hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
逆問題解法を用いた殿部組織厚みの簡易推定方法の確立

Deep Tissue Injuryでは、身体の皮膚表面にかかる力の情報に比べ、身体内部の応力や筋・脂肪などの組織の変形に関する情報が重要である。生体軟部組織の変形情報を得るためには、MRIやX線検査装置、超音波診断装置による撮影が行われている。しかし、これらの装置は高額であり、座位計測は困難であるという課題がある。そこで、本研究では、安価かつ簡易に生体内部組織の変形情報を得るために、持ち運び可能な体圧分布測定装置による座位時の圧力分布から生体軟部組織の変形情報を推定する方法を提案した。また、ゲル殿部モデルによる開発アルゴリズムの評価を行い、提案方法の実現可能性を示した。本研究は、安価かつ簡易に座位時の生体内部組織変形を把握するために、体圧分布測定装置を用いた推定方法の基礎的検討を目的としている。体圧分布測定装置の測定情報のみを利用し、殿部の各組織厚みの値を逆問題解析として推定を行う。したがって、本研究の最終目標は、座位時における圧力分布から殿部組織の厚みを推定するアルゴリズムの構築することである。目標達成のために、(1)二次元平面である体圧分布座標系と三次元空間である殿部座標系とのマッピング手法の開発、(2)皮膚表面圧力と生体の縦弾性率との関係のモデル化、(3)座位時における皮膚表面の圧力から殿部組織の厚みを推定するアルゴリズムの構築を実施項目とする。(1)は体圧分布測定装置から出力される分布情報から、センサ上の殿部状態(位置など)を明らかにするための手法である。(2)は(3)の推定アルゴリズムで利用されるパラメータを明らかにするための実験とモデル化である。平成28年度は(1)および(2)を実施した。具体的な実施内容は以下の通りである。(1)体圧分布は骨突出部が高圧力値を示すことが知られている。予備実験における体圧分布測定結果を用いて、このような生体殿部の特徴が現れる体圧分布のセルを抽出することで、体圧分布平面を定義した。また、殿部骨格模型をCTスキャンすることで骨形状のデジタルデータを取得し、生体殿部空間を構築した。定義された体圧分布平面の垂線上に位置する生体殿部空間座標との関連付けを行った。(2)生体の縦弾性率に関する文献調査を行った。実験は平成29年度に実施予定である。平成28年度は、(1)二次元平面である体圧分布座標系と三次元空間である殿部座標系とのマッピング手法の開発、および、(2)皮膚表面圧力と生体の縦弾性率との関係のモデル化を実施する予定であった。前項の通り、(1)に関するマッピング手法は開発したが、(2)に関しては平成28年度の文献調査結果を基に平成29年度に実施する。本研究の目的は、安価かつ簡易に座位時における生体内部の組織変形を把握するため、体圧分布測定装置を用いた殿部組織厚み推定方法の基礎的検討を行うことである。基礎的検討では、ゲル殿部モデルを対象として推定方法の実現可能性を検討する。検討項目は(1)二次元平面である体圧分布座標系と三次元空間である殿部座標系とのマッピング手法の開発(2)皮膚表面圧力と生体の縦弾性率との関係のモデル化(3)座位時における皮膚表面の圧力から殿部組織の厚みを推定するアルゴリズムの構築である。平成29年度は(2)および(3)を実施した。(2)推定アルゴリズムで使用する圧力と縦弾性率との関係の数式モデルおよび縦弾性率と厚みとの関係の数式モデルを構築し、標準試験片による測定値での評価を行った。実験はJIS K 6254圧縮試験に則って実施し、試験片はゲル殿部モデルの軟部組織と同様のゲルを用いて作製した。その結果、構築した数式モデルからの推定値と測定値との誤差は十分に小さい値であることを確認した。(3)(1)のマッピング処理と(2)の数式モデルを組み込み、圧力分布から殿部組織の厚みを推定するアルゴリズムを開発した。縦弾性率に関する数式モデルにサポートベクトル回帰、厚みに関する数式モデルに線形回帰を採用した。アルゴリズムの評価のために、片座骨を模したゲル殿部モデルを作製し、加重変化に対するゲル殿部モデルの圧力分布と軟部組織の厚みを測定した。取得した圧力分布の一部を数式モデルのパラメータ学習に使用し、その他を評価データとしてアルゴリズムの評価を行った。評価データにおいて、圧力分布の全セルにおけるNRMSEは3.7%であり、提案手法の実現可能性を確認した。平成29年度は、(2)皮膚表面圧力と生体の縦弾性率との関係のモデル化、(3)座位時における皮膚表面の圧力から殿部組織の厚みを推定するアルゴリズムの構築を実施項目とする。

(2)では、(3)の推定アルゴリズムで利用するパラメータを参照するためのモデル作成のため、平成28年度の文献調査結果を基に実験を行う。また、(3)では、これまでに得られた結果を基にして、座位時における皮膚表面の圧力から殿部組織の厚みを推定するアルゴリズムの構築を実施する。推定アルゴリズムでは、皮膚表面圧力の測定値を出力変数、生体組織の厚みを未知の入力変数とした近似式を考え、逆問題的に解くことを考える。出力変数と入力変数とを関連付ける既知パラメータとしては、生体組織の力学特性値である縦弾性率を採用する。現時点では、標準的な組織の厚みを定義域とした制約付き最適化問題を解く予定である。この方法で適当な解に到達できない場合は他の逆問題解法を採用する。生体医工学当初の計画に対し初年度における物品費および旅費の支出が減ったため、次年度使用額が発生した。推定アルゴリズム評価用PCの購入、ハードディスクの購入、実験装置に関する消耗品等の購入、また、調査および学会発表の旅費として使用する予定である。
新規免疫バランスの概念に基づいた液性免疫異常を伴う疾患の解析

