hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シラトラン反応剤による塩基フリークロスカップリング置換反応の開発と応用

私は、パラジウム触媒存在下における塩基の添加を必要としないハロゲン化アリールの新規置換反応の開発を行い、卒業をする今年度まで研究室内における重要な役割を担ってきた。私はこれまでに、パラジウム触媒によるジボロンを用いた塩化アリールのボリル化反応が、塩基非存在下において円滑に進行することを報告している。興味深いことにこのボリル化反応は塩化アリールを用いた場合に最も効率よく進行し、臭化アリールやアリールトリフラートではボリル化反応の効率が低下し、原料が回収された。これはこのボリル化反応における鍵ステップが酸化的付加ではないことを示唆している。理論計算により、トランスメタル化において高いルイス酸性を有するホウ素とパラジウム上の塩素が効果的に相互作用することが円滑なボリル化に重要であることが示唆された。そこで私はジボロンの代わりにピナコールボランを用いると、高いルイス酸性を有するホウ素と塩素が効果的に相互作用することにより、パラジウム上に水素が選択的に移動し、ボリル化反応ではなく還元反応が進行すると考えた。検討の結果、パラジウム触媒を用いたピナコールボランによる塩化アリールの還元反応が、塩基非存在下において円滑に進行することを見い出した。また私は修士課程において、非対称ジシランであるシリルシラトラン反応剤が、塩基非存在下における塩化アリールのシリル化反応に適用可能であることを見い出している。この知見をもとに、私は塩基非存在下においてアリールシラトラン反応剤がパラジウム触媒を用いた塩化アリールの檜山カップリング反応に適用可能であると考えた。検討の結果、目的とする檜山カップリング反応の達成には、当初の想定とは異なり塩基の添加が必須であることがわかった。28年度が最終年度であるため、記入しない。1パラジウム触媒によるシリルシラトランを用いた塩化アリールのシリル化反応私は有機ケイ素化合物の合成のための新たな反応剤として「シリルシラトラン」を合成し、本反応剤を用いたシリル化反応がパラジウム触媒存在下中性条件で円滑に進行することを既に申請時に報告している。興味深いことに本反応は塩化アリールのみで進行する。これは本反応の鍵ステップがトランスメタル化にあることを示唆している。今回私は、量子化学計算ならびにNMR実験によって、本反応の反応機構を詳細に検討した。その結果、シリルシラトラン上のケイ素の高いLewis酸性、および塩素とケイ素の特異的な相互作用がトランスメタル化を円滑に進行させる鍵であることが示唆された。2塩基非存在下パラジウム触媒を用いた塩化アリールのボリル化反応これまでに報告されているパラジウム触媒を用いたハロゲン化アリールのボリル化反応はいずれも塩基の添加が必要である。今回私は、1で得られた知見をもとに、高いLewis酸性を有する原子としてホウ素に着目し、ジシランの代わりにジボロンを用いることで、同様に塩基非存在下パラジウム触媒による塩化アリールのボリル化反応が進行することを見いだした。興味深いことに本反応は上述のシリル化反応と同様に塩化アリールを用いた場合にのみ選択的に進行した。また塩化リチウムを添加剤として用いることで、臭化アリールやアリールトリフラートを用いた場合においてもボリル化反応が円滑に進行した。次に本反応におけるトランスメタル化の過程についてDFT計算を行い、反応機構に関して詳細な検討を行った。その結果、高いLewis酸性を有するホウ素と塩素との効率的な相互作用が反応を円滑に進行する鍵であることが示唆された。これらの反応は塩基フリークロスカップリング置換反応へのさらなる応用が期待され、将来性の高い成果であると言える。1パラジウム触媒によるシリルシラトランを用いた塩化アリールのシリル化反応私は有機ケイ素化合物の合成のための新たな反応剤として、シラトラン骨格を片側に有する非対称ジシラン「シリルシラトラン」を合成し、本反応剤を用いた塩化アリールのシリル化反応がパラジウム触媒存在下中性条件で円滑に進行することを既に報告している。今回私は、量子化学計算によって、本反応の反応機構を改めて詳細に検討した。その結果、シリルシラトラン上のケイ素の高いLewis酸性、および塩素とケイ素の特異的な相互作用がトランスメタル化を円滑に進行させる鍵であるというこれまでの想定が再度支持された。2塩基非存在下パラジウム触媒によるピナコールボランを用いた塩化アリールの還元反応私は昨年度の報告書において、ジシランの代わりにジボロンを用いると、同様に塩基非存在下パラジウム触媒による塩化アリールのボリル化反応が進行することを既に報告している。今回私はジボロンの代わりにピナコールボランを用いると、高いLewis酸性を有するホウ素と塩素が効率的に相互作用することにより、パラジウム上に水素が選択的に移動し、ボリル化反応ではなく還元反応が進行することを見出した。興味深いことにこの還元反応は先のシリル化反応やボリル化反応と同様に、トルエン溶媒中において塩化アリールを用いた場合に最も効率よく進行する。これは本反応においても鍵ステップが酸化的付加ではなくトランスメタル化にあることを示唆している。ここで反応溶媒を検討したところ、適切な溶媒を用いることで他のハロゲン化アリールに関しても効率的に還元反応が進行することがわかった。反応の選択性が逆となった原因や溶媒効果を含め、今後反応機構の詳細を更に検討していく予定である。これらの反応は塩基フリークロスカップリング反応へのさらなる応用が期待され、将来性の高い成果である。

「研究実績の概要」1にある、塩基非存在下パラジウム触媒によるシリルシラトランを用いた塩化アリールのシリル化反応において、量子化学計算によって、シリルシラトラン上のケイ素の高いLewis酸性、および塩素とケイ素の特異的な相互作用がトランスメタル化を円滑に進行させる鍵であるという、これまでに想定していた反応機構が再度支持された。この「高いLewis酸性を有する原子と塩素との効率的な相互作用が円滑なトランスメタル化の鍵である」という考え方は、パラジウム触媒を用いたクロスカップリング反応の機構における重要な知見であると考えている。実際にこの考え方をもとに、これまでに塩基非存在下パラジウム触媒を用いたジボロンによる塩化アリールのボリル化反応を既に報告しているのみならず、「研究実績の概要」2にあるように塩基非存在下パラジウム触媒を用いたピナコールボランによる塩化アリールの還元反応を発見することができた。以上の点から、私の研究はおおむね順調に進展していると考えている。私は、パラジウム触媒存在下における塩基の添加を必要としないハロゲン化アリールの新規置換反応の開発を行い、卒業をする今年度まで研究室内における重要な役割を担ってきた。私はこれまでに、パラジウム触媒によるジボロンを用いた塩化アリールのボリル化反応が、塩基非存在下において円滑に進行することを報告している。興味深いことにこのボリル化反応は塩化アリールを用いた場合に最も効率よく進行し、臭化アリールやアリールトリフラートではボリル化反応の効率が低下し、原料が回収された。