hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
根未完成歯の根尖病巣治療のための成長因子担持-徐放性足場材料の創製

アパタイトナノ粒子集合体を作製することに成功した。そこで、ナノ粒子集合体と塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)を複合化させ、ラット直接覆髄モデルを用いてその修復象牙質の形成促進効果について病理組織学的に評価を行った。病理組織学的評価の結果、覆髄1週後で実験群ならびに対照群のいずれもわずかな炎症を認めた。実験群では、覆髄2週後で象牙芽細胞様細胞の層で覆われた修復用象牙質が認められた。bFGFを複合化させた実験群では、覆髄1週後覆髄部分が石灰化する像が確認できた。以上、開発したナノ粒子集合体/bFGF複合体は、象牙質の修復に積極的に関与することが明らかとなった。平成25年度においては、まず、タンパク質担持-徐放性足場材料を制作するための基礎的検討を行った。足場材料に生体吸収性を付与するために、低結晶性の炭酸含有アパタイトからなるマイクロ粒子を制作した。この際、原料となるアパタイトの形態および粒子径を制御することで、異なる多孔質構造を有するマイクロ粒子を制作した。ここで、作製したマイクロ粒子の粒子径および微細構造は走査型電子顕微鏡によって評価し、X線回折法によってその結晶構造を同定した.さらに、制作した低結晶性アパタイトマイクロ粒子内部に水を含浸させ、生体吸収性高分子を溶解した油相を用いたwater-in-oil-in-water型のエマルションを形成させることで、表面に生体吸収性高分子がコーティングされた薬物徐放足場を制作することができた。次に、低結晶性アパタイトマイクロ粒子に対するタンパク質の放出挙動を検討した。タンパク質としては酸性のウシ血清アルブミンと塩基性のシトクロムcをモデルタンパク質として用いた。その結果、表面に生体吸収性高分子がコーティングしていない場合には、マイクロ粒子の最表面に吸着したタンパク質の放出に由来する初期バーストが見られたものの、両タンパク質とも1ヶ月以上安定して放出されることが明らかとなった。以上のように、平成25年度の検討によって、タンパク質担持-徐放性足場材料制作のための基礎的知見を得ることができた。本研究課題の目的は、血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を必要時に徐放して血管新生を促すカルシウム系製剤を開発し、根未完成歯や歯周疾患に対する新しい治療法を創製することである。平成26年度においては、優れたタンパク質担持-徐放性を示す多孔質担体を製作するために、まず、担体の原料となるアパタイトナノ粒子の組成制御を試みた。この際、前年度の検討から良好なタンパク質担持-徐放性を示した球状ナノ粒子が得られる条件を基準として、マグネシウムおよびストロンチウムを加えることで組成を制御した。その結果、各イオンの含有量が生体骨の組成と同程度である場合にアパタイト結晶構造が確認でき、含有量が高い場合には非晶質でかつ粒子径の小さいものが得られることが明らかとなった。また、作製した各ナノ粒子を用いて多孔質担体を製作することができ、各イオン含有量の増加にともなって孔径が変化することを見出した。ここで、作製の粒子径および微細構造は走査型電子顕微鏡によって評価し、X線回折法によってその結晶構造を同定した。次に、各条件で製作した多孔質担体の徐放性についての知見を得るために、37°Cのリン酸緩衝液中における分解・溶解挙動について評価を行った。その結果、各イオン濃度の増加にともなって多孔質担体の分解および各イオンの溶解速度が増加することが明らかとなった。タンパク質の放出挙動は多孔質担体の分解・溶解挙動と相関があるため、本知見を生かして最適な徐放性を有する多孔質担体の設計が可能となる。以上のように、平成26年度の検討によって、タンパク質担持-徐放性を示す多孔質担体を設計するための基礎的知見を得ることができた。平成27年度においては、引き続き優れたVEGF等のタンパク質担持ー徐放性を示す多孔質担体を製作するために、まず、担体の原料となるアパタイトナノ粒子の組成制御を試みた。作製した各ナノ粒子を用いて多孔質担体を製作することができ、各イオン含有量の増加にともなって孔径が変化することを見出した。ここで、作製の粒子径および微細構造は走査型電子顕微鏡によって評価した。X線回折法とフーリエ変換型赤外分光光度計によって結晶性の高いハイドロキシアパタイトであることが明らかとなった。X線光電子分光によってカルシウムリン比が約1.5であることも明らかにした。以上のように、平成27年度の検討によって、タンパク質担持ー徐放性を示す多孔質担体を設計するための基礎的知見を得ることができた。さらに、全身麻酔を施したWistar系ラットの窩洞形成を行い、上顎第一臼歯に新規複合体を移植した。また,反対側の第一白歯は, MTAを移植し対照群とする.いずれも硬化を確認後,窟洞をスーパーボンドで封鎖し.咬合による影響を避けるため対合歯を抜去する。7, 14日後にラットを屠殺し,上顎骨ごと被験歯を取り出し通法に従って固定・脱灰後,パラフイン連続切片を調製した。すでに、材料設計が終了し、動物実験段階であるため。

本研究の目的は、水酸化カルシウム製剤にDDSを応用して血管内皮細胞増殖因(VEGF)を必要時に徐放し、血管新生を促すことで根未完成歯の歯髄疾患や歯周疾患に対する全く新しい治療法を創製することである。しかし、我々は、水酸化カルシウム製剤より、有効なアパタイトナノ粒子集合体を作製することに成功した。いくつかの細胞を用いて初期細胞接着性を評価したところ、骨芽細胞様細胞のアパタイトナノ粒子集合体に対する細胞接着性は、従来のアパタイト緻密体に比較して有意に高いことを証明した。そこで、ナノ粒子集合体と塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)を複合化させ、ラット直接覆髄モデルを用いてその修復象牙質の形成促進効果について病理組織学的およびX線学的に評価を行う。カルシウム塩を溶解した水溶液とリン酸塩水溶液を用いた湿式法によって、ナノ粒子集合体を作製した。ナノ粒子集合体/bFGF複合体は、ナノ粒子集合体にフィブラストスプレー溶液に24時間浸漬し、作製した。得られたナノ粒子集合体/bFGF複合体は、XPSを用いてCの存在からbFGFの存在を確認した。病理組織学的評価の結果、覆髄1週後で実験群ならびに対照群のいずれもわずかな炎症を認めた。実験群では、覆髄2週後で象牙芽細胞様細胞の層で覆われた修復用象牙質が認められた。bFGFを複合化させた実験群では、覆髄1週後、覆髄部分が石灰化する像が確認できた。以上、開発したナノ粒子集合体/bFGF複合体は、象牙質の修復に積極的に関与することが明らかとなった。アパタイトナノ粒子集合体を作製することに成功した。そこで、ナノ粒子集合体と塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)を複合化させ、ラット直接覆髄モデルを用いてその修復象牙質の形成促進効果について病理組織学的に評価を行った。bFGFを複合化させた実験群では、覆髄1週後覆髄部分が石灰化する像が確認できた。平成26年度においては、タンパク質担持-徐放性を示す多孔質担体を設計するための基礎的知見を得ることを目的とした。「研究実績の概要」に記載したように、当初の目的通りに目的を達成したため、「(2)おおむね順調」と自己評価した。へマトキシリン・エオジン二重染色を施し,光学顕微鏡により歯髄の炎症性変化ならびに修復性変化を病理組織学的に検討を行う。歯内治療学各条件で製作したアパタイトナノ粒子からなる多孔質担体に血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を担持させ、多孔質担体の分解・溶解に伴うタンパク質の放出挙動を評価する。平成25年度の検討においては、タンパク質担持-徐放性足場材料を制作するための基礎的知見を得ることを目的とした。27年度予定の動物実験が間に合わず、本使用額が生じたため。次年度において必要となるin vitro試験を遂行するため、物品の購入を控えたため。ラットを屠殺後、組織を固定・脱灰後,パラフイン連続切片を調製したへマトキシリン・エオジン二重染色を施し,光学顕微鏡により歯髄の炎症性変化ならびに修復性変化を病理組織学的に検討する。
骨髄移植による特異的免疫寛容を作成して熱傷に対する同種移植による救命実験

