hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
医用高分子ミクロスフェアの設計と高機能化

高分子ミクロスフェアの特徴を活かし医用機能材料として応用する事例のうち,本研究では次の3件について検討を行った.1.顆粒球によるラテックス粒子の貧食における共存タンパクの影響0.3μm程度の大きさの高分子微粒子は,その電荷の絶対値がゼロから離れるほど,また疏水性であるほど顆粒球に貧食されやすいが,その被貧食性はアルブミン,グロブリン,フィブリノーゲンの存在によって著しく影響される.これは,高分子微粒子に吸着したタンパクがそれぞれ独自の作用により微粒子表面の特性を変化させるためである.上記三血漿タンパクの共存系では被貧食性は複雑な経時変化を示した.2.免疫グロブリンGの配向制御と抗原抗体反応免疫グロブリンGをFabとFcフラグメントとに加水分解して,両者をラテックス粒子に競走吸着させると,両者の吸着量はpHに大きく依存した.これは,吸着がFabフラグメントでは主に静電的な力で, Fcフラグメントでは疎水的な力でなされているためであり,この違いを利用すると, Fc側だけを粒子表面に向けて抗体を粒子に結合させることができる.この時,適度に親水性の表面を持った粒子を用いると,後処理の工程を省いたラテックス診断薬を調製できる.3.エステル部にドラッグを結合させたプロドラッグラテックス血流pHでは加水分解されないが肝臓内など低いpHでは適度な速度で加水分解されてドラッグを徐放するラテックスを開発した.リポソームやマイクロカプセルと異なり月単位の長期ドラッグ徐放担体として活用でき,被貧食過程を有するシステムに有用である.材質としては適度に親水性の高分子が優れていることが確かめられた.高分子ミクロスフェアの特徴を活かし医用機能材料として応用する事例のうち,本研究では次の3件について検討を行った.1.顆粒球によるラテックス粒子の貧食における共存タンパクの影響0.3μm程度の大きさの高分子微粒子は,その電荷の絶対値がゼロから離れるほど,また疏水性であるほど顆粒球に貧食されやすいが,その被貧食性はアルブミン,グロブリン,フィブリノーゲンの存在によって著しく影響される.これは,高分子微粒子に吸着したタンパクがそれぞれ独自の作用により微粒子表面の特性を変化させるためである.上記三血漿タンパクの共存系では被貧食性は複雑な経時変化を示した.2.免疫グロブリンGの配向制御と抗原抗体反応免疫グロブリンGをFabとFcフラグメントとに加水分解して,両者をラテックス粒子に競走吸着させると,両者の吸着量はpHに大きく依存した.これは,吸着がFabフラグメントでは主に静電的な力で, Fcフラグメントでは疎水的な力でなされているためであり,この違いを利用すると, Fc側だけを粒子表面に向けて抗体を粒子に結合させることができる.この時,適度に親水性の表面を持った粒子を用いると,後処理の工程を省いたラテックス診断薬を調製できる.3.エステル部にドラッグを結合させたプロドラッグラテックス血流pHでは加水分解されないが肝臓内など低いpHでは適度な速度で加水分解されてドラッグを徐放するラテックスを開発した.リポソームやマイクロカプセルと異なり月単位の長期ドラッグ徐放担体として活用でき,被貧食過程を有するシステムに有用である.材質としては適度に親水性の高分子が優れていることが確かめられた.
プロテインデータバンクを利用した蛋白質結晶の全自動分子置換法解析の研究

立体構造が未知の蛋白質の結晶解析では、それとアミノ酸配列の高い類似性(30-50%以上)のある蛋白質の立体構造が既知である場合、その蛋白質の原子座標をサーチモデルとして分子置換法による結晶解析が可能である。回転・並進関数のためのサーチモデルをプロテインデータバンクのエントリーの中から自動的に複数個構築し、この中から回転関数・並進関数で正解を与えるものを自動的に探し出す。この方法により結晶解析のプロセスを全自動化するシステムを構築、試験し、正しく稼働することを確認した。全自動分子置換法の計算とWEBサーバソフトウェアは、SGI社のUNIXワークステーションOctaneで実行してきた。最近、Linux計算機が安価で高性能のマシンが広く使われるようになっている。分子置換法の計算は計算時間がかかるため、今後の発展のためにLinuxの導入を行った。そのため、全自動分子置換法のソフトウェアをLihuxマシンに移植した。この時、分子モデルのか数値計算等にSGI社のUNIXワークステーションのオペレーティングシステムIRIX固有の各種ライブラリーを多く使っていた。これをLinux用に書き換えた。さらに、Webページのデザインをより便利なものに書き換えた。以上のようにLinuxでソフトウェアを書き換え、計算スピードが約3倍向上させることに成功した。データの入力から計算結果の表示までの実行プロセスにおいて各種のオプションを導入し、計算結果の結果を検討しながら実行できるようにWEBページのデザインを変更した。これにより、構造決定の成功率を上げることができる。以上、当初の予定通りシステムを完成することができた。この方法により、結晶解析のプロセスを全自動化する。平成12年度では、多様なサーチモデルの構築の研究開発を行った。分子置換法のサーチモデル探索では多くのモデルを発生させ、その中からどれか一つが正解の回転・並進パラメータ与えればよい。サーチモデルの構築は、アミノ酸配列からシークエンスネイバー(n個)を出力し、それらのn対nの立体構造アラインメントから計算している。我々は、さらに、シークエンスネイバーの中から、2次構造、溶媒露出面積の計算により構造の保存されやすい部分を自動的に計算し、サーチモデルの一つとする。これらの計算は既存の計算機を用いた。平成13年度では、多様なサーチモデルの構築の性能向上の研究開発を行った。

この方法により結晶解析のプロセスを全自動化するシステムを構築、試験し、正しく稼動することを確認した。平成14年度までは、全自動分子置換法の計算とWEBサーバソフトウェアは、SGI社のUNIXワークステーションOctaneで実行してきた。最近、Linux計算機が安価で高性能のマシンが広く使われるようになっている。分子置換法の計算は計算時間がかかるため、今後の発展のためにLinuxの導入を行った。そのため、全自動分子置換法のソフトウェアをLinuxマシンに移植した。この時、分子モデルのか数値計算等にSGI社のUNIXワークステーションのオペレーティングシステムIRIX固有の各種ライブラリーを多く使っていた。これをLinux用に書き換えた。さらに、Webページのデザインをより便利なものに書き換えた。以上のようにLinuxでソフトウェアを書き換え、計算スピードが約3倍向上させることに成功した。データの入力から計算結果の表示までの実行プロセスにおいて各種のオプションを導入し、計算結果の結果を検討しながら実行できるようにWEBページのデザインを変更した。これにより、構造決定の成功率を上げることができる。
セラミック表面をもつ合成脂質リポソームの開発と新機能

