hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経細胞の分化と分裂停止の分子機構-テロメア(染色体末端小粒)短縮現象に着目して

本課題では、神経細胞および神経膠細胞の増殖、分化とテロメア短縮現象の相関について、FISH(fluorescence in situ hybridization)法およびサザンブロット法を用いて研究した。最初に、ヒトおよびラットのリンパ球染色体標本を作製し、用いたプローブ(Van der Ploegより供与された)が分裂中期染色体のテロメアを正確に認識することを確認した。次に、ラット胎児(妊娠13,15,17,19,21日目)および成熟、老齢ラットの脳組織切片上でFISH法を行った。胎児脳における分裂増殖帯の神経系幹細胞と新生児大脳皮質の分化した神経細胞における、細胞一個あたりのテロメアの個数および染色強度には差異を認めなかった。また成熟、老齢ラットの大脳皮質における染色では、星状神経膠細胞の方が神経細胞より強い染色強度を示したが、染色像に年齢による変化は認められなかった。そこで、サザンブロット法によってテロメアの差異を検討した。ラット胎児脳より神経系幹細胞の培養および分化した神経細胞の培養を、また新生児ラットの大脳皮質より星状神経膠細胞の培養を行い、それぞれのDNAを抽出し、テロメア配列を切断しない制限酵素で処理した。サザンブロット法によって最長のテロメアの長さを比較したところ、神経系幹細胞は約33.5k bp、神経細胞は約31.5k bp、星状神経膠細胞は約34.5k bpであった。この結果より、神経系幹細胞から神経細胞に分化して増殖を停止する過程においてテロメアの短縮が認められるが、星状神経膠細胞に分化した細胞ではテロメアがむしろ延長していることがわかった。本研究結果より、神経細胞と関係膠細胞は同じ起源を持つにも関わらず、神経細胞にはテロメアを延長させる活発な機構がなく、星状神経膠細胞には何らかの機構が存在する可能性が示唆された。
真空マイクロエレクトロニクス用微小冷陰極に関する研究

真空マイクロ素子に用いる微小冷陰極の開発を目的として、Alゲート及びSiゲートMOSトンネル陰極の試作とその特性評価に主眼を置いて研究を行った。本研究で得られた研究実績について下記に略述する。1.Alゲート及びSiゲートMOSトンネル陰極の試作AlゲートとSiゲートMOS陰極の試作を行い、Alゲートでは高電界下での酸化膜の劣化に起因して、放射電流の経時変化が大きいのに対して、SIゲートでは安定なことを確認した。2.MOSトンネル陰極の電子放射特性試作したMOSトンネル陰極の電子放射特性の測定を行い、電子放射比0.7%を得た。また、このように放射比の小さい原因は、酸化膜中でエネルギー損失を伴う、大きな電子散乱にあることを確認した。3.酸化膜及びゲート膜中の電子散乱の測定高分解能エネルギー分析器の試作を行い、酸化膜中の伝導帯中での電子散乱がトンネル陰極の電子放射特性を決定する最大の要因であることを明確にした。また、薄膜Al及びSiゲート膜の電子透過特性の測定を行い、電子の平均自由行程2.8nm及び4.4nmを得た。4.MOSトンネル陰極のガス圧依存性MOSトンネル陰極からの電子放射特性の測定を行い、膜中のホットエレクトロンを使用するトンネル陰極ではガス圧の依存性はほとんどなく、大気中でも電子放射が可能なことを確認した。5.新構造トンネル陰極の提案上記の実験結果から得られた知見を基にして、安定で、高輝度、低エネルギー分散の放射電子の得られるトンネル陰極として、MOSOS4層構造トンネル陰極を提案した。真空マイクロ素子に用いる微小MOSトンネル陰極の開発を目的として、本年度は、次の4項目の実施計画に基づき研究を行った。1.MOSゲート電極用高品質金属薄膜の堆積2.高電界下での酸化膜の劣化機構の解明3.MOSトンネル陰極の電子放射特性の測定と評価4.単結晶絶縁薄膜を用いたMOS構造の形成上記項目に関し、現在までに行った研究実績を以下に略述する。1.薄膜Al、Siをそれぞれバイアススパッタ法とCVD法で堆積して、MOS陰極ゲートの評価を行った。Si電極は、酸化膜の劣化が少く、素子特性が安定であること、ホットエレクトロンの平均自由行程が4.4nmとAlの2.8nmより長く、ゲートとして優れている。2.高電界下での酸化膜の劣化は、キャリヤ注入による電子トラップの発生が原因しており、Siゲートの使用、酸化膜厚を薄くすることで酸化膜の劣化が低減することを確認した。3.AlおよびSiにゲートMOSトンネル陰極を試作し、電子放射は大気中でも観測され、ガス圧依存性がほとんど無いことを確認した。一方、トンネル電子は、酸化膜の伝導帯中で大きな散乱を受け、伝導帯の底附近までその運動エネルギーを走行中に失うことを放射電子のエネルギー分析により確かめた。上記1、2、3の実験結果から得られた知見を基にして、安定で、高輝度、低エネルギー分散の放射電子の得られる新しいMSOS4層構造トンネル陰極を提案した。4.MOS構造の酸化膜に単結晶を用いること、将来の多層構造による共鳴トンネル陰極の開発を目的として、Si基板上に金属アルコキシドガスを用いたM・BE法により、単結晶Al_2O_3膜の成長に成功した。単結晶ゲート膜の成長は今後の課題である。真空マイクロ素子に用いる微小MOSトンネル陰極の高性能化を目的として、これを阻害する要因、低電子放射効率とMOS陰極劣化の機構の解明のため、本年度は放射電子のエネルギー分布の測定に重点を置いて研究を行った。以下に本年度に行った研究実績を略述する。1.高分解能電子エネルギー分析器の設計・試作放射電子のエネルギー分布を測定するために、3枚メッシュファラディキャップ形の分析器の試作、設計を行い、エネルギー分解能50meVの分析器を完成した。

2.酸化膜中の電子散乱の測定上記1の分析器を用いて、酸化膜厚、ゲート電圧に対する放射電子のエネルギー分布の測定を行い、酸化膜の伝導帯中での電子の散乱がトンネル陰極の電子放射特性を決定する最大の要因であることを明確にした。3.ゲート膜中の電子散乱の測定薄膜Al及びSiゲートの電子透過特性の測定を行い、それぞれの平均自由行程2.8nm及び4.4nmを得た。また、電子放射特性に及ぼす酸化膜中での電子散乱がゲート膜中での散乱に比べて顕著であることを確認した。以上の研究成果に基づき、トンネル陰極の高性能化のための4層構造トンネル陰極の提案を行った。
ナノワイヤデバイスが切り拓く次世代二次元TLC/ナノ構造支援LDI-MS

