミンと関係が深いことから,ドーパミン作動性ニューロン由来の他の事象関連電位との比較を行った.反応の正誤を知らせるフィードバックを提示すると,ドーパミンと関連の高い刺激前陰性電位(SPN)が,フィードバック提示前に出現する.このSPNとフィードバックに惹起されるFB-ERNを同時測定した結果,被験者の意思決定がより必要とされる条件ではSPN振幅は増大するものの,FB-ERNには大きな変化は生じないことがわかった(米国精神生理学会で報告).この結果から,行為と結果との随伴性は,尾状核の関与によってSPNを増大させるものの,ドーパミンの一過性抑制には影響を与えず,FB-ERNを変化させないことが示唆された.

また,質の異なる認知的葛藤課題を比較した結果,干渉効果の強さに伴ってERN振幅は増大することを確証した(米国精神生理学会で報告).さらに動作タイミングのモニタリング機能について,刺激一致タイミング課題を用い,刺激速度と動作速度を操作した結果,刺激速度の影響を受けて陰性電位が変化することを報告した(日本生理心理学会).これらの実験結果はERNの機能的意義を明らかにするうえで重要な知見であり,現在,論文での発表を準備している.
理想化大気大循環モデルを用いたストームトラックと長周期変動に関する研究

南半球では、地表面条件の東西非対称性が小さいにもかかわらず、ストームトラックの東西非対称性は冬季に顕著である。本研究では、東西非対称な地表面条件の候補として、熱帯および中緯度の海面水温分布、アンデス山脈および南アフリカ台地の4つを選び、それぞれの効果を大気大循環モデルHadAM3を用いて調べた。そのために、標準実験(実験A)、熱帯(同B)および中緯度(同C)の海面水温をそれぞれ気候値の東西平均値に置換した実験および、南アフリカ台地(同D)およびアンデス山脈(同E)をそれぞれ除いた実験を行った。南半球冬季のストームトラックの極大はインド洋に、極小はニュージーランド(NZ)付近にある。実験Aはこの特徴をよく再現しているので、実験Aと同B-Dとの比較は、本研究で着目する地表面条件の効果を明らかにする。実験Bでは極小が、同CおよびDでは極大が不明瞭になった。従って、熱帯の海面水温強制は極小に、中緯度の両強制は極大に対し本質的である。南半球冬季、熱帯の海面水温の気候値は、インド洋よりインドネシアにかけて高い。ユーラシア大陸の影響も重なり、インド付近のハドレー循環が局所的に強くなる。これにより、インド洋亜熱帯で定常ロスビー波が励起され、中高緯度へ伝播する。その結果、NZ付近にジェットの分流が形成される。他の強制力では、極小の強度と位置を変え得ないので、熱帯の海面水温強制はストームトラックの極小に極めて有効である。このシグナルは、さらにデータ解析により、季節変動の中に、まさに見出された。ただし、冬季の経年変動は、熱帯大気変動と南極振動(AAO)の影響が大きく、このシグナルは検出されなかった。中緯度海面水温の南北勾配の気候値は、マダガスカル島の南で最も大きい。これは、NZ付近を除き、総観擾乱の南北熱フラックスに非常によく対応する。何故なら、海面水温が直接下層の傾圧度を制御するからである。従って、中緯度の海面水温は、インド洋のストームトラック形成に有効である。南アフリカ台地やアンデス山脈は、大規模ロスビー波は励起せず、その下流域のストーム活動に影響を与える。これは、山岳がたとえ小規模であっても、力学的および熱的な効果により、傾圧渦を生成消滅させうるからである。本研究は申請書に記載したように、中高緯度の大気中をしめる2種の変動に対する地球表面の効果を調べることにある。そのうち、本年度は10日より短い周期の総観擾乱の活動について調べ、論文(Inatsu et al.2003)としてまとめた。地表面条件の中で、特に中緯度海面水温(SST)の効果に注目した。これは、Inatsu et al.(2002b)の中で示唆された、中緯度SSTのストームトラック効果をより深く調べる為である。Kushnir et al.(2002)のレビューにあるように、中緯度SSTの効果は、大気の基本場や中緯度SSTの与え方に極めて鋭敏であるため、過去の研究において大気大循環モデル(AGCM)の結果は多く相反する。本研究では、水惑星と季節固定の拘束条件で基本場をほぼ固定し、その条件下で中緯度のSSTの強制を与えた実験を行った。この単純化は、山岳や海陸分布の効果を排し、中緯度SSTに対する大気の応答を抽出することも可能にする。また、東西波数1型のSST強制を与えた本実験の設定は、南半球冬季の状況に類似している。