hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
発泡モジュールによる修復・成長機能をもつフレンドリーロボットの皮膚システムの研究

フレンドリーなロボットの皮膚システムの実現に向けて,従来,触覚センサや,インターフェイス,外観意匠,外装材料などとして個別の領域で取り扱われてきたロボットの外装を統合的にとらえて,高機能で印象面でも親和的なロボットの皮膚肉質システムの構成法を得ることを目指して研究した.1.高機能な肉質を持つための骨格と肉質の開発柔軟で高機能な皮膚を持つロボット"macket"を開発した.常温成形可能で形状復元性のある軟質発泡ウレタンと、型内部の着脱可能な突起部により厚く柔軟で,機能素子や配線が一体モジュールとなった新たな外装を実現した.2.肉質内部に埋め込むためのセンサシステム開発人同士のような反応行動に求められる触覚識別パターンを基にして,触覚センサ系をロボットに実装した.外装の厚みを活かしてセンサ実装面と表面形状とを分離させつつ多軸の柔軟なセンサ系を実現した.3.肉質および触覚情報を利用した行動システムの開発上記の触覚センサシステムを評価するため,同時多発的な人からの接触に対する反応行動を想定した触覚利用行動システムを開発し,"macket"に実装して動作を確認した.4.外観とインタラクションとの関係の解明のための外観試作とロボット外観印象評価本研究の外装の特徴を皮膚のように感じられる面の位置と身の詰まり方として捉えて,印象を調査した.部位ごとの太さの偏りよりも上記の特徴が不気味さの順序と一致しているなどの状態が観察され,好ましさの点で一つの有効な形となりえると考察した.以上をまとめると,生物の皮膚肉質と同様に厚い柔軟外装とそのセンサ系や印象を実現することが重要であるとの考えに基づき,柔軟外装の材質選定と成型法,多種センサの埋め込み実装法,反応行動の実現法を示し,人型ロボットの試作を通してその構成法を評価しロボットの触覚反応行動を発展させる可能性を示してきたものと考える.本研究は,環境や人間とのロボットの触れ合いを実現するための柔軟な皮膚肉質の実現を目指す.これに向けて下記のステップを考えている.a.高機能な肉質を持つための骨格と肉質の開発b.肉質内部に埋め込むためのセンサシステム開発c.肉質および触覚情報を利用した行動システムの開発d.外観とインタラクションとの関係の解明のためのロボット外観印象評価とそれを踏まえたロボット外装プロトタイピング本年度は特に下記の事柄を行う計画であった.1)センサ統合型高機能肉質のためのセンサシステムの統合とその評価2)ロボット骨格設計論の構築にむけた検証用ロボットシステムの製作3)ロバストな皮膚システムのための密閉性,交換容易性,修復容易性を持つ皮膚肉質の成型このうち,1)については分布させた力/トルクセンサとそれを包む軟質ウレタンフォームからなる触覚システムのハードウェア改良を行い,センサ出力の空間的補間性の確認や,熱によるセンサ出力の影響,ノイズの影響などの確認・評価を進めた.またヒューマノイドロボットに全身での接触インタラクション動作を行わせ,肉質の変形を伴う接触状態のセンシングによるロボット行動の拡張を実証した.2)についてはロボット骨格の改良を行いハードウェアの一新を行った.配線の収納やセンサの固定方法を変更しハードウェアの改善を行った.またロボットの行動制御システムについて,触覚情報の表示や触覚情報からの行動生成がより容易に行えるよう整備した.3)については本年度で約4回にわたる改良試作を行うことで,皮膚肉質の耐久性,交換容易性,密閉性が向上した.新たに簡易切削型を設計製作し,離型に使用する薬剤や表面のコーティング剤などをサンプルから試作して再選定することで,次年度以降の実験での使用に耐えうる程度の皮膚肉質素材を開発した.パーソナルな人工物からより親密な(フレンドリーな)システムの実現には、成長し、恒常性を保つ生物的性質とそれが触覚的に現れることが重要であると捉えている。これに向けて,従来,触覚センサや,インターフェイス,外観意匠,外装材料などとして個別の領域で取り扱われてきたロボットの皮膚肉質を統合的にとらえる。本研究では,次の4つの課題に取り組んでいる。a.高機能な肉質を持つための骨格と肉質の開発b.肉質内部に埋め込むためのセンサシステム開発c.肉質および触覚情報を利用した行動システムの開発d.外観とインタラクションとの関係の解明のための外観試作とロボット外観印象評価本年度は、下記の事柄を行った。■項目b.について:・肉質内部にセンサを含め機能素子を埋め込むため、モールド成形時の型に付加的な部品を用意することで埋め込むことが可能な方法を考案した。・埋め込みに耐えるセンサシステムは伸縮が可能で、熱による変化の生じにくいシステムである必要がある。これに対し、伸縮可能なケーブル、熱による変化の生じにくいセンサ構成について検討を進めた。■項目c.について:・ロボットの行動実験を容易にすることで来年度の研究を円滑に進めるため、関節部にトルクリミット機能を持ち、より可動性が高く、熱問題が低減された小型ヒューマノイドロボットを設計した。■項目d.について:・生物らしさ(アニマシー)に関連する研究分野の知見、また、社会心理学分野の知見から、ロボットの印象に関する調査を行うため、複数の外装を取り付けることが可能な印象評価用ロボットを開発し、実際にアンケート調査に使用した。

・ロボットの印象の評価を人間の援助行動になぞらえ、ロボットの外装が異なることで人間に与える正の感情とともに負の感情を調査するという、これまでのロボットの印象に関して明に考慮されてきなかった観点での調査方針を考案し、調査実験を行った。フレンドリーなロボットの皮膚システムの実現に向けて,従来,触覚センサや,インターフェイス,外観意匠,外装材料などとして個別の領域で取り扱われてきたロボットの外装を統合的にとらえて,高機能で印象面でも親和的なロボットの皮膚肉質システムの構成法を得ることを目指して研究した.1.高機能な肉質を持つための骨格と肉質の開発柔軟で高機能な皮膚を持つロボット"macket"を開発した.常温成形可能で形状復元性のある軟質発泡ウレタンと、型内部の着脱可能な突起部により厚く柔軟で,機能素子や配線が一体モジュールとなった新たな外装を実現した.2.肉質内部に埋め込むためのセンサシステム開発人同士のような反応行動に求められる触覚識別パターンを基にして,触覚センサ系をロボットに実装した.外装の厚みを活かしてセンサ実装面と表面形状とを分離させつつ多軸の柔軟なセンサ系を実現した.3.肉質および触覚情報を利用した行動システムの開発上記の触覚センサシステムを評価するため,同時多発的な人からの接触に対する反応行動を想定した触覚利用行動システムを開発し,"macket"に実装して動作を確認した.4.外観とインタラクションとの関係の解明のための外観試作とロボット外観印象評価本研究の外装の特徴を皮膚のように感じられる面の位置と身の詰まり方として捉えて,印象を調査した.部位ごとの太さの偏りよりも上記の特徴が不気味さの順序と一致しているなどの状態が観察され,好ましさの点で一つの有効な形となりえると考察した.以上をまとめると,生物の皮膚肉質と同様に厚い柔軟外装とそのセンサ系や印象を実現することが重要であるとの考えに基づき,柔軟外装の材質選定と成型法,多種センサの埋め込み実装法,反応行動の実現法を示し,人型ロボットの試作を通してその構成法を評価しロボットの触覚反応行動を発展させる可能性を示してきたものと考える.
新規セコステロイド誘導体の合成とその生体機構解明への利用及び、医薬品開発への展開

