hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
チタン合金のダイヤモンド砥石による高品位、高能率研削仕上面の品位に関する研究

チタン合金を高品位・高能率に研削するために、従来の砥石低周速度研削法に代わって、砥粒の熱伝導率が高いダイヤモンド砥石を使用し、研削点に高圧力の注液を行いながら通常(32m/s)の砥石周速度で研削した。この方法で研削した仕上面の品位を解明するために、Ti-6A1-4V合金の焼純材などをプランジ研削した。その結果、砥粒には靱性が比較的高いダイヤモンドが適し、ボンドの砥粒保持力が強力で、砥石表面に研削液が充分に浸入しうる気孔をもつダイヤモンド砥石が適することがわかった。また、砥粒の粒度には最適値が存在する。仕上面品位は、研削液の注液圧力の増加に伴って向上し、圧力2MPaでは、材料除去率が約5mm^3/mm・s以下で砥石の目づまりや研削焼けなどがない加工が可能であり、仕上面直下の残留応力分布は圧縮タイプになる。材料除去率の増加に伴って変質層の深さは増加するが、研削表面に残留応力が発生することは少く、内部のピーク応力は引張り側へ移行する傾向がある。仕上面の性状は工作物速度を速くし、切込みを少なくすると向上する。また、βチタン合金はα+β合金より仕上面の品位が悪くなり難削である。次に、焼純したTi-6A1-4V合金薄板疲労試験片の表裏両面を長手方向に平面トラバース研削して、これを両振り平面曲げ疲労試験を行った。その結果、次のことが明らかになった。疲れ強さは、上述の砥石を使用すると向上して焼純材よりも強化される。また、注液圧力を増加すると向上する。研削液は冷却性が重要であるが、冷却性以外の油性も強さを支配している。水溶性研削液の濃度は、気泡が発生しない範囲で高くするのが良く、供試研削液の中ではW1種1号相当品の10%希釈液の場合に最も高い疲れ限度が得られた。研削によって仕上面に生じる残留応力及び加工変質層は、仕上面粗さ以上に疲れ強さに大きい影響を及ぼす。Ti-6AL-4V合金焼鈍材を,ダイヤモンド砥石,CBN砥石及びGC砥石を使用して種々な研削条件で平面プランジ研削(砥石周速度32m/s,研削液の注液圧力2MPa,材料除去率0.55.1mm^3/mm.s)し,仕上面の形状精度及び表面性状(研削残留応力及び変質層)を測定し,SEMによる観察を行った.その結果,実験範囲内では次のことが明らかになった.仕上面の品位は砥石によって著しく異なり,ダイヤモンド砥石で研削した面が最も優れている.砥粒の靭性が比較的高いものが特に良い.砥粒径の減少に伴って仕上面の粗さ及び加工変質層の深さは減少する傾向を示すが,粗さには粒径の最適値が存在する.また,高能率研削では粒径を粗くした方が表面性状が良い.ボンドは,砥粒保持力が大きければレジノイド及びビトリファイドの何れも良好な表面性状が得られる.チップポケットの大きさが重要である.適正なダイヤモンド砥石を使用して,注液圧力2MPaで研削した場合は,仕上面の残留応力は表面で圧縮応力となり,内部の応力分布形態も圧縮タイプになる.砥石は目づまりを起こさず,仕上面に研削焼けやスメアドメタルの発生は認められない.また断面の組織は表面近傍で微細化しており,加工硬化を生じている.材料除去率が増加すると,形状精度が低下し(細粒砥石ほど著しい),加工変質層の深さが増加する.この場合,高圧注液による冷却と砥粒のバニッシュ作用の効果によって,研削表面に引張り応力が殆んど発生しないが,内部のピーク応力は引張り側へ移行する傾向がある.仕上面性状は,工作物速度を速くして切込みを少なくした方が良好になる.注液圧力は,仕上面の品位に大きい影響を及ぼし,圧力を増加すると仕上面の粗さ,残留応力,加工変質層の深さなどが著しく改善される.板状試験片の両面を研削して,これを両振り曲げ疲労試験をした結果,適正な研削条件で研削したものは,研削前よりも疲れ強さが向上した.チタン合金を高品位・高能率に研削するために、従来の砥石低周速度研削法に代わって、砥粒の熱伝導率が高いダイヤモンド砥石を使用し、研削点に高圧力の注液を行いながら通常(32m/s)の砥石周速度で研削した。

材料除去率の増加に伴って変質層の深さは増加するが、研削表面に残留応力が発生することは少く、内部のピーク応力は引張り側へ移行する傾向がある。仕上面の性状は工作物速度を速くし、切込みを少なくすると向上する。また、βチタン合金はα+β合金より仕上面の品位が悪くなり難削である。次に、焼純したTi-6A1-4V合金薄板疲労試験片の表裏両面を長手方向に平面トラバース研削して、これを両振り平面曲げ疲労試験を行った。その結果、次のことが明らかになった。疲れ強さは、上述の砥石を使用すると向上して焼純材よりも強化される。また、注液圧力を増加すると向上する。研削液は冷却性が重要であるが、冷却性以外の油性も強さを支配している。水溶性研削液の濃度は、気泡が発生しない範囲で高くするのが良く、供試研削液の中ではW1種1号相当品の10%希釈液の場合に最も高い疲れ限度が得られた。研削によって仕上面に生じる残留応力及び加工変質層は、仕上面粗さ以上に疲れ強さに大きい影響を及ぼす。チタン合金を高品位、高能率に研削する為に、砥粒の熱伝導率が高いダイヤモンド砥石を使用し、研削点に高圧力の注液を行いながら砥石周速32m/sでチタン合金を研削した、その仕上面品位を解明する為に、焼鈍したTi-6Al-4V合金薄板疲労試験片の表裏両面を長手方向に平面トラバース研削して、これを両振り平面曲げ疲労試験した。また、平面プランジ研削実験を行い、研削特性を検討した。実験の結果から次のことが明かになった。1.研削した試験片の疲れ強さは、使用した砥石によって著しく異なる。疲れ強さを大にする砥石は、砥粒が高靱性で、ボンドの砥粒保持力が大きく、砥石表面には研削液が十分に侵入し得る気孔をもつダイヤモンド砥石である。この場合は、研削後に再焼鈍した試験片よりも疲れ強さが増加する。これに対してCBN砥石の場合は疲れ強さが劣り、普通砥石の場合は著しく低くなる。2.疲れ強さは、冷却性の優れた研削液の場合に向上するが、冷却性以外の油性もこれを僅かに支配している。疲れ限度は、水溶性研削液の濃度を気泡が発生しない範囲で高くすると向上し、供試研削液の中では、W1種1号相当品の10%希釈液の場合に最も高い値が得られた。3.疲れ強さは、注液圧力を高くすると増加する。上述の研削液を使用し、液圧2MPa,SDC8OR100B砥石で研削した試験片の疲れ限度は±440MPaとなり、普通砥石で砥石低周速度研削した場合の疲れ限度(373MPa)よりも著しく改善された。4.研削液の濃度及び注液圧力を高くすると、砥石損耗量、研削抵抗、仕上面の粗さ及び研削加工変質層の深さが減少し、仕上面の表面の硬さ及び圧縮残留応力が増加する。5.仕上面の研削残留応力及び硬さ(強さ)は、研削した試験片の疲れ強さに最も大きい影響を及ぼす。6.betaチタン合金は、純チタン及びalpha+beta合金に比べて難削で、研削によって仕上面品位が低下し易い。
リン・ビタミンD代謝を制御する多臓器連関の解明

