hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異なる三手法を適用した二オブおよびタンタルシリサイドの標準生成自由エネルギー測定

2.初年度の実験結果から起電力法による測定の困難なことが明らかになったタンタル系に主眼を置いて化学平衡法による実測の検討を行なったが、予備実験により平衡到達に著しく時間を要することが明らかになった。3.ニオブ、タンタルのシリサイドに加え、同様に融点の高い耐熱金属であるモリブデン、タングステンのシリサイドを測定の対象として加え、起電力法による標準生成自由エネルギーの測定を行なった。4.2に挙げた4金属のシリサイドの標準生成自由エネルギーと標準生成エンタルピーの文献値等の再検討・評価と一部の実験結果について、IUPAC国際学会(HTMC-XI,19-23 May 2003)において発表した。なお、この成果はJ.Phy.& Chem.Solidにおいて論文公表される予定である。5.海外共同研究者の実験設備において、クヌーゼン流出法による測定を進めた。本研究は起電力法と化学平衡法ならびにクヌーゼン流出法により、ニオブまたはタンタルのシリサイドの標準生成自由エネルギーを実測することを目的としている。ニオブ-シリコン系、タンタル-シリコン系には、それぞれ、2つ、4つの金属シリサイドが存在することが知られているが、これまでの研究期間において、それら全てのシリサイドについての標準生成自由エネルギーの測定を試みた。起電力法ではリチウムケイ酸塩電解質を用いたシリコン濃淡電池を構成して金属-シリコン-酸素3成分系の3固相領域のシリコン活量を測定を行った。ニオブ系については実測を完了し、2つのニオブシリサイドの標準生成自由エネルギーを得たが、タンタル系については電解質構成酸化物と五酸化二タンタルが中間化合物形成して所期の平衡関係が保たれないことが明らかになった。化学平衡法では銀-シリコン合金と金属-シリコン2成分系の2固相間の平衡実験を行なったが、平衡到達には相当な時間を要することがわかった。クヌーゼン流出法は特に起電力法で標準生成自由エネルギーが得られていないタンタル-シリコン系を対象として、現在実測を遂行中である。特に起電力法によるシリコン活量測定について、その実験手法の有効性が確認されたため、同実験手法をニオブ、タンタルと同様に高融点金属として広く利用されているモリブデンまたはタングステンとシリコンとの2成分系に発展的に適用してた。両2成分系とも実測をほぼ完了し、タングステン系についてはすでに結果を論文公表した。本研究では起電力法と化学平衡法ならびにクヌーゼン流出法により、ニオブまたはタンタルのシリサイドの標準生成自由エネルギーを実測することを目的とした。ニオブ-シリコン系、タンタル-シリコン系には、それぞれ、2つ、4つの金属シリサイドが存在することが知られているが、研究期間において、それら全てのシリサイドについての標準生成自由エネルギーの測定を行った。特にリチウムケイ酸塩電解質を用いたシリコン濃淡電池で金属シリサイドの標準生成自由エネルギーを測定する手法について、その有効性が確認されたため、研究の目的に若干の修正を加えて、同実験手法をモリブデン-シリコン系およびタングステン-シリコン系に発展的に適用し、同系に存在するシリサイドの標準生成自由エネルギーの実測を行った。さらに、環境半導体として近年注目されている鉄ダイシリサイドを含む鉄-シリコン系への同法の適用を試みた。
FLT3遺伝子膜近傍領域での変異が急性白血病に及ぼす臨床ならびに生物学的意義

初期造血段階において、FLT3はkitと並ぶ重要な制御因子のひとつである。この遺伝子は急性髄膜性白血病(AML)の約20%でその膜近傍領域の一部の塩墓配列が重複(tandemduplication : TD)する。本研究の一年目、この変異の臨床的な意義、ならびに細胞の増殖にどのような変化をもたらすのかについて検討した。またFLT3/TDがAML患者の予後に及ぼす影響について、AML患者100例を対象としてFLT3/TDと患者の臨床所見、予後との関連を検討した。成人AMLにおいては、5年間のdisease freesurvival rate(DFSR)は陽性群で19.2%、陰性群で44.3%で、いずれも両群間で有意差があり、FLT3/TD予後不良因子であることが明らかになった。また小児AMLでは、FLT3/TDは約5%と成人に較べ低頻度であったが、DFSは陰性群で陽性群に比較して明らかに短かった。MDSにおいてはAMLへの進展にともなdenovo leukemiaと同頻度に増加することから、染色体異常、N-RAS,TP53遺伝子変異などとともに白血病に重要な役割を果たすとみられ、予後不良因子と考えられている。次にCos7細胞を用いた異常リセプター蛋白の発現およびリン酸化の解析については、共同研究者奥田と研究を進め、FLT3の遺伝子の傍膜貫通部に様々な長さの塩基配列を挿入した変異体を作製し、これをCos7細胞に導入し発現される蛋白を解析している。この結果、挿入されたアミノ酸の配列にかかわらず、すべてでリガンドであるFLには非依存的に、FLT3受容体が重合し、そのチロシン残基がリン酸化することが明らかになった。これらの所見からTDは傍膜貫通部を伸長させることで、受容体としてFLT3の機能を増強するものと考えられた。FLT3/TDのおこるメカニズムについては、遺伝子の一部に回文配列に近い構造があり、これがペアピン構造を形成してreplication slippageを招来し、TDが生じるものとされ推測されている。FLT3/TD変異をもつAML患者白血病細胞をメチルセルロース培地で培養し、各種造血刺激因子の添加による影響をコロニー形成能(L-CFU)でパネル化して評価した。FLT3/TD陽性細胞はL-CFU形成能は陰性細胞より高く、陰性細胞がFLT3リガンドの添加によりコロニー数が増えるのに対し、陽性細胞では増加はみられず、先の蛋白発現実験の結果を反映するものとなった。FLT3は初期造血の段階においてkitとともに重要な役割を果たす制御因子である。私たちは急性骨髄性白血病(AML)の約20%に膜近傍領域の一部の塩基配列が重複(tandem duplication:TD)することを発見した。本研究の一年目にはこの変異の臨床的な意義、ならびに細胞の増殖にどのような変化をもたらすのかについて検討した。まず、FLT3/TDがAML患者の予後に及ぼす影響について、JALSGで調査しているのに平行して、小児のAML患者100例についてFLT3/TDと患者の臨床所見、予後との関連を検討した。成人AMLにおいては、5年間のdisease free

