hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極限集積化シリコン知能エレクトロニクス

21世紀の超高度情報化社会の到来を目前に控え,「柔軟な解釈」「大枠の判断」「直感による推論」といったしなやかな情報処理を得意とし,人間の知能に限りなく漸近するコンピュータの実現が待望されている。ハードウェア自体がフレキシビリティを有し,演算に応じて柔軟にかつきめ細やかに情報処理を行うことができる全く新しいパラダイムのコンピュータハードウェアを創り上げることが必須である。本特定領域研究はまさしくこれを目的に計画・実施されたものである。これまでに,研究討論会を開催し,今まで共通の言語すら持たなかった各分野の研究者の間で意識の共通化を図り,目的達成に向けて議論して来た。知的な電子システム実現に向けて基礎的研究成果が上がっている。本研究は,本特定領域研究の成果を取りまとめ,広く公開することにより,今後のマイクロエレクトロニクス分野の更なる発展に寄与することを目指して実施した。具体的には,特定領域研究の研究年限を終えて得られた成果を取りまとめ,研究成果報告として冊子にまとめた。領域全体の総括的成果報告に加え、各計画研究班毎,つまり,第1班「極限集積超並列・超高速アーキテクチャ」,第2班「集積化知能システム極限材料・プロセス」,第3班「二次元空間情報即時処理システム」,第4班「多次元情報生体的処理システム」,第5班「時間情報瞬時処理システム」のテーマ毎に,さらにその中では,公募研究の含めて本特定領域研究に参加した研究者毎に詳細な研究成果を論文形式でまとめ,研究成果報告とした。本特定領域研究は,「柔軟な解釈」「大枠の判断」「直感による推論」といったしなやかな情報処理を得意とする知的電子システムの実現を目的としたものであり,以下の5つの計画研究により実施した。第1班「極限集積超並列・超高速アーキテクチャ」第2班「集積化知能システム極限材料・プロセス」第3班「二次元情報即時処理システム」第4班「多次元情報生体的処理システム」第5班「時間情報瞬時処理システム」総括班は,これら計画研究班相互の連携を図り,領域全体が有機的に機能するように大局的立場から指導助言を行うために組織されたものである。以下に総括班としての成果を挙げる。本研究組織は,システム・回路・デバイス・材料プロセスといったさまざまな分野の研究者から組織されており,研究初期の段階では,研究者間で意志の疎通もままならなかったが,年2回の全体会議,および年5回程度開催したSCSを用いた衛星TV会議により,各分野間の垣根が取り払われ,領域全体の意識の統一がなされ,研究班を横断した共同研究も多数進行するようになり,複合領域及あるいは境界領域における数々の新しい概念の新技術が産み出された。さまざまな分野の研究者が,同じ言葉で,同じ目的意識を持って研究開発を進める事が出来る環境・組織を構築できたことは,本特定領域研究の大きな成果の一つである。また,研究期間の終了に際し,研究成果公表の場としての国際シンポジウムを開催した。6件の口頭発表,53件のポスター発表,9件の招待講演,5件のチュートリアル講演,パネル討論を開催し,参加者との間で活発な議論を行った。また,合計13件の展示・デモンストレーションを行い,研究成果として実現された様々なシステムを広く紹介した。開発されたシステムを広く公開し,シンポジウム参加者との間で議論することにより,実用化に際した様々な要求が出され,今後の研究に対する指針が得られた。シリコンテクノロジーをベースに人間の知能に匹敵する新しいコンピュータのハードウェアを、材料・物性の研究者から、デバイス・回路、そしてシステムアーキテクチャの分野に至る第一線の研究者を集結してその実現に挑むために、研究討論会を開催し、今までに共通の言語すら持たなかった各分野の研究者の間で意識の共通化を図り、意思の疎通を図ることによって、重点領域全体の総括を行う目的に対して、平成7年7月28日と29日の2日間に渡る仙台での研究会と平成8年3月14日、15日、16日の3日間に渡る東京での特別公開シンポジウムを開催し、各研究分野間の垣根を取り払い、研究者に共通の意識を持たせるために、各分野の研究者がそれぞれの分野における研究状況を紹介するとともに技術的な討論を行っている。これにより、知能情報処理の本質とは何か、それを実現するシステムアーキテクチャは何か、また具現化するための電子回路の構成は、そしてこれを可能にするデバイスの機能とは何か、さらにこうしたシステム・回路・デバイスを具現化する材料・プロセス研究の進むべき方向は何か、といった問題に対し、各分野の研究者間の意志統一を図っている。研究会では、領域代表者および各計画研究班班長による計画研究の研究状況および計画についての発表および公募研究の各研究者による研究状況および計画の発表を基に、技術討論を行い、重点領域全体の総括を行っている。特別公開シンポジウムでは、計画研究および公募研究の各研究者が成果について発表し、材料・プロセス・デバイス・回路・システムの立場から、新たなパラダイムのコンピューティング・アルゴリズムに基づく知能集積システムを如何に実現するかについて広範な議論を行い、重点領域全体の総括を行っている。

シリコンテクノロジーをベースに人間の知能に匹敵する新しいコンピュータのハードウェアを,材料・物性の研究者から,デバイス・回路,そしてシステムアーキテクチャの分野に至る第一線の研究者を集積してその実現に挑むために,研究討論会を開催し,今までに共通の言語すら持たなかった各分野の研究者の間で意識の共通化を図り,意思の疎通を図ることによって,重点領域全体の総括を行う目的に対して,平成8年7月25日(木)と26日(金)の2日間にわたる仙台での研究会と,平成9年3月17日(月)から19日(水)の3日間にわたる東京での特別公開シンポジウムを開催し,各研究分野間の垣根を取り払い,研究者に共通の意識を持たせるために,各分野の研究者がそれぞれの分野における研究状況を紹介すると共に技術的な討論を行っている。これにより,知能情報処理の本質とは何か,それを実現するシステムアーキテクチャは何か,また具現化するための電子回路の構成は,そしてこれを可能にするデバイスの機能とは何か,さらにこうしたシステム・回路・デバイスを具現化する材料・プロセス研究の進むべき方向は何か,といった問題に対し,各分野の研究者間の意思統一を確実なものにしている。特に7月の研究会においては,ジョージア工科大学のマインドル教授を交え,重点領域研究全体の問題意識として極限集積化の限界に関して議論を行っている。さらに,今年度から,衛生回線を用いたTV会議システムSCS(Space Collaboration System)を利用し,計5回の研究会を開催した。計画研究および公募研究の各研究者による研究発表を基に技術討論を行い,重点領域全体の総括を行っている。特別公開シンポジウムでは,材料・プロセス・デバイス・回路・システムの立場から,新たなパラダイムのコンピューティングアルゴリズムに基づく知能集積システムを如何に実現するかについて広範な議論を行い,重点領域全体の総括を行っている。シリコンテクノロジーをベースに人間の知能に匹敵する新しいコンピュータのハードウェアを,材料・物性の研究者から,デバイス・回路,そしてシステムアーキテクチャの分野に至る第一線の研究者を集積してその実現に挑むために,研究討論会を開催し,今までに共通の言語すら持たなかった各分野の研究者の間で意識の共通化を図り,意思の疎通を図ることによって,重点領域全体の総括を行う目的に対して,平成9年8月11日(月)と12日(火)の2日間にわたる仙台での研究会を開催し,各研究分野間の垣根を取り払い,研究者に共通の意識を持たせるために,各分野の研究者がそれぞれの分野における研究状況を紹介すると共に技術的な討論を行っている。これにより,知能情報処理の本質とは何か,それを実現するシステムアーキテクチャは何か,また具現化するための電子回路の構成は,そしてこれを可能にするデバイスの機能とは何か,さらにこうしたシステム・回路・デバイスを具現化する材料・プロセス研究の進むべき方向は何か,といった問題に対し,各分野の研究者間の意思統一を確実なものにし,研究成果を具体的な形にしていく方向で討論を行った。特に重点総括班でアドバイザリメンバーの東大南谷教授より,システムの超高速動作を可能にする非同期式プロセッサアーキテクチャに関して講演があり,新しいパラダイムのコンピュータシステムに関する討論を行った。さらに,昨年度に引き続き今年度も,衛星回線を用いたTV会議システムSCS(Space Collaboration System)を利用し,計6回の研究会を開催した。
イオン液体含有歯科用スマートセメントの耐水性向上