広範囲熱傷の治療は従来難しく、供与部の設定も困難であることが多い。私たちはすでに骨髄移植による同種他家遊離植皮術や遊離皮弁において方法を確立してきた。今回、日本白色家兎とダッチ兎を用い、規格された熱傷創の安定性の検討と、実験的な熱傷創における骨髄移植による同種他家遊離植皮を移植し、熱傷創における有効性を検討した。(1)ダッチ兎の背部に規格のサイズの3度熱傷創を作った。この創が2週で収縮することを確認した。(2)ダッチの背部に3度熱傷を作成し、白色家兎の皮膚を採取してダッチ兎の熱傷創の壊死組織切除後に同種移植した。(3)白色家兎から大腿骨骨髄腔から骨髄穿刺針を用い、骨髄を採取して生理食塩水洗浄した。これを背部に規格の熱傷創を作ったダッチ兎の同じく骨髄腔内に穿孔の上、骨髄内に注入した。これをA群とした。(4)一方、骨髄移植を行わない背部の熱傷創のダッチ兎をB群とした。(5)植皮片を観察を続け、生着日数を両群比較するとA群108.4日、B群13.2日で有意差を認めた。(6)以上より、骨髄移植により同種他家移植が有望であることと広範囲熱傷での皮膚被覆に有効である結果を得た。更なる面積拡大による検討を続けている。これをA群とした。
ヒト幹細胞由来心筋細胞における自動能機序の解明とバイオペースメーカーシステム設計

ヒト幹細胞由来心筋細胞の電気生理学的特性を分析し、洞結節型および固有心筋型細胞の数理モデルを作成した。モデル細胞のパラメータ依存性分岐構造を解析して分化成熟過程での自動能発現・消失の非線形力学的機序を検証した結果、洞結節型細胞における自動能発現はL型Caチャネル電流による平衡点の不安定化に起因すること、固有心筋型細胞での自動能消失は内向き整流Kチャネル電流増加による安定平衡点の出現によることが明らかとなった。また、洞結節型細胞と固有心筋型細胞を連結した多細胞モデルでの解析から、ペースメーカー細胞のバイオペースメーカーとしての機能の強化には持続性内向き電流の導入が最も効果的であることも判明した。本研究の目的は、ヒト幹細胞由来心筋細胞の分化成熟過程における電気生理学的特性を数理モデル化し、その分岐構造を解析することにより、「ヒトの発生過程における心筋自動能の発現制御機構(心臓拍動の初発機構)」を解明すると共に、「バイオペースメーカー細胞としての有用性とその機能強化方法」を検証することである。平成26年度の目標は、(1)ヒト幹細胞由来心筋細胞の電気生理学的特性に関する実験データを収集してデータベースを作成し、分化成熟過程での電気生理学的特性の変化を分析すること、(2)ヒト幹細胞由来心筋細胞(分化早期)の数理モデルを構築することであった。鳥取大学大学院医学系研究科(再生医療学)との共同研究により、ヒトES細胞から分化させた心筋細胞より、セルソーターによってHCN4(ペースメーカーチャネル蛋白)陽性細胞を分離同定し、パッチクランプ実験によって得られたその電気生理学的特性(活動電位と形質膜イオンチャネル電流動態)を解析した。ヒトES細胞由来HCN4陽性心筋細胞は成人の洞結節細胞と同様の自発性活動電位を呈し、その膜イオンチャネル電流は成人心筋細胞のイオンチャネル電流と本質的に同じ電気生理学的特性を示した。これらの実験データと以前に作成したヒト心室筋細胞モデルを基に、ヒトES細胞由来HCN4陽性心筋細胞の電気生理学的特性を数式化し、自動能をもつヒトES細胞由来心筋ペースメーカー細胞(分化開始1か月後)の非線形力学系モデルを作成することができた。また、次年度の目標である「モデル細胞を用いて心筋の分化成熟過程における分岐構造(自動能発現機構)を解明する」ための解析システム(MATLABプログラム群)を構築することができた。平成27年度の計画は、1)ヒトES/iPS細胞由来心筋細胞の電気生理学的特性を経時的に解析して、その分化成熟過程での変化を明らかにすること、2)幹細胞由来心筋ペースメーカー細胞の非線形力学系モデルを構築し、そのパラメータ依存性分岐構造を解析して、ペースメーカー細胞における自動能発現の非線形力学的機序を解明することであった。成人ヒト心筋細胞モデル(Kurata 2005、Grandi 2010、O'Hara 2011モデル)をベースとし、ワークステーションおよび数値シミュレーション用ソフトウェアMATLABを用いて、モデル細胞の分岐構造を解析するためのプログラムを作成した。電気生理学的データを基に、各ヒト心筋細胞モデルにおけるイオン輸送系のパラメータを調整して、自動能を示す洞結節型ペースメーカー細胞モデル(連立非線形常微分方程式)の作成を試みた。Kurata 2005モデルでは内向き整流K+チャネル電流(IK1)の抑制のみで自発性活動電位が発現し、さらに過分極活性化陽イオンチャネル電流(If)を組み込むことにより「ヒト幹細胞由来ペースメーカー細胞」の活動電位を再現する新たな非線形力学系モデルを構築することができた(他のモデルではIK1抑制とIf導入で自動能を再現することはできなかった)。さらに、心筋細胞の分化成熟過程における各イオン電流の変化をパラメータの変化としてシミュレートし、モデル細胞の定常状態・周期軌道とその安定性のパラメータ依存性変化を表す分岐図を作成した。得られた分岐図からモデル細胞のパラメータ依存性分岐パターンを解析した結果、分化成熟過程における自動能発現は主に「L型Ca2+チャネル電流による平衡点の不安定化」に起因しており、If電流は必須ではないと結論された。ペースメーカー細胞モデルの開発により、組織モデル構築とバイオペースメーカーシステム設計が可能となった。平成27年度中に、電気生理学的特性解析データを基にした新たなヒト幹細胞由来洞結節型ペースメーカー細胞モデルを作成することができた。さらに、モデルペースメーカー細胞(非線形力学系モデル)の分岐構造を解析するためのMATLABプログラムを構築してモデル細胞の分岐構造を解析し、自動能発現の非線形力学的機序を解明することができた。このように平成27年度当初の研究到達目標はほぼ達成されており、本研究全体として順調に進展しているといえる。最終年度の計画は、1)ヒト幹細胞由来心筋洞結節型ペースメーカー細胞および固有心筋型細胞モデルのパラメータ依存性分岐構造を解析してその分化成熟過程における自動能発現・消失の力学的機序を明らかにすること、2)ペースメーカー細胞と固有心筋細胞を連結した多細胞・組織モデルを構築し、ペースメーカー細胞のバイオペースメーカーとしての機能を検証することであった。洞結節型細胞と固有心筋型細胞モデルの分化成熟過程におけるイオン電流変化をパラメータの変化としてシミュレートし、モデル細胞の定常状態・周期軌道とその安定性のパラメータ依存性変化を表す分岐図を作成して分岐パターンを解析した結果、洞結節型細胞における自動能の発現はL型Caチャネル電流による平衡点の不安定化(ホップ分岐)によるが、固有心筋における自動能の消失は内向き整流Kチャネル電流(IK1)の増加に伴う安定平衡点の出現(サドルノード分岐)に起因することが明らかとなった。

