hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強磁場中量子ドットにおけるスピン・ブロッケードの理論

半導体を微細に加工する技術の発展により、電子が数個しか収納されていない量子ドットや、電子が一個一個出入りする単一電子トンネリングが確立されている。このような単一および二重量子ドットに強磁場をかけた場合に、基底状態のスピン状態を少数電子系の厳密対角化により調べ、結果を「電子分子」描像とそれに伴う「魔法数」により解釈した。また、この系はスピン・ブロッケード(スピン波動関数の非整合により電子トンネリングが阻害される効果)を実現させるのに有利であることも示した。これは、電子相関のために電子が分子を組むために、「魔法数」軌道角運動量と全スピン角運動量が連動する(つまり、軌道運動がどのようにクーロン斥力を避け得るかが全スピン状態に敏感に依存する)ので、軌道角運動量魔法数ジャンプに伴って全スピンもジャンプするため、と解釈される。磁場をかけない普通の場合には、フント則という弱く相互作用する電子系に対するスピン状態の規則が良く成立し、スピン・ブロッケードは期待しにくい。これと対照的に、強磁場下では電子はサイクロトロン運動に局在化され、そのために強相関問題となるために事情が大幅に変わった訳である。本年度は特に、(1)量子ドットの閉じこめポテンシャルの強弱に応じてスピン・ブロッケードの観測のされ易さが変わり、現実的な領域で観測され得ること、(2)二重量子ドットの状態は「立体電子分子」配置により解釈され、スピン・ブロッケード条件は単一の場合より満たさせ易くなること、(3)磁場が弱い場合はランダウ準位間の混成が無視できないが、この効果も取り入れると、魔法数の観測の方法の一つと考えられる光学吸収スペクトルにおいて、ランダウ準位間の遷移に対応する分枝にも魔法数に対応する異常が現れることを示した。
不飽和土壌中の硝酸性窒素の移動に及ぼす水みち流れおよび蒸発の影響

本研究では,不飽和土壌中での硝酸性窒素の移動を,水みち流れと蒸発による移動に着目して,実験とその結果のモデル化,および現地地下水水質観測により検討した。得られた主な結果は以下の通りである。1.地下水の硝酸性窒素濃度の変動特性自然条件下での硝酸性窒素の移動に関する情報を得るという目的で,地下水水質の変動特性を観測した。得られた主な知見は以下である。(1)地下水水質には降雨の影響が現れる,(2)降梅の影響は比較的早く現れ水みち流れ等の影響がうかがえる,(3)地下水水質の降雨への応答は土壌水分量,降雨量等により異なる。2.不飽和層中の水みち流れ不飽和相中に水みち流れが形成される機構,条件を明らかにし水みち形成をモデル化するという目的で,実験,およびシミュレーションを行った。(1)水みち形状はフラクタル構造である,(2)重力と毛管力の大きさの関係により水みち形状が決まる,(3)重力と毛管力の大きさは不飽和層の空隙の大きさと方向により決まる,(4)降水量は水みち形状に影響するときとしないときがある。3.浸透と蒸発による硝酸性窒素の移動不飽和土壌中での浸透と蒸発による硝酸性窒素の移動速度を調ベモデル化するという目的で,実験,およびシミュレーションを行った。得らりた知見は以下である。(1)多孔性の土では硝酸性窒素の移動距離は水分の移動距離より小さい,(2)蒸発によって硝酸性窒素の表面への移動が起こるが浸透距離への影響は小さい,(3)粒子が大きいと降雨量が硝酸性窒素移動距離に与える影響が大きい,(4)粒子が小さいと表面への移動が大きい。本研究では、不飽和土壌中での硝酸性窒素の移動速度を、水みち流れと蒸発による移動に着目して、実験、および現地地下水水質観測により検討している。本年度の検討結果は以下の通りである。1.対象地域の地下水硝酸性窒素濃度の変動対象地域の地下水硝酸性窒素濃度の季節変動、降雨後の変動を観測した。その結果、水道水源としてポンプ取水している地下水の季節変動が被圧地下水に比べて大きいことを示した。この地下水では、雨の少ない時期に硝酸性窒素のモル濃度比が小さい傾向を示した。また、降雨に対する水質応答の早さは季節等により異なっていた。2.水みち流れによる移動土壌中の徴小空隙を模した装置で、水分条件、降水条件が水みち形成に与える影響を検討した。その結果、水みち形状のフラクタル次元の測定が影響の大きさの検討に有効であること、重力と毛管力の和、初期水分条件が水みち形状に大きな影響を与えることを示した。3.蒸発による移動不飽和土壌カラムを作成し、温度、湿度を制御した条件で蒸発による移動を検討した。その結果、蒸発初期には移流による表面への硝酸性窒素の集積が盛んだが、ある程度乾燥が進むと移流による移動が止まり拡散の影響が現われてくることを示した。また、粒子径が小さいほど表面への集積が大きいことを示した。なお、最終年度にあたる平成4年度は、実験結果に基づくモデルシミュレ-ションにより、現地観測結果をどの程度説明できるが検討する。本研究では、不飽和土壌中での硝酸性窒素の移動を、水みち流れと蒸発による移動に着目して、実験、および現地地下水水質観測により検討した。水みち流れの機構については平成3年度にある程度解明できたので、平成4年度は、現地地下水水質観測の継続、およびより複雑な条件での蒸発移動の実験を主に行った。1.対象地域の地下水硝酸性窒素濃度の変動

本年度の観測では、昨年度よりも集中的な観測を行い水質の日単位の変動を調べた。その結果、季節変動では昨年度と同様に硝酸性窒素の12月からの増加に加え、NH_4^+、pHの変動も観測できた。また降雨の影響についてもより顕著な例を観測できた。さらに、各井戸水の関係が陰イオンの濃度比である程度判定でき、類似の井戸水では水質変動も対応していることを示した。2.浸透と蒸発による移動実験不飽和土壌カラムを作成し、温度・湿度を制御した条件で蒸発による移動を検討した。本年度は、降雨を断続的にすることにより、より実際に近い条件での蒸発の影響を検討した。その結果、降雨間隔が長いときには蒸発の影響が現れ、同じ降水量でも断続的降雨では硝酸性窒素の移動が少なくなることを示した。3.土中移動のモデルシミュレーション実験結果に基づき、浸透と蒸発による移動を確率過程として表現するモデルを作成した。このモデルを用いたシミュレーションにより、観測・実験結果を定性的に再現することができた。
サルコメア関連タンパク質の異常による遺伝性筋疾患の病態解明

