hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光学活性トリアミノイミノホスホランを触媒とする官能性キラル素子合成プロセスの開発

有機塩基を触媒とする合成プロセスは原子効率100%の結合形成を可能にするため、環境負荷の小さい合成手法として注目を集めている。本研究では光学活性有機塩基としては世界最高レベルの塩基性を示す[5.5]-P-スピロ型キラルトリアミノイミノホスホランを利用して、既存の反応系を凌駕する基質適用範囲を目指した新たな高立体選択的結合形成反応の開発に取り組み、またこの手法を通したキラル素子を効率的に与えるための合成プロセスの開発に注力し、本触媒の合成化学的力量を明らかにすることを目的とする。当該年度では、一般に合成が困難なニトロ基近傍に官能基を持たないキラルなニトロアルカンを得るための2段階プロセス開発に取り組んだ。具体的には、昨年度までに見出した本イミノホスホラン分子を触媒とするα, β-不飽和テトラゾリルスルホンへのニトロアルカンの不斉共役付加反応の生成物をJulia-Kocienskiオレフィン化によりアルケンへと変換するための反応条件の最適化を行った。種々検討を行った結果、低極性溶媒と嵩高い塩基を用いることで酸性度の高いニトロ基のα-プロトンの脱離を経ず、光学純度を保ったままキラルα-アリルニトロアルカンが得られることを見出た。またビニルスルホンからキラルα-アリルニトロアルカンへのワンポット合成にも成功し、本法の合成化学的な有用性を明示した。加えて芳香族アルデヒドへの直裁的不斉Henry反応の条件検討を再度行い、立体選択性の向上並び基質適用範囲の拡張に成功した。また本手法を利用して、CETP阻害薬アナセトラピドの前駆体ならびアドレナリンβ3受容体作動薬を効率良く合成するプロセスを開発した。一方イミノホスホランを触媒とする不斉[2,3]-転位反応については触媒構造並びに反応条件の検討している段階であり、早期に反応効率および収率の改善を図りたい。キラルa-アリルニトロアルカンを得るための2段階プロセスのJulia-Kocienskiオレフィン化においては、光学純度を損なうことなく、良好な収率で目的生成物を得ることを実現した。またキラルα-アリルニトロアルカンのワンポット合成にも成功し、より効率的なプロセスを見出した。加えて不斉Henry反応を利用した生物活性物質の合成を達成している。不斉[2,3]-転位反応については引き続き、適切な触媒構造と反応条件を探索に励むとともに、反応基質の反応性や転位能ならび触媒分子の化学的・物理的性質に関する知見を集積し、効率的に研究を遂行するツールを得る。また本イミノホスホラン分子の強塩基性を利用した新たな結合形成反応の開発に取り組む。近年持続的利用が可能なものづくりプロセスの開発が求められる中で、光学活性有機塩基は、原子効率の高い直截的結合形成を実現する触媒として重要な位置を占めている。申請者はこれまでに、当研究室で開発された[5,5]-P-スピロ型光学活性テトラアミノホスホニウム塩から系中で調製できるトリアミノイミノホスホランを有機強塩基触媒とする、高立体選択的なイナールへのHenry反応を実現し、これを多官能性天然物の合成に応用することで本法の合成化学的価値を示している。本研究では、反応点に加えて官能基を持つ化合物を基質とし、キラル素子を効率的に与える触媒のプロセス開発に注力し、本触媒の力量を明確にすることを目的とした。まず、脂肪族アルデヒドへの触媒的不斉Henry反応に取り組み、課題として残されている立体選択性の向上を図った。種々検討を行った結果、イミノホスホラン触媒の微細構造修飾が効果的であることを見出し、良好な立体選択性の獲得に成功した。次に、一般に合成が難しいキラルな単純ニトロアルカンを簡便に得るための手法を案出した。具体的には、Julia反応によりオレフィンへと変換できるα,β-不飽和テトラゾリルスルホニル化合物へのニトロアルカンの不斉共役付加反応に着目し、本イミノホスホランを触媒とすることで、高い立体選択性で光学活性ニトロアルカンの前駆体となる生成物を得た。またこれに並行して、本触媒系を利用した新規反応の開発にも着手し、塩基性条件下でのα,α-二置換-α-ヒドロキシアルデヒドを基質とする不斉1,2-転位反応を見出した。本反応は、有用な合成中間体である光学活性なα-ヒドロキシカルボニル化合物を与えるため、合成化学的に価値のあるツールと成り得る。近年、環境負荷の小さい合成プロセス開発への要請の高まりを受けて光学活性有機分子触媒に関する研究が爆発的に進展する中で、有機塩基を触媒とする反応開発は一つの核となる研究領域である。本研究は、光学活性有機塩基としては最も強い塩基性を示す[55]-P-スピロ型キラルトリアミノイミノホスホランを触媒として、既存の反応系を凌駕する基質適用範囲を目指した反応開発を行う点に第一の特徴がある。また、反応点に加えて官能基を持つ化合物を基質とし、キラル素子を効率的に与える触媒プロセスの開発に注力し、本触媒の力量を明確にすることを目的とする。当該年度は、一昨年度に引き続きイミノボスホランを触媒とするα,β-不飽和テトラゾリルスルホンへのニトロアルカンの不斉共役付加反応について検討を行った。

