hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ESR・NMR分光及び結晶構造に基づくヘムオキシゲナーゼによるヘム分解機構の検討

本研究ではC末端の膜結合ドメインを除いた短縮型ラットHO-1の大腸菌での発現系を確立し、昨年度は阪大大学院福山研との共同研究によりヘムとの複合体の結晶構造を決定した。本年度は同共同研究により、ヘムを結合していないapoHOの構造を決定した(投稿中)。apoHOの全体構造はHO-ヘム複合体(HO-heme)と似ているが、ヘムポケットの構造には明確な差異がみられた。apoHOでは、近位ヘリックス(A-helix)はdisorderしており、ヘムポケットの一部を形成しているB-helixはヘムポケット部位にシフトしていた。とりわけ、B-helix中のGln38がHO-hemeでは本来ヘムが位置する部位に移動していたことが注目される。何故なら、HO-hemeにおいて、Gln38はA-helixのC末側に存在するGlu29と水素結合をしており、この水素結合がA-helixとB-helixの角度を決定しているからである。さらに、apoHOでは遠位ヘリックス(F-helix)がrandom coil状となっていた。以上のようなapoHOの構造から、ヘムが結合するとき、A-helixがHis25を介して安定化され、ついでB-helixが大規模な移動する結果Gln38とGlu29との間に水素結合が形成され、最後にF-helixの固定が起こることが推定された。HO反応は3段階の酸素添加反応からなるが、第2ステップのヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換反応については、O_2のみで起こると主張するグループと、O_2に加えて1eの供給が必要であると主張するグループとの対立があった。我々はこの反応がO_2のみで起こり生成されたベルドヘムは2価であることを報告した。これに対して後者から、1eの供給なしでヒドロキシヘムから生成されるものはporphyrinが酸化されたporphyrin(Fe^<3+>)πcation radicalであり、O_2酸化物はNa_2S_2O_4によって再還元されてヒドロキシヘムに戻るという反論が出された。そこで、HOに結合したヒドロキシヘムとペルドヘムのO_2およびNa_2S_2O_4に対する反応性を検討した(投稿中)。ヒドロキシヘム(Fe^<3+>)は当量のO_2によってベルドヘム(Fe^<2+>)に転換される。決してporphyrin(Fe^<3+>)πcation radicalではない。過剰のO_2暴露によってベルドヘム(Fe^<2+>)はさらに酸化されるが、その酸化物は未同定である。一方ベルドヘム(Fe^<2+>)はNa_2S_2O_4によって還元されて、π-neutral radical様の物質に変化する。このものは生理的な還元系であるNADPH-cytochrome P450 reductaseを用いたヘム分解反応ではみられない。よってNa_2S_2O_4は生理的なヘム分解反応を検討する場合、還元剤として使用することは不適当であると結論された。生理的なヘム分解酵素であるヘムオキシゲナーゼ(HO)は、1960年代の半ばに米国のSchmidらによって発見された。以来国内外の数多くの研究者により精力的に研究されてきた。我々は、構造生物学観点からこの酵素の反応機構を追求し、本申請課題において次のような成果をえた。1.ラットHO-1のC末端22アミノ酸残基(膜結合部位)を除いた可溶性酵素(Met1-Pro267)の発現に成功し,10Lの培養液から170mgの精製標品を得るシステムを確立した(Kurume med. J. 43,313,1996)。2.酸素・電子滴定装置を用いて、ヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換には、シトクロムP450還元酵素からのe^-の供給は必要とせず、分子状酸素のみで起こることを発表した(J. Biol. Chem.274,18196,1999)。
新規合成法によるリチウム電池材料の探索と高機能化

リチウムイオン電池の正極材料として様々な鉄の2価化合物が注目を集めている。鉄は豊富な元素であり低コスト化の可能性も秘めるが、2価鉄の原料は高価であり化合物の生成には高温での長時間熱処理が必要である。また、電極特性を高めるには粒子サイズを抑制する必要があるが、これは長時間熱処理とは相反する方向である。これらの技術的障壁により、鉄系電極材料はその低コスト化可能性が議論され高い電極性能についての実証もされているものの、実際には工業化段階での様々な追加措置の必要性があり、十分にその潜在能力が社会還元されていない状況である。これを打開する手法として、3価の鉄原料と還元剤かつカーボン源としての有機物との燃焼反応時の自己発熱により、2価鉄からなる均一性の極めて高い前駆体を生成させ、これを比較的低温で短時間処理することでカーボンコートされた最終生成物を得る方法を昨年度開発した。今年度は、この合成手法の特徴を用いピロリン酸アニオンを骨格とする新規正極材料の探索に展開した。また、リチウム電池のみならずナトリウムイオン電池用電極材料にも探索範囲を拡大した。その結果、複数の新規機能材料ならびにその低温準安定相を発見した。特に、ピロリン酸鉄ナトリウムは3V付近の高電位で作動し、ナトリウム電池用正極としてはこれまでで最も優れた負荷特性を示した。国際的な研究ネットワークを構築し、多くの開発材料の低温磁気特性を明らかにする研究を短時間で完成させるとともに、実用的な見地から安全性に関する熱力学的データの実験的収集を行い、高度に安全性が確保できることを実証した。リチウムイオン電池は現在電気自動車用電源や風力・太陽光発電併設の大型蓄電システムとしての利用が求められており、そのためにより一層の高エネルギー密度化、低コスト化が求められている。しかし、現状の電池材料構成では性能が理論的限界に達しており、また希少金属を使用しているため根本的な低コスト化が困難な状況にある。そこで、本研究では現在次世代リチウムイオン電池電極として広く研究が行われている電極材料について、環境負荷の小さい低温溶液合成プロセスの検討、および本合成法を用いた新規正極材料の探索を行った。具体的には、当研究室で初めて報告したリチウムイオン電池正極材料であるLiMBO_3、Li_2MP_2O_7に着目し、これまで行われていた固相法ではなく、溶液法による合成を行った。その結果、ナノ構造を有するカーボンコートLiMBO_3及びLi_2MP_2O_7の合成に成功した。とりわけ、Li_2MP_2O_7のナノ粒子を合成したのは世界初であり、現在論文2報を執筆中である。さらに次世代リチウムイオン電池の高エネルギー密度化に寄与するため、これらの材料にマンガンのドープを行い、電気化学反応の高電位化を検討している段階である。また、上記の低温溶液合成法を用いて、2010年に見いだされた新規材料であるLiMPO_4F及びLiMSO_4Fタボライト系正極材料について探索を行った。現在、合成法の最適化を行っている状況であり、次年度に引き続き検討を行う。さらに、高い酸化還元電位を示すと予想されるコバルト、ニッケル、マンガンなどの3d遷移金属元素を含むタボライト系材料についても同時に検討を行い、次世代リチウムイオン電池の高エネルギー密度化に寄与する。これを打開する手法として、3価の鉄原料と還元剤かつカーボン源としての有機物との燃焼反応時の自己発熱により、2価鉄からなる均一性の極めて高い前駆体を生成させ、これを比較的低温で短時間処理することでカーボンコートされた最終生成物を得る方法を開発した。均一性の高さに着目し、我々が開発した新電極材料Li_2FeP_2O_7について短時間合成の可能性を追求したところ、前駆体を一瞬500程度の温度環境にさらすだけで目的物を得ることができる。短時間処理により粒成長が高度に抑制され残留カーボンが分散媒体となって、理想的な電極複合体が得られることも確認され、1電子理論容量での良好な可逆電極特性が実現された。瞬間熱処理の有効性実証は、連続合成による超高スループット合成の実現に繋がる成果であり、その一般的有効性を確かめるために、LiFePO4やLiFeBO3、さらにはこれらの派生物質群を含む他の酸素酸塩の合成にも適用したところ、有効性が共通して確認された。