歯科治療では修復物等と歯質を強固に接着することが求められ,歯科用セメントの高性能化が進んだ。その結果,接着した修復物等の除去が必要な局面で,歯質の損傷が懸念されるようになった。この矛盾を解決するには,使用時は強固に接着し,必要に応じて接着強度を低下できるスマートなセメントが必要である。我々は,市販の歯科用セメントにイオン液体を混合して導電性を持たせ,金属製被着物ーセメント間に通電すると接着強度が大きく低下することを見出した。しかし,口腔内ではイオンが溶出して導電性が低下し,接着強度を低下できない可能性がある。そこで本研究では,イオンの溶出挙動を明らかにし,その抑制法を開発する。
金属/絶縁体/金属三層構造からなる新奇な物性を発現するデバイスの作製

本研究では、絶縁層に強磁性体を用いることで、透過電子のスピンの向きを一方に偏らせるスピンフィルターに着目した。スピンフィルターは強磁性絶縁層(FI)の障壁の高さが電子のスピンの向きに依存することを利用しており、スピン注入素子などへの応用が期待される。金属(NM)/強磁性絶縁体(FI)/強磁性金属(FM)構造(スピンフィルタートンネル接合)を作製すると、強磁性金属において偏極スピンが検出され、FI層とFM層の磁化が平行な場合は低抵抗状態に、FI層とFM層の磁化が反平行な場合は高抵抗状態になる。その結果、トンネル磁気抵抗(TMR)効果が観測される。電子のトンネル確率はトンネル障壁の高さが増加するにつれて急速に減少するため、スピンフィルターを透過した電子は原理的にはほぼ100%上向きスピンを有するはずである。スピンフィルタートンネル接合において、高いTMR比が得られていない理由として、電極/障壁界面での磁気結合やスピン散乱が考えられる。そこで、本研究では、保磁力が可変な強磁性トンネル障壁Pr0.8Ca0.2Mn1-yCoyO3を開発し、電流注入電極/PCMCO/(STO)/LSMO構造からなるスピンフィルタートンネル接合を作製した。TMR効果の大きさは、強磁性金属電極に加え電流注入電極と強磁性絶縁層の界面に強く依存した。強磁性トンネル障壁の保磁力を系統的に変化させると、それに対応して強磁性金属層の磁化反転に必要な印加磁場が増大し、強磁性電極と強磁性トンネル障壁の間に強磁性的な結合が生じていることが示唆された。そこで非磁性絶縁体の挿入という工夫を行い、これを防止することができた。また、電流注入電極も強磁性絶縁層の上にエピタキシャル成長させることによって、トンネル過程における散乱源の影響を受けずに電子がトンネルすることが分かった。このように、強磁性絶縁層とその両側の電極の界面を制御することで、これまで報告されている中で最も高いTMR比を有するスピンフィルタートンネル接合の作製に成功した。金属/絶縁体/金属(M/I/M)積層構造は新しいデバイス作製の観点から非常に興味深い。絶縁層(I)として強磁性絶縁体(FI)の極薄膜を用いたスピンフィルタは、絶縁層を透過する電子のスピンの向きを一方に偏らせることができ、スピン注入素子等、スピントロニクスでの応用が期待される。現在までにスピンフィルタを作製したという報告はわずかながらなされているものの、極薄膜における強磁性発現や、常磁性金属(NM)/強磁性絶縁体(FI)/強磁性金属(FM)積層構造における界面の影響はほとんど議論されておらず、スピンフィルタ特性が確認されたとは言い難い状況にある。そこで本研究では、強磁性絶縁体に由来するスピンフィルタ特性の観測を目的として、格子のマッチングが良く、高品質なエピタキシャル積層構造を作製可能なペロブスカイト酸化物の強磁性金属(La0.6Sr0.4MnO3)、および強磁性絶縁体(Pr0.8Ca0.2MnO3)を用いて、4線2端子のスピンフィルタ素子を作製し、その特性評価を行う。初めに、当初の予定通り、Au/LaNiO3(LNO)/Pr0.8Ca0.2MnO3(PCMO)/La0.6Sr0.4MnO3(LSMO)という構造を作り、磁気抵抗効果の測定を行ったところ、スピンフィルター特性発現の目印である磁気抵抗曲線におけるヒステリシスが観測されなかった。磁気抵抗曲線の構造を解析したところ、PCMOとLSMOの界面での磁気結合が原因であることを突き止めた。そこで、界面での磁気結合を断ち切ることを目的として、非磁性層(SrTiO3)の挿入を行った。さらに、強磁性絶縁体層と強磁性金属層の保磁力差を大きくするために、強磁性絶縁体層の再設計を行った。Coの大きなスピン軌道相互作用を用いて磁化の反転を抑えることを目的として、Pr0.8Ca0.2Mn1-xCoxO3(PCMCO)(0<x<0.3)という物質を設計した。これはこれまでに作製された報告のない新規物質である。この磁気特性を評価したところ、予想通り保磁力が1桁以上上昇し、さらにキュリー温度も80Kから120K程度まで上昇した。また、PCMCOは高温から低温まであらゆる温度領域でPCMOと同じく良好な絶縁特性を持つことが分かった。このPCMCOという物質を強磁性絶縁体層に用いてスピンフィルターを作製したところ、磁気抵抗曲線において、明瞭なヒステリシスが観測された。TMR比は80%を超え、これはこれまでに報告されているスピンフィルタートンネル接合素子のトップデータに並ぶ値であり、今後素子構造と作製条件を最適化していけば、これを超えることが出来るものと考えている。