1.カルパイン3異常症のcDNAマイクロアレイ解析:カルパイン3異常症の骨格筋では、病初期に壊死・再生像が見られるが、次第に筋原線維の配列が乱れた分葉線維が多数出現する。壊死・再生期3例、分葉線維期4例、対照筋2例について、我々の研究室で独自に開発したcDNAマイクロアレイを用いて、遺伝子発現の網羅的解析をおこなった。分葉線維期の骨格筋で特に発現量が変化している遺伝子が29個同定され、ゲルゾリン、PDLIM3、トロポニンI1のような、アクチン結合蛋白質が含まれていた。この結果から、アクチン結合蛋白質の発現変化が、分葉線維として認められる筋原線維の配列の乱れに関与している可能性を提唱した。2.筋原線維性ミオパチー(MFM)の解析:(1)MFMの病理所見に合致する47名を抽出し、既知のMFM原因遺伝子について変異解析を行った。その結果、デスミン遺伝子変異が1名に認められたが、αB-クリスタリン、ZASP、ミオティリン遺伝子に変異は認められず、既知遺伝子による頻度が本邦では海外より低いことが示された。(2)ZASP遺伝子変異は臨床的に多様な症状を示す。そこで、筋原線維の乱れがある200名に対象を拡げたところ、臨床診断が高CK血症ならびに封入体筋炎とされていた計4例に変異が見つかった。さらに、ZASP変異によってマルチミニコア構造が形成されうることが初めて明らかになり、病理機序を考える上で興味深い。(3)本邦で初めてミオティリン変異による肢帯型筋ジストロフィー1A型(LGMD1A)の家系を見いだした。(4)新規候補遺伝子としてコフィリン2に着目して解析したが、変異は認められなかった。1.カルパイン3異常症のcDNAマイクロアレイ解析:カルパイン3異常症の患者の骨格筋組織では、病初期には局所的な筋細胞の壊死と再生が見られるが、次第に筋細胞の内部構造(おもに筋原線維の配向)が乱れた分葉線維と呼ばれる筋線維が多数認められるようになる。我々は、とくに分葉線維の形成メカニズムに着目し、カルパイン3蛋白質の生理的機能と密接な関連性があるとの仮説のもと、この形成過程における遺伝子発現の網羅的解析をおこなった。壊死・再生期の骨格筋3例、分葉線維期の骨格筋4例、コントロール筋2例について、我々の研究室で独自に開発しているcDNAマイクロアレイを用いて解析をおこない、遺伝子発現量を比較した。その結果、分葉線維期の骨格筋で特に発現が変化を示した遺伝子が29個同定された。この中には、ゲルゾリン、PDLIM3、トロポニン11のような、アクチン線様結合蛋白質や調節蛋白質が含まれており、その発現量上昇はウエスタンブロットでも確認された。これらの結果から、我々は、アクチン結合蛋白質の異常な遺伝子発現の上昇が、カルパイン3異常症の分葉線維として認められる筋原線維の配列の撹乱に関与している可能性を提唱する。2.ミオフィブリラーミオパチーの遺伝子変異検索:本疾患が疑われる患者55名を筋病理学的に抽出し、検索対象とした。既知の原因遺伝子のうち、デスミン遺伝子とαB-クリスタリン遺伝子の解析を完了し、デスミン遺伝子変異を1名に認め、αB-クリスタリン遺伝子変異は認めなかった。これは従来報告されている海外での頻度よりもかなり低い結果であった。ZASP遺伝子とミオティリン遺伝子の検索については、これまでに7割が終了した。また、新規候補遺伝子として、アクチン重合制御タンパク質であるコフィリンに対するPCRプライマーを作成し、解析を開始している。次年度も引き続き解析を進めていく予定である。1.ZASP異常症:ZASP

遺伝子変異はミオフィブリラーミオパチー(MFM)のみならず、拡張型心筋症(DCM)や晩発型遠位型ミオパチーにおいても報告がある。そこで、昨年度よりも検索対象を広げ、狭義のミオフィブリラーミオパチーの特徴である蛋白凝集体の存在にはこだわらず、光学顕微鏡下で筋原線維間網の乱れが認められる180名の患者を抽出した。ZASP遺伝子の塩基配列解析をおこなったところ、1名でp.D626N変異が、2名でp.A147T変異が発見された。前者のp.D626N変異は以前、拡張型心筋症での報告があり、実際この患者は高CK血症とともに、ペースメーカーを必要とする重篤な房室ブロックを呈していた。興味深いことに、骨格筋病理像ではMFMに特徴的な明白な蛋白凝集体や縁取り空胞は認められず、マルチミニコアの存在が主要な病理変化であった。一方、p.A147T変異は以前MFMにおいて報告があり、今回の2名の患者でも骨格筋の筋力低下があるが心障害は認められていない。骨格筋病理像では、MFMに特徴的なcytoplasmicbody、spheroidbody、縁取り空胞のみならず、マルチミニコア類似所見も認められた。これらの結果から、ZASP変異によっては骨格筋の病理学的変化としてマルチミニコア構造を引き起こしうることが初めて明らかになった。2.Myotilin異常症:本邦で初めてmyotilin変異による肢帯型筋ジストロフィー1A型(LGMD1A)の家系を見いだした。3.Cofilin遺伝子変異の探索:MFMの新規候補遺伝子としてcofilin 2に着目したが、80名からは変異を認めることはできなかった。
マトリックス分解酵素阻害剤を用いた胃癌腹膜播種抑制に関する研究

