hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
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

DLCの摩擦実験に関して、今年度の研究成果はさほど得られなかったがナノスケール界面の観察に向けたデバイスの準備は整っており、次年度での成果が期待できる。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。昨年度末に起きた震災の影響により夏季の電力供給を抑える必要があったため、6月9月の期間において他大学(州立ワシントン大学での活動を行った。ワシントン大学では本研究室で行っている研究と同等の研究を行うことはできず、MEMSデバイスの作製等の活動が行えるのみであった。したがって、他大学に滞在していた期間及びそれに関わる手続きを行っていた期間、本研究の進捗が滞っていたため達成度は「やや遅れている」という結果になった。新たに二種の低摩擦材料(PTFE、MoS2)を模索し、スパッタリングとシャドウマスク法を用いてMEMS対向探針に堆積させることに成功した。どちらもMEMS対向探針先端に堆積しており、摩擦実験可能なことを確認した。PTFEについては、摩擦実験においてスティックスリップ挙動を観測しその摩擦力を測定した。また、押込み力を変化させたときのPTFEのスティックスリップ挙動の差異を観測・測定した。摩擦界面自体の観測には至らなかったが、異種材料間の比較・検討に有用なデータであると言える。MoS2については、堆積は可能になったが結晶化の条件が定まっておらず今後の研究に期待する。
熱及び光励起ルミネッセンス測定による被熱遺構の絶対年代と被熱温度情報の評価

白色鉱物や陶磁器片と放射線の相互作用の結果、ごく一部の放射線損傷が蓄積する。放射線蓄積量は、半導体レーザ光の照射や加熱により、光励起ルミネッセンス(OSLと略記)や熱ルミネッセンス(以下TLと略記)現象として観察できる。白色鉱物を含む被熱遺物や遺跡の場合、焼成後の絶対年代や熱履歴に関する情報をルミネッセンス現象を用いて探れる。そこで、日本海域を主にした幾つかの窯跡や土器・須恵器・土師器・瓦・陶磁器片類や火山灰層を試料とし、ルミネッセンス現象の物理化学的基礎実験に基づき、熱履歴の温度条件の推定およびTL・OSL年代測定法の信頼性向上を目指すと共に、新たな歴史情報としての利用を確立できた。これらルミネッセンス測定をより簡便に定量化するために、自動ルミネッセンス(TL/OSL)測定装置を完成させ、制御用コンピュータのソフトを基に実験条件を変化させつつ任意の研究が行えるほか、ルーチンなルミネッセンス年代測定器としても使用可能とした。新測定システムの特徴は、小型X-線照射装置を設置し、単一分画(シングルアリクオット)法と高感度赤色ルミネッセンス測定を用いて、焼成試料由来の赤色のTL/OSL測定を実施出来ると同時に、蓄積線量値のクロスチェックが可能となった。この高感度TL/OSL装置を利用し、奈良の真薬師寺から頂いた年代既知の屋根瓦をRTLやOSL年代測定を行い、お互いの一致のみならず評価年代が既知年代とも調和的であるとの実験結果をここ半月の間に得ることが出来た。これらの結果に基づいて、火山灰地層試料や被熱試料に赤色や青色TL・OSL年代測定を試みることが出来た。結果の一部は1999年ローマでのルミネッセンス年代測定国際学会や、ハワイ(アメリカ)での2000環太平洋国際化学会議で講演発表してきており、前者についてはこの方面では権威のある欧米の学会誌に発表し、専門家からも好評を得た。考古遺物の絶対年代測定として白色鉱物からのルミネッセンス年代測定の基礎研究を行った。焼成考古遺物中に含まれている石英粒子からの天然放射線由来の蓄積放射線損傷量を試料の加熱に伴う赤色熱ルミネッセンス(RTL)強度として観測して年代を評価するRTL年代測定法を検討した。縄文以降の若い年代の焼成試料からの石英粒子は蓄積線量が少ないため弱いTL発光強度しか得られず、計数統計の良好な結果がこれまで得られなかった。このような若い焼成試料に対して信頼性の高いRTL年代測定を適用するためにTL測定装置の高感度化をまず初めに行った。熱ルミネッセンス(TL)測定装置のヒーター部分(測定用試料を加熱する部分)と光電子増培管(赤色TL検出用)との間に、クラッドロッド型ライトパイプ(直径11mm、長さ57mmの石英柱状で光を通すコア部と光を反射するクラッド部分を有する)をはさむことによって光の検出効率の向上をはかるとともに、黒体放射由来のバックグラウンドを黒雲母板スペーサでカバーしたり、新たな赤外線吸収フィルターを組み合わせ減少させることに成功した。この高感度RTL測定装置を使用し、縄文式土器片からの抽出石英粒子に粗粒子法を適用した。付加線量応答曲線より求めた蓄積線量値と、土器片とともに採取した関連土壌の天然放射能測定からの年間線量をもとに年代を評価した。ここで得られたTL年代値は約3800年前、約5700年前という年代であり、^<14>C法により約5000年前と年代付けされている火山灰層との層序的関係とよく一致した。

縄文土器より新しい4世紀以降の須恵器や窯跡試料からもRTLを普遍的に見出したので、これらの原料としての粘土の焼成に伴うTL特性変化を利用した被熱温度の情報を評価できた。更には、江戸時代以降に焼成された伊万里陶器片からの熱ルミネッセンス特性も調べてきている。ルミネッセンス年代測定は自然放射線由来の白色鉱物への放射線損傷の回復現象の際のルミネッセンス測定に基礎を置いている。そこで、石英からのルミネッセンス機構を探って、ルミネッセンスに影響をおよぼす要因を幾つかつきとめる事が出来た。同じようなルミネッセンス現象は人工放射線の被爆によっても生じているので、10月初めの東海村JCO施設でのγ線吸収線量を施設内で入手できたセラミックス片を使用してルミネッセンス法での評価を試みた。まず、ルミネッセンスメカニズムの解明に当たり、ルミネッセンス研究にとっての基本鉱物である石英結晶や粒子への低温での放射線照射に伴う水素ラジカルの影響を電子スピン共鳴吸収法により調べた。青色TL粒子では800°Cまでの熱処理によって水素ラジカルは増加しピーク形成後減少していたが、RTL粒子では熱処理温度と共に減少傾向のみを示していた。これら水素ラジカルは主たる正孔であるアルミニュームセンターを消す働きを示すので、水素ラジカル生成をもたらす包含水やOH不純物量がルミネッセンス現象に大きく影響するとわかった。また、青色・赤色熱ルミネッセンスともセンターとしてはアルミニュームが大きな役割を果しており、このことは石英のみならず長石からも確認でき、これらの成果をローマで開催された第9回ルミネッセンスと電子スピン共鳴吸収法による年代測定(LED)国際会議で発表することが出来た。JCOの臨界事故の被爆線量評価も施設内(ウラン転換建屋からほぼ50mの地点)で採取したアルミナ坩堝片を用いて、熱ルミネッセンス法で40から60mSvと評価できた。天然放射線の蓄積量は、白色鉱物や陶磁器片と放射線の相互作用の結果としての、ごくわずかな放射線損傷を、半導体レーザ光の照射や加熱により、光励起ルミネッセンス(OSLと略記)や熱ルミネッセンス(以下TLと略記)現象として観察できる。12年度はJCO臨界事故の際に、施設内で集めたセラミックス片の内、アルミナるつぼを使い、700nm付近の赤色TLを測定することにより、事故時の線量評価をより正確に行った。更に、陶磁器片など焼成熱遺物・遺跡の場合、焼成後の絶対年代や熱履歴に関する情報をルミネッセンス現象を用いて探れる。そこで、幾つかの窯跡や土器・須恵器・土師器・瓦・陶磁器片類や火山灰層を試料とし、抽出した石英粒子や円盤状薄片を測定試料とし、ルミネッセンス現象の物理化学的基礎実験に基づき、熱履歴の温度条件の推定およびTL・OSL年代測定法の信頼性向上を目指すと共に、新たな歴史情報としての利用を確立できた。石英からのルミネッセンス関連の基礎実験には、顕微赤外分光法を用いて、石英薄片からOH基濃度分布のマッピングをとり、BlueTLやカラーセンター分布との相関性を調べ興味深い結果を得た。これらルミネッセンス測定をより簡便に定量化のために、自動ルミネッセンス(TL/OSL)測定装置を完成させ、ルーチンなルミネッセンス年代測定器としても使用可能とした。この高感度TL/OSL装置を利用し、奈良の真薬師寺から頂いた年代既知の屋根瓦をRTLやOSL年代測定を行い、お互いの一致のみならず評価年代が既知年代とも調和的であるとの実験結果を得ることが出来た。結果の一部は、この方面では権威のある欧米の学会誌に発表し、専門家からも好評を得た。
乳蛋白質の比較生化学的および比較栄養学的研究

