hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炎症性疾患患者血液・肺胞洗浄液細胞におけるケモカイン及び同遺伝子発現の検討

我々は、平成6年度科研費により、以下の成果を得ることができた。1.サンドイッチELISA法を用いた気管支肺胞洗浄液(BALF)中IL-8の測定平成5年度に引き続き、特発性肺線維症、サルコイドーシス、過敏性肺臓炎および気道熱傷患者を対象に、BALF中IL-8を測定した。その結果、特に特発性肺線維症では症状安定例ではBALF中IL-8が低値である一方で、急性増悪例では何れも高値を示し、症例によりIL-8が関与する場合としない場合のあることを明らかにした。2.フローサイトメトリーを用いた細胞内抗原検出法による検討まず、末梢血単球及び単球系培養細胞を用いて、エンドトキシン刺激後の経時的な細胞内IL-8量の推移をフローサイトメトリー法により検出し得ることを示した。また、細胞固定後のサポニン処理の有無により、膜表面及び細胞内サイトカインを独立に検討し得る可能性を示した。一方、昨年度に引き続き各種炎症性肺疾患患者より肺胞マクロファージを採取し検討した。その結果、特発性肺線維症患者では肺胞マクロファージのIL-8産生能が亢進しているにも関わらず、同じくBALF中IL-8が高値を示す過敏性肺臓炎患者では同細胞のIL-8産生能が亢進しておらず、疾患により同細胞の機能が異なることを示した。3.肺局所および末梢血中好中球のIL-8受容体発現の検討慢性下気道感染症患者の肺局所および流血中の好中球を採取し、両者におけるIL-8受容体発現をフローサイトメトリーを用いて比較検討した。その結果、肺局所好中球のIL-8受容体発現は、末梢血好中球に比し、有意に発現が抑制されていることを見いだした。
活性炭上でのイオン性水質汚染物質の吸着除去サイトの創製

活性炭(Activated Carbon; AC)は1g当たりの表面積が1000 m3あるいはそれ以上の大きさを有し,ACを構成するグラファイトの疎水性表面が水中の有機物などの汚染物質を選択的に吸着する。ACは耐熱性,耐酸性,耐アルカリ性に優れ再生利用も可能である。本課題では鉛などのイオン性水質汚染物質を除去するためにACのグラファイト表面を親水性に改質することを試みた。その結果,鉛イオンなどの陽イオンにはカルボキシ基(-COOH)やスルホン酸基(-SO3H)が有効であり,硝酸イオンなどの陰イオンに対しては,以前に確認したアルキルアミンの他に4級窒素も有効であることが実験的に確認できた。水処理に使用される活性炭は本来疎水性のグラファイト面に疎水性の有機汚染物質を吸着するのに広く使用されてきた。本研究では活性炭表面に極性官能基などを導入することにより,これまで活性炭では処理できずにイオン交換樹脂などに頼ってきたイオン性(極性)物質の吸着などにも活性炭を適用できるようにしようとするものである。鉛イオンやカドミウムイオンなどの重金属陽イオン,硝酸イオンやクロミウムイオンなど水質汚染に寄与するイオン性物質の活性炭による吸着除去について検討を進めている。初年度(H26年度)は主にさまざまな酸化方法を用いて活性炭表面に重金属イオン(陽イオン)の吸着に有効なカルボキシル基の導入を試みた。その結果,これまで最高吸着性能を得るのに10日以上を要していたのが,硫酸と硝酸の混合液で酸化することにより,温和な条件で1日程度の酸化時間で2 mmmol/g (鉛イオン)以上の吸着性能を得ることに成功した。陰イオンについては地下水汚染で問題となっている硝酸イオンを用いて吸着性能を調べた。戦略としては活性炭上にプロトンを収容しやすいアミノ基(-NH2)を導入して水溶液中で表面を正に帯電させることを狙った。アミノ基であれば活性炭本来の有機物吸着を阻害することもないと考えたからである。さまざまな還元剤を用いたり,白金を担持させた炭素を水素処理したりして表面窒素のアミノ化を試みたが,結果的にはこれまでの最高性能の0.5 mmol/gと同等か若干上回る程度であった。陽イオンについても陰イオンについても多くの条件で吸着を試みた結果,これまで調製してきた活性炭には,正に帯電するサイトと負に帯電するサイトが混在しており,そのバランスによって陽イオンや陰イオンの吸着量が増減すると推定された。このため正負どちらか一方のサイトのみをさらに選択的に導入することが重要であることが明確になった。先ず背景として,水処理に使用される活性炭は,その表面が疎水性であり,その表面はできる限り酸素,窒素,硫黄などのヘテロ元素のない4級炭素が集合したグラファイト面からなることが望ましい。このような表面状態は水中のフェノールなどの有機汚染物質に除去には有効であるが,重金属イオンや硝酸イオン,リン酸イオンといった電荷をもった物質にはあまり効果を発揮しない。イオン性の水質汚染物質はイオン交換樹脂で除去することが一般的である。本研究では,これまでイオン性物質には不向きとされてきた活性炭に酸素,窒素,硫黄などのヘテロ元素を導入し,重金属イオン(ニッケルやカドミウムの陽イオン)あるいは硝酸イオンやリン酸イオンといった陰イオンの吸着に適した炭素表面をデザインすることを目的としている。重金属などの陽イオンに対しては,昨年度にはカルボキシ基などの酸素官能基を多く導入してイオン交換樹脂以上の性能の活性炭の調製ができたので,今年度は硫黄含有の炭素原料を酸化することによってスルホ基を導入することを試みた。その結果,8%の硫黄を含有する炭素を水酸化カリウムにより賦活した後,酸化処理をすることによりカルボキシ基に加えてスルホ基の導入に成功した。スルホ基導入活性炭はカルボキシ基導入炭よりも多くの金属陽イオンを吸着し,水溶液のpHが3以上ではカルボキシ基やスルホ基を主要官能基にもつイオン交換樹脂よりも高い吸着容量を示した。硝酸イオンやリン酸イオンなどの陰イオンに対しては,さまざまな方法で炭素表面に4級窒素を導入して炭素表面を正に帯電させることにより吸着容量の向上を試みた。その結果,硝酸イオンについてはいくつかの炭素原料を数通りの方法で酸化やアンモニア処理,あるいはメチル化処理をすることにより一部の窒素が4級化したと考えられ,吸着性能が確実に向上することが確認できた。金属陽イオンの吸着に関しては比較的吸着が困難なニッケルイオンを用いて,硫黄含有酸化活性炭を調製した結果,これまで通常の活性炭では2.0 mmol/g程度の吸着容量であったものが,3.5 mmol/gに達し,溶液pHを変化させた場合にもpH 1.0の強酸性溶液では殆ど吸着しなかったものが,硫黄含有酸化活性炭では吸着が観測された。XPSによる表面分析の結果からも硫黄(S 1s)の6価の存在を検出したことからもカルボキシ基よりも強い吸着をするスルホ基が一部生成していることが示唆された。また,酸化前の活性炭の比表面積と酸化活性炭のニッケルイオン吸着量の相関性を調べたところ,比表面積が通常の活性炭の比表面積である1000 m2/g程度で吸着量が最大に達し,それ以上比表面積が増加しても吸着量は一定であることが確かめられた。また,硝酸イオンやリン酸イオンなどの陰イオンの吸着では,メラミン樹脂やポリアクリロニトリル繊維など窒素を含んだ素材から炭素を調製した。さらに活性炭を酸化してからアンモニア処理することにより窒素を導入した。