GCやHPLCにおけるカラムのキャピラリー化と同様に、薄層クロマトグラフィー(TLC)においても分離場の微小化、すなわち薄膜化や展開長の短縮は様々なメリットをもたらす。試料や試薬の消費量の削減,分析時間の短縮のほかに,質量分析計との結合においては目的成分の脱離・イオン化効率の向上による高感度化が期待される。しかし、TLCの微小化により、展開溶媒が薄膜から蒸散しやすくなるため、再現性が低下するといった新たな問題も生じる。本年度は、こうした微小化TLCに特化した周辺ツールの開発の一環として、TLCの信頼性と再現性を確保するために最も重要なパーツとして,展開溶媒による槽内の飽和を確実,簡便かつ短時間で行える水平式のミニチュア展開槽(5 cm角と2.5 cm角のプレート用)の作製を試み,その性能を脂質の分離を通して評価した。まずは汎用性を考慮して,市販のシリカゲルTLCガラスプレート(薄膜厚200 μm)を上記の展開槽サイズに合わせて切断し、展開槽に設置して脂質の分離を行った。試作した水平式展開槽は市販の縦型二槽式展開槽(10 cm角のプレート用)と比べて分離性能(Rf値,分離能,再現性)においてまったく遜色がないことを確認するとともに、本ミニチュア展開槽では、槽内の空間体積を極力抑えたことにより、溶媒飽和に要する時間と展開溶媒の使用量を大幅に削減することに成功した。さらに、超薄層プレートでも本展開槽を適用できるか確認するため、水熱合成法により薄膜厚が5 μmの超薄層酸化亜鉛ナノワイヤプレートを調製し、本展開槽によるUTLCを試みた。表面積が小さいためRf値の差異は小さいものの、ニュートラルレッドとナイルレッドの合成色素を極めて再現性よく分離することができ、今回試作した水平式ミニチュアTLC展開槽がUTLCを支援する有力なルーツとなり得ることを示した。超薄層クロマトグラフィーに特化した水平式のミニチュア展開槽の試作に関して、当初予定していたよりも半分のサイズにまで微少化に成功し、精度よく作動することを確認した。既存の市販装置では開発を目指すナノワイヤTLCプレートの評価は困難であったが、装置を自作供給できるようになったため、次年度以降のナノワイヤTLC/SALDI-MSの研究が大いに進展すると期待される。ナノワイヤTLC/SALDI-MS研究を遂行するためのキーパーツを自作供給できるようになったため、これからナノワイヤTLCの分離性能やナノワイヤの脱離イオン化能に関して、詳細な基礎データの収集を図っていく。
パーティクルフィルタによる宇宙用ロバスト制御の研究

本研究では、パーティクル・フィルタ(粒子フィルタ)という統計数理学的な概念を世界でも初めて宇宙システムのロバスト制御に適用するための方法論を確立し、この分野の大いなる飛躍に道筋をつけた。具体的には、エアロンチを想定した先進的ロケットシステムのダイナミクスを構築し、これにパーティクル・フィルタ理論を適用して、ノミナル性能の向上とロバスト性能の拡大などの観点において、従来のロバスト制御を大きく上回るこの理論の有効性を示した。平成22年度は、研究の基礎を築くべく、パーティクル・フィルタ(粒子フィルタ)の概念を数学的に定式化し、宇宙システムの制御に適用するための解析環境を整えた。すなわち、パーティクル・フィルタを用いて、限られた観測情報(センサ出力)から状態量、および、制御対象の動特性を規定するパラメータ(システム・パラメータ)を推定するためのアルゴリズムを導出し、数値計算コードを構築した。これにより、単純な状態フィードバックにより制御器を構成する通常の線形制御理論と融合させることが可能な形式となった。このことはパーティクル・フィルタの最大の利点の一つである。つまり、これまで宇宙ロケットにも適用されてきたH_∞制御やμ制御などいわゆるポスト現代制御理論に代表されるようなロバスト制御理論は、理論に基づき設計される制御器が一般に高次の特性をもち、実際の宇宙システムへの適用にあたっては、新たに理論の再構築が必要であった。加えて、制御の本質を損なうことなく制御器の次数を低減するための考察に相当の困難を極めた。一方、パーティクル・フィルタの理論によれば、制御対象の状態量だけでなくシステム・パラメータも推定できるため、制御のアルゴリズム自体は極めて簡便なものですむ。ロバスト制御に新時代をもたらすと期待することができよう。研究の実施に当たっては、航空宇宙システムの制御の分野において、欧米でも最先端の研究活動を行っている米国・コロラド大学、およびスロベニア・リューブリァーナ大学と連携して、その協力を得ながら進めている。ともに、ロバスト制御の分野では欧米を代表する研究機関であり、本研究の遂行にあたって、最も適切な協力相手である。なお、平成22年の旅費はリューブリァーナ大学との研究交流を行うためのものである。平成23年度は、平成22年度に構築したパーティクル・フィルタ(粒子フィルタ)解析/シミュレーション環境(注1)を用いて、パーティクル・フィルタ理論を宇宙システムのロバスト制御に応用することの有効性の評価や妥当性の検証を行った。平成22年度に行った解析では、極めて簡素な数学モデルを用いて数値シミュレーションを実施したが、本年度は、最終的な制御対象をも視野に入れて数学モデルの詳細化を行い、エアロンチなど先進的ロケットシステムを想定して進めた。研究の実施に当たっては、航空宇宙システムの制御の分野において、欧米でも最先端の研究活動を行っている米国・コロラド大学、およびスロベニア・リューブリァーナ大学と連携して、その協力を得ながら進めた。ともに、ロバスト制御の分野では欧米を代表する研究機関であり、本研究の遂行にあたって適切な協力と助言を得ることができた。具体的な共同研究の実施は、宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所で行ったが、適宜両大学と研究打ち合わせを行うなどの方法も活用した。なお、旅費としては関連学会での学術調査を行うために使用した。(注1)平成22年度には、研究の基礎を築くべく、パーティクル・フィルタ(粒子フィルタ)の概念を数学的に定式化し、宇宙システムの制御に適用するための解析環境を整えた。ここに研究実績の概要。平成24年度の研究としては、前年度までに行ったパーティクル・フィルタ(粒子フィルタ)理論の定式化と解析・シミュレーション環境の整備に基づき、数学モデル上で、パーティクル・フィルタ理論を宇宙システムのロバスト制御に応用することの有効性の評価や妥当性の検証を行った。まず、宇宙システムを模擬する数学モデルに対して、ロバスト制御を構成する場合の一般的な問題点を明確にした。具体的には、ノミナル性能の向上とロバスト性能の拡大などの観点が極めて重要であることを識別した。これらの課題を解決するモデルケースとして、エアロンチを想定した先進的ロケットシステムのダイナミクスを構築し、これにパーティクル・フィルタ理論を適用して、現実的なシステムに対するこの理論の有効性を示した。注目するのは、制御対象のパラメータ変動に対するロバスト性と制御対象のノミナルな動特性に対する制御特性であり、その性能と有効性を数値シミュレーションにより明らかにした。本研究は、パーティクル・フィルタ(粒子フィルタ)という統計数理学的な概念を世界でも初めて宇宙システムのロバスト制御に適用することによりロバスト制御の大いなる飛躍を図ろうとするものであり、極めて独創的な研究ということができる。