survival rate(DFSR)は陽性群で19.2%、陰性群で44.3%で、いずれも両群間で有意差があり、FLT3/TDが予後不良因子であることが明らかになった。また小児AMLでは、FLT3/TDは約5%と成人に較べ低頻度であったが、DFSは陰性群で陽性群に比較して明らかに短かった。MDSにおいてはAMLへの進展にともないde novoleukemiaと同頻度に増加することから、染色体異常、N-RAS,TP53遺伝子変異などとともに白血化に重要な役割を果たすとみられ、予後不良因子と考えられている。次にCos7細胞を用いた異常リセプター蛋白の発現およびリン酸化の解析については、一部名古屋大学医学部直江講師らと共同で研究を進め、FLT3の遺伝子の傍膜貫通部に様々な長さの塩基配列を挿入した変異体を作製し、これをCos7細胞に導入し発現される蛋白を解析している。この結果、挿入されたアミノ酸の配列に拘らず、すべてでリガンドであるFLには非依存的に、FLT3受容体が重合し、そのチロシン残基がリン酸化することが明らかになった。これらの所見からTDは傍膜貫通部を伸長させることで、受容体としてのFLT3の機能を増強するものと考えられた。FLT3/TDのおこるメカニズムについては、遺伝子の一部に回文配列に近い構造があり、これがヘアピン構造を形成してreplication slippageを招来し、TDが生じるものとされ推測されている。FLT3遺伝子は急性骨髄性白血病(AML)の約20%でその膜近傍領域の一部の塩基配列が重複(tandem duplication:TD)という特殊な変異を来す。1年目に引き続きの2年目もこの変異の臨床的な意義、ならびに細胞の増殖にどのような変化をもたらすのかについて検討した。さらにトランスフェクションにより、野生型または変異FLT-3を培養株細胞に強制発現させ、各変異体について免疫沈降法によってキナーゼ活性を検討した。即ち変異体と野生型をそれぞれリポトランスフェクション(Lipofection,Gibco BRL)によりCos7細胞内に導入した。Cos7細胞を用いた異常リセプター蛋白の発現およびリン酸化の解析については、FLT3の遺伝子の傍膜貫通部に様々な長さの塩基配列を挿入した変異体を作製し発現される蛋白を解析した。挿入されたアミノ酸の配列にかかわらず、すべてでリガンドであるFLには非依存的に、FLT3受容体が重合し、そのチロシン残基がリン酸化することが明らかになった。さらにFLT3/TD変異をもつAML患者白血病細胞をメチルセルロース培地で培養し、各種造血刺激因子の添加による影響をコロニー形成能(L-CFU)でパネル化して評価した。FLT3/TD陽性細胞はL-CFU形成能は陰性細胞より高く、陰性細胞がFLT3リガンドの添加によりコロニー数が増えるのに対し、陽性細胞では増加は見られず、先の蛋白発現実験の結果を反映するものとなった。
NICU入院中の早期運動負荷による新たな早産児の発育改善への試み

ほとんどの早産児が重篤な後遺症なく生存退院できるいま、次に目指すべきものは長期のQOL改善である。早産児の子宮外発育遅延(EUGR)は早期からの積極的な栄養介入により回避できるようになってきている一方で、栄養介入のみでは体脂肪率が高い体組成となり将来の生活習慣病に罹患するリスクが高くなると言われている。この予防には体重のみならず体組成に関しても、正期産と同等な徐脂肪率や骨密度を実現する必要がある。申請者らは、子宮内での胎動こそが骨と筋の発育に必要であり、従来の単に栄養を補給する管理方法から発想を転換して子宮内運動を模した運動負荷により適切な体組成の実現が可能になることを検証する。
積雪期を含めた水・熱・物質循環過程の総合化―琵琶湖プロジェクト第4ステージ―

1992年以来琵琶湖北東部の高時川流域で進められてきた水文・気象合同観測プロジェクトである「琵琶湖プロジェクト」がこれまであまり対象にしてこなかった冬季の水文過程に取りかかる上で、琵琶湖淀川水系の源流域に位置する余呉高原スキー場を観測サイトとして選定し、「暖候帯の多雪地帯」における積雪・融雪過程の実態把握とその知見を活かした陸面過程モデルの改良を目的として、積雪深や関連する微気象要素の連続測定を実施した。観測項目は積雪深、気温・湿度、風向・風速、日射量、土壌水分量プロファイル、積雪温度プロファイル、地中温度プロファイルである。詳細な陸面過程モデルを組み込んだ非静力数値気象モデル(ARPS-SiBUCおよびCReSiBUC)を用いたいくつかの数値実験を通じて、夏季の対流性降雨の発生・発達に対する地表面加熱や土壌水分状態の影響について検討したところ、現実的な範囲の土壌水分量や人工排熱量の変化により降雨の位置や強度が変化するという結果を得た。これは日本の夏季のように豊富な水蒸気が周囲から供給される条件下においては陸面加熱による水蒸気収束の増加が降水の強化につながることを示唆するものである。このことから、陸面過程が軽視されがちな降水短期予報においても、詳細な陸面過程モデルを組み込むことに加え、適切な土壌水分量初期値や人工排熱量分布を与える必要性があるといえる。降水短期予報のための陸面初期値作成を想定し、1991年から2008年の18年間について陸面データ同化を実施した。現業の気象観測(地上気象観測、AMeDAS)データを駆使して、気象強制力メッシュデータを日本全域について空間解像度約10kmで作成し、陸面過程モデルSiBUCによるオフライン計算を実行し、地表面水・熱収支各項、土壌水分や積雪などの状態量を推定した。積雪水量の時系列や空間分布が観測値や他のモデル出力値と比較・検証された。1992年以来琵琶湖北東部の高時川流域で進められてきた水文・気象合同観測プロジェクトである「琵琶湖プロジェクト」がこれまであまり対象にしてこなかった冬季の水文過程に取りかかる上で、琵琶湖淀川水系の源流域に位置する余呉高原スキー場を観測サイトとして選定し、「暖候帯の多雪地帯」における積雪・融雪過程の実態把握とその知見を活かした陸面過程モデルの改良を目的として、積雪深や関連する微気象要素の連続測定を開始した。陸面過程モデルSiBUCに、地表面温度の予報における強制復元モデルの枠組みを維持しつつ(土壌モデルを多層化せずに)、土壌水分の凍結・融解の効果を導入した。現在はGAME-SiberiaのTiksiサイトのデータを利用したモデル開発の段階であるが、今後、本プロジェクトはじめ、様々な研究プロジェクトにおいて取得されたデータをもとに、冬季の水文過程の検証を進め、モデルの汎用性を高めていく。大気陸面結合モデルARPS-SiBUCを用いて、熱収支特性や地表面粗度を変えた感度実験を通して、地表面過程が夏季の対流性降水に与える影響を詳細に検討した結果、日本の夏季のように周囲から豊富な水蒸気が供給される条件においては、陸面からの加熱(蒸発散の減少)がむしろ降水の強化につながる場合があることが示された。このような影響は一般風と局地風の微妙なバランスの結果もたらされるものであるが、特に陸面過程が軽視されがちな降水の短期予報においても、地表面の加熱や蒸発散を適切に表現できるモデルを導入する必要性があることを意味している。2005-2006の冬季は各地で観測記録を更新するなど、大雪に見舞われた。