1.ヒトβ-カゼイン(β-CN)のリン含量はカルシウム結合数と,リンを含まない成分を除いては正の相関を示し,カルシウム沈澱性もリン含量に依存していることが認められた.カルシウム不在下では,逆にリンの少ない方が凝集しやすく,リンの少ない成分はリンの多い成分のカルシウム沈澱を阻止する安定化作用を示した.消化性は2%TCA可溶画分に関する限り6成分間に顕著な差違はなく,またウシβ-CNとも有意な差を示さなかった.ヒトβ-CNを認識するウシβ-CNに対するモノクローナル抗体を得ることはできなかった.2.レクチンと赤血球の凝集阻害反応およびサーモリシン処理により生じた糖ペプチドの分析から, .ヒトΚ-CNの糖鎖にはヘテロジニティーがあること,また同一Thrにも異なる糖鎖が結合していることが示唆された.Κ-およびβ-CNとからなる再構成カゼインミセルにおいては大きいミセル程β/Κ比が大きく, Κ-CNの糖含量は小さいミセルの方が高い値を示した.3.ウシα-ラクトアルブミンに対するモノクローナル抗体を作成し,これと各種動物の乳汁より調製したα-ラクトアルブミンとの免疫学的交差性を検討した.その結果ラジオイムノアッセイン法では,抗体との結合性の順序は,ウシ>ヤギ>キリン>ウマ>サル>ヒト>ブタ>モルモットとなった.またそれぞれのアミノ酸組成から,ウシからの進化上の距離を計算すると,その順序は,モノクローナル抗体の場合とほぼ一致した.4.人乳乳清及び脂肪球膜には,組成的に類似しているものの抗体との反応性やプロテアーゼによる分解性が顕著に異なる2種の高分子量ムチン様糖蛋白質, HMGP-A及びCが存在することが認められた. HMGPは牛乳中には全く検出されなかった.HMGPの新しい精製・検出法として逆相HPLCが有効なことを明らかにした. HMGP-A及びCはマウス3T3細胞の増殖抑制効果を示すことを認めた.1.ヒトβ-カゼイン(β-CN)のリン含量はカルシウム結合数と,リンを含まない成分を除いては正の相関を示し,カルシウム沈澱性もリン含量に依存していることが認められた.カルシウム不在下では,逆にリンの少ない方が凝集しやすく,リンの少ない成分はリンの多い成分のカルシウム沈澱を阻止する安定化作用を示した.消化性は2%TCA可溶画分に関する限り6成分間に顕著な差違はなく,またウシβ-CNとも有意な差を示さなかった.ヒトβ-CNを認識するウシβ-CNに対するモノクローナル抗体を得ることはできなかった.2.レクチンと赤血球の凝集阻害反応およびサーモリシン処理により生じた糖ペプチドの分析から, .ヒトΚ-CNの糖鎖にはヘテロジニティーがあること,また同一Thrにも異なる糖鎖が結合していることが示唆された.Κ-およびβ-CNとからなる再構成カゼインミセルにおいては大きいミセル程β/Κ比が大きく, Κ-CNの糖含量は小さいミセルの方が高い値を示した.3.ウシα-ラクトアルブミンに対するモノクローナル抗体を作成し,これと各種動物の乳汁より調製したα-ラクトアルブミンとの免疫学的交差性を検討した.その結果ラジオイムノアッセイン法では,抗体との結合性の順序は,ウシ>ヤギ>キリン>ウマ>サル>ヒト>ブタ>モルモットとなった.またそれぞれのアミノ酸組成から,ウシからの進化上の距離を計算すると,その順序は,モノクローナル抗体の場合とほぼ一致した.4.人乳乳清及び脂肪球膜には,組成的に類似しているものの抗体との反応性やプロテアーゼによる分解性が顕著に異なる2種の高分子量ムチン様糖蛋白質, HMGP-A及びCが存在することが認められた. HMGPは牛乳中には全く検出されなかった.HMGPの新しい精製・検出法として逆相HPLCが有効なことを明らかにした. HMGP-A及びCはマウス3T3細胞の増殖抑制効果を示すことを認めた.1.人乳カゼインの主成分であるβ-カゼインは、リン含量による不均一性を示し、1分子中リンを0,1,2,3,4,5個含む(以下0P,1P5Pで示す)6つの分子種から構成されている。この点リン含量5個のもののみからなるウシβ-カゼインと異なっている。ヒトβ-カゼインをリン含量の異なる6つの成分に分画し、その物理化学的性質を比較した。Ca結合量はリン含量の増加に比例して増加した。3P5Pは20mMのCa存在下で37°Cに加温すると急速に凝固するが、0P2Pは安定であった。しかし0Pと1PはCa不在下で加温すすると凝集し、これはリン含量の減少,消失による疎水性の増加によるものと考えられた。1Pは5PのCaによる凝固を阻止することを見出した。2.ヒトK-カゼインには糖含量によるミクロヘテロジェニティーがあることを見出した。ヒトβ-およびK-カゼインとCaから構成されたミセルを大きさによって分画すると、大きいミセルではβ-カゼイン1K-カゼイン比が大きく、また大きいミセルの方がミセルを構成するK-カゼインの糖含量が少ないことを明らかにした。また人乳中にはK-カゼインと会合しやすい分子量約4万のリン含有糖蛋白質の存在することを見出し単離同定した。