実験動物を用いた腹膜播種巣の検討SCIDマウス(♂5週齢)にヌードマウス可移植性ヒト胃癌株TMK-1を10^6個/body腹腔内投与して腹膜播種モデル作成し,マトリックス分解酵素(MMP)阻害剤marimastat 27 mg/kg/day14日間投与した群(M群)と対照群(C群)を比較したところ,播種結節重量はM群で有意に低値であった。また血管新生について検討したところ,血管密度(MVD)についてもM群で有意に低く,播種抑制にはMMP阻害に伴う血管新生の抑制が関与している可能性が示唆された。また播種結節を用いたFilm in situ zymographyの検討から、in vivoにおいてM群でgelatinase活性が抑制されていることが示された。培養細胞を用いた検討ヒト正常臍帯静脈より樹立した血管内皮細胞株HUVECと、ヌードマウス可移植性ヒト胃癌細胞株TMK-1とを共培養した培養上清のゼラチナーゼ活性を,gelatin zymographyにより検討したところ,marimastat添加によりpro-MMP-2のバンドが増強し、逆にMMP-2のバンドが減弱した。このことから、marimastatはMT1-MMPの阻害によりMMP-2の活性化を抑制していると考えられた。業績の発表培養細胞を用いたゼラチナーゼ活性の検討ヒト正常臍帯静脈より樹立した血管内皮細胞株HUVECとヌードマウス可移植性ヒト胃癌細胞株TMK-1とをco-cultureして,gelatin zymographyによりゼラチナーゼ活性を検討したところ,対照のHUVEC単独培養に比べ高いゼラチナーゼ活性を呈した。実験動物を用いた腹膜播種巣の検討SCIDマウス(♂5週齢)にヌードマウス可移植ヒト胃癌株TMK-1を10^6個/body腹腔内投与して腹膜播種モデル作成し,マトリックス分解酵素(MMP)阻害剤marimastat27mg/kg/day投与した群(M群)と対照群(C群)を比較したところ,播種結節重量はM群で有意に低値であった。業績の発表
小児腎炎におけるメサンギウムによるサイトカイン産生の病因的意義の解析

平成7年度に実施した研究を以下に示す。2.培養ヒトメサンギウム細胞を用いて、M-CSFの産生能をEIAにて検討した。無刺激では48時間までM-CSFは産生されなかったがIFN-γ,LPSでは濃度依存性に産生が亢進した。LPSにIndomethacinを添加することによりM-CSFの産生がさらに亢進することから、M-CSFの産生はProstaglandinsにより抑制的な調節を受けていることが示唆された。TNF-αによるM-CSFの産生はIFN-γ、LPSに比べると低値であったが濃度依存性に増加した。TNF-αによるM-CSFの産生もLPS同様Prostaglandinsにより抑制的な調節を受けていることが示唆された。4.今後は同様の検討をIL-6,IL-8,MCAFについても行う予定である。また小児慢性腎炎患者の腎生検標本についても上記サイトカインの発現を検討し、遊走細胞、メサンギウム増殖、臨床所見との相関を検討する予定である。
電解液ジェット加工の高速化と微細化に関する研究

電解液ジェット加工は電解液のジェット噴流直下に電流密度の分布が集中することを利用して、ジェットの当たる部分のみを選択的にマスクレスで電解加工する方法である。ノズルの走査を制御することによりマスクレスで流体軸受の微細溝、マイクロレンズアレイなど、凹凸がミクロンオーダあるいはナノメータオーダの微細形状が安価なシステムで効率よく加工できる。本研究では、電解液ジェット加工効率の向上、更なる微細加工の実現、複雑3次元形状加工の実現、及びノズル消耗の原因究明と低減のため、加工実験やシミュレーションを行った。その結果、以下の成果を得た。(1)マルチノズルを用いることにより、加工速度の向上を実現した。(2)ノズルとシリンジとの間にフィルタを取り付けることにより、電解液中の異物を除去し、内径25μmのノズルを用いてマイクロピットと溝の加工を実現した。(3)ノズル走査速度や軌跡を求める方法を確立し、単純加工形状の重ねあわせによる複雑な3次元形状の加工を実現した。(4)シミュレーションと実験結果を比較することにより、重ね合せ法の有効性を確認した。(5)単純曲線溝の加工深さを減らしたり、溝と溝とのピッチを最適化したりすることにより3次元形状創成の加工精度を向上させた。(6)加工中のノズル消耗の原因は、局部電池であると突き止め、1種類の金属のみでノズルを構成し、ノズルの消耗を防ぐことができた。(7)電解液ジェット加工の応用例として、ソーワイヤのディンプル加工を試みた。フラットジェットを用いることにより、ワイヤ振動の有無にかかわらずワイヤ表面に微細ディンプルの加工を実現した。微細なノズルから電解液を噴射させて加工を行う電解液ジェット法は、ノズルの走査によりマスクレスで複雑形状を加工できるという特徴を持っている。この加工法で微細で複雑な3次元形状の加工を実現するため、平成18年度は以下のような研究項目を行った。まず、より微細な加工を実現するため、微細ノズルを用いたときに頻発するノズル詰まりを解決した。具体的には、ノズルとシリンジとの間にメッシュ0.22μmのフィルタを取り付け、異物を除去した。一方、フィルタの使用により圧力損失が大きくなり、跳水現象が得にくく、工作物表面上に電解液がたまるので、高精度加工の実現ができなくなる。そこで、工作物表面上に電解液がたまらないよう、工作物表面上の電解液を吸引する機構を追加し、跳水現象の促進を図った。その結果、市販の25μmのセラミック製微細ノズルを用いてマイクロピットと溝の加工を実現した。しかし、市販のノズルは形や大きさに制限があるため、微細放電加工技術を用いて、円形状やスリット状の微細金属ノズルを製作して、加工実験を行った。その結果、スリットノズルを用いる場合、ギャップを短くするほどノズル形状に近い加工形状が得られることが分かった。微細ノズルによる加工が安定的に行えるので、単一曲線溝の重ねあわせによる複雑な3次元形状の加工を試みた。まずはシミュレーションによって、曲率半径の異なる曲線溝の形状を解析で求める。次に各単一曲線溝を重ね合わせ係数をつけて単純に重ね合わせていき、重ね合わせ形状を求める。さらに重ね合わせ形状と目標形状の差を最も小さくなるように各重ね合わせ係数を求める。最後に重ね合わせ係数から溝加工用のノズル走査速度を求めて、実際の加工に用いる。以上により、複雑形状加工のためのノズル軌跡や走査速度を求める方法を確立した。シミュレーションと実験結果を比較することにより、本方法の有効性を確認した。19年度は以下の研究項目を実行した。1.加工誤差低減法の試み3次元形状の創成加工を実現するため、静止したノズルで加工されるピット形状から、単純曲線溝の加工形状を算出した。また、単純曲線溝の重ね合わせにより、任意の球面形状の創成加工に必要なノズルの軌跡と走査速度を求めるプログラムを開発し、実験によりプログラムの有効性を確認した。