また,表面窒素原子を強制的に4級化するためにヨウ化メチルを用いて窒素のメチル化を試みた。これらの検討の結果,硝酸イオンの吸着量を0.6 mmol/g程度まで増やすことができ,リン酸イオンの吸着量は0.3 mmol/g程度まで達した。これらの吸着容量は炭素材料の吸着量としては報告されている文献値と比較しても最大値に近いところにある。これら吸着量の向上は各種の賦活および表面処理操作により炭素表面に一定割合以上の4級窒素(常に正電荷をもった窒素原子)の導入ができたためであると推定した。本研究では水中の不純物除去に広く用いられている活性炭について,これまでにない性能を付与してその用途を拡大しようとするものである。水処理において活性炭はその構造中のグラファイト面(疎水性表面)での吸着質とのπーπ相互作用などの分子間力を利用して主に水中の有機物(疎水性物質)の吸着除去に適用されてきた。一方,通常の活性炭は疎水性の表面しか持たないため,水中に存在する重金属イオンなどのイオン性物質(親水性)の吸着には不向きであり,イオン性物質の除去にはイオン交換樹脂やゼオライトなどの親水性表面をもつ吸着剤が使われてきた。しかしながら,活性炭はグラファイトが絡みあった炭素骨格からなるため無害であり,酸塩基や熱に対する耐性も他の吸着剤と比べて高いために再生もし易いという特長がある。そこで本研究では,活性炭表面にイオン性物質の親水性吸着サイトを付与して,再生しやすい環境負荷の少ない吸着剤の調製を試みた。昨年度までの検討でニッケルやカドミウムなどの陽イオンについては炭素表面を酸化することにより2 mmol/g以上というイオン交換樹脂以上の性能がえられているので,さらに複数のイオンを混合した場合やフロー系や炭素繊維の表面酸化の最適化を試み,これまで塩基性溶液中で活性炭の一部が溶出する問題が残されていたが,この問題をほぼ解決し酸化活性炭のナトリウム交換体なども調製できるようになった。これにより吸着速度の測定なども容易に実施できるようになった。陰イオン交換サイトについては4級窒素の導入ができるようになったと推定されたので,調製した活性炭の表面について硝酸イオンの吸着をモデルに溶液pHの影響や活性炭塩化物イオンと硝酸イオンの交換,XPSによる4級窒素の直接確認などにより予測どおり4級窒素の量が増えたことによって陰イオン吸着容量が増大していることが裏付けられた。活性炭(Activated Carbon; AC)は1g当たりの表面積が1000 m3あるいはそれ以上の大きさを有し,ACを構成するグラファイトの疎水性表面が水中の有機物などの汚染物質を選択的に吸着する。ACは耐熱性,耐酸性,耐アルカリ性に優れ再生利用も可能である。本課題では鉛などのイオン性水質汚染物質を除去するためにACのグラファイト表面を親水性に改質することを試みた。その結果,鉛イオンなどの陽イオンにはカルボキシ基(-COOH)やスルホン酸基(-SO3H)が有効であり,硝酸イオンなどの陰イオンに対しては,以前に確認したアルキルアミンの他に4級窒素も有効であることが実験的に確認できた。陽イオンの吸着は酸性官能基とのイオン交換で進行しており,さまざまな方法で酸性官能基を導入することに成功している。
新規浄水発生土の資源化と鉄・ケイ素供給による環境保全型水稲生産の安定化技術の構築

有機栽培体系において、未利用廃棄物であるポリシリカ鉄浄水発生土と他のケイ酸資材は、水稲の収量、外観品質を向上させ、斑点米被害を低下させ、ケイ酸施用は根の量と活性を増加させた。さらに、ポリシリカ鉄浄水発生土は酸化鉄供給によって、水田からのメタン放出量を低下させる可能性を示めした。これらの結果より、PSI浄水発生土およびケイ酸資材の施用が環境保全型水稲生産体系の重要な要素技術になりうると結論した。1)ポリシリカ鉄凝集剤による浄水発生土(PSI浄水発生土)の特性評価群馬県、埼玉県、神奈川県、滋賀県、大分県の浄水場から採取した8試料のPSI浄水発生土の全ケイ酸、有効態ケイ酸(ポット栽培試験によって水稲が吸収したケイ酸)、全鉄および易還元性鉄含量(30°C、10週間の湛水培養)は、それぞれ平均で25%、5%、32%、180%であった。PSI浄水発生土のケイ素供給能は標準的なケイ素肥料(ケイ酸カルシウム)の約30%に相当し、有効態鉄供給能は市販含鉄資材(転炉スラグ5点の平均値)の約300%に相当した。2)有機栽培条件での水稲根の動態解析有機質肥料施用に伴う根の動態を明らかにするために,化学肥料と有機質肥料を施用した条件で水稲根の発生・枯死を比較した。その結果,根の発生・枯死量は有機質肥料施用で、より大きくなった。これは有機物中の窒素の溶出が遅いために,必要な窒素を獲得するために根が多く発生した可能性と有機物施用で土壌の還元が発達して還元障害が起きたために根腐れが起き,その補償作用で根の発生が促進された可能性の2つが考えられた。3)有機栽培体系におけるケイ素資材およびPSI浄水発生土の水稲収量に対する効果水稲の有機栽培(有機質肥料施用、化学肥料・農薬無施用)を資材無施用、ケイ酸カルシウム、シリカゲルおよびPSI浄水発生土施用(可溶性ケイ酸をケイ酸カルシウム200g/m^2と等しくなるように施用)の4処理、3反復(1プロット:30m^2)の圃場試験で行った。玄米収量は対照区に比べて3つのケイ素資材施用区で48%増加(有意差なし)した。その原因は、ケイ素吸収量が増加したことによる登熟歩合(78%増加)の向上であると考えられた。有機栽培体系における水稲の生産性安定化にPSI浄水発生土を含むケイ素資材が有効である可能性が示唆された。1)有機栽培体系におけるケイ酸資材およびPSI浄水発生土の水稲生育・収量に対する効果の解析有機栽培体系(有機質肥料施用,化学肥料・農薬無使用)において,ケイ酸資材(ケイ酸カルシウム,シリカゲル)およびポリシリカ鉄(PSI)浄水発生土の水稲の生育・収量に対する効果を圃場栽培試験によって検討した。今年度は継続2年目。対照区に比べて3つのケイ酸資材施用区において,穂揃い期と成熟期のイネ体ケイ酸濃度は有意に増加し、穂数は変化しなかったが1穂モミ数の増加によって玄米収量が13%増加(有意差なし)した。有機栽培体系における水稲の生産性安定化にPSI浄水発生土を含むケイ酸資材が有効であることを示唆するが、統計的な根拠が得られていないことが課題である。2)有機栽培体系におけるPSI浄水発生土の水稲根の伸長・活性に対する効果の解析有機栽培体系において,PSI浄水発生土が水稲根の生育,活性に与える効果を明らかにするために,圃場枠栽培試験において根系の活性の指標である出液速度とイングロースコア法による根系の発生・枯死を含めた動態を調査した。その結果,地上部生育に大きな差異はみられなかったものの,根の発生量がPSI浄水発生土施用で有意に大きくなるとともに,水稲の茎あたりの出液速度(根の活性の指標)も大きくなる傾向にあった。これはPSI浄水発生土に含まれるケイ酸の効果である可能性がある。3)培養法によるPSI浄水発生土のメタン生成抑制効果の検討鉄含量の異なる沖積土(3土壌)に,酸化鉄と有機物の比率が異なる2つのPSI浄水発生土を添加し,湛水培養(30°C,28日間)を行い,メタン生成量を測定した。酸化鉄含量が高い土壌でのみ,鉄/有機物比の高いPSI浄水発生土で,PSI浄水発生土の施用はメタン生成量を有意に低下させた。PSI浄水発生土に含まれる酸化鉄が電子受容体として機能し,メタン生成を抑制したと考えられた。1)有機栽培体系におけるケイ酸資材およびPSI浄水発生土の水稲収量・品質に対する効果:有機栽培体系において、ケイ酸資材(ケイ酸カルシウム,シリカゲル)およびポリシリカ鉄(PSI)浄水発生土の水稲の生育・収量に対する効果を圃場栽培試験によって検討した。(2012年度は、資材連年施用・継続3年目)