これはこのボリル化反応における鍵ステップが酸化的付加ではないことを示唆している。理論計算により、トランスメタル化において高いルイス酸性を有するホウ素とパラジウム上の塩素が効果的に相互作用することが円滑なボリル化に重要であることが示唆された。そこで私はジボロンの代わりにピナコールボランを用いると、高いルイス酸性を有するホウ素と塩素が効果的に相互作用することにより、パラジウム上に水素が選択的に移動し、ボリル化反応ではなく還元反応が進行すると考えた。検討の結果、パラジウム触媒を用いたピナコールボランによる塩化アリールの還元反応が、塩基非存在下において円滑に進行することを見い出した。また私は修士課程において、非対称ジシランであるシリルシラトラン反応剤が、塩基非存在下における塩化アリールのシリル化反応に適用可能であることを見い出している。この知見をもとに、私は塩基非存在下においてアリールシラトラン反応剤がパラジウム触媒を用いた塩化アリールの檜山カップリング反応に適用可能であると考えた。検討の結果、目的とする檜山カップリング反応の達成には、当初の想定とは異なり塩基の添加が必須であることがわかった。「研究実績の概要」1にある、塩基非存在下パラジウム触媒を用いた塩化アリールのシリル化反応において、量子化学計算ならびにNMR実験によって、シリルシラトラン上のケイ素の高いLewis酸性、および塩素とケイ素の特異的な相互作用がトランスメタル化を円滑に進行させる鍵であるという知見を得た。
歯肉線維芽細胞及び血清コーティングしたハイドロキシアパタイトの骨親和性

1.HAP(ハイドロキシアパタイト)への細胞付着試験細胞は23代継代培養したウサギ歯肉線維芽細胞(細胞濃度約5万/ml)がHAPを完全に覆うには少なくとも2週間程度を要することが確認された。2週間後の光顕所見および電顕所見からHAP顆粒間の架橋用細胞増殖が認められた。また、培養時にドナーの血清を用いた場合と市販の血清を用いた場合の細胞増殖について比較検討したが、違いは認められなかった。2.インプラント後の組織学的所見移植は、(1)HAP単味(HAP)、(2)ドナー血清でHAPをコーティングしたもの(Serum^+HAP)、(3)ドナー血清でHAPをコーディングし更に歯肉線維芽細胞をコーディングしたもの(Fibro^+HAP)、の3つの同一個体内頭頂骨に移植し、4週と8週で数羽ずつ比較検討を行った。(1)HAP、(2)Serum^+HAP、(3)Fibro^+HAP間の組織学的な所見を比較すると、(3)においてやや新生骨や類骨に富む所見が認められ、母床骨の先端部より、線維芽細胞様細胞や骨芽細胞様細胞が取り囲む新生骨様構造物と新生骨が半島状に伸びていた。この線維芽細胞様細胞の由来は明らかではないが、線維芽細胞によるコーティングの効果はわずかであるが認められたと考えられる。しかし、(1)と(2)においては大きな差は認められなかった。これにより、血清によるコーティングの効果はあまりないと考えられる。4週と8週で比較すると、4週では線維性骨による骨修復と密で太いコラーゲン線維が認められた。8週では線維性骨はあまり認められず、新生骨や類骨に富む所見が認められた。本実験では、頭頂骨内に窩洞を形成し移植した後数例でHAPが窩洞を逸脱し移動することが観察され、この解決が今後の課題となった。
大学生の座位行動の年次変化と介入プログラムの効果検証

本研究では,1身体活動量と座位行動の関係,2進級に伴う座位行動の変化およびその関連要因の検討,3座りすぎ対策としてのスタンディングデスクの効果検証,以上の3点を目的としている.2年目である平成30年度は,座位行動の学年別特徴と決定要因の検討を目的として,運動部に所属していない1年生および4年生の学生を対象に身体活動量を測定し,座位行動の学年差および座位行動に関連する因子について検討した.1年生の1週間の身体活動量は平均で28.2±8.4Mets・時であったのに対して,4年生の1週間の身体活動量は平均で21.9±8.2Mets・時であり,学年間に有意な差が認められた.一方,1日あたりの座位時間については,土日の座位時間に学年差はみられなかったものの,平日の座位時間には有意な差がみられ,1年生の方が4年生よりも長いことが示された.さらに身体活動量別に検討するため,各学年の対象者を身体活動指針に示されている23Mets・時以上を確保できている充足群と,確保できていない非充足群に分類し,各群別に学年比較を行った.その結果,充足群においては座位時間に学年間の差はみられなかったが,非充足群においては平日および土日の座位時間が1年生において長くなる傾向がみられた.即ち,1年生は4年生よりも身体活動量が多いものの,座位時間は4年生よりも長くなる傾向にあることが示唆された.その要因として,1年生は座学の授業コマ数が多いため座位時間が長くなるものの,業間での移動や週1時間の体育の授業等により身体活動量はある程度確保できることが関係していると考えられる.初年度(H29年度)に1年生のデータ取りを行ったが,有効データ数が予定よりも少なくなったため,1年生のデータ採取は昨年度(H30年度)も引き続いて実施した.その結果1年生のデータ数はある程度予定通りの人数分を確保できたが,4年生のデータ数が未だ充分ではないため,今年度も続けてデータの確保を進めていく予定である.最終年度にあたる今年度は,スタンディングデスクの介入効果について検証を進めていくが,この介入研究にあわせて4年生のデータ取りを進めていくことはそれほど難しくないため,研究計画は概ね順調に進展しているものと考えられる.今年度は,当初の予定通り4回生を対象としたスタンディングデスクの介入効果について検証を進めていく.但し,昨年度の研究計画を遂行するには,4年生の活動量データ数が十分でないため,学年差の検証に使用するデータ数の確保も並行して進めていく予定である.本研究では,1身体活動量と座位行動の関係,2進級に伴う座位行動の変化およびその関連要因の検討,3座りすぎ対策としてのスタンディングデスクの効果検証,以上の3点を目的としている.初年度は,体育会系の運動部に所属していない大学1年生を対象に身体活動量を測定し,1週間の身体活動量が身体活動指針に示されている23メッツ・時以上を確保できている充足群と,確保できていない非充足群における座位時間にどのような差異がみられるか,あわせて座位時間に関連する要因について検討することを目的とした.1週間の身体活動量の計測から,身体活動量については充足群と非充足群に有意な差はみられたものの,充足群(580.3±114.6分)と非充足群(601.4±85.0分)の平日の座位時間には差はみられず,休日においても差はみられなかった.また,それぞれの座位時間は,日本人の成人を対象とした研究結果(420分/日であり先進国の中では最も長い)よりもさらに長いことから,充足群,非充足群に関わらず,座位時間を短縮させる必要性が示唆された.座位時間に関係する要因について検討したところ,授業コマ数の多い者は平日の座位時間が長くなることが示されたが,授業時間の短縮を求めることは非現実的であることから,課外の時間帯での取り組みを考慮する必要性がある.