さらに、ペースメーカー細胞および固有心筋細胞モデルをギャップ結合で連結して、洞結節型細胞のバイオペースメーカーとしての機能(自動能の電気緊張性負荷に対するロバスト性と固有心筋ドライブ機能)を評価するための多細胞・組織モデルシステムを構築し、自動能が消失する臨界ギャップ結合コンダクタンス値および固有心筋ドライブの可能なパラメータ領域を指標としてバイオペースメーカー機能の変化を解析した。ペースメーカー細胞への自動能調節イオン電流(過分極活性化陽イオンチャネル電流If、持続性内向き電流Ist、T型Caチャネル電流など)導入の影響を解析した結果、連結細胞モデルでの解析結果と同じく、Ist導入が最も効果的であることが明らかとなった。本研究により、実用的バイオペースメーカーシステムの設計・開発(イオンチャネル発現制御による機能強化)を進める上で極めて重要な理論的基盤が得られた。ヒト幹細胞由来心筋細胞の電気生理学的特性を分析し、洞結節型および固有心筋型細胞の数理モデルを作成した。モデル細胞のパラメータ依存性分岐構造を解析して分化成熟過程での自動能発現・消失の非線形力学的機序を検証した結果、洞結節型細胞における自動能発現はL型Caチャネル電流による平衡点の不安定化に起因すること、固有心筋型細胞での自動能消失は内向き整流Kチャネル電流増加による安定平衡点の出現によることが明らかとなった。また、洞結節型細胞と固有心筋型細胞を連結した多細胞モデルでの解析から、ペースメーカー細胞のバイオペースメーカーとしての機能の強化には持続性内向き電流の導入が最も効果的であることも判明した。当初の予定通り、ヒトES細胞由来HCN4陽性心筋細胞の電気生理学的特性(活動電位と形質膜イオンチャネル電流動態)を数式化し、自動能をもつヒトES細胞由来心筋ペースメーカー細胞(分化開始1か月後)の数理モデルを作成することができた。また、本モデル細胞のパラメータ依存性分岐構造を解析するためのシステム(プログラム群)を構築し、次年度に予定している「モデル細胞の分化成熟過程における分岐構造の解析」の準備も整えることができた。このように平成26年度当初の研究到達目標はほぼ達成されており、本研究全体として順調に進展しているといえる。平成28年度には、改良型ヒト幹細胞由来心筋ペースメーカー細胞モデルを作成して分化成熟過程での自動能発現の非線形力学的メカニズムを比較検証するとともに、前年度に作成したペースメーカー細胞モデルとヒト心室筋細胞モデルを連結した多細胞・組織モデルを構築し、バイオペースメーカー細胞における自動能のロバスト性と心室ドライブ機能を検証して、実用的バイオペースメーカー開発のためのシステム設計を行う。平成28年度の解析ではモデルシステムのスケール(次元数)拡大とそれに伴う数値計算時間の大幅な増大が予想され、解析効率(数値計算速度)を飛躍的に向上させるための方策が必要である。
肝類洞壁細胞を標的とした遺伝子治療による肝移植後肝不全の対策

申請者らは,肝類洞内皮細胞はトロンビンの不活性化に際して最も重要な抗凝固因子と考えられているトロンボモジュリンの発現が軽微であることを見いだした。更に,tissue factorによる血液凝固の開始を抑制するtissue factor path way inhibitor (TFPI)が肝類洞内皮細胞には発現していないことも明らかにした。これら他臓器末梢血管と著しく異なる肝類洞の内皮細胞における特殊性は,同所性肝移植後肝不全の成立に関与していると考えられ,標的抗凝固療法としてはTFPI及びトロンボモジュリンを補給する方針を決定した。TFPIはヘパリンと結合する性質を利用して,蛋白レベルでの標的療法が可能であることを明らかにした。組替え型TFPIをラットに静注すると血中から速やかに消失するが,抗TFPIポリクローナル抗体を用いた免疫電顕により類洞内皮細胞及びDisse腔内の肝細胞微縦毛膜に結合していることを証明した。この染色性はヘパリンナトリウムを静注すると減弱し,TFPIが血中で再び検出されることから同部のヘパリノイドに結合していると考えられた。トロンボモジュリンはcDNAを用いた遺伝子レベルでの標的療法の開発が進行中である。遺伝子導入に必要なトロンボモジュリンの全長cDNAをクローニングした。疎水性のポリビニルと親水性のマンノースを結合して水層内でミセルを作成し,マンノース受容体を利用して類洞内皮細胞にcDNAを導入する方法を確立した。また,移植肝では類洞内皮細胞が障害されているため,その再生を促進することも類洞内凝固の治療に際して有効と考えられる。申請者らは,類洞内皮細胞の再生にはVGEFを介した肝構成細胞の相互作用が重要な役割を担っていることを明らかにし,これを調節する治療法の端緒をも見いだした。申請者らは,肝類洞内皮細胞はトロンビンの不活性化のみならずプロテインCを活性化をすることにより最も重要な抗凝固因子と考えられているトロンボモジュリンの発現が軽微であることを報告した。本年度は更に,tissue factorによる血液凝固の開始を抑制するtissue factor pathwayinhibitor (TFPI)が肝類洞内皮細胞には発現していないことも見いだした。トロンボモジュリンはcDNAを用いた遺伝子レベルでの標的療法を開発中である。遺伝子導入に必要なトロンボモジュリンの全長cDNAをクローニングし,SV40プロモーターと結合した。遺伝子導入には類洞内皮細胞に豊富なマンノース受容体を利用する方針を決定した。疎水性のポリビニルと親水性のマンノースを結合して水層内でミセルを作成,これをFITC標識して経門脈的にラットに投与すると肝類洞壁に沿って蛍光が観察された。このミセルにトロンボモジュリンのcDNAを封入して投与することにより,類洞内皮細胞におけるその発現増強を目指している。

