hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
失語症発症で戸惑う患者の気持ちの様相と看護ケアの探索的研究

本年度は、急性期失語症患者と家族に対する心理ケアガイドの完成を目標に、ガイド案に対しインタビューを精錬した。研究方法は文献検討やインタビュー調査をもとに作成したケアガイド案に対してインタビュー調査を行い、内容妥当性を検証した。対象者は、脳障害で失語症経験があり現在回復しているサバイバー、言語聴覚士、臨床看護師、リエゾン精神看護師又は臨床心理士、計10名程度であった。結果として、看護ケアガイドはB5サイズの冊子形態とし、内容は「1.冊子の目的、2.患者心理とその対応、3.家族心理とその対応」の3章で構成した。病棟で容易に読め、理解できるよう字を大きく挿絵を多く採用した。具体的な内容として、患者の心理とその対応として、発症直後「何がなんだか分からない」と混乱する患者に、看護師は意思やペースを尊重し、言葉は分からなくても声掛けを工夫し温厚誠実な態度で接する、失語症状に直面し「自分では何もできないという無力感」や苛立ち、悲しみを感じる時は看護師が寄り添う姿勢を非言語的に伝える、家族心理とその対等としては「言葉が話せないことを知ったショック」と「感情を分かり合えないストレス」から徐々に「回復に対する見通しのない不安」と「回復に対する諦めきれない思い」が入り混じるため、その一喜一憂を傾聴し気持ちを話せる場所を提供する等とした。インタビューでは読み易さ、文章表現の分かりづらさ等が意見に挙がり修正を行い、完成とした。今後、このケアガイドで介入研究を行い、効果を検証していくことが課題である。本研究は、失語症発症直後の患者心理とコミュニケーション障害を支援する看護ケアガイドの作成と評価に先立ち、失語症発症で戸惑う患者の気持ちの様相を分析し、それに対応する看護ケアガイドのアウトライン抽出を行うことを目的としている3年間の研究である。平成27年度は、当初は、1インタビューガイド作成のためのフォーカスインタビュー、2特別会話技術を用いたインタビューガイド作成とインタビューアー育成を行うための研究計画を立案していた。1インタビューガイド作成のためのフォーカスインタビューを行う前の前情報として、国内外の文献検討を研究的に行い、それをもとにフォーカスインタビューとインタビューガイド作成をすることが望ましいとの分担、連携、海外共同研究者の意見から、国内外の文献検討を行った。文献検討では、検索の結果、国内文献は、図書、論文、学会抄録などを含めて計29件、外国文献では計19件を認た。これらの文献を熟読し、失語症発症間もない急性期患者と家族の気持ちデータを抽出し、カテゴリー化を行った。結果、患者の気持ちは、発症直後に「何だか分からないという感覚」、「何とかなるという悲壮感の欠如」が現れ、その後は「日常が閉ざされたことでの強い不安」、「話せないこと、読めないこと、出来ないことに直面した苛立ち」、「自分では何もできないという気持ち」、が入り交じり、次には「予期できない現実へのショックと混乱」、「なぜ言えないのか、通じないのかという疑問」が現れ、発症1週間後からのデータでは、軽症の失語症患者には「失語症の自覚による落胆」が現れ、重症失語症患者には、「失語症への自覚がないことによる深刻さの欠如」があると分析できた。これらのデータをインタビューガイド作成のためのフォーカスインタビューのための研究計画書の一情報として、計画書を作成した。本年度は、1インタビューガイド作成のためのフォーカスインタビュー、2特別会話技術を用いたインタビューガイド作成とインタビューアー育成を行うための研究計画を立案していたが、国内外の文献検討の研究が加わり、計画を1文献検討、2インタビューガイド作成のためのフォーカスインタビューの実施をしていたが、1文献検討の国外文献数が多かったことから、文献検討に時間を要することになった。従って、フォーカスインタビューの研究計画書作成までの作業でとどまり、研究倫理審査委員会での承認、研究の実施までには至らなかった。2016年度は、前年度に行った文献検討の内容をカテゴリー化し、関連図を作成した。その研究結果を海外の学会で発表するために抄録の作成を行い演題登録を行った。採択の通知がきたことから2017年度に学会発表の予定となっている。さらに、急性期病院の言語聴覚士から失語症発症時の患者の反応をフォーカスインタビューし、インタビューガイドを作成する予定であり、その研究計画書を作成し倫理委員会の承認待ちである。次の研究として、このフォーカスインタビューの内容と文献検討の内容をもとに連携/協力研究者と共に特別会話技術を用いた院タブーガイドを作成し、インタビューアーの訓練を行い、失語症発症間もない患者を対象に参加観察を行い、現象額的手法にてデータ収集、分析を行う予定である。当初予定していなかった文献検討の必要性を感じ、研究として文献検討を加えて進めていった点にある。またフォーカスインタビューのための研究計画書作成と倫理委員会での承認に時間を要した点にある。本年度は、(1)急性期失語症者の気持ちの様相を国内外の文献から検討を行い、学会発表および論文投稿を行った。さらに(2)失語症者をもつ家族の気持ちも文献検討を行い、まとめ学会発表を行った。学会発表は、国際学会で発表したことから、国外での研究者から知見と協力依頼を得ることができ、国際的に研究ができる可能性を得ることができた。次の段階として、(3)失語症者からの直接の気持ちをデータ収集し、看護ケアの構築をしていく予定であるが、失語症者からの気持ちを収集するための特殊会話技術を取得している言語聴覚士との研究内容での合意に時間がかかり、データ収集にまで至らなかった。