本反応生成物のスルホン部位はJulia-Kocienskiオレフィン化により種々のアルケンへと変換可能であり、一般に合成が困難なニトロ基近傍に官能基を持たないキラルなニトロアルカンが簡便に得られることが期待できるため、魅力的な合成手法である。反応条件を最適化した結果、キラルイミノホスホラン触媒が広範な基質に対して高い立体選択性を示すことを見出した。現在は、生成物をキラルニトロアルケンへと導くためのJulia-Kocienskiオレフィン化の条件を検討している。加えて、本イミノホスホラン分子の強塩基性を利用する触媒的転位反応の開発に取り組んだ。これまで、有機塩基を触媒とする転位反応はほとんど知られていないが、探索の結果、新しい不斉[2,3]一転位反応を見出した。現段階ではその効率および立体選択性は不十分であるが、触媒構造並びに反応条件の最適化を行うことで問題の解決を図りたい。有機塩基を触媒とする合成プロセスは原子効率100%の結合形成を可能にするため、環境負荷の小さい合成手法として注目を集めている。本研究では光学活性有機塩基としては世界最高レベルの塩基性を示す[5.5]-P-スピロ型キラルトリアミノイミノホスホランを利用して、既存の反応系を凌駕する基質適用範囲を目指した新たな高立体選択的結合形成反応の開発に取り組み、またこの手法を通したキラル素子を効率的に与えるための合成プロセスの開発に注力し、本触媒の合成化学的力量を明らかにすることを目的とする。当該年度では、一般に合成が困難なニトロ基近傍に官能基を持たないキラルなニトロアルカンを得るための2段階プロセス開発に取り組んだ。具体的には、昨年度までに見出した本イミノホスホラン分子を触媒とするα, β-不飽和テトラゾリルスルホンへのニトロアルカンの不斉共役付加反応の生成物をJulia-Kocienskiオレフィン化によりアルケンへと変換するための反応条件の最適化を行った。種々検討を行った結果、低極性溶媒と嵩高い塩基を用いることで酸性度の高いニトロ基のα-プロトンの脱離を経ず、光学純度を保ったままキラルα-アリルニトロアルカンが得られることを見出た。またビニルスルホンからキラルα-アリルニトロアルカンへのワンポット合成にも成功し、本法の合成化学的な有用性を明示した。加えて芳香族アルデヒドへの直裁的不斉Henry反応の条件検討を再度行い、立体選択性の向上並び基質適用範囲の拡張に成功した。また本手法を利用して、CETP阻害薬アナセトラピドの前駆体ならびアドレナリンβ3受容体作動薬を効率良く合成するプロセスを開発した。一方イミノホスホランを触媒とする不斉[2,3]-転位反応については触媒構造並びに反応条件の検討している段階であり、早期に反応効率および収率の改善を図りたい。当該年度の研究において、脂肪族アルデヒドへの触媒的不斉Henry反応の立体選択性の改善した。またα,β-不飽和テトラゾリルスルホニル化合物へのニトロアルカンの不斉共役付加反応及びα,α-二置換-α-ヒドロキシアルデヒドの不斉1,2-転位反応については未だ満足のいく結果は得られてはいないものの、反応条件の検討および触媒構造の修飾に取り組むことで、近い将来に望ましい結果が得られることが期待できる。以上の事から本研究がある程度の進展を見せていると評価した。ビニルスルホンへのニトロアルカンの不斉共役付加反応では、触媒構造と基質導入法を詳細に検討し、反応収率並びに立体選択性が改善できた。また、引き続くJulia-Kocienskiオレフィン化においても、目的のキラルニトロアルカンを立体選択性を損なうことなく得ることに成功している。加えて新たな[2,3]-転位反応が本触媒存在下で進行することを見出した。
鳥類卵管の抗菌ペプチド発現機構の解明による自然免疫機能の強化戦略

本研究はニワトリ卵管の自然免疫系による感染防御機能を明らかにすることを目的とした。卵管粘膜では、ムチン層やタイト結合による粘膜バリア、サイトカインによる免疫応答の発動、トリβディフェンシン(AvBD)の産生により第一線の感染防御システムが構築されていることが示された。休産鶏では粘膜バリア機能が低下したので、これが感染リスクを高める要因の1つとして考えられた。Toll様受容体を刺激すると炎症性サイトカインが産生されるが、IL1βはAvBD産生を誘導するという新規な知見が得られた。鳥類の雌性生殖器の感染防御機構を明らかにするために,抗菌ペプチドのトリβディフェンシン(avBD)の発現調節機能を中心に自然免疫機能とその調節機構を追究している.このために,卵管組織が微生物による感染を受けてavBDが産生・分泌されるまでの一連の細胞内の機構,そしてこのavBD産生・分泌機能に及ぼす卵管の機能状態の影響を解析している。本年度は、卵管粘膜で微生物の組織内への侵入を防ぐための粘膜バリアの特性をレクチン染色で解析したところ,粘膜表面はN-アセチルグルコスアミンを豊富に含む粘液で覆われていること,このバリアは産卵期に比べて休産期で脆弱化する傾向があることが示唆された.粘膜上皮細胞内にはN-アセチルガラクトスアミンも検出され,これの産生を調整する1つの要因としてエストロジェンが関わる可能性があることが示された.また,子宮部では卵殻が形成される.子宮部で産生されたavBDは卵殻へ移行して卵殻の宿主防衛に寄与することが考えられた.一方,グラム陰性菌の成分であるリポ多糖(LPS)が子宮部での3種のavBD(avBD-3, -11, 12)の分布と産生に及ぼす影響を解析したところ,LPSの生体内投与により,組織内のavBD蛋白が減少することが明らかになった.このことから,グラム陰性菌が子宮部に存在すると,子宮部組織からavBDが分泌されて,感染を防ぐものと考えられた.また,このavBDの分泌に開講分泌が関わる可能性を検討するために,SNAP25分子の発現を解析したが,avBDとSNAP25の局は異なっていたので両者の関係を示すには至らなかった.現在,LPS刺激がavBDの産生も刺激するかを遺伝子発現に及ぼす影響から解析しており,これが増加すればavBDの分泌だけでなく産生も促進されることを示すことができる.鳥類の雌性生殖器の感染防御機能は,個体の健康と産卵された卵の食品としての安全性を確保するために重要である。私達は抗菌ペプチドのトリβディフェンシン(avBD)による卵管の自然免疫機能とその調節機構の解明を目指している。これまでに,卵管で微生物の成分を認識するToll様受容体(TLR)とavBDが発現し,グラム陰性菌の成分であるリポ多糖(LPS)による刺激はこれらの発現に影響することを示してきた。本年度は、卵管粘膜のTLRを介する免疫応答の特性と休産期に卵管の感染性が高まる理由を追究した。(1)TLR4のリガンドであるリポ多糖に反応して炎症性サイトカインやケモカインの発現が増加し、さらにT細胞の誘導を含めた免疫応答が起こるか、(2)この免疫応答が産卵期と休産期で異なるかということを解析した。その結果、LPSで刺激すると産卵期と休産期のいずれでも炎症性サイトカインのIL1βとIL6、ケモカインのIL8とリンホタクチンの卵管粘膜における発現が高まる傾向が認められた。一方、T細胞の動態を解析すると、CD4+T細胞の卵管粘膜への流入は休産期と産卵期とで差を示さないが、CD8+T細胞の流入は休産期に低下することが示された。このことから、産卵期と休産期のいずれでも卵管粘膜はサイトカインとケモカインの発現機能を保持しているが、T細胞の流入能の低下が休産期の免疫機能の低下をもたらす1因であることが考えられた。LPSがTLR4に作用した下流で転写因子NFκBが関わることを実証するために、卵管粘膜のNFκBの検出を試みているが現在のところ検出できていない。本研究は鳥類卵管の自然免疫による感染防御機能を明らかにするために、抗菌ペプチドであるトリβディフェンシン(avBD)産生の調節機構の解明を目指している。本年度は、卵管の抗原提示機能を含む免疫システムの発達には一定の抗原刺激が必要である可能性、微生物特異的成分によるTLRの刺激が卵管粘膜のサイトカイン発現を刺激して同サイトカインがavBD産生を刺激する可能性、そして感染防御の第一線に働く粘液によるバリア機能の形成機構を追究した。(1)膣部にリポ多糖(LPS)を連続投与して主要組織適合遺伝子複合体(MHC)の発現およびT細胞サブセットの発現を解析したところ、MHC発現には影響は見られなかったが、T細胞サブセットであるCD

