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蘭学関係科学書の出版状況の研究

1)江戸時代における蘭学関係科学書の出版状況を調べるために、天文暦算書、物理・化学書、航海術書、砲術書について数量的調査を行った。分析の対象とした点数はそれぞれ、天文暦算関係書333点、化学書84点、物理書11点、航海術書8点、砲術書262点である。2)天文暦算書333点では、暦書類が45%を占め、以下天文一般書33%、須弥山説16%、その他6%である。その継時的変化の分析では、19世紀には天文暦算関係書の出版点数が18世紀に比べ倍増していることが判明した。この増加の傾向は既に18世紀の第四半世紀に現れているが、19世紀にはいっそう顕著となる。おおまかな傾向としては、江戸時代前半は暦書類の出版が、後半は天文書一般の刊行が優勢であり、その転換点は安永・天明期にある。須弥山説関係書は幕末に出版点数が著しい。3)物理学・航海術関係書はサンプル数が稀少のため、有意義な分析結果が得られないと判断される。ただ安政年間に天文方による西洋航海術書の翻訳・研究が見られ、従来の天文学のみならず、時代の要請に天文方が応えようとした姿勢が認められる。化学書では、舎密または舎密加という文字が題名にみえる書の総数は44%にのぼり、そのうち65%弱の書が宇田川榕庵の著書で、江戸時代西洋化学導入における榕庵の役割がいかに大きいかが判明する。4)兵学の中でも、西洋兵学導入の糸口をつけた砲術を取り上げ調査・分析した。17世紀前半は総点数の14%とかなりの数をみせるが、以後中だるみの趨勢を示し、19世紀になって一挙に67%へと増大する。これはそれまで200年間の累積点数の約2倍にあたり、18世紀末から19世紀はじめのロシアの南下やイギリスの進出による対外関係への危機意識の表れとみなされる。このことより、一般に言われる幕末の蘭学が兵学・軍事科学中心へと転化したという説が裏付けられる。1)これまでの出版物研究では、科学関係書は、個別の有名な著作数点を除いてはほとんど取り上げられてこなかった。本年度は主として天文学、物理学の分野を対象に、該当書を国書総目録、各種図書館目録を中心に抽出する作業に専念した。目録は必ずしも出版書と写本とを分けていない場合があるので、所蔵図書館に出向き調査・確認した。2)「蘭学関係書」の定義は困難なケースもあるが、ここでは明らかに翻訳とわかるものに限って考察の対象とし、原本を確認することにより、見在蘭書以外にも舶載された蘭書の存在が明らかになり、出版書の内外交流の実態の一側面に光を当てることができた。3)これらの刊本天文書は江戸初期の17世紀は運気論関係が多く、暦解説書がこれに続く、18世紀の正徳年間以後天文学入門書が刊行され始めること、また梵暦・須弥山説関係書は江戸時代を通じて出版されたことが判明した。また星象図(星座)が結構出版されたことが注目される。4)コペルニクス説(太陽中心説)の図示が、どう受容されたか、リストアップされた書物につき、その典拠となった蘭書を一部同定した。

その際西洋天文学普及という点で司馬江漢による解説書の役割が無視できず、その図像につき、西洋天球図、地図の挿図を活用していることが判明した。1)江戸時代における天文暦算書の出版状況の数量的調査を行った。基礎データは国書総目録及び古典総合目録を基本として該当書を抽出し、これに渡辺敏夫『近世天文学史』下巻(恒星社厚生閣、1987)所収の書目により補った。また国文学研究資料館がインターネットで試験公開している「国書」目録も活用・参照した。抽出した総点数は333点である。2)当該333点を、暦書類、天文書一般、須弥山説関係書、その他に分類すると、暦書類が45%、天文書が33%、須弥山説が16%、その他6%となり、暦書類が半分弱を占めるが、これには頒暦類自体は含まれていない。3)以上のデータより、出版された天文暦算書の継時的変化の分析を試みた。19世紀には天文暦算書の出版点数が18世紀に比べ倍増していることが判明した。この傾向は既に18世紀の第4四半世紀に現れているが、19世紀には一層顕著となる。なお暦書類は17世紀半ばからほぼ一定数(四半世紀毎に1419点)刊行されている。大まかな傾向としては、江戸時代前半は暦書類の出版が、後半は天文書一般の刊行が優勢であり、その転換点は安永・天明期にある。須弥山説関係書は殊に幕末に出版点数が著しい。4)化学書についても同様に、総点数80を抽出した。うち舎密または舎密加という文字が題名に見える書の点数は38点、47.5%とほぼ半数にせまらんとする数であった。うち宇田川榕菴の著書は24点であるから、舎密・舎密加と題される書の63%が榕菴の手になるものである。さらに総数80点中、榕菴の著作が38点で同じく47.5%に相当し、江戸時代化学研究における榕菴の役割がいかに大きいかが判明する。1)前年度に引き続き、国文学史料館がインターネットで試験公開している「国書」目録を活用し、江戸時代における航海関係書の数量的調査を行った。抽出した総点数は187点である。2)当該187点のうち、刊行されたものは僅か3点のみである。うち2点が、直接蘭書を参照したものではないが、蘭学系知識を取り入れて著されたもので、広い意味での蘭学系科学書である。3)刊本ではないが、年代が判明しているものは44点で、24%を占める。そのうち航海術に関わるものは8点にすぎず、25点と多数が航海記録、船中日記の類で、本研究の考察の対象ではない。これを世紀ごとに分析すると、17世紀が6点、18世紀が8点、19世紀前半が15点、1850,60年代が15点を数える。時代を追って点数が増えるが、なかでも最多は文化年間(1804-17)が7点で、これに安政、文久年間が6点と続いている。なお刊本3点のうち2点も文化年間に出版されており、この時期の史的位置について、他の分野との比較が必要となろう。4)年代不詳だが、執筆者が判明する著作のうち、13点が蘭学系航海術関係書であることが著者(宇田川榕菴、渋川景佑、本多利明など)や原著者(ピラール、スワルトなど)が明示されていることより判明する。概ねこれらは著者の活躍年代からして19世紀のものと推測できる。5)江戸時代の解剖書、工学書、農書を例に、イエズス会士系著訳書経由や蘭書経由の挿図と比較対照することにより、転写ごとに、原図が改変される様を辿った。解剖書では、実際の解剖記録が西洋解剖書の挿図を参照していること、また工学書や農書では、歯車等による動力伝達機構が十分に理解されず、正確さを欠いていることを指摘した。1)本年度は砲術書の出版状況の数量的調査を主として行った。データを262点に絞込み、その継時的変化の分析を試みた。得られたデータを50年ごとに集計してみると、17世紀前半37点、同後半19点、18世紀前半10点、同後半20点、19世紀前半84点、後半92点となる。
重金属投与ラットの腎刷子縁膜における有機酸の転送障害の解明