そこで南半球冬季の観測事実との比較を行った。中緯度SSTを北緯30度においた時、有意な定常波、ストームトラックを生じた。中緯度SSTの南北勾配の効果が惑星境界層内の傾圧度の東西分布を生じ、また一方で中緯度のSSTそのものの東西差により蒸発の東西分布を生じる。この両者の効果が相乗的に作用する事で大気の有意な応答を生じる。一方、中緯度SSTを北緯50度においた時、その南北勾配は40度において、前述の実験と全く同じになるにもかかわらず、時間平均場とストームトラックは共に東西一様になった。これは、中緯度のSSTの南北勾配と中緯度のSSTの両効果が相殺することによる。中緯度SSTを北緯30度においた時の相乗効果を、力学的解析によりさらに説明した。まず、高傾圧度域で傾圧的エネルギー変換が多く生じていることがわかった。また、この領域ではストームトラック活動に伴い、降水も強い。すると、非断熱加熱が大きくなり、非断熱加熟の一部は断熱冷却と釣り合って、地表面に収束を作る。時間平均場のエクマン収束により、ここには低気圧偏差を生じる。これは先に仮定した傾圧度を高めるようなセンスにある。このような定常波とストームトラックの正のフィードバツクは、過去の研究におけるフィードバックとは異なるが、中緯度SSTを北緯30度においた時の相乗効果を説明する。更に、南半球の冬期の状況との比較を行った。Nakamura et al.(2003)の研究において、南半球の亜熱帯ジェットの上流にストームトラックが存在し、そのストームトラックは惑星境界層の傾圧度に対応する、と示唆された。また、惑星境界層の傾圧度は南半球のSSTの分布におおよそ一致している。このような南半球冬期の状況は、中緯度SST強制を北緯30度においた実験に酷似する。

尚、本研究のモデル実験のために、本年度の予算の大部分は、大容量ハードディスクを購入に費やし、膨大な実験の結果の格納に役立てている。予算の残りの部分は、諭文の投稿料や学会参加の為の費用など、主に研究成果の発表のために活用した。南半球では、地表面条件の東西非対称性が小さいにもかかわらず、ストームトラックの東西非対称性は冬季に顕著である。本研究では、東西非対称な地表面条件の候補として、熱帯および中緯度の海面水温分布、アンデス山脈および南アフリカ台地の4つを選び、それぞれの効果を大気大循環モデルHadAM3を用いて調べた。そのために、標準実験(実験A)、熱帯(同B)および中緯度(同C)の海面水温をそれぞれ気候値の東西平均値に置換した実験および、南アフリカ台地(同D)およびアンデス山脈(同E)をそれぞれ除いた実験を行った。南半球冬季のストームトラックの極大はインド洋に、極小はニュージーランド(NZ)付近にある。実験Aはこの特徴をよく再現しているので、実験Aと同B-Dとの比較は、本研究で着目する地表面条件の効果を明らかにする。実験Bでは極小が、同CおよびDでは極大が不明瞭になった。従って、熱帯の海面水温強制は極小に、中緯度の両強制は極大に対し本質的である。南半球冬季、熱帯の海面水温の気候値は、インド洋よりインドネシアにかけて高い。ユーラシア大陸の影響も重なり、インド付近のハドレー循環が局所的に強くなる。これにより、インド洋亜熱帯で定常ロスビー波が励起され、中高緯度へ伝播する。その結果、NZ付近にジェットの分流が形成される。他の強制力では、極小の強度と位置を変え得ないので、熱帯の海面水温強制はストームトラックの極小に極めて有効である。このシグナルは、さらにデータ解析により、季節変動の中に、まさに見出された。ただし、冬季の経年変動は、熱帯大気変動と南極振動(AAO)の影響が大きく、このシグナルは検出されなかった。中緯度海面水温の南北勾配の気候値は、マダガスカル島の南で最も大きい。これは、NZ付近を除き、総観擾乱の南北熱フラックスに非常によく対応する。何故なら、海面水温が直接下層の傾圧度を制御するからである。従って、中緯度の海面水温は、インド洋のストームトラック形成に有効である。南アフリカ台地やアンデス山脈は、大規模ロスビー波は励起せず、その下流域のストーム活動に影響を与える。これは、山岳がたとえ小規模であっても、力学的および熱的な効果により、傾圧渦を生成消滅させうるからである。
嚥下障害者の咽頭微小電気刺激による嚥下動態の解析

