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テストレットモデルによる公的試験の標準化の試み

項目反応理論におけるテストレットモデルは、わが国の大規模公的試験を標準化する上で一定の役割を担うだろうと期待される。わが国の公的試験の多くは、大問単位で構成されることが多く、大問内では、問題の類似性から局所独立の仮定が成立していないであろうという懸念が高い。テストレットモデルは、項目間に局所独立の仮定が成立しない際に、有効である項目反応モデルの総称である。それらのうち、段階反応モデル、一般化部分的採点モデル、連続反応モデルなどが有効である。標準化は、2つのことから成立している。すなわち、尺度化と等化である。尺度化とは、実得点尺度を、相互比較可能であると期待される尺度に変換することを指す。また、等化とは、複数の異なる尺度を同一の尺度で比較可能にする手続きである。本研究では等化に着目して研究を行った。とりわけ、連続反応モデルと呼ばれるテストレットモデルに焦点化した等化研究を行い、雑誌『行動計量学』にて報告した。また、わが国のセンター試験における本試験と追試験のように、アンバランスな標本サイズのテストを等化する研究を行い、雑誌『日本教育工学会論文誌』にて報告した。また、等化する際の社会的合意形成のための調査を行い第32回日本行動計量学会にて研究発表を行った。さらに、時事的な課題として、17年度からセンター試験に導入された英語リスニングテストにおける調査研究を行い第32回日本行動計量学会にて研究発表を行った。また、第46回日本教育心理学会において、標準化のための基礎研究について研究発表を行った。テストレットとは,複数の小問で構成されている大問のことである.我が国の公的試験では,多くの場合複数のテストレットでテストが構成されている.標準化をする際,項目反応理論は非常に有効な理論であるが、局所独立の仮定を満たす必要があるとされる.局所独立の仮定とは,小問題の内容が関連すればするほど,それを満たさない危険性が増すとされる.一方,IRTにおいてテストレットに対応するモデルがあり,段階反応モデル,一般化部分的採点モデル,連続反応モデルなどが有望視されている.これらのモデルでは,テストレット間の局所独立性が保たれていれば良い.本年度,我々は,センター試験の本試験と追試験の両方を受ける「モニター調査」を実施して,主にセンター試験「数学I・数学A」「数学II・数学B」に着目して標準化の研究を行った.ここでいう「標準化」とは,「個々のテストに絶対評価の可能性を導入する(いわゆる標準化)」と「個々のテストを相互に比較可能にする(等化)」の両方を視野に入れている.具体的には,モニター調査において,数学Z試験というテストを実施して,テストの標準化・等化を試みた.数学Z試験は,平成15年度の追試験から構成されている.一方,モニター調査の被験者は,平成16年度のセンター試験における本試験と追試験を回答している.よって,数学Z試験を手がかりにして,平成15年度と平成16年度の「数学I・数学A」および「数学II・数学B」の標準化・等化が達成された.なお,テストレットモデルとしては,連続反応モデルが採用された.これらの研究は,吉村・石塚・大津・林・内田・椎名・中畝・荘島(2004)による「平成16年度大学入試センター試験モニター調査研究報告」における「第5章年度間共通問題を用いた平成15,16年の「数学I・数学A」「数学II・数学B」の等化の試み」で詳しく報告された.項目反応理論におけるテストレットモデルは、わが国の大規模公的試験を標準化する上で一定の役割を担うだろうと期待される。

テストレットモデルは、項目間に局所独立の仮定が成立しない際に、有効である項目反応モデルの総称である。それらのうち、段階反応モデル、一般化部分的採点モデル、連続反応モデルなどが有効である。標準化は、2つのことから成立している。すなわち、尺度化と等化である。尺度化とは、実得点尺度を、相互比較可能であると期待される尺度に変換することを指す。また、等化とは、複数の異なる尺度を同一の尺度で比較可能にする手続きである。本年度は、特に等化に着目して研究を行った。とりわけ、連続反応モデルと呼ばれるテストレットモデルに焦点化した等化研究を行い、雑誌『行動計量学』にて報告した。また、わが国のセンター試験における本試験と追試験のように、アンバランスな標本サイズのテストを等化する研究を行い、雑誌『日本教育工学会論文誌』にて報告した。また、等化する際の社会的合意形成のための調査を行い第32回日本行動計量学会にて研究発表を行った。さらに、時事的な課題として、来年度からセンター試験に導入される英語リスニングテストにおける調査研究を行い第32回日本行動計量学会にて研究発表を行った。また、第46回日本教育心理学会において、標準化のための基礎研究について研究発表を行った。項目反応理論におけるテストレットモデルは、わが国の大規模公的試験を標準化する上で一定の役割を担うだろうと期待される。わが国の公的試験の多くは、大問単位で構成されることが多く、大問内では、問題の類似性から局所独立の仮定が成立していないであろうという懸念が高い。本年度は、大学入試センター試験のモニター試験得点を利用して得点の等化を試みるとともに、報告書作成に向けて諸方法の検討を行った。
飲料抽出残渣からのファインケミカル発酵生産技術の開発

