hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核コード転写調節因子による核-葉緑体間の時間情報伝達機構

植物のシグマ因子は、色素体内で色素体コードの細菌型RNAポリメラーゼのプロモーター特異性を調節すると考えられ、色素体シグマ因子と呼ばれる。数年前に高等植物で最初の色素体シグマ因子のcDNAが単離されて以来、基本特性が精力的に解析され、色素体シグマ因子は光環境や発生段階に応じて色素体遺伝子を制御する可能性が示唆されてきた。代表者は、色素体ゲノムに存在する光合成関連遺伝子の日内発現の制御機構を分子レベルで解明したいと考え、ヒメツリガネゴケを用いた研究を始めた。ヒメツリガネゴケは遺伝学的な解析に適するうえ、相同組換えによる遺伝子破壊が確立されているために新たなモデル植物として注目されている。本科学研究費の交付期間中に、代表者は次の研究を行った。1)ヒメツリガネゴケの二つのシグマ因子遺伝子Sig1とSig2を単離し、葉緑体移行や光応答発現などの基本的な特徴付けを行った。2)Sig1とSig2が高等植物の主要なシグマ因子群SigAグループとSigBグループにそれぞれ進化的に関連深い事をイントロン構造の比較等により示した。3)Sig1とSig2それぞれの上流ゲノム領域を分離し、ルシフェラーゼを用いたトランジェントアッセイによりプロモーターがそれらの領域に存在し、さらに二つの遺伝子の光応答発現が転写制御に基づくことを明らかにした。4)ルシフェラーゼレポーター遺伝子を用い、遺伝子発現の変動を長期に渡り生きたコケから測定することに成功した。5)4)の実験系を用いて、いくつかの光合成遺伝子について概日時計に制御される可能性を検証した。6)PEG法による非常に効率の良い葉縁体形質転換法を確立した。7)薬剤耐性遺伝子の挿入によりSig1とSig2の破壊株を作出した。これらの結果に基づいて、植物のシグマ因子の非常に効果的な機能解析が可能になると期待できる。多くの植物遺伝子の発現には概日時計による制御がみられる。近年、色素体ゲノムの遺伝子についても日周期的な発現が報告されつつあり、その発現制御機構に興味がもたれている。植物の核コード色素体σファクターは、発現後に色素体に移行し、色素体コードRNAポリメラーゼ(PEP)のプロモーター選択性を調節すると考えられる。従って、色素体σファクターは、色素体遺伝子の周期発現における調節因子の重要な候補として注目される。私たちは、新たなモデル植物として期待されるヒメツリガネゴケを用いて、σファクター遺伝子のクローニングと基本的な特徴付け、さらに機能研究の第一歩としての遺伝子破壊を試みた。我々はまず、コケのσファクダー(PpSIG1とPpSIG2)をコードするcDNA(PpSig1とPpSig2)と、それらに対応する核ゲノム遺伝子(sig1とsig2)をクローニングした。系統学的解析により、PpSIG1、PpSIG2は、高等植物のSigB、SigAグループにそれぞれ属することが明らかになり、コケと高等植物の共通祖先において既に高等植物にみられるσファクターの多様化がすでに始まっていたことが示唆された。GFP実験によりPpSIG1とPpSIG2が共に葉緑体に局在することを明らかにし、両者がいわゆる「色素体σファクター」であることを確認した。sig1とsig2の発現量が共に光に応答して増加することから、PpSIG1とPpSIG2は葉緑体遺伝子の光応答発現の制御に関わることが示唆された。さらに、nptII遺伝子カセットの挿入によるsig1の遺伝子破壊株の作製を試み、十分数の候補株を得た。これらの成果の一部を、二本の論文にまとめた(一本は投稿中)。このように、コケを用いて色素体σファクターの機能解析を行うための基礎を確立した。今後、相同組換えを利用し、両遺伝子の破壊、過剰発現を試み、色素体遺伝子の周期発現に対する影響を形質転換体と野生型株で比較することにより、色素体σファクターが時間情報伝達因子として機能している可能性を検証することが可能になると考えられる。

6)PEG法による非常に効率の良い葉縁体形質転換法を確立した。7)薬剤耐性遺伝子の挿入によりSig1とSig2の破壊株を作出した。これらの結果に基づいて、植物のシグマ因子の非常に効果的な機能解析が可能になると期待できる。
骨格系の分子制御機構の解明とその異常による病態の治療法の開発