慢性腎臓病(CKD)に伴う骨・ミネラル代謝異常は、リン代謝破綻に起因する"多臓器疾患"である。本研究では多臓器に渡るミネラル代謝破綻機序とその治療効果について解析を行った。CKD誘発ビタミンD受容体(VDR)欠損マウスでは、血中尿素窒素やリン濃度の上昇抑制が見られ、VDRの阻害が腎保護に効果的であることが示唆された。さらに組織選択的VDRの重要性と低リン食、ビタミンD投与による治療効果も評価している。また、メタボローム解析装置を用いて、生体内の代謝産物を網羅的に検出し、膨大なデータを得た。これらの結果を用いてCKD-MBD発症の早期診断マーカーや多臓器合併症予測マーカーの同定を試みている。CKD-MBD発症をモデルマウスで再現し、組織別にCKD多臓器疾患の進行を検討した。同時にCKD-MBD発症VDR欠損マウスを同様の方法で作製することで、CKD-MBD発症における組織選択的VDRの役割についても検討を行った。とくに血管及び筋組織(骨格筋、心筋、平滑筋)でのVDRの役割について注目し、異所性石灰化や筋萎縮発症機序と治癒効果について評価している。また、低リン食や経口活性型ビタミンD投与がCKD多臓器疾患に及ぼす治療効果を評価している。平成27年に計画していた実験は概ね着手することができた。事前準備実験の通り高リン血症を伴うCKD-MBD発症をマウスで再現でき、組織別CKD多臓器疾患の進行程度を検討している。また、Cre/loxPシステムを用いて全身VDR欠損マウスの作製に成功した。このVDR欠損マウスを同様の方法でCKD-MBDを発症させて、組織選択的VDRの役割について検討している。本年度は、特にCKD進行に伴うローカルなビタミンD代謝機序と血管石灰化や筋萎縮発症機序との関連性を検討している。また、低リン食もしくはビタミンD投与によって、血管石灰化及び筋萎縮治療効果への影響を評価している。平成27年度に得られた結果を基にして、CKD-MBD発症モデルマウスを作製し、低リン食や経口活性型ビタミンD投与がCKD多臓器疾患に及ぼす治療効果を評価した。具体的には、主として下記の事を詳細に観察評価した。・CKD-MBDにおける心臓、大動脈について、血管石灰化の程度をVonKossa染色を用いて組織化学的に評価した。さらに、血管細胞から骨芽細胞様細胞分化の程度を調べるため、骨芽細胞マーカーであるRunx2やOsteocalcinの発現を確認した。また、心臓は重量を測定し、心肥大マーカーであるANP、skACT、βMHC等を評価した。・CKD-MBDにおける骨格筋組織(腓腹筋、ヒラメ筋)について、各々重量及びサイズの計測を行った。また、HE染色を行い、顕微鏡下で筋繊維を観察、筋繊維数や筋繊維横断面積を測定し、筋萎縮を形態学的に評価した。尚、解剖の前にはグリップテストを行い、骨格筋機能として計測した。骨格筋に発現するミオシン重鎖(MyHC)アイソフォームmRNA発現を定量PCR、蛋白発現を免疫組織化学染色、Western blottingにて検討した。また、筋機能調節因子であるMyf5、Myogenin、MyoD、MRF4、E2Aについて検討し、生化学的に筋機能を評価した。・筋組織におけるローカルなビタミンD代謝機序を明らかにするため、合成酵素であるCyp27b1や不活化酵素であるCyp24a1等の発現を評価している。平成28年に計画していた実験は概ね遂行することができた。一部の動物実験について再現性を確認する必要があるため、平成29年度内に行う予定である。慢性腎臓病に伴う骨・ミネラル代謝異常“CKD-MBD"は、リン代謝破綻に起因する“多臓器疾患"である。CKD患者にとって、骨異栄養症や血管石灰化のみならず、最近では、心肥大を伴う心疾患や骨格筋萎縮による予後の悪化が極めて深刻な問題である。そこで今年度は、CKD-MBDモデルマウスから回収したサンプルを用い多臓器に渡るミネラル代謝破綻機序とその治療効果についてメタボローム解析とDNAマイクロアレイ解析を中心に検討した。また、ビタミンD受容体欠損によるCKD-MBD発症の程度についても評価を行った。さらに、CKD-MBDモデルマウスに低リン食や経口活性型ビタミンD投与を行い、CKDにおける多臓器連関疾患(特に筋組織)の治療効果について網羅的オミクス解析にて評価した。メタボローム解析では、CE/MS装置を中心に用い、既知の低分子(標準検体として脂肪酸、アミノ酸、核酸、エネルギー代謝に関する110因子)の変動について徹底的に解析した。またパスウェイ解析により生物学的な臓器間および細胞内シグナルの関連性を評価した。引き続き、血液や尿中に含まれる代謝産物を抽出し、CKD-MBDの早期診断マーカーや多臓器合併症予測マーカーに適している候補因子を探索している。さらに、CKDステージ各々の、腓腹筋、ヒラメ筋、心臓、動脈、結腸等mRNAを用いDNAマイクロアレイ解析にて、創薬ターゲットを網羅的に明らかにすることで次世代の創薬デザインに役立て、CKD-MBDの効果的予防法や多臓器疾患対策について展開している。

CKD誘発ビタミンD受容体(VDR)欠損マウスでは、血中尿素窒素やリン濃度の上昇抑制が見られ、VDRの阻害が腎保護に効果的であることが示唆された。さらに組織選択的VDRの重要性と低リン食、ビタミンD投与による治療効果も評価している。また、メタボローム解析装置を用いて、生体内の代謝産物を網羅的に検出し、膨大なデータを得た。これらの結果を用いてCKD-MBD発症の早期診断マーカーや多臓器合併症予測マーカーの同定を試みている。これから、CKD-MBDにおける多臓器疾患について、血管、筋肉以外の組織や臓器についても検討を行う予定である。また今後、研究計画に従い、GC/MS, LC/MS (TOF), CE/MS (TOF)を用いて早期CKD-MBDを予測する診断マーカーや合併症予測マーカーとして利用できるターゲット分子や代謝産物の同定を行なう予定である。そして、CKD-MBDの効果的予防法や多臓器疾患対策について展開する。メタボローム解析を中心に集中的に解析していくため、着々と技術習得を行っている。平成29年度は、主に、これまで得られたサンプルをオミクス解析によって解析する。DNAマイクロアレイやCE/MS (TOF)を中心に用いて早期CKD-MBDを予測する診断マーカーや合併症予測マーカーとして、利用できるターゲット分子や代謝産物の同定を行なう。また、創薬ターゲットを網羅的に明らかにすることで次世代の創薬デザインに役立て、CKD-MBDの効果的予防法や多臓器疾患対策について展開する。これまで得られた研究成果を総合的に取りまとめ、国内外での成果の発表を行う。腎臓分子栄養学実験動物(マウス)の交配や、研究遂行に必要な試薬の入手に日数を要し、研究計画で予定していた実験の一部が遅れ、年度内完了が困難になった。繰り越した金額は翌年度の消耗品に加算し、使用予定である。
早期変形性関節症診断を目指した超音波関節軟骨三次元自動定量評価システムの開発