4、CD8、TCRγδ陽性の細胞が増加し、またT細胞関連ケモカインレセプター(CCR6)の発現も増加した。このことから抗原による連続刺激は、粘膜の抗原提示機能には影響しないが、T細胞貯蔵を増加させて免疫機能を高めるものと考えられた。(2)膣部の粘膜組織を培養してLPSで刺激すると生体内での反応と同じくIL-1βとIL-6の発現が高まり、また微生物特異CpGオリゴDNAで刺激してもIL-1βの発現が高まること、IL-1βで刺激するとavBD10の発現が高まる傾向が認められた。このことから粘膜細胞が微生物成分を認識すると炎症性サイトカインが産生され、これがavBD産生を刺激して感染防御に働く可能性が示唆された。同様のサイトカインとavBD発現との関係を卵巣でも検証して生殖器における機構として一般化することを試みている。(3)微生物の侵入に抵抗する粘膜バリアの構築機構を追究したところ、産卵鶏より休産鶏で粘液の産生が少ないことが明らかとなり、このことは休産鶏で粘膜バリア機能が低下する一因となることを示唆した。粘膜上皮細胞間のタイト結合は粘膜バリアを形成し、物質の上皮間の移動のほかに、微生物の組織内侵入を阻止すると考えられる。クローディン分子はタイト結合に寄与する分子である。ニワトリ卵管の膣部、子宮部および峡部のクローディン発現の産卵期と休産期の差、これの発現制御に対するエストロジェンの役割を追究した。その結果、クローディン1,3,5の発現は、いずれも産卵期よりストレスが働いた休産期で減少し、エストラジオールで高まった。また、TNFα用サイトカインの転写因子であるLITAFとIFNγの遺伝子発現は産卵鶏より休産鶏で高く、これらがタイト結合の脆弱化をもたらす要因の1つと考えられた。FITCデキストランの上皮細胞間への浸透の解析からも、休産鶏の上皮間透過性が高まっていることが示唆された。次に、微生物のDNAに保存されているモチーフのCpG-ODNが培養膣部細胞のトリbetaディフェンシン(AvBD)産生に及ぼす影響を追究した。CpG-ODN刺激は炎症性サイトカインのIL1βとIL6の発現を増加させたが、AvBDの発現には影響しなかった。次に、IL1βとIL6が膣部細胞のAvBD発現に影響する可能性を検討した。培養細胞はIL1βとIL6の受容体発現を発現していた。細胞をIL1βまたはIL6で刺激したところ、IL1βにより5種のAvBDのうちAvBD1と3の発現が増加した。IL6はいずれのAvBDの発現にも影響しなかった。この結果から、CpG-ODNはAvBD発現にはしないが、これによって産生されるIL1βはAvBD1と3の発現を増加させるものと考えられた。本年度は、卵管粘膜において微生物特異的DNA成分の刺激により発現するサイトカインがavBD産生を刺激する可能性、抗原の連続刺激が抗原提示能やT細胞貯蔵に及ぼす影響を解析する計画を主としていた。これらに関連する基本的な結果をほぼ得ており、今後にデータを追加することで完成できる。また、粘膜バリアの構築機構にも着手した。24年度が最終年度であるため、記入しない。粘膜バリアの構築機構を明らかにすることが感染防御機能に重要であるので、次年度の研究計画にはこれを加えるように修正する。
温度可変駆動型高温超伝導誘導同期回転機システムの研究

本研究では、研究代表者らが先導研究を推進している高温超伝導誘導同期モータについて、超伝導かご形巻線における電流輸送特性の温度依存性を積極的に利用した温度可変駆動に関する基礎研究を実施した。まず、電磁界解析ならびに非線形等価回路解析に基づいて、50 kW級機における回転特性の温度依存性を評価した。次に、5 kW級機を試作すると共に、同機をGM冷凍機によって冷却する回転試験クライオスタットを開発した。同試験システムを用いて、固定子を伝導冷却とし、さらに回転子を窒素ガス冷却として、冷却試験ならびに回転試験を実施した。その結果、温度可変運転を指向する際に有意な結果を得ることができた。本年度は、まず高温超伝導誘導同期回転機に使用するロータバーについて、その非線形抵抗の温度依存性(65 K77 K)を定量化した。次に、上記非線形抵抗を導入した2次元電磁界解析コードの開発に成功した。対象とした回転機は、市販のかご形誘導機(定格: 1.5 kW@60 Hz)である。同回転機について、既存の銅固定子をそのまま使用することにして、回転子(かご)巻線のみ高温超伝導化した場合、運転温度77 K、入力電圧250 V、駆動周波数40 Hz、すべり0.005において10 kWの準同期出力を実現可能である。開発したコードを使用して、微小すべり0.005と0.010について回転特性解析を実施したところ、温度65 Kのトルクが77 Kに比較して、それぞれ1.45倍(120 Nm)および1.48倍(124 Nm)向上することを明確化した。また、温度77 Kの出力10 kWは、65 Kにすると15 kWにまで改善される。これらトルクや出力値の温度特性を使用することによって、運転モードによって異なる要求トルクを満たすための運転温度を決定することができる。さらに、温度可変回転試験を実施するためのシステム構築もほぼ完成した。H27年度は、まず10 kW級高温超伝導誘導同期モータの設計を実施した。その際、固定子は銅巻線として、回転子のみ高温超伝導化した。また、同モータの熱負荷を想定した場合の温度変化を熱解析によって検討した。その結果、ケイ素鋼板を使用する場合には、熱拡散時定数が60 s程度(@77 K程度)となることから、現状は可変速時間を当該時定数よりも大きくできる応用機器が対象とされることや、さらなる短時定数化の必要性を示した。さらに、固定子コアをGM冷凍機によって伝導冷却し、回転子コアをヘリウムガスで冷却する試験システムを構築した。同システムを使用して、ヘリウムガスの有無による回転子コアの温度変化を測定したところ、冷凍機コールドヘッドとの熱交換によって低温となったヘリウムガスによって、回転子コアが有効に冷却されることを実証した。次に、温度可変が可能なGM冷凍機一体型クライオスタットを設計・試作した。同クライオスタットでは、モータは縦置きとなり、上部に設置予定のブレーキによって負荷を印加することが可能になる。また、冷凍機によって液体窒素再凝縮が可能になり、即ち熱負荷を定量的に把握することが可能になる。さらに、ヘリウムガス冷却も可能であり、つまり冷却方法の相違に伴う温度可変特性を検証することが可能になった。なお、本クライオスタットの下部にはのぞき窓を設置しており、モータの回転の様子を直接観測することが可能である。ケイ素鋼板を使用するモータの熱拡散を把握することができ、今後の温度可変特性改善のための目標を明らかにすることができた。また、ケイ素鋼板を使用した回転子コアについて、ヘリウムガス冷却可能であることを実験的に明確化できた。さらに、液体窒素再凝縮若しくはヘリウムガス冷却が可能なGM冷凍機付クライオスタットを設計・制作完了した。本クライオスタットを用いれば、上記した基礎検討結果について、試作モータによって実験的に検証することが出来る。現状、鉄コア材の熱拡散時定数が長いが、温度可変制御するための応用分野や課題が明らかになりつつあり、今後学会発表や論文発表を積極的に行っていく予定である。以上より、概ね順調に進展していると判断できる。本研究では、研究代表者らが先導研究を推進している高温超伝導誘導同期モータ(High Temperature Superconducting Induction/Synchronous Motor: HTS-ISM)について、超伝導かご形巻線における電流輸送特性の温度依存性を積極的に利用した温度可変駆動に関する研究を実施した。H28年度は、H27年度に制作したGM冷凍機冷却クライオスタット内に5 kW級HTS-ISM試作機を縦置き設置する回転試験系を開発した。以下の結果が得られた。(1) GM冷凍機のコールドヘッドと5 kW級試作機ケーシングの伝熱リード線の接続方法を工夫することによって、断熱空間内においても固定子・回転子共に110 K程度まで冷却することに成功した。その際、ケーシングのみの伝導冷却にもかかわらず、固定子ー回転子間の定常温度差は2 K程度であった。(2)項目(1)の状態において、窒素ガスを封入して、その対流熱伝達による冷却効果も付与したところ、さらに冷却特性が改善して、70 K程度にまで冷却することに成功した。(3)項目(2)の状態において、最高回転数1800 rpmにおける無負荷回転試験に成功した。その際、10分程度運転状態を継続したが、回転子・固定子共に大きな温度上昇が無かった。(4)項目

