hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイオミネラルの無機組織構造に学ぶ融合マテリアルの構築

骨や歯といったバイオミネラルは、巧みな無機/有機複合構造を持つ材料である。本研究課題ではバイオミネラルが持つ構造や、それらが形成される過程を規範にして、無機成分と有機成分が精緻に複合化された融合マテリアルを構築するプロセスの開拓を目的とした。生体を模倣した環境で、有機高分子とリン酸カルシウム系セラミックスなどを複合化する条件を明らかにした。また、多糖を用いて温度応答性と骨結合性を併せ示す材料を得る方法を見出した。さらに、生体模倣環境で酸化チタンや酸化鉄にリン酸カルシウムを複合化する条件を明らかにし、低環境負荷なプロセスでの複合構造構築を可能にする指針を得た。本研究は、骨や歯が作る巧みな無機/有機融合構造を規範にして、有機高分子のテンプレートに水酸アパタイト(ヒドロキシアパタイト;HAp)や炭酸カルシウム、酸化鉄、チタニアなどの無機結晶を階層的に複合化するプロセスの確立を目指している。本年度においては、生成する無機結晶としてリン酸カルシウムを対象とした。バイオミネラルの形成には有機分子が深く関与している。そこで、リン酸カルシウムの結晶生成において、ポリグルタミン酸などの有機高分子、アミノ酸やそのモデル分子が及ぼす影響を調べた。リン酸カルシウム結晶の生成過程については、過飽和溶液中から析出する場合と、準安定相から安定相へと相転移する場合を調べた。体液組成に類似した水溶液(擬似体液;SBF)に、ポリグルタミン酸やポリアクリル酸を添加した場合、それらの濃度に依存して、リン酸カルシウムの析出の促進や制御が可能になることが明らかになった。また、α型リン酸三カルシウム(α-TCP)からのHApやリン酸八カルシウム(OCP)への転化において、水溶液中に共存する有機酸の濃度により、促進や抑制が生じることも明らかになった。さらに、無機イオン濃度の制御とともに、ゲル状の有機高分子のマトリックスを利用したテンプレート効果を利用して、類似の組成のリン酸カルシウム化合物を種々の異なる形態で合成できることも見出した。一方、骨格となる無機固体として炭酸含有アパタイトの合成にも取り組み、その結果、水熱合成法を用いて炭酸含有量が1 mass%のロッド状ヒドロキシアパタイトが生成する条件が明らかになった。骨や歯といったバイオミネラルは、しなやかで高強度な構造を持ちながら、周囲の環境に応答して、分解と再構築が繰り返される機能を持つ環境応答材料である。本研究は、バイオミネラル作る巧みな無機/有機融合構造を規範にして、有機高分子のテンプレートに水酸アパタイト(ヒドロキシアパタイト;HAp)や炭酸カルシウム、チタニア、酸化鉄などの無機結晶を階層的に複合化したハイブリッド材料の構築プロセスの確立を目指している。本年度においては、生成する無機結晶のリン酸カルシウムの種類を拡張しながら、有機高分子としてポリアクリル酸やポリアリルアミンなどの合成高分子、有機分子としてスルホ基を持つ水溶性有機酸を用である2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)を用いながら、リン酸カルシウムの生成を検討した。有機分子とともにリン酸、炭酸およびカルシウムなどの無機イオンの濃度が溶液反応で起こる結晶析出現象を調べた。その結果、体液組成に類似した水溶液(擬似体液;SBF)を用いたプロセスにおいて、有機高分子の有機テンプレートとなる水和ゲルにスルホ基を導入することによって、ゲル中におけるリン酸カルシウムの析出領域の制御を可能にした。また、ゲル状の有機高分子のマトリックスを利用したテンプレート効果と温度、過飽和度の制御により、繊維状のHApの合成にも成功した。一方、骨格となる無機固体(セラミックス)として炭酸含有ヒドロキシアパタイト(CHAp)有機修飾リン酸八カルシウム(OCP)の合成条件を調べた。その結果、β型リン酸三カルシウムとリン酸水素カルシウム二水和物の混合粉末の成形体を、尿素水溶液を用いて水熱条件にて、蒸気による処理に引き続いて,溶液での処理を行うことにより、結晶性が高く、1.9%の炭酸を含有するCHApが得られることを明らかにした。さらに2種類のジカルボン酸を導入したOCPが合成できる条件を見出した。本研究は、バイオミネラルが作る巧みな無機/有機融合構造を規範にして、有機高分子のテンプレートに水酸アパタイト(ヒドロキシアパタイト; HAp)や炭酸カルシウム、チタニア、酸化鉄などの無機結晶を階層的に複合化したハイブリッド材料の構築プロセスの確立を目指している。本年度においては、無機結晶や有機高分子の種類を拡張しながら、有機高分子としてポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリグルタミン酸を用いて、無機結晶の析出に、高分子の濃度や官能基の導入が与える影響を調べた。その結果、高分子の濃度に依存して、繊維状のリン酸カルシウムの形態を制御できることや、カルボキシ基の導入により生成するリン酸カルシウムの結晶相を制御できることを明らかにした。さらに、酸化鉄を高分子マトリックス中に分散させることで、酸化鉄とリン酸カルシウムの複合体を水和ゲル中で合成できることも見出した。

一方、骨格となる無機固体(セラミックス)として、結晶形態の揃ったリン酸カルシウムを合成するとともに、それらの表面の擬似体液中における挙動も調べ、結晶面による石灰化現象の違いを明らかにした。さらに、酸化ケイ素やケイ酸カルシウムの球状粒子を合成し、それらの擬似体液中における挙動を調べ、医用複合材料としての可能性を検証した。骨や歯といったバイオミネラルは、しなやかで高強度な構造を持ちながら、周囲の環境に応答して、分解と再構築が繰り返される機能を持つ環境応答材料である。本研究は、バイオミネラルが作る巧みな無機/有機融合構造を規範にして、有機高分子のテンプレートに水酸アパタイト(ヒドロキシアパタイト; HAp)などのリン酸カルシウム化合物、チタニア、酸化鉄といった無機結晶を階層的に複合化したハイブリッド材料の構築プロセスの確立を目指している。本年度においては、無機固体の種類をチタニア、酸化鉄、リン酸ストロンチウムなどに拡張した。チタニアについては、微量元素の添加が体液類似環境下でのリン酸カルシウム生成に与える影響も調べた。また、水和ゲルマトリックスにポリペプチドや多糖を導入した反応系において形成される複合構造とその形成過程を調べた。さらにこれらの知見を応用し、多糖を用いて温度応答により凝結するリン酸カルシウム系複合材料を得るための条件を調べた。その結果、チタニアにアルミニウムやケイ素を添加した場合には体液模倣環境でのリン酸カルシウムとの複合化は起こり難いに対して、銅や鉄の添加であればリン酸カルシウムの複合化が可能であることが分かった。一方、水和ゲル中にカルボキシ基を含有する多糖を導入するとその領域ではリン酸カルシウムの析出が起こらず、選択的な無機固体の生成が可能になることを見出した。さらに温度変化に応答してゲル化するメチルセルロースを基材に用いて、リン酸カルシウム粉末とともにクエン酸三ナトリウムを添加すると36°C付近への加温で粘度が上昇し流動性しなくなることを見出し、多糖とリン酸カルシウムの相互作用を利用した温度応答型骨充填材の創製を可能とした。研究期間内に得られた知見から、有機分子共存下における無機結晶の析出制御によって特徴的な微構造を持つ複合材料を創製するための指針が得られた。骨や歯といったバイオミネラルは、しなやかで高強度な構造を持ちながら、周囲の環境に応答して、分解と再構築が繰り返される機能を有する環境応答材料である。本研究は、バイオミネラル作る巧みな無機/有機融合構造を規範にして、有機高分子のテンプレートに水酸アパタイト(ヒドロキシアパタイト; HAp)や炭酸カルシウム、酸化チタン(チタニア)、酸化鉄などの無機結晶を階層的に複合化したハイブリッド材料の構築するプロセスの確立を目指している。本年度においては、生成する無機結晶のリン酸カルシウムの種類を拡張するとともに、酸化鉄、酸化チタンを基材として用いるため、それら基材の合成条件と体液模倣環境におけるリン酸カルシウム形成を調べた。
がん病変組織を画像化して早期発見を普遍化する新規な高性能MRI造影剤の研究開発