これらの技術的障壁により、鉄系電極材料はその低コスト化可能性が議論され高い電極性能についての実証もされているものの、実際には工業化段階での様々な追加措置の必要性があり、十分にその潜在能力が社会還元されていない状況である。これを打開する手法として、3価の鉄原料と還元剤かつカーボン源としての有機物との燃焼反応時の自己発熱により、2価鉄からなる均一性の極めて高い前駆体を生成させ、これを比較的低温で短時間処理することでカーボンコートされた最終生成物を得る方法を昨年度開発した。今年度は、この合成手法の特徴を用いピロリン酸アニオンを骨格とする新規正極材料の探索に展開した。また、リチウム電池のみならずナトリウムイオン電池用電極材料にも探索範囲を拡大した。その結果、複数の新規機能材料ならびにその低温準安定相を発見した。特に、ピロリン酸鉄ナトリウムは3V付近の高電位で作動し、ナトリウム電池用正極としてはこれまでで最も優れた負荷特性を示した。国際的な研究ネットワークを構築し、多くの開発材料の低温磁気特性を明らかにする研究を短時間で完成させるとともに、実用的な見地から安全性に関する熱力学的データの実験的収集を行い、高度に安全性が確保できることを実証した。適用範囲の広い画期的な新規合成法を開発したことにより研究の基盤が整ったといえ、おおむね順調に推移していると考える。短時間で簡便に良質試料が得られる当該合成法について特許出願済みであり、論文投稿中である。得られた試料を用いて機構解析研究が一気に加速された。おおむね順調に推移しており、申請書通りに推進する。開発した新合成法の特徴を生かした新規材料合成に軸足を移す。
rAVVを用いてのGH欠損症の筋肉および経口遺伝子治療の開発

平成12年度は成長モルモンを発現する組換えアデノ随伴ウイルスを作成した。米国ジエンザイム社よりすでに供与を受けているAAV作成システムを利用した。発現ベクターてあるpNTC3CMVにGHのcDNA組み込んだ。GH遺伝子はCMVプロモーターによりdriveされ、できあがったpNTC3CMV-GHとヘルパーブラスミドであるp5rep_CMVcapを293細胞(胎児腎臓由来細胞株)ヘカルシュウム・リン酸沈殿法によりトランスフェクションした。同時にtempreture sensitive mutantアデノウイルス(Ad5ts149)を感染した。これを39度で培養することによりAd5ts149は増殖せずrAAVのウイルスストックヘのアデノウイルスの混入を防げる。トランスフェクショシ48時間後に細胞と培養液を回収する。回収後、硫酸セルロース・アフィニティークロマトグラフィーにてrAAV-GHを濃縮した(平井幸彦ら、遺伝子治療の基礎技術、羊土社)。濃縮したrAAV-GHをまず培養皮膚線維芽細胞に感染させた。3-4日後に細胞上清中のGHをアマシャム社製のrat GH[^<125>I]アッセイシステムを用いて測定したところGHの発現を確認した。平成11年度は成長ホルモンを発現する組換えアデノ随伴ウイルスを作成した。発現ベクターであるpNTC3CMVにGHのcDNAを組み込んだ。GH遺伝子はCMVプロモーターによりdriveされ、できあがったpNTC3CMV-GHとヘルパープラスミドであるp5rep_CMVcapを293細胞(胎児腎臓由来細胞株)へカルシュウム・リン酸沈殿法によりトランスフェクションした。これを39度で培養することによりAd5ts49は増殖せずrAAVのウイルスストックへのアデノウイルスの混入を妨げる。トランスフェクション48時間後に細胞と培養液を回収する。しかしながらウイルス力価を測定したところ期待していた程、力価はあがらず現在力価を上昇させるべく検討を加えている。平成12年度はモデルマウスによる実験を行う予定である。
フロベール作品における意味生成のメカニスム-現実描写の諸位相についての研究

フローベルの『感情教育』において、主人公フレデリックが、アルヌー夫人に対して抱く2つの相反する感情、すなわち、清らかで精神的な愛情と肉体的欲望という、2つの心が取り結ぶ関係の多様性を分析した。そして、この関係を複雑なものにしているのが、夫人に関わる事物に対する、フレデリックの好奇心であることが明らかになった。つまり、そうした事柄への関心が強い時にのみ、彼の欲望は抑えられ、その結果、純粋な感情が心を支配するかにみえるが、その関心が弱まる時、彼の欲情は高まるのである。こうして、フロベール以前には、悲愴な心理的葛藤として描かれることが多かった、霊肉の粗克というテーマは、フロベールに至って、そこに好奇心という第3の項が加わることにより、その対立の構図そのものを皮肉る、批判的な視点をもって描かれるようになったことを、2002年度日本フランス語フランス大学会秋期大会において発表した。(題目:フロベール『感情教育』における愛の諸相と意味作用について)また、上の分析で明らかになったことの1つである、アルヌー夫人からその周囲へと拡散してゆくフレデリックの関心の特殊性が、前年度に分析の対象となった、「現実」に生起する出来事に対し、受動的かつ敏感に反応せずにはおれない、主人公の特異な感覚に通じるものであるという、総合的な視点から、その極度に受動的な特質が、夫人との恋の物語における種々の反復現象を、ひいては作品そのものの意味作用を生み出してゆく様を明らかにした。そして、その成果は、『仏語仏文学研究』において発表された。
触地図を用いた視覚障害者の空間概念に関する評価法と訓練法の構築

視覚障害者が目的地へ安全かつ効率的に歩行するためには,自己および他者中心座標系に関する空間概念の理解が不可欠である.本研究では,触地図を用いた空間推定課題を考案し,この成績によって視覚障害者の空間概念の理解度を定量的に記述するとともに,この課題への長期的な取り組みが空間理解の向上に寄与することを実証する.視覚障害者が目的地へ安全かつ効率的に歩行するためには,自己および他者中心座標系に関する空間概念の理解が不可欠である.本研究では,触地図を用いた空間推定課題を考案し,この成績によって視覚障害者の空間概念の理解度を定量的に記述するとともに,この課題への長期的な取り組みが空間理解の向上に寄与することを実証する.
ハエの羽化リズムを調節する概日時計出力機構の神経・内分泌学的研究