電子のトンネル確率はトンネル障壁の高さが増加するにつれて急速に減少するため、スピンフィルターを透過した電子は原理的にはほぼ100%上向きスピンを有するはずである。スピンフィルタートンネル接合において、高いTMR比が得られていない理由として、電極/障壁界面での磁気結合やスピン散乱が考えられる。そこで、本研究では、保磁力が可変な強磁性トンネル障壁Pr0.8Ca0.2Mn1-yCoyO3を開発し、電流注入電極/PCMCO/(STO)/LSMO構造からなるスピンフィルタートンネル接合を作製した。TMR効果の大きさは、強磁性金属電極に加え電流注入電極と強磁性絶縁層の界面に強く依存した。強磁性トンネル障壁の保磁力を系統的に変化させると、それに対応して強磁性金属層の磁化反転に必要な印加磁場が増大し、強磁性電極と強磁性トンネル障壁の間に強磁性的な結合が生じていることが示唆された。そこで非磁性絶縁体の挿入という工夫を行い、これを防止することができた。また、電流注入電極も強磁性絶縁層の上にエピタキシャル成長させることによって、トンネル過程における散乱源の影響を受けずに電子がトンネルすることが分かった。このように、強磁性絶縁層とその両側の電極の界面を制御することで、これまで報告されている中で最も高いTMR比を有するスピンフィルタートンネル接合の作製に成功した。
シュードノット構造を考慮したRNA二次構造分布ダイナミクスのシミュレーション

H30年度は、シュードノットを考慮したRNAエネルギーバリアー予測アルゴリズムについて調査・検討を行った。シュードノットを含まないRNA二次構造に対しては、本研究の前に採択された研究課題においてエネルギーバリアー値を予測可能なアントコロニー最適化(ACO)に基づくRNA折り畳み経路予測アルゴリズムを開発済みである。シュードノットを含まない場合にACOによる手法は従来手法と同等以上の予測精度を示すことを天然のリボスイッチRNA配列を用いて確認済みであり、これをシュードノット構造付きのケースへ発展させることでシュードノットを含むエネルギーバリアー予測の場合においても優れた予測性能を示すことが期待される。ACOは遺伝的アルゴリズム(GA)などのメタヒューリスティクスの一つであり、NP困難な問題に対しても実用的な計算コストで最適解またはそのよい近似解を得ることが期待できる手法である。H30年度は、以下について調査・検討を行った。ACOに基づくRNA折り畳み経路予測アルゴリズムをシュードノットへ対応させるためには、ACOから呼び出されるRNA二次構造の自由エネルギー予測法(シュードノットなしのケースではVienna RNA Packageを利用)を、シュードノット対応の予測法を利用するように変更する必要がある。使用する自由エネルギー予測法が対応できない構造を避けるために、ACOで探索するグラフ構造(ノードが二次構造、エッジが1塩基対の構造変化に対応;それぞれのノードの自由エネルギーが評価される)の生成アルゴリズムを変更し、指定したタイプのシュードノットを含む二次構造のみを生成するアルゴリズムの開発・検討を行った。その実装はH31年度に行う予定である。アルゴリズムの検討に時間を要し、実装・テストまで進めていないため。アルゴリズムの方針は定まったので、その実装・テストを進める。シュードノットを含まない予測からシュードノットを含むアルゴリズムへの変更点の検討に予想以上に時間を要した。そのため、まだアルゴリズムを実装しておらず、実行テストのための計算サーバ購入費用を次年度使用額とした。H31年度に計算サーバの購入を行う。
アドレナリン作動性受容体を介するコリン作動性受容体系反応性の調節機序

ペントバルビタール・ナトリウム(30mg/kg,i.v.)で麻酔したイヌにおいて、以下の知見を得た。1.フェニレフリン(Phe)の静脈内持続投与(infusion,0.3-10μg/kg/min)は、α受容体刺激を介して、持続的かつ用量依存的な昇圧反応を惹起した。2.上記用量範囲の30-120分のPhe infusionは、用量依存的かつ投与時間依存的に静脈内アセチルコリン(ACh)投与に対する降圧反応を抑制した。3μg/kg/minで120分infusionを行った場合、ACh誘発降圧反応の用量反応曲線は、約80倍高濃度側へ平行移動した。3.PheのACh作用に対する抑制効果は持続的であり、3μg/kg/minの場合は、infusion終了120分後にも殆ど回復は見られなかった。なお、血圧はPheのinfusion終了と共に速やかに元に戻った。4.α受容体刺激薬であるメトキサミンやノルエピネフリンでも、同様のACh作用の抑制が認められた。アンジオテンシンIIの場合も、類似の効果が観察された。従って、昇圧の重要性が示唆された。5.Pheのinfusionは、ヒスタミン、ニトロプルシド・ナトリウム、カルバコールおよびメタコリンの降圧作用には影響を与えなかった。6.Phe infusionによるACh作用に対する抑制効果は、コリンエステラーゼ阻害薬処置で殆ど消失し、またAChを左心室内に投与した場合には殆ど観察されなかった。以上の結果より、Phe infusionによって発現するACh誘発降圧反応の抑制には、肺のコリンエステラーゼによるAChの分解促進が関与していることが示唆された。なお、このようなPheの作用は、ラット、モルモット、ウサギでは観察されなかった。イヌの静脈内にアドレナリン作動性alpha受容体(alpha受容体)アゴニストであるフェニレフリン(PHE)を持続注入すると、コリン作動性ムスカリン様受容体(M受容体)を介するアセチルコリン(ACh)の降圧作用が長時間抑制される。この興味深い現象の詳細を明らかにするため、この1年間様々な角度から検討を行ってきた。以下にその概要を記す。1)本現象発現に関する種差について:本現象はイヌでは非常に再現性よく観察されるにも関わらず、ラット、モルモット及び家兎等の齧歯類では観察されず、明確な種差が存在する。2)本現象発現のための条件について:AChに対する反応性低下の程度はPHEの単位時間当り投与量と投与時間の両者に依存し、投与条件によってはAChの反応は数百倍高用量側へシフトする。他のalpha作動薬の持続注入でも同様の現象が観察されるが、アンギオテンシンIIではその程度が小さい。従って、alpha受容体刺激と昇圧の両者が本現象の発現に重要と考えられる。3)M受容体作動薬に対する反応性低下の機序について:(a)コリンエステラーゼに感受性の低いカルバコール及びメタコリンを用いた場合、AChのような著しい反応抑制は認められない。(b)PAE持続投与後のACh反応性の低下は、コリンエステラーゼ阻害薬のネオスチグミン処置で抑制される。(c)本現象は、AChを静脈または右心房に投与した場合に観察されるが、左心房に投与した場合は観察されない。(a)(c)より、肺におけるコリンエステラーゼ活性の上昇が本現象を発現させる主な原因と考えられる。以上のように、本現象のメカニズムのうち、M受容体の側の問題はかなり明らかになってきたが、何故alpha受容体刺激または昇圧がコリンエステラーゼの活性を上昇させるのかという問題が今後の課題として残されている。