免疫異常に起因する疾患の病態解明を目的としてTfh細胞について検討した.末梢血Tfh細胞サブセットとBregをアレルギー性鼻炎とIgG4関連疾患について検討した.Tfhサブセットの比率は正常と異なりアレルギーではTfh2にシフトしていた.またBregの比率も低下していた.アレルギーではこのTfh2とBregの不均衡が病態の一つと考えられた.一方,IgG4関連疾患では末梢血だけでなく局所のTfhは増加しその比率も変わっていた.さらに局所では,活性化指標であるPD-1やICOAの発現が上昇していた.1.IgG4関連疾患の病態解明:IgG4関連涙腺唾液腺炎は、高IgG4血症、IgG4陽性形質細胞の浸潤を特徴とする疾患である。IgG4産生に関連して、液性免疫を制御する濾胞ヘルパーT (Tfh)細胞と本疾患との関連を示唆する報告がある。すでに,IgG4関連涙腺唾液腺炎患者が健常者と比べて増加してることを報告した。今回、PD-1陽性活性化Tfh細胞とB細胞の共培養により、PD-1陰性Tfh細胞とB細胞との共培養でIgG4の産生が誘導された。また、組織中にみられるCD4陽性T細胞の多くはPD-1陽性CXCR5陽性の“Tfh細胞"でありTfh関連分子(BCL6, CXCL13, IL-4, IL-21)の強い発現を認めた。今回の結果から、IgG4関連涙腺唾液腺炎で認められる血清IgG4増加のメカニズムにPD-1陽性活性化Tfh細胞の関与が示唆された。2.アレルギー性鼻炎の病態解明:シラカバ花粉非飛散期と飛散期における健常者とシラカバ花粉症患者の末梢血リンパ球中のTfh細胞サブセット(Tfh1, Tfh2, Tfh17細胞)、活性化Tfh細胞の割合をフローサイトメーターで解析した。花粉非飛散期、飛散期共に、シラカバ花粉症群で健常者群と比較して全Tfh細胞(CD3+CD4+CXCR5+)に占めるTfh2細胞(CD3+CD4+CXCR5+CCR6-CXCR3-)の割合が増加し, ICOS陽性Tfh細胞(CD3+CD4+CXCR5+ICOS+)の割合が増加していた。Tfh2細胞がアレルギー素因を規定していること、ICOS陽性Tfh細胞が飛散期における活性化Tfh細胞の指標となり、シラカバ花粉症の病態形成に重要な役割を担っている可能性が示唆された。液性免疫異常を示す疾患の免疫バランスを考えるうえで,罹患率の高い疾患(アレルギー性鼻炎)と病態が解明されていない新規の疾患(IgG4関連疾患)の両者について検討を進めてきた.アレルギー性鼻炎に関しては地域的な特性からシラカバ花粉症に焦点を当てて検討した.IRBの承認後人を対象とした検討では,すでに2型Tfhへの免疫バランスのシフトを見出し報告した.さらに,今年度は末梢血中の細胞と局所の違い,Tfhサブタイプの動向も検索することとした.IgG4関連疾患でも同様の検討を進めた.今年度の成果として,詳細な臨床データとの比較から,IgG4関連疾患ではTh2へのシフトだけでなく,Tfh細胞の活性化バランスの関与そしてその活性化状態のサブタイプのバランスとの関連が指摘でき,すでに論文を投稿中である.一方,アレルギー性鼻炎では臨床的に重要な花粉飛散期と非飛散期の比較を行い,Tfhの活性化のバランスが変化吸うことを見出し,投稿準備中である.別のプロジェクトとの協力により,より詳細なTfh細胞の特徴を見出すことができた.Tfh細胞の新たな特異的分子の同定を行い既に報告した.さらに,機能解析では,脂質メディエーターのうちリポキシンの関与を示すことができ,液性抗体産生異常に対する新たな治療戦略の基礎的研究として特徴的な結果を得ることができた.これらの結果をアレルギー性鼻炎,IgG4関連疾患に対して臨床的な応用として位置付ける試みが進行中である.液性免疫を制御する濾胞ヘルパーT (Tfh)細胞の異常が免疫・アレルギー疾患の発症に関与していると考えられ、Tfh細胞サブセットの不均衡が免疫疾患の病態形成の原因となっていることが推察される。IgG4関連疾患(IgG4RD)とアレルギー性鼻炎について報告する1.IgG4-DSの組織中には活性化マーカー強陽性のTfh細胞が多く浸潤していた。顎下腺組織に浸潤しているTfh細胞は口蓋扁桃由来のTfh細胞と比較してBCL6が高発現しており、B細胞からのIgG4産生をより強く誘導する能力を持っていた。さらに、IgG4-DS患者の血液中では健常者と比較してPD-1強陽性のTfh細胞の割合と数が多いことを発見し、その割合は臨床パラメータと相関を認めた。これらの結果からIgG4-RDの病変部位にはリンパ組織や血液中に存在するTfh細胞と性質の異なる特殊なTfh細胞が浸潤し、局所でのIgG4産生を制御している可能性が考えられた。また、血液中のPD-1強陽性のTfh細胞の割合はIgG4-DSの病勢を反映するバイオマーカーとなる可能性が示唆された。2.アレルギー性鼻炎患者ではTfh細胞サブセットの2型濾胞ヘルパーT ( Tfh2)細胞の割合が増加していた。

さらにTfh2細胞の割合(%Tfh2)とBreg細胞の割合(%Breg)の比(%Tfh2/%Breg)は末梢血好酸球の割合と呼気一酸化窒素濃度と有意な正の相関を認めた。今回の結果から、アレルギー性鼻炎患者の末梢血中でのTfh2細胞への偏倚とBreg細胞の相対的な減少という2つのダイナミックな免疫学的変化が、アレルギーが重症化する背景に存在すると考えられた。免疫異常に起因する疾患の病態解明を目的としてTfh細胞について検討した.末梢血Tfh細胞サブセットとBregをアレルギー性鼻炎とIgG4関連疾患について検討した.Tfhサブセットの比率は正常と異なりアレルギーではTfh2にシフトしていた.またBregの比率も低下していた.アレルギーではこのTfh2とBregの不均衡が病態の一つと考えられた.一方,IgG4関連疾患では末梢血だけでなく局所のTfhは増加しその比率も変わっていた.さらに局所では,活性化指標であるPD-1やICOAの発現が上昇していた.臨床的側面と基礎的側面の両方からTfh細胞を中心として解析を進める.特に,アレルギー性鼻炎ではIgEの産生機構にこのTfhがどのように関与しているか,あるいはTfhの機能異常がどのようにI型アレルギーに関与しているかを解明する.また,疾患のバイオマーカーとしての役割も追及することとしている.IgG4関連疾患については疾患の唾液腺からのTfh分離が可能となったため,今まで詳細が不明であった局所でのIgG4産生とTfhとのかかわりをさらに追及することとする.これ以外の病態の不明な疾患に対するアプローチも最終年度は行う予定で,耳鼻咽喉科領域の免疫学的異常が予想される疾患で病態がまだ不明なものについて(好酸球性副鼻腔炎,木村病など)症例検討を行うことを予定している.免疫バランスの異常が示唆される疾患は多岐にわたり,前述の疾患以外に腫瘍や感染症でも免疫バランスの異常が病態を修飾している可能性が高い.末梢血を用いた免疫バランスの測定法と基準値の設定はこれらの疾患の全身免疫バランスの新しい概念を形成することができるため,最終年度はこの検討も同時並行して行う予定である.耳鼻咽喉科すでに研究成果として投稿中の論文が修正を求められているため,最終的な受理の判定が遅れている.成果発表のための投稿料が未請求のため残額として生じたこと,さらに,その論文の追加研究のための費用が必要なため耳年度分として残額を計上した.研究自体は予定した以上に進行しているため,研究の進行の遅れのために残額が生じたわけではない.現在投稿中の論文投稿料として,また,追加研究のための物品費用として使用予定である.
研究関連組織の科学普及活動実践者のキャリアパス：実態と可能性