職業的に水銀に曝露することは、古くよりカドミウム同様腎近位尿細管の障害と蛋白尿の頻度が増加することが知られていた。一方、クエン酸が代謝されると三つの重炭酸イオンを生じるため、腎臓におけるクエン酸の排泄は生体における酸塩基平衡の維持に非常に重要な働きをしている。今回、ラットより分離精製した腎刷子縁膜小胞(BBMV)を水銀イオン(Hg^+)に曝露しBBMVにおけるクエン酸の取り込みの変化を調べた。BBMVの分離精製はBoothらのMg沈澱法を一部変更して行った。分離精製したBBMVにおけるクエン酸取り込みはミリポア急速濾過法により測定した。BBMVを0.5及び2mM HgCl_2溶液で一分間前処置するとBBMVにおけるクエン酸の取り込みはHgで前処置しないものに比べて有意に低下した。また0.1mMのHgCl_2溶液に30分間前処置した場合もBBMVにおけるクエン酸の取り込みは有意に低下した。これらの所見によりBBMVを水銀に前処置することにより、BBMVにおけるクエン酸の取り込みは時間依存的にまた水銀の濃度依存的に阻害されることが示唆された。このことは、水銀曝露により生体が代謝性アシドーシスに傾くことを示している。しかし、水銀の生物学的半減期はカドミウムに比べて短い。従って、慢性の水銀中毒における腎障害と酸塩基平衡を調べるにはin vivoでの実験が必要である。
放射性炭素を指標とした陸起源有機物の年齢の定量化

北西部北太平洋および北東部日本海沿岸域への陸起源物質の主な供給源として考えられる主要河川で、河川水中の懸濁物および河川底堆積物を採取し、陸起源粒子状有機物(陸起源POM)中の放射性炭素同位体比の地理的な分布を明らかにした。本研究で得たデータは、海水中POMの分析結果と比較することにより、当該海域におけるPOMの「年齢」の変動因子を推定するとともに、POM輸送の時間スケールを見積もった。北西部北太平洋および北東部日本海は高い生物生産性を持つことから、わが国における水産環境や、炭素をはじめとする物質の循環に大きな影響を与える。本研究では、この海域の沿岸への陸起源物質の主な供給源として考えられる主要河川で、河川水中の懸濁物および河川底堆積物を採取し、陸起源粒子状有機物(POM)中の放射性炭素同位体比の分布を明らかにする。さらに、既に取得済みの海水中POMの分析結果を本研究で得られる結果と比較することにより、当該海域におけるPOMの「平均年齢」を推定し、対象海域における有機物循環の時間スケールを見積もる。平成18年度は、北緯40度から43度の範囲に河口を持つ国内の主要河川(石狩川、尻別川、後志利別川、鵡川、沙流川、十勝川、米代川、馬渕川、岩木川および鷹瀬川)の河口付近において、懸濁物試料採取および試料処理のために最適な地点を選定すると共に、河川水流量の少ない10月3月に、堆積物試料を採取した。堆積物試料は、できる限り流軸に近い箇所で柱状採泥管を使用して採取した。堆積物表層のかく乱が激しいため、03cm深部分の試料を均一に混合し、その分析値を解析に用いることとした。これまでに13の堆積物試料が採取され、このうち、北海道地区で得られた6河川、10試料については燃焼法によって有機物含量を、さらにそのうちの5試料については加速器質量分析(AMS)法によって放射性炭素の同位体比を測定した。本研究で対象とした全ての河川において、平成19年4月から5月にかけて懸濁物試料の採取のための集中観測を予定している。これに先だって、河川水から懸濁粒子を回収するための濾過機材を、移動中の車内でも展開できるような実験系を製作した。これにより、有機物測定用の懸濁物試料を変質させずに実験室に輸送することが可能となった。さらに、当該海域におけるPOMの「平均年齢」を推定し、対象海域における有機物循環の時間スケールを見積もる。平成19年度は、(1)融雪期における試料採取、(2)試料の分析および、(3)観測・分析データの解析を実施した。試料採取は、前年度に選定した10河川の調査地点において、河川水懸濁物および河川底堆積物を採取した。試料採取は、年間の粒子負荷量の約40%を占める春季(4月5月)に集中的に実施した。得られた試料数は、懸濁物14試料、堆積物17試料である。試料分析は、有機物含量は燃焼法を、放射性炭素同位体比は加速器質量分析(AMS)法を用いて測定した。さらに、ICP発光分析法およびICP質量分析法によって、主要・微量元素(31元素)の濃度を定量した。放射性炭素同位体比から、河川底堆積物の「見かけの炭素年齢」は、日本海側で02,900年、太平洋側で8003,300年と見積もられた。次年度は、ここで得た結果を、これまでに得られている海洋性粒子状有機物中の放射性炭素同位体比と比較し、有機物循環の時間スケールを見積もる。さらに、元素組成の情報をデータベース化し、陸起源物質の輸送経路についても詳細に解析する。北太平洋北西部および日本海北東部は高い生物生産性を持つため、わが国における水産環境や、炭素をはじめとする物質の循環に大きな影響を与える。本研究では、これらの海域への陸起源物質の供給源となりうる主要河川で、河川水懸濁物および河川底堆積物を採取・分析し、陸起源の粒子状有機物(POM)が持つ放射性炭素同位体比を求めた。これによって得られる「見かけの年齢」を利用し、対象海域におけるPOMの循環過程とその時間スケールを見積もった。平成20年度は、下記の4項目を実施した。1.本研究で調査対象とした13河川について、河川底堆積物および河川水懸濁物中の放射性・安定炭素同位体比と、主要・微量元素(31元素)の濃度情報をデータベース化した。2.追加情報として、沿岸域でのPOMの炭素同位体比を分析した。

3.上記1および2でまとめた河川POM情報を統合し、対象海域におけるPOM循環過程とその時間スケールを検討した。一例として、日本海北東部におけるPOMの輸送過程を以下に記す。(1)沿岸域に供給される陸起源POMの大部分は、比較的速やか(1年)に海洋生物起源POMと混合し、沿岸域の海底に堆積する。(2)POMは、沿岸堆積物中で約600年かけて混合・変質を受け、海底付近に高濁度層を形成する。(3)この高濁度層中のPOMは、約200m/年の速度で海盆内部に向かって水平移動する。4.上記の成果の一部を、学術誌「Journal of Oceanography」他に公表した。また、国内外の学会(各1件)および一般向けの講演(1件)において成果の一部を公表した。
中間エネルギー核データのための軽イオン反応スペクトルの測定