本研究課題の目的は、超音波を用い変形性関節症(OA: osteoarthritis)患者に対する膝関節軟骨自動定量システムを確立することである。様々な検討を行った上で三次元的関節軟骨厚の測定法の開発を行った上で、正確性、再現性の評価を行い、非常に高いことを確認した。健常者、OA患者、OA手術患者においてデータ収集を行い、データベース化を行った。OA患者に対して健側および患側の測定を一年間隔にて行い、健側患側ともに有意な軟骨厚の減少を検出することができた。これらの結果より、本手法はOA患者における関節軟骨の形態評価能力が非常に高くOAの検出に有用と考えられた。本研究課題の目的は、非侵襲かつ放射線被曝のない画像モダリティーである超音波を用いて可視化した膝関節像より、変形性関節症(OA : osteoarthritis)の病態である関節軟骨領域を自動的に抽出するアルゴリズムの開発すること、抽出領域より三次元関節軟骨モデルを作成し形態学的な定量評価を行うための最適な測定項目を確立すること、そして、得られた測定値の再現性や正確性などの精度の検証を行うこと、により超音波を用いた膝関節軟骨自動定量システムを確立することである。平成24年度において、健常者およびOA患者の超音波膝関節画像の収集を行い、取得した超音波画像のデータベース化を行い、また、これまで手動にて行ってきた関節軟骨領域のセグメンテーションを客観的かつ再現性よく自動的に行うことが可能な自動抽出法を開発した。画像取得症例は平成24年度終了時点で121名(男性36名、女性85名)・216関節であり、レントゲンによるOA重症度によって、健常、初期OA、中等度OA、重度OA、末期OAに分け、データベース化を行った。また、取得した超音波膝関節画像から軟骨領域を短時間かつ正確に抽出するため、active contour modelを用いた自動関節軟骨抽出アルゴリズムを開発した。これにより、関節軟骨抽出の作業時間を大幅に短縮することが可能となった。本研究課題の目的は、非侵襲かつ放射線被曝のない画像モダリティーである超音波を用いて可視化した膝関節像より、変形性関節症(OA: osteoarthritis)の病態である関節軟骨領域を自動的に抽出するアルゴリズムの開発すること、抽出領域より三次元関節軟骨モデルを作成し形態学的な定量評価を行うための最適な測定項目を確立すること、そして、得られた測定値の再現性や正確性などの精度の検証を行うこと、により超音波を用いた膝関節軟骨自動定量システムを確立することである。平成24年度に開発した、自動的に関節軟骨領域の抽出を行うことが可能なアルゴリズムを用い、関節軟骨領域のセグメンテーションならびに3次元関節軟骨モデルの作成を行い、大腿骨内側顆部荷重部に関心領域(ROI)を設定し、関節軟骨厚を測定する手法を開発した。三次元関節軟骨モデルは超音波撮像された全ての領域の関節軟骨を含むこととなるが、臨床上評価対象として重要なROIは主に大腿骨内側荷重部周辺であると考えられている。ROI位置決定の精度はそのまま定量評価の精度に影響を及ぼすが、その位置決定法に関しては、形状の特徴点から決定してゆく絶対的手法により行った。本手法による関節軟骨厚測定値について、正確性を実際の患者MRIモデルとの比較、再現性を複数回の撮像・抽出作業・測定の繰り返しによる軟骨厚測定により検証した。その結果、三次元MRIモデルとの軟骨厚測定値の相関係数は0.832であり、測定値の差は0.0467mmであった。また、複数回による測定値の変動係数は3.1%であり、これまで行ってきた手動の測定値の変動係数である5.1%よりも低値であった。

本手法による関節軟骨厚測定値について、正確性を実際の患者MRIモデルとの比較、再現性を複数回の撮像・抽出作業・測定の繰り返しによる軟骨厚測定により検証した結果、非常に高いものであった。この手法を用いてOA患者に対して健側および患側の測定を行い、健側患側ともに有意な軟骨厚の減少を検出することができた。また、患側の方が健側よりも軟骨厚減少は有意に高かった。これらの結果より、本手法はOA患者における関節軟骨の形態評価能力が非常に高くOAの検出に有用と考えられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。整形外科学医用画像変形性関節症医療機器開発骨粗鬆症26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の研究予定であった、臨床における超音波画像取得を行うことができ、また、取得した超音波画像から関節軟骨領域を自動的に抽出するアルゴリズムを開発することが行うことができた。平成25年度の研究予定であった、関節軟骨自動抽出アルゴリズムを用いた超音波関節軟骨厚測定法の開発を達成することができ、また本法の正確性・再現性評価を行うことができた。今後は、開発した関節軟骨抽出アルゴリズムを用いて取得した超音波画像より関節軟骨領域を抽出し、関節軟骨三次元モデルを作成し、測定対象部位(ROI)の設定を行い、さらに定量評価を行う軟骨評価システムの開発を行う。今後は、今年度正確性・再現性の評価を行った自動関節軟骨抽出アルゴリズムを用いた超音波関節軟骨厚測定法を用い、健常者・変形性関節症患者のそれぞれに測定を行い、その有用性の評価を行う。三次元モデル作成:平成24年度にて確立した超音波画像における関節軟骨領域抽出法を用い、膝関節超音波画像を二値化し、100枚の円弧状に位置する各画像における二次元関節軟骨領域より、三次元関節軟骨モデルである表面形状モデル(以下STLモデル)を作成する。評価関心領域(ROI)決定:STLモデルは超音波撮像された全ての領域の関節軟骨を含むこととなるが、臨床上評価対象として重要なROIは主に大腿骨内側荷重部周辺であると考えられている。ROI位置決定の精度はそのまま定量評価の精度に影響を及ぼすが、その位置決定法に関しては、形状の特徴点から決定してゆく絶対的手法により十分な再現性が実証できたためこの手法を用いる。形態学的評価法:STLモデルにおけるカラーマッピングによる評価、ROIにおける関節軟骨厚、表面凹凸度、また、それらの体格による補正値などについて測定を行う。臨床評価:現在進行中である、健常者および変形性膝関節症患者や進行手術例の超音波膝関節画像の収集・データベース化を進め、これまでに開発を行った超音波関節三次元定量評価法を用いて評価を行う。レントゲンによるOA重症度によるグループ分けを行い、それぞれの群における関節軟骨定量値の評価、グループ間の比較、リスク評価などを行う。さらに、横断的な調査に加えて、縦断的な調査を行うことで本法による関節軟骨三次元形態定量評価の有用性の評価を行う。上記システムの開発・運用のために要するデータ集計装置・ソフトウェアの購入が必要となる。
モバイル向けプリフェッチに基づくオフローディング手法