ともに、ロバスト制御の分野では欧米を代表する研究機関であり、本研究の遂行にあたって適切な協力と助言を得ることができた。具体的な共同研究の実施は、宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所で行ったが、適宜両大学と意見交換を行うなどの方法を活用した。研究計画どおりの実績を上げることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画の変更や研究を遂行する上での大きな問題点はない。計画どおり研究を進めることができるものと考えている。
脂肪組織由来幹細胞を用いた薬剤徐放による肺高血圧増殖病変の制御

モノクロタリン(MCT)で誘導される肺高血圧動物モデルを作成するに際し、昨年度では既報を参考にラットを用いたが既報の論文を元に作成したが治療介入の有無にかかわらずMCT投与4週後に約40%が死亡したため、本年度は動物をマウスに変更する予備実験を開始した。しかし、右室肥大や肺動脈壁肥厚等の肺高血圧に特徴的な病理組織が得られないためモデルの変更を余儀なくされた。他報告(Frontiers in Pharmacol, (9)1365, 2018)を参考に低酸素飼育と血管内皮細胞増殖因子(VEGF)受容体拮抗薬(SU541)投与を組み合わせて肺高血圧誘導するマウスモデル作成に移行した。10%の酸素濃度に維持した低酸素チャンバー内にマウスを収容し、収容時および収容4週間までの毎週にSU541(620mg/kg)を静脈投与した。収容後3週間目以降に採取した肺組織では、肺組織線維化と肺動脈平滑筋の肥厚等の肺高血圧に特徴的な組織所見を呈していた。また動物の生存も良好でありモデルの完成を得た。【in-vitro】実験動物の変更に伴いマウスからの脂肪組織由来幹細胞(AdSC)採取に変更した。鼠径部皮下から採取した脂肪組織を細断しコラゲナーゼ処理した細胞浮遊液からAdSCを分離回収する実験系の確立を開始した。同時に各種濃度のスタチンを結合させたナノ粒子をマウスAdSCに抱合させる実験を進めている。【in-vivo】肺高血圧誘導をMCT投与から、低酸素飼育とVEGF受容体拮抗薬投与へと大きなモデル作成の転換を必要としたこと。また動物種をラットからマウスに変更した。その実験動物モデルの作成に予定外の時間を要した。【in-vitro】AdSC採取をラットからマウスへの転換が必要となった。転換およびAdSC採取手技の確立に時間を要した。同時に増殖抑制対象とする肺動脈平滑筋細胞(PASMC)のマウスからの入手が困難であり、その他動物もしくはヒトPASMCの入手を検討している。【in-vivo】上記方法による肺高血圧誘導マウスに、スタチンナノ粒子抱合マウスAdSCを静脈内投与し、肺高血圧所見の軽減についての有効性を評価する。カテーテルでの圧測定(右室圧/体血圧比の計測)、肺線維化と細小動脈血管壁肥厚た血管内腔閉塞などの組織学的重症度を観察する。。【iv-vitro】様々な濃度のスタチン結合ナノ粒子を取り込ませた抱合マウスAdSCを作成する。PASMC増殖抑制評価では、ヒトまたはマウス以外の動物由来の市販品を購入し実施する。今年度でこれらのデータを収集、次年度以降では研究成果を学会および論文で研究成果を発信させたい。ラット鼠径部の皮下脂肪組織からラットAdSCを採取した。このAdSC 5X10*4に各種濃度のスタチン(0,25,50,100,200μg)を抱合させたナノ粒子を共培養させ、トランスウェルインサートに播種した。これをラット肺動脈平滑筋細胞PASMC 1×10*5の入ったトランスウェルプレート内に静置し、72時間後にトランスウェルプレート底面からPASMCを剥離して細胞数をカウントした(増殖能評価)。スタチンナノ粒子濃度が100μg,200μg,50μg,25μg,0μgの順でPASMCの増殖を抑制した。またラットAdSC 2×10*4と増殖遊走促進PDGF(platelet-derived growth factor)-BB 15ngをトランスウェルインサート内に共培養させ、各種濃度のスタチン(0,25,50,100,200μg)を抱合させたナノ粒子を播種させた。ここにラットPASMC2×10*4を播種し、18時間後にトランスウェルインサートの底面を剥離し、固定、DAPI液で染色後、蛍光顕微鏡で細胞数をカウントした(遊走能評価)。スタチンナノ粒子の濃度が50μgの場合に最も遊走が見られた。モノクロタリンMCT投与によるラット肺高血圧モデルの作成を開始した。MCT投与3週目にすべての個体で心エコー検査上肺高血圧を作成しえたが、4週目には全個体の40%が死亡した。そのため、MCT投与3週目に1スタチンナノ粒子200μg+ラットAdSC 1×10*5投与、2コントロール群(PBSのみ投与)のそれぞれを静脈投する群を設定したが翌週に前動物が死亡した。【in-vitro】実験では、当初ヒトAdSCを用いたが、より実験研究に適切なラットAdSCの分離培養に成功したため、途中から同種同士の細胞(ラットAdSCとラット肺動脈平滑筋細胞)を用いて再出発したため計画より遅れた。【in-vivo】実験では、肺高血圧モデルラットがMCT投与後3週以降は大変不安定となり死亡も多く、適切なモデルの作成が困難であった。次年度には、安定した肺高血圧動物モデルに変更しin-vivoでの実験を確立及び継続させる予定である。

