hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
適応型柔軟構造物に関する学術調査

初年度は,世界各国の適応型柔軟構造物の動向について調査した。9月に,川口助教授が,マドリッドで行なわれた空間構造に関する国際会議に出席し,膜材を用いた軽量な開閉式屋根膜構造の発表を行ない,会議後,スペイン国内の適応型柔軟構造物の実施例を視察した。特に,ピニェーロ記念館では,可動式展開構造物の開発において先駆的業績のあるエミリオ・ペレス・ピニェーロの業績についてつぶさに調査することができた。11月には,アテネ工科大学よりハリス・ガンテス博士を招き,2回の講演会を含む,可動式適応型展開構造物に関する種々の情報交換を行なった。1月には,ケンブリッジ大学のサイモン・ゲスト博士を招き,2回の講演会を含む,宇宙展開構造物に関する種々の情報交換を行なった。12年度は,5月に川口助教授が,イスタンブールで行なわれたシェルと空間構造に関する国際会議に出席し、各国の展開構造物に関する情報交換を行なった。さらに6月4日より6月7日まで,ギリシャ・クレタ島で開催されたIASS-IACM会議に出席し、特異値分解を用いた柔軟構造物の解析手法に関する発表を行ない、同会議において、共同研究者のアテネ工科大学ハリス・ガンテス博士と再会、可動式適応型展開構造物に関する種々の情報交換を行なった。10月には,韓国ソウルで行なわれたAPCS(シェルと空間構造に関するアジア太平洋会議)に出席し、シザーズ型展開構造物の単層スペースフレームへの応用に関する研究発表を行った。さらに、2月には大雪で膜パネルが大破する被害を受けたソウルのケーブルドーム(直径約110m)の現場に急行し、現場視察及調査を行なった。13年度は,7月に川口助教授が,アテネ工科大学を訪れ共同研究者のハリス・ガンテス博士と再会し、適応型構造物に関する種々の情報交換を行なった。また、同7月イスタンブールで第2回歴史的空間構造の研究国際会議に出席し,会議主催者のギョルン・アルン教授と歴史的構造物の保存や維持と適応型柔軟構造物に関する情報交換を行なった。さらに同年9月29日10月14日まで,ギョルン・アルン教授を日本へ招聘し、共に名古屋で開催された「シェルと空間構造に関する国際会議」に出席し、歴史的構造物の維持保全と適応型柔軟構造物に関する情報交換を深めた。最終年度には,主にガンテス博士とのやり取りの中から得られた情報を下に、アルン教授との情報交換の成果を含めた形で報告書(英文)をまとめた。本年度は、研究の初年度であり、世界各国の適応型柔軟構造物の動向について調査した。9月18日より9月30日まで、川口助教授が、マドリッドで行われたシェルと空間構造に関する国際会議に出席し、膜材を用いた軽量な開閉式屋根膜構造の発表を行なった。さらに会議に出席していた各国の柔軟構造物研究者と種々の情報交換を行なった。会議後、スペイン国内に点在する適応型柔軟構造物の実施例を観察した。

主な視察構造物は、サラゴサの闘牛場の開閉式屋根、アルコイの市民ホールの可動モニュメントと、可動エントランス、バレンシアのシティオブサイエンス内の可動構造物バレンシアの可動式地下鉄エントランス、カラスパラのピニェーロ記念館等である。特に、ピニェーロ記念館では、可動式展開構造物の開発において先駆的業績のあるエミリオ・ペレス・ピニェーロの業績についてつぶさに調査することが出来た。11月13日より11月21まで、共同研究者のアテネ工科大学よりハリス・ガンテス博士を招き、2回の講演会を含む、可動式適応型展開構造物に関する種々の情報交換を行なった。特に、ガンテス博士の展開構造に関するレヴューは博士の長年の研究に基づく貴重なものであった。1月9日より1月15日まで、共同研究者のケンブリッジ大学のサイモン・ゲスト博士を招き、2回の講演会を含む、宇宙展開構造物に関する種々の情報交換を行なった。特に、ゲスト博士の宇宙展開構造物に関するいくつかの基本的な概念にかかわる研究は、貴重なものである。本年度は,昨年度に引き続き,世界各国の適応型柔軟構造物の動向について調査した。5月29日より6月2日まで,川口助教授が,イスタンブールで行なわれたシェルと空間構造に関する国際会議に出席し,各国の展開構造物に関する情報交換を行なった。さらに川口助教授が6月4日より6月7日まで,ギリシャ・クレタ島で開催されたIASS-IACM会議(シェルと空間構造の数値解析手法に関する国際会議)に出席し、特異値分解を用いた柔軟構造物の解析手法に関する発表を行ない、同会議において、共同研究者のアテネエ科大学ハリス・ガンテス博士と再会し、可動式適応型展開構造物に関する種々の情報交換を行なった。さらに、同博士より可動式構造物に関する詳細なレビューを受け取った。川口助教授は10月15日より10月20日まで,韓国ソウルで行なわれたAPCS(シェルと空間構造に関するアジア太平洋会議)に出席し、シザーズ型展開構造物の単層スペースフレームへの応用に関する研究発表を行い、その中で、アルミニウムを用いた単層スペースフレームの設計、構造解析、モデル作成についての紹介を行なった。会議後、ソウルと全州のワールドカップスタジアムを視察した。双方のスタジアムとも屋根構造として軽量柔軟な膜構造を用いている。さらに、2月23日より25日まで、2月15日の30年ぶりの大雪で膜パネルが大破する被害を受けたソウルのケーブルドーム(ソウルオリンピック体操競技場・直径約110m)の現場に急行し、韓国世明大学金勝徳助教授の案内で現場視察及び被災時のビデオを見ながらの調査を行なった。ケーブルドームはケーブル材と膜材に張力を導入した柔軟型の大スパン空間構造物である。平成13年7月4日より7月8日まで,川口助教授が,ギリシャアテネ工科大学を訪れ共同研究者のアテネ工科大学ハリス・ガンテス博士と再会し、可動式適応型展開構造物に関する種々の情報交換を行ない、二人のこれまでの情報交換成果を報告書にまとめる約束をした。その後ガンテス博士とのやり取りで共同報告書の作業を行った。また、川口助教授は同7月8日より11日まで、イスタンブール・ユルドゥズ大学で行なわれた第2回歴史的空間構造の研究国際会議に出席し,会議主催者のギョルン・アルン教授と歴史的構造物の保存や維持と適応型柔軟構造物に関する情報交換を行なった。
ポリマーがいしの遠隔劣化計測技術の開発