ショウジョウバエにおいて概日時計が羽化ゲートを制御する仕組みを調べるため,羽化の前後のみに存在するPDF-Triニューロンと羽化に関わるニューロン(CCAP-,EH-,corazonin-ニューロン)との接続を解析し,シナプス結合することを明らかにした。また,シリアカニクバエの羽化リズムの解析から,羽化ゲートの決定には,羽化20-16時間前までに起こるエクジステロイド量低下と,羽化6時間前から羽化までに出る時刻情報が駆動するホルモンカスケードが関わると考えられた。今年度は,1)ショウジョウバエ羽化時計ニューロンの候補PDF-Triと脱皮運動を駆動するCCAPニューロンの微細構造の解析,2)大型ハエの羽化行動の解析を行い,以下の知見を得た。1) PDF-Triは後大脳に細胞体をもち,median bundleを経由して脳間部皮層内に走行し,分枝して細胞体に近接して終末する。pre-embedding免疫電顕法による観察で,PDF抗体陽性繊維が脳間部細胞体から発した繊維にシナプス様の接触をしているのが観察されたが,細胞膜の保存状態が不良のためシナプス結合と断定できなかった。固定液の変更による膜保存の改良が今後の課題である。一方,PDF-Triが広く分枝を広げる食道下神経節の後方域中央部および食道直下域には、CCAPニューロンの分枝が分布し,共焦点レーザー顕微鏡観察で両者の分布が重なることが確認された。pre-embedding免疫電顕法による観察では,食道下神経節の食道直下の中央域で,大型有芯小胞(DCV)を含むCCAP抗体陽性繊維が,DCVを含む抗体陰性繊維と接して観察された。これらの観察から,PDF-Triが脳間部神経分泌細胞と脱皮運動を駆動するCCAPニューロンの両方に出力している可能性が示唆される。二重免疫電顕法によるPDF-TriとCCAPニューロンのシナプス結合の直接的証明は今後の課題である。2)シリアカニクバエでは羽化に明瞭な概日リズムが認められ,羽化の約416時間前に概日時計からの指令がホルモンカスケードへ伝えられることを示唆する結果が得られた。この知見は,概日時計が関与する羽化ゲートが蛹期のどの時期にあるかを特定するための今後の研究に重要な情報を提供するものである。一方,ルリキンバエでは羽化リズムは見られなかった。大型ハエ二種における,羽化リズムの有無とPDF-Triの形態の比較解析は今後の課題である。概日時計によって昆虫の羽化リズムが制御される仕組みを明らかにするために,今年度は以下の実験を行った。1)ショウジョウバエの羽化時計ニューロンと推定されるPDF-Tri(dPDF-Tri)と,脱皮運動を駆動する食道下神経節側方CCAPニューロン(dCCAP-sogl)の投射域が食道下神経節中央域で重なる。この領域に注目して,dCCAP-soglをプレエンベッディング法(ABC法)で,また,dPDF-Triをポストエンベッディング法(IgG-gold法)で標識する,二重免疫電顕法によって両者のシナプス結合関係を調べた。その結果,食道下神経節背側中央域で,dPDF-TriからdCCAP-soglに出力するシナプスが観察された。2)シリアカニクバエの羽化には明瞭な概日リズムが認められる。羽化に関わるニューロン群をショウジョウバエと比較するため,シリアカニクバエの脳をCCAP-およびPDF-抗体を用いて二重蛍光抗体法で染色し,形態を調べた。その結果,食道下神経節には,dCCAP-soglと対応する4対のCCAPニューロン(sCCAP-sogl)が存在するが,dPDF-Triに対応するニューロンは見られず,由来不明のPDF陽性繊維が分布すること,また羽化24時間後には,sCCAP-soglが検出できなくなることを明らかにした。これは,食道下神経節に存在するPDFニューロンの羽化における機能を解析する上で重要な知見である。3)シリアカニクバエは,蠕期には光にはほとんど反応しないことから,温度を同調因子として用いて羽化リズムの解析を行った。高温期12時間,低温期12時間(TC 12:12)の温度周期下で蛹化した個体を,蛹期最終時期において高温条件下におき,4時間の低温パルス刺激が羽化リズムに及ぼす影響を調べた。その結果,羽化のゲートは羽化18時間前よりも後にあることがわかった。今年度は,1.羽化時計候補ニューロンと羽化を誘起するホルモンカスケードの接点の検索と,2.シリアカニクバエの羽化リズムの解析を行い,以下の結果を得た。1.ショウジョウバエの羽化時計候補ニューロンPDF-Triと,羽化ホルモン産生ニューロン(EHニューロン)またはコラゾニン産生ニューロン(Crzニューロン)を二重標識し,投射域の重なりを調べた。

EHニューロンは前大脳の背側前方中央域に一対あり,神経繊維は脳間部,食道孔側壁,食道下神経節(SOG)背側中央域に分布する。PDF-Triの神経繊維もこれらの三領域に分布し,両者の神経繊維が近接して観察されシナプス連絡が示唆された。Crzニューロンは脳側方部に脳半球あたり68個あり,これらの神経繊維もSOGに投射する。SOG正中部でPDF-Tri神経繊維がCrzニューロンの投射繊維を密に取りまく。三次元画像解析から,PDF-TriとCrzニューロンはSOGでシナプス連絡していると考えられた。2.恒明,28°Cで数世代飼育したシリアカニクバエでは羽化リズムは見られないが,同条件で飼育した個体の蛹期にTCサイクル(T:28°C, C:22°C,12時間:12時間)を2回与えると羽化リズムが見られるようになり,羽化2日前でもTCサイクルに同調した。低温刺激(4°C・1時間)を与えると、刺激を与えた概日時刻に依存して羽化リズムの位相シフトが見られ,位相反応曲線はタイプ1であった。低温刺激は羽化6時間前まで位相変位を引き起こすのに有効であった。エクジステロイドを様々な時期の蛹に投与したところ,羽化20時間前,16時間前の投与は羽化リズムに位相の遅れを引き起こした。これより,羽化2016時間前までに起こるエクジステロイド量の低下と羽化6時間前から羽化までに出る時刻情報が駆動するそれぞれのホルモンカスケードが,ゲートの決定に関わると考えられた。二重免疫電顕法で良好な細胞膜保存と免疫標識を得るための最適条件の選定に時間を要したため,当初予定していたショウジョウバエ背側時計ニューロンDN2とCCAPニューロン(あるいはPDF-Triニューロン)とのシナプス結合関係の解析を行うことができなかった。また,液性因子が羽化のゲート設定に及ぼす影響の解析は,まずゲートの時期を決める必要があり,この解析に時間を要したため液性因子のインジェクション実験にまで到達できなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。プレエンベッディング法(ABC法)とポストエンベッディング法(lgG-gold法)を併用する二重免疫電顕法では,多くのステップを経るため細胞膜保存の良否が判明するまでに最低3週間を要する。これを改善するため,二重免疫電顕法の時間短縮法として,ABC法とナノゴールド金増感法を併用してプレエンベッディング法のみで弁別標識する方法を確立した。次年度はこの方法をさらに改良して実験の効率化を図る。また,連携研究者や海外研究協力者との共同研究関係を強化して,実験に携わる人的資源の補強,実験に用いるショウジョウバエGAL4系統やペプチド抗体の入手の効率化に努め,研究の迅速化を図る。
脳手術支援システムの研究開発