本研究は、200400MeVエネルギー領域の陽子を種々の原子核に照射した際に、放出される軽イオンのスペクトルデータを測定して精度の良い荷電粒子原子核データを蓄積するため、測定システムを整備することを目的とする。平成6年度は、実験で必要となる機器の準備・開発を行い、半導体検出器とシンチレーションカウンターからなる積層型固体検出器テレスコープを製作するとともに、テスト実験を九州大学理学部加速器実験室のタンデム型加速器(18MeV陽子)および、大阪大学核物理研究センター(300MeV陽子)において実施した。テレスコープ等機器の開発にあたっては、モンテカルロ計算コードを開発して検出器の応答特性等を注意深くシミュレートした。タンデム型加速器からの18MeV陽子を用いてのテストでは、主にゲート信号を作るタイミングとその時間的ゆらぎについて調査を行った。これは中間エネルギーの実験ではビーム照射中の環境γ線が強くなることから、ADC入力信号の時間幅の問題と共にゲート信号の時間幅に対して厳しい条件が課せられると予想されるためである。テスト実験の結果、製作したカウンターテレスコープの特性によってアクシデンタルな事象は時間幅0.5μ秒でほとんど排除できること、回路系の調整によっては時間幅0.3μ秒も可能であることが分かった。これを踏まえて、大阪大学核物理研究センターでカウンターテレスコープの応答関数を50MeVから300MeVの間の数点で測定し、良好な結果を得た。以上の結果、中間エネルギー領域原子核反応断面積測定のための装置等の開発・準備はほぼ完了し、本格的な測定を開始する体制が整った。
カニクイザル個体をモデルにした造血系の動態解析

(1)カニクイザル自家骨髄移植の系の樹立:カニクイザルから骨髄血を採取し、CD34+細胞を単離し、全身放射線照射(500 cGy x 2)を行ったサルに自家移植した(11頭)。この際、無菌室管理、中心静脈栄養、輸血、抗生剤投与を必要としたが、おおむね安全に行なうことができた。(2)カニクイザル造血幹細胞の遺伝子標識研究:移植した造血幹細胞の増殖・分化を体内において追跡するためには、移植細胞をあらかじめgreen fluorescent protein(GFP)等のマーカー遺伝子で標識しておくことが必要になる。そこで我々は、GFPを発現するレトロウイルスベクターを用いてカニクイザル骨髄CD34^+細胞へ遺伝子導入を行った。そして遺伝子導入したCD34^+細胞を自家移植することにより、体内における造血幹細胞の増殖・分化を追跡できるかどうか調べた。その結果、未熟な造血細胞(コロニー形成細胞)では、5-40%の細胞にGFP遺伝子導入が可能であることがわかった。一方、分化した血液細胞には、GFP遺伝子導入細胞はほとんど出現しないことがわかった。このことからGFPはカニクイザルの造血幹細胞において分化障害を引き起こす可能性が示唆された。現在、このGFPの毒性を回避する方法を検討している。(3)Inverse PCR法によるレトロウイルスベクター挿入部位の解析:カニクイザルのような霊長類で、移植後の造血幹細胞の動態をクローナルに解析した例はほとんどない。この解析は、Inverse PCR法によってレトロウイルスベクター挿入部位に続くゲノム側の領域をクローニングすることによって可能である。ただしこの方法を移植後のカニクイザルの造血動態の解析に応用するためには、十分に高い遺伝子導入効率が求められる。我々のカニクイザルを用いた検討では、移植後の未熟な造血細胞(コロニー形成細胞;CFU)では5-40%の細胞に遺伝子導入が可能であり、こうした解析が可能である。現在、移植後のカニクイザル造血前駆細胞(CFU)におけるレトロウイルスベクター挿入部位の解析をInverse PCR法によって進めている。カニクイザルを用いてその個体レベルで造血幹細胞の動態に明らかにするために、本年度、我々は以下の実験を行った。(1)カニクイザル自家骨髄移植の系の樹立:カニクイザルから骨髄血を採取し、CD34+細胞を単離し、全身放射線照射(500 cGy x 2)を行ったサルに自家移植した(7頭)。この際、無菌室管理、中心静脈栄養、輸血、抗生剤投与を必要としたが、死亡例なくおおむね安全に行うことができた。(2)カニクイザル造血幹細胞の遺伝子標識:我々は、green fluorescent protein(GFP)を発現するレトロウイルスベクターを作製した。このベクターを用いてカニクイザル骨髄CD34+細胞をex vivoで遺伝子標識した。これらの細胞を自家移植し、in vivoで遺伝子標識を追跡した。造血幹細胞遺伝子標識実験において最も重要な点は、幹細胞をいかに効率よく標識するかである。我々は、ベクター骨格を従来のモロニー白血病ウイルスからマウス幹細胞ウイルスに変更し、さらにベクターエンベロープをテナガザル白血病ウイルスのそれで置換した。また、遺伝子導入の際にFlt-3 ligandやトロンボポエチンといった新しいサイトカインやレトロネクチンを導入した。これらによって、現在、移植後、最長で9ヶ月になるが、骨髄前駆細胞の約2-20%がプロウイルス陽性であり、in vivoの遺伝子導入細胞をクローニングし、ベクター挿入部位を同定していくのは可能であると考えている。

来年度は、レトロウイルスベクターのゲノムへ挿入部位をAlu PCR法等によって同定し、in vivoの遺伝子標識集団をクローナルに解析したい。(1)カニクイザル造血幹細胞の遺伝子標識研究:昨年度、我々はカニクイザルを用いて造血幹細胞の自家移植の系を樹立した。移植した造血幹細胞の増殖・分化を体内において追跡するためには、移植細胞をあらかじめGFP等のマーカー遺伝子で標識しておくことが必要になる。そこで我々は昨年度に引き続き、green fluorescent protein(GFP)を発現するレトロウイルスベクターを用いてカニクイザル骨髄CD34^+細胞へ遺伝子導入を行った。そして遺伝子導入したCD34^+細胞を自家移植することにより、体内における造血幹細胞の増殖・分化を追跡できるかどうか調べた(9頭)。その結果、未熟な造血細胞(コロニー形成細胞)では、5-40%の細胞にGFP遺伝子導入が可能であることがわかった。一方、分化した血液細胞には、GFP遺伝子導入細胞はほとんど出現しないことがわかった。このことからGFPはカニクイザルの造血幹細胞において分化障害を引き起こす可能性が示唆された。現在、このGFPの毒性を回避する方法を検討している。(2)Inverse PCR法によるレトロウイルスベクター挿入部位の解析:カニクイザルのような霊長類で、移植後の造血幹細胞の動態をクローナルに解析した例はほとんどない。この解析は、Inverse PCR法によってレトロウイルスベクター挿入部位に続くゲノム側の領域をクローニングすることによって可能である。ただしこの方法を移植後のカニクイザルの造血動態の解析に応用するためには、十分に高い遺伝子導入効率が求められる。我々のカニクイザルを用いた検討では、移植後の未熟な造血細胞(コロニー形成細胞:CFU)では5-40%の細胞に遺伝子導入が可能であり、こうした解析が可能である。現在、移植後のカニクイザル造血前駆細胞(CFU)におけるレトロウイルスベクター挿入部位の解析をInverse PCR法によって進めている。
クロスレイヤアプローチによるＷＰＡＮのための品質保証・省電力化方式