しかし、右室肥大や肺動脈壁肥厚等の肺高血圧に特徴的な病理組織が得られないためモデルの変更を余儀なくされた。他報告(Frontiers in Pharmacol, (9)1365, 2018)を参考に低酸素飼育と血管内皮細胞増殖因子(VEGF)受容体拮抗薬(SU541)投与を組み合わせて肺高血圧誘導するマウスモデル作成に移行した。10%の酸素濃度に維持した低酸素チャンバー内にマウスを収容し、収容時および収容4週間までの毎週にSU541(620mg/kg)を静脈投与した。収容後3週間目以降に採取した肺組織では、肺組織線維化と肺動脈平滑筋の肥厚等の肺高血圧に特徴的な組織所見を呈していた。また動物の生存も良好でありモデルの完成を得た。【in-vitro】実験動物の変更に伴いマウスからの脂肪組織由来幹細胞(AdSC)採取に変更した。鼠径部皮下から採取した脂肪組織を細断しコラゲナーゼ処理した細胞浮遊液からAdSCを分離回収する実験系の確立を開始した。同時に各種濃度のスタチンを結合させたナノ粒子をマウスAdSCに抱合させる実験を進めている。【in-vivo】肺高血圧誘導をMCT投与から、低酸素飼育とVEGF受容体拮抗薬投与へと大きなモデル作成の転換を必要としたこと。また動物種をラットからマウスに変更した。その実験動物モデルの作成に予定外の時間を要した。【in-vitro】AdSC採取をラットからマウスへの転換が必要となった。転換およびAdSC採取手技の確立に時間を要した。同時に増殖抑制対象とする肺動脈平滑筋細胞(PASMC)のマウスからの入手が困難であり、その他動物もしくはヒトPASMCの入手を検討している。MCTを使用した肺高血圧モデルについては、既報の論文を元に作成したが、投与直後は生存していたものの、AdSCの投与に関係なく数週間後に多呼吸・体重減少などが出現し、死亡してしまう個体も少なくはなかった。そのため、モデルの変更が必要と判断し、まず動物種をラットからマウスに変更しMCTによる肺高血圧モデルを作成する予備実験を行ったが、剖検所見では肺高血圧に伴う病的変化を認めなかった。マウスを用いた他の方法による肺高血圧の誘導として、近年広く用いられるようになった低酸素チャンバーを用いた低酸素誘導による肺高血圧モデル作成の準備実験を開始した。次年度はこのモデルの確立から開始し、計画上遅れているin-vivoの実験を進める。【in-vivo】上記方法による肺高血圧誘導マウスに、スタチンナノ粒子抱合マウスAdSCを静脈内投与し、肺高血圧所見の軽減についての有効性を評価する。カテーテルでの圧測定(右室圧/体血圧比の計測)、肺線維化と細小動脈血管壁肥厚た血管内腔閉塞などの組織学的重症度を観察する。。【iv-vitro】様々な濃度のスタチン結合ナノ粒子を取り込ませた抱合マウスAdSCを作成する。PASMC増殖抑制評価では、ヒトまたはマウス以外の動物由来の市販品を購入し実施する。今年度でこれらのデータを収集、次年度以降では研究成果を学会および論文で研究成果を発信させたい。ほぼ計画に従い研究費の使用を行った。残金は次年度の消耗品購入費として使用予定。
海を走る航洋型プッシャー・バージシステムの性能開発と評価

本研究では航洋型プッシャー・バージ(P/B)を対象に,その船体連結という機構上,バージの載荷状態に伴い船体間の喫水差が変化する点に着眼し,載荷影響(段差影響)が航洋型P/Bの諸性能に及ぼす影響を明らかとした。とりわけ課題とされる抵抗性能の改善を中心に取り組んだ。まず初年度は,水槽試験により載荷状態と抵抗性能の関係を系統的に調査し,CFD計算により航洋型P/Bの船体周りの流場構造を明らかとした。その考察結果を踏まえて,2年目には,抵抗源となるプッシャー船首部の圧力増加を抑制する試みとして,バージに船尾トリムを付与する方法を提案し,水槽試験によりその有効性を実証した。最終年度に当たる3年目は,バージ後流からのより大きな利得の獲得,更なる抵抗低減を目指し,船尾形状を改良(大きな曲率を有する円弧形状に変更)したバージを製作し,改良P/Bとして性能評価を実施した。そしてバージの初期トリムに応じて一長一短はあるものの,概ね原型P/Bと同程度の有効馬力で航走可能である事を示した。改良バージの排水量は約500t増加しており,より多くの貨物を積載できる点を考えれば,その優位性は高いと考えられる。また引き続きCFD計算により自航性能の評価を行い,バージの載荷・トリム状態に応じて後流の強さ・模様が変化し,後方のプッシャー/プロペラ位置での流場に影響が及ぶ様子を明らかとした。特に空荷状態時の船尾トリムは,バージからの後流の増加を促し,船殻効率と推進効率を向上させて,機関出力の低減に有効である可能性を示した。その他,プッシャーの相対動揺を許容した2点支持連結状態で,原型と改良P/Bの載荷状態ごとに規則波中試験(正面向波)を2,3年目に実施し,波浪中の動揺特性,抵抗増加量,それらに及ぼすバージの載荷・トリムの影響について明らかとした。また連結部の上下と前後方向変位の力学的連続条件を課したストリップ理論ベースの計算法を構築した。プッシャー・バージ(P/B)方式は,荷役頻度が多い短/中距離輸送で効果を発揮し,大きな導入ポテンシャルを見込めるが,特に海を走る航洋型P/Bの性能データは希少であり,その実態について不明瞭な部分が多い。そこで初年度にあたる本年度は,現行の代表的(一般的)な航洋型P/Bを製作し,抵抗特性とバージ載荷状態との関係を明らかとした。(a)現行の代表的な航洋型P/Bの仕様検討:主要目が異なるプッシャーとバージを連結して航行するP/Bの性能は,それらの寸法比率に依存する。そこで複数の文献から船型データを収集し,一般的な船長比率,船幅比率,喫水比率を算出した。加えて,プッシャーをはめ込むバージノッチ部寸法,2点連結支持位置,許容相対ピッチング角およびそれを可能とする連結部の取り合い等,航洋型P/Bの特徴的な設計パラメータを検討した。最終的に1/38模型(実船水線間長135m)を製作した。(b)抵抗試験の実施:P/Bのバージ載荷状態として4状態(満載,86%, 72%,バラスト=58%喫水)を設定した。プッシャーおよび各載荷状態のバージ単体も対象に加え,計9状態で抵抗試験を実施した。計測結果は3次元外挿法に基づき解析し,航走状態ごとに各抵抗成分データを収集した。(c)CFD計算の実施:設計船速域における抵抗主成分である摩擦抵抗や粘性圧力抵抗の発生メカニズムを流場と関連付けて明らかとする為に,CFDによる定常計算を行った。まずは水槽試験結果との比較を通じて計算精度を検証した。そしてバージ載荷状態ごとに連結部の関隙に発達する流場(流速場・圧力場)の特徴を明らかとし,バージ載荷状態の変化に応じて各抵抗成分が変化するメカニズムを考察した。またバラスト状態時にバージに船尾トリムをつける事で,連結部の段差に流入する流れを整流化させて,全抵抗の低減を図れる可能性がある事を示した。初年度の研究計画である「代表的な航洋型P/Bの抵抗特性の調査」は,以下の理由により,概ね達成できていると考える。(a)現行の代表的な航洋型P/Bの仕様検討(平成28年度の研究実施計画-ア):代表的なP/B船型とするべく,関連資料を収集して本船の種々の仕様項目を検討し,最終的に1/38スケール模型を製作した。なおバージは,Ord.3-1/2で分割できる2分割模型として製作してあり,次年度に検討予定の改良型バージ(Ord.3-1/2より後半部)への付け替えが可能である。(b)抵抗試験の実施(実施計画-イ):プッシャーとバージの喫水差が抵抗特性に及ぼす影響を調査する為に,バージの載荷状態を4通り変更して抵抗試験(連結)を実施した。またプッシャーとバージの個々の抵抗試験(単独)も併せて実施した。連結間隔の抵抗に及ぼす影響調査は,これらの連結時(連結間隔が最小)と単独時の試験結果の比較に加えて,幾つかの連結間隔を想定したCFD計算結果に基づき考察を行った。また流場計測(実施計画-ウ)については現時点で実施できていないが,バージの載荷状態の変化に伴い,バージ直後の後流域が変化する様子は,CFD計算に基づく可視化により明らかとした。