当該研究の「研究の目的」及び「研究実施計画書」に沿って行った平成1920年度の研究実績の概要を以下に記す。糖を外殻に配置した糖デンドリマー型配位子とそのGd錯体の調製方法として次の5つのカテゴリーを組み合わせて、9パターン数十種類の新規なMRI造影剤を調製した。カテゴリー:(a)鎖式/環式、(b)対称型/非対称型、(c)糖誘導体/非糖誘導体、(d)加水分解経路/非加水分解経路、(e)主鎖置換基/末端置換基9パターン:(1-1)鎖式/対称/糖/非加水分解/末端、(1-2)鎖式/対称/非糖/非加水分解/末端、(1-3)鎖式/非対称/糖/非加水分解/末端、(1-4)鎖式/非対称/非糖/非加水分解/末端、(2)鎖式/対称/糖/加水分解/末端、(3)環式、(4)その他(主鎖置換、複合機能化、等)In vitro評価:パターン(2)において縦緩和率(r1)30[s^<-1>・mM^<-1>]、パターン(1-3)においてr1=24[s^<-1>・mM^<-1>]を得た(目標値r1≒35[s^<-1>・mM^<-1>]の達成率7085%)。また、パターン(1-2)において糖以外の基によるr1増強効果(例えば、フェニル基ではr1=11[s^<-1>・mM^<-1>])を確認した。In vivo評価:従来品Gd-DTPAと比較して顕著な優位性は次の点であった。(1)血管造影について:パターン(2)では24時間、パターン(1-1)では2時間の十分な造影効果が見られた。(2)がん造影について:パターン(2)では極めて鮮明ながんの造影(濃度1/2)ができた。また、パターン(1-3)では初期がん(1.2mm程度のがん)造影(濃度1/8)に成功した(達成率80%)。血管貯留性・生体内分子認識:パターン(2)ではin vivo評価により強い生体内分子認識を確認した。パターン(1-1)ではin vitro評価(二次元電気泳動、放射性^<153>Gd錯体)により弱いアルブミン認識を示した。分子設計ソフトもアルブミン-造影剤相互作用を支持した。安全性試験:3種類のGd錯体に対して毒性の問題はなかった。当該の基礎研究の達成度は80%程度であった。パターン(1)に対しては糖及びその他の機能性残基との複合化、パターン(2)に対しては造影剤の再現性、等の今後の課題が明らかになった。平成19年度以前の研究成果(準備段階)により,現在多用されている従来型のMRI造影剤であるガドリニウム錯体Gd-DTPAを糖鎖により化学的に修飾してコア部にGd-DTPA外殻部に糖鎖を配置して分子サイズを大きくし,更に分子認識部位を備えることで生体内分子を補足して造影効果を増幅する分子設計思想に基づいたGd-DTPA-DEN-4-Glc誘導体がin vivo評価によりラットの血管および肝細胞がんの鮮明な描出に成功した。そこで,当該萌芽研究では,「研究の目的」において,基本的には,「がんを早期発見する,MRI造影剤の基礎的な研究」と位置づけて,平成19年度は「研究実施計画」に基づいて,このガドリニウム錯体である4糖タイプのGd錯体Gd-DTPA-DEN-4Glc(OH)を,糖およびリンカーに保護基の導入・脱保護過程を要しない新規な合成法を開発した。この新合成方法によって得られたガドリニウム錯体をin vitro及びin vivo評価した。両者の評価方法では,予期した結果とは異なり,2種類の合成法によって得られたGd-DTPAを糖で化学修飾した錯体は同一構造の錯体ではないことが分かった。そこで,平成19年度は,更に,Gd-DTPA-DEN-Glc(OH)の化学修飾を行った(詳細は,特許の関係でここには記載できない)。これらのGd錯体のin vivro及びin vivo評価を行った。その結果,Gd-DTPAのT1緩和率の約5倍程度の優秀な緩和率を持つGd錯体を発見した。また,それらの新規なGd-DTPA錯体により,直径1mm程度の早期の肝細胞がんの描出に成功した。しかし,これらの新規なGd-DTPA錯体の錯体生成定数やGd-DTPAの約10倍程度の高いMRI造影効果を持つGd錯体の調製及び構造解析には成功しなかった。Gd-DTPA-DEN-糖が生体内の分子を認識する際のターゲットの分子及びその機構を明らかにするために,Gd-DTPA-DEN-4Glc(OH)あるいは配位子DTPA-DEN-4Glc(OH)と放射性同位元素を用い,血液成分との相互作用を二次元電気泳動および放射性同位元素の検出によって研究を行った。本研究は,残念ながら,平成19年度内には結論を得ることができかかった。

糖を外殻に配置した糖デンドリマー型配位子とそのGd錯体の調製方法として次の5つのカテゴリーを組み合わせて、9パターン数十種類の新規なMRI造影剤を調製した。カテゴリー:(a)鎖式/環式、(b)対称型/非対称型、(c)糖誘導体/非糖誘導体、(d)加水分解経路/非加水分解経路、(e)主鎖置換基/末端置換基9パターン:(1-1)鎖式/対称/糖/非加水分解/末端、(1-2)鎖式/対称/非糖/非加水分解/末端、(1-3)鎖式/非対称/糖/非加水分解/末端、(1-4)鎖式/非対称/非糖/非加水分解/末端、(2)鎖式/対称/糖/加水分解/末端、(3)環式、(4)その他(主鎖置換、複合機能化、等)In vitro評価:パターン(2)において縦緩和率(r1)30[s^<-1>・mM^<-1>]、パターン(1-3)においてr1=24[s^<-1>・mM^<-1>]を得た(目標値r1≒35[s^<-1>・mM^<-1>]の達成率7085%)。また、パターン(1-2)において糖以外の基によるr1増強効果(例えば、フェニル基ではr1=11[s^<-1>・mM^<-1>])を確認した。In vivo評価:従来品Gd-DTPAと比較して顕著な優位性は次の点であった。(1)血管造影について:パターン(2)では24時間、パターン(1-1)では2時間の十分な造影効果が見られた。(2)がん造影について:パターン(2)では極めて鮮明ながんの造影(濃度1/2)ができた。また、パターン(1-3)では初期がん(1.2mm程度のがん)造影(濃度1/8)に成功した(達成率80%)。血管貯留性・生体内分子認識:パターン(2)ではin vivo評価により強い生体内分子認識を確認した。パターン(1-1)ではin vitro評価(二次元電気泳動、放射性^<153>Gd錯体)により弱いアルブミン認識を示した。分子設計ソフトもアルブミン-造影剤相互作用を支持した。安全性試験:3種類のGd錯体に対して毒性の問題はなかった。当該の基礎研究の達成度は80%程度であった。パターン(1)に対しては糖及びその他の機能性残基との複合化、パターン(2)に対しては造影剤の再現性、等の今後の課題が明らかになった。
中国における「ケアの連鎖」－「ポスト社会主義」の国家・市場・世帯・女性主体