現在は言語聴覚士の意見を聞きながら、データ収集方法を再検討しながら研究計画書の作成中である。一方で、現象学的に急性期失語症者を観察し、気持ちの様相を探求する方法を模索しており、前述した(3)言語聴覚士による特殊会話支援技術による急性期失語症者へのインタビュー、と(4)急性期失語症者への現象学的手法による気持ちの様相の観察的研究の両方で、患者の気持ちの様相を分析し、それに基づいた看護ケアの構築を行う予定としている。(4)現象学的手法を用いた観察研究は、文献検討での結果から、回復した失語症患者から急性期の気持ちを想起してもらいインタビューで気持ちを尋ねていく方法は、時間経過した中での気持ちしか分からないこと、言葉では言い切れない気持ちの様相をつかみ取れないこと、言葉をカテゴリー化するだけでは細かい気持ちの内容を概要化してしまい、如実に表現できないことが分かり、現象学的手法も含めることとした。現在、(2)現象学的手法による観察研究の研究計画書の作成も行っており、次年度に参加観察を実施予定となっている。前述のとおり、失語症者からの直接の気持ちをデータ収集し、看護ケアの構築をしていく予定であるが、失語症者からの気持ちを収集するための特殊会話技術を取得している言語聴覚士との研究内容での合意に時間がかかり、データ収集にまで至らなかった。本年度は、急性期失語症患者と家族に対する心理ケアガイドの完成を目標に、ガイド案に対しインタビューを精錬した。研究方法は文献検討やインタビュー調査をもとに作成したケアガイド案に対してインタビュー調査を行い、内容妥当性を検証した。対象者は、脳障害で失語症経験があり現在回復しているサバイバー、言語聴覚士、臨床看護師、リエゾン精神看護師又は臨床心理士、計10名程度であった。結果として、看護ケアガイドはB5サイズの冊子形態とし、内容は「1.冊子の目的、2.患者心理とその対応、3.家族心理とその対応」の3章で構成した。病棟で容易に読め、理解できるよう字を大きく挿絵を多く採用した。具体的な内容として、患者の心理とその対応として、発症直後「何がなんだか分からない」と混乱する患者に、看護師は意思やペースを尊重し、言葉は分からなくても声掛けを工夫し温厚誠実な態度で接する、失語症状に直面し「自分では何もできないという無力感」や苛立ち、悲しみを感じる時は看護師が寄り添う姿勢を非言語的に伝える、家族心理とその対等としては「言葉が話せないことを知ったショック」と「感情を分かり合えないストレス」から徐々に「回復に対する見通しのない不安」と「回復に対する諦めきれない思い」が入り混じるため、その一喜一憂を傾聴し気持ちを話せる場所を提供する等とした。インタビューでは読み易さ、文章表現の分かりづらさ等が意見に挙がり修正を行い、完成とした。今後、このケアガイドで介入研究を行い、効果を検証していくことが課題である。平成28年度は、1インタビューガイド作成のためのフォーカスインタビュー、2特別会話技術を用いたインタビューガイド作成とインタビューアー育成を行う計画としている。
強相関系における非線形・非平衡現象および新奇物性の理論的研究

強相関系とは、電子間に強いクーロン相互作用がはたらく物質の総称であり、遷移金属化合物、有機π電子錯体などの物質群が属する。これらの強相関系は、興味深い伝導性や磁性を示すことから、近年、活発な研究がなされてきた。特に最近一次元モット絶縁体の非線形伝導、非線型光応答に関する興味深い実験が最近数多く報告されるようになつた。特に、本研究では、Taguchi et al. (Phys.Rev.B 62)による一次元銅酸化物の非線形I-V特性の計測および、しきい値を越える巨大電場の下での絶縁破壊現象に注目し理論的研究を行った。1930年代にZenerによって提案され、バンド絶縁体の絶縁破壊を理解する上で重要な役割を果たした量子トンネル効果(Zener tunneling)に注目し、Zener理論のモット絶縁体への拡張を行った。その結果、多体準位間のLandau-Zener遷移によって絶縁破壊が良く説明できることを示した。また、その過程で、電場下のモット絶縁体ではバンド絶縁体とは異なる、多体電子系特有の現象が起きることが明らかになった。一例として、電子間相互作用が引き起こす緩和現象が挙げられる。このため、一度トンネル効果で励起した電子が周囲の電子と散乱することにより局在化し、電気伝導に寄与しなくなるという絶縁破壊の抑制効果が引き起こされる。この局在現象は、エネルギー空間上で考察するとアンダーソン局在と類似の量子干渉効果の帰結と、とらえられることが分かった。この研究成果はPhysical Review Letter誌(2005年3月)において出版予定である。
アホウドリの高解像度飛行データを用いたダイナミックソアリング飛行戦略の解明

本研究では、アホウドリ類を対象として、ダイナミックソアリングと呼ばれる省エネルギーの滑空飛行法のメカニズムの解明を目標とした。ダイナミックソアリングとは、海上の風速勾配を利用して、羽ばたくことなく持続的に滑空飛行する飛行様式である。実際にダイナミックソアリングを行うアホウドリ類の飛行データを得るために、野外調査を実施した。2019年1月4月にかけて、亜南極域クロゼ島で繁殖する世界最大の飛ぶ鳥であるワタリアホウドリに、3軸加速度、3軸角速度、GPS(位置と速度)、気圧を高解像度で記録できる装置を合計20台装着し、回収した。得られたデータから、状態空間モデルを用いて、アホウドリの3次元的な飛行経路や姿勢の変化を計算した。実データと比較するために、理論的なダイナミックソアリングによる飛行方法を数値計算によって求めた。滑空する鳥をグライダーに近似し、運動方程式に基づいた最適制御問題を解くことで、与えられた風速勾配のもとで理論的に最もエネルギー効率の良い飛び方を求めた。実際の海上では波や突風などによって時々刻々と風環境が変わると考えられる。風速勾配の形状を変化させると、それに応じて理論的に最適な飛行経路、姿勢の変化なども変わることがわかった。次年度は、アホウドリの3次元的な飛行経路や姿勢を飛行モデルと比較することで、エネルギー獲得メカニズムや異なる風環境に応じたアホウドリのダイナミックソアリングによる飛行戦略を研究する計画だったが、初年度で中断した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
指数積公式の数理とその応用

指数積型の演算子の高次分解は高精度が要求される数値計算において重要だが、従来の方法では必ず負の係数が混ざってしまい、この部分が深刻な負符号問題を発生させるため、量子モンテカルロ法への応用は困難だった。鈴木は、分解後の演算子の空間を演算子間の交換関係まで含むものに広げると、この困難は解消できることを示した(論文1)。また、鈴木は坪井と共に、一般的な高次分解の係数をLyndon wordを用いて系統的に決める方法を開発した(論文2)。さらに鈴木は、交換関係を生成する超演算子を解析的に扱った新しい数学「量子解析」を構成した(Commun.Math.Phys.,Int.J.Mod.Phys.B,J.Math.Phys.に投稿中)。この枠組においては指数演算子があらゆる非可換な演算子を扱う際の基礎になっており、これを用いると、従来知られている指数積公式は簡単に導出できる。指数積公式の量子モンテカルロ法への応用として、羽田野は、不純物ポテンシャル中のボゾンハバ-ドモデルの基底状態相図の構造を議論した(論文3)。任意次元で相図は同じ構造を持ち、特に密度を固定して斥力の大きさを変えるとリエントラント転移が起こることを示した。川島はGubernatisらと共に、古典スピン系のモンテカルロ計算では非常に有効とされるクラスターアルゴリズムを量子スピン系に拡張し、量子スピン系などへの応用を行ってきたが、その基礎的な側面(Fortuin-Kasteleyn変換の非可換演算子への拡張)を数学的に定式化した(論文4)。また、羽田野・鈴木は小林・寺井と共に、準安定状態にある微粒子における量子ゆらぎによる緩和の様子を、スピン-ボゾンモデルのシュレディンガー方程式を指数積公式を用いて数値的に解いて議論した(論文5)。スピンと結合したボゾン(微粒子中のフォノン)の数を増やしていくにつれてスピンの磁化の振幅は大きくなり、系は安定状態に到達できるようになる。
多重破断現象を利用した複合材料の界面及びその近傍の力学的挙動の解析