摂食嚥下障害者(上手く食べられない,飲み込めない者)に対して,食物を用いず安全に訓練を行う方法を開発するため,基礎的なデータを取得した.これまでの研究で,若年者の咽頭(のど)領域に微小な電気刺激を加えた場合の飲み込みたくなる条件を解析したところ,周波数10-15Hz,刺激強度1.1-1.3mAで刺激すると飲み込みたくなるという結果を得た.これに対して,65歳以上の高齢者において刺激条件を解析した結果,若年者と比較して飲み込みたくなる閾値は有意に高くなった.加齢の影響で刺激条件は異なるものの,高齢者に対する咽頭刺激は,飲み込みを促す訓練として有用である可能性が示された.経管栄養管理されている者の日常的な嚥下頻度は,健常者と比較して有意に低下し,唾液誤嚥などのリスクが高まると指摘されている.そこで,随意嚥下の回数を増やす訓練法は,唾液誤嚥リスクの軽減に効果があると仮説をたてた.先行研究として,若年健常者の咽頭領域に微小電気刺激を加えた場合の嚥下誘発条件を解析したところ,周波数10-15Hz,刺激強度1.1-1.3mAで嚥下が誘発されやすいという結果を得た.本研究では,高齢者(65歳以上)に対して咽頭へ電気刺激を与えた場合,若年健常者と比較して嚥下誘発条件が異なるか検証した.高齢者7名(男性3名,女性4名,中央値:67歳)を対象とした.対象者の鼻孔から挿入した電気刺激プローブと咽頭領域を超音波画像上で描出した.刺激プローブを中咽頭後壁に接着させ,電圧を一定とし(定電圧制御)様々なパラメータの方形パルス刺激(持続時間: 1 ms,周波数: 10,15および20Hz,強度: 0.2-2.5 mA)を行った.刺激を感知した刺激強度を知覚閾値(Pe-Th),飲み込みたくなった刺激強度を嚥下閾値(Dsw-Th),そして痛みを感じた刺激強度を痛覚閾値(Pa-Th)と定義し,若年者と高齢者の刺激強度を比較した.両者の比較には対応のないt検定を使用した.Pe-Thは,加齢の影響を受けずに全ての者で認識された.Dsw-Thは,若年者が10-15Hz,高齢者が15-20Hzで最も多く認識され,15Hzでは高齢者で有意に嚥下誘発閾値が高かった.Pa-Thは,20Hzにおいて若年者では100%,高齢者では30%が痛みを感じた.以上の結果より,高齢者においても嚥下誘発は可能であり,加齢により咽頭感覚閾値は高くなることが明らかとなった.摂食嚥下障害者(上手く食べられない,飲み込めない者)に対して,食物を用いず安全に訓練を行う方法を開発するため,基礎的なデータを取得した.これまでの研究で,若年者の咽頭(のど)領域に微小な電気刺激を加えた場合の飲み込みたくなる条件を解析したところ,周波数10-15Hz,刺激強度1.1-1.3mAで刺激すると飲み込みたくなるという結果を得た.これに対して,65歳以上の高齢者において刺激条件を解析した結果,若年者と比較して飲み込みたくなる閾値は有意に高くなった.加齢の影響で刺激条件は異なるものの,高齢者に対する咽頭刺激は,飲み込みを促す訓練として有用である可能性が示された.“誤嚥性肺炎"は、主に摂食嚥下障害に起因し、近年日本人の死因第4位となった。咀嚼・嚥下機能の評価・治療・指導管理に関わる歯科医の役割は、社会的にも非常に注目されている。近年、我々は、科学的根拠に基づいた嚥下訓練法開発のため、健康成人を対象として、嚥下誘発に関わる咽頭領域の微小電気刺激条件等の基礎データを取得し、超音波エコー法により嚥下反射誘発動態をモニターできることを明らかにした。しかしながら健康成人を対象とした嚥下誘発に関わる咽頭領域の微小電気刺激条件等の基礎データはいまだ充分ではない。本研究では、健康成人の嚥下誘発に関わる基礎データのより詳細な解析を行うことを目的とした。健常成人男性12名(平均年齢28.4歳,2634歳)を対象とした。USと内視鏡画像を同期させて咽頭領域を描出し,刺激プローブで中咽頭を微小電気刺激した。様々な刺激条件下で,嚥下動態をUS上で観察しながら知覚閾値と嚥下誘発閾値を記録した。嚥下誘発が明らかな被験者(n=7)に対して,30秒間繰り返し唾液を飲み込ませ,刺激した場合としない場合の嚥下回数を比較した。咽頭後壁に接着する刺激電極をUS画像上で陰影として観察することが可能であった。咽頭領域を刺激したときの知覚閾値は,10Hzでは0.9±0.2 mA,15Hzでは0.7±0.2 mAで,嚥下誘発閾値は,10Hzでは1.4±0.3 mA,15Hzでは1.2±0.3 mAであった。また30秒間の総嚥下回数および後半15秒の嚥下回数は,咽頭刺激により有意に増加した。