本プロジェクトの積雪観測サイトである余呉高原スキー場でも最大で3m以上の積雪を記録し、4月に入っても1m以上の積雪が残るなど、多雪年であった。昨年度から観測を開始した積雪観測システム(積雪深、気温・湿度、風向・風速、日射量、土壌水分量プロファイル、積雪温度・地中温度プロファイル)に、新たに重量式雨量計を追加し、観測を強化した。日本のような湿潤域において、土壌水分等の地表面状態が降水に与える影響はこれまであまり議論されていない。本研究では、詳細な陸面過程モデルを組み込んだ非静力数値気象モデル(ARPS-SiBUCおよびCReSiBUC)を用いたいくつかの数値実験を通じて、夏季の対流性降雨の発生・発達に対する地表面加熱や土壌水分状態の影響について検討したところ、現実的な範囲の土壌水分量や人工排熱量の変化により降雨の位置や強度が変化するという結果を得た。これは日本の夏季のように豊富な水蒸気が周囲から供給される条件下においては陸面加熱による水蒸気収束の増加が降水の強化につながることを示唆するものである。このことから、陸面過程が軽視されがちな降水短期予報においても、詳細な陸面過程モデルを組み込むことに加え、適切な土壌水分量初期値や人工排熱量分布を与える必要性があるといえる。さらに、降水短期予報のための陸面(土壌水分)初期値作成を想定し、試験的に2001年5月から8月の4ヶ月間について陸面データ同化を実施した。現業の気象観測(地上気象観測、AMeDAS、高層気象観測)データを駆使して、気象強制力メッシュデータを日本全域について空間解像度約5kmで作成し、陸面過程モデルによるオフライン計算を実行した。夏期(湿潤期)という期間内においても、ボーエン比などに見られる熱収支特性が日々変化し、またその変動幅も場所により大きく異なることが示された。第2期積雪モデル相互比較プロジェクト(SnowMIP2)にSiBUCで参加し、Alptal(スイス)、BERMS(カナダ)、Fraser(アメリカ合衆国)、Hitsujigaoka(日本)、Hyytiala(フィンランド)の5地点において、積雪および地表面熱収支のオフライン実験を行った。Hyytialaにおいては積雪が過大に計算されたが、それ以外の地点においては概ね良好に積雪融雪過程を再現することができることを確認した。また、USDA National Water and Climate Center提供のデータを用いて北米各地の積雪水量の検証を行ったところ、SiBUCの算定値の方が衛星プロダクトに比べて精度が高かった。さらに、降水短期予報のための陸面(土壌水分)初期値作成を想定し、試験的に2001年から2006年の6年間について陸面データ同化を実施した。現業の気象観測(地上気象観測、AMeDAS、高層気象観測)データを駆使して、気象強制カメッシュデータを日本全域について空間解像度約5kmで作成し、陸面過程モデルによるオフライン計算を実行し、地表面水・熱収支各項、土壌水分や積雪などの状態量を推定した。また、地表面状態量の中でも時間変動が緩やかで初期値に対する依存性が大きい土壌水分量を取り上げ、雲解像度大気陸面結合モデルARPS・SiBUCに入力して夏季の熱雷に対する影響を検討した。その結果、現実的な土壌水分量分布の変化が熱雷に十分大きな影響を与えうることが示された。
ヘム代謝副産物であるCOの生理機能全容解明へのアプローチ

生体内においてヘムが代謝される際の副産物として,一酸化炭素(CO)が産生されている。本研究では生体内でCOを選択的に捕捉するヘムタンパク質モデルhemoCDを使って,細胞におけるCOの生理機能を調べた。本研究では錯体を細胞内に送達するためにhemoCDに膜透過ペプチドであるオクタアルギニンを導入した。この新規R8-hemoCDは細胞内に取り込まれ,細胞内の内在性COを捕捉する性質を示した。内在性COを奪われた細胞内では活性酸素の産生が有意に亢進した。さらに別のアプローチとして,ミトコンドリア内に存在するシトクロムcオキシダーゼ(CcO)モデル錯体を新たに合成し,COとの反応性を詳細に調べた。平成28年度は細胞内における内在性一酸化炭素(CO)を研究対象とし,集中的に検討を行った.いくつかの試行錯誤の結果,COレセプター分子であるhemoCDに細胞膜透過性ペプチドであるオリゴアルギニンを付与することに成功した.オリゴアルギニンを有するhemoCD誘導体であるR8-hemoCDは,従来のhemoCDと同等のCO親和性,CO選択性,安定性を示した.さらに細胞内においてCOを選択的に捕捉する現象を,細胞内COプローブであるCOP-1と組み合わせた実験系によって証明することに成功した.また,細胞内や組織中に含まれる内在性COを定量するための"hemoCDアッセイ"を確立した.この方法を用いれば,内在性COの量,すなわち体内でのヘムオキシゲナーゼ活性を極めて簡単に測定することができる.以上の成果をJournal of the American Chemical Societyに投稿し,平成29年4月7日にオンライン掲載された.今後,このhemoCDアッセイおよびR8-hemoCDを用いて,共同研究などにより内在性COの生理作用をさらに調べていく.hemoCDを使った内在性COの生理機能探索のひとつとして,活性酸素種との関連性を見出した(JACS2017).今後さらに新たなCOの生理作用探索を行う.生体内において一酸化炭素(CO)はヘム代謝の際の副産物として常時産生されており,さまざまな生理機能を有すると考えられてきた。実際に外部からガスあるいは徐放試薬によってCOを生体に付与すると,毒性のない範囲では抗炎症作用などの細胞保護作用が観測されており,COの生理機能には注目が集まっていた。しかしながら,生体内において内在性COの産生のみを停止させる有効な手段がないために,COの真の生理機能に迫る研究は非常に限られていた。本研究では,我々が独自に研究してきたヘムタンパク質モデル錯体hemoCDを使って,内在性COの生理機能探索を行った。hemoCDは,ポルフィリン鉄錯体とシクロデキストリン二量体から成る包接錯体であり,水中で酸素(O2)やCOと可逆的に結合する性質を持つ。特にCOに対する親和性が高く,ヘモグロビンの約1000倍であり,これまでに報告されている生体内COレセプターのどれよりもCO親和性が高い。我々は独自のCOレセプターhemoCDを使って,生体内COを選択的に捕捉し,その際の生体内の状態を調べることで,内在性COの生理機能について研究した。今回はとくに細胞内COに焦点を当て,細胞膜透過能を付与したhemoCDの合成,細胞内COの除去,それによる細胞内環境変化の観測を行った(JACS, 2017, 139, 5984))。さらに別のアプローチとして,ミトコンドリア呼吸鎖末端に存在するシトクロムcオキシダーゼ(CcO)の構造と機能に着目し,水溶性のCcOモデル錯体を構築,このモデル錯体とCOとの反応性を調べることにより,CcOとCOの反応の本質に迫ることを試みた(Chem. Sci. 2018, 9, 1989)。昨年度の研究から内在性COを除去すると細胞内ROSが上昇することがわかり,ミトコンドリア活性との関連性ではないかと考察している.今後,R8-hemoCDによって内在性COを除去した細胞におけるミトコンドリア活性を詳細に調査し,これまでに知られていない内在性COによる細胞呼吸の活性調節について言及できるような研究を展開していく.生体関連化学
生体分子機能発現の分子機構に関する理論的研究

