hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脱分化脂肪細胞の培養上清およびExosomeを用いた再生医療

本研究では、ヒト脱分化脂肪細胞(DFAT)が分泌する脂質小胞(エクソソーム)の解析を行い、その治療効果を検討した。その結果、DFATから分泌されるエクソソーム中には、細胞間情報伝達を担うマイクロRNAが豊富に含まれ、そのプロファイルは脂肪組織由来幹細胞(ASC)に類似していた。DFAT由来エクソソームは、Tリンパ球の増殖を抑制し、制御性T細胞への分化促進作用を示した。またDFAT由来エクソソームは、椎間板髄核細胞の増殖を促進し、軟骨再生に係わる転写因子SOX9の発現を増加させた。DFAT由来エクソソームはTリンパ球の異常を伴う自己免疫疾患や変形性脊椎症に対し治療効果をもつことが示唆された。1脱分化脂肪細胞(DFAT)、骨髄間葉系幹細胞(MSC)、脂肪組織由来幹細胞(ASC)のセクレトーム解析人工関節置換術を受ける患者を対象に皮下脂肪組織、骨髄液の提供を受け、皮下脂肪組織から皮下脂肪由来DFATおよびASCを調製し、骨髄液から骨髄脂肪由来DFATおよび骨髄MSCを調製した。それぞれの細胞の培養上清を採取し、分泌されたサイトカインを網羅的に解析した。その結果、検討した4種類の細胞ともに分泌量の多いサイトカインとしてMCP-1、IL-6、IL-8、GRO、TIMP-1、TIMP-2などが同定された。ELISA法にて定量解析した結果、皮下脂肪由来DFATでは、ASCや骨髄MSCに比べ、HGF、SDF-1、VEGF、Leptinの発現が高い傾向があることが明らかになった。上記細胞の培養上清よりexosome濃縮試薬を用いてexosomeを単離した。電子顕微鏡観察にて直径約50-100nmのexosomeに特徴的な脂質小胞を認め、またウエスタンブロッティング法により、exoxomeマーカーであるCD63の発現を確認した。単離したexosomeからtotal RNAを抽出し、マイクロRNAが高濃度に含有されていることをバイオアナライザーにて確認した。ウエスタンブロッティング法にてexosome中に含有されるタンパク質の同定を試みたが、タンパク質の含有量が微量であったため同定には至らなかった。1. DFAT、骨髄MSC、脂肪組織由来幹細胞(ASC)に由来するexosomeの解析同一ドナーに由来するDFATおよびASCの培養上清より、exosome濃縮試薬を用いてexosomeを単離した。Total RNAを抽出し、exosome中のマイクロRNAのプロファイルをmiRNAマイクロアレイを用いて解析した(n =4)。その結果、DFAT由来exosomeとASC由来exosomeは再現性よく近似したマイクロRNA発現プロファイルを示すことが明らかとなった。ASC由来exosomeに検出されず、DFAT由来exosomeのみに検出されるマイクロRNAが6つ同定された。一方、ASC由来exosomeにのみ検出されるマイクロRNAは同定されなかった。以上の結果より、DFAT由来exosomeはASC由来exosomeに類似したマイクロRNAプロファイルを示し、さらにDFATに特有のマイクロRNAも存在することが示唆された。2. DFAT由来exosomeの培養細胞に及ぼす影響・培養血管内皮細胞に及ぼす影響:PKH67で蛍光標識したDFAT, ASC由来exosomeのヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)への取り込みを検討した。その結果、これらのexosomeはどちらも血管内皮細胞へ取り込まれることが確認できた。DFATをHUVECと共培養すると、HUVECの増殖、遊走、管腔形成が促進したが、DFAT由来exosome添加では、これらの明らかな促進効果は認められなかった。・培養単球、マクロファージに及ぼす影響:PKH67で蛍光標識したDFAT, ASC由来exosomeのヒト培養単球・マクロファージへの取り込みを検討した。その結果、DFAT、ASC由来exosomeの培養単球・マクロファージへの取り込みは検出できなかった。DFAT、ASC由来exosomeが含有するマイクロRNAのプロファイルを解析し、その差異を明らかした。またDFAT由来exosomeの血管内皮細胞に対する取り込みおよび細胞機能に対する影響を明らかにした。一方LPS刺激により感作させたDFATから分泌されるexosomeのmiRNAプロファイルの変化を検討する予定であったが、実施に至らなかった。またDFAT由来exosomeの椎間板髄核細胞に及ぼす影響を検討する予定であったが実施に至らなかった。以上の理由により研究は予定よりやや遅れて進行していると思われる。DFAT由来exosomeの培養細胞に及ぼす影響・椎間板髄核細胞に及ぼす影響: PKH蛍光ラベルしたヒトDFAT, ASC由来exosomeを用いてウサギ椎間板髄核細胞への取り込みを検討した。その結果、DFAT及びASC由来exosomeは共に効率よく髄核細胞へ取り込まれることが明らかになった。DFAT及びASC由来exosomeを髄核細胞へ添加し、髄核細胞の増殖能や遺伝子発現に及ぼす影響を評価した。その結果、DFAT及びASC由来exosome添加により、髄核細胞の増殖が促進され、Collagen type IIやAggrecanの発現に係わる転写因子Sox 9や、椎間板細胞外基質を構成するVersicanやCollagen type Iの発現が有意に増加することが明らかになった。以上の結果より、DFAT及びASC由来exosomeは髄核細胞に対し、変性抑制的に作用することが明らかになった。・T細胞に及ぼす影響: PKHラベルしたヒトDFAT, ASC由来exosomeのヒト末梢血リンパ球への取り込みを検討した。その結果、DFAT, ASC由来exosomeは共にリンパ球への取り込みが認められた。