ディジタル情報家電のネットワーク化に関する研究や技術開発が進められている.ディジタル情報家電のネットワーク化の実現に関する技術の1つとして無線パーソナルネットワーク(Wireless Personal Area Network, WPAN)が注目されている.本研究提案はWPANにおける性能向上法および省電力化方式として,符号多値変調方式を用いるランダムアクセスネットワークについて研究するものである.特に,WPANで求められている技術である,通信品質向上法,小規模ネットワーク,省電力化,の実現を目標として研究を行った.理論解析およびシミュレーションにより,本研究提案の有効性を示した.人を中心として10から20メートル程度の距離の通信によってさまざまな利便性や快適性などを提供するネットワークとして期待が高まっているWireless Personal Area Network (WPAN)は,現在の情報通信環境を一変させる可能性を持っており,ユビキタスネットワーク社会実現のための重要技術となっている.本研究提案の発端は,符号多値変調方式を用いるCDMA通信はパケット長を短縮できるため,パケット衝突確率,遅延や再送回数を減らすことができ,省電力化につながると期待できる点にある.提案方式は,DS/SSを用いるCDMA通信と比較し,2倍以上のスループットを達成できる可能性がある一方,符号間干渉や遠近問題によるビット誤り率の低下が問題となる.これに対し,物理層の情報を元にMAC制御を適切にかけることによって,ビット誤り率の低下を解決できるだけではなく,省電力効果も期待できる.本研究提案は,MACレイヤと物理レイヤの2つのレイヤから同時に通信品質向上,省電力化に対するアプローチをかけ,相乗効果を図るものである.符号多値変調方式とスリープ制御を適切に組み合わせることにより,消費電力の大幅な削減だけではなく,スループットの向上,データ到達率などの通信品質向上が期待できる.しかし,そのようなクロスレイヤによって,通信品質向上と省電力化を図るという発想は,本申請人独自のものであり,世界的にも同様なアプローチは見受けられない.本研究では,この研究を発展させ,本研究の有効性を示し,システムの最適動作について検討する.人を中心として10から20メートル程度の距離の通信によってさまざまな利便性や快適性などを提供するネットワークとして期待が高まっているWireless Personal Area Network (WPAN)は,現在の情報通信環境を一変させる可能性を持っており,ユビキタスネットワーク社会実現のための重要技術となっている.本研究提案の発端は,符号多値変調方式を用いるCDMA通信はパケット長を短縮できるため,パケット衝突確率,遅延や再送回数を減らすことができ,省電力化につながると期待できる点にある.提案方式は,DS/SSを用いるCDMA通信と比較し,2倍以上のスループットを達成できる可能性がある一方,符号間干渉や遠近問題によるビット誤り率の低下が問題となる.これに対し,物理層の情報を元にMAC制御を適切にかけることによって,ビット誤り率の低下を解決できるだけではなく,省電力効果も期待できる.本研究提案は,MACレイヤと物理レイヤの2つのレイヤから同時に通信品質向上,省電力化に対するアプローチをかけ,相乗効果を図るものである.符号多値変調方式とスリープ制御を適切に組み合わせることにより,消費電力の大幅な削減だけではなく,スループットの向上,データ到達率などの通信品質向上が期待できる.しかし,そのようなクロスレイヤによって,通信品質向上と省電力化を図るという発想は,本申請人独自のものであり,世界的にも同様なアプローチは見受けられない.本研究では,この研究を発展させ,本研究の有効性を示し,システムの最適動作について検討する.ディジタル情報家電のネットワーク化に関する研究や技術開発が進められている.ディジタル情報家電のネットワーク化の実現に関する技術の1つとして無線パーソナルネットワーク(Wireless Personal Area Network, WPAN)が注目されている.本研究提案はWPANにおける性能向上法および省電力化方式として,符号多値変調方式を用いるランダムアクセスネットワークについて研究するものである.特に,WPANで求められている技術である,通信品質向上法,小規模ネットワーク,省電力化,の実現を目標として研究を行った.理論解析およびシミュレーションにより,本研究提案の有効性を示した.人を中心として10から20メートル程度の距離の通信によってさまざまな利便性や快適性などを提供するネットワークとして期待が高まっているWireless Personal Area Network (WPAN)は,現在の情報通信環境を一変させる可能性を持っており,ユビキタスネットワーク社会実現のための重要技術となっている.本研究提案の発端は,符号多値変調方式を用いるCDMA通信はパケット長を短縮できるため,パケット衝突確率,遅延や再送回数を減らすことができ,省電力化につながると期待できる点にある.提案方式は,DS/SSを用いるCDMA通信と比較し,2倍以上のスループットを達成できる可能性がある一方,符号間干渉や遠近問題によるビット誤り率の低下が問題となる.これに対し,物理層の情報を元にMAC制御を適切にかけることによって,ビット誤り率の低下を解決できるだけではなく,省電力効果も期待できる.本研究提案は,MACレイヤと物理レイヤの2つのレイヤから同時に通信品質向上,省電力化に対するアプローチをかけ,相乗効果を図るものである.符号多値変調方式とスリープ制御を適切に組み合わせることにより,消費電力の大幅な削減だけではなく,スループットの向上,データ到達率などの通信品質向上が期待できる.しかし,そのようなクロスレイヤによって,通信品質向上と省電力化を図るという発想は,本申請人独自のものであり,世界的にも同様なアプローチは見受けられない.本研究では,この研究を発展させ,本研究の有効性を示し,システムの最適動作について検討する.平成24年度は,通信品質を考慮した省電力化方式実現を目的として,下位層の情報によって適切なスリープ制御を行う方式を提案した,クロスレイヤで省電力化と性能向上を図る具体的方式を提案した.特に,以下の2点に着目した研究を行う.