モバイルデータトラフィックの増加に伴い,セルラネットワーク(3G/4G)への負荷の集中による無線通信品質の低下が発生している.これに対処するため,3G/4Gの負荷をWi-Fiへ逃すWi-Fiオフローディング手法が活用されてきている.本研究では,モバイル端末がWi-Fiを利用可能なタイミングにおいて,近い将来Wi-Fiエリアの範囲外に移動した際にユーザが要求するアプリケーションのデータを予測し,それをWi-Fi経由であらかじめプリフェッチしておくことでオフローディングを達成する方式を考案した.モバイルデータトラフィックの増加に伴い,セルラネットワーク(3G/4G)への負荷の集中による無線通信品質の低下が発生している.これに対処するため,3G/4Gの負荷をWi-Fiへ逃すWi-Fiオフローディング手法が活用されてきている.本研究では,モバイル端末がWi-Fiを利用可能なタイミングにおいて,近い将来Wi-Fiエリアの範囲外に移動した際にユーザが要求するアプリケーションのデータを予測し,それをWi-Fi経由であらかじめプリフェッチしておくことでオフローディングを達成する方式を考案した.本研究では,3G/4Gエリアで閲覧されることが予想されるコンテンツを,WiFiエリア滞在中にあらかじめプリフェッチしておくことで,3G/4Gに集中するトラフィックをWiFi側へオフロードする方式を提案している.研究計画に従い,本年度は(1)プリフェッチすべきコンテンツの決定方式,(2)時間変化する利用可能リソース量への対応方式,(3)ユーザの行動の予測方式,(4)プリフェッチスケジューリング問題の定式化と解決アルゴリズムの考案を行った.(1)では,特にWebコンテンツについて,ルートページ(例えばニュースサイトのトップページなど)とそれ以外のページ(ルートページからリンクされているページ)とを分けて考え,ルートページを探索することで,その中からユーザの好みの単語を含むリンクを抽出し,抽出されたリンク先のページをプリフェッチする方式を考案した.(2),(3)では,特にバッテリ量をリソース制約として考慮し,プリフェッチによって過剰にバッテリが消費されることを防ぐため,ユーザの過去の行動履歴をもとにユーザがWiFiエリアへ到着する時刻および退出する時刻を予測する方式を考案した.(4)では,ユーザの行動予測モデルと利用可能バッテリ量に基づき,プリフェッチを実行するタイミングを決定する方式を考案した.また,各プリフェッチの実行時には,コンテンツの閲覧確率とデータ容量の積で定義される期待オフロード量を最大化の対象とし,バッテリ量制約のもとで合計期待オフロード量を最大化する方式を考案した.本年度の成果については,研究会にて2件の発表を行い,うち1件については優秀発表賞(情報処理学会Dicomo 2013)を受賞した.本研究では,3G/4Gエリアで閲覧されることが予想されるWeb上のコンテンツを,ユーザのWi-Fiエリア滞在中にあらかじめプリフェッチしておくことで,本来なら3G/4Gへ流れるトラフィックをWi-Fiネットワーク側へオフロードする方式を提案した.本年度は,(1)昨年度考案した方式を発展させるとともに,(2)公開データ(モバイル端末のユーザの端末利用履歴)を用いて提案手法の詳細な評価を行った.(1)について,大きく次の点で方式の改良を行った.一点目として,利用可能バッテリ量の制約のもとでオフロードを達成するための方法について,プリフェッチを行った結果,そのコンテンツがユーザに閲覧された(キャッシュヒットした)場合にはその後もプリフェッチを積極的に行い,閲覧されなかった場合はプリフェッチに使用されるバッテリ量を節約する,という方法を考案した.これにより,利用可能バッテリ量をシステムの動作中の実績に基づき都度決定することが可能となり,バッテリ量をより効果的に利用できるようになった.二点目として,プリフェッチを行うタイミングについて,将来コンテンツが消費される時刻の予測を行うことで,プリフェッチしても閲覧されないコンテンツが生じる確率を減らし,プリフェッチに利用するバッテリ量当たりのオフロード量の向上を行った.(2)について,米Rice大学の研究グループによって公開されている,複数の実験参加者によるiPhoneの利用履歴のデータ(LiveLabトレース)を用いて,提案手法の評価を行った.その結果,提案手法が比較手法と大差ないオフロード量を達成しながら,比較手法よりも消費バッテリ量を節約可能なことを確認した.モバイルコンピューティング現在までの研究の進捗は,ほぼ計画通りとなった.当初想定されていた,プリフェッチすべきコンテンツの決定,リソース制約への対処,ユーザの行動予測,プリフェッチすべきタイミングの決定のそれぞれの項目について検討を行い,シミュレーションにより提案方式の有効性を確認した.シミュレーションによる評価については,時間の不足により提案方式の適用可能範囲を詳細に調査するまでには至らなかったため,次年度において,引き続きより詳細な評価を行いたい.次年度においては,研究計画に従い,実機上での有効性を検証するためのシステムの設計と実装を主な研究内容とする.特に考慮すべき重要な点として,実用上,提案手法がアプリケーション層に対して透過的に動作可能なことが望ましいと考える.この透過性が実装上どの程度確保可能かについても新たな研究課題とし,計画当初の課題と合わせて研究を進めていく.未使用額が生じた理由は,研究の進捗状況に合わせ,予算執行計画を変更したことに伴うものである.次年度の請求額と合わせての執行計画は以下のとおりである.本研究に関連する資料として,書籍や論文の購入を予定している.また,研究に関連するソフトウェアの開発,実験のための器材の購入を予定している.また,国内研究会,国際会議での発表のための旅費での使用を予定している.
昆虫の乾燥耐性の分子基盤の解明とその調節制御