本研究では、新規の有機-無機複合材料として、セラミック表面をもつ脂質リポソームの開発を目的とした。リポソームは、リン脂質などの生体膜構成脂質を水に分散して得られる二分子膜型の有機小胞体であり、従来は生体膜モデルやドラッグキャリアーに用いられてきた。一方、有機材料と無機材料の特性を融合した有機-無機ハイブリッドの機能が近年注目されている。このような観点から、本研究ではリポソーム上をシリカ等のセラミックスでコーティングした新規の有機-無機ハイブリッド小胞体を作製し、その機能を探索した。本研究の成果を以下にまとめる。1.有機-無機複合ベシクル「セラソーム」の開発リポソーム形成能をもつ脂質の頭部にトリアルコキシシリル基を導入した種々の二本鎖型脂質を新たに設計した。水中において、これら脂質頭部位の加水分解と重縮合、ならびに脂質の自己集合をバランスよく進行させることで、膜表面にシリカセラミックス類似の無機骨格を有するリポソーム「セラソーム」の作製に成功した。2.「セラソーム」の物性、表面修飾ならびに機能化セラソームは、区画形成能やゲル-液晶相転移挙動などリポソームの特徴を保持しているが、その構造安定性は従来型のリポソームに比べて飛躍的に増大することを見出した。また、その構造安定性は、膜表面に形成されるシロキサンネットワークの発達度に大きく依存し、セラソームの表面修飾によって光触媒作用など種々の機能性を導入できることもわかった。3.「セラソーム」の三次元組織化セラソームの構造安定性は、従来のリポソームでは不可能であった基板上へのベシクル集積化を可能にし、交互積層法を用いることで、セラソームの階層的な三次元組織体を構築できることを明らかにした。その結果、従来は水中において単細胞モデルとして扱われてきたリポソームの研究を、固体基板上へ、更には人工多細胞体から人工組織へと拡張できる道を拓いた。リポソームはリン脂質などの生体膜構成脂質を水に分散して得られる二分子膜型の有機小胞体(ベシクル)であり、従来は生体膜モデルやドラッグキャリヤーに用いられてきた。このような観点から、本研究では新規の有機-無機複合材料として、セラミック表面をもつ脂質リポソームの開発を行い、その新機能を探索することを目的とした。今年度に得られた研究成果は、以下のとおりである。(1)新規の有機-無機複合ベシクル「セラソーム」の開発頭部にアルコキシシリル基を有する二本鎖型のペプチド脂質をいくつか開発した。これらを水に分散してゾルーゲル法を適用することで、脂質頭部の加水分解と、その結果生成するシラノール基の重縮合が進行し、セラミック表面をもつ脂質リポソームが形成されることが、透過型電子顕微鏡の観察から明らかになった。この新規な有機-無機複合ベシクルを「セラソーム」と命名した。(2)「セラソーム」の作製条件の最適化「セラソーム」の最適な作製条件を明らかにするために、特に加水分解プロセスに焦点をあてて検討を行った。^1H-NMR法を用いて加水分解反応を追跡した結果、pH3付近の弱酸性条件が最適であることがわかった。

(3)「セラソーム」の膜物性の評価「セラソーム」について、粒径、表面構造、荷電状態、及び相転移挙動を、動的光散乱法、FT-IR、ゼータ電位測定、及び示差走査熱量分析からそれぞれ評価し、膜物性を明らかにした。(4)「セラソーム」の集積化「セラソーム」は会合構造の安定性に極めて優れており、ベシクル形態を保ったまま集積して多細胞モデルとして利用できることが、透過型電子顕微鏡ならびに原子間力顕微鏡の観察から明らかになった。前年度までに、有機材料と無機材料の特性を融合した新規の有機-無機ハイブリッドとして、シリカ表面をもつ「セラソーム」の開発に成功し、その構造特性を明らかにした。本年度は、セラソーム表層の修飾、セラソームの集積化、ならびにベシクル型新規ナノ微粒子としての機能発現に焦点をあてて研究を行った。具体的な研究成果は以下のとおりである。1.「セラソーム」表層の修飾「セラソーム」を構成する脂質の頭部にはシラノール基が存在しており、これら頭部がシロキサンネットワークを形成することでセラミック表面が作製される。このベシクル表層の構造や性質を自在に制御することで、様々な機能をもつ「セラソーム」のデザインを可能にした。すなわち、種々の「セラソーム」形成脂質を分子設計し、その合成を行った。また、形成された膜表面を金属アルコキシドを用いてさらに修飾することで、シリカ、チタニア等のセラミック表面をもつベシクル型ナノ微粒子を開発した。2.「セラソーム」の集積化「セラソーム」の特徴の一つとして、著しい摸構造安定化効果があげられる。この特徴を活用して、種々のイオン性高分子との複合組織化を検討した。すなわち、ゼータ電位測定によって評価した膜の荷電状態をもとに、反対荷電をもつ高分子との交互積層を行い、基板上に「セラソーム」の自己集積体を構築することができた。この集積体は多細胞モデルとしての機能を発現できる新規材料として有望である。3.「セラソーム」の機能発現チタニア表面をもつ「セラソーム」は、リポソームとしての膜特性を有しつつ、チタニア微粒子と同様に光触媒機能を発現することが明らかになった。本研究では、新規の有機-無機複合材料として、セラミック表面をもつ高強度の人工細胞膜「セラソーム」を開発し、その機能発現について検討を行ってきた。最終年度にあたる今年度は、以下の成果が得られた。1.新規セラソームの作製セラソームは、従来型のリポソームに比べて、膜表面に形成されるシロキサンネットワークにもとづいて著しい会合安定性が得られることを、界面活性剤に対する耐性実験等から明らかにした。また、双頭型セラソームや、不斉アミノ酸残基を導入したキラルセラソームを新たに開発した。2.多細胞型セラソーム組織体の構築従来型のリポソームは、会合安定性上の制約から単細胞モデルとしての利用に制限されてきたが、構造安定性に優れたセラソームを用いると人工多細胞としての階層的ベシクル集積体を構築できることを明らかにした。3.セラソームの光触媒機能前年度に見出したセラソームの光触媒機能について更に詳細な検討を加え、セラソーム表面の荷電状態に依存した基質選択性を有すること、セラソーム内に水溶性物質を保持できるユニークな光触媒微粒子であることを明らかにした。4.分子デバイスとしてのセラソームセラソームを人工多細胞としての機能を発現させる上で重要となる膜ドメイン形成能について評価し、セラソームでは従来型のリポソームよりも膜ドメイン形成が極めて有利であることを見出した。これにより、細胞の情報伝達系を規範にした分子デバイスを開発する上で、セラソームの有効性が明らかになった。
ソフトウェアセキュリティ・プライバシーのための静的解析・動的検査法