本研究テーマではプレビタミンD3を安定に単離すべく、有機合成化学により化学修飾を行い新規セコステロイド化合物として14-エピ-プレビタミンD3の安定誘導体を合成した。それらを用いて生物活性評価を行い、骨粗鬆症治療薬の基盤となる誘導体を開発し、また、遺伝子発現を介さない応答を調べる道筋をつけることができた。更に、19位メチル基の除去により、プレビタミンD骨格からタキステロール骨格への異性化を見出し、その医薬品としての新たな可能性を示す事ができた。ビタミンD_3はステロイドのB環が皮膚で紫外線照射をうけ電子環状反応を起こして開裂し、プレビタミンD_3となり、さらに体温により[1, 7]シグマトロピー転位を起こす結果生成するB-セコステロイド骨格を有する。[1, 7]シグマトロピー転位は可逆反応で、ヒト体温でビタミンD_3はプレビタミンD_3との96 : 4の平衡混合物として存在する。ビタミンD_3には専用の受容体(VDR :ビタミンD受容体)がほぼ全身どの組織にも存在し、VDRに結合するのはもちろん平衡で優位に存在するビタミンD_3である。では、常に体内に存在するマイナー成分であるプレビタミンD_3の役割は何であろうか。プレビタミンD_3は単離できないため、これまで化学構造と生物活性の関係が未知であった。本研究テーマではプレビタミンD_3を安定に単離すべく、有機合成化学により化学修飾を検討し、新規セコステロイド誘導体として14-エピープレビタミンD_3の安定誘導体を単離した。すなわち、D-グルコースやD-酒石酸をキラルテンプレートとして、A環2位の化学修飾(α方向とβ方向)、4位の化学修飾(α方向とβ方向)をプレビタミンD_3に施すことに成功した。さらに、合成した新規セコステロイド誘導体を未修飾の14-エピープレビタミンD_3と生物活性面で比較した。活性型ビタミンD_3のもつ、VDRを介する強力なgenomic actionはプレビタミンD_3には期待できないはずであるが、2-メチル体にはVDR結合親和性や、骨芽細胞で産生される骨基質タンパク質のオステオカルシン転写活性が認められ、また2-フェニル体にはVDR結合親和性がほとんどないにもかかわらず、高いオステオカルシン転写活性を見出した。これらの誘導体に生体内半減期の改善やVDRとの特異な結合様式を示唆する結果を得た。超高齢化社会で重要な骨粗霧症治療薬の基盤となる新しいセコステロイド骨格につながるものと考えられる。また、本研究成果で得られた安定な誘導体を使うことにより、プレビタミンD_3に期待されるnongenomic actionを調べる道筋をつけることができた。ビタミンD_3はステロイドのB環が皮膚で紫外線照射をうけ電子環状反応を起こして開裂し、プレビタミンD_3となり、さらに体温により[1,7]シグマトロピー転位を起こす結果生成するB-セコステロイド骨格を有する。[1,7]シグマトロピー転位は可逆反応で、ヒト体温でビタミンD_3はプレビタミンD_3との96:4の平衡混合物として存在する。そして、ビタミンD_3の14位をエビ化すると、その異性体であるプレビタミンD_3との熱的平衡が逆転することが知られており、我々はこれを利用して、2位置換14-epi-previtamin D_3の合成、および生物活性評価を行ってきた。ここで、平衡によって微量に含まれるビタミンD骨格をもつ化合物による生物活性への寄与を除くため、本研究では19位のメチル基を除去し、[1,7]シグマトロピー転位が成立しない14-epi-19-norprevitamin D_3誘導体の合成、活性評価を行うこととした。A環合成の出発物質として(-)キナ酸を用い、ビタミンD_3から得られる14-epi-CD環前駆体を用いてカップリング反応を行った。また、2位メチル置換体については、A環2位にエキソメチレンを導入し、同様にカップリングすることにより合成した。これらの生物活性を調べたところ、ビタミンD受容体(VDR)結合親和性は低いにも関わらず、高いオステオカルシン転写活性が見られた。これを精査したところ、測定条件下で化合物の異性化が観察された。すなわち、6,7-cis結合(previtamin D骨格)が6,7-trans結合(tachysterol骨格)へと異性化していることが示唆された。そこで、異性化後の化合物と考えられる、14-epi-19-nortachysterol誘導体の化学合成を行ったところ、上記の異性化後の化合物と一致し、VDR結合親和性、およびオステオカルシン転写活性について共に高い活性が認められた。これらの誘導体はtachysterol骨格の医薬品としての新たな可能性を示すとともに、超高齢化社会で重要な骨粗霧症治療薬の基となる新しいセコステロイド骨格につながるものと考えられる。
新規マウス軟部肉腫高肺転移株の樹立と肺転移再現動物モデルの開発