Wntシグナル系を介し骨芽細胞分化を制御するIL-11の欠損マウスを作成し、骨芽細胞分化の抑制による骨形成抑制に基づく骨量減少、および脂肪細胞分化の促進による脂肪組織の肥大化、これに伴うインスリン抵抗性や耐糖能低下を示すことを見出した。骨髄腫細胞と骨芽・破骨細胞との相互作用により骨髄腫細胞で自らの生育を促進するPim-2の発現が高まり、骨髄腫の増殖や薬剤抵抗性を高めると共に、骨芽細胞でもPim-2発現が高まり骨芽細胞分化を抑制することを見出した。そして、Pim-2阻害薬が骨形成を促進すると共に骨髄腫の進展を強力に抑制することを見出し、新たな治療薬としての応用への道を開いた。骨格系の制御システムの分子機構の解明を通じ、その異常に基づく代謝性骨疾患、エネルギー代謝異常症、骨髄増殖性疾患などの病態および発症機構の解明を進め、骨格系と骨髄造血系の相互連関に基づく難治性病態に対する新しい治療法の開発へと繋げることを目的として以下の成績を得た。1. Interleukin (IL)-11/Wntシグナル系による骨芽・脂肪細胞分化の制御機構を解明するため、IL-11欠損(IL-11KO)マウスを作成した。IL-11KOマウスでは離乳後ほぼ全ての荷重骨で皮質骨・海綿骨共に野生型(WT)より骨密度(BMD)が低下していた。これはIL-11KOマウス骨におけるsclerostin, DKK-1,2などWntシグナル抑制因子の発現増加による骨形成低下に基づくことが明らかとなった。IL-11KOマウスでは骨髄脂肪細胞は逆に増加していたのみならず皮下および内臓脂肪量も増加し、インスリン抵抗性を示した。これらの成績からIL-11の骨芽細胞分化および骨形成における重要性が明らかとなったのみならず、脂肪細胞分化の抑制によりエネルギー代謝にも影響を及ぼすことが示された。2.多発性骨髄腫と骨芽・破骨細胞との相互連関の解明と治療法の開発を目指した研究を進め、骨髄腫細胞により骨芽細胞でセリン・スレオニンキナーゼPim-2発現が誘導されPim-2は骨芽細胞分化を抑制すること、Pim-2作用の阻害により骨芽細胞分化が促進されることを明らかにし、骨髄腫細胞による骨形成抑制にPim-2発現の促進が関与する可能性を明らかにした。さらにPim-2阻害薬が骨髄腫細胞自身の生育・増殖を抑制するのに加え、骨髄腫による骨芽細胞分化および骨形成の抑制に拮抗し骨病変の進展をも抑制することを通じ、強力な抗骨髄腫効果を発揮することをin vivoで示し、新たな治療法開発への展望を開いた。2)多発性骨髄腫と骨芽・破骨細胞との相互連関の解明と治療法の開発を目指した研究を進め、破骨細胞からのTNF系サイトカインやIL-6により骨髄腫細胞で発現が高まるセリン・スレオニンキナーゼPim-2が骨髄腫細胞の増殖・生育を促進すると共に、骨髄腫細胞により骨芽細胞でPim-2発現が誘導され骨芽細胞分化を抑制することを明らかにし、骨髄腫細胞による骨形成抑制にPim-2発現の促進が関与する可能性を示した。そして各種のPim-2阻害薬が骨髄腫細胞自身の生育・増殖を抑制するのに加え、骨髄腫による骨形成抑制に拮抗し骨病変の進展をも抑制することを通じ、強力な抗骨髄腫効果を発揮することをin vitroおよびin vivoで確認し、新たな治療法開発に向けた国際臨床試験の開始に向けた道を開いた。骨格系の分子制御機構の解明を通じ、その異常に基づく代謝性骨疾患、エネルギー代謝異常症、骨髄増殖性疾患、転移性骨腫瘍などの病態および発症機構の解明を進めることで、骨格系と骨髄造血系の相互連関に基づく難治性病態に対する新しい治療法の開発に繋げることを目的として以下の二つの課題の解明を進めた。1. IL-11/Wntシグナル系による骨芽細胞・脂肪細胞分化の制御機構の解明:IL-11全身性欠損マウスの解析を更に進め、骨芽細胞分化の抑制による骨形成抑制、および脂肪細胞分化の促進による脂肪組織の肥大化、これに伴う炎症性サイトカインの発現増加を介するインスリン抵抗性や耐糖能低下を認めた。そこでその機序を解明するため、IL-11 floxマウスとosteocalcin-Creマウス、adiponectin-Creマウスと掛け合わせ骨芽細胞或いは脂肪細胞特異的IL-11欠損マウスの作成を進めた。骨芽細胞特異的IL-11欠損マウスとしてより早期分化段階の骨芽細胞から欠失するosterix-Creマウスも入手し掛け合わせを進めた。しかし解析可能な数のホモ欠損マウスの作成には未だ至らず、なお各種の改良を試みつつ妊娠・出生率の向上に努めている。2.多発性骨髄腫と骨芽・破骨細胞との相互連関の解明および治療法の開発:骨髄腫細胞と骨芽・破骨細胞との相互作用により骨髄腫細胞のPim-2発現が高まり、これが骨髄腫の生育を維持し薬剤抵抗性を高めると共に、骨芽細胞でも増加するPim-2により骨芽細胞分化が強力に抑制される。

そこでSCID-rabモデルを用いin vivoでの検討を進め、Pim-2阻害薬が骨芽細胞分化・骨形成を促進すると共に骨髄腫の進展を強力に抑制することを見出し、新たな治療薬としての応用への道を開いた。Wntシグナル系を介し骨芽細胞分化を制御するIL-11の欠損マウスを作成し、骨芽細胞分化の抑制による骨形成抑制に基づく骨量減少、および脂肪細胞分化の促進による脂肪組織の肥大化、これに伴うインスリン抵抗性や耐糖能低下を示すことを見出した。骨髄腫細胞と骨芽・破骨細胞との相互作用により骨髄腫細胞で自らの生育を促進するPim-2の発現が高まり、骨髄腫の増殖や薬剤抵抗性を高めると共に、骨芽細胞でもPim-2発現が高まり骨芽細胞分化を抑制することを見出した。そして、Pim-2阻害薬が骨形成を促進すると共に骨髄腫の進展を強力に抑制することを見出し、新たな治療薬としての応用への道を開いた。(1)IL-11/Wntシグナル系による骨芽細胞分化制御機構の解明: IL-11遺伝子floxマウスは作成したが、マウスの施設間移動制限が厳しくなったため組織特異的にCre遺伝子を発現するマウスの入手に手間取った。現在、中期後期骨芽細胞特異的にCreを発現するosteocalcin-Creマウス、脂肪細胞特異的にCreを発現するadiponectin-Creマウスの胚芽、或いは精子の搬入は完了し、施設内繁殖に必要な手続きを進めている。(2)多発性骨髄腫と骨細胞との相互連関の解明:Pim-2阻害薬が骨髄腫の増殖抑制と共に骨形成を促進し骨髄腫の進展を抑制することをin vivo実験で示し昨年度報告した。しかし再現実験が手間取りin vivo実験を繰り返す必要が生じた。このため、Pim-2阻害薬の種類等を拡大し強力な骨髄腫の増殖抑制および骨形成促進効果を示すことが確認された。27年度が最終年度であるため、記入しない。内分泌代謝学、骨代謝学(1)IL-11/Wntシグナル系による骨芽・脂肪細胞分化の制御機構の解明:初期中期分化段階骨芽細胞で発現するosterix-Cre,中期後期骨芽細胞で発現するosteocalcin-Cre,骨細胞で発現するDMP1-CreトランスジェニックマウスとIL-11 floxマウスを掛け合わせ、骨芽細胞のどの分化段階でのIL-11発現が骨芽・脂肪細胞分化制御に重要であるかを明らかにする。また各分化段階での骨芽細胞で発現するIL-11が皮下・内臓脂肪組織での脂肪細胞分化に影響を及ぼすか否かについても明らかにする。一方、IL-11 floxマウスをadiponectin-Creマウスと掛け合わせ脂肪細胞特異的IL-11欠失マウスを作成し、脂肪細胞で発現するIL-11の役割についても明らかにする。(2)多発性骨髄腫と骨微小環境との相互作用の解明および治療法の開発:骨髄腫細胞ではTAK-1が過剰発現し、TNF-α系サイトカインやIL-6はこれを介して骨髄腫細胞のPim-2発現を促進する可能性が明らかとなっている。そこでTNF-α系サイトカインシグナル下流のNF-κB、p38MAPKやERK活性化およびIL-6によるSTAT3活性化がTAK-1経路を介するか否かを明らかにする。またTAK-1阻害薬LLZ1640-2がこれらのシグナル経路および骨髄腫の生育・増殖に及ぼす影響を明らかにする。
マイクロ材料試験による階層的微視組織の機械的性質評価法の開発