USを咽頭へ応用することで,嚥下動態を観察することが可能であり,咽頭に留置した刺激電極はUS画像上で観察可能であった.また刺激により随意嚥下の回数は増加したことから,適正な刺激を実施できる条件下においては,臨床的な基礎訓練へ応用できる可能性が示された。超音波エコー(US)を咽頭へ応用することで、嚥下動態を観察することが可能であり、咽頭に留置した刺激電極はUS画像上において観察可能であることが明らかになった。健常成人に対して中咽頭領域へ微小電気刺激を行い、嚥下反射を誘発する刺激パラメータを解析した結果、10-15Hzかつ0.7-1.4mAの範囲であることが示された。この結果に基づいた適正刺激強度により中咽頭を刺激することで、意識的に嚥下をした場合の嚥下回数および嚥下間インターバルを解析した。その結果、30秒間の意識的な嚥下回数は増加し、嚥下間インターバルは減少した。さらに30秒を前半15秒および後半15秒に分けて解析すると、後半15秒の嚥下回数がより有意に増加することが明らかとなった。即ち、随意嚥下時に咽頭刺激を与えることで、嚥下反射の閾値が低下し嚥下しやすい状態を維持できる可能性が示された。これらの結果から、中咽頭領域への微小電気刺激は、臨床的な基礎訓練へ応用できる可能性が示唆された。健常成人に対する嚥下反射応答の解析はおおむね完了し、今後は脳血管障害(以下、CVA)由来の嚥下障害をもつ成人を対象として研究を推進する。嚥下障害の病態は多岐にわたるため、障害の程度が同程度な被験者を選定する必要がある。まず原疾患をCVAに限定するが、CVA発症からの期間・全身状態の安定度・誤嚥性肺炎の既往を聴取し、同様な経過をたどった者を対象とする。ただし他疾患との重複、服薬状況が明らかに異なる者は除外する。研究を実施する環境にも配慮する。嚥下応答の解析はそれぞれ別の日に行うが、同じ場所、時刻に合わせる。また、あらかじめ当日の健康状態などを聴取し、それらにばらつきがないことを確認する。被験者はチェアーに自然な姿勢で安静に座り、咽頭刺激プローブを経鼻的に咽頭へ挿入する。探触子を矢状角・仰角それぞれ30度に設定して顎下部に接触させ、US画像で咽頭領域を描出する。咽頭刺激は、前年度に健常成人を対象とした研究で確立された刺激パラメータ(10-15Hz,0.7-1.4mAの範囲)を用いる。嚥下障害がある患者を対象にするため、嚥下反射誘発が困難な場合が予想されるため、その場合は刺激パラメータの設定を変更し、刺激強度、頻度、持続時間の再検討を行う。研究環境および被験者の状態によりUSの適応が困難な場合は、持ち運びが可能な内視鏡を用いて、嚥下動態の観察を行う予定である。また、嚥下反射の誘発が不可能な患者の場合は、即時に咽頭刺激を中断し、他のリハビリテーションを施行する予定である。CVA由来の嚥下障害患者に対して咽頭微小電気刺激を行った場合の嚥下応答の解析結果をまとめ、前年度の研究成果と合わせて、学会発表・論文投稿を行う。今年度の研究における被験者はすべて健常成人であったため、研究室内においてデータ取得が可能であった。本研究施設は、本研究の中心をなす画像評価に必要な超音波診断装置(Toshiba社製、Powervision6000)およびコンベックスタイプの探触子(東芝メディカル社製PVM 375AT)を設備している。次年度においては、嚥下障害者を対象とすることから、全身的な活動性や生活環境に配慮し、研究室内へ搬送できない場合が予想される。その際の嚥下動態解析は、持ち運びが可能な超音波診断装置もしくは内視鏡が必要となる。次年度の研究費には、それらの研究遂行に必要な備品を計上する。また刺激電極作製に必要なニッケルチタンワイヤー、導電性鉛箔テープなどの消耗品費や研究成果発表のため国内・国外学会への参加経費を引き続き積算した。さらにボランティアを被験者とするため、交通費を含めた若干の謝金を用意する予定である。
筋細胞特異的遺伝子MURCの腹部大動脈瘤モデルにおける機能解析

カベオラ関連タンパク質であるMURCを単離、同定し、大動脈瘤進展の関連について研究を行っている。MURC-KOマウスでは傍大動脈へのCaCl2浸漬による腹部大動脈瘤モデルにおいて、WTマウスに比較して有意に腹部大動脈の外径、内径拡大を認め、より高度に中膜弾性線維の断裂を認めた。MURC-KOマウスの大動脈瘤モデルでは、WTマウスに比べて有意にJNKの活性が亢進していた。またApoE-KOとMURC-KOマウスの交配により作製したダブルノックアウトマウスでのアンジオテンシンII持続投与による大動脈瘤モデルでは、ApoE-KOマウス、MURC-KOマウスに比べて有意に腹部大動脈瘤の内径拡大を認めた。我々は筋細胞に特異的に発現しているカベオラ関連タンパク質であるMURCを単離、同定し、MURCと動脈硬化、大動脈瘤進展の関連について研究を行っている。