申請者らは,肝類洞内皮細胞はトロンビンの不活性化に際して最も重要な抗凝固因子と考えられているトロンボモジュリンの発現が軽微であることを見いだした。更に,tissue factorによる血液凝固の開始を抑制するtissue factor pathwayinhibitor(TFPI)が肝類洞内皮細胞には発現していないことも明らかにした。これら他臓器末梢血管と著しく異なる肝類洞の内皮細胞における特殊性は,同所性肝移植後肝不全の成立に関与していると考えられ,標的抗凝固療法としてはTFP1及びトロンボモジュリンを補給する方針を決定した。TFPIはヘパリンと結合する性質を利用して,蛋白レベルでの標的療法が可能であることを明らかにした。組替え型TFPIをラットに静注すると血中から速やかに消失するが,抗TFPIポリクローナル抗体を用いた免疫電顕により類洞内皮細胞及びDisse腔内の肝細胞微縦毛膜に結合していることを証明した。この染色性はヘパリンナトリウムを静注すると減弱し,TFPIが血中で再び検出されることから同部のヘパリノイドに結合していると考えられた。トロンボモジュリンはcDNAを用いた遺伝子レベルでの標的療法の開発が進行中である。遺伝子導入に必要なトロンボモジュリンの全長cDNAをクローニングした。疎水性のポリビニルと親水性のマンノースを結合して水層内でミセルを作成し,マンノース受容体を利用して類洞内皮細胞にcDNAを導入する方法を確立した。また,移植肝では類洞内皮細胞が障害されているため,その再生を促進することも類洞内凝固の治療に際して有効と考えられる。申請者らは,類洞内皮細胞の再生にはVGEFを介した肝構成細胞の相互作用が重要な役割を担っていることを明らかにし,これを調節する治療法の端緒をも見いだした。
パラバドミントン競技者における傷害・疼痛発生予防システムの開発

パラバドミントン競技が2020年東京パラリンピックから正式競技に採用され,日本の強化指定選手に対する国際競技力向上のための強化事業が推進されているが,パラバドミントン競技者の傷害や疼痛発生の実態・要因は明らかにされていないのが現状である.これらを明らかにすることは,今後の国際競技力向上のための強化戦略の構築や,サポート体制の充実のための重要な基礎的資料となり得る.本研究の目的は,パラバドミントン競技者を対象として,傷害・疼痛発生に関する1実態の解明,2要因の解明,3予防策の立案と実行,4傷害・疼痛発生予防をシステム化すること,を行うことである.平成30年度は,平成29年度に実施した国際大会出場時の大会期間中の傷害・疼痛発生記録やコンディショニングアプリを用いた日常的な疼痛発生のセルフチェック記録,さらに一部選手を対象にしたMRIによる傷害発生・器質的上肢運動器の問題点抽出,の結果を参照し,個別のコンディショニングフィードバックやクラスごとのウォーミングアップ・クーリングダウン手法のトライアルを行なった.実際に強化現場で,本研究の目的の1から4を試験的に実施したことから,2019年度のパラリンピック出場レースをどう戦い抜くかの方針決定を行うとともに,より個別にシステム化・ルーティン化をする必要があるということが明らかとなった.車いす選手・立位選手ともに,肩関節の疼痛へのアプローチの必要性が特に挙げられた.平成30年度は,昨年度に引き続きパラバドミントン強化指定選手の傷害・疼痛発生の実態を明らかにするために,大会期間中の記録,日常的な記録を継続している.本データは,現在精査を進めている段階であり,強化現場とのすり合わせが必要であることからも,より慎重に分析を行い現場に還元できるデータとするため.さらに,実際に選手への予防施策の浸透を図るため,選手のセルフコンディショニングの基礎知識を共有している段階であるため.次年度も,引き続きパラバドミントン強化指定選手を対象とした,傷害・疼痛発生の実態調査を継続するとともに,蓄積データから要因分析を行い,各クラスで予防に繋がる要因を絞る過程に移る.並行して,強化現場での予防施策の施行のために,強化部コーチらと連携して予防システム化するとともに実際の選手の変化を捉える.また,パラバドミントンを日常的に行う人に対しての傷害・疼痛発生の横断調査を行い,より基礎的な実態調査をクラスごとに明確にし,アスリートレベルとの差異を明らかにする.上記に加えて,メディカルスクリーニング項目を導入し,実態と実際の予防につながる身体のサインを見出す方策を構築していく.パラバドミントン競技は,2020年東京パラリンピックから正式競技に採用されることが決定した.現在,日本のパラバドミントン競技者に対する国際競技力向上のための強化事業が推進されているが,パラバドミントン競技者の外傷・疼痛発生の実態は明らかにされていないのが現状である.これらを明らかにすることは,今後の強化施策構築やサポート体制構築への重要な基礎的資料となり得る.本研究の目的は,パラバドミントン競技者を対象として,傷害・疼痛発生に関する1実態の解明,2要因の解明,3予防策の立案と実行,4傷害・疼痛発生予防をシステム化すること,を行うことである.平成29年度は,1実態の解明を主目的として,パラバドミントン強化指定選手を対象に,国際大会出場時の大会期間中の傷害・疼痛発生の記録,コンディショニングアプリを使用した日常的な疼痛発生頻度の記録,MRIによる傷害発生の検討を行なった.傷害・疼痛発生記録として,明らかに競技を中断せざるを得ないような傷害を負う選手は少なかったものの,多くの選手が疼痛を抱えながら試合に臨んでいた.日常的な疼痛発生頻度としては,日々疼痛を抱えている現状が明らかになり,日常的に各選手がセルフケア等でコンディショニングをしている実態が明らかになった.MRIによる傷害発生検討としては,車いす選手にて特徴的な無症候の変調が起こっている例が見受けられた.本年度は,パラバドミントン強化指定選手の傷害・疼痛発生の実態を明らかにするために,大会期間中の記録,日常的な記録,MRIによる画像評価を検討した.現在,大会期間中の記録・日常的な記録の精査を行なっており,またMRIによる画像評価の対象数をより増やして検討する計画としているため.パラバドミントン競技が2020年東京パラリンピックから正式競技に採用され,日本の強化指定選手に対する国際競技力向上のための強化事業が推進されているが,パラバドミントン競技者の傷害や疼痛発生の実態・要因は明らかにされていないのが現状である.これらを明らかにすることは,今後の国際競技力向上のための強化戦略の構築や,サポート体制の充実のための重要な基礎的資料となり得る.本研究の目的は,パラバドミントン競技者を対象として,傷害・疼痛発生に関する1実態の解明,2要因の解明,3予防策の立案と実行,4傷害・疼痛発生予防をシステム化すること,を行うことである.平成30年度は,平成29年度に実施した国際大会出場時の大会期間中の傷害・疼痛発生記録やコンディショニングアプリを用いた日常的な疼痛発生のセルフチェック記録,さらに一部選手を対象にしたMRIによる傷害発生・器質的上肢運動器の問題点抽出,の結果を参照し,個別のコンディショニングフィードバックやクラスごとのウォーミングアップ・クーリングダウン手法のトライアルを行なった.実際に強化現場で,本研究の目的の1から4を試験的に実施したことから,2019年度のパラリンピック出場レースをどう戦い抜くかの方針決定を行うとともに,より個別にシステム化・ルーティン化をする必要があるということが明らかとなった.車いす選手・立位選手ともに,肩関節の疼痛へのアプローチの必要性が特に挙げられた.