レーザーを用いて、経年によるポリマーがいしの劣化状態を、サンプルを切断することなく、非破壊で計測する技術を開発する。これにより得られるポリマーがいしの状態変化と絶縁性能の関係を明らかにすることにより、ポリマーがいしの劣化メカニズムを明らかにする。さらに、これらの結果を元に、運用中のポリマーがいしの劣化状態を、課電状態において、遠隔・非接触で迅速に計測する技術を開発する。
母集団PK-PD解析による血漿中薬物濃度を用いたがん化学療法の個別化

フッ化ピリミジン系抗がん剤5-フルオロウラシル(5-FU)の血漿中濃度を用いたがん化学療法の個別化を目的に、母集団薬物動態解析および薬物動態-薬力学的(PK-PD)モデル解析を駆使し、血漿中濃度の個体間、個体内変動を評価するとともに、薬効・毒性発現との関係を定量的に評価した。その結果、5-FUクリアランスの日内変動パターンを把握できたと同時に、骨髄抑制発現・重篤度を予測可能なPK-PDモデル構築に成功した。これらの知見は、5-FU血漿中濃度を用いた化学療法の個別化に貢献し得るとともに、治療成績の向上のみならず、科学的根拠に基づいた投与設計により医療費削減も期待される。大腸がん化学療法のkey drugである5-FUに関して、血漿中5-FU濃度に基づくがん化学療法の個別化ならびに臨床で実施可能な技術を確立することを目的として、今年度は当初の計画に従ってラットを用いた基礎検討を行い、以下の研究成果が得られた。1. 5-FUの母集団薬物動態モデル解析を行い、コサイナー法という統計学的手法を用いてラット血漿中5-FU濃度の日内変動リズムを記述できるモデルの構築に成功した。また、今回構築した薬物動態モデルを用いることで、5-FUを持続点滴投与した際の定常状態における血漿中5-FU濃度の日内変動をシミュレートすることが可能であった。したがって、本モデルは、患者個々の血漿中5-FU濃度の日内変動を考慮した投与方法や、血漿中5-FU濃度を評価するための採血ポイントのタイミングを推定するために有用であることが示唆された。2. 5-FU投与後の毒性発現として骨髄抑制に着目し、赤血球、白血球、好中球およびリンパ球について血球数をマーカーに検討を行った結果、5-FUの投与時刻によって、骨髄抑制の重篤度に違いが認められた。このことから、血漿中5-FU濃度の日内変動リズムが毒性発現やその重篤度に影響を与えうることが考えられた。3.大腸がんに対する標準的なレジメンであるFOLFIRI療法やmFOLFOX6療法における5-FUの先行急速静脈内投与と、5-FUの持続点滴投与後の血漿中濃度推移との関係に関して基礎的検討を行った。その結果、5-FUの先行急速静脈内投与は、その投与量に比例して、5-FUの主な代謝酵素であるDPDの活性を抑制した。このDPDの活性抑制は、5-FUの持続点滴投与後の血漿中濃度の半減期延長に寄与していると考えられ、投与設計を個別化する際に考慮すべき点であることが示唆された。現在までの研究進捗状況は、ほぼ計画通り遂行している。本年度の研究計画であったラット血漿中5-FU濃度の個体間変動・日内変動の解明について検討し、これらを解析可能な母集団モデルの構築に成功した。また、2年目以降の研究計画であった血漿中5-FU濃度の変動に影響を及ぼしうる因子の解明についても検討を開始している。さらに、食道がん化学放射線療法を受けた患者の血漿中5-FU濃度の母集団解析については、血漿中5-FU濃度の個体間変動の程度やこれらの変動因子について把握し、母集団モデルに考慮すべき点について把握することができた。血漿中5-FU濃度変動と治療期間中の重篤な副作用発現・治療効果との関係について把握することが次年度の目標である。本年度に得られた成果は、国内学会発表では、第32回日本TDM学会・学術大会、日本薬物動態学会第30回年会、第25回日本医療薬学会年会、第36回日本臨床薬理学会学術総会にて発表を行った。海外学会発表では、14th International Congress of Therapeutic Drug Monitoring & Clinical Toxicologyにて発表を行った。また原著英論文としては、1報がすでに掲載済みである。昨年度の検討で得られた5-fluorouracil(5-FU)のラット血漿中濃度の個体間・個体内変動に関する知見をもとに、体内動態と毒性発現・重篤度との関係を明らかにすべく5-FU投与後の骨髄抑制の発現およびその程度について母集団薬物動態ー薬力学的(PK-PD)モデル解析を行った。具体的に、5-FU投与後の体重、赤血球、白血球及びリンパ球数を用いて、経時的な変化を記述できるモデルを構築し、母集団解析を行った。その結果、実測値と予測値は同程度であった。さらに、得られたPK-PDモデルパラメータの結果より、5-FUの血漿からの消失に関わるPKパラメータの個体間変動(8.1%)よりも、体重減少に関わるPDパラメータの個体間変動(82.6%)の方が大きかったことから、骨髄抑制を含む毒性発現や重篤度には、5-FU血漿中濃度の個体間変動のみならず薬物感受性の個体間変動も関与することが示唆された。さらに、当初の計画通り、経口フッ化ピリミジン系抗がん剤であるカペシタビンについて、5-FUの血漿中濃度に基づく投与設計の個別化を目的に、薬物濃度の個体間変動に関して、母集団PK解析によるアプローチで基礎的検討を行った。その結果、カペシタビン投与後の5-FUの血漿からのクリアランスは、8時頃に最大値(母平均1.34 L/hr/kg)、20時頃に最低値(母平均0.5 L/hr/kg)となるコサイン曲線で記述することが可能であった。

