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バクテロイデスがもつ滑走・分泌装置の形状と挙動

バクテリアの一大グループであるバクテロイデス属は、独自に発達させた滑走・分泌装置をもっている。これらに関わる遺伝子は、既知のアミノ酸配列と全く相同性がないため、既存の知識は、これらのバクテリアが引き起こす病原性やその治療を理解するのに十分ではない。本研究では、この装置のメカニズムにせまるため、土壌に住み、培養の簡単なFlavobacterium johnsoniaeをつかい、主に電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて、ダイナミクスに焦点を当てた研究を進めた。F.johnsoniaeはガラスや寒天などの固形物表面にはりつき、張り付いたまま滑るように動く、滑走運動をおこなう。この運動時に接着因子としてはたらく700kDaのタンパク質SprBは、既知のどのようなアミノ酸配列とも相同性を持たない。しかし、部分精製した画分をネガティブ染色法で観察すると、長さ150nm、太さ5nmの繊維状の構造をしていた。さらに興味深いことに、抗体と蛍光色素を用いて標識すると、このタンパク質は、バクテリアの外膜表面を約3μmのピッチのらせんに沿って局在し、2μm/sの速さで動き回っていた。全反射顕微鏡を用いて、この動きを観察すると、タンパク質は必ず左巻きのらせんに沿って動いており、バクテリアが何らかのレールのような構造物を持つことが示唆された。また、SprBの見かけの速さを測定すると、4μm/sとOμm/sの2つのピークをとり、同一のタンパク質が固形物表面との接着力をダイナミックに変化させていることが示唆された。これらの知見は、このバクテリアの複雑な運動様式、例えば前進・後退・反転・回転をうまく説明できる。つまり、接着力の強いSprBのほとんどがバクテリアの末端に向かって動くと、菌体は前進するが、一方、接着力の強いSprBが平行に並んで逆向きに動くとすると、トルクが生まれて、菌体は回転や反転などの挙動を示す。私たちは、バクテロイデスがもつ滑走・分泌装置の全容解明を目指して研究している。バクテリアの1グループであるBacteroidetes属は、海中・土壌・体内、様々な環境に広く分布している。これらの多くは、滑走運動と呼ばれる、表面上を動く能力があるが、そのメカニズムは、既知の生体運動とは根本的に異なっており、全く新しい装置の存在が示唆されている。本年度は、滑走装置の構造や挙動を『可視化』することで、このメカニズムを新しいアプローチで明らかにした。最も速く滑走するBacteroidetesであるFlavobacteriumjohnsoniaeにおいて、SprBという外膜タンパク質に注目して研究を進め、以下の結果を得た。1.滑走運動しているバクテリアに、SprBに対する抗体を加えると、濃度依存的にガラスからはずれていったので、SprBは固形物表面への接着をになうアドヘジンとしての機能をもつと考えられた。2.運動を阻害しない程度の濃度の抗体をもちいて、このタンパク質を蛍光標識すると、菌体の膜表面上を高速で動いているのを可視化できた。これは、菌体の極から極へと、約3μmのピッチをもつ、右巻きらせんに沿った動きだった。3.このらせんの流れは、プロトン駆動力の阻害剤によって可逆的に停止し、同時に菌体の滑走運動も停止した。4.このらせん流をもちいて、菌体が表面上を滑走運動するとき、左に曲がる傾向があった。5.らせん状に流れているSprBは、細くて硬い150nmの繊維状の分子形状をとっており、膜から固形物表面に向かって、突き出していた。6.繊維状のタンパク質が右巻きのらせんに流れるとき、左に曲がる滑走運動が生じることを数学的に検証し、評価した。これらの成果により、未知の生体運動であったバクテロイデスの滑走運動は、右巻きのらせん流によって生じるユニークなメカニズムであることを示した。運動装置は、バクテロイデスの病原毒素分泌装置と類似性があるので、そのメカニズムを解明する上でも、重要な知見といえる。

また、SprBの見かけの速さを測定すると、4μm/sとOμm/sの2つのピークをとり、同一のタンパク質が固形物表面との接着力をダイナミックに変化させていることが示唆された。これらの知見は、このバクテリアの複雑な運動様式、例えば前進・後退・反転・回転をうまく説明できる。つまり、接着力の強いSprBのほとんどがバクテリアの末端に向かって動くと、菌体は前進するが、一方、接着力の強いSprBが平行に並んで逆向きに動くとすると、トルクが生まれて、菌体は回転や反転などの挙動を示す。滑走運動のメカニズムが解明されつつある。これは、顕微鏡による可視化技術の発展、分子生物学的な変異体・抗体リソースの充実、数学的な運動モデル構築、それぞれが融合することで、学際的な研究が展開したことによる。当初の研究目的を達成しており、今後の研究目的であるタンパク質分泌メカニズムを明らかにする上でも、有用な成果が得られている。当初の計画のうち、滑走装置に関する理解は深まりつつある。そこで今後は、分泌装置に関する研究に焦点をあてる。上記の研究と同時進行で、関連タンパク質の精製方法を、今年度に確立した。この成果は、電子顕微鏡による構造観察や、共同研究であるX線結晶構造解析として展開している。原子レベルでメカニズムを議論することが、近く可能になるかもしれない。また、研究対象の菌種を、ヒトの病原細菌に変えることで、毒素タンパク質分泌メカニズムに関する理解も深める。顕微鏡の周辺装置を充実させ、嫌気性菌の高解像度ライブ観察を可能にすることで、より波及効果の高い研究を推進していく。
乳がん超音波併用集団検診のためのコンピュータ支援診断システムの開発