(1)通信品質を考慮したスリープ制御方式を確立した,(2)省電力効果を明らかにした.(1)では通信品質を考慮したスリープ制御方式を確立し,その基本性能を導出した.(2)では,スリープ制御を導入することによる省電力効果を評価した.さらに,通信品質の評価として遅延性能を示したシミュレーションにより,その性能を明らかにした.提案方式の消費電力および遅延性能を理論解析、シミュレーションの両面から評価し、これらの結果が一致することから、解析とシミュレーションの結果の妥当性を示した。さらに(1),(2)の結果から,消費電力削減と通信品質保証はトレードオフの関係があることを明らかにした.スリープ制御方式の考案およびその基本性能の導出に成功したことから,研究の目的は概ね達成できているといえる.平成23年度は符号多値変調を用いる省電力化方式について,理論的な側面からその特性を明らかにすることが課題であった.特に,(1)符号多値変調方式を用いたランダムアクセス方式の省電力効果を明らかにする,(2)符号多値変調方式の適応レート制御法を確立する,に関する検討を行うことが平成23年度の課題であった.(1)では,符号多値変調方式を用いたランダムアクセス方式の省電力効果を解析的に導出した.パケット長を短くすることによって,衝突率を減らすことができるため,パケット再送回数を減らすことができる.省電力化を図る効果を定量的に示した.(2)では,変調方式を組み合わせることによって通信品質に応じた伝送レート制御を行うための基本システムを考案し,その基本性能の解析式を求め,評価した.平成24年度の成果を踏まえ、通信品質と消費エネルギー効果のトレードオフの関係を克服するようなシステムについて検討する。特に、平成24年度に導出した遅延性能と消費エネルギーの解析式を用いて、システムの最適動作状態を求めることによって、性能改善を図る。シミュレーションおよび実験により提案方式を評価する。平成24年度は,平成23年度の研究成果を踏まえ,伝送レートを動的に制御することによって,通品品質及び消費電力削減を図る方式を確立する.さらに,スリープ制御などのMACプロトコルと多値変調方式を組み合わせ,物理層の情報によって適切なスリープ制御を行う,クロスレイヤで省電力化と性能向上を図る具体的方式を提案する.特に,以下の2点に着目した研究を行う.(1)符号多値変調方式に適したスリープ制御方式を確立する,(2)符号多値変調方式とスリープ制御を組み合わせることによる省電力効果を明らかにする.(1)では符号多値変調方式に適したスリープ制御方式を確立し,その基本性能を導出する.
Na^+/Ca^<2+>交換体アイソフォームの生理機能と制御機構の多様性に関する研究

Na^+/Ca^<2+>交換体アイソフォームの発現分布と機能制御の解析を行い、以下の成果を得た。分子種特異的な抗体を作成し、NCX1(心臓に豊富に発現)、NCX2及びNCX3(脳、骨格筋に特異的に発現)の発現分布を免疫組織学的に明らかにした。各分子種の細胞発現系を用いた機能解析により、NCX1及びNCX3は種々ホルモンによりCキナーゼを介して活性制御されることを明らかにした。また、NCX1のリン酸化部位を同定し、この活性制御系にNCX1自体のリン酸化は関与しないことを示した。さらに部位特異的変異解析から、この活性化には細胞内ドメインの特殊領域(XIP領域)が関わることを明らかにした。また、1996年に開発したNa^+/Ca^<2+>交換体の特異的な阻害薬KB-R7943をツールに用い、Na^+/Ca^<2+>交換体のイオン輸送機構を解析した。各アイソフォームの薬理学的特性を比較し、輸送Ca^<2+>と競合するNi^<2+>はNCX3よりもNCX1、NCX2を約10倍強力に阻害すること、またKB-R7943はNCX1、NCX2よりもNCX3を約3倍強力に阻害することを見出した。さらに、NCX1とNCX3のキメラ交換体を用いた機能解析から、KB-R7943及びNi^<2+>の作用部位は分子内の繰り返し構造(α領域)に存在することを明らかにした。また、システイン走査変異解析から、NCX1は9回膜貫通ヘリックス型の構造であることを示した。このように、本研究から、Na^+/Ca^<2+>交換体のアイソフォーム特異的な臓器発現、活性制御系、薬理学的特性が明らかになった。また、Na^+/Ca^<2+>交換体の構造と機能に関しても有益な情報を得た。Na^+/Ca^<2+>交換体は細胞内Ca^<2+>濃度を制御する重要な細胞膜トランスポーターである。現在、3種の遺伝子(NCX1、NCX2、NCX3)が単離されている。本研究は、分子生物学的及び分子薬理学的な手法を用い、3種のNa^+/Ca^<2+>交換体アイソフォームが種々組織においてどのように局在し、機能制御され、細胞内Ca^<2+>濃度を多様に調節しているかを明らかにすることを目的とする。平成10年度において、以下の成果が得られた。1)アイソフォーム特異的な抗体を作成し、NCX1(心臓に多くまた種々組織に普遍的に発現)、NCX2及びNCX3(脳、骨格筋に特異的に発現)の局在を明らかにした。2)各アイソフォームの細胞発現系を用いた機能解析により、NCX1及びNCX3は種々ホルモンによりCキナーゼを介して活性制御されることを明らかにした。3)各アイソフォームの薬理学的特性を比較し、輸送Ca^<2+>と競合するNi^<2+>はNCX3よりもNCX1、NCX2を約10倍強力に阻害すること、また最近開発した特異的阻害薬KB-R7943はNCX1.NCX2よりもNCX3を約3倍強力に阻害することを見出した。4)システイン走査変異によりNCX1の膜貫通へリックスを検索したところ、ハイドロパシー解析から推定されている11回膜貫通型ではなく、9回膜貫通型であること示す結果を得た。このように、本年度の研究から、Na^+/Ca^<2+>交換体のアイソフォーム特異的な臓器発現、活性制御系、薬理学特性が明らかになった。また、Na+lCa2+交換体の構造と機能に関しても有益な情報を得た。さらに、NCX1とNCX3のキメラ交換体を用いた機能解析から、KB-R7943及びNi^<2+>の

作用部位は分子内の繰り返し構造(α領域)に存在することを明らかにした。また、システイン走査変異解析から、NCX1は9回膜貫通ヘリックス型の構造であることを示した。このように、本研究から、Na^+/Ca^<2+>交換体のアイソフォーム特異的な臓器発現、活性制御系、薬理学的特性が明らかになった。また、Na^+/Ca^<2+>交換体の構造と機能に関しても有益な情報を得た。
電気化学界面における溶媒和イオン液体の特異な電荷移動反応