平成24年度は前年度・前々年度までにおこなった資料収集やフィールドワークの成果をもとに研究をまとめるとともに、これまでに実施できなかった計量的なデータ収集をおこなった。8月には北京市の中間層が居住する住宅地区において再生産労働の分業についてのアンケート調査を開始した。実際のアンケートの配布と回収作業は現地研究協力者に依頼し、年度内に161件からの回答を得た。アンケート調査としての規模はそれほど大きくないが、北京で生活する中間層世帯における家族成員間のジェンダー分業、親族ネットワークの利用、家事労働者の雇用による分業、託児施設の利用等の傾向を具体的に把握することができる貴重なデータを得ることができた。「12.今後の研究の推進方策」に示したように社会情勢上の問題からアンケート回収そのものに時間がかかったため、平成24年度中の研究成果の公表は実現できなかったが、平成25年度内には論文発表をおこなう予定である。このほか8月には、北京市内の家政サービス業者の状況についての参与観察を実施した。8月末と3月には、平成23年度にフィールドワークをおこなった内陸部農村でのフォローアップの聞き取りを実施し、勤労世代の女性や男性が出稼ぎに出ている状況下で子どもや高齢者のケアがどうなっているのかを観察した。本年度もっとも重視していた北京市内でのアンケート調査を遂行することができた。また山西省においてこれまでのフィールドワークのフォローアップとなる聞き取りをし、内陸部農村社会の経年的変化を把握することができた。ただし「12今後の研究の推進方策」に示したように社会情勢上の問題からアンケート調査がやや遅れたため、研究成果の公表には至っていない。本年度アンケート調査を実施するにあたっては、平成23年度から継続的に現地研究協力者と話し合い、準備を進めていた。しかし夏以降に日本政府の戦争責任認識や尖閣諸島問題をめぐって中国社会のなかで批判の声が高まり、当該アンケート調査についても回答を拒否されるケースが相次いだ。これを受けて現地研究協力者と相談し、9月から10月にかけて質問紙の配布と回収を一時休止し、11月から再開した。本来の予定よりも作業に遅れが生じたが、調査の質への影響はない。平成22年度は、北京市における雇用主と移住家事労働者を対とした調査活動を集中的におこないつつ、平成23年度に予定している農村調査のための準備をおしすすめた。また、本研究における分析枠組みである「ケアの連鎖」の構図をより具体的に理解するために、子どもの養育をめぐるジェンダー・レジームの変容に焦点をあてて研究をおこなった。市場経済化の進展の中で世帯内外での育児のありようがどのように変化したのかを歴史的に遡及することで、2000年代以降に急速に家事労働者の雇用が拡大したことの背景について考察をおこなった。平成22年度前半には8月末から9月下旬にかけて北京市に滞在し、改革・開放前後から2000年代までの託児所・幼児園の利用や家事労働者の雇用に関して、育児経験をもつ北京在住者24名に対して聞き取り調査をおこなった。またNGO「打工妹之家」を訪問し、移住家事労働者をめぐる北京の状況変化についてヒアリングを実施した。さらに「打工妹之家」の上部機関である「農家女文化発展中心」が北京市東城区に設けた在宅高齢者ケアサービス「居家養老服務社」でも観察とヒアリングをおこなった。このサービスはかつて家事労働者として働いた農村出身女性たちが中心となって企画・運営しているものである。このヒアリングを通じて、再生産労働の新しい形態として移住女性が自己組織的におこなう地域ケアについて考察をおこなうことができた。この滞在中には、山西省や河北省の農村地域を訪問し、平成23年度の農村調査に向けて準備を開始した。平成22年度後半はすでに収集したデータ、『中国婦女報』のマイクロフィルム等をもとに資料分析をおこなったほか、平成23年2月末刊行の自著において平成22年度の調査内容を含めた研究成果を発表した。平成23年度はほぼ全期間にわたって中国でのフィールドワークに取り組んだ。移住家事労働者や雇用者、社会運動関係者や行政組織を対象とした聞き取りや参与観察、1980年以降の女性運動に関する資料収集をおこない、中国の「ケアの連鎖」の現状について具体的なデータを得た。中国滞在中は主に北京に拠点をおき、農村出身の家事労働者たち13名に対して、自らの子どもや親のケアの問題をどのように認識しているか、またどのような紐帯関係を保っているかなどを具体的に確認した。また現在家事労働者を雇用している女性10名に対して、家庭内労働力再生産(家事・ケアをおこなうということ)と自らの就業のバランスをどのように考えているのか、また自らが子ども時代にはどのようなケアを経験したのか(託児所や幼児園の利用の有無など)を聞き取った。さらに平成22年度におこなった資料調査やインタビュー調査を裏付けるために、改革開放以降から2000年代までの女性労働や児童福祉の変遷について詳しいメディア関係者へのインタビューをおこなった。並行して平成22年度に継続して、『中国婦女報』やその他のメディア記事を対象とした資料分析に取り組んだ。平成23年の10月後半、平成24年の2月、3月にはそれぞれ甘粛省、内モンゴル自治区、山西省の農村を訪れ、女性の出稼ぎの状況について実地調査をおこなった。とりわけ甘粛省では農村女性を家事労働者として訓練し、北京を中心とした大都市へと送り出している行政組織や個人を訪問し、送り出しと受け入れのネットワーク形成やその背後の政策について詳細を把握した。