(c)CFD計算の実施(実施計画-エ):水槽試験状態に併せて, CFD計算(但し自由表面は考慮せず)を実施済みである。各載荷状態のP/B周りの流場の可視化を通じて,特に連結部の関隙に発達する流場(流速場・圧力場)の特徴を明らかとし,その部位が抵抗源となるメカニズムを考察した。2年目に当たる本年度は,昨年度製作した現行の代表的(一般的)な航洋型プッシャー・バージ(P/B)を対象に,以下の研究項目に取り組んだ。(a)プッシャーとバージの連結部の段差が粘性圧力抵抗の増加要因である事を踏まえ,バージに意図的に初期トリムを付与する事で,抵抗源である連結部(不連続部)の流場を円滑化し,P/Bの全抵抗低減を図る可能性を検討した。水槽試験とCFD計算の結果,本P/B船型では,バージの僅かな船尾トリムが粘性圧力抵抗の低減に効果的であり,結果的に,満載と空荷の両載荷状態において,P/Bの全抵抗低減が図れる事を明らかとした。また体積力モデルを使用したCFD計算により,バージの船尾トリムに伴う伴流の増加が決め手となり,自航要素が向上する可能性を示した。(b)同様に,バージ船尾形状の改良という観点から,粘性圧力抵抗低減の可能性を検討した.船尾船底スロープの曲率や始点,ノッチ深さや連結関隙など,種々の設計パラメータを変更した形状ファイルを作成し,CFD計算により,現行P/Bに対して全抵抗低減を可能とするバージ船尾形状を検討した.最終的にバージ船尾にかけて緩やかな円弧を描く船底とし,そのセンターライン上にスリットを配した形状を考案した。そして同部位の1/38模型を新規に製作した。(c)プッシャーの相対動揺を許容した状態(2点支持連結方式)で,満載と空荷の2つの載荷状態について規則波中試験(正面向波)を実施した.波長船長比に応じたプッシャー,バージ個々の船体動揺を評価し,特にプッシャーの縦揺れ特性では,プッシャー固有の同調周期による振幅ピーク(短波長域)とバージの強制動揺によるピーク(長波長域)が共存する事を示した。併せてストリップ法をベースに,連結部の力学的連続条件を考慮したP/Bの船体運動計算法を構築し,P/Bの縦運動について定性的な傾向を捉える事ができた。今年度は,初年度の研究から派生した「初期トリムによる抵抗低減の可能性」を抵抗試験により検証すると共に(研究実績a),最終年度に予定されていた波浪中試験の一部についても前倒して実施した(研究実績c)。本来の2年目の研究計画である「抵抗低減案の検討(バージ船尾形状の改良)」は,研究実績(b)で記載した通り,概ね達成できていると考える。改めて,本項目の進捗状況について詳述する。バージ船尾形状の改良に際して,種々の設計パラメータを試行錯誤により検討を重ね,満載と空荷の両バージ載荷状態において,P/Bの全抵抗低減を見込めるバージ船尾形状の検討を行った。P/Bは2浮体が縦列に並び,バージが作る伴流域をプッシャーが走る航走状態となる。この為,抵抗低減のアイディアとして,スリップストリームの考え方を念頭に,バージ船尾形状の検討を実施した。具体的には,バージの形状ファイル作成→CFD計算→P/Bの全抵抗性能評価のプロセスを繰り返す事で,バージ船尾形状の作り込みを行った。そして最終的に1形状案に絞り込み,同部位の模型(Ord.3-1/2より後半部)を新規に製作した。なお当初の2年目の計画では,「曳航水槽で抵抗試験」まで予定されていたが,形状検討に時間を要した事が理由で,3月末時点では未実施である。抵抗試験自体は日数を左程要しない事から,最終年度早々にも実施し,引き続き改良バージを持つP/Bの抵抗性能を評価していく。
ハイペロン陽子散乱実験によるバリオン間相互作用研究の新展開

本研究ではシグマ陽子散乱実験及びラムダ陽子散乱実験にて散乱微分断面積を導出することにより、ΣN及びΛN相互作用を研究する。本年度は、J-PARCハドロン実験施設K1.8ビームラインにてシグマ陽子散乱実験(J-PARC E40)を実施した。本実験では大強度(10MHz)のπビームを用いてπ-p→K+Σ-反応を用いて、運動量を標識化したΣ-ビームを大量に生成し、液体水素標的周囲を取り囲む反跳陽子検出システム(CATCH)にて、Σ-p散乱で反跳された陽子を検出する。実験は6月に4日程度のビームタイムを使い、実験のコミッショニング及び物理データの収集を行なった。約2日の物理データ収集であったがこのデータの解析を行い、Σ-p弾性散乱事象及びΣ-p→Λn非弾性散乱事象をそれぞれ約150散乱事象を検出することに成功した。これは、過去の実験の統計を5倍程度上回る結果を得ることが出来、本研究手法の有効性を証明することに成功した。このコミッショニングデータの解析から、実験での改善点を洗い出し、2019年2月から始まるE40実験の残りのビームタイムにその改善を適用することで、さらに1日あたりの散乱事象数を1.5倍程度に改善することに成功した。この2月からのビームタイムでは、まずはΣ-p散乱実験の続きを行ない、最終的な散乱事象の統計が20003000イベントに改善されることが期待される。現在、収集したデータの解析を実施している。また2019年の4月から、Σ+p散乱実験が引き続き行われる予定である。予定されていたシグマ陽子散乱実験を計画通りに遂行することが出来た。また6月に収集したテストデータでΣ-p散乱事象の同定に成功し、予想していたのと同程度の統計数の散乱事象を得ることが出来たため、本研究で用いた実験手法が非常に有効であったことを示すことが出来た。この成功を持って、残りのビームタイムを23月にかけて実施することが出来たため、このビームタイムで、さらに10倍程度の散乱事象数を得られていることが期待できる。また当初計画していたように、Σ-p散乱実験終了に引き続いて、Σ+p散乱実験を開始することが出来た。このΣ-p散乱及びΣ+p散乱の両断面積の導出からΣN相互作用の解明に重要なデータを与えることが出来ると期待できる。H31年度は、引き続きΣ+p散乱実験をJ-PARC K1.8ビームラインにて実施し、5月のうちに実験を終了する予定である。そして収集したデータの解析を行い、Σ-p及びΣ+p散乱事象の同定及び、断面積の導出を行なっていく。出来る限り早く結果をまとめて論文として発表したいと考えている。それとともに理論研究者を交えて、実験データからΣN相互作用の解明を行なっていくことが必要となる。また、シグマ陽子散乱実験ののちに、ラムダ陽子散乱実験を計画している。この実験のシミュレーションを用いて実験の最適化を行う予定である。このΣ-p散乱及びΣ+p

