hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁歪材料薄膜の磁歪感受率制御に関する研究

(1)Ar-N_2やAr-CH_4混合ガスを用いて作製したSm-Fe超磁歪薄膜は、高い磁歪感受率を示した。(2)イオンプレーティング法を用いてFe-In(Fe-Inは非固溶型の系)過飽和固溶体薄膜を作製した。(3)Tb-FeとSm-Fe薄膜の磁歪特性に及ぼすイオン衝撃の影響をイオンの運動量を用いて定量的に評価した。イオン衝撃パラメータP_iは磁歪薄膜の磁歪感受率の制御と特性向上に用いることができる。本研究計画は磁歪材料薄膜の内部応力を制御する因子をあきらかにすることにより膜の磁歪感受率を制御し、磁歪薄膜デバイスに最適化した特性を作り出そうというものである。平成19年度の研究成果は以下のとおりである。鉄-IIIA族元素の磁歪薄膜の研究については、磁歪量が最大となる17at%Ga-Feを中心として研究を行った。その際に成膜条件下での蒸気圧差が3桁近くなるGaとFeを所望の組成で成膜するため、使用するイオンプレーティング装置を二元蒸発源に改造した。Gaにおいてはバルク材では20at%程度しか固溶しないGaを、鉄のb.c.c.構造を保ったまま固溶させることができることを明らかにした。その結果から、鉄中へのGa,Al等のIIIA族元素に関し、その固溶度の拡張と薄膜の作製プロセスごとの投入過剰エネルギーの関係、さらにその際に生じる膜の内部応力と磁歪特性の関係を明らかにした。希土類-鉄薄膜に関する研究においては、Sm-Fe系超磁歪薄膜の作製時に炭素・および窒素の微量添加を行い、その内部応力変化と磁歪特性の関係を明らかにした。炭素・窒素ともに微量の添加においては、最大磁歪量の低下を生じることなく磁歪感受率を従来報告されているものに比較して1桁近く向上させることができることを明らかにした。これらの結果は日本金属学会および電磁力関連のダイナミクスシンポジウムにおいて12件の発表を行った。また、マレーシア・日本先端科学技術国際会議(MJISAT2007)にて5件の報告を行った。本年度は、超磁歪材料であるTb-Fe薄膜およびSm-Fe薄膜作製に際し、プラズマ特性から求めた基板に入射するスパッタガスイオンの運動量をパラメータとして膜に発生する内部応力を評価する方法を開発した。その結果イオンの運動量と膜の内部応力の間に良い直線関係が得られることを明らかにした。この評価方法では従来の粒子のエネルギーを用いた評価方法と異なり、スパッタガス種に依存せず統一的に評価できる。この手法を用いると、異なるスパッタガス種で成膜した場合でも、粒子の運動量を制御することにより、磁歪感受率等の磁歪特性が同じ膜の作製が可能となる。最近の薄膜技術においては、半導体素子の特性、磁性膜の特性、光学薄膜の特性、硬質膜の寿命などは、いずれも膜の内部応力に強く依存することが知られている。本研究室で開発した手法は多くの分野で従来困難だとされてきた、磁歪感受率のような薄膜の磁歪特性の設計を可能とするものである。鉄-IIIA族元素の磁歪薄膜の研究において、イオンプレーティング法のようなプラズマプロセスを用いた場合、イオン衝撃によって導入された大きな過剰エネルギーを投入することができる。その際、形成された薄膜中に固溶限を超えた溶質原子が鉄中に固溶した過飽和固溶体が作製可能なことを明らかにした。これらの膜は鉄膜とは異なる磁歪感受率のような磁歪特性を示す。以上のように本研究においては、従来の手法では作製不可能な新しい合金が創製できると考えられろ。本年度は、昨年度までの研究を発展させ、超磁歪材料に比べ磁気弾性エネルギーの寄与が少ないニッケルのような通常の磁歪材料の薄膜に関して研究を行った。基板位置に設置したラングミュアプローブによりプラズマ特性の測定を行い、基板に入射するスパッタガスとしてのArイオンの運動量をパラメータとしてニッケル膜に発生する内部応力を評価した。その結果ニッケル膜においても超磁歪材料と同様、Arイオンの運動量と膜の内部応力の間に良い直線関係が得られることを明らかにした。この手法を用いると、Heのような異なるスパッタガス種で成膜した場合でも、粒子の運動量を制御することにより、磁歪感受率等の磁歪特性が容易に制御可能であることを示した。本研究において開発した手法は、磁歪感受率を含む薄膜の磁歪特性の設計を可能とするものである。また新しい磁歪材料として期待される、鉄-IIIA族元素の磁歪薄膜の研究において、イオンプレーティング法のようなプラズマプロセスを用いた場合、イオン衝撃によって導入された大きな過剰エネルギーを投入することができる。

その際、形成された薄膜中に固溶限を超えた溶質原子が鉄中に固溶した過飽和固溶体が作製可能なことを明らかにした。本年度においてはFe-Mg系のような固溶度を持たない系においても、プラズマプロセスの利用により固溶体を作製できることを明らかにした。
超臨界流体抽出分離技術を用いたステロイドミクスシステムの開発と応用