マウス良性神経系軟部腫瘍細胞株TR6BC1からマウス軟部肉腫で初めて自然肺転移を生じる高肺転移株TR6BC1-LMの樹立に成功した.軸索伸展や遊走能に関与するSemaphorin4D/PlexinB1シグナル伝達路が本細胞株で活性化されており,RNA干渉による機能抑制実験において,亢進した運動能,浸潤能の著しい減弱が観察されたことから,本シグナルが肺転移能を賦与する機能分子群の一つである可能性が示唆された.骨軟部肉腫は骨に生じる悪性骨腫瘍と筋肉などの軟部組織に生じる悪性軟部腫瘍に大別される疾患群である.その予後は原発巣の状態ではなく転移病巣によって左右され,現在でも悪性骨腫瘍の30%,悪性軟部腫瘍の約半数の症例は経過中に肺転移を生じ不幸な転帰を辿る.我々が樹立したマウス骨肉腫細胞株LM8は悪性骨腫瘍の肺転移過程を再現し研究材料として高い評価を得ているが,軟部肉腫の肺転移再現動物モデルは存在せず研究が著しく遅れている.本研究は世界に例のないマウス軟部肉腫高肺転移株の樹立と肺転移再現動物モデルの構築を主たる目的とする.研究実施計画「後期肺転移能を高めたマウス軟部肉腫細胞株TR6BC1-LMLの樹立」において,C3Hマウスに自然発生した良性神経系軟部腫瘍TR6BC1を用い,尾静注→肺転移形成→in vitro細胞培養→再度尾静注の操作(Fidler法)を繰り返しTR6BC1-LMLを樹立した.2次元培養下で長紡錘形の形態をとり単層性に緩徐に増殖する親株TR6BC1に比べ,本細胞株は小型で短紡錘形の細胞からなり重層性に増殖することが観察された.本細胞株はC3Hマウス尾静注により100%の確率で肺転移を形成するため,多段階からなる肺転移形成過程のうち,後半の血管外浸潤,肺組織への生着・増殖に長けた細胞株を樹立することができた.さらに本細胞株をマウス背部皮下に移植したところ,ほぼ100%の確率で肺転移を形成し担がんマウスを死に至らしめることが確認された.本細胞株(高肺転移株)は2次元の増殖能は親株と同程度であったが,3次元の増殖能やマウスでの腫瘤形成能は親株に比べ増大傾向にあることが観察された.マウス良性神経系軟部腫瘍細胞株TR6BC1からマウス軟部肉腫で初めて自然肺転移を生じる高肺転移株TR6BC1-LMの樹立に成功した.軸索伸展や遊走能に関与するSemaphorin4D/PlexinB1シグナル伝達路が本細胞株で活性化されており,RNA干渉による機能抑制実験において,亢進した運動能,浸潤能の著しい減弱が観察されたことから,本シグナルが肺転移能を賦与する機能分子群の一つである可能性が示唆された.骨軟部肉腫の予後は転移病巣によって左右され,現在でも悪性骨腫瘍の約30%,悪性軟部腫瘍の約半数の症例は,その経過中に肺転移を生じ不幸な転帰を辿る.我々が樹立したマウス骨肉腫細胞株LM8は悪性骨腫瘍の肺転移過程を再現し研究材料として高い評価を得ているが,軟部肉腫の肺転移再現動物モデルはなく,研究の遅れが著しい.本研究の目的は世界に例のないマウス軟部肉腫高肺転移株の樹立と肺転移再現動物モデルの構築を行い,肉腫肺転移機構を解明することである.研究実施計画1.「後期肺転移能を高めたマウス軟部肉腫細胞株TR6BC1-LMLの樹立」において,C3Hに自然発生した神経性軟部腫瘍TR6BC1を用い,尾静注→肺転移巣形成→in vitro細胞培養→再度尾静注の操作を2サイクル繰り返し,TR6BC1-LMLを樹立した.2次元培養下で長紡錘形の形態をとり単層性に緩徐に増殖する親株TR6BC1に比べ,本細胞株は小型で短紡錘形の細胞からなり重層性に増殖することが観察された.本細胞株はC3Hマウス尾静注により100%の確率で肺転移を形成することが確認された.当初計画した多段階からなる肺転移形成過程のうち,後半の血管外浸潤,肺組織への生着,増殖に長けた細胞株を樹立することができた.現在,作製された細胞株と親株で発現・機能解析を行い,後期肺転移能に関与する機能分子を探索中である.研究実施計画2.「前期肺転移能を高めたマウス軟部肉腫細胞株TR6BC1-LMEの樹立」においては,TR6BC1を107個C3Hマウスの皮下に注入し,腫瘍体積が2cm3を超えた時点でマウスを安楽死させ,心より無菌下に全血採血を行った.得られた血液を特殊培地で培養し,血中循環腫瘍細胞(circulating tumor cell, CTC)の増殖を観察することに成功した.マウス良性神経系軟部腫瘍TR6BC1から尾静注→肺転移形成→in vitro

細胞培養→再度尾静注の操作(Fidler法)を繰り返し,マウス軟部肉腫で初めて自然肺転移を生じる高肺転移株TR6BC1-LMを樹立することに成功した.本細胞株はマウス尾静注のみならず背部皮下への移植によってほぼ100%の確率で肺転移巣を形成することが確認された.TR6BC1-LMは2次元の増殖能は親株と同程度であったが,3次元の増殖能やマウスでの腫瘤形成能は親株に比べ有意に増大しており,運動能,浸潤能も有意に亢進していた.両細胞株の発現解析を行い生物学的機能の差を生じる機能分子の候補を複数確認した.最終年度に複数の候補機能分子の中から,神経系細胞で軸索伸展や遊走能に関与するSemaphorin4D/PlexinB1シグナル伝達路に焦点を絞り,発現および機能解析実験を行った.高肺転移株TR6BC1-LMにおいてSemaphorin4Dの受容体であるPlexinB1はRNAレベル,タンパクレベルでともに発現が増強していた,RNA干渉による機能抑制実験において運動能,浸潤能が著しい減弱を示すことが観察され,Semaphorin4D/PlexinB1シグナルが肺転移能を賦与する機能分子群の一つである可能性が示唆された.上記の知見を臨床応用するために,今後,Semaphorin4D/PlexinB1シグナル伝達路を特異的に抑制する候補化合物を入手し,in vitro, in vivoの実験系で運動能,浸潤能およびマウスでの腫瘤形成能,肺転移能に対する抑制効果を検討していく予定である.骨軟部腫瘍学当初,親株を皮下に移植した群の血中循環腫瘍細胞(CTC)を採取・増殖させること(CTC培養・増幅法)で「前期肺転移能を高めたマウス軟部肉腫細胞株TR6BC1-LME」を別途作成し,最終的にFidler法とCTC培養・増幅法を交互に行い,より転移能の高い細胞株を作出する予定であった。しかしながら、すでに作製されたTR6BC1-LMLがマウス背部皮下に注入するだけで高率に自然肺転移を生じ軟部肉腫の肺転移過程を再現することから、本細胞株を前・後期の肺転移能を高めたマウス軟部肉腫細胞株として用いることが可能と判断した.このことから,本研究の主たる目的である「マウス軟部肉腫高肺転移株の樹立と肺転移再現動物モデルの構築」作業はおおむね達成されたものと考えられる.研究実施計画1.については,計画通りに進行中である.後期肺転移能を高めたマウス軟部肉腫細胞株TR6BC1-LMLの樹立に成功した.研究実施計画2.についてはCTCを回収・増幅する操作(原発巣形成→CTCの採取→in vitro細胞培養)までは成し得たが,再度腫瘍細胞をマウス皮下に移植し,再度原発巣の形成を成立させる段階に至っていない.in vitro細胞培養の段階で培養細胞中の腫瘍細胞の純度や培養条件,再接種の時期などを再検討する.親株である良性神経系軟部腫瘍TR6BC1と高肺転移株TR6BC1-LMの運動能,浸潤能,マウスでの腫瘤形成能,肺転移能を比較検討し,両細胞株のin vitro, in vivoでの生物学的機能の差を解析中である.さらにマイクロアレイなどを用いた発現解析から両細胞株の生物学的機能の差を生じる機能分子の候補を複数確認しており、絞り込まれた分子の詳細な機能解析を順次行う.すでに神経系細胞で軸索伸展や遊走能に関与するシグナル分子が候補機能分子として有力である実験結果を得ており,本機能分子をターゲットにした解析実験を実施し,肺転移過程を制御する機能分子の同定を目指す.樹立に成功したTR6BC1-LMLを107個C3Hマウスの皮下に注入し,腫瘍体積が2cm3を超えた時点でマウスを安楽死させ,両肺を無菌下に摘出し肺表面に形成される転移結節を肉眼的あるいは実体顕微鏡下に観察する.すでに少数のマウスを用いた予備実験にて高い確率で肺転移結節が形成されることを確認した.今後マウスの実験対象数を増やし,安定的に観察可能な多数の肺転移結節が確認できれば,肺転移再現動物モデルの完成とみなす.担癌マウス血中より回収したCTCの培養には成功している.今後,in vitro細胞培養の条件を再検討するとともに,形態学的に腫瘍細胞の純度を上げin vivo造腫瘍形成能を高める.マウスでの腫瘍形成を確認後,CTCを回収・増幅する操作(原発巣形成→CTCの採取→in vitro
香川県がん在宅死亡率倍増計画