多くの機能性タンパク質は、複数の化学現象を相関させる機能共役性と、進化における突然変異による機能の多様化を可能にする機能可変性を有する。これらの顕著な性質は、タンパク質分子に特徴的な分子構造ダイナミクスに大きく関係している。そこで、機能に関わる化学反応過程とタンパク質の大域的構造変化の相関を直接解析することが出来る独自の分子シミュレーションの手法を用いて、光遺伝学で用いられる光感受性イオン輸送体タンパク質と指向性進化実験で作られたホモログ酵素の間の機能変換、及びタンパク質酵素との比較を与えるリボザイムの酵素活性に関する理論的解析を行い、分子進化や酵素の新機能開発に向けた原子レベルの理解を得る。
GATA-3遺伝子導入トランスジェニックマウスを用いた接触皮膚炎モデルの樹立

我々はGATA-3転写因子がin vivoにおいてTh2サイトカイン、特にIL-5の産生を制御することをこれまでの研究で明らかにしてきた。これまで接触性皮膚炎誘導はTh1の偏りによってもたらされることが言われてきた。しかし、Th2の関与を示唆する報告も存在することから、この点をより詳しく解析する為に今回、我々はGATAT-3トランスジェニックマウスを用いて接触皮膚炎モデルを樹立し、接触皮膚炎誘導におけるTh2誘導に関与する転写因子GATA-3の関与について検討した。方法;lck distalをプロモーターにしたC57BL/6由来のlck-GATA-3トランスジェニックマウスと同腹のGATA-3の入っていないcontrol(wild type)を用いた。lck distalをプロモーターにしたlck-GATA-3トランスジェニックマウスの腹部を剃毛し、7%TNBC100μlを塗布した。7日後に1%TNBCを左耳介裏表に10μlずつ塗布し、経時的に両側の耳介の肥厚を測定した。再刺激18時間後の耳介組織を採取し、IL-4,IL-5,IL-13,IFN-γの組織内サイトカイン産生をELISA法にて測定した。再刺激24時間後の耳介組織を採取しHE染色とtoluidine blueで染色し、好酸球、好中球、単核球、肥満細胞の数を測定した。TNCB刺激前と再刺激18時間後の血清を採取し、血清中lgE濃度をELISAを用いて測定した。結果;TNCBを塗布した左耳介の腫脹は、塗布後18時間をピークに強い反応がみられ、lck-GATA-3-Tgマウスは対照群と比較して約3倍腫脹していた。耳介皮膚組織内の浸潤細胞は対照と比較して好酸球、単核球及び肥満細胞が有意に増加していた。耳介皮膚組織上清のELISAでは対照群に比してIL-5,IL-13が高まっていた。IFN-γは変わらなかった。血清中lgE濃度は対照群と比較して有意に高まっていた。まとめ;TNCBによる接触皮膚炎の腫脹皮応においてlck-GATA-3-Tgマウスでは耳介の強い腫脹反応が認められた。lck-GATA-3-TgマウスではTh2型リンパ球の誘導、Th2型サイトインの産生亢進が認められた。Th1型サイトカインの産生は変化していなかった。これらの結果より、急性接触皮膚炎の腫脹反応におけるGATA-3を介したTh2型リンパ球の誘導、Th2型サイトカイン(IL-5,IL-13)の産生亢進の関与が示唆された。
細胞傷害性Ｔ細胞の新規活性制御システムの解明

本研究は、MHCクラスI認識免疫制御受容体PIRと新規リガンド群Nogo/MAG/OMgpによる細胞傷害性T細胞(CTL)制御機構を解明し、がんおよび移植の新規治療法の開発を試みることが目的である。前年度では、細胞傷害機能に重要となるパーフォリンやグランザイムなどのタンパク質の膜輸送機構に着目し、細胞膜表面での機能のみが明らかとなっていた免疫制御受容体PIR-Bが、リソソーム様小胞に局在することを見出した。また、細胞飢餓状態によりPIR-Bが後期リソソーム小胞に輸送されたことを示唆するデータが得られたことから、外的または内的な細胞刺激によりPIR-Bが膜輸送経路に沿って動き、細胞機能の調節に関わるものと考えられた。本年度では、PIR-Bの膜輸送機構とシグナル伝達との関係を明らかにするために、PIR-Bのシグナル伝達に重要な細胞内ドメインの4つのチロシン残基のフェニルアラニン置換変異体を作成し、細胞内動態の解析を行った。その結果、4つのチロシン残基のうち、それぞれの単独変異体では細胞内局在に異常は見られなかったものの、4つ全てを変異させたものではリソソーム小胞局在が消失していた。すなわち、4つのチロシン残基のうち少なくとも2つ以上のチロシン残基がPIR-Bの細胞内輸送に重要であることが判明した。また、PIR-BのリガンドであるNogoの関連分子にコレステロール輸送調節を担う分子があることから、PIR-B欠損細胞のコレステロール輸送異常を解析したところ、PIR-B欠損細胞ではコレステロールの細胞内蓄積が野生型細胞に比べて減弱していた。以上の結果より、PIR-Bはチロシン残基を介して細胞内膜輸送、特にコレステロール輸送経路の調節を担っていると予想される。今後、PIR-BのリガンドであるNogoとの動的相互的な膜輸送システムを明らかにすることで、新たなCTL活性調節システムの解明につながると考えている。今年度は主にPIR-B欠損およびNogo欠損細胞を用いて細胞内におけるタンパク質動態について解析を行った。その結果、これまで膜表面上で受容体として働くとされてきたPIR-Bが細胞内オルガネラ、特にリソソーム様小胞に機能的に局在しているデータが得られた。これは小胞体タンパク質として知られているNogoとは局在性は違うものの、なんらかの膜輸送に相互的に関わっていることを示しており、リソソームから細胞傷害性物質を放出するCTLの機能として新規な細胞調節システムである可能性が考えられる。また、PIR-Bのリソソーム様小胞の局在はPIR-Bの緑色蛍光GFP融合タンパク質での解析から、細胞飢餓状態によりGFPの蛍光が消失する現象を見出した。この現象はおそらく中性の前駆リソソーム小胞から酸性の後期リソソーム小胞にPIR-Bが輸送されたことを示しており、外的な細胞刺激によりPIR-Bがダイナミックな膜輸送経路に沿って動き、細胞機能の調節に関わっているものと考えられる。H25年度の研究計画はPIR-BおよびNogo欠損マウスを用いてCTL活性調節における細胞内シグナル等の基礎データを収集することであった。