対照区に比べて3資材施用区で最分期、穂揃い期、成熟期の茎葉ケイ酸濃度は有意に増加し(対照区の109158%)、成熟期のケイ酸吸収量は1340%増加し、総モミ数と登熟歩合の増加によって玄米収量が37%増加(有意差なし)した。ケイ酸吸収が有意に増加したシリカゲル、PSI発生土施用区で対照区に比べて整粒歩合が高まる傾向を示した。2)水稲根の伸長・活性に対するケイ酸施用効果:ケイ酸が根系に与える影響を水耕栽培で検証した。ケイ酸施用(2mM)によって細根の長さと活性(トリフェニルテトラゾリウムクロライドを用いた検定)が増加した。圃場栽培試験においては、PSI浄水発生土は影響しなかったが、シリカゲル施用によって細根長に差異があった。3)圃場条件でのPSI浄水発生土のメタン生成抑制効果:遊離酸化鉄含量の異なる3つの沖積土(Fed=0.372.1%)を用いて水稲の枠栽培試験(2株)を行い、PSI浄水発生土がメタン放出量に与える効果を圃場条件で検証した。施用2年目でのみ酸化鉄含量が高い2土壌においてPSI浄水発生土の施用(2、4kg/m2)はメタン放出量を低下させる傾向を示した。以上の結果より、有機栽培水稲の生産性安定化と外観品質向上にPSI浄水発生土を含むケイ酸資材が有効であり、その原因の一つとしてケイ酸添加が根系形成と活性を向上させ、養水分吸収を改善することが考えられた。PSI浄水発生土の多量の酸化鉄が電子受容体として機能し、メタン放出量を低下させたと考えられた。わが国では実施例が多くない,正しい反復を持つ水田圃場栽培試験を計画通りに実施し,解析も計画通りに進展している。さらに,解析しにくい水稲根系発達に関する実験も計画に沿って実施し,圃場試験が多くの要因に結果が影響されることを考慮すれば,十分な成果が得られている。24年度が最終年度であるため、記入しない。統計的な根拠が得られていないことに対応するために、平成24年度(研究計画の最終年度)は,圃場栽培試験を継続するとともに,これまで得られた結果をより明確に証明し,その原因を解析するために,ポット栽培試験や室内培養試験を実施する。
防水スプレー(トリクロロエタン)曝露による肺障害の解明

本年度の研究の方法・結果を以下にまとめた。対象・方法:成犬(1213kg)3頭11回に対し、pentobarbital 2030mg/kgで初期麻酔し、自発呼吸を保たせたまま、56.5μg/kg/min (4050mg/hr)で維持麻酔をかけた。気管内に910mmの気管内挿管チューブを挿入し、一方向弁を装着し、吸気と呼気を分離し、自発呼吸下で、50lのテドラ-バックに濃度をあらかじめ1v/v%の濃度に調整したTCEを充満させ、一方弁の吸気側に取り付け、3分間自発呼吸下で吸入させた。鼠径動脈より観血的動脈圧モニターライン、鼠径静脈よりSwan-Ganzカテーテル(SGカテ)を挿入し、曝露直後、30分後、60分後に動脈圧(SAPm)、肺動脈圧(PAPm)-中心静脈圧(CVP)、肺動脈楔入圧(PCWP)、心拍出量(CO)を測定した。暴露を行なわずに同じ条件で測定した3頭11回をコントロール群とした。結果:TCE吸入群とコントロール群をANOVAによって解析したところ、SAPm、体血管抵抗(SVR)、CO、PAPmについて、交互作用を認め、さらに両群においてそれのパラメーター変化率に有意な変化を認め、それらは経時的な変化を認めた(p<0.05)。さらに、各群においてone-way repeated ANOVAを行ったところ、TCE吸入群では有意な経時的変化を認めた(p<0.05)がコントロール群では経時的変化を認めなかった。従って、TCE吸入によってPAPm、COは有意に上昇し、SAPm、SVRは有意に低下した。考察:本実験の結果はTCE吸入により、従来報告されていた抹消血管抵抗の低下に伴う体血圧の低下を認めたが、心拍出量はむしろ代償機序として上昇していた。さらに肺血圧の上昇を認めた。肺血圧の上昇の発生機序として心拍出量の増大、肺血管攣縮などの存在が考えられ、TCE吸入による急性中毒の症状として、肺高血圧症から一過性の右心負荷が生じる可能性も示唆するものと思われた。
「ヘテロキャプチャー・サンドイッチEIA」の開発と環境ホルモンの検出