さらに、単純曲線溝の加工深さや溝と溝の間のピッチが加工誤差に及ぼす影響を調べた結果、単純曲線溝の加工深さを減らしたり、溝と溝とのピッチを最適化したりすることにより加工精度が向上することが分かった。2.ノズルの消耗とつまりの低減策直流電源を用いた電解液ジェット加工において、陰極であるにもかかわらずノズルの消耗が観察されている。実験と分析を重ねて行った結果、ノズルは2種類以上の金属が構成されているため、局部電池によって消耗が発生したことが分かった。そこで、ノズルを1種類の金属のみで構成し、局部電池によるノズルの消耗を防ぐことができた。また、微細なノズルを用いて連続加工を行う場合、電解液に溶けている金属イオンでノズルがつまってしまうことがしばしばある。そこで、電解液に2つの電極を浸し、電流を流して電解作用を生じさせ、金属イオンの除去を行った結果、ノズルのつまりを防ぐことができた。3.ソーワイヤのディンプル加工シリコンウェーハのスライシング工程で使用されるソーワイヤの砥粒のキャリー効率を向上させるため、スリット上の噴流孔を持つノズルから電解液をジェット状に噴出し、ワイヤ表面にディンプルを電解加工する方法を提案し、実験を行った。その結果、フラットジェットを用いることにより、ワイヤ振動の有無にかかわらずワイヤ表面に微細ディンプルの加工が可能であることが分かった。また、マルチスリットノズルを用いることにより、ワイヤ表面に複数のディンプルを同時に加工することが可能である。
ソノクリスタル距離情報3次元再構築による右心機能指標の作成と移植後右心不全での応用

ソノクリスタル距離情報の3次元再構築にて新たな右心機能指標を作成し右室自由壁・心室中隔の機能低下が全右心機能に及ぼす影響の統合的解析を目的としたが、多数個ソノクリスタルを用いた実験系の管理が著しく複雑な為簡素化した基礎実験(6ヶのソノクリスタル情報から左心容積を算出し虚血再潅流障害による左心機能障害を評価する)を施行。【基礎実験】(1)虚血再潅流心モデルでO_2濃度及びL-arginineが再潅流障害に与える効果の検討、(2)多数個ソノクリスタルを用いた実験系に対する習熟。【基礎実験結果・まとめ】(1)6ヶのクリスタルにより左室容量を正確に計測し得た。(2)虚血再潅流後の心機能は高濃度O_2+L-Arginineにより有意に悪化し低濃度O_2+L-arginineにて改善。【本実験】多数個のソノクリスタルを用いたシステムは以下の理由で機能しなかった。(1)体外循環離脱後の心機能、特に右心機能が極度に悪化。右室自体を傷害しないように体外循環下に右房切開によりソノクリスタルを埋込んだが、それでも右室への侵襲が大きく右心不全から体外循環の離脱そのものに難渋。(2)右室壁は壁厚が薄くクリスタルの固定が不十分でデータの再現性が欠如。(3)埋め込みのため右房切開が結果として右心室機能に前負荷として直結する右房機能を傷害するという実験モデル上の欠点。【今後の展開】不全心における右心機能については数多くの臨床報告を行ってきた。その裏付けの基礎データの蓄積を今回のプロジェクトに期待したが、24ヶ個のソノクリスタルを用いた実験系はうまく機能せず結果的に基礎実験のデータしか発表できなかった。ソノクリスタルを外科的に留置する本法では右心系全体への侵襲が大きく目的とする実験データ(右心室におけるソノクリスタル相互間距離の経時的変化)を得ることが出来無かった。今後は右室容積測定を3次元超音波など無侵襲的に行う方向で研究を続行したい。Preliminary Studyにて多数個のクリスタル距離情報を用いた実験系の管理が著しく複雑にて、本実験に移行する前段階として実験系への習熟が必要とされた為、24ヶのクリスタル距離情報を用いた3次元再構築および移植心モデルに先立ち、簡素化した以下の基礎実験(6ヶのクリスタル情報を用い、左心容積を算出することで、虚血再潅流障害における左心機能障害の評価を行う)を組み立て、移植心を想定した再潅流障害モデルに応用。【基礎実験テーマ】(1)心移植を想定した体外循環下虚血再潅流心モデルにおけるL-arginineの再潅流障害に対する効果の検討、(2)多数個のクリスタルを用いた実験系に対する習熟。【実験結果】(1)-1)高濃度酸素およびL-arginine投与は、低濃度酸素+L-arginine投与群に比し、有意に虚血再潅流後の心機能を悪化させる。-2)低濃度酸素およびL-arginineの組合せは虚血再潅流心の心機能を有意に回復させる(1999.AHA scientific meetingにて発表)。以上の基礎実験の後、右心機能評価への本格的応用を試みた。【右心機能への応用】