複合材料の変形・破壊挙動の解明には界面及びその近傍の力学的挙動をできるかぎり定量的に把握する必要がある。しかしながら界面の持つ多用性とその影響の複雑さのために、小数の特定の性質に関連した界面挙動を除いては未だ明らかになったとは言えない。本研究では、複合材料でしばしば観察される、より低歪で破断する構成材の多重破断現象に着目し、この現象を利用して界面の力学的挙動を明らかにすることを目的として実験、解析、モンテカルロシミュレーションを行い、多くの興味ある成果をあげることができた。主な結果は以下のように要約される。航空機用材料として用いられている積層型炭素繊維強化エポキシ複合材料では0/90/0タイプ中の90°プライの多重破断現象は界面の応力伝達を介して生じる。応力分布解析と計算機援用モンテカルロシミュレーションより、応力伝達の担い手はプライ界面の約15μmのエポキシ樹脂富化層であることを突きとめた。次世代のマグネットや電力貯蔵への応用が期待されその開発が進められている銀シースY-Ba-Cu-OおよびBi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O酸化物超伝導複合線材中の酸化物の多重破断現象の実験結果の解析より、界面のせん断強さは30-40MPaであることを初めて明らかにした。次世代の高温材料として大きな期待を寄せられている全塩基複合材料用の被覆繊維では応力負荷に伴い被覆層が多重破断し、繊維表面にクラックを形成する。本研究では多重破断現象とクラック進展の関係を実験的に把握すると共に、理論的に解析し、クラック先端のエネルギー解放率は多重破断により低下することを明らかにした。さらにモンテカルロシミュレーションにより、多重破断の進展と繊維強度の関係を定量的に表現することに成功した。繊維に被覆された低破断歪材は負荷応力下で早期破断し,繊維表面にクラックを形成する。界面接着が強い場合は形成されたクラックは繊維に進展し,繊維強さを低下させる。このメカニズムでの繊維強度低下を防ぐには(a)界面接着を低下させること,(b)コーティング材として弾性率の低いものを選ぶことおよび(c)コーティング材に多重破断を生じさせること等が有効と考えられる。今年度は(b)および(c)が繊維強さに及ぼす影響について微視破壊力学的計算による評価を試みた。計算は、繊維およびコーティング層を多数の要素に分割し,応力の鈞合方程式からクラック面積がSおよび△Sの場合のコンプライアンスを求め,次いでコンプライアンスのクラック面積依存性よりエネルギー解放率を求める手法を適用した。繊維破壊はエネルギー解放率が臨界値に達したとき生じるものとした。その結果、コーティング層の多重破断が進み,クラック間距離が減少するにつれ繊維強度は上昇することを定量的に示すことができた。従来定性的な予想しかできなかった多重破断の効果をはじめて定量化した本研究成果は,複合材料研究,特に高性能複合材料の設計に大きな指針を与えるものである。現在本研究で開発した計算方法をさらに精密化し,かつコーティング材の強度分布を繰り込んで実用繊維の強度予測法を確立したいと研究を進めている。また同時に界面剥離を小規模に生じさせるとクラック先端のエネルギー解放率を大きく低下できることを最近見い出したので,次年度は界面の最適化にもとりくむ予定である。高性能複合材料を設計・作製するためには、界面及びその近傍(以下界面と省略)の力学的挙動の解明は重要な課題である。しかしながら、界面の持つ多様性とその影響の複雑さのために、少数の特定の性質に関連した界面挙動を除いては、未だ明らかになったとは言えない。

本研究では、複合材料でしばしば観察される、より低歪で破断する構成材の多重破断現象に着目し、この現象を利用して界面の力学的挙動を明らかにすることを目的として種々の複合材料系について実験、解析、シミュレーションを行い、多くの成果を挙げることができた。主な結果は以下のように要約される。(1)航空機材料として用いられている積層型炭素繊維強化エポキシ複合材料では、0/90/0タイプ中の90プライの多重破断現象の担い手はプライ界面の約15μmの樹脂富化層であることを突き止めた。(2)次世代のマグネットや電力貯蔵への応用が期待されその開発が進められている銀シース酸化物超伝導複合線材中の酸化物の多重破断現象の実験結果の解析より、界面せん断強さは30-40MPaであることを初めて明らかにした。(3)21世紀に向けて高温材料として大きな期待が寄せられている金属基複合材料用のコーティング繊維表面のコーティング層の多重破断現象とクラック進展の関係を実験的に把握すると共に理論的に解析し、界面接着が強い場合のモードI型クラック先端でのエネルギー開放率は多重破断により低下することを明らかにし、さらにモンテカルロシミュレーションにより多重破断の進展と繊維強度の関係を定量的に表現することに成功した。
一階の構造のgeneric自己同型写像の研究とその代数学への応用

1.自己同型に関する融合性をもつ理論にgeneric述語を加えて作られる理論は再び自己同型に関する融合性をもつ。よって,安定理論にgeneric述語を繰り返しつけ加えて得られる不安定理論のgeneric自己同型のクラスは初等クラスでない。2.有理数の加群のω乗の直預でシフト関数を考えるとquasi-minimal structureになり,その理論の公理系はある種のgeneric性を表わす形で与えられる。一方,体Kに対し無限Kベクトル空間のgeneric自己同型のクラスを考えると初等クラスになる。その公理系は上記のものと本質的に同じ形になる。可算無限なKベクトル空間のZ(整数の順序)乗の直積でシフト関数を考えると,この理論のquasi-minimalモデルになる。この理論はω安定でMorley階数がωになる。3.有限個の関係からなる有限構造に対し典型的な局所次元を考え,それについて空集合が閉になる構造全体を考える。このクラスのgeneric構造の一階の理論は全称存在形の公理系で公理化できる。これはBaldwin-Shelahのある問題のかなり一般的な解である。4.ペアノ算術PAの標準モデル(自然数)の初等拡大Mにおいて,Mと初等同値なモデルNがMの中でパラメタなしで定義可能ならばNとMは同型で,その同型写像も定義可能である。しかし,Nの定義にパラメタを許すと,NとMが初等同値だがNとMが同型でない例や,NとMが同型であるが,その同型写像はPAの言語で定義可能でない例がある。安定でない理論のgeneric自己同型写像のクラスが一階のクラスにならないという予想に対して進展があった。安定でない理論の例を作る方法としてgeneric述語と呼ばれる関係を新たに導入する方法があるが,自己同型写像に関する自由融合性をもつ理論をもとにこの拡張を行っても,自己同型写像に関する自由融合性は保存されることが証明できた。研究代表者がすでに得ている結果を使うと,この構成法を繰返して得られる不安定理論のgeneric自己同型写像のクラスは一階のクラスにならないことがわかる。無限個の有限構造をうまく貼り合わせて構成されるgeneric構造というものがあり,様々なモデル理論的性質をもつ構造の構成に利用されている。ZilberとPeatfieldは代数幾何や複素幾何に登場する構造の位相と次元の性質を抽象化してanalytic Zariski structureという構造を定義し,generic構成法で得られる典型的な例の1つがこの構造になることを示した。そのときに,考えている有限構造のクラスに対するgeneric構造を簡単な公理の可算飽和モデルとして特徴付けをした。generic構造をもつ有限構造のクラスに対していつでもこのような特徴付けができる訳ではないが,局所次元を利用して定義される素直なクラスに対しては同様の特徴付けができることがわかった。これらのクラスのgeneric構造がanalytic Zariski structureになっているのか,あるいは,自己同型写像がどうなっているのかは今後の課題である。一方,可除加群である種の自己同型を考えた構造の理論は比較的簡単な理論をもち,量化記号の消去ができることがわかった。これはquasi-minimalstructureに関連する結果であるが,generic自己同型と関係がありそうである。1.generic構成法でできるgeneric構造の自己同型写像の研究の過程で次の結果を得た。有限種類の関係だけを言語にもつ有限構造に対し、実数値をもつ線形な局所次元が与えられているとする。空集合が閉になるような有限部分構造全体のクラスKについて、generic構造の初等理論が構造Mに関する次の2種類の公理群で公理化されることがわかった。公理1.Mの有限部分構造はすべてKの要素である。公理2.Kの要素A⊂Bについて、AがBで閉ならばAのMへの埋め込みはBのMへの埋め込みに拡大できる。