分子量1,000以下のハプテン抗原をamolレベルで検出する新規の超高感度免疫測定法「ヘテロキャプチャー・サンドイツチEIA」を開発し、内分泌撹乱物質をはじめ、低分子物質の高感度検出を可能とする。そのため、ファージディスプレイ法を用い、低分子抗原と第一抗体の複合体に対する第二抗体を調製し、この2種類の抗体による超高感度非競合法を確立する。内分泌撹乱物質の生体内での影響を解析するために申請者らは、たんぱく質分解機構への影響を検討することにした。そこで、モデルハプテンとして、E-64cを用いることとした。このB-64cは、チオールプロテアーゼ阻害剤で、in vivoでリソゾーム中のカテプシンBを強く阻害するため、細胞内分解機構の解明に良く用いられているが、その代謝機構は明らかではない。本法では、E-64cとそれに対する第一抗体を反応させ、E-64c-抗体複合体を形成させ、ついで、E-64c-抗体結合部に対する特異第二抗体を結合させ測定する。そのため、特異第二抗体を「ファージディスプレイ法」により調製するが、第一抗体は、モノクローナル抗体でなければならない。そこで、まず、E-64cのモノクローナル抗体を調製することにした。E-64c-KLHをカルボジイミドにより作成、マウスに免疫し、モノクローナル抗体を調製した。このモノクローナル抗体・E-64c結合部に特異的な人工抗体をファージディスプレイ法により作成中である。これと平行して、2種類の標識抗体を用いた場合の立体障害を回避するために、抗複合体特異scFvと第一抗体抗原認識部位から最も物理的に遠いFabのC末端部に導入したシステインのSH基を用いるための、種々の標識体や酵素の標識法の検討や選別を行った。その結果、代謝回転率や分子量からリコンビナント・アルカリフォスファターゼを用い、マレイミドーヒンジ法が適していることが分かった。分子量1,000以下のハプテン抗原をamolレベルで検出する新規の超高感度免疫測定法「ヘテロキャプチャー・サンドイッチEIA」を開発し、内分泌撹乱物質をはじめ、低分子物質の高感度検出を可能とする。そのため、ファージディスプレイ法を用い、低分子抗原と第一抗体の複合体に対する第二抗体を調製し、この2種類の抗体による超高感度非競合法を確立し、生体に微量に含まれるこれらの低分子抗原の直接の測定を可能とする。内分泌撹乱物質の生体内での影響を解析するために申請者らは、たんばく質分解機構への影響を検討することにした。このE-64cは、カルパインやカテプシンに特異的なチオールプロテアーゼ阻害剤で、in vivoでリソゾーム中のカテプシンBを強く阻害する。そのため、細胞内分解機構の解明に良く用いられているが、その代謝機構は明らかではない。また、ハプテン-抗体結合部に対する特異第二抗体を「ファージディスプレイ法」により調製するためには、第一抗体は、モノクローナル抗体でなければならない。E-64cのエポキシ部に結合するカルパインの活性ペプチドを合成し、E-64c-ペプチド反応物を調製した。この複合体をカルボジイミド法によりKLHに結合させ、マウスに免疫し、モノクローナル抗体を作成している。

これと平行して、2種類の標識抗体を用いた場合の立体障害を回避するために、抗複合体特異scFvと第一抗体抗原認識部位から最も物理的に遠いFabのC末端部に導入したシステインのSH基を用いるための、種々の標識体や酵素の標識法の検討や選別を行った。その結果、代謝回転率や分子量からリコンビナント・アルカリフォスファターゼを用い、マレイミド-ヒンジ法が適していることが分かった。「低分子抗原と第一抗体の複合体部位にのみ特異的に反応する第二抗体」を用い「免疫複合体転移法」と組み合わせることでハプテンをamolレベルで検出する新規の超高感度免疫測定法「ヘテロキャプチャー・サンドイッチEIA」を開発し、内分泌撹乱物質をはじめ、低分子物質の高感度検出を可能とする。モデル抗原としてE-64cを用いた。1.モノクローナル抗E-64c Fab'の酵素標識体を調製(2)申請者らのヒンジ法を用い、Fab'-BSA-DNP, Bio及びFab'-酵素コンジュゲートを調製した。2.ハプテン・一次抗体複合体特異Fabの調製(1)固相上にE-64c-KLHを不溶化し、ついで、モノクローナル抗体を結合させ、E-64c・一次モノクローナル抗体複合体不溶化固相を作成した。(2)ヒトFabを発現したファージライブラリーからE-64c・一次モノクローナル抗体複合体部位に特異的な抗体Fabを発現したファージのパニング。抗体提示ファージを(1)の固相と反応させ、抗原に結合するファージを選択し、これを3回繰り返し、特異的結合抗体提示ファージを得た。なお、非特異的反応を除去するためにE-64c-KLHb不溶化固相および一次モノクローナル抗体不溶化固相と反応する抗体提示ファージは除去した。(3)スクリーニング現在、パニングで得られた抗体提示ファージを大腸菌に発現させ、この抗体のELISAを行い、上記と同様に抗原不溶化固相による特異抗体を選別している。選別後は、クローン重複がないかシーケンシングを行い、最終的には、大腸菌による抗体の産生、精製を行う。3.上記特異的抗体による新規の高感度ハプテン測定法を開発し、キット化を目指す。
高輝度放射光粉末回折法によるメソ多孔体への吸着分子のイメージング

メソ多孔体は原子スケールでは規則構造をもたないアモルファスであるが,そのアモルファスがメソスケールの細孔構造を形成している。これまで、電子線結晶学やX線回折を駆使して,メソ孔の配列や概形はわかったが,メソ孔内に吸着された分子の情報は明らかにされていなかった。本研究の目的は,高輝度放射光回折実験とマキシマムエントロピー法(MEM)を用いて,メソ多孔体に吸着されたガス分子の詳細な構造情報を得ることである。1次元メソ孔をもつMCM-41に対して,メソ孔形状をサイズや密度などをパラメータとして解析的に表わし,回折強度のシミュレーションを行った。そして,放射光回折データと比較して焼成前後の細孔の大きさや形状の変化に関する情報を得た。3次元のメソ孔をもつMCM-48について放射光粉末回折データのガス吸着その場測定を行った。ガス分子を吸着していないMCM-48の回折データに対して,従来の解析法で得たメソ孔の概形と,吸着等温線から見積もられる細孔容積とを合わせて,結晶構造因子のスケーリングを行い,MEMによりメソ孔形状をイメージングすることに成功した。得られた電子密度分布は従来法に比べて非常にクリアであり,これまでメソ孔の大きさは小さめに見積もられていたと考えられる。この手法は,より複雑なメソ孔のネットワーク構造,さらにはメソ孔表面の微細構造の解析に有効であると考えられる。ガス吸着データは,ガス圧力の増加に伴い,明瞭な回折強度の変化が観測された。このデータを解析し,電子密度の変化として,細孔壁への吸着の過程を観測することができた。すなわち,低圧部での単分子層吸着状態から閾値圧力における毛細管凝集,さらに飽和吸着状態に至る過程の吸着分子の構造情報を得ることができた。位相の取り扱いに今後検討が必要であるが,この手法はガス吸着状態の観測手法として有効であると期待される。メソ多孔体は原子スケールでは規則構造をもたないアモルファスの状態であるが,そのアモルファスがメソスケールの細孔構造を形成している。そして,この物質のメソ孔を利用した,吸着材,触媒,ドラッグデリバリーシステム(DDS)としての応用が期待されている。メソ多孔体のキャラクタリゼーションは,これまで,電子顕微鏡観察,電子線回折,X線回折などを駆使してなされてきたが,細孔の配列やおおよその形状がわかるものの,細孔壁の微細な形状や,更には細孔内に取り込まれた分子の構造情報についてはほとんど明らかにされていない。平成17年度は,大きさがおよそ数nmの細孔を持つシリカ・メソ多孔体MCM-41およびMCM-48について放射光粉末回折データの測定を行った。また,窒素ガスやアルゴンガスの吸着状態でのその場測定を行った。そして,ガス吸着その場測定,多孔性材料の回折データの解析について種々のトライアルを行い,手法の改善を検討した。実験は大型放射光施設SPring-8の粉末回折ビームラインBL02B2において,イメージングプレートを検出器としたデバイシェラー法により行った。ガス吸着は我々のグループで独自に開発したガス導入システムを利用し,BL既存の窒素ガス吹付け低温装置を組み合わせて,温度とガス圧力をパラメータとしたその場測定を行った。得られた回折データは,ガス圧力増加に伴い,回折強度の変化が観測された。特に相対ガス圧力0.4付近には毛細管現象によると考えられる大きな変化が見られ,ガス吸着による回折強度変化を観測できたと考えられる。