体外循環下に24ヶのクリスタルを雑種成犬の右心を、三尖弁口から肺動脈弁口までを3等分し、各々のレベル(計4)に各6ヶのクリスタル(計24ヶ)を縫着。体外循環離脱後各クリスタルの情報を得ようとしたが、クリスタルの心内固定がうまく行かず、安定したデータ蓄積が出来なかった。現在クリスタル形状を変えることにより、より安定した距離情報が得られるのではないかと形状および固定法の改良中である。Preliminary studyにおいて、多数個(24ヶ)のクリスタル距離情報を用いた実験系の確率の困難性が予想された。前段階の6ヶのクリスタルを用いた実験系を用いた実験(前年度施行)から、本実験の困難性が予想された為、基礎実験を再度施行した。【基礎実験】開心術をモデルとした、体外循環下虚血再環流モデルにおける再環流障害の、クリスタル距離情報を用いた数値化実験。【本実験】予定された実験通り、雑種成犬を用い、体外循環を確立した後24ヶのクリスタルを右心に縫着(三尖弁口肺動脈弁口を三等分し、計4つのレベルに各々6ヶづつ)し、各クリスタル間の距離情報(_<24>C_2=276通り)を同時に計測しようとしたが、距離情報がうまく収集できなかった。クリスタルの形状・および固定方法を変えることで距離情報のデータ蓄積が進むよう工夫しつつ実験を行ったが、幾度の実験にても残念ながら安定した再現性のある距離情報が蓄積できなかった。現在のクリスタル測定システム自体の限界かと思われるが、実験動物の大型化(大型の豚の使用)や重要と思われるクリスタル固定法のさらなる改良にてデータが得られるのではないかと模索中であり、目的とした心移植モデル右心不全での応用に行くまでもなく、残念ながら新たな右心機能指標の作成にも成功しなかった。
歯胚再生技術を用いたGFP陽性接合上皮細胞における機能的転写因子の同定

研究実施計画に照らし合わせ、H29,30年度に実施した実績は、下記の通りである。29年度:GFP陽性歯原性上皮・野生型C57BL/6マウスの間葉組織の再構成歯胚を作製し、予め野生型マウスの上顎第一第臼歯を抜歯し、治癒を確認後、作製した歯胚を埋入した。移植後50日前後で、萌出完了した再構成歯近傍の接合上皮と口腔上皮を回収した。回収した組織を酵素処理し、皮細胞を分散化し、フローサイトメトリーを用いて、接合上皮をGFP陽性分画として採取、また、GFP陰性分画として口腔上皮を採取した。RNAシークエンスを用いて、GFP陽性接合上皮細胞とGFP陰性の口腔粘膜上皮細胞の遺伝子発現を比較検討したところ、GFP陽性接合上皮細胞でOdam、Icam1、Krt17が、GFP陰性の口腔粘膜上皮細胞と比較して高頻度で発現していた。さらに、回収したGFP陽性接合上皮細胞にレンチウイルスを用いてSV40 large T抗原を導入し、GFP陽性接合上皮不死化細胞株を樹立し、Limiting diluetionを用いてsingle cell cloneを作製した。樹立したGFP陽性接合上皮不死化細胞、再構成歯胚から回収した接合上皮細胞、口腔上皮細胞を用い、RTーPCRを実施した。樹立したGFP陽性接合上皮不死化細胞、再構成歯胚から回収した接合上皮細胞では、歯原性上皮に発現すると言われ、過去に天然の接合上皮でも発現が確認されているKrt19の発現が認められ、一方で口腔上皮細胞では発現が確認出来なかった。以上より、GFP陽性不死化接合上皮細胞株では、接合上皮のcharacterが保持されていると推察する。30年度:6月1日より産休に入ったため、移植マウス及び細胞株の維持、一部のPCR解析のみ実施した。平成31年度は、昨年計画通りに遂行出来なかったGFP陽性接合上皮不死化細胞株の機能解析を行う予定である。研究代表者の産前産後休暇及び育児休暇のため、本来、平成30年度に行う予定であったGFP陽性接合上皮不死化細胞株の機能解析が実施出来ず、移植マウス及び細胞株の維持、一部のPCR解析のみ実施した。本年度はGFP陽性接合上皮不死化細胞株の機能解析を中心に実験を遂行する予定である。今年度は、接合上皮株を用いた機能解析を実施する予定である。1組織再構築能の検討3D再構成培養法を用いて、重層化、つまりは組織再構築能があるかを確認する。2機能的転写因子の同定と物質透過能の検討接合上皮特異的に上がっている転写因子(A)を抽出する。樹立された接合上皮細胞株にsiRNAを用いて(A)の発現抑制を行う。Endohmを用いて(A)を抑制した接合上皮細胞と、(A)を抑制していない接合上皮細胞で、物質透過性を電気抵抗値を用いて解析する。研究実施計画をに照らし合わせ、H29年度に実施した実績は、下記の通りである。GFP陽性歯原性上皮・野生型C57BL/6マウスの間葉組織の再構成歯胚の作製し、予め野生型マウスの上顎第一第臼歯を抜歯し、治癒を確認後、作製した歯胚を埋入した。平成30年度は、このGFP陽性接合上皮不死化細胞株を利用し、機能解析を行う予定である。概ね、交付申請書に記載した研究実施計画どおりに研究を遂行出来たため。

回収した組織を酵素処理し、皮細胞を分散化し、フローサイトメトリーを用いて、接合上皮をGFP陽性分画として採取、また、GFP陰性分画として口腔上皮を採取した。RNAシークエンスを用いて、GFP陽性接合上皮細胞とGFP陰性の口腔粘膜上皮細胞の遺伝子発現を比較検討したところ、GFP陽性接合上皮細胞でOdam、Icam1、Krt17が、GFP陰性の口腔粘膜上皮細胞と比較して高頻度で発現していた。さらに、回収したGFP陽性接合上皮細胞にレンチウイルスを用いてSV40 large T抗原を導入し、GFP陽性接合上皮不死化細胞株を樹立し、Limiting diluetionを用いてsingle cell cloneを作製した。樹立したGFP陽性接合上皮不死化細胞、再構成歯胚から回収した接合上皮細胞、口腔上皮細胞を用い、RTーPCRを実施した。樹立したGFP陽性接合上皮不死化細胞、再構成歯胚から回収した接合上皮細胞では、歯原性上皮に発現すると言われ、過去に天然の接合上皮でも発現が確認されているKrt19の発現が認められ、一方で口腔上皮細胞では発現が確認出来なかった。以上より、GFP陽性不死化接合上皮細胞株では、接合上皮のcharacterが保持されていると推察する。30年度:6月1日より産休に入ったため、移植マウス及び細胞株の維持、一部のPCR解析のみ実施した。平成31年度は、昨年計画通りに遂行出来なかったGFP陽性接合上皮不死化細胞株の機能解析を行う予定である。研究代表者の産前産後休暇及び育児休暇のため、本来、平成30年度に行う予定であったGFP陽性接合上皮不死化細胞株の機能解析が実施出来ず、移植マウス及び細胞株の維持、一部のPCR解析のみ実施した。本年度はGFP陽性接合上皮不死化細胞株の機能解析を中心に実験を遂行する予定である。今年度は、接合上皮株を用いた機能解析を実施する予定である。1組織再構築能の検討3D再構成培養法を用いて、重層化、つまりは組織再構築能があるかを確認する。2機能的転写因子の同定と物質透過能の検討接合上皮特異的に上がっている転写因子(A)を抽出する。樹立された接合上皮細胞株にsiRNAを用いて(A)の発現抑制を行う。Endohmを用いて(A)を抑制した接合上皮細胞と、(A)を抑制していない接合上皮細胞で、物質透過性を電気抵抗値を用いて解析する。物品購入品のうち、予定額よりも安価なものがあり、そちらに切り替えたため。産休・育休取得で、一時、研究を中断したため。本年度に実施するGFP陽性接合上皮不死化細胞株の機能解析に必要な消耗品購入に使用する。
大気圧クライオプラズマの創製とその材料加工プロセスへの応用