したがって、クリアランスに日内で約2.5倍の振幅が認められたことから、5-FU静脈内投与時と同様に、カペシタビン投与後の5-FU血漿中濃度にも日内変動の存在が示唆された。以上より、カペシタビンを用いたがん化学療法に関して、より良い治療効果を得るためには5-FU血漿中濃度の日内変動を考慮に入れた投与設計の必要性が考えられた。当初の計画通り、おおむね順調に遂行できている。昨年度に得られた知見を基に、5-FU投与後の骨髄抑制の発現・重篤度について、PK-PDモデルの構築に成功し、母集団解析を通じて副作用発現に影響を及ぼし得る因子を推定することができた。さらに、経口フッ化ピリミジン系抗がん剤であるカペシタビンについても、代謝物の血漿中濃度を含めた検討を行い、これらの体内動態を記述可能なPKモデル構築に成功した。このモデルを用いた母集団解析より、カペシタビンを用いたがん化学療法における5-FU血漿中濃度に基づく投与設計の実現に向けて、投与時刻を考慮した投与設計の必要性など、基礎的な知見を得ることができた。昨年度に引き続き、5-フルオロウラシル(5-FU)血漿中濃度に基づく個別化医療の実現に向け、基礎的検討を行った。昨年度得られたカペシタビン投与時の結果を基に、今年度は、経口フッ化ピリミジン系抗がん剤UFT投与後の5-FU血漿中濃度データについて、薬物動態学的/薬力学的(PK-PD)解析ならびに母集団薬物動態解析を行い、以下の知見を得た。大腸癌モデルラットにおけるUFTの体内動態と抗腫瘍効果についてPKならびにPD評価を行った。UFT反復投与開始14日目の5-FU血漿中濃度は投与開始初日に比べて増加し、腫瘍体積は減少していたことから、UFT反復投与による5-FU血中滞留性が少なからず治療効果の増強に関与することが示唆された。そこで、UFT反復投与後の5-FU血漿中濃度と腫瘍体積との関係を定量的に関連付けるために、PK-PDモデルを構築した。PKモデルではテガフールから5-FUへの代謝過程を記述し、PDモデルには腫瘍増殖モデルを採用した結果、UFT反復投与後の腫瘍体積の減少を定量的に予測可能なモデルを構築することができた。本モデルは、UFTの治療成績向上へ向けた基礎的検討の際に有用になり得ると考えられた。次に、UFT投与後の5-FU血漿中濃度には日内変動の存在が示唆されていることから、母集団薬物動態解析の手法を用い、5-FU血漿中濃度に及ぼすUFT投与時刻の影響について検討を行った。その結果、ラットに対するUFT投与後の5-FUのクリアランスは10時頃に最大となり、22時頃に最低となるコサイン曲線で記述可能であった。また、この日内変動パターンは、5-FU静脈内投与ならびにカペシタビン投与後とほぼ同様であった。以上のことから、より良い治療成績を得るには、UFT投与後の5-FU血漿中濃度に基づく投与設計の意義が見い出されたとともに、投与時刻を考慮した投与設計の必要性も示唆された。フッ化ピリミジン系抗がん剤5-フルオロウラシル(5-FU)の血漿中濃度を用いたがん化学療法の個別化を目的に、母集団薬物動態解析および薬物動態-薬力学的(PK-PD)モデル解析を駆使し、血漿中濃度の個体間、個体内変動を評価するとともに、薬効・毒性発現との関係を定量的に評価した。その結果、5-FUクリアランスの日内変動パターンを把握できたと同時に、骨髄抑制発現・重篤度を予測可能なPK-PDモデル構築に成功した。これらの知見は、5-FU血漿中濃度を用いた化学療法の個別化に貢献し得るとともに、治療成績の向上のみならず、科学的根拠に基づいた投与設計により医療費削減も期待される。
河川の超ミクロハビタットにおける微生物ループ

日本の河川は諸外国の河川に比べて急流であるため、プランクトンや付着力の弱い生物の生存には適さないと考えられてきた。しかし、河床付近では流速がゼロになるかまたは、ほとんど無視できるほどに低くなる粘性境界層が形成され、粘性境界層では浮遊または付着力の弱い微生物が生存可能である。本研究では、水中で石等の基質を採取することで粘性境界層ごと微生物を採集できるサンプリング方法(水中採取法)により河床の微生物現存量を評価し、河床生態系における微生物ループの存在を検討した。水中採取法を用いて求めた細菌、鞭毛虫、繊毛虫の細胞密度の方が従来の方法を用いた場合よりも高い傾向が得られた。このことから、河床には粘性境界層のような浮遊あるいは付着力の弱い微生物も生息可能な条件が存在することが示唆された。原生生物のうち鞭毛虫と繊毛虫は、湖沼や海洋の浮遊生物食物網において主要な細菌摂食者であることが明らかとなっているが、河床環境においてこのような原生生物と細菌間の食物連鎖に関する報告はない。次ぎに本研究では、これら原生生物の細菌摂食者としての相対的重要性について、蛍光ビーズ法により評価した。調査を行った河川では、鞭毛虫が細菌摂食者として繊毛虫よりも重要であった。しかし、これらの原生生物による細菌摂食の総量は、一日に細菌現存量の0.7%しか消費しないことが分かった。すなわち、河床において微生物ループは機能しているものの、河床生態系の食物網を介した物質循環における有機物伝達の役割は小さいと示唆された。なお、本研究で得られた成果については、平成14年8月に韓国・ソウル市で開催された国際生態学会(INTECOL)、および日本陸水学会(東京・府中市)と日本微生物生態学会(三重・津市)において、それぞれ報告を行った。河床の石の表面に生存している微生物の現存量の測定を、従来法(河川水中から右を取り出し、サンプルを採取する)と水中法(水中で石を採取する)の両方で行い、両者の測定に違いがあるか検討した。河川中に数週間放置された素焼きのタイル、あるいは自然石を上記の2つの方法によりそれぞれ3連で採取し、細菌と原生動物(鞭毛虫と繊毛虫)の細胞密度について、愛媛県内のいくつかの河川において測定した。細菌については、14回中3回について、水中法による値の方が有意に高い結果が得られた。この3回中の最初の1回は、脆く崩れ易いミズワタが河床全面を覆っており、従来法では基層を水中から取り出した際にその部が剥がれ落ちてしまったと考えられる。次の1回が得られた際には、石表面の微生物群集の生物量が高かった。従来は、細菌の藻類への付着は強いと考えられてきたが、このケースでは発達した付着藻類群集中の無流層中に浮遊細菌が存在していたと考えられる。また、残る1回では、増水の後で石の表面の微生物膜がまだ未発達であったが、この段階の微生物膜では細菌の付着力が弱かったと考えられる。鞭毛虫および繊毛虫については、14回中それぞれ3回および2回について、水中法による値の方が有意に高い結果が得られた。これら水中法の方が有意に高い結果が得られた際には、付着藻類の現存量が高く、発達した付着藻類群集の上あるいは中の無流層に浮遊性あるいは付着力の弱い原生動物が存在していたと考えられる。また、本研究では、従来法による測定値の方が水中法によるそれよりも高くなるケースは一例も見られなかった。以上の結果から、河川河床の石の表面の無流層に生息する微生物の現存量の評価には、水中法を用いるべきであると示唆された。この無流層には細菌や原生動物が生息しており、これら微生物の食物連鎖である微生物ループが存在・機能しているかもしれない。

なお、本研究で得られた成果については、平成14年8月に韓国・ソウル市で開催された国際生態学会(INTECOL)、および日本陸水学会(東京・府中市)と日本微生物生態学会(三重・津市)において、それぞれ報告を行った。
癌幹細胞―正常細胞間コミュニーケーション分子の同定と性状解析