(2)のシステムを利用して、温度116 K(HTS回転子:常伝導状態)および温度73 K(HTS回転子:超伝導状態)における急加速試験を実施した。その結果、常伝導状態の回転子でも不安定状態に移行しないで加速したものの、指令に対する応答遅れが生じるのに対して、超伝導状態では速やかに同期回転状態に引き入れられることを明らかにした。以上より、H28年度は定常状態としての温度可変運転を実現しただけでなく、液体冷却だけでなくガス冷却の可能性や過渡回転特性を明確化できた。本研究では、研究代表者らが先導研究を推進している高温超伝導誘導同期モータについて、超伝導かご形巻線における電流輸送特性の温度依存性を積極的に利用した温度可変駆動に関する基礎研究を実施した。まず、電磁界解析ならびに非線形等価回路解析に基づいて、50 kW級機における回転特性の温度依存性を評価した。次に、5 kW級機を試作すると共に、同機をGM冷凍機によって冷却する回転試験クライオスタットを開発した。同試験システムを用いて、固定子を伝導冷却とし、さらに回転子を窒素ガス冷却として、冷却試験ならびに回転試験を実施した。その結果、温度可変運転を指向する際に有意な結果を得ることができた。ロータバーにおける臨界電流の温度依存性を定量化して、当該非線形電流輸送特性を導入した電磁界解析コードの開発に成功した。そして、65 K77 Kにおける回転機特性を明確化できた。一方で、H27年度に実施する温度可変試験に向けた実験系の構築も完成した。研究成果については、国内外学会で発表予定であり、さらに論文投稿も準備中である。従って、総合的に概ね順調に進展していると考えられる。今後は、H27年度に完成したGM冷凍機付クライオスタットを使用して、冷媒の温度変化を与えた場合のモータ特性を検証していく予定である。まず、モータケーシングの構造を工夫して、熱拡散率を改善するとともに、確定した最終構造を有するモータを試作する。次に、試作モータについて、温度可変時回転試験(無負荷試験、拘束試験、負荷試験)を実施し、その特性を精査する。最終的に、具体的な応用機器(輸送機器、電力機器など)について、本研究成果の適用可能性と実現のための課題を明らかにする。研究成果については、今後学会発表や論文発表を積極的に行っていく予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。超伝導工学H27、H28年度には、高温超伝導誘導同期回転機試作機を使用して、温度可変回転試験を実施して、その過渡特性を精査すると共に、解析的な検証も行う。そして、ブラケットの高熱伝導率化や、冷凍機の高駆動周波数化などを通して、温度可変時間の短縮を試みる。最終的に、温度可変高温超伝導回転機システムの基盤技術を確立するとともに、適用可能な応用分野を明確化する。当初予定していたよりも少ない予算で研究成果を上げることができたため。本年度は、無事高温超伝導ロータバーの温度依存臨界電流特性を考慮した回転特性解析コードを完成した。本検討は、既存の設備も援用して完了したので、次年度の本格的回転試験に向けて、次年度使用額を残させて頂いた。
薬膳料理の嗜好性の検討および食事の薬膳分析ソフトの開発

漢方生薬を用いた薬膳料理の薬理効果や調理法の検討や味の面から研究した。また、日本における日常食を薬膳による視点で分析することを試みた。薬膳料理の中の四神湯(当帰・熟地・川〓・芍薬四種の生薬を含む鶏肉のスープ)の配合割合や加熱時間と日本人における嗜好性を調査した。台湾における配合割合の1/3で日本人には受け入れられることが分かった。また、そのスープのうま味成分の測定を行い加熱時間は約1時間が適していることが分かった。官能検査の結果、四物湯を食したときに身体があったまる感じがするとあり、実際の体温を飲んだ後の手の平の体温について赤外線サーモグラフィーにて測定した。その結果、2/3の人に体温上昇が認められた。また、食品を薬膳の「熱、温、平、涼、寒」に分類し、薬学での研究成果を基にして食事分析に利用するためのデータベース化することをおこなった。料理の薬膳的評価を五行「熱、温、平、涼、寒」と味の組み合わせによる分類を試みた。本研究では日常食の食事指導に利用するために薬膳分析をおこない、薬膳の考え方を取り入れると特に野菜については季節が大切になることがわかった。薬膳料理に用いられる漢方生薬の薬理効果については、薬学分野において詳細に研究されている。しかし、薬膳料理を対象にした漢方生薬の薬理効果や調理法の検討や味の面から研究したものはほとんどない。漢方生薬を用いた薬膳料理については中国においては伝承的に発展してきており、さまざまな料理が提案されているが、日本においては、薬膳料理への期待はあるものの日常的には具体化されていない。また、日本における日常食を薬膳による視点で分析することはなく、食材の薬膳効果をうたった料理の提案にとどまっている。本研究は日常食の薬膳分析を食事指導に利用することによって、医食同源思想での食生活改善に寄与すると考える本年は、薬膳料理の中の四神湯(当帰・熟地・川〓・芍薬四種の生薬を含む鶏肉のスープ)の配合割合や加熱時間と日本人における嗜好性を調査した。さらに、それを用いて、日常の料理を対象にしてこの薬膳の分類と指標になる成分の検索を行った。漢方生薬を用いた薬膳料理の薬理効果の検討を行った。また,日本における日常食を薬膳による視点で分析することを試みた。薬膳料理の中の四神湯(当帰・熟地・川?・?薬四種の生薬を含む鶏肉のスープ)の配合割合や加熱時間と日本人における嗜好性を調査した。また,そのスープのうま味成分の測定を行い加熱時間は約1時間が適していることが分かった。官能検査の結果,四物湯を食したときに身体があったまる感じがするとあり,実際の体温を飲んだ後の手の平の体温について赤外線サーモグラフィーにて測定した。その結果,1/3の人に体温上昇が認められた。また,食品を薬膳の「熱,温,平,涼,寒」に分類し,薬学での研究成果を基にして食事分析に利用するためのデータベース化を行った。さらに,料理の薬膳的評価を五行「熱,温,平,涼,寒」と味の組み合わせによる分類を試みた。本研究では日常食の食事指導に利用するために薬膳分析をおこない,薬膳の考え方を取り入れると特に野菜については季節が大切になることがわかった。
がん遺伝子の機能解析