金属材料の機械的性質は、材料固有の強度に加えて、材料を構成する微視組織要素(粒界、析出物、第二相やそれらと母相との界面強度など)の特性に支配されている。したがって、材料を構成している微視組織要素の機械的性質を知ることが、材料の強化設計を考える上できわめて重要となる。本研究では、現実の材料組織からミクロンサイズの試験片を切り出し、その強度特性を計測する手法を開発し、TiAl合金とパーライト鋼についてマイクロスケールの材料試験を行い、マクロな機械的性質との関連を調べた。金属材料の機械的性質は、材料固有(intrinsic)の強度に加えて、材料を構成する微視組織要素(粒界、析出物、第二相やそれらと母相との界面強度など)の特性に支配されている。したがって、材料を構成しているこのような微視組織要素の機械的性質を知ることが、材料の強化設計を考える上できわめて重要となる。本年度は、金属材料を構成する階層的な微視組織の機械的性質を評価するため、材料中の階層的な構成組織要素の中からミクロンサイズの超微小サイズの試験片を切り出して、その機械的性質を評価する試験法を開発するとともに、より精度の高い計測を目指して、現有試験機の改良を行った。まず、材料内部の組織から試験片を切り出す方法として、微細レーザ加工によって前加工を行い、最終仕上げにFIBを用いる加工法を開発した。試験装置の改良としては、荷重分解能、変位分解能の向上と引張試験における把持方法を検討した。具体的には、荷重計測装置の荷重分解能の向上を図るとともに、レーザスペックルを利用した非接触型歪計測装置を新たに開発した。また、試験片把持法として、光硬化樹脂を利用したマイクロ接着法を開発した。開発した試験装置の性能を確認するために、TiA1 PST結晶からミクロンサイズの超微小片持ち梁試験片を切り出し、ラメラ問に切欠きを導入し、界面破壊靱性を計測した。その結果、従来の計測法に比較して、より精度の高い界面破壊靭性値の計測を行なうことができることを確認した。本年度は、現実の材料組織からミクロンサイズの試験片を切り出し、昨年度開発したマイクロ材料試験手法を用いて、その強度特性を計測するとともに、マクロな機械的性質との関連を調べ、微視組織からマクロな機械的特性評価を行う手法の基盤確立を目指した。試料にはラメラ組織を有するTiAl合金単結晶(PST結晶)を用いた。この合金のラメラコロニーから昨年度確立した手法により微小試験片を収束イオンビーム加工により切り出し、界面に切欠きを導入した。作製したマイクロ試験片に対して破壊試験を行い、破壊靭性値を求めた。また、パーライト組織鋼から、同様な試験片を切り出し、同様の試験を行った。その結果、マイクロ材料片の破壊靭性値は、マクロスケールの結果と大きく異なることがわかった。特に、TiAlにおいてはマイクロスケールの破壊強度がバルクの試験片より小さかったが、パーライト組織鋼においては、マイクロスケールの強度が増加した。以上の結果は、ラメラ構成相ならびにその変形能の違いに起因するものであり、本手法をマルチスケール的な強度設計へ応用する際にきわめて重要な結果である。金属材料の機械的性質は、材料固有(intrinsic)の強度に加えて、材料を構成する微視組織要素(粒界、析出物、第二相や母相との界面強度など)の特性に支配されている。本年度は、昨年度までに確立させた「材料組織からミクロンサイズの試験片を切り出し、その強度特性を計測する手法」を用いて、鉄鋼材料の階層的組織構造と機械的性質の関係の確立を目指した。試料にはパーライト組織鋼を用いて、一つのパーライトラコロニーから収束イオンビーム加工により切り出し、マイクロ引張試験を行った。また、試験片の作製にあたり、引張軸方向とパーライトラメラの方位を変えた試験片を準備した。作製した試験片に対して、マイクロ接着法を利用した試験片把持法を用いることによって引張試験を行うことに成功した。マイクロ試験片の引張挙動は、バルクの試験片と異なり、脆性的な変形挙動を示した。この結果はパーライトコロニーのみでの引張試験では、セメンタイトの拘束がきわめて大きいことを示唆している。また、引張強さは、ラメラの方位と関連していた。一方、本研究では試験片の作製にFIBを利用しており、この場合、わずかではあるがGaイオンが試験片内に注入される。このGaイオンが試験片の力学物性に影響を与えるとも考えられる。
非線形伝送線路を用いた高速高電圧パルス電源

高速高電圧パルスを産業応用に適用するにあたっては、半導体パワーデバイスを積極的に利用し高信頼性、高繰り返し動作の実現をはかることが不可欠である。しかしながら既存の半導体パワーデバイスは高速な立上がりのスイッチング特性を持っていない問題があった。本研究では非線形伝送線路を加えることにより、従来の半導体パワーデバイスを用いても高速の立上がり時間を有する出力10kV以上の高電圧パルス電源を実現できた。まず、市販のセラミックコンデンサを用いた伝送線路により、負荷に対するインピーダンス整合、エネルギー転送特性などパルス電源としての非線形伝送線路の性能を調べた。次に、高耐圧でかつ非線形容量特性を持つセラミックコンデンサを試作して温度、雰囲気、材料の組成など焼結時の条件を確立した。さら高電圧動作時の特性を評価し、高電圧非線形伝送線路の実現への道を開いた。実用化において問題となるコンデンサなどで生じる損失の評価は、数値シミュレーションによる回路解析から検討を加えたが、今後の課題の多いことも明らかとなった。パルスの発生は高速動作が期待できる静電誘導サイリスタを用いることとした。この素子のパルススイッチング特性はよく調べられていないので、コンデンサ放電回路に適用した場合について基礎データを収集した。高電圧化には素子を直列接続して対応せざるを得ないが、さらに高速化という条件を満足させるには、ゲート回路の改良、ゲートタイミングの最適化など特別な配慮を加えなければならないことを明らかにし、素子を五段に直列接続した試作回路において出力15kVの高速高電圧パルスを得た。非線形伝送線路を用いた新方式の高速高電圧パズル発生装置について、高電圧出力と高繰り返し動作は以下のように実現できることが明かとなった。まず、高電圧パルスは非線形コンデンサを直列接続することにより、どこまで電圧値を高くできるかを検討した。市販のセラミックコンデンサを直列接続したとき出力電圧15kVが得られ、さらなる高電圧化も直列接続により支障なく達成できることが判った。実用的な負荷に接続した際の問題点を調べるため、小型の炭酸ガスレーザ装置の電源として用いたところ、高気圧ガス中で一様なグロー放電を発生させることができ、放電負荷に適用する際の問題花井。一方、高性能化を行う場合に解決すべきことも何点か判明した。非線形コンデンサの静電容量の電圧特性には温度依存性があり、高繰り返し時において電圧立ち上がり時間など出力特性が変化する恐れがある。また、線路の損失としてインダクタの抵抗成分が問題と思われていたが、数値的シミュレーションに基づいた解析によると、コンデンサの並列コンダクタンスが無視できないことが判った。このため、非線形伝送経路に適したセラミックコンデンサの開発が重要課題となった。非線形回路の場合においては数値計算によるかいろの特性解析がきわめて有効であり、駆動部ならびに負荷も含めた解析をもとにした設計が必要である。今年度の研究の中で新たな方向として見いだしたのが、二つの非線型波動の衝突を利用する高電圧パルスの発生である。この方法によると高電圧化とパルスの急峻化が効果的に行われる特徴がある。高繰り返し動作を実現するため、Slサイリスタを用いた駆動回路の開発も行った。この回路で発生パルス電圧20kVを得ることができたので、次年度は実用的なパルス電源の設計試作を行う予定である。