初年度初年度は,研究機関およびその助成金を活用しての直接的または間接的に科学普及活動に従事する人材の意識調査、就業形態、また実施される企画の有償かの可能性について聞き取り調査を行い、キャリアパスとして必要な視点が、報酬体系の確立と評価手法についてであることが明らかとなった。次年度は、研究管理の観点で関連業務者の報酬体系の実態に焦点を当てるとともに、報酬体系の根底にある概念についても意見抽出を行った。また、海外の事例を含めた検討会を国際会議の場で行った。平成25年度は、5月は地球惑星科学連合大会において、ジオパーク運営の聞き取り、被災地地域振興の視点での活動についての意見交換を行なった。また、地球科学一般における研究管理の観点で関連業務者の報酬体系の実態についても示した。6月には形の科学シンポジウムへ参加し、糸魚川、佐渡、黒部・立山のジオパークでの取り組み、とくに、シガイドの養成と報酬体系について聞き取りを行なった。無償の場合もあるが、宿泊施設等観光業従事者の副業として実施、専業とする場合は旧来のガイド実績者や安全確保のための資格取得者への有償化の実態があり、聞き取りより客観的評価が重要と考えた。7月には評価の参考事例として、学術会議公開シンポジウム「学士課程教育における地球惑星科学分野の参照基準」の聴講を行なった。8月には科学教育をエンターテーメントとして有償提供している事例についての調査を行った。「楽しさ」に加えて「教育効果」を問われる実態がインタビューより明らかとなった。10月にはSociety for Social Studies of Science (4S) meeting 2013において"083. Creating Dialogues in ScienceCommunication: Methology and Practices"セッションを主催した。セッションにおいて、国際比較を行なうとともに、科学イベントにおける対話型企画自体は無料であるが、実施者の取得する情報に価値にある事例について検討する、情報収集型の企画にについて実施例を報告し、同様の企画事例についての意見聴衆もあわせて行なった。11月には科学技術社会論学会において「異分野交流,科学技術コミュニケーション実践時の言語・概念のズレ」セッションを主催し、それまでの聞き取りに基づき、報酬体系の根底にある概念についても意見交換を行なった。本年度は、科学普及活動にこれからかかわることに関心のある人材の現在の意識、現在科学普及活動にかかわる人材の就業形態の実態、またそれらの人材からの企画の有料化の可能性についての意見収集、を実施した。5月の幕張メッセで行なわれた地球惑星科学連合大会において、科学普及活動関係者(とくに、科学教育、防災教育、自然保護、地域産業活性化など様々な視点を持つ各地域のジオパークの運営に携わる人材)と、科学普及活動に興味関心のある学生のキャリアパスについての意識について、情報収集を行なった。7月に大学および社会教育施設の科学広報に関わるメンバーにより、キャリアパスとして選択するまでの経緯や動機のインタビューと、これからの人材育成に関する意見交換を行ない、「企画の有料化」についての意見収集を行なった。10月には長野県で行なわれた火山学会(地球惑星科学分野)のアウトリーチ企画におもむき、企画運営補助を志願した学生に、その動機や、これまでの活動経験、今後の企画への関わり方に関する希望について意見収集を行なった。11月は科学技術社会論学会において、「サイエンスカフェ」をテーマとしたセッションを運営し、双方向性企画のニーズ、企画の有料化の可能性、について情報収集や意見交換を行なった。12月は「法・災害・プライバシー」をテーマに公開企画を実施。また惑星科学分野ので関連の取組に関するセミナーに参加し、情報交換を行なった。2月は本助成事業の中間報告と意見交換として、講師として、3名を招集し、公開企画として、「サイエンスコミュニケーション活動の事業化に関する検討会」を開催し、新たな視点での知見を得るとともに、各種聞き取り調査などから得られた情報を検討する機会を得た。1年目に計画した国外調査について、国外での研究発表とあわせて実施予定であったが、希望する学会での採択に至らず、計画2年目で実施となったため、国外調査に遅れが生じている。しかしながら、採択されなかったことで、国内での「企画の有料化」への具体的取組み例について、教育重視やエンターテーメント要素の強い一方向性の企画のみならず、双方向性が有効となるとりくみの具体例、参加者の意見発露やそれを発展させた活動への昇華としてのニーズ、産学連携の場としてのニーズなど、多様性と具体性が深まり、海外調査においてより具体性の高い内容で取り組めることとなった。国内調査については順調に進んでおり、教育普及施設や公共性の高いNPO法人団体に所属する従事者だけでなく、大学との協力関係の強い個人事業主や少人数企業として実績をつみあげている事例およびその運営(経営)の現在の特徴と今後の発展性について、知見を得ている。現時点では、狭義での科学普及活動は複数の助成金を通じての経営が主体となっている実態が浮かび上がっており、受益者負担を原則とは相容れない状況が明らかになった。一方で、広義での活動は、受益者負担の可能性も見えており、今後、ブランド化することで、「有料化」の可能性が見えてきている。

一方で、助成金や受益者負担ではない、寄付の形体についてが今後の検討課題であることがみえており、海外の事例との比較検討項目となった。平成25年度は、国外調査として、10月中旬に行なわれる米国サンディエゴでの4Sミーティングでの「サイエンスコミュニケーションでの対話の場の形成:理論と実践」セッションプロポーザルが採択されている。会場にて、双方向企画の主催者の意見収集の場としての活用、政策決定、市民の同意形成、化学物質の受容、遺伝子組換え作物の受容について、討論型の発表を予定している。また、同学会のセッション外において、寄付での企画運営の事例について情報収集を予定している。国内においては、初年度に引き続き地球惑星科学連合大会(5月開催)など、いくつかの学会の場を活用するととも、夏休みなどの長期休暇に行なわれ企画の実地調査を行ないつつ、主に「ジオパーク」の運営に関する情報収集を行い、解析予定である。また、一方向ながら、教育重視やエンターティメンと要素の高い企画の「有料化」企画の事例と解析、現在は無償企画として行なわれている「双方向性」の高い企画の「事業化」の可能性の仮説にもとづく、実証研究を実施の上、参加者アンケートなどを実施の上、解析予定である。次年度使用額は、当初平成24年度に予定していた海外調査は平成25年度に延期し、延期した海外調査と、データ入力の謝金の使用については、当初予定していた平成25年度の国内調査費や会議費とあわせて使用予定である。平成25年度の使用は下記の通り、海外調査・研究成果発表(旅費・聞き取り調査のテキスト化)、国内でのインタビュー調査(旅費・聞き取り調査のテキスト化)、有料企画の実証研究(参加者アンケートの統計処理)・研究集会(会議費・招聘旅費)・成果発表(会議費・招聘旅費)の開催を予定しており、経費を使用予定である。
軟X線蛍光顕微鏡の開発