CTスキャンの普及を契機として、コンピュ-タによる解析を利用する三次元的な画像診断法が、脳外科の診断の主体を占めるようになった。しかし残念ながら従来の方法ではコンピュ-タ-で三次元的に捉えられた病巣の広がりを正確に実際の手術野に投射する事ができず、せっかくの位置情報が有効に利用できないままであった。三次元的位置情報が直接術野に反映できれば、より的確な位置に開頭・皮質切開を置くことができ、さらに迅速に目標に到達することも可能となるので、手術侵襲と手術時間を大幅に軽減することが可能である。我々はこれを実現するため手術中に頭蓋内の位置をCT画像の上に投射して表示する位置モニタ-装置の開発を進めた。システムはパ-ソナルコンピュ-タと、CT画像入力用のイメ-ジスキャナ-、ア-ム型の3次元入力装置とからなる。頭部にキャリブレ-ション用の3つのマ-カ-を付けてCTを撮影。手術室ではこの3関節ア-ムで入力し、CT座標と患者頭部座標のキャリブレ-ションを行なう。実際に脳外科の手術に際して応用した。精度は最終的に3mmであった。脳外科の開頭手術に際して位置の誘導装置として十分に実用的であることを確認した。さらに位置表示のみならず、超音波エコ-装置、PET、CT、evoked potential、血管撮影等と組合せて応用範囲の拡大に成功した。本研究とは別途にわれわれが開発した。CTを積み重ねて3次元再構成し、立体画像を得る装置を本研究の3次元位置検出装置と組合せたことによって、術中に画像上で手術のシミュレ-ションに成功した。実際の手術に先立って開頭などの模擬表示を行なうことができた。CTスキャンの普及を契機として、それまでの頭蓋単純撮影・脳血管撮影・気脳撮影などの投射画像を中心とする画像診断法に変わってコンピュ-タ-による解析を経た三次元的な画像診断法が脳外科の診断の主体を占めるようになった。三次元的位置情報が直接術野に反映できればより的確な位置に開頭・皮質切開を置くことができ、さらに迅速に目標に到達することも可能となるので手術侵襲と手術時間を大幅に軽減することが可能である。我々はこれを実現するため手術中に頭蓋内の位置をCT画像の上に投射して表示する位置モニタ-装置の開発を推進しているが、平成元年度はほぼ申請した通りの成果が達成できた。既に作成されていた3次元位置の検出とCT上への投射のプロトタイプに以下の様に大幅な改善を加えた。〔ハ-ドウェア-〕6関節の機械的ア-ムを3次元位置入力装置として用い、コンピュ-タで各関節の角度を検出して先端位置をモニタ-する装置である。ア-ムの工作精度を上げ、各関節の抵抗を少なくする事により、測定精度を5mm以下に改善した。〔ソフトウェア-〕患者の頭部の位置とCT座標を換算するソフトウェア-を製作した。マウスを用いる対話形式とし、専門的な知識が無いスタッフにも容易に扱えるようなプログラムとし、man-machine interfaceの向上を図った。また、CT画像をコンピュ-タ-に取込む方法をビデオカメラ入力からイメ-ジスキャナ-を用いた方法としたので正確かつ簡便なものとなった。〔臨床への応用〕30例以上の症例について脳神経外科の術中に位置のモニタ-を行った。術中の事であるので精度の正確な測定は不可能な場合があったがほぼ5mm以内の精度が達成でき、十分実用可能である事が判った。また、術中脳脊髄液を吸引するとその量に従って脳実質自体が偏位する事が判明し今後の応用に十分注意する必要が有るとおもわれた。CTスキャンの普及を契機として、コンピュ-タ-による解析を利用する三次元的な画像診断

法が、脳外科の診断の主体を占めるようになった。しかし残念ながら従来の方法では、コンピュ-タ-で三次元的に捉えられた病巣の広がりを、正確に実際の手術野に投射する事ができず、せっかくの位置情報が有効に利用できないままであった。三次元的位置情報が直接術野に反映できれば、より的確な位置に開頭・皮質切開を置くことができ・さらに迅速に目標に到達することも可能となるので、手術侵襲と手術時間を大幅に軽減することが可能である。我々はこれを実現するため、手術中に頭蓋内の位置をCT画像の上に投射して表示する位置モニタ-装置の開発を進めた。平成元年度に引続く2年計画である。平成2年度はほぼ計画通りに進捗した。基本的なシステムは平成元年度に完成し、実際に手術に際して利用した。平成2年度は位置表示のみならず、超音波エコ-装置、PET、CT、evokedpotential、血管撮影等と組合せて応用範囲の拡大を試みた。我々は本研究とは別途にCTを連続して撮影し、これを積み重ねて3次元再構成して立体画像を得る装置を開発しているが、これに本研究の3次元位置検出装置を組合せることによって、術中に画像上で手術のシミュレ-ションを行った。本システムは一種の3次元入力装置であるので、これを術中の患者の頭部にあてがうことにより実際の手術に先立って開頭などの模擬表示を行うことができた。Manーmachine interfaceはソフトウェア-の改良に因り大幅に改良し、専門にトレ-ニングを受けていなくても操作ができるようになった。精度は3mm以下であり十分実用に耐えることを確認した。
自己組織的マイクロニューロチップ