2.板井・若井の構成したquasi-minimal構造はある無限次元有理数係数ベクトル空間でシフト関数を考えたもので、その初等理論の公理系も具体的に与えていた。有理数係数ベクトル空間の理論のgeneric自己同型写像を考えると、そのクラスは初等クラスになっており、公理は、新しく加わる関数が同型写像であるということを除くと、板井・若井の与えた公理系と同じになることがわかった。体の場合、generic自己同型のクラスの初等的な公理系があるが、2つの可換なgeneric自己同型のクラスは初等的でない。ベクトル空間の場合、2つの可換なgeneric自己同型のクラスが初等的かどうかは興味ある問題である。坪井は池田一磨との共同研究でペアノ算術PAのモデルの同型に関して,次の結果を得た。PAの標準モデルである自然数の初等拡大Mにおいて,Mと初等同値なモデルNがMの中でパラメタなしで定義可能ならばNとMは同型で,その同型写像も定義可能である。しかし,Nをパラメを使って定義してよいことにすると,NとMが初等同値だがNとMが同型でない例や,NとMが同型であるがその同型写像はPAの言語で定義可能でない例を与えた。Standardでない場合についても強Lefschetz性の特徴づけを与えて,ある形で定義されるcomplete intersectionが強Lefschetz性をもつことを示した。桔梗は有限対称群と交代群に対するcentral gap numberの下限と,位数の小さい場合に対する値を正確に与えた。次数が3のとき,対称群と交代群のcentral gap numberはそれぞれ2と0,次数が4,5のとき,それぞれ4と2になり,次数が6,7のとき,それぞれ6と4になる。nが8以上のとき,次数nの対称群と交代群のcentral gap numberはそれぞれn以上とn-2以上になる。次数nが11まで,対称群と交代群のcentral gap numberはそれぞれnとn-2になる。ベクトル空間のgeneric自己同型の理論は可算安定でそのMorley階数がちょうどωになることも得られた。
強磁性とイオン伝導性が相関したスピンイオニクス現象の機構解明

研究代表者らは2010年に「スピンイオニクス」現象を世界で初めて見出している。この現象は、強磁性を示す超イオン伝導体において、磁気相転移温度付近でイオン伝導性の挙動が変化するという現象である。強磁性とイオン伝導性の相関について、メカニズムが一部明らかとなっておらず、その追究が重要な命題となっていた。本課題では、メカニズムの解明を目指し、超イオン伝導性を示す新しい磁性体を見出すことを目的として研究を推進した。本研究者は、磁気秩序と超イオン伝導性が相関するスピンイオニクス現象を初めて見出している。本研究では、この相関のメカニズムの解明を行い、スピンイオニクスを示す物質の設計指針を得ることを目的としている。平成25年度は、まず超イオン伝導性を示す錯体試料を得ることを目指した。これまでに報告されたスピンイオニクス現象は、バナジウムとヘキサシアノクロム錯体を組み合わせた試料で観測されている。これと同様の組成を持つ、別の金属イオンとヘキサシアノクロム錯体を組み合わせた試料を合成し、伝導性の評価を行った。その結果、一部の試料はバナジウムヘキサシアノ錯体に迫るほどの非常に高い伝導性を示した。また、伝導度の値は試料の種類により大きく変わることがわかった。これらの試料は構造が類似していることから、金属イオンの種類が伝導性に影響を及ぼしていることが示唆された。また、これらの試料は磁気相転移を示すため、伝導度と磁気特性との相関について詳細な検討を行うことにより、スピンイオニクス現象のメカニズムの解明につながると考えられる。このほか、金属イオンの種類に関してより詳細な検討を行うため、ヘキサシアノ鉄錯体を用いた試料の合成を行い、同様の測定を行っている。また、多様な配位構造を持つオクタシアノニオブ錯体を用いた試料について伝導性の測定を行ったところ、超イオン伝導性の観測に成功した。この試料は低温で磁気秩序を持つことが見出されており、スピンイオニクス現象のメカニズム解明に寄与すると考えられる。本研究者らは、磁気秩序と超イオン伝導性が相関する「スピンイオニクス現象」を、磁気相転移温度付近でのイオン伝導性を調べることにより6配位シアノ架橋型金属錯体において観測することに成功しているが、磁気秩序と超イオン伝導性が相関するメカニズムには明らかになっていない部分がある。本研究は、スピンイオニクス現象のメカニズムの追究を目的として進めている。平成26年度は、平成25年度に引き続き、超イオン伝導性(伝導度が0.0001 S/cm以上)を示す錯体試料を得ることを目指した。8配位シアノ架橋型金属錯体は多様な配位構造を持つため、種々の構造を持つ錯体が得られることが期待できる。有機配位子や金属イオンの組み合わせによってネットワーク構造の次元を制御できるので、イオン伝導性に有利な次元性を狙って合成を行った。また、スピンイオニクス現象の観測で用いた錯体は水素結合ネットワークを持つことによって高いイオン伝導性を示したので、構造の解析を通じて水分子の配置に注意して検討を進めた。さらに、金属イオンの組み合わせは磁気特性の制御の観点で重要であるので、合成指針を組む上で十分に考慮に入れて錯体の合成を行った。合成して得られた錯体については、湿度100%における伝導性を検討し、イオン伝導性を調べた。また、本研究を行う中で見出した超イオン伝導体について、磁場に対する応答性を調べるため、磁場を印加しながらイオン伝導性の測定を試行した。26年度が最終年度であるため、記入しない。物理化学26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度はスピンイオニクス現象のメカニズム解明のため、多様な錯体試料の合成を通じて高いイオン伝導性を示す試料を得ることを進めてきた。また、得られた試料について伝導性の検討を行い、一部の試料においてバナジウムヘキサシアノ錯体に迫るような大きさの超イオン伝導性を見出した。さらに、これらの錯体試料を用いて、磁場中での測定を行えるよう準備が進んでいる。したがって、ここまで研究は順調に進んでいるといえる。本研究では、これまでに超イオン伝導性を示すような錯体試料が得られている。今後の方策としては、まず、これらの錯体試料について磁場下での測定を行い、外部磁場から伝導性への影響を調べる。また、低温での伝導度測定を行い、磁気相転移温度付近での伝導性の振る舞いを追う。また、この時の試料の変化を調べるため、低温での分光測定や構造解析をあわせて行っていく。これらの結果を踏まえて、イオン伝導性と磁気秩序が相関するメカニズムに迫る。
生体細胞のミクロ凍結機構の解明