我々は、チロシンキナーゼの生理機能を明らかにすることが細胞がん化の機構を解明する上で重要であると考えて以下の研究を行なった。1.lyn遺伝子を欠損する細胞株等に遺伝子を導入する実験から、Bリンパ球の抗原受容体と会合するLynキナーゼがSykキナーゼと共存することにより、細胞内蛋白質のチロシンリン酸化反応を促進することを示した。又fynを過剰発現するT細胞ハイブリドーマでは、Fynの活性化がZAP-70キナーゼの活性制御に関わっていることを示唆する結果を得た。一方、CD30陽性リンパ腫でチロシンリン酸化が亢進しているp80蛋白質を同定し、その分子生物学的解析を進めると共に、リンパ腫発症に於けるp80の意義を検討している。2.脳で発現する新規チロシンキナーゼ遺伝子fakとbrtのcDNAをクローニングした。fakは同時期に外国のグループによって細胞接着に関わることが示されたが、我々はfakの脳特異的産物を見いだしており、fak欠損マウスの作成や、免疫生化学的手法を用いてその機能解析を進めている。又Fynがミエリン形成に関わることを示し、更にfyn欠損マウスでミエリン形成が不完全であることを示した。3.受容体型チロシンキナーゼErbB-2の標的蛋白質としてTob-1ならびにTob-2を同定し、そのcDNAクローニングを行なった。tob-1遺伝子はヒト染色体17q22にマップされること、そしてTob-1蛋白質が細胞増殖抑制活性を有することを示した。又、エストロゲンがErbB-2チロシンキナーゼ活性を促進するという昨年度の成果に基づいて、エストロゲンに抗がん剤を結合させ、ErbB-2過剰発現細胞を選択的に殺傷することに成功した。1.チロシンキナーゼ活性の異常亢進が癌の発症や進展に深く関わっているという知見が畜積している。我々はその分子機構を解明することを目的として、チロシンキナーゼ群癌原遺伝子の正常細胞における機能解析を進めてきた。今年度は主に(1)Bリンパ球の抗原受容体刺激に伴って活性化されるLynキナーゼの標的候補の一つとして転写因子様の配列helix-turn-helixを分子の中央部に、そしてSH3配列を分子のC末端に在するp75_<HS1>を同定した。また(2)Fynのキナーゼが活性亢進がc-fosプロモーターやIL-2遺伝子プロモーターに正に作用しているが、Csk蛋白質がFyNの528Tyrをリン酸化してT-Fynキナーゼのこのような作用を抑制すること、(3)FynやLynがCskと物理的に相互作用していることを示した。一方(4)中枢神経系に於いてはFynが海馬等に存在する神経細胞のみならず、乏突起細胞でも発現していて、伴ミエリン糖蛋白質MAGと会合していることを明らかにし、更にミエリン形成に関与している可能性を示唆する知見を得た。(5)受容体型c-ErbB-2蛋白質についてはエストロゲンがc-ErbB-2に結合し、c-ErbB-2キナーゼ活性を促進するなどのリガンド様活性を示すと指摘した。また、(6)癌でのcerbB-2発現異常亢進機構を明らかにする目的でc-erbB-2プロモーター領域に結合する蛋白質を探索し、2種の蛋白質に対するcDNAクローンを得て解析を進めている。2.erbAファミリー癌遺伝子ear-3の産物が(1)DRIやTRE等のエンハンサー配列に結合すること、また(2)特定遺伝子の転写活性を結合部位依存的に正にも負にも制御することを示した。

又、エストロゲンがErbB-2チロシンキナーゼ活性を促進するという昨年度の成果に基づいて、エストロゲンに抗がん剤を結合させ、ErbB-2過剰発現細胞を選択的に殺傷することに成功した。
貯蔵血中の赤血球膜骨格の変化と老化との関連：安全な輸血管理のための戦略

濃厚赤血球の貯蔵期間が長くなるほど、貯蔵赤血球膜の変形能低下、2,3-ジホスホグリセリン酸(2,3DPG)の低下、カリウム濃度の上昇などがみられる。そこで、濃厚赤血球製剤(MAP)と自己血製剤の貯蔵期間中の変化を観察した。MAPと自己血の貯血後5日(基準値)から35日までのアデノシン三リン酸(ATP)、2,3DPG、乳酸などの生化学的変化および、赤血球膜変形能、赤血球恒数を7日毎に測定し、各変化を基準値と比較した。赤血球膜変形能は、回転によるずり応力によって赤血球を変形させ、レーザー光線の回折像を用いて解析した。貯蔵期間中に赤血球膜変形能は、時間依存性に低下し、MAPは自己血に比較して膜変形能が有意に低下した。ATP濃度は貯血後12日までは増加し、その後減少に転じ、2,3DPG、乳酸値が基準値と比較して有意に変化し、こうした変化はいずれも自己血に比較してMAPで著明であった。貯蔵期間中のATP濃度の低下は、乳酸の貯留によるpH低下が解糖系回路を低下させ、代償的に2,3DPGを利用した可能性がある。貯蔵期間中のATPが高値にもかかわらず、MAPでは変形能が有意に低下した。変形能にはATPのみならず、NOや抗酸化作用など他因子が影響すると考えた。さらに、貯蔵バック中の溶媒の違いにより赤血球膜を通過する陽イオン勾配に相違が生じ、さらにMAPの放射線照射が赤血球の大きさや密度に影響を与え、変形能の違いが生じた。これまでの研究を統括すると、心臓手術中の濃厚赤血球製剤投与による循環血液中の赤血球の変化は、貯蔵血中の変化に関連することが示唆された。これまで得たデータをもとに統計解析を行い、生じた結果に基づいて考察し、論文執筆を進めていきたい。大量の輸血や貯蔵期間が長い血液製剤を使用するほど、輸血後に重篤な合併症を引き起こしやすい。濃厚赤血球製剤の貯蔵期間中の変化として、赤血球膜の変形能低下、2,3ジフォスフォグリセリン酸やNOの低下、カリウム濃度の上昇などがある。我々の過去の研究において、体外循環中に濃厚赤血球製剤の使用により、赤血球変形能が低下し、投与した濃厚赤血球製剤中の赤血球の変形能も低下し、比重の増加、小型化していたことにより、投与した濃厚赤血球製剤の置換により患者自己血中の赤血球変形能も低下したと考えた。しかし、なお、人工心肺が赤血球の変形能に与える影響がないとはいえない。そこで、体外循環使用の心臓手術において濃厚赤血球製剤および自己血製剤投与が赤血球膜変形能や密度にどのような変化を与えるかを比較検討した。体外循環使用の心臓手術症例(自己血投与6例、濃厚赤血球製剤投与16例)において、動脈カテーテルより1回5ccの採血を計4回行い、(全身麻酔開始前を基準として、体外循環開始後、体外循環終了後、手術終了直前)投与した赤血球製剤そのものも検体とした。投与した赤血球製剤の平均貯蔵期期間は7.8±1.9日(中央値8日、四分位範囲2.8日)であった。投与した濃厚赤血球血液製剤および自己血製剤の変形能は、基準値および体外循環終了後、手術終了前と比較して有意に低かったが、濃厚赤血球製剤の変形能低下はより著明であった。体外循環中に濃厚赤血球製剤投与により、体外循環終了後および手術終了前の赤血球変形能、MCV、MCHCが基準値と比較して有意に変化し、パーコール上の高密度の分画が増加したが、自己血製剤投与では、基準値と比較していずれも有意な変化はなかった。これまでの研究で体外循環中の赤血球の変形能の変化は、投与した濃厚赤血球製剤や自己血では異なり、これは貯蔵期間中の変化に起因すると予測した。