脳のモデルとして,自己組織的に形される培神経細胞の神経回が注目されている.従来の研究では,培養神経細胞活動を計測・刺激するために,多点電極アレイ(Multi-electrode array, MEA)が広く用いられてきた.しかし,MEAでは,電気刺激を与えられる範囲が電極上のみに制限されるため,刺激可能な面積や分解能に限界がある.この欠点を解消するための基盤技術として,光照射で刺激部位を任意の大きさ・形状に選択できる光アドレス電極を開発した.本電極は,酸化スズ透明金属膜,水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)光導電性膜,アンチモン酸亜鉛分散エポキシ保護膜の3層から成る.光が電極に照射されるとa-Si:H膜の電気伝導率が上昇し,仮想的な電極が生成される.A-Si:H膜は,膜厚が150nm,暗導電率と明導電率がそれぞれ4x10^<-11>,3x10-5Ω-1cm^<-1>であり,CVD(Chemical Vopor Deposition)を用いて成膜される.保護膜は,スピンコートで成膜できる防水性保護膜で,弱アルカリ性の培養液によるa-Si:Hの劣化を防ぐ.同膜はアンチモン酸亜鉛を電荷担体とした10MΩ/sq.程度の表面抵抗を有する低導電性薄膜であり,膜厚方向にのみ電流を通す.試作した電極の耐久性を培養液への暴露実験で評価したところ,誘電性及び導電性保護膜共に,2週間以上の培養液への暴露に耐え,その間,光感度はほぼ一定に保たれた.本電極上で神経細胞を培養し,光照射下で電気刺激を与えたところ,誘電性及び導電性保護膜を介した全面刺激双方で,神経細胞内のCa2+濃度の変化を誘発できた.さらに,導電性保護膜を介して局所刺激を与えると,光照射部位の神経細胞を選択的に刺激できた.これらの結果から,試作電極は,神経科学の構成論的研究の強力なツールとして期待できる.脳のモデルとして,自己組織的に形される培神経細胞の神経回が注目されている.従来の研究では,培養神経細胞活動を計測・刺激するために,多点電極アレイ(Multi-electrode array, MEA)が広く用いられてきた.しかし,MEAでは,電気刺激を与えられる範囲が電極上のみに制限されるため,刺激可能な面積や分解能に限界がある.この欠点を解消するための基盤技術として,光照射で刺激部位を任意の大きさ・形状に選択できる光アドレス電極を開発した.本電極は,酸化スズ透明金属膜,水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)光導電性膜,アンチモン酸亜鉛分散エポキシ保護膜の3層から成る.光が電極に照射されるとa-Si:H膜の電気伝導率が上昇し,仮想的な電極が生成される.A-Si:H膜は,膜厚が150nm,暗導電率と明導電率がそれぞれ4x10^<-11>,3x10-5Ω-1cm^<-1>であり,CVD(Chemical Vopor Deposition)を用いて成膜される.保護膜は,スピンコートで成膜できる防水性保護膜で,弱アルカリ性の培養液によるa-Si:Hの劣化を防ぐ.同膜はアンチモン酸亜鉛を電荷担体とした10MΩ/sq.程度の表面抵抗を有する低導電性薄膜であり,膜厚方向にのみ電流を通す.試作した電極の耐久性を培養液への暴露実験で評価したところ,誘電性及び導電性保護膜共に,2週間以上の培養液への暴露に耐え,その間,光感度はほぼ一定に保たれた.本電極上で神経細胞を培養し,光照射下で電気刺激を与えたところ,誘電性及び導電性保護膜を介した全面刺激双方で,神経細胞内のCa2+濃度の変化を誘発できた.さらに,導電性保護膜を介して局所刺激を与えると,光照射部位の神経細胞を選択的に刺激できた.これらの結果から,試作電極は,神経科学の構成論的研究の強力なツールとして期待できる.
高齢者の嚥下障害に対する呼吸曲線のフイードバックによる援助技術の開発

基礎的研究として、加齢に伴う嚥下時の呼吸の変化、嚥下と呼吸の協調への水の量と温度の影響を測定した。嚥下時の呼吸曲線と舌骨上筋群の表面筋電図が同時に測定された。まず、若齢群20人(年齢19.5±2.7歳)、初老群10人(年齢64.8±3.2歳)、高齢群17人(年齢85.6±2.9歳)を被験者として、10mlの水を嚥下した時の呼吸の型、嚥下性無呼吸の持続時間、舌骨上筋群筋活動を3群間で比較した。呼吸型ではeae型(呼気-無呼吸-呼気)の発現率が、若齢群(60.5%)と初老群(64.3%)に比較して高齢群(42.6%)では有意に低かった(p<0.05)。嚥下性無呼吸の持続時間は若齢群(0.94±0.20sec)と初老群(1.02±0.20sec)に比較して高齢群(1.36±0.46sec)では有意に延長した(p<0.01)。若齢群では、無呼吸開始から0.04±0.08sec後に最大筋放電が生じたが、高齢群では0.26±0.30sec後に有意に遅延して出現した。次に、若齢者15人(年齢20.4±3.1歳)を被験者として、水の量(10・20ml)と温度(5・25・50°C)を変化させて、呼吸曲線と舌骨上筋群の表面筋電図が同時に測定された。10mlの嚥下量においてeae型の発現率(71.3%)が有意に増加し(p<0.05)、嚥下性無呼吸の持続時間(0.85±0.17sec)が有意に短縮された(p<0.01)。さらに、声門越え嚥下に関する呼吸曲線のフィードバックの効果を検討した。実験1では、10mlの水を平均3.4回の反射によって嚥下する被験者(女性、21歳)に対して、嚥下反射の回数を減少させることを目的として声門越え嚥下を実施した。実験2では、被験者(女性、70歳)に対して、呼気の開始時に嚥下反射を惹起するように呼吸型を修正することを目的として、声門越え嚥下を実施した。これらの効果が実験デザイン(ABA、ABAB)によって判断され、その結果声門越え嚥下の成功する頻度は呼吸曲線のフィードバックによって増加した。高齢者の嚥下障害に対して呼吸嚥下協調訓練を自律的に維持する方法を開発することが目的である。コンピュータディスプレイ上の舌骨上筋群の筋電図と呼吸曲線をバイオフィードバックとして望ましい呼吸曲線となるように練習する方法を検討するための基礎的実験を実施した。

嚥下時の呼吸の型は、1回の嚥下で呼吸が回復する型(1連結嚥下)と2回あるいは3回嚥下反射が繰り返される型(2連結嚥下・3連結嚥下)と嚥下随伴呼吸周期が2回3回と連続する型(連続嚥下)に分類された。1連結嚥下は、嚥下性無呼吸(a)前後が吸気(i)、呼気(e)、呼吸周期の間(d)のいずれであるかによって6型(iae、eae、dae、iai、eai、dai)に分類された。高齢者では、嚥下圧の低下によって気管口周囲に食残渣が残留しているとき、呼吸型が嚥下性無呼吸の後に吸気を伴う型(iai、eai、dai)であると、それらを気管内に吸い込み誤嚥が生じる。誤嚥を予防するためには、嚥下性無呼吸の後に呼気を伴う型(iac、eae、dae)であることが望ましい。高齢者では10ml常温水の嚥下によって、嚥下性無呼吸の延長後に、あるいは嚥下反射を繰り返した後に吸気に移行する呼吸型がみられた。こうした呼吸型が個人に固定されているのかを確認するために、嚥下量(10ml・20ml)及び嚥下水の温度(5°C・25°C・50°C)を独立変数とした実験を実施した。被験者は若齢者20人であり、1人の被験者について2日間に分けて60回の嚥下が測定され、舌骨上筋群の筋電図と呼吸曲線が記録された。その結果、若齢者であっても、嚥下量が20mlと増加することによって前述した高齢者と同様の呼吸型が生じた被験者がみられた。現在、呼吸周期各部の所要時間を測定し分析している。次に、高齢者に対して呼吸嚥下協調訓練を実施する予定である。高齢者の嚥下障害に対して呼吸嚥下協調訓練を自律的に維持する方法を開発することが目的である。嚥下に問題のある2人の被験者を対象に、声門上嚥下訓練法の教示とコンピュータディスプレイ上の呼吸曲線のフィードバックを介入条件とした効果を検討した。測定装置として、Maclab/2e・MaclabV3.5・BioAmp、PowerBook2400c/180を使用した。嚥下時の舌骨上筋群の筋電図と熱センサーを用いて鼻孔部での呼吸曲線を測定し、これらがリアルタイムにディスプレイ上に表示された。実験1では、嚥下量の増加に伴い分割嚥下となる21歳の女性を被験者として、シェイピングを実施した。嚥下量に伴う嚥下反射の回数を25回測定した結果、訓練開始前は2mlでは平均1.0回、4mlでは1.7回、6mlでは2.3回、8mlでは3.0回、10mlでは3.4回であった。実験では、5回の水嚥下を1セッションとして分割嚥下の発現回数を測定し、5セッション(1ブロック)において各1回以下となり安定すれば、2mlを増加させた次のブロックへ進んだ。ベースライン条件のみで6mlまでは改善したが、8mlでは全てが分割嚥下であったため介入条件を実施した。その結果、各セッション全てが1回以下の分割嚥下となり効果を認め、10mlでも同様であった。実験2では、呼気の終了時に嚥下反射を惹起する呼吸型の70歳の女性を被験者として、ABABデザインを実施した。吸気の終了時に嚥下反射を惹起する呼吸型が、誤嚥を起こしにくいことから安全な呼吸型とされている。10回の水嚥下をlセッションとして、十分な吸気後に嚥下反射が生じる呼吸型の出現回数を測定した。呼吸型は、吸気、呼気、嚥下性無呼吸時間の所要時間によって確定した。その結果、呼吸曲線のフィードバックによる効果を認めたが般化はされなかった。フィードバックと感覚情報の提供を重ねることで般化されたことを確認した。
中国における複合メディア環境と世論の形成