本邦における乳がんの罹患率は年々増加しており,従来のマンモグラフィ検診に加え超音波併用検診の導入も検討されている.超音波を用いた検診においては,ホールブレスト超音波検査も一手法として期待されている.本課題では乳がん超音波併用検診の定量性の向上を目的として,マルチモダリティ画像(ホールブレスト超音波画像,マンモグラフィおよびMR画像)を対象としたコンピュータ支援診断(Computer-aided Diagnosis: CAD)システムの開発を行った.本邦における乳がんの罹患率は年々増加し,女性がんの第一位となっている.乳がんの早期発見・治療に向け集団検診の精度向上を図るため,超音波画像を用いた併用検診への期待が高まっている.本研究では,乳腺超音波による併用検診のためのコンピュータ支援診断(CAD)システムの開発を目的とし,マルチモダリティ画像(MMGおよびMR画像)を対象とした病変検出システムおよび,その読影支援システムの構築を行う.本課題ではその基礎研究と臨床応用への可能性を検討することを目的とする.本邦における乳がんの罹患率は年々増加しており,従来のマンモグラフィ検診に加え超音波併用検診の導入も検討されている.超音波を用いた検診においては,ホールブレスト超音波検査も一手法として期待されている.本課題では乳がん超音波併用検診の定量性の向上を目的として,マルチモダリティ画像(ホールブレスト超音波画像,マンモグラフィおよびMR画像)を対象としたコンピュータ支援診断(Computer-aided Diagnosis: CAD)システムの開発を行った.本研究では,乳腺超音波画像と乳房X線写真(Mammography:MMG)を対象とし,腫瘤などの病変を自動検出できるコンピュータ支援診断(CAD)システムの開発の基礎研究を行い,その臨床応用への可能性を検討することを目的としている。本年度は以下の成果を得ている.1.乳腺超音波画像とMMGが同時読影可能なビューワソフトの開発乳腺超音波画像とMMGを同時にモニタ上に提示し,読影できる画像提示ソフトウェアを開発した.2.乳腺超音波画像用CADシステムの開発ホールブレスト超音波画像を対象とした,腫瘤性病変の自動検出処理を提案し開発した.40例の画像に適用した結果,80%以上の正解率が得られ,手法の有効性が証明できた.また,超音波では比較的描出されにくいとされる,微小石灰化画像の自動検出処理の開発に着手した3.乳腺超音波と乳房X線画像(剛G)のFusion画像生成のためのアルゴリズムの開発ホールブレスト超音波画像とMMGの画像レジストレーションを行うための,画像中の対応点(ランドマーク)抽出処理の検討を行った。ホールブレスト超音波画像を対象とした,スキンラインと腺在筋膜深層および大胸筋の抽出処理の開発を行った.本年度は,今後の展開(発展)につながる結果を得ており,これらの成果を元に,実用的なCADシステム開発に向けて,さらに研究を継続中である。本研究では,乳腺超音波画像と乳房X線写真(Mammography : MMG)を対象とし,腫瘤などの病変を自動検出できるコンピュータ支援診断(CAD)システムの開発の基礎研究を行い,その臨床応用への可能性を検討することを目的としている.本年度は以下の成果を得ている.1.乳腺超音波画像における微小石灰化像の自動検出アルゴリズムの開発乳腺超音波画像における微小石灰化像検出用フィルタの開発を行った.リアルタイム超音波画像における微小石灰化像検出を可能とした.2. MMG撮影時の乳房圧迫モデルの構築MMG撮影時における乳房圧迫を,ファントムを用いて解析し, MMG撮影時の乳房圧迫モデルを構築した.3.ホールブレスト超音波画像における正常構造の認識アルゴリズムの開発ホールブレスト超音波画像における正常構造の認識アルゴリズムを開発し,皮膚と乳頭と肋骨の自動認識を可能とした。これら画像中の対応点(ランドマーク)抽出によりレジストレーションの精度向上を可能とした.4.ホールブレスト超音波画像のための乳腺濃度評価アルゴリズムの開発ホールブレスト超音波画像における乳腺濃度評価アルゴリズムの開発を行った.超音波画像とMMG間で濃度評価の比較を行ない,超音波画像における乳腺分類を可能とした.本研究では,乳腺超音波画像と乳房X線写真(Mammography : MMG)などのマルチモダリティ画像を対象とし,腫瘤などの病変を自動検出できるコンピュータ支援診断(CAD)システムの開発の基礎研究を行い,その臨床応用への可能性を検討することを目的としている.本年度は以下の成果を得た.(1)乳腺超音波画像とMR画像が同時読影可能なビューワソフトの開発前年度までの研究成果であるMMGとの提示機能に加え,MR画像を同時にモニタ上に提示し,読影できる画像提示ソフトウェアを開発した.超音波とMMG,MRなど乳がんの併用検診で用いられるマルチモダリティ画像に対応するビューワを開発した.(2)用手法による超音波画像のためリアルタイム病変検出システムの開発用手法による超音波画像のためのリアルタイム病変検出システムを開発した.(3)ホールブレスト超音波画像とMR画像とのボリューム位置合わせ機能の開発ホールブレスト超音波画像とMR画像とのボリューム位置合わせ機能を開発した.前年度までに開発した乳腺内の正常構造の認識アルゴリズムを改善し,位置合わせのためのランドマークを抽出後,3次元ボリュームデータの変形処理を施し,位置合わせを行いFusion画像を生成した.(4)ホールブレスト超音波画像における良悪性鑑別機能の開発ホールブレスト超音波画像を対象とした腫瘤の良悪性鑑別システムを開発した.

本研究では,乳腺超音波画像と乳房X線写真(Mammography : MMG)などのマルチモダリティ画像を対象とし,腫瘤などの病変を自動検出できるコンピュータ支援診断(CAD)システムの開発の基礎研究を行い,その臨床応用の可能性を検討を目的としている.(1)用手法による超音波画像のためリアルタイム病変検出システムの開発用手法による超音波画像のためのリアルタイム病変検出機能および特徴解析機能を開発した.また,リアルタイム性の検証とファントムを用いた検出実験を行った.(2)乳腺超音波画像とMR画像が同時読影可能なビューワソフトの開発ホールブレスト超音波画像とMMGおよびMR画像を提示し,読影できる画像提示ソフトウェア(併用検診のためのマルチモダリティに対応する読影ビューワ)を開発した.また,超音波画像におけるCADでは,プローブ厚み方向に対して限られフレーム画像(スライス間隔が大きいボリュームデータ)から,画像特徴量を算出し良悪性鑑別を行う解析システム開発した.
ペトリネットモデルに基づくソフトウェア開発プロセスの改善に関する研究

本研究の目的は,ソフトウェア開発プロセスから収集されたデータの定量的かつ客観的な分析結果に基づいて開発プロセスの改善策を提示するアルゴリズムの開発,及び,その改善策を評価するシミュレーションシステムの設計を行うことである.今年度は,先ず,現状のソフトウェア開発プロセスの評価に基づいて,開発プロセスの改善を定量的に進めるための枠組について提案した.提案した枠組は次の(1)(5)の作業で構成される.(1)ソフトウェア開発プロセスを一般化確率ペトリネットを用いて形式的に定義する.(2)その定義の下で現状プロセスの問題点を分析する.(3)分析結果に基づいて,プロセスの改善案を複数作成する.(4)シミュレーションにより改善案を品質,費用,納期の3つの観点から定量的に行い、最適な改善案を求める.(5)改善案に基づいてプロセスを実行する.更に,実際のソフトウェア開発プロセスに対して改善を行ってきた.具体的な改善策としては,レビュー・テスト手法の変更,工数割当方法の提案を提示した.なお,枠組の基礎となっているペトリネットモデルには次の(A),(B)に示すような特色がある.(A)ト-クンが属性(プロセス経過時間,作業要員数,残存フォールト数等)を持っている.(B)トランジションには時間の概念と,ト-クンの属性値を更新するための操作が付加されている.こうした(A)と(B)はいずれもソフトウェア開発プロセスの記述のために拡張,導入した機能である.更に,提案する枠組の適用を支援するためにシミュレーションシステムを設計・試作し,実際のソフトウェア開発のデータを用いて,提案するモデルの妥当性についても議論した.本研究の目的は,ソフトウェア開発プロセスから収集されたデータの定量的かつ客観的な分析結果に基づいて開発プロセスの改善策を提示するアルゴリズムの開発,及び,その改善策を評価するシミュレーションシステムの設計を行うことである.今年度は,先ず,現状のソフトウェア開発プロセスの評価に基づいて,開発プロセスの改善を定量的に進めるための枠組について提案した.提案した枠組は次の(1)(5)の作業で構成される.(1)ソフトウェア開発プロセスを一般化確率ペトリネットを用いて形式的に定義する.(2)その定義の下で現状プロセスの問題点を分析する.(3)分析結果に基づいて,プロセスの改善案を複数作成する.(4)シミュレーションにより改善案を品質,費用,納期の3つの観点から定量的に行い、最適な改善案を求める.(5)改善案に基づいてプロセスを実行する.更に,実際のソフトウェア開発プロセスに対して改善を行ってきた.具体的な改善策としては,レビュー・テスト手法の変更,工数割当方法の提案を提示した.なお,枠組の基礎となっているペトリネットモデルには次の(A),(B)に示すような特色がある.(A)ト-クンが属性(プロセス経過時間,作業要員数,残存フォールト数等)を持っている.(B)トランジションには時間の概念と,ト-クンの属性値を更新するための操作が付加されている.こうした(A)と(B)はいずれもソフトウェア開発プロセスの記述のために拡張,導入した機能である.更に,提案する枠組の適用を支援するためにシミュレーションシステムを設計・試作し,実際のソフトウェア開発のデータを用いて,提案するモデルの妥当性についても議論した.
好酸球脱顆粒に対する免疫グロブリンおよび接着分子の関与に関する研究