日本のコーヒー輸入量は約40万トン(生豆換算,2012年)であり、コーヒー飲料製造工場や喫茶店などからコーヒー抽出残渣(コーヒー粕)が大量に排出されている。コーヒー粕の多くは廃棄物として処分されているので、廃棄量を削減するため、燃料化や堆肥化などの取り組みが行われている。生コーヒー豆の成分の約40%は糖質なので、コーヒー粕にはセルロースやリグニン以外の多糖類も含まれている。また、コーヒー粕は他のバイオマス系廃棄物と比べて収集が容易なため、有用なバイオマス資源として期待されている。コーヒー粕の有効利用を妨げる原因として、コーヒー粕に含まれるフェノール類の生育阻害作用(酵母、植物等)やセルロース成分の分解の難しさが挙げられる。一方で、麹菌の固体培養法を用いたコーヒー粕からのフェノール類除去、カビ由来の酵素を用いたコーヒー粕成分の分解の検討、黒カビの固体培養法を用いたコーヒー豆殻からのクエン酸の生産に関する研究が報告されている。しかし、コーヒー粕に含まれる多糖類の低分子化および生育阻害物質の除去に適した微生物の探索に関する研究はこれまで行われていなかった。本研究では微生物が産生する酵素を利用してコーヒー粕を低分子化し、高付加価値品(食品添加物、機能性食品、医薬品等)を生産する酵母や乳酸菌の培養に利用することを目指し、コーヒー粕成分である多糖類およびフェノール類分解能を有する微生物の探索とその分解特性の評価を行った。供試微生物をデンプンCD液体培地で回転振盪培養した結果、すべての菌株が増殖し、菌糸塊(カビペレット)を形成した。また、培養終了時におけるカビペレットの色は菌株によって異なり、A. oryzaeは黄土色、A. nigerは黒褐色、B1は白色であった。各液体培地の溶存有機炭素(DOC)と全糖の濃度は、培養終了まで減少し続けたが、グルコース濃度は培養開始に増加し始め、培養5日目に最大値を示した。A.nigerとB1のグルコース濃度の最大値は10 g/l以上に達し、A. oryzaeの濃度の約2倍になった。すべての菌株はデンプン糖化能を有していたが、グルコース濃度の変動に各菌株の特徴がみられた。供試微生物であるAspergillus属の各菌株は、コーヒー粕だけを添加した液体培地中でも増殖し、さらにコーヒー粕を低分子化およびフェノール類を分解することがわかった。本研究で得られた知見を踏まえて、野生株の探索を行い、コーヒー粕有効利用に役立つ微生物の獲得を目指す。日本は年間約40万トンのコーヒーを輸入(2012年)しており、コーヒー飲料製造に伴う廃棄物排出量を削減するため、コーヒー抽出残渣(コーヒー粕)の燃料化や堆肥化が行われている。本研究の目的は、麹菌が産生する酵素を利用してコーヒー粕を低分子化し、高付加価値品(食品添加物、機能性食品、医薬品等)を生産する酵母や乳酸菌の培養に利用することである。本研究では、コーヒー抽出液およびコーヒー粕が麹菌の増殖に及ぼす影響を明らかにするため、液体培養法を用いて麹菌のコーヒー分解特性を評価した。カビペレット形成能を有するAspergillusoryzae IFO 30113とAspergillusniger KCC F0086、および沖縄県宮古島で採取したAspergillus属の野生株(B1株)を供試菌とした。コーヒー分解特性評価には、コーヒーミルで粉砕したコーヒー粉を用いた。コーヒー抽出後のコーヒー粕を用いてコーヒー粕培養液(25g/l)を調製した。また、抽出前のコーヒー豆を用いてコーヒー豆培養液を調製した。コーヒー(豆または粕)培養液が入った三角フラスコを高圧蒸気滅菌後、任意の濃度の胞子懸濁液を培養液に添加し、30°C、120 rpmで15日間、回転振盪培養した。全有機炭素(TOC: Total Organic Carbon)はTOC計(TOC-L, SHIMADZU)、全糖はフェノール硫酸法、グルコースはグルコース計(GF-501-H,TANITA)で測定した。コーヒー粕および抽出液成分の低分子化の特性は菌株によって異なるが、Aspergillus属を用いた液体培養法によってコーヒー粕中のフェノール類が低減されていることがわかった。コーヒー粕および抽出液成分の低分子化の特性は菌株によって異なるが、Aspergillus属を用いた液体培養法によってコーヒー粕中のフェノール類が低減されていることがわかったため。

しかし、コーヒー粕に含まれる多糖類の低分子化および生育阻害物質の除去に適した微生物の探索に関する研究はこれまで行われていなかった。本研究では微生物が産生する酵素を利用してコーヒー粕を低分子化し、高付加価値品(食品添加物、機能性食品、医薬品等)を生産する酵母や乳酸菌の培養に利用することを目指し、コーヒー粕成分である多糖類およびフェノール類分解能を有する微生物の探索とその分解特性の評価を行った。供試微生物をデンプンCD液体培地で回転振盪培養した結果、すべての菌株が増殖し、菌糸塊(カビペレット)を形成した。また、培養終了時におけるカビペレットの色は菌株によって異なり、A. oryzaeは黄土色、A. nigerは黒褐色、B1は白色であった。各液体培地の溶存有機炭素(DOC)と全糖の濃度は、培養終了まで減少し続けたが、グルコース濃度は培養開始に増加し始め、培養5日目に最大値を示した。A.nigerとB1のグルコース濃度の最大値は10 g/l以上に達し、A. oryzaeの濃度の約2倍になった。すべての菌株はデンプン糖化能を有していたが、グルコース濃度の変動に各菌株の特徴がみられた。麹菌によって前処理したコーヒー粕を各種酵母を用いて発酵し、ファインケミカルを生産する。供試微生物であるAspergillus属の各菌株は、コーヒー粕だけを添加した液体培地中でも増殖し、さらにコーヒー粕を低分子化およびフェノール類を分解することがわかった。本研究で得られた知見を踏まえて、野生株の探索を行い、コーヒー粕有効利用に役立つ微生物の獲得を目指す。インキュベーターを予想以上の割引率で購入することができたため。本研究費で購入予定であった複数の消耗品について、納期が次年度であったため。次年度に、当該インキュベーターの付属品の購入費用として使用する計画である。
第2言語としての英語力喪失の過程