データ値を含む構造化文書に対する計算モデルとして,標準的計算モデルにデータ値を扱う能力を限定的に付加した,レジスタオートマトン(RA),レジスタ文脈自由文法(RCFG),レジスタ木オートマトン(RTA)が知られている.本研究では,一般のRCFG,ε規則なしRCFG,成長的RCFGに対する所属問題が順に,EXPTIME完全,PSPACE完全,NP完全であること,空問題はこれらどのクラスについてもEXPTIME完全であることを示した.また,RTAについてはこれら2つの問題の計算量がNP完全,EXPTIME完全であることを示した.次に,レジスタ値を抽象化したレジスタ型という概念を導入し,これを利用して,RCFGに対するε規則除去法を示した.さらに,RCFGにおいてガード条件に記述できる比較演算を等号から一般の関係に拡張した一般化RCFG(GRCFG)を提案し,GRCFGに対する所属問題,空問題が判定可能となるような十分条件を与えた.重みによって状態遷移やデータ値操作に要するコストを表現するため,RAに重みを導入した重み付きRA(WRA)が提案されている.本研究では,WRAに関する実行重み計算問題,重み実現可能性問題がそれぞれ,NP完全,PSPACE完全であることを示し,さらに,レジスタ型のみで演算重みが確定するWRAのある部分クラスを導入し,このクラスに属するWRAの重み最小実行を,有向グラフの最小重み経路問題に帰着して求めるアルゴリズムを提案した.また,プログラムセキュリティの定量的尺度である動的情報漏洩量を,抽象解釈法を用いて近似計算するアルゴリズムの提案やその計算量解析を行い,さらに,適応的制御入力最適化への拡張も試みた.さらに,有向グラフを木に分解し直線的文脈自由木文法を用いて圧縮し,正則問合せを直接評価する手法の二つを提案し実験的評価を行った.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)非決定性木変換器における問合せ保存性問合せ保存はデータ変換における情報保存性の一定式化である.変換(ビュー)vが問合せqを保存するとは,ある問合せq'が存在して,任意のデータtに対してq(t)=q'(v(t))を満たすことをいう.すなわち,ソースデータtへの問合せqの結果を,ビューの結果v(t)からも得ることができることを意味する.これまでに知られている問合せ保存性はビューが決定性関数であることを前提としている.そこで本研究では,ビューが非決定性関数であることも許すように定義した問合せ保存性について考察した.具体的に,非決定性ビューにおける問合せ保存性として,全称保存性と存在保存性を新たに定義した.そして,ビューが先読み付き拡張線形トップダウン木変換器の合成で与えられ,問合せが決定性単項2階木変換器で与えられる場合に,問合せ全称保存性が決定可能であることを証明した.また,問合せ存在保存性については十分条件を与え,その十分条件が判定可能であるようなビューと問合せのクラスを示した.さらに,問合せが非決定性関数である場合も考慮した問合せ保存の定義とその決定可能性についても議論した.(2)圧縮構造化文書の直接更新手法XML文書に対する様々なデータ圧縮法が提案されている.その中で木文法に基づく圧縮法は,圧縮した状態で走査可能であるという特徴を持つ.本研究では,直線的文脈自由木文法によって圧縮されたXML文書を,解凍を行わずに更新する手法を提案した.更新箇所の指定には決定性選択トップダウン木オートマトンを用い,更新操作としてはタグ名の変更,部分構造の削除,部分構造の挿入のいずれかを指定する.また,自然言語処理用コーパスTreebank,DBLPを含む実用規模のXML文書を用いて行った実験結果に基づき,提案手法の有効性を示した.研究成果が査読付き学術誌に採録され,学会でも評価されているため.(1)木文法に基づく圧縮XML文書に対するデータ値を考慮した直接更新手法XML文書の圧縮法の1つとして木文法に基づく手法が知られている.また,その手法による圧縮文書に対して解凍せずに更新を行う手法が提案されている.本研究では既存の圧縮法および直接更新法を拡張し,構造情報だけでなく,データ値の参照,およびそれらに依存した構造やデータ値の更新が可能な手法を提案した.また,提案手法を実装し,XMLDBの1つであるBaseX上での更新との比較を行ったところ,提案手法のほうがより少ないメモリ量で更新を行えることが分かった.(2)トップ木に基づくデータ圧縮法および問合せ処理法構造化データの圧縮法としてトップ木を用いる方法が提案されている.この方法は木文法を用いる方法と比較して圧縮率では劣る一方,圧縮データの直接問合せが容易であるという利点がある.本研究では圧縮時に行う併合と呼ばれる操作におけるクラスタの選択順序に着目し,簡単な基準でクラスタ対を併合する手法と,出現数の多い隣接クラスタ対から優先して併合する手法とを実装した.さらに,圧縮データを解凍することなく直接問合せ処理する手法を実装し,実データに対して評価実験を行った.(3)XPath式から木オートマトンへの変換XML文書に対する問合せ言語としてXPathが知られている.本研究ではXPathの部分クラスを定義し,そのクラスのXPath式を先読み付き決定性選択木オートマトンへ変換する手法を提案した.提案法ではXPath式の述語部分をボトムアップ先読み動作に変換し,式全体を先読み結果を用いたトップダウン動作に変換する.また,XPath式とともにXMLのスキーマ情報を入力として与え,そのスキーマに従うXML文書に対しては使われない無駄な規則を削減する変換法も提案した.提案法に基づく変換ツールの実装と評価実験を行った.