そこで課外の時間帯の生活習慣と座位時間の関係について検討したところ,アルバイトをしている者は平日および休日ともに座位時間は短くなることが示された.1日あたりのスクリーンタイムや学習時間等についてもあわせて検証したが,座位時間との関連は認められなかった.初年度は1年次生を対象として研究を進める計画としており,昨年度は概ね順調にデータの確保ができた.当初予定していた対象者数(60名)よりも多めにデータ測定の依頼を実施したものの,活動量計の未装着等の理由により,実際に分析に使用できたデータは48名であったことから,今年度は,1年生を対象に追加の測定を依頼する予定である.本研究では,1身体活動量と座位行動の関係,2進級に伴う座位行動の変化およびその関連要因の検討,3座りすぎ対策としてのスタンディングデスクの効果検証,以上の3点を目的としている.2年目である平成30年度は,座位行動の学年別特徴と決定要因の検討を目的として,運動部に所属していない1年生および4年生の学生を対象に身体活動量を測定し,座位行動の学年差および座位行動に関連する因子について検討した.1年生の1週間の身体活動量は平均で28.2±8.4Mets・時であったのに対して,4年生の1週間の身体活動量は平均で21.9±8.2Mets・時であり,学年間に有意な差が認められた.一方,1日あたりの座位時間については,土日の座位時間に学年差はみられなかったものの,平日の座位時間には有意な差がみられ,1年生の方が4年生よりも長いことが示された.さらに身体活動量別に検討するため,各学年の対象者を身体活動指針に示されている23Mets・時以上を確保できている充足群と,確保できていない非充足群に分類し,各群別に学年比較を行った.その結果,充足群においては座位時間に学年間の差はみられなかったが,非充足群においては平日および土日の座位時間が1年生において長くなる傾向がみられた.即ち,1年生は4年生よりも身体活動量が多いものの,座位時間は4年生よりも長くなる傾向にあることが示唆された.その要因として,1年生は座学の授業コマ数が多いため座位時間が長くなるものの,業間での移動や週1時間の体育の授業等により身体活動量はある程度確保できることが関係していると考えられる.初年度(H29年度)に1年生のデータ取りを行ったが,有効データ数が予定よりも少なくなったため,1年生のデータ採取は昨年度(H30年度)も引き続いて実施した.その結果1年生のデータ数はある程度予定通りの人数分を確保できたが,4年生のデータ数が未だ充分ではないため,今年度も続けてデータの確保を進めていく予定である.最終年度にあたる今年度は,スタンディングデスクの介入効果について検証を進めていくが,この介入研究にあわせて4年生のデータ取りを進めていくことはそれほど難しくないため,研究計画は概ね順調に進展しているものと考えられる.概ね順調に進捗していることから,今年度は当初の計画通り他学年の測定を実施する予定である.昨年度は予定人数に少々届かなかったため,1年次生の追加測定も並行して実施するが,測定そのものの業務はそれほど負担にならないと考えられるため,また測定に使用する機器も昨年度に十分な数を準備することが出来たことから,計画通りに研究を進められると考えられる.今年度は,当初の予定通り4回生を対象としたスタンディングデスクの介入効果について検証を進めていく.但し,昨年度の研究計画を遂行するには,4年生の活動量データ数が十分でないため,学年差の検証に使用するデータ数の確保も並行して進めていく予定である.旅費が当初の計画よりも少額であったことが要因である.今年度以降備品の購入予定はないことから,初年度で整えた測定環境を活用し,データの採取,分析,発表を計画的に進め,使用計画に準じた予算使用をしていきたい.昨年度予定していた学会発表に伴う旅費の使用が生じなかったこと,また,採取できたデータ数が少なかったことから,データ分析の補助として支払いを予定していた謝金の支出が生じなかったことが残額が生じた理由である.最終年度となる今年度は,積極的に成果発表に取り組むことにあわせて論文の執筆を進め,使用計画に準じた使用をしていきたい.
多細胞スフェロイド含有セメント芽細胞シートによるインプラント周囲組織の再生

インプラント体の強固な結合を獲得し、周囲の歯周組織と調和性を図れる組織としてセメント質に注目した。本研究は1)セメント芽細胞シートを作製してチタンインプラン体との強固な結合(Cementintegration)を誘導する、2)セメント質側に多細胞スフェロイド培養法を応用して複合体を作製し、インプラントを含むハイブリッド型歯周組織の作製を目的とした。1.歯根膜由来幹細胞を用いた細胞シートの作製:再現性のある細胞シートの作製法を確立するために使用する培養ディッシュを検討し、歯根膜由来幹細胞の播種密度や培養ディッシュへのコーティング方法の検討などを行った。また、細胞シートの回収が可能となる培養期間に関して検証を行った。単層の歯根膜由来幹細胞シートの作製が可能となり、組織標本を作製して細胞シートの組織学評価を行った。2.歯根膜由来幹細胞の歯周組織細胞への分化誘導:歯根膜由来幹細胞を歯周組織の細胞(セメント芽細胞および歯根膜細胞、骨芽細胞)に分化誘導を行った。分化誘導にはプラスミノーゲン阻害薬(rhPAI-1)およびβ-Glyceophosphate、Dexamethasone、アスコルビン酸を使用した。3.歯根膜由来幹細胞シートの積層:歯根膜由来幹細胞を用い、細胞シートの積層を行った。積層方法を確立させるため、温度応答性細胞培養ディッシュの冷却時間や積層時の細胞シート同士の接着に必要な時間を検証した。細胞シートの積層が可能となったため、上記2で分化誘導を行った細胞シートの積層を行い、組織標本作製し、組織学的評価を行った。実際に研究を行うと、当初の計画よりも多くの検討項目および操作方法の手技的訓練が必要とされた。1.細胞シートの作製・回収:1細胞の種類によって細胞シートを作製する際の条件設定が異なるため、細胞シートの培養条件の検討項目が多く検証に時間を要した。培養ディッシュの選択、細胞数、播種密度、培養ディッシュへのコーティング方法、細胞シートの回収時期に関して検証を行った。また、細胞と培養ディッシュの接着がやや弱く、長期培養は難しく、ディッシュへのコーティング方法、培養方法の検証を多く行った。また、培地交換の方法やヒートプレートの使用など工夫が必要とされ、操作の訓練が必要だった。