主にアメリカ、イギリスから帰国した小学校児童4年生、5年生、6年生を前年度にひきつづき、1ケ月半から2ケ月ごとに数名づつ面接をし、英語で自由会話をつづけた。主に子供の物語りを話してもらうことを続けてきた。また、アメリカ人に依頼して録音テープより書写してもらい、分析の資料とした。毎回1人の児童あたり20分程度である。この研究は3年にわたるが、すでに4年以上現地で生活し、英語に堪能になった子供は、帰国後、何の学習もせずとも、かなり英語を保持しつづけることがわかってきた。また、個人差もあり、ある子供はほとんどことばを失っていくが、ある子供は喪失が感じられない。分析は、形態素のあやまりの回数と性質によるものと、文構造の単純化と、つまずきの回数、文の繰り返し、あやまりについてが主である。その結果、本人は忘れてきたという意識があるものの、文中ではそれが目立たない時期、それがすぎると具体的に文中につまずきが増す。つまり、もはや置き換える表現が頭に浮ばないようになる。また複雑な構造が消えて行って、単純な文構造に変って行く。そして、次に日本語で忘れたところを補い、やがて日本語が英語にとってかわっていくという時期になることがわかってきた。形態素のうち、不規則動詞の過去形と規則動詞の過去形を比較すると、前者は形が残るが、後者はーedが消えて原形になってしまう。冠詞のaとtheでは、前者が消えるのがはやく、後者が保持される傾向がある。これは一部の発見である。しかし、全般的な文構造や、談話構造を把握、分析しなければならない。そのための現象をより最新の資料まで取りつづけないと、明らかにならない部分がある。したがって、できるだけ多くの資料を拠り所とするために、特に変化がようやく激しくなってきた時期だけにこれを行う必要がどうしてもあり、最終のまとめにもう少し時間を必要としている。日本人児童で英国や米国・カナダなどに3年から9年滞在した後帰国した子供がいかにして英語を失っていくか、その現実の姿を記述し、そのメカニズムを明らかにするのが本研究の理想である。3年間の長期研究が認められているので、初年度は、これら小学生数名を対象に大体1ヵ月または2ヵ月に一度の割合で英語によるインタビューをし、一般会話及びストーリーを話してもらうことにより英語の記録をとった。各人、大体20分から30分のテープをとり、それをネイティブ・スピーカーに依頼して書写してもらい、さらに、彼らから見て不自然な英語や、児童の発音のくせなどを指摘してもらっている。このようにして、資料を蓄えることを繰りかえし行っている。現在までに、大体判明していることは、児童で滞在期間が3年程度とそれ以上の場合に、英語力の保持に差がでてくる。その徴候は、單語をえらぶようになる、時々つっかえて英語が出なくなる。本人も英語を失いつつあると意識するという自覚的な面にあらわれるほかに、書写された英文でも、單文が多くなる、同じ單語をくりかえし使用するようになるなどが見られる。一方滞在が4年以上の児童でも、本人はやや失っていることを感じるようだが、実際のコミュニケーションにはさしつかえがない。3年以内の児童、中学生や高校生で帰国者についてのインタビュウ調査やアンケート調査などは、第2年目で行うとともに、すでに行っている長期調査は続行する予定である。それによって、すでに研究がかなり進んでいる第2言語の習得の経過とそのメカニズムについての仮設が、第2言語の喪失とどうかかわるか関係をも分析してみていく。第2言語としての英語を習得した海外滞在のの小学校児童が帰国して,その後英語をどの程度保持できるか,またどのようにして忘れていくかについての研究の第2年目が終了する.もう一年間残っているが,この間,ほゞ1ヶ月に1回の割合で,小学校帰国児童数名とのインタビューを繰り返してきた.1人あたり約20分程度から30分程度,主にストーリーを話してもらう.このほかに,本人が英語を話す際に何か困難があるかどうかを質問している.これらをテープに録音し,さらにアメリカ人に書写を依頼し,資料として貯えることを行ってきた.これはさらに継続するわけだが,前年につづきある程度の傾向はでてきたように思われる.(1)7年以上英米などに住み帰国した児童は, 2年たっても英文の流暢さと正確さにあまり変化がない.しかし2年たつころ本人は頭で英語の表現を考えたり,ことばがうまくでてこないという意識をもつようになり,それが自分は英語が話せなくなったという意識に変化する.(2)2年程度滞在した後帰国した児童は1年たたないうちに明らかに話せなくなってくる.(3)表現や文構造が次第に単純になっていく傾向がある.(4)単語数が減少し,同じ語や表現を繰り返すようになる.(5)週一度英語教室に通うのは多少歯止めになる.特に先生がアメリカ人などのネイティブ・スピーカーである場合がそうである.日本人の文法中心の授業は役立たない.その他に児童によっても生理的な差があるように見受けられる.男女差もあるかもしれない.小学校4年生から6年生の場合である.主にアメリカ、イギリスから帰国した小学校児童4年生、5年生、6年生を前年度にひきつづき、1ケ月半から2ケ月ごとに数名づつ面接をし、英語で自由会話をつづけた。

この研究は3年にわたるが、すでに4年以上現地で生活し、英語に堪能になった子供は、帰国後、何の学習もせずとも、かなり英語を保持しつづけることがわかってきた。また、個人差もあり、ある子供はほとんどことばを失っていくが、ある子供は喪失が感じられない。分析は、形態素のあやまりの回数と性質によるものと、文構造の単純化と、つまずきの回数、文の繰り返し、あやまりについてが主である。その結果、本人は忘れてきたという意識があるものの、文中ではそれが目立たない時期、それがすぎると具体的に文中につまずきが増す。つまり、もはや置き換える表現が頭に浮ばないようになる。また複雑な構造が消えて行って、単純な文構造に変って行く。そして、次に日本語で忘れたところを補い、やがて日本語が英語にとってかわっていくという時期になることがわかってきた。形態素のうち、不規則動詞の過去形と規則動詞の過去形を比較すると、前者は形が残るが、後者はーedが消えて原形になってしまう。冠詞のaとtheでは、前者が消えるのがはやく、後者が保持される傾向がある。これは一部の発見である。しかし、全般的な文構造や、談話構造を把握、分析しなければならない。そのための現象をより最新の資料まで取りつづけないと、明らかにならない部分がある。したがって、できるだけ多くの資料を拠り所とするために、特に変化がようやく激しくなってきた時期だけにこれを行う必要がどうしてもあり、最終のまとめにもう少し時間を必要としている。
有機半導体デバイスにおける電界注入キャリアーの電子スピン共鳴による研究

有機電界効果トランジスターは、軽量柔軟で環境にやさしい有機エレクトロニクスの基幹素子として注目を集めている。本研究では、実際の素子中で機能を担う電界誘起キャリアの電子スピン共鳴(ESR)による直接観察を進めた。1.高分子材料高分子の中で最も移動度の高い立体規則性ポリアルキルチオフェン(0.1cm^2/Vs)の金属-絶縁体-半導体(MIS)デバイス構造のESRを観測し、高電界で注入スピン濃度が頭打ちになり、ポーラロンからスピンを持たないバイポーラロンへの変化を見出した。g値、線幅の角度依存性から、高分子鎖が基板に対して立つ配向を見出し、理論的なポーラロン波動導関数によるESRスペクトル計算により、配高度を定量的に評価した。さらに、フラーレンとの複合体において、高分子上の正ポーラロンとフラーレンラジカルアニオンの両極性キャリアのESR観測に成功した。2.低分子材料ペンタセン薄膜は、高いキャリア移動度(1cm^2/Vs)をもつ有機低分子材料として注目される。東北大の岩佐グループと共同により、ペンタセン電界効果トランジスター中の電場誘起キャリアのESR観測に初めて成功した。ESR信号の線幅から注入キャリアの空間広がりが10分子程度であることを示し、伝導機構がバンド型であることをミクロに解明した。また、g値、線幅の角度依存性から、デバイス界面では分子の長軸が基板に対して立つ配向を持つことを示した。さらに、ペンタセンでは立体規則性ポリアルキルチオフェンと異なり高い印加電圧までスピン注入量は電荷注入量と一致し、分子構造の違いを反映した注入キャリア特性が示された。次に、大阪大の竹谷グループ、東北大の岩佐グループとの共同により、高キャリア移動度を示す低分子ルブレン単結晶の電場誘起キャリアのESR観測にも成功し、ルブレンの高い移動度を反映したESR線幅の尖鋭化を見出した。有機半導体デバイス構造を試作し、電界注入されたキャリアーの特性を電子スピン共鳴(ESR)により調べた。この目的のためESR試料管に挿入可能なサイズでそれ自体ESR信号を出さない石英基板、アルミナ絶縁膜を用いた金属-絶縁体-半導体(MIS)ダイオードを作製し、有機半導体における電界注入ポーラロンの検出と特性評価を行った。まず、立体規則性ポリアルキルチオフェンを取り上げ、基板に対し高分子鎖が立つ配向を取ることをg値、線幅の角度依存性から見出した。また印加電界が高くなると、電界注入スピン濃度が頭打ちになることを明らかにしてポーラロン-バイポーラロン転移の直接的証拠を見出した。またアルキル鎖長が短くなるほどESR線幅が狭くなることを見出し、移動度との相関を明らかにした。さらに立体規則性ポリアルキルチオフェン/フラーレン複合体を用いてMISダイオードを作製し、逆バイアス下でフラーレンの負ラジカルアニオンの信号を見出し、両極性挙動を明らかにした。さらに、多種の物質への展開に備えて、MISダイオード構造の検討を行った。すべての電極構造を作っておいてから最後に半導体膜を作製でき、加熱に弱い膜あるいは不均質な膜にも適応できるボトムコンタクト型デバイスを作製し、立体規則性ポリアルキルチオフェンのポーラロンを検出した。また同じ試料を用いて電界効果トランジスタ(FET)の測定を行った。また、TTCn-TTF分子キャスト薄膜を用いてFETを作製し、電気伝導特性を調べた。また、東北大学の岩佐グループの協力の下、ペンタセン蒸着薄膜を半導体に用いたMISダイオードを作製し、電場によって誘起されたペンタセン中の正キャリアのESR信号の検出に成功した。