PIR-Bの細胞内での新規なオルガネラ局在性を発見し、Nogoとともに膜輸送システムによって細胞機能の調節をおこなっている可能性を見出したことから、本研究計画はおおむね順調に進展していると判断している。膜輸送システムにPIR-BおよびNogoの新規なCTL調節システムがあるとみているため、膜輸送の可視化がしやすい接着性の細胞をモデルとして解析を進めることで、本研究がより進展すると考えている。さらに、今後PIR-BもしくはNogoを標的とした機能的ペプチド等によるCTL活性制御法を確立するための実験に取り組むことで、最終的な目標である生体内でのCTL活性調節の検討につなげていけるものと考えている。
Elonginのin vivoの機能とVHL癌抑制蛋白による転写制御の機構の解析

1.エロンガンA結合蛋白の同定エロンガンAのN末端(アミノ酸配列1-110)は、転写伸長因子SIIのN末端と56%の相同性を有する。GSTとこれらの領域との融合蛋白にHeLa細胞より調整した核抽出液を加えたところ、RNAポリメラーゼIIホロ酵素がこれらの配列に特異的に結合することが明らかとなった。2.エロンガンのin vivoの機能の解析エロンガンの機能を個体レベルで検索することを目的として、酵母ゲノムのスクリーニングを行ない酵母のエロンガンA、C遺伝子を、次いでヒトのエロンガンB、CをBaitとして用いたTwo-Hybridスクリーニング法によりショウジョウバエのエロンガンC、Bの遺伝子を単離した。続いて、エロンガンA、C両遺伝子を破壊した酵母の変異株を作製して表現型を詳細に調べたが、野生株との間に明かな差異を認めなかった。また、酵母にはエロンガンBとVHLのホモログの遺伝子が存在しないことが明らかとなった。以上の結果より、エロンガンによる転写伸長の制御とVHL発癌との結びつきを解明するためには、より高等な生物を用いる必要があると判断し、マウスのエロンガンA遺伝子をコンディショナルな遺伝子ターゲティング法により破壊し、その機能を個体レベルで解析することにした。これまで既に、マウスのエロンガンA遺伝子を単離し、その構造を解析している。さらに、エロンガンによる転写伸長活性化の機構を解析するために、エロンガンAとRNAポリメラーゼIIホロ酵素とを仲介している因子をエロンガンAのN末端をBaitとして用いたTwo-Hybridスクリーニング法により同定することにした。
生命・医療倫理症例集作成の試み

本研究の目的は、日本における医療倫理学の議論が蓄積されつつある現在、典型的な症例を集め、その症例を学際的研究グループにより多角的に議論し、それらを日本における医療倫理学症例集として提示することである。この症例集は、医療倫理学の研究・教育にかかわる研究者・学生にとって、教科書的な役割を持つと同時に更なる議論への手がかりとなることが期待される。さらに、この症例集は日本における医療倫理学をより明確に諸外国に説明してゆくことの一助になると考えられる。研究年度中に6回の合同の研究班会議が開催された。先ず、英語圏で出版されているケースブックの形式と内容について比較検討した。その後、実際の症例提示方法について議論がなされた。検討の結果、判断の簡単な例から、複雑な例に進める2段階の提示が適切であるとの結論に至った。提示方法の検討に並行して、本研究班専用のインターネット上のホームページを開設した。ホームページには、逐次検討症例をのせ、同時に症例の提供を依頼する文面を載せた。関連学会、共同研究者の関連する病院、関連領域の研究者に本研究の趣旨を伝え、実際の医療現場で遭遇した症例についての提示に協力を依頼した。そして、最終的な症例選択を行い記載案を作成した。「初級編」は、比較的問題点の所在が明確な症例を記し、問題点の簡潔な指摘と基本的用語や概念の説明などを付すという形式で、計14例を選択した(出生前診断、癌の告知、案楽死・尊原死、臨床試験等)。後半は、「中級編」として、現場の複雑な要素を含んだ、応用問題的な症例を計8例選んだ。中級編では症例記載の後に2名程度の者がコメンタリーを書く、という形式をとり、論点の多様さを読者が理解できるように工夫した。さらに付録としての用語集の項目を50項目を選んだ。以上の症例収集、編集作業を行い、最終的に報告書を作成した。本研究の目的は、日本における医療倫理学の議論が蓄積されつつある現在、代表的な症例を集め、その症例を学際的研究グループにより多角的に議論し、それらを日本における医療倫理学症例集として提示することである。今年度中に2回の合同の研究班会議が開催された。それ以外は電子メール、各地域での共同研究者らの会合で、研究が進められた。本年度は先ず、本研究班専用のインターネット上のホームページをUMIN上に開設した。アドレスは、(http://square.umin.ac.jp/case)である。クローズドおよびオープンのホームページを作成し、クローズドのホームページは共同研究者らの議論の場として用いている。オープンのホームページには、プライバシーの問題が無いような形で、逐次検討症例をのせ、同時に症例の提供をも依頼する文面を載せている。既に関連学会、共同研究者の関連する病院の医療従事者、関連領域の研究者に、本研究の趣旨を伝え、実際の医療現場で遭遇した倫理的問題点を持つ症例についての提示に協力を依頼している。研究班会議では、実際の事例の提示方法について議論がなされた。この症例集は、医療倫理学の研究・教育にかかわる研究者・学生にとって、教科書的な役割を持つことを目的としているため、その目的に沿うような提示の仕方はどのようなものがよいか、に焦点があてられている。判断の簡単な例から、複雑な例に進める、症例の事例記載の途中で、ここでどのような問題があるかを具体的に尋ねる、議論の際の基本的用語や概念の説明を加える、などの工夫をすることを検討している。