散乱の両断面積の導出からΣN相互作用の解明に重要なデータを与えることが出来ると期待できる。H31年度は、引き続きΣ+p散乱実験をJ-PARC K1.8ビームラインにて実施し、5月のうちに実験を終了する予定である。そして収集したデータの解析を行い、Σ-p及びΣ+p散乱事象の同定及び、断面積の導出を行なっていく。出来る限り早く結果をまとめて論文として発表したいと考えている。それとともに理論研究者を交えて、実験データからΣN相互作用の解明を行なっていくことが必要となる。また、シグマ陽子散乱実験ののちに、ラムダ陽子散乱実験を計画している。この実験のシミュレーションを用いて実験の最適化を行う予定である。
新規な側鎖型スルホン化ポリイミド膜の開発と固体高分子形燃料電池への応用

芳香族側鎖基を有する新規なスルホン化ジアミン、すなわち、3,5-ジアミノ-3'-スルホ4'-(4-スルホフェノキシ)ベンゾフェノン(DASSPB)と3,5-ジアミノ-3'-スルホ4'-(2,4-ジスルホフェノキシ)ベンゾフェノン(DASDSPB)を合成し、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTDA)と非スルホン酸ジアミンとから新規な側鎖型スルホン化ポリイミド(SPI)を合成した。この種のSPI膜は水中で等方的な膜膨潤を示した。膜のモルホロジーをTEMで調べたが、いずれの膜もはっきりしたミクロ相分離構造は示さなかった。この種のSPI膜は低湿度においても比較的高いプロトン伝導度を示した。例えば、120°Cで相対湿度100%と50%において、プロトン伝導度は、それぞれ、300と30mS/cmであった。また、別の新規な側鎖型スルホン化ジアミン、ビズ[4-(4-アミノフェノキシ)-2-(3-スルホベンゾイル)]フェニルスルホン(BAPSBPS)を合成し、SPIを合成した。BAPSBPS系SPIは多くのアプロティクソルベントに溶解し、強靱な膜を与えた。350°Cの高いスルホン酸基の脱離温度を示し、スルホン酸基の安定性は高いことが示唆された。また、比較的低いイオン交換容量(1.54meq/g)の膜でも、60°C水中及び70%RHで81と11mS/cmの高い伝導度を示した。上記の2種のSPI膜の高温耐水性を調べたが、スルホプロポキシベンジジン(BSPB)やスルホフェノキシベンジジン(BSPOB)に比べて劣った。その原因を検討中である。
グラフの高品質描画アルゴリズム

様々な分野でグラフを適切に自動描画する技術が求められている。一般に、グラフを適切に自動描画する問題は、適切さに関するいくつかの尺度を尺度間の優先順位を考慮しつつ最適化する問題として定式化できる。本研究では、幾つかの基本的な描画に関する最適化問題を新たに定式化し、これを解くアルゴリズムを新規に開発した。また、既知の描画に関する最適化問題を、既知の手法より高速に解くアルゴリズムや、既知の手法より、よい解を求めるアルゴリズムを多数開発した。これらを、多くの国際会議や学術雑誌で発表することができた。さらに、ソフトウェアとして実用的なグラフ描画システムを構築した。これまでに、グラフエディタ、システムの基本部分、幾つかの基本的な描画アルゴリズムの実装が完了している。将来、開発する他の描画アルゴリズムも容易にシステムに追加できる構成となっている。これらのソフトウェアをインターネット上で公開している。また、ソフトウェアシステム開発に必要な、様々なアルゴリズムを開発することができた。入力となるグラフの全てを、重複も漏れもなく、高速に生成するアルゴリズムを開発した。これにより、全ての入力に対し、アルゴリズムをテストすることが可能となり、我々の描画システムの信頼性を向上することができた。扱うグラフのクラスごとに、グラフの生成アルゴリズムを設計し、これらを幾つかの論文として国際会議等で発表した。これらのアルゴリズムは理論的にも高く評価されている。ビジュアル計算機言語,ビジュアルネットワーク管理等,様々な分野で,グラフを適切に自動描画する技術が必要とされている.本研究はグラフの様々な描画を求めるアルゴリズムを開発するものである.平成10年度は幾つかのグラフ描画アルゴリズムを設計するとともに,関連する5編の論文を国際学会誌等に発表することができた.以下に主な成果を説明する.平面グラフが与えられたときに,各内面が矩形となる描画があるかどうかを判定しそのような描画があるときには描画を求めるアルゴリズムを設計した.このアルゴリズムの計算時間は線形時間であり,きわめて高速である.これは,理論上もVLSIのフロアプラン設計等への応用上も重要な成果である.あるクラスの平面グラフが与えられたときに,各辺を直交線分の列として平面描画したもので辺の折れ曲がりの総数が最小のものを求める線形時間アルゴリズムを設計した.平面グラフの広いクラスに対してこのような描画を線形時間で求めるアルゴリズムは本アルゴリズムが世界初である.平面グラフが与えられたときに,上記の描画を一般化した描画を新らしく定式化し,平面グラフのそのような描画を求める線形時間アルゴリズムを設計した.4連結平面グラフの新たな構造を発見しこれを用いて平面グラフの4独立木問題を解く線形時間アルゴリズムを設計した.この構造は,平面グラフの凸描画問題をはじめ4連結平面グラフの様々な問題を効率的に解くアルゴリズムが共通に利用することができる構造であり,きわめて重要な成果である.現在市販されている各種のドローソフトは、グラフの描画を"清書する"ことに主力がおかれており、"適切な描画"を自動的に求めるものではない.例えば,"指定した2点を結ぶ4.5ミリの点線を引く"こと等は可能であるが,"点や辺のきれいな配置を自動的に求める"こと等はできない.点や辺の配置は、依然として、試行錯誤しつつ人手で行なっているのが現状である.(一部のプレゼンテーション用ソフトには、組織図など構造が簡易なグラフのみ自動描画する機能がある.これは,木の階層的な描画等しか対応していない.)そこで,本研究は,一般のグラフを自動描画するソフトウェアシステムの開発を行なう.本研究が,開発するシステムの特色は以下の通りである.1.オブジェクト指向の観点から,ソフトウェアの部品化を徹底させ,部品のみの交換可能性,部品の拡張性・部品の再利用可能性を重視する.2.利用者が簡単に使用できるように,ブラウザ上で動くアプレットとする.(利用者によるソフトウェアのインストールや保守が不要になる.)3.グラフや描画の抽象化の階層を徹底させる.(使いやすいライブラリを目指す.)4.グラフエディタ,平面判定,平面埋め込み,各種基本的描画を実装し,統合的なシステムを目指す.