軟X線蛍光顕微鏡は軟X線または電子線を試料に照射し、それに含まれる原子から放出される軟X線蛍光を多層膜を蒸着したシュワルツシルト対物鏡で結像することによって、原子の種類の情報も含んだ試料局部の拡大像を得る新しい方式の顕微鏡である。本研究は空間分解能0.5μmの軟X線蛍光顕微鏡を開発し、同方法が原理的に優れていることを実証するのを目的とした。拡大率50倍のシュワルツシルト対物鏡にMo/Si多層膜を蒸着して搭載した軟X線蛍光顕微鏡で、Siを含んだ試料を電子線励起で観察したところ、Siの分布を示す顕微像を得ることができた。Mo/Si多層膜の狭帯域反射によってSi原子からのSiL蛍光だけを感度よく分別して結像するという本顕微鏡の基本的な特徴が実証されたものである。多層膜対物鏡は軟X線と同じように可視光も反射する。この性質を利用して、テスト試料を可視光で照射して可視用のCCDカメラで撮影した結果、0.7μmの分解能が確認できた。これはほぼ可視光の回折限界に達しており、本顕微鏡が高精度で調整されていることを示した。軟X線の回折限界は可視光より小さいため、空間分解能の目標値0.5μmの達成が期待されたが、最終的には1.5μmから2.0μmが確認されるに留まった。しかし、波長の短い軟X線で0.7μmを越えられなかったのは軟X線検出器自身の分解能不足が原因であった。この点については、拡大率のもっと高いシュワルツシルト対物鏡を採用するか、高分解能撮影が期待できるX線フィルムの採用が考えられる。今後は実際の生物試料や鉱物試料の観察を通して本顕微法の有用性が実証されることが期待される。このように、本研究は検出器の分解能という副次的な要因で制約を受けたが、目標とした基本性能を概ね確認して終了することができた。軟X線蛍光顕微鏡は軟X線(放射光)を試料に照射し、それに含まれる原子から放出される軟X線蛍光をシュワルツシルト光学系で結像することによって、原子種の情報も含んだ試料局部の拡大像を得るものである。軟X線の透過距離は光電子の脱出深さより長いので、バルク内部の状態を観察できるという特長がある。シュワルツシルト光学系に軟X線用多層膜を蒸着することで、軟X線の直入射反射が可能となるだけでなく、多層膜の狭帯域反射で原子の化合状態も識別できるという特徴がある。本年度は初年度の研究計画である軟X線蛍光顕微鏡を設計・製作し、その性能評価を実施した。初めに装置の諸条件を勘案してシュワルツシルト光学系の拡大率を50倍とし、光線追跡法によって光学系の組み立てに必要な精度を見積もった。SiL発光を検出するためにシュワルツシルトミラーにはMo/Si多層膜を蒸着した。Siウェハー上に巾5μmのSiO_2とWの線が交互に繰り返すパターンを刻んだ標準試料に電子線を照射し、検出器に現われる像を解析した。その結果、SiO_2のパターンが初めて確認でき、試料上で5μmの分解能を有することが分かった。この成果は99年春の応用物理学会で発表する予定である。現在は更に分解能を向上させるために従来の試料ホルダー(3軸マニピュレータを利用)を、真空槽内に直接固定し、試料位置の微調整が可能な新しい試料ホルダーを設計している。

この改造によって分解能1μmを達成する予定である。第2年度はこの軟X線蛍光顕微鏡が反応生成物の非破壊検査法として原理的に優れていることを実証する予定である。軟X線蛍光顕微鏡は軟X線または電子線を試料に照射し、それに含まれる原子から放出される軟X線蛍光をシュワルツシルト対物鏡で結像することによって、原子の種類の情報も含んだ試料局部の拡大像を得る新しい方式の顕微鏡である。多層膜の狭帯域反射で原子の種類を感度よく識別して結像するという本顕微鏡の基本的な特徴を前年度に実証したのに基き、今年度は本研究の最終年度として、先ず分解能を向上させた。試料ホルダーを剛性の高いものに全面的に改良するなどして分解能を1μmに近付けることができた。また、多層膜対物鏡は軟X線と同じように可視光も反射することから、テスト試料を可視光で照射して可視用のCCDカメラで撮影した結果、0.7μmの分解能が確認できた。これはほぼ可視光の回折限界に達しており、顕微鏡が高精度で調整されていることを示している。波長の短い軟X線で0.7μmを超えられなかったのは軟X線検出器自身の分解能不足が原因と分かった。また、5μm幅のSiO_2のパターンが刻まれたテスト試料を30nmのMo薄膜で覆ったものについて電子線照射によってSi L蛍光像を観察した結果、覆う前と同じような像を観察することができた。この結果は、軟X線の透過距離が長いので、バルク内部の状態が観察できるという著しい特長を実証したことになる。このように、本研究は検出器の分解能という2次的な要因で制約を受けたが、目標とした基本性能を概ね確認して終了することができた。これらの成果は3月にシャモニー(仏)で開催される多層膜物理学の国際会議で招待講演として報告する予定である。
粒子状物質の熱泳動挙動に対する燃焼ガス成分の影響