2温度応答性細胞培養ディッシュの性質を利用して細胞シートの回収を行ったが、温度の調節や培地量、冷却時間のコントロールの検証が必要であった。2.組織標本の作製:細胞シートの組織学的評価を行うために組織標本を作製した。組織標本を作製する際の固定法に関して、固定する際に細胞シートの形状が保たれなかったので、固定の方法に工夫が必要であり検証を行った。3.細胞シートの積層:細胞シートの積層を行う際に温度応答性細胞培養ディッシュを利用した。細胞シート回収の操作方法に加え、積層時の培養ディッシュの冷却時間や培地量、細胞シート同士の接着に必要な時間の検証などを行った。4.チタンディスクの作製方法:機械加工、粗面加工方法に関して検討を行った。1.細胞シートの分化程度のコントロール:歯周組織再生を適切かつ効果的に行えるようにするため分化誘導の程度がどのくらいで使用するのが良いか分化誘導期間の検証を行う。2.スフェロイド含有歯周組織細胞シートの作製:生体内の3次元環境を再現するために各歯周組織細胞のスフェロイドを作製し、セメント芽細胞シートとコンジュケートさせる。細胞数、細胞密度、各細胞の割合等の検証を行う。3.チタンディスクの作製:機械加工および粗面加工を行い、表面粗さ計測および走査型電子顕微鏡で表面性状の解析を行う。また、セメント芽細胞シートの接着に適切な表面粗さの表面加工の検討を行う。4.細胞シートのチタンディスク表面への接着:チタンディスク上に細胞シートを被覆して細胞シートとディスク上の接着(Cementintegationの獲得)を行う。ディスクへの接着の評価は、実態顕微鏡および走査型電子顕微鏡による視覚的評価と組織標本を作製し、組織学的評価を行う。5.in vivo研究:細胞シートのチタンディスクへの接着が可能となれば、チタンのインプラント様構造体を作製し、その周囲に細胞シートの被覆を行い、インプラントと細胞シートの接着を行う。その後、ラットの脛骨にインプラント埋入窩を形成し、インプラントを埋入する。評価方法として組織標本の作製を行い組織学的評価およびマイクロCT撮像を行い、画像学的評価を行う。インプラント除去トルク値を測定し、インテグレーションの強度を評価する。対照群として従来のOsseointegrationインプラント体を使用する。

分化誘導にはプラスミノーゲン阻害薬(rhPAI-1)およびβ-Glyceophosphate、Dexamethasone、アスコルビン酸を使用した。3.歯根膜由来幹細胞シートの積層:歯根膜由来幹細胞を用い、細胞シートの積層を行った。積層方法を確立させるため、温度応答性細胞培養ディッシュの冷却時間や積層時の細胞シート同士の接着に必要な時間を検証した。細胞シートの積層が可能となったため、上記2で分化誘導を行った細胞シートの積層を行い、組織標本作製し、組織学的評価を行った。実際に研究を行うと、当初の計画よりも多くの検討項目および操作方法の手技的訓練が必要とされた。1.細胞シートの作製・回収:1細胞の種類によって細胞シートを作製する際の条件設定が異なるため、細胞シートの培養条件の検討項目が多く検証に時間を要した。培養ディッシュの選択、細胞数、播種密度、培養ディッシュへのコーティング方法、細胞シートの回収時期に関して検証を行った。また、細胞と培養ディッシュの接着がやや弱く、長期培養は難しく、ディッシュへのコーティング方法、培養方法の検証を多く行った。また、培地交換の方法やヒートプレートの使用など工夫が必要とされ、操作の訓練が必要だった。2温度応答性細胞培養ディッシュの性質を利用して細胞シートの回収を行ったが、温度の調節や培地量、冷却時間のコントロールの検証が必要であった。2.組織標本の作製:細胞シートの組織学的評価を行うために組織標本を作製した。組織標本を作製する際の固定法に関して、固定する際に細胞シートの形状が保たれなかったので、固定の方法に工夫が必要であり検証を行った。3.細胞シートの積層:細胞シートの積層を行う際に温度応答性細胞培養ディッシュを利用した。細胞シート回収の操作方法に加え、積層時の培養ディッシュの冷却時間や培地量、細胞シート同士の接着に必要な時間の検証などを行った。4.チタンディスクの作製方法:機械加工、粗面加工方法に関して検討を行った。1.細胞シートの分化程度のコントロール:歯周組織再生を適切かつ効果的に行えるようにするため分化誘導の程度がどのくらいで使用するのが良いか分化誘導期間の検証を行う。2.スフェロイド含有歯周組織細胞シートの作製:生体内の3次元環境を再現するために各歯周組織細胞のスフェロイドを作製し、セメント芽細胞シートとコンジュケートさせる。細胞数、細胞密度、各細胞の割合等の検証を行う。3.チタンディスクの作製:機械加工および粗面加工を行い、表面粗さ計測および走査型電子顕微鏡で表面性状の解析を行う。また、セメント芽細胞シートの接着に適切な表面粗さの表面加工の検討を行う。4.細胞シートのチタンディスク表面への接着:チタンディスク上に細胞シートを被覆して細胞シートとディスク上の接着(Cementintegationの獲得)を行う。ディスクへの接着の評価は、実態顕微鏡および走査型電子顕微鏡による視覚的評価と組織標本を作製し、組織学的評価を行う。5.in vivo
歯に加わる荷重の三次元測定システムの開発および部分床義歯支台歯への応用

本研究は,歯冠部に加わる荷重の三次元的様相を明らかにしていくために,歯冠内に設置する小型水晶圧電式センサの校正を行い,さらに口腔内への応用を試みた.0.05゚刻みで角度変化の可能な1軸可変バイスおよびセンサを固定する真鍮製ジグにより、センサ受圧面に水平方向から垂直方向へ荷重を加えることを可能にしたスチール製の校正装置を開発した.この校正装置を用い,荷重量とセンサ出力の関係,センサのヒステリシスおよび温度がセンサ出力に及ぼす影響を調べたところ,荷重量とセンサ各軸の出力の相関係数はX軸0.99999、Y軸0.99999、Z軸0.99996であった.ヒステリシスは,X軸1.7%FSO,Y軸1.1%FSO,Z軸0.9%FSOであった.また,温度が10度上昇することにより,X軸の出力は最大0.45%、Y軸は0.46%、Z軸は0.5%と各軸ともごくわずかな増加が認められるのみであり,センサ特性は高いリニアリティと精度を有していることが判明した.本センサをメタルコア用ジグとメタルクラウン外冠で挟み込み,これらをステンレス製ネジでセンサと一体化した歯冠内荷重測定装置を製作することにより,生体内で荷重測定することを可能にした.実験の趣旨を十分に説明し,同意を得た患者2名に最大咬みしめを行わせたところ,咬みしめ強さが増すと荷重方向は近心口蓋側方向に変化した.