どの研究課題についても提案手法に基づくツールを実装し,実データを用いた実験によりその有効性を示すことができ,学会発表による成果の公開も行うことができたため.木文法を用いた構造化文書の圧縮および直接操作について以下の成果を得た.まず従来手法ではデータ値を含まない木を対象としたのに対し,データ値をもつデータ木を導入し,木文法に基づく圧縮法を用いてデータ木の木構造部を圧縮したとき,圧縮文書に対して直接操作を行う手法を提案し,既存のXML DBMSであるBaseXよりも時間,領域両面から効率よく処理が行えることを実証した.次に,トップ木に基づく圧縮法に対して,直接操作法を提案し,実装システムを用いて評価実験を行った結果,提案手法は素朴な手法より100倍高速かつ1/5のメモリ使用量で実行できること,さらに,代表的なXMLデータ管理システムであるBaseX上での更新との比較実験を行ったところ,提案手法が30倍高速かつ1/40のメモリ使用量で実行できることが分かった.最後に,木よりさらに一般的なデータ構造である有向グラフに対して合流頂点分解という手法を導入することで辺の向きも保存するような圧縮法と,圧縮グラフに対する直接操作法を提案した.非決定性選択木オートマトン(NSTA)は,与えられた木に対するオートマトンの実行に基づく簡潔な問合せモデルである.本研究では,ボトムアップ先読み付き決定性トップダウン選択木オートマトンがNSTAと頂点選択能力が等価であることを示した.データ値を扱う能力を抑えたモデルの一つとしてレジスタ付き文脈自由文法(RCFG)が知られている.本研究では,一般のRCFGに対する所属問題と空問題はいずれもEXPTIME完全であること,ε-規則を含まないRCFGに対する所属問題はPSPACE完全であるが空問題はEXPTIME完全にとどまること,ε-規則を含まず非終端記号に対して生成規則の条件部が一意に定まるようなRCFGに対する所属問題はNP完全であり,空問題はPSPACE完全であることを示した.データ値を含むXML文書に対する直接問合せおよび直接更新法に関する研究成果が学術論文誌に採択となった.また,国内研究会における口頭発表も5件行った.また後者のうち2件は学術論文誌および国際会議に投稿中である.データ値を含む構造化文書に対する計算モデルとして,標準的計算モデルにデータ値を扱う能力を限定的に付加した,レジスタオートマトン(RA),レジスタ文脈自由文法(RCFG),レジスタ木オートマトン(RTA)が知られている.本研究では,一般のRCFG,ε規則なしRCFG,成長的RCFGに対する所属問題が順に,EXPTIME完全,PSPACE完全,NP完全であること,空問題はこれらどのクラスについてもEXPTIME完全であることを示した.また,RTAについてはこれら2つの問題の計算量がNP完全,EXPTIME完全であることを示した.次に,レジスタ値を抽象化したレジスタ型という概念を導入し,これを利用して,RCFGに対するε規則除去法を示した.さらに,RCFGにおいてガード条件に記述できる比較演算を等号から一般の関係に拡張した一般化
超高磁場MRIによる人脳内の興奮性及び抑制性神経伝達物質の無侵襲同時計測法の研究

グルタミン酸は人脳内の主要な興奮性の神経伝達物質であり、γ-アミノ酪酸(GABA)は主要な抑制性の神経伝達物質である。これ等は、神経変性疾患や精神神経疾患との関連が指摘されており、例えばグルタミン酸はアルツハイマー病との関連が、そしてGABAは分裂病やてんかんとの関連が指摘されている。しかしながら、グルタミン酸はJ_<HH>カップリングによるピーク分裂があり、かつ化学構造の類似性からグルタミンと^1H化学シフトが隣接するため、従来の1.5T MR装置あるいは近年増加の傾向にある3T MR装置においても検出することが困難であった。一方、GABAはCrピークに埋もれたピークとなり、検出することは困難であった。本研究では、これ等を鑑み、人用4.7T MR装置上で、興奮性神経伝達物質であるグルタミン酸および抑制性神経伝達物質であるGABAを同時に検出し、定量化を行うことを目的とした。これを達成すべく、まず測定法を検討し、局所励起2D CT COSY法によってグルタミン酸、GABA同時検出が可能であることを見出した。この方法をヒト用4.7T MR装置上に開発し、ファントム実験およびボランティア測定によってそれぞれのピーク検出が可能であることを実証した。続いて、測定方法を改良し、ISIS CT COSY法を提案、開発し、本方法によっても、それぞれのピーク検出が可能であることを示した。また、後処理法を開発し、渦電流磁場によるF_2方向の歪みおよび動き等によるF_1ノイズを改善できることを実証した。続いて、ISIS CT COSY法で取得できる2次元スペクトルの定量化方式を開発し、ヒト脳内でグルタミン酸、GABAの濃度測定を実施した。本年度は、人脳内頭頂-後頭葉領域より、興奮性神経伝達物質であるグルタミン酸と抑制性神経伝達物質であるGABA,およびグルタミンの分離検出を、人用4.7TMR装置を用いて実現することを目標として研究を実施した。まず、測定方法の検討を行い、以下に着目した。すなわち、グルタミン酸C4HとグルタミンC4Hの^1H化学シフト差が0.1ppmであり、これが4.7T上で20Hzであること、およびGABAのC3HとC4Hとの磁気的結合が2D COSYによって交差ピークとして検出できることである。この点を鑑み、F_1方向にJ_<HH>をデカップリングすることが可能な2D Constant Time COSY (CT-COSY)によって分離検出が可能であると考えた。続いて、上記方法を局所化した局所励起2D CT-COSY法を開発し、人用4.7T MR装置上に実現した。パルスプログラムを開発後、オシロスコープを用いてパルス動作の確認を行った。次に、本方法を用いて局所スペクトルが取得できることを、ファントム実験により確認した。次に、人脳内の代謝物を模擬した脳模擬ファントムを作製し、上記方法によりこのファントムの局所スペクトルを取得した。この結果、グルタミン酸、グルタミンおよびGABAが検出できることが実証できた。特に、GABAに関しては対角ピークも検出可能であることがわかった。次に、ボランティア測定を実施した。測定ボクセルは、人脳内の頭頂-後頭葉領域の27mlと設定し、測定時間を30分とした。この結果、局所励起CT-COSYスペクトル上で、グルタミン酸、グルタミンおよびGABAのピークが分離検出できた。以上より、人用4.7T MR装置を用いて、局所励起2D CT-COSY法によりグルタミン酸、GABAおよびグルタミンを分離検出できることが実証できた。本年度は、定量化を目指した2Dスペクトルの質向上を目標とした。