また,メソ多孔体の形状を,細孔サイズ,細孔同士の間隔,密度などをパラメータとして解析的に表わし,回折強度のシミュレーションを行った。ガスを導入しない状態のMCM-41については,実験データとの比較検討を進めている。この部分については現在論文投稿準備中である。シリカメソ多孔体はメソスケールの細孔構造を持つアモルファス物質である。医薬品などの有用物質の分離.精製などの応用研究において,メソ孔内でのゲスト分子の構造情報は大変重要である。本研究の目的は,高輝度放射光回折実験とマキシマムエントロピー法(MEM)という電子密度イメージング手法を用いて,メソ多孔体に吸着されたガス分子の詳細な構造情報を得ることである。初年度は1次元メソ孔をもつMCM-41の細孔形状を解析し,焼成前後の細孔の大きさや形状に関する情報を得た(J.Phys.Chem.B(2006))。今年度は3次元メソ孔を持つMCM-48の放射光粉末回折データのガス吸着その場測定を行った。MCM-48のメソ孔は近似的に,いわゆるジャイロイド表面として解析的に表すことができるが,今後の多様なメソ孔形状解析に対応するため,ここではモデルフリーな解析法を適用した。フーリエ法を用いた従来の解析法で得たメソ孔の概形と,吸着等温線データから見積もられる細孔容積とを合わせて,結晶構造因子のスケーリングを行い,MEMによりメソ孔形状をイメージングすることに成功した。得られたイメージ図は従来法に比べて非常にクリアであり,これまでは細孔の大きさは小さめに見積もられていたと考えられる。この手法は,より複雑なメソ孔のネットワーク構造,さらにはメソ孔表面の微細構造の解析に有効であると期待される。ガス吸着状態のデータでは,ガス圧力の増加に伴い,明瞭な回折強度の変化が観測された。このデータを解析し,電子密度の変化として,細孔壁への吸着の過程を観測することができた。すなわち,低圧部での単分子層吸着状態から閾値圧力における毛細管凝集,さらに飽和吸着状態に至る過程の吸着分子の構造情報を得ることができた。位相の取り扱いに今後検討が必要であるが,この手法はガス吸着状態の観測手法として有効であると期待される。
海氷藻類由来分子マーカーIP25を用いた温暖期北極海における海氷量変動の実態解明

本研究では、北極海における過去の海氷量の変動を復元するため、海氷藻類由来のバイオマーカーであるアイスアルジーの分子マーカーであるIP25を用いた分析法の開発検討を行った。さらに、開発した手法を北極海チャクチ海のノースウインド海嶺より採取された堆積物試料に応用した結果、IP25濃度は、ベーリング海(北緯58.3度63度)で、00.37ng/g-drysed.、チュクチ海(北緯66.6度74.5度)で、0.697.25 ng/g-drysed.であった。本研究では、北極域における将来の温暖化増幅メカニズムの解明の一環として、過去の温暖期において北極海氷量の実態把握を行い、北極海の海氷が自然変動の中で、どのような歴史的変遷を辿ってきたかどうかを明らかにする。今年度は、北極海より採取された海底堆積物試料を用いて、海氷藻類起源のIP25有機分子の抽出、精製条件、ガスクロマトグラフ・質量分析計(GC/MS)によるIP25有機分子の定量に関する検討を行った。条件検討の一環として、1)ベーリング海、北極チャクチ海の表層堆積物試料を用いて、IP25の抽出条件の検討を行った。表層堆積物を用いた検討を踏まえ、さらにチュクチ海ノースウィンド海嶺、水深1000mで採取されたピストンコア試料の分析に着手した。表層堆積物については、ベーリング海(北緯58.3度63度)におけるIP25濃度は、00.37ng/g-drysed.であった。また、チュクチ海(北緯66.6度74.5度)では、0.697.25 ng/g-drysed.との結果が得られた。一方、ピストンコア試料については、過去、15.5万年間に渡る層準から、無作為に選んだ30点について分析を行った。IP25濃度は、01.6 ng/g-drysed.の結果が得られた。IP25のGC/MSでの定量においては、抽出試料に含まれる夾雑成分のUCMハンプにより不正確な結果を導くことがわかった。そのため,本研究では、IP25有機分子を高感度に検出する条件を確立した。来年度は、高感度に検出するための処理を進めながら、より正確なIP25濃度の検出を進め、最終的に北極チュクチ海における過去の海氷量変動の変遷に関する知見を得る。北極海より採取された海底堆積物試料を用いて、IP25有機分子の抽出、精製条件、GC/MSによるIP25有機分子の定量に関する検討を行った。その結果、従来、海底堆積物試料中脂質バイオマーカーの分析プロトコルで得られる脂肪族炭化水素画分(N1画分)にIP25有機分子を回収できることを確認した。また、GC/MS測定ではパルスドスプリットレス注入と選択イオンモニタリング(SIM)を組み合わせ、大量の夾雑成分のUCMハンプに埋もれたIP25有機分子を高感度に検出する条件を確立した。これらの条件を考慮しない場合のIP25濃度は、上記のピストンコア試料では、濃度が最大4.31.6 ng/g-drysed.となり、処理した場合に比べ、その値は、約2.5倍の結果となることがわかった。このように、堆積物からの抽出における大量の夾雑成分の存在は、UCMハンプに埋もれたIP25濃度の検出の際の大きな誤差を生じさせることがわかった。これにより、北極海の海氷が自然変動の中で、どのような歴史的変遷をしてきたかどうかを明らかにすることが可能となった。本研究では、さらにこれらの分析技術を下に、ベーリング海、北極チャクチ海の表層堆積物試料、チュクチ海ノースウィンド海嶺、水深1000mで採取されたピストンコア試料の分析を進めた。最終的に、北極チャクチ海の過去15万年間の海氷量の変遷復元をめざす。