本研究では,生体細胞凍結のメカニズムを解明するため,冷却速度を制御可能なムービングベッドを作成し,純水,塩水溶液,タンパク質水溶液の凍結挙動に関し実験的研究を行った.試料はカバーガラスに挟まれ(間隔150mum)ムービングベッドの試料台(銅製)上で冷却されるが,試料台は液体窒素温度の冷却恒温ブロックと加熱ブロック上に位置し,両ブロックの温度を一定に保ち,試料台を低温側へ移動することで試料を凍結させる.ブロックの間隔,温度,試料台の移動速度を変えることで冷却速度を変化させた.純水の場合,冷却開始後まず,過冷却状態となり,過冷却解除が起こると,急速に氷晶が成長しデンドライトを形成する.その後氷晶は温度分布に沿って平らに進行する.純水の場合,この凍結挙動は実験範囲内では全てに共通であった.塩化ナトリウム水溶液の場合,過冷却解除の後,急速に成長したデンドライト状氷晶は,平衡凝固が進行する間にも見られ,本実験範囲内では常にデンドライトを形成していた.しかし,デンドライトの形状が水溶液の濃度と冷却速度に依存することも分かり,概略,高濃度,高冷却速度ほどデンドライトの間隔が細かいという特徴があった.蛋白質溶液としてはアルブミン水溶液を用いた.塩化ナトリウム水溶液同様,デンドライトが現れたが,アルブミンではデンドライト先端部の曲率半径が大きく,単純な塩と高分子量の蛋白質では凍結時に氷晶に与える影響が異なることが分かった.また,アルブミンと塩化ナトリウム両者の水溶液では氷晶の形はアルブミンのみのものと近い結果となった.本研究では,生体細胞凍結のメカニズムを解明するため,冷却速度を制御可能なムービングベッドを作成し,純水,塩水溶液,タンパク質水溶液の凍結挙動に関し実験的研究を行った.試料はカバーガラスに挟まれ(間隔150mum)ムービングベッドの試料台(銅製)上で冷却されるが,試料台は液体窒素温度の冷却恒温ブロックと加熱ブロック上に位置し,両ブロックの温度を一定に保ち,試料台を低温側へ移動することで試料を凍結させる.ブロックの間隔,温度,試料台の移動速度を変えることで冷却速度を変化させた.純水の場合,冷却開始後まず,過冷却状態となり,過冷却解除が起こると,急速に氷晶が成長しデンドライトを形成する.その後氷晶は温度分布に沿って平らに進行する.純水の場合,この凍結挙動は実験範囲内では全てに共通であった.塩化ナトリウム水溶液の場合,過冷却解除の後,急速に成長したデンドライト状氷晶は,平衡凝固が進行する間にも見られ,本実験範囲内では常にデンドライトを形成していた.しかし,デンドライトの形状が水溶液の濃度と冷却速度に依存することも分かり,概略,高濃度,高冷却速度ほどデンドライトの間隔が細かいという特徴があった.蛋白質溶液としてはアルブミン水溶液を用いた.塩化ナトリウム水溶液同様,デンドライトが現れたが,アルブミンではデンドライト先端部の曲率半径が大きく,単純な塩と高分子量の蛋白質では凍結時に氷晶に与える影響が異なることが分かった.また,アルブミンと塩化ナトリウム両者の水溶液では氷晶の形はアルブミンのみのものと近い結果となった.
アネキシン5を介するG蛋白質シグナル伝達系の解明

G蛋白質は、GTPをGDPに変換する細胞内酵素であるが、その過程で細胞内シグナルトランスダクションの起点となる変化をもたらす。G蛋白質と細胞内ドメインで共役する多くの受容体が知られている。本研究では、G蛋白質によるシグナルトランスダクション過程に新規の機能蛋白質であるアネキシン5の関与することを明らかにした。アネキシンは、動物界に広く分布する生理的役割の不明な蛋白質ファミリーである。成果の概要は以下のようにまとめられる。1.GnRH受容体からアネキシン5合成までGnRH受容体からG蛋白質を介してアネキシン5mRNA合成に至る細胞内経路にMAPK系の介在することを明らかにした。更に、GnRHが性腺刺激ホルモン分泌を促進する過程に、アネキシン5が必須であることを観察し、アネキシン5がGnRH受容体のシグナルトランスダクションに不可欠な新規のシグナル因子であることを明らかにした。2.卵巣におけるアネキシン5発現機序卵巣内でのアネキシン5の変化を解析した。黄体化に伴うアネキシン5合成の開始、プロラクチンによる抑制を発見した。黄体相の途中でプロラクチン分泌を抑制することで、黄体細胞にアネキシン5の発現すること、それらの細胞がアポトーシスを起こしていることを明らかにした。更に、アネキシン5発現とアポトーシスが局所のGnRHによって促進されていることを明らかにした。3.精巣におけるアネキシン5発現機序精巣では、ライディッヒ細胞と血管内皮細胞に特異的にアネキシン5の分布すること、発現量は少ないが精祖細胞やセルトリー細胞にも発現していることを観察した。中でもライディッヒ細胞のアネキシン5がGnRHで増加することを明らかにした。以上の研究成果によって、アネキシン5が、GnRH受容体のバイオマーカーであることを明らかにすると共に、GnRH受容体-アネキシン5系という新規のG蛋白質シグナル系が広く体内で利用されていることが明らかになった。本計画では、下垂体前葉ゴナドトロフのG蛋白質経路における、アネキシン5を介する新規のシグナル伝達機序の解明を行う。同時に、卵巣のアネキシン5の機能解析を進める。GnRH受容体-G蛋白質-アネキシン5-ゴナドトロピン分泌(合成・放出)を結ぶシグナル伝達機序を解明するために、ラット下垂体前葉細胞初代培養系と株化細胞を用いる。本年度の成果は以下のようにまとめられる。1)GnRH受容体からアネキシン5合成までGnRH受容体から、G蛋白質を介してアネキシン5mRNA合成の増加することを確かめている。そこで、そのタイムコース、及びシグナルトランスダクション関連分子阻害薬の影響を検討した。すると、同じくGnRHによって合成促進されるLHβ遺伝子が、一過性に合成促進された後に合成の低下するのに対し、アネキシン5mRNAはGnRH投与期間中高い値を持続し、GnRH以降のシグナル経路が両蛋白質合成促進機序間で異なっていることが示唆された。更に、LHβ遺伝子合成に対するGnRHの作用は、MAPK系の阻害によって影響されなかったのに対し、アネキシン5mRNA合成は抑制され、細胞内キレート剤はLHβ遺伝子を強く抑制した。これらのことからGnRH受容体の活性化によって異なるシグナル系が駆動されることが明らかとなった。