医療人材育成のため、昨年度と同様に医師や学生を対象にSPによる医療面接を行なった。医療面接後の感想においても、在宅でのがん患者の看取りという視点を持つことに関する意見が多く、学生のときにこういった視点を持つことは極めて重要であると考えられた。また香川大学が主催するNST勉強会で、2015/4/13に地域連携と栄養管理という演題で講演を行なった。大学および大学外の医療従事者や学生を対象にした勉強会で、約30人の出席があった。今後在宅医療に求められる栄養管理や病院や施設と社会における栄養連携、看取りにおけるギアチェンジなどについて話題提供し、今後香川大学をはじめとする病院が果たすべき地域連携における栄養から見た役割について議論した。外来では診療報酬がないなかで在宅支援体制を構築してゆく必要があり、多職種が集まり十分な時間を費やしにくいことや治療開始の比較的早い時期から取り組むことで、在宅で亡くなる事が選択肢のひとつであると認識しやすくなることなどを情報・意識共有することができた。また犬飼道雄、舛形尚がん在宅死亡率倍増計画-香川県がん在宅死亡率40%を目指して-地域ケアリング(17)84-89,2015を記した。地域ケアリングは発行部数2万部の介護福祉系の月刊誌で、介護を中心に大学病院ががん患者の在宅看取りに積極的に取り組んでいることが明らかになると考えられた。病院ー介護ー在宅の連携は、在宅看取りにおいては非常に重要で、大人数に対する教育的効果は高いと考えられた。医療人材育成のため、医師や学生を対象にSPによる医療面接を行い、少人数を対象とした実践的な研修会として、2014.4.24 4月度西部地区定例研修会・2014.10.31香川大腸がん治療学術講演会・2014.12.2消化器病集談会で消化器がんに関する講演会を医師・看護師・薬剤師を対象に行った際、香川大学でのがん在宅死亡に向けた具体的な取り組みなどを報告した。また多人数を対象とした講演会として、岡山栄養連携懇話会の運営を主体的に行った。肺がん患者で在宅での看取りを希望する場合の栄養管理に関するディスカッションを企画し、急性期病院医師・在宅診療医師・訪問看護師・ケアマネージャー・病院管理栄養士・訪問管理栄養士などが登壇するなかで座長を務めた。岡山と香川から一般参加者・医師・歯科医師・看護師・管理栄養士・薬剤師・リハビリ・行政など約100人の参加を得た。香川大学総合内科では2014年がん患者12人に対して在宅支援を行い、うち7人が在宅死亡した。最近は外来化学療法が一般的に行われるようになってきており、一度も入院しないまま終末期を迎える患者が増えている。現行の制度は入院において多職種が集まり在宅に向けて議論・準備をすることで一定の保険点数を得ることができるが、外来ではできない。チーム医療を促進しがん在宅死を増加させる目的で、在宅支援を行うときにはたとえ外来であっても入院の時と同様の対応をとってきたが、診療報酬を得られないという問題点が明らかになった。がん在宅死が可能な選択肢であることを認知してもらうために、口から食べる幸せを守る会と連携し、口から食べる幸せを守る会が編集し出版される予定の書籍において、管理栄養士が分担執筆している在宅での栄養管理にあたる論文の指導を行った。メーリングリストやOn Demand配信、定期的な会の開催などは費用と時間不足のため未達である。しかし人材育成や県民や医療・介護を巻き込んだ講演会やチーム医療の促進など達成部分も多いため。がん在宅死が可能であるという認知をしてもらうための論文・パンフレット作成を精力的に行う予定である。また将来的には外来でのがん在宅死亡に対する行為が保険収載されるような活動を目指してゆきたい。おおむね進捗はしているが、当初の計画とはずれがあるため未達部分の実現に向けて使用する
三次元連通気孔構造を有する新規置換型骨補填材の開発

炭酸アパタイトは骨置換しやすい材料として研究されているが、ブロック体のままでは骨置換しにくく多孔質の連通気孔を有する方がより置換されやすいと考えられる.今回三次元連通気孔を有する炭酸アパタイトとそれにスタチンを入れたものを作製し、ラット頭蓋骨上においたところ一部に骨置換があることが示された.今後はこの結果を踏まえ,形態付与や強度等の検討を行っていく必要性があると考えられる.現在インプラント治療は高い成功率を示す一方、適応範囲の拡大につれ、埋入部位の骨が不足している患者に対し十分な骨を再生できるかが重要な鍵となる.骨造成を行うにあたっては様々な骨補填材が用いられているが、自家骨は骨に置換しやすくゴールドスタンダードである一方で採取量に限界がある、他科骨や異種骨は供給量は豊富であるが、未知の感染の可能性があり、人工骨は供給量が豊富であるがそれ自体が置換しにくいなどの欠点があげられるなど、材料により利点・欠点が存在する。それらより求められる材料の理想的な条件として1骨形成のための細胞の足場となる三次元構造を有し、2その材料自体が早期に骨置換し、3咬合圧に耐える程度の強度を有し、4為害性がないことがあげられる.本研究では三次元的な硬化体を石膏系材料もしくは既存の骨補填材を用いて作製後、骨置換しやすい材質に水熱処理を用いてカルシウムアパタイト構造に改良し、耐久力や三次元構造の確認などの物性を確認した後、細胞実験による効果、動物を用いて造成し、その効果を検討するものである.また骨形成促進の可能性があるスタチンを混合し骨形成の割合、置換した骨の割合等についても比較検討するものである。まず材料に関する研究を行い、骨補填材料および石膏系材料に関して単純に硬化体をそれぞれ作製し、オートグラフを用いて破壊試験を行い、材料等により耐久性に少し違いが見られる傾向があることがわかった。現在インプラント治療は高い成功率を示す一方、適応範囲の拡大につれ、埋入部位の骨が不足している患者に対し十分な骨を再生できるかが重要な鍵となる.骨造成を行うにあたっては様々な骨補填材が用いられているが、それぞれに長所、短所がある.それらより求められる材料の条件として1骨形成のための細胞の足場となる三次元構造を有し、2その材料自体が早期に骨置換し、3咬合圧に耐える程度の強度を有し、4為害性がないことがあげられる.本研究では骨置換能が高いことが報告されている炭酸アパタイトの構造を改良し,3次元連通気孔を有する炭酸アパタイトまたはスタチンを混合したものを作製した.SEM像で微細構造を確認したが,硬化体に比べ力学的強度を付与することはできなかった.動物実験では作製した顆粒を脛骨骨欠損部に,ブロック体を頭蓋部に挿入し骨への置換能を評価した.結果では炭酸アパタイトおよびスタチン混合炭酸アパタイトいずれも骨置換が見られたが、頭蓋部モデルではブロック体と骨との非生着が部分的に見られた.スタチン混合による臓器への為害性は血液検査より見られなかった.このことからより強度があり生着能のよい骨補填材を改良して作製する必要性があると考えられる.炭酸アパタイトは骨置換しやすい材料として研究されているが、ブロック体のままでは骨置換しにくく多孔質の連通気孔を有する方がより置換されやすいと考えられる.今回三次元連通気孔を有する炭酸アパタイトとそれにスタチンを入れたものを作製し、ラット頭蓋骨上においたところ一部に骨置換があることが示された.今後はこの結果を踏まえ,形態付与や強度等の検討を行っていく必要性があると考えられる.まず材料の基本的な性状を調べるために材料のみで硬化体を作製し、硬化体の耐久度を計測し基本的な材料の性状を確認することは可能であったが、実際の三次元構造には至っていないため、今後選択した材料をさらに三次元にするために改良する必要性がある。歯科補綴学今後の方針としては材料自体の比率で大きな変化は見られず、均一にある程度の咬合力には耐えられる。もしくは暫間補綴に耐えられる可能性があることが確認できたため、実際の3次元構造体で作製し、もう一度物性を確認の後細胞実験、動物実験を行っていく予定である。またスタチンの濃度を変えた状態でも同様の構造物を作製し、細胞実験、動物実験へと進めていく予定である。最後に毒性等がないか生体、細胞両面から確認していく。昨年度は本実験のための基礎的な実験がメインになったため、結果的に使用額に変更が生じた。本年度は本材料の最終測定、細胞実験、動物実験を行っていく。
悪性黒色腫幹細胞の網羅的エピゲノム解析と新規分子標的の同定