また、チュクチ海(北緯66.6度74.5度)では、0.697.25 ng/g-drysed.との結果が得られた。一方、ピストンコア試料については、過去、15.5万年間に渡る層準から、無作為に選んだ30点について分析を行った。IP25濃度は、01.6 ng/g-drysed.の結果が得られた。IP25のGC/MSでの定量においては、抽出試料に含まれる夾雑成分のUCMハンプにより不正確な結果を導くことがわかった。そのため,本研究では、IP25有機分子を高感度に検出する条件を確立した。さらに高感度に検出するための処理を進めながら、より正確なIP25濃度の検出を進め、北極チュクチ海における最終氷期最寒期から15万年間前までの海氷量変動の変遷に関する知見を得た。27年度に北極海海底堆積物試料を用いた検討により、堆積物中のIP25有機分子の定量が可能となった。しかし、多数の試料の分析を進めていくに従って、堆積物中のIP25濃度が極めて微量なため、検出感度をかせぐために大量の夾雑成分(マトリックス)が混在した状態でGC/MS注入をせざるを得ないことがわかった。このような測定は、GCのキャピラリーカラムの劣化を早め、多数のサンプルの測定をこなすことが困難である。そこで、硝酸銀カラムなどの新たな生成技術を駆使しながら、N1画分に含まれる炭化水素類を飽和・不飽和で分離精製し、IP25測定のスループットを向上させることを目指す。今後は、上記の検討を進めながら、IP25の検出感度をより向上させる必要のある試料について、N1画分における炭化水素類を飽和・不飽和で分離精製についてもさらなる検討を進めながら、コア試料を含め実試料のIP25データのさらなる高精度化を目指す。これら分析条件をクリアすることは、IP25値の同定・定量の精度を向上させ、ひいては、IP25値による海氷量の変動の精度向上が大いに期待される。すなわち、IP25検出如何が示されることは、試料が検出された時代における海氷の存在の有無に関する知見につながることになることから、本課題を如何にクリアできるかが、海氷量変遷の復元における知見の精度を向上させる、ひいては、IP25が海氷量復元のプロキシーとして利用できるかどうか検証するうえで重要な課題であるといえる。地球化学IP25の測定で使用するGC/MSの故障により、測定及び試料前処理の一部が翌年度に持ち越しとなった。IP25の分析に関連して、試料の抽出、GC/MS測定のための消耗品並びに共同研究者間の旅費等に使用する。
周期的環境下での数理解析

1.周期的フロント波の存在と安定性に関する数学研究神経における興奮伝播の基本的な数学モデルである、抑制過程を無視した場合の電位ポテンシャルが満たすスカラー方程式を有随神経に対応するように周期環境下で考察した。数学的に厳密な意味で周期的フロント波の存在を示すまでには至らなかったが、後述のように数値的証拠は出揃った。また、関連する反応拡散方程式に現れる内部遷移層の振動形態などの研究成果が得られた。現状では均一環境を扱っているが、周期的環境などの不均一環境の場合への拡散を計画している。2.周期的フロント波の数値計算による研究抑制過程を無視したモデルについては、周期的フロント波の存在と安定性を数値計算で確認すると同時に、その伝播速度の活性部分の幅に対する依存性を調べ、一定の範囲では幅が狭い方が速く伝播することを確認した。さらに、周期環境下における抑制過程を取り入れたFitzHugh-Nagumo方程式や伝染病伝播モデルの周期的パルス波の数値計算の準備を行った。3.時間的に変動する周期的フロント波の視覚化周期的フロント波の数値計算と平行する形で、フロント形状時間周期的変動、膜間に流れる電流の変動などを視覚化した。4.力学系の観点からの理論的解析分担者森田は空間的に非一様な解の安定性に関する研究を行い、分担者岡は大域的なアトラクターの構造をモース分解を導入して明らかにしパターン形成の理解に新しい視野を与えた。
レーザー誘起蛍光法を用いたスクレイプ層プラズマの流速ベクトル計測法の開発

最終年度である本年度は、レーザー誘起蛍光(LIF)に用いる高速波長掃引(RAFS)色素レーザーの実用可能性の検証を行った。また、高速光強度計測系及びモノクロメーター系を構築し、東京大学球状トカマク装置UTSTにおいてプラズマ流速計測を試みた。レーザーパルス1ショットで流速ベクトル計測を行う場合、波長掃引の時間が必要なこと、プラズマイオンの蛍光の寿命等の理由により、RAFS色素レーザーのパルス幅は長いことが望ましい。そこで、色素レーザーを励起するNd-YAGレーザーの長パルス化を、Qスイッチのオフアライメントにより行った。また、レーザーエネルギーとパルス幅の計測を行い、計算から見積もった、LIFに必要なエネルギーと比較した。その結果、長パルス化は、目標値100nsに対し20-30nsが限界であることがわかった。そのため今回は、レーザーパルス幅は長くせず、色素レーザー内蔵の回折格子の角度制御をレーザーのショットパイショットで行うことによる波長掃引とした。UTSTにおいて、ポロイダル流速計測用高速光計測系及びトロイダル流速計測系を構築し、ワッシャーガン生成プラズモイド、オーミック生成トカマクに対して流速計測を試みた。トロイダル流速計測精度は、音速の1/21/3程度であった。結論として、LIFに用いる波長掃引レーザーでは、時間分解能は落ちるが、ショットバイショット計測(現状で数十Hz)で行う方がよいこと、色素レーザーの代わりにダイオードレーザーを用いる選択もありうることがいえる。RAFSレーザーで、シングルショットでの波長スキャンも可能だが(PZT駆動エタロンで波長掃引速度は達成可能)、波長モニタ、メンテナンス等に問題が多い空間二次元トロイダル流速分布の導出は本手法で十分可能である。ただし、レーザーの迷光の除去が完了せず、ポロイダル流速の導出に対する評価までには至らなかった。初年度である本年度は、レーザー誘起蛍光法(LIF)に用いる高速波長掃引(RAFS)色素レーザーの構築を目的として、波長掃引機構の検討・設計・構築を行った。アクチュエータ駆動エタロン、電気光学素子(EO)を検討した結果、エタロン及び駆動機構の設計・構築を行うこととした。エタロンを用いる場合、レーザー光の静的な性能(線幅、掃引波長幅、強度)を高くすることができる点が利点である。目標値として線幅0.6pm(@611.492nm)、掃引幅±8pmのレーザー光を要求する場合、計算からエタロンに用いるミラーは、フィネス>10程度が必要で、表面精度1/100、反射率86%のミラーを用いることとなった。この場合レーザー光のエタロン透過率は40%となる。製作したエタロンの静止時の線幅を、スペクトラムアナライザを用いて測定した結果、線幅<2pmとなり、おおむね目標値は達成できた。課題として駆動時のエタロンの特性の評価が残された。また、Nd:YAG-Dyeレーザー系とエタロン駆動アクチュエータやプラズマ放電系などのトリガ系の同期をとるシステムの構築を行った。また、ドップラーシフト分光システムの流速分解能を、既存トーラスプラズマ装置を用いて受動分光により検証した。1次元で、さらにはLIFを行った計測ではないが、設計の目標値である0.5km/sを確認した。その後2次元ドップラー分光システムの構築に着手し、光ファイバーバンドル、モノクロメータ(焦点距離50cm)、ICCD、マルチアノードフォトマルを整備し、モノクロメーター光学系マッチングのためのレンズシステムの構築を行った。
リン酸化蛋白をターゲットとした膵・胆道癌の早期診断および個別化治療への展開