末梢血Tリンパ球や臍帯血ナイーブT細胞に対しDFAT, ASC由来exosomeを添加し、リンパ球増殖や各種T細胞サブセット分化に対する効果を検討した。その結果、DFAT及びASC由来exosomeは用量依存性にTリンパ球の増殖抑制を示し、さらに臍帯血ナイーブT細胞から制御性T細胞への分化効率を有意に促進させた。DFAT及びASC由来exosomeは,リンパ球増殖抑制や制御性T細胞の分化促進を介して免疫制御に関与する可能性が示唆された。本研究では、ヒト脱分化脂肪細胞(DFAT)が分泌する脂質小胞(エクソソーム)の解析を行い、その治療効果を検討した。その結果、DFATから分泌されるエクソソーム中には、細胞間情報伝達を担うマイクロRNAが豊富に含まれ、そのプロファイルは脂肪組織由来幹細胞(ASC)に類似していた。DFAT由来エクソソームは、Tリンパ球の増殖を抑制し、制御性T細胞への分化促進作用を示した。またDFAT由来エクソソームは、椎間板髄核細胞の増殖を促進し、軟骨再生に係わる転写因子SOX9の発現を増加させた。DFAT由来エクソソームはTリンパ球の異常を伴う自己免疫疾患や変形性脊椎症に対し治療効果をもつことが示唆された。DFAT、骨髄MSC、ASCのセレクトーム解析に関しては予定どおり、特徴的な分泌タンパク質の同定に至った。DFAT、骨髄MSC、ASCに由来するexosomeの解析に関しては、予定どおりそれぞれの細胞の培養上清からのexosomeの単離およびマイクロRNAの抽出に成功した。当初マイクロRNAのプロファイルをmiRNAマイクロアレイなどを用いて解析する予定であったが、サンプル数を蓄積し同時に解析した方がよいとの判断から、本年度は解析まで至らなかった。マイクロアレイ用サンプルの調整はほぼ終了しており、平成27年度早期には、解析を実施できる予定である。以上の理由により研究はおおむね順調に進展していると思われる。最近、MSC由来exosomeがTリンパ球の分化を制御するとの報告があるため、次年度は、ヒトTリンパ球に対するDFAT由来exosomeの取り込み、細胞機能に対する影響を検討していく。また本年度実施できなかったウサギ椎間板髄核細胞に対するDFAT由来exosomeの影響を検討する。これらのin vitro実験結果にもとづき、適切な疾患モデルを用いたexosomeの生物個体における治療効果の検討を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。再生医学血管生物学今回DFAT、骨髄MSC、ASCの培養上清から抽出したexosome中のタンパク質解析を行ったが、採取できるタンパク質量が微量であったため、特徴的なタンパク質の同定には至らなかった。一方、exosome中のマイクロRNAに関しては、miRNAマイクロアレイによる網羅的解析や、RT-PCR法による定量解析ができる十分量のRNAが再現性よく抽出できることが明らかとなった。
超臨界水フローリアクターを用いた模擬海底熱水噴出孔環境下での有機物の合成

1970年代末に発見された海底熱水噴出孔は,化学進化的にも極めて興味深いものであり,これまで種々の系での模擬実験が行われてきたが,多くは閉鎖系を用いたものであった。本研究では実際の海底熱水系により近いと考えられる超臨界水熱水フローリアクターを作成し,そこでの有機物の生成反応について調べることを目的とした。本研究において作成したフローリアクターはHPLCポンプ,赤外線ゴールドイメージ炉,コールドバス,圧力コントロールバルブなどから構成されており,加圧状態で任意の温度で210分間加熱後,急冷(クエンチ)することができる。これを用いて海底熱水系を模擬した種々の化学反応を行うことが可能となった。本フローリアクターを用いた実験により,400°C,25MPaという,海底熱水系深部に近い環境下で,種々のアミノ酸の生成を含む有機合成反応が起こりうること,特に400°Cという超臨界温度においては,通常の熱水条件と異なった反応が起こることが示された。例えば,ホルムアルデヒド,シアン化物イオン,アンモニウムイオンからは室温ではグリシンしか生成しないが,超臨界水中ではγ-アミノ酪酸やδ-アミノ吉草酸など,より複雑なアミノ酸の生成が認められた。また,超臨界状態ではグリシンの水溶液から未同定の分子種が生成した。今後,反応の解析のため,この分子種の同定を試みていく予定である。また,海底熱水系を模擬した実験のためには,種々の金属イオンや鉱物,メタン・硫化水素などのガスなどが共存した系での実験が望まれる。本フローリアクターにガスや鉱物(固体)を直接導入することはできない。そのような実験のための実験装置の開発が望まれる。特に硫化水素は海底熱水系の反応を特徴づける化学種である。高温高圧下で硫化水素に耐えうる材質の選択が必要である。1970年代末に発見された海底熱水噴出孔は,様々な観点から注目を浴びているが,化学進化的にも極めて興味深いものである。本申請研究においては,海底熱水噴出孔環境下での有機反応を模するために、「超臨界水熱水フローリアクター」を作成した.この装置は、高速液体クロマトグラフ用送液ポンプ,赤外線イメージ炉,圧力調整弁、コールドバスなどから構成した.まず、装置の性能を評価するため、反応管内部の温度が、イメージ炉の温度設定、水の流量によりどのように変化するかを調べたところ、反応管内部の温度は設定温度よりも高くなること、超臨界水条件での実験が可能であることがわかった.本装置を用いた実験として、熱水深壊下でのグリシンの安定性とその反応、セリンとイミダゾールとの反応について調べた.炭酸水素アンモニウム水溶液を移動相として、グリシン水溶液を400°C,250気圧の超臨界状態で2分間加熱し、HPLCで分析したところ、グリシン自体は1%以下に減少したが、新たなピークが3本得られた.しかし、より低い温度では、これらのピークは得られなかった.また、セリンとイミダゾールの系からは300-350°C,250気圧で2分間加熱した場合、ヒスチジン相当の位置にピークが得られた.現在、このピークの同定を試みているが、新たな生成物がヒスチジンであるならば、これはヒスチジンの前生物的環境下での最初の生成物といえる.グリシンの反応も含め、本装置を用いた熱水・超臨界水実験によりこれまで知られていない新たな反応が起こりうることが示唆された.

1970年代末に発見された海底熱水噴出孔は,化学進化的にも極めて興味深いものであり,これまで種々の系での模擬実験が行われてきたが,多くは閉鎖系を用いたものであった。本研究では実際の海底熱水系により近いと考えられる超臨界水熱水フローリアクターを作成し,そこでの有機物の生成反応について調べることを目的とした。本研究において作成したフローリアクターはHPLCポンプ,赤外線ゴールドイメージ炉,コールドバス,圧力コントロールバルブなどから構成されており,加圧状態で任意の温度で210分間加熱後,急冷(クエンチ)することができる。これを用いて海底熱水系を模擬した種々の化学反応を行うことが可能となった。本フローリアクターを用いた実験により,400°C,25MPaという,海底熱水系深部に近い環境下で,種々のアミノ酸の生成を含む有機合成反応が起こりうること,特に400°Cという超臨界温度においては,通常の熱水条件と異なった反応が起こることが示された。例えば,ホルムアルデヒド,シアン化物イオン,アンモニウムイオンからは室温ではグリシンしか生成しないが,超臨界水中ではV-アミノ酪酸やδ-アミノ吉草酸など,より複雑なアミノ酸の生成が認められた。また,超臨界状態ではグリシンの水溶液から未同定の分子種が生成した。今後,反応の解析のため,この分子種の同定を試みていく予定である。また,海底熱水系を模擬した実験のためには,種々の金属イオンや鉱物,メタン・硫化水素などのガスなどが共存した系での実験が望まれる。本フローリアクターにガスや鉱物(固体)を直接導入することはできない。そのような実験のための実験装置の開発が望まれる。特に硫化水素は海底熱水系の反応を特徴づける化学種である。高温高圧下で硫化水素に耐えうる材質の選択が必要である。
消化器癌においてNotchシグナルの果たす役割の多様性