ペントバルビタール・ナトリウム(30mg/kg,i.v.)で麻酔したイヌにおいて、以下の知見を得た。1.フェニレフリン(Phe)の静脈内持続投与(infusion,0.3-10μg/kg/min)は、α受容体刺激を介して、持続的かつ用量依存的な昇圧反応を惹起した。2.上記用量範囲の30-120分のPhe infusionは、用量依存的かつ投与時間依存的に静脈内アセチルコリン(ACh)投与に対する降圧反応を制御した。3μg/kg/minで120分infusionを行った場合、ACh誘発降圧反応の用量反応曲線は、約80倍高濃度側へ平行移動した。3.PheのACh作用に対する抑制効果は持続的であり、3μg/kg/minの場合は、infusion終了120分後にも殆ど回復は見られなかった。なお、血圧はPheのinfusion終了と共に速やかに元に戻った。4.α受容体刺激薬であるメトキサミンやノルエピネフリンでも、同様のACh作用の抑制が認められた。アンジオテンシンIIの場合も、類似の効果が観察された。従って、昇圧の重要性が示唆された。5.Pheのinfusionは、ヒスタミン、ニトロプルシド・ナトリウム、カルバコールおよびメタコリンの高圧作用には影響を与えなかった。6.Phe infusionによるACh作用に対する抑制効果は、コリンエステラーゼ阻害薬処置で殆ど消失し、またAChを左心室内に投与した場合には殆ど観察されなかった。以上の結果より、Phe infusionによって発現するACh誘発降圧反応の抑制には、肺のコリンエステラーゼによるAChの分解促進が関与していることが示唆された。なお、このようなPheの作用は、ラット、モルモット、ウサギでは観察されなかった。
冠動脈バイパス術後の慢性期グラフト内膜肥厚の遺伝子治療に関する研究

本研究の目的は冠動脈バイパス術後の静脈グラフトに生じる内膜肥厚を制御することにより,慢性期のグラフト狭搾あるいは閉塞を回避することである.血管内皮細胞の増殖がグラフト内膜の肥厚に大きく関与しており,その機序の解析が必要である.これまで新生血管内皮の内皮細胞は成体では既存する血管内皮細胞にのみ由来すると考えられてきた.しかしながら抹消血中の単核細胞中のわずかに認められるCD34陽性細胞が血管内皮前駆細胞として成体においても血管内皮細胞へ分化する可能性が示唆されており,我々はこの細胞を分離し培養することにより内膜肥厚の機序を解析し,有効な遺伝子治療を考察することとした.1.ヒト末梢血中よりリンパ球比重分離法で単核球成分を分離した後,造血幹細胞と血管内皮前駆細胞に共通の表面抗原であるCD34に対する抗体をコーティングしたビーズを用いて,磁気ビーズ法によりCD34陽性血管内皮前駆細胞を分離した.分離した細胞を血管内皮細胞増殖因子を含む液体培地中で培養した結果,形態学的に内皮細胞への分化が確認された.2.一方,最近は種々のサイトカインが内皮細胞の増殖に関与するとされており,我々は特に利尿ペプチドファミリーの一つであるC-type natriuretic peptideに注目した.このペプチドは内膜の増殖に対し抑制的に働いていると考えられており,冠動脈バイパス術後のその動態は非常に重要であると考えられた.当科において体外循環を用いて施行した冠動脈バイパス術症例では,術前CNP値は全例で測定感度以下であったのに対し,体外循環中および術後CNP値は全例で上昇を認めた.CNPはホメオスタシスの維持にも関与しているためこの結果は慎重に考察する必要があると思われるが,臨床検体でCNPの測定を継続し,CNP以外のアドレノメデュリンやPAMPなどのサイトカインについても検討を行う予定である.今後は血管内皮前駆細胞から内皮細胞への分化を分子生物学的手法を用いて確認した後,CNPをはじめとした種々のサイトカインの前駆細胞とその分化に対する影響を検討し,静脈グラフトの内膜肥厚に対する遺伝子治療のストラテジー獲得する.本研究の目的は冠動脈バイパス術後の静脈グラフトに生じる内膜肥厚を制御することにより,慢性期のグラフト狭搾あるいは閉塞を回避することである.血管内皮細胞の増殖がグラフト内膜の肥厚に大きく関与しており,その機序の解析が必要である.これまで新生血管内皮の内皮細胞は成体では既存する血管内皮細胞にのみ由来すると考えられてきた.しかしながら抹消血中の単核細胞中のわずかに認められるCD34陽性細胞が血管内皮前駆細胞として成体においても血管内皮細胞へ分化する可能性が示唆されており,我々はこの細胞を分離し培養することにより内膜肥厚の機序を解析し,有効な遺伝子治療を考察することとした.1.ヒト末梢血中よりリンパ球比重分離法で単核球成分を分離した後,造血幹細胞と血管内皮前駆細胞に共通の表面抗原であるCD34に対する抗体をコーティングしたビーズを用いて,磁気ビーズ法によりCD34陽性血管内皮前駆細胞を分離した.分離した細胞を血管内皮細胞増殖因子を含む液体培地中で培養した結果,形態学的に内皮細胞への分化が確認された.2.一方,最近は種々のサイトカインが内皮細胞の増殖に関与するとされており,我々は特に利尿ペプチドファミリーの一つであるC-type natriuretic peptideに注目した.このペプチドは内膜の増殖に対し抑制的に働いていると考えられており,冠動脈バイパス術後のその動態は非常に重要であると考えられた.当科において体外循環を用いて施行した冠動脈バイパス術症例では,術前CNP値は全例で測定感度以下であったのに対し,体外循環中および術後CNP値は全例で上昇を認めた.CNPはホメオスタシスの維持にも関与しているためこの結果は慎重に考察する必要があると思われるが,臨床検体でCNPの測定を継続し,CNP以外のアドレノメデュリンやPAMPなどのサイトカインについても検討を行う予定である.今後は血管内皮前駆細胞から内皮細胞への分化を分子生物学的手法を用いて確認した後,CNPをはじめとした種々のサイトカインの前駆細胞とその分化に対する影響を検討し,静脈グラフトの内膜肥厚に対する遺伝子治療のストラテジー獲得する.in-vitro使用したリポソームは,独自作製したカチオニックリポソーム(TMAG:DLPC:DOPE=12:2,及びTMAG:DOPC:DLPE=1:2:2)と,さらにLipofectin,TransITTMLT-1,DMRIE-C,LipofectAMINEで,プラスミドはpCAGGSでマーカー遺伝子lac-Zを使用し,X-gal染色にて導入の確認し検討した。1.ヒト臍帯静脈血管内皮細胞;すべての実験にて導入は確認されなかった。2.ウシ大動脈血管平滑筋細胞;1%以下の効率ではあるが導入が確認できた。しかしその導入効率では,臨床における導入効率は期待できるものではないため,次に3.同じ平滑筋細胞にPHGPxを導入し,G-418によるセレクションにてコロニーを単離しクローン作製を行った。コントロールとともに,作製したクローンのPHGPx活性を調べたが,有意な活性がみられなかった。