膵・胆道癌の細胞内signa1伝達径路の血清中リン酸化蛋白と癌切除標本での発現量を比較検討、診断マーカーおよび将来の分子標的治療を用いた個別化治療の臨床応用を目指した。膵癌患者と健常人の血清中リン酸化蛋白測定、階級別cluster解析によるリン酸化蛋白profile、リン酸化蛋白の組織発現と血清中発現量の相関等を検討。ERKsignal径路の構成蛋白p-MEK、p-ERK、p-P90RSK、p-CREB、さらにp-Aktとp-IKBaが膵癌患者で血清中存在量が有意に増加。血清に対応した切除標本でのp-MEK、p-ERK発現は血清値と有意な相関を認め、診断能ではp-ERKのAUCは0,94であった。血清中p-ERKの値は膵癌・膵炎・健常人の3群間で有意差を認め、膵癌と膵炎・健常人でのAUC値はCA19-9よりp-ERKの方がより優れており、新規血清膵癌バイオマーカーとして血清中リン酸化蛋白測定の有用性が示された。膵胆道癌に対して標的となりうる血清中リン酸化蛋白を網羅的に解析しそのリン酸化蛋白抑制をターゲットとした分子標的治療薬を用いることで新しい個別化治療として応用することを目的とした。Bio-PlexTMphosphoprotein suspension arraysystemを用い血清中リン酸化蛋白の存在量を網羅的に測定し、まず、Training setとして膵癌患者術前血清と健常人血清中のリン酸化蛋白存在量をBio-PlexTM 200 systemを用いて網羅的に測定・比較検討し、健常人血清より膵癌血清で有意に上昇している事を確認した。そのリン酸化蛋白を候補蛋白として同定中である。次に膵癌患者血清とその患者群の数、年齢および性別を合わせた健常人サンプルを用いて症例数を増やしたValidation studyを行い、Training setで選ばれた候補蛋白の測定結果に再現性が認められるかを確認した。これまでのpreliminary dataによると、リン酸化された細胞内シグナル蛋白18種類中、5種類のリン酸化蛋白において健常人血清と比較し膵癌血清で有意な発現量の増加が認められた。実際に血清中にp-ERK1/2が存在しているかの確認をWestern blotを用いて検討すると、膵癌血清中の方がより発現量が多いことが再確認された。さらに、膵癌組織内でのp-ERK1/2発現を免疫染色にて検討すると、存在量の多い患者組織中にp-ERK1/2の発現を高度に認めた。それぞれの血清中リン酸化蛋白発現量の有無を確認し、さらにBio-Plexでの測定値との相同性を検討したところリン酸化された細胞内シグナル蛋白18種類中、5種類のリン酸化蛋白において健常人血清と比較し膵癌血清で有意な発現量の増加が認められた。その中の一つであるp-ERK1/2について検討すると実際にBio-Plexで測定して高値を示した膵癌患者3名と低値であった健常人3名の血清サンプルを上記のように処理した後Western blotにて比較したところ、p-ERK1/2の血清中存在量の強弱がBio-Plexの測定結果と一致し、健常人に比べ膵癌患者でp-ERK1/2が強発現していることが判明した。リン酸化蛋白に対する特異的抗リン酸化蛋白抗体を用いて腫瘍組織の免疫染色を行ったところ、血清中と組織中のリン酸化蛋白の発現量を把握することで悪性度診断に応用できる可能性が示唆されてきた。また血清中のp-ERK1/2存在量が高い浸潤性膵管癌患者の切除標本の免疫染色を行ったところ、癌細胞に強い染色性が認められ細胞質及び核内に発現を認め、p-ERK1/2の存在量が低い患者の癌組織では染色性が弱いという傾向が認められている。膵・胆道癌は早期発見と外科切除、分子標的治療薬を含む化学療法等での集学的治療が、治療成績向上を図る上で最重要である。そこで膵・胆道癌の増殖等に深く関わる細胞内signal伝達径路の血清中リン酸化蛋白及び癌切除標本での発現量を比較検討し、診断マーカー探索及び将来の分子標的治療を用いた個別化治療の臨床応用を目指した。【方法】膵癌患者26例と健常人25例の血清で18種類の血清中リン酸化蛋白測定し階級別cluster解析によるリン酸化蛋白profileを比較検討。

膵癌26例中切除可能の22例、切除標本におけるリン酸化蛋白の免疫染色を行い血清中との発現量の相関等を検討。更に血清中のリン酸化蛋白発現量の比較を膵癌・膵炎・健常人3群間でも実施。【成績】膵癌の重要な1経路であるRas/Raf/MEK/ERK signal径路の構成蛋白p-MEK、p-ERK、下流のp-P90RSK、p-CREB、更にp-Aktとp-IKBaの6つが膵癌患者で健常人と比較し存在量が有意に増加。p-MEKとその下流signalであるp-ERKの発現量の有意な正の相関を認めた(R=0.57,P<0.00002)。それら血清に対応した膵癌切除標本での発現を免疫染色法で確認すると、p-MEK、p-ERKは膵管癌細胞内の細胞質と核内に高発現、診断能ではp-ERKのAUCは0.94であった。予後では血清中p-ERK存在量の高値群が手術根治度と共に多変量解析で独立予後因子となりcluster解析のsubclass分類でも予後良好・不良群の2群に分けられた。p-ERK値は膵癌・膵炎・健常人の3群間で有意差が認められ(P<0.00001)、膵癌と膵炎・健常人(非担癌)でのAUC値はCA19-9よりp-ERK値がより優れていた。新規血清膵癌バイオマーカーとして血清中リン酸化蛋白測定の有用性が示された為、これら内容を論文発表した。膵・胆道癌は早期発見と外科治療、分子標的治療薬を含む化学療法などでの集学的治療が、治療成績向上を図る上で重要である。そこで、プロテオミクスの技術を用い、血清中の新規マーカーの検出を試みた。昨年度までは、血清中リン酸化シグナル伝達物質の濃度が膵癌の早期発見マーカーとして有用である可能性を示した。今年度は、膵癌細胞に発現する特異的蛋白質と、このような蛋白質に対する抗体の複合体が血中に存在する可能性について検討した。まず、膵癌切除症例3例からの切除標本から、膵癌組織と正常膵組織部分を切り出し、蛋白を抽出、これを2次元電気泳動法にて展開し、網羅的に膵癌組織での発現が亢進している蛋白質を検出した。そのうち、分子量20kDaのスポットが3症例すべてで膵癌組織での発現亢進を認めたため、この部分をゲルより切り出し、ゲル内蛋白質消化と質量分析計を用いて、蛋白質の同定を行った。すると、このスポットはCofilinという蛋白質であることが判明した。前述の3例を含む8症例の膵癌切除標本を用い、Cofilinの発現レベルを膵癌組織、正常膵組織で比較したところ、すべての症例で膵癌組織での発現の亢進を認めた。また、免疫染色により膵癌組織におけるCofilinの発現を検討したところ、癌細胞に発現をしており、その発現レベルは症例により差があることを見いだした。そこで、Cofilinに対する抗体を1次抗体としてプレートに固定し、検出抗体としてヒトIgGに対する抗体を用いて、Cofilin+抗体の複合体濃度をELISA法で測定した。すると、相対的な発現量では膵癌患者において、年齢を適合させた健常人のグループに比較してその発現が亢進していた。膵癌患者をその抗体複合体の発現量により、その中央値で2群に分けてKaplan-Meier法、およびLogrankテストで全生存期間を検討すると、発現量が少ない群が、多い群に比較して優位に予後良好であった。現在、これらの因子がマーカーとして有用かどうかを、症例を蓄積し検討しているところである。
曲げ強度10倍を達成する次世代型積層鋼板の開発