最近の研究の進歩により気管支喘息の病態形成において好酸球がその脱顆粒により重要な役割を果たしていることが明らかになっているが、組識において何を刺激としてどのようなメカニズムで好酸球脱顆粒が惹起されるかは不明な点が多い。平成10年度は上皮細胞存在下における好酸球税顆粒の基礎的検討を行った。その結果は、無刺激の上皮細胞と好酸球のcocultureにおいて10^6好酸球あたり298±34ngのECPの自然遊離を認めた。好酸球と上皮細胞の接着についても検討したところ、無刺激では好酸球接着は9.0±0.9%であり、上皮細胞をTNFで刺激しても好酸球接着の有意な増強は認めなかった。平成11年度は、上皮細胞と好酸球の両者をそれぞれTNF、IL-5で刺激した場合のECP遊離と好酸球接着、上皮細胞上をさらに免疫グロブリンでcoatし好酸球とcocultureした場合のECP遊離を検討した。その結果は、好酸球のみの刺激ではECP遊離は増強しないのに対し上皮細胞と好酸球の両者をそれぞれTNF、IL-5で刺激すると、無刺激の場合に比べECP遊離は増強し、同様に好酸球接着も増強した。ECP遊離増強は抗CD18抗体により一部抑制され、抗CD18抗体は好酸球接着についても同様な抑制効果を示した。次に、上皮細胞存在下においてさらにIgG1でcoatした場合にコントロールに比べ有意に高いECP遊離を認めた。IgG2、IgG3、IgG4、sIgA、IgE、IgMでさらにcoatした場合はコントロールと差を認めなかった。以上の結果から、上皮細胞存在下における好酸球脱顆粒には、上皮細胞活性化、IgG1が影響し、その際に接着分子が関する可能性が示唆された。最近の研究の進歩により気管支喘息の病態形成において好酸球がその脱顆粒により重要な役割を果たしていることが明らかとなっているが、組織において何を刺激としてどのようなメカニズムで好酸球脱顆粒が惹起されるかは不明な点が多い。本研究はヒト上皮細胞存在下での好酸球脱顆粒における免疫グロブリン及び接着分子の関与を調べることを目的とし、まず上皮細胞存在下における好酸球脱顆粒の基礎的検討を行った。方法は、ヒト気管支上皮細胞株BEAS-2Bをホルモン添加無血清培養液HD-F12を用いてコラーゲン処理プレート上で培養し、connuentになった時点でTNFの存在下、非存在下で4時間培養した。次に正常人末梢血より分離した好酸球を加え16時間培養し、上清に遊離されたECPをRIAで測定した。結果は以下のようである。無刺激の上皮細胞と好酸球のcocultureにおいて10^6好酸球当たり298±34ngのECPの自然遊離を認めた。上皮細胞をTNFで刺激しても、cocultureされた好酸球からのECP遊離の有意な増強はみられなかった。無刺激あるいはTNF刺激上皮細胞のみではECP遊離は検出されなかった。また、コラーゲン処理プレート上の無刺激好酸球は、前述の無刺激の上皮細胞と好酸球のcocultureの場合のECP遊離の約60%のECP遊離を認めた。好酸球と上皮細胞の接着について検討したところ、無刺激では好酸球接着は9.0±0.9%であり、上皮細胞をTMFで刺激しても好酸球接着の有意な増強は認めなかった。今後、上皮細胞上をさらに免疫グロブリンでcoatし、ECP遊離、好酸球接着について検討する予定である。

最近の研究の進歩により気管支喘息の病態形成において好酸球がその脱顆粒により重要な役割を果たしていることが明らかになっているが、組織において何を刺激としてどのようなメカニズムで好酸球脱顆粒が惹起されるかは不明な点が多い。平成10年度は上皮細胞存在下における好酸球脱顆粒の基礎的検討を行い、本年度の研究では上皮細胞と好酸球の両者をそれぞれTNF、IL-5で刺激した場合のECP遊離と好酸球接着、上皮細胞上をさらに免疫グロブリンでcoatし好酸球とcocultureした場合のECP遊離を検討した。その結果は、好酸球のみの刺激ではECP遊離は増強しないのに対し上皮細胞と好酸球の両者をそれぞれTNF、IL-5で刺激すると、無刺激の場合に比べECP遊離は増強し、同様に好酸球接着も増強した。ECP遊離増強は抗CD18抗体により一部抑制され、抗CD18抗体は好酸球接着についても同様な抑制効果を示した。次に、免疫グロブリンのECP遊離に対する影響の結果は、上皮細胞存在下においてさらにIgG1でcoatした場合にコントロールに比べ有意に高いECP遊離を認めた。IgG2、IgG3、IgG4、sIgA、IgE、IgMでさらにcoatした場合はコントロールと差を認めなかった。以上の結果は、上皮細胞存在下における好酸球の脱顆粒において、1.上皮細胞活性化が好酸球脱顆粒に影響すること、2.IgG1が好酸球脱顆粒に影響すること、3.その際のメカニズムとして接着分子が関与すること、以上の可能性が示唆された。
高速マルチスケール動的解析法の開発とパワーMEMS設計への応用・検証