3.抗ウシα-ラクトアルブミンモノクローナル抗体とウシ,ヤギ,キリン,モルモット,マウス,ラット,ヒト,サルなどのα-ラクトアルブミンの交差反応を調べた結果、ウシと進化の上で近いヤギ,キリンとは反応したが、それ以外では殆んど反応しなかった。このモノクローナル抗体は従来の抗血清よりも、より厳密に進化によるアミノ酸置換を識別していると考えられた。4.人乳脂肪球皮膜の高分子量蛋白質の一つであるHMGP-Aは、すでに同定したHMGP-Cに比して、コラゲナーゼおよびキモトリプシンによって分解されやすかった。この高分子量糖蛋白質はレクチンPNA,WGA,SBAと反応したが、ConAとは反応しなかった。
日本語教育用辞書の用例の適切性に関する数量的解析

本研究では,まず,日本語教育用辞書の用例を数量的に解析し,適切な用例の特徴を明らかにし,次に,用例のない単語に用例を付ける試みを行った。具体的には,日本語教育用として利用されている「基礎日本語学習辞典(国際交流基金編凡人社)」の中に掲載されている用例(6427個)を分析した。この辞典は,見出し語全体に対する用例付きの見出し語の割合(これを用例充足率と呼ぶ。)が,90%を越えており,非常に高い値である。また,この辞典では,1つの見出し語に対して,平均2個以上の用例がある。この辞典の用例全体の単語数(句読点等の記号も1つの単語として数える。)は,約6万5千個で,1つの用例は平均10単語(最小2,最大48)である。また,用例全体の異なり単語数(語彙数)は,約6千個である。用例の文字数は,平均20文字で,文字の種類については,(1)ひらがな,(2)漢字,(3)記号等,(4)カタカナ,(5)数字の順である。次に,この辞典の中に用例のない単語が210語あり,これらの単語に用例を付ける試みを行った。その結果,既存の用例を他の単語の用例として再利用する方法では,約40%の単語に用例が付いた。そして,教材テキストデータベース(新書等の本49冊の中の文(約10万弱)から,用例を探す方法では,98%の単語に用例候補が見つかった。
電気穿針による魚卵内への耐凍結・乾燥保護物質の導入法の開発

魚卵は孵化能力を維持した凍結や乾燥保存ができないが,その大きな要因として魚卵内に生体保護物質を大量に高効率で導入することができないことにある.本研究では,可動部のいらない手法で中空針を魚卵に電気的に穿刺して物質を注入する装置を開発し,電気的操作パラメータの最適化に必要な知見を得た.電場操作の予備実験:中空針-平板電極による魚卵の誘電泳動と局所電気絶縁破壊を確認し,魚卵が中空針にやや強く接していれば,条件を選ぶことで電気パルスによる穿刺が可能であることが確認できた.また,平板が魚卵に接していなくとも,穿刺できることも確認した.このことより,提案手法による電気穿刺が可能であることがわかった.魚卵の誘電特性の測定:メダカの魚卵を使用して,回転誘電スペクトル測定を行い,魚卵内の各部分の誘電率と導電率の測定ができた.また,分化の進行状態により,回転誘電スペクトルに顕著な差が見られたことから,この手法で魚卵の分化状態を監視することが可能であることがわかった.穿刺に必要なパルス条件の測定:メダカ卵の支持液の導電率を変化させ,穿刺に必要な印加電気パルスの長さと強度の測定をおこなった結果,一定程度までは導電率が高いほど穿刺に必要な電圧が低いこと,パルス長が短いほど高い電位が穿刺に必要であること,穿刺に必要な電圧はあるパルス長以上では一定値になること,がわかった.さらに,高い導電率では浸透圧が高くなるため,電気パルス印加で卵膜が変形して穿刺しないこと,長時間パルス長では中空針先端で電気分解が生じてしまうことがわかった.穿刺後の孵化の有無の判定:穿刺後の魚卵を回収して,2-3日後の孵化・分化の進行状態を観察した結果,印加電圧が高い場合は全く孵化せず,低印加電圧であれば通常の孵化率の半分程度は維持できることがわかった.また,孵化には割卵(胚)と電極の位置関係の影響がある可能性が高いことも見出した.パルス電場応答解析:初年度に測定した魚卵の誘電特性に基づいて,針電極と平板電極間におかれた魚卵にパルス電場を印加した際の電位・電荷を計算した.その結果,高電圧-単パルスの場合はクーロン力が,長時間パルスの場合は,針電極の局所ジュール加熱が,穿刺の原因となっていることが示唆された.魚卵は孵化能力を維持した凍結や乾燥保存ができないが,その大きな要因として魚卵内に生体保護物質を大量に高効率で導入することができないことにある.本研究では,可動部のいらない手法で中空針を魚卵に電気的に穿刺して物質を注入する装置を開発し,電気的操作パラメータの最適化に必要な知見を得た.魚卵の誘電特性の測定産卵時期が制御しやすく手に入りやすいメダカの魚卵を使用して,回転誘電スペクトル測定は, 1kHz20MHzの周波数範囲で行った.即ち,魚卵を導電率・誘電率が既知の支持液に浸漬した状態で十字型の2対の電極をもつ光学顕微鏡観察ができるマイクロチャンバーに入れ,高速度4端子パルスジェネレータで種々の周波数の回転電場を電極間に印加した.各周波数における電極間の魚卵の回転をビデオカメラにて顕微鏡動画撮影し,回転速度と回転方向のスペクトルを動画より測定した.測定された回転スペクトルパターンと顕微鏡による発生段階の魚卵の形態を比較することで,魚卵の卵膜,空隙,胚膜,卵黄等の誘電特性を算出した.電場操作の予備実験電気穿針の予備実験として,中空針-平板電極による魚卵の誘電泳動と局所電気絶縁破壊を確認した.即ち,ニッケル製の直径数10100μmの管で中空針を作成し,平板との間で電極を構成した.中空針側の電極は細胞マニピュレータに設置して,中空針側と平板間にある魚卵に電極間に種々の強度と周波数の電場を印加することで電気泳動の有無を確認した.また,ある電場パルス強度とパルス長さにおいて電気穿孔が実現されることを確認した.さらに,1魚卵保持-電気穿孔用のデバイスの設計をおこなった.魚卵の誘電特性については,測定系の構築と誘電特性算出のための解析プログラムの開発,実際の計算まで終了しており,当初予定の誘電特性の取得ができた.電場操作の予備実験については,誘電泳動に必要な電位強度が予想以上に高いと予想されれた為,電場印加装置系の変更を検討する必要がある.ただし,電気穿孔が実際に実現できることを確認し,誘電泳動を用いずに電気穿孔をする装置の設計を行った.電気穿孔条件の検討:本年度設計した1魚卵用の電気穿孔デバイスの製作を行い,種々のパルス電場強度,パルス長さで電気穿孔をメダカの魚卵に対して行い,パルス条件のデータを取得する.電場計算:本年度得られた魚卵の電気物性を用いて,針-平板電極における電場・膜電位過渡応答計算を行い,電気穿孔のパルス条件のデータと比較する.デバイスの機能評価:非膜透過性の蛍光色素を魚卵内に注入して,魚卵内の色素の広がり具合や抜針後の色素漏洩の有無等を,レーザー共焦点蛍光顕微鏡で観察する.その後,時間が許せば実際に凍結保護物質(グリセリン・エチレングリコール等,分離した胚に効果がある保護物質)の有無を種々の冷却速度で観察したり,凍結保存後に孵化率を測定することを予定している.