1、Ecrg4下流因子の同定とその機能解析H23年度にEcrg4+/+グリオーマ幹細胞(GIC)の野生型マウス脳における腫瘍形成能が、Ecrg4-/-GICに比べ著しく弱い事が発見した。両GICはヌードマウス脳に腫瘍を形成する事から、Ecrg4は免疫細胞を活性化する新規癌抗原であると考えられた。H24年度は、Ecrg4がT・B細胞のどちらに働いているのかの検討を進めた。始めに、抗Ecrg4抗体がEcrg4+/+GICを移植した野生型マウス末梢血中に存在するかについて検討した結果、検出感度以下であった。この結果は、液性免疫によるEcrg4+/+GICの腫瘍形成抑制の可能性は低いことを示唆している。T細胞/NK細胞による細胞傷害実験系の確立と癌抗原としてのEcrg4の働きについて検討する予定である。同時に、Ecrg4+/+、+/-と-/-神経幹細胞(NSC)とこれら細胞から誘導したGICの遺伝子発現プロファイルを調べ、NSCとGICのEcrg4下流因子群を抽出した。これら因子の働きについて今後検討を進める予定である。2、Ecrg4受容体の同定Ecrg4-Fc融合タンパク質とcDNA発現ライブラリーを用いたスクリーニングにより抽出したEcrg4受容体(Ecrg4R)候補因子群からEcrg4Rを同定した。Ecrg4Rは様々な生物学的機能(疾患、細胞老化を含む)を有する細胞膜タンパク質である。様々なEcrg4とその受容体の欠損タンパク質を作製し、Ecrg4のカルボキシル末端とEcrg4Rの細胞外領域が結合領域であることを同定した。今後はEcrg4Rシグナル伝達について検討を進める予定である。3、グリオーマ幹細胞由来細胞老化誘導因子の同定マウスGICとヒトGIC群の遺伝子発現プロファイル解析から、発現上昇している分泌タンパク質群を抽出した。それらの機能は今後検討を進める予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。腫瘍形成における老化誘導因子Ecrg4の機能について解析をすすめ、以下の研究成果を得た。1、悪性グリオーマの周辺に存在するEcrg4陽性細胞を同定するために、免疫染色法を用いて検討を進めているが同定に至っていない。これらEcrg4陽性細胞の機能を検討するために、野生型およびEcrg4ノックアウトマウス脳にマウス人工グリオーマ幹細胞株(GIC)を移植し、腫瘍形成能の違いについて検討したが、両マウス間で優位な差はなかった。次いで、Ecrg4+/+、+/-、-/-マウス脳から調整した神経幹細胞(NSC)を形質転換し、作製したGIC株の性状を解析した結果、Ecrg4-/-NSC由来GICは他の細胞から樹立したGICに比べ増殖が早く、ヌードマウスおよび野生型マウス脳への移植により早期にグリオーマを形成した。Ecrg4+/+と+/-NSC由来GICによる野生型マウス脳での腫瘍形成能が著しく弱いことから、これらGICで発現しているEcrg4が免疫系細胞等に何らかの機能を有していると考えられる。また、本結果はEcrg4が腫瘍抑制因子として働いていることを明確に証明した。2、Ecrg4受容体を同定するために、成熟型Ecrg4とヒトIgGのFc領域の融合タンパク質(Ecrg4-Fc)発現ベクターを構築し、Ecrg4-Fcがよく結合する細胞を同定、その細胞から調整したmRNAからcDNAライブラリーを作製した。作製したcDNAライブラリーを組み込んだレトロウイルスをEcrg4-Fcの結合が見られなかった細胞に感染させ、Ecrg4-Fcとの結合による発現ライブラリースクリーニングを行っている。Ecrg4-Fcが結合する細胞群の濃縮に成功し、現在組み込まれた遺伝子の同定を進めている。3、GICから分泌される老化誘導因子を同定するための実験系を構築中である。

様々なEcrg4とその受容体の欠損タンパク質を作製し、Ecrg4のカルボキシル末端とEcrg4Rの細胞外領域が結合領域であることを同定した。今後はEcrg4Rシグナル伝達について検討を進める予定である。3、グリオーマ幹細胞由来細胞老化誘導因子の同定マウスGICとヒトGIC群の遺伝子発現プロファイル解析から、発現上昇している分泌タンパク質群を抽出した。それらの機能は今後検討を進める予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在までの研究成果から(1)腫瘍周辺部に存在するEcrg4陽性細胞を同定していないが、Ecrg4が癌抑制因子として機能することを証明すると共に、免疫細胞への働きについての新規知見に繋がる結果を得ている、(2)発現スクリーニング法を用いてEcrg4受容体遺伝子が濃縮されており、その同定が間近である。現在までに得られた研究成果を基盤として、以下の研究を推進していく予定である。1、腫瘍周辺部に存在するEcrg4陽性細胞の同定2、免疫細胞に働くEcrg4の機能解析3、Ecrg4受容体の同定とそのシグナル伝達系の解析4、GICによる細胞老化誘導実験系の構築と老化誘導因子の同定
対人援助職者としての看護師のストレス制御特徴とそれに適合する対処技法の開発