超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析(SFC/MS)を用いたステロイド類の包括的な分析系の構築に取り組み,超臨界流体抽出(SFE)のオンライン化を含めた各種ステロイド類(異性体,抱合体を含む)の高解像度プロファイリングシステムの構築に成功した.さらに,応用研究として,腸内細菌叢におけるステロイド類の包括的な解析を試み,腸内細菌の有無,各種食事による影響,歯周病菌摂取によるそれぞれにおいて特異的なステロイド類のプロファイルを取得することができた.また,各種疾患モデル動物サンプルおよび臨床サンプルにおける分析を試み,各種疾患に特異的な成分変動をとらえることができた.本年度は,まず各種ステロイドおよびその抱合体の標準品を用いて,質量分析計におけるイオン化条件の検討,最適化を行った.続いて,SFC/MSによる分離条件の検討を行った.疎水性のフリー体のステロイドおよび親水性の抱合体の一斉分析が可能なカラムの選定および移動相,添加剤などの各種分析条件の検討を行い,最適条件を決定した(学会発表).次に,同様に各種ステロイドおよびその抱合体の標準品を用いて,SFEにおける抽出条件および濃縮,溶出(分離)条件の検討を行った.まず,液体試料を保持させるためのトラップカラムについて検討を行った.固定相の種類,粒子径,カラムサイズ(内径,カラム長)について検討した.次に,選定したトラップカラムを用いてステロイド標準品混合物の抽出,濃縮,溶出条件の検討を行いった.さらに,トラップカラムとの相性を確認しながら好適な分離カラムの選定および濃縮,溶出(分離)条件について検討し,最適条件を構築した(論文投稿準備中).また,上記と併せて超臨界流体抽出,分離が連続して可能なオンラインSFE-SFC-MS装置の開発を島津製作所と取り組んだ.当該研究で取り組んだオンラインSFE/SFCの経験,知識を導入することにより,実用的な装置を開発することができ,上市できた.また,同SFE-SFC装置はPittocon2015でEditors' Gold Awardを受賞した.さらに,同装置を用いたステロイドプロファイリングアプリケーションの開発についても着手した.本年度も引き続きステロイドミクスシステムの構築に取り組んだ.抱合体を含めた幅広いステロイド関連代謝物の解析が可能な分析系の構築を目的として,SFCにおける分離条件の検討に取り組んだ結果,SFCをベースとしたこれまでにない新しいUnified Chromatography分離系の構築に成功した(学会発表,論文投稿準備中).また,SFE-SFCにおける抽出条件および濃縮,溶出(分離)条件についても検討を行い,オンラインSFE-SFCによるステロイドプロファイリングが可能な最適条件を構築した(学会発表,論文投稿準備中).さらに,培養細胞,血漿,尿等の実サンプルを用いて,構築したステロイドプロファイリングシステムの検証についても実施し,必要に応じてシステム構成の改良,抽出・分離条件の最適化を行った.次に,各種疾患等に特異的なステロイドプロファイル情報の取得を目的として,構築したステロイドミクスシステムを用いた応用研究に取り組み,ステロイド類の変動が予想される各種実サンプルの分析を試みた.まず,培養細胞やモデル動物の血漿,尿,糞便等のサンプルにおけるステロイドプロファイル解析を実施し,それぞれに特異的なステロイドのプロファイルを取得することができた(学会発表,論文投稿準備中).また,上記と併せて目的とするステロイドミクスシステムに適用可能なオンラインSFE-SFC-MS装置および同装置を用いたステロイドプロファイリングアプリケーションの開発に島津製作所と引き続き取り組んだ.当該研究で蓄積した知見をもとに,ステロイドミクスシステム構築に向けた装置のさらなる改良についても行った.当該装置は,昨年度のPittocon2015でEditors' Gold Awardにつづき,「技術革新のアカデミー賞」として広く知られ,毎年世界の優れた技術100件に対して贈られる「2015 R&D 100 Awards」(米国R&Dマガジン社主催)や日刊工業新聞社2015年度十大新製品賞を受賞した.オンライン超臨界流体抽出/超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析を用いたステロイドミクスシステムの構築については,島津製作所にも協力いただくことにより装置の改良を含めた開発を実施することができ,実用的なシステムの構築ができた.また,実サンプルを用いたステロイドプロファイリングについても,先行して順調に進めることができている.さらに,島津製作所と共同開発したSFE-SFC装置が,昨年度のPittocon2015でEditors' Gold Awardにつづき,「技術革新のアカデミー賞」として広く知られ,毎年世界の優れた技術100件に対して贈られる「2015 R&D 100 Awards」(米国R&Dマガジン社主催)や日刊工業新聞社2015年度十大新製品賞を受賞した.さらに多くのステロイド類の分析を目指して,本年度も引き続きステロイドミクスシステムの構築に取り組んだ.今年度は特に異性体の分離に取り組み,各種カラムを検討することによってこれまで液体クロマトグラフィーでは難しかった異性体の分離に成功した.SFCの特徴を活かして,同じカラムを複数接続することにより分離能を向上させたり,異なる種類のカラムを接続することにより選択性を変えることによって,目的とする分離を達成することができた(論文投稿準備中).また,目的とするステロイドミクスシステムに適用可能なオンラインSFE-SFC-MS装置の開発について島津製作所と引き続き取り組んだ.当該研究で蓄積した知見をもとに,ステロイドミクスシステム構築に向けた装置のさらなる改良についても行った.本年度は,構築したステロイドミクスシステムを用いた応用研究に勢力的に取り組んだ.

まず,食事や病気により胆汁酸類が変動することが知られている腸内細菌叢におけるステロイド類の包括的な解析を試みた.腸内細菌の有無,各種食事による影響,歯周病菌摂取による影響等について,マウスサンプルにおいて比較解析をしたところ,それぞれにおいて特異的なステロイド類のプロファイルを取得することができた(論文投稿準備中).また,各種疾患に特異的なステロイドプロファイル情報の取得を目的として,ステロイド類の変動が予想される各種疾患モデル動物サンプルおよび臨床サンプルにおける分析を試みた.糖尿病,心筋梗塞などにおいてそれぞれの疾患に特異的なステロイドプロファイルを取得することができた(論文投稿準備中).さらに,内分泌かく乱作用を有するケトコナゾールを経口投与したラットサンプルにおける解析についても実施し,経時的なステロイドプロファイルの変動を取得することができた.超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析(SFC/MS)を用いたステロイド類の包括的な分析系の構築に取り組み,超臨界流体抽出(SFE)のオンライン化を含めた各種ステロイド類(異性体,抱合体を含む)の高解像度プロファイリングシステムの構築に成功した.さらに,応用研究として,腸内細菌叢におけるステロイド類の包括的な解析を試み,腸内細菌の有無,各種食事による影響,歯周病菌摂取によるそれぞれにおいて特異的なステロイド類のプロファイルを取得することができた.また,各種疾患モデル動物サンプルおよび臨床サンプルにおける分析を試み,各種疾患に特異的な成分変動をとらえることができた.今年度予定していた超臨界流体抽出/超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析を用いたステロイドプロファイリング系の構築については,質量分析計におけるイオン化,SFCおける分離ならびにSFEの基礎的な分析条件は予定より早く構築できた.また,実サンプルを用いたシステムの検証,改良についても先行して順調に進めることができている.引き続き,構築したオンラインSFE-SFC/MSステロイドミクスシステムを用いて,がん,糖尿病,高脂血症,自己免疫疾患等ステロイド類の変動が予想される疾患モデル動物や臨床サンプルにおけるステロイドプロファイリングを試みる.実験動物におけるステロイドプロファイル情報をもとに,臨床サンプルにおけるステロイドプロファイル解析を実施する.また,必要に応じて装置の改良を含めたシステムの最適化についても実施し,より実用的なステロイドミクスシステムの構築に取り組む.併せて,実サンプルの分析結果をもとに,生体サンプルの解析に有用なライブラリの構築についても引き続き取り組む.また,得られた成果について学会,論文等で積極的に報告する.メタボロミクス引き続き,オンラインSFE-SFC/MSを用いたステロイドミクスシステム構築に取り組み,様々なサンプルにおける各種成分の検出感度,再現性等について検証を行い実用的なシステムを完成させる.また,実サンプルにおけて標準品と一致しない成分についても積極的に同定を試み,生体サンプルの解析において有用なライブラリの構築についても取り組む.
ヒアルロン酸を用いた外来抗原ペプチドデコレーションによるがん細胞の抗原性の改変