これまでの研究を統括すると、心臓手術中の濃厚赤血球製剤投与による循環血液中の赤血球の変化は、貯蔵血中の変化に関連することが示唆された。赤血球変形能の変化は、各血液製剤の貯血中の変化に関連すると予測し、濃厚赤血球製剤および自己血製剤の貯血後5日から26日までの7日毎のATP、2,3DPG、乳酸などの生化学的変化および、赤血球膜変形能、赤血球恒数を測定する。これまで得たデータをもとに統計解析を行い、生じた結果に基づいて考察し、論文執筆を進めていきたい。(理由)購入したい物品を請求すると、今年度の予算が足りなくなるため、次年度に請求することにした。(使用計画)英文校正代、試薬、コンピュータ、ボランティアへの謝金を次年度に請求予定としている。(理由)購入したい物品を請求すると予算を上回るため、次年度に請求することにした。(使用計画)英文校正、多変量解析など統計解析依頼、試薬やコンピュータ購買などの代金を請求予定としている。
ほ乳類培養細胞を用いたナノ素材の遺伝毒性機構解明

ナノマグネタイトのほ乳類培養細胞に対する遺伝毒性とそのメカニズムを調べた。ナノマグネタイトは細胞に小核と姉妹染色分体交換を誘導し、染色体異常誘発能を持つことが分かった。DNA二重鎖切断も観察された。活性酸素種の誘導も認めた。抗酸化剤は小核頻度を低減した。これらのことはナノマグネタイトが細胞に活性酸素種を誘導しDNA二重鎖切断を誘起、染色体異常を引き起こすことを示唆している。ほ乳類培養細胞における、ナノマテリアルによる生体分子損傷から染色体異常・ゲノム機能不全へ至る分子メカニズムを明らかにする。染色体中に生じるDNA損傷には、DNA鎖切断や酸化的塩基損傷、メチル化や多環芳香族炭化水素など大型分子が付加した塩基など、様々である。細胞には、こうした構造の異なる多種類のDNA損傷を修復するため、複数のDNA修復系が存在する。CHO株では各種DNA修復系を欠損した変異株が利用できる。これらの細胞株を用いて、ナノマテリアルに対する細胞生残率試験を実施した。ナノマテリアルが特定のDNA損傷を作るならば、その損傷に対応する修復系を欠損した変異株は野性株に比べナノマテリアルに対して感受性が高くなるはずである。各ナノマテリアル(多層カーボンナノチューブ(MWCNTs),カオリン,フェライト,フラーレン)を処理した細胞を4日間培養し増殖させた。細胞計数機から細胞数を、細胞性死判定蛍光試薬で生細胞数の割合を算出し、両者を乗じて生細胞数とした。その結果、NHDJ, NER, BER欠損株はMWCNTsに感受性と分かった。この増殖率の違いはMWCNTsがバルキーアダクト(大きい損傷)、DNA二重鎖切断、酸化的損傷を誘導することを示唆している。さらに活性酸素種(ROS)の寄与を明らかにするため、ROS用プローブを用いてフローサイトメーターでROSを定量した。その結果、これらナノマテリアルに1.5h曝露したCHO細胞中には、概ねナノマテリアル濃度依存的にROSが発生することがわかった。またこのROSの産生は抗酸化剤(N-アセチルシステイン(NAC)、Vitamin EまたはVitamin Cを共存させると減少した。ナノマテリアルの遺伝毒性にROSの関与が示唆されたため、抗酸化剤存在下で小核試験を行った。その結果抗酸化剤濃度依存的に小核誘発頻度は減少した。現在、活性酸素種(ROS)の寄与を明らかにするため、ROS用プローブを用いてフローサイトメーターでROSを定量中である。また抗酸化剤(N-アセチルシステイン(NAC)およびVitamin E)を共存させて生残率試験・ROS定量を行っている。本年度は遺伝毒性メカニズム解明のため、酸化的損傷を含めナノ材料が誘発するDNA損傷を探索する予定であった。そしてMWCNTsがバルキーアダクト(大きい損傷)、DNA二重鎖切断、酸化的損傷を誘発することを示唆する結果を得た。またその原因となるROS発生の証拠も揃いつつある。このため概ね計画通りに研究が進展していると評価できる。ナノマテリアルがどのような種類のROSを発生しているか、蛍光検出試薬とフローサイトメーターを用いて解析する。ナノマテリアルによって生じた小核がセントロメアを含んでいるかどうかを蛍光観察する。またDNAメチル化パターンの変化とヒストンアセチル化・リン酸化・メチル化状態の解析を行う。本年度同様、細胞培養試薬・器具、各種蛍光試薬・プローブの購入に使用する。成果報告のための学会発表旅費の支出を予定している。
DNA損傷におけるRNAポリメラーゼII伸長反応の生化学的解析