4.ラット頚動脈を採取し,静脈内にリポソーム+pCAGGSlac-Z及びpCAGLUC(ルシフェラーゼ法により蛍光活性測定)を注入し,数時間数日のインキュベーション後,組織薄切切片上によるX-gal染色とホモジネート上清の活性測定を行った。しかしすべての方法で導入は確認されなかった。以上本年度は,十分な実績はあげられなかった。現在PCR法などを利用して,遺伝子レベルでの解析も検討中である。(平成9年度設備備品,PCRサーマルサイクラ-,ML型フード付オートカメラ,UVサンプル撮影装置,UVイルミネーター使用)今後さらに,以下の点について重点的に研究を進めていく予定である。5.さらなる導入効率の獲得可能なリポソームを改良する6.頚動脈バイパス術後,ラット尾静脈リポソーム液反復注入による,頚動脈グラフトへの遺伝子導入の可能性の検討7.ラット頚静脈採取後にリポソーム液を注入したグラフトを,ラット頚動脈にバイパスし数日後に導入を検討本研究の目的は冠動脈バイパス術後の静脈グラフトに生じる内膜肥厚を制御することにより,慢性期のグラフト狭窄あるいは閉塞を回避することである.血管内皮細胞の増殖がグラフト内膜の肥厚に大きく関与しており,その機序の解析が必要である.これまで新生血管内皮の内皮細胞は成体では既存する血管内皮細胞にのみ由来すると考えられてきた,しかしながら末梢血中の単核細胞中のわずかに認められるCD34陽性細胞が血管内皮前駆細胞として成体においても血管内皮細胞へ分化する可能性が示唆されており,我々はこの細胞を分離し培養することにより内膜肥厚の機序を解析し,有効な遺伝子治療を考察することとした.1.ヒト末梢血中よりリンパ球比重分離法で単核球成分を分離した後,造血幹細胞と血管内皮前駆細胞に共通の表面抗原であるCD34に対する抗体をコーティングしたビーズを用いて,磁気ビーズ法によりCD34陽性血管内皮前駆細胞を分離した.分離した細胞を血管内皮細胞増殖因子を含む液体培地中で培養した結果,形態学的に内皮細胞への分化が確認された.2.一方,最近は種々のサイトカインが内皮細胞の増殖に関与するとされており,我々は特に利尿ペプチドファミリーの一つであるC-type natriuretic peptideに注目した.このペプチドは内膜の増殖に対し抑制的に働いていると考えられており,冠動脈バイパス術後のその動態は非常に重要であると考えられた.当科において体外循環を用いて施行した冠動脈バイパス術症例では,術前CNP値は全例で測定感度以下であったのに対し,体外循環中および術後CNP値は全例で上昇を認めた.CNPはホメオスタシスの維持にも関与しているためこの結果は慎重に考察する必要があると思われるが,臨床検体でCNPの測定を継続し,CNP以外のアドレノメデュリンやPAMPなどのサイトカインについても検討を行う予定である.今後は血管内皮前駆細胞から内皮細胞への分化を分子生物学的手法を用いて確認した後,CNPをはじめとした種々のサイトカインの前駆細胞とその分化に対する影響を検討し,静脈グラフトの内膜肥厚に対する遺伝子治療のストラテジー獲得する.
胆管癌の浸潤・転移に関する分子病理学的研究:癌細胞の上皮・間葉変換機構に着目して

上皮・間葉変換機構(epithelial-mesenchymal transition,EMT)は癌の浸潤・転移に深く関与している。本研究は胆管癌の浸潤・転移におけるEMTの関与を明らかにすることを目的とした。培養胆管癌細胞と胆管癌の外科的切除材料を用いた検討により、胆管癌の浸潤・転移にはtransforming growthfactor-・1とSnailを介した癌細胞のEMTが深く関与しており、予後不良の難治性癌である胆管癌の増悪因子であることが示された。本年度は,胆管癌の浸潤・転移における上皮・間葉変換機構(epithelial-mesenchymal transition, EMT)の関与を明らかにすることを目的とし,培養胆管癌細胞(CCKS-1, TFK-1)および胆管癌症例の外科的切除材料を用いた病理組織学的検討を行った.培養胆管癌細胞(CCKS-1, TFK-1)にEMTの誘導分子であるTGF-β1を作用させると,上皮系マーカー(E-cadherin, CK19)の発現が低下,間葉系マーカー(S100A4, vimentin)の発現が誘導され,EMT関連の転写因子であるSnailも癌細胞の核においてその発現が誘導された.さらに,細胞浸潤能はTGF-β1の作用により有意に亢進した.これらの変化は,可溶性TGF-βtype IIレセプターを用いたTGF-β1のシグナル伝達ブロッキングにより抑制されたが,TGF-β1のSmad経路の阻害効果を有するBMP-7では抑制されなかった.胆管癌の外科的切除材料を用いた免疫染色による検討では,癌細胞がSnailの発現を示す症例はCK19の発現が低下,vimentinの発現が亢進していた.さらに,免疫染色でSnailが陽性を示す胆管癌症例は陰性症例より有意に予後不良であった.以上の結果から,胆管癌の浸潤・転移にはTGF-β1とSnailを介した癌細胞のEMTが深く関与していることが示され,胆管癌においてTGF-β1のシグナリングをブロックすることが,癌の進展を抑制する前能性があることが示唆された.来年度は,胆管癌のEMTにおけるTGF-β1の細胞内シグナリング経路をさらに詳細に検討する予定である.胆管癌の浸潤・転移における上皮・間葉変換機構(epithelial-mesenchymal transition, EMT)の関与を明らかにすることを目的とし,昨年度は培養胆管癌細胞(CCKS-1,TFK-1)と胆管癌の外科的切除材料を用いた検討を行った.本年度はこれまでの検討で得られた成績に基づき,胆管癌細胞(CCKS-1)をヌードマウスに移植したxenograft modelによる解析を行った.CCKS-1をヌードマウスの腹腔内に移植後,3週間目に開腹すると,肉眼的にも観察可能な腹膜播種結節が散在性に認められた.CCKS-1を移植後,リコンビナントTGF-β1(200ng)を連日,腹腔内投与したところ,腹膜にびまん性の播種巣が形成され,腹膜播種は悪化した.TGF-β1投与と同時にリコンビナント可溶性TGF-βtype IIレセプター(4μg)を投与すると,TGF-β1による腹膜播種の増悪は改善した.播種した癌組織からホルマリン固定パラフィン包埋切片を作製し,免疫染色による検討を行った結果,TGF-β1投与により癌細胞でのCK19の発現低下,vimentinとSnailの発現増強がみられ,癌細胞はEMTの形質を示した.これら形質の変化は可溶性TGF-βtype IIの同時投与により抑制された.以上の結果から,胆管癌の浸潤・転移にはTGF-β1とSnailを介した癌細胞のEMTが深く関与していることが示され,胆管癌においてTGF-β1のシグナリングをブロックすることが,癌の進展を抑制しうる可能性が示唆された.
カントの認識論と知覚経験の哲学