我々が作成した全身MURC-KOマウスでは傍大動脈へのCaCl2浸漬による腹部大動脈瘤モデルにおいて、WTマウスに比較して有意に腹部大動脈の外径、内径が拡大するという結果を得ており、さらにMURC-KOマウスのCaCl2浸漬による腹部大動脈瘤モデルでは、腹部大動脈瘤の組織像においてより高度に中膜の弾性線維の断裂を認めるという結果を得ている。CaCl2大動脈瘤モデルではsham群と比較し、JNKの活性亢進を認め、MURC-KOマウスのCaCl2大動脈瘤モデルでは、WTマウスのCaCl2大動脈瘤モデルに比べて有意にJNKの活性が亢進している結果が得られた。MURCoverexpression、knockdownを行った血管平滑筋細胞(VSMC)においてTNFα刺激を行い、無刺激のものに比べてJNK活性の亢進を認め、MURCknockdownを行ったVSMCではControl群に比べて有意なJNK活性の亢進を認めた。さらにMURC-KOマウスのCaCl2大動脈瘤モデルでは、WTマウスのCaCl2大動脈瘤モデルに比べて有意にMMP-2の発現亢進を認め、MURC knockdownを行いTNFα刺激を行ったVSMCでもControl群に比べて有意なMMP-2発現の亢進を認めた。またApoE-KOマウスとMURC-KOマウスの交配により、ApoEとMURCのダブルノックアウトマウスを作製し、アンジオテンシンII持続投与による大動脈瘤モデルも作成した。ApoEとMURCのダブルノックアウトマウスでの大動脈瘤モデルでは、ApoE-KOマウス、MURC-KOマウスに比べて有意に腹部大動脈の内径が拡大するという結果が得られた。ApoEとMURCのダブルノックアウトマウスでの大動脈瘤モデルでは、ApoE-KOマウス、MURC-KOマウスに比べて有意に腹部大動脈瘤の内径が拡大するという結果が得られた。当初の計画では、MURCの欠失はRho/ROCKシグナルの抑制を介して血管平滑筋細胞の増殖、遊走能の抑制を起こし、動脈壁の脆弱化を引き起こす可能性を考えていたが、Rho/ROCKシグナルの活性化に関与している分子の検索、評価が難渋した。

そのため炎症機転、線維化の亢進が大動脈瘤径増大に関与していると考え、JNK、MMP-2といった分子の検討を行った。当初の予定とは異なるが、JNK、MMP-2については有意な差をもった結果が得られた。また大動脈瘤モデルにおいても傍大動脈へのCaCl2浸漬によるモデルに加え、アンジオテンシンII持続投与によるモデル作成においても、大動脈瘤の内径において有意な結果を得ることができた。循環器内科学大動脈瘤進展に関与する分子として、JNK、MMP-2に加え、Smad2についても検討を行う。また線維化亢進について、Masson's tricrome stainingでは有意な線維化亢進の結果が得られたが、Sirius red stainingにおいても有意な差が得られるか検討する。線維化の評価として腹部大動脈瘤モデルの組織、VSMCにおいて、Collagen1、3等の発現について検討を行う。炎症機転、線維化の亢進と腹部大動脈瘤径拡大の機序における関連について検討を行う。WesternblottingやZymogramに用いる試料等は以前使用していたものを用いたため新規購入分が予定より少なく済んだ。また当初予定していたRhoA activity kitについては検討項目の変更により購入を行わなかった。マウスの系統維持にかかる費用を他研究者と共用で負担したため少額で抑えることができたため。WesternblottingやZymogram、RNA抽出のためのキット、試料の購入。線維化の評価を行うための組織標本の作製費用。MURC-KOマウス、ApoE-KOマウス、MURCとApoEのダブルノックアウトマウスの系統維持と大動脈瘤モデル作製のための試薬、手術器具の購入を行う。また研究成果の学会発表、論文作成における経費として使用する予定である。
In Vitroにおけるヒト歯根膜組織由来細胞のcharacterization