がんワクチンは生体が自ら持つ免疫機能を活性化してがん細胞を攻撃する治療法であるが、多くのがん細胞はそうした免疫細胞からの攻撃を回避するためにがん抗原の提示量を減らしている。また、仮に抗原を提示していても元は自身のタンパク質由来であるため、抗原性も決して高いわけではなく強力な免疫を誘導するための目印としては非常に弱い。そこで本研究では、がん細胞上の目印となる抗原分子をより抗原性の高いものへ薬物送達システムを利用して置換させることである。がん細胞に抗原性の高いタンパク質であるオボアルブミン(OVA)を添加し、強制的に表面上に抗原を提示させたがん細胞を作製した。抗原提示がん細胞に対しOVA免疫したマウスから採取した脾臓細胞(OVA特異的障害性T細胞含む)を添加すると、強い炎症反応が観察された。このことは本研究の根本にある非自己由来の抗原を提示したがん細胞に対し、免疫細胞が強力に応答することを示している。ヒアルロン酸(HA)のカルボキシル基を活性化エステルに変換後、OVAのリシン残基との間での縮合反応を試みたところ、HAよりも大きな分子が出来ているのをゲル浸透クロマトグラフィーより確認することが出来た。これよりHAーOVAコンジュゲート体が出来ていることがわかった。しかし、OVAの反応効率は約60%であるため未反応のOVAも確認される。今後はHAとOVAの仕込み比あるいは縮合剤濃度を変えることで反応効率の向上を図る。来年度にはHAーOVAコンジュゲート体の作製において最適化を行い、がん細胞への取り込みの評価を行う予定である。また、in vitroの系でHA-OVA処理がん細胞とOVA特異的免疫細胞を混合させ、OVA処理がん細胞と比較し炎症反応のどう変化するか観察する。Balb/cマウスにOVAとアジュバントとしてCpG-DNAを皮内に2回免疫を行い、2回目の免疫から1週間後に脾細胞を採取した。一方、マウス大腸がん細胞(CT26)にOVAを添加し、24時間後に先の脾細胞と混合させ、さらに24時間培養後に上清中のインターフェロンガンマ(IFN-g)量を酵素結合免疫測定法(ELISA)で評価した。OVA未処理がん細胞に対してOVA処理がん細胞からは有意なIFN-gの産生が観察された。この結果よりがん細胞がOVAを取り込み抗原としてOVAを細胞表面上に提示し、OVA特異的T細胞がそれに応答していることを示している。これより本研究の基本的概念となる外来抗原を人為的に提示させることが出来れば強い免疫応答を誘導可能であることが示された。一方、HA-OVAコンジュゲート体作製においてはHAよりも分子量の大きなコンジュゲート体を得ることが出来た。面白いことにコンジュゲート体はHAよりも分子量は大きいが慣性半径は小さくなっていることが分かった。これは、多数の反応点を持つHAとOVAが複数個結合し、さらに分子内架橋を起こし、折りたたまれた構造を取っているのだと考えられる。こうした複数の反応点を有するためか一部、凝集体の生成も目立ち収率が落ちてしまっている。HAとOVAの混合比や混合濃度、縮合剤の濃度等、反応をコントロールすることで大きさの異なるコンジュゲート体が得られるよう、また、架橋の度合いを抑えて凝集を防ぎ収率をあげられるよう努める。HAーOVAコンジュゲート体では様々な大きさのコンジュゲート体を作製し、それぞれに対しがん細胞への取り込まれやすさを評価する。得られたコンジュゲート体に蛍光修飾しがん細胞に添加、各時間に蛍光顕微鏡観察あるいはフローサイトメトリーにより、取り込み量とコンジュゲート体の形状・大きさとの関係性を明らかにする。また、今回のコンジュゲート体はがん細胞の表面上に過剰に発現しているCD44がHAを認識しOVAを取り込むと考えている。得られたコンジュゲート体がCD44を介して取り込まれるかどうか、CD44ノックアウト細胞を作製し、取り込み量の変化からそのメカニズムを明らかにする。CT26細胞をHAーOVAコンジュゲート体で処理し、OVA特異的T細胞と混合し産生されるIFN-g量を定量する。本年度実施したOVAのみの処理と比較し、コンジュゲート体処理では、がん細胞のOVAの取り込み量が飛躍的に上がると期待される。同時に細胞表面上に提示されるOVA断片量も増加し、T細胞による認識も上がりより強い免疫応答の誘導(IFN-gの産生量の向上)が期待される。CT26を皮下に移植したマウスを用意し、HAーOVAコンジュゲート体を直接投与し、in vivoで効率よくOVAが腫瘍組織に取り込まれるか検討する。

ヒアルロン酸(HA)のカルボキシル基を活性化エステルに変換後、OVAのリシン残基との間での縮合反応を試みたところ、HAよりも大きな分子が出来ているのをゲル浸透クロマトグラフィーより確認することが出来た。これよりHAーOVAコンジュゲート体が出来ていることがわかった。しかし、OVAの反応効率は約60%であるため未反応のOVAも確認される。今後はHAとOVAの仕込み比あるいは縮合剤濃度を変えることで反応効率の向上を図る。来年度にはHAーOVAコンジュゲート体の作製において最適化を行い、がん細胞への取り込みの評価を行う予定である。また、in vitroの系でHA-OVA処理がん細胞とOVA特異的免疫細胞を混合させ、OVA処理がん細胞と比較し炎症反応のどう変化するか観察する。Balb/cマウスにOVAとアジュバントとしてCpG-DNAを皮内に2回免疫を行い、2回目の免疫から1週間後に脾細胞を採取した。一方、マウス大腸がん細胞(CT26)にOVAを添加し、24時間後に先の脾細胞と混合させ、さらに24時間培養後に上清中のインターフェロンガンマ(IFN-g)量を酵素結合免疫測定法(ELISA)で評価した。OVA未処理がん細胞に対してOVA処理がん細胞からは有意なIFN-gの産生が観察された。この結果よりがん細胞がOVAを取り込み抗原としてOVAを細胞表面上に提示し、OVA特異的T細胞がそれに応答していることを示している。これより本研究の基本的概念となる外来抗原を人為的に提示させることが出来れば強い免疫応答を誘導可能であることが示された。一方、HA-OVAコンジュゲート体作製においてはHAよりも分子量の大きなコンジュゲート体を得ることが出来た。面白いことにコンジュゲート体はHAよりも分子量は大きいが慣性半径は小さくなっていることが分かった。これは、多数の反応点を持つHAとOVAが複数個結合し、さらに分子内架橋を起こし、折りたたまれた構造を取っているのだと考えられる。こうした複数の反応点を有するためか一部、凝集体の生成も目立ち収率が落ちてしまっている。HAとOVAの混合比や混合濃度、縮合剤の濃度等、反応をコントロールすることで大きさの異なるコンジュゲート体が得られるよう、また、架橋の度合いを抑えて凝集を防ぎ収率をあげられるよう努める。HAーOVAコンジュゲート体では様々な大きさのコンジュゲート体を作製し、それぞれに対しがん細胞への取り込まれやすさを評価する。得られたコンジュゲート体に蛍光修飾しがん細胞に添加、各時間に蛍光顕微鏡観察あるいはフローサイトメトリーにより、取り込み量とコンジュゲート体の形状・大きさとの関係性を明らかにする。また、今回のコンジュゲート体はがん細胞の表面上に過剰に発現しているCD44がHAを認識しOVAを取り込むと考えている。得られたコンジュゲート体がCD44を介して取り込まれるかどうか、CD44ノックアウト細胞を作製し、取り込み量の変化からそのメカニズムを明らかにする。CT26細胞をHAーOVAコンジュゲート体で処理し、OVA特異的T細胞と混合し産生されるIFN-g量を定量する。
金属触媒を用いた多成分カップリング反応の開発