平成15年度の研究ではつぎの二つのことが取り組まれた。1.『純粋理性批判』第二版「カテゴリーの超越論的演繹」における論証構造の解明。2.知覚経験の志向性に関するJ.マクダウェルの議論の批判的検討。1については、論文「カントの経験理論における統覚の役割-第二版「演繹」の論証構造をめぐって」を日本哲学会に提出した。(現在、当論文に関しては再審査のための修正をおこなっている。)本論文では、合理性という規範的概念と統覚との関係に定位することでのみ、「演繹」の基礎をなす統覚の超越論的統一という概念が理解可能なものとなることを示したうえで、第二版「演繹」における「二段階証明」の背景に時空的統一と超越論的統一との同種性というカントの思想が控えていることを明らかにした。2については、マクダウェルに強い影響を与えているデイヴィドソン哲学の検討を合わせることで、マクダウェルの経験主義がはらむ問題を明らかにした。この研究は、マクダウェルとデイヴィドソン両者における概念的内容という考えの中心性という観点から、前者の経験概念に見られる揺らぎを指摘するものである。また、1,2両者にまたがる研究活動としては、近年の解釈学とマクダウェル哲学の相互影響関係、および解釈学的カント研究の調査をドイツ・フライブルク大学においておこなった。平成14年度の研究ではつぎの二つのことが取り組まれた。1,『純粋理性批判』「カテゴリーの超越論的演繹」における論証構造の解明2,知覚経験の志向性に関するW.セラーズ、J.マクダウェルの議論の批判的検討1については、その成果の一部を、日本哲学会第61回大会(於九州大学)において口頭発表「自己知と合理性-超越論的演繹における統覚の役割-」として報告した。この報告では、自由や合理性などの規範的概念とある種の自己知としての統覚との関係に定位することでのみ、「演繹」の基礎をなす統覚の超越論的統一という概念が理解可能なものとなることを示した。その後、第二版「演繹」における「二段階証明」の問題とこの成果を関連づけることを試みた結果、カントが経験的世界の時空的統一と超越論的統一との間の同種性を論じていることが明らかとなった。現在、この解釈は論文「超越論的演繹における経験の客観性の問題」としてまとまりつつある。2に関しては、セラーズ哲学における知覚経験の位置づけの明確化を通じて、Mind and World以来マクダウェルが提唱している超越論的経験主義の可能性をセラーズ自身のうちにも確認することができた。他方で、言語哲学、存在論の領域での両者の対立が、志向性のとらえ方に関して決定的な相違をもたらしていることも明らかとなった。現在は、セラーズの科学的実在論とマクダウェルの常識的実在論を対比することで、この相違にみるべき哲学的論点を取り出すことに専念している。
成長円錐内シグナル伝達過程のシステム生物学的解析

神経成長円錐内の細胞内シグナル伝達を解析するための蛍光イメージング手法と計算機シミュレーション法を新規に開発し、以下のような成果を得た。(1)蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)型センサーを用いることによりcAMP, cGMP,カルシウムイオン濃度を同時計測する新規な手法の開発に成功した。運動時の成長円錐内セカンドメッセンジャー濃度の局所変化を計測し、運動との関係を明らかにした。(2)成長円錐内のセカンドメッセンジャー濃度変化をシミュレートすることに成功した。また成長円錐の形状と外部環境を二次元格子上に定義し、各々の格子点における微小時間でのセカンドメッセンジャー濃度変化を算出するシミュレータを実装した。成長円錐内のセカンドメッセンジャー(カルシウム、cAMP cGMP)間のクロストークを実験的に明らかにするとともに、それらの知見を統合して理解するための計算機シミュレーション基盤を整備するための研究を進めた。細胞内の複数のセカンドメッセンジャーを可視化する方法として、複数の蛍光共鳴エネルギー移動型センサーを単一細胞に導入し、それらを同時イメージングする技術の開発に成功した。この方法では単一波長で励起した2種類のセンサータンパク質からの4種類の蛍光を同時取得するために至適なセンサータンパク質と光学系の開発を進め、心筋細胞でのカルシウムおよびcAMPの同時計測に世界で初めて成功した。また従来より10倍程度高感度な新規cGMPセンサーを作製することもできた。また単一細胞から同時に3種類のセカンドメッセンジャーを可視化する方法についても研究を進め、Hela細胞からカルシウム、cAMP,cGMP濃度の同時計測に成功した。この研究では世界最短波長のcGMPセンサーも開発した。モデル研究としては、従来研究を網羅的に調べることにより、カルシウム、cAMP,cGMPの定量的モデル作りを進め、実際に成長円錐内での濃度をシミュレーションすることができることを確かめた。また成長円錐のかじ取り方向を決める要因として、局所でのカルシウム濃度上昇を把握することが重要であることを見出し、細胞内からカルシウム動員を行うことが知られているオルガネラの細胞内配置について研究を今後進めることとした。このような研究には特定オルガネラ発現する蛍光マーカータンパク質と細胞内カルシウム動員を同時可視化することが今後必要となる。神経成長円錐中のセカンドメッセンジャーは、成長円錐の伸展と反発を制御する重要な因子であるものの、それらを直背計測した例はない。従来成長円錐内のcAMP/cGMP濃度比が成長円錐制御に重要であることが報告されているものの、成長円錐伸展を制御すると考えられている細胞内カルシウム濃度変化および細胞骨格系との関係については不明な点が多い。本研究では神経成長円錐の運動制御を司るこれらセカンドメッセンジャーおよび細胞骨格分子について蛍光イメージング法と計算機シミュレーションによって明らかにすることを進めている。現在までに成長円錐内でcAMP,cGMP,Caを個別に計測する方法を確立した。また細胞骨格を形成しているアクチンとアクチンに結合することによりアクチンフィラメントの重合と脱重合を制御しているコフィリン分子を神経突起中で同時可視化することに成功した。また昨年度の成果である常微分方程式を基本とした成長円錐モデルに、空間情報を与える拡張を行った。成長円錐のある平面を正方格子に分解し、各格子ごとにcAMP,cGMPなどの濃度情報を格納させ、アクチン骨格の格子ごとの伸張(格子内アクチン濃度の上昇する)、縮退(格子内アクチン濃度の減少)を決定した。また刺激の方向性を決めるパラメータαを設定し、刺激に方向がない場合を完全なランダムウォーク、一方向から刺激が来る場合を直線移動として表現した。格子平面全体で見た時、周辺格子とのつながりで、成長円錐各部位の軌跡が解析可能となる。turningの指標には、一方向からの刺激に対する直線を基準に、直線から最大の距離を持つアクチン骨格軌跡上の点で近似直線を分割する操作を繰り返し、分割後の直線が元の直線に対して持つ角度でturningの方向を定量化した。近年成長円錐のガイダンスメカニズムについて種々の細胞内セカンドメッセンジャーの相互作用が重要であることが指摘されてきており、特にcAMP/cGMP濃度比により細胞内カルシウム動員の違いに着目した研究が進められてきているが、これらセカンドメッセンジャー間のクロストークについて調べた研究は少ない。そこで本研究では当研究室で開発してきた複数のセカンドメッセンジャーを同時可視化する方法を成長円錐に適用することを試み、細胞骨格系制御との関係を調べた。成長円錐内セカンドメッセンジャーを個別に可視化することにも成功した。計測は共焦点レーザー顕微鏡、近接場顕微鏡、通常の蛍光顕微鏡を併用して行ったが、通常観察を行っている画像取得間隔、励起光強度では30分以上の成長円錐の動態観察は困難であり、特に活発に活動していた成長円錐が萎縮・退縮することが頻繁に見られた。そこで励起光強度を絞り、また画像取得間隔を種々変えて観察条件を調べてみたが、適切な条件を見出すことが難しかった。