2)卵巣におけるアネキシン5発現機序生殖周期の変化に伴う、卵巣内でのアネキシン5蛋白質とそのmRNAの分布の変化を解析した。黄体化に伴うアネキシン5合成の開始、プロラクチンによる抑制を観察した。黄体相の途中でプロラクチン分泌を急激に抑制することで、黄体細胞にアネキシン5の発現すること、それらの細胞がアポトーシスを起こしていることを明らかにした。更に、プロラクチン分泌抑制後にGnRH受容体拮抗薬を局所投与することで、アネキシン5発現とアポトーシスの抑制されることを明らかにした。以上の今年度の研究結果から、下垂体前葉においても黄体細胞においてもGnRH受容体下流でアネキシン5の機能することが示唆され、アネキシン5を介する新規のシグナル経路が普遍的に体内で機能していることが示唆されるに至った。本計画では、下垂体前葉ゴナドトロフのG蛋白質経路における、アネキシン5を介する新規のシグナル伝達機序の解明を行う。同時に、卵巣のアネキシン5の機能解析を進める。GnRH受容体-G蛋白質-アネキシン5-ゴナドトロピン分泌(合成・放出)を結ぶシグナル伝達機序を解明するために、ラット下垂体前葉細胞初代培養系と株化細胞を用いている。成果は以下のようにまとめられる。1.GnRH受容体からアネキシン5合成までGnRH受容体から、G蛋白質を介してアネキシン5mRNA合成が増加する。同じくGnRHによって合成促進されるLHβ遺伝子が、一過性に合成促進された後に合成の低下するのに対し、アネキシン5mRNAはGnRH投与期間中高い値を持続し、GnRH以降のシグナル経路が両蛋白質合成促進機序間で異なっていることが示唆された。シグナル伝達因子阻害薬の適用によって、GnRH受容体以降の過程でアネキシン5mRNA合成がMAPK系に分岐したシグナルによって促進されるのに対し、LHβ遺伝子は細胞内カルシウム濃度の上昇に強く依存していることが明らかになった。2.卵巣におけるアネキシン5発現機序性周期の変化に伴う、卵巣内でのアネキシン5蛋白質とそのmRNAの分布の変化を解析した。黄体化に伴ってアネキシン5合成が開始し、プロラクチンによって黄体が機能化する時に抑制されることを観察した。更に、黄体相の途中でプロラクチン分泌を急激に抑制することで、黄体細胞にアネキシン5の発現すること、それらの細胞がアポトーシスを起こしていることを明らかにした。更に、プロラクチン分泌抑制後にGnRH受容体拮抗薬を局所投与することで、同一黄体細胞におけるアネキシン5発現とアポトーシスの抑制されることを明らかにした。以上の今年度の研究結果から、下垂体前葉においても黄体細胞においてもGnRH受容体のG蛋白質シグナル伝達によってアネキシン5の機能することが示唆された。アネキシン5を介する新規のシグナル経路を解析中である。下垂体前葉のゴナドトロフには、特異的なGnRH受容体が発現している。GnRH受容体は、代表的なG蛋白質共役型受容体(GPCR)であり、そのシグナルトランスダクション機序の解析は、他の多くのGPCRのシグナル機序解明に寄与することも期待される。GnRH受容体は、下垂体ゴナドトロフ以外の末梢の組織にも発現しており、受容体機能の解析により、末梢におけるGnRHの生理的役割が明らかになる可能性も高い。我々は、GnRH受容体のシグナルトランスダクション経路におけるアネキシン5の役割を研究している。本年度までに得られた成果の概要は以下のごとくである。
ロシアおよび東欧スラヴ世界の口承文芸の総合的研究

1.研究代表者川端はスラヴ口承文芸の理論的研究に携わり、スラヴ口承文芸の諸作品に見られる修辞法・比喩表現を重点的に研究し、口承詩の詩学の構築を試みた。一方、スラヴ口承文芸の研究の発達の過程に関わる構造主義、フォルマリズム、文化記号学の理論の伸展の問題を考察し、その成果の一部は論考および口頭発表の中に示されている。2.研究分担者栗原はスラヴの民衆詩歌(とくに儀礼歌と神話的叙事詩・叙情詩)や昔話・伝説などの民俗資料を調査分析し、さらに言語学と神話学の理論的要請に基づき、スラヴの異教と神話体系の再建を試みた。この分野の研究は継続され、伸展を見ることが望まれる。3.研究分担者金沢は主として19世紀ロシア文学における口承文芸主題・モチーフの研究に従事し、とくにロマン主義文学と口承文芸の関連を考察した。スラヴ文学におよぼした西欧文学の影響も研究した。1.研究代表者川端はスラヴ口承文芸の理論的研究に携わり,ロシア・スラヴ文学史・文学理論・思想史・文化史などの隣接諸科学と口承文芸との相関関係を構造主義とフォルマリズムの理論の射程内で把握し解明しつつある.2.研究分担者栗原はスラヴ口承文芸の比較研究を担当し,スラヴ諸和族の口承文芸(とくに民家詩歌・昔話・諺)の内的比較を進みつつあり,セルビアの民衆詩歌がロシアの詩人プーシキンに与えた影響について論文を発表し,またセルビアの民衆詩・昔話と日本の昔話に共通に見られる「蛇婿入り譚」について昭和62年9月15日ユーゴスラビアセルビア共和国で開催された"ヴーク・カラジッケ誕生200年記念国際スラヴィスト学会"で口頭発表し,論文を提出した.3.研究分担者金澤はロシアの記述文学と口承文芸の相関関係の研究を担当し,ドストエフスキーの文学における口承文芸のモチーフの研究を行い,現在他の19世紀作家におけるフォークロア主題の研究を進めている.1.研究代表者川端はスラヴ口承文芸の理論的研究に携わり、スラヴ口承文芸の諸作品に見られる修辞法・比喩表現を重点的に研究し、口承詩の詩学の構築を試みた。
ランタノイド金属イオンの非水系反応熱力学と溶液構造

ジメチルホルムアミド(DMF)-ジメチルアセトアミド(DMA)非水混合溶媒中で、一連のランタノイド金属イオンの溶媒和錯体の配位構造をEXAFSにより研究した結果、ランタノイドの配位数はDMF中の8から混合溶媒中でDMA分率の上昇にともない7に低下することがわかった。これは、DMAの溶媒和の立体効果に起因する。DMA分率の上昇にともなう配位数の低下の様子は金属イオンのイオン半径に依存する。Nd^<3+>の場合、その溶媒和は混合溶媒中でもDMA分率が0.8を越えるまで配位数は純DMF中と同じ8を維持している。これはDMFが選択的に配位していることを意味していない。金属イオンのDMFとDMAの各配位数をEXAFSで決定することはできない。本研究では滴定ラマン分光法を開発し、ラマン介クトルの金属イオン濃度依存性から、金属イオンに配位しているDMA分子の数を見積もることを試みた。まず、配位数が6と既知であるニッケル(II)イオンのDMA溶媒和について、この値を得る測定・解析法を確立すことを試み、ほぼ成功した。同じ方法で、一連のランタノイドイオンのDMA溶媒和数を決定したところ、7-8であり、妥当な値であった。ただ、Lu^<3+>の配位数は5となり、立体効果のために異常な配位数の低下が起こる可能性があることが見出された。今後、混合溶媒中の配位数について研究を進める。
新規酸素分子活性化による立体選択的分子変換法の開発