Notchシグナルは、消化器癌の増殖を亢進あるいは抑制し、多様な働きをすることが謎であった。今回我々は、その多様性のひとつのメカニズムとして、癌細胞と間質細胞の相互作用の可能性を提示した。癌細胞および間質細胞のどちらがNotchリガンドを持ち、どちらが受容体を持つのかで、異なった振る舞いをすることを示した。膜タンパクNotchは隣接した細胞の膜結合タンパクであるリガンドからの刺激により、胎生期や初期発生において細胞の分化・増殖・生存に係る因子である。幹細胞の維持、細胞の分化選択の運命決定、分化促進がその主な役割である。本研究の目的は、Notch pathwayの癌とのかかわりであるが、特に癌間質細胞による癌の分化誘導に関する関与を調べることが本研究の課題である。【結果】消化器癌の間質細胞を初代培養すると、形態的に2種の間質細胞が存在することが観察される。以前に当研究室で報告した間質マーカーpodoplaninによって2種が区別されることが示唆された。株化されたマウス間質細胞OP9をFACSを用いてpodoplanin+細胞とpodoplanir-細胞に分離培養した。これら細胞株のみでは、ヌードマウスへの移植性はない。しかし、大腸癌細胞株HCT116とpodoplanir-細胞とを同時に移植すると、HCT116のみより腫瘍の増大が誘導された。一方で、HCT116とpodplanin+細胞を移植した場合は、HCT116の腫瘍の増大を抑制することがわかった。OP9はNotch1を発現することがわかっており、今後、それら2種の間質細胞の癌への影響におけるNotchの役割をin vitro系、およびinhibitorを用いた実験によって解明する方針を得ることができた。株化されたマウス間質細胞OP9をFACSを用いてpodoplanin+細胞とpodoplanin-細胞に分離培養した。しかし、大腸癌細胞株HCT116とpodoplanin-細胞とを同時に移植すると、HCT116のみより腫瘍の増大が誘導された。大腸癌細胞の多くが、Notch1を発現しており、そのリガンドについて、podoplanin+およびpodoplanin-細胞におけるすべてのNotchリガンドの発現を比較した。結果、Delta-like4の発現がpodoplanin-で亢進していることがわかった。【この研究の意義】Notchの働きの多様性が、癌細胞と間質細胞の相互作用によるものである可能性が示唆された。特に、Delta-like4という特定のリガンドの作用が同定されたことによって、今後創薬の可能性が開けた。
ビッグデータを用いたハードウェア障害予測ツールセットの構築

大規模化した近年の計算機システムのハードウェアの障害を事前に予測することが求められている.ハードディスクのS.M.A.R.T.情報を機械学習させることによって、ハードディスク障害の予測に関する解析を行った.評価指標として,いわゆる陽性的中率(PRE)を用いた.その結果,壊れる日が近ければ近いほど、PREに影響を与える特有の兆候が表れることが観測された。また、S.M.A.R.T.情報を機械学習させて検出力を高めてあげることによって、かなりの高い精度で障害予測が的中することが示された。故障までの日数と近い期間の判定機による検出力が高いということがわかった。一般に,コンピュータシステムには,障害の検出,通知,障害原因の特定などの機能を備えた管理ツールが組み込まれているが,障害の検出は,障害が起きた後に有効になるものであるため,事前に対応策を打つことは困難である.そこで,本研究では,ネットワーク,サーバ群などの重要かつ大規模なシステムを対象に,ハードウェア内部の物理的現象,システムから抽出できるログ情報,およびシステムを取り巻く物理的環境の状態を捉えた外部的な情報の3つを網羅的に収集し精査することによって,ハードウェア障害が起こる前の予兆を捉え,ハードウェア障害を事前に予測することを目的とする.本研究においては,内部状態情報,内部物理情報,外部物理情報の3つの要素からデータを収集するため,初年度は必要な機器の整備を実施した.すなわち,高周波用アンテナや高周波解析用のスペクトラムアナライザなどの内部物理情報測定機器を設置し,気温,湿度計などの外部物理情報収集に必要な機器を解析用PCに繋ぐことでデータ収集に必要な測定環境を整備した.また,整備した測定環境で実際の測定を試行し,測定内容の確認やセンサー設置に関する調整や検討を行った.整備した測定環境で得られたデータを,高周波,低周波および使用CPU数,メモリなどの大量のデータを収集・保持するプロファイリングツールを構築するための準備を開始した.具体的には,データ自動収集プログラムの作成,観測自動化のためのプログラムの作成などを実施することによって,大量のデータを自動的に収集,保持するシステムを構築するための設計とプロトタイピングを実施した.また,プロファイリングツールにはsyslog解析のための処理プログラムも組み込むことで,内部,外部物理情報,内部状態情報の3つの情報を一箇所にまとめて一括で管理し,解析することを可能とする設計とした.本年度は、実験環境の整備、プロファイリングツールの構築を行う計画であり、概ね順調に進展している。実験環境の整備においては、測定ノイズの低減に時間を要したが、測定信号を有意に検出できる目途がついた。具体的には、データ収集や分析を行うための計算機、スペクトラムアナライザ、アンテナスイッチなどの実験環境インフラ用の機器の調達、セットアップおよび調整を実施した。またアンテナに関しては、ベースクロックに共振するよう設計する一方で広帯域における受信データの有意性を評価し、受信感度を上げるよういくつかの試作を行った。この試作によるプロトタイプの感度は概ね良好で、これにより今後の実験の実施が円滑に行われることが期待できる。したがって、ここまでの進捗状況は概ね計画に即していると言える。一般に,コンピュータシステムには,障害の検出,通知,障害原因の特定等の機能を備えた管理ツールが組み込まれているが,障害の検出は,障害が起きた後に有効になるものであるため,事前に対応策を打つことは困難である.そこで,本研究では,ネットワーク,サーバ群などの重要かつ大規模なシステムを対象に,ハードウェア内部の物理的現象,システムから抽出できるログ情報,およびシステムを取り巻く物理的環境の状態を捉えた外部的な情報の3つを網羅的に収集し精査することによって,ハードウェア障害が起こる前の予兆を捉え,ハードウェア障害を事前に予測することを目的とする.内部状態情報,内部物理情報,外部物理情報の3つの要素からデータを収集するため,初年度は必要な機器の整備を実施し,高周波用アンテナや高周波解析用のスペクトラムアナライザ等の内部物理情報測定機器を設置し,気温,湿度計等の外部物理情報収集に必要な機器を解析用PCに繋ぎ測定環境を整備した.また,整備した測定環境で実際の測定を試行した.整備した測定環境で得られたデータを,高周波,低周波および使用CPU数,メモリ等の大量のデータを収集・保持するプロファイリングツールを構築するための準備を開始した.具体的には,データ自動収集プログラムの作成,観測自動化のためのプログラムの作成等を実施することによって,大量のデータを自動的に収集,保持するシステムを構築するための設計とプロトタイピングを実施した.また,プロファイリングツールにはsyslog解析のための処理プログラムも組み込むことで,内部,外部物理情報,内部状態情報の3つの情報を一箇所にまとめて一括で管理し,解析することを可能とする設計とした.二年度目は、電磁波の微弱な変化を捉えるシステムを構築し障害が発生したハードウェアの実データの代わりに人工的に生成したデータを用いた場合の異常検知手法の比較を行った.コンピュータ内から発せられる電磁波の微弱な変化などの内部物理情報やシステムの設置環境から得られる外部物理情報を包括的に精査することによって障害の予兆を捉えるシステムの研究を実施している.障害が発生したハードウェアの実データの代わりに,人工的に生成したデータを用いた場合の異常検知手法について,ROC(Receiver Operating Characteristic)曲線を用いて比較をおこなった.異常検知は,予期しないふるまいをするデータパターンを見つけるための手法であり,さまざまな手法が提案されている.その中で,本研究では,4つの手法を検討した.生成した人工データを用いた場合,どの程度異常検知が可能であるかを,それぞれの手法を用いて検証した結果,次の結果が得られた.