初代焙養細胞は、歯根中央1/3部分より剥離した約1mm^3の歯根膜組織片を培養プレート上にカバースリップで固定し約3週間培養したものを用いた。継代培養細胞(継代数6)は5×10^3/cm^2の細胞密度で播種し、集密期まで培養を行った。初代培養細胞、継代培養細胞および歯根膜新鮮組織よりIsogenを用いて総RNAを抽出し、reverse transcriptaseを用いたpolymerase chain reaction (RT-PCR)により各mRNAの発現を検索した。歯根膜新鮮組織では、26cycleで8種類すべての骨基質タンパク質mRNAの発現を認めた。初代培養細胞およ継代培養細胞ではBSP、OPN、OCN、ALP、PTHrでmRNAの発現はみられず、COL1、COL12、ONのみでmRNAの発現が認められた。COL1とCOL12では新鮮組織と比較してmRNAの発現量の上昇がみられた。以上の結果より、歯根膜細胞は歯根膜組織中では骨系細胞としての性格を有するが、培養細胞では骨系細胞への分化は抑制される傾向を示すことが分かった。培養歯根膜細胞(継代数6)を5×10^3/cm^2の細胞密度で播種し、集密期まで培養を行った。回収した培養皿および歯根膜新鮮組織よりIsogenを用いて総RNAを抽出し、reverse transcriptaseを用いたpolymerase chain reaction (RT-PCR)により各mRNAの発現を検索した。以上の結果より、歯根膜細胞は歯根膜組織中では骨系細胞としての性格を有するが、培養細胞では骨系細胞への分化抑制を示すことが分かった。今後は、初代培養細胞についても比較検討する予定である。
超微小MOS素子の信頼性とテレグラフ雑音発生機構の研究

本年度は(1)テレグラフ雑音発生の原因であるシリコン1酸化膜界面のキャリア捕獲中心の生成機構を明かにし、(2)超微小MOSFETの信頼性向上に必須な電源電圧印加条件を決定する方法を検討した。(1)高電界下で発生するホットキャリアがシリコン1酸化膜界面に衝突してキャリア捕獲中心を生成する過程を明らかにする実験を行なった。実験にはチャンネル長の異なるMOSFETを使い、高エネルギ-の正孔と電子が発生する2種類のバイアス条件下で素子特性の劣化を測定した。その結果、高エネルギ-電子の場合、電子のエネルギ-と界面に衝突する電子の数に比例して界面準位が発生することが判明した。また、高エネルギ-正孔の場合には、酸化膜中に注入された正孔の数に概ね比例する。(2)上述したように、キャリアの平均エネルギ-がキャリア捕獲中心の発生に深く関わっていることが分った。この結果をもとにして超微小MOSFETの信頼性を保証するための電源電圧のスケ-リングについて検討した。MOSFETのドレイン近傍を走行するキャリアのエネルギ-は単に電界だけの関数では表せない。すなわち、チャンネル長が極端に短い場合には、電子のエネルギ-が電界の急激な変化に追従できないからである。このような非平衡キャリア輸送を考慮して電源電圧のスケ-リングに対するガイドラインを提案した。サブミクロン程度の幅を有するMOSFETを用いて、常温付近のランダム・テレグラフ雑音を測定した。この測定には微小電流計(pAメ-タDC電源)を使い、HP-IBバスを通して測定デ-タをコンピュ-タに転送し解析を行った。測定電流値のオン・オフ判定はソフトを用いて行ったので大幅な省力・自動化が計れ、実質的には数千個にも及ぶデ-タを統計的に処理して酸化膜トラップへの捕獲時間と放出時間の平均値を求めた。この捕獲・放出時間は充電・放電時にトラップ周辺の格子を歪ませるのに要する弾性エネルギ-障壁を使って記述できる。典型的な障壁エネルギ-の大きさは数百meVであり、測定温度を20K程度変化させると捕獲・放出時間が10倍以上変化するので測定時の温度を一定に保つことが肝要である。捕獲前後の電子波動関数の重なりの計算を参考にしてトラップ準位の酸化膜中での位置を求めると、酸化膜界面から12nm離れていることが分かった。MOSFETのテレグラフ雑音の大きさは、電子を捕獲したトラップ近傍に生じるク-ロンポテンシャルの山によって電子の走行が阻害されるためである。このク-ロンポテンシャルの影響が及ぶ範囲は概ね数百Åの狭い領域に限定されているため、本研究課題を実施するにはチャネル幅が0.1μm以下の狭チャネルMOSFETを用いることが前提となる。また、スクリ-ニング(遮断効果)によってク-ロンポテンシャルの影響範囲が狭くなる強反転領域ではテレグラフ雑音は相対的に小さくなる。電子捕獲によってドレイン電流が変化する量は上に述べたようにク-ロンポテンシャルの山を乗り越えられない電子の数に比例するので、低温において顕著に観察される。なお、トラップ占有率に関してはフェルミ・ディラック統計で説明できることが分かった。本年度は(1)テレグラフ雑音発生の原因であるSi/SiO_2界面のキャリア捕獲中心の生成機構を明かにし、(2)超微小MOSFETの信頼性向上に必須な電源電圧印加条件を決定する方法を検討した。(1)高電界下で発生するホットキャリアがSi/SiO_2界面に衝突してキャリア捕獲中心を生成する過程を明らかにする実験を行った。発生した界面準位の数はチャ-ジポンピング法を用いて測定した。(2)上述したように、キャリアの平均エネルギ-がキャリア捕獲中心の発生に深く関わっていることが分かった。