遺伝情報を担うDNAは、外的要因のみならず生体内の代謝過程で生ずる内的要因により傷つけられる。このDNA上に生じた損傷,DNA損傷を除去するために、2つの典型的な修復すなわちヌクレオチド除去修復(NER)機構と塩基除去修復(BER)機構が存在する。これらの修復系には、共通する2つの経路が存在することが示唆されている。一つは損傷を受けたゲノムDNA全体を修復する経路(GGR)、もう一つは転写が行われている領域の転写鋳型になっているDNA上の損傷を優先的に修復する経路(TCR)である。現在TCR経路には、一つの中心的モデルが存在する。1、RNAポリメラーゼII(RNA polymerase II ; RNAPII)が、DNA鋳型領域に生じたDNA損傷に出会う。2、RNAPIIはこの損傷を乗り越えることができずに転写合成を一時停止する。3、RNAPIIの停止が一つのシグナルとなってそれぞれの損傷にあった修復蛋白質を呼び込み損傷を修復するというものである。そこで、我々は精製したRNAPIIが、DNA損傷に遭遇したときのRNAPIIの挙動を調べた。その結果RNAPIIがDNA損傷により停止する場合と損傷を乗り越える場合の2つの現象を観察することができた。そのどちらの場合にも、RNAPIIのRNA合成において損傷塩基との相補性が重要になることを発見した。また、分子間力顕微鏡によりRNAPIIが損傷において停止する画像を得た。これらのことは、TCRの開始機構および損傷による新規の概念transcriptional mutagenesisの分子機構を解析していくうえで重要であると思われる。DNA損傷は典型的な2つの修復系ヌクレオチド除去修復(NER)機構および塩基除去修復(BER)機構によって修復される。近年、これらの修復系には、2つの経路が存在することが示唆されている。TCR経路には、NER及びBER機構どちらの場合も、RNAポリメラーゼII (RNA polymerase II ; RNAPII)を中心としたモデルが存在する。まず、1)RNAPIIが、DNA鋳型領域に生じたDNA損傷に出会う。2)RNAPIIはこの損傷を乗り越えることができずに転写合成を一時停止する。3)RNAPIIの停止が一つのシグナルとなって、それぞれの損傷にあった修復蛋白質をリクルートし損傷を修復するというものである。そこで、我々はこのモデルに従い、精製したヒトRNAポリメラーゼIIが内在性DNA塩基損傷(AP site, Uracil,8-oxoG)に遭遇したときのRNAPIIの挙動を調べた。AP siteとUracilにおいては、RNAPIIの停止が見られず、損傷を乗り越えた転写産物が観察された。一方、8-dxoGにおいては、RNAPIIの停止とさらに損傷を乗り越えた転写産物も同様に観察された。それぞれの損傷を乗り越えた転写産物の塩基配列を解析した結果、Uracilと8-oxoGにおいて、それぞれG:C T:A transitionとG:C A:T tranversionが観察された。これらのデータは、DNA塩基損傷損傷によるTCRの開始機構およびtranscriptional mutagenesis(転写変異)を示唆している。
三次元培養系ヒト皮膚線維芽細胞を用いた光老化による真皮成分mRNA発現の検討

皮膚の老化をもたらす加齢および紫外線の細胞外基質代謝に与える影響みるため、継代数35代の培養線維芽細胞を三次元培養し、真皮成分であるcollagen α1(I)、collagenase、elastin、elastase、decorinおよびversicanのmRNA発現をRT-PCRによって半定量した。加齢による老化については、若年者(11歳、12歳)と高齢者(75歳、77歳)から得た線維芽細胞を比較したが、いずれも明らかな差異は認めなかった。他方、若年者(22歳)より得た線維芽細胞を継代し、3代と9代の線維芽細胞について比較したところ、9代の細胞では3代よりcollagen α1(I)、elastin、decorin、versicanのmRNA発現が増加していた。単層培養系と同様に本培養系でも、継代数の少ないものは多いものに比べて、細胞増殖能が高く、従って早期に定常状態に入ってしまうことが推定される。9代の線維芽細胞の細胞外基質のメッセージの増加は、3代の細胞ではすでに安定した状態にあるが、9代ではゆっくりと増殖を続けている途中であるために、細胞外基質産生が高いと考えた。紫外線による老化(光老化)については、同一者2例の日光露光部と非露光部皮膚から得た線維芽細胞について検討したが明らかな差異は認めなかった。若年者(11歳)と高齢者(77歳)から得た線維芽細胞に室温で10J/cm^2の長波長紫外線(UVA)を照射し比較したところ、両者の最も大きな反応性の違いは、高齢者由来細胞におけるcollagenase mRNA発現の亢進、elastase mRNA発現の抑制であった。若年者では逆の変化を示した。今後、UVA照射に対する基質分解系酵素のmRNA発現の違いを蛋白レベルで確認することが必要である。さらにこの系を用いて光老化を予防する薬剤のスクリーニングのシステムを確立する予定である。皮膚の光老化に関する多くの研究は実験動物や単層培養線維芽細胞を用いて行われているが、今回、我々は線維芽細胞が自ら作り出すコラーゲンなどの細胞外基質内で重層して三次元構造をとる真皮モデルを用い、線維芽細胞のおもな細胞外基質成分mRNA発現に対するUVAの作用を検討した。1000mJ/cm^2のUVA(320-400nm)を照射し、3、6、12、24時間後に線維芽細胞からtotal RNAを抽出しRT-PCRを行ない、mRNAの発現量を半定量した。その結果、1・コラーゲン合成、分解系に関しては、collagen α1(I)のmRNA発現は3、6時間後に減少した。MMP-1のmRNA発現は6、12時間後に増加し、反対にMMP-1の活性を阻害するTTMP-1のmRNA発現は3、6、12時間後で経時的に減少を示した。MMP-2のmRNA発現は6時間後にわずかに増加した。ゼラチンザイモグラフィーによる培養上清中のMMP-2活性は24時間後に顕著に増加していた。リジルオキシダーゼmRNA発現は3、6、12時間後に経時的に減少した。これらのmRNA発現の結果から、UVA照射は短期的にはコラーゲン量減少の方向に作用すると考えられた。2・グリコサミノグリカンに関しては、プロテオグリカンであるデコリンとビグリカンのmRNA発現を検討したところ、デコリンは3時間後から増加、ビグリカンは6、12、24時間後で顕著に増加を示し、グリコサミノグリカンに関しては合成増加の方向に作用すると考えられた。3・エラスチンの合成、分解系に関しては、エラスチンのmRNAは24時間後に増加、エラスターゼのmRNAは3、6、12時間後に減少し、エラスチン量増加の方向に作用すると考えられた。これらのUVA照射による細胞外基質成分のmRNA発現の変化は、光老化皮膚で組織学的に認められる変化とほぼ一致すると考えられ、さらにタンパクレベルでの検討を行う予定である。

若年者(11歳)と高齢者(77歳)から得た線維芽細胞に室温で10J/cm^2の長波長紫外線(UVA)を照射し比較したところ、両者の最も大きな反応性の違いは、高齢者由来細胞におけるcollagenase mRNA発現の亢進、elastase mRNA発現の抑制であった。若年者では逆の変化を示した。今後、UVA照射に対する基質分解系酵素のmRNA発現の違いを蛋白レベルで確認することが必要である。さらにこの系を用いて光老化を予防する薬剤のスクリーニングのシステムを確立する予定である。
航空機チタン合金のマルテンサイト組織・相変態による新しい結晶粒微細化機構の解明