また中国語で「留守児童」と呼ばれる出稼ぎ労働者が農村に残した子どもたちに対する、現地のサポート体制(民間の幼児園や現地婦女聯組織による援助)について観察をおこなった。平成24年度は前年度・前々年度までにおこなった資料収集やフィールドワークの成果をもとに研究をまとめるとともに、これまでに実施できなかった計量的なデータ収集をおこなった。8月には北京市の中間層が居住する住宅地区において再生産労働の分業についてのアンケート調査を開始した。実際のアンケートの配布と回収作業は現地研究協力者に依頼し、年度内に161件からの回答を得た。アンケート調査としての規模はそれほど大きくないが、北京で生活する中間層世帯における家族成員間のジェンダー分業、親族ネットワークの利用、家事労働者の雇用による分業、託児施設の利用等の傾向を具体的に把握することができる貴重なデータを得ることができた。「12.今後の研究の推進方策」に示したように社会情勢上の問題からアンケート回収そのものに時間がかかったため、平成24年度中の研究成果の公表は実現できなかったが、平成25年度内には論文発表をおこなう予定である。このほか8月には、北京市内の家政サービス業者の状況についての参与観察を実施した。8月末と3月には、平成23年度にフィールドワークをおこなった内陸部農村でのフォローアップの聞き取りを実施し、勤労世代の女性や男性が出稼ぎに出ている状況下で子どもや高齢者のケアがどうなっているのかを観察した。当初の計画通り、中国における現地調査をおこない、十分に資料整理を実施できている。とりわけ農村における送り出しにかかわる行政組織や個人に対して具体的な聞き取りをおこなうことができたのは、現地調査が難しい中国では大きな収穫であった。本年度もっとも重視していた北京市内でのアンケート調査を遂行することができた。また山西省においてこれまでのフィールドワークのフォローアップとなる聞き取りをし、内陸部農村社会の経年的変化を把握することができた。ただし「12今後の研究の推進方策」に示したように社会情勢上の問題からアンケート調査がやや遅れたため、研究成果の公表には至っていない。本来の研究計画では、家事労働者の雇用主世帯を対象とした大規模なアンケート調査を実施する予定であったが、平成23年度が終わった時点で実現できていない。中国では本来、外国人による社会調査に制約があり、とりわけ個人が大規模な計量的調査をおこなうことは難しい。現在、平成24年度夏における現地調査計画を研究協力者と協議中であるが、協力を得やすいコミュニティを抽出してやや規模の小さいアンケート調査をおこなうか、今までおこなってきたような個別的なインタビューの規模と精度を改善し、アンケート調査に代える可能性を考えている。本年度アンケート調査を実施するにあたっては、平成23年度から継続的に現地研究協力者と話し合い、準備を進めていた。しかし夏以降に日本政府の戦争責任認識や尖閣諸島問題をめぐって中国社会のなかで批判の声が高まり、当該アンケート調査についても回答を拒否されるケースが相次いだ。これを受けて現地研究協力者と相談し、9月から10月にかけて質問紙の配布と回収を一時休止し、11月から再開した。本来の予定よりも作業に遅れが生じたが、調査の質への影響はない。
超音波援用した浸出法を用いた廃電子基板からの金属リサイクル新技術の開発

廃電子基板など使用済電気電子機器からの有価金属の再資源化が重要課題となっているが、従来の製錬等の技術では、経済性や効率の観点から、再資源化可能な金属はCu、Au、Agなど数鉱種に限られている。本研究では、超音波援用した多段の選択浸出法と溶媒抽出法などを組み合わせて、廃電子基板等から多様な有価金属を高効率でリサイクル新技術を開発し、金属資源循環の促進および環境負荷の低減を図る。
人工股関節全置換術後の脱臼予防セルフケアー患者自己学習用教材開発ー

人工股関節全置換術後に社会生活で脱臼を経験した患者4名に、インタビューを行った。脱臼は<余裕のないとっさの動き>、<下方に気をとられる動作>、<判断が鈍っている時>に<体勢や動作が固定せずに予測しにくい不安定な場所>や<段差がある場所>で起こりやすいことが明らかになった。脱臼予防教材の内容としては、脱臼が起こりやすい状況を具体的に提示し、回避方法を患者や家族の行動として示すこと、脱臼予防に役立つ日常生活上簡単に行える筋力トレーニングの方法などを取り入れて作成する必要があると考えられた。現在、THAの術式による脱臼危険肢位と要望をとり入れた教材を作成中である。研究目的:人工股関節全置換術(以後THA)を受けた患者で、退院後に脱臼した患者に面接を行い、具体的にどのような場面、状況、動作で脱臼したか、個人特性と併せて日常生活における脱臼要因と個人特性を検討するとともに、教材の活用度と教材への要望を明らかにする。面接の調査結果をもとに、取り組まれてきたパンフレットやDVD教材とは異なる。患者がTHA後の脱臼予防に関するセルフケアを獲得するためのコンピュータ教材を開発し、その学習効果を検討する。研究実施計画I : THAを受け社会復帰後に股関節脱臼を起こした患者の実態調査対象者はTHAを受け、社会復帰後に股関節脱臼を発症し、股関節状以外に歩行や日常生活に支障のなかった患者3-5名である。調査は半構成質問面接を行い、調査内容は(1)基礎データとして、年齢、性別、病名、既往歴と治療内容、THAによる入院期間をカルテより情報収集、(2)面接では、インタビューガイドに沿って、社会的役割とキーパーソン、サポート体制、術後股関節脱臼を発症した時期、脱臼された状況と対処、脱臼肢位であることの認識、心境さらに脱臼予防の指導内容とその実施への意見を調査し、面接時間は30分程度である。以上の内容を順天堂医療看護学部研究等倫理委員会に倫理申請を行い、認められた。調査期間は平成23年8月を目途に終了させる予定である。また、現在調査予定の機関における手術方法が変更してきているため、対象者が減少することが予測されるため、調査機関を増やすよう計画し、倫理申請をしてきたい。面接の調査結果を基に、従来から用いられてきたパンフレットやDVD教材とは異なる、患者がTHA後の脱臼予防に関するセルフケアを獲得するためのコンピュータ教材を開発し、その学習効果を検討する。研究実施計画:THAを受け社会復帰後に股関節脱臼を起こした患者の実態調査研究者はTHAを受け、社会復帰後に股関節脱臼を発症し、股関節症とその影響以外に歩行や日常生活に支障のなかった患者5名程度である。調査は半構成質問面接を行い、調査内容は(1)基礎データとして、年齢、性別、病名、既往歴と治療内容、THAによる入院期間をカルテより情報収集、(2)面接ではインタビューガイドに沿って社会的役割とキーパーソン、サポート体制、術後股関節脱臼を発症した時期、脱臼された状況と対処、脱臼肢位への認識、心境、さらに脱臼予防の指導内容とその実施への意見である。以上の内容を順天堂大学医療看護学部研究等倫理委員会に申請し認められた。現在、THAの術式により侵襲が異なり、対象者が減少することが予測され、調査機関を増やすよう準備している。教材作成に向けて、研究協力者と学習会を設け、学習目標や項目、構成などの意見交換を行っている。研究目的は、人工股関節全置換術(以後THA)後に脱臼した患者の実態調査の結果を基に、「THA後の脱臼予防セルフケア」の教材を作成することである。まず、教材の学習目標を以下のように設定した。1つ目に、THAの後方アプローチ法と前方アプローチ法の脱臼危険肢位を理解する。2つ目は社会復帰後の日常生活で脱臼しやすい場面を理解する。3つ目は脱臼しやすい場面を想定して、安全な体の動かし方をイメージし、実践できる。4つ目は脱臼しやすい時期や天候と脱臼予防の生活上の注意事項を理解できる。教材の内容は、学習目標1では各アプローチ法による股関節の動し方である。学習目標2ではソファや椅子からの立ち上がりとくつろいでいるとき、後ろを振り返るとき、靴や靴下、ズボンなど下半身の更衣・装着する際、犬の散歩など急に反動で体を動かすときなどである。学習目標