基本構造の多数繰返しからなる構造体の高速動的手法の開発と、マイクロガスタービンエンジンMEMS燃焼器の設計・加工・燃焼実験を目的としている。モデル縮約によりPCで並列高速計算が行える上に、荷重条件の不確かさを考慮して低確率でしか起きない事象も逃さずに予測できる実用的手法と、保炎器の約1, 000個ものノズルの整列不整の影響を予測する確率均質化法などを開発した。燃焼実験において約1150K1350Kの安定燃焼を確認できた。微小なMEMSのさらに細かな微小機械要素の設計や寸法の決定には、マルチスケールの立場で動的シミュレーションを行う必要があるが、膨大な計算コストを有する。この高速化の実現により新規MEMSの設計・開発を加速することを目指す。具体的な研究項目を以下に示す。(1)モデル縮約法を用いた高速動的解析法Arnordi法に基づくモデル縮約法を用い、マルチスケール問題に加え、荷重条件の不確かさを考慮した高速動的解析法を確立する。従来の陽解法と比較した精度検証、高速性能の計測を行う。(2)マルチスケール動的解析法重合メッシュ法とモデル縮約法の併用解法の研究、不確かさを考慮した確率的マルチスケール法の研究を行う。(3)MEMSプロセスシミュレーション動的問題の一つとしてウェットエッチングプロセスシミュレーションを取り上げる。MEMS設計の鍵となる犠牲層エッチングのシミュレーションは、MEMS微細構造設計に有用である。特に、エッチングパラメータの自動動的法の開発に注力する。(4)パワーMEMSへの適用熱流体-構造連成問題のマルチスケール動的解析モデリング法の研究を行い、マイクロガスタービンエンジン燃焼器への適用を行う。これに基づく燃焼器の設計・試作・要素試験を実施する。本研究は、全体構造寸法に比して微小な局所部位の構造設計を行うための高速マルチスケール動的解析法の開発を主目的とし、それをパワーMEMSの一つであるマイクロガスタービンエンジンの設計に応用し、試験機による要素試験結果との比較から有用性を検証することを目的としている。研究は、解析手法開発と要素試験を並行して進める計画である。まず、解析手法開発に関し、マルチスケール構造解析を実現するため、独自に静的解析用に開発を進めてきた重合メッシュ法の動的問題への適用上の問題点を整理し、consistent質量行列を用いる関係上、陰解法を用いることとし、陽解法と同様の高速解析を実現するためにモデル縮約法との併用解法を選定し、定式化とアルゴリズムの詳細を書き下した。モデル縮約のための基底ベクトル数について深く検討するため、基底ベクトル作成ソフトウェアとその可視化ツール、時間積分モジュールを開発した。モデル化には、静的解析用に開発してきたソフトウェアVOXELCONを用い、MatrixMarket書式のデータコンバータも開発した。小穴を有するブロックの曲げ問題、L字型部材の角部に小穴を有する問題を解き、局所構造である小穴が基底ベクトルの幾何的モードとノルムに与える影響を調査した。要素試験に関しては、流体解析によるコンプレッサ翼形設計のためのマイクロ風洞試験の設計・試作と、燃焼器の流体解析による冷却流路設計、熱流体解析による冷却性能評価とともに、要素試験を実施し、ごく短時間ではあるが1300Kの燃焼を確認したほか、燃焼効率の計測にも一応の成功を収めたが、その一方で冷却性能不足が判明し、要素試験器の設計変更を行った。また、将来応用探索の一貫として計画通りセンサネットワークに関する動向調査も行った。本研究は、独自の重合メッシュ法によるマルチスケールモデリングと、高速動的解析を実現するためのモデル縮約法を用いた新規解析手法の開発を主目的とし、それをパワーMEMSの一つであるマイクロガスタービンエンジンに応用し、設計と要素試験を実施することを目的としている。モデル縮約法に関し、昨年度の定式化では、自由度数が大きくなり大規模解析に難があること、また、荷重形態が単一に限られる問題点があったため、改良を行った。また、昨年度開発した基底ベクトルの可視化ツールにより、固有ベクトルと実質的な対応があることを見出した。そこで、新しい定式化では、複数の荷重形態に対する基底ベクトルを用いることで、荷重条件の不確かさを考慮できる可能性が見いだせた。マイクロ燃焼器の設計に関し、保炎板に1000個超の微小ノズルがあることから、マルチスケール問題になり、モデリングが極めて難しいという問題があったが、段階的なモデリンダにより熱流体-構造連成解析を行うことができただけでなく、材料特性を設計パラメータとした最適設計を行うための基本ツールを開発し、当初計画以上の成果を得た。今後、重合メッシュ法も組み込んだ熱応力・熱変形最適設計へと発展させる。要素試験に関しては、昨年度の改良案に対するMEMS加工を行いつつ、昨年度の実験結果を整理したので、次年度に論文投稿を行う予定である。本研究は、MEMS設計で多く見られるマルチスケール問題の動的解析に焦点を当て、高速化を目的としてモデル縮約法を用いた高速マルチスケール動的解析法の確立を目的とする。

解析の品質向上に有益な荷重条件の不確かさに対処するため、本年度はモデル縮約法の一つであるBSOAR(block second order Arnoldi)法を適用し、約12万節点の簡単な例題において、時間の関数となる荷重の方向と立ち上がり時間に不確かさを考慮したところ、従来の陽解法と比較した場合に25倍以上の高速化が実現できることを確認した。2つの不確かな荷重パラメータに対する変動応力振幅の感度を求めることができたが、確率密度関数を出力できるモンテカルロシミュレーションに応用した場合の計算コストを見積り、従来法では全く不可能であった10,000ケースの動的モンテカルロシミュレーションが、複数のPCを用いれば実用的な時間で実行可能であるとの知見を得た。また、MEMSの性能評価のためのシミュレーションだけでなく、エッチングプロセスシミュレーションという別の動的解析にも取り組んだ。エッチングパラメータが実測不能であることから、応答曲面を独自の手法で予測し、パラメータの自動同定のための収束方法に工夫を加え、HF50%溶液によるSiO2のエッチングプロセスシミュレーションに成功した。成果公開のため、上記の事項に加え、昨年度実施した熱流体-構造連成問題の実用的マルチスケールモデリング法について、日本機械学会、電気学会で発表を行った。(1)モデル縮約法を用いた高速動的解析法荷重の時間変化と荷重方向に不確かさを考慮し、モデル縮約法の一つのBSOAR法を用い、メモリ削減による並列化が高速動的モンテカルロシミュレーションに有効であることを実証した。さらに、10^<-4>の低確率でしか起きない事象を効率的に見つけ出すサンプリング法を開発し、計算効率をさらに3倍に高めることに成功した。成果は2012年5月の第17回計算工学講演会において発表する。(2)マルチスケール動的解析法材料特性と微視形状に不確かさを考慮した確率均質化法を1次展開式に基づき開発し、パワーMEMS燃焼器の保炎器ノズル形状を模擬した例題に対して適用した。設計上は周期的配列としている約1,000個のノズル配列に加工上生じる微小なずれがマクロ特性に与える影響を解析することができた。成果は2012年5月の第17回計算工学講演会等において発表する。また、局所的な不均質性を考慮するための重合メッシュ法に対しても、数値積分の高精度化と不確かさを考慮した定式化を行い、後者については計算効率を理論的に算出し、その有効性を確認した。(3)MEMSプロセスシミュレーション研究成果が日本機械学会英文誌JCSTに掲載されるなど、成果発表を行った。(4)パワーMEMSへの適用上記の保炎器を有する冷却流分岐型予混合燃焼器の設計を過年度のシミュレーションも統合して行い、MEMSプロセスのICP-RIE加工と接着による試験機の製作を行った。当量比0.60.8の広範囲の条件下で着火後数秒以内の実測温度として約1150K1350Kの安定燃焼を確認することができた。(5)研究室HPを新設して情報発信を開始した。
重症インフルエンザウイルス感染症におけるADAM10を介した感染制御機構の解明