平成30年度は,昨年度に引き続きパラバドミントン強化指定選手の傷害・疼痛発生の実態を明らかにするために,大会期間中の記録,日常的な記録を継続している.本データは,現在精査を進めている段階であり,強化現場とのすり合わせが必要であることからも,より慎重に分析を行い現場に還元できるデータとするため.さらに,実際に選手への予防施策の浸透を図るため,選手のセルフコンディショニングの基礎知識を共有している段階であるため.今後も,引き続きパラバドミントン強化指定選手を対象として,傷害・疼痛発生の実態解明を行い,それぞれに対する発生要因の検討を進める.また,発生要因の検討のために,個別情報(身長・体重等)収集・メディカルチェック(関節弛緩性,可動域,周径位等)・フィットネスチェック(全身持久力,筋持久力,瞬発力,筋力測定等)・パフォーマンス評価(定性的コーチ評価,高強度運動時の乳酸・心拍数・唾液測定)等を併せて行う予定である.さらに,パラバドミントンを日常的に行なっている人らを対象として,傷害・疼痛発生に関するアンケート調査を実施し,パラバドミントン競技者全体,障がい別クラスごとに傷害・疼痛発生件数やその詳細をデータ化,グラフ化することで,その実態を明確にする.これらのデータを精査し,傷害・疼痛発生要因に対応する対処や有効な予防方法を立案し,その妥当性及び信頼性を検証していく.次年度も,引き続きパラバドミントン強化指定選手を対象とした,傷害・疼痛発生の実態調査を継続するとともに,蓄積データから要因分析を行い,各クラスで予防に繋がる要因を絞る過程に移る.並行して,強化現場での予防施策の施行のために,強化部コーチらと連携して予防システム化するとともに実際の選手の変化を捉える.また,パラバドミントンを日常的に行う人に対しての傷害・疼痛発生の横断調査を行い,より基礎的な実態調査をクラスごとに明確にし,アスリートレベルとの差異を明らかにする.上記に加えて,メディカルスクリーニング項目を導入し,実態と実際の予防につながる身体のサインを見出す方策を構築していく.学会渡航費等の削減ができたことと,研究資料の購入での支出が少なかったため,前年度の繰越があり,今年度も研究を継続するため.国際学会・国内学会および打ち合わせ渡航費等の経費削減ができたこと,研究資料等物品購入での支出を抑えられたため,前年度からの繰越があり,次年度も研究を継続するため.
根粒菌感染様式が異なるマメ科作物の根粒形成における硝酸阻害機構の発育形態学的解析

セスバニアおよびクロタラリフを供試して,生育初期における根粒菌の感染と根粒形成に及ぼす硝酸態窒素の影響について,特に根系構造との関係から発育形態学的な知見を得た.結果の大要は以下のとおりである.1.β-glucronidase遺伝子を導入した根粒菌を用いることにより,異なる濃度の硝酸態窒素施用条件下におけるS.rostrataの根粒形成阻害の様相を視覚的にとらえ,また,スライドグラス法を用いて根系構造との関係をより詳細に観察した.その結果,播種後9日目には,0 mMN区および0.7 mMN区では根粒が確認されたが,5 mMN区では根粒の形成は認められず,硝酸態窒素による根粒形成の阻害を確認することができた.さらに,接種後57日目に青色発色した側根出現部位を透過型電子顕微鏡下でより詳細に観察した結果,根粒菌の侵入経路として,細胞間隙に孝ける菌の増殖後の細胞内への侵入と,感染糸様構造を通した侵入の両パターンを示唆する切片像が得られた.しかし,硝酸態窒素施用条件による侵入経路の変化やその経時的変化の様相については今後の課題として残きれた.2.クロタラリア2種について,硝酸態窒素施用が根系構造と根粒形成に及ぼす影響を,グロースポーチ法を用いて調査したところ,移植後20日目の根粒数,根粒乾物重,アセチレン還元活性は0 mMN区に比べて5,10 mMN区で低い値となり、施用窒素による阻害が確認された.またC. spectabillisにおいては,10 mMN区では,移植後20日目の地下部乾物重,総根面積と総根長の値が低く,根の発育と根粒形成との関係が示唆された.以上のように,これまで研究事例の少なかったセスバニアやクロタラリアといった緑肥作物の施肥窒素反応に関して,発育形態学的な見地からいくつかの知見が得られた.しかし,二ヶ年の研究期間内では,当初の目的であった硝酸態窒素による根粒形成から窒素固定機能の発現に関する阻害機構のドグマを十分に整理することはできず,さらに研究を継続する予定である.セスバニアおよびクロタラリフを供試して,生育初期における根粒菌の感染と根粒形成に及ぼす硝酸態窒素の影響について,特に根系構造との関係から発育形態学的な知見を得た.結果の大要は以下のとおりである.1.β-glucronidase遺伝子を導入した根粒菌を用いることにより,異なる濃度の硝酸態窒素施用条件下におけるS.rostrataの根粒形成阻害の様相を視覚的にとらえ,また,スライドグラス法を用いて根系構造との関係をより詳細に観察した.その結果,播種後9日目には,0 mMN区および0.7 mMN区では根粒が確認されたが,5 mMN区では根粒の形成は認められず,硝酸態窒素による根粒形成の阻害を確認することができた.さらに,接種後57日目に青色発色した側根出現部位を透過型電子顕微鏡下でより詳細に観察した結果,根粒菌の侵入経路として,細胞間隙に孝ける菌の増殖後の細胞内への侵入と,感染糸様構造を通した侵入の両パターンを示唆する切片像が得られた.しかし,硝酸態窒素施用条件による侵入経路の変化やその経時的変化の様相については今後の課題として残きれた.2.クロタラリア2種について,硝酸態窒素施用が根系構造と根粒形成に及ぼす影響を,グロースポーチ法を用いて調査したところ,移植後20日目の根粒数,根粒乾物重,アセチレン還元活性は0 mMN区に比べて5,10 mMN区で低い値となり、施用窒素による阻害が確認された.またC. spectabillisにおいては,10 mMN区では,移植後20日目の地下部乾物重,総根面積と総根長の値が低く,根の発育と根粒形成との関係が示唆された.以上のように,これまで研究事例の少なかったセスバニアやクロタラリアといった緑肥作物の施肥窒素反応に関して,発育形態学的な見地からいくつかの知見が得られた.しかし,二ヶ年の研究期間内では,当初の目的であった硝酸態窒素による根粒形成から窒素固定機能の発現に関する阻害機構のドグマを十分に整理することはできず,さらに研究を継続する予定である.本年度は,β-glucronidase遺伝子(gus)を導入した根粒菌を用いることにより,異なる濃度の硝酸態窒素施用条件下におけるS.rostrataの根粒形成阻害の様相について詳細に観察することを試みた.スライドグラス上にすき間を設けてカバーグラスを接着させた装置を用いて,S.rostrataを生育させた.無窒素液体培地を用い,KNO_3をNとして0,10,70mg/L添加する3処理区を設けた.gusで標識した根粒菌Azorhizobium caulino-dansを接種し,スライドグラスを経時的に検鏡するとともに,根粒数および側根数を調査した.また,主根の側根出現部位の横断切片を作成し,青色発色領域ならびにその近傍における根粒原基の形成を観察した.播種後9日目には,0mg/L区および10mg/L区では根粒が確認されたが,70mg/L区では根粒の形成は認められず,硝酸態窒素による根粒形成の阻害を確認することができた.