加えて、ヒト脳内の前頭葉領域からのスペクトル検出を目標として磁場均一性の評価を実施した。この目標の実現のために、まず局所励起特性の向上を目指した。高磁場である4.7Tでは、^1H化学シフト差による代謝物間のスライス位置ずれが問題となる。加えて、定量精度向上のために180°パルスのスライス特性が必要となる。これ等の問題を解決するため、計測法の改良を実施した。具体的には、局所励起CT COSYシーケンス内の180°パルスを非選択パルスとして、この軸に対するスライス選択をプリパルスとして設定したISISパルスで実施するように改良した。ISISパルスは、プリパルスであるため、比較的長いパルス長とすることができる。このため、断熱通過パルスを適用でき、この結果^1H化学シフト差によるスライス位置ずれおよびスライス特性を改善することが可能となった。この性能を水ファントムにより評価し、化学シフト差1ppmあたり5mmであったずれを2mmと改善できることがわかった。加えて、スライス特性の改良も確認できた。上記に加えて、2DスペクトルのF_1ノイズ対策、F_2方向への歪み対策を提案し、開発した。F_1ノイズ対策としては各t_1のスペクトルの位相ずれを補正するアルゴリズムを開発した。F_2方向への歪み対策としては、水FID信号を用いた渦電流磁場補正を各t_1のFIDに対して施すアルゴリズムを開発した。この結果、ヒト脳スペクトルのF_1ノイズおよびF_2方向への歪みが減じた。ヒト脳内前頭葉領域のスペクトル収集を目標とした磁場均一性の評価では、27mlボクセルにてこれまで実施してきた頭頂後頭葉領域と同等の9Hzの磁場均一性を達成できることがわかった。グルタミン酸およびγ-アミノ酪酸(GABA)は人脳内の主要な神経伝達物質である。これ等は、神経変性疾患や精神神経疾患との関連が指摘されており、例えばグルタミン酸はアルツハイマー病との関連が、そしてGABAは分裂病やてんかんとの関連が指摘されている。しかしながら、グルタミン酸は^1H-^1H同核種カップリング(J_<HH>)によるピーク分裂があり、かつ化学構造の類似性からグルタミンと^1H化学シフトが隣接するため、従来の1.5T MR装置あるいは近年増加の傾向にある3T MR装置においても検出することが困難であった。一方、GABAはCrピークに埋もれたピークとなり、検出することは困難であった。本研究では、これ等を鑑み、人用4.7T MR装置上で、興奮性神経伝達物質であるグルタミン酸とその前駆体であるグルタミン、および抑制性神経伝達物質であるGABAを同時検出することを目的として進め、これまでに局所励起CT COSY法を提案、開発し、人脳からグルタミン酸とGABAを同時に検出できることを実証してきた。この研究成果を発展させるべく、本年度は、人脳内でのグルタミン酸とGABAを同時に定量化、すなわち濃度計測できる方法を開発することを目標とした。具体的には、上記方法による定量化に必要な緩和時間による信号減衰の補正方法と、2Dスペクトルのカーブフィッティングプログラムの提案および開発を行った。緩和時間補正に関しては、J_<HH>のConstant Time delay(T_<ct>)依存性をシミュレーションより求め、緩和時間を算出できる様にした。
周期的な変動を示すマウス精子幹細胞の実体およびその維持機構の解明

本研究は精子幹細胞ニッチの実体を細胞・分子レベルで明らかにすることを目的とする。これまでの研究により、幹細胞が存在する血管近接領域に特異的に発現する遺伝子を20同定した。さらに、同定遺伝子の一つを欠いたマウスにおいて、精子幹細胞数が減少をすることを見いだした。今後、この遺伝子を機能解析することにより、発現細胞が幹細胞ニッチとしてどのように幹細胞を制御するかを明らかにする。多くの動物において、雄の一生を通して精子が作られ続けるためには、精子を供給する大元となる精子幹細胞が必要です。しかしながら、精子幹細胞の実体やその維持機構は、ヒトを含む哺乳動物の精巣で、ほとんど明らかになっていません。本研究は、精子幹細胞および、精子幹細胞を制御している微小環境、ニッチの実体を細胞・分子レベルで明らかにすることを目標とします。私たちは精子幹細胞およびニッチで特異的に発現する遺伝子を同定するために、第一に、精子幹細胞/ニッチが偏在する精巣内の血管付近の細胞群をレーザーマイクロダイセクション法により採取し、第二に、これらを用いてマイクロアレイ解析を行い、特異的発現を示す遺伝子を解析・同定しました。第三に、これら遺伝子について、in situハイブリダイゼーション解析を行い、各遺伝子の精巣内での空間的な発現パターンを調べました。これまでに、300遺伝子についてin situハイブリダイゼーション解析を行い、精巣内の血管付近で特異的に発現する遺伝子を16同定しました。その後、血管付近で特異的に発現する16種の遺伝子がそれぞれ、精巣内のどの細胞で発現しているかを調べました。このとき、その細胞の分布だけでなく、その細胞と精子幹細胞との空間的な位置関係をも明らかにするために、各遺伝子の発現パターンを3次元的に解明することを試みました。現在までに、同定された16種のうち、PDGFRαとCXCL12が精細管表面の一部の細胞でそれぞれ特異的に発現することが明らかとなりました。この結果は、精細管表面の性質は一様であるというこれまでの考えを改めるものです。今後、これらを発現する細胞と精子幹細胞との位置関係を詳細に解析していくとともに、精子幹細胞およびニッチの実体やその相互作用の解明を進めていきます。個体の一生を通じて精子が作られ続けるためには、精子を供給する大元となる精子幹細胞が必要です。しかし、精子幹細胞の実体やその維持機構は、ヒトを含むほ乳動物精巣においてほとんど明らかになっていません。本研究は精子幹細胞および精子幹細胞を制御している微小環境(ニッチ)の実体を細胞・分子レベルで解明することを目標とします。これまでに、400遺伝子についてin situハイブリダイゼーション解析を行い、精巣内の血管付近で特異的に発現する遺伝子を20同定しました。その後、血管付近で特異的に発現する20種の遺伝子がそれぞれ精巣中のどの細胞で発現しているかを調べました。このとき、その細胞と精子幹細胞との空間的な位置関係をも明らかにするために、各遺伝子の発現パターンを3次元的に解明することを試みました。現在まで、同定された20種のうち、PDGFRαとCXCL12が精細管表面の一部の細胞でそれぞれ特異的に発現することが明らかとなりました。精子幹細胞の大部分はPDGFRαとCXCL12を発現する細胞の近くに存在することから、この細胞が精子幹細胞ニッチであることが示唆されました。今後、この細胞が精子幹細胞に対しどのような役割を果たしているのかについて解析を進めます。本研究は精子幹細胞を制御する微小環境(ニッチ)の実体を細胞・分子レベルで解明することを目的とする。平成24年度は、これまでに同定したニッチ特異的発現遺伝子の中から、CXCL12に的を絞って解析を進めた。発現解析の結果、CXCL12を発現する細胞が、精細管を覆うシート状構造をすること、さらに、血管・間質近傍に分布することが明らかとなった。次に、CXCL12発現細胞と精子幹細胞集団の位置関係を調べた。連続精巣切片を用いて調べた結果、ほとんどの精子幹細胞がCXCL12発現細胞の近くに分布していた。さらに培養下において、精子幹細胞はCXCL12発現細ま胞の周りに集まること、そして、精子幹細胞の増殖をCXCL12発現細胞が促進することが明らかとなった。以上の結果から、CXCL12発現細胞は精子幹細胞の近くで精子幹細胞の位置と増殖を制御する可能性が示唆された。本研究により、未だ明らかにされていない精子幹細胞ニッチの候補となる細胞が初めて提示された。