この結果をもとにして超微小MOSFETの信頼性を保証するための電源電圧のスケ-リングについて検討した。MOSFETのドレイン近傍を走行するキャリアのエネルギ-は単に電界だけの関数では表せない。すなわち、チャンネル長が極端に短い場合には、電子のエネルギ-が電界の急激な変化に追従できないからである。このような非平衡キャリア輸送を考慮した電源電圧のスケ-リングに対するガイドラインを提案した。
生分解性導電材料の超音波による粘度低下を利用した積層造形法

本研究は,生分解性を持つ導電材料を使った積層造形の実現に向けて,超音波を援用した新たな造形手法の確立を目的としている.提案する超音波の援用方法では,材料となる分散液が加振によって粘性が低下し,静止すると粘性が回復するチキソトロピと呼ばれる性質を用いる.まず,対象とする材料の性質を実験的に確認した後,超音波振動による攪拌機であるホモジナイザーを用いて振動を加えながら微量な材料を吐出できる装置を開発し,生分解性を持つ金属フィラーを含む分散液を材料に使って吐出実験を行った.この結果,超音波振動を加えることで高粘度の材料を従来よりも低い圧力で吐出できることを確認し,さらに,3次元積層造形にも成功した.本研究は,生分解性を持つ材料を使った積層造形の実現に向けて,超音波を援用した新たな造形手法の確立を目的としている.提案する超音波の援用方法においては,材料となる分散液がせん断を生ずることで粘性が低下し,静止すると粘性が回復するチキソトロピと呼ばれる性質を用いる.そこで,粘度低下を起こす材料の種類や,粘度低下の程度などを,振動との関係で定量的に明らかにすることが重要である.本年度は,まず,振動によって粘性が低下する現象の確認を目的とし,(1)チキソトロピを持つ材料の準備,(2)振動による粘度低下を測定する実験装置の開発,(3)粘度低下測定実験,について実施した.材料においては,チキソトロピの性質を持つことが知られているベントナイトを採用した.実験装置は,試料を入れたビーカに対し,下部から振動を与えながら粘度測定ができる装置を開発した.測定装置には回転式粘度計を採用し,チキソトロピ性を有する材料にも適用できるようTバースピンドルおよび上昇ステージと共に使用するように整備した.加振装置は,可聴域程度の周波数を想定したアクチュエータとして,ボイスコイルモータを採用したものと,超音波を想定したアクチュエータとして,ピエゾ素子を採用したものとを開発した.粘度低下測定実験をしたところ,約10Hzの振動において,加振に伴う粘度低下,および静止による粘度回復が確認された.高い周波数では,顕著な粘度変化は見られず,その原因は,下方からの単純な加振では分散液のせん断が発生しにくいためと考察された.本研究は,生分解性を持つ材料を使った積層造形の実現に向けて,超音波を援用した新たな造形手法の確立を目的としている.提案する超音波の援用方法は,材料となる分散液が加振によって微量なせん断を生ずることで粘性が低下し,静止すると粘性が回復するチキソトロピと呼ばれる性質を用いる.そこで,粘度低下を起こす材料の種類や,粘度低下の程度などを,振動との関係で定量的に明らかにすることが重要である.昨年度の研究において,(1)チキソトロピを持つ材料の準備,(2)振動による粘度低下を測定する実験装置の開発,(3)年度低下測定実験,を行い,フィラーを有する分散液において,10Hz程度の低周波加振による粘度低下を確認した.そして,超音波加振には高出力の加振装置が必要であることが分かっている.本年度はこれらの結果を踏まえ,当初の研究計画にある,(1)超音波援用塗布のための実験装置の開発,(2)塗布および積層実験,を実施した.超音波援用塗布のための実験装置開発においては,最大500Wの出力が可能な超音波オモジナイザーを活用し,材料を加振しながら空気圧式ディスペンサーによって材料吐出ができる装置を開発した.また,コンピュータに記録された動作データに基づいて,3軸運動ができる運動装置を自作した.これと吐出機構とを接続し,運動と吐出とを同期させて動作させることを可能にし,積層造形に必要な機能を実現した.続いて,この装置を用いて金属フィラーを有する樹脂を吐出する実験を行い,加振の効果を確認した.本研究は,生分解性を持つ材料を使った積層造形の実現に向けて,超音波を援用した新たな造形手法の確立を目的としている.