実用化において問題となるコンデンサなどで生じる損失の評価は、数値シミュレーションによる回路解析から検討を加えたが、今後の課題の多いことも明らかとなった。パルスの発生は高速動作が期待できる静電誘導サイリスタを用いることとした。この素子のパルススイッチング特性はよく調べられていないので、コンデンサ放電回路に適用した場合について基礎データを収集した。高電圧化には素子を直列接続して対応せざるを得ないが、さらに高速化という条件を満足させるには、ゲート回路の改良、ゲートタイミングの最適化など特別な配慮を加えなければならないことを明らかにし、素子を五段に直列接続した試作回路において出力15kVの高速高電圧パルスを得た。また、フラッシュランプを用いた検討から高繰り返し動作の可能性を示した。
コンポジットレジンの耐水性向上に関する研究

研究実施計画に基づき,シラン処理剤の調製は,各混合処理剤ガラス面に対するコンポジットレジンの接着強さの結果(日本歯科保存学雑誌第39巻,P218-226,1996.)と同様に行い,各混合処理剤および3-MPS単独処理剤により,シリカフィラーのカップリングを施し,フィラー含有率80wt%になるようにベースレジン(Bis-GMAとTEGDMA)と混合し,さらに重合触媒にカンファーキノンを配合し,光重合型コンポジットレジンを作製した.試作コンポジットレジンのサーマルストレス後の動的粘弾性の測定,および各処理ガラス面に対するレジンモノマーのぬれの評価を行った結果,1.動的粘弾性の損失正接(tan δ)のピーク温度位置は,サーマルストレス後で室温大気中保管と比較して,すべて数°C低温側に移行し,そのピーク温度は3-MPS>10F/3-MPS>4F/3-MPSの順で高かったことから,フッ素処理剤が多いほど柔軟なカップリング層を形成したと考えられる.また,4F/3-MPS処理のコンポジットレジンは,サーマルストレス後でもtan δのピーク高さの変化が殆ど認められなかったことより,カップリング層とレジンマトリックスとの相溶性が増し,フィラーとベースレジンの親和性が高められ,さらにカップリング層の疎水性が向上したことが示された.2.混合処理ガラス面のぬれは,1F/3.MPS-4F/3-MPSが3-MPS単独処理に比較して有意に低い接触角であり,引張強さとの関連性があると示唆された.以上より,3-MPSにIFを40%,4Fを20%添加した混合処理剤でカップリングしたフィラーを用いたコンポジットレジンは,カップリング層の耐加水分解が向上したため,耐水耐久性が良好であったと考えられた.研究実施計画に基づき,シラン処理剤の調製は,各混合処理剤ガラス面に対するコンポジットレジンの接着強さの結果(日本歯科保存学雑誌第39巻,P218-226,1996.)と同様に行い,各混合処理剤および3-MPS単独処理剤により,シリカフィラーのカップリングを施し,フィラー含有率80wt%になるようにベースレジン(Bis-GMAとTEGDMA)と混合し,さらに重合触媒にカンファーキノンを配合し,光重合型コンポジットレジンを作製した.試作コンポジットレジンの水中保管およびサーマルストレス後の引張強さ,吸水量,表面硬さ,表面粗さ,および接触角の測定を行った結果,1.引張強さは,3-MPS単独処理と比較して,1F/3-MPSが30,000回のサーマルストレス後でp<0.05,4F/3-MPSにおいては28,90日水中保管後でp<0.01,サーマルストレス後でp<0.005と有意に高い値を示した.また,1F/3-MPSと4F/3-MPSは水中保管期間の延長およびサーマルストレスを与えてもp<0.05で有意な低下は認められなかった.2.吸水量,表面硬さ,表面粗さ,および接触角は,3-MPS単独処理群と各混合処理群間で経時的に伴う有意な差は認められなかった.以上より,現在のところ3-MPSに1Fを40%,4Fを20%添加した混合処理剤でカップリングしたフィラーを用いたコンプジットレジンは,コンポジットレジン硬化体表面を改質することなく,カップリング層の耐加水分解を向上させたと示唆された.研究実施計画に基づき,シラン処理剤の調製は,各混合処理剤ガラス面に対するコンポジットレジンの接着強さの結果(日本歯科保存学雑誌第39巻,P218-226,1996.)と同様に行い,各混合処理剤および3-MPS単独処理剤により,シリカフィラーのカップリングを施し,フィラー含有率80wt%になるようにベースレジン(Bis-GMAとTEGDMA)と混合し,さらに重合触媒にカンファーキノンを配合し,光重合型コンポジットレジンを作製した.試作コンポジットレジンのサーマルストレス後の動的粘弾性の測定,および各処理ガラス面に対するレジンモノマーのぬれの評価を行った結果,1.動的粘弾性の損失正接(tan δ)のピーク温度位置は,サーマルストレス後で室温大気中保管と比較して,すべて数°C低温側に移行し,そのピーク温度は3-MPS>10F/3-MPS>4F/3-MPSの順で高かったことから,フッ素処理剤が多いほど柔軟なカップリング層を形成したと考えられる.また,4F/3-MPS処理のコンポジットレジンは,サーマルストレス後でもtan δのピーク高さの変化が殆ど認められなかったことより,カップリング層とレジンマトリックスとの相溶性が増し,フィラーとベースレジンの親和性が高められ,さらにカップリング層の疎水性が向上したことが示された.2.混合処理ガラス面のぬれは,1F/3.MPS-4F/3-MPSが3-MPS単独処理に比較して有意に低い接触角であり,引張強さとの関連性があると示唆された.以上より,3-MPSにIFを40%,4Fを20%添加した混合処理剤でカップリングしたフィラーを用いたコンポジットレジンは,カップリング層の耐加水分解が向上したため,耐水耐久性が良好であったと考えられた.
自己腫瘍細胞に特異的な細胞傷害性リンパ球と抑制T細胞の発生の関連性に関する研究