5.ps-fileやLeda-file等,広く使用されているファイル形式の読みこみ・書き出しを可能にする.現在,グラフエディタが,ほぼ完成している.平面判定の部分も実装中である.本研究は,一般のグラフの最適な点や辺の配置を最適化問題として定式化し、良い描画を自動的に求めるソフトウェアシステムの開発を行なうものである.このような研究は、より使用しやすい計算機やシステムを構築する上で重要である。本年は、平面グラフの格子直線描画を高速に求めるアルゴリズムや、格子直線描画で、かつ、各内面が凸多角形になるような描画を高速に求めるアルゴリズムや、曲がりの個数最小な格子直交描画を求める高速なアルゴリズムを新たに設計し、国際会議等で発表した。また、これらの成果を一般の技術者に広く知ってもらうために日本語による解説書も共著で出版できた。関連する研究として、電子地図上に文字を重なりを許さずに配置する問題を高速に解くアルゴリズムを開発し、国際会議で発表した。実装については昨年開発したグラフエディタに平面描画の基本的なアルゴリズムを追加実装しつつある。これらのソフトウェアシステムは
色覚バリアフリー照明の設計に関するシミュレーションの研究

人間は報の8割を視覚で得ており、日本人の320万人が色覚障害者であることを鑑み、安全・安心な社会生活を営む上で必要な正しい色情報・パターンに資するツール、色覚バリアフリー照明のスペクトルを開発した。3種類のLED照明(白:通常光;350 lx、赤;200lx、青;100lx)下でD型強度の被験者の協力を得、石原式色覚検査表とD-15テストを行った。4名の被験者から得られた結果は、石原式正答率60%であった。D-15テストではチャートの中心線を横断する回数が減少し、開発した照明は赤緑式盲(石原式)のみならず、色相が連続して変化するチップの順序の認識(D-15テスト)にも有効であることがわかった。目標:人間は外部情報の8割を視覚で得ており、日本人の300万人が色覚障害者であることを鑑み、安全・安心な社会生活を営む上で必要な正しい色情報を認識することを可能とするための(健常者と同じ配色パターンを認識・共有)ツールとして色覚バリアフリー照明のスペクトルの開発を行う。被験者実験は行わず、機器の利用、シミュレーションで遂行することを特徴とする。結果:(1) 3種類のLED(白色:日常空間を想定、赤色:波長635 nm、青色:波長465 nm)が組み込まれている照明パネルにおいて、白色光の照度が一定の条件下で赤色、青色LEDの照度を種々選び、一般色覚者が色覚障害者(II型)の見え方を調べた。その結果、「色のシミュレータ」(浅田一憲氏がWEB上で無料配布)。石原色覚検査表(国際版38表)での正答率は、最高で80%であった。(2)パネルD-15テストのWEB版を作成し、Vischeck(WEB上で公開)でシミュレーションし、色覚障害者(II型)の見え方を調べた結果、連続的に色相が変化するようにチップを並べる方式のテストに対しても「誤り、欠落」が無く、今回提案した色覚バリアフリー照明は有効であることを見出した。結果:3種類のLED照明下で、D型強度の被験者(アロマノスコープで検査済)の協力を得て、石原式色覚検査表(国際版38表)とパネルD-15テストを行った。被験者を必要としない予備実験で照明は(1)、(2)、(3)の順に石原式検査表の正答率が向上した。4名の被験者から得られた結果は、照明(1)、(2)、(3)の順に石原式検査表の正答率は47.5%、60%、77.5%であり、予備実験と同じ傾向であり、予備実験のシミュレーション手法が正しいことがわかった。D-15テストではチャートの中心線を横断する回数(大幅な誤認識)が照明(1)、(2)、(3)の順に減少し、本研究で開発中の色覚バリアフリー照明は赤緑式盲(石原式検査表)のみならず、色相が連続して変化するチップの順序の認識(D-15テスト)にも有効であることがわかった。CIE L*a*b*色空間を利用して理論的に考察を行った。その結果。石原式検査表については、文字色と背景色のb*値が照明光により分離できたことがわかった。D-15テストについては、照明光を照射した後のb*値に加えて明度の情報L*を基に色相の違いを障害者が認知していると推測される。石原式検査表については、CIE xy色度図上における混同色線上における見かけ上の色の変化についても検討し、理論と被験者実験の結果に矛盾が無いことがわかった。人間は外部情報の8割を視覚で得ており、日本人の300万人が色覚障害者であることを鑑み、安全・安心な社会生活を営む上で必要な正しい色情報を認識することを可能とするための(一般色覚者と同じ配色パターンを認識・共有)色覚バリアフリー照明のスペクトルの開発を行い、公開することを目的として以下の結果を得た。被験実験は行わず、機器の利用、シミュレーションで遂行することを特徴とする。(1) LEDのスペクトルを基礎として、スペクトルを合成し、シミュレーションを行った。

何通りかのスペクトルについて調べた結果、赤色LEDとして波長635 nm、青色LEDとして波長465 nm、および白色LEDの組み合わせが、適当であり、また、販売もされていることから、実用的であると判断した。白色LEDと赤色LEDとの組み合わせにより、障害者が一般色覚者と同じ配色パターンを良好に認識・共有できる、青色LEDを加えることも有効である、との結果が得られた。(2)WEB上で最近に無料公開されたソフトウェア「色のシミュレータ」と上記の波長のLEDを備えた既存(保有)の照明装置を利用して石原式色覚検査表(特に文字『8』)について15種類の照明パターンについてバリアフリー照明としての有効性を調べた結果、白色LEDと赤色LEDとの組み合わせは有効であることを確認した。また、被験実験は行わず、判別の難易度を数値で定量的に評価する手法を考案した。白色LEDと赤色LEDとの組み合わせは、従来知られていた「蛍光灯、赤色LED、青色LED」と同程度の効果があり、省エネに大いに貢献し、実用的であることが判った。従来、理論的に効果が無いとされていた緑色LEDも、配色パターンによっては有効であることも見いだした。人間は外部情報を五感を利用して知る。視覚は全体の8割なので、目を通じての正しい情報伝達は極めて重要である。しかし、実際の被験者実験では、本研究で利用してきたLED照明は照度が弱く、光源を検査表などに近づけるなどの様々な工夫が必要となった。LED照明では「色ムラ」を軽減するため、拡散板が使用されている。今回、発散角1度、5度の2種類のレンズ型拡散板、乳白色アクリル板について、色ムラ、照度に与える影響を調べた結果、発散角1度のレンズ型拡散板が最適であることを見出した。次に、検査式表(第1版)の数字「8」について、被験者実験で2型D型の色覚障がい者にはD65標準光源下では読めないが(正答率は0%)、開発したバリアフリー照明下では正答率が80%になったので、CIELAB(L*a*b*)色空間を利用して、その理由を考察した。検査表は、基準となる測色値が非公開なので、代替手段としてsRGBモードを有するフラットヘッドスキャナで検査表をスキャンし、文字色と背景色のD65光源下でのCIELAB値をsRGB値から算出した。バリアフリー照明下での色は、独自に環境照明プログラムを利用した。その結果、一般色覚者は3次元空間情報を利用して色の差を認識するのに対し、2型D型の色覚障がい者はL*b*色平面の情報のみで色の差を認識していることが判った。使用した2型D型色覚障がい者の見えの推定値(CIELAB値)は、具体的には、Brettelらが提案した2つの折れの射影平面に基づく手法を用いた。XYZ三刺激値とLMS錐体空間の相互変換についてはL、M、Sの値が1になるEstevez-Hunt-Pointerの錐体応答の変換式を用いた。L*a*平面ではa*方向に色縮退が観察された。L*b*色平面では、D65光源下では文字色と背景色が重なったが、バリアフリー照明下では両者が分離されているのが確認された。照明デザインまず、専用の光学実験台を試作すると共に、分光スペクトル測定器を購入し、実験の高度化を行った。製品化されている既存のLEDのスペクトルを合成・生成することで、石原式検査式表(国際版38表)をシミュレータを介して観察した場合に、スペクトルが最も最適な場合に80%の正答率が得られた。これは、前年度(2011)に見出したスペクトルでの正答率50%を大幅に上回る数値である。
環状ウレタン系モノマーと複合型フッ化物による低粘性コンポジットレジンの開発