3では、前述した脱臼しやすい場面の安全な体の動かし方を示す。学習目標4では、社会復帰直後、特に手術した病院からリハビリ施設を経由せずに家に帰宅し、股関節や下肢全体の筋力が回復していない時期、術後約1年経過し慣れてきた時期と、雨天や風呂など濡れている箇所における滑りにくい服装や注意喚起が挙げる。以上の内容に関して、現在タブレット型の教材を作成中である。作成後、プレテストを行い、その結果を基に修正し、THAを受けた患者を対象に教材の使用方法と内容を指導し、対象者のペースで学習してもらい、学習効果と活用度を調査していく。人工股関節全置換術(以後THA)を受け、社会復帰後に股関節脱臼した患者の実態を知るために、整形外科医師の協力の下THA後に脱臼した対象者4名にインタビューを実施した。対象者は4名中男性と女性2名ずつであり、平均年齢は70.3歳、インタビューの録音に承諾を得たのは2名であった。THAの原因となった疾患は変形性股関節症が3名、大腿骨骨頭無腐性壊死が1名であった。また、脱臼に関連する要因をもつ者は、従来靭帯と関節が不安定であり、かつ生理不順に対し10代からホルモン補充療法とステロイド剤の使用していた者1名、変形性股関節症によって50代に股関節の骨切り術を受けていた者1名がいた。この2名はTHA術後入院期間中から脱臼を繰り返していた。前者は入院中に再手術を行い、後者は前回手術後の股関節の動きそのものが脱臼しやすい肢位となっており、リハビリにより歩行状態の改善を図っていた。4名中3名が社会復帰後に脱臼しており、1名は入院中に再手術し社会復帰後は脱臼を起こしてはいなかった。3名の社会復帰後に脱臼した状況はそれぞれ異なっていた。一方共通点は、脱臼予防の指導は受けて注意をしていたが、例えばソファーに座っていた際に転げ落ちた食べ物を拾う、段差のある花壇で水やりをしたなど、無意識な動きの際に脱臼を生じている。したがって、脱臼しやすい股関節の動きだけではなく、日常生活において脱臼しやすいさまざまな場面を提示し、自分の日常生活と照らし合わせて自分で注意喚起できる教材の必要性が示唆された。当初予定していた対象者が通院する機関だけではデータ不足が予測され、倫理申請等の調整を行っているため。25年度が最終年度であるため、記入しない。大学と調査する病院、両者の研究倫理申請の遅れと審査結果による修正し承認される時期が予定より遅れた。また、調査時期と学内の業務、同時に進行している研究の調査、報告の時期と重なった。論理審査を待つ間に教材開発の基礎準備をさらに進め、対象者への調査終了後速やかにデータを分析し、教材を作成する。今年度は平成24年度の結果を基に「THAを受けた患者の脱臼予防」に関する教材を作成し、実際に使用できるように勧める。また、研究倫理審査の承認がスムースに行くよう計画的に進める。
人工光合成型エネルギ-変換

半導体電極、半導体触媒を用いる人工光合成反応の開発:p型リン化ガリウム半導体を光カソ-ドに用いて、フタロニトリルの電解還元によりフタロシアニンを合成することに成功し、電流効率80%、量子効率50%を得た。水の完全分解のための光触媒として活性を示すニオブ酸カリウム複合酸化物の光触媒活性をさらに向上させるアプロ-チとして、光触媒の層間に白金を担持することに成功した。人工光合成反応として望ましい二酸化炭素の還元・固定に関連した研究では、以下の成果を得た。コバルトやニッケル電極を陰極に用いて60気圧下で二酸化炭素を電解還元すると、一酸化炭素やギ酸に加えて、プロパンやブタンのような炭化水素も生成することが見出された。イソクエン酸脱水素酵素を触媒に用いるとほぼ100%の電流効率で起こる二酸化炭素の2ーケトグルタル酸への電解固定反応を、硫化カドミウムを光増感剤に用いて光化学反応で起こさせることに成功した。また、硫化亜鉛超微粒子半導体コロイド光触媒を用いることにより、2ープロパノ-ルをアセトンに転換しながら二酸化炭素をギ酸に光還元する反応を量子効率25%で起こすことに成功した。さらに、パラタ-フェニルが二酸化炭素をギ酸に還元する光触媒として働くことも見出した。有機分子組織体を用いる人工光合成型エネルギ-変換:アルファシクロデキストリンの包接能と逆ミセルのミクロ環境を利用してフェノチアジンとビオロゲンの分子相対配置を制御することにより、正方向の電荷移動を効率良く進行させ、酸化還元型ラジカル対を高収量で得ることに成功した。また、亜鉛ポルフィリン錯体をドナ-、金ポルフィリン錯体をアクセプタ-に用いると、これらが会合しない状態下では、きわめて長寿命の電荷分離状態が高収率で得られることを見出した。
予防保全を目指した磁気センサによる鉄系構造材の疲労状態監視法の構築