申請時の予定通り,デバイス作製に必要な切削工具,微細針電極の材料費,蛍光色素,色素等を消耗品,注入用の極微量用シリンジポンプを設備備品として購入することを予定している.さらに,学会発表に伴う出張費,資料整理依頼に伴う謝金も出費する予定である.
新規ケージド化合物を用いた恐怖記憶消失の神経回路メカニズムの解析

本研究の目的は,新規ケージド化合物を用いて神経活動を光制御し,記憶消失に関わる神経回路のメカニズムを明らかにすることである.昨年度までの研究により,当初目指していたセロトニン受容体のケージドアゴニストを用いた神経活動の光制御は困難であることが分かった.そこで,新たな神経活動制御手法としてケージドカプサイシンを用いた実験系の開発を目指すことにした.カプサイシンのバニリル基のOHをBODIPYケージ基で修飾すると,活性が100分の1程度まで低下した.ケージドカプサイシンを,カプサイシン受容体TRPV1を発現させたHEK293細胞に投与したところ,光照射なしでは細胞応答を引き起こすことはなかった.一方,青緑色光を照射すると,細胞内にCa2+が流入した.さらに,神経活動の光制御を生体内で試みるため,線虫モデル系にケージドカプサイシンを適用すべく検討を行った.線虫は,体表をキューティクルで覆われているため,試薬溶液に浸すだけでは,試薬の体内への取り込みは起こらなかった.そこで,オレイン酸を豊富に含むオイルにケージドカプサイシンを溶解させ,線虫の餌となる大腸菌と混合し線虫に与えたところ,盛んに体内へ取り込む様子が観察された.今後は,ケージドカプサイシンを取り込んだ線虫に対し光照射を行い,Ca2+イメージングや行動試験によって実験系が正しく機能することを確かめる予定である.線虫は,傷害を避けるため紫外線を忌避する性質がある.これまでのケージド化合物は大部分が紫外線を照射しなければ機能しなかったため,線虫への適用は難しかった.本研究で利用するBODIPYケージド化合物は青緑色の可視光によって機能するので,従来のケージド化合物よりも光毒性を抑えながら,線虫の細胞機能を光制御する実験系を構築できると期待される.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、セロトニン受容体(5HTR)を発現するニューロンを新規のケージド化合物BDP-SRを用いて光制御し、5HTRが記憶学習において果たす役割を解明することである。はじめに、N1E細胞にBDP-SRを適用し、基礎的な検討を行った。結果、光照射によって5HTRを介した細胞内Ca2+濃度の上昇を引き起こすことに成功した。続いて、海馬の培養スライスにBDP-SRを適用したところ、光照射によって細胞内Ca2+濃度の上昇を引き起こすことはできたが、当初の目的であるニューロンではなく、グリア細胞が応答していることが判明した。そこで、ニューロンだけを選択的に光刺激する手法を開発することとなった。ニューロンの活動を制御するためには、細胞内へのCa2+の流入を制御すれば良いと考え、カプサイシンとその受容体TRPV1を利用することにした。まず、カプサイシンをケージド化した化合物BDP-capを新たに開発し、その活性がカプサイシンと比較して低下していることを用量作用曲線の作成により確認した。続いて、TRPV1を発現させたHEK293細胞にBDP-capを適用し、共焦点レーザー顕微鏡にて観察すると、脂溶性の高いBDP-capは細胞内膜系に局在することが分かった。TRPV1を発現する細胞のCa2+イメージングを試みたところ、514 nmのレーザー照射により、細胞内Ca2+濃度の上昇を引き起こすことができた。この細胞応答は、TRPV1のアンタゴニストであるcapsazepineの添加により抑制された。本年度では、ニューロンの活動を光制御するための基礎的技術の開発に成功した。今後は、この手法を利用し、当初の目的である5HTRを発現したニューロンにTRPV1を発現させ、その活動を制御する手法を確立したうえで研究を推進していく予定である。新たに開発したケージド化合物BDP-SRにより、5HTRを発現したニューロンの活動を光制御する手法は、N1E細胞においては機能することが分かったが、海馬の培養スライス系においては狙い通りの機能を発揮しなかった。当初は、海馬に散在する5HTR発現ニューロンを選択的に刺激できると考えていたが、実際には5HTR発現ニューロンを判別することができず、グリア細胞が応答してしまうという予期せぬ結果となった。そのため、研究の推進にあたっては、特定のニューロンを選択刺激する新手法の開発から再度着手せねばならず、実験コンセプトの大幅な修正を余儀なくされた。研究課題を達成する代替手段として、カプサイシンのケージド化に成功し、TRPV1を発現した細胞のCa2+流入を光で制御する手法を開発した。現時点では、その基礎的検討を終えた段階であり、当初計画にあった5HTR発現ニューロンの活動制御や、5HTR発現ニューロンが関わる神経回路の機能解析を実施できておらず、進捗状況としてはやや遅れていると判断される。本研究の目的は,新規ケージド化合物を用いて神経活動を光制御し,記憶消失に関わる神経回路のメカニズムを明らかにすることである.昨年度までの研究により,当初目指していたセロトニン受容体のケージドアゴニストを用いた神経活動の光制御は困難であることが分かった.そこで,新たな神経活動制御手法としてケージドカプサイシンを用いた実験系の開発を目指すことにした.カプサイシンのバニリル基のOHをBODIPYケージ基で修飾すると,活性が100分の1程度まで低下した.ケージドカプサイシンを,カプサイシン受容体TRPV1を発現させたHEK293細胞に投与したところ,光照射なしでは細胞応答を引き起こすことはなかった.