修復用コンポジットレジンにフッ素徐放性を付与することができれば,コンポジットレジン修復時の周辺部の歯質の耐酸性の向上や,二次う触の予防効果が期待できる。著者らは、各種のフッ化物を配合した光重合型コンポジットレジンを試作し、その基礎的性質について水溶性のフッ化物を配合した場合に市販のグラスアイオノマーセメントを上回る優れたフッ素徐放性を示すことが明らかとなった。これはレジンマトリックスに吸収拡散した水分によって水溶性フッ化物の溶解が進行し、フッ素イオンの溶出が促進されたものと考察されたが、溶出速度が大きいことが問題点として明らかになった。長期間にわたるフッ素イオンの溶出を持続させるためには、この溶出速度を制御することが必要であると考えた。そこで、コンポジットレジンのフッ素イオン徐放性を制御する目的で、水溶性フッ化物であるFBNaの表面をシランカップリング剤であるMPTS(2%,5%)で処理してポリシロキサンコーティングを行った。このコーティングフッ化物を配合したコンポジットレジンのフッ素イオンの溶出量と機械的性質について検討した。フッ化物の表面をコーティングすることによって28日間のフッ素イオン積算溶出量は、非コーティングフッ化物を配合した場合の1/2以下に減少させることができた。また溶出速度についても同様の効果が得られ、経時的な溶出速度の変動の小さい持続的な溶出特性を示した。機械的性質については、曲げ強さおよび曲げ弾性係数ともに非コーティングの場合と大差ない値を示した。本研究の結果から、フッ化物表面をポリシロキサンでコーティングすることによって、コンポジットレジンのフッ素イオン溶出速度を制御することが可能であることが示唆された。修復用コンボジットレジンにフッ素徐放性を付与することができれば,コンボジットレジン修復時の周辺部の歯質の耐酸性の向上や,二次う触の予防効果が期待できる。本研究では小児の歯科治療や、保存治療のミニマルインターベンションを目指したフロアブル型コンボジットレジンにフッ素徐放性を付与した新しいコンポジットレジンの開発のための基礎的研究として、溶解速度の異なる6種のフッ化物と、親水性の異なる2種の2官能性メタクリレートおよび微粒子シリカからなる光重合型コンボジットレジンモデル組成物を調製し、ベースレジンの親水性がフッ素徐放性や機械的性質に及ぼす影響について検討した。コンポジットレジンの調製には、親水性の異なる2種の2官能性メタクリレート(エチレングリコールジグリシジルエーテルジメタクリレート(EDEDMA、共栄社化学)およびトリエチレングリコールジメタクリレート(TEGDMA、新中村化学))とウレタンジメタクリレート(UDMA、根上工業)を各々50/50wt%で混合し、さらに光重合開始剤(カンファーキノンを0.5wt%/ジメチルアミノエチルメタクリレート1.0wt%)を溶解しベースレジンを調製した。そして、このベースレジンにフッ化物(フッ化ナトリウム(NaF)、テトラフルオロホウ酸ナトリウム(FBNa)、テトラフルオロホウ酸アンモニウム(FBAm)、ヘキサフルオロチタンカリウム塩(FKTi)、ヘキサフルオロチタンナトリウム塩(FNaTi)、ヘキサフルオロスズナトリウム塩(FNaSn) Aldrich社)およびシラン処理高純度微粒子シリカ(平均粒径8-12μm、イズミテック)を、ベースレジン/シリカフィラー/フッ化物=66.6/38.4/5.0(wt%)の割合で添加し、フッ素徐放性光重合型コンポジットレジンを調製し、吸水量の測定、フッ素イオン溶出量の測定、力学的性質の測定を行った。その結果、1.EDEDMAはコンポジットレジンの吸水性を高め、TEGDOMA/UDMA系コンボジットレジンの約3倍の吸水量を示した。2.試作コンポジットレジンからのフッ素イオンの溶出速度は、EDEDMA/UDMAをベースとしたコンポジットレジンがTEGDMA/UDMA系に比べて大きかった。しかし、721日で徐々に減少したのに対して、FBNaおよびFBAmを含むTEGDMA/UDMAコンポジットレジンは28日までほぼ同じ溶出速度が持続された。3.FBNaを添加したコンホジットレジンは、ベースレジンの違いに関係なく市販のGICセメントの約10倍に相当する大きなフッ素溶出量を示した。4.力学的性質はTEGDMA/UDMA系がEDEDMA/UDMA系より総体的に高い値を示したが、添加するフッ化物による影響も強くみられ、溶解性の大きいFBNaおよびFBAmを含むコンポジットレジンが、水中浸漬による影響が大きかった。

そこで、コンポジットレジンのフッ素イオン徐放性を制御する目的で、水溶性フッ化物であるFBNaの表面をシランカップリング剤であるMPTS(2%,5%)で処理してポリシロキサンコーティングを行った。このコーティングフッ化物を配合したコンポジットレジンのフッ素イオンの溶出量と機械的性質について検討した。フッ化物の表面をコーティングすることによって28日間のフッ素イオン積算溶出量は、非コーティングフッ化物を配合した場合の1/2以下に減少させることができた。また溶出速度についても同様の効果が得られ、経時的な溶出速度の変動の小さい持続的な溶出特性を示した。機械的性質については、曲げ強さおよび曲げ弾性係数ともに非コーティングの場合と大差ない値を示した。本研究の結果から、フッ化物表面をポリシロキサンでコーティングすることによって、コンポジットレジンのフッ素イオン溶出速度を制御することが可能であることが示唆された。