本研究は精子幹細胞/ニッチの実体を細胞・分子レベルで明らかにすることを目標としています。これまでのスクリーニングにより、精子幹細胞/ニッチが存在すると推察される領域に特異的に発現する遺伝子が同定されています。さらに、これらを用いて精子幹細胞/ニッチを細胞レベルで同定することに成功しており、当初の計画どおり順調に進んでいると自己評価します。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究により、マウス精子幹細胞/ニッチが細胞・遺伝子レベルで同定されてきました。今後、同定された精子幹細胞/ニッチで発現する遺伝子をもとに、精子幹細胞/ニッチの性質や機能について解析していきます。
熱ショック因子の活性調節による蛋白質ホメオスタシス容量の制御機構の解明

細胞内蛋白質のミスフォールディングに対する緩衝作用の容量はプロテオスタシス容量とよばれ、その減少は老化と関連する神経変性疾患群やがんの発症と関連している。プロテオスタシス容量の主要な調節機構の一つが熱ショック応答であり、それを転写レベルで制御するのが一群の熱ショック因子(HSF)である。本研究では、常にDNAに結合するHSF4の活性がリン酸化によって調節される仕組みの一端を明らかにし、プロテオスタシス容量が生理的条件下でHSF4の化学修飾により調節されることを示唆した。細胞内の蛋白質ホメオスタシス容量の増減は、遺伝的変異または外的環境変化により蛋白質凝集体が蓄積するかどうかを決める。従来、ストレス条件下で活性化され、蛋白質ホメオスタシス容量を増加させると考えられていた熱ショック因子(HSF)が、非ストレス条件下でもその容量を調節していることが示唆されてきた。本研究では、常にDNA結合型であるHSF4の活性調節機構を解明することで、非ストレス条件下での蛋白質ホメオスタシス容量の調節の分子機構を明らかにし、「HSFが生理的な蛋白質ホメオスタシス容量を調節する」という新たな概念を確立し、蛋白質ミスフォールド病の新たな治療ターゲットを提案することを目的とする。これまでに、HSF4と複合体を形成する蛋白質の網羅的な解析から13の蛋白質を同定した。それらの発現ベクターを作成し、HSP70プロモーターを持つレポーターを用いて機能スクリーニングを行った。その結果、機能が未知のSDCCAG3 (Serologically defined colon cancer antigen 3)がHSF4によるHSP70プロモーターの転写活性を顕著に亢進することを見いだした。相互作用の詳細な検討から、HSF4のDNA結合領域とSDCCAG3のアミノ末端領域が直接結合することが分かった。また、SDCCAG3の細胞への高発現は、HSF4のリン酸化を促進することも明らかとなった。以上の結果は、酵素活性を持たないSDCCAG3が未知のリン酸化酵素を介してHSF4のリン酸化、そしてそれに伴う転写活性の調節を行うことを示唆している。これまでに、HSF4と複合体を形成するSDCCAG3がHSF4のリン酸化を介してその転写活性化能の調節を行うことが示唆されてきた。今回、HSF4-SDCCAG3が作動する経路を探索した。HSF4をノックダウンしたMEF細胞を用いてマイクロアレイ解析を行い、HSF4の新規標的遺伝子群を同定した。MEF細胞におけるHSF4蛋白質の発現量は、レンズと比較して低レベルであるにもかかわらず、ノックダウンにより予想以上に多くの遺伝子で有意な発現量の変化が認められた。同様にしてHSF1またはHSF2をノックダウンにより同定した遺伝子群とHSF4の標的遺伝子群を比較したところ、HSF4により制御を受けている遺伝子群の約60%がHSF1またはHSF2の標的遺伝子と共通の遺伝子であった。さらに、HSF1、HSF2、HSF4のいずれのHSFからも制御を受けている共通の標的遺伝子群も同定された。以上の結果から、HSF4は正常な生育条件下のMEF細胞においても、多くの標的遺伝子の転写調節に関わっていることが示唆された。HSF4-SDCCAG3経路によるこれら遺伝子群の転写調節機構をさらに解明していく。細胞内のプロテオスタシス容量はある一定に保たれており、蛋白質凝集体が蓄積して細胞毒性を発揮するかどうかはこの容量と関連している。近年、プロテオスタシス容量を調節する転写因子HSFが、非ストレス条件下でもその維持に働くことが示唆されてきた。本研究では、常にDNA結合型であるHSF4の活性調節機構を解明することを目的とする。これまでに、SDCCAG3がHSF4のリン酸化とDNA結合活性を促進することでHSP70の転写を亢進することを見いだしている。さらに、HSF4はMEF細胞において多くの標的遺伝子の制御に関わることを示した。本年度は、マウス個体でHSF4発現の高い組織を明らかにし、HSF4-SDCCAG3複合体がクロマチン構造を調節する機構を明らかにする。

HSF4はレンズ組織で高い発現を示すことが知られているが、同時にほとんど全ての組織で発現していることがmRNAのレベルで示されている。しかし、これまでに組織中のHSF4を高感度に検出する抗体がなかったために蛋白質レベルでの発現については知られていなかった。今回、申請者らの作成した抗HSF4抗体を用いたウエスタンブロット法により、ほとんどのマウス組織でHSF4発現を蛋白質レベルではじめて検出した。HSF4発現はレンズとともに、脳、肺、肝臓で高かった。さらに、脳の中でも視床下部でHSF4がmRNAレベルおよび蛋白質レベルでともに高い発現を認めた。この発現パターンは、小脳で高発現であるHSF1とHSF2とは対照的であった。次に、視床下部の核抽出液のDNA結合活性を調べたところ、確かにHSF1とHSF2だけでなくHSF4の結合活性もあることが分った。今後、この視床下部での生理的条件下でのHSF4ターゲット遺伝子を明らかにし、HSF4-SDCCAG3複合体によるクロマチン調節機構を明らかにしてゆく。26年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学、基礎医学、病態医化学、熱ショック応答と分子シャペロン26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の目的とする実験計画を概ね達成し、重要な成果が得られている。HSF4とSDCCAG3の相互作用する点変異体の同定に手間取っている。そのために、その後に予定しているHSF4-SDCCAG3によるクロマチン構造の調節にまで到達できなかった。今後は、SDCCAG3がHSF4とどのリン酸化酵素の結合を安定化するのかを明らかにする。そして、HSF4-SDCCAG3複合体形成によるHSP発現とクロマチン構造制御の解析をする。次に、HSF4とSDCCAG3の蛋白質ホメオスタシス容量における細胞での効果を調べる。同時に、HSF4とSDCCAG3の蛋白質ホメオスタシス容量におけるマウスでの効果も明らかにする。さらに、HSF4-SDCCAG3が作動する蛋白質ホメオスタシス経路とその役割についても解明してゆく。HSF4により転写調節を受けるターゲット遺伝子群を同定できたので、それらのプロモーターのクロマチン構造の調節におけるHSF4およびSDCCAG3の役割の解明を早急に進めていく。高額の研究費(試薬等の消耗品)が必要なDNAマイクロアレイ解析を次年度に実施することとなったため未使用額が生じた。次年度は、HSF4-SDCCAG3が作動する蛋白質ホメオスタシス経路をDNAマイクロアレイ解析によって網羅的に同定し、その経路の蛋白質ホメオスタシスにおける役割について解明する。
当事者の期待による約款解釈理論の構築