レストを着脱可能にした部分床義歯支台歯においては,レスト付与により支台歯に加わる荷重は増加し,荷重方向は遠心頬側方向へ変化した.以上のように,被験歯の選択を適切に行うことで歯冠内に設置して機能時の歯冠部に加わる荷重の測定を可能とするシステムの開発に成功した.本研究は,歯冠部に加わる荷重の三次元的様相を明らかにしていくために,歯冠内に設置する小型水晶圧電式センサの校正を行い,さらに口腔内への応用を試みた.0.05゚刻みで角度変化の可能な1軸可変バイスおよびセンサを固定する真鍮製ジグにより、センサ受圧面に水平方向から垂直方向へ荷重を加えることを可能にしたスチール製の校正装置を開発した.この校正装置を用い,荷重量とセンサ出力の関係,センサのヒステリシスおよび温度がセンサ出力に及ぼす影響を調べたところ,荷重量とセンサ各軸の出力の相関係数はX軸0.99999、Y軸0.99999、Z軸0.99996であった.ヒステリシスは,X軸1.7%FSO,Y軸1.1%FSO,Z軸0.9%FSOであった.また,温度が10度上昇することにより,X軸の出力は最大0.45%、Y軸は0.46%、Z軸は0.5%と各軸ともごくわずかな増加が認められるのみであり,センサ特性は高いリニアリティと精度を有していることが判明した.本センサをメタルコア用ジグとメタルクラウン外冠で挟み込み,これらをステンレス製ネジでセンサと一体化した歯冠内荷重測定装置を製作することにより,生体内で荷重測定することを可能にした.実験の趣旨を十分に説明し,同意を得た患者2名に最大咬みしめを行わせたところ,咬みしめ強さが増すと荷重方向は近心口蓋側方向に変化した.レストを着脱可能にした部分床義歯支台歯においては,レスト付与により支台歯に加わる荷重は増加し,荷重方向は遠心頬側方向へ変化した.以上のように,被験歯の選択を適切に行うことで歯冠内に設置して機能時の歯冠部に加わる荷重の測定を可能とするシステムの開発に成功した.部分床義歯の予後を決定する要素の一つとして、支台歯に加わる荷重がある。支台歯への負担過重は支台歯歯周組織に障害を及ぼし、義歯の予後を悪化させると考えられる。本研究では、圧電性超小型荷重センサを歯の内部に組み込むことにより、機能時に歯へ作用する荷重を三次元的に実施し、機能力の口腔内分布をリアルタイムで解析可能な三次元荷重測定システムを開発することを目的としており、本年度は以下のところまで行っている。・三次元荷重測定センサの作成:本センサは圧電センサ(キスラー社製,特注)内蔵のハウジング(外形7mm、内径2.1mm、高経3.5mm)、およびハウジング固定のためにハウジング中央を貫通するポストで構成される。耐荷重および締め付けトルクを考慮して、ハウジングはステンレススチール製、ポストはチタン合金製とした。x軸、y軸はリング基底面と平行な平面上でリングの中心で直交する軸とし、z軸はリング中心を通るx-y平面と垂直な軸とした。内蔵された三枚の圧電センサは、加わった荷重のx、y、z軸の力をそれぞれ測定できるように水晶の結晶構造を考慮して製作されている。クロストークは各軸とも3%以内である。本センサはコバルトクロム製の歯冠およびメタルコアではさみ、歯根に装着するものとした。・荷重装置の製作:クロストークを加味した三軸それぞれの校正を行うため、および模型を用いた測定のために、ステンレススチール製の荷重装置を製作した。本装置は、スライドテーブルを組み込むことにより荷重の作用点を0.1mm刻みで平面上を移動させること、さらにバイスを組み込むことにより±90度の角度を付けた状態での荷重が可能となっている。なお、加重および抜重の際の安全装置を装備している。・校正:荷重量、荷重方向等を変え、現在詳細に行っているところである。

本年度は,歯冠部に加わる荷重の様相を明らかにしていくために,はじめに歯冠内に設置する小型水晶圧電式センサの校正を行い,さらに口腔内への応用を試みた.昨年度製作した校正装置を用いて,荷重量とセンサ出力の関係,センサのヒステレシスおよび温度がセンサ出力に及ぼす影響を調べたところ,荷重量とセンサ各軸の出力の相関係数はX軸0.99999,Y軸0.99999,Z軸0.99996と非常に良好な直線性を示した.ヒステリシスは,X軸1.7%FSO,Y軸1.1%FSO,Z軸0.9%FSOであった.また,温度が10度上昇することにより,X軸の出力は最大0.45%,Y軸は0.46%,Z軸は0.5%と各軸ともごくわずかな増加が認められた.本センサをメタルコア用ジグとメタルクラウン外冠で挟み込む歯冠内荷重測定装置を2名の被験者に製作し,生体内での測定を行った.被験者Iでは咬みしめ強さを変化させたところ,咬みしめ強さが増すと荷重方向が近心口蓋側方向に変化した.被験者IIでは支台歯へのレストの着脱したところ,レスト付与により支台歯に加わる荷重は増加し,荷重方向は遠心頬側方向へ変化した.センサ特性は高いリニアリティと精度を有しており,被験歯の選択を適切に行うことで歯冠内に設置して機能時の歯冠部に加わる荷重の測定を行うことが可能であった.本研究は,歯冠部に加わる荷重の三次元的様相を明らかにしていくために,歯冠内に設置する小型水晶圧電式センサの枝正を行い,さらに口腔内への応用を試みた.一昨年度製作した校正装置を用いて,荷重量とセンサ出力の関係,センサのヒステリシスおよび温度がセンサ出力に及ぼす影響を調べたところ,荷重量とセンサ各軸の出力の相関係数はX軸0.99999、Y軸0.99999、Z軸0.99996であった.ヒステリシスは,X軸1.7%FSO, Y軸1.1%FSO, Z軸0.9%FSOであった.また,温度が10度上昇することにより,X軸の出力は最大0.45%、Y軸は0.46%、Z軸は0.5%と各軸ともごくわずかな増加が認められるのみであり,センサ特性は高いリニアリティと精度を有していることが判明した.本センサをメタルコア用ジグとメタルクラウン外冠で挟み込み,これらをステンレス製ネジでセンサと一体化した歯冠内荷重測定装置を製作することにより,生体内で荷重測定することを可能にした.実験の趣旨を十分に説明し,同意を得た患者2名に最大咬みしめを行わせたところ,咬みしめ強さが増すと荷重方向は近心口蓋側方向に変化した.レストを着脱可能にした部分床義歯支台歯においては,レスト付与により支台歯に加わる荷重は増加し,荷重方向は遠心頬側方向へ変化した.以上のように,被験歯の選択を適切に行うことで歯冠内に設置して機能時の歯冠部に加わる荷重の測定を可能とするシステムの開発に成功した.