本研究では、大気圧プロセスプラズマの新しい可能性を開拓すべく、(1)"熱プラズマ(ガス温度数千K数万K程度)"、(2)"低温プラズマ(ガス温度300K1000K程度)"に次ぐ、第3の温度領域-ガス温度数十K273K300K程度-のプロセスプラズマ"大気圧クライオマイクロプラズマ"の創製とその材料加工プロセスへの応用を目指し,以下のような成果を挙げた。先ず、(1)大気圧クライオプラズマの創製とプラズマ診断を行った。ガス温度を液体ヘリウム温度から室温まで(4300K)連続的に制御したクライオプラズマ(誘電体バリア放電型プラズマジェット、および、平行平板型電極を用いた誘電体バリア放電)の安定発生に成功した。プラズマジェットの様子は温度とともに変化する。また、発光分光測定を行ったところ、励起種がガス温度低下に伴って変化することも確認され、ガス温度が20K以下になるとヘリウムエキシマーからの発光がはっきりと確認された。さらに、透明電極であるITO電極を用いて平行平板型電極を用いたクライオ誘電体バリア放電プラズマを発生させたところガス温度変化に伴いプラズマの自己組織化パターンも変化することがわかった。これらは雰囲気ガスの温度変化に伴う密度変化や物性変化に起因すると考えられる。また、(2)材料加工プロセス(表面エッチング、表面改質)への応用に向け、有機材料の表面改質(表面の親水化)の予備実験も開始した。
病院内環境水の細菌学的調査-特にレジオネラ属菌による汚染状況について-

病院内の環境細菌は、環境中で一定の菌数を維持し、医療従事者の手指、器材を介して、あるいは浮遊細菌が患者と接触することにより患者に感染し院内感染を起こす可能性がある。このような菌による院内感染の防止には、病院内の環境中の細菌汚染の状況を的確に把握し、細菌の伝播経路の遮断を行うことが必要である。本年度は、病院内の環境細菌叢(床細菌叢及び浮遊細菌叢)の調査を行い、病院内での環境細菌叢を明らかにした。更に、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)について入院患者から得られた臨床分離細菌と環境中から得られた細菌が同一の細菌であるか遺伝子型などを比較した。浮遊細菌検査における菌数は、病室、廊下、処置室及び外来で比較的多い傾向が見られ、手術室の菌数は、非常に少なかった。検出された細菌の構成比率に差はなく、コアグラーゼ陰性ブドウ球菌及びグラム陽性桿菌であった。この内、グラム陽性桿菌は粉塵を介して院内に持ち込まれたと思われる土壌中に多く存在する菌種であると考えられた。床細菌検査による菌の検出傾向は、浮遊細菌検査とは異なる結果が得られ、黄色ブドウ球菌及びブドウ糖非発酵グラム陰性桿菌の増加が見られた。更に、環境細菌叢からはレジオネラ属菌は全く認められなかった。床細菌検査及び浮遊細菌検査から得られたMRSA20株について検討を行った。平成11年と12年で検出菌数に差はなかったが、検出された場所に違いが見られた。さらに、患者から分離された40株を含めた計60株をパルスフィールド電気泳動法で解析した。その結果、今回、環境と患者から得られた菌株のPFGEタイプに関連性を見出すことはできなかった。また、環境中から得られた菌株のPFGEタイプは、時期、場所によって様々であった。
集積型ポルフィリン金属錯体の合成と機能発現

ポルフィリン分子は、ほとんど全ての金属と配位錯体を形成し、かつ拡張されたパイ電子系を有する有機多座配位子である。従って、小さな分子内HOMO-LUMOギャップを有し、かつ有機分子に金属の性質が導入されている。最近では、有機-無機ハイブリッド機能性物質に於ける、最も重要な分子の一つとして大きな注目が集められており、金属的電気伝導性やフェリ磁石の挙動を示す物質の報告がある。ところで、複数個の分子を互いに近接させると、各分子のフロンティア軌道が摂動し、単分子には見られなかったような新しい性質が発現することが知られている。そこで、本研究では、多数のポルフィリン分子を共有結合を用いて集積化させ、機能性分子としての評価を行った。
ミトコンドリアストレス応答におけるGCN1L1の機能解析