悪性黒色腫細胞株において、幹細胞様性質をもつ細胞を同定するための検討を行った。ABCB5陽性細胞、CD271陽性細胞は、ABCB5陰性細胞やCD271陰性細胞と比較してNOD-SCIDマウスにおいて高い腫瘍形成能を示した。またPKH染色による色素保持細胞(label retaining cell)は高いsphere形成能を示し、かつCD271およびABCB5を高発現していた。これらの結果から、label retaining cellは幹細胞様性質を持つ細胞集団を含んでいると考えられた。これらの細胞のさらなるエピゲノム解析が、悪性黒色腫の新しい治療標的の発見に有用であると考えられた。H23年度で、WM266細胞においてCD271陽性細胞の腫瘍形成能が高いことが示唆されたため、別の細胞株においても同様の腫瘍形成能を示すかどうかの実験を行った。mm96LとA2058メラノーマ細胞株を用いて、FACSをもちいて、CD271陽性細胞と陰性細胞を分離し、NOD-SCIDマウスに移植を行い、腫瘍の増殖を観察した。mm96L細胞、A2058細胞いずれにおいてもCD271陽性細胞とCD271陰性細胞で腫瘍は形成がみられ、形成した腫瘍のサイズに差はみられなかった。これらのことから、CD271陽性細胞は、WM266細胞においては、幹細胞様性質をもつ細胞集団であるが、mm96L細胞やA2058細胞においては、腫瘍形成能に差がみられず、幹細胞マーカーとしてのCD271は細胞株によって有用性に差があると考えられた。また、メラノーマ細胞株のNOD-SCIDマウスへの移植実験は、細胞株によっては、細胞数10個の移植でもCD271陽性、陰性に関係なくすべてのマウスで腫瘍が形成されるため、腫瘍形成能の評価方法として使用するのは難しいのではないかと考えられた。次に、幹細胞は細胞周期において静止期にあることが多く、また分裂の際も非対称性分裂をする性質を利用して、label retaining cellが幹細胞様性質をもつかどうかを検討した。WM266メラノーマ細胞株をPKH色素で細胞膜を染色して培養後、FACSを用いて、PKH色素が残るPKH high細胞と、PKH low細胞を分離し、sphere形成能を比較したところ、PKH high細胞でPKH low細胞よりも高いsphere形成能がみられた。これらのことから、WM266細胞においてPKH highなlabel retaining cellが幹細胞様性質をもつ可能性が示唆された。H23年度は悪性黒色腫細胞株において幹細胞様の性質をもつ細胞を同定するため、悪性黒色腫の幹細胞マーカーと報告されている抗体、色素を用いて、細胞を分離し、NOD-SCIDマウスに移植し腫瘍形成能について検討した。Hoechst色素を用いたFACS解析でSide Population(SP)細胞が認められたA2058メラノーマ細胞株について分離したSP細胞をNOD-SCIDマウスに移植し、Main Population(MP)細胞と腫瘍の増殖を比較したところ、すべてのマウスでSP細胞、MP細胞いずれも腫瘍を形成し、増殖にも差はみられなかった。次に、ABCB5抗体、CD271抗体を用いて同様の実験をおこなった。ABCB5抗体で陽性細胞がみられたAKIメラノーマ細胞株で、ABCB5陽性細胞と陰性細胞をNOD-SCIDマウスに移植をおこなったところABCB5陽性細胞では移植したすべてのマウスで腫瘍が生着し増殖がみられたが、ABCB5陰性細胞ではすべてのマウスにおいて腫瘍は生着しなかった。次にCD271抗体について陽性細胞がみられたWM266細胞株でCD271陽性細胞と陰性細胞をNOD-SCIDマウスに移植したところ、CD271陽性細胞もCD271陰性細胞もいずれもNOD-SCIDマウスに生着はみられた。移植細胞数が100細胞ではCD271陽性細胞とCD271陰性細胞で増殖に差はみられなかったが、移植細胞数10細胞ではCD271陽性細胞由来の腫瘍は陰性細胞由来の腫瘍にくらべ、増殖速度が速く、優位な差がみられた。これらの結果からAKIにおけるABCB5陽性細胞、WM266におけるCD271陽性細胞は腫瘍形成能が高い細胞集団であることが示唆された。H23年度に産休、育休を取得したことと、メラノーマにおいて幹細胞様性質を示す細胞の同定に時間がかかっているため。H23年度は産前産後休暇の取得により実験計画がやや遅れました。H23年度の実験結果から、腫瘍形成能が高い傾向にあったABCB5陽性AKI細胞と、CD271陽性WM266細胞について、遺伝子発現アレイ, Methylated CpG Amplification microarray (MCAM)法、ChIP-sequence法を用いて、遺伝子の発現、DNAメチル化、ヒストン修飾について解析を行い、ABCB5陰性AKI細胞やCD271陰性WM266細胞、正常メラノサイトとの比較を行う。MCAM法およびChIP-

seqence法で得られたメチル化情報を、癌幹細胞、非幹細胞で比較し、癌幹細胞で特異的にメチル化異常がある遺伝子を同定する。同定した遺伝子の中から幹細胞様の性質に関与すると考えられる遺伝子を絞り込む。マイクロアレイ、シークエンスキット、試薬、酵素の購入、学会発表の旅費に使用する予定です
南半球における衛星測地・リモートセンシングの国際協力による推進