本年度は、東北大の岩佐グループとの共同により、高い電荷移動度を示すことから注目されている低分子材料であるペンタセンの電界効果トランジスタ(FET)を作製し、半導体層に注入された正キャリアーの電子状態、及び伝導機構を電子スピン共鳴(ESR)法により調べた。ESR試料管に入るサイズのガラス基板上に、比誘電率の高いアルミナ絶縁膜、ペンタセンの蒸着膜、及びトップ電極を形成し、金属-絶縁体-半導体(MIS)構造を持つFETデバイスを作製した。この構造は、キャパシタンス(C-V)測定が可能な構造であるため、ESR測定、C-V測定、FET特性測定を同一試料で行うことができる。まず、電場誘起ESR信号のg値、線幅の異方性を測定し、正キャリアーの蓄積が起こる絶縁膜界面近傍の局所的な分子配向を調べた。ESR線幅は、ペンタセン中の水素原子核と注入キャリアー(π電子)間の超微細相互作用を反映するため、固体中ではESR信号のg値と共に、π軌道の向きに応じた異方性を示す。観測されたg値と線幅の異方性から、ペンタセン分子の長軸が絶縁膜に対して垂直に立っ(π軌道が膜面内に平行になる)分子配向を持つことが明らかになった。この結果は、X線構造解析の結果と一致したが、界面近傍の分子層の配向を明らかにしたのは、はじめてである。また、ESR線幅の解析から、注入キャリアーの空間広がり(スピン密度分布)が10分子程度であることを示し、ペンタセンにおける伝導機構が従来示唆されてきたホッピング型ではなく、バンド型であることをミクロに解明することに成功した。前年度のESR研究から、導電性高分子である立体規則性ポリアルキルチオフェンのMISデバイスでは、高濃度のキャリアー注入を行うと電荷量の増加に対しスピン量の増加が抑制され、スピンを持っポーラロンからスピンを持たないバイポーラロンへの転移を示す結果が得られている。一方、ペンタセンではスピン注入量は電荷注入量と一致した。従って、分子構造の違いを反映した注入キャリアー特性が示された。本年度は、これまでに開発してきた電場誘起電子スピン共鳴(ESR)法を以下に示す有機半導体デバイスに適用し、デバイス中のキャリアー特性のミクロ観測を行った。(1)大阪大の竹谷グループ、東北大の岩佐グループとの共同により、有機半導体の中で最も高い電荷移動度を示すルブレン単結晶の電場誘起ESR観測を行った。物理気相輸送法により得られたルブレン単結晶を、金電極が作製されたシリコン絶縁膜基板上に貼り付け、ボトムコンタクト型電界効果トランジスタ(FET)構造を作製した。この構造により、標準的なFET特性を得、さらに同一試料で電気容量測定、および電場誘起ESR測定に成功した。電場誘起ESR信号はルブレンのπ電子に起因する異方性を示し、ルブレンへの正キャリアー蓄積を確認した。さらに、ESR線幅に明瞭なmotional narrowing効果が観測され、ルブレンの高い移動度を反映したキャリアーの運動をミクロに示すことに成功した。(2)両極性FET材料として期待される立体規則性ポリアルキルチオフェン(RR-P3AT)/PCBM複合体の電界効果デバイスをAl_2O_3絶縁膜上に作製し、電場誘起ESR観測を行った。PCBMはC_60の可溶性誘導体である。
ヒトiPS細胞から機能的な腸管上皮細胞への分化と創薬研究への応用

本研究では、ヒトiPS細胞から腸管上皮細胞への分化の促進もしくは分化させた細胞の薬物動態学的機能の獲得に有用な低分子化合物を複数見出すことができた。これらの化合物を用いて分化させた細胞は腸管マーカーを発現しており、薬物代謝能、CYP3A4誘導能およびペプチドトランスポーターを介したペプチドの取り込み能を有していた。また、ヒトiPS細胞から分化させた腸管幹細胞は、腸管上皮細胞への分化能を維持したまま、1ヶ月程度培養することが可能であった。さらに、この細胞は凍結保存も可能であった。本研究で得られた成果は、ヒトiPS細胞由来腸管上皮細胞の創薬研究への応用に向けて有用な知見であると考えられる。本年度はヒトiPS細胞から腸管上皮細胞への分化がより効率的に進むような低分子化合物の探索を行い、その方法によって分化させた腸管上皮細胞様細胞の機能解析を行った。ヒトiPS細胞から分化させた腸管幹細胞様細胞から腸管上皮細胞への分化誘導の過程において、ある低分子化合物を用いることで腸管上皮細胞のマーカー遺伝子であるsucrase-isomaltaseおよび主要な薬物代謝酵素であるCYP3A4の発現は顕著に増加した。また、その他のマーカー遺伝子であるvillin 1やISX、腸管に発現する薬物トランスポーターであるSLC15A1、ABCB1、ABCG2の発現も認められた。このことから、このたびヒトiPS細胞から腸管上皮細胞への分化誘導を促進させる有用な低分子化合物を見出すことができたと考えられた。この腸管上皮細胞様細胞の機能評価を行ったところ、ペプチドトランスポーターを介したペプチドの取り込み能が認められた。また、CYP1A、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6、CYP3A4、UGT、SULTなど各種薬物代謝酵素による薬物代謝活性も検出された。特にCYP3A4については、1α、25-ジヒドロキシビタミンD3の処理により、mRNA発現は顕著に誘導され、さらに代謝活性の誘導も認められた。これらの機能は腸管上皮細胞に特徴的な機能であり、本研究で分化誘導させた腸管上皮細胞様細胞は創薬研究における薬物動態評価系としての利用の可能性が示された。前年度の研究において、ヒトiPS細胞から腸管上皮細胞への分化の促進もしくは分化させた細胞の薬物動態学的機能(薬物代謝能、CYP3A4誘導能、ペプチドトランスポーターを介したペプチドの取り込み能)の獲得に有用な低分子化合物を複数見出すことができた。そこで、本年度はこの低分子化合物に共通する作用を有する低分子化合物群を用いて、腸管上皮細胞への分化を行った。その結果、多くの化合物において腸管上皮細胞マーカーやCYP3A4の発現増加および薬物代謝酵素活性、1α,25-ジヒドロキシビタミンD3によるCYP3A4の誘導が認められた。したがって、昨年度見出されたヒトiPS細胞から腸管上皮細胞への分化に有用な低分子化合物は、化合物特有の効果ではなく、これらの化合物が有する作用によるものであることが示唆された。また、ヒトiPS細胞から分化させた腸管幹細胞の維持培養および凍結保存についても検討を行ったところ、腸管上皮細胞への分化能を維持したまま、1ヶ月程度培養することが可能であった。本研究で得られた成果は、ヒトiPS細胞から作製した腸管上皮細胞の創薬研究への応用に向けて有用な知見であると考えられる。薬物動態学本年度はヒトiPS細胞から腸管上皮細胞への分化を促進する低分子化合物を見出すことができた。また、次年度に予定していた機能解析にも着手し、分化させた腸管上皮細胞様細胞は腸管に特徴的な機能も有するという良好な結果も得ている。さらに腸管幹細胞の培養についても予備的な検討を始めている。したがって、おおむね順調に進展していると考える。今後は本年度確立した分化誘導法に従って分化させた腸管上皮細胞様細胞の機能解析をさらに進めていき、薬物動態評価系としての利用の可能性を探っていく。あわせて当初の計画通り、腸管幹細胞の維持培養等についても検討を行っていく。効率的に研究を進展させるために、腸管上皮細胞への分化誘導とその細胞の機能解析を一連の流れとして研究を進めたため生じた。残額は次年度の請求額と合わせて必要な消耗品の購入に使用する予定である。
糖尿病患者に対する漸増起立負荷を応用した簡易的運動耐容能測定法の開発