熱泳動とは、温度勾配のある場に浮遊する微小な粒子が低温側に向かって力を受ける現象のことで、粒子状物質の挙動を予測したり制御したりする際に考慮する必要がある現象である。本研究では、この熱泳動現象に対してガス成分がどのように影響を及ぼしているかを調べるため、微小重力装置を用いて実験を行い理論モデルを検討した。実験データを解析したところ、理論式中に含まれるパラメータである適応係数がガスの種類によって異なることがわかった。気体分子のどの物性値がその適応係数を決定づけているのかを検討した結果、分子直径との相関が強いことがわかった。また、混合ガスに対して適応係数を算出する最適な方法を明らかにした。本研究は、微粒子状物質の挙動を理解し環境技術に役立てるための基礎研究であり、微粒子の挙動に影響を及ぼす熱泳動現象について、気体の組成が及ぼす効果を明らかにすることを目的としている。二年目である本年度は、初年度の実験により得られたデータの解析結果をもとに熱泳動現象のモデル化への検討を進めるとともに、水蒸気を用いた実験を行うための装置改良を進めた。前者については、初年度に得られた実験データに基づいて、本研究より以前に得ていたデータの評価を行い、本研究での注目点となっている水蒸気の効果に関する検討を進めた。本研究以前の実験では、空気中に水蒸気が含まれると熱泳動速度が大きくなるという結果を得ている。一方、本研究の初年度に得られた結果を検討したところ、気体分子の衝突半径が熱泳動効果に影響している可能性があることが見えてきた。分子レベルの衝突現象を物理モデルとして考えたとき、衝突半径が大きいときに熱泳動効果が小さくなるという想定は理にかなっており、初年度に得た実験結果とも矛盾しない。しかし水分子にこの考えを当てはめると、熱泳動速度が小さくなるべきであるということになり既存の実験結果とは矛盾してしまう。この問題を解決するため、気体の混合や分子の極性などの影響を検討したが、本年度内に解決の糸口を見つけることはできなかった。一方、後者については、初年度に完了した基本設計に基づき装置改良を進めた。水蒸気での実験のためには装置全体を加熱する必要があるため、装置の中核部分に断熱処理を行い、電子機器等の保護対策を進めた。この作業の中で、高温からの保護のためにレンズ・カメラ系の配置を修正する必要が生じてしまった。これが映像の輝度減少を引き起こし、熱泳動速度の計測が困難になる問題を生じた。この対策のために時間がかかり、追加機器導入の予定も見直さねばならず、年度内に改良を終えることができなかった。初年度である本年度は、おおむね当初の計画通りに研究を実施することができた。すなわち、単一組成・混合組成の気体を用いた実験を行いデータを蓄積するとともに、水蒸気を用いた実験を行うための装置改良を、主として設計段階まで行った。前者については、燃焼ガスを念頭に置いて、主たる燃焼生成ガスとして二酸化炭素を、酸化剤ガス(空気)として窒素を、代表的な燃料ガスとしてメタンを、それぞれ実験に使用した。また、気体のどのような性質が現象に影響しているのかを探るため、アルゴン・一酸化二窒素も調べた。実験を行う前の段階では、熱泳動に影響を与えうる因子として、気体分子の分子量・衝突直径・回転自由度などを想定していた。空気と比べて顕著に違った性質を水蒸気が示すことが先行研究により示唆されていたので、これらの因子のうち、回転自由度の影響が大きいことを事前には予想していた。しかし得られた実験データを解析した結果、この予想に反して、衝突半径の影響が大きく他の二つの因子の影響は小さいことがわかってきた。得られた結果を理論予測と比較することにより、理論式に含まれる実験定数である「接線運動量適応係数」の数値を割り出し、衝突半径が大きい分子ほどその数値が小さくなるという結果を得た。一方、後者については、水蒸気の凝縮の問題を避けるための装置改良について検討を行った。既存の実験装置にすでに組み込まれている減圧チャンバを流用し、結露が起こらないような対策・条件設定を検討し、具体的な装置設計を行った。設計の基本部分は完了し、中核部分となる蒸気発生器等の追加機材については選定を終え、次年度(H25)にかけて発注手配を進めている。

当初の計画では、水蒸気を雰囲気としたときの熱泳動速度の計測を前年度までに行う予定であったが、水蒸気での実験が当初の想定以上に困難であったため、予定通りの実施ができなかった。そこで最終年度である本年度は、まず装置の改良作業を行った。装置を構成する部品を耐熱製品と交換し、また、高温条件下での装置の気密性を改善する作業を進めた。その結果、圧力が10 kPaから30 kPaまでの限られた条件ではあるものの、水蒸気雰囲気下で熱泳動速度を計測できるようになり、水蒸気の基礎データを取得することができた。圧力を変化させたときの結果は、水蒸気が他のガスと異なる特性を持つ可能性を示唆するものだった。実験結果から熱泳動パラメータを推定して理論予測を行うと、実験結果に比べて圧力依存性が低くなり、熱泳動パラメータを調節してもこの違いは解消できなかった。すなわち、高圧側で理論予測を実験値と合わせると、低圧側では理論予測が実験値に比べて過小となった。一方で、得られた結果から湿り空気中の熱泳動速度を算出したところ、湿度が高いほど熱泳動速度が大きくなるという傾向を定性的には再現することができた。本研究では、当初の目的のうち、水蒸気を含む種々の気体について熱泳動の基礎データを収集するということについては達成することができた。一方、理論モデルの構築については、水蒸気以外のガス(アルゴンや窒素、二酸化炭素など)に対して概ね達成できた。湿り空気に対しても予測できるようにするためには、より低圧の条件での水蒸気の実験データを蓄積し、実験データと予測値との間にある、水蒸気に関する圧力依存性の不一致の問題を解明する必要がある。燃焼第2年度である本年度の計画では、水蒸気での実験を進めるとともに、初年度の実験データを中心に解析を行い、理論モデルを検討することを予定していた。このうち、前者の水蒸気での実験が予定通りに実施できず、残念ながらこの点については予定より遅れているといわざるを得ない。一方、後者の検討については、現時点で水蒸気の影響に関する謎が深まりモデル構築を進めるうえでの大きな課題になってきている一方で、初年度のデータに基づいた解析については十分に進めることができており、検討作業としては概ね順調である。したがって、総合すると「(3)やや遅れている」の達成度と評価される状況であると考えている。実験が予定通り実施できなかったのは、実験装置の改修作業が当初の計画通りに順調には進められなかったからである。計画の見通しが甘かったといわれれば完全に否定することはできないが、実際に作業を進めていく中で見えてくる問題も多く、やむを得なかったと考えている。具体的には、装置の中核部分に断熱材を配置して高温対策を立てる作業が予想よりも困難で、様々な修正が必要となり、これに時間をとられる結果となった。中でも、レンズ・カメラ等の光学系の配置の変更が必要となる状況は、計画段階では見通すことができなかった。この変更によって、計測データを処理するために必要となる映像の輝度が確保できなくなり、その対策をさらに行う必要が発生し、結果として、本年度内に実験を実施する状態まで到達することができなかった。計画では、初年度の実施内容として、水蒸気を除く気体について単一組成・混合組成での実験を進めることと、水蒸気での実験に向けた検討・準備を行うことの二つを主として予定した。
Apopタンパク質の動脈硬化治療へ向けた応用研究