ヒューマンサービスに従事する対人援助職者の中でもストレスが高いとされている看護職のストレス制御の特徴を質問紙調査を用いて明らかにし、それに適合するストレスマネジメント技法の開発への示唆を得ることを目的とした。質問紙は(1)適応のための資源を測定するストレス自己統制評定尺度(「レジリエンス状態」を測定する尺度)、(2)気分状態を測定する日本版Profile of Mood States (POMS)、(3)ストレス情報への注目度と回避度を測定するMiller Behavioral Style Scale(MBSS)の3尺度であった。平成27年度は看護師301名を対象に質問紙調査を行った。平成28年度は、同じ質問紙を用いて5企業180名を対象に郵送調査を行い、115名から回答を得た。その結果、ストレス制御には性差が認められた。女性はソーシャルサポートを利用して自己実現を目指している傾向にあるが、男性にはそのような特徴は認められないこと、気分状態に関しては男性は抑うつ、疲労といった非覚醒型で表面化しにくい不快気分が認められたが、女性ではそうした特徴が認められなかったこと、である。平成29年度から30年度にかけて対人援助職者としての看護職者と一般企業就労者間で、ストレス認知の仕方、ストレス対処力(「レジリエンス状態」)およびストレス反応について統計的に比較した。その結果、看護師は一般企業就労者と比較してストレスに巻き込まれやすく、セルフエンパワメントしにくい状態であると考えられた。そしてストレスを気晴らし行動によって対処する傾向があると考えられた。一般企業就労者はストレスの高低を決めるのは就労者個人のモチベーションに関わるが、看護師にはそのような個人の努力の結果ではなく、他者よりも勝っていたい活力の高さがストレスを高める結果となっており、いわば競争の中で就労していると考えられた。ヒューマンサービスに従事する対人援助職者には看護師、精神保健福祉士、教師など様々な職種があるが、今回は対象を絞り、対人援助職者の中でもストレスが高いとされている看護職のストレス制御の特徴を明らかにし、それに適合する実用性・汎用性の高いストレスマネジメント技法を開発・実施することである。今後3年間を目途として基盤的研究を遂行する。全体の構想は、1看護職に特有のストレス反応の自己制御の仕組みの解明、2これに適合しかつ看護職のニーズに応じたストレスマネジメントの技法の開発、3その心理的介入の効果と汎用性の判定、である。予想される結果と意義は、看護職のエンパワーへの貢献と医療現場を中心とするヒューマンサービス利用者への適切な援助方略の促進である。本年度は看護師301名を対象に質問紙調査を行った。データ解析に移る前に、調査フィールド側との事前の打ち合わせにより、調査協力者の中にメンタルヘルス不全の兆候を見いだした場合の対応にそなえ、全ての協力者のプロファイリングの読み込みを行った。協力者を特定できないようにコード化して調査を行ったため、いわゆる目隠し分析(ブラインドアナリシス)である。慎重を期すため読み込みは2回繰り返した。現在は、データの解析中である。この結果を基に、対人援助職者としての看護師のストレス制御メカニズムを明らかにし、前回の科学研究費補助金を受けて行った大学生の結果および、本年度の調査対象である一般企業就労者と比較検討しながら、看護職者に適合したメンタルヘルスケア技法の開発に応用する予定である。すでに解析段階にはいっているからである。ヒューマンサービスに従事する対人援助職者の中でもストレスが高いとされている看護職のストレス認知と対処の仕組みにおける心理的特性を解明すること、この特性に適合したバーンアウトを防止する実用性・汎用性の高いストレスマネジメント技法を開発・実施することである。平成26年度からの3年間を目途として基盤的研究を遂行することが目的であった。平成26年度は、看護職310名を対象に(1)適応のための資源を測定するストレス自己統制評定尺度(「レジリエンス状態」を測定する尺度)、(2)気分状態を測定するPOMS、(3)ストレス情報にどの程度注目しあるいは回避するのかの程度を測定するMBSSの3つの質問紙を用いて質問紙調査を実施した。平成28年度は、同じ質問紙を用いて5企業180名を対象に郵送調査を行った。115名から回答を得た。主な結果の一部は以下のとおりであった。ストレス対処に関しては、用いる心理的資源には性差が認められた。経験的によく言われていることが実証されたともいえよう。そして115名の調査協力者のうちの希望者65名に一般企業の全体結果を作成した結果プロファイリングを添付して詳細な説明を加えた冊子を作成・郵送した。当初計画では1つの企業に絞って調査を行う予定であったが、複数の企業から多職種の方々が調査に参加してくださった。標本抽出の視点から言えば、ランダムサンプリングに比較的近い資料がえられたといえる。一般企業就労者が当初計画の予想以上に調査に協力してくださったといえ、全体結果を求めるニーズからはメンタルヘルス問題への関心の高さがうかがえた。対人援助職者としての看護職者と一般企業就労者間で、ストレス認知の仕方、ストレス対処力(「レジリエンス状態と定義」)およびストレス反応について統計的に比較検討を行った。その結果、看護職の方が、有意にストレス刺激に注目する傾向が高かった。

次にストレス対処力のうち、生産的なストレス対処行動につながると思われる項目では、看護職の方が情動焦点対処得点が高く、一般企業就労者の方が、充足的達成動機、運動の有能感、問題焦点対処、自尊心および実存感が高かった。しかし、そして過剰適応を抑制する行動につながると思われる脆弱性は、看護職の方が高かった。そして、ストレス反応は、看護職者の方が、ネガティブ気分が高かった。すなわち、看護職者は一般企業就労者と比較して、ストレス刺激に注目する程度が高く、生産的なストレス対処行動の力が低く、高いストレスを自覚していることが示唆された。そして、2つの職種における、ストレスの自己統制機序の違いであるが、次のようなことがいえると考えられる。看護職者ではストレス刺激への認知の仕方がストレス反応を予測できるが、一般企業就労者ではそのような予測はできない。そして、看護職者ではストレス対処力の中でも、心理的脆弱性、身体的脆弱性、達成動機がストレス反応を予測できるが、特に心理的脆弱性の予測ウエイトが大きい。他方一般企業就労者では、心理的脆弱性と身体的脆弱性がストレス反応を予測できるが、心理的脆弱性の予測ウエイトが大きい。以上のことから看護職者は、一般企業就労者に比べてストレス刺激に敏感で、高いストレスを自覚しているにも関わらず、心身ともに敏感で生産的なストレス対処行動がとりにくい状態であると考えられる。こうした状態にある看護職者には、一般企業就労者とは異なる就労支援が必要であると考えられる。上記までの分析は終了した。また、調査協力をいただいたいくつかの一般企業から、個人結果を本人宛にのみ、フィードバックしてほしい旨の要請があった。これに対応するための個人結果判定作業が本研究に追加されたが、これを担当していた研究協力者の事情により、研究ペースを落とす必要が生じた。そのため、研究期間を1年間延長する申請をし、許可をいただいている。なお当該研究協力者は、作業に復帰できる状態になったため、研究全体の進捗状況は、概ね順調であると判断できる。ヒューマンサービスに従事する対人援助職者の中でもストレスが高いとされている看護職のストレス制御の特徴を質問紙調査を用いて明らかにし、それに適合するストレスマネジメント技法の開発への示唆を得ることを目的とした。質問紙は(1)適応のための資源を測定するストレス自己統制評定尺度(「レジリエンス状態」を測定する尺度)、(2)気分状態を測定する日本版Profile of Mood States (POMS)、(3)ストレス情報への注目度と回避度を測定するMiller Behavioral Style Scale(MBSS)の3尺度であった。平成27年度は看護師301名を対象に質問紙調査を行った。平成28年度は、同じ質問紙を用いて5企業180名を対象に郵送調査を行い、115名から回答を得た。その結果、ストレス制御には性差が認められた。
チャバネアオカメムシと共生細菌における局所的共進化