ROC曲線は陽性,陰性を分けるカットオフポイントの位置により性能が示される.ROC曲線グラフの縦軸を異常データの検出度合いとした場合,完全な分類が可能なときの面積は1となるが,本年度実験で使用した人工データにおいては,手法によってそれぞれ検出性能が異なっていることが示された.Manhattan SCALEとk-nearest neighbors algorithmにおいては急峻な推移が見られるが,Manhalanobis distanceとSupport vector machine(SVM)ではなだらかな曲線となった.本実験に限定するならば,SVMが良好な結果を示している.このことから,データに応じて手法を使い分けることで,全体として,より検出力の高いシステムの構築が期待できることが改めて確認された.近年の計算機環境の大規模化に伴いハードウェアシステムの障害の影響も年々大きくなっている。そのため、ハードウェアの障害を事前に予測するシステムの構築が求められている.研究所や企業などにおいてハードウェア障害が発生すると,管理者は原因の究明と復旧作業などの対応に追われ,円滑なコンピュータ利用のサービスが妨げられる.しかし,障害の起きる原因は多様であり,パフォーマンスの低下やトラフィック状況などのハードウェアの内部情報を監視しているだけでは障害の予兆を捉えることは難しい.そのため、コンピュータの内部情報やシステムの設置状況などの外部情報を包括的に精査することによって障害の予兆を捉えるための研究を行っている。本年度は,ハードディスクのS.M.A.R.T.(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology)情報を機械学習させることによって、ハードディスク障害の予測に関する解析を行った.評価指標として,機械学習による予測で壊れると推測しかつ実際に壊れた個体ハードディスクの個数を全ハードディスク個数で割ったもの、いわゆる陽性的中率(PRE)を用いた.その結果,壊れる日が近ければ近いほど、PREに影響を与える特有の兆候が表れることが観測された。また、S.M.A.R.T.情報を機械学習させて検出力を高めてあげることによって、かなりの高い精度で障害予測が的中することが示された。さらに、学習と故障までの期間という観点から、故障までの日数と近い期間の判定機による検出力が高いということがわかった。このことから、学習に用いたデータの中には、壊れるまでの期間に応じて、その期間特有の傾向が見られるのではないかと考えられる。したがって、データに応じて学習データを使い分けることで,全体として,より検出力の高いシステムの構築が期待できることが改めて確認された.大規模化した近年の計算機システムのハードウェアの障害を事前に予測することが求められている.ハードディスクのS.M.A.R.T.情報を機械学習させることによって、ハードディスク障害の予測に関する解析を行った.評価指標として,いわゆる陽性的中率(PRE)を用いた.
湖年縞堆積物および雪氷コアを用いたアジアダスト輸送の季節性と沈積フラックスの解明