リボソーム結合タンパク質であるGCN1L1はアミノ酸飢餓に応答して翻訳開始因子eIF2αをリン酸化するGCN2を活性化し、翻訳を抑制する一方でアミノ酸合成・輸送に関わる遺伝子の発現を誘導する。この応答経路はミトコンドリア異常によっても活性化し、ミトコンドリアの恒常性維持に関わる遺伝子群の発現を誘導することが明らかになったが、その活性化機構については不明な点が多い。GCN1L1-GCN2を介したミトコンドリアストレス応答を解明するため、GCN1L1をノックアウトしたHAP-1細胞を用いて、種々のミトコンドリアストレス誘導剤への応答を解析した。その結果、ミトコンドリアの翻訳を阻害するdoxycyclineによってATF4活性化が見られ、GCN1L1ノックアウト細胞では一部抑制されたが、継代が進むにつれ差が見られなくなった。ミトコンドリアストレスによってはGCN1L1-GCN2経路以外にもPERKやHRIといったeIF2αキナーゼの関与が報告されており、条件によって別経路が活性化を補完している可能性が考えられた。GCN1L1floxマウスの戻し交雑およびCre-ERT2マウスとの交配は問題なく進んでおり、タモキシフェンの腹腔内投与によりGCN1L1 floxアリルの欠失をジェノタイピングPCRで検出できている。今後、GCN1L1 floxおよびCre-ERT2のホモ個体を使用してノックアウト後の表現型を解析する予定である。HAP-1細胞を用いた解析については再現性の問題で解析が遅れているものの、GCN1L1のRWDBDドメインを欠失したノックアウトマウス由来の胎児線維芽細胞(MEF)を用いた解析ではGCN1L1依存的にeIF2αリン酸化を誘導するミトコンドリアストレス誘導剤を見出しており、レンチウイルスベクターを用いたGCN1L1発現の準備を進めている。GCN1L1条件付きノックアウト(CKO)マウスの作成については順調に進んでおり、CN1L1 flox::Cre-ERT2マウスについてはホモ個体が得られたため、タモキシフェン投与後の表現型解析およびノックアウト効率の評価に進む予定である。培養細胞を用いたミトコンドリアストレスシグナルおよびGCN1L1のドメインの解析についてはMEFを用いて解析する予定である。レンチウイルスで導入するプラスミドベクターは構築済みであり、GCN1L1 RWDBD欠損MEFに導入して、アミノ酸飢餓応答が回復するか解析する。また、GCN1L1の変異体も作成し、アミノ酸飢餓およびミトコンドリアストレスへの応答を解析する。GCN1L1 flox::Cre-ERT2マウスのMEFは培地に4-ヒドロキシタモキシフェンを添加することでGCN1L1をノックアウトできるため、GCN1L1の野生型および変異体の発現および内在性GCN1L1をノックアウトした細胞を作成し機能解析を行う。GCN1L1 CKOマウスについては戻し交雑を継続するほか、Cre-ERT2マウスとの交配で作成したGCN1L1 flox::Cre-ERT2マウスにタモキシフェンを投与し、表現型の解析と各臓器でのノックアウトの効率を評価する。レンチウイルスで導入する

プラスミドベクターは構築済みであり、GCN1L1 RWDBD欠損MEFに導入して、アミノ酸飢餓応答が回復するか解析する。また、GCN1L1の変異体も作成し、アミノ酸飢餓およびミトコンドリアストレスへの応答を解析する。GCN1L1 flox::Cre-ERT2マウスのMEFは培地に4-ヒドロキシタモキシフェンを添加することでGCN1L1をノックアウトできるため、GCN1L1の野生型および変異体の発現および内在性GCN1L1をノックアウトした細胞を作成し機能解析を行う。GCN1L1 CKOマウスについては戻し交雑を継続するほか、Cre-ERT2マウスとの交配で作成したGCN1L1 flox::Cre-ERT2マウスにタモキシフェンを投与し、表現型の解析と各臓器でのノックアウトの効率を評価する。
企業の逸脱と法的制裁システムの再構成-実効性ある独占禁止法をめぐって

本研究プロジェクトは、1998年度から2000年度までの3ヶ年にわたって進められた。今日、独占禁止法に対する内外からの関心は著しく高まっており、その違反行為に対する規制手法は多様である。行政的規制として、公正取引委員会の排除措置、課徴金の納付命令、民事的規制として、無過失損害賠償請求、不法行為による損害賠償請求のほか、刑事罰が定められている。近年、新たな規制手法として、不公正な取引方法に対する私的差止請求制度が導入された。また、公共事業の入札談合をめぐっては、入札指名の停止、営業の停止あるいは不当利得返還請求訴訟が提起されている。それにも係わらず、違反行為の抑止が十分でない。問題は、これらの規制手法をどのように組み合わせて違反行為の抑止の実効性を確保するかである。本研究計画は、独占禁止法違反規制手法のモデルの作成・分析等の総合的検討を試みた。先ず、独占禁止法違反抑止の手法それぞれの有効性と限界の検討、わが国の独占禁止法の違反抑止手法として最も機能している課徴金制度の運用上の問題点の指摘した。さらに、市場取引自体の違法性の経済学的分析のほか、独占禁止法違反をした企業に対する態度、行動パターンの実態調査を行った。これらの検討には、アメリカ、EU、ドイツにおける規制手法との比較検討が織り込まれたものもあるし、また、ドイツにおける消費者団体訴訟の検討を行っている。これらの研究の成果は、新たな制度設計に当たり、寄与するところが多大であると思料する。今日、独占禁止法違反の抑止のためには、行政的規制のほかに多様な規制手法が必要である。問題は、そのためには、どのような手法があり、それをいかに組み合わせるかということであり、そのモデルの作成・分析を試みている。そこで、まず、検討されたのはわが国の独占禁止法の規制手法の沿革的動向であり、これまでの手法の有効性とその限界を探ることである。近年、私人間の争訟における独占禁止法違反が争点となっている。それは、信義則、権利の濫用、公序、損害賠償請求、不当利得、株主代表訴訟などである。このため、民事訴訟の実状、争点と独占禁止法との関連、民法体系と独占禁止法体系との関わりが検討された。また、民事的規制手法として、私人による違反差止命令の是非が論議されているが、その有効性とそれを制度として取り入れたとしたら係る問題を検討した。次いで、組織体逸脱理論モデルの構築ために、公正取引委員会の資料を収集し、違反事件の統計の分析、類型化等の実証的研究にあわせてミクロ経済学的分析、社会心理学的分析を通して個人に対する制裁の重要性を確認し、それへの実証的研究のリサーチデザインのフィージビリティを検討した。さらに、不当な取引制限(カルテル・談合)の抑止効果を挙げるためには、組織体(企業)より個人への刑事罰の有効性を検討した。さらに、消費者保護の見地から重要な違反行為である広告規制のあり方を検討した。このため、独占禁止法に係る民事判決の分析を通じ行政的規制と民事的規制の分離とその競合を明らかにするための検討した。また、民事的規制手法として、私人による違反差止命令について、その有効性と限界、さらに他の規制手法との関連を検討した。