チャバネアオカメムシにおいて、本州と沖縄では異なる共生細菌を持ち、これらの共生細菌は入れ替えることが不可能であるという共進化が起こっていることがわかっていた。そこで、これらの現象がどのような原因で起こっているのかを調査したところ、共生部位の免疫が関与していることが疑われた。そこで、チャバネアオカメムシの液性免疫の一端を明らかにし、それがどのように共生に関与しているかを調査した。液性免疫の共生への関与は未だ研究を進める必要があるが、カメムシの免疫で興味深い結果が得られた。今年度に行うべき実験を1.共進化と免疫、2.共生と休眠、3.共生細菌を他の細菌への置換、と3つ示してあったが、2以外は完全に実験を終えた。共進化の鍵を握る可能性が考えられたため、特に1に関して研究を進めた。チャバネアオカメムシの本州系統と沖縄系統と共生細菌での共進化は、共生部位への侵入、共生部位での菌の増殖のいずれかが関与していることを示した。そこで、チャバネアオカメムシの免疫機構に着目し研究を進めた。その結果、チャバネアオカメムシにおける免疫機構として働くIMD経路、toll経路の構成遺伝子を明らかにした。また、共生部位で働く抗菌ペプチドをいくつか同定し、共生への関与が示唆された。今後は、さらに腸内免疫と共生の関係に関する研究をさらに進める。特に、1の共進化と免疫に関しては、共進化への免疫の関与を示すまでが目標であったが、今年度ですでに免疫の関与が示され、さらにカメムシ体内の免疫機構が明らかになりつつある。さらに、腸内の免疫関連遺伝子の発現を見ることで、共生への関与が示唆される抗菌ペプチドを示すことができた。本州産と沖縄産のチャバネアオカメムシとそれぞれの共生細菌は入れ替えることが不可能であった。この理由を調査したところ、共生部位への侵入の可否が重要であることを示すことができた。この共生部位への侵入には昆虫免疫、特に液性免疫が関与している可能性が示され、チャバネアオカメムシの免疫を調べた。カメムシ目昆虫ではいくつかの種が代表的な液性免疫に関する経路であるIMD経路を失っていることが知られていたが、チャバネアオカメムシはショウジョウバエなどと同様にIMD経路、toll経路共に持っていた。さらに詳しく調べると、IMD経路とToll経路はちゃんと働いて抗菌ペプチドの産生に関わっており、IMD経路とToll経路は相互作用が強く見られた。この相互作用は他の昆虫ではわずかにみられる程度だが、チャバネアオカメムシではかなり相互作用が強く起こっていることが示された。この経路間の相互作用が共生細菌とどのように関与しているかは未だ不明だが、これらの興味深い現象について現在論文化を進めている。さらに免疫と共生の関与を詳しく示し、新たな知見を得る。また、これまでの研究については、論文としてまとめる。昆虫学備品費としてインキュベータ代を80万円計上していたが、カメムシの飼育環境で必要な25°Cを保てる部屋を一部屋借りることができたため、備品を購入しなかった。今年度の持ち越し額は、次世代シーケンサーを用いたRNAseq解析を行い、共生関連遺伝子のさらなる調査を行いたい。また、次年度の予算は予定通り、消耗品と人件費で使う予定である。
舌発生におけるＳｈｈの役割

舌は口腔の大半を占める筋の塊で、表在する味蕾による味覚、舌筋の運動が果たす構音・咀嚼・嚥下などの高度で複雑な機能を有する。しかしその発生過程、すなわち筋がどのように舌内に発生・発達して前述の高度な機能を果たすことが可能になるのかは未解明であった。そこで、まず我々は、舌の発生過程をマウスで観察した。舌の発生はマウス胎齢10.5日頃咽頭の隆起として認められることに端を発するが、その時期のには筋がなく、神経堤細胞が内包されている。同11.5日頃までには後頭筋板から遊走してきた筋芽細胞が舌内に入り始め、胎齢15日までにはほぼ筋芽細胞が占める。この過程に一貫して舌上皮でSHHが発現している。次に我々は、舌・咽頭で胎齢10.5以降にSHHが欠失する遺伝子組換えマウスの舌を観察した。筋は通常左右対称かつ区分されて舌内に配列されるが、モデルマウスでは対称性・区分共に失われ、筋は成熟しているものの配列を欠き不規則で乱雑に分布していた。筋の配列を可能にするのは筋と腱との結合であるが、モデルマウスでは腱の発達が著しく失われており、これが筋が区分や配列を欠く原因と考えられた。筋と腱は初期には独立に発生し、後に互いに結合して分化を完成させるため、SHHの欠失が筋と腱のどちらに最初に影響を与えるか区別する必要があった。腱の由来である神経堤細胞がSHHに応答できない遺伝子組換えマウスではモデルマウス同様舌の腱が失われ舌筋が区分や配列を欠いていたが、筋がSHHに応答できない遺伝子組換えマウスでは舌の異常が起こらなかった。総じて、舌の発生では、舌上皮から分泌されるSHHを神経堤細胞が受容することで腱に分化し、腱が筋を区分・配列することで舌が発生すると明らかにできた。最終年度にあたる2018年度においては、実験データの精度を高める繰り返し実験の他、研究を総括し論文を執筆して投稿した。現在審査中である。舌発生が異常になるモデルマウスであるShhEGFP+/-;MFCS4-/+マウスを用いて舌発生の機序を解明することを目的としている。正常舌発生機序を、細胞系譜に沿って記述するための研究を実行中である。舌原基には神経堤細胞が主たる構成細胞であるところ、筋芽細胞は舌原基後方より遊走し、出生時には大半が筋芽細胞であることが判った。また、舌中隔や舌腱膜を構成する細胞は神経堤由来の細胞であることも明らかになった。しかし、舌中隔や舌腱膜にならない神経堤細胞の運命は未解明である。また、舌筋は胎生期よりその機能を発揮するため成熟していると考えられるが、内舌筋群、概舌筋群の各々が速筋か遅筋かについては未解明で、現在実験中である。また、前述モデルマウスについて、以下の結果を得た。モデルマウスにおいては、舌筋の分画構造が破綻しており、これが舌機能の異常をもたらし、口蓋突起の挙上に貢献できない舌にさせていると考えられた。また、個々の筋芽細胞は分化の最終段階に到達していることを明らかにした。これは、筋芽細胞を配列・分画する組織である腱に異常があることを示唆している。そこで、腱発生の主たる転写因子であるScleraxisの発現について野生型とモデルマウスで比較したところ、舌腱膜および舌中隔に相当する部位のScleraxisの発現は、モデルマウスでは低下ないし部分的に欠如していた。すなわち、モデルマウスにおいては、Scleraxisの発現の低下が筋芽細胞の配列・分画不足をもたらし、これが舌の運動を不全・不足なものにして、口蓋突起の挙上を促すことができない状態になっていることが示唆された。腱の一般的な発生機構と照らし合わせて、モデルマウスで低下しているShhシグナリングと腱発生の分子生物学的な関係について今後検討していゆく予定である。当初計画した研究課題の内容のそれぞれについて、課題終了時までに論文執筆や投稿までを済ませることができるべく、ほぼ半分の内容を達成している。舌正常発生を細胞系譜に沿って記述する部分では、必要な動物の確保と維持、必要な検出系の確立を達成しており、一部ではあるが実験結果も得られている。今後行う予定である細胞増殖活性とアポトーシスの検出にも、実験系が確立されているため問題がない。モデルマウス解析においては、ShhシグナリングがScleraxis発現にどのような機序で関与するのかを解明する必要がある。この点については、材料と技術に限界があるので、解明した範囲で発表する予定だが、発生段階を追ってShhシグナリングと神経堤細胞とScleraxis発現の時間的な関係を見ると腱発生の前段階である間葉細胞の凝集段階に関与するものと目され、予想がついている。最期に、ヒトゲノムに関する解析を研究課題に含めているが、倫理委員会への申請書類が完成したところで、これから審査を受ける。総合して、予定に先んじているほどではないが、おおむね順調に進展していると言える。舌は哺乳・捕食や味覚を担うだけでなく、構音にも機能があり、ヒトの生物としての生命と社会生活に重要な役割を担う。マウス発生期の舌の上皮には、形態形成シグナル分子として知られるSonic hedgehog(Shh)の発現があり、Shhを欠失させたマウスでは、舌の発生異常が起こるので、舌の正常発生にShhが必要である。