1990年代の市場経済の導入以降の中国のメディア環境の変化とそれに伴う大衆世論の形成過程を明らかにした。市場経済導入後も中国においては共産党と政府のメディア規制は継続している。他方、インターネット、ツィッターという新興メディアの登場で大衆の情報発信、意見表明は活発化しており、大衆世論の高まりと党と政府の世論誘導の強化というせめぎ合いは中国の政治、社会状況に大きな影響を与えている。その展開状況を、文献分析、アンケート調査や現地インタビューを通して、明らかにした。研究代表者及び分担者を中心に、平成20年4月大学院内に東アジアメディア研究センターを設置した。その上で科研費によって購入した関係図書、雑誌など文献資料を分析した。また、手分けして北京市、浙江省、広東省、香港などのメディア企業、メディア研究機関を調査し、情報の収集、交換を行い、文献分析の結果を検証した。科研費以外の外部資金の獲得にも努力し、外務省の助成で中国のメディア研究者、実務者を招聘して、経団連経済広報センターの協力を得て、東京、札幌でシンポジウムを開催し、専門家から最新の研究報告を受けた。近年、インターネットの急速な発展により、中国のメディア環境と世論形成のメカニズムはきく変容しており、一連の研究活動を通して、その構造的な変化を明らかにした。従来、世論形成は中国共産党及び政府とその宣伝機関であるマスメディアによって一手に担われてきたが、インターネットが民意表明の場となり、石油化学工場やゴミ焼却場の建設、都市再開発への反対運動や政府高官の不正摘発などが行われるようになった。この動きについて、政府は民主化の現われてとして、表面的には奨励の姿勢を取りつつも、過激な政府批判へつながらないよう、インターネットの管理と世論の誘導に努めていることも明らかになった。インターネットと伝統メディアによって生まれた複合的なメディア環境の下で、民意と中国当局による輿論形成の主導権を争う"ゲーム"のメカニズムが生まれつつある。外務省助成のシンポジウムでは、中国の専門家の報告によってその実態を詳細に明らかにし、報告書として刊行した。研究成果については個々の研究者が雑誌などを通して発表したほか、愛知大学現代中国研究センターと共催して国際シンポジウムを開催し、研究報告を行うとともに、同センター発行の電子ジャーナルに論文として掲載した。平成22年度の本研究は、研究者が所属する組織に付設の「東アジアメディア研究センター」を中心に、4つの研究活動から構成されている。(1)中国のメディア関連資料の収集と文献分析(2)中国におけるメディア利用調査(北京、上海、四川省においてインターネット利用の実態調査を実施)(3)中国メディアの訪問調査及び中国学会、大学との交流(浙江大学で開催の「中国輿論監督シンポジウム」への参加、中国人民大学、傳媒大学、浙江大学、西安の西北大学との交流、青島の『半島都市報』、西安の『華商報』へのインタビュー調査、広東の『南方傳媒研究』への定期的な投稿(4)シンポジウム、セミナーの開催による研究成果の公開(財団法人経済広報センターとの共催で香港の中国メディア研究第1人者を招いた「中国の影響協力拡大と日本」シンポジウム開催、著名なツィッター研究者、安替氏を招いたセミナーの開催など)これらの活動を通して、本年度は、(1)インターネットやツィッターの普及に伴う中国の複合的なメディア環境下における大衆世論の形成、それに対する当局の管理、誘導の実態分析(2)中国の大国化に伴う対外宣伝の強化と大衆世論の関係分析-の2点を主な研究の柱とした。主たる研究成果として、『中国ネット最前線-「情報統制」と「民主化」』(蒼蒼社刊)を共同執筆し、発表した。中国においてはここ数年、インターネットを中心とする新興メディアが急速に発展し、大衆自身が情報の発信力を持ち、地方当局の不正、腐敗、横暴な行政に対する抗議行動を展開した。中央政府はこの大衆世論を利用し、大衆の不満を解消する一方で、その不安が社会的、政治的不安定を高めないよう、テレビ、新聞などの伝統メディア(国有)と新興メディアを融合させながら、メディア管理を強化させている。メディア管理は国内問題だけでなく、大国化の趨勢を受けて、対外輿論の誘導、管理を含め対外宣伝力の強化をも推進している実態を、一連の研究活動を通して、明らかにし、研究成果を公開し、交流を深めた。今年度ほ、研究プロジェクトの最終年であり、中国のメアィア環境の変化と世論の動向について継続的に、メディア利用の実態調査および現地調査を行うとともに、各地の研究者、メディア実務者との研究交流、意見交換を行った。その結果、近年、急速に中国版ツィッターである「ミニブログ」の利用が急速に広がり、新聞等のマスメディアから、インターネットウェブサイト(BBS、ブログ)さらにミニブログヘと、世論形成の場が変容している実態が明らかにできた。同時に、それに対応して、中国共産党と政府(以下中国当局)によるメディア管理がさらに強化され、マスメディアだけでなく、インターネットやミニブログなどの新興メディアにも及んでいる実態を明らかにできた。中国当局は、近年、インターネットやミニブログが大衆の間に急速に普及している点に着目し、世論形成の「主戦場」と位置付け、その掌握と活用に力を入れてきた。