本研究の目的は、2型糖尿病患者を対象に、新たな運動負荷法である起立動作を用いた漸増起立運動負荷試験(Incremental sit-to-stand exercise :以下ISTS)の運動耐容能評価法としての併存妥当性を確認することである。本研究では、ISTSと自転車エルゴメーター(Cycle ergometer :以下CE)で測定した最高酸素摂取量(Peak VO2)の相関、ISTSのパフォーマンスとCEのPeak VO2の相関を検証することで併存妥当性を確認した。対象者は、松本市立病院に外来通院中の60歳以上の2型糖尿病患者(平均年齢68.0±2.3歳)12名とした。ISTSとCEの施行順はランダム化した。反復起立運動は座面高を床から腓骨頭上縁のまでの高さの1.2倍とし、上肢でストックを使用しながら実施した。ISTSは最初6回/分の起立頻度から始まり、45秒毎に2回/分ずつ漸増し、最大12分で終了とした。CEのプロトコールは10W/分のramp負荷を用いて最大12分で終了とした。両方法でpeak VO、運動実施時間を測定した。peakVO2は運動負荷終了前30秒間の平均値とした。両方法のPeak VO2、運動実施時間の相関はPearson積率相関係数を用いて、平均値の差は対応のあるt検定を用いて確認した。ISTSとCEにおいて全ての対象者が運動負荷試験の中止基準に該当しなかった。ISTSとCEのPeak VO2に有意差はなく、有意な高い相関が得られた。またISTSの運動実施時間とPeak VO2は有意な高い相関が得られた。得られた結果より、糖尿病患者においてISTSの運動耐容能評価法としての併存妥当性が確認され、ISTSはより多くの方々の運動耐容能評価法として応用できる可能性が示唆された。
大規模圧縮文書データベースの構築と高度な検索手法に関する研究

大規模圧縮文書データベースのためのデータ構造と検索アルゴリズムの開発を行った.データ構造としては既存の圧縮接尾辞配列を基本として用いる.このときのパタンPの検索時間は0(|P| log n)時間(nはデータベース中の文書の長さ)であるが,これを高速化するために2つのデータ構造を提案した.1つ目は文字列の2つの接尾辞間の最長一致長を求めるためのものである.これを接尾辞配列と共に用いるとPの検索時間は0(|P|+log n)時間に改善される.データ構造のサイズは6n+o(n)ビットであり,n log nビット必要であった既存手法を大きく改善している.2つ目は,Pの検索が0(|P|)時間で行えるような圧縮接尾辞配列の新しい表現法と検索アルゴリズムである.なおアルファベットサイズはlog nの多項式であるとする.1つ目のデータ構造に関する論文で情報処理学会山下記念研究賞を受賞した.次に,圧縮接尾辞配列を構築する省スペースなアルゴリズムを開発した.既存手法では一旦接尾辞配列を作成し,それを圧縮しているため0(n log n)ビットの一時的なスペースが必要であった.本研究では0(n)ビットの一時的なスペースで動作する0(n |Σ| log n)時間(Σはアルファベット)のアルゴリズムを開発した.これを用いることで,人の全DNA配列に対する圧縮接尾辞配列をメモリ4GBのPCを用いて21時間で作成することが可能になった.既存手法では48GB以上のメモリが必要であった.さらに,文書検索で広く用いられている文書の順位付け法であるtf*idfスコアの計算のためのデータ構造を開発した.現在は転置ファイルと呼ばれるデータ構造が広く用いられているが,特定の文字列に対してしかスコアが計算できない.本研究のデータ構造では任意の検索文字列について準最適時間でスコアの計算ができ,そのサイズはデータベース中の文書サイズの約3倍と非常にコンパクトである.このデータ構造を用いることにより日本語などの単語の切れ目があいまいな文書の検索において検索精度を向上できる.この結果を情報科学技術フォーラムで発表し,FIT船井ベストペーパー賞を受賞した.研究の目標は文字列検索の省スペースな索引の構成と高速かつ高精度な検索アルゴリズムの考案である.そのための索引として,圧縮接尾辞配列を実際に構築した.データとしてはヒトの全DNA配列を用いた.これは約30億文字の塩基からなるが,この配列の索引として庄縮を行わない接尾辞配列を用いるとその索引サイズは約13ギガバイトとなる.本研究ではこれを2ギガバイト以下に圧縮した.圧縮することで検索速度は落ちるが,計算機実験により速度の低下は許容範囲であることを確認した.作成した圧縮接尾辞配列を用いて長大なDNA配列からの類似配列検索を実現した.圧縮接尾辞と組み合わせて検索を高速化するデータ構造として,接尾辞の最長一致接頭辞を高速に求めるための省スペースな索引を提案した.既存のデータ構造では線形サイズのものは存在していなかったが,本研究のデータ構造は線形サイズであり,任意の要素を高速に計算できる.このデータ構造を用いることで,接尾辞配列を用いた文字列検索を模倣することができる.また,圧縮接尾辞配列のデータ構造を改良し,検索したい文字列の長さに比例する検索アルゴリズムを可能とした.文書データベースからの高精度な検索のための手法として近接検索を提案し,その高速なアルゴリズムを作成した.これは検索時にユーザが指定した単語が複数ある場合に,それらが近くに現れている文書を重要とみなし検索のスコアを高くするものである.Webページからの検索実験により,既存の単語の出現頻度を元にした検索アルゴリズムよりも的確な文書を見つけられることを確認した.また検索時間も高速であった.大規模圧縮文書データベースのためのデータ構造と検索アルゴリズムの開発を行った.データ構造としては既存の圧縮接尾辞配列を基本として用いる.このときのパタンPの検索時間は0(|P| log n)時間(nはデータベース中の文書の長さ)であるが,これを高速化するために2つのデータ構造を提案した.1つ目は文字列の2つの接尾辞間の最長一致長を求めるためのものである.これを接尾辞配列と共に用いるとPの検索時間は0(|P|+log n)時間に改善される.データ構造のサイズは6n+o(n)ビットであり,n log nビット必要であった既存手法を大きく改善している.2つ目は,Pの検索が0(|P|)時間で行えるような圧縮接尾辞配列の新しい表現法と検索アルゴリズムである.なおアルファベットサイズはlog nの多項式であるとする.1つ目のデータ構造に関する論文で情報処理学会山下記念研究賞を受賞した.次に,圧縮接尾辞配列を構築する省スペースなアルゴリズムを開発した.既存手法では一旦接尾辞配列を作成し,それを圧縮しているため0(n log n)ビットの一時的なスペースが必要であった.本研究では0(n)ビットの一時的なスペースで動作する0(n |Σ| log n)時間(Σはアルファベット)のアルゴリズムを開発した.これを用いることで,人の全DNA配列に対する圧縮接尾辞配列をメモリ4GBのPCを用いて21時間で作成することが可能になった.既存手法では48GB以上のメモリが必要であった.さらに,文書検索で広く用いられている文書の順位付け法であるtf*idfスコアの計算のためのデータ構造を開発した.現在は転置ファイルと呼ばれるデータ構造が広く用いられているが,特定の文字列に対してしかスコアが計算できない.