SUS304, SUS316を対象にしてパンケーキ型コイルを用いて疲労蓄積量とコイルのインダクタンスの関係を調査した。両被検査材において両者間は良い相関を示した。また,抵抗率と疲労蓄積量との間にも良好な関係が見られた。さらに,インダクタンス法に用いるパンケーキ型コイルの形状は厚さが薄いほど疲労検出に効果的であり,SUS430においても疲労蓄積量とパンケーキ型コイルのインダクタンスの間に相関が見られた。また,オーステナイト系ステンレス以外のフェライト系ステンレスにも対応可能なセンサシステムを提案した。この,「予防保全を目指した磁気センサによる鉄系構造材の疲労状態監視法の構築」の研究の第一の目的は,予防保全に対応した疲労状態監視用の磁気センサを開発することである。また,第二の目的は,疲労状態監視を常時行える安価な測定システムを開発することである。そこで,平成19年度は,主にオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)を対象にして新しく考案・試作する偏差型磁気センサ(パンケーキ型コイル)の試作と状態監視型疲労蓄積量測定システムの試作・評価を行うことを計画した。期間前半で,各種ソフトウエアやハードウエアの整備・開発を行い,基礎となるシステムを作成した。そのシステムは,パンケーキ型コイルのインダクタンスの変化を利用してSUS304の疲労蓄積状態の把握するものであり,良い結果を得た。この方法は,小さなパンケーキ型コイルを100kHz程度で励磁し,試料に近づけると渦電流を介した相互作用で,疲労により変化した試料の抵抗率や透磁率の変化を捉えるものである。疲労の蓄積量とコイルのインダクタンスは良い相関を示した。また,この結果は,オーステナイト層の安定したSUS316でも得られた。一方,他方法として,疲労による転位の増加等による抵抗率の変化についてもオーステナイトステンレス鋼(SUS304,SUS316)を用いて実験を行った。両ステンレス鋼において,四端子法を用いた精密な測定を必要とするが,抵抗率と疲労蓄積量との間には良好な関係が見られた。来年度の研究では,インダクタンス法では,より大きなインダクタンスの変化を起こすコイル形状の最適化や,他のフェライト系やマルテンサイト系のステンレス鋼,あるいは,鋼に適用できる方法を実験する。「予防保全を目指した磁気センサによる鉄系構造材の疲労状態監視法の構築」の研究の第一の目的は,予防保全に対応した疲労状態監視用の磁気センサを開発することである。そこで,平成19年度は,主にオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304,SUS316)を対象にして新しく考案・試作する偏差型磁気センサ(パンケーキ型コイル)の試作と状態監視型疲労蓄積量測定システムの試作・評価を行うことを計画し,実行した。その結果,各種ソフトウエアやハードウエアの整備・開発を行い,基礎となるシステムを作成し,パンケーキ型コイルのインダクタンスの変化を利用してSUS304やSUS316の疲労蓄積状態の評価に良い結果を得た。両被検査材において疲労蓄積量とコイルのインダクタンスは良い相関を示した。また,疲労による抵抗率の変化についてもSUS304,SUS316を用いて実験を行い,抵抗率と疲労蓄積量との間には良好な関係が見られた。さらに,平成20年度は,インダクタンス法に用いるパンケーキ型コイルの形状の最適化や,フェライト系ステンレス鋼(SUS430)にインダクタンス法を適用した。このインダクタンス法はあらかじめ磁性を持つSUS430においてもSUS304などと同様に疲労蓄積量とパンケーキ型コイルのインダクタンスの間に相関が見られた。これは,パンケーキ型コイルを用いるインダクタンス法による疲労状態監視法がオーステナイト系ステンレス鋼だけでなく一般の鋼などに適用可能であるという結果を得た。また,パンケーキ型コイルの厚さが薄いほど疲労検出に効果的であることも分かった。
油中液滴チャンバー法が可能にする1細胞プロテオミクスの開発

1細胞から1,000種類以上のタンパク質をハイスループットに定性・定量できる分析システムを開発する。1細胞プロテオミクスを達成することで、同一細胞群内における分子レベルの不均一性発生機構や不均一性が生み出す発生や分化に関わる複雑な生命機構の解明につながる。これまでにない分解能および視点から生命活動を観察できる。目的を達成するために、申請者が独自開発した油中液滴チャンバー法を基盤とする。
高周波を用いた難治性感染根管に対する非外科的歯内療法

難治性感染根管治療への高周波通電の有効性を検討するため以下の実験を行った。<実験1:寒天培地を用いた高周波通電による殺菌効果の検討>培地1mlあたり約10^6個の菌濃度となるようにE.coli菌液を混和して普通ブイヨン寒天培地を調製した。高周波治療器コスモエンドシステム(コスモトレード社製、東京)にファイルチップを装着し、培地表面から約2mmの深さまでチップを挿入し高周波を通電した。高周波通電の条件として通電時間は0.3秒、0.5秒、1.0秒で各通電時間共、出力3、通電回数3回とした。好気条件下で37°C24時間培養後、菌の発育阻止帯を3次元的に観察した。<実験2:高周波通電の根尖病巣模型内細菌に対する殺菌性の検討>透明根管模型(ニッシン社製)を用い根尖病巣の実験モデルを作製した。即ち、根管模型の根尖に根尖病巣の腔を作製後、根管を#90まで拡大した。直径O.9mmの矯正用ワイヤーを根管口より挿入して根尖孔から2mm突き出した状態で固定し、根尖部に形成した腔内に生理食塩水で調製した寒天を流した。羊脱繊血に菌を混ぜ約10^7個/mlの濃度に調製したE.coli菌液1μlを寒天の硬化後ワイヤーを引き抜いてできた穴の中に微量マイクロピペットを用いて根管方向より注入した。根尖孔からファイルチップを2mm突き出し、実験1と同様な条件で高周波通電を行ったのち寒天と一塊として菌液を回収し、分散均-化後、普通ブイヨン寒天培地に接種し、37°C24時間好気条件下で培養後CFUを測定した。<実験1:結果>チップの周囲約0.5mmの範囲で殺菌されていることが確認されたが実験の各通電時間の間で殺菌範囲の大きさに差は認められなかった。<実験2:結果>通電を行った全ての試料で、生育細菌数はコントロールの1/101/100に減少し、殺菌効果が認められたが、通電時間の長さでは生育細菌数に差は認められなかった。難治性感染根管治療への高周波通電の有効性を検討するため以下の2つの実験を行いその結果を得た。実験1寒天培地を用いた高周波通電の殺菌効果の検討:培地1mlあたり約10^6個の菌濃度となるようにE.coli菌液を混和して普通ブイヨン寒天培地を調製した。通電の条件として通電時間は0.3秒、0.5秒、1.0秒の3種類で各通電時間共、出力3、通電回数3回とした。好気条件下で37°C24時間培養したのち菌の発育阻止帯を3次元的に観察した。実験2高周波通電の根尖病巣模型内細菌に対する殺菌性の検討:透明根管模型(ニッシン社製)を用いて根尖病巣の実験モデルを作製した。即ち、根管模型の根尖に根尖病巣の腔を作製し、根管を#90まで拡大した。直径0.9mmの矯正用ワイヤーを根管口より挿入して根尖孔から2mm突出させて固定し、根尖部に形成した腔内に生理食塩水で調製した寒天を流した。羊脱繊血に菌を混ぜ約10^7個/mlの濃度に調製したE.coli菌液1μlを、寒天の硬化後ワイヤーを引き抜いてできた穴の中にマイクロピペットを用いて根管方向より注入した。根尖孔からチップを2mm突き出し、実験1と同様な条件で高周波通電を行ったのち寒天と一塊として菌液を回収し、分散均一化後、普通ブイヨン寒天培地に接種し、37°C24時間好気条件下で培養後CFUを計測した。結果実験1:チップの周囲約0.5mmの範囲で殺菌されていることが確認されたが、実験の各通電時間の間で殺菌範囲の大きさに差は認められなかった。実験2:通電を行った全ての試料で、生育細菌数はコントロールの1/101/100に減少し、殺菌効果が認められたが、通電時間の長さでは生育細菌数に差は認められなかった。

即ち、根管模型の根尖に根尖病巣の腔を作製後、根管を#90まで拡大した。直径O.9mmの矯正用ワイヤーを根管口より挿入して根尖孔から2mm突き出した状態で固定し、根尖部に形成した腔内に生理食塩水で調製した寒天を流した。羊脱繊血に菌を混ぜ約10^7個/mlの濃度に調製したE.coli菌液1μlを寒天の硬化後ワイヤーを引き抜いてできた穴の中に微量マイクロピペットを用いて根管方向より注入した。根尖孔からファイルチップを2mm突き出し、実験1と同様な条件で高周波通電を行ったのち寒天と一塊として菌液を回収し、分散均-化後、普通ブイヨン寒天培地に接種し、37°C24時間好気条件下で培養後CFUを測定した。<実験1:結果>チップの周囲約0.5mmの範囲で殺菌されていることが確認されたが実験の各通電時間の間で殺菌範囲の大きさに差は認められなかった。<実験2:結果>通電を行った全ての試料で、生育細菌数はコントロールの1/101/100に減少し、殺菌効果が認められたが、通電時間の長さでは生育細菌数に差は認められなかった。
レアメタルのリユースを想定した硬質マクロ粒子分散型耐高温摩耗性複合材料の開発