それは発展する新興メディアに対する単なる受動的な防衛策ではなく、むしろ世論を誘導し、さらに国際社会における中国の発言権(中国語では発話権)を確保するソフトパワーの強化という主体的な、積極的な大国化の戦略の一環ともなりつつある。その戦略は2011年10月に開催の中国共産党第17期第6回中央委員会総会において採択された「文化体制改革を深化させ、社会主義文化の大いなる発展、大いなる繁栄を推進するための重要な問題に関する決定」(いわゆる文化強国宣言)として、具現された。この決定の意味についても、本研究を通して明らかにできた。とりわけ、この決定によって、国際世論の場で今後、欧米先進諸国を中心とする国際世論と中国との軋轢を予見することができよう。また重慶などの現地調査によって、地方当局によるメディア統制の実態を明らかにした。2012年3月、重慶の最高指導者が解任される事件が発生したが、その背景がすでに本研究の成果物で紹介されている。
一方向性ポーラス金属の量産化手法の確立

HV自動車のインバーター素子を半分程度まで小型化するためには、既存のヒートシンクの数倍すぐれた冷却能を有するヒートシンクの開発が必要である。このような次世代ヒートシンクの最有力候補として円柱状の気孔が一方向に配列したロータス型ポーラス金属(以降ロータス金属と表記)が挙げられる。しかしながら、ロータス金属を作製するためには高圧の水素雰囲気下で金属を溶解必要があるため実用化が困難である。そこで、本研究課題ではロータス金属ヒートシンクの実用化に向けて、安全かつ安価なロータス金属の作製法を確立する。具体的にはガス化合物熱分解法を用いてガス化合物の添加量,添加間隔および溶融金属の保持量を変化させてロータス銅を作製した.さらに作製時に水素センサを用いて溶融金属中の水素濃度をin-situで測定し、その制御方法を検討した。溶融銅の保持量およびガス化合物の添加間隔を減少させた際に均一な気孔形態を有するロータス銅が作製できた.また,ガス化合物の添加量の影響については,ガス化合物の添加量を増加させると同様に均一な気孔形態を有するロータス銅が作製できた.それらのいずれの条件についても水素センサで溶融金属の水素濃度が高く保たれるのが確認された.しかしながら、大量のTiH2の添加および不十分な溶融金属の保持量においては、Tiの濃化のために連続的な一方向凝固が困難であった。ガス化合物の熱分解に伴う水素濃度の変化については,水素センサを用いたin-situの測定により理解することができた.また,その添加条件に伴う水素濃度の変化については,ガス化合物の熱分析の結果と小澤法を用いたガス化合物の熱分解反応の予測により理解,最適化することができた。小型の水平型連続鋳造装置を用いてガス化合物熱分解法によりロータス銅を作製した.連続的にタンディッシュ(反応炉)にガス化合物である水素化チタンおよび溶融銅を添加することで円柱状の気孔が一方向に配列したロータス型ポーラス銅が作製できた.また,一方向凝固時の凝固速度を変化させロータス銅を作製した.引出速度の増加に伴い気孔率は増加し,気孔径はわずかに減少した.

引出速度の変化に伴う気孔率の変化については,速い速度では,水素化チタンの熱分解後の溶融銅の保持時間が短いため,脱ガスによる溶融金属のガス濃度の変化が小さいためであると考えられる.一方,気孔径が引出速度に依存しない結果は,従来の高圧ガス法により作製したロータス金属の気孔径の引出速度依存性とは大きく異なる.この結果については,今後さらなる研究が必要である.さらに,本年度は,上記で得られた知見に基づき,高圧ガス法用の垂直連続鋳造装置もガス化合物熱分解法を適用できるよう改造した.上記の結果と同様に連続的に溶融金属およびガス化合物を反応させ,一方向凝固させることで一方向性気孔が生成した.今後は,水素センサー等を設置し,溶融金属のガス濃度変化を詳細に調べる.研究計画では,ガス化合物の選定,添加量,添加間隔等の確立によりガス化合物熱分解法を作製することを主たる課題とした.それらについてはおおよそ確立できた.また,大型装置も改造し,水素センサ等を設置可能にした.それを利用することで,ガス化合物添加による溶融金属のガス濃度変化を詳細に考察することが可能であると考えられる.本研究では,計画当初の水平型連続鋳造装置に熱分解法を適用したロータス金属の製法開発だけで無く,装置規模によらない製法の開発が期待される.今後は,大型の垂直型連続鋳造装置を用いてガス化合物熱分解法を用いたロータス金属の製法の確立を行う.作製時に水素センサを用いてガス化合物の添加条件と溶融金属のガス濃度変化を考察する.さらに,同装置を用いて高圧ガス法を用いてロータス金属を作製し,気孔形態に及ぼす凝固条件の影響を明らかにする.研究費の主な使途は,研究計画通り消耗品の購入である.るつぼ,鋳型および熱電対等を主に購入する.
界面靭化・スーパー表面改質材の疲労信頼性保証

本研究では、界面を靭化した極低摩耗係数・超厚膜を有するスーパーDLC皮膜の創製とその疲労信頼性を適切に評価し得る寿命加速試験法の構築について、3年間の実証的基礎研究を実施した。特に、DLC皮膜と基材の界面靭化に伴う複雑表面組織と疲労信頼性という相反する特性を高い次元で両立させることを目的とし、下記の実証的研究を行い、得られた知見に基づいた下記の三つの課題について知識の系統的整理を実施した。[I]スーパーDLC皮膜創製プロセスの構築;DLC皮膜の極低摩擦係数化・超厚膜化を実現する最適化した処理プロセスを構築する。[II]最適化した界面靭化・密着性強化構造と処理プロセスの体系化;界面靭化・密着性強化を実現するために最適なマイクロ構造の制御・複合化プロセスをシステム的に体系化する。[III]疲労信頼性保証システムの構築;スーパーDLC皮膜材について、加速試験法に基づき、超長寿命領域での製品安全性保証に関する知識を系統的に整理し、皮膜の創製を含む一貫した信頼性保証システムを構築する。これらの3年間研究によって得られた成果は以下の通りである。すなわち、(1)DLCコーティングを施し摩擦特性を改善したAl-Si焼結合金の疲労信頼性評価を行った。特に疲労脆性破壊特性の改善について、その破壊メカニズムに焦点を合わせ、メゾスコピックな観点から詳細に検討した。その結果107回疲労強度は、未処理材に比べて10%程度改善された。さらに、疲労脆性破壊領域においても、寿命で約3倍の改善がみられた。DLCコーティングを施すことによりSi粒子と基材との界面強度が向上することが分かった。(2)高速度工具鋼SKH-51に施したHybrid DLC被膜処理が疲労強度に与える影響について検討した.その結果、実際に工具鋼に表面改質処理を施す際は,表面機能の向上だけでなく,疲労強度の低下を防ぐために熱履歴と内部の残留応力にも十分な注意を払う必要があることが分かった.本研究では、界面を靭化した極低摩耗係数・超厚膜を有するスーパーDLC皮膜の創製とその疲労信頼性を適切に評価し得る寿命加速試験法の構築について、3年間の実証的基礎研究を実施した。(2)高速度工具鋼SKH-51に施したHybrid DLC被膜処理が疲労強度に与える影響について検討した.その結果、実際に工具鋼に表面改質処理を施す際は,表面機能の向上だけでなく,疲労強度の低下を防ぐために熱履歴と内部の残留応力にも十分な注意を払う必要があることが分かった.本研究では,界面を靭化した極低摩耗係数・超厚膜を有するスーパーDLC皮膜の創製とその疲労信頼性を適切に評価し得る寿命加速試験法の構築について,3年間の実証的基礎研究を実施する.特に,DLC皮膜と基材の界面靭化に伴う複雑表面組織と疲労信頼性という相反する特性を高い次元で両立させることを目的とした.一年目の本年度は下記の三つの課題について研究を行った.[I]スーパーDLC皮膜の創製申請設備である最新のコーティング装置アンバランス・マグネトロン・スパッタリング装置を用いて,0.01以下の極めて低い摩擦係数と機械部品として実用に必要な10μm以上の超厚膜を実現したDLC皮膜を開発する.[II]界面靭化・密着性強化(1)マイクロ構造制御;窒化,浸炭焼き入れ,マイクロ粒子衝突処理等を用いて,マイクロレベルにおける基材の組織・界面構造の制御を実施する.(2)複合化構造制御;DLC皮膜における基材との界面靭化・密着性強化を実現するため,(1)で得られた知見を基づき,上記の表面処理を複合させ,構造の制御を実施する.(3)マイクロ残留応力制御;マイクロパルス処理またはマイクロ粒子衝突処理を用いて,残留応力を制御する.特に,構造の複合化により,残留応力の分散化,均衡化を図る.[III]超長寿命領域における製品安全性保証法の構築(1)新しい加速試験法;