播種後10日目には,70mg/L区と10mg/L区はともに0mg/L区に比べて根粒数が明らかに少なかった.側根の出現部位を含む主根の連続横断切片の観察により,播種後7日目には,0mg/L区および10mg/L区において,主根ではなく側根の皮層に根粒原基が形成されることが確認されたが,70mg/L区では確認できなかった.側根について,その出現数を調査したところ,0mg/L区ならびに10mg/L区に比べて70mg/L区では少なく推移した.主根への根粒菌の付着程度を調査したところ,10mg/L区と70mg/L区では0mg/L区に比べて有意に小さかった.以上のように,硝酸態窒素の高濃度条件下における根粒形成の阻害は,側根の出現の抑制と根粒原基の分化の遅延によることが推察された.本年度は,セスバニア(Sesbania rostrata)における生育初期の根粒原基形成の硝酸態窒素による遅延を,β-glucronidase遺伝子(gus)を接種して視覚的にとらえた昨年度の実験(スライドグラス法)結果に基づき,特に,接種後5-7日目に青色発色した側根出現部位を透過型電子顕微鏡下でより詳細に観察した.その結果,これまで明確でなかった根粒菌の侵入経路として,細胞間隙における菌の増殖とその後の細胞内への侵入と,感染糸様構造を通した侵入の両パターンの存在を推測させる切片像が得られた.現在,さらに詳細に観察を進めているところである.しかし,硝酸態窒素施用条件による侵入経路の変化やその経時的変化の様相は未だとらえることができず,今後の課題として残された.一方,クロタラリア(Crotalaria junceaおよびC.spectabilis)について,硝酸態窒素施用が根系構造と根粒形成に及ぼす影響を,グロースポーチ法を用いて調査したところ,C.spectabilisにおいては,移植後20日日の根粒数,根粒乾物重,アセチレン還元活性は0mMN区に比べて5,10mMN区で低い値となり,施用窒素による阻害が確認された.また,10mMN区では,移植後20日目の地下部乾物重,総根面積と総根長の値が低く,根の発育と根粒形成との関係が示唆された.C.junceaにおいても,移植後20日目の根粒数と根粒乾物重の値はOmMN区に比べて,5,10mMN区で低く,アセチレン還元活性は10mMN区で抑制され,施用窒素による阻害が確認された.しかし,移植後20日日における地下部乾物重,総根面積,総根長は処理区間に差がなく,施用窒素は根粒形成と窒素固定活性を直接的に阻害することが示唆された.
強度変調法によるオンライン型の高感度中性子検出器の開発研究

8個の^6Li入りガラス(以下、Liガラスという)とフォトダイオードを組み合わせた検出器を作り、強度変調法という統計的手法によって検出器出力に含まれるγ線や電気ノイズによるバックグランド成分を取り除き、中性子による信号成分だけを測定するのが、この研究のねらいである。中性子と反応して生ずる光を受けた、各フォトダイオードの出力を相対的に正弦波関数上にのせるため、Liガラスの厚み、Liガラス中の^6Li濃度を変えてα線をLiガラスに入射させて光の吸収の程度を調べ、また実際に中性子を照射して^6Li濃度、中性子線量に対するフォトダイオードの出力のスペクトル構造の観察・解析を行った。今回の実験によって、フォトダイオードに直接入射する放射線によるバックグランド信号の大きなことがわかり、バックグランド成分の制御方法として、本研究における強度変調法による測定手法が有効であることを再確認した。なお、これとは別に一つのシンチレータ内での発光を互いに垂直となる2方向のフォトダイオードでとらえて、同時計数する方法も有望であることもわかり、目下検討中である。更に、実際に中性子を照射・測定してみて、中性子によるLiガラスの発光量やLiガラスの光の自己吸収等がLiガラスの形状と関係があって、当初考えていたように^6Li濃度だけを考慮し、これを正弦波関数になるように選んで検出器を作っても、歪みの少ない検出器(フォトダイオード)出力の変調は得られないことがわかった。むしろ、^6Li濃度の高いLiガラスを選んで、その厚みの調節から正弦波関数にのる8個の検出器を設計すべきであるとの結論に達した。これらの知見に基づいて、新たに検出器(Liガラス)の製造を計画しており、今後も本研究を進めていく予定である。詳細は、科学研究費補助金成果報告書(別添)を参照されたい。本研究は6Li入りのガラスを検出素子とし,中性子の入射によって生ずる光をフォトダイオードで受けて電気信号に変換し,中性子の検出を行うものである.6Li入りガラス内で生ずる光は微弱であること,フォトダイオードの感度はフォトマルに比べ,未だ低感度であることから, 6Li濃度の異なる8個の6Li入りガラス検出素子を使用し,それぞれの検出素子から得られる信号と6Li濃度との相互相関を取ることにより,暗流やγ線などのバックグランド成分を取り除き,中性子成分だけを測定しようとするものである.当初,円板型の6Li入りガラスを扇状に8分割した形状の中性子センサーで検出器を構成する予定であったが,ガラスの形状が極めて検出感度に効くことが判った.すなわち,発光能力と光透過能力を加味して厚みは約1cm,また入射面断面積は,フォトダイオードの受光面積に等しい1cm2四方とすることが最適であることが実験より得られた.更に検出感度を上げるためには, 6Li入りガラスの発光する光波長スペクトルとフォトダイオードの受光感度の光波長スペクトルとが十分に重畳していることが重要なポイントであり,場合によっては両者の間にウェーブシフターの必要もあると考えられる.そこで,この基本的な素子の性能を調べるため,微弱光の解析もできるような,光スペクトルアナライザーの製作に重点を置いて,研究を現在進めている.この装置は,集光部,分光部,ロックイン増幅部,解析部より成り立つもので, 6Li入りガラスからの微弱光を集光できるような集光部の設計,製作は,現在完了している.残りの部分については,経常研究費によって購入を予定しており,各単位として近々に納入されることになっている.この光スペクトルアナライザーの総合調整を行なった上で, 6Li入りガラスとフォトダイオードの発光スペクトル,受光感度スペクトルの微細構造を先ず調査・検討をしたいと考えている.8個の^6Li入りガラス(以下、Liガラスという)とフォトダイオードを組み合わせた検出器を作り、強度変調法という統計的手法によって検出器出力に含まれるγ線や電気ノイズによるバックグランド成分を取り除き、中性子による信号成分だけを測定するのが、この研究のねらいである。
モデルの操作と学習者間の対話の分析に基づく数学学習者の思考過程の追跡と授業設計