本研究のデータ構造では任意の検索文字列について準最適時間でスコアの計算ができ,そのサイズはデータベース中の文書サイズの約3倍と非常にコンパクトである.このデータ構造を用いることにより日本語などの単語の切れ目があいまいな文書の検索において検索精度を向上できる.この結果を情報科学技術フォーラムで発表し,FIT船井ベストペーパー賞を受賞した.
歯周病細菌に起因した心血管系疾患の個体差と細胞感受性に関する分子生物学的解析

今回,A.actinomycetemcomitansが産生する細胞障害性毒素CDTのレセプターである細胞表層糖脂質GM3の発現量を様々な細胞で調べたところ,マクロファージを標的細胞に用いることで,研究が進むということが明らかになった.さらに,マクロファージをA.actinomycetemcomitans由来のリポ多糖で刺激して,泡沫細胞形成に及ぼす効果を調べたところ,刺激群における泡沫細胞形成が有意に増加していることが確認された.次に,マクロファージをLDLあるいは酸化LDL存在下で培養して,泡沫化が形成される条件を検討した,あわせて,歯周病細菌が感染したマクロファージやリポ多糖刺激マクロファージで泡沫化現象が更新するか否かを調べた.今回の実験で,未刺激のマクロファージでは,全く泡沫化は認められなかったのに対し,リポ多糖刺激させたマクロファージあるいは歯周病細菌感染マクロファージにおいて泡沫化像が認められた.さらに,培養液中に,LDLあるいは酸化LDLを添加することにより,多数の泡沫化マクロファージが出現した.次に,微小流路中を用いた実験系で,さまざまな条件化で培養したマクロファージの流通状況を調べたところ,リポ多糖で刺激したマクロファージで血栓形成の充進が認められた.加えて,LDLの濃度依存的に血栓形成が増強されることが明らかとなり,血清中のリポタンパクの状態が血栓形成に深く影響していることが示唆された.今回,A.actinomycetemcomitansが産生する細胞障害性毒素CDTのレセプターである細胞表層糖脂質GM3の発現量を様々な細胞で調べたところ,マクロファージを標的細胞に用いることで,研究が進むということが明らかになった.さらに,マクロファージをA.actinomycetemcomitans由来のリポ多糖で刺激して,泡沫細胞形成に及ぼす効果を調べたところ,刺激群における泡沫細胞形成が有意に増加していることが確認された.次に,マクロファージをLDLあるいは酸化LDL存在下で培養して,泡沫化が形成される条件を検討した,あわせて,歯周病細菌が感染したマクロファージやリポ多糖刺激マクロファージで泡沫化現象が更新するか否かを調べた.今回の実験で,未刺激のマクロファージでは,全く泡沫化は認められなかったのに対し,リポ多糖刺激させたマクロファージあるいは歯周病細菌感染マクロファージにおいて泡沫化像が認められた.さらに,培養液中に,LDLあるいは酸化LDLを添加することにより,多数の泡沫化マクロファージが出現した.次に,微小流路中を用いた実験系で,さまざまな条件化で培養したマクロファージの流通状況を調べたところ,リポ多糖で刺激したマクロファージで血栓形成の充進が認められた.加えて,LDLの濃度依存的に血栓形成が増強されることが明らかとなり,血清中のリポタンパクの状態が血栓形成に深く影響していることが示唆された.まず,A.aが産生する細胞障害性毒素CDTのレセプターである細胞表層糖脂質GM3の発現量を様々な細胞で調べたところ,マクロファージを標的細胞に用いることで,研究が進むということが明らかになった.さらに,今年度,in vitroの培養系で泡沫細胞を形成させ,それを定量的に解析するシステムを開発した.それを用いて,マクロファージをA.a.由来のLPSで刺激して,泡沫細胞形成に及ぼす効果を調べたところ,刺激群における泡沫細胞形成が有意に増加していることが確認された.そこで,次年度に向けて,より分子レベルで解析できるようにマイクロチップを使った培養系の確立に着手した.これまでのところ,3日間培養可能なマイクロチップの開発に成功し,泡沫細胞の形成系で,その有効性を確認しているところである.今年度の研究では、マクロファージをAggregatibacter actinomycetemcomitansおよびporphyromonas gingivalisといった歯周病細菌由来のリポ多糖で刺激し、in vitroの培養系で血栓形成能について検証した.まず、マクロファージをLDLあるいは酸化LDL存在下で培養し、泡沫化が引き起こされるか否かを検討した、さらに、歯周病細菌が感染したマクロファージやリポ多糖刺激マクロファージで泡沫化現象が更新するか否かを調べた.未刺激のマクロファージでは、全く泡沫化は認められなかったのに対し、リポ多糖刺激させたマクロファージあるいは歯周病細菌感染マクロファージにおいて泡沫化像が認められた.さらに、培養液中に、LDLあるいは酸化LDLを添加することにより、多数の泡沫化マクロファーシが出現した.次に、我々は顕微鏡下で、微小流路中における血栓形成を観察する実験系を開発し、さまざまな条件化で培養したマクロファージの微小流路内での流通状況を調べた.微小流路はこれまでにない素材でデザインする必要があったので、まず、流路のデザインをCADを用いて行い、シリコンを素材として作成した.一定の流速で、マクロファージが停滞することなく竜注する流路の作成に成功した.これを用いて、24時間、一定の流速で、マクロファージをマイクロチップに刻み込んだ微小流路中を流し、顕微鏡で観察した.これまでの研究で、リポ多糖で刺激したマクロファージで血栓形成の更新が認められた.さらに、LDLの濃度依存的に血栓形成が促進されることが明らかとなった.以上の結果から、今回の研究事業で開発したin vitro培養系は、血栓形成を顕微鏡観察下で定量的に観察することが強く示唆された
ホルモン感受性リパーゼの新機能と脂肪滴分解のメカニズムに関する研究