昆虫はその小さな体に存在する僅かな水分を利用して,個体のホメオスタシス(恒常性維持),成長・変態,生殖まで完結している。水は生命現象にとって必須の物質であり,適正な維持管理は昆虫においても生存戦略の基本である。細胞における水専用の通過路(アクアポリン)の働きが組織内外の浸透圧に影響を与え,個体としての耐乾燥能力にも反映されていると考えられる。本研究では,消化・排泄・呼吸・休眠など昆虫の生命活動のなかで,能動輸送機構による水分管理やイオン調節が,開放性血管系生物である昆虫の乾燥耐性の支持基盤としてどのように貢献しているのか,鱗翅目昆虫だけでなく極度のストレス下に棲息する昆虫も用い,昆虫にとっての水代謝や水分調節機構の生理的役割について調査した。得られた成果は以下のとおりである。(1)鱗翅目昆虫(カイコ幼虫)から2種のアクアポリンをクローン化した。さらに3種の別のアクアポリンが存在することも分かった。(2)2種のうち,一つはカエル卵母細胞の外来遺伝子発現系で,水輸送機能を示し,後腸で圧倒的に強い発現を示した。もう一っは,中腸やマルピーギ管(昆虫の腎臓)に分布していた。(3)2種のアクアポリンに対する特異的抗体で調べたところ,後腸の上皮細胞表層に局在していた。一方,中腸のタイプは,中腸上皮の円筒細胞の表層に特異的に認められた。(4)ナシやイネの鱗翅目害虫(シンクイガやニカメイガ)でのアクアポリンを同定した。(5)クリプトビオシスを行うネムリュスリカ幼虫においても2種類のアクアポリンを同定した。昆虫アクアポリンの研究は,ここ数年来,海外では吸血性や植物吸汁性昆虫で行われてきているが,本研究班によって,鱗翅目幼虫における水代謝の生理機能や乾燥耐性とアクアポリンとの関連について明らかになり,陸地に棲む開放性血管系動物としての昆虫アクアポリンの重要性を解明した。水とpHの適正な維持管理は昆虫においても生存戦略の基本である。脊椎動物のように血管系を持たない昆虫では,原形質膜を介した細胞内外の輸送システムや,組織=組織間の相互作用がより直接的である。能動輸送機構によって創出された組織内外のpH,イオン組成や浸透圧の影響が,体内の各組織のはたらきへ直接作用し,個体としての耐乾燥能力にも反映されていると考えられる。本研究では,消化・排泄・呼吸・休眠など昆虫の生命活動のなかで,能動輸送機構による水分管理やイオン調節が,開放性血管系生物である昆虫の耐乾燥体制の支持基盤としてどのように貢献しているのか,鱗翅目昆虫だけでなく極度のストレス下に棲息する昆虫も用い,能動輸送機構の調節因子の探索,ストレス下で発現する遺伝子の解析を行った。カイコ幼虫を用いた実験で,物質輸送が活発であると推定される消化管系でアクアポリンホモログを2種類クローン化することができた。この二つのアクアポリンは,組織特異的な分布を示すことが明らかになった。同じ水輸送にはたらくアクアポリンでありながら,それぞれの組織における特異的遺伝子発現やその個別の生理的役割との関連が示唆された。

特に,カイコの後腸で非常に強い遺伝子発現を検出し,後腸での重要性が示唆され,これまでに未開の研究領域へ踏み込むことになり,現在もさらなる検討を行っている。昆虫はその小さな体に存在する僅かな水分を利用して,個体のホメオスタシス(恒常性維持),成長・変態,生殖まで完結している。水とpHの適正な維持管理は昆虫においても生存戦略の基本である。脊椎動物のように血管系を持たない昆虫では,原形質膜を介した細胞内外の輸送システムや,組織=組織間の相互作用がより直接的である。能動輸送機構によって創出された組織内外のpH,イオン組成や浸透圧の影響が,体内の各組織のはたらきへ直接作用し,個体としての耐乾燥能力にも反映されていると考えられる。本研究では,消化・排泄・呼吸・休眠など昆虫の生命活動のなかで,能動輸送機構による水分管理やイオン調節が,開放性血管系生物である昆虫の耐乾燥体制の支持基盤としてどのように貢献しているのか,鱗翅目昆虫だけでなく極度のストレス下に棲息する昆虫も用い,水輸送機構の遺伝子レベルからの人為的改変を目指して,遺伝子の解析を行った。カイコ幼虫を用いた実験で,物質輸送が活発であると推定される消化管系でアクアポリンホモログを3種類クローン化することができた。これらの3つのアクアポリン(AQP1,AQP2,AQP3)は,組織特異的な分布を示すことが明らかになった。同じ水輸送にはたらくアクアポリンでありながら,それぞれの組織における特異的遺伝子発現やその個別の生理的役割との関連が示唆された。特に,AQP1はカイコの後腸で非常に強い遺伝子発現を検出し,後腸での重要性が示唆され,これまでに未開の研究領域へ踏み込むことになり,現在もさらなる検討を行っている。また,AQP2は,中腸やマルピーギ管(昆虫の腎臓)に分布することが明らかとなった。今後,個体全体での浸透圧調節・水分管理におけるアクアポリンの生理的役割の解明が急務であると考えている。本研究では,消化・排泄・呼吸・休眠など昆虫の生命活動のなかで,能動輸送機構による水分管理やイオン調節が,開放性血管系生物である昆虫の耐乾燥体制の支持基盤としてどのように貢献しているのか,鱗翅目昆虫だけでなく極度のストレス下に棲息する昆虫も用い,昆虫にとっての水代謝や水分調節機構の生理的役割について遺伝子レベル・細胞レベルから調査した。カイコ幼虫を用いた実験から,2種のカイコアクアポリンをクローン化したが,カエル卵母細胞の外来遺伝子発現系で,これらの実際の水輸送機能について調査したところ,後腸で強い発現を示すタイプは水を輸送する機能を持ったアクアポリンであることが分かった。もう一つのタイプは,中腸やマルピーギ管(昆虫の腎臓)に主に分布するが,こちらについては未解決のまま残された。現在,低分子溶質を輸送する可能性について調査を進めている。この2種のアクアポリンに対する特異的抗体を作製し,タンパク質レベルでの局在を調べたところ,後腸のタイプは,結腸や直腸の上皮細胞表層に分布していた。一方,中腸のタイプは,中腸上皮の円筒細胞の表層に特異的に認められた。マルピーギ管でも同様な管腔側の表層に認められた。
耐環境性を有する有機EL素子の創成