サーメット粒子(新材,使用済み)により部分強化した高温耐摩耗性鋳造複合材料の開発および評価を目的として研究を行った.サーメット粒子をNiおよびCr粉末とともに混合し,炭酸ガス法で硬化させてプリフォーム化し,鋳型に固定することで任意の位置に複合化層を形成させることができた.得られた複合材料の4点曲げ強さは,300570MPaとなり,曲げ強さが複合化層と母材の界面強度に依存することを明らかにし,これに基づいた強さ向上の対策を示した.また,高温耐摩耗性は,耐熱鋼鋳鋼母材に比べ最大8倍に向上した.平成25年度は「耐熱鋼を母材とした局部強化高温耐摩耗性複合材料の製造と硬さの評価」目的として次のことに取り組んだ.1.複合化に適する強化材の作製:強化材サーメットのCO2プロセスによるプリフォーム化として,Niを電解メッキした種々のサイズのサーメットを用い,これにNiやCr粉末と混合し,CO2プロセスで作製したφ45mm×5mmのプリフォームを作製した.また,強化材サーメットの真空焼結によるプリフォーム化として,NiおよびCr粉末を母材(耐熱鋼SCH24)のNi,Crと同じ割合6:4に配合し,これをサーメット粉末と混合し,加圧成形したものを真空焼結してプリフォームとする方法で,(1)に比べると工数は多くなるが,水ガラスなどの混在を防ぐことができる.サーメットの粒径,形状の異なる4種類のプリフォーム(φ25×4mm)を作製し,これらを強化層とした試験片を作製することができた.2.鋳型の作製:強化材とのぬれ性の確保には,溶湯表面の酸化膜の形成防止や鋳造後の急激な温度低下を避ける必要があるため,保温効果のある発熱材を鋳型に用いた.これにより,凝固時の熱流方向や凝固時間の制御が可能となった.また,強化層の形成位置の制御を目的に,消失模型法と上記のプリフォームを組み合わせることでφ50mm×75mmの試験片の底部にφ45×5mmの強化層を形成することができた.さらに,鋳型空洞部に固定したプリフォーム上下に段堰を設けることにより,溶湯流と凝固速度の制御がある程度可能となり,強化材を試験片の長手方向中間部に形成させることに成功した.凝固シミュレーションによる複合化条件の解析:2(2)項に関連して,段堰からの溶湯の流入と凝固時の冷し金の効果の解析により,プリフォームを所定の位置に保持し,強化層を形成するための条件を把握することができた.平成26年度は「耐熱鋼を母材とした局部強化高温耐摩耗性複合材料の強度評価」を目的として次のことに取り組んだ.このテーマは当初平成27年度に実施予定であったが,曲げ試験用の治具を購入したことおよびサイズの大きい局部強化複合材料を作製できたことにより,強度評価用の試験片を多く作製できたため,平成26年度のテーマと順序を変えて実施した.1.曲げ試験片の作製:平成25年度に実施した局部強化複合材料の製造において,凝固シミュレーションに基づき,強化材プリフォームの上下に段堰を設け,保温効果のある発熱材を鋳型に用いることで,プリフォームの浮上を抑え,φ4050mm×50mmの円柱状試料の長手方向中間部に約5mm幅の強化層を形成することができた.この試料を4×4×40mmの直方体形状に加工し,4点曲げ試験に供した.2.4点曲げ試験:4点曲げ試験は,JISR1601ファインセラミックスの強度評価法に準じて行った.4点曲げ試験は,荷重を加える上部支点間で曲げモーメントが一定となり,この部分が引張片の標点距離に相当し引張試験に準じた評価ができるのが特徴である.4点曲げ試験を行った結果,強化材が球状サーメットの場合の曲げ強さおよび破断ひずみの平均値は580MPa,1.7%で,曲げ強さは母材の70%程度であった.破断位置はほとんどが母材であったことから,強化材と母相の接合強度は母材以上であると判断された.3.高温摩耗試験:強化層の耐高温摩耗性を評価するための試験条件の検討および予備実験を行った.試験機はピンオンディスクタイプの高温摩耗試験機で,試験片は測定回数を多くするため端部に複合化層を有するφ5mm×15mmの円柱状とし,相手材には高温での安定性を考慮しφ50mm×5mmのアルミナディスクを用いることとした.平成27年度は,引き続き部分強化複合材料の室温における4点曲げ強さの評価を行うとともに600°Cの高温下での耐摩耗性の評価を実施した.部分強化複合材料の作製に用いたサーメット粒子は,形状が粉砕(廃棄材)および球状で,粒径はそれぞれ0.7mm,1.3mmの2種類の計4種類とした.最も強度の高い試料の平均曲げ強さは約540MPa,最も強度の低い試料の平均曲げ強さは約250MPaで,最も高い試料の降伏応力は,母材の1.3倍程度に上昇した.また,何れの試料の曲げ強さもワイブル分布に従い,最も強度の高い試料のワイブル係数はm≒9で,ばらつきが少なく比較的高い信頼性を有することが分かった.平成27年度は,当初平成26年度に予定していた「耐熱鋼を母材とした部分強化高温耐摩耗性複合材料の高温摩耗の評価」を実施した.