アメリカでは、契約解釈のあり方として、書面の文言を重視する形式主義と、契約の背景事情を考慮する機能主義が対立している。保険を典型例とする、事業者と消費者間の契約では、機能主義によると、保険者に想定していないリスク負担を強いるという不利益を生じさせる可能性がある。ただし、保険者の戦略的行動を考慮すれば、消費者を保護する解釈も適切である。合理的期待保護の法理はそのようなものとして理解することもできる。ただし、問題は、消費者保護的解釈を行うべき場合の要件、解釈基準が不明確であることである。裁判所には、適切な基準の確立は適さないとして、行政との協働による基準の明確化等が主張されている。約款解釈においては、客観的解釈をするというのが伝統的な考え方である。ここでは文言を基礎とした客観的な約款の趣旨から解釈するという態度が支持される。約款の趣旨が客観的に理解可能なものであれば、そのような条項の趣旨も考慮される。これに対して、主観的解釈が主張されることもあったが、必ずしも幅広い支持を得るには至っていなかった。この点では契約者が具体的にどのように理解するかということよりも、客観的にあるべき解釈が優先されてきた。これに対して、近時、約款をみても契約者にはわからないという形で、条項の趣旨を斟酌するのではなく、当該条項をみた契約者の具体的な理解から解釈することが行われる場合もある。しかし、このような解釈が従来の客観的解釈を支持する考え方との関係でどのように位置づけられるべきかなどの理論面は明らかではない。アメリカでの合理的期待保護の法理については、約款文言に反しない範囲で合理的期待に合致するように解釈するというものと、約款文言に反しても合理的期待を優先して解釈するという2つのレベルがあるものとされ、特に後者については議論があるところである。合理的期待保護の法理と黙示の意思表示解釈などの関係も含めて検討する必要があるものと思われる。日本における約款解釈をめぐる議論、アメリカにおける合理的期待保護の理論についての議論を進めている最中である。これらについては膨大な議論の蓄積があるために、ある程度時間がかかることは予想していた通りであり、おおむね順調に進展しているものといえる。アメリカにおいて、合理的期待保護の法理と並んで、よくあげられる約款解釈原則として作成者不利の原則がある。本来、作成者不利の原則は約款解釈に限られない解釈原則であるが、約款解釈では異なった用いられ方がなされている。すなわち、作成者不利の原則とは、契約があいまいであるときには作成者不利に解釈するというものであるところ、通常の契約では、複数の合理的な解釈があり、優劣がつけられない場合に作成者不利に解釈するという形で用いられるのに対して、約款では、そのような場合に限らず、複数の解釈が可能であるなどあいまいであれば直ちに作成者不利に解釈するという形で用いられるとされる。アメリカでは、作成者不利の原則はなじみ深いものであるが、近時、この原則に対しては批判も強い。たとえば、次のようなことがいわれる。消費者は約款を読まないのだとすると、約款があいまいであることは消費者には大きな意味をもたない。それにもかかわらず、あいまいであることを理由として作成者に不利な解釈をすることにいかなる合理性があるのか。消費者が約款と読むとしても、あいまいさをなくすようにしようとすると、技術的で専門的な用語を用いた方が正確な表現が可能になるが、それは約款内容を消費者にますます分かりにくくするということである。このような議論は、消費者が約款を読まないとして、保護すべき合理的期待は何かという問題にもつながりうるものである。アメリカでの約款解釈原則についての議論の分析を進めている最中である。アメリカでは、特に消費者契約の解釈、内容規制について、近時も多くの議論がなされており、これらの議論の整理、分析を着実に行っていることから、おおむね順調に進展しているといえる。単純化していえば、アメリカでは伝統的に契約解釈のあり方として、書面の文言を重視する(テクストを重視する)考え方と、契約締結の際の背景事情を考慮する(コンテクストを考慮する)考え方が対立している。約款解釈において、契約者の客観的に合理的な期待を保護するという考え方は、文言に反する場合でも、合理的期待を保護するという場合には、コンテクストを考慮する考え方の1つということもできる。大きくいえば、解釈において、テクストを重視する考え方は、法的な専門知識を有する事業者同士の契約に適しているが、消費者のような法的専門知識を有さない者の契約には適していないところがある。保険を典型例とする、専門知識を有する事業者(保険者)と消費者間の契約は、コンテクストを考慮した場合には、保険者が想定していないリスク負担を強いられるというような不利益を生じさせる可能性があるが、テクストを重視した場合には、消費者が思ってもいない契約内容となるという可能性があるため、どのような解釈が適切かが悩ましい問題となる。ただし、保険者の戦略的行動を考慮すれば、ある程度消費者を保護するような解釈も適切であることは、抽象的にはある程度支持されているように思われる。合理的期待保護の法理や作成者不利の原則はそのようなものとして理解することもできる。ただし、問題は、消費者保護的解釈の基準が不明確ないし、妥当ではないことである。そのために、合理的期待保護法理や作成者不利原則を安易に、明確な基準なしに用いる判例には批判が強い。

裁判所には、適切な基準の確立は適さないとして、行政との協働による基準の明確化等が主張されている。アメリカでは、契約解釈のあり方として、書面の文言を重視する形式主義と、契約の背景事情を考慮する機能主義が対立している。保険を典型例とする、事業者と消費者間の契約では、機能主義によると、保険者に想定していないリスク負担を強いるという不利益を生じさせる可能性がある。ただし、保険者の戦略的行動を考慮すれば、消費者を保護する解釈も適切である。合理的期待保護の法理はそのようなものとして理解することもできる。ただし、問題は、消費者保護的解釈を行うべき場合の要件、解釈基準が不明確であることである。日本における約款解釈に関する議論、または、アメリカにおける合理的期待保護に関する議論には膨大な蓄積があるため、今後も引き続き、従来の議論を正確に理解し、位置づけることに留意しつつ、約款解釈の現状の分析、比較法的分析を継続する。また、今後は具体的問題に即して、実務に与える影響も視野に入れていきたい。合理的期待保護の理論は、簡単に言えば、契約者に有利な解釈方法であるが、そのような解釈は保険者には予想していなかった不利益を与えるという面があり、広く大衆に保険を利用させるための制度としてみると、そのような解釈は妥当ではないという指摘もあるところである。このような議論も考慮しつつ検討を進めることとする。合理的期待保護の法理、作成者不利の原則等のアメリカにおける約款解釈原則の理論的基礎をめぐる議論の分析をさらに継続することで、約款解釈における消費者の期待を法的にどのように位置付けるかの分析枠組みを確立することに努める。その際には、理論面だけではなく、日本で問題となってきた条項の具体的解釈も念頭におきつつ、実践的な解釈指針を得る。商法平成28年3月に従来の議論の分析、検討のため、図書(消費者契約の経済分析等)を購入したが、これにかかる支出について会計処理上3月中の支払いに間に合わなかったため次年度使用額が生じた。図書の出版時期等との関係で文献の収集につき、年度末までに間に合わなかったものがあるので、次年度使用額が生じた。年度内に支払が行われなかった図書(消費者契約の経済分析等)にかかる経費については、平成28年4月に支払いを行い、直ちに執行する。間に合わなかった文献を直ちに購入し、執行する。
摩耗低減剤としてのRBセラミックス粒子活用による先進複合材料の開発