本研究ではShhの舌発生における役割を、舌・咽頭部に限ってShhが著しく低下するモデルマウスを用いて研究している。本年度は、まず、舌の発生過程における構成細胞を調べた。細胞系譜を追跡できるような遺伝子操作マウスを用いた。その結果、マウス胎齢10.5日に最初に現れる舌原基は神経堤由来細胞を内包しており、これが、胎齢11.5日には筋芽細胞の遊走を受け入れはじめ、胎齢13日頃には、成獣で見られるような内舌筋の区分と配列がみられるようになった。この頃、内舌筋の間にある神経堤由来細胞の一部が、将来の舌腱膜や舌中隔になると思われる位置にあり、かつ、腱マーカー分子を発現していることを明らかにできた。上記Shh欠失モデルマウスでは、腱マーカー分子の発現低下ないし部分的な消失と、内舌筋の区分と配列の乱れが観察された。次に、Shhを、神経堤由来で腱になる細胞と筋芽細胞のどちらが受容しているか、その受容体の発現を検討したところ、神経堤由来細胞で圧倒的に強く発現していた。さらに、現在、他の形態形成シグナルについても検討を加え、舌発生における形態形成シグナル全体が、神経堤由来細胞と筋芽細胞のどちらに、どのように作用するのか、明らかにすることを目指している。これらの成果は、現在学術誌に投稿し、査読を受けている。舌発生過程での細胞系譜については順調である。ヒトゲノムに関する研究を含む研究計画であるが、その点は本学倫理委員会との書類に手間取っている。一方、形態形成シグナル分子についての検討は予定以上の進展で、しかも成果を得ているので、総じて「おおむね順調に進展している」と自己評価する。舌は口腔の大半を占める筋の塊で、表在する味蕾による味覚、舌筋の運動が果たす構音・咀嚼・嚥下などの高度で複雑な機能を有する。しかしその発生過程、すなわち筋がどのように舌内に発生・発達して前述の高度な機能を果たすことが可能になるのかは未解明であった。そこで、まず我々は、舌の発生過程をマウスで観察した。舌の発生はマウス胎齢10.5日頃咽頭の隆起として認められることに端を発するが、その時期のには筋がなく、神経堤細胞が内包されている。同11.5日頃までには後頭筋板から遊走してきた筋芽細胞が舌内に入り始め、胎齢15日までにはほぼ筋芽細胞が占める。この過程に一貫して舌上皮でSHHが発現している。次に我々は、舌・咽頭で胎齢10.5以降にSHHが欠失する遺伝子組換えマウスの舌を観察した。筋は通常左右対称かつ区分されて舌内に配列されるが、モデルマウスでは対称性・区分共に失われ、筋は成熟しているものの配列を欠き不規則で乱雑に分布していた。筋の配列を可能にするのは筋と腱との結合であるが、モデルマウスでは腱の発達が著しく失われており、これが筋が区分や配列を欠く原因と考えられた。筋と腱は初期には独立に発生し、後に互いに結合して分化を完成させるため、SHHの欠失が筋と腱のどちらに最初に影響を与えるか区別する必要があった。腱の由来である神経堤細胞がSHHに応答できない遺伝子組換えマウスではモデルマウス同様舌の腱が失われ舌筋が区分や配列を欠いていたが、筋がSHHに応答できない遺伝子組換えマウスでは舌の異常が起こらなかった。総じて、舌の発生では、舌上皮から分泌されるSHHを神経堤細胞が受容することで腱に分化し、腱が筋を区分・配列することで舌が発生すると明らかにできた。最終年度にあたる2018年度においては、実験データの精度を高める繰り返し実験の他、研究を総括し論文を執筆して投稿した。現在審査中である。
耐環境性セラミックス材料のナノ構造制御と材料創製