一方,青緑色光を照射すると,細胞内にCa2+が流入した.さらに,神経活動の光制御を生体内で試みるため,線虫モデル系にケージドカプサイシンを適用すべく検討を行った.線虫は,体表をキューティクルで覆われているため,試薬溶液に浸すだけでは,試薬の体内への取り込みは起こらなかった.そこで,オレイン酸を豊富に含むオイルにケージドカプサイシンを溶解させ,線虫の餌となる大腸菌と混合し線虫に与えたところ,盛んに体内へ取り込む様子が観察された.今後は,ケージドカプサイシンを取り込んだ線虫に対し光照射を行い,Ca2+イメージングや行動試験によって実験系が正しく機能することを確かめる予定である.線虫は,傷害を避けるため紫外線を忌避する性質がある.これまでのケージド化合物は大部分が紫外線を照射しなければ機能しなかったため,線虫への適用は難しかった.本研究で利用するBODIPYケージド化合物は青緑色の可視光によって機能するので,従来のケージド化合物よりも光毒性を抑えながら,線虫の細胞機能を光制御する実験系を構築できると期待される.当初計画から実験コンセプトを変更し、ケージドカプサイシンとその受容体TRPV1を用いることとなった。今後、この実験系を運用するうえで、TRPV1を特定のニューロンに発現させる必要がある。その達成のために、5HTRプロモーター下にTRPV1を組み込んだプラスミドを構築し、子宮内電気穿孔法による脳組織でのTRPV1発現を行う。その後、TRPV1発現脳スライスを作成し、蛍光指示薬を用いたCa2+イメージングによって、TRPV1発現ニューロンを光制御できるか観察する。また、これまでの実験から、脳スライスにおいてはケージド解除光を照射する際、出力が高いと光毒性が生じる可能性があることが示唆された。さらに、本研究で利用しているBODIPYケージ基の解除光は500 nm程度であり、GFPや、Oregon Green 488 BAPTAといったCa2+蛍光指示薬の観察チャネルと重複する。この2つの問題点を解決するためには、BODIPYケージ基よりも長い波長の光でアンケージできるケージ基の開発が必要である。具体的には、BODIPY骨格を化学修飾し、長波長化を試みる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
在日外国人高齢者の福祉サービスアクセスの阻害要因とコミュニティの有効性の検討

本研究は、日本国内に住んでいる在日外国人高齢者の社会福祉サービスへのアクセスを阻害する要因を明らかにすることと、同じ国籍と生活文化を有する人々のコミュニティによる支援の有効性について検討することを目的とする。平成30年度は、長年日本に住み続け高齢期を迎える在日外国人高齢者が増えていく中、在日外国人高齢者の中で高い割合を占めている在日韓国・朝鮮籍高齢者とその支援者を対象に、インタビュー調査をとおして、なぜ生活や心身面に課題を抱えていながらその課題を解決するための社会福祉サービスや支援に繋がりにくいのか、アクセス阻害要因を探ることを目的とした。平成30年8月から9月までに、在日韓国・朝鮮籍高齢者又は在日コリアンに関する先行研究のレビューを行ない、インタビューガイドを作成した。また、インタビュー調査の協力者の推薦を依頼する候補地域の居宅介護支援事業所と地域包括支援センターの全数の情報をWAMネットから得てリスト化した。10月に研究倫理審査委員会に研究倫理審査を申請し、12月に研究倫理審査委員会から受けた指摘事項に対する対応を行ない、平成31年1月に研究実施の許可を得た。1月中に在日韓国人高齢者面接調査の協力者推薦依頼書を東京都3区と川崎市2区の全ての居宅介護支援事業所と地域包括支援センターに郵送し、2月20日を締め切りとし返信してもらった。3月中に協力者の推薦可の返信を受けた一部の事業所とセンターに連絡をし、調査協力者との面接の日程調整を行なった。3月6日、23日、28日の三日間、東京都の在日韓国人高齢者(家族が同席するケースもあった)と、その高齢者と関わっているケアマネジャー、合計5人に個別インタビュー調査を行なった。他の協力者ともインタビューの日程調整を行なっている。面接内容は文字起こしを行い、質的に分析を行う予定である。科学研究費に応募した時点では予期しなかった、研究代表者の研究機関の移動があったため、平成30年度前半に本研究に取り組む時間を十分に確保できなく、後半からの稼働となった。また、研究機関の研究倫理審査委員会が2ヶ月ごとに行われるため、研究実施の許可を得るまで時間がかかった。さらに、調査協力を得られた高齢者の緊急入院等が発生し、年度内に実施予定だったインタビュー調査が延期されることが生じた。上記に述べた複数の事情により、当初の予定より進捗がやや遅れる状況になり、目標とした人数に至らないインタビュー調査となり、分析等に進めなかった。2019年度は、年度前半に居宅介護支援事業所と地域包括支援センターのケアマネジャーの協力を得て、在日韓国・朝鮮籍高齢者とそのケアマネジャー又はサービス提供責任者へのインタビュー調査を実施しながら、韓国語と日本語のできるバイリンガルに音声データの文字化を依頼する。年度後半にはインタビュー調査内容を質的に分析して、在日韓国・朝鮮籍高齢者がなぜ自分たちの課題を解決するため社会福祉サービスや支援に繋がりにくいのかを明らかにする。同時に年度後半からは、在日韓国・朝鮮籍高齢者へのエスニックコミュニティ(以下、コミュニティとする)の有効性を検討するため、在日韓国・朝鮮籍高齢者が参加している地域のコミュニティについて調べる。そして、そのコミュニティに調査協力を依頼し、同意が得られたコミュニティの集まりや活動に参加し、参与観察調査をするとともに、参与観察の開始時点と終わり時点で参加高齢者とコミュニティ運営側の支援者にインタビュー調査を行なう。このコミュニティ参与観察調査は2020年度前半まで行なう予定である。コミュニティ参与観察調査を終えて、インタビュー調査で明らかにする在日韓国・朝鮮籍高齢者の福祉サービスアクセスへの阻害要因が、コミュニティとのかかわりをとおしてどのように変化し解消されていくのかコミュニティの有効性を、コミュニティ参与観察調査で得られたデータを用いて検討する。

科学研究費に応募した時点では予期しなかった、研究代表者の研究機関の移動があったため、平成30年度前半に本研究に取り組む時間を十分に確保できなく、後半からの稼働となった。また、研究機関の研究倫理審査委員会が2ヶ月ごとに行われるため、研究実施の許可を得るまで時間がかかった。さらに、調査協力を得られた高齢者の緊急入院等が発生し、年度内に実施予定だったインタビュー調査が延期されることが生じた。上記に述べた複数の事情により、当初の予定より進捗がやや遅れる状況になり、目標とした人数に至らないインタビュー調査となり、分析等に進めなかった。2019年度は、年度前半に居宅介護支援事業所と地域包括支援センターのケアマネジャーの協力を得て、在日韓国・朝鮮籍高齢者とそのケアマネジャー又はサービス提供責任者へのインタビュー調査を実施しながら、韓国語と日本語のできるバイリンガルに音声データの文字化を依頼する。年度後半にはインタビュー調査内容を質的に分析して、在日韓国・朝鮮籍高齢者がなぜ自分たちの課題を解決するため社会福祉サービスや支援に繋がりにくいのかを明らかにする。同時に年度後半からは、在日韓国・朝鮮籍高齢者へのエスニックコミュニティ(以下、コミュニティとする)の有効性を検討するため、在日韓国・朝鮮籍高齢者が参加している地域のコミュニティについて調べる。そして、そのコミュニティに調査協力を依頼し、同意が得られたコミュニティの集まりや活動に参加し、参与観察調査をするとともに、参与観察の開始時点と終わり時点で参加高齢者とコミュニティ運営側の支援者にインタビュー調査を行なう。このコミュニティ参与観察調査は2020年度前半まで行なう予定である。コミュニティ参与観察調査を終えて、インタビュー調査で明らかにする在日韓国・朝鮮籍高齢者の福祉サービスアクセスへの阻害要因が、コミュニティとのかかわりをとおしてどのように変化し解消されていくのかコミュニティの有効性を、コミュニティ参与観察調査で得られたデータを用いて検討する。インタビュー調査の対象者である在日韓国・朝鮮籍高齢者の協力者確保が不十分であったことと、調査協力を得られた高齢者の緊急入院により年度内実施予定だったインタビュー調査の延期が生じたことで、インタシュー調査の遅れに伴い音声データの文字起こしにも遅れが生じたため、予定した研究費の一部が次年度使用となった。次年度使用の研究費は2019年度前半に実施するインタビュー調査の謝礼と研究者旅費と、並行して行なう文字起こしの費用として使用する予定である。
口腔粘膜の間葉系幹細胞が制御する免疫抑制機構の解明