水月湖の年縞堆積物とカナダで採取された雪氷コアを用いて、アジアダストの沈積量を過去100年間にわたって復元した。更に、全球エアロゾル気候モデルSPRINTERSを用いた数値実験結果との比較を行った。その結果(1)水月湖におけるダスト沈積フラックスは過去100年の間に徐々に減少する傾向を示す、(2)アリューシャン低気圧が弱く偏西風が高緯度側で強くなる1950年代1970年代半ばにかけて、水月湖へのダスト輸送は減少しカナダへのダスト輸送は増加する、(3)水月湖に比べ、砂漠域から遠く高緯度に位置するカナダの方が春以外の季節のダスト輸送が卓越する、ことが明らかになった。本研究の目的は、アジアダストの沈積量とその供給源を季節毎に過去100年にわたり復元し、1.アジアダストの長距離輸送の季節性、2.ダスト供給源からの距離に応じた年間ダスト沈積量とその経年変化を明らかにすることにある。平成26年度は、雪氷コアを用いたカソードルミネッセンス(CL)分析法開発、湖底堆積物を用いた年間ダスト沈積量とその経年変化の検証(目的2)、全球化学輸送モデルを用いたダスト輸送の月別再現実験(目的1)を行った。以下に詳述する。湖底堆積物の分析:平成26年6月2024日にかけて、福井県・水月湖の7地点で表層コアを採取し、さらに水月湖と三方湖の集水域で土砂の採取を行った。表層コアは含水率が多く年縞に沿った分割が難しかったため、5mm(年縞約2枚分)間隔での分割を行った。分割した過去約100年分のコア試料と、水月湖・三方湖の集水域試料、砂漠・ダスト試料について、鉱物組成分析、ESR・結晶化度分析、粒度分析を行った。その結果、石英の結晶化度や長石のタイプ、粒度分析に基づくコア中のアジアダストの含有量推定に成功し、過去100年のダスト沈積フラックスの変動を復元した。復元したダスト沈積フラックスは06 mg/cm2/yearの値を持ち、1930-40年代に増加、1950-1970年代後半に減少、1970年代後半以降に増加する傾向が明らかになった。東アジアにおけるダスト沈積フラックスの長期復元は世界初である。雪氷コアの分析:カナダKing Colコアを用いて、フィルターを用いた粒子の濃集方法と、フィルターを用いたCL分析の手法開発を主に行った。モデル解析:全球化学輸送モデルGeos-chemを用いて2007-2012年について月毎に予察的なダスト輸送の検証を行った。その結果、春季のピーク以外に、8月にも弱いダスト輸送が行われている様子や、また年による季節性の違いが示された。本研究の目的は、季節毎の分析が可能な日本の湖年縞堆積物と、カナダやグリーンランドで採取された雪氷コアを用いて、アジアダストの沈積量とその供給源を季節毎に過去100年間にわたり復元し、1.アジアダスト長距離輸送の季節性(どの季節にどこで発生したダストがどれだけ輸送されるのか)、2.ダスト供給源からの距離に応じた年間ダスト沈積量とその経年変化を明らかにし、さらにモデルを用いてその原因を解明することにある。平成27年度の大きな成果は、福井県・水月湖における過去100年のダスト沈積フラックスの変動(1920年以降の緩やかな減少傾向、およびそれに加えて起こる数十年スケールの増減)の原因を、ヨーロッパ中期気象予報センター(ECMWF)が提供する20世紀の再解析データ等を用いて解析した大気場の変動から明らかにした事である。すなわち、ゆるやかな減少傾向は、モンゴルの温暖化に伴う可能性が高く、数十年スケールの変動は、アリューシャン低気圧の強さの変動に伴う偏西風主軸の南北振動によって、ダストの輸送経路が南北に振動することが主な原因である可能性を指摘した(Nagashima et al., 2016, GRL)。この結果は、アジアダストによる人々への健康被害や、大気組成への影響、北太平洋の生物基礎生産への影響を評価する上で、また将来的なダストの地球環境へのインパクトを推定する上で、重要な知見となる。一方、雪氷コアのCa2+分析からも、ダスト沈積量の数十年スケール変動が明らかになりつつある。こうした結果を受け、最終年度である平成28年度は、数十年スケールでのダスト沈積量変動が本当に偏西風経路の南北振動に伴うものであるのか、開発中の領域化学輸送モデルを用いたダスト輸送再現実験から明らかにし、更に数十年スケール変動がダスト輸送の季節性とどのように関係しているのか、コア分析およびモデル解析両面から明らかにする。本研究では1湖年縞堆積物の分析、2雪氷コアの分析、3モデル解析、の3テーマを基に研究を進めており、計画の修正が必要なテーマがあるものの、おおむね順調に進展している。以下、それぞれの進捗状況を記す。1水月湖・湖底堆積物の分析は順調に進展しており、これまでに過去100年のダスト沈積フラックスの復元および供給源の推定(主に長石タイプに基づく)を行った。樹脂で固めた水月湖堆積物のCL分析に着手し、平成28年度も引き続きダスト供給源の季節変動の復元を行う。一方、一の目潟・湖底堆積物は、湖周辺域から供給されるダスト以外の砕屑物の寄与が多く、ダストの含有量が非常に低いことが明らかになった。

そこで、時間解像度を下げ、経年変動の検証を中心に分析を進めている。2雪氷コア研究は、カナダMount LoganコアのCa2+濃度の分析を多数行い、当初の予定通りデータが出ている。一方、Ca2+濃度と雪氷コア中の粒子数との関係式を作るための、粒子数の測定も引き続き進めている。雪氷コア中の石英は個数が少なく、また粒径が小さいため、CL分析が当初の予定よりも遅れている。そこで、過去100年全てについて季節毎の解像度で分析を行うのではなく、Ca2+濃度分析結果から示唆されたダスト輸送量の多い年、少ない年を選択し、これらの年についてCL分析を行うよう計画を変更し、進めている。3領域化学輸送モデル(WRF-chem)については、幾つかの過去の大規模なダストイベント時の再現が可能であるか検証を行っている段階である。こうしたモデルを用いた再現実験と並行して、ECMWFが提供する再解析データを用いた過去100年のダスト輸送に関わる気象場の詳細な解析を行い、ダスト沈積フラックス変動の原因についての検証を行った。目的達成に向け、順調に進んでいる。本研究の目的は、季節毎の分析が可能な日本の湖年縞堆積物と、カナダやグリーンランドで採取された雪氷コアを用いて、アジアダストの沈積量とのその供給源を季節毎に過去100年にわたって復元し、アジアダスト長距離輸送の季節性(どの季節にどこで発生したダストがどれだけ輸送されるのか)と、ダスト供給源からの距離に応じた年間ダスト沈積量とその経年変化を明らかにし、さらにモデルを用いてその原因を解明することにある。平成28年度の大きな成果は、カナダ・雪氷コアから得られた過去100年のカルシウムイオン濃度の結果と福井県・水月湖における沈積量の復元結果の比較から、ダスト長距離輸送の十年規模の増減が、水月湖とカナダとで逆の関係にあることを明らかにした事である。すなわち、水月湖へのダスト輸送量が減少する1950-1970年頃に、カナダへのダスト輸送が増加していたことが分かった。さらに、全球エアロゾル気候モデルSpringersを用いた解析から(当初は領域化学輸送モデルを用いる予定であったが、リソース等の関係から長期に渡る計算には全球エアロゾル気候モデルを用いることになった)、水月湖とカナダに長距離輸送されるダストは、十年規模で見た場合に異なる傾向を示すことが裏付けられた。更に、それぞれの地域に輸送されるダストの季節変動も大きく異なり、水月湖に比べカナダに輸送されるダストは春以外の季節の輸送がより卓越する傾向が明らかになった。この結果は、大気化学やダストによる北太平洋・基礎生産への栄養塩(鉄)の供給を考える上で非常に重要になる。十年規模の変動と水月湖・カナダの逆相関の理由としては、両地点の緯度が異なることにより、偏西風主軸の南北振動が両地点に逆の傾向をもたらす可能性が高い。さらに、上述の輸送される季節の違いが異なる傾向の要因の一つとして挙げられる。水月湖の年縞堆積物とカナダで採取された雪氷コアを用いて、アジアダストの沈積量を過去100年間にわたって復元した。更に、全球エアロゾル気候モデルSPRINTERSを用いた数値実験結果との比較を行った。その結果(1)水月湖におけるダスト沈積フラックスは過去100年の間に徐々に減少する傾向を示す、(2)アリューシャン低気圧が弱く偏西風が高緯度側で強くなる1950年代1970年代半ばにかけて、水月湖へのダスト輸送は減少しカナダへのダスト輸送は増加する、(3)水月湖に比べ、砂漠域から遠く高緯度に位置するカナダの方が春以外の季節のダスト輸送が卓越する、ことが明らかになった。
「取消訴訟の排他的管轄」論の再考と究明

いわゆる「取消訴訟の排他的管轄」は、戦前において行政行為の実体法的効力として理解されていた「公定力」が、行政事件訴訟法により認められる手続法的効力として再整理された際に導出された概念である。同概念は、行政救済法分野において、現在第一級の重要性を有する法概念としての地位を確立した一方で、その実質的内容や射程範囲等について統一的な見解が得られているとは言い難い状況にある。そこで、本研究においては、伝統的な「公定力論」の歴史的な分析を通じて、「取消訴訟の排他的管轄」の全体像の解明に努める。
魚類レンサ球菌のABC輸送体の遺伝子変異により誘導される薬剤耐性に関する研究