炭素-水素(C-H)結合は有機化合物中に豊富に存在する安定な結合であり、このC-H結合を高位置選択的に望みの立体化学にて目的の官能基へ変換することができれば標的化合物合成にかかる時間および物質資源のコストを大幅に削減することができる。しかし、従来の酸化剤は、原子効率が低く、環境負荷の高さも問題となっている。そこで、より原子効率が高く、環境負荷の低い分子状酸素(O2)を効率的に活性化する手法の開発が急務である。アレノール類は、天然に豊富に存在する炭素資源である。その酸化生成物の一つであるビスアレノール類は、有効な生理活性を示し、更に不斉素子としても知られ、その効率的合成法の確立が求められている。筆者らは、最近ルテニウム錯体が、O2への1電子移動を経てラジカルカチオン種を与えることを見出している。同知見から同錯体は、アレノール類の酸化的カップリングの有効な触媒となると考えられた。そこで、2-ナフトール類のカップリング反応の検討を進め、良好な選択性にて同反応を進行させることに成功した。同反応では、特異な置換基効果が見られ、7位の置換基は、反応性の低下を招くが電子供与性の高い置換基がより高い反応性を示した。一方、3位の置換基は、電気的性質に関わらず収率を低下させた。これらは、それぞれの置換基が、反応の異なる過程に影響を与えていると示唆し、電位差がなくても交差カップリング反応を進行すさせると考えられた。そこで3-メトキシ-および7-ブロモ-2-ナフトール(電位差0.15V)をモデルに反応検討を進め、錯体1を用いると優れたクロス選択性、および不斉収率にてビスアレノール類を与えることが明らかになった。同反応は、ほぼ電位差がない場合にもクロス選択的に進行し、その選択性には、3位の置換基の嵩高さが大きくなると向上する傾向が観測された。29年度が最終年度であるため、記入しない。O2は、大気中に豊富に存在する最も原子効率が高く、環境適応性に優れた酸化剤であり、酸素添加、あるいは水素受容体として作用する。最近、我々は、鉄ーサラン錯体が、O2を酸化剤にナフトール類の各種酸化的分子変換反応の有効な触媒となることを見出している。同反応は、系中に生じる鉄ーナフトキシド種をO2が1電子酸化し、対応するナフトキシラジカルアニオン種を与え、進行する。さらに、1-メチル-2-ナフトール類は、同反応条件に曝すと対応する優れた求電子剤であるo-キノンメチド種を与えることを見出した。そこで、鉄触媒添加条件下、各種フェノール類を求核剤とし、1-メチル-2-ナフトール類の酸素酸化の検討を行ったところ、酸化的キノンメチド生成、1,4-付加、酸化的求核的脱芳香環化を経て、対応するスピロ化合物が高エナンチオ選択的に得られた。また、同反応の反応中間体として考えられるビスアレノール類を別途合成し、反応条件に曝すと分子間反応と同様の高立体選択性にて反応が進行し、この時、置換基の電気的、および立体的性質に関わらずナフトールユニットが選択的に酸化され対応するスピロ環化合物を与えた。同法は、豊富な炭素資源であるフェノール類から直接かつ触媒的に有用な合成中間体であるキノンメチド類を与える有効な手法である。また、ルテニウム錯体も2ーナフトール類の酸化的カップリング反応に対して良好な触媒作用を示すことを見出した。ルテニウム錯体が触媒する同反応は、室温付近で空気中の酸素を酸化剤に進行し、良好な収率、立体選択性にて対応する2ーナフトール類を与える。さらに、異なる2種類の2ーナフトール類を競合させると比較的良好な選択性にてクロスカップリング体を与えることが明らかになっている。効率的酸素活性化には、2つの電子を分子状酸素に与え活性化することが不可欠である。その観点から、今年度得られた酸素酸化を駆動力とする炭素ー炭素結合構築法に関する知見は、酸素活性化の初期段階に相当する1電子移動過程を知るために重要な情報となる。一方、ルテニウム触媒を用いた2ーナフトールのカップリング反応では、用いる2ーナフトールの電子的性質とその立体的要因が反応速度に関与していることが示唆されてきている。一般に、電子移動過程は、電子豊富な基質からより容易に進行する。しかし、同反応系では、電子豊富な3ーメトキシー2ーナフトールは、カップリング生成物を与えず、また、電子不足で反応の進行が遅いと予想される7ーブロモー2ーナフトールも同様に酸化性背物の生成が観測されなかった。当初、3位の置換基の立体的要因により反応が妨げられたと考えられた。しかし、興味あることに、3ーメトキシー2ーナフトール、および7ーブロモー2ーナフトールを1/1の混合比にて競合し、酸化条件に曝すと興味あることに、対応するクロスカップリング生成物が高い選択性にて生成することが示された。同知見は、2ーナフトール類の酸化的カップリング反応では、用いる2ーナフトール類の酸化電位と構造あるいは電気的性質に由来する求核力が深く関わっていることが示唆された。これらの知見は、3ーメトキシー2ーナフトール、あるいは7ーブロモー2ーナフトールを用いれば、ルテニウムおよびナフトール錯体からの酸素分子への1電子移動過程を詳細に追跡できる可能性を示している。