1.HSLの細胞周期、細胞内シグナリングに関する機能の解析ラットHSLの安定化発現細胞系wt-HSL,HSL423,Mockを各2系列ずつ確立し,それらを用いて,経時的に細胞増殖率、脂質組成、ジアシルグリセロール(DAG)及びトリグリセリド(TG)の代謝、グルコース取り込み率を検討した。wt-HSL発現細胞は細胞内トリグリセリド、コレステロールエステルは減少し、細胞増殖速度は低下していた。また、フォスフォリパーゼCによる膜リン脂質からのDAGの動員と、インスリン存在下でのグルコース由来DAGの生合成はwt-HSL発現細胞で30-50%減少していることから、HSLは膜由来内因性DAGとグルコース由来de novo DAG両者の代謝を制御していることが判明した。また、HSLの過剰発現がDAG感受性PKCの機能に与える影響を検討するため、PKCの細胞膜へのトランスロケーションを検討した。その結果、高血糖、高インスリン状態で細胞膜のDAG感受性PKC-α,εはHSLの過剰発現により減少した。以上よりHSLは細胞内でグルコース由来及び細胞膜由来のDAGを分解してPKCの細胞膜へのトランスロケーションを抑制し得ると結論づけた。2型糖尿病において認められる高血糖、高インスリン状態は細胞内DAGの蓄積からPKCを活性化させ、糖尿病合併症の発症へと導く。組織HSLの活性化はこの過程を抑制し、合併症の発症抑制に貢献する可能性を本研究は証明した。2.脂肪分解のメカニズム:HSLトランスロケーション1.HSLの細胞周期、細胞内シグナリングに関する機能の解析野生型および不活変異型HSLの安定化トランスフェクタントwt-HSL, HSL423, Mockを各2系列ずつ確立し,それらを用いて,経時的に細胞増殖率、脂質組成を検討した。wt-HSL発現細胞は細胞内トリグリセリド、コレステロールエステル、ジアシルグリセロール(DAG)が減少し、細胞増殖速度は低下していた。また、フォスフォリパーゼCによる膜リン脂質からのDAGの動員と、インスリン存在下でグルコースからDAGの生合成はwt-HSL発現細胞で30-50%に減少していることから、HSLは膜由来内因性DAGとグルコース由来de novo DAG両者の代謝を制御していることが判明した。さらに、DAGの標的である細胞膜PKCは、DAG結合部位を持つα, εアイソザイムがHSLの過剰発現により減少することを確認した。以上よりHSLがDAG/PKCの代謝を介して細胞増殖の制御に関与しているという仮説を支持する結果を得た。さらにこの実験系の可逆性を証明するため、テトラサイクリン(Tc)遺伝子制御システム(Tet-Off system)を導入したHSL発現細胞を作製している。正常(wt)HSL及び変異HSL(HSL423, HSL563)のcDNAをTet-Off-CHO細胞に導入し、安定化トランスフェクタントを確立するため、各クローンをスクリーニングしている。2.脂肪的分解のメカニズム: HSLトランスロケーションHSL分子の脂肪滴へのトランスロケーション責任部位を同定するため,トランスフェクション効率が高く、内因性HSLを発現しない疑似脂肪細胞を、CHO細胞にリポタンパク受容体を過剰発現させることにより作製した。この細胞にGFPでラベルされたHSL遺伝子を導入し、脂肪滴への移行能を検討中である。1.HSLの細胞周期、細胞内シグナリングに関する機能の解析ラットHSLの安定化発現細胞系wt-HSL, HSL423, Mockを各2系列ずつ確立し,それらを用いて,経時的に細胞増殖率、脂質組成、ジアシルグリセロール(DAG)及びトリグリセリド(TG)の代謝、グルコース取り込み率を検討した。以上の成果をアメリカ糖尿病学会、国際動脈硬化学会で報告し、論文は後記雑誌に掲載予定である。2.脂肪分解のメカニズム:HSLトランスロケーション1.HSLの細胞周期、細胞内シグナリングに関する機能の解析ラットHSLの安定化発現細胞系wt-HSL,HSL423,Mockを各2系列ずつ確立し,それらを用いて,経時的に細胞増殖率、脂質組成、ジアシルグリセロール(DAG)及びトリグリセリド(TG)の代謝、グルコース取り込み率を検討した。

また、HSLの過剰発現がDAG感受性PKCの機能に与える影響を検討するため、PKCの細胞膜へのトランスロケーションを検討した。その結果、高血糖、高インスリン状態で細胞膜のDAG感受性PKC-α,εはHSLの過剰発現により減少した。以上よりHSLは細胞内でグルコース由来及び細胞膜由来のDAGを分解してPKCの細胞膜へのトランスロケーションを抑制し得ると結論づけた。2型糖尿病において認められる高血糖、高インスリン状態は細胞内DAGの蓄積からPKCを活性化させ、糖尿病合併症の発症へと導く。組織HSLの活性化はこの過程を抑制し、合併症の発症抑制に貢献する可能性を本研究は証明した。2.脂肪分解のメカニズム:HSLトランスロケーション
thrombomodulinの理化学的生物学的諸性質ならびに病態生理学的意義