本研究では有機EL素子に用いられる低仕事関数電極における腐食性に着目し、耐環境性の高い低仕事関数電極材料の開発を目指し研究を実施した。結果、マグネシウム元素を母材とし、カルシウムとアルミニウムを少量添加したMg-Ca-Al合金を開発し、それを有機EL素子用陰極電極として利用することで、当初の研究目標であった「耐環境性を有する有機EL素子」を創出することに成功した。本研究の成果は、有機EL産業への汎用的な適用が可能である技術と考えられ、社会的にも大きな波及効果が期待され、大きな成果が得られたものと考える。本研究では、従来「如何に効率的な電子注入を実現するか」が主な研究対象であった有機エレクトロニクス素子の低仕事関数電極に関する研究において、その電子注入特性を維持しつつ、その低仕事関数電極自身に対し「耐腐食性を付加」し、「耐環境性を有する有機EL素子」を実現することを目的として研究を進めている。これまでの検討において、マグネシウムを母材とし、金を10 atom%ドーピングした合金電極を有機EL素子用陰極とすることで、未封止条件においても大気下での非発光点(ダークスポット)の成長を著しく抑制できることが明らかとなった。この原因について明らかにするため、紫外光電子分光法による分析を実施した結果、金からマグネシウムへの電子移動による金属間化合物の形成が、耐腐食性向上に寄与していることを見出した。しかしながら、金を含有する合金電極においては、可視光域での反射率が低く、有機EL素子用の反射電極としては致命的な問題があることも明らかとなった。そこで鋭意検討を進めた結果、マグネシウムを母材、カルシウムをドーパントするマグネシウム-カルシウム合金電極の開発に成功した。この合金電極を陰極とした有機EL素子においては、マグネシウム-金合金電極以上に著しくダークスポットが抑制されるとともに、高い電子注入効率も維持されることを見出した。また、マグネシウム-カルシウム合金は、大気安定性を示すとともに低仕事関数(3.7eV)を有するため、フォトリソグラフィー法による微細電極構造への適用を検討した。結果、フォトリソグラフィープロセス後も3.7eVの仕事関数を示す微細電極パターン形成が可能であることを見出した。H28年度研究計画では、有機/金属接合界面における機械的・化学的結合強度の増加を当初進めていたが、研究を進める中で、マグネシウムを母材、カルシウムをドーパントするマグネシウム-カルシウム合金電極が、著しく有機EL素子用低仕事関数電極として優れた特性を示すことを見出した。特に10 atom%のカルシウムをドープしたマグネシウム合金電極を有機EL素子の陰極とした素子では、未封止状態で大気中・室温条件連続素子駆動試験を行った場合においても、著しくダークスポット形成が抑制され、200時間経過後でも95%以上の発光面積を維持することが可能であることを発見した。また、本合金電極の反射率は可視光域において80%以上の反射率を維持しており、有機EL素子用反射電極として十分に適用できることも分かった。このように新規な合金電極を開発することで、有機EL素子に対して大気安定性の付与が可能であることを見出した。マグネシウム-カルシウム合金は、大気安定性を示すとともに低仕事関数(3.7eV)を有するため、当初研究計画では計画されていなかったフォトリソグラフィー法による微細電極構造への適用が可能ではないかと考え、研究をさらに進めた。結果、フォトリソグラフィープロセス後も3.7eVの仕事関数を示す微細電極パターン形成が可能であることを見出すとともに、n型有機半導体材料を活性層とすることで、従来は作製が困難であった良好な特性を示すボトムコンタクト型n型有機トランジスタが作製可能であることが分かった。このように本研究は、有機EL素子のみならず、有機トランジスタや有機薄膜太陽電池等の有機エレクトロニクス分野全般の発展に寄与できる可能性が高い。昨年度までの研究において、マグネシウムを母材とし、カルシウムを10 atom%ドーピングした合金電極(Mg-Ca)を有機EL素子用陰極とすることで、未封止条件においても著しくダークスポットが抑制されるとともに、高い電子注入効率も維持されることを見出した。本年度はさらなる大気安定性の向上を目指し、マグネシウム合金組成に関する検討を進めた。その結果、予期せずMg-Ca合金に対して第3元素であるアルミニウムを添加したMg-Al-Ca合金が、蒸着薄膜においても低い仕事関数(-3.7 eV)を維持しつつ、Mg-Ca合金と比較しても高い大気安定性を示すことを発見した。また、本研究で見出したMg-Ca-Al合金を陰極電極として有機EL素子を作製・評価した結果、未封止条件(30°C・50%相対湿度条件)で素子を100時間保管した場合においても、95%以上の発光面積を維持可能であることが確認された。参照試料としてMg-Ag合金陰極を用いた有機EL素子では、100時間後の発光維持面積は85%であり、本研究で開発したMg-Ca-Al電極材料は、優れた大気安定性を示すことが明らかとなった。このように本研究成果により、有機EL素子の耐環境性を著しく高められる可能性がある。

結果、マグネシウム元素を母材とし、カルシウムとアルミニウムを少量添加したMg-Ca-Al合金を開発し、それを有機EL素子用陰極電極として利用することで、当初の研究目標であった「耐環境性を有する有機EL素子」を創出することに成功した。本研究の成果は、有機EL産業への汎用的な適用が可能である技術と考えられ、社会的にも大きな波及効果が期待され、大きな成果が得られたものと考える。低仕事関数電極材料を合金化するという研究戦略は、有機エレクトロニクス素子への大気安定性付与に対して非常に有望な手段であることが分かった。しかしながら、加速試験条件(温度:85度、相対湿度85%)の条件では未だ電極腐食が観測されている。そこで今後は、合金組成の最適化及び3元系合金の開発を進め、数値目標の達成を目指す。有機光エレクトロニクス当初計画では、有機/金属接合界面での接着強度評価のための委託分析費用として100万円を計上していたが、新規マグネシウム合金の発見により研究目的の速やかな達成が可能であることが予想されたため、委託分析を実施せず、合金材料の開発に注力した。次年度においては、合金電極の基礎物性を迅速かつ正確に評価し、研究のさらなる効率的な推進を実現するため、当初の予算計画と合わせて4端子型シート抵抗測定装置等の評価機器を導入予定である。
複雑系としての経済社会現象の非線形モデル

経済社会現象では戦略を持った多くのエージェントが互いに相互作用しながら進化していく。具体的には、フォンノイマンによる経済モデルを参考にして、まず多様な生産過程を持つエージェントのモデルを構成した。これは、多様な商品生産過程を相互触媒化学反応系のアナロジーとしてとらえ、経済システムを互いに触媒しあいながら生産されていく多様な商品生産ネットワークとしたモデルである。価格を通してプロセスが選択される点がこれまでの反応ネットワークモデルとは異なる。さまざまなネットワークをとり、また、商品数とプロセスの数を変えて、このモデルのシミュレーションを進めた。その結果、まず、さまざまなサイクルを持つ複雑なダイナミクスを示し、しかし長期的に安定している経済システムが存在することを発見した。このダイナミクスには、非線形振動とエージェントの選択のスイッチ(その時点での価格の安いプロセスの選択)が重要であることを見出した。スイッチを通して非常に長さの違う時間スケールの振動があらわれる点は力学系としても新しく、一方で経済における様々なサイクルの出現の基礎的メカニズムとなる可能性がある。また、ネットワークの結合度に応じて、上に述べた、多様なプロセスが共存した安定した状態と、一部のプロセスに特化し不安定化するケースの2状態に分離されることも明らかにした。その機構を検討中である。結果はすでにいくつかの国際会議などで発表、レポートを出版、詳しい論文は現在準備中である。
複合酵素活性を有するキメラ型金属蛋白質の分子設計とその反応性