本研究では、重症インフルエンザウイルス感染におけるADAM10の保護的役割を、動物モデル及び臨床検体を用いて検討し、その機序を明らかにすることを目的とした。研究実施計画書に記載した通り、まずは重症インフルエンザウイルス感染モデルマウスを作成し、予備実験で得られた結果の再現性を確認した。その結果、やはりAdam10コンディショナルノックアウトマウス(Adam10 cKOマウス)において、インフルエンザウイルス感染後の予後が悪くなる結果を、繰り返し再現性を持って得られた。さらにAdam10 cKOマウスでは、気管支肺胞洗浄液で炎症性サイトカイン濃度が上昇しており、肺内のインフルエンザウイルス力価が上昇していた。これらの結果から、骨髄球系細胞のADAM10がインフルエンザウイルス感染において保護的役割を有していることを、明らかにした。次に、Adam10 cKOマウスの感染後肺内で有意に増加していたCD11b陽性F4/80陽性細胞に注目し、更なる解析を行った。細胞内の各種mRNA発現をreal-time PCRにて評価したところ、Adam10 cKOマウスではArg1の発現が著明に亢進していた。さらに、Adam10 cKOマウスの生存率が、arginase選択的阻害剤の投与によって改善することを確認した。このことから、上記の保護的役割の一部は、骨髄球系細胞におけるArg1発現抑制を介している可能性が示唆された。本研究により、インフルエンザウイルス感染の病態に、骨髄球系細胞のADAM10がArg1発現を介して関与している可能性が明らかとなった。致死的疾患である重症インフルエンザウイルス感染症の新規治療戦略の切り口となる、重要な結果である。
広域スペクトル活性を有する高病原性ウイルス感染症治療薬の開発

ウイルスによる新興・再興感染症(エボラ出血熱、SARS、MERS、黄熱、デング熱等)が、いつどこで流行するかは予測できないため対策が急務である。クマザサ由来のトリシンは、ヘルペスウイルス(DNAウイルス)に効果があるが、インフルエンザウイルス等のRNAウイルスにも有効である(村山ら)。このようにDNAウイルスとRNAウイルスの双方に効果のある抗ウイルス剤は非常に有望である。また、ファビピラビルは抗インフルエンザウイルス薬として承認されたが、他のRNAウイルスにも効果が期待されている。そこでRNAウイルスの種類によって、ファビピラビルかその誘導体中でどれが一番有効かを調べておく必要がある。
応力その場測定と分子動力学法シミュレーションによる人工格子膜形成過程の解明と物性

特異な物性を示す人工格子膜は興味深い材料であり,研究が盛んであるが,現実の人工格子膜には欠陥,粒界,転移等が存在し,これらを含めた膜形成過程の解明とその物性が重要である.本研究では,異種原子間のひずみに着目し,実験的手法とシミュレーションを用いた理論的手法を複合してひずみ分布を定量的に把握する手法を確立し,さらに分子動力学法(MD法)により膜形成過程の解明を目的とした.平成7年度は2体間ポテンシャルであるMorseポテンシャルを用いて,1)膜成形成時の表面形態,2)異種原子界面での格子緩和,3)膜形成時の入射原子エネルギーと膜表面形態についてシミュレーションを行い,実際に製膜した膜との対応関係を明らかにした.平成8年度は,多体間ポテンシャルであるEmbedded Atom Method(EAM)ポテンシャルと前述の2体間ポテンシャルであるMorseポテンシャルの両方を用いて,Ni/Pd人工格子膜形成シミュレーションを行い,それぞれのポテンシャルの適用について以下のことを明らかにした.1)2体間,多体間いずれのポテンシャルを用いても,NiおよびPd単層膜の成長様式や界面での相互拡散には,同様の入射原子エネルギー依存性が見られた.2)Ni層内の面内平均ひずみの入射エネルギー依存性には,用いたポテンシャルにより相違が見られ,EAMポテンシャルを用いることにより,実験結果と対応が得られた.3)EAMポテンシャルを用いたシミュレーションで,異種原子界面の相互拡散した原子層内の面内ひずみ分布は偏った分布を持ち,その特徴を解明した.以上のように,上記2種類のポテンシャルを用いシミュレーションで,成長様式や界面での相互拡散等,製膜時の原子配置に関して有用な知見が得られるが,一方,ひずみ量の大きさは多体間ポテンシャルを用いる必要があることが解った.特異な物性を示す人工格子膜は興味深い材料であり,研究が盛んであるが,現実の人工格子膜には欠陥,粒界,転移等が存在し,これらを含めた膜形成過程の解明とその物性が重要である.本研究では,異種原子間のひずみに着目し,実験的手法とシミュレーションを用いた理論的手法を複合してひずみ分布を定量的に把握する手法を確立し,さらに分子動力学法(MD法)により膜形成過程の解明を目的とした.平成7年度は2体間ポテンシャルであるMorseポテンシャルを用いて,1)膜成形成時の表面形態,2)異種原子界面での格子緩和,3)膜形成時の入射原子エネルギーと膜表面形態についてシミュレーションを行い,実際に製膜した膜との対応関係を明らかにした.平成8年度は,多体間ポテンシャルであるEmbedded Atom Method(EAM)ポテンシャルと前述の2体間ポテンシャルであるMorseポテンシャルの両方を用いて,Ni/Pd人工格子膜形成シミュレーションを行い,それぞれのポテンシャルの適用について以下のことを明らかにした.1)2体間,多体間いずれのポテンシャルを用いても,NiおよびPd単層膜の成長様式や界面での相互拡散には,同様の入射原子エネルギー依存性が見られた.2)Ni層内の面内平均ひずみの入射エネルギー依存性には,用いたポテンシャルにより相違が見られ,EAMポテンシャルを用いることにより,実験結果と対応が得られた.3)EAMポテンシャルを用いたシミュレーションで,異種原子界面の相互拡散した原子層内の面内ひずみ分布は偏った分布を持ち,その特徴を解明した.以上のように,上記2種類のポテンシャルを用いシミュレーションで,成長様式や界面での相互拡散等,製膜時の原子配置に関して有用な知見が得られるが,一方,ひずみ量の大きさは多体間ポテンシャルを用いる必要があることが解った.異種原子間のひずみに着目し、実験的手法とシミュレーションを用いた理論的手法を複合してひずみ分布を定量的に把握する手法を確立し、さらに分子動力学法(MD法)により膜形成過程の解明をすることを目的とし、以下の成果を得た。1.Co/Pt,Co/Pd人工格子膜のスパッタ製膜中に、光学変位計を用いて応力のその場測定を行い、製膜条件による応力、表面構造、断面構造、磁性の対応を明らかにした。2.分子動力学法によるCo原子のとPd原子積層過程シミュレーションを行い、上記実験結果との対応関係を解明した。具体的には、1)Co、Pd原子どちらの積層過程においても、膜成長表面形態は入射エネルギー依存性が見られ、実際の製膜した膜と同じ傾向が観測できた。2)実際の製膜では、Pd層上へのCo積層初期段階で急峻な格子緩和が観測されるが、本シミュレーションでも同様の格子緩和が観測でき、現実の製膜過程を比較的良くシミュレーションできていることがわかった。Pd層上へのCo積層過程で見られるスパッタガス圧に依存した応力の変化傾向と入射エネルギーを変化させたときのシミュレーションによる表面ひずみの変化傾向に対応が得られ、製膜時のスパッタガス圧の効果も本シミュレーションで検討可能であることを示した。4)Co層上へのPd原子の積層前後で、Co層内の面内ひずみが1%程度増加することが分かった。以上の成果をベースにして、平成8年度の研究では、応力のその場測定結果および断面微細構造・表面モフォロジー観察結果を合わせ用いることで、膜形成過程解明の解明を行い、欠陥、粒界、転移等を含めた動的な膜形成過程を解明する計画である。特異な物性を示す人工格子膜は興味深い材料であり,研究が盛んであるが,現実の人工格子膜には欠陥,粒界,転位等が存在し,これらを含めた膜形成過程の解明とその物性が重要である.