そこで蛍光顕微鏡光源を通常のハロゲンランプからLED光源に変更し、励起光強度をファインに調整することにより、1時間弱の間伸展している成長円錐の細胞内カルシウムイオン、cAMP,cGMP濃度計測に成功した。また2種類のFRET型蛍光タンパク質の神経細胞内導入を進めており、特に運動性が高いグリア細胞については形態変化が激しい成長円錐先端部位において、画像解析(輪郭抽出、アファイン変換、光ムラ修正、線形蛍光輝度分離)を行うことにより、cAMPとcGMP濃度の同時計測に世界で初めて成功した。これにより細胞周囲と中心部に向かってのこれらのサイクリックヌクレオチド濃度変化を経時的に調査することができた。また神経線維部位におけるアクチン骨格の重合・脱重合が拡散律速支配を受けていることも明らかにできた。
サイト選択性・立体選択性の精密制御を指向した合理的触媒開発

医薬品や機能性材料などの有用物質を合成する際には、合成経路の終盤に近づくほど多くの官能基や置換基が存在する中で、望みの反応部位に対して選択的に反応させる必要がある。このような多官能性・多置換性の複雑化合物を立体選択的かつ効率的に合成することは、合成化学分野における重要な課題の一つである。本研究では、一般に基質由来の反応性の違いに支配されることが多い反応部位の選択性(サイト選択性)を立体選択性とも併せて制御することが可能な分子触媒を開発する。具体的には、多彩な反応性を示す金属触媒部位と分子認識能を有する有機分子触媒部位を融合することにより、「立体選択的・サイト選択的分子触媒」を実現する。
好中球血管外遊走における血管内皮細胞内情報伝達に関する研究

敗血症などに続発するALIを中心とした肺障害は依然救命率の低い疾患であり,これらの病因は急性炎症がその本体であることが明らかになってきた.急性炎症における好中球の炎症部位への浸潤のうち炎症反応のcritical stepともいえるtransmigrationに関して我々はin vitroの系を使って好中球血管外遊走時の血管内皮細胞機能を検討しており,好中球血管外遊走の際に血管内皮細胞の細胞骨格を構成するmyosin light chain(MLC)がリン酸化され,このリン酸化を行う酵素myosin light chain kinase(MLCK)の抑制剤で血管内皮細胞を前処置すると好中球血管外遊走が抑制されることを報告し(H.Saito, J.Immunol.161:1533-1540,1998)Calcium依存性MLCリン酸化経路が好中球血管外遊走に関与することを見いだした.敗血症などに続発するALIを中心とした肺障害は依然救命率の低い疾患であり,これらの病因は急性炎症がその本体であることが明らかになってきた.急性炎症における好中球の炎症部位への浸潤のうち炎症反応のcritical stepともいえるtransmigrationに関して我々はin vitroの系を使って好中球血管外遊走時の血管内皮細胞機能を検討しており,好中球血管外遊走の際に血管内皮細胞の細胞骨格を構成するmyosin light chain(MLC)がリン酸化され,このリン酸化を行う酵素myosin light chain kinase(MLCK)の抑制剤で血管内皮細胞を前処置すると好中球血管外遊走が抑制されることを報告し(H.Saito, J.Immunol.161:1533-1540,1998)Calcium依存性MLCリン酸化経路が好中球血管外遊走に関与することを見いだした.背景、目的:急性炎症における好中球の炎症部位浸潤については血管内皮細胞へのrolling, adhesion, transmigrationといった過程が存在することが知られている.HUVEC及びpolycarbonate membrane chamberによる血管外遊走モデルを用い,血管内皮細胞の能動的機能からみた好中球血管外遊走、特にRho, Rho kinaseを介した経路およびfocal adhesionについて解析した.結果:transmigration assayにおいて、好中球の血管内皮細胞下への遊走、その際の血管内皮細胞内F-actin, Myosin IIの活性化、血管内皮細胞内MLCリン酸化が確認された.また血管内皮細胞のみの各抑制剤前処置によって,好中球の血管内皮細胞下への遊走、血管内皮細胞内F-actin, Myosin IIの活性化、血管内皮細胞内MLCリン酸化が有意に抑制された.結語:血管内皮細胞内Rho, Rho kinaseを介した情報伝達経路は好中球血管外遊走において重要な役割を担っていると考えられた.背景、目的:急性炎症における好中球の炎症部位浸潤についてはtransmigrationがkey stepであることが知られている.HUVEC及びpolycarbonate membrane chamberによる血管外遊走モデルを用い,血管内皮細胞の能動的機能からみた好中球血管外遊走、特にRho, Rho kinaseを介したFocal adhesion(FA),特にPaxillinのtyrosinリン酸化に関する経路について解析した.結果:transmigration assayにおいて、好中球の血管内皮細胞下への遊走、その際の血管内皮細胞内F-actin, Myosin IIの活性化、血管内皮細胞内MLCリン酸化が確認された.また血管内皮細胞のみの各抑制剤前処置によって,好中球の血管内皮細胞下への遊走、血管内皮細胞内F-actin, Myosin IIの活性化、血管内皮細胞内MLCリン酸化が有意に抑制された.一方で血管内皮細胞のThrombin刺激により、stress fiberが形成され、その先端へのPaxillinのrearrangement、およびtyrosineリン酸化が生じるが、RhoやRho kinase inhibitor前処置で、それらの変化が抑制された.またpreliminaryであるが好中球遊走の際にFAリン酸化も生じ、Rho,Rho kinase inhibitor前処置により抑制された.結語:血管内皮細胞内Rho, Rho kinaseを介した情報伝達経路はFAリン酸化も介し好中球血管外遊走において重要な役割を担っていると考えられた.平成14年度に得られた以上の結果でRho, Rho kinaseを介した新しい好中球血管外遊走の情報伝達経路に関しては論文として発表した(J. Leuko. Biol. 72:829-836,2002)。また今後FAの関与を強調するためにはFA単独の抑制実験がさらに必要と思われ、FAリン酸化に関する研究は追加実験後、次年度以降に報告予定である.
高エネルギー粒子線照射下での損傷組織と強度の相関関係式の構築