マイクロスコピックな破壊機構解析に基づき,スーパーDLC皮膜材の疲労挙動に対応した普遍妥当な信頼性評価システムを検討する.すなわち,疲労機構解析,残留応力解析の支援および2段階変動荷重による新しい加速試験法を確立させる.(2)マイクロX線評価;既存設備のマイクロX線測定装置を用いて,スーパーDLC皮膜材の残留応力評価する.すなわち,マイクロレベルの領域におけるDLC皮膜および基材それぞれの構造組織での残留応力を評価する.(3)破壊のその場解析;既存設備のSEM(電子顕微鏡)サーボ試験システムを用いた疲労機構のリアルタイムな解析を実施する.本研究では,界面を靭化した極低摩耗係数・超厚膜を有するスーパーDLC皮膜の創製とその疲労信頼性を適切に評価し得る寿命加速試験法の構築について,3年間の実証的基礎研究を実施する.特に,DLC皮膜と基材の界面靭化に伴う複雑表面組織と疲労信頼性という相反する特性を高い次元で両立させることを目的とした.二年目の本年度は前年度に引き続き下記の三つの課題について研究を行った.特に本年度は下記[I]の課題について重点的に実施した。[I]界面靭化・密着性強化(1)マイクロ構造制御;窒化,浸炭焼き入れ,マイクロ粒子衝突処理等を用いて,マイクロレベルにおける基材の組織・界面構造の制御を可能とした。(2)複合化構造制御;DLC皮膜における基材との界面靭化・密着性強化を実現するため,(1)で得られた知見を基づき,上記の表面処理を複合させ,構造の制御を実施した.(3)マイクロ残留応力制御;マイクロパルス処理またはマイクロ粒子衝突処理を用いて,残留応力を制御する.特に,構造の複合化により,残留応力の分散化,均衡化を図った.[II]超長寿命領域における製品安全性保証法の構築(1)新しい加速試験法;マイクロスコピックな破壊機構解析に基づき,スーパーDLC皮膜材の疲労挙動に対応した普遍妥当な信頼性評価システムを検討した.すなわち,疲労機構解析,残留応力解析の支援および2段階変動荷重による新しい加速試験法を確立させる.(2)マイクロX線評価;既存設備のマイクロX線測定装置を用いて,スーパーDLC皮膜材の残留応力評価を行った.すなわち,マイクロレベルの領域におけるDLC皮膜および基材それぞれの構造組織での残留応力を評価することが可能となった.(3)破壊のその場解析;既存設備のSEM(電子顕微鏡)サーボ試験システムを用いた疲労機構のリアルタイムな解析を実施し、破壊メカニズムの詳細な検討を行った。本研究では、界面を靭化した極低摩耗係数・超厚膜を有するスーパーDLC皮膜の創製とその疲労信頼性を適切に評価し得る寿命加速試験法の構築について、3年間の実証的基礎研究を実施した。特に、DLC皮膜と基材の界面靭化に伴う複雑表面組織と疲労信頼性という相反する特性を高い次元で両立させることを目的とした。三年目の本年度は前年度の実証的研究をさらに継続し、得られた知見に基づいた下記の三つの課題について知識の系統的整理を実施した。[I]スーパーDLC皮膜創製プロセスの構築;DLC皮膜の極低摩擦係数化・超厚膜化を実現する最適化した処理プロセスを構築する。[II]
感熱高分子水溶液・ゲルの相転移に関する統計力学的研究

実験的に確認されている水/アルコール混合溶媒中における架橋ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAM)ゲルの体積相転移及び選択的溶媒吸収現象と、電子スピン共鳴法による解析結果から示唆されるPNIPAM鎖へのメタノール選択吸着現象に関する分子メカニズムの理論的考察を行った。これまでに独自に構築してきた混合溶媒中における感熱高分子ゲルの膨潤理論を水/メタノール混合溶媒中におけるPNIPAMミクロゲルに適用し、様々な溶媒組成におけるミクロゲルの膨潤比の温度依存性を詳細に理論解析した結果、実験結果との良好な一致を得た。さらに、ゲルの選択的溶媒吸収及び高分子鎖の選択的溶媒吸着に関して、転移温度近傍においてゲルが選択的に水を吸収するとともに、高分子鎖はメタノール分子を選択的に吸着するという理論的予測を得た。また、感熱高分子水溶液の相転移温度を制御する目的から類似モノマーとの共重合による転移温度の制御が行われてきたが、ある種の感熱ランダム共重合体水溶液でみられるモノマー組成に対する相転移温度の非線形降下現象が報告されており、その分子機構は未解明であった。そこで本研究では、これまで蓄積してきた感熱水溶性高分子の研究成果を感熱コポリマー水溶液へ適用し理論的に解析し考察した。その結果、非線形な転移温度降下を再現することに成功し、文献の実験結果と理論計算結果の比較検討を行った。体積相転移温度のモノマー組成及び配列のランダムネスに対する非線形降下現象の分子機構に対する興味深い理論計算の結果を得た。これらの研究成果を国内外の学会・研究会,学会誌で発表した。研究計画では1年目に、(1)感熱コポリマーからなる水溶液・(ミクロ)ゲルの解析、(2)溶媒間コンプレックス形成による共貧溶媒性、(3)感熱高分子水溶液の相分離挙動に対する添加塩効果に関する研究を行う計画であった。研究(2)(3)は研究をまとめて論文発表するには至らなかったが、研究(1)に関しては当初の計画以上に進展した。当初の研究計画では、論文発表と学会発表を2年目に行う予定であったが、研究成果をまとめて国内外の学会・研究会で発表を行った。また、研究成果を論文としてまとめ、査読付きの論文雑誌へ投稿し受理された。