方法1.養子免疫療法のための細胞傷害性細胞の誘導;担癌患者より得た末梢血単核細胞を抗CD3抗体およびrILー2存在下に培養し、細胞傷害性細胞を得た。2.培養により得られた傷害性細胞のフェノタイプおよびキラ-活性の測定;フェノタイプは得られた細胞に蛍光標識されたモノクロ-ナル抗体を反応させフロ-サイトメトリ-にて解析し、その陽性率を求めた。キラ-活性はNK活性としてK562、LAK活性としてDaudiをタ-ゲットに^<51>Crリリ-スアッセイ法にて測定した。3.養子免疫療法前後の患者末梢血単核細胞フェノタイプおよびキラ-活性の変化の測定;口腔癌患者4例に浅側頭動脈あるいは上甲状腺動脈よりカニュレ-ションを行い局所動注にて養子免疫療法を行った。養子免疫療法は各症例とも総数約1×10^<10>個の傷害性細胞を8回に分けrILー2とともに移入し、移入前後の患者末梢血単核細胞フェノタイプおよびキラ-活性の測定を行った。結果1.抗CD3抗体とrILー2存在下での培養により培養開始前の数十倍から数百倍の細胞増加が認められ、担癌者からの採血量が以前から行われてきた方法に比べ少量で養子免疫療法に必要な細胞数を得ることが出来た。すなわち、本培養法の導入はキラ-細胞移入による癌治療の可能性を増大させるものと考えられた。2.培養により得られた細胞のキラ-活性はNK活性で平性で平均74.6%、LAK活性で平均10.8%であった。フェノタイプは培養開始時に比べLeu4(+)HLA-DR(+)のいわゆる活性化T細胞分画とLeu2(+)Leu15(-)のいわゆる細胞障害性T細胞分画の増加が認められた。3.キラ-細胞の局所動注による養子免疫療法前後の患者末梢血単核細胞フェノタイプの変化では、特にLeu3(+)Leu8(+)細胞分画の増加とLeu2(+)Leu15(-)細胞分画およびLeu11(+)Leu19(+)細胞分画およびLeu7(+)Leu11(+)細胞分画の減少が認められた。近年、末梢血リンパ球のIL-2単独培養に比べ、IL-2+抗CD3抗体添加培養では得られるLAK細胞数が数十倍数百倍になることが知られる様になった。本研究においてもIL-2と抗CD3抗体によるLAK細胞誘導を主軸とすることを決定した。まず培養条件の検討においてIL-2(シオノギ製薬)500U1000U/ml、抗CD3抗体25ng/mlの添加時に抗腫瘍活性と細胞増殖の点から、より効率的にLAK細胞が誘導されることを確認した。この条件下ではIL-2単独での培養に比べ、抗腫瘍活性×細胞数で表される総抗腫瘍活性は数倍数十倍に増加することがわかった。このことは担癌患者の少量の末梢血を用いた養子免疫療方法の可能性を強く示唆した。

またIL-2+抗CD3抗体での培養によって得られる細胞はモノクロ-ナル抗体とフロ-サイトメトリ-を用いた表面抗原の解析によってIL-2単独培養に比べCD8陽性ポピュレ-ション(サプレッサ-/サイトトキシックT細胞)が約2倍に増加していた。さらに表面抗原の詳細な解析を可能とする2カラ-解析において、このCD8陽性ポピュレ-ションのうち80%以上がLeu15陰性のいわゆるサイトトキシックT細胞ポピュレ-ションであることが確認された。今後、このCD8陽性Leu15陰性細胞群の増加が抗CD3抗体添加により特異的に起こる反応か否かを知る目的でIL-2単独で誘導されるCD8陽性細胞群あるいは新鮮末梢血中に存在するCD8陽性Leu15陰性細胞群との比較を行いたい。一方、われわれはIL-2+抗CD3抗体添加混合培養と経動脈的移入法に着目し、口腔癌への臨床応用を実現した。このことは特筆に値する。今後、さらに症例数を増やし、臨床成績の検討と術式の改良を行っていきたい。方法1.養子免疫療法のための細胞傷害性細胞の誘導;担癌患者より得た末梢血単核細胞を抗CD3抗体およびrILー2存在下に培養し、細胞傷害性細胞を得た。2.培養により得られた傷害性細胞のフェノタイプおよびキラ-活性の測定;フェノタイプは得られた細胞に蛍光標識されたモノクロ-ナル抗体を反応させフロ-サイトメトリ-にて解析し、その陽性率を求めた。キラ-活性はNK活性としてK562、LAK活性としてDaudiをタ-ゲットに^<51>Crリリ-スアッセイ法にて測定した。3.養子免疫療法前後の患者末梢血単核細胞フェノタイプおよびキラ-活性の変化の測定;口腔癌患者4例に浅側頭動脈あるいは上甲状腺動脈よりカニュレ-ションを行い局所動注にて養子免疫療法を行った。養子免疫療法は各症例とも総数約1×10^<10>個の傷害性細胞を8回に分けrlLー2とともに移入し、移入前後の患者末梢血単核細胞フェノタイプおよびキラ-活性の測定を行った。結果1.抗CD3抗体とrILー2存在下での培養により培養開始前の数十倍から数百倍の細胞増加が認められ、担癌患者からの採血量が以前から行われてきた方法に比べ少量で養子免疫療法に必要な細胞数を得ることが出来た。すなわち、本培養法の導入はキラ-細胞移入による癌治療の可能性を増大させるものと考えられた。2.培養により得られた細胞のキラ-活性はNK活性で平均74.6%、LAK活性で平均10.8%であった。フェノタイプは培養開始時に比べLeu4(+)HLAーDR(+)のいわゆる活性化T細胞分画とLeu2(+)Leu15(-)のいわゆる細胞障害性T細胞分画の増加が認められた。3.キラ-細胞の局所動注による養子免疫療法前後の患者末梢血単核細胞フェノタイプの変化では、特にLeu3(+)Leu8(+)細胞分画およびLeu2(+)Leu15(-)細胞分画の増加とLeu11(+)Leu19(+)細胞分画およびLeu7(+)Leu11(+)細胞分画の減少が認められた。
生体イメージングのための広帯域・非分散アンテナの開発と適用