提案する超音波の援用方法は,材料となる分散液が加振によって微量なせん断を生ずることで粘性が低下し,静止すると粘性が回復するチキソトロピと呼ばれる性質を用いる.そこで,粘度低下を起こす材料の種類や,粘度低下の程度などを,振動との関係で定量的に明らかにすることが重要である.昨年度の研究において,(1)超音波援用塗布のための実験装置の開発,(2)塗布および積層実験,が実施されており,チキソトロピ性を有する材料の一つであるベントナイト水溶液を用いて塗布ができるまでになっていた.本年度は,当初の研究計画に沿って,(1)塗布および積層における操作,材料,仕上がり形状の三者間の関係解明,(2)導電性評価実験,(3)超音波援用塗布のための実験装置の改良,を行った.操作,材料,仕上がり形状の関係については,まず,基礎的な実験として,押し出し圧力,材料中の金属フィラー濃度,ノズルから吐出量,との関係を明らかにし,適切に吐出できる条件を得た.次に,その条件において3次元積層造形を行い,ノズルの移動速度と仕上がり形状との関係を明らかにした.導電性評価実験では,生分解性の金属フィラーを含んだ材料を直方体の形状に出力した上で,高温で熱し,脱脂および焼結させた造形物を対象に導電性を評価した,この結果,一般の金属と同程度の導電性が得られ,導電性材料利用の可能性を広げた.

超音波援用塗布のための実験装置改良においては,ピエゾ素子をノズルに直接設置し,超音波振動を発生できるようにした.従来機では超音波オモジナイザーを利用していたので,振動の大きさを制御することは困難であったが,改良機では自由に制御して実験できるようになり,加振の効果をさらに詳細に測定できるようになった.本研究は,生分解性を持つ導電材料を使った積層造形の実現に向けて,超音波を援用した新たな造形手法の確立を目的としている.提案する超音波の援用方法では,材料となる分散液が加振によって粘性が低下し,静止すると粘性が回復するチキソトロピと呼ばれる性質を用いる.まず,対象とする材料の性質を実験的に確認した後,超音波振動による攪拌機であるホモジナイザーを用いて振動を加えながら微量な材料を吐出できる装置を開発し,生分解性を持つ金属フィラーを含む分散液を材料に使って吐出実験を行った.この結果,超音波振動を加えることで高粘度の材料を従来よりも低い圧力で吐出できることを確認し,さらに,3次元積層造形にも成功した.本年度の目標は,超音波援用塗布の装置開発と,それによる塗布実験にあるが,これら両方において一定の成果を得た.装置開発においては,昨年度の実験結果を踏まえた上で,調達すべき装置の仕様を検討し,実験システムを設計して構築した.現時点では超音波加振しながらの吐出動作は1軸に限られているが,加振しなければ3次元の造形も可能であり,実際に単純形状の3次元積層造形に成功した.超音波援用塗布実験においては,チキソトロピを有するベントナイト分散液と樹脂材料を混合させた材料を用い,加振の有無による1軸運動での塗布実験を行って,超音波援用の効果を確認できた.これらのことから,おおむね順調に進展していると判断する.設計工学本年度の実験によって,超音波で加振しながら材料を突出する実験システムを構築することができた.今後は,材料を工夫し,実験を繰り返すことで,超音波援用塗布に適した材料の検討を行う.特に,3次元造形に適した生分解性のある導電材料について検討する.また,超音波加振が分散液の粘度変化に及ぼす影響について,フィラー粒径や濃度との関係として実験し,粘度変化のメカニズムと合わせて明らかにしていく.本研究においては,提案手法の実現に向けた科学的なアプローチとして,材料の加振により発生する粘度低下の現象を定量的に測定することを重視している.そのためには,材料を加振しながら粘度を測定することができる今までにない装置の開発が必要である.本年度の研究において,その装置を開発し,実験により,粘度低下の定量測定を実現することができた.また,粘度低下を生じさせる加振方法についての新たな知見も得ることができた.超音波加振による粘度低下の確認までは至らなかったが,おおむね順調といえる.本年度の予算については,設備備品費と消耗品費は当初の予定に沿って超音波援用塗布の実験システム構築のための装置購入を中心として使用した.実験システムの仕様変更に伴って,設備備品として購入予定であったディスペンサは金額が抑えられ,消耗品として購入予定であった圧電素子は,設備備品である超音波ホモジナイザとして購入したが,実験システム構築のための費用全体としては当初の予定通りとなった.