Apoptogenic Protein(Apop)は動脈硬化モデル動物の動脈硬化巣で発見された遺伝子である。モデル動物と同様にApop遺伝子の発現はヒト頸動脈の動脈硬化でも確認された。また動脈硬化発症に関与する増殖型の平滑筋細胞において発現し正常血管に存在する収縮型の平滑筋細胞では発現しないことからも動脈硬化発症への関与が示唆された。またさらに本研究ではApop遺伝子の機能をin vivoで確認するためApop遺伝子欠損マウスを作製した。Apop遺伝子発現誘導と転写調節因子の解明:血管平滑筋細胞におけるApop遺伝子の発現解析を行い、平滑筋細胞の表現型によって発現が異なる可能性を発見した。このことからApopは胎児細胞あるいは病的変化を起こした平滑筋細胞において発現していることが考えられた。またApopはイントロン内に発現調節因子を有していると考えられる。以上よりApop遺伝子の発現は何らかの転写因子による発現調節を受け、細胞の形質に影響を及ぼしているこが示唆された。Apop遺伝子における新しい疾患感受性遺伝子多型の同定:Apop遺伝子における一塩基多型の解析を行い、疾患感受性のある多型を同定した。この多型について対象を拡大した解析が進行している。ヒト動脈硬化プラークにおけるApop発現解析:ヒトの頚動脈の動脈硬化プラークを用いてApop遺伝子の発現解析を行い、炎症系の細胞における発現を確認した。また炎症性サイトカインで刺激を受けた細胞において発現が亢進していた。これのことから生体においてApopは炎症によって惹起されるアポトーシスに関与していることが示唆された。ノックアウトマウスの作製:Apop遺伝子の一部に2箇所のLox配列と薬剤耐性遺伝子を挿入した胎児幹細胞を作製し、キメラマウス作製に直接用いることのできる細胞が完成した。この細胞をマウス胚盤胞の腔内に注入して数匹のキメラマウスを得た。F1ヘテロマウスを得るため、これのキメラマウスと野生型マウスと交配が進行している。1. Apop遺伝子の発現調節機構:マウス大動脈を用いたin vivoでの解析の結果、Apop遺伝子の発現はバルーン擦過によって肥厚した血管内膜においてのみ認められ、血管中膜では認められなかった。したがってApop発現は平滑筋細胞の表現型によって左右されるものと考えられた。培養血管平滑筋細胞を用いたin vitroでの解析の結果、Apop遺伝子発現は酸化LDLならびに炎症性サイトカインによって誘導された。この結果はApop遺伝子の発現が平滑筋細胞の表現型によって制御されるという結果と合致している。また、Apop遺伝子のイントロン内に複数個の発現制御領域と考えられる領域を同定した。2.ヒト動脈硬化プラークにおけるApop発現解析:ヒト頸動脈の動脈硬化プラークにおいてApop発現は炎症性細胞に認められた。そのほか、泡沫化した平滑筋細胞と思われる細胞においても発現が認められ、酸LDLによって発現誘導されるという結果と合致していた。心筋梗塞後の組織における発現解析のため、組織検体を収集した。3.ノックアウトマウスの作製:キメラマウスと野生型マウスとの交配により、Apop遺伝子をLoxP配列ではさんだFloxマウスの作製に成功した。Floxマウスを全身Cre発現マウスと交配させApop遺伝子のヘテロ欠損マウスを作製した。雌雄のヘテロ欠損マウスの交配を開始し産仔を得た。産まれた仔は育児放棄によって生後1日で死に、ヘテロ欠損雌マウスは育児できない可能性が示唆された。Apoptogenic Protein (Apop)遺伝子はApoE欠損マウスの動脈硬化プラークに発現する遺伝子として研究代表者らによってクローニングされた。クローニングされた当初は機能不明の遺伝子であったが発現すると細胞にアポトーシス(能動的な死)を誘導することが明らかになった。マイクロアレイを用いた解析の結果、siRNAを用いてApop遺伝子発現を抑制した培養血管内皮細胞ではミトコンドリアの細胞死に対する感受性が変化していることが示唆された。この結果はApop発現を変化させることで血管内皮細胞の生存率を上昇させ動脈硬化発症を抑制できることを示している。また血管平滑筋細胞におけるApop遺伝子発現は平滑筋細胞の表現型によって変化することが明らかになった。動脈硬化発症に関係しているとされる増殖型平滑筋細胞では発現が見られるが、正常血管を構成している収縮型平滑筋細胞では発現が抑制されていた。この結果からApopは増殖型平滑筋細胞のマーカーとして活用できることが明らかとなった。Apop遺伝子の機能を明らかにするためには培養細胞を用いたin vitro研究だけでなく実験動物を用いたin vivo研究が重要である。そこでApop FloxマウスからCre-LoxP系を用いてApop遺伝子を欠損したノックアウト(KO)マウスを作製した。ApopKOマウスの発育は野生型と同等であったがApopKOマウスから生まれる産仔は野生型よりも少数であり、Apop遺伝子が胎児の発育に重要であることが示唆される結果であった。
ケロイド細胞を用いたモデルマウスの作製