本研究では、アルカリ金属塩と溶媒から構成される溶融した錯体(溶媒和イオン液体)を電解質として用い、これらの錯体の特異な電気化学反応関して基礎的な研究を行った。電解液中におけるイオンと溶媒の相互作用について、分光学的な手法や計算化学の手法により解析を進め、これらが電極/電解液界面における電気化学反応に及ぼす影響を解析した。その結果、塩濃度が3 mol/Lを超えるような溶媒和イオン液体では、ほぼ全ての溶媒分子は金属イオンの溶媒和に参加しており、フリーな溶媒はほとんど存在せず、その結果、溶媒活量は極めて小さくなり、これが電気化学反応過程に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。グライム類とLiN(SO2CF3)2およびNaN(SO2CF3)2からなる溶媒和イオン液体を調製し、その物性および電気化学反応を解析した。これらの溶媒和イオン液体中では、Li+やNa+と錯形成をしていないグライム分子はほとんど存在せず、これが電気化学反応に大きな影響を及ぼすことが分かった。リチウム硫黄電池の正極での電気化学反応で生成するリチウムポリスルフィドは溶媒和イオン液体への溶解度が低い。このため、溶媒和イオン液体を用いることでリチウム硫黄電池の放電・充電を高効率に繰り返して行うことができる。また、硫黄正極には、結着剤としてポリマーが用いられているが、ポリマーと溶媒和イオン液体の相溶性が正極の発現容量および負荷特性に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。グライム類以外の溶媒(プロピレンカーボネート(PC)、スルフォラン(SL)、ドメチルスルフォキシド(DMSO))を用いた3mol/LLiN(SO2CF3)2程度以上の高濃度電解液の場合にも、電解液中では、ほぼ全ての溶媒がLi+に配位し、溶媒和イオン液体と類似の性質を示すことが明らかになりつつある。リチウム溶媒和イオン液体の場合、グラファイト電極との界面でLi+が脱溶媒和し、グラファイト層間にLiがインターカレーションされる反応が起きる事を我々のグループは以前報告している。PC,SL, DMSOなどを溶媒に用いた高濃度電解液の場合も同様にグラファイト電極界面でLi+が脱溶媒和し、インターカレーション反応が起きることを確認した。また、Mg[N(SO2CF3)2]2とG4を1:1で混合して得られる錯体の構造および物性を解析し、電池適用に向けた検討を開始した。当初の計画に従い、溶媒和イオン液体の特異な電気化学反応過程を明らかにしつつある。また、溶媒和イオン液体が特異性を示す原因について実験および計算化学の両面から検討することで着実に研究が進捗していると考えている。グライム類とLiN(SO2F)2およびNaN(SO2F)2からなる溶媒和イオン液体を調製した。これらの溶媒和イオン液体と低誘電率のフッ素系溶媒と混合することで液体の粘度の低下を図りリチウム二次電池やナトリウム二次電池への適用を試みた。NMR測定やラマン分光測定の結果からLiイオンやNaイオンと錯形成をしていないグライム分子は液体中にはほとんど存在しないことが分かった。また、これらの液体はリチウムイオン二次電池やナトリウムイオン二次電池の電解液として適用可能であることを実証した。グライム類以外の溶媒(プロピレンカーボネート、スルフォラン、ドメチルスルフォキシドなど)を用いた3mol/L程度以上のLi塩高濃度電解液も、溶媒和イオン液体と類似の性質を示す。プロピレンカーボネートを溶媒に用いて様々なLi塩を高濃度で溶解させた電解液の場合、Li塩を構成するアニオンのルイス塩基性が強い場合には、Liイオンの配位に参加しないフリーな溶媒が多く存在するのに対し、ルイス塩基性の弱いアニオンの場合にはフリーな溶媒がほとんど存在しない。フリーな溶媒が多く存在すると、グラファイト電極に溶媒とLiイオンが共挿入するのに対して、フリーな溶媒が少ない場合には溶媒の共挿入が抑制されることが分かった。このことから、電解液中の塩濃度だけではなくLi塩のアニオンも濃厚電解液の電気化学特性に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。また、スルフォランを溶媒に用いた電解液では、リチウム塩を高濃度にすることにより、Liイオンの特異的な輸送現象が起きることを実験的に明らかにした。Li塩を溶解させたドメチルスルフォキシド溶液をリチウム空気二次電池に適用したところ、空気極の反応中間体であるLiO2の溶解度がリチウム塩濃度の増大とともに低下し、これによりリチウム空気二次電池内における副反応を抑制できることが分かった。当初の計画に従い、溶媒和イオン液体やこれと類似の物性を示す濃厚電解液における特異なイオン輸送現象や電気化学反応過程を明らかにし、着実に研究成果が出てきている。また、実験および計算化学の両面から溶媒和イオン液体や濃厚電解液の特異性に関して解析を進めることで計画通りに研究が進捗していると考えている。ペンタグライム(G5)を溶媒に用いて、これにNa[FSA] (FSA: N(SO2F)2)をモル比1:1で溶解させて調製した溶媒和イオン液体に、不燃性のフッ素系溶媒を混合することで電解液を開発した。この電解液中では、NaイオンはG5と1:1で錯カチオンを形成し、これにより良好な酸化安定性を有していることが分かった。また、この電解液を用いてナトリウムイオン二次電池の正極材料であるNa0.44MnO2が安定に充放電できることが分かった。さらに、この電解液中では、ナトリウムイオン二次電池の負極材料であるハードカーボンへの可逆的なNaイオンの挿入脱離が可能であることを確認した。