我々は研究途上で3価のビスマス触媒が他の金属触媒とは異なる興味深い反応性を示すことを見出している。本年度はビスマス触媒および白金触媒を用いた分子内ヒドロアミノ化反応を確立し、生物活性のある天然物の全合成へ応用することを目指して次の成果を得た。【ビスマス触媒および白金触媒を用いた新反応の開発】1.我々はフェニルアラニンの窒素原子上にプロパルギル基を有する誘導体のヒドロアミド化反応にBi(OTf)_3を用いると6-exo加体が選択的に得られることを、一方で同じ基質をPtCl_2で処理すると7-endo付加体が選択的に得られることを明らかにしている。本年度は種々のプロパルギル基を有するアミノ酸誘導体を用いてビスマス触媒および白金触媒の6-exoおよび7-endo環化反応を検討した。その結果、他の6つの基質においても両触媒はそれぞれ6-exoおよび7-endo環化体を与えることを明らかにした。2.ビスマスまたは白金触媒を用いたヒドロアミド化の反応条件ついて詳細に検討した。ビスマス触媒を用いた環化では水やTfOHを添加すると収率が改善することを見出した。白金触媒を用いた場合は上記1とは別に14個の7-endo環化体を得ることに成功し、さらに、重水素化実験により反応機構に関する知見を得た。開発したベンジルアミン誘導体のヒドロアミノ化反応により1,2-ジヒドロイソキノリンを構築し、抗がん活性を持つ天然物の全合成研究を行った。ベンゼン環上に適切な官能基を持つフェニルアラニン誘導体とフェニルグリシン誘導体を縮合させたジペプチドに対し、ヒドロアミノ化反応を適用してC環の構築とともにD環構築の足がかりとなるエンアミド体へと誘導した。続く数工程により、Ecteinascidin 743へと誘導可能な既知中間体を合成した。ソフトな金属ルイス酸[In(OTf)_3,AuNTf_2・PPh_3,Pd(OAc)_2]によるアルキンへの窒素原子付加反応を利用したジヒドロイソキノリン合成法を確立し、その反応機構の考察に基づいて多環式天然物の全合成へ応用可能な多成分連結型連続環化反応の開発を目指し次の成果を得た。1)2-アルキニルベンジルアミン誘導体を用いて、窒素保護基ならびに種々のルイス酸による分子内ヒドロアミノ化反応を検討したところ、AuCl(PPh_3)/AgNTf_2のみが優れた反応性を示し室温下でスムーズに反応が進行し、目的とするジヒドロイソキノリン誘導体を収率良く与えることを見出した。2)上記の反応を2-アルキニルベンジルイミン誘導体に適用すると、分子内プロトン移動によりアゾメチンイリドが発生し、続いてEtOCOC〓CCO_2Etとの[2+3]環化付加反応を経て三環性化合物を一挙に合成できることを明らかにした。現時点では収率がそれほど高くないことから更なる条件検討が必要であるが、当初の目的は達成しできた。3)金触媒を用いた簡便なジヒドロイソキノリンの合成法を確立したので、生じたエンカルバメイト部の反応性を利用した連続反応への可能性を検討した。そのため、分子内の適切な位置にアルデヒド、アセタール、電子不足な不飽和結合を持つ基質を合成し、上記で最適化した反応条件にふしたところ、官能基の違いによって異なる結果を与えることがわかった。すなわち、アルデヒド体では目的の反応は進行しないが、アセタールとの縮合反応やα,β-不飽和ケトンへのマイケル付加反応は効率よく進行し、四環性化合物を中程度から高収率で得ることができた。さらに、この結果を利用して、天然アルカロイドNitidineの全合成を達成した。
プロスタグランジンとトロンボキサン生合成構成の分子生物学的研究

本研究では、プロスタグランジン(PG)H_2から生合成される化合物、PGI_2、トロンボキサン(TX)の生合成に関与する酵素と、アラキドン酸からPGH_2生成に関与するシクロオキシゲナーゼ(COX)アイソザイムの発現調節機構を、血管内皮細胞、血管平滑筋、マクロファージ、遺伝子改変マウスなどを使って調べ、以下の結果を得た。(1)炎症性のプロスタグランジンの生合成律速酵素であるとCOX-2の発現は、ステロイド系抗炎症剤によって強く抑制される。培養血管内皮細胞を用いて、ヒトCOX-2遺伝子のステロイド系抗炎症剤による抑制にグルココルチコイド受容体が重要な役割を果たしていることを見出した。また、ブドウ酒中に含まれるポリフェノール・レスベラトロールが、COX-2の遺伝子発現および酵素活性を効率よく阻害することを見出し、その機構を解析した。(2)リボプローブを用いるin situハイブリダイゼーションによりラットの大動脈と大静脈におけるPGI_2合成酵素とCOX-1とCOX-2の発現部位を調べた。大動脈では、全ての酵素の強い発現が認められたが、大静脈では、発現が弱く、特にCOX-2の発現が弱かった。(4)バキュロウイルスを使ってヒトPGI_2合成酵素酵素の大量発高発現系の確立をした。ヒト腎臓由来の293細胞にPGI_2合成酵素を過剰発現させたところ、細胞死が観察され要因として核内受容体の関与が示唆された。(5)RNAブロッティングとリボプローブを用いるin situハイブリダイゼーションを用いてマウス腹腔マクロファージでのカゼインやBCGなどによる活性化に伴い、PGI_2合成酵素の発現が減少し、TX合成酵素の発現が増加することを明らかにした。(6)PGI_2の生理活性を再検討するため、PGI_2合成酵素欠損マウスを作成し、表現型の解析を行った。腎臓に形態変化を伴う異常を見出し解析を進めた結果、血管壁の肥厚、動脈硬化病変、繊維化などを認めた。本研究では、プロスタグランジン(PG)H_2から生合成される化合物、PGI_2、トロンボキサン(TX)、PGE_2の生合成に関与する3つの酵素の構造と発現調節機構を明らかにし、これらの酵素の発現調節が、アラキドン酸からPGH_2生成に関与する2つシクロオキシゲナーゼ(COX)アイソザイムの発現とどのように相関しているかを血管、肺、腎臓、血管内皮細胞、血管平滑筋、マクロファージなどを使って明らかにすることを目的とする。本年度は、以下の点を明らかにした。1.リボプローブを用いるin situハイブリダイゼーションによりラット組織でのPGI合成酵素の発現部位を調べ、血管、気管支、子宮などの平滑筋に主な発現を認めた。マウス腹腔マクロファージをカゼインとBCGで活性化したところ、活性化の程度を示すマカ-とされるIa抗原の発現とPGI合成酵素遺伝子の発現は逆相関し、TX合成酵素の発現は同傾向を示した(田辺)。2.PGI合成酵素の遺伝子の性質を明らかにするため、ヒト遺伝子を単離し、プロモーター領域を含めた構造を培養血管内皮細胞や血管平滑筋を使って明らかにするとともに、FISH法により20ql3.11に位置することを明らかにした(横山)。3.血管内皮傷害を起こさせたラット頚動脈にPGI合成酵素cDNAをリポゾーム法で導入し、血管肥厚を平均30%抑制した(横山)。