本研究では、口腔組織におけるB7ファミリーの発現および機能解析、特にB7-H3に焦点を当て行うことを目的とする。本年度の研究成果は以下のとおりである。ヒト6歳乳歯由来歯肉線維芽細胞から、限界希釈法を用いて単一細胞より形成されるクローン細胞を選抜し、細胞株(H1C1)を樹立した。H1C1は、脂肪細胞、軟骨細胞、骨芽細胞に分化する能力を有する間葉系幹細胞であった。RT-PCR法によって、抑制性の共刺激分子であるB7-H1、B7-H2、B7-H3のmRNAが発現することが明らかとなった。FACSおよび免疫細胞染色により、B7-H3分子がH1C1細胞膜に発現すること明らかとなった。このことは、B7-H3分子が様々な未分化/前駆細胞に発現することを示唆するものである。さらに、ヒト末梢血単核球とHIC1の共培養を行うことで、免疫を抑制的に制御しているcD4+cD25high制御性T細胞が増加し、抑制性のサイトカインであるIL-10が単培養の場合と比較して大幅に促進されることが明らかとなった。共培養区に抗B7-H3抗体を加えることでB7-H3分子を阻害すると、制御性T細胞の増加が抑制されたことから、その増加に共刺激分子であるB7-H3分子が関与していることを見出した。このことは、口腔粘膜に存在する間葉系幹細胞が免疫寛容を誘導することを示唆するものである。また、制御性T細胞の増員に、間葉系幹細胞が発現するB7-H3分子が関与することを初めて明らかにした点で重要な知見になると思われる。
角膜上皮特異蛋白の解析とその臨床応用

SV40のT抗原をアデノウイルスベクターを用いて細胞内に移入し,ヒト不死化角膜上皮細胞を作成することに成功した.樹立された細胞は,角膜上皮としての形質をよく保存しており,絨毛やデスモゾームのほか,アルデヒド脱水素酵素の存在も確認された.つぎに,本細胞株を応用して幾つかの実験を試みた.まず,上皮細胞の分化に関与する蛋白として,皮膚表皮でよく研究されているトランスグルタミナーゼに着目,本酵素のmRNAの発現をRT-PCR法によって検討したところ,単層培養した不死化角膜上皮細胞に確認された.重層化した部分では,トランスグルタミナーゼの基質であるコ-ニフィンが陽性となっていた.さらに,サブスタンスPの添加して培養すると,接着蛋白であるカドヘリンの発現が増強することから,本細胞が角膜上皮における角化機構や接着機構の解析にも応用できる可能性が窺われる.また,ヒト角膜実質細胞を含むコラーゲンマトリックス上に,不死化角膜上皮細胞を播種すると,ゲルと平行に配列する実質細胞とともに,重層化した上皮細胞層が形成された.代用角膜としての可能性を探るため,動物モデルにおける検討が現在進行中である.最後に,各種点眼薬の細胞障害を不死化角膜上皮細胞からの乳酸脱水素酵素の遊離を指標として試験管内で評価する方法を考案し,ウノプロストンおよびチモロール点眼薬の細胞毒性を確認した.本細胞株はこれまでに海外を含めた多数の研究施設に送付されている.従来は限られた施設でしか利用することができなかったヒト角膜上皮が比較的簡便に入手できるようになった恩恵には計り知れないものがあるはずである.SV40のT抗原をアデノウイルスベクターを用いて細胞内に移入し,ヒト不死化角膜上皮細胞を作成することに成功した.樹立された細胞は,角膜上皮としての形質をよく保存しており,絨毛やデスモゾームのほか,アルデヒド脱水素酵素の存在も確認された.つぎに,本細胞株を応用して幾つかの実験を試みた.まず,上皮細胞の分化に関与する蛋白として,皮膚表皮でよく研究されているトランスグルタミナーゼに着目,本酵素のmRNAの発現をRT-PCR法によって検討したところ,単層培養した不死化角膜上皮細胞に確認された.重層化した部分では,トランスグルタミナーゼの基質であるコ-ニフィンが陽性となっていた.さらに,サブスタンスPの添加して培養すると,接着蛋白であるカドヘリンの発現が増強することから,本細胞が角膜上皮における角化機構や接着機構の解析にも応用できる可能性が窺われる.また,ヒト角膜実質細胞を含むコラーゲンマトリックス上に,不死化角膜上皮細胞を播種すると,ゲルと平行に配列する実質細胞とともに,重層化した上皮細胞層が形成された.代用角膜としての可能性を探るため,動物モデルにおける検討が現在進行中である.最後に,各種点眼薬の細胞障害を不死化角膜上皮細胞からの乳酸脱水素酵素の遊離を指標として試験管内で評価する方法を考案し,ウノプロストンおよびチモロール点眼薬の細胞毒性を確認した.本細胞株はこれまでに海外を含めた多数の研究施設に送付されている.従来は限られた施設でしか利用することができなかったヒト角膜上皮が比較的簡便に入手できるようになった恩恵には計り知れないものがあるはずである.申請した研究計画の内、ヒト角膜上皮の不死化については、まず上顎癌浸潤のために眼窩内容除去術を行い、摘出した眼球より角膜上皮を得て初代培養を行った。その後、SV-40のLargeT抗原を組み込んだアデノウイルスベクターを感染させて、数回のクローニング後に不死化細胞を得た。不死化細胞は組織学的に角膜上皮細胞の形態を保っており、細胞間のデスモゾームや繊毛構造を示していた。分化した角膜上皮に特徴的な64KDのサイトケラチンに対する抗体(AE-5)を用いて免疫組織学的検討を行ったところ細胞質内に陽性線維がみられた。さらに培養角膜上皮細胞から抽出した蛋白質の電気泳動を行ったところ64KDのケラチンを検出した。角膜上皮細胞の主要可溶性蛋白質であるアルデヒドデヒドロゲナーゼの酵素活性も有しており、不死化細胞はヒト角膜上皮細胞として機能していることが明らかとなった。以上の結果より、ヒト角膜上皮細胞の不死化に成功したので、この細胞培養系を用いて、ヒト角膜上皮の遺伝子ライブラリーを作成すべく実験を進めている。ラット角膜上皮についても、同様にSV 40アデノウイルスリコンビナントベクターを用いて不死化を試みたところ、400世代以上の増殖力を持続することが可能であった。ヒト角膜上皮不死化細胞と同様、ラット角膜上皮の不死化細胞でも64KDのサイトケラチンの発現と微細構造を有しており、上皮細胞としての形質を保持しつつ継代培養が可能であった。本細胞が上皮組織としての形質を高度に保ちながら不死化している点より角膜上皮細胞の分化や増殖を遺伝子レベルで解析する上で、有用と考えられた。家兎角膜上皮細胞の遺伝子ライブラリー作成は、不死化家兎角膜上皮細胞が継代培養において増殖能が低いので培養液に添加する成長因子などの検討を行い、細胞の大量培養を可能にする予定である。前年度に作成したヒト不死化角膜上皮細胞を用いて以下の実験を行った.