魚類レンサ球菌症の原因細菌Lactococcus garvieae血清型IおよびII型のリンコマイシン耐性の疫学調査をした。その結果, I型血清型は、臨床株のほとんどがリンコマイシン単剤耐性株であった。II型血清型は2012年に初めて養殖場で確認されて以来、2015年にリンコマイシン単剤耐性株が見つかり以後増加していた。リンコマイシン耐性株と感受性株の代表株のゲノム解析を行った。その結果、血清型IおよびII型共に、ABC輸送体タンパクをコードするlsa遺伝子において、ヌクレオチドの点変異が耐性株と感受性株に確認された。血清型IおよびII型リンコマイシン単剤耐性株のlsa遺伝子を、相同組替えによりノックアウトしたlsa遺伝子欠損株をそれぞ作製した。lsa遺伝子欠損株のリンコマシンに対する最小発育阻止濃度(MIC)を測定したところリンコマイシン感受性に変化していたために、lsa遺伝子がリンコマイシン単剤耐性に関与している遺伝子である可能性を示した。また、ゲノムを解析した株以外のリンコマイシン単剤耐性株のlsa遺伝子の塩基配列を決定したところ、同様に同じ箇所に点変異が確認された。また、リンコマイシン感受性株を低濃度のリンコマイシンが含有培地で継代培養することで、人工耐性株を作製した。このリンコマイシン人工耐性株も同様に、同箇所の点変異が生じていた。また、I型のリンコマイシン耐性株のlsa遺伝子ノックアウト株に、耐性株のlsa遺伝子をクローニングした発現ベクターを導入した相補株は、リンコマイシン耐性が回復していた。この結果より、I型株のリンコマイシン耐性は、lsa遺伝子が関与していることを証明した。現在は、II株の相補株を作製している段階である。当初目的としていた、血清型I及びII型のL. garvieaeのリンコマシン単剤耐性株のABC輸送体遺伝子をコードするlsa遺伝子を、ノックアウトすることができた。そのため、lsa遺伝子欠損株のリンコマシンに対する薬剤感受性を調査することで、lsa遺伝子がリンコマイシン耐性に関与することの間接的証明が得られた。今後は、lsa遺伝子欠損株に再度lsa遺伝子を戻し、相補株を作成することでlsa遺伝子のリンコマシン耐性の関与を直接に証明する予定である。血清型I型に関してはすでに終了しているために概ね、本研究は順調であると判断する。今後の研究の進め方として、1)lsa遺伝子欠損株にlsa遺伝子を戻すことで相補株を作製する。相補株に対するリンコマシンに対する薬剤感受性試験を実施し、耐性が回復し、リンコマイシン耐性となっていることを証明する。2)I型lsa遺伝を、II型のlsa遺伝子欠損株に組み込み、I型の遺伝子がII型において発現するかを確認する。また、その逆も同じように確認する。3)リンコマイシン感受性株を、人工的に継代培養することでリンコマイシン耐性株を取得する。その人工耐性株のlsa遺伝子の変異を塩基配列を決定し、同様に同じ箇所に点変異が生じているか証明する。4)カンパチなどの養殖魚を実験魚として、リンコマイシン投与した場合、どれほどで耐性菌が出現するかを明らかにする。5)ABC輸送体タンパク質の阻害剤であるレセルピンなどの物質とリンコマイシンを同時に加え、L. garvieaeリンコマイシン耐性株の耐性レベルの変化を明らかにすることで、リンコマイシン耐性がABC輸送体であることを証明する。

そのため、lsa遺伝子欠損株のリンコマシンに対する薬剤感受性を調査することで、lsa遺伝子がリンコマイシン耐性に関与することの間接的証明が得られた。今後は、lsa遺伝子欠損株に再度lsa遺伝子を戻し、相補株を作成することでlsa遺伝子のリンコマシン耐性の関与を直接に証明する予定である。血清型I型に関してはすでに終了しているために概ね、本研究は順調であると判断する。今後の研究の進め方として、1)lsa遺伝子欠損株にlsa遺伝子を戻すことで相補株を作製する。相補株に対するリンコマシンに対する薬剤感受性試験を実施し、耐性が回復し、リンコマイシン耐性となっていることを証明する。2)I型lsa遺伝を、II型のlsa遺伝子欠損株に組み込み、I型の遺伝子がII型において発現するかを確認する。また、その逆も同じように確認する。3)リンコマイシン感受性株を、人工的に継代培養することでリンコマイシン耐性株を取得する。その人工耐性株のlsa遺伝子の変異を塩基配列を決定し、同様に同じ箇所に点変異が生じているか証明する。4)カンパチなどの養殖魚を実験魚として、リンコマイシン投与した場合、どれほどで耐性菌が出現するかを明らかにする。5)ABC輸送体タンパク質の阻害剤であるレセルピンなどの物質とリンコマイシンを同時に加え、L. garvieaeリンコマイシン耐性株の耐性レベルの変化を明らかにすることで、リンコマイシン耐性がABC輸送体であることを証明する。
珪藻温度指数にもとづく中新世の海表水温の復元