本研究課題では、複合活性をもったキメラ型新規蛋白質について次の2点を中心に研究を行った。1)天然における複合活性をもったキメラ型蛋白質、CooA蛋白質、の構造解析と機能発現のメカニズムCooA蛋白質はミオグロビン様のヘム結合部位とヘリックス-ターン-ヘリックスのDNA結合部位からなる、天然における複合活性キメラ型蛋白質と考えることができる。そのNMRスペクトルにおいては高磁場側にポルフィリン環の影響と考えられる多くのシグナルが観測され、また、その予備的な2次元NMRの結果からも、ヘム鉄へは従来指摘されていたヒスチジン以外にアルギニン残基あるいはリジン残基の配位が示唆された。一方、機能面からの評価として、配位子でありDNA結合活性を誘起する一酸化炭素の結合特性について検討を行ったところ、見かけ上の結合速度はミオグロビンなどの他のヘム蛋白質類と大きくは変わらないものの、ナノ秒以下の領域での再結合の割合が異常に大きく、ヘム鉄周辺の大きな立体障害が存在することが示された。このことは立体障害の大きな部位に一酸化炭素が結合することにより周辺の蛋白質構造も大きく変化し、その結果、DNA結合部位が形成されるという分子機構を示唆している。2)モジュール置換を利用したキメラ型新規蛋白質の分子設計グロビン蛋白質の系統的なモジュール置換により、従来提唱されているモジュールがさらに小さな構造単位「サブ-モジュール」に分割できることを明らかにした。この新たな「サブ-モジュール」のうち、ヘムに配位している近位ヒスチジンを含む20残基程度の領域は「ヘム結合モジュール」としてヘム近傍の構造、とくにヘムの電子状態やヒスチジンの配位構造を決定されることを示した。本年度は人工的な遺伝子制御蛋白質を分子設計するため、特異的DNA塩基認識部位としてengrailedホメオドメイン蛋白質のヘリックス-ターン-ヘリックス構造の部分(453から513残基)をコードする遺伝子と、DNAに作用する部分としてヘム蛋白質の一つであるミオグロビンからヘムを保持する部分構造をコードする遺伝子をそれぞれの天然蛋白質の遺伝子から切り出し、別々に発現させ、それぞれの部分構造事態が安定かどうかを検討した。いずれの部分構造をコードする蛋白質の大腸菌内で良好な発現効率を示し、単離することが可能であった。これらの部分構造の遺伝子に融合の際に必要となる制限酵素部位を導入し、融合遺伝子を作製を試みた。しかし、現在のところ、融合した遺伝子のを得ることには成功しておらず、制御酵素部位の改変などを検討している。一方、天然の遺伝子制御蛋白質においても、ミオグロビンのようなヘムを含む部分と、ヘリックス-ターン-ヘリックス構造の部分をもつ蛋白質CooAが発見された。このCooA蛋白質はCO分子がヘム鉄に結合することにより遺伝子制御活性を示すため、本請求の人工的な遺伝子制御蛋白質のモデルとして考えられる。そこで、CooA蛋白質の結合特性についても検討を行ったところ、その結合定数はミオグロビンの場合と大きな変化はないものの、過程は多相性を示し、複数のコンフォーマ-の存在が示唆された。このことは、CooA蛋白質における遺伝子制御活性発現の際の多量体化の挙動とも対応しており、さらに詳細な検討を次年度にわたって検討する予定である。本年度は、複合活性をもったキメラ型新規蛋白質、とくに人工的な遺伝子制御蛋白質の分子設計について大きな指針となる、天然における複合活性をもったキメラ型蛋白質、CooA蛋白質、についてその構造を検討し、機能発現のメカニズムについて考察を行った。CooA蛋白質はミオグロビン様のヘム結合部位とヘリックス-ターン-ヘリックスのDNA結合部位からなると考えられている蛋白質で、1996年にはじめて単離、精製された。

このCooA蛋白質のNMRスペクトルにおいて高磁場側にポルフィリン環の影響と考えられる多くのシグナルが観測され、また、その予備的な2次元NMRの結果から、ヘム鉄へは従来指摘されていたヒスチジン以外に、アルギニン残基あるいはリジン残基の配位が示唆された。このことは、従来のヘム蛋白質とは大きく異なったヘム近傍構造であることを示しており、CooA蛋白質の機能制御機構を考えるうえで重要な知見である。一方、機能面からの評価として、配位子でありDNA結合活性を誘起する一酸化炭素の結合特性について検討を行った。その結果、見かけ上の結合速度はミオグロビンなどの他のヘム蛋白質類と大きくは変わらないものの、ナノ秒以下の領域での再結合の割合が異常に大きく、ヘム鉄周辺の大きな立体障害が存在し、結合した一酸化炭素の解離が抑制されていることが示された。このことは立体障害の大きな部位に一酸化炭素が結合することにより周辺の蛋白質構造も大きく変化し、その結果、DNA結合部位が形成されるという分子機構を示唆している。以上の結果は、人工的な遺伝子制御蛋白質の分子設計にとって大きな指針となり、当初の目的であった人工的なキメラ型蛋白質の新規合成までは至らなかったものの、ヘム結合部位とDNA結合部位を有する蛋白質の構造のキャラクタリゼーションおよび機能発現の分子機構について十分な知見が得られたものと考えられる。
大容量・低熱源利用発電システムを目指した形状記憶合金の熱・機械繰返し特性評価

各種熱産業,工場などから排出される大量で低温度レベルのエネルギの利用法の一つとして,形状記憶合金をエネルギ変換素子として利用する動力回収システムの開発のため,形状記憶合金の熱・機械的繰返し変形特性と疲労寿命評価に関して基礎的研究を行った。用いた形状記憶合金は安定性,耐食性,変態温度や疲労特性等の点で優れた性質を持つとされているTiNiCu系合金であり,Cu濃度を013%に変化させたものと,形状記憶熱処理温度348K-363Kと変化させた7種類の合金を用いた。得られた主な結果をまとめると以下のようになった。1.マルテンサイト変態温度Ms点はCu濃度が増加するにつれて上昇し,逆変態温度As点はCu濃度の増加につれて低下するが,M相の結晶構造が単斜相M相から斜方相M相に変態する状態になると再び上昇した。2.繰返しによる有効ひずみエネルギWaは,最大ひずみε_<FTBK>が3%の範囲ではCu濃度の増加とともに増大するが,高ひずみ範囲ではほぼ一定となった。3.回復ひずみエネルギの1サイクル当たりの減少量で定義した散逸ひずみエネルギは,Cu濃度の増加とともに低下した。回復ひずみエネルギは高いCu濃度域においては試験サイクルによる差異は認められなかった。4.繰返し応力-ひずみ曲線の面積で定義した回復ひずみエネルギと寿命の両対数関係から,最大ひずみが4%以上では熱処理温度が高いほど低寿命となったが,最大ひずみが3%以下では加熱温度の影響はなく両対数ほぼ一本の直線で評価できた。5.散逸ひずみエネルギと疲労寿命の両対数関係から,加熱温度,最大ひずみによらず散逸エネルギが減少するほど長寿命となる一本の直線関係で評価できた。7.超弾性サイクルにおける疲労寿命は,Cu濃度が510%の領域で低寿命となった。一方,熱・力学的サイクル条件下ではCu濃度の増加にともない低寿命となった。各種熱産業,工場などから排出される大量で低温度レベルのエネルギーの利用法の一つとして,形状記憶合金をエネルギー変換素子として利用する動力回収システムの開発のため,形状記憶合金の熱・機械的繰返しの基本的特性の評価を行った。用いた形状記憶合金は,安定性,耐食性,変態温度や疲労特性等の点で優れた性質を持つとされているTiNiCu合金であり,得られた新知見は以下のようになった。(1)一定ひずみ条件下での昇温-降温試験では,マルテンサイト変態開始温度や逆変態終了温度はひずみが大となるほど上昇したが,マルテンサイト変態終了温度と逆変態開始温度はひずみによらずほぼ一定であった。(2)一定温度下での引張-除荷繰返し試験では,マルテンサイト変態開始応力は繰返しに伴って急激に減少し数サイクルで飽和した。一方,マルテンサイト変態終了応力,逆変態開始および終了応力は繰返しによらずほぼ一定であった。(3)熱・機械的繰返し疲労試験では,最大ひずみ量は1%以下では,加熱温度範囲が逆変態終了温度域にあたるため,加熱温度が高くなっても回復応力がほぼ一定となる領域が存在した。一方,最大ひずみ量が1%より大となると逆変態終了温度が高温域に移行するため加熱温度の増加とともに回復応力が大となった。(4)1サイクル当たりの有効仕事量は,最大ひずみおよび加熱温度が高いほど増加した。