1.精密重力潮汐研究について以下の成果を得た。(1)昭和基地の超伝導重力計データ(1993年3月-1994年3月)の解析から日周潮・半日周潮帯域について14分潮のδファクターを求めた。求められた半日周潮のδファクターがDehant-Wahr理論予測より約10%大きいことが分かった。(2)同様のデータ解析(1993年3月-1995年1月)からMf、Mmなどの長周期潮汐10分潮についてもδファクターを求めた。海洋潮汐効果の補正は平衡潮モデル、Schwiderski、Dickman、Ma et al.、Desai&Wahrなど5つの全球潮汐モデルの場合について計算した。観測データに含まれる測定誤差20nGal、海洋潮汐補正誤差30nGalを考慮して求められるδファクターは、Mf、Mmともに1.169となり、日周潮帯域について求められた1.157と有意に異なることがわかった。2.南半球測地基準点網についての研究で以下の成果を得た。(1)昭和基地VLBIアンテナ基準点とSGAR・GPS基準点、DORIS基準点間でのITRF92座標比較を行った。(2)VLBIアンテナ基準点の地上取り付け精度が±25cmのため詳しい議論には限界があるが、DORIS解とVLBI解では最大12cm偏差内の一致が見られた。解析結果はKanao et al.(1995)により測地学会誌に掲載された。(3)SCAR92GPSキャンペーンデータの解析をGAMIT+GLOBKプログラムにより行った。17地点、10日前データ、SIO暦による解析結果と上記(2)の結果とではX成分に説明できない大きな差(10m)があることが分かった。そのため、SCAR95 GPSキャンペーンデータを用いて比較解析を継続している。(4)昭和基地がIGS網に参加するためのGPSデータ伝送方法について見通しを得た。3.国際協同研究計画立案について以下の進展を見た。(1)オーストラリア地質調査機構と重力潮汐共同研究を開始した。1996年11月からモ-ソン基地において重力潮汐データの収録を行っている。(2)ドイツ主導のSGAR96 GPSキャンペーン(1996年1月-2月)に協力した。(3)南極VLBI実現に向けて、オーストラリア、ドイツ、南アフリカと実施プランを協議している。ShibuyaによるStatus ReportがProceedings of APT'95Workshopoに掲載される。(4)南極全域(79°S以北)を覆う形でSARデータを取得するためのERS-1/-2によるTandem Missionを現在行っている。マクマ-ド基地、オヒギンズ基地、昭和基地での調和の取れた受信が決定的に重要であるが、本研究による協議により順調な経過を見ている。4.その他(1)昭和基地におけるSTS地震計観測データを用いたCrustal Receiver Functionの研究を行った。南極大陸内部を通る経路と海測定を通る経路での相違からS波地殻構造に異方性が見られることが分かった。解析結果はKanao et al.により、第21回IUGG総会において発表された。(2)しらせ船上三成分磁力計データを用いた南大洋地殻進化過程についての研究成果がNogi et al.により第21回IUGG総会において発表された。

(1)オーストラリア地質調査機構と重力潮汐共同研究を開始した。1996年11月からモ-ソン基地において重力潮汐データの収録を行っている。(2)ドイツ主導のSGAR96 GPSキャンペーン(1996年1月-2月)に協力した。(3)南極VLBI実現に向けて、オーストラリア、ドイツ、南アフリカと実施プランを協議している。ShibuyaによるStatus ReportがProceedings of APT'95Workshopoに掲載される。(4)南極全域(79°S以北)を覆う形でSARデータを取得するためのERS-1/-2によるTandem Missionを現在行っている。マクマ-ド基地、オヒギンズ基地、昭和基地での調和の取れた受信が決定的に重要であるが、本研究による協議により順調な経過を見ている。4.その他(1)昭和基地におけるSTS地震計観測データを用いたCrustal Receiver Functionの研究を行った。南極大陸内部を通る経路と海測定を通る経路での相違からS波地殻構造に異方性が見られることが分かった。解析結果はKanao et al.により、第21回IUGG総会において発表された。(2)しらせ船上三成分磁力計データを用いた南大洋地殻進化過程についての研究成果がNogi et al.により第21回IUGG総会において発表された。1.精密重力潮汐研究について以下の成果を得た。昭和基地の超伝導重力計データ(1993年3月-1994年2月)の解析からMf、Ssaなどの長周期潮汐δファクターを求めた。観測データから理論的な地球潮汐、気圧応答、極運動による変動成分を差し引くと13μGalの季節変化が残ることがわかった。この季節変化は、海洋大循環変動、大気角運動量変動の季節変化と相関を持つことが考えられるので、GPS位置の季節変動と比較する必要がある。以上の解析結果は8月14日-17日のカナダ・ホイッスラ-マウンテンにおける第4回国際SEDIシンポジウムにおいて、佐藤忠弘により発表されたほか、測地学会誌に一部掲載される。2.衛星測地網の構築・維持について以下の成果を得た。昭和基地VLBIアンテナ基準点とSCAR・GPS基準点間の取り付け測量を試みた。用いたGPS受信器が一波であること、11mアンテナ鏡面縁への取り付け固定方法が必ずしも最適でないこと、設定方位角が6つと十分でないことから得られたXYZ座標の収束誤差は各成分とも17cmに達した。しかし、得られたVLBI座標をDORIS及びGPSによるITRF座標と比較すると、各成分とも10cm以内の偏差で一致することがわかった。手法は確立したので、二波受信機を適用して1-2cm精度を実現するのが次なる目標である。今回の解析結果はKanao et al.(1995)により測地学会誌へ投稿中である。3.国際協力についてオーストラリアとの重力潮汐共同研究を1995年6月から実施する目途がついたほか、ドイツ主導のSCAR95 GPSキャンペーン(95年2月-3月)に協力している。
内皮機能異常におけるTRPチャネルの役割