セラミックス材料の表面、粒界、点欠陥、添加元素等に関するナノ構造情報を基に、物質移動や表面電位極性を的確に制御することで、従来性能を凌駕する耐環境性セラミックス材料の設計指針を示した。具体的には、耐熱材料の酸化保護膜として使用される酸化物アルミニウム膜等の粒界を介したガス遮蔽性能の向上や、チタン上に形成する酸化チタン膜の生体活性能の向上を図った。また、統計的機械学習と第一原理計算を組み合わせることにより、プロトン伝導性の酸化物電解質の性能向上に資するナノ構造情報を効率的に探索する手法を提案した。さらに、第一原理計算を用いて、セラミックス薄膜の強誘電性発現機構を解析した。本研究では、領域内連携や共同研究により獲得される材料のナノ構造情報に基づく設計指針を、以下の酸化物セラミックスの“表面耐性"において具現化・実証することにより、革新的な耐環境性セラミックス材料を創製する。本年度に実施した内容は以下の通りである。(1)保護膜性能:ガスタービン等の遮熱コーティング部材に使用される耐熱合金上に形成する酸化アルミニウム膜(酸化保護膜機能)に着目する。燃焼ガス曝露環境の高温加湿環境下における膜の酸素遮蔽性と構造安定性を向上させるには、膜の粒界を介した、酸素とAlの相互拡散現象を理解し制御することが不可欠である。第一原理計算により、双晶粒界における酸素とAlの空孔欠陥形成エネルギーの酸素分圧依存性を推算した結果、粒界の整合性の低下に伴い、バンドギャップが低下すると共に、バンドギャップに対するフェルミレベルの比が増加し、その結果として、粒界における酸素空孔の形成を促進させることがわかった。すなわち、整合性の低い粒界が酸素拡散の起源であることが示唆された。また、膜中の物質移動速度を厳密に把握するために、酸素・水蒸気トレーサーを用いたガス透過試験を開始した。これまでに、領域内連携により、膜厚方向の粒界に偏析するトレーサーを高感度に検出するためのガス透過試験条件を見出した。(2)生体活性能:チタンを極微量の酸素を含む窒素中で熱処理して得られる酸化スケールが、優れた生体活性を発現する原因を解明するために、領域内連携により、スケール断面の微細構造をTEM-EELS、SIMS等により解析した。その結果、スケールを構成する酸化チタン(ルチル型)に固溶した窒素は、少なくとも、光触媒機能発現に寄与する酸素サイトに置換したものでなく、格子間に存在する可能性を示唆した。また、スケールを模擬した酸化チタン膜の酸素透過試験より、膜中の酸素のポテンシャル分布を決定した。本研究では、領域内連携や共同研究により獲得される材料のナノ構造情報に基づく設計指針を、以下の酸化物セラミックスの表面耐性において具現化・実証することで、革新的な耐環境性セラミックス材料を創製する。(1)保護膜性能:ガスタービン等の遮熱コーティング部材に使用される耐熱合金上に形成する酸化アルミニウム膜(酸化保護機能)に着目した。酸素や水蒸気トレーサーを用いた高温ガス透過試験法により、酸化アルミニウム膜を介した物質移動機構を評価・解析した。その結果、i)高酸素分圧側表面近傍は“電子的伝導性"を有すること、ii)酸素ポテンシャル勾配の印加により酸素の粒界拡散が抑制されること、iii)酸素の粒界拡散は、高酸素分圧側雰囲気中のH2Oにより促進され、反対にD2Oにより抑制されること等がわかった。(2)生体活性能:チタンの酸窒化処理により生成した酸化チタンスケールが優れた生体活性能を発現する現象を解明するために、領域内連携により、スケール断面の構造をTEM-EELSー第一原理計算により詳細に解析した。その結果、生体親和性に優れるスケールの表面近傍に存在するNは、Oサイトを2個のNで置換した状態で存在し、+2の有効電荷を有することがわかった。このことがスケール表面を+に帯電させ、優れた生体活性を発現させることに関与しているものと推察された。本研究では、領域内連携や共同研究により獲得される材料の表面、粒界、点欠陥、添加元素などのナノ構造情報に基づく合理的な設計指針を構築し、それに基づき従来性能を凌駕する革新的な材料の創製に資する。また、公募班との情報科学に関する連携研究の成果を通して、ナノ構造情報と情報学的手法を結びつけた材料設計手法の有効性を示す。(1)保護膜性能:耐熱合金上に形成する酸化アルミニウム膜の粒界を介した物質移動制御の一環として、酸素ポテンシャル勾配の印加により酸素の粒界拡散性が抑制されるモデルを提唱した。また、粒界構造既知の双晶粒界を用いた物質移動解析の結果、Alの粒界拡散性が粒界面の移動方向に強く依存することがわかった。(2)生体活性能:チタン合金(現行ステム)の酸窒化処理により形成した酸化チタンスケールについて、生体活性能発現の可能性を検討した。その結果、純チタンの場合と異なり生体活性が発現しなかった。合金中の添加元素がスケール表面に濃化したことが、生体活性の著しい低下に関与したことが示唆された。(3)固体イオニクス:プロトン伝導性BaZrO3において、添加元素が伝導キャリアであるプロトンを不動化する会合現象を第一原理計算により解析した。添加元素の種類、添加元素と捕獲プロトンの位置関係を系統的に変えた会合対モデルに対する一連の計算により、水素結合の強さとZrO6配位多面体の歪みが会合エネルギーの強さと良い相関関係があることを明らかにした。

(1)保護膜性能:酸素ポテンシャル勾配の印加により、酸化アルミニウム膜の表面が負に帯電することが、酸素の粒界拡散を抑制することがわかった。このことは、従来にない革新的な保護膜設計(酸化物膜の表面帯電現象を制御することにより優れた保護膜性能を発現)に展開できる可能性を秘めている。(2)生体活性能:チタンとチタン合金を酸窒化処理すると、巨視的には同様の酸化チタンスケールが得られたにも関わらず、スケール表面で発現する生体活性能が大きく異なることがわかった。このことは、チタン合金上のスケール表面に濃化する添加元素の存在状態とそれによって発現する機能の相関をナノー原子レベルで明らかにし、その情報を基に酸窒化処理条件を最適化することができれば、チタン合金にも優れた生体活性を発現させることが可能になるものと思われる。(3)固体イオニクス: Sc、In、Lu、Y、Er、Gd、Euの7種類のアクセプター添加元素に関して会合対形成エネルギーを計算した結果、イオン半径の小さいSc、In、Luでは最隣接サイトが安定となり、イオン半径の大きいY、Er、Gd、Euでは第2隣接サイトが安定になることが明らかとなった。現在、単独添加元素での安定性解析結果に基づいて、複数のドーパントがセル中に存在するより複雑な現実に近い固溶状態における酸素空孔、プロトンのエネルギー計算を進めている。本研究では、領域内連携や共同研究により獲得される材料の表面、粒界、点欠陥、添加元素などのナノ構造情報に基づく合理的な設計指針を構築し、それに基づき従来性能を凌駕する革新的な材料の創製に資する。また、公募班との情報科学に関する連携研究の成果を通して、ナノ構造情報と情報学的手法を結びつけた材料設計手法の有効性を示す。本年度に実施した内容は以下の通りである。(1)保護膜性能:高温酸素透過法と酸素トレーサー法を用いて保護膜中の物質移動に及ぼす表面電位極性の影響を明らかにするとともに、その現象を利用して新たな保護膜設計の可能性を示した。具体的には、アルミナームライト積層体において、高酸素分圧側にアルミナ薄膜を配置した場合は“酸素遮蔽性と構造安定性が共に向上"するが、逆配置の場合は“両機能が共に低下"することがわかった。また、この現象は、ある酸素ポテンシャル勾配(閾値)以上のときに発現することがわかった。(2)生体活性能:チタンの酸化により形成したスケールの表面電位発現の起源は、“ルチル型"酸化チタン結晶中の窒素含有欠陥であることがわかった。例えば、表面電位が+の場合は(N2)O2+、ーの場合は(NO)O-1であった。なお、後者の欠陥種は低温酸化初期に形成したスケール中に導入されたものであり、エネルギー論的に不安定で時間の経過に伴い格子点から放出されやがて消滅した。つまり、長時間曝露により表面電位がゼロになる。(3)固体イオニクス:プロトン伝導体として知られるBaZrO3のスーパーセル中にドーパントを複数個(約612mol%)Zrサイトに置換し、その電荷補償として酸素欠損を導入した固溶体空孔モデルを系統的かつ網羅的に構築、機械学習に基づいた安定配置の予測を行った。クラスター展開法などで用いられる2体間の相関関数を特徴量とすることで精度良いエネルギー予測が行えることを確認した。