4.マクロファージ系のモデルとしてU937細胞にルシフェラーゼをレポーターに持つ種々の修飾5'非転写領域配列を持つベクター用いて、ヒトCOX-2遺伝子のLPSによる強い誘導のグルココルチコイドによる抑制は、少なくともNF-κB結合部位を介していることが明らかになった(井上)。5.293細胞を用いてヒトPGI合成酵素の高発現系を確立し、P450に例外なく保存されている活性中心のCysxとExxRモチーフのGluとArgを特異的に変異させたところ、全く活性を示さなかった(波多江)。本研究では、プロスタグランジン(PG)H_2から生合成される化合物、PGI_2、トロンボキサン(TX)、PGE_2の生合成に関与する3つの酵素の構造と発現調節機構を明らかにし、これらの酵素の発現調節が、アラキドン酸からPGH_2生成に関与する2つシクロオキシゲナーゼ(COX)アイソザイムの発現とどのように相関しているかを血管、肺、腎臓、血管内皮細胞、血管平滑筋、マクロファージなどを使って明らかにすることを目的とする。本年度は次の点を明らかにした。(1)RNAブロッティングとリボプローブを用いるin situハイブリダイゼーションを用いてマウス腹腔マクロファージでのカゼインやBCGなどによる活性化に伴うPGI_2合成酵素とトロンボキサン合成酵素の発現変動を調べた結果、活性化に伴いPGI_2合成酵素の発現が減少し、TX合成酵素の発現が増加することを明らかにした(田辺)。(2)PGI_2合成酵素の生理機能を調べるため、マウス酵素の活性と中心その近傍をコードしている遺伝子をクローニグし、さらにエキソン7-9をネオマイシン耐性遺伝子で置換したES細胞を作製した。この細胞を定法に従って受精卵に導入し欠損マウスを作製し解析を行った。これまでに、ホモ個体の繁殖に特に問題は認められないが、飼育期間に依存して腎臓に形態的な変化が重症化することが明らかになった。またTX合成酵素のマウス酵素の活性と中心その近傍をコードしている遺伝子をクローニグした(横山、下西)。(3)炎症性のプロスタグランジンの生合成律速酵素であるCOX-2の発現は、ステロイド系抗炎症剤によって強く抑制される。COX-2の発現がステロイド系抗炎症剤抑制され難い培養血管内皮細胞を用いて、ヒトCOX-2遺伝子のLPSによる強い誘導の、ステロイド系抗炎症剤による抑制にグルココルチコイド受容体が重要な役割を果たしていることを見出した(井上)。(4)バキュロウイルスを使ってヒトPGI_2合成酵素酵素の大量発高発現系の確立をした(波多江)。本研究では、プロスタグランジン(PG)H2から生合成される循環器系の生理や病態と密接な関係が認められるPGI_2の生合成に関与する3つの酵素の発現調節機構を明らかにし、これらの酵素の発現調節が、アラキドン酸からPGH_2生成に関与する2つシクロオキシゲナーゼ(COX)・アイソザイムの発現とどのように相関しているかを調べ、以下の結果を得た。1)リボプローブを用いるin situハイブリダイゼーションによりラットの大動脈と大静脈におけるPGI_2合成酵素とCOX-1とCOX-2の発現部位を調べた。大動脈では、全ての酵素の強い発現が認められたが、大静脈では、発現が弱く、特にCOX-2の発現が弱かった。2)PGI_2の細胞周期への関与を調べるため、ヒト腎臓由来の293細胞にPGI_2合成酵素を過剰発現させたところ、細胞死が観察されたので、現在その機構を解析中である。
非定常分散性混相流のシミュレーション・モデル