乳がん検知を目的とした非接触による生体イメージングシステムの実現に向けて、超短パルス信号を用いたマイクロ波レーダの検証を進めた。本システムで重要な要素となる広帯域・非分散アンテナの研究を行い、広帯域特性を有するアンテナを実現した。また、本アンテナを計測システムに適用し、合成開口技術を用いて画像の再構成を行った。アンテナシステムの改善および、不要な反射波の低減を図り、胸部モデルであるファントムの深さ約10 mmに挿入した、大きさ3×3×2.5 [mm]の腫瘍相当の誘電体の画像を得ることができた。本年度は、研究目的を達成するため、広帯域・非分散アンテナの計算機シミュレーションおよび、広帯域特性を有する小型・平面アンテナの評価を行った。小型・平面アンテナとして、ボウタイアンテナ(基板サイズ36×25 [mm]、基板厚み0.52 mm)および、ビバルディアンテナ(基板サイズ52×120 [mm]、基板厚み1.5 mm)について検証を進めた。ボウタイアンテナでは、413 [GHz] (1 GHzステップ)において、それぞれー49.7、ー44.4、ー37.6、ー36.3、ー37.9、ー37.3、ー40.2、ー40.3、ー44.8、ー44.9 [dB]の挿入損失であった。また、中心方向を0度とし、ー90度+90度における放射パターンの測定を行ったところ、413 [GHz] (1 GHzステップ)において、それぞれ93、129、58、73、75、64、66、54、53、43 [度]の半値幅であった。ビバルディアンテナでは、413 [GHz] (1 GHzステップ)において、それぞれー34.0、ー30.9、ー29.4、ー27.1、ー28.2、ー30.6、ー33.6、ー36.2、ー35.7、ー38.5 [dB]の挿入損失を実現し、放射パターンの測定では、413 [GHz] (1 GHzステップ)において、それぞれ70、40、40、30、26、22、20、14、18、14 [度]の半値幅を実現した。以上の性能評価を通じて、広帯域特性を有するビバルディアンテナの有効性を確認した。また、本アンテナの偏波面の違いによる検証を行い、6 GHzにおいて38.7 dBの差を確認した。さらに、システムにおける検証を行うため、計測システムの構築を行った。今後は本アンテナを中心にシステムへの適用を目指す。本年度は、研究目的を達成するため、広帯域・非分散アンテナの広帯域特性の改善を行った。広帯域特性の実現に重要な要素となる小型・平面アンテナのバラン回路において、伝送線路の回路パターンのテーパー部分の長さや幅だけでなく、スルーホールのサイズや位置の違いによる周波数特性の検証を重ねた。また、高周波回路の基板材料の厚み0.254 0.83[mm]、および、比誘電率2.2 6.15の範囲におけるアンテナの反射特性および放射特性の検証を行った。これら材料のパラメータの変更などによる検証を通じて、ー10 dB帯域幅を8.6 GHzから11.2 GHzと、2.6 GHzの広帯域化を実現することができた。計測システムにおけるサンプリング時に使用するトリガ信号について、伝送線路における反射信号による影響を低減したシステム構成に変更することで、信号レベルを約2.2倍に改善することができた。また、本システムにおいて、ログスパイラルアンテナA (70×75 [mm])、B (37×51 [mm])、C (49×48 [mm])、ビバルディアンテナA (120×52 [mm])、B (50×30 [mm])、ボウタイアンテナA (48×34 [mm])、B (36×25 [mm])、C (35×25 [mm])、D (26×19 [mm])、E (77×73 [mm])を送受信アンテナとした場合の超短パルス信号の透過特性や胸部モデルからの反射波信号の分散特性について検証を行った。アンテナの種類だけでなく、アンテナとモデルとの距離、送受信アンテナの間隔、アンテナからの電波の照射角度の違いによる検証を行い、信号レベルを約2.8倍に改善することができた。今後は解析する周波数に応じたアンテナの選定を行い、検知精度の向上を目指す。広帯域アンテナの実現に向けて、システムに適用可能な小型・平面アンテナのバラン回路や高周波回路基板の厚みおよび比誘電率といった、材料のパラメータの変更などによる検証を通じて、広帯域化を実現することができている。また、計測システムに適用するためのアンテナの比較検証を行い、本課題の目的を達成するためのアンテナシステムの開発、および表面波の低減方法の検証について順調に進んでいる。しかし、検知深さおよび分解能を向上させるためのアンテナシステムの最適化および解析手法の実現については現時点において課題が残っている。研究発表については、学術論文2件、国際学会発表2件、国内学会発表2件と、当初の計画より多く行うことができた。以上の理由により、当初の計画に対して、「やや遅れている」と考える。

広帯域特性の実現に重要な要素となる小型・平面アンテナのバラン回路の改善を行い、広帯域アンテナの一つであるボウタイアンテナへの適用を図り、伝送線路の回路パターンのテーパー部分の長さや幅だけでなく、スルーホールのサイズや位置の違いによる周波数特性の検証を重ねた。また、高周波回路の基板材料の厚み0.254 0.83[mm]、および、比誘電率2.2 6.15の範囲におけるアンテナの反射特性の検証を行った。これら材料のパラメータなどの変更による検証を通じて、ー10 dB帯域幅を2.7 GHzから7.3 GHz (5.7から13 [GHz])と、4.6 GHzの広帯域化(計算値)を実現することができた。これは、各パラメータの調整により、反射が小さい周波数帯域の低周波および高周波へのシフトが可能となり、測定対象物による周波数領域の選択の際に有効であると考える。超短パルス計測システムおよび、人体の胸部を模した胸部ファントムを用いて、腫瘍相当のターゲットとして、小型の誘電体をファントム内に挿入し、一定間隔で駆動させたときの反射信号の解析を行い、内部画像の再構成に関する実証実験を行った。アンテナの種類だけでなく、アンテナとモデルとの距離、送受信アンテナの間隔、アンテナからの電波の照射角度の違いなどによる検証を行い、計測システムにおけるアンテナシステムの改善および、システムにおける不要な反射波の低減を図り、システム全体のダイナミックレンジの向上を目指した。その結果、ファントムの深さ約10 mmに挿入した、大きさ3×3×2.5 [mm]の誘電体の画像を得ることができた。今後は、アンテナシステムの最適化および、解析する周波数の選定を行い、検知精度の向上を目指す。乳がん検知を目的とした非接触による生体イメージングシステムの実現に向けて、超短パルス信号を用いたマイクロ波レーダの検証を進めた。本システムで重要な要素となる広帯域・非分散アンテナの研究を行い、広帯域特性を有するアンテナを実現した。また、本アンテナを計測システムに適用し、合成開口技術を用いて画像の再構成を行った。アンテナシステムの改善および、不要な反射波の低減を図り、胸部モデルであるファントムの深さ約10 mmに挿入した、大きさ3×3×2.5 [mm]の腫瘍相当の誘電体の画像を得ることができた。広帯域アンテナの実現に向けて、システムに適用可能な小型・平面アンテナである、ビバルディアンテナおよびボウタイアンテナの性能評価を行い、周波数領域における反射特性、透過特性および放射特性の測定を行い、良好な特性を実現している。また、計測システムの実現のために重要な高周波回路である、平衡信号(差動信号)を、不平衡信号に変換するために使用されるバランの検討およびインピーダンス変換器の検討を進めており、本課題の目的を達成するための要素回路の開発についても順調に進めている。さらに、アンテナシステムの駆動のためのプログラムについても検討を進めている。研究発表については、学術論文2件、国際学会発表4件、国内学会発表1件と、当初の計画より多く行うことができた。以上の理由により、当初の計画に対して、おおむね、順調に進展していると考える。今後は、引き続きアンテナシステムの最適化、周波数フィルタリング処理、カバーの工夫などによる表面反射波の低減を目指し、ハードウェア・ソフトウェア両面からのアプローチにより、検知深さ・分解能の向上を図る。胸部モデルとターゲットのコントラストが大きい程、検知サイズや検知深さも向上することが期待できる。一般に胸部の比誘電率は10程度で、腫瘍は50程度と言われている。これまでは胸部モデルとして、比誘電率が10程度のファントムを、腫瘍相当として、比誘電率20程度の材料を使用しており、現実的に想定されるコントラストより小さくなっている。
ナノ構造高次元磁性フォトニック結晶の形成とスピン依存線形・非線形光機能