(5)単位体積当たりの生涯有効仕事量は,最大ひずみが4%以下ではひずみが大となるほど増加したが,ひずみが4%以上ではほぼ一定なった。(6)繰返し応力-ひずみ曲線の面籍で定義した回復ひずみエネルギーと寿命の両対数関係から,最大ひずみが4%以上では加熱温度買高いほど低寿命となったが,最大ひずみが3%以下では加熱温度の影響はなくほぼ一本の直線で評価できた。(7)回復ひずみエネルギーの1サイクル当たりの減少量で定義した散逸エネルギーと疲労寿命の両対数関係から,加熱温度,最大ひずみによらず散逸エネルギーが減少するほど長寿命となる一本の直線関係で評価できた。各種熱産業,工場などから排出される大量で低温度レベルのエネルギの利用法の一つとして,形状記憶合金をエネルギ変換素子として利用する動力回収システムの開発のため,形状記憶合金の熱・機械的繰返し変形特性と疲労寿命評価に関して基礎的研究を行った。用いた形状記憶合金は,安定性,耐食性,変態温度や疲労特性等の点で優れた性質を持つとされているTiNjCu系合金であり,Cu濃度を013%に変化させた4種類の合金を用いた。得られた主な結果は以下のようになった。(1)一定ひずみ条件下での昇温-降温試験では,マルテンサイト変態開始温度や逆変態終了温度はひずみが大となるほど上昇したが,マルテンサイト変態終了温度と逆変態開始温度はひずみによらずほぼ一定であった。(2)一定温度下での引張-除荷繰返し試験では,マルテンサイト変態開始応力は繰返しに伴って急激に減少し数サイクルで飽和した。一方,マルテンサイト変態終了応力,逆変態開始および終了応力は繰返しによらずほぼ一定であった。(3)変態温度Ms点はCu濃度が増加するにつれて上昇し,As点はCu濃度の増加につれて低下するが,M相の結晶構造が単斜相M相から斜方相M相に変態する状態になると再び上昇した。(4)繰返しによる有効ひずみエネルギWavは,最大ひずみεmaxが3%の範囲ではCu濃度の増加とともに増大するが,高ひずみ範囲ではほぼ一定となった。(5)回復ひずみエネルギの1サイクル当たりの減少量で定義した散逸ひずみエネルギは,Cu濃度の増加とともに低下した。回復ひずみエネルギは高Cu濃度域においては試験サイクルによる差異は認められなかった。(6)繰返し応力-ひずみ曲線の面籍で定義した回復ひずみエネルギと寿命の両対数関係から,最大ひずみが4%以上では加熱温度買高いほど低寿命となったが,最大ひずみが3%以下では加熱温度の影響はなくほぼ一本の直線で評価できた。(7)散逸ひずみエネルギと疲労寿命の両対数関係から,加熱温度,最大ひずみによらず散逸エネルギーが減少するほど長寿命となる一本の直線関係で評価できた。(8)超弾性サイクルにおける疲労寿命は,Cu濃度が510%の領域で低寿命となった。一方,熱・力学的サイクル条件下ではCu濃度の増加にともない低寿命となった。
NOGマウスを用いた「ヒト癌誘導微小環境」解析のためのin vivo実験系の開発

がんの発生・進展には腫瘍細胞自身の形質はもとより、腫瘍が発生、発育する場が重要な役割を演じている。本研究は、がんの発育・進展に関与する場をがん進展・誘導微小環境ととらえ、ヒトにおけるがん誘導微小環境を総合的に理解・解析するための再現性と安定性に優れたin vivoモデル動物を開発する目的で行われた。まず、難治性のヒト血液がんの一種である多発性骨髄腫培養細胞株を移植し、これに対するヒトNK細胞の作用を解析できる実験系の開発を行った。さらに、ヒト末梢血単核細胞よりCD56抗原陽性細胞(NK細胞分画)を集めNOGマウスに移植したマウスにヒト骨髄腫細胞を移植し腫瘍形成能を評価した。また、腫瘍部における浸潤ヒト免疫細胞の割合を免疫組織学的に解析した。その結果、ヒト骨髄腫細胞はNOGマウス中で骨破壊性の病変を形成し、ヒト病態モデルとして有用であることが判明した。また、この系を用いることによって新しい治療法の開発が期待できることが判明した。また、NOGマウスにヒト悪性黒色腫細胞株A375/トロンボスポンジン2(TSP2)遺伝子導入株を移植し、遠隔転移能を解析し、間質蛋白分解酵素の活性、血管新生抑制能その他を検討した。MMP/MSPの遺伝子発現および酵素活性はTSP2遺伝子導入株で充進していることが確認されたが、in vitro浸潤能は有意に低下していた。また、NOGマウスin vivo肝転移実験では、TSP2遺伝子導入株で有意に転移が抑制された。悪性黒色腫の遠隔転移にTSP2発現が間質基質の分解とは異なる機序で抑制性に関与していることが示唆された。本研究によって悪性黒色腫の浸潤・転移はがん微小環境を巧妙に変化させることで制御できる可能性が示唆された。今後このモデルを用いて癌微小環境を制御できる新薬などの探索を行い、これらモデル動物を用いたがんの予防と治療の評価システムを確立し、創薬研究に有効な動物実験系の確立へとつなげたい。本年度の研究では、実験動物中央研究所(実中研)で開発されたNOGマウス(NOD-scid・Il-2Rγノックアウトマウス)難治性のヒト血液がんの一種である多発性骨髄腫培養細胞株を移植し、これに対するヒトNK細胞の作用を解析できる実験系の開発を行った。ヒト末梢血単核細胞よりCD56抗原陽性細胞(NK細胞分画)を集め、非致死量放射線照射後NOGマウスの尾静脈より移植した(10^6細胞/マウス)。12週間後、FACS解析にてヒトNK細胞の正着を確認した。このhu-CIM-NK/NOGマウスに多発性骨髄腫細胞(10^210^6細胞/マウス)を移植し29週間観察し腫瘍形成能を評価した。さらに、腫瘍部における浸潤ヒト免疫細胞の割合を免疫組織学的に解析した。平成17年度の研究では、実験動物中央研究所(実中研)で開発されたNOGマウス(NOD-scid・Il-2Rγノックアウトマウス)にヒト多発性骨髄腫培養細胞株を移植し、これに対するヒトNK細胞の作用を解析できる実験系の開発を引き続き行った。また、ヒト癌細胞株とヒト血管内皮細胞を共生培養しNOGマウスへの移植を行いヒト癌細胞の増殖に対する効果を検討した。