容器の底から放出され上昇する微小気泡によって誘起される二次元気泡流の初期の時間発展を新しい計算手法により数値解析した.この方法では,気泡の運動軌跡に沿う周囲液体の速度変化を区分的に線形近似し,短時間中の気泡運動をBasset-Boussinesq-Oseen(B-B-O)方程式の厳密解によって表す.気泡を含む流体は連続体で近似され,その密度および粘度は運動する気泡の間欠的な存在によって時空間的に変化するものとする.この流体の速度および圧力をNavier-Stokes方程式および連続の式を数値積分することによって求める.本研究で提案した数値的手法は,次のようなきわめて重大な利点をもつ.すなわち,本方法は,B-B-O方程式の厳密解を用いることによって計算機の記憶容量およびCPU時間を著しく低減し,膨大な数の気泡の運動を数値的に解析することを可能にする.さらに,本方法は,完全なB-B-O方程式を使用することで,いわゆるBasset項で表される,気泡の挙動に対する履歴効果を取り入れることを可能にする.Basset項は,その数値的取り扱いが困難なため,これまではその効果の大小にかかわらず無視されることが多かった.この計算手法を,重力場における正方形断面の二次元容器内の過渡的な気泡流の数値シミュレーションに適用した.この方法の妥当性をシミュレーション結果と実験結果との比較から検証した.この適用により,比較的小さい気泡の上昇によって駆動される気泡プリュームは,幾何学的に対称な条件であっても非対称な流れに移行し,非常に不安定な様相を呈することが明らかとなった.さらに,この流れに比較的大きな気泡を導入することによって,この不安定な流れを安定化させることができることを示した.容器の底から放出され上昇する微小気泡によって誘起される二次元気泡流の初期の時間発展を新しい計算手法により数値解析した.この方法では,気泡の運動軌跡に沿う周囲液体の速度変化を区分的に線形近似し,短時間中の気泡運動をBasset-Boussinesq-Oseen(B-B-O)方程式の厳密解によって表す.気泡を含む流体は連続体で近似され,その密度および粘度は運動する気泡の間欠的な存在によって時空間的に変化するものとする.この流体の速度および圧力をNavier-Stokes方程式および連続の式を数値積分することによって求める.本研究で提案した数値的手法は,次のようなきわめて重大な利点をもつ.すなわち,本方法は,B-B-O方程式の厳密解を用いることによって計算機の記憶容量およびCPU時間を著しく低減し,膨大な数の気泡の運動を数値的に解析することを可能にする.さらに,本方法は,完全なB-B-O方程式を使用することで,いわゆるBasset項で表される,気泡の挙動に対する履歴効果を取り入れることを可能にする.Basset項は,その数値的取り扱いが困難なため,これまではその効果の大小にかかわらず無視されることが多かった.この計算手法を,重力場における正方形断面の二次元容器内の過渡的な気泡流の数値シミュレーションに適用した.この方法の妥当性をシミュレーション結果と実験結果との比較から検証した.この適用により,比較的小さい気泡の上昇によって駆動される気泡プリュームは,幾何学的に対称な条件であっても非対称な流れに移行し,非常に不安定な様相を呈することが明らかとなった.さらに,この流れに比較的大きな気泡を導入することによって,この不安定な流れを安定化させることができることを示した.分散性二相流では、流体中に分散している粒子(気泡,液滴も含む)の運動が,流体の流動に影響を与え,また,流体の流動が粒子の運動を支配する多重構造を持っている.粒子が流れのスケールに対して十分小さいときは,マクロ的には,二相流を連続体として扱うことが出来るが,粒子の存在により,密度,粘度が時間的,空間的に変化する流体となる.この密度,粘度の変化を知るには,時間的,空間的に各粒子の位置を求め,粒子濃度の分布を知るためのミクロ的な解析が必要となる.本研究では,この手法に立って,ミクロ的な解析に.流体の等加速度運動に対して,研究代表者らが見出した,粒子運動を支配するB.B.O.方程式の厳密解を利用し,粒子径が時間的に変化する気泡に対して,数値シミュレーションの各時間ステップの間は粒子径は変化せず,また,流体は等加速度と考えることた解析を行った.この結果,マクロ的な運動とミクロ的な運動を連立させて解くべき問題を,粒子運動に対しては簡単な代数式で順次追うことが出来,シミュレーション計算の複雑さを緩和することに成功した.この手法を適用して,容器内に放出された気泡について解析した.瞬時に放出された気泡群では,気泡群の後ろに続く上昇流は,気泡群放出時の気泡群配置の対称性が僅かに崩れても,揺らぎが発生すること,微小な気泡は液体表面から離脱せず流れ場に取り込まれる部分があることを示した.さらに,連続的に噴出する気泡噴流では,微小気泡で放出時の配置に対称性があっても,流れ場に取り込まれる気泡の不均一から気泡噴流に揺らぎが生じること,この揺らぎは,対称な配置で大きな気泡を同時に放出するとき仰えられること,また,気泡噴流の揺らぎは,噴流によって生じた渦の中心が,噴出位置に非対称に近づいたときに,きわめて大きくなることなど気泡噴流の初期段階の安定性の要因についての知見を得た.容器の底から放出され上昇する微小気泡によって誘起される

二次元気泡流の初期の時間発展を新しい計算手法により数値解析した.この方法では,気泡の運動軌跡に沿う周囲液体の速度変化を区分的に線形近似し,短時間中の気泡運動をBasset-Boussinesq-Oseen(B-B-O)方程式の厳密解によって表す.気泡を含む流体は連続体で近似され,その密度および粘度は運動する気泡の間欠的な存在によって時空間的に変化するものとする.この流体の速度および圧力をNavier-Stokes方程式および連続の式を数値積分することによって求める.本研究で提案した数値的手法は,次のようなきわめて重大な利点をもつ.すなわち,本方法は,B-B-O方程式の厳密解を用いることによって計算機の記憶容量およびCPU時間を著しく低減し,膨大な数の気泡の運動を数値的に解析することを可能にする.さらに,本方法は,完全なB-B-O方程式を使用することで,いわゆるBasset項で表される,気泡の挙動に対する履歴効果を取り入れることを可能にする.Basset項は,その数値的取り扱いが困難なため,これまではその効果の大小にかかわらず無視されることが多かった.この計算手法を,重力場における正方形断面の二次元容器内の過渡的な気泡流の数値シミュレーションに適用した.この方法の妥当性をシミュレーション結果と実験結果との比較から検証した.この適用により,比較的小さい気泡の上昇によって駆動される気泡プリュームは,幾何学的に対称な条件であっても非対称な流れに移行し,非常に不安定な様相を呈することが明らかとなった.さらに,この流れに比較的大きな気泡を導入することによって,この不安定な流れを安定化させることができることを示した.
免疫賦活活性を示す食品成分の創出

シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のゲノム上に大腸菌のリピドA生合成遺伝子クラスターのオーソログが存在すると報告されたが、植物におけるリピドA生合成経路の最終産物は同定されていない。本研究では、アブラナ科植物由来リピドA様分子の新規同定と、免疫賦活活性評価を目的に解析を行った。シロイヌナズナ実生からリピドAが含まれると想定される画分を抽出し、thin layer chromatographyおよび質量分析より、候補化合物を検出した。また、抽出したリピドA画分をヒト単球由来THP-1細胞へ曝露し、サイトカイン発現量変化をRT-qPCR法にて解析し、免疫賦活活性を評価した。グラム陰性菌細胞壁成分のlipopolysaccharide (LPS)は、O抗原およびコア多糖と呼ばれる糖鎖と、リピドAと呼ばれる脂質から成る分子量50008000程度のリポ多糖であり、パターン認識受容体(PAMPs)を介した免疫系の過剰な活性化による致死性のショックを誘導する内毒素(エンドトキシン)である。リピドAは、LPSのエンドトキシン活性を担う最小単位構造であり、リン酸基が結合したグルコサミン2分子に脂肪酸が複数結合した複雑な化学構造をとる。菌種や生育条件(培養温度、pHなど)に依存したリピドA構造の違いはリピドA活性に強く影響しており、一般的に、リン酸基が1つのものや脂肪酸部分が小さく円錐状の立体構造を取らないものは無毒あるいは弱毒性である。このような1リン酸化型のリピドAアナログは、子宮頸がんワクチンのアジュバントとして使用されており、さらに抗アルツハイマー病効果や抗インフルエンザ効果などの薬理作用(免疫賦活活性)を示すことは非常に興味深い。一方、植物(シロイヌナズナ)ゲノム上に大腸菌リピドA生合成遺伝子のオーソログが最近同定された。しかし、植物におけるリピドA生合成経路の最終代謝産物に関しては未だ分析化学的に検出・同定されたという報告は無く、その構造、組織分布、生成量、さらに植物個体における生理的機能については全く不明である。本研究では食用アブラナ科植物からリピドA様分子を新規に検出・構造解析し、動物個体に対する植物由来リピドA様分子の功罪活性(免疫賦活活性とエンドトキシン活性)を評価することによって、機能性食品因子による自然免疫制御の新規分子基盤確立を目指す。当初の予定通り、サンプル調製法(抽出法、固相カラム精製法など)の最適化を行っている。菌種や生育条件(培養温度、pHなど)に依存したリピドA構造の違い(リン酸基の有無、結合しているアシル基炭素鎖の数、長さなど)はリピドA活性に強く影響しており、一般的に、リン酸基が1つのものや脂肪酸部分が小さく円錐状の立体構造を取らないものは無毒あるいは弱毒性である。本研究では食用アブラナ科植物からリピドA様分子を新規に創出・構造解析し、動物個体に対する植物由来リピドA様分子の功罪活性(免疫賦活活性とエンドトキシン活性)を評価することによって、機能性食品因子による自然免疫制御の新規分子基盤確立を目指す。調製したサンプルをLC-MS分析およびバイオアッセイにに供し、植物由来リピドA様分子分子の新規同定を行う。食品機能学分析法の効率化による経費節約により若干の次年度使用額が生じた。機器分析用の消耗品試薬代として支出する予定である。
高分子LB膜中に導入された光機能団の電子伝達過程の解析