これらの知見、および考察から当該年度の研究は、概ね順調に進展したものと考えられる。炭素-水素(C-H)結合は有機化合物中に豊富に存在する安定な結合であり、このC-H結合を高位置選択的に望みの立体化学にて目的の官能基へ変換することができれば標的化合物合成にかかる時間および物質資源のコストを大幅に削減することができる。しかし、従来の酸化剤は、原子効率が低く、環境負荷の高さも問題となっている。そこで、より原子効率が高く、環境負荷の低い分子状酸素(O2)を効率的に活性化する手法の開発が急務である。アレノール類は、天然に豊富に存在する炭素資源である。その酸化生成物の一つであるビスアレノール類は、有効な生理活性を示し、更に不斉素子としても知られ、その効率的合成法の確立が求められている。筆者らは、最近ルテニウム錯体が、O2への1電子移動を経てラジカルカチオン種を与えることを見出している。同知見から同錯体は、アレノール類の酸化的カップリングの有効な触媒となると考えられた。そこで、2-ナフトール類のカップリング反応の検討を進め、良好な選択性にて同反応を進行させることに成功した。同反応では、特異な置換基効果が見られ、7位の置換基は、反応性の低下を招くが電子供与性の高い置換基がより高い反応性を示した。一方、3位の置換基は、電気的性質に関わらず収率を低下させた。これらは、それぞれの置換基が、反応の異なる過程に影響を与えていると示唆し、電位差がなくても交差カップリング反応を進行すさせると考えられた。そこで3-メトキシ-および7-ブロモ-2-ナフトール(電位差0.15V)をモデルに反応検討を進め、錯体1を用いると優れたクロス選択性、および不斉収率にてビスアレノール類を与えることが明らかになった。同反応は、ほぼ電位差がない場合にもクロス選択的に進行し、その選択性には、3位の置換基の嵩高さが大きくなると向上する傾向が観測された。28年度の研究に引き続き、2ーナフトール類の酸化的カップリング反応の反応機構に関する知見の収集を進め、酸素活性化の反応機構の詳細を明らかにするため、まず、次に示す、1)電気化学的装置を用いた2ーナフトール類の酸化還元電位と反応性、立体選択性の相関関係の詳細に関する知見収集、ならびに2)2ーナフトール類とルテニウム錯体の構造相関関係を明確にするためのジョブズプロットの作成と単結晶を図り、同時に、競合条件化におけるルテニウムイオンの酸化電位の変化に関する知見収集を進め、3)これらの知見をもとに反応性と耐久性を兼ね備えた新規ルテニウム錯体の構築を進める。これらのルテニウムの知見をもとに、環境負荷が低く、地上に豊富に存在する鉄イオンを用いた4)新規錯体のデザインの再検討、5)得られた錯体の酸化電位の詳細を明らかにしつつ、標的の酸素分子を酸化剤兼酸素源とする酸素原子移動反応の実現を図る。29年度が最終年度であるため、記入しない。
粒子法を用いたインプラントのマイクロギャップによる組織液の拡散に関する研究

インプラント周囲に均等に骨吸収を引き起こす原因として、マイクロギャップ内に存在する炎症原因物質がマイクロムーブメントによりインプラント周囲へと排出される可能性がある。そのため、CADソフトウェアを用いインプラント体および上部構造のCADモデルを作成後、粒子法解析ソフトにより、マイクロギャプ周囲の組織液の拡散状態についてシミュレーションを行った。その結果、本解析手法により、主として組織液を想定した粒子群が水平的および垂直的にも拡散されていくのが確認できた。本実験結果はインプラント周囲の組織液の挙動を視覚的に解析するために有用であるものと考えられた。本研究では、粒子法を用い、咬合時の負荷によるインプラント頸部周囲組織の形態変化およびポンピングによる組織液の拡散をシミュレーションすることにより、インプラント頸部の骨吸収の機序を明らかにし、新たな知見を得ることを目的とする。本年度はCADモデルの作成およびマイクロギャップの挙動の分析をおこなった。本年度は下記の研究を行った。マイクロムーブメントをシミュレーションする必要があるため、アバットメントとインプラント体およびスクリューが分かれた2ピースタイプで、臨床で用いられているインプラントと同じ形状の三次元CADモデルを作成すした。CADモデルは、マイクロフォーカスX線CTを用いて、ノーベルバイオケア社製インプッラント(Replace Select Straight 4.3X15mm, Nobel Speedy Groovy4X15mm)を撮影後、得られたデータをボリュームレンダリングソフトウェア(VG Studio MAX 2.0、VolumeGraphics)に入力し、STLデータに変換し作成した。この方法により、実際臨床に用いらられているインプラントの形状のままCADモデルを作成することができた。つづいて、上記の2つのインプラントについて、Ti製上部構造を作製した。部位は上顎右側第一大臼歯とした。そして上部構造を装着したインプラント体をレジンに埋入したのち、45度の角度で荷重をかけ、その際のマイクロギャップの挙動をハイスピードカメラ(Phantom V9.2、ノビテック)で撮影した。その結果、荷重をかけた際、マイクロギャップの挙動を視覚的に認識することができた。本研究では、粒子法を用い、咬合時の負荷によるインプラント頸部周囲組織の形態変化およびマイクロムーブメントによる組織液の拡散をシミュレーションすることにより、インプラント頸部の骨吸収の機序を明らかにし、新たな知見を得ることを目的としている。粒子法解析ソフト(ParticleWorks 5.0、構造計画研究所)で使用するCADモデルに対して、昨年作成したSTLモデルでは要素数が多く、シミュレーションに際して計算コストがかかるため、CADデータを簡便化し、よりデータ容量の少ないなモデルに修正を行った。その後、豚の椎骨を炭酸ナトリウム1%水溶液で沸騰させないようにしてボイルした後、乾燥し、試料を作成した。作成した乾燥骨をX線MicroCT(SMX-100CT-SV3、島津製作所)にて0.033mmの解像度にて撮影した。そして三次元ボリュームレンダリングソフトウェア(VG Studio MAX2.0、Volume Graphics)を用いvolume rendering法により三次元画像の再構築を行ない、顎骨モデルの作成を行った。続いて、上部構造を装着したインプラント体(Replace Select Straight 4.3X15mm, Nobel Speedy Grooby 4X15mm)に45度の角度で荷重をかけ、ハイスピードカメラ(Phantom V9.2、ノビテック)で撮影した動画を用い、荷重負荷時のインプラント体およびアバットメントの移動量について、定量的に分析を行った。昨年度マイクロフォーカスX線CTから作成したCADモデルを改良し、粒子法に適したCADモデルの作成や顎骨モデルの作成を行ったが、当初の予定であった振動の周期や振幅の分析および、粘膜構造を有する顎骨モデルの作成までは至らなかった。本研究では、粒子法を用い咬合時の負荷によるインプラント頚部周囲組織の形態変化およびマイクロムーブメントによる組織液の拡散をシミュレーションすることで、インプラント頚部の骨吸収の機序を明らかにし、新たな知見を得ることを目的としている。CADソフトウェア(SolidWorks2016、SolidWorks)を用いて、直径4.0 mm長さ13.0 mmのNobel Biocare社製Branemarkエクスターナルコネクション型を模したインプラント体、アバットメントスクリューおよびアバットメントを作成した。シミュレーションに際しては計算コストがかかるため、プラットフォーム部のデータのみを使用した。そして粒子法解析ソフト(ParticleWorks 5.2、構造計画研究所)に作成したCADデータをインポートし、咬合によるマイクロムーブメントを想定した解析を行った。マイクロムーブメントに関しては、マイクロギャップの距離を70 μm、粒子間距離を0.045 mm、マイクロギャップ発生部位と反対側のプラットフォーム辺縁を中心とした回転運動として解析を行った。その結果、インプラント体とアバットメントのマイクロギャップが縮小し、その間隙が狭くなるにしたがい、インプラント体とアバットメントの間に介在していた組織液がマイクロギャップ部から排出され、マイクロギャップ部周囲に拡散されるのが確認できた。本研究結果より、簡易的ではあるが、インプラント頚部における組織液の動きをシミュレーションし、可視化できる可能性が示唆された。