本研究では,異種原子間のひずみに着目し,実験的手法とシミュレーションを用いた理論的手法を複合してひずみ分布を定量的に把握する手法を確立し,さらに分子動力学法(MD法)により膜形成過程の解明を目的とした.平成7年度は2体間ポテンシャルであるMorseポテンシャルを用いて,1)膜成形成時の表面形態,2)異種原子界面での格子緩和,3)膜形成時の入射原子エネルギーと膜表面形態についてシミュレーションを行い,実際に製膜した膜と対応関係を明らかにした.平成8年度は,多体間ポテンシャルであるEmbedded Atom Method (EAM)ポテンシャルと前述の2体間ポテンシャルであるMorseポテンシャルの両方を用いて,Ni/Pd人工格子膜形成シミュレーションを行い,それぞれのポテンシャルの適用について以下のことを明らかにした.1)2体間,多体間いずれのポテンシャルを用いても,NiおよびPd単層膜の成長様式や界面での相互拡散には,同様の入射原子エネルギー依存性が見られた.2)Ni層内の面内平均ひずみ入射エネルギー依存性には,用いたポテンシャルにより相違が見られ,EAMポテンシャルを用いることにより,実験結果と対応が得られた.3)EAMポテンシャルを用いたシミュレーションで,異種原子界面の相互拡散した原子層内の面内ひずみ分布は偏った分布を持ち,その特徴を解明した.以上のように,上記2種類のポテンシャルを用いシミュレーションで,成長様式や界面での相互拡散等,製膜時の原子配置に関して有効な知見が得られるが,一方,ひずみ量の大きさは多体間ポテンシャルを用いる必要があることが解った.
情動情報の伝達の神経機構の解明

動物は、傍にいる仲間の個体が敗北姿勢あるいはすくみ行動といった情動行動を示すと、同様の負の情動反応を示すと報告されている。この他個体への情動情報の伝達は、危険情報を得たとき速やかに仲間に知らせるのに重要であると考えられている。オキシトシンは社会的行動を促進することが知られている。しかし、情動情報の伝達における働きの詳細は不明であった。社会的敗北刺激を加えられた個体へ暴露すると、大脳皮質におけるオキシトシン受容体発現ニューロンが活性化されることが示唆された。動物は、仲間の個体が敗北姿勢を示しているとき、負の情動反応を示す。この負の情動情報の伝達は自分が経験する前に危険情報を得ることが出来るという意味で生物学的な意義が高い。しかし、その機構は不明な点が多い。例えば、実際に負の情動刺激を経験した個体で活性化されるニューロン回路と、それを観察している個体において活性化されるニューロン回路が同じかどうか分かっていない。本研究は、実際に社会的な攻撃を受け敗北姿勢を示している個体とそれを観察している個体とで同じ神経系が活性化されるのかを明らかにし、その神経系の機能を明らかにすることを目指す。本年度は、まず、実際に社会的な攻撃を受けた時に活性化されるニューロンを同定することを行った。社会的な攻撃としては、高い攻撃性を示すマウスのホームケージに、実験個体のマウスを入れることで誘発させた。攻撃行動を受けたマウスは、マウスに特徴的な敗北姿勢を示した。攻撃行動を受け敗北姿勢を示している個体で活性化されたニューロンはFos蛋白質の発現の検出により同定した。攻撃行動をうけ敗北姿勢を示した個体ではオキシトシン産生ニューロン、視床下部のオキシトシン受容体発現ニューロン、中脳のオキシトシン受容体発現ニューロンのみならず、大脳皮質のオキシトシン受容体発現細胞の一部が活性化されることが明らかとなった。従って、社会的な敗北姿勢を示しているときに、視床下部内オキシトシン神経回路、あるいは視床下部-中脳オキシトシン神経回路の他、視床下部-大脳皮質のオキシトシン神経回路が活性化される可能性が見出された。社会的敗北の実験系を用いて、オキシトシン神経回路系の賦活化が脳の広範囲にわたって起きることを見出すことが出来きた。また、社会的敗北を観察させるための実験箱を作製し、観察により誘発される情動行動を記録出来たため。身近にいる親しい他個体が負の情動状態にいると、その個体が負の情動状態にいることを察知することができる。この情動状態の伝達は、自身が実際に危険を経験する前に危険を察知できるというメリットがあると考えられている。本研究の目的は、情動情報の伝達の神経機構を検討するために、情動ストレスを感受している個体の脳活動とその個体の傍らにいて情動情報を受け取っている個体の脳活動との異同を検討することである。昨年度、社会的な強者から社会的敗北刺激を受けた時に視床下部、中脳、大脳皮質の一部のオキシトシン受容体産生ニューロンが活性化されることを見出した。本年度はさらに、この社会的敗北を示した個体と接触させたケージメイトの脳活動をオキシトシン受容体産生ニューロンに焦点を合わせて検討した。活動はFos蛋白質の発現を検出することで検討した。オキシトシン受容体産生ニューロンは、オキシトシン受容体産生ニューロン特異的に緑色蛍光蛋白質を発現しているノックインマウスを用いて同定した。社会的敗北を姿勢を示した個体と接触させると、一部のオキシトシン受容体産生細胞が活性化された。しかし、社会的敗北を示した個体で強く活性化されていた領域(視床下部、中脳)のオキシトシン受容体産生ニューロンは、対照群と比較して有意には活性化されていなかった。従って、情動情報が伝達された時に活性化される神経機構は、情動ストレスの神経機構とは一部異なる可能性が出てきた。社会的敗北を観察している個体で活性化されるニューロンを同定し、社会的敗北で活性化されるニューロンとの異同を明らかにする。さらに、活性化されたオキシトシン神経系の生理的働きについて検討を行う予定である。行動神経内分泌必要な消耗品を購入後3640円の端数が生じたため。本研究の遂行に必須の薬品の費用の一部として使用する予定である。
信頼の社会関係的基盤に関する実証的研究