腹腔鏡下噴門側胃切除術後再建法別機能評価とQOLに関する研究

腹腔鏡下噴門側胃切除術(LPG)における再建法としてDouble tract法(L-DT, n=15)、空腸間置法(L-JIP, n=15)を行っており、対照として腹腔鏡下胃全摘Roux Y再建(L-TG, n=30)の術後QOLおよび機能評価(小腸吸収動態、ホルモン分泌動態をの検索)を行った。この結果、1)LPG群ではL-TG群に比較して術後体重は有意に多く、食事量ではL-DT群が有意に多かった。2) LPG群ではL-TG群に比べ小腸での吸収動態が緩徐であったが、L-DT群が体位による小腸吸収・ホルモン分泌動態の変動が少なく、優れた術式である可能性が示唆された。本臨床研究は、日本において増加しつつある胃上部早期胃癌に対する標準術式を確立することを目的としている。胃上部早期胃癌に対して腹腔鏡下噴門側胃切除術を行う施設が多くなってきたが、再建法については施設ごとに異なるのが現状である。そこで、Double tract(DT)法再建、空腸間置(JIP)法再建および食道残胃吻合(EG)法再建の代表的な3法を行って、術後1年目の時点でアンケートによる術後QOL評価および術後機能評価などを行うこととしている。この術後機能評価では、検査食(エンシュアリキッド200ml)摂取後の血糖値・インスリン・ガストリン・セロトニン・グレリン・インクレチン(GLP-1)の血中濃度測定を15分ごとに5回行うこととしている。特に、グレリンとGLP-1は、いずれも短時間のうちに失活するホルモンであるため、採血と同時に前者は1N塩酸を後者はDDP-IV阻害剤を添加して処理を行う必要がある。そこで、既に当施設で行ない術後1年を経過したDT法およびJIP法の症例に、本負荷試験を行って、測定法のコツおよびホルモン分泌動態を検討し、安定した測定が可能となるよう検討を加えてきた。さらに、当施設では経験の少ないEG法にも検討を加え、安全に施行できるよう手術操作に工夫を加えた。こうして、安全な手術と安定した機能評価が可能になったと判断し、平成27年2月からの噴門部早期胃癌症例に対しては、本格的にRCTとして臨床研究を進行させており、既に3例が登録されたところである。本研究は、増加しつつある胃上部早期胃癌に対して施行する、腹腔鏡下噴門側胃切除術後の再建術式別の機能評価を行って、最も生理的で有用な再建法を見いだし、標準術式を確立することを目的としている。これまでの検討では、腹腔鏡下噴門側胃切除術後Double tract法再建(DT)、空腸間置法再建(JI)、腹腔鏡下胃全摘Roux en Y再建(TG)において各4例ずつの機能評価の集積が得られている。この結果、DT群で食後30分後の血糖値の上昇が抑制されたものの血中インスリン濃度に差は無く、GLP-1はDT群でむしろ低値であった。試験開始前の予想では、GLP-1はDT群において高値を示すと予想していたため、この差異を検索中である。以前機能評価の検査は仰臥位にて施行していたが、今回の検査は坐位で行っているため、この変更が消化管ホルモン分泌動態の差異を生じた可能性がある。この仮説を検討するため、他の術式における過去のデータとの比較を行うこととした。すなわち、腹腔鏡下幽門側胃切除術後Billroth1(B1)法再建とRoux en Y(RY)再建患者を対象にして、術後1年の時点で4例ずつの患者に対して坐位による同様な検討を行ない、以前行った仰臥位でのデータとの比較を行うこととした。その結果、基本的に仰臥位における検討結果に近いものであった。坐位における検討の方がより生理的な食事摂取に近いため、引き続き、坐位による検討を続け、新しく得られたデータに解析を加える予定である。食道残胃吻合(EG)症例を含め、症例集積はやや遅れているが、本年初年から術後1年の機能評価の施行時期に入るので、EGも含めた4群での機能評価の検討を加速して行う予定である。術後機能評価を行う際に、これまでは患者を仰臥位として検査を行っていたが、食事摂取時のより生理的な情況に近づけるために、坐位にて行うこととした。この結果、前述したような予想に反するデータが得られたため、他の術式においても比較を行うこととした。すなわち、腹腔鏡下幽門側胃切除術において仰臥位と坐位での比較を行ったところ、術式間でのデータの差異は小さくなるものの基本的には大差が無いことが確認出来た。このような検討を間に行ったため、遅れを生じた。腹腔鏡下噴門側胃切除術(LPG)は、残胃1/2以上を温存し空腸残胃吻合口径を6cmとするDouble tract法(L-DT)法と、L-DT法再建後、空腸残胃吻合部の肛門側空腸を遮断する空腸間置法(L-JIP)を行っている。【目的】LPG後のL-DT法とL-JIP法、対照として腹腔鏡下胃全摘Roux Y再建(L-TG)の術後QOLおよび測定体位に着目した機能評価を行う。【対象と方法】LPG後L-DT再建:15例(L-DT群)、L-JIP再建:15例(L-JIP群)、L-TG:30例(L-TG群)の術後

1年目の体重・食事量(術後/術前, %)・内視鏡所見を比較した。なお外来通院中のL-DT・L-JIP・L-TG群の各10例に、アセトアミノフェン(AAP)法による吸収試験を仰臥位5例・坐位5例にて行った。すなわちAAP1.5gを混じたエンシュアリキッド200mlを内服後、15分ごと1時間までのAAP血中濃度測定を体位を変えて行った。同時に血糖・インスリン・ガストリン・セロトニン値を測定した。【結果】L-DT群: L-JIP群: L-TG群の体重は89.3:91.1:84.1とL-DT群・L-JIP群がL-TG群より有意に多く、食事量は72.7:70.7:66.7であった。食道炎は10%以下でありPG群の内視鏡残胃観察は全例可能であった。吸収試験ではL-DT群・L-JIP群はL-TG群に比較し有意にAAP上昇が抑制された。またL-JIP群では坐位でのAAP上昇・ホルモン変動が顕著であり、L-DT群では体位による変動が少なかった。【結論】1)LPG群ではL-TG群に比較して術後体重は有意に多かった。2) LPG群ではL-TG群に比べ小腸での吸収動態が緩徐であったが、特にL-DT群では体位による変動が少なく機能温存術式として優れた術式である可能性が示唆された。腹腔鏡下噴門側胃切除術(LPG)における再建法としてDouble tract法(L-DT, n=15)、空腸間置法(L-JIP, n=15)を行っており、対照として腹腔鏡下胃全摘Roux Y再建(L-TG, n=30)の術後QOLおよび機能評価(小腸吸収動態、ホルモン分泌動態をの検索)を行った。この結果、1)LPG群ではL-TG群に比較して術後体重は有意に多く、食事量ではL-DT群が有意に多かった。2) LPG群ではL-TG群に比べ小腸での吸収動態が緩徐であったが、L-DT群が体位による小腸吸収・ホルモン分泌動態の変動が少なく、優れた術式である可能性が示唆された。