2018年度の取り組みは年初の計画通り進めることができた.2相組織鋼の硬質組織調整による異方性発現についてさらにミクロスケールシミュレーションを進め,疑似的な繊維状モデルについても異方性を解析した.結果として,延伸組織による異方性発現が10%ひずみ以下の低ひずみ以下でしか発現しないこと,および組織延伸は強度の低下をまねく知見を得た.助成当初の曲げ性を発現するような異方性については残念ながら2相組織では得ることが出来ない結果が判明したことになる.加えてBao-Wirzbickiの延性破壊モデルを組み込んだシミュレーションも実施し,延伸組織においては第2相の損傷が進みやすくなることを知見した.昨年度解析した高強度を発現する硬質組織連結モデルは延伸組織よりも損傷が小さい結果が得られ,新たな材料設計の指針を得ることができた.延伸組織はそれ単体ではマイナスの効果であったが,延伸組織と連結組織の相乗効果によって高強度化と高延性化が発現することが明らかになった.高強度を発現するメカニズムとしては,硬質組織にどの程度変形が集中するかという点に加え,軟質組織が加工硬化することで新たな硬質組織の役割を担う事が解析より示唆されている.硬質組織の変形が大きいと逆効果となる点は新たな知見となる.計画当初の予定から変更とはなっているが,論文投稿可能なレベルの新たな知見がいくつか得られている.また,いくつかの改良を経てシミュレーション手法も確立されてきており,同様,あるいは発展的な解析を実施できる土台を整えることができた.2020年度においては硬質組織分布の条件を増やしたうえで解析結果を裏付けたうえで論文投稿を進め,次期のテーマ化を目指し2相化以外の異方性発現組織形態について探索を進める.予算的に可能であれば実験による解析結果の検証を実施したい.平成29年度は若干の遅れはあるものの概ね計画通りに進める事ができた.2相組織鋼のミクロ組織を模擬した仮想組織生成プログラムを作成し,硬質組織の体積率,アスペクト比,連結度(偏析度合い)が異なる複数の有限要素法用のモデルを生成した.当該モデルを用いた代表体積要素という手法により単軸の応力・ひずみ曲線を計算し,硬質第2相の体積率が増すとともに強度が増す事を確認した.さらに硬質第2相の連結度合が一定値を超えると急激に強度が増す知見を得,その傾向は硬質第2相の体積率が増す事で顕著となった.硬質第2相のアスペクト比の影響として,硬質第2相を延伸させることでその方向に対する引張において強度が増すことも知見した.予想外に延伸軸と直交方向の強度低下が小さく,強度を増すという点では延伸した硬質第2相が適している結果を得た.ただし,アスペクト比操作による強度の向上は連結度合い操作によるものよりもかなり小さい結果であった.さらに,2軸方向の引張変形のシミュレーションを実施し,5通りの引張力の比(単軸等2軸変形まで)の結果から等塑性仕事面という材料の異方性を評価した.その結果として硬質第2相のアスペクト比が増す事で異方性も増し,その傾向は硬質第2相の体積率が高いほど顕著である結果を得た.ただし当初期待したほどの異方性の発現が無かったため,異方性を最大化する硬質第2相の形態を探索が必要となっている.加えて,大変形域の硬質第2相の損傷も異方性に影響する可能性があることから,損傷を考慮した解析も追加で必要と考える.これらの追加解析に着手し,平成30年度に持ち越しとした.予定していた解析を実施したところ,当初期待したほどの塑性異方性の発現が無かった.目的とする異方性を得るため,異方性を最大化する硬質第2相の形態を探索が必要と考えこれに着手,平成30年度へ持ち越しとした.加えて,大変形域の硬質第2相の損傷も異方性に影響する可能性があることから,損傷を考慮した解析も追加で着手した.これらの追加着手分を当初計画に対する遅れとした2018年度の取り組みは年初の計画通り進めることができた.2相組織鋼の硬質組織調整による異方性発現についてさらにミクロスケールシミュレーションを進め,疑似的な繊維状モデルについても異方性を解析した.結果として,延伸組織による異方性発現が10%ひずみ以下の低ひずみ以下でしか発現しないこと,および組織延伸は強度の低下をまねく知見を得た.助成当初の曲げ性を発現するような異方性については残念ながら2相組織では得ることが出来ない結果が判明したことになる.加えてBao-Wirzbickiの延性破壊モデルを組み込んだシミュレーションも実施し,延伸組織においては第2相の損傷が進みやすくなることを知見した.昨年度解析した高強度を発現する硬質組織連結モデルは延伸組織よりも損傷が小さい結果が得られ,新たな材料設計の指針を得ることができた.延伸組織はそれ単体ではマイナスの効果であったが,延伸組織と連結組織の相乗効果によって高強度化と高延性化が発現することが明らかになった.高強度を発現するメカニズムとしては,硬質組織にどの程度変形が集中するかという点に加え,軟質組織が加工硬化することで新たな硬質組織の役割を担う事が解析より示唆されている.硬質組織の変形が大きいと逆効果となる点は新たな知見となる.計画当初の予定から変更とはなっているが,論文投稿可能なレベルの新たな知見がいくつか得られている.

また,いくつかの改良を経てシミュレーション手法も確立されてきており,同様,あるいは発展的な解析を実施できる土台を整えることができた.損傷まで考慮した硬質第2相の形態最適化を進めると同時に,当初の予定通り巨視域での曲げ変形の解析に着手する.平成29年度の微視シミュレーションで得た等塑性仕事面(塑性異方性)が古典的な異方性構成則で再現できるか否かをまず判定する.可であれば古典的な異方性パラメータを積層材曲げシミュレーションに適用しての曲げ強度の最適化を実施する.不可であれば区分関数で異方性を表現するような他の異方性モデルを使った解析を試みる.加えて,来年度の鋼材試作の準備(微視組織の選定)を進める.2020年度においては硬質組織分布の条件を増やしたうえで解析結果を裏付けたうえで論文投稿を進め,次期のテーマ化を目指し2相化以外の異方性発現組織形態について探索を進める.予算的に可能であれば実験による解析結果の検証を実施したい.値引き等で購入品が予期していたよりも安くすんだこと,およびネットミーティングの活用によって旅費が節約できたために29312円の余りが生じた.平成31年度実施予定の曲げ試験を大阪大学の装置を借りて実施する事を検討しており,その打ち合わせのための旅費等に平成30年度に差額分を使用したい.予定していた学会発表をキャンセルしたため,その分は今年度使い切れなかった.次年度に学会発表(鉄鋼協会の講演大会)を行う事を予定しており,その旅費に使用したい.