トリグライム(G3)やテトラグライム(G4)分子の片末端をエチル基やブチル基で置換した非対称グライム分子を溶媒に用いて、Mg[TFSA]2 (TFSA: N(SO2CF3)2)をモル比1:1で混合することで、室温で溶融状態を保つ錯体、すなわち、溶媒和イオン液体を開発した。この溶媒和イオン液体は、200°C程度まで熱分解せず、良好な熱安定性を有していることが分かった。また、この溶媒和イオン液体中では、Mg金属の析出・溶解が可能であることを確認した。Li[TFSA] (TFSA: N(SO2CF3)2)とスルフォランからなる溶媒和物にフッ素系溶媒を添加することで電解液を調製し、リチウム硫黄電池への適用を行った。この電解液では、硫黄正極の反応中間体である多硫化リチウムの溶解度が極めて低く、リチウム硫黄電池が安定に作動できることが分かった。また、Li[TFSA]とLiBF4を混合して高濃度でスルフォランに溶解させることで、リチウムイオン二次電池の正極の集電体であるAlの腐食が抑制されることが分かった。これにより、この電解液はリチウムイオン二次電池にも適用できる可能性が示された。本研究では、アルカリ金属塩と溶媒から構成される溶融した錯体(溶媒和イオン液体)を電解質として用い、これらの錯体の特異な電気化学反応関して基礎的な研究を行った。電解液中におけるイオンと溶媒の相互作用について、分光学的な手法や計算化学の手法により解析を進め、これらが電極/電解液界面における電気化学反応に及ぼす影響を解析した。その結果、塩濃度が3 mol/Lを超えるような溶媒和イオン液体では、ほぼ全ての溶媒分子は金属イオンの溶媒和に参加しており、フリーな溶媒はほとんど存在せず、その結果、溶媒活量は極めて小さくなり、これが電気化学反応過程に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。当初の研究計画に従い、Li系の溶媒和イオン液体に関する研究を継続するとともに,溶媒和イオン液体の概念の拡張を図る。具体的には,錯カチオンの中心金属イオンをLiから他の金属イオン(Na, K, Mg, Ca, Alなど)へ変化させることにより,錯カチオンのルイス酸性,アニオンの構造およびルイス塩基性が,溶媒和イオン液体の物性および電気化学特性に与える影響について研究を進める。錯カチオンの中心金属イオンやアニオンの構造により安定な溶媒和構造が変化すると予測されるが、これらについて分光学的な手法を用いて解析する。さらに、溶媒和イオン液体を二次電池や軽金属(MgやAlなど)のめっき用の電解液として応用する検討も進める。グライム類を溶媒としたリチウム系およびナトリウム系の溶媒和イオン液体に関する研究を継続するとともに,グライム類以外の溶媒を用いた濃厚電解液に関する研究も積極的に推進し、溶媒和イオン液体の概念の拡張を継続する。また、溶媒和イオン液体中におけるイオン-溶媒間の相互作用、カチオン-アニオン間の相互作用が液体の構造および物性に及ぼす影響を実験、計算の両面から解析を進め、溶媒和イオン液体の学理の構築を進める。また、溶媒和イオンの中心金属イオンをマグネシウムやカルシウムへ変化させた溶媒和イオン液体の創製とその応用についても検討を進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。
タイタンのミッシングメタンリザーバを解明するメタンハイドレート研究:拡散と粒成長

まず、平成29年度に立ち上げたメタンハイドレート(MH)合成用の低温高圧リアクターの改造を行った。水ー高圧ガス接触法で、効率よくMHの合成するために、リアクター内の水とメタンガスの界面を、磁石を使って攪拌できるようにした。これによって、以前に比べて未反応の氷の含有率が小さくなり、純度の高いMHを合成できるようになった。合成したMHとダイヤモンドアンビルセル(DAC)を使って低温高圧条件での赤外分光測定を行った。これまで常圧に近い条件でのMHの赤外吸収スペクトルは測定されていたが(Dartois and Deboffle, 2008)、この実験によって8300 K, 8 GPaまでの温度圧力条件での赤外吸収スペクトルが初めて得られた。これにより、分子拡散の素過程であるメタンの分子回転の振動数は圧力とともに上昇していくことが分かった。また、MHの高圧相のスペクトルについては、II相とII'相ではメタンの吸収バンドの形状が大きく違うことが分かった。II相とII'相ではX線回折パターンがほとんど変化しないことが分かっており、II相とII'相はケージの構造は同じで、ケージ中のメタン占有率が異なると考えられる。これは過去のラマン分光法によるMHの研究結果(Shimizu et al., 2002)と整合的である。現在、この成果に関する論文を執筆中である。当該年度はMHの拡散実験に注力したおかげで、実験に使う装置を立ち上げることができ、実験手法を確立することができた。拡散実験を実施するための道筋はついたと言える。また、その過程で、高圧赤外分光測定によってMH中のメタンの分子ダイナミクスの知見が得られたことはひとつの成果であった。しかしながら、本課題のもうひとつの柱であるMH多結晶体の粒成長実験には手が回らなかった。このため、最終目標であるタイタン内部のMHの埋蔵量の推定との大気中へのメタンフラックスを推定はまだできていない。MH多結晶体の粒成長実験にも着手するために、出発物質となる細粒なMH多結晶体の合成も試みる。DACとX線回折法を使ってMH多結晶体の粒成長その場観察実験を実施する。そして、粒成長速度の温度圧力依存性を調べ、粒成長の活性化エネルギーと活性化体積を決定する。これと並行して、DACと赤外分光法を用いる方法でMH中のメタンの自己拡散実験も実施する。拡散係数の温度圧力依存性を調べ、拡散の活性化エネルギーと活性化体積を決定する。拡散実験と粒成長実験は、タイタンの中心に相当する圧力6 GPaまでの範囲で実施する。MHは6 GPaまでの圧力範囲で3種類の多形があることが分かっており、それぞれの相について拡散と粒成長のデータを取得する。それらの拡散・粒成長実験の結果に基づき、タイタン内部にあるMH層の平均厚みと、そのMH層から大気中へのメタンフラックスを推定する。土星最大の衛星であるタイタンの大気中には2%のメタンが含まれている。大気中のメタンは、太陽からの紫外線と宇宙線によって光化学反応を引き起こし、徐々にエタンに変わっていく。実験よって決定される光化学反応速度に基づく試算では、メタン初期濃度2%を仮定した場合、数千万年で完全に消失してしまうことになる。そのため、メタンのリザーバがタイタンのどこかに存在することが予想されるが、まだ定かではない。諸説あるなかで、リザーバの候補として有力なのがタイタン内部に存在が予想されているメタンハイドレート(MH)である。タイタン内部のMHの埋蔵量と、そこからの大気中へのメタンフラックスを推定するため、本研究ではメタンハイドレートのメタン自己拡散係数と多結晶体の粒成長速度を決定する。今年度の実績として、まず、MHを合成するための低温高圧リアクターを立ち上げたことが挙げられる。容量200 ccの高圧リアクターを冷凍庫内に設置し、260 K, 10 MPaの低温高圧ガス環境を再現できるようになった。高圧リアクターのガス導入部には熱交換器を配置して、低温のガスを高圧リアクターに導入できるようにした。この装置を使って、氷ー高圧ガス接触法によりMHの合成が行えるようになった。また、合成したMHを分解させずにダイヤモンドアンビルセル高圧発生装置(DAC)に充填するために低温試料充填装置を開発した。MHのDACへの充填ができるようになり、高圧下でのMHの赤外分光測定およびラマン分光測定ができるようになった。当初の計画通りに、年度内で低温高圧リアクターを立ち上げと、MHの合成ができるようになった。純度の高いMHを合成することが拡散実験と粒成長実験を行ううえで肝となるため、合成したMHの中に未反応のH2O氷が残っていないかどうかを確認することが必要である。低温X線回折実験を用いて、年度内に合成したMHの純度の確認を行う予定であったが、現状では適切な測定条件を調べている段階である。低温X線回折測定を行っている間に大気由来の霜が試料の表面に付き、このX線回折パターンが2次元検出器上に強く出るという問題があり、これを解決しなければならない。また、MHの純度についてはDACに充填する際に大気由来の霜が入ってしまうことも問題となっている。