平成19年度には、平成18年度に引き続き、他者一般に対する信頼の生成プロセスを検証するための、全国調査を行った。平成18年度調査では、全国の満20歳以上の男女とし、各市町の住民基本台帳より、層化二段無作為抽出法を用いて2000サンプルを抽出し、66.3%の回収を得た。このデータを用いた分析により、一般的信頼の高低は、制度への信頼により大きく規定されていること、また制度への信頼は、格差感により強く影響されていることが明らかにされた。平成19年度には、電子住宅地図を用いた層化3段無作為抽出法を用いて全国調査を行った。社会調査を取り巻く環境の変化により、住民基本台帳等を用いたサンプリングが年々困難になっており、今後の調査の展開を見据えて、サンプリング方法の違いによるデータの偏りについて検討することも目的の一つとした。19年度調査に関しては、現在データ分析の途中ではあるが、18年度調査の結論と一貫した結果が得られている。2つの調査のデータは、今後国勢調査のメッシュ統計とマッチングした上で、個々人の社会経済的背景だけでなく、所得の地域間をも考慮に入れた上で、信頼の生成プロセスの総合的な検証に用いられる。また、平成19年度には、上記全国調査と平行して、特定の地域内における信頼と社会的ネットワークの連関構造を分析するために、兵庫県有馬町において留め置き調査を行った。その結果、強い社会的ネットワークが信頼を高めるというこれまでの知見と一貫する結果が得られたが、社会関係資本の構成要素のひとつである互酬性の規範と信頼との間には相関関係がみられなかった。研究代表者のこれまでの研究で、他者一般に対する信頼である一般的信頼の生成プロセスに関する2つの異なる理論が検討されてきた。近畿地方において行われた調査研究では、中間集団におけるボランタリーな活動が一般的信頼を高めるというロバート・パットナムの主張と一貫する結果が得られていた。この近畿調査において、中間集団へのコミットメントと同時に一般的信頼を規定していたのは、行政、司法等の制度への信頼であった。平成18年度には、一般的信頼と制度への信頼の相互規定関係をより明確にするために、全国規模の調査を行った。実査が完了したのは平成19年2月であり、詳細なデータ分析は平成19年度に行う予定であるが、現在までのところ、制度への信頼のパターンは、居住地の都市規模、職業等回答者の社会的背景により異なること、制度への信頼が、日常生活における安心を提供し、それが他者に対する信頼を高めることが示唆されている。また、平成18年度には、集団の問題解決場面における信頼の効果について、探索的な実験を行った。集団合議において、メンバー問で共有されていない情報は、合議を経ても共有化が進みにくいということを指摘した「隠れたプロフィール」場面において、メンバーの対人的信頼感の高さが非共有情報の共有化を促進する要因となるかについて、実験による検討を試みた。その結果、高信頼群において低信頼群よりも非共有情報の共有化が進みやすいという結果は得られなかったが、実験後質問紙の分析により、本実験の実験課題には克服すべき問題点が見つかったため、実験デザインの改良の後、再実験が必要である。
海外帰国子女の教育・職業経歴の縦断的追跡調査

1990年から91年にかけてアメリカにある日本語補習授業校に子どもを在籍させた海外帰国家族の「その後」を調べた。教育経歴を見ると、海外生活で獲得した英語力を生かしたり帰国子女枠を使ったりして日本の有名大学に在籍した子どもが多かった。他方、大学卒業後の職業経歴には大きなばらつきがあった。国際的に活躍している人もいれば、「ふつうの日本人」としてその職業を務めている人もいた。海外生活経験をどのように位置づけているか、その見方は本人も父母も分かれた。アイデンティティや人生設計において中核を占めるものと考えている人がいる一方、それほど大きく考えていない人もいた。いずれの場合も、海外で培った英語運用能力が、人生行路上の選択をする際に顔を出すということがうかがえた。ただ、海外生活経験ゆえに「一生懸命がんばる」ようになったかという点については、価値質問紙調査の結果において差違はとくに見られなかった。調査結果の分析を通じて、追跡調査で収集した情報の適正な評価と使用ということが問題点として浮かび上がった。10年以上の期間をおいて実施したふたつのインタビューの内容から、どんな観察・洞察を引き出すのが妥当であり、信頼できることなのだろうか。本研究においては、インタビューでの発言に徹底的にこだわるという戦略を取った。それほど多数ではないが、本人が「自分は変わった」と語ることがあったが、これがどのようになされているかを談話分析・会話分析法を活用して分析した。追跡調査においては調査の倫理が問題となった。最初の調査の報告書を送付して感想をうかがう機会があったのだが、その内容などをきっかけに追跡調査への協力を拒否された事例があった。海外経験が生活においてほとんど感じられていない家族の場合、調査の、「お役に立たない」からと調査協力を辞退するという論理もうかがえた。これらは、調査知見の一般化可能性・代表性を評価する基盤となるという議論をおこなった。海外帰国家族を対象に、日本国内(首都圏と関西圏)とアメリカ合衆国において、29回にわたる面接インタビュー調査を実施した。その教育・職業経歴について本人あるいは家族を通じて経験的な素材(データ)が得られた海外帰国子女は43人に上る。現在インタビュー録音を文字化して内容を検討するという作業を進めている。これまでに明らかになった点でまず目を引くのは、調査対象者の大多数が日米の有名大学に入学していることである。日本では、中学・高校・大学のいずれかへの入学時に帰国子女枠を利用したり、優れた英語力を生かしたりしている。対照的に、その英語力が日本国内での就職プロセスにおいて重要だったと思われる事例はそれほど多くはない。専攻や職種、業種として、コンピュータシステム関連が多いという印象を得たが、これがIT化という時代の流れのためか海外経験がなんらかのかたちで関係しているかははっきりしない。印象的だったのは、大学生や社会人となった子どもを持つアメリカ在住の母親の何人かが、子どもの小中学校時代に日本(語)の学習を重視しすぎたと考えていることだ。毎週末の補習授業校のために親子でかなりの努力をしていたが、やりすぎだったのではないかという心情が吐露された。また、日本の大学入試プロセスが勤勉さという習性を形成するという可能性が指摘されてきたが、アメリカの教育慣行においても努力が評価され奨励されている面がうかがえた。調査対象の全体像をどうやってつかむかは質的調査にとって永遠の課題だが、この問題に対応する準備として、調査協力確保が調査の倫理と深く結びついているという点を検討した。