1.日本海側の南北測線に沿って珪藻温度指数を解析する目的で、津軽・秋田・山形・長野の各地の試料について生層序分析を試みた。しかし、太平洋側に比べて珪質岩の続成変化が進んでおり、時空的に断片的なデータしか得ることができなかった。2.このうち、津軽半島では放散虫とインテグレイトした生層序分析に成功した。その結果、オパールCT相以上に続成変化した硬質頁岩層を上下から挟み込む形で微化石年代を決定できた。3.また、山形盆地西縁部の山形大海牛産地近傍から年代決定が確実な化石帯、すなわち上部中新統のDenticulopsis dimorpha帯を発見できた。この発見によって地域地質における岩相層序区分の再検討が必要となり、合わせて山形盆地周辺の年代論やテクトニクスの解明が急務となってきた。4.しかし、秋田県真昼山地および笹森丘陵、新庄盆地周辺の鯨および海牛化石産地、および長野県信州新町などの陸上に露出する中新統・鮮新統からは生層序分析に有用な珪藻化石を検出することができなかった。5.結局、珪質微化石層序における日本海側の模式断面としては、能登半島が最適であることが判明した。特に能登半島北部において定量的な生層序分析を行い、放散虫層序との整合性を確認した上で太平洋側と同一の尺度を確立した。そして、古地磁気層序との対比を介して、北西太平洋地域を代表する基準面について年代値を算定した。6.新たに編年した年代尺度に基づいて、太平洋側における珪藻温度指数の時空分布を考察した。その際、これまで手作業に頼っていたコンターマップの作成がパソコンで行えるようデータ処理を刷新した。1.南北測線に沿った珪藻群集の頻度分布を考察する目的で、新潟県長岡市東方および秋田市南方の新第三系分布地域において生層序分析用のセクションを設定しようと試みたが、保存良好な岩石試料を入手することができなかった。そこで既存の試料を検索した結果、新潟県北部の胎内川ルートを検討候補に追加することにした。また、秋田県南部の2地点から中部中新統を主眼としたボーリング試料の入手が実現できた。2.山形盆地西縁部の山形大海牛産出層準近傍から年代決定が確実な化石帯、すなわち、上部中新統のDenticulopsis dimorpha帯を発見できた。この発見によって地域層序の岩相層序区分の再検討が必要となり、合わせて山形盆地西縁部の地質年代論や構造発達史の解明が課題となってきた。一方、真室川北方の鯨化石産地周辺からは中新統と鮮新統の境界付近の年代決定に有望な岩石試料を系統的に採集できた。3.津軽半島における既存のデータを再整理したが、続成変化による標本の劣化が著しく、定量分析には不向きなことが明らかになった。しかし、基準面の再評価や堆積速度の推定に関して、放散虫とインテグレイトした生層序分析に成功した。その結果、オパールCT相以上に続成変化している硬質頁岩層を上下から挟み込む形で微化石年代を決定できた。4.計画当初は自動撮影機能を備えた顕微鏡の購入を予定していたが、設備備品費の減額に対応して位相差装置を備えた機種に変更した。研究対象とする珪藻化石は透明で密度差を持たないため、透過光による分類同定に際して時折困難が生じていた。しかし、位相差装置の導入によってこの点が改善され、現有の写真撮影装置やテレビカメラ装置との共有も実現できた。

1.珪藻群集の頻度分布の基礎データを南北側線に沿って入手する目的で、長野県長野市西方の犀川流域に分布する新第三系を対象に生層序分析用のセクションを設定しようと試みたが、保存良好な岩石試料を採集することができなかった。通常の酸処理分析を行って珪藻化石の有無を確認したが、全試料とも無化石であった。2.山形県盆地西縁部に分布する葛沢層が上部中新統のDenticulopsis dimorpha帯に相当することが判明した。葛沢層の下位に位置する橋上層からは山形大海牛が発見されており、その堆積年代がDenticulopsis katayamae帯に相当すると考えられていた。これは今回の結果と大きく矛盾するものであり、模式地からの地層の追跡および両層の層位関係を再考察する必要が生じた。検討の結果、橋上層は主に葛沢層の下位にあるものの層位関係としては側方漸移であり、生層序年代もD.dimorpha帯がその下のThalassiosira yabei帯に相当するとの結論に至った。3.また、珪質堆積物の続成段階としては葛沢層までがオパールA相であり、それより下位の泥岩層はオパールCT相でありことが判明した。この結果を日本海のODP堀削井と比較したところ、山形盆地西縁は日本海よりも珪藻化石帯で1つ分だけ続成作用の進行が弱いことが明らかになった。これらの新知見により、山形盆地西縁部の地質年代論や地域内対比の再検討が急務となってきた。4.さらに、真室川北方の鯨化石産地周辺から中新統と鮮新統一を対象とした系統的な試料最終を実施したが、堆積物粒子が粗粒で、しかも淘汰が良いために珪藻化石を検出することができなかった。5.津軽半島の年代層序に関して放散虫との統合分析に成功し、その結果をまとめた。1.日本海側の南北側線に沿って珪藻温度指数を解析する目的で,津軽・秋田・山形・長野の各地の試料について生層序分析を試みた.しかし,太平洋側に比べて珪質岩の続成変化が進んでおり,時空的に断片的なデータしか得ることができなかった.2.このうち,津軽半島では放散虫とインテグレイトした生層序分析に成功した.その結果,オパールCT相以上に続成変化した硬質頁岩層を上下から挟み込む形で微化石年代を決定できた.3.また,山形盆地西縁部の山形大海牛産地近傍から年代決定が確実な化石帯,すなわち上部中新統のDenticulopsis dimorpha帯を発見できた.この発見によって地域地質における岩相層序区分の再検討が必要となり,合わせて山形盆地周辺の年代論やテクトニクスの解明が急務となってきた.4.しかし,秋田県真昼山地および笹森丘陵,新庄盆地周辺の鯨および海牛化石産地,および長野県信州新町などの陸上に露出する中新統・鮮新統からは生層序分析に有用な珪藻化石を検出することができなかった.5.結局,珪質微化石層序における日本海側の模式断面としては,能登半島が最適であることが判明した.特に能登半島北部において定量的な生層序分析を行い,放散虫層序との整合性を確認した上で太平洋側と同一の尺度を確立した.そして,古地磁気層序との対比を介して,北西太平洋地域を代表する基準面について年代値を算定した.6.新たに編年した年代尺度に基づいて,太平洋側における珪藻温度指数の時空分布を考察した.その際,これまで手作業に頼っていたコンターマップの作成がパソコンで行えるようデータ処理を刷新した.
マイクロマシニングにおけるトライボロジー現象の分子動力学的検討