タッチデバイスで操作できる数理モデル教材の利用が「主体的で対話的な深い学び」にいかに結びつくかを明らかにすることが望まれている。これを客観的な根拠に基づいて探索するためには、学習者間の対話やデバイスの操作ログに関するデータを取得し統計的処理に基づいた学習活動の分析を行うことが不可欠である。本研究では、学習者が対話しながら1つのデバイスを操作する状況を想定し、(1)対話記録とデバイスの操作ログを同期させて取得・蓄積するシステムの構築、(2)対話の特性を量的に分析するモデルの確立、(3)対話と操作の連関から学習者の思考過程を示す客観的指標の解明を行い、状況に応じた授業設計の指針を探求する。
プリオンタンパク質の遷移金属による酸化傷害の研究

銅結合プリオンタンパク質の調製:プリオンタンパク質(PrP)の銅結合部位(アミノ酸配列23-98)とGSTタグあるいは全長(アミノ酸配列23-231)PrP_<23-231>とDsb A-Sタグとの融合タンパク質を大腸菌で発現させ、精製標品を得た。この標品を銅イオンと尿素存在下でインキュベート後、尿素を除いた後に、遊離の銅イオンを除く、2段階の透析を行って銅結合PrP_<23-98>あるいはPrP_<23-231>を調製した。ニトロソチオールの分解:ニトロソグルタチオン(GSNO)やニトロソアルブミンの分解によるNOの生成が銅結合PrP_<23-98>により促進されることが観察された。この促進は一価および二価の銅イオンのキレート試薬によって抑制された。PrP_<23-98>に結合した銅イオンの一部がGSNOの存在下でPrP_<23-98>から遊離することが遠心限外濾過法によって観察されたので、遊離した銅イオンによるGSNOの分解に対して補正をすると、PrP_<23-98>に結合した銅による分解の促進は、遊離の銅(グリシン銅キレート)による促進と比較すると30%程度であったが、PrP_<23-98>に結合した銅が確かにRSNOの分解を触媒することが明らかとなった。PrPの酸化傷害:銅結合PrP_<23-231>を還元性物質(アスコルビン酸、グルタチオン、ドーパミン)とインキュベートし、分解と凝集をSDS-PAGE後の免疫染色で、また、酸化的傷害の指標であるカルボニル基の生成を免疫ブロッティング法により定量した。前記のいずれの還元性物質を用いてもカルボニル基の生成が認められた。PrPの分解物や凝集体の生成はアスコルビン酸とドーパミン存在下で顕著であった。凝集体の主なものはその大きさからダイマーであると考えられた。PrPの分解と凝集、カルボニル基の生成はいずれも銅イオンのキレート試薬、カタラーゼ、SODにより抑制されたことから、PrPの酸化的傷害には銅イオンを介するROSの生成が関与していると考えられた。マウスプリオンタンパク質の大腸菌での発現:マウスプリオンタンパク質(PrP)を大腸菌で発現させるためマウスゲノムDNAを鋳型としてPrP_<23-231>部位を増幅し、これをpGEX-5X-3,pProEX-HTc, pThioHis, pET-39bのマルチクローニングサイトへ挿入した。大腸菌BL21(DE3)pLysSをpGEX-5X-3/PrP_<23-231>, pProEx-HTc/PrP_<23-231>, pThioHis/PrP_<23-231>, pET-39b/PrP_<23-231>で形質転換し、PrP_<23-231

>とGST、Hisタグ、チオレドキシン-Hisタグ、あるいはDsbA-Hisタグ-Sタグとの融合タンパク質をそれぞれ誘導発現できる形質転換菌を得た。IPTG処理でタンパク質の誘導を行い、細胞を破砕後、上清と沈殿画分を調製しSDS-PAGEで分析した結果、発現したプリオンタンパク質はpGEX-5X-3とpProEX-HTcでは沈殿分画に、pThioHisとpET-39bでは上清と沈殿分画に認められた。pGEX-5X-3とpProEX-HTcでは発現タンパク質がインクルージョンボディーを形成したので、タンパク質の折りたたみを介助する分子シャペロン(プラスミドpG-KJE8)との共発現系を構築した。発現タンパク質の一部は上清に認められるようになったが、アフィニティークロマトグラフィーによる精製には適さなかった。PrP_<23-231>の精製:大腸菌BL21(DE3)pLysSで発現させたDsbA-Hisタグ-Sタグ/PrP_<23-231>をSプロテイン-アガロースを用いたアフィニティークロマトグラフィーにより精製した。次にエンテロキナーゼで処理しDsbA-Hisタグ-Sタグ(タグタンパク質)とPrP_<23-231>の切断を行い、Sプロテイン-アガロースとBenzamidine-セファロースを用いたアフィニティークロマトグラフィーによりタグタンパク質とエンテロキナーゼを除去しPrP_<23-231>を得た。銅結合プリオンタンパク質の調製:プリオンタンパク質(PrP)の銅結合部位(アミノ酸配列23-98)とGSTタグあるいは全長(アミノ酸配列23-231)PrP_<23-231>とDsb A-Sタグとの融合タンパク質を大腸菌で発現させ、精製標品を得た。この標品を銅イオンと尿素存在下でインキュベート後、尿素を除いた後に、遊離の銅イオンを除く、2段階の透析を行って銅結合PrPを調製した。銅結合PrPによるニトロソチオールの分解:ニトロソグルタチオン(GSNO)やニトロソアルブミンの分解によるNOの生成が銅結合PrP^c_<23-98>により促進されることが観察された。この促進は一価および二価の銅イオンのキレート試薬によって抑制された。PrP^c_<23-98>に結合した銅イオンの一部がGSNOの存在下でPrP^c_<23-98>から遊離することが遠心限外濾過法によって観察されたので、遊離した銅イオンによるGSNOの分解に対して補正をすると、PrP^c_<23-98>に結合した銅による分解の促進は、遊離の銅(グリシン銅キレート)による促進と比較すると30%程度であったが、PrP^c_<23-98>に結合した銅が確かにRSNOの分解を触媒することが明らかとなった。還元性物質共存下でのPrPの分解と凝集:銅結合PrP_<23-231>を還元性物質(アスコルビン酸、グルタチオン、ドーパミン)とインキュベートし、分解と凝集をSDS-PAGE後の免疫染色で、また、酸化的傷害の指標であるカルボニル基の生成を免疫ブロッティング法により定量した。前記のいずれの還元性物質を用いてもカルボニル基の生成が認められた。PrPの分解物や凝集体の生成はアスコルビン酸とドーパミン存在下で顕著であった。凝集体の主なものはその大きさからダイマーであると考えられた。PrPの分解と凝集、カルボニル基の生成はいずれも銅イオンのキレート試薬、カタラーゼ、SODにより抑制されたことから、PrPの酸化的傷害には銅イオンを介するROSの生成が関与していると考えられた。
マウス線条体および脚内核において見出した詳細な形態学的性質と神経連絡の関係