また国内外で入手した、英語で書かれた生命・医療倫理学関係の症例集について、その形式と内容につい比較検討も行った。次年度は、これらの方向性でさらに事例検討を進め、具体的な事例記述の方向性をかためたい。本研究の目的は、日本における医療倫理の代表的な症例を集め、それらを医療倫理学症例集として提示することである。今年度も計2回の合同研究班会議が開催された。それ以外は電子メール、UMIN上に開設した本研究班専用のホームページ(http://square.umin.ac.jp/case)および各地域での共同研究者らの会合により研究が進められた。本年度は、作年度の基礎的な検討を基に、1)症例記載方法の決定、2)具体的な症例、トピックスの決定、3)班員以外の医療従事者に対する症例の提示依頼・症例収集、を行った。先ず、症例記載方法であるが、欧米圏のケースブックの長所・短所をふまえた上で、全体の構成を4部にわけ、初級練習問題編、応用編(複雑な事例)、日本の代表的事例編、付録(用語集)とした。初級編では、問題点が明瞭に理解でき、論点を整理しやすいものを、実例や架空の状況設定から約20例ほど選んだ。この部分は、本書が教育現場で用いられることに配慮したもので、症例の分析後、医療倫理に関する基本的な概念・キーワードについて簡潔に解説を加えるとおいう形式をとる。次の応用編では、実例に基づく様々な問題点を含む複雑な具体的事例を提示し、それらに23名の者がコメントを加えるという形式をとる予定である。ここで、日本に特有な現場での問題点を取り上げたいと思っている。さらに時間があれば、資料的な役割をもたせる意味で、日本の代表的(歴史的)事例について簡単に記述し、最後に用語集を付録とする。既に、共同研究者が関連する病院の医療従事者などから、実際の医療現場で遭遇した倫理的問題点を持つ症例を相当数収集した。これらを整理し、コメントを加える作業を行う予定である。来年度は、最終年度となるため、これまでの研究成果を基に、最終的に具体的に1冊の本を出版すべく、整理・検討して行く予定である。本年度は、課題研究の最終年度として、作年度考案した症例記載法(問題の難易度別に2段階に分ける方法)に基づき、最終的な症例選択を行い、記載案を作成した。初級編は、比較的問題点の所在が明確な症例を記し、問題点の簡潔な指摘と基本的用語や概念の説明などを付すという形式で、計14例を選択した(出生前診断、体外受精、子供への病名告知、幼児虐待、HIV/AIDS、妊娠中絶、医師の指示に従わない患者、癌の告知、介護・福祉・在宅医療、老人の代理決定、案楽死・尊原死、セデーション、脳死、臨床試験)。後半は、中級編として、簡潔な記載では漏れがちな様々な現場の複雑な要素を含んだ、応用問題的な症例を計8例選んだ(職場における感染症の対応、重度障害新生児の治療、夫以外の精子を用いて行う人工授精、信仰上の理由による治療拒否、病名開示、研究倫理)。これらの症例には、症例記載の後に2名程度の者がコメンタリーを書く、という形式をとり、論点の多様さを読者が理解できるように工夫した。さらに最後に付録としてつける用語集の項目を50項目を選んだ。本症例記載は、最終的な結論を導く方法まで提示したものではなく、問題点を同定・整理したものである。その後の判断は、各読者が自分で見い出すことを促すものである。
アルコール系燃料に対する静電微粒化とマルチノズル適用の可能性と実機関実証

平成29年度においては,静電微粒化の特性付けを行い,電圧ー流量ー粒径の3パラメータ平面上で静電微粒化のトレードオフを表すことを試みた.そして,ある電圧で微粒化モードが変化することや,ザウタ平均粒径(SMD)と流量の間の関係式を求めることができた.さらに,最小流量ではあるが,SMD=11 μmを達成できた.これらはすべて7本ノズルにおいてであった.平成30年度においては,マルチ化に注力し,16本までのノズルを使用して実験を行った.その結果,以下が明らかとなった.1.環状マルチノズルは中心部ノズルからの粗大な液滴が生成されないのでSMDは小さくなることが多い.しかし,外縁部ノズルが1本多い環状マルチノズルは電界強度の点で不利であり,粗大な液滴を生成するモードに変化し,SMDが増加する場合がある.2.スピンドルモード域においてノズル本数増加によりSMDを小さくするには,ノズル1本当たりの流量の減少とノズル同士の干渉による電界強度の低下のバランスが重要である.3.プリセッションモード及びコーンジェットモード域では,ノズル1本当たりの流量減少kによるSMDへの影響はほぼ見られず,印加電圧10 kV,流量約3.1 ml/minの条件では6本以上のノズル本数増加は電界強度低下の悪影響が大きく表れた.6本ノズルにおいては,10 kVにおいて,0.4 ml/minでSMD=9 μm,3.1 ml/minにおいても,22 μmと絶対値は前年度を下回ることができた.4.静電微粒化を支配している重要な要因が電界強度であることから,電界強度を評価できるシミュレーションソフトを導入し,最適なノズル配置を検討することとした.ノズルのマルチ化によって,飛躍的な微粒化性能,すなわち粒径と流量の関係改善を期待したが,SMDの絶対値はわずかに下回ることはできたものの,ノズル本数は6本が最適であるなど,マルチ化のメリットを実現することはできなかった.そのおもな理由は,マルチ化に伴う流量低下は,基準に対して1/16にも達し,液糸の直径は桁違いに小さいことが期待されたのにもかかわらず,そのことが同時に電界強度の低下をもたらしてしまったことにある.すなわち,流量と電界強度のトレードオフ関係に陥ってしまったことが示された.このことは,平成29年度においてもすでに示唆されており,ノズル突出し部にステップを設けることが有効であることも示された.しかしながら,SMDの絶対値が大きく,これまでの成果を超えることはできなかった.このように,2年間を通してみても,達成度は低いと言わざるを得ない.平成29年度の試行錯誤的との反省はかろうじてシミュレーションソフトの導入に生きているが,その実用性を検証することで,電界強度予測の研究成果に対する効果が現れるに至らなかった.本来は,平成30年度において,第三の電極による噴霧制御の実験に進んでいなければならないが,そのことと並行して,令和1年度においては,電界強度のシミュレーションソフト(HiPhi)によるノズル配置の最適化をまず行う.すなわち,第二電極(ノズルは接地電極に固定)の形状を,これまでのメッシュ状とリング状に加えて,それらの配置の影響,そして第三の電極の影響を明らかにしてゆく.このことによって,本研究の大きな独自性である,静電気による噴霧の生成段階である微粒化過程への効果とともに,生成した噴霧の運動やひろがりの制御という目的が達成されると期待される.この段階においても,電界強度のシミュレーションソフトは実験の指針を与えるものであり,実験の効率化をはかるための有力なツールであると考えられる.そして,それに基づいた実験を行うことによって,従来の電界強度に関する考察の妥当性を検証し,そして,新たなノズル数,ノズル配置,第二電極形状と配置,そして第三電極の形状と配置といった重要な要因と,微粒化と噴霧挙動との関係から,ソフトウェアによる予測の有効性が検証され,静電微粒化における電界強度予測の重要性が明らかになると期待される.そして,これらとともに,最終目標である実機関実験の準備を行い,始動時のHC低減効果の検証と,吸気温度低下とそれに伴う体積効率増大の程度を明らかにする.平成29年度においては,静電微粒化の特性付けを目標とすべく,電圧ー流量ー粒径の3パラメータ平面上で静電微粒化のトレードオフを表すことを試み,ある電圧で微粒化モードが変化し,粒径が減少するが,それがある流量を超えると現れなくなる,などのいわゆる静電微粒化のレジーム変化の表現も期待した.エタノールが流出するノズルは,内径0.22 mm,外径0.4 mmの真鍮管を用い,本研究においてはノズル数を7本として,ピッチ2 mmおよび8 mmのクラスター配置と,ピッチ2 mmの直線配置について,ノズル配置の影響を,上記特性付け平面上に表すことを試みた.1.ノズルのクラスター配置が直線配置よりも微粒化を促進する傾向があり,ノズル間隔は,大きくすると微粒化を促進することが分かった.これは,ノズル同士の電界強度が大きくなり,中心ノズルでの微粒化が促進されたためである.2.ノズル多重化は,中心ノズルの電界強度を小さくし,微粒化を抑制した事が分かった.そこで,ノズル配置間隔を大きくする事は,中心ノズルの電界強度を大きくし,微粒化を促進する事が分かった.3.ノズル配置形状によらず,流量とSMDの関係は,ベキ関数的な関係性があることが分かった.