高秩序な分子組織体であるLangmuir-Blodgett膜中での光反応ダイナミックス、特に光誘起電子移動過程、エネルギー移動過程を明らかにすることは高機能素子開発につながる極めて重要な課題である。本研究ではLB膜中に導入された光機能団の挙動を、分子配向、分子配列、分子間距離などの分子環境因子との関係より検討することを目的としている。今回は光機能団としてカルバゾール基を高分子LB膜中に導入して、電子受容体であるビオローゲングループへの電子移動について検討した。光機能団として、ビニルカルバゾール基を導入した高分子LB膜中での光誘起電子移動過程において、LB膜中に規則的に配列したカルバゾール基間のエネルギー移動を伴った電子移動により効果的な励起カルバゾールの消光過程が進行していることが明らかになった。その機構の中で励起エネルギーがLB膜中にわずかに存在するカルバゾール基間のエキシマー生成サイトにトラップされることにより、効果的な電子移動が阻害されていることが示された。そこで、高効率な電子移動系を構築するため、エキシマーを形成しにくい発色団であるカルバゾリルエチルアクリレートモノマーをコモノマーとして得られる高分子LB膜の電子移動過程について検討した。優れたLB膜形性能を有するN-ドデシルアクリルアミド(DDA)との共重合を行った。得られた共重合体は安定な単分子膜およびLB膜を与えた。得られたLB膜のスペクトルはエキシマー発光はほとんど観測されず、エキシマー生成サイトによる励起エネルギーのトラップの少ないLB膜が形成していることが解った。カルバゾール基間の高効率なエネルギー移動が進行していることが期待される。続いて、得られた高分子LB膜を用いて、カルバゾールからステアリルビオローゲンへの光誘起電子移動についてカルバゾール基の蛍光の消光より検討した。ビオローゲンの2次元濃度を変えて、カルバゾールの蛍光強度を測定した。わずかなビオローゲンの存在によりカルバゾールの蛍光は消光された。また、カルバゾール基の含有量の大きなLB膜中でも消光効率は増加し、ビニルカルバゾール共重合体のLB膜の場合とは異なった。このことはエネルギートラップとして作用するエキシマー生成サイトへの励起エネルギーの移動はなく、効果的な消光サイトへのエネルギーマイグレーションのみが進行していることが解った。このことは、このLB膜系が効率的なエネルギー捕集系として作用していることを示す、新しい発見である。
II_∞,III型エルゴード変換の分類問題とその応用

1.II_∞型エルゴード的変換の多重再帰性については特にマルコフシフトの場合についてKakutani-Parry Indexとの関係も含めてreturn sequenceとの関係で完全に分類することに成功した。この結果はJ.Aaronson and H.Nakadaによる論文の中で公表されている(Israel J.of Math.)。また、II_∞型エルゴード的変換の多重再帰性が群拡大により保存される性質であるかどうかが浜地を中心に研究され、肯定的な結果がほぼ確認されつつある。2.cylinder flowのlocally finite invariant measureは基本変換の回転数がbounded typeの場合、ergodicなものが非可算個あることが従来知られていたが、今回の研究により従来知られていたものがそのすべてであることが証明された。さらにunbouded typeの場合でもほとんどすべてのflowについて成立することが証明された。また、von Neumann-Kakutani adding machineから作られるマハラム変換で従来知られていた結果を一般にマルコフシフトで証明することができた。特にヘルダー連続な関数をポテンシャル関数とする平衡測度の特徴付けとしてこの問題を捉えることに成功している。仲田他の論文としてまとめられている。3.形式的べき級数の作る関数体上の連分数の基本的性質をまず調べ、それをとりまとめている(Berthe and Nakada,Expo.Math.)。これを発展させて、ディオファンタス近似の測度論的性質の研究をとりおこなった。古典的な定理のいくつかがこの場合でも成り立つことが示されている。従来この問題のディオファンタス近似の評価関数は分母多項式の次数にのみ依存している場合しか扱われていなかったが、本研究では次数に依存しない場合も扱っている。特に0-1法則、および、Duffine-Schaeffer型定理が証明されたことが重要な成果である。(1) II_∞型変換に対して定義されるdissipative sequenceの性質に関して,最近W.Kosekが幾つかの,興味深い結果を得ているが,それ等を拡張する次のような結果が得られた.i)任意のII_∞型変換Tに対して,その任意のdissipative sequenceはupper Banach densityが0になる.しかし,upper Banach densityが0であっても,Tのdissipative sequenceとはならないようなsequenceが必ず存在する.ii) dissipative sequenceがTの有限個のweakly wandering sequenceの和集合として表される為の必要十分条件が得られ,それを用いると,そのようには表し得ないdissipative sequenceが比較的簡単に構成出来ることが解った.(2) Zの二つの無限部分集合による直和分解のsummandとして現れる集合の一つ(3) II_∞型変換とIII_λ型変換の関連を調べる上に重要な,Pascal-addic変換(bi-nomial変換と呼ばれることもある)の性質に関して,それがweakly mixingであるか否かを決定することが,長い間未解決になっていたが,それを肯定的に解決する新しい手がかりが得られた.研究の主題であるII_∞型及びIII型エルゴード変換の分類問題に関しては、次の結果が得られた。1.II_∞型エルゴード変換の同型不変量であるdissipative sequenceについて、任意のdissipative sequenceはupper Banach densityが0であること、又、任意のII_∞型エルゴード変換Tに対して、upper Banach densityが0であるが、dissipative sequenceとはならないようなsequenceが必ず存在することが明らかにされた。2.任意のII_∞型エルゴード変換Tに対して、dissipativeなsequenceが有限個のweakly wandering sequenceの和集合として表せる為の必要十分条件が得られた。