試験片は端部に半球状複合化層を有する円柱状とし,相手材には高温での安定性を考慮しアルミナディスクを用いた.4種類の部分複合材料の摩耗量は,母材の耐熱鋼鋳鋼を100とした場合,室温で2030%,600°Cで5075%となり,大幅に耐摩耗性が向上した.なお,室温に比べて高温での摩耗量の差が小さくなった理由は,酸化物の介在によるもので,ひっかきの要素が強い摩耗条件下では,酸化物が除去されるため室温と同様に部分強化材の耐摩耗性が優れるものと考ええられる.以上の結果は,本研究で目指していた「硬質マクロ粒子分散型耐高温摩耗性複合材料の開発」の目的をほぼ達成し,強度が低い試料についてもその理由を明らかにしており,対策をとることによって,高強度化を達成することができるものと考えている.また,耐摩耗性についてもより過酷試験条件での,複合材料の優位性が期待できる.サーメット粒子(新材,使用済み)により部分強化した高温耐摩耗性鋳造複合材料の開発および評価を目的として研究を行った.サーメット粒子をNiおよびCr粉末とともに混合し,炭酸ガス法で硬化させてプリフォーム化し,鋳型に固定することで任意の位置に複合化層を形成させることができた.得られた複合材料の4点曲げ強さは,300570MPaとなり,曲げ強さが複合化層と母材の界面強度に依存することを明らかにし,これに基づいた強さ向上の対策を示した.また,高温耐摩耗性は,耐熱鋼鋳鋼母材に比べ最大8倍に向上した.1.曲げ試験片の作製:平成25年度の研究成果に基づき,鋳物用の発熱スリーブの採用とプリフォームの組合せにより,強化層を試料の端部のみならず中間部にも形成することができた.この方法を用いることにより,長手方向中間部に約5mm幅の強化層を有するφ4050mm×50mmの円柱状試料を作製することができた.この試料より1試料あたり4×4×40mmの直方体形状の4点曲げ試験片を最大20本程度採取することができるようになった.2.曲げ強さの評価:科研費で購入した既存のオートグラフ用の3点および4点曲げ試験用治具により曲げ試験を実施することができた.得られた荷重ー変位曲線を曲げ応力ーひずみ曲線に変換することで,強さとひずみの関係を明らかにすることができた.曲げ試験片は長手方向の中央部に存在する強化層の両側に母材が挟んだ形状で,母材部で破断するのが理想的と考えられる.本研究では,球状のサーメットを用いた試料において,ほとんどが母材破断であったため,本プロセスにおける曲げ強さは600MPaと見なされた.ただし,母材のみの曲げ強さは800MPa以上であることから,強化層近傍の母材が強化層に含まれる成分などの影響を受けた可能性がある.3.高温摩耗試験:平成27年度に予定している局部強化複合材料の高温摩耗試験について,摩耗試験片形式の決定,試験片の準備,相手材の選定,試験条件の設定などを行って試験実施体制を作った.鋳造工学平成27年度は,当初平成26年度に予定していた「耐熱鋼を母材とした局部強化高温耐摩耗性複合材料の800°Cにおける高温摩耗および高温酸化の評価」を実施する予定である.これを達成するために以下の項目について実験を実施する.1.試料作製:当初端部に複合化層を形成させた円柱状試験片を作製し,この試験片の複合化層を含む領域をφ3040×10mmのディスク状に加工して高温摩耗試験に供する予定であったが,試験回数を増やし,試験条件の影響を評価するため,試験片は端部に複合化層を有するφ5mm×15mmの円柱状とし,相手材には高温での安定性を考慮しφ50mm×5mmのアルミナディスクを用いることとした.また,平成27年度に予定していた複合化層を含む材料の曲げ強さ測定については,上述のように試験片作製に目途が立ったため,平成26年度に先行して実施した.
高分子フォトクロミック液晶の光誘起屈折率変化を利用した三次元光記録・表示

本研究では,高分子アゾベンゼン液晶の書換型ホログラム記録材料への応用展開を目指して,回折格子の形成メカニズムについて検討するするとともに,記録密度,回折効率および書込時間などの諸特性を指標として,高分子アゾベンゼン液晶の記録媒体としての潜在的能力を評価した。高分子アゾベンゼン液晶のポリマーフィルム(500nm厚)を調製し,これにTg以下の室温でAr^+レーザーの488nmの干渉光を照射した結果,干渉縞の明部でのみ液晶相から等方相への相構造変化(屈折率変化)が起こり,周期的な屈折率分布に基づく位相型ホログラムが形成できることを見いだした。格子間隔は1μmであり,これは商用光ディスクを上回る400メガビット/cm^2以上の記録密度に相当する。記録された回折格子の複屈折および表面形状を調べた結果,誘起された屈折率変化はレリーフ構造にはほとんど影響されず,液晶相と等方相の周期的な配置に本質的に由来することがわかった。また,高分子アゾベンゼン液晶の分子構造および光学系を最適化することによって,回折効率28%(理論値33%),書込時間60ミリ秒を達成することができた。さらに,実際に二次元,三次元(立体)物体の画像記録を試み,肉眼でも非常に高コントラスト・高い解像度で記録画像を認識できることが明らかとなった。本系の場合,ホログラム形成は光応答分子の光化学反応に基づくため,高い空間分解能ばかりでなく,高選択性と高感度化を同時に達成できることが期待できる。これまでに,液晶中にフォトクロミック分子(アゾベンゼン誘導体など)を分散あるいは液晶分子自身に光応答性を付与し,それらの光化学反応(分子形状変化)を利用した液晶の光駆動に関する研究を行ってきた。レーザー光によって液晶の配向状態を約200マイクロ秒で高速に,しかも可逆的に制御することが可能である。このような光誘起配向変化(光誘起屈折率変化)を利用した,光スイッチング素子や二次元光記録素子を考案してきた。高速光応答性・記録保存安定性とを合わせもつ光応答液晶を用い,光の干渉によって液晶材料中に屈折率変化を周期的に誘起(すなわちホログラム形成)することができれば,光の回折現象を利用した三次元光記録や動的ホログラム(三次元動画)を実現できる可能性がある。特に動的ホログラムでは,従来の記録材料と異なり三次元光情報の"書き込み","読み出し"および"消去"を実時間で行う必要がある。そこで本研究では,大きな光誘起屈折率変化,速い光誘起屈折率変化を示す液晶材料を開発し,動的ホログラムへの展開を試みた。合成したアゾベンゼンを側鎖に有する新規高分子液晶の薄膜にアルゴンイオンレーザー(488nm)の干渉光を照射すると,周期的な配向変化(屈折率変化)が起こり回折格子が形成されることを見いだした。この回折格子は光照射のオン-オフにより約150ミリ秒で形成・消去することができ,動的ホログラムとして機能することが明らかとなった。また,回折格子形成に及ぼす格子周期の影響を検討した結果,高い分解能(700本/mm)を示すことがわかった。昨年度までに,側鎖にアゾベンゼン部位を有する光応答性高分子液晶フィルムに二光束のコヒーレント光を照射することによって,干渉縞の明部でのみ液晶相から等方相への相転移を引き起こし,周期的な屈折率分布に基づく位相型ホログラムが形成できることを見いだした。本年度は,高分子アゾベンゼン液晶の書換型ホログラム記録材料への応用展開を目指して,回折格子の形成メカニズムについて検討するとともに,記録密度,回折効率および書込時間などの諸特性を指標として,高分子アゾベンゼン液晶の記録媒体としての潜在的能力を評価した。

高分子アゾベンゼン液晶のポリマーフイルム(500nm厚)を調製し,これにTg以下の室温でAr^+レーザーの488nmの干渉光を照射した結果,周期的な相構造変化(屈折率変化)が起こり,回折格子が形成できることを確認した。格子間隔は1μmであり,これは商用光ディスクを上回る400メガビット/cm^2以上の記録密度に相当する。記録された回折格子の複屈折および表面形状を調べた結果,誘起された屈折率変化はレリーフ構造にはほとんど影響されず,液晶相と等方相の周期的な配置に本質的に由来することがわかった。また,高分子アゾベンゼン液晶の分子構造および光学系を最適化することによって,回析効率28%(理論値33%),書込時間60ミリ秒を達成することができた。さらに,実際に二次元,三次元(立体)物体の画像記録を試み,肉眼でも非常に高コントラスト・高い解像度で記録画像を認識できることが明らかとなった。本系の場合,ホログラム形成は光応答分子の光化学反応に基づくため,高い空間分解能ばかりでなく,高選択性と高感度化を同時に達成できることが期待できる。