サーベイ調査の回答率が良くても7割という事実と、質的調査においては協力拒否者についての情報があることとを照らし合わせると、質的調査がそれほど決定的に不利であるとは言えないという結論にいたった。平成14年度から引き続き、海外帰国子女の家族に追跡インタビューを実施した。首都圏在住者を中心に、関西へ1回、名古屋圏と関西に1回国内調査旅行に出かけて、合計16回の聞き取りを実施した。17人にインタビューをして、24人の帰国子女のその後についての情報を収集した。前年度インタビュー分を含めて、インタビュー記録の文字化作業を進めた。帰国子女やその家族が海外経験や英語運用能力をどのように生かしているかについては、個人差が大きいという結論に達しつつある。大学進学においては、ほぼ全員が英語力を生かしていたが、その後の人生において、英語力を積極的に活用した生き方を選ぶかどうかについては個人差が見られるようだ。どの大学でなにを専攻したか、どんな仕事をしているかといった、「客観的な」結果からさらに踏み込んで、帰国子女たちが海外経験をどのようなものと見ているのか、とりわけ、人生における「転機」のようなものとして見ているのかといった観点からの分析を試みた。「わたしは変わった」という発言が、ある帰国子女に見られたが、そのような発言をした帰国子女は、これまで詳細に文字化資料を分析した協力者のあいだでは多くなかった。この点について、英語論文の発表準備を進めている。そのデータを平成16年2月の研究会で報告しコメントを受けた。同月末から来日されたダグラス・メイナード博士からも、研究についての助言を受けることができた。帰国子女にたいするインタビューのほかに、価値意識についての質問紙調査を実施した。比較のために「一般」サンプル対象の調査をウェブのホームページを利用して行った。どちらも目標数を回収するのに苦労した。本研究においては、1990年から91年にかけてアメリカ西海岸の日本語補習授業校なぎさ学園(仮名)に子どもを在籍させた海外帰国家族の「その後」を調べてきた。その結果をまとめたものを、なぎさ学園関係者に送付した。8月に当地をおとずれ、これを読んでの感想を聞くなどのインタビュー調査を実施した。ただ、十数年後の現在の消息が分かった「子ども」について、10年ほど前はどんな様子だったかをたずねるというやり方にはかなりの困難があった。補習校は年間で40日ほどの授業日数しかなく、教師が1年間担当した子どもについて記憶しているとはかぎらない。「そんな子どもを教えたかしら」というのが正直なところである場合が多かった。当地にいまも滞在している海外家族へのインタビューを実施した。「子ども」たちは大学卒業直後の時期にあたり、どのように職業経歴(キャリア)をつくっていくかの模索期であることをさらに裏付けるようなデータを収集することができた。8月にサンフランシスコで開かれたアメリカ社会学会において、「Discourse of change among
金属系水素分離膜のハイブリッドその場膜強度評価法の開発と固溶水素脆化機構の解明

水素環境中あるいは水素透過中に破壊試験が可能なin-situ小型パンチ試験装置に水素選択透過性試験装置を組み込んだハイブリッド評価システムを構築し,ニオブ水素分離膜の水素脆化その場測定により,耐水素脆化に対する限界固溶水素濃度を求めた。また,ニオブ中への合金元素の添加効果を調べて,延性-脆性遷移を温度と固溶水素量の観点で求めた材料設計クライテリオンを確立した。さらに,この知見を基にしてパフォーマンス・チューニングしたNb-RuあるいはNb-W系のbcc単相合金は,高い水素透過能と耐水素脆性,加工性および耐久性を兼ね備えていることが分かった。本研究は金属系水素分離膜の水素脆化ハイブリッドその場膜強度評価法を確立し,固溶水素濃度と水素脆化との関係を調べ,脆化機構を解明することを目指したものである。平成19年度は「(1)水素環境中あるいは水素を透過させながら金属膜の破壊試験を行うことが出来るin-situ小型パンチ試験装置に水素選択透過性試験装置を組み込んだハイブリッド評価システムを設計・製作し,(2)5族金属の水素脆化その場測定により,耐水素脆化に対する限界固溶水素濃度を系統的に求める」ことを目標として研究を展開した。得られた知見を以下に要約する。1.水素分離膜ハイブリッド膜強度評価システム設計として,水素脆化その場測定に適した配管システムおよび膜破壊検出機能の概念設計を行った。本システムでは高温での水素環境中および水素透過中に動的あるいは静的にその場破壊試験を行うことを目的としており,所望の環境試験に資する設計が完了した。2.静的な膜破壊検出機能の付加を目指して,既存のガスクロマトグラフへのメタナイザー触媒,水素炎イオン化検出器(FID)の組込みを行い,水素ガス中の微量不純物ガス成分の分離・検出が可能となった。さらにマスフローメーターをin-situ小型パンチ試験配管システム内に組込むことで,流束から水素透過能が直接評価可能となった3.水素透過膜材料のPCT曲線に基づいた固溶水素濃度と変形・破壊形態との関係を求め,耐水素脆性についての限界固溶水素濃度を定量的に評価する手法を確立した。そして573723Kの温度範囲における純ニオブ水素透過膜の固溶水素濃度とSP吸収エネルギーの関係を調べたところ,H/Nbが約0.25を超えると同エネルギー値は急激に低下しており,膜試料の温度や加工履歴,結晶粒サイズに殆ど依存しない耐水素脆性に対する限界固溶水素濃度が存在していることを明らかにした。平成20年度は「(1)膜強度特性と構造転移特性の関係と金属と水素の相互作用の計算から固溶水素脆化機構を探求する,(2)合金元素の効果を定量的に評価して,延性一脆性遷移を温度と固溶水素量の関数として求めた新しい材料設計クライテリオンを構築し,パフォーマンス・チューニングされたニオブ(Nb)合金膜を提案する」ことを目標として研究を展開した。1.水素脆化その場測定システムの拡張を目指し,GCバルブ切換えシステムの組込みを行い,各膜強度評価装置をインライン配置することにより,ミクロで静的な膜破壊検出機能を付加した。2.水素透過能の経時変化と割れ形態評価に向けた検討として,VCR継手を用いたNbおよびNb合金の水素透過環境下での流束の時間変化を測定した。またPCT曲線を基にして膜両面の負荷水素圧力(水素濃度差)を変化させた際の静的膜割れ検出を行い,破面性状解析およびすべり挙動特性の観察結果と併せて固溶水素脆化に対する感受性の変化を総合的に解明し,耐久性向上に向けた知見を得た。3.水素の溶解と拡散に及ぼす合金効果を水素透過能(流束)の観点で求めた。その結果,純Nb中の水素の拡散係数はPd-Ag合金よりも小さいが,NbにRuやWなどの合金元素を添加することにより,水素拡散係数が高くなり,水素透過能が向上することを明らかにした。また,この知見を基にパフォーマンス・チューニングされたbcc単相設計合金は,高い水素透過能と耐水素脆性,加工性および耐久性を兼ね備えており,非パラジウム系水素透過膜合金としての適用が期待できることを明らかにした。