本研究は,2次元・3次元のナノスケール構造を人為的に形成した磁性構造体について,完全な構造体の形成と,そのスピン依存線形・非線形光学特性を総合的に解明することで,スピン制御可能な新たな光材料の創製と,そのマイクロ光磁気デバイスへの基礎的性質を探求するものである.本研究は,2次元・3次元のナノスケール構造を人為的に形成した磁性構造体について,完全な構造体の形成と,そのスピン依存線形・非線形光学特性を総合的に解明することで,スピン制御可能な新たな光材料の創製と,そのマイクロ光磁気デバイスへの基礎的性質を探求するものである.(1)磁性フォトニック結晶線形磁気光学特性評価系の構築現有の波長可変レーザ光学系に線形特性を同時に計測するための光学系を追加導入し評価を行ったが,冷却水の温度変化などによってレーザの強度が変化するため改善が必要となった。(2)磁性フォトニック結晶特性の理論解析自己組織化法を用いた2次元,3次元磁性フォトニック結晶について,作製可能な構造に対して理論解析を行っている.(3)2次元磁性フォトニック結晶の形成と特性評価ナノスケールで規則配置したスタンパーと,作製温度を一定に保つためステンレスの熱容量の大きい浴を用いて陽極酸化を行うことによって,完全な周期構造をもつ2次元の自己組織化アルミナテンプレートを形成した。このテンプレートの光学特性は,フォトニック・バンドギャップを示した。(4)2次元磁性フォトニック結晶への欠陥導入と光局在効果の解明,非線形特性解明現在,上記(3)で記述したテンプレートを基に,2次元磁性フォトニック結晶を形成している。(5)3次元磁性フォトニック結晶の形成ヴァーティカルデポジション法により標準偏差の小さいほとんど同じ直径のナノスケールのシリカ球を層状に形成した。この方法を用いて,層欠陥をもつ3次元磁性フォトニック結晶や,隙間に磁性材料を充填した3次元磁性フォトニック結晶を形成した。(6)3次元磁性フォトニック結晶の評価とバンド・ファラデー効果の探査上記の手順で得られた試料は,フォトニック・バンドギャップをもち,構造に起因した磁気光学効果の変化を示した。(7)3次元磁性フォトニック結晶の非線形光学・磁気光学効果(5)で形成する3次元磁性フォトニック結晶の非線形光学・磁気光学効果を測定するための非線形光学測定系を構築している。任意の光波長で光局在化するMPCマイクロキャビティや,バンドギャップ端を利用する周期構造体を精度よく形成する技術を確立した.まだ,高調波側でバンドギャップを有する試料形成も完了し,これら試料について線形・非線形特性の実験・理論特性解明を完了した.この成果を踏まえ,文部科学省キーテクノロジー事業と連携して,1D-MPCベース空間光位相変調デバイスの開発を開始した.2次元周期構造を有するアルミナベースのMPC形成を行い,明瞭なバンドギャップと磁気光学特性の変調を見出した.現在,RIE手法とも連携して,完全な2次元構造を有するMPC形成を進めている.理論解析結果を踏まえ,薄膜導路型の光アイソレータへの応用を展開している.本構造体における非線形光学特性評価は次年度以降に残されている課題である.バーティカルデポジッション法とスパッタ法,およびゲルコート法とを組合わせることで,図1に示すような3次元MPCの形成に成功した.また,3次元構造MPCの偏光特性や入射方位依存性について,理論・実験から基礎特性を解明した.これらの成果を踏まえ,3次元MPCのホログラム記録メディアとしての応用展開を検討している.本構造体の非線形光学効果の解明は,次年度以降に残されている課題である.(4)局在プラズモン励起Auなどの金属超微粒子を磁性ガーネット内に分散させることで,局在プラズモン共鳴によるファラデー効果の増大現象を実験・理論から示した.このような増大現象はこれまで実験的に示された例はなく,MPCとの連携による本手法の工学的な応用が期待される.(5)スピン波機能磁性体固有の波動として,スピン波(静磁波)があり,磁気的に形成したMPCでスピン波が光と同じようなバンドギャップを形成することを実験的に示した.この構造体は,磁区構造を電子的に制御することで,制御性を有する高周波マイクロデバイスへの応用が期待できる.1次元積層構造の磁性フォトニック結晶(MPC)とフォトニック結晶(PC)の界面欠陥で生じるタム状態を利用する新しい動作原理の1次元磁性フォトニック結晶を開発した。この新規ID-MPCでは,界面欠陥に起因する局在モードが現れ,高い透過率と大きなファラデー回転が得られることを見出した。2次元に配列したPtドット/YIG構造体を作製した。ガリウム・ガドリニウム・ガーネット(GGG)基板の上に電子線露光装置を用いて,2次元のPtドット、アレイを作製し,その上にイットリウム鉄ガーネット(YIG)を形成した。基板のGGG表面上ではエピタキシャル成長した単結晶YIGが形成され,Ptドット上ではアモアルファスYIGが形成される。この試料の透過率を測定したところ,回折によって透過率が低下する波長が存在すること,入射角を変えることによってその透過率が低下する波長の位置が変化することが明らかになった。また,電子線露光装置と反応性イオンエッチングRIEを用いて,Siの2次元PCを形成した。Bi:YIGとオパール構造薄膜から成る2次元ヘテロ構造磁性フォトニック結晶を作製した。シリカ球を基板上に形成し,その上にスパッタ法によってBi:YIG薄膜を作製した。