本研究においては,SMD=78.2Q^0.59(ただしSMDはザウター平均粒径ミクロン,Qは流量ml/min)の関係が確認できた.他の研究は,SMD=81.4Q^0.42で,本研究のSMDが低いことが示された.4.小流量(0.4 ml/min),印加電圧10 kVの条件でクラスター配置では,SMD約11ミクロンとなり.これはDI用インジェクタから生じる噴霧粒径に相当する.大流量(2.7 ml/min),印加電圧10 kVの条件では,SMD36.7ミクロンとなった.これはPFI用インジェクタから生じる噴霧の約1.2倍の粒径に相当する.初年度の達成目標は,粒径と流量の平面上に印加電圧をパラメータとした,「特性付け」を実現することであった.さらに,ザウター平均粒径10 μm以下という目標までほんの少しである11 μmのところまでをカバーできる粒径と流量の実験式を求めることができ,従来の研究との対比を行いながら,本研究の優位性を示すことができた.したがって,所期の目標はほぼ達成できたといえる.一方,平成30年度の目標であるところの,ノズル多重化の影響についても,クラスター配置と直線配置,そしてノズルピッチを2 mmと8 mmの2種を設定し,それぞれの影響を明らかにするとともに,コーンジェットモードやマルチジェットモードなどの,望ましい静電微粒化モードの存在に関する知見を得ることができ,期待された静電微粒化レジームの変化も示すことができた.このことから,ノズル多重化の意義とそのための基本方策に関する鍵となる要因をある程度明らかにすることができたといえる.しかしながら,これまでの手法はあまりに試行錯誤的であり,静電微粒化にとっての要因が示唆はされるものの,そのことを証明するには至っていない.この観点からは,特性付けはできたと言っても,そのような結果が現れるに至った機構は依然として明確な裏付けとともに明らかになったとは言えない.したがって,今年度においては,この点をさらに掘り下げ,電解強度という物理的要因でどの程度現象を説明できるのか,現状の電極形状や配置がどの程度最適化されているといえるのか,といった「機構」を明らかにしてゆく必要がある.さらに,ザウター平均粒径で10 μmの近くまでは到達したものの,目標をクリアしたとは言えない.また,11 μmという値も,最小の流量である0.4 ml/minにおいて得られているにすぎないことから,応用的観点からも十分とは言えない.平成29年度においては,静電微粒化の特性付けを行い,電圧ー流量ー粒径の3パラメータ平面上で静電微粒化のトレードオフを表すことを試みた.そして,ある電圧で微粒化モードが変化することや,ザウタ平均粒径(SMD)と流量の間の関係式を求めることができた.さらに,最小流量ではあるが,SMD=11 μmを達成できた.これらはすべて7本ノズルにおいてであった.平成30年度においては,マルチ化に注力し,16本までのノズルを使用して実験を行った.その結果,以下が明らかとなった.1.環状マルチノズルは中心部ノズルからの粗大な液滴が生成されないのでSMDは小さくなることが多い.しかし,外縁部ノズルが1本多い環状マルチノズルは電界強度の点で不利であり,粗大な液滴を生成するモードに変化し,SMDが増加する場合がある.2.スピンドルモード域においてノズル本数増加によりSMDを小さくするには,ノズル1本当たりの流量の減少とノズル同士の干渉による電界強度の低下のバランスが重要である.
酵素の安定性を向上させる固定化技術の開発とマイクロリアクターへの応用

本研究では、酵素とポリリジンなどカチオン性ポリマーの複合体を分子間架橋することによりマイクロチャネル表面に酵素を固定化する我々独自の技術を応用し、様々なポリエチレングリコール(PEG)化ポリマー等と酵素の複合体を形成させ架橋することにより、酵素の活性を損なわずに安定性を高める酵素固定化技術の開発を行うとともに、酵素反応マイクロ化学プロセスの構築に応用した。本研究では、酵素とポリリジンなどカチオン性ポリマーの複合体を分子間架橋することによりマイクロチャネル表面に酵素を固定化する我々独自の技術を応用し、様々なポリエチレングリコール(PEG)化ポリマーと酵素の複合体を形成させ架橋することにより、酵素の活性を損なわずに安定性を高める酵素固定化技術の開発を行うとともに、酵素反応マイクロ化学プロセスの構築に応用する。初年度は、様々なポリエチレングリコール(PEG)化ポリリジンを設計・合成し、これを酵素固定化反応に応用した。PEG化ポリリジンのみでは、立体障害のためか酵素との分子間架橋反応が進行しにくかったが、短鎖のポリリジンを添加することにより、架橋することに成功した。キモトリプシンをモデルとして、架橋反応生成物の様々な条件に対する酵素活性を測定したところ、尿素などの変性剤に対する安定性はポリリジンをPEG化することにより徐々に低下することが解った。一方、DMSO等有機溶媒に対する安定性はポリリジンのPEG化により向上することが判明した。このことは尿素などによる水素結合切断を介する変性にはPEG化は逆効果だが、有機溶媒による疎水-親水性バランスの変化に対しては、PEG化はむしろ酵素分子を安定させる事が判明した。PEG化ポリリジンと短鎖のポリリジンの比率及び全体のポリリジン量を最適化することにより、PEG化していないものに比べて最大15%程度有機溶媒中での活性が向上した。次にこのPEG化ポリリジンを用いた分子聞架橋方法を酵素固定化マイクロリアクター作製に用いたところ、PEG化していないポリリジンを用いたとき同様にチャネル表面に膜状の構造体を形成して酵素を固定化することに成功した。2年目は、プロテアーゼなどを用いたタンデムリアクターによる連続反応技術のモデル系の構築とともに、ターゲットであるプロスタグランジン合成系構築に必要な酵素の調製とその固定化に要する基盤技術の構築を行った。プロテアーゼ固定化マイクロリアクタを用いた高温でのタンデム加水分解処理処理により、加水分解が効率化されることを見いだした。このタンデムマイクロリアクタと質量分析装置を組み合わせることで、タンパク質分子内のリン酸化部位の同定やジスルフィド結合パターンの解析など、タンパク質の翻訳後修飾を効率よく分析する技法を開発した。また、プロスタグランジン合成においては、酵素の発現に成功した。精製した酵素を用いてマイクロリアクタの作製を行った。プロスタグランジン合成酵素も、我々の開発した方法で架橋することができた。また、分子間架橋することにより、溶液中よりもはるかに熱安定性が向上することを確認し、高温でプロスタグランジン合成反応を行うことで反応収率が飛躍的に向上できることを見いだした。本研究では、酵素とポリリンなどカチオン性ポリマーの複合体を分子間架橋することによりマイクロチャネル表面に酵素を固定化する我々独自の技術を応用し、様々なポリエチレングリコール(PEG)化ポリマーと酵素の複合体を形成させ架橋することにより、酵素の活性を損なわずに安定性を高める酵素固定化技術の開発を行うとともに、酵素反応マイクロ化学プロセスの構築に応用する。今年度は、酵素固定化マイクロリアクター技術を用いて、ターゲットであるプロスタグランジン合成のためのタンデム反応技術の確立を行った。PEG化ポリマーもしくはポリリジンとグルタルアルデヒド・パラホルムアルデヒドを用いた酵素架橋凝集法によりシクロオキシゲナーゼおよび各プロスタグランジン合成酵素を固定化したマイクロリアクターを作製した。各酵素固定化マイクロリアクターは、架橋反応による失活は見られず、酵素活性を保持していた。また、溶液状態の酵素よりも優れた熱安定性を示し、室温での長期間の連続使用が可能であった。これらのマイクロリアクターをタンデムに連結してアラキドン酸の溶液を流通させ、反応を行ったところ、目的物である各種プロスタグランジンの生成を確認した。溶液状態の酵素を用いることによりマクロスケールで反応を行った場合は、2段階反応が困難であったが、このマイクロリアクターを用いた反応条件のさらなる最適化を進めることにより、目的物を純度よく生成させることに成功した。
衝撃音による複合材料の損傷度の計測に関する基礎的研究