(1)角膜上皮細胞の分化を制御する蛋白として,皮膚表皮でよく研究されているトランスグルタミナーゼに着目した.本酵素mRNAの発現をRT-PCR法によって検討したところ,単層培養した不死化角膜上皮細胞に存在することが確認された.また,重層化した部分ではトランスグルタミナーゼの基質であるコ-ニフィンが陽性であった.これらの事実は,本細胞株が角膜上皮における角化機構の解析に有用であり,新しい疾患治療薬のスクリーニングにも応用できる可能性を示唆している.なお,数度試みた遺伝子ライブラリーの作成は不調に終わった.(2)代用角膜としてのヒト不死化角膜上皮細胞の可能性を検討する目的で,3次元培養による疑似角膜の作成を試みた.ヒト実質細胞を含むコラーゲンマトリックス上に不死化角膜上皮細胞を播種したところ,重層化した上皮細胞層が形成された.ヒトを用いた疑似角膜の作成は世界で初めての成果である.この疑似角膜が移植できるか否かは,今後,本年度に樹立することができたラットあるいはマウスの角膜上皮形成術モデルを用いて確認する予定である.なお,不死化ラット角膜上皮細胞についてはすでに樹立ずみである.(3)ヒト不死化角膜上皮細胞の臨床応用の第一歩として,各種点眼薬の細胞障害性を,乳酸脱水素酵素の遊離を指標として,試験管内で評価する方法を考案した.今回は特に,毒性が話題となっている抗緑内障薬に焦点を当て,ウノプロストンおよびチモロール点眼薬の細胞障害性を臨床成績に沿った形で確認した.
植物の根から浸出されるArbuscular菌根菌の菌糸誘引物質について

我々のこれまでの研究によると種々の植物に同じ条件でArbuscular菌根菌を接種しても、植物間でArbuscular菌根菌の感染状況が異なることが明らかにされている。また、Arbuscular菌根菌の感染は、植物の根から出ている有機物の量や組成の違いによって影響を受けると言われている。そこでここでは、イネ科とマメ科植物12種を用いて種々の植物におけるArbuscular菌根菌感染の状況と各植物の根から浸出する有機物の量・質的な違いを調べ、植物間でArbuscular菌根菌の感染率が異なる原因について明らかにした。播種後40日目におけるArbuscular菌根菌の感染率は、植物によって異なり全般的にマメ科植物で高く、イネ科植物で低かった。単位根長あたりの全アミノ酸と全糖の浸出量は、植物間で異なった。アミノ酸浸出量が最も多かったのは、インゲンマメで最も少なかったのはコムギであった。糖の浸出量が最も多かったのはササゲであり、最も少なかったのはコムギであった。供試した植物のArbuscular菌根菌感染率と根から浸出しているアミノ酸・糖の量との関係を調べたところ、感染率はアミノ酸や糖の浸出量と高い正の相関関係があることが明らかになった。さらに、土壌にリンを施用すると根から浸出するアミノ酸や糖の量が減少し、同時にArbuscular菌根菌の感染率も低下した。このことから、Arbuscular菌根菌の感染には根から浸出しているアミノ酸や糖が何らかの形で影響を及ぼしている可能性があることが示唆された。根から浸出しているアミノ酸の組成は、植物間で大きな違いはなく、いずれの植物もアスパラギン酸とセリンが主成分であった。ただし、インゲンマメは、メチオニンが特異的に多かった。さらに根から浸出している糖の組成は、植物間で大きな違いはなく、いずれの植物もフルクトースとグルコースが主成分であった。
2種類のセルフ・コントロールの組み合わせがストレス・マネジメントに果たす役割

1.RRSを構成する「調整型セルフ・コントロール(以下、調整型SC)」と「改良型セルフ・コントロール(以下、改良型SC)」という2種類の下位尺度得点によって分類した4群の被験者は、いずれも群に特異的なセルフ・コントロールの行動傾向を示した。この結果は、セルフ・コントロールが2つの種類に分けられること、したがってその個人差は2種類のセルフ・コントロールのいずれにも着目し、2次元に評価すべきであることを示す。2.本研究の結果にもとづき、2種類のセルフ・コントロールが機能している状態を記述すると以下のようになる。(1)調整型SC:短期的な状況で発生したストレス状態に対処し、情動的・認知的な妨害要因の影響を低減できている。(2)改良型SC:より自発的な問題設定にもとづき、目標志向的な行動が実行された結果、比較的長期にわたり基準値以上の水準で標的行動が維持されている。3.2種類のセルフ・コントロールともにレパートリーの多い被験者は、改良型SCを成功させるための方略として調整型SCを適用していた。この結果は、改良型SCの持続が、同時にどの程度調整型SCを採り入れているかにかかっているという仮説的見解を支持するものである。調整型、改良型それぞれのセルフ・コントロールの形成、促進だけでなく、これらの組み合わせに関与する要因の解明と、適切な組み合わせ方の検討が今後の課題であろう。
蚕の営繭行動を模倣した自由曲面不織布形成システムに関する研究