ケロイド組織由来の培養間葉系細胞(KL細胞)をコラーゲンスポンジに播種しヌードマウスに移植したところ、1ヵ月後にはバーシカンが過剰沈着しており、ケロイド組織におけるマトリックス過剰沈着を再現できた。この系を用いて、IL-1bをコラーゲンスポンジに直接注射することで、バーシカン過剰沈着を抑制できた。このことより、難治性疾患であるケロイドの治療方法の開発に有用なモデルの開発に成功したと言える。ケロイドは、機能障害のみならず瘙痒・疼痛、外見上の問題などが患者のQOLを低下させている難治性疾患である。その治療としての単純切除では再発が極めて多い。ケロイドの特徴は細胞外マトリックス(Extracellular Matrix:ECM)が過剰に沈着することであるが、正常皮膚創傷治癒と異なるECMが沈着する。今研究ではケロイド病変部由来の細胞(KL細胞)のECM過剰産生の機序を詳細に調べる。同時にKL細胞を用いてモデル動物を作製し、ケロイド治療への創薬に役立てることを目的とする。H23年度までの研究計画と実績は、(1)ケロイド組織の採取ならびにKL細胞の樹立...H23年度までに5例の患者から病変部位由来の初代培養細胞を確立した。(2) KL細胞のECM産生能力を検討する。マイクロアレイにて、マトリックス全般の発現増加を解析した。特にコンドロイチン硫酸をもつプロテオグリカンであるバーシカンの産生増強へのシグナルに焦点をあて検討した。病変部、病変部由来培養細胞の両者でバーシカン転写活性の増強を見出した。また発現に影響を与えるサイトカイン等のスクリーニングによりIL-1bが産生抑制することが判明した。(3) KL細胞をnudeマウスに移植する方法論・評価法の確立。コラーゲンスポンジをscaffoldとして使うのが最も効率よくケロイド病変部位のバーシカン過剰沈着をマウスの皮下で再現できた。最終年度H24年度には、このヌードマウスを用いたケロイド再現モデルへ、IL-1b直接投与を行い、そのケロイド成長への影響をみた。In vitroの実験結果からの予想通り、IL-1b投与群において、その抑制が認められた。このことは、治療方法のスクリーニングとして、このマウスは有用であることを示唆していると考えた。ケロイドは単純切除では再発が極めて多い疾患であり、機能障害のみならず瘙痒・疼痛、外見上の問題などが患者のQOLを低下させている難治性疾患である。ケロイドの最大の特徴は細胞外マトリックス(Extracellular Matrix:ECM)が過剰に沈着することだが、正常皮膚創傷治癒過程とは沈着するECMの種類が大きく異なっている。H23年度での研究計画と実績1.ケロイド組織の採取ならびにKL細胞の樹立。複数の組織、初代培養細胞を用いることで研究データの精度を増す。このため、この1年間で5例の患者から病変部位由来の初代培養細胞を確立した。2.KL細胞のECM産生能力を検討する。まずは、マイクロアレイにて、マトリックス全般の発現増加を解析した。特にコンドロイチン硫酸をもつプロテオグリカンであるバーシカンの産生増強へのシグナルに焦点をあて、検討した。そのため、バーシカンプロモーター活性、RT-PCR等により解析し、病変部、病変部由来培養細胞の両者でバーシカン転写活性の増強を見出した。またサイトカイン等のスクリーニングによりIL-1bが産生抑制することが判明した。3. KL細胞をnudeマウスに移植する方法論・評価法の確立。このためには、コラーゲンスポンジをscaffoldとして使うのが最も効率よくケロイド病変部位のバーシカン過剰沈着をマウスの皮下で再現できた。マトリックス産生増加を証明し、とくにバーシカン増加をあきらかにした。さらに患者由来の培養細胞を用いて、マウスでのケロイド作成というモデルを確立できた。In vitroでバーシカン抑制効果のあったサイトカインをケロイドモデルマウスに直接投与を行い、マトリックス沈着抑制効果をex vivoで検討するという段階にきた。H24年度では、ケロイドスポンジの細胞外マトリックス産生をアレイにより解析しその再現性を検討する。Ex vivoモデル、培養細胞への複数のサイトカイン、シグナル阻害剤の添加をおこない、バーシカン沈着の抑制効果を検討する(125万円)。バーシカンならびに細胞外マトリックスの沈着・発現をマウス皮膚創傷治癒過程で免疫組織染色、RT-PCRにて検証しケロイドの発生病理解明への手がかりとする(100万円)。
身体・車両・環境の動的インタラクション最適化による上肢フリー移動支援機器の提案

本研究では,身体と車両,環境との動的なインタラクションを最適化することによる上肢フリー移動支援機器の提案・開発を行い,それによる効果検証を行うことを目的とする.(1)移動支援機器使用時の上肢動作の分析:日常生活の立位・移動活動中の上肢動作に対し,その発生頻度や移動支援機器の使用により制限される動作の種類・時間的割合を定量的に示すことを目的に,ライフログデータの収集を行って影響を分析し調査した.日常生活中の動作をその特徴に従って13個に分類して発生頻度を調査した結果,移動中・静止中の物の移動と手指動作,身体矢状面に水平に物を引く・押す,といった5つの発生頻度が高い動作が明らかになった.(2)移動中の上肢作業の非拘束性による効果と評価:移動支援機器導入の影響として,(1)機器使用中には機器の把持により移動中の物の移動や手指を用いる細かい動作の頻度の低下,(2)身体支持基底面の増加や機器操作の必要性に伴う動作時間の増加,の2点が発生することが定量的に示された.(3)上肢フリーのための一人乗り移動体の開発:高齢者の歩行機能維持を目指した座位乗車型の下肢操作式ハンズフリーモビリティの提案を行い,この機体に搭載する操作手法の開発を行った.開発した移動体は,後輪駆動輪(インホイールモータ),前輪オムニホイール,操作インタフェース(ペダル),座位部(サドル)で構成される.ペダルとサドルに取り付けた6軸力センサ値とクランク角度の回転数を用いて移動体上で行うペダリング動作から,車両の速度と旋回角速度を決定する.旋回角速度についてはDBT(Deep Binary Tree)を用いて,個人に合わせた初期条件を得たのち,直進性を向上させるための追加学習を行う手法を提案した.移動支援機器使用時の上肢動作の分析、移動中の上肢作業の非拘束性評価、上体・座位保持システムの開発、身体特性と外乱に合わせた車両の開発、下肢駆動装置の開発を行い、その後最小車両設計検討、車両移動方法の検討、試作機評価実験を行う予定であった。下肢駆動装置の開発を行っていたところ、新たな車両実装時の制約条件と筋骨格特性の評価方法が判明した。研究遂行上、この条件と評価方法の関連を見極めることが不可欠であるため、軌道計算・機構検討を追加で実施する必要が生じたため、研究計画を変更した。一方で、支援機器の会はてゃ初号機が予定より早く完成した。上肢作業の非拘束性による効果と評価、上体・座位保持システムの設計、軌道計画や機構検討を含めた下肢操作型駆動機構・最小化設計指針を行い、車両移動方法の検討を行う。
金属ナノ粒子含有潤滑油のトライボロジー特性及び動力伝達性能