グレリンとGLP-1は不安定なホルモンであるため、その採血と処理に時間がかかるとデータの信憑性に問題を生じる可能性があり、これまでの腹腔鏡下噴門側胃切除症例に協力をいただき、迅速で正確な測定の検討を行った。さらに、当施設では経験の少ないEG法にも検討を加え、安全にかつ迅速に施行できるよう手術操作に工夫を加えたため、RCTとしての研究開始までに時間を要したため。手術術式の安全性および機能評価法の安定性がほぼ確認されたため、今後は早急に症例数を増やし、早急に各術式10例ずつを達成させる予定である。医歯薬学手術術式の安全性および機能評価法の安定性がほぼ確認されたため、今後はさらに症例数を増やし、早急に各術式10例ずつを達成させる予定である。次回の1人分の血中ホルモン測定費用が64312円を超えるため、次年度にまとめて提出予定であったため。研究当初、グレリンとGLP-1血中濃度の測定値がELISA法ではばらついたため、外部委託検査にて測定を行って比較を行っている。このような研究の中核となる部分を安定させるため、慎重に検討を行った結果、次年度使用分が発生した。次年度の血中ホルモン測定費用がこれまでで一番多くなることが予想され、併せて計画的に使用する予定である。現在もグレリンとGLP-1の測定はELISA法を行っており、外部委託検査の値と比較したところ、安定してきたが、今後、再度測定値がばらつく場合には、測定ポイントを絞って、助成金の範囲内で外部委託検査にて測定を行う予定である。
ラオス中南部における少数民族の健康希求行動は乳児死亡の地域間格差をもたらすか

調査対象7村に居住する民族は,プータイ族,トゥリ族,マンコン族であり,それぞれの村は単一の民族で構成されている。プータイ族は本研究の当初の計画にあったラハナムにおけるメジャーな民族であり本研究の調査地であるセポンにおいても彼らが住むDon Noi村では,各世帯の経済レベルおよび教育歴も同地域の他の村に比べて高い。同村では,予防接種率も高く疾病罹患の報告例も少なかった。1BCG接種率(予防接種率の代替),2自宅出産,3プータイ族か否か,4母親が過去に子供を失った経験,5もち米を乳児に与える行為,6対象児の5歳未満の兄弟の数,7母親の教育歴,8保健医療サービスへのアクセスの良さの8つの変数を投入してLogistic回帰分析を行ったところ,同年代の兄弟が多く,乳児であるにも関わらずもち米を与えられており,保健医療サービスへのアクセスがよい村に居住する子供ほど疾病罹患頻度が高いことがわかった。医療への良好なアクセスは商業地域で販売されるスナック菓子,インスタントラーメン,人工甘味料入り飲料などの所謂ジャンクフードへのアクセスも良好であることを意味する。この為,地理的制約から保健医療サービスの利用が困難な地域では,疾病罹患頻度はアクセス良好な村に比し低かった。これまで,地域の開発や経済発展の影響を受けることが少なかった地域に,急速に多様な商品が導入されていくとその影響は小児の健康に害を及ぼすことが示唆された。他方,予防接種の代替と言えるBCG接種を受けている小児では,疾病罹患頻度は低かった。予防接種については当然ともいえる結果であるとは言え,接種を受けることに否定的な住民が多い地域においてこのことを地域住民の保健啓発に活用することは意義があると考える。本研究はラオス国内の地域間にある健康格差を明らかにすることができ,同国における人々の健康を推進するうえで意義がある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画では,サワナケート県のラハナムとセポンの両地域において,5歳未満の乳幼児を対象とする調査を実施する予定であった.ラハナム地域では,門司らによる人口動態システム変更にかかる作業のため現地調査員の労力負担が大きいこと,また,乳幼児の多くが両親の出稼ぎ先に同行しているなどの理由から調査を予定通り実施することが困難となった.そこで,セポン地域内で異なる部族が居住するAlang Yai, Kaegnpae Nai, Kaengluang Noy, Dong Noiの4村(ラハナム地域と同一部族も含む)を対象として抽出し,出生時およびその後の生活環境等にかかる基礎調査とそれに続く疾病罹患状況調査を実施することにした.当初は,平成25年11月および平成26年2月に疾病罹患調査を含む本調査を合計2回実施する予定であったが,平成25年11月より5ヶ月にわたり2週間毎に疾病罹患状況とその予後および疾病再発等に関する追跡調査を継続して実施することができた.このコホート調査のシステム化は,今年度の意義深い成果の一つであり,小児の疾病罹患とその際の母親等の保護者による治療希求行動をより詳細にわたり把握することが可能となった.上述のシステム化にあたっては,各村のVillage Health Volunteer (VHV)の教育・訓練が不可欠であった.その過程で,各民族間で微妙に異なる健康あるいは疾病罹患についての概念,そして予防接種に関する考え方の違い等,さらには調査対象をとりまく公的保健医療サービスの現状を整理し理解できたことも重要な意味を持つ.更に,身体測定の実施につき現地のセポン郡の保健担当部局より要望が出たことも大変喜ばしいことである.このような動きが出たことは,今後の調査活動を推進する上で有意義と考える.平成26年度,セポン郡における対象地域を4村から7村(Alang Yai, Kaegnpae Nai, Kaengluang Noy, Dong Noi, Van yean Gnai, Vang yeang Noy, Sobsaly)に拡大し,258名の小児につき11カ月間の時系列データを得ることができた.対象となる7村に居住する部族は,プータイ族,トゥリ族,マンコン族であり,それぞれの村は単一の部族で構成されている.新たに対象地域として追加した3村は,これまでの4村と異なりアクセスするための道路事情が極めて悪く,この地理的影響が疾病罹患児の治療の遅れに影響を及ぼすのではないかと推測される.昨年,現地の調査員より要望が出た身体測定を実施し,小児の成長に関する問題を解析することができた.その結果,WHOの基準によるStuntingが全体の62%にみられた.他方,身長に対する体重,つまりWastingの割合は7%と低かった.予防接種の記録を紛失している保護者が多く正確な状況が把握し難いため,予防接種活動を行っている地元の母子保健チームの記録との比較を試みることが,交渉の末ようやく許可されたところである.平成27年度は,現地の小児保健組織とともに小児の成長における問題と予防接種を含む医療サービスへのアクセスの問題改善を目指し,母親を中心とする保護者の意識に関する調査を行う.さらに,その結果を反映した啓発活動等を実施する計画である.啓発活動の成果のモニタリングのため,小児の疾病罹患状況と身体測定を継続して実施する.平成26年度に引き続き,セポン郡の7村を対象として調査を行った.初年度は,11例の死亡報告があったのに対し,2年目である平成27年度には死亡報告は皆無であった.