内皮機能異常では、NO産生の低下が知られているが、そのイオンメカニズムはわかっていない。私達は、シェアストレスによる内皮TRPV4チャネルの活性化にPLA2下流のアラキドン酸代謝物が内因性アゴニストとして働くことを示した。また、ヒト冠動脈内皮細胞にアンギオテンシンIIによる動脈硬化刺激を与え傷害内皮細胞モデルを作製し、同モデルでのNO産生低下にTRPV4の発現低下が寄与していることを明らかにした。内皮機能異常とそれに引き続く血管平滑筋細胞の増殖は、動脈硬化の発症に深く関わることが知られている。現在、臨床上最も多く用いられている降圧薬であるアムロジピンには、平滑筋増殖抑制作用があることが報告されているが、その詳細な細胞内メカニズムはわかっていなかった。私達は、ヒト冠動脈平滑筋細胞を用いて、アムロジピンがTRPチャネルに属するTRPP1/P2複合体の活性を制御することで、P21waf1の発現増加をもたらし、抗平滑筋細胞増殖作用を発揮することを明らかとした。この結果は、Ca拮抗薬の新たな抗動脈硬化作用と、TRPチャネルの動脈硬化への関わりをあきらかにしたものであり、今後臨床上、新たな抗動脈硬化治療開発につながるものと考えられる。また、私達は別の動脈硬化発症のトリガーとして知られる酸化ストレスとそのバイオセンサーと想定されるTRPチャネルの関連を研究した。培養ヒト冠動脈内皮細胞に過酸化水素による酸化ストレスを加えその結果生じる細胞内Ca濃度上昇と接着分子増加を検討した。その結果、TRPチャネルのなかでもTRPCチャネルをgene silencingでknock downしだ際に、内皮細胞内Ca濃度上昇や接着分子の発現増加がよくせいされた。また、BTP-2(TRPCチャネルブロッカー)を投与した際にも、同様の効果が確認された。この結果は、内皮細胞をターゲットとし、動脈硬化進展を初期の段階で抑制するという新たな動脈硬化治療に道を開くものと思われる。内皮機能異常は、動脈硬化の進展や心不全患者の生命予後とも深く関わっている。内皮機能の指標としては、アゴニスト刺激やシェアストレスによる内皮依存性弛緩反応が知られているが、内皮機能異常に関わるイオンメカニズムの詳細はわかっていない。近年、シェアストレスのメカノセンサーとして内皮transient receptor potential vanilloid 4(TRPV4)チャネルが注目されている。私達は、内皮TRPV4チャネルがメカニカルストレスによって活性化されるメカニズムとして、PLA2下流のアラキドン酸代謝物が内因性アゴニストとして働くことを明らかにした。また、ヒト冠動脈内皮細胞にアンギオテンシンIIによる動脈硬化刺激を与え傷害内皮細胞モデルを作製し、TRPV4の発現をRT-PCR, Western blottingで評価、さらに同モデルにおけるTRPV4を介したCa反応、非選択的陽イオン電流、NO産生を検討した。その結果、傷害内皮細胞ではアンギオテンシンIIの濃度依存性にシェアストレスセンサーTRPV4の発現が低下していた。またその結果と一致してシェアストレスによるCa流入、非選択的陽イオン電流の減少、最終的にNO産生も低下していた。これらの結果は、TRPV4チャネルの内皮機能異常への関わりをあきらかにしたものであり、今後臨床上、TRPチャネルをターゲットとした新たな内皮機能改善薬の開発に道を開くものと思われる。
線状加熱を用いた自動板曲げ加工システムの開発

本研究では,自動線状加熱システム構築の要素技術として必要な,任意の加熱条件に対する入熱量を推定する手法の開発を行った.本研究で得られた主な知見は以下とおりである.1)加熱ガス炎の板直上温度は,衝突噴流燃焼火炎場を非燃焼衝突噴流におきかえて近似的に推定できる.推定にあたっては火口での噴流流速とガス温度を設定する必要がある.LIF方による実験の結果,2次元衝突噴流火炎では,流速を燃焼前混合ガス流量から算出し,温度を火炎最高温度に設定すれば十分な精度で板直上温度を推定できることが示された.2)2次元衝突噴流火炎による鋼板加熱試験の結果,局所熱伝達率を対数則(壁法則)で算定しても十分な精度が得られることがわかった.3)高性能LIF装置により,点加熱および線状加熱時の3次元過渡温度場を詳細に計測することに成功した.点加熱時のガス温度場は僅かの時間で定常になり,鋼板温度上昇によらず不変とみなせることがわかった.また,線状加熱時のトーチ周りガス温度場は点加熱時の分布とほぼ同一であり,トーチ速度,経過時間,鋼板温度によらず一定とみなせることがわかった.この事実は,鋼板直上ガス温度および局所熱伝達率のトーチ周り分布が時間によらず一定と近似できるとの仮説を導く.この仮説をもとに,ただ一回の点加熱試験結果から任意の鋼板寸法,トーチ履歴における入熱量推定が可能な新しい入熱推定法を開発した.本研究では,自動線状加熱システム構築の要素技術として必要な,任意の加熱条件に対する入熱量を推定する手法の開発を行った.本研究で得られた主な知見は以下とおりである.1)加熱ガス炎の板直上温度は,衝突噴流燃焼火炎場を非燃焼衝突噴流におきかえて近似的に推定できる.推定にあたっては火口での噴流流速とガス温度を設定する必要がある.LIF方による実験の結果,2次元衝突噴流火炎では,流速を燃焼前混合ガス流量から算出し,温度を火炎最高温度に設定すれば十分な精度で板直上温度を推定できることが示された.2)2次元衝突噴流火炎による鋼板加熱試験の結果,局所熱伝達率を対数則(壁法則)で算定しても十分な精度が得られることがわかった.3)高性能LIF装置により,点加熱および線状加熱時の3次元過渡温度場を詳細に計測することに成功した.点加熱時のガス温度場は僅かの時間で定常になり,鋼板温度上昇によらず不変とみなせることがわかった.また,線状加熱時のトーチ周りガス温度場は点加熱時の分布とほぼ同一であり,トーチ速度,経過時間,鋼板温度によらず一定とみなせることがわかった.この事実は,鋼板直上ガス温度および局所熱伝達率のトーチ周り分布が時間によらず一定と近似できるとの仮説を導く.この仮説をもとに,ただ一回の点加熱試験結果から任意の鋼板寸法,トーチ履歴における入熱量推定が可能な新しい入熱推定法を開発した.(1)加熱ガス流を非燃焼流体と近似し、高温の非燃焼ガスが室温のガスで満たされた空間に噴出し鋼鈑に衝突した場合の対流熱伝達の問題として加熱ガス炎から鋼鈑への人熱量を推定する手法を提案した。(2)本手法の妥当性を調べる目的で、固定ガストーチにより鋼鈑を2次元的に加熱する場合の鋼鈑への人熱量の推定を行った。推定にあたっては、衝突領域を含む全流体領域でk-εモデルを採用し、また、鋼鈑表面近傍の乱流速度境界層内で速度場と温度場の相似性を仮定した。数値計算にあたっては、有限体積法に基づく(株)ソフトウェアクレイドル製3次元汎用熱流体解析システムSTREAM V2.10により、ガスの熱流場、熱伝導、鋼鈑内熱伝導を同時に計算した。(3)計算と同一条件で鋼板の加熱実験を実施し、ガス流場、鋼鈑内の温度時刻歴を計測た。ガス温度場は住友重機械工業(株)総合技術研究所所有のレーザー誘起蛍光(LIF)法計測装置により計測し、鋼鈑内温度場は熱電対により計測した。(4)実験結果と数値計算結果を比較検討し、以下の知見を得た。a)実験を行った条件では、ガストーチの火口温度、火口流速を、非燃焼ガスの噴出温度、噴出速度に対応させれば、ガスから鋼鈑への人熱量を支配する鋼板面近傍の温度場を近似的に推定できる。b)熱流動解析で、衝突領域でも速度場と温度場の相似則を仮定すると、衝突領域での人熱量が実験結果より小さめに評価されるが、これによる鋼鈑内温度への影響は小さい。(1)前年度に開発した、加熱ガスを非燃焼流と近似してガス炎から綱板への入熱量を推定する手法における火口境界条件(仮想的火口形状、非燃焼流体の速度・温度)の設定法を開発する目的で、衝突噴流火災場を解析できる燃料計算コードを開発した。(2)(1)で開発した計算コードによる燃焼解析結果と非燃焼解析結果を比較した結果、流速としてガス消費量から換算した生ガス流速を用い、開空間に火災を噴出させた場合の火災最大径を仮想火口径とし、火災最高温度を仮想火口温度に用いれば、綱板近傍の温度場を精度良く推定できることがわかった。(3)ガストーチが移動する場合の熱流場と綱板内熱伝導を同時に解析できる計算コードを開発し、数値実験によりガス熱流場、綱板内温度分布の時間的・空間的変化を調べた。