本研究では、金属ナノ粒子(銀、銅およびニッケルナノ粒子)を添加した潤滑油のトライボロジー特性および動力伝達性能を明らかにするために、四球試験機による摩耗試験および動力循環式歯車試験機による歯車試験を実施した。摩耗試験では、摩耗特性に及ぼす銅ナノ粒子の効果が認められた。特に、銅ナノ粒子の添加濃度(重量%)が0.2および0.6%の場合、摩耗こん直径は無添加の場合と比べ2628%減少した。歯車試験では、歯車の耐スカッフィング性能は、銅ナノ粒子の添加により向上した。本年度は,金属ナノ粒子含有潤滑油が焼付き強さに及ぼす影響を検討するため,四球式摩擦摩耗試験機を用いて焼付き試験を行った。試験球としては,直径が19.05mmの市販の軸受鋼SUJ2鋼球を使用した。試験球のマイクロビッカース硬さは約800HVである。また,試験球表面の算術平均粗さは0.04μm(最大高さ粗さ0.38μm)であった。潤滑油としては無添加タービン油(ISO-VG46)を使用し,潤滑油に添加する金属ナノ粒子としては,銀,銅,ニッケル金属ナノ粒子を使用した。金属ナノ粒子の平均粒子直径は,銀ナノ粒子23.8nm,銅ナノ粒子29.4nm,ニッケルナノ粒子5.9nmである。本実験では,各金属ナノ粒子の添加濃度が焼付き強さに及ぼす影響を検討するため,各金属ナノ粒子の添加濃度(重量%)を0.2%,0.6%および1.0%に設定した。潤滑油に添加した各金属ナノ粒子の分散には,本経費(平成24年度分)で購入した超音波ホモジナイザーを使用した。焼付き試験は,回転球の約1/3がつかる油浴潤滑条件下で実施した。試験条件としては,回転球の回転数800rpm(滑り速度0.46m/s)一定とし,単位球当たりの垂直荷重を86.3Nから約40Nずつ1minごとに段階的に上昇させた。各試験段階では,最初の5sを荷重上昇区間,残りの55sを荷重一定区間として,焼付きが発生するまで連続的に運転を行った。四球式摩擦摩耗試験機を用いて,銀,銅,ニッケルナノ粒子を添加した金属ナノ粒子含有潤滑油の焼付き強さについて検討した結果,以下のことが明らかとなった。1.銀,銅,ニッケルナノ粒子は,摩擦係数および潤滑油の温度上昇を低減する効果が僅かに認められる。2.各潤滑油の焼付き荷重(単位球当たりの垂直荷重)は,368N435Nであり,焼付き荷重に及ぼす銀,銅,ニッケルナノ粒子の効果はほとんど認められない。本年度は,金属ナノ粒子含有潤滑油が摩耗特性に及ぼす影響を検討するため,四球式摩擦摩耗試験機を用いて摩耗試験を行った。試験球としては,直径が12.7mmの市販の軸受鋼SUJ2鋼球を使用した。潤滑油としては無添加タービン油を使用し,潤滑油に添加する金属ナノ粒子としては,銀,銅,ニッケル金属ナノ粒子を使用した。本実験では,各金属ナノ粒子の添加濃度が摩耗特性に及ぼす影響を検討するため,各金属ナノ粒子の添加濃度(重量%)を0.2%,0.6%および1.0%に設定した。潤滑油に添加した各金属ナノ粒子の分散には,本経費で購入した超音波ホモジナイザーを使用した。摩耗試験は,回転球の約1/3がつかる油浴潤滑条件下で実施した。試験条件としては,ASTM-D4172に準拠し,潤滑油の温度75°C,回転球の回転数1200rpm,垂直荷重392N一定とし,60min運転した。試験球の摩耗特性に関しては,試験終了後の固定球に生じた摩耗こん直径により評価した。四球式摩擦摩耗試験機を用いて,金属ナノ粒子含有潤滑油の耐摩耗性能について検討した結果,以下のことが明らかとなった。1.銀ナノ粒子を添加した場合,摩耗こん直径は無添加の場合とほぼ等しい。したがって,摩耗特性に及ぼす銀ナノ粒子の効果はほとんど見受けられない。2.銅ナノ粒子は摩耗特性の改善に有効な金属ナノ粒子であり,その添加濃度は0.2%0.6%が最適であることが明らかになった。3.ニッケルナノ粒子の場合,添加濃度が0.6%1.0%の場合では,摩耗特性に及ぼすニッケルナノ粒子の効果はほとんど見受けられない。しかしながら,添加濃度が0.2%の場合では,摩耗こん直径は約28%減少しており,添加濃度に大きく依存することが明らかになった。本年度は,金属ナノ粒子含有潤滑油が歯車の耐スカッフィング性能に及ぼす影響を検討するため,動力循環式歯車試験機を用いたスカッフィング試験を行った。

試験歯車はガス浸炭焼入れを施したSCM415H材を使用し,大・小歯車の歯数は40枚,18枚,歯幅10mm,モジュール4mmの標準平歯車を使用した。潤滑油としては,市販の無添加タービン油(ISO-VG46)に対して,平均粒子直径29.4nmの銅ナノ粒子を添加した金属ナノ粒子含有潤滑油を使用した。銅ナノ粒子の添加濃度(重量%)は0.2%に設定し,潤滑油に添加した銅ナノ粒子の分散には,本経費(平成24年度分)で購入した超音波ホモジナイザーを使用した。潤滑油の給油方法としては,大歯車の最下位の歯たけの約2倍がつかる油さら法とし,この場合の油量は約2.7Lであった。スカッフィング試験条件は,小歯車の回転数を6000rpm(ピッチ点における周速度22.6m/s)一定とし,歯面荷重をスカッフィングが発生するまで段階的に増加させた。歯面荷重については,歯面上の瞬間温度上昇の最高値が100°C950°Cまで50°Cずつ上昇するように設定し,各試験段階における運転時間は10minとした。動力循環式歯車試験機を用いて,銅ナノ粒子を添加した金属ナノ粒子含有潤滑油の耐スカッフィング性能について検討した結果,以下のことが明らかとなった。1.銅ナノ粒子を添加した潤滑油のスカッフィング限界荷重は2093N/mmであった。無添加タービン油の場合の限界荷重(1895N/mm)と比べて約200N/mm増加しており,歯車の耐スカッフィング性能に及ぼす銅ナノ粒子の効果が認められた。2.銅ナノ粒子を添加した潤滑油の運験中における歯車騒音および歯車箱の振動加速度は,無添加タービン油の場合とほぼ等しく,歯車の運転性能に及ぼす銅ナノ粒子の効果はほとんど認められない。工学本年度は,四球試験における金属ナノ粒子含有潤滑油の耐焼付き性能を検討した。その結果,銀,銅,ニッケル金属ナノ粒子を含有した潤滑油の耐焼付き性能について実験的に明らかにした。なお,現在,X線光電子分光法により,接触面の成分分析を継続的に進めており,実験結果の詳細な解明に取り組んでいる。本研究成果については,科学研究費助成事業の細目である設計工学・機械機能要素・トライボロジーの分野において,最も大規模な国際会議であるWTC2013(5th World Tribology Congress)に採択され,研究成果の一部については,平成25年9月8日13日にイタリア共和国・トリノで開催された上記の国際会議において講演しており,おおむね順調に進展している。本年度は,四球試験における金属ナノ粒子含有潤滑油の耐摩耗性能を検討した。その結果,銀,銅,ニッケル金属ナノ粒子を含有した潤滑油の摩耗特性について実験的に明らかにした。さらに,各金属ナノ粒子の添加濃度が摩耗特性に及ぼす影響についても明らかになった。本研究成果については,科学研究費助成事業の細目である設計工学・機械機能要素・トライボロジーの分野において,最も大規模な国際会議であるWTC2013(5th World Tribology Congress)に講演申込を行ったところ,既に採択通知を受理している。本年度までに実施した研究成果は,平成25年9月に開催される上記の国際会議にて講演予定であり,おおむね順調に進展している。平成26年度では,銀,銅,ニッケル金属ナノ粒子を含有した潤滑油について,動力循環式歯車試験機を用いたスカッフィング試験を行い,歯車のスカッフィング損傷に対する金属ナノ粒子の効果を解明する。