本研究は航空機用チタン合金においてマルテンサイト組織を利用した新しい微細化機構について、加工・熱処理過程の組織変化を詳細に評価した。Ti-V-Al系合金の加工・熱処理過程では加工後に超微細粒組織が形成され、微細β析出を組合せる事で、著しく高強度化される。Ti-10V-2Fe-3Al合金の熱間加工過程では、900°C以上-高速変形下(0.1s-1以上)で均質なマルテンサイト組織が得られ、これは加工過程の蓄積される転位密度を制御することで現れる現象である。目的:航空機用Ti合金(Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al,他航空機用Ti合金)のマルテンサイトの熱処理過程の組織変化の解明Ti-10V-2Fe-3Al合金の熱加工組織:本研究では微細分解の評価の前にマルテンサイト単相組織を得るために熱加工条件の制御でそれが得られるか評価した。本合金はマルテンサイト変態開始点が室温より若干に低めにあるために、単純な焼入れ処理では、均質なマルテンサイト組織は得られない。ところがβ単相域での熱加工過程で急速加工(ひずみ速度:大)では、均質なマルテンサイト組織が得られることが分かった。これは急速加主に伴う加工過程での素材に蓄積されるストアードエネルギー(転位密度と相関>の増加によるもので、加工時に大量に導入される欠陥がトリガーとなり、無拡散変態(マルテンサイト変態)が助長されたものと考えられる。更に、このマルテシサイト組織からの低温熱処理過程では硬さが経時的に増加する。400°C以上ではβ相への逆変態が比較的、早くから顕著であり、硬さの増分は大きくないことが分かった(メカニズムとしてα"からの微細分解よりむしろ、これまでに多く報告されている平衡α相の生成が硬さ増加に寄与)。一方でよりα相が安定なTi-6Al-4V合金では、α'マルテンサイトの低温-熱処理過程ではマルテンサイトバリアント界面と{10-11}双晶界面から平衡βが生成して硬さが増加している。この硬さの増加についてはβ相の形成よりむしろα'相の構造安定性が熱処理で増加したことが強く寄与したと考えられる。目的:航空機用Ti合金(Ti-10V-2Fe-3Al)のマルテンサイトの組織変化に及ぼす(冷間加工(低加工率)、熱間加工の影響を評価溶体化焼入れ処理を施したβ単相のTi-10V-2Fe-3Al合金を20%の圧延率で応力誘起α"マルテンサイト変態させて、微細なマルテンサイト組織を得た。その後、300°Cの熱処理ではβへの逆変態が進行するが、α"が残存したままで、転位欠陥を多く含んだ微細な針状(α"+β)組織を示していた。550°Cの熱処理では逆変態が完全に進行し、拡散変態も起き、粒状のα相が針状β組織から析出した形態を示していた。更に300°C、550°C、どちらの熱処理温度ともに時効後、著しい硬さ増加が観察された。また、熱間加工において、マルテンサイトを初期組織とすることはできなかったが、熱間加工において、1000°C、1100°Cのβ単相域でひずみ速度が1s^<-1>以上の加工でathermalマルテンサイト変態が著しく促進されることが分かった。これは、加工で導入される転位密度が加工速度1s^<-1>以上で10^<15>m^<-2>のオーダーを超えたためと考えられる。つまり、Ti-10V-2Fe-3Al合金のβとα"の自由エネルギーを考慮すると、この10^<15>m^<-2>オーダーでの転位の自己エネルギーがβの自由エネルギーに加算されると、マルテンサイト変態開始温度が室温以上になり、そのために熱間での高速変形下でα"マルテンサイト変態が活発に起きたと考えられる。Ti-10V-2Fe-3Al合金はnear βな組成の合金であり、室温でマルテンサイト変態を出現させるには冷間加工を利用する必要があったが、上記の結果から熱間でも加工条件(高速変形下)を最適化することでathermalマルテンサイト変態を促進させることが可能であることが示された。本年度は航空機用の(α+β)型合金Ti-6Al-6V-2Sn合金およびβ型合金Ti-10V-2Fe-3Al合金のマルテンサイト組織とその加工・熱処理過程およびAl組成を変化させた時の組織変化および機械的特性を評価した。Ti-6Al-6V-2Sn合金において、1100°Cで熱処理後、水中に溶体化焼入れ処理を施した組織は針状のマルテンサイト組織を呈しており、19.2%の極めて低い冷間圧延加工性(限界圧延率)を示していた。

これは、後に述べるが、多量のAl添加に伴う、転位運動の不均一性(プラナーな形態)に起因する。一方でAl量を減少させると、例えばTi-6V-2Sn合金のマルテンサイト組織において90%以上の優れた冷間圧延性を示すようになる。変形過程の転位運動の形態も均一であり、更に柱面<a>すべりに加えて底面<a>すべりの活動も確認され、双晶の活動も確認できたことから、多数の活動すべり系・双晶系が運動したことが理解できる。一方、引張延性について観てみると、マルテンサイト組織を有するTi-6Al-6V-2Sn合金においても10%以上の良好な室温延性(Ti-6V-2Sn合金と同等)を示していたことから、平面ひずみ状態における極めて圧延性が悪い要因について、活動するすべり系乙の違いだけでなく、他の要因も考えるべきである。これは今後の課題である。またこのマルテンサイト組織の熱処理過程において500°Cまでの低温熱処理下においてはTi-6Al-4V合金と同様に微細なβ相が析出し、著しく高強度化される(しかしながら延性は著しく低下)。この結果は低温熱処理を適切に組合わせることで、強度の調整が可能であることを示しており、工業的にも有意義な結果である。Ti-10V-2Fe-3Al合金についても、応力誘起マルテンサイト変態と低温熱処理を組合わせることで微細なα相析出を利用した高強度化が可能であった。組織変化および機械的特性に及ぼす加工-熱処理の影響について系統的に評価することができた。一方で観察された著しい硬化現象について、詳細に解明することができていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまで、Ti-10V-2Fe-3Al合金、Ti-6Al-4V合金について、評価し、計画では、24年度はTi-6Al-6V-2Sn合金、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金を行う予定であるが、冷間加工後の微細組織の熱処理過程の微細分解過程についてより詳細に評価・解析する必要があり、24年度はこれまでのTi-10V-2Fe-3Al合金およびTi-6Al-4V合金について更に詳細に評価しながら、テーマの発散を防止するために、新たな合金系としてTi-6Al-6V-2Sn合金のみを選定する。以上から、航空機チタン合金のマルテンサイト組織変化に及ぼす加工の影響について、特に冷間加工の影響を詳細に評価する。