セラミックス-セラミックス系などの先端材料が開発されて、その将来性が期待されている。しかし、これらの先端複合材料を構造用材料として使用する際に必要な材料特性、とくに高温強度、疲労強度などのような力学的特性の評価法を確立するに至っていない感が強い。強度面からみた複合材料の特徴として、過大応力を受ける場合の層間剥離、疲労または高温酸化による層間微小亀裂の発生などによって、材料の損傷、劣化が生じ急速破壊を起こす危険性がある。実際の構造物に生じる損傷度を非破壊的かつ定量的に計測できるならば、構造物の耐破壊安全性の確保が可能になると考えられる。そこで本研究では,複合材料の弾性定数を衝撃音によって計測することの出来る非破壊検査的手法を開発した。そして,材料内に亀裂などの欠陥が発生すれば等価的な弾性定数の低下を生じるので,材料の損傷度を定量的に計測できることを示した。まづ,角柱状試験片に鋼またはセラミック球を落下させる際に生じる衝撃音から材料の高温における弾性定数を計測する手法と計測精度を明らかにした。また,織物SiC/SiC複合材料の弾性定数を計測したところ,8001,000°Cで弾性定数が急激に低下した.この複合材料を1,100°の高温に保持したところ,一旦低下した弾性定数が再び増大した.その原因はSiC繊維表面の炭素層内にシリカ(SiO_2)が形成されることにあると予測した.そこで,大気中で高温に保持した試験材料の表面をオージェ電子分光分析およびオージェ電子走査顕微鏡観察を行って,SiC繊維表面の炭素層がシリカで置換されていることを示した.また,試験片を7001,100°Cの高温に長時間保持した場合の弾性定数の変化を測定し,劣化した試験片の曲げ強度が低下していることを示した.つぎに,セラミックスおよび複合材料の長方形平板試験片の衝撃音から,等方性および異方性高温弾性定数が計測できることを示した.さらに,織物SiC/SiC複合材料の板状試験の弾性定数を測定し,この手法によってジェットエンジン・アフタ-バーナー用フラップを高温で使用した際の損傷度が弾性定数の低下より推定できることを示した.セラミックス-セラミックス系などの先端材料が開発されて、その将来性が期待されている。また,織物SiC/SiC複合材料の弾性定数を計測したところ,8001,000°Cで弾性定数が急激に低下した.この複合材料を1,100°の高温に保持したところ,一旦低下した弾性定数が再び増大した.その原因はSiC繊維表面の炭素層内にシリカ(SiO_2)が形成されることにあると予測した.そこで,大気中で高温に保持した試験材料の表面をオージェ電子分光分析およびオージェ電子走査顕微鏡観察を行って,SiC繊維表面の炭素層がシリカで置換されていることを示した.また,試験片を7001,100°Cの高温に長時間保持した場合の弾性定数の変化を測定し,劣化した試験片の曲げ強度が低下していることを示した.つぎに,セラミックスおよび複合材料の長方形平板試験片の衝撃音から,等方性および異方性高温弾性定数が計測できることを示した.さらに,織物SiC/SiC複合材料の板状試験の弾性定数を測定し,この手法によってジェットエンジン・アフタ-バーナー用フラップを高温で使用した際の損傷度が弾性定数の低下より推定できることを示した.本年度の研究計画として、(1).セラミックス-金属系複合材料の疲労劣化の計測(2).セラミックス-セラミックス系複合材料の高温酸化性環境下における劣化の計測について主に研究した。(1).セラミックス-金属系複合材料としては、SiC粒子分散型アルミニウム合金複合材料を入手して、疲労試験片を製作した。また、油圧サーボ式疲労試験機(島津サーボパルサEHF-FB10kN-4LA)を購入・設備して、現在疲労試験を実施している。(2).セラミックス-セラミックス系複合材料としては、織物SiC/SiC複合材料の試験片を用いて、常音から1,200°に至る高温酸化性環境中(大気中)で、衝撃音による弾性定数の測定値から材料の劣化を計測した。SiC/SiC複合材料の弾性定数は約800°から低下し始め、1,100°では約15%減少した。この材料をさらに1,100°に保持すると、最初の12時間は弾性定数が低下するが、さらに長時間保持すると、弾性定数が再び増加することが判明した。これは材料の酸化などの化学反応による劣化と考えられる。

以上の研究結果を1994年9月、米国デラウエアー大学で開催された米国複合材料学会(The American Siciety for Composites)のシンポジウムにおいて発表した。本年の研究計画は予定どうり進行しているので、明年度をもって研究を完了できる予定である。(1)最新のセラミックス系先端材料として注目されている織物SiC/SiC,織物SiC/Al_2O_3,繊維強化SiC/Si_3N_4複合材料の常温から1,300°Cにいたる弾性定数を衝撃音より計測し,データベースに収録した.(2)織物SiC/SiC複合材料を7001,200°Cの高温に24時間保持しながら弾性定数の変化を計測した.700800°では弾性定数の値は時間とともに低下したが,900°以上では一旦低下した弾性定数が回復した.高温試験を行う前後の試験片を用いてオージェ電子分光分析を行い,弾性定数の低下はSiC繊維表面の炭素層の酸化によるものであり,回復は炭素層部に生成したシリカによることを確認した.また,設置した材料試験機を用いて,高温保持後の試験片の破壊試験を行い,弾性定数の低下と材料の劣化,とくに破壊強度の低下とが密接に関連していることを示した.(3)平板状の織物SiC/SiC複合材料試験片を用いて,常温から1,200°Cの高温にいたる直交異方性弾性定数を計測するシステムを構築し,板状試験片の材料劣化が推定出来ることを示した.(4)実際のジェット・エンジンのアフタ-バーナー用ノズル・フラップを借用して,使用する前後の弾性定数を衝撃音より計測し,本研究の手法によって実部品の材料劣化が推定出来ることを実証した.