本研究は、先の研究で線条体において見出した5種類のストリオソームにより区分できる新たな亜区域と脚内核において異なるニューロン群の局在パターンから構成されるコア/シェル構造との結合関係をトレーサー実験と免疫組織化学法を組み合わせて明らかにすることを目的としたものである。直接路と呼ばれる線条体から脚内核への線維連絡は、基底核の機能において重要な役割を担う回路であるが、本研究で両神経核の内部構造の多様性を考慮したより詳細な結合関係を明らかにすることは、基底核の回路構成を正確に理解するために必須の課題である。
実時間ナノスケール観測手法を用いた摩擦機構の解明と低摩擦化方策の探求

PTFE摩擦界面でのマイクロスケールでのスティックスリップ現象をSTEMを用いて観測し、摩擦力を測定することに成功した。押込み力を変えて摩擦したところ、スティックスリップの振る舞いに変化が見られた。押込み力が大きくなるに従って、スリップ距離が大きくなりスリップ回数が少なくなる様子が観測できた。また、摩擦前後においてPTFE表面が変形し引き延ばされている様子がナノスケールオーダーで観測できた。観測と同時に摩擦力も計測しており、その力計測の結果から摩擦により損失したエネルギーを計算し、15fjであることが分かった。この損失エネルギーは「摩擦による熱損失+塑性変形エネルギー+表面エネルギー変化」と表せるが、観測した表面変形から求められる塑性変形エネルギー+表面エネルギーの変化は12fjであった。この結果からPTFEの摩擦損失の85%以上が熱損失であることになるが、STEMでは表面変形の観測に限界があり表面エネルギー変化が低く見積られていると考えている。Ru及びRuO_2を本研究での観察対象として開発した。これらのRu系材料についてもTEM, STEMで摩擦界面を観測し摩擦力を計測することに成功した。DLCについては摩擦の作製方法を改良し、曲率100nm以内の面での接触点を作為的に作製することに成功した。これは今まで行えなかったサブナノスケールの摩擦界面をよりはっきり観測することを可能にする。これらの成果を元に研究を進めることは、固体潤滑における動的な現象を明らかにすることにつながる。さらなる研究により様々な個体潤滑材のメカニズムを解明できれば、摩擦や摩耗によって失っていたエネルギーを有効に活用することにつながると考える。(抄録なし)1.具体的内容:MEMS対向探針先端にDLCを300nm以下の位置決め精度で堆積させる手法を確立させた。具体的には、FIBを用いて細線状にMEMS対向探針の両先端に切れ込みを入れることにより、先に述べた精度を達成した。60°の角度をつけて2つの切れ込みを入れ、その2つの切れ込みの交叉する点をもとにFIB-CVDを行うことで、両対向探針の対向する位置に精度良くDLCを堆積させることができる。意義・重要性:本研究で用いるMEMSデバイスの大きな問題点の一つとして、材料の観察と接触がトレードオフの関係にあることが挙げられる。観察材料は観察方向に対して薄いほどTEMの観察に適している(100nm以下が理想的)。しかし、MEMSデバイスの駆動は接触方向とせん断方向の2自由度しか持たないため、材料が薄い場合互いに接触しないケースが多くなる。したがって、従来は対向探針の厚みを1μm以上で作製していた。今回の位置決め精度の向上により、300nm程度のDLCであっても接触の歩留まりの低下を防ぐことが可能になった。2.具体的内容:MEMS対向探針先端にDLC球を人工的に作製する手法を確立した。DLCピラーを探針先端にFIB-CVDで作製(幅50nm、長さ2μm)し、ピラー先端をFIBで切断する。その後アニールすることで、ピラー先端にDLC球が成長する。DLC球の直径は約100nmであり、アニール時間及びピラー形状を変えることで直径を10nm数100nmの範囲で変化させることができる。DLCをピラーではなく長方形(幅、長さ、厚みともに100nm数μmの範囲で作製可)の箱状に堆積させ、FIBスポットビームで穴を開けた後アニールすることでもDLC球を作製可能。意義・重要性:DLC界面間に人工的に微小球を作製することは、過去の研究例から見ても新しい試みと言える。本研究では摺動回数の増加による表面形状変化の観察と摩擦力同時測定が大きな強みである。この摺動回数依存性は、表面形状変化によって界面間に生じる微粉末の働きが大きいと予想されている。摺動によって生じる微粉末の振る舞いと人工的に作製した微小球の振る舞いとを観察し比較することにより、界面間に微小物体が存在したときの摩擦の振る舞いをより深く理解できる。観測可能な材料を新たに二種類開発した。一種はPTFE(polytetrafluoroethylene)、もう一種はMoS2(二流化モリブデン)であり、どちらの材料も低摩擦材料として知られている。どちらもスパッタリング装置を用いたシャドウマスク法によりMEMS対向探針の先端に堆積させることに成功し、観察を行うことが可能である。PTFEについては後述する通り摩擦の観察・摩擦力計測を行った。MoS2については結晶化の条件が定まっておらず、現在条件出しをしている状況である。PTFEについては図1に示す摩擦実験によりスティックスリップ挙動をSTEMで観察し、同時にスティックスリップを起こした際のせん断力を測定することに成功した。観察結果からPTFEがこの摩擦により表面形状を変化させたことを確認した。またPTFE摩擦界面で生じるスティックスリップの摩擦力を、押込み力を変えて計測した。押込み力の大小によりスティックスリップの振る舞いに定性的な差異が見られた。すなわち、押込み力が小さい場合には摩擦力が大きくなる過程においても微小な二次スリップが多数観測されたが、押込み力が大きくなるにつれて二次スリップはその数を減らし、最大押し込み力においては単純な一次スリップのみ観測される結果となった。MoS2についてはMEMS対向探針先端に堆積可能であることを確認した。現在は層状構造を有するスパッタ膜形成のために条件出しを行っている。層状構造の摩擦界面変形(層間すべり等)が実時間で観測できれば世界初の研究結果であり、層構造材料に対する新たな知見獲得が期待できる。