(4)(3)の計算コードと汎用有限要素解析コードABAQUSを組合せて、加熱条件から板の変形量を直接計算できる解析システムを試作した。試解析の結果、点熱源を線状に移動させた場合の綱板の曲がり変形を計算できることを確認した。(5)三菱重工業(株)長崎研究所応用物理研究室所有のLIF計測装置を使用し、加熱ガス炎熱流場の過渡状態での時間的・空間的変化を精密に測定した。本計測結果は、熱流場・熱伝達解析での輻射伝熱の量的評価、熱伝達モデルの妥当性の検証に用いる予定である。(1)前年度に実施した点加熱時ガス温度場のLIF計測結果を解析した.その結果,以下の知見を得た.a)ガス温度場はごく短時間に定常状態に達し鋼板温度が上昇してもその変化が無視できる.b)鋼板直近のガス温度分布は,ガス理論燃焼温度を火口温度に設定して非燃焼熱流動計算を行えば精度良く推定できる.(2)(1)-a)の知見と局所熱伝達の支配因子は熱境界層内の乱流エネルギーであることに基づいて,「トーチ移動速度がガス噴出速度に比べ十分小さければ、トーチを中心としたガス温度分布と局所熱伝達分布はトーチ速度および鋼板表面温度によらず一定であると近似できる」との仮説を提唱した.(3)三菱重工業(株)長崎研究所応用物理研究室所有のLIF計測装置を使用し、加熱トーチ移動時でのガス温度場の時間的・空間的変化を精密に測定し,(2)の仮説の妥当性を実験的に示した.(4)(2)の仮説に基づいて,ただ1とおりの点加熱試験結果から任意の鋼板形状・寸法およびトーチ移動履歴に対する鋼板内温度時刻歴を推定する手法を開発した.この手法と昨年度に開発した熱弾塑性変形解析手法を統合し,自動板曲げシステムに使用する変形予測サブシステムのプロトタイプを作成した.
遷移金属ナノワイヤー配列の強磁場環境における電気化学プロセシング

地球環境問題の意識の高揚は太陽/水素エネルギーシステムの開発に拍車をかけている。現在、ナノテクノロジーの研究動向が太陽光発電や燃料電池技術をはじめとして、大面積で高効率なエネルギー変換貯蔵ナノ構造デバイスのマテリアルズテーラリングに大きな影響をもたらしつつある。本研究課題では、太陽電池、水電解、再生型燃料電池やリチウム金属負極電池などのエネルギー変換貯蔵デバイスにみられる非平衡エネルギー変換貯蔵電気化学界面現象と関連した基礎研究を行ってきた。宇宙空間におけるエネルギー変換貯蔵システムに適用することも念頭におき、ダウンサイズのために強磁場環境下の遷移金属ナノワイヤー配列の電気化学プロセシングに焦点を当てて研究を開始した。Cu電析やCu陽極溶解反応を選び、核発生成長過程や陽極溶解エッチング過程に及ぼす強磁場や重力レベルの影響を検討してきた。それらの研究成果をナノサイズのPCテンプレート技術と組み合わせて、比較的簡単に直径100nmのナノワイヤー配列を作ることが出来た。強磁場や高重力環境下で(a)テンプレート内のナノサイズの物質移動過程とCuナノワイヤー配列形成機構の解明、(b)エネルギー変換貯蔵デバイスへの展開を念頭において鉄属遷移金属ナノワイヤー配列や多層構造遷移金属ナノワイヤー配列、ひいてはナノチューブ配列技術を展開すると共に(c)それらのナノ構造形成機構の解明に取り組んできた。今後は、これらの成果を再生型燃料電池の電極として組み込み、特に、微小重力環境下や強磁場環境下におけるマイクロ燃料電池特性を検討してゆきたい。本研究では強磁性材料であり、かつ大きな結晶磁気異方性を有する遷移金属を強磁場中で電析させ、電析薄膜の配向制御ならびにナノワイヤー配列制御の基礎的知見を得ることを目的とした。電解浴として、硫酸鉄水溶液を用いた。作用極には銅板、対極には同面積の純鉄を使用し、向き合った形でダクトセル内壁面側面に電極を配置した。電析条件は、電流密度10 mA cm^<-2>の定電流で通電量が150クーロンに達するまで電解を行った。本研究で得られた電析膜のX線回折測定の結果、磁場を印加しない場合では、(211)面のピークが鋭く立ち上がり、電析膜が(211)面に配向していることが分かった。一方5Tの磁場を印加した場合は、(211)面のピークの他に(110)面のピークが若干大きくなっていることが分かった。(211)面でのピークの半値幅を比較すると、磁場中で得られた電析膜の半値幅の方が若干大きく、磁場を印加することで結晶粒が小さくなる傾向にあることが示唆された。次に、磁場強度と優先配向の関係を検討した。その結果、磁場の有無に関わらず(211)面が優先配向していることが明らかとなった。一般的に鉄などの体心立方構造金属の電析では、中庸過電圧域で(211)面が優先配向することが知られている。本研究で得られた優先配向は磁場の有無に関わらずその電場の影響が大きかったと考えられる。しかしながら、磁場強度の増加に伴って(211)面が若干抑制され、それに伴って(110)面の配向性が増加傾向にあるのは、磁場を印加した時に生じるMHD効果(Magneto Hydro Dynamics Effect)によるものと考えられる。MHD効果によって溶液が撹拌され、それによって電極近傍での物質移動が促進されることで、陰極表面のpHの上昇が抑制され電析膜の配向形成に何らかの影響を与えたものと考えている。大面積高効率エネルギー変換貯蔵ナノ構造デバイスのマテリアルズプロセシングの要点の一つは核発生現象を成長過程と分離して制御することにある。パルス化技術を駆使すれば電折法は(a)核発生と(b)成長過程を分離して操作することが可能な成膜技術である。電析過程は電気2重曹の充放電過程、表面吸着原子のクラスター化およびそれらの表面拡散過程を経て核発生成長現象が進行する。Cu電折の核発生成長過程に及ぼす強磁場や重力レベルの影響を検討してきた。