1.溶質原子の強度因子への影響前年度において,林転位の強度因子α_dが,試験温度と固溶炭素量の影響を受けやすいことを指摘し,本年度は溶体化処理したモデル合金を用いて上記を定量的に評価した.一軸歪を導入し林転位の密度を変えたサンプルの降伏応力および転位密度から, α_dは固溶尿素量と試験温度に依存し, α_d (T, C)と表記できることを明らかにした.これは,林転位として存在する拡張転位が炭素雰囲気に固着され,炭素濃度が高い場合には転位の収縮に多くのエネルギーが必要なためである.2.熱時効材熱時効したサンプルについて, 500°C時効では硬度は増加,降伏応力は減少し, 700°C時効では硬度・降伏応力とも減少した.これは中性子照射材とほぼ同様の傾向であった.700°C時効材での軟化は,主に転位の回復によるものであり,大きな析出物の強度への影響は小さいものと推察した.3.酸化物分散強化型316鋼酸化物は平均径10nmほどで大半が陰イオン欠損型蛍石構造のY_2Hf_2O_7であり,その分散状態は不均一であった.結晶粒径は平均1μmほどで,通常の溶体化処理316鋼に比べ非常に小さく,強度増加分のうち80%は結晶粒微細化によるものであった.これは,酸化物の分散が不均一であるために有効粒子間距離が大きく,みかけの強度因子が小さくなったものであり(0.08-0.1程度),均一分散の重要性を指摘した.4.妥当性検討と統合モデル組織-強度相関についてはオロワンの式が有用であり,強度因子αついては障害物の種類ごとに詳細に理解することが重要で,特に林転位では温度と固溶炭素濃度に影響されることを明らかにした.前年度結果を含む機械特性のスケール相関では,基本的に線形関係として問題はないが,一部特殊な場合(結晶粒が小さい場合,イオン照射材に代表されるような硬さの深さ依存が存在する場合,など)は適用できないことを示した.(抄録なし)1、オーステナイト316鋼において、転位組織と降伏強度・硬さが線形の相関関係にあることを明らかにし、不純物(カーボン)濃度および温度が相関関係に及ぼす影響を、傾きから得られる強度因子αによって整理した。その結果、特に高温(500-700°C)では不純物濃度と強度因子αとに密接な関係があることが分かった。具体的には不純物濃度が低い場合、αは小さくなる傾向がみられた。したがってこの知見を中性子照射された材料に適用すると、照射に伴う炭化物などの析出によって引き起こされる母相の溶質原子濃度変化が、転位の強度因子を低下させ、照射脆化を招くと説明することができる。2、ナノインデンテーション試験および押込みにより形成された圧痕の断面組織観察により、微小スケールでの硬さと組織変化の関係について検討した。イオン照射された材料に対する硬さ評価では、アプローチとして基板上の薄膜硬さ評価の手法・知見を取り入れた。その結果、押込みによる変形がイオン照射を受けた薄膜領域にとどまる場合とさらに深くまで到達する場合とで、得られる硬さには明確な差がみられたことから、押込み変形領域と硬さに密接な関係があることが明らかとなった。さらに、イオン照射層内に存在すると考えられる硬さ勾配について、従来は一度の押込みで勾配を貫通する形で測定していたが、今回FIBを用いたセクショニングにより数層に分割して硬さ測定し、各層のローカル硬さと各層の変形領域体積率の積の合計が貫通押込み硬さと等しいとおくことで、ローカル硬さを求めることに成功した。この知見により、イオン照射材硬さ評価で問題となっていた硬さ勾配効果を補正できる可能性が示された。3、米国オークリッジ国立研究所にて中性子照射材の組織観察と強度データを取得し、次年度に予定する解析の準備が整った。1.溶質原子の強度因子への影響前年度において,林転位の強度因子α_dが,試験温度と固溶炭素量の影響を受けやすいことを指摘し,本年度は溶体化処理したモデル合金を用いて上記を定量的に評価した.一軸歪を導入し林転位の密度を変えたサンプルの降伏応力および転位密度から, α_dは固溶尿素量と試験温度に依存し, α_d (T, C)と表記できることを明らかにした.これは,林転位として存在する拡張転位が炭素雰囲気に固着され,炭素濃度が高い場合には転位の収縮に多くのエネルギーが必要なためである.2.熱時効材熱時効したサンプルについて, 500°C時効では硬度は増加,降伏応力は減少し, 700°C時効では硬度・降伏応力とも減少した.これは中性子照射材とほぼ同様の傾向であった.700°C時効材での軟化は,主に転位の回復によるものであり,大きな析出物の強度への影響は小さいものと推察した.3.酸化物分散強化型316鋼酸化物は平均径10nmほどで大半が陰イオン欠損型蛍石構造のY_2Hf_2O_7であり,その分散状態は不均一であった.結晶粒径は平均1μmほどで,通常の溶体化処理316鋼に比べ非常に小さく,強度増加分のうち80%は結晶粒微細化によるものであった.

これは,酸化物の分散が不均一であるために有効粒子間距離が大きく,みかけの強度因子が小さくなったものであり(0.08-0.1程度),均一分散の重要性を指摘した.4.妥当性検討と統合モデル組織-強度相関についてはオロワンの式が有用であり,強度因子αついては障害物の種類ごとに詳細に理解することが重要で,特に林転位では温度と固溶炭素濃度に影響されることを明らかにした.前年度結果を含む機械特性のスケール相関では,基本的に線形関係として問題はないが,一部特殊な場合(結晶粒が小さい場合,イオン照射材に代表されるような硬さの深さ依存が存在する場合,など)は適用できないことを示した.イオン照射材の硬さ評価について、従来困難とされていた硬さ勾配の影響を、補正により高精度に評価できる見通しが立った。転位組織と強度の相関に及ぼす溶質原子および温度の影響について、溶質原子種・濃度を含め幅広く体系的に精査する必要がある。(抄録なし)