本研究では,米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料RBセラミックス粒子を熱可塑性樹脂材料及び銅合金と複合化することにより,新しい複合材料の開発に成功した.これらの複合材料は,低摩擦・優れた耐摩耗性を示すとともに,低相手攻撃性を示すことが判った.また,銅合金とRBセラミックス粒子の複合材料は,鉄道集電用次世代パンタグラフすり板材料として利用可能であることが明らかになった.本研究では,米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料RBセラミックス粒子を熱可塑性樹脂材料及び銅合金と複合化することにより,新しい複合材料の開発に成功した.これらの複合材料は,低摩擦・優れた耐摩耗性を示すとともに,低相手攻撃性を示すことが判った.また,銅合金とRBセラミックス粒子の複合材料は,鉄道集電用次世代パンタグラフすり板材料として利用可能であることが明らかになった.本研究では,米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料RBセラミックス粒子を樹脂材料および金属材料に配合することにより,新しい低摩擦・耐摩耗複合材料を開発し,摺動材料として応用することを目指す.平成21年度では,RBセラミックス粒子を配合した樹脂系複合材料(ベース樹脂;PA66,PA11,PBT,POM,PPの5種類の熱可塑性樹脂)ならびに銅合金/RBセラミックス複合材料を開発した.また,ベース樹脂および銅合金それぞれへのRBセラミックス粒子配合が機械的性質に及ぼす影響を明らかにした.樹脂材料においては,従来の固体潤滑剤や強化繊維などの充填剤では,2030wt%程度しか充填することができないのに対して,RBセラミックス粒子を最大で70wt%配合し,射出成形できることを明らかにした.これは,RBセラミックス粒子が多孔質粒子であるため,かさ密度がベース樹脂材料とほぼ同程度の低い値を示すため,比重差による射出成形機内での流動性の低下が見られないためであると考えられる.また,RBセラミックス粒子を配合することで,引張り強度や曲げ強度はわずかに低下するものの,弾性率,ビッカース硬度は増加することが判った.さらに,各複合材料のSEMによる断面観察により,RBセラミックス粒子は凝集することなく,均一に分散していることが判った.銅合金では,RBセラミックス粒子の平均粒径,添加率の減少にともない,曲げ強度,ショア硬さが増加することが判った.また,RBセラミックス粒子の平均粒径が3μm,添加率が5wt%の場合,最も高強度,高硬度を示すことが判った.本研究の目的は,米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料RBセラミックス粒子を樹脂材料及び金属材料に充填することにより,新しい低摩擦・耐摩耗複合材料を開発し,摺動材料として応用することである.平成22年度では,RBセラミックス粒子を充填したPA66樹脂の摩擦・摩耗に及ぼすRBセラミックス粒子の平均粒径,充填率の影響を明らかにするとともに,銅合金/RBセラミックス複合材料の摩擦摩耗特性を明らかにした.RBセラミックス粒子を充填したPA66樹脂では,RBセラミックス粒子の平均粒径の減少,充填率の増加に伴い,摩擦係数,比摩耗量は減少する傾向を示すことが判った.特に同粒子の平均粒径が3μm,充填率が50mass%の場合,同複合材料はRBセラミックスとほぼ同等の極めて高い耐摩耗性を示すことが判った.また,RBセラミックス粒子の充填によるPA66樹脂の摩擦係数の低減,耐摩耗性の飛躍的向上は,硬さの増加に起因することが示唆された.銅合金/RBセラミックス複合材料では,大気中無潤滑下,水潤滑下における銅合金製ピンを相手とする摩擦試験により,同複合材料の摩擦摩耗に及ぼすRBセラミックス粒子の平均粒径,配合率の影響が明らかにされた.その結果,RBセラミックス粒子の平均粒径が3μm,充填率が5mass%の場合に極めて優れた耐摩耗性,低い相手攻撃性を示すことが判った.SEM/EDXによる摩耗面の観察,分析により,RBセラミックス粒子配合による耐摩耗性向上メカニズムの検討が行われた.以上の結果より,同複合材料が鉄道用パンタグラフすり板として応用可能であることが示唆された.本研究の目的は,米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料RBセラミックス粒子を樹脂材料及び金属材料に充填することにより,新しい低摩擦・耐摩耗複合材料を開発し,摺動材料として応用することである.平成23年度では,鉄道集電用パンタグラフすり板の材料として従来用いられている銅とピッチコークス等を原料とするカーボンの複合材料(Cu/C複合材料)にRBセラミックス粒子を配合した複合材料(Cu/C/RBC複合材料)の通電条件下における摩擦試験を行い,Cu/C/RBC複合材料の鉄道集電用パンタグラフすり板への応用可能性を検討した.実験は,集電材摩耗試験装置を用いて,模擬架線である無酸素銅を相手として,アーク放電を伴う通電条件下及びアーク放電の伴わない通電条件下の2条件下で摩擦試験を行った.幅広い通電電流(100400A),すべり速度(6.927.8m/s)及び垂直荷重(49N)において実験を行った.アーク放電を伴う通電条件下において,Cu/C/RBC複合材料は,Cu/C複合材料と同等の耐摩耗性を示し,RBセラミックス粒子を配合することによる耐摩耗性の低下が見られないことが判った.

一方,アーク放電を伴わない通電条件下において,Cu/C/RBC複合材料は,Cu/C複合材料に比べ,摩擦係数を77.4%,自身の摩耗を98.0%,相手材料の摩耗を22.6%低減できることが判った.このことから,同複合材料は,摩擦仕事によるエネルギーロスを低減し,相手架線の摩耗を低減した上で長寿命を実現できるすり板材料として適用が期待できることが見出された.また,摩耗面のSEM観察により,Cu/C/RBC複合材料の耐摩耗性発現メカニズムを明らかにするとともに,ヘルツ最大接触圧力,最大高さ粗さ,破壊靱性値及び摩擦係数を用いた同材料の比摩耗量の予測式の導出に成功した.