これによって、以前に比べて未反応の氷の含有率が小さくなり、純度の高いMHを合成できるようになった。合成したMHとダイヤモンドアンビルセル(DAC)を使って低温高圧条件での赤外分光測定を行った。これまで常圧に近い条件でのMHの赤外吸収スペクトルは測定されていたが(Dartois and Deboffle, 2008)、この実験によって8300 K, 8 GPaまでの温度圧力条件での赤外吸収スペクトルが初めて得られた。これにより、分子拡散の素過程であるメタンの分子回転の振動数は圧力とともに上昇していくことが分かった。また、MHの高圧相のスペクトルについては、II相とII'相ではメタンの吸収バンドの形状が大きく違うことが分かった。II相とII'相ではX線回折パターンがほとんど変化しないことが分かっており、II相とII'相はケージの構造は同じで、ケージ中のメタン占有率が異なると考えられる。これは過去のラマン分光法によるMHの研究結果(Shimizu et al., 2002)と整合的である。現在、この成果に関する論文を執筆中である。当該年度はMHの拡散実験に注力したおかげで、実験に使う装置を立ち上げることができ、実験手法を確立することができた。拡散実験を実施するための道筋はついたと言える。また、その過程で、高圧赤外分光測定によってMH中のメタンの分子ダイナミクスの知見が得られたことはひとつの成果であった。しかしながら、本課題のもうひとつの柱であるMH多結晶体の粒成長実験には手が回らなかった。このため、最終目標であるタイタン内部のMHの埋蔵量の推定との大気中へのメタンフラックスを推定はまだできていない。低温X線回折測定によってMHの純度を決定するために、冷却窒素ガス吹き付け装置の位置調整などを行って、霜がつかないような適切な測定条件を見つける。また、ガスクロマトグラフィーを用いた純度決定も試みる。DACへのMHを充填する際に霜が混入するのを防ぐために、簡易グローブボックスを導入し窒素雰囲気下で試料充填できるようにする。これらの問題を解決した後、DAC内にMHの拡散対を作成する方法を開発し、メタン及び水素の拡散実験を行う。また、今年度はMH多結晶体の粒成長実験にも着手する。このために、出発物質となる細粒なMH多結晶体の合成も試みる。MH多結晶体の粒成長実験にも着手するために、出発物質となる細粒なMH多結晶体の合成も試みる。DACとX線回折法を使ってMH多結晶体の粒成長その場観察実験を実施する。そして、粒成長速度の温度圧力依存性を調べ、粒成長の活性化エネルギーと活性化体積を決定する。これと並行して、DACと赤外分光法を用いる方法でMH中のメタンの自己拡散実験も実施する。拡散係数の温度圧力依存性を調べ、拡散の活性化エネルギーと活性化体積を決定する。拡散実験と粒成長実験は、タイタンの中心に相当する圧力6 GPaまでの範囲で実施する。MHは6 GPaまでの圧力範囲で3種類の多形があることが分かっており、それぞれの相について拡散と粒成長のデータを取得する。それらの拡散・粒成長実験の結果に基づき、タイタン内部にあるMH層の平均厚みと、そのMH層から大気中へのメタンフラックスを推定する。
有限要素法と４次元咀嚼筋解析システムによるスクエアマンディブルの病態解析

下顎角が著しく張り出した顔貌と無痛性開口障害を特徴とするスクエアマンディブル(咀嚼筋腱・腱膜過形成症)に対して、4次元咀嚼筋モデルを構築するとともに術前後のデータ解析から病態解明を試みてきた。今回は、本疾患患者のCTデータから個体別の有限要素モデルを作成し、さらに患者の顎運動データを統合することで、下顎骨体に生じる応力分布を解析し、本疾患の病態との関連性について調べた。現在までのところ、本解析システムが適用できた症例では、開閉口時に下顎骨に掛かる最大応力が筋突起と下顎角に集中していることが確認された。これは、本疾患に特徴的な形態変化の発現部位と合致している。下顎が著しく張り出した顔貌と無痛性開口障害を特徴とする咀嚼筋腱・腱膜過形成症に対して、医用工学技術を応用した咀嚼筋の病態モデルを構築するとともに術前後のデータ解析から病態解明を試みてきた。その結果、主原因の咀嚼筋の同定とこれに従った外科療法により、開口制限は著明に改善され、良好な治療結果が得られてきた。ところで、顎運動により顎顔面に生じる応力状態と顎骨形態には相関があると言われ、咀嚼筋腱・腱膜過形成症患者における特異な下顎運動により顎骨に作用する筋の牽引力の他、持続的な咬合力、下顎頭反力などの力学状態は、特徴的な下顎骨形態の形成に大きな影響を与えていると考えられる。そこで今回は、本疾患患者のCTデータから個体別の有限要素モデルを作成し、さらに患者の下顎運動データを統合することで、適切な力学条件が設定された有限要素モデルにおいて下顎骨体に生じる応力状態を探り、応力メカニズムと病態成因について言及する。平成24年度では、咀嚼筋腱・腱膜過形成症患者8名とコントロールである健常者2名の個体別3次元モデルと咀嚼筋モデルの構築まで終了し、平成25年度は、本研究で使用予定の有限要素解析ソフトウエアの開発が終了した。現在、これらを用いた個体別の有限要素モデル作成と解析を進めているが、本解析システムが適用できた疾患症例では、開閉口時の最大主応力が筋突起部と下顎角に集中していることが確認されており、本疾患に特徴的な下顎骨過形成部位と合致しており、興味深い結果が得られている。本研究初年度は、咀嚼筋腱・腱膜過形成症患者8名とコントロールである健常者2名の個体別3次元モデルと咀嚼筋モデルの構築まで終了した。また,本研究で使用予定の有限要素解析ソフトウエアは現在開発中である。今後、有限要素解析ソフトウエアを用いた個体別の有限要素モデル作成と解析を予定している。その結果、主原因の咀嚼筋の同定とこれに従った外科療法により、開口制限は著明に改善され、良好な治療結果が得られており、平成20年平成22年に国内外で学会報告するとともに、平成27年The Journal of Craniofacial Surgeryに論文報告をしてきた。