この差については,マラリアやデング熱などの流行や気候が影響しているのではないかと推測しており,平成28年度に実施予定の調査によりその関連を明らかにする.7村における対象小児の身体測定については,測定者のスキルを高めて再度実施したところ,各村におけるStuntingの割合(-2 Z-Score未満)の幅は50% - 83%であった.Stuntingは長期にわたる栄養不良を反映するものであり,このカテゴリーに該当する小児は免疫力が低下しており感染症にも罹患し易いことが知られていることから,Stuntingを起こす要因を探った.最もStunting小児の割合が高い村(83%)とその割合が最も低い村(50%)の特徴を比較したところ,前者では,母親が農産品の販売のため忙しくしており,医療施設および市場へのアクセスがよく,後者では,その逆の傾向が見られた.また,母親の栄養に関する認識及び行動につき聞き取りを行ったところ,前者では紙パック入りのジュースなどの加糖飲料を購入し,小児に与えている者の割合が想定以上に多く,その分小児の食事量が減少していることが示唆された.この質問紙調査は,対象小児の身体測定データと連結可能なものであるが,データを英訳する際に,連結するコードが失われたため,目下,オリジナルデータを用いてデータの連結作業を行っているところである.この作業が終わり次第,解析を行い本研究の対象小児コホートにおける栄養問題につき取りまとめる予定である.平成25年10月に4村で5歳未満児のコホート調査を開始し,平成26年6月には医療施設へのアクセスが極めて悪く,予防接種率も許容できないほど低い地域にある3村を追加し,7村における1年間のデータ収集を実施することができた.263名の小児を2週間ごとに1年間に渡り疾病罹患の有無を追跡したことから得るものは大きい.データ収集システムも当初は紙ベースのものを現地の保健局で集めてデータ入力する方法をとっていたが,携帯電話によるデータ収集システムを立ち上げ,入力から日本におけるデータ受領までの時間を短縮することにも成功した.特段の介入を行ってはいないが,現地において村落保健ボランティアに対して結果のフィードバックを定期的に行ったことで,彼らの保健に関する意識に変化が見られてきた.例えば,体のしくみや健康と病気について学びたいというリクエストが彼らから出て来たことは,想定外とはいえ非常に喜ばしいことである.本研究が終了する段階では,彼ら自身で小児の健康を推進する手段を提案できると考える.以上の点から,いくつかのデータ収集方法の変更はあったものの,おおむね順調に進展していると考える.平成28年度の死亡例は1例のみで,その後実施した聞き取り調査で,当該乳児の母親が初産で陥没乳頭であったため,水分と栄養補給ができなったことが死亡原因であったことが判明した.母乳育児の推進を徹底するあまりに,人工乳(粉ミルク)の使用を避けてしまったことを教訓として今後の対応に活かすため,セポン郡の母子保健スタッフとワークショップを開催した.緊急時であっても,人工乳を使用するなど臨機応変に対応することは現場では判断できない旨の主張が相次いだ.セポン郡における乳児の生存率向上のためには,現場スタッフによる自主的かつ柔軟な対応を促すに足る教育と研修が不可欠であることが示唆された.
非線形電気機械インピーダンス変調による構造物の初期損傷検出とモニタリング

構造物に貼付または埋め込まれた圧電材料の電気インピーダンスが,構造物に内包された損傷部の接触音響非線形性に起因して構造物振動に同期した変調を示すことを利用した,高感度の損傷モニタリング手法を開発した.この「非線形圧電インピーダンス変調法」は,従来から提案されている圧電インピーダンス法と非線形波動変調法とを融合し発展させたものであり,疲労き裂やボルト緩みなど接触型の初期損傷を感度よく検出可能である構造物に貼付または埋め込まれた圧電材料の電気インピーダンスが,構造物に内包された損傷部の接触音響非線形性に起因して構造物振動に同期した変調を示すことを利用した,高感度の損傷モニタリング手法を開発した.この「非線形圧電インピーダンス変調法」は,従来から提案されている圧電インピーダンス法と非線形波動変調法とを融合し発展させたものであり,疲労き裂やボルト緩みなど接触型の初期損傷を感度よく検出可能である本年度は,(1)非線形圧電インピーダンス変調法の基礎実験を行い,その得失を明らかにすること;(2)非線形圧電インピーダンス変調現象の物理モデルを構築すること,を達成目標として研究を行い,以下の成果を得た.1.開閉クラックの進展監視に関する基礎実験低サイクル曲げ疲労き裂の進展監視の実験装置を使用して,非線形圧電インピーダンス変調法の実験を行った,高周波波動として20kHz100kHzの帯域を検討した結果,この帯域におけるアドミタンス実部のピーク周波数を採用することが妥当であるとの結論を得た.アドミタンス実部のピーク周波数は構造物の駆動点モビリティのピーク周波数に等しいため,この周波数を採用することにより,後述する単一モード近似によるモデル化が可能になる.2.振動学的物理モデルの構築および損傷指標の提案単一モード近似に基づく1自由度モデルに時変ばね定数を導入することによって,低周波振動によって周期的摂動を受ける面接触タイプの損傷を有する構造物のモデルとした.凍結近似を用いて時変アドミタンス解を求め,圧電素子の電流観測値から抽出した瞬時アドミタンスと等値することにより,非線形波動変調現象に対する振動学的解釈を試みた.さらにこのモデルに基づいて,動剛性の摂動の大きさを表す損傷指標を定義した.提案した損傷指標は,複数の試験片における疲労き裂の進行に伴う剛性低下率と良好な相関を示した.本年度は,(1)単一モード時変係数モデルに基づく振動学的解析モデルの確立;(2)同モデルに基づいた非線形インピーダンス変調現象の振動学的解釈;(3)構造物の損傷進展監視への応用の検証,を達成目標として研究を行い,以下の成果を得た.1.き裂進展に関する実験の実施低サイクル曲げ疲労き裂の進展監視の実験装置を使用して,鋼試験片に疲労き裂を進展させた.試験片表面に小穴を加工し,これを基点として試験片幅方向および厚さ方向に表面き裂を進行させることにより,き裂サイズの推移の測定を行うことができた.2.単一モード時変係数モデルによる解析モデルの確立接触タイプ損傷のpump加振による接触剛性変動効果を取り入れた単一モード近似に基づく1自由度線形時変システムモデルにおいて,時変アドミタンスがこの線形時変システムにおけるZadehの時変伝達関数に相当することに留意して,slowly-varyingな系における摂動解法を経て時変アドミタンス解を求めた.さらに周期的pump加振を仮定してフーリエ級数を求め,これらを数値計算による瞬時アドミタンスと比較検討した。さらにこのモデルに基づいて,接触剛性変動の大きさを表す損傷指標を定義した.提案した損傷指標は,疲労き裂のサイズと良好な相関を示した.本年度は,1.はり構造物における局所時変係数モデルに基づく損傷指標の確立,2.疲労き裂進展監視への応用可能性の検証,3.ボルト締結体の弛み検出への応用可能性の検討,を達成目標として研究を行い,以下の成果を得た.1.はり構造物中の接触タイプ損傷のpump加振による接触剛性変動効果を局所時変係数として取り入れたモデルにおいて単一モード近似を行い,1自由度線形時変システムモデルを導出した,このモデルと計測した圧電素子アドミタンスの瞬時値および注目する共振モードのQ値より無次元化モード複素剛性変動の大きさを評価する損傷評価指標およびその計算法を提案した.2.平面曲げ疲労試験を実施し,試験片表面に加工した予備欠陥から成長する疲労き裂長さと1で提案した損傷指標の関連づけを行った.実用可能性および従来手法に対する優位性の観点から,以下の知見を得た.(1)提案した損傷指標KMIは疲労き裂長さaに対して正の相関を示した.(2)環境温度の変化に対して圧電素子の諸定数は変動するが,無次元化された損傷指標への感度は従来法である圧電インピーダンス法における損傷指標へ感度に比較して小さいことを示した.(3)長時間の連続probe駆動による圧電素子及び接着層の温度上昇,試験片の負荷状態の変化によるアドミタンスのドリフトの影響を調査し,無次元化された損傷指標に対する影響が僅少であることを示した.以上のことより,本手法のき裂進展監視への応用可能性とともに,従来手法に比較して環境温度および力学的外部要因の変化に対してロバストであることが示された.3.直方体ブロックに平板をボルト締結し圧電素子を貼付した試験体を用いて,本手法がボルト締結体の弛み検出に適用可能であることを示した.