ヒト胎盤より、既にわれわれの報告した精製法(Thrombosis.Research 37:353,1985)によりthrombomodulin(以下TM)を精製し、その精製標品をマウス腹腔内に8週にわたり繰り返し注射し、さらに皮下に追加免疫を行った。免疫マウスの脾細胞をマウスミエローマ細胞と融合し、培養増殖,腹水産生さらにモノクロナル抗体の精製を常法に従って行った。得られた10クローンのうち、抗体価の高い4クローンをえらび、それらの性質を検索した。4クローンのうち1クローンはIgMを産生し、他はIgGクローンであった。IgGモノクロナル抗体の1つは、トロンビンTM複合によるプロテインCの活性化を阻止し、また、TMのトロンビン不活化をも阻止した。従って、このモノクロナル抗体は、TMのトロンビンとの反応部位を認識する抗体であることが示唆された。他の1つのIgGモノクロナル抗体は、TMのトロンビン不活化を抑制しなかったが、トロンビンTM複合体によるプロテインCの活性化を抑制した。他の抗体はTMの活性に影響を与えなかったが、ウエスターンブロッティングによりTMと反応することがたしかめられた。ヒト尿と血漿を、それぞれSDS-PAGEで分離したのち、これら抗体を用いてウエスターンブロッティングを行うと、尿中および血漿中に、還元下で分子量約5万と推定される可溶性TMが存在することが認められた。一方、尿をQAEセファデックスに吸着し洗滌し、1MNaClで溶出したのち、TM精製法を適用して得られた精製物は、抗TMモノクロナル抗体と反応し、またトロンビン活性を阻害し、トロンビンのプロテインC活性化を促進した。これらの活性は、活性を抑制する抗TMモノクロナル抗体にて阻害された。エピトークの異なる2種類のモノクロナル抗体を組合せたサンドウィッチ法によるELISAでTMを測定する方法を確立し、各種病態における血中および尿中のTMの変動の検索を開始した。
形状安定な傾斜構造セラミック薄膜基板作製のための最適焼結条件の理論化とその実証

傾斜構造セラミック薄膜基板の焼成において,そりの起こらない最適条件を理論的に見出す手法を開発した.まず,解析の基礎となる焼結構成モデルを改良し,粒度分布及びその焼結中の変化を考慮できるように発展させた.次に焼結実験により,本手法の妥当性を検証した.1.焼結構成モデルの改良(1)粒径分布の影響:異径粒子の効果を粘性係数の変動として表す式を作成した.正規分布を例に取り,対象とする全ての粒子の組み合わせを考慮して修正粘性係数を計算したところ,分布が広がるにつれ粘性係数は低下し,すなわちひずみ速度が増加し,ある程度のところでほぼ一定となることがわかった.(2)粒度分布の変化:瞬間の粒成長臨界半径より小さい粒子は消滅に向かうとする方法を用い,焼結中の粒度分布の変化を計算した.上部層の小さな粒子が粒成長により優先的に減少していくことがわかった.本モデルを用いた解析により,焼結中に上部層の小さい粒子が減少し,焼結速度が小さくなることで,そりが生じない条件が存在することが理論的に証明できた.2.焼結実験による解析手法の妥当性の検証沈降法により作製した傾斜アルミナ成形体を焼成し,粒度,気孔径,密度の分布,形状変化を計測した.これらの計測値と解析による計算値はよく一致し,改良した焼結解析法の妥当性が確認できた.また,作製した焼結体のそりはわずかであり,最適条件を計算により予測可能であることが確かめられた.傾斜構造セラミック薄膜基板の焼成において,そりの起こらない最適条件を理論的に見出す手法を開発した.まず,解析の基礎となる焼結構成モデルを改良し,粒度分布及びその焼結中の変化を考慮できるように発展させた.次に焼結実験により,本手法の妥当性を検証した.1.焼結構成モデルの改良(1)粒径分布の影響:異径粒子の効果を粘性係数の変動として表す式を作成した.正規分布を例に取り,対象とする全ての粒子の組み合わせを考慮して修正粘性係数を計算したところ,分布が広がるにつれ粘性係数は低下し,すなわちひずみ速度が増加し,ある程度のところでほぼ一定となることがわかった.(2)粒度分布の変化:瞬間の粒成長臨界半径より小さい粒子は消滅に向かうとする方法を用い,焼結中の粒度分布の変化を計算した.上部層の小さな粒子が粒成長により優先的に減少していくことがわかった.本モデルを用いた解析により,焼結中に上部層の小さい粒子が減少し,焼結速度が小さくなることで,そりが生じない条件が存在することが理論的に証明できた.2.焼結実験による解析手法の妥当性の検証沈降法により作製した傾斜アルミナ成形体を焼成し,粒度,気孔径,密度の分布,形状変化を計測した.これらの計測値と解析による計算値はよく一致し,改良した焼結解析法の妥当性が確認できた.また,作製した焼結体のそりはわずかであり,最適条件を計算により予測可能であることが確かめられた.傾斜構造セラミック薄膜基板の焼成過程では気孔構造に起因してそりがしばしば生じる.本研究では傾斜機能材料の焼結解析法を本プロセスに適用し,そりの起こらない最適条件を見出すことを目的とする.今年度は解析の基礎となる焼結構成モデルを改良し,粒度分布及びその焼結中の変化を考慮できるように発展させた.1.粒径分布の影響Panらの異径2粒子の焼結収縮に関する数値解析結果を基に,異径粒子の効果を粘性係数の変動として表す式を作成した.正規分布を例に取り,対象とする全ての粒子の組み合わせを考慮して修正粘性係数を計算したところ,分布が広がるにつれ粘性係数は低下し,すなわちひずみ速度が増加し,ある程度のところでほぼ一定となることがわかった.ひずみ速度が増加するのは小さな粒子が大きな粒子に取り込まれる速度が大きいことから説明がついた.2.粒度分布の変化瞬間の粒成長臨界半径より小さい粒子は消滅に向かうとするSivakumarらと同様の方法を用い,焼結中の粒度分布の変化を計算した.10層の傾斜分布を想定した計算例では,基板下部の大きな粒子の数はあまり変化しないのに対し.上部の小さな粒子が粒成長により優先的に減少していくことがわかった.これらを焼結モデルを組み入れ,実際の傾斜構造に対する焼結変形解析を行った.平均粒径を用いた従来モデルでは基板が必ずそる計算結果となるのに対し,本モデルを用いた場合はある条件でそりが見られなかった.これは基板上部の微小粒子の減少に伴う焼結速度の低下に起因しており,実際の現象をよく表すことができた.傾斜構造セラミック薄膜基板の焼成過程では気孔構造に起因してそりがしばしば生じる.本研究は傾斜機能材料の焼結解析法を本プロセスに適用し,そりの起こらない最適条件を見出すことを目的とする.昨年度は解析の基礎となる焼結構成モデルを改良し,粒度分布及びその焼結中の変化を考慮できるように発展させた.本年度は焼結実験を行い,解析結果と比較した.1.焼結実験沈降法により作製した傾斜アルミナ成形体と,それらを850°C及び1200°Cで焼成した焼結体を4層にスライスし,各層の粒度,気孔径,密度の分布を測定した.また,焼結体の収縮,形状変化を計測した.2.実験と解析の比較(1)粒度分布,気孔径分布の変化上部層で特に微細粒が消滅し,粗粒が増加するという現象が実験でも確認され,計算結果はよく一致した.

(2)収縮,緻密化,変形焼結体の半径方向の収縮とそりの計測値及び密度分布はそれぞれの計算値とよく一致した.また,作製した試料ではそりがわずかであることが実験でも確かめられた.以上のことにより,改良した焼結解析法の妥当性が検証できた.また,そりのない焼結体を,計算により理論的に予測し,焼成可能であることが確認できた.