この構造では,オパール構造によってフォトニックストップバンドが現れ,その波長は角度によって変化し,そしてファラデー回転が大きく変化することがわかった。またこの構造の上にさらにオパール薄膜を形成したマイクロキャビティ型のヘテロ構造磁性フォトニック結晶を作製した。この構造では共鳴による透過率が低下する波長が現れ,そこではファラデー回転が変化することが明らかになった。1次元および2次元の貴金属/Bi:YIGから成る磁性フォトニック、ナノ構造の作製を行った。この構造体では,プラズモン共鳴または導波路による共鳴的効果により,透過率が高くなる現象が現れることを確認した。本研究は,2次元・3次元ナノスケール構造を人為的に形成した磁性構造体を形成し,そのスピン依存線形・非線形光学特性を総合的に解明することで,スピン制御可能な新たな光材料の創製と,そのマイクロ光磁気デバイスへの基礎的性質を探求しようとするものである.以下にH20年度の成果の概略を述べる.1.2次元磁性フォトニック結晶:電子線リソグラフィによって石英基板上にフォトレジストの線状1次元周期パターンを作製し,その上にSiO_2と磁性ガーネット(Bi:YIG)を7対積層することで,断面が波状の構造体を作製した.この試料では,積層構造の1次元磁性フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップ(PBG)よりも,短波長側に新たに構造に起因したPBGが現れ,そこでファラデー回転角を4倍増大させることができた.2.3次元磁性フォトニック結晶:シリカ球のオパールテンプレートの上にイオンビームスパッタ法でBi:YIGを成膜することで,シリカ球の上にキャップ状に堆積する構造を作製した.この構造では,Bi:YIG単層膜よりも4倍増大した極カー回転角が得られた.3.プラズモニック磁気光学材料:Au粒子とBi:YIG複合膜の形成では,これまでのAu粒子を1回の薄膜加熱で形成する方法を改善し,処理を繰返してAu粒子を形成する方法を用いた.5nmのAu薄膜を1000°C加熱する処理を5回繰返すことによって,粒子の密度を高めることができた.この試料では,ファラデー回転角を0.94°まで増大させることができた(Bi:YIG単層膜の15倍増大).4.1次元マグニック結晶:YIG基板の上に線幅300nmのCu線を周期400nmで10個配列した構造を作製することによって,GHz帯において,スピン波バンドギャップを形成させ,さらに欠陥を設けることによって,局在モードを発現させることができた.本研究は,2次元・3次元ナノスケール構造を人為的に形成した磁性構造体を形成し,そのスピン依存線形・非線形光学特性を総合的に解明することで,スピン制御可能な新たな光材料の創製と,そのマイクロ光磁気デバイスへの基礎的性質を探求しようとするものである.以下にH21年度の成果の概略を述べる.1.2次元磁性フォトニック結晶:電子線リソグラフィによって石英基板上にフォトレジストの線状1次元ナノ周期パターンを作製し,その上にSiO2と磁性ガーネット(Bi:YIG)を7対積層することで,断面が波状の構造体を作製した.
小型柔軟接触センサの開発と物体把持動作への応用

接触部に柔軟構造を有する小型接触力センサの開発において,次のことを行った.1.小型3次元接触力計測センサの接触部変形量の算出開発した小型3次元接触力計測センサは接触部が柔軟構造であるため,物体との接触によるセンサ接触部の変形量を実時間で算出した.変形量はセンサ接触部にかかる力の量を利用し,Castiglianoの定理に基づいて算出を行った.この結果から,実時間での変形量算出が可能であることを実験により確認した.2.接触対象物のインピーダンス特性の推定センサにより取得できる接触力と変形量から,物体把持対象物のインピーダンス特性の推定を実験で行った.この結果から,従来より使用されている高剛性の力センサを使った場合と比較して,接触対象物が高剛性特性を有する場合でも比較的安定的にインピーダンスの推定が可能であり,推定結果の収束も早いということがわかった.このことから,未知対象物の把持において,把持前に必要な情報の一つとして挙げられる把持対象物の硬さ特性を比較的精度よく,かつ素早く取得できることがいえ,器用な物体把持動作の実現が期待できる結果が得られた.3.接触センサ搭載型ロボットハンドの試作とセンサの実装本研究で開発しているセンサ実装型ロボットハンドの試作を行った結果,人間の指とほぼ同程度のサイズで指の試作ができた.センサの実装に関しては,センサ複数個利用を考慮して,センサ信号処理部をマイコンを使ってモジュール化し,ハンド制御系と切り離したシステムを構築した.本年度は,柔軟構造を有する接触力センサの開発を行った.これに関して行ったことは,以下の4点である.1.3次元接触力計測モデルの確立柔軟な構造の接触部における,外部からの接触力とそれによって接触部内を伝わる力の関係を,3次元方向からの接触力に対応させて解析した.これにより,3次元方向からの接触力に対応する計測モデルを確立した.2.3次元接触力計測センサの試作確立した計測モデルにより得られる力を計測可能にするようにセンサ全体を設計し,試作した.接触力によるセンサの変形は歪みゲージにより計測する仕様とした.また試作したセンサのサイズは人間と同等の大きさのロボットハンドを想定し,22[mm]x15[mm]×14[mm]で作成した.3.3次元接触力の計測試作したセンサを用いて,3次元方向接触力と接触表面の捻りモーメントの計測を実験により行い,モデルの妥当性とセンサの計測性能を確認した.この実験において,接触力算出の計算はリアルタイムで行われ,サンプリング間隔2[msec]で十分に処理が可能であった.また,計測可能な最小接触力は0.05[N]程度であることから,当初の目的である柔らかい物体の把持においても,実現が期待できる結果が得られた.4.動的接触におけるセンサ特性の確認平行指ロボットハンドによる一方向における接触実験により,本センサの柔軟性と,センサと物体との接触時の状態を計測した結果,本センサの柔軟性が衝撃力を緩和することと,物体へのアプローチ速度の向上に貢献できる特性を有することを確認した.接触部に柔軟構造を有する小型接触力センサの開発において,次のことを行った.1.小型3次元接触力計測センサの接触部変形量の算出開発した小型3次元接触力計測センサは接触部が柔軟構造であるため,物体との接触によるセンサ接触部の変形量を実時間で算出した.変形量はセンサ接触部にかかる力の量を利用し,Castiglianoの定理に基づいて算出を行った.この結果から,実時間での変形量算出が可能であることを実験により確認した.2.接触対象物のインピーダンス特性の推定センサにより取得できる接触力と変形量から,物体把持対象物のインピーダンス特性の推定を実験で行った.この結果から,従来より使用されている高剛性の力センサを使った場合と比較して,接触対象物が高剛性特性を有する場合でも比較的安定的にインピーダンスの推定が可能であり,推定結果の収束も早いということがわかった.このことから,未知対象物の把持において,把持前に必要な情報の一つとして挙げられる把持対象物の硬さ特性を比較的精度よく,かつ素早く取得できることがいえ,器用な物体把持動作の実現が期待できる結果が得られた.3.接触センサ搭載型ロボットハンドの試作とセンサの実装本研究で開発しているセンサ実装型ロボットハンドの試作を行った結果,人間の指とほぼ同程度のサイズで指の試作ができた.センサの実装に関しては,センサ複数個利用を考慮して,センサ信号処理部をマイコンを使ってモジュール化し,ハンド制御系と切り離したシステムを構築した.