本研究は,ナノメータレベルの材料除去加工におけるマイクロトライボロジー現象の物理モデルを構築し,分子動力学法を適用して現象を解明することを目的としている.原子論的アプローチによって,表面および界面での弾塑性変形,破壊,化学反応をともなう摩擦・摩耗および潤滑のダイナミックな現象を扱っている.研究の結果をまとめると,以下のようになる.(1)不完全結晶のマイクロマシニングにおけるトライボロジー現象の解析完全結晶ではなく格子欠陥や結晶粒界を含む実在材料,および一度切削して欠陥が導入された材料を再切削する場合のナノ切削機構を検討した.いずれも銅をダイヤモンド工具で二次元切削する場合を想定し,切りくず生成,切削抵抗,仕上げ面性状や最小切取り厚さに及ぼす工具-被削材間の摩擦や工具摩耗の影響を明らかにした.結論としては,結晶を完全結晶に近づけ,かつできるだけ鋭利な工具を用いることが良好な加工面を得るための必須条件である.(2)気泡模型を用いたマイクロトライボロジー現象のモデリング気泡の並びを原子配列にみたてた気泡模型切削実験装置を開発し,原子レベルの切削シミュレーション実験を行った.切削条件や工具形状,結晶の不完全性が切りくず生成や仕上げ面創成に及ぼす影響を検討し,転位の増殖,伝播を主体とするナノ切削機構を可視化した.また現象的には分子動力学シミュレーション結果とも一致した.気泡間および気泡と工具間のポテンシャルが決定できれば,さらに定量的な比較が行える.マイクロマシニングにおけるトライボロジー現象の三次元分子動力解析より実際的な3次元の機械的マイクロマシニング現象をシミュレートするために,2次元モデルを拡張した解析プログラムを作成するとともに,グラフィックス表示法も開発した.工具切れ刃によって一旦は除去された被削材原子が加工面に再堆積する「まわり込み現象」や,工具の摩耗原子が表面に再付着する過程が明らかになった.シミュレーションプログラムの開発と実行は,東大大型計算機センターのスーパーコンピュータを用い,可視化処理はWindows95上で行った.本研究は,ナノメータレベルの材料除去加工におけるマイクロトライボロジー現象の物理モデルを構築し,分子動力学法を適用して現象を解明することを目的としている.原子論的アプローチによって,表面および界面での弾塑性変形,破壊,化学反応をともなう摩擦・摩耗および潤滑のダイナミックな現象を扱っている.研究の結果をまとめると,以下のようになる.(1)不完全結晶のマイクロマシニングにおけるトライボロジー現象の解析完全結晶ではなく格子欠陥や結晶粒界を含む実在材料,および一度切削して欠陥が導入された材料を再切削する場合のナノ切削機構を検討した.いずれも銅をダイヤモンド工具で二次元切削する場合を想定し,切りくず生成,切削抵抗,仕上げ面性状や最小切取り厚さに及ぼす工具-被削材間の摩擦や工具摩耗の影響を明らかにした.結論としては,結晶を完全結晶に近づけ,かつできるだけ鋭利な工具を用いることが良好な加工面を得るための必須条件である.(2)気泡模型を用いたマイクロトライボロジー現象のモデリング気泡の並びを原子配列にみたてた気泡模型切削実験装置を開発し,原子レベルの切削シミュレーション実験を行った.切削条件や工具形状,結晶の不完全性が切りくず生成や仕上げ面創成に及ぼす影響を検討し,転位の増殖,伝播を主体とするナノ切削機構を可視化した.また現象的には分子動力学シミュレーション結果とも一致した.気泡間および気泡と工具間のポテンシャルが決定できれば,さらに定量的な比較が行える.マイクロマシニングにおけるトライボロジー現象の三次元分子動力解析より実際的な3次元の機械的マイクロマシニング現象をシミュレートするために,2次元モデルを拡張した解析プログラムを作成するとともに,グラフィックス表示法も開発した.工具切れ刃によって一旦は除去された被削材原子が加工面に再堆積する「まわり込み現象」や,工具の摩耗原子が表面に再付着する過程が明らかになった.シミュレーションプログラムの開発と実行は,東大大型計算機センターのスーパーコンピュータを用い,可視化処理はWindows95上で行った.本研究は,ナノメータレベルの材料除去加工におけるマイクロトライボロジー現象の物理モデルを構築し,分子動力学法を適用して現象を解明することを目的としている.原子論的アプローチによって,表面および界面での弾塑性変形,破壊,化学反応をともなう摩擦・摩耗および潤滑のダイナミックな現象を扱っている.2年計画の初年度は,以下の3項目について検討した.(1)不完全結晶に対する機械的マイクロマシニング完全結晶ではなく格子欠陥や結晶粒界を含む実在材料,および一度切削して欠陥が導入された材料を再切削する場合のナノ切削機構を検討した.いずれも銅をダイヤモンド工具で二次元切削する場合を想定し,切りくず生成,切削抵抗,仕上げ面性状や最小切取り厚さに及ぼす工具-被削材間の摩擦や工具摩耗の影響を明らかにした.結論としては,結晶を完全結晶に近づけ,かつできるだけ鋭利な工具を用いることが良好な加工面を得るための必須条件である.(2)気泡模型によるマイクロマシニングの可視化気泡の並びを原子配列にみたてた気泡模型切削実験装置を開発し,原子レベルの切削シミュレーション実験を行った.切削条件や工具形状,結晶の不完全性が切りくず生成や仕上げ面創成に及ぼす影響を検討し,転位の増殖,伝播を主体とするナノ切削機構を可視化した.また現象的には分子動力学シミュレーション結果とも一致した.気泡間および気泡と工具間のポテンシャルが決定できれば,さらに定量的な比較が行える.

(3)機械的マイクロマシニングの3次元への拡張より実際的な3次元の機械的マイクロマシニング現象をシミュレートするために,2次元モデルを拡張した解析プログラムを作成するとともに,グラフィックス表示法も開発した.工具切れ刃によって一旦は除去された被削材原子が加工面に再堆積する現象や,工具の摩耗原子が表面に再付着する過程が明らかになった.シミュレーションプログラムの開発と実行は,東大大型計算機センターのス-パコンピュータを用いて効率よく行えた.次年度はプログラムをさらに改良して,ワークステーションに移植する予定である.本研究は,ナノメータレベルの材料除去加工におけるマイクロトライボロジー現象の物理モデルを構築し,分子動力学法を適用して現象を解明することを目的としている.原子論的アプローチによって,表面および界面での弾塑性変形,破壊,化学反応をともなう摩擦・摩耗および潤滑のダイナミックな現象を扱っている.研究の結果をまとめると,以下のようになる.(1)不完全結晶のマイクロマシニングにおけるトライボロジー現象の解析完全結晶ではなく格子欠陥や結晶粒界を含む実在材料,および一度切削して欠陥が導入された材料を再切削する場合のナノ切削機構を検討した.いずれも銅をダイヤモンド工具で二次元切削する場合を想定し,切りくず生成,切削抵抗,仕上げ面性状や最小切取り厚さに及ぼす工具-被削材間の摩擦や工具摩耗の影響を明らかにした.結論としては,結晶を完全結晶に近づけ,かつできるだけ鋭利な工具を用いることが良好な加工面を得るための必須条件である.(2)気泡模型を用いたマイクロトライボロジー現象のモデリング気泡の並びを原子配列にみたてた気泡模型切削実験装置を開発し,原子レベルの切削シミュレーション実験を行った.切削条件や工具形状,結晶の不完全性が切りくず生成や仕上げ面創成に及ぼす影響を検討し,転位の増殖,伝播を主体とするナノ切削機構を可視化した.また現象的には分子動力学シミュレーション結果とも一致した.気泡間および気泡と工具間のポテンシャルが決定できれば,さらに定量的な比較が行える.(3)マイクロマシニングにおけるトライボロジー現象の三次元分子動力学解析より実際的な3次元の機械的マイクロシニング現象をシミュレートするために,2次元モデルを拡張した解析プログラムを作成するとともに,グラフィックス表示法も開発した.工具切れ刃によって一旦は除去された被削材原子が加工面に再堆積する「まわり込み現象」や、工具の摩耗原子が表面に再付着する過程が明らかになった.シミュレーションプログラムの開発と実行は,東大大型計算機センターのス-パコンピュータを用い,可視化処理はWindows95上で行った.