3.Zの2つの無限部分集合への直和分解に関するde Brujin等に依る数論的な結果と、II_∞型エルゴード変換のあるクラスの分類問題に関する結果との関連が明らかにされた。4.II_∞型エルゴード変換とIII_λ型変換の間の関係を調べる上に重要なPascal-adic変換の漸近的性質と、2次元ランドム・ウォークのあるクラスの満たす再帰的性質の間に密接な関係があることが明らかにされた。これ等の結果を論文として発表すべく目下準備中である。その他、研究分担者前田吉昭に依って、ケーラー多様体の量子化に関する結果、前島信に依って、operator semi-self decomposableな分布の特徴づけ、塩川宇賢に依るRogers-Romanujan連分数展開に関する結果、富山淳による力学系から作られるC^*-環のイデアル構造に関する結果等が得られた。1.II_∞型エルゴード的変換の多重再帰性については特にマルコフシフトの場合についてKakutani-Parry Indexとの関係も含めてreturn sequenceとの関係で完全に分類することに成功した。この結果はJ.Aaronson and H.Nakadaによる論文の中で公表されている(Israel J.of Math.)。また、II_∞型エルゴード的変換の多重再帰性が群拡大により保存される性質であるかどうかが浜地を中心に研究され、肯定的な結果がほぼ確認されつつある。2.cylinder flowのlocally finite invariant measureは基本変換の回転数がbounded typeの場合、ergodicなものが非可算個あることが従来知られていたが、今回の研究により従来知られていたものがそのすべてであることが証明された。さらにunbouded typeの場合でもほとんどすべてのflowについて成立することが証明された。また、von Neumann-Kakutani adding machineから作られるマハラム変換で従来知られていた結果を一般にマルコフシフトで証明することができた。特にヘルダー連続な関数をポテンシャル関数とする平衡測度の特徴付けとしてこの問題を捉えることに成功している。仲田他の論文としてまとめられている。3.形式的べき級数の作る関数体上の連分数の基本的性質をまず調べ、それをとりまとめている(Berthe and Nakada,Expo.Math.)。これを発展させて、ディオファンタス近似の測度論的性質の研究をとりおこなった。古典的な定理のいくつかがこの場合でも成り立つことが示されている。
表面創製による高機能性付与材料の開発とその超長疲労強度信頼性評価

機械・構造物の疲労信頼性の確保,疲労強度向上と長寿命化を目的として,各種の表面改質処理が行われている.本研究ではセラミックス被覆,プラズマ光輝窒化およびショットピーニング処理を施した材料の超長寿命域における回転曲げ疲労試験を行い,疲労強度に及ぼす表面改質処理の影響と表面改質層の役割について検討を行った.得られた主な結論は以下の通りである.(1)高炭素クロム軸受鋼JIS SUJ2,高速度工具鋼JIS SKH51および低合金鋼JIS SNCM439低温焼戻し材の疲労試験から得られたS-N曲線は破壊機構の異なる2本のS-N曲線となり,「二重S-N曲線」と命名した.1本のS-N曲線は高応力振幅・短寿命域に現れる表面き裂発生型疲労破壊によるものであり,他の1本は低応力振幅・長寿命域に現れる内部非金属介在物を起点とする内部き裂発生型疲労破壊によるものである.これらS-N曲線の形態は材種,熱処理条件,表面性状の影響を受けて変化し,4種類に分類できることを指摘した.(2)表面改質処理によって導入された高硬度層および圧縮残留応力の影響により,表面き裂発生型疲労のS-N曲線は高応力振幅・長寿命側に移行して疲労強度の向上が認められるが,内部き裂発生型疲労破壊のS-N曲線が現れて表面改質処理による疲労強度向上に限界が現れる.内部き裂発生型疲労破壊のS-N曲線は表面改質処理の影響を受けず,材料固有の特性となることを指摘した.(3)内部き裂発生起点となった介在物周囲には粒状で輝いた特異な破面様相が観察され,これをGBF (Granular bright facet)と命名した.これは超長寿命域で現れる疲労破壊の特徴として重要であることを破壊力学的検討を通して明らかにした.GBF形成の機構をコンピュータ・シミュレーションによるトポグラフィ解析によって検討し,「微細炭化物の離散剥離説」を新たに提案した.(4)アルミニウム合金の表面改質処理として実施されているアルマイト処理材の疲労強度特性について検討を行った.その結果,疲労過程中に累積される疲労変形によってアルマイト皮膜が破壊し,この割れを起点として基材に疲労き裂を誘起することによって疲労強度が低下する可能性のあることを指摘した.アルマイト処理材の疲労強度は基材の疲労変形を基礎とした寿命評価を実施することが適当であることを提案した.機械・構造物の疲労信頼性の確保,疲労強度向上と長寿命化を目的として,各種の表面改質処理が行われている.本研究ではセラミックス被覆,プラズマ光輝窒化およびショットピーニング処理を施した材料の超長寿命域における回転曲げ疲労試験を行い,疲労強度に及ぼす表面改質処理の影響と表面改質層の役割について検討を行った.得られた主な結論は以下の通りである.(1)高炭素クロム軸受鋼JIS SUJ2,高速度工具鋼JIS SKH51および低合金鋼JIS SNCM439低温焼戻し材の疲労試験から得られたS-N曲線は破壊機構の異なる2本のS-N曲線となり,「二重S-N曲線」と命名した.1本のS-N曲線は高応力振幅・短寿命域に現れる表面き裂発生型疲労破壊によるものであり,他の1本は低応力振幅・長寿命域に現れる内部非金属介在物を起点とする内部き裂発生型疲労破壊によるものである.これらS-N曲線の形態は材種,熱処理条件,表面性状の影響を受けて変化し,4種類に分類できることを指摘した.(2)表面改質処理によって導入された高硬度層および圧縮残留応力の影響により,表面き裂発生型疲労のS-N曲線は高応力振幅・長寿命側に移行して疲労強度の向上が認められるが,内部き裂発生型疲労破壊のS-N曲線が現れて表面改質処理による疲労強度向上に限界が現れる.内部き裂発生型疲労破壊のS-N曲線は表面改質処理の影響を受けず,材料固有の特性となることを指摘した.(3)内部き裂発生起点となった介在物周囲には粒状で輝いた特異な破面様相が観察され,これをGBF (Granular bright facet)と命名した.これは超長寿命域で現れる疲労破壊の特徴として重要であることを破壊力学的検討を通して明らかにした.GBF形成の機構をコンピュータ・シミュレーションによるトポグラフィ解析によって検討し,「微細炭化物の離散剥離説」を新たに提案した.(4)アルミニウム合金の表面改質処理として実施されているアルマイト処理材の疲労強度特性について検討を行った.その結果,疲労過程中に累積される疲労変形によってアルマイト皮膜が破壊し,この割れを起点として基材に疲労き裂を誘起することによって疲労強度が低下する可能性のあることを指摘した.アルマイト処理材の疲労強度は基材の疲労変形を基礎とした寿命評価を実施することが適当であることを提案した.疲労強度,耐食性,耐摩耗性,美観など様々な機能性の向上を目指して,金属材料に種々の表面改質処理が行われる.表面改質によって一種類の機能性の向上が図られたとしても,他の機能性を劣化させる可能性があり,表面改質を施した材料の機能性評価を的確に把握して設計に供することが大切である.本研究では,ショットピーニング処理を施した軸受鋼およびアルマイト処理を施したアルミニウム合金の疲労強度特性評価を行った.