1.営繭行動の観察と解析蚕の営繭行動を観察した結果,営繭の準備段階,吐糸開始直後,中盤,終盤で行動に差異が見られることと,それぞれのフェーズの特徴を明らかにした.2.オートマトンによる営繭行動のシミュレーション蚕の行動を有限オートマトンによって定義して営繭行動を再現できるかどうかシミュレーションを行って検討した.その結果,有限オートマトンによって,平面内での円形製作過程を自動的に行うことができた.3.吐糸口部の設計・開発当初は構造構成用の糸としてガラス繊維強化熱可塑性樹脂を使用していたが,接着力,加熱冷却時間などの問題があり,一般の木綿糸を芯材とし,熱可塑性であるポリ塩化ビニルを接着物質として,蚕の吐く糸を模倣した構成を行うこととした.これに伴ってロボットマニュピレータ先端に取り付ける吐糸口部を新たに設計・製作した.吐糸口部は外部リールに巻かれた木綿糸を繰り出す機構と,熱可塑性樹脂を加熱によって溶融させる装置および冷却時間を短縮するために,空気を吹き付けるエアーガンを備えている.この吐糸口部の開発により,従来のものに比べて強度および動作時間を短縮することができた.4.営繭行動を模倣したロボットマニュピレータの軌道制御観察によって得られた蚕の営繭行動を模倣するため,営繭行動を観察してそれを3つのステージに分けた.それらは足場作り,繭の外形作り,仕上げである.本研究では6自由度ロボットマニュピレータを用いて,第2ステージである「繭の外形作り」までの模倣を行った.これは,蚕ならば絹糸に相当する構造構成用の糸を押し付けて構成した足場の上に繭の外形となる2段目以降の営繭を行うものである.5.接触センサを用いた倣い制御蚕はほとんど視力を持たず,体表面の触覚によって行動を決定している.昨年度開発した接触センサを用いて,接触状態を高速に判定して,地形情報が未知な環境での吐糸行動を可能にした.また,提案したアルゴリズムによって自立的に連続吐糸が可能となった.1.営繭行動の観察と解析蚕の営繭行動を観察した結果,営繭の準備段階,吐糸開始直後,中盤,終盤で行動に差異が見られることと,それぞれのフェーズの特徴を明らかにした.2.オートマトンによる営繭行動のシミュレーション蚕の行動を有限オートマトンによって定義して営繭行動を再現できるかどうかシミュレーションを行って検討した.その結果,有限オートマトンによって,平面内での円形製作過程を自動的に行うことができた.3.吐糸口部の設計・開発当初は構造構成用の糸としてガラス繊維強化熱可塑性樹脂を使用していたが,接着力,加熱冷却時間などの問題があり,一般の木綿糸を芯材とし,熱可塑性であるポリ塩化ビニルを接着物質として,蚕の吐く糸を模倣した構成を行うこととした.これに伴ってロボットマニュピレータ先端に取り付ける吐糸口部を新たに設計・製作した.吐糸口部は外部リールに巻かれた木綿糸を繰り出す機構と,熱可塑性樹脂を加熱によって溶融させる装置および冷却時間を短縮するために,空気を吹き付けるエアーガンを備えている.この吐糸口部の開発により,従来のものに比べて強度および動作時間を短縮することができた.4.営繭行動を模倣したロボットマニュピレータの軌道制御観察によって得られた蚕の営繭行動を模倣するため,営繭行動を観察してそれを3つのステージに分けた.それらは足場作り,繭の外形作り,仕上げである.本研究では6自由度ロボットマニュピレータを用いて,第2ステージである「繭の外形作り」までの模倣を行った.これは,蚕ならば絹糸に相当する構造構成用の糸を押し付けて構成した足場の上に繭の外形となる2段目以降の営繭を行うものである.5.接触センサを用いた倣い制御蚕はほとんど視力を持たず,体表面の触覚によって行動を決定している.昨年度開発した接触センサを用いて,接触状態を高速に判定して,地形情報が未知な環境での吐糸行動を可能にした.また,提案したアルゴリズムによって自立的に連続吐糸が可能となった.1.営繭行動の観察と解析営繭観察用ステージを製作し,蚕の営繭行動を観察した.この際2方向からビデオカメラで撮影し記録した.この2つのビデオ画像からビデオレートで行動を抽出し,蚕の移動,体関節の動作,吐糸行動について解析した.その結果,営繭の準備段階,吐糸開始直後,中盤,終盤で行動に差異が見られることと,それぞれのフェーズの特徴を明らかにした.2.オートマトンによる営繭行動のシミュレーション蚕の行動を有限オートマトンによって定義して営繭行動を再現できるかどうかシミュレーションを行って検討した.その結果,有限オートマトンによって,平面内での円形製作過程を自動的に行うことができた.3.熱可塑性樹脂による構造物生成熱可塑性の樹脂とヒータを用いて構造物を生成するため,素材,加工方法,生成された構造物の強度などについて検討を行った.4.ロボットマニュピレータの営繭行動制御に関する研究ロボットマニュピレータに蚕の営繭行動を模倣した運動を行わせるときの,方法や問題点について6軸の関節をもつロボットを用いて行う場合の,軌道生成,センシングなどについて検討した.1.営繭行動を模倣したロボットマニュピレータの軌道制御観察によって得られた蚕の営繭行動を模倣するため,営繭行動を観察してそれを3つのステージに分けた.

それらは足場作り,繭の外形作り,仕上げである.今年度は市販の6軸ロボットマニュピレータを用いて,特に第1ステージである「足場作り」の模倣を行った.これは,吐糸口部を対象物に倣いながら,蚕ならば絹糸に相当する構造構成用の糸を押し付けて接着していくもので,足場を作るための軌道計画と,センサフィードバックによるならい制御を実現した.2.吐糸口部の設計・開発昨年度までは構造構成用の糸としてガラス繊維強化熱可塑性樹脂を使用していたが,接着力,加熱冷却時間などの問題でこれを取りやめた.本年度は一般の木綿糸を芯材とし,熱可塑性であるポリ塩化ビニルを接着物質として,蚕の吐く糸を模倣した構成を行うこととした.これに伴ってロボットマニュピレータ先端に取り付ける吐糸口部を新たに設計・製作した.吐糸口部は外部リールに巻かれた木綿糸を繰り出す機構と,熱可塑性樹脂を加熱によって溶融させる装置および冷却時間を短縮するために,空気を吹き付けるエアーガンを備えている.この吐糸口部の開発により,従来のものに比べて強度および動作時間を短縮することができるようになった.3.接触センサの開発蚕はほとんど視力を持たず,体表面の触覚によって行動を決定している.本研究でも,吐糸口部取り付け部分に6軸力覚センサをとりつけて,接触状態を検出して制御に用いてきたが,接触部分での接触判定が重要であることがわかり,接触判定を専門に行うためのセンサを新たに開発した.これにより従来難しかった接触状態の判定および吐糸口部の対象物との距離の判定が容易になり,フィードバック制御が行いやすくなった.これに伴って動作時間を短縮することができた.1.営繭行動を模倣したロボットマニュピレータの軌道制御観察によって得られた蚕の営繭行動を模倣するため,営繭行動を観察してそれを3つのステージに分けた.それらは足場作り,繭の外形作り,仕上げである.今年度は6自由度ロボットマニュピレータを用いて,第2ステージである「繭の外形作り」の模倣を行った.これは,蚕ならば絹糸に相当する構造構成用の糸を押し付けて構成した足場の上に繭の外形となる2段目以降の営繭を行うものである.2.レムニスケート曲線による吐糸と工具補正吐糸用の基本軌道としてレムニスケート曲線を採用して,ロボットアーム先端に取り付けた吐糸機構部を8の字曲線を描くように移動させることとした.これにより蚕の行う営繭行動を模倣した.また吐糸口部先端の工具径を考慮した軌道設計を行うことでより正確な吐糸軌道が実現でき,営繭の精度を高めることができた.3.接触センサを用いた倣い制御蚕はほとんど視力を持たず,体表面の触覚によって行動を決定している.昨年度開発した接触センサを用いて,接触状態を高速に判定して,地形情報が未知な環境での吐糸行動を可能にした.また,提案したアルゴリズムによって自立的に連続吐糸が可能となった.