次いで、組織体逸脱理論モデルの構築のために、公正取引委員会の資料を収集し、違反事件の統計の分析、類型化等の実証的研究にあわせてミクロ経済学的分析、社会心理学的分析を通して個人に対する制裁の重要性を確認し、それへの実証的研究のリサーチデザインのフィージビリティを検討した。さらに、不当な取引制限(カルテル・談合)の抑止効果を挙げるためには、組織体(企業)より個人への刑事罰の有効性を検討した。今日、独占禁止法違反の抑止のためには、行政的規制のほかに多様な規制手法が必要であり、次年度から新たな規制手法として、私的差止請求制度が導入される。問題は、これらの規制手法をいかに組み合わせるかということであり、そのモデルの作成・分析を試みている。そこで、検討されたのは、わが国の独占禁止法の行政的規制手法である課徴金制度であり、その運用を通じての法的問題点を摘出し、さらに、アメリカ,EUにおける金銭的規制手法の近年の動向を検討し、これらでの手法の有効性とその限界を探った。また、金銭ペナルティと差し止めについての公的エンフォースメントと私的エンフォースメントの組み合わせの比較を探求した。その上、近年、独占禁止法違反した企業に対し、アンケートにより、現在の規制手法の実態を調査した。私人間の争訟における独占禁止法違反が争点となっている。それは、信義則、権利の濫用、公序、損害賠償請求、不当利得、株主代表訴訟などである。このため、独占禁止法に係る民事判決の分析を通じ行政的規制と民事的規制の分離とその競合を明らかにするための検討した。また、民事的規制手法として、私人による違反差止命令について、その有効性と限界、さらに他の規制手法との関連を検討した。次いで、組織体逸脱理論モデルの構築ために、公正取引委員会の資料を収集し、違反事件の統計の分析、類型化等の実証的研究にあわせてミクロ経済学的分析、社会心理学的分析を通して個人に対する制裁の重要性を確認し、それへの実証的研究のリサーチデザインのフィージビリティを検討した。
脳KATPチャネルによる脂肪組織のインスリンシグナル制御

様々な細胞の代謝センサーであるATP感受性カリウムチャネル(KATPチャネル)を欠損させたマウスにおける、脂肪組織インスリン依存的糖取り込みの亢進について解析を進めた。欠損マウスの脂肪組織へのインスリン刺激により、Aktと未知タンパク質との結合が誘導されることを見出した。活性化Aktと未知タンパク質との結合は、インスリン濃度依存的に増大した。欠損マウス脂肪細胞内インスリン応答には、Akt2が主に寄与することが示された。マス解析により未知タンパク質の同定を試み、14-3-3タンパク質ファミリーがその候補として挙げられた。ATP感受性カリウムチャネル(KATPチャネル)は様々な細胞の代謝センサーであるが、KATPチャネル欠損マウス(本マウス)では本来KATPチャネルの発現がない脂肪組織でインスリン依存的糖取り込みが亢進していた。本研究では、KATPチャネルが脂肪組織インスリンシグナルを制御する分子メカニズムと生体でのシグナルネットワークの解明を目的としている。本年度は、本マウスの脂肪組織へのインスリン刺激により誘導される、Aktと未知タンパク質との結合を解析した。インスリン刺激したマウスから脂肪細胞を取得し、活性化Akt抗体を用いたウエスタンブロッティングに供したところ、本マウス脂肪細胞ではAktサイズから約20kDaほど上部(該当サイズ)に、未知のバンドが検出されることを確認した。この結合は、beta-mercaptoethanol存在下では消失した。活性化Akt抗体結合ビーズを用いた免疫沈降後、SDS-PAGEゲル上の該当サイズ箇所を抽出し、LC-MS/MSに供した。その結果、本マウスサンプル内にAkt2が検出された。このことから、該当サイズバンドは、抗体の非特異性によるものではなく、Akt2と未知タンパク質との複合体であることが強く示唆された。現在、その候補タンパク質として、14-3-3タンパク質ファミリー等がリストアップされている。本年度は、活性化Aktと結合する未知タンパク質の同定と機能解析を課題としていた。未知タンパク質の同定のために、様々な条件でのSDS-PAGEを行い、候補として14ー3ー3タンパク質ファミリーを見出した。また、該当サイズとは異なるものの、これまでAktとの直接的な結合が報告されてこなかった様々なタンパク質をリストアップされ、新たな研究の展開を期待させた。以上から、本研究課題はおおむね順調に進行していると言える。昨年度、活性化Akt抗体結合ビーズを用いた免疫沈降から、Akt2と14-3-3タンパク質ファミリーが見出された。ウエスタンブロッティングによる解析から、本マウス脂肪細胞では、Akt1よりもAkt2がインスリン刺激によりSer473ならびにThr384のリン酸化が誘導されること、すなわち本マウス脂肪細胞内インスリン応答にはAkt2が主に寄与することが示された。昨年度の免疫沈降ならびにマス解析を再実験した結果、14-3-3タンパク質ファミリーのうち14ー3ー3sigmaペプチドのみが検出された。しかし、結合サンプルのウエスタンブロッティング解析の結果、14-3-3sigmaはAkt2と複合体を形成していないことが示唆された。また、14-3-3以外の新たな候補として、Transkelotaseが見出されたが、ウエスタンブロッティングでは検出できなかった。インスリン非刺激状態での本マウス脂肪細胞をSDS-PAGEに供した結果、対照のC57BL/6Jと比較して、異なるバンド様式が観察された。このことから、本マウス脂肪細胞では、細胞内タンパク質の量比が大きく変化していることが示され、その変化がインスリン応答糖取り込み機構の差異に関与している可能性が示された。来年度は、各種抗体等を用いて、ターゲットであるAkt結合未知タンパク質を本年度の候補から同定する。該当がない場合は、脂肪組織のmRNA発現解析(RNAseq)から分子を同定する実験を行う。RNAseqについては、報告者所属の研究室に解析用機器(次世代シーケンサ)が稼働していることから、迅速にかつ安価で取り掛かることが可能である。同定されたタンパク質を各Aktおよび他のキナーゼと培養細胞内で発現させ、同定タンパク質とAktの特異的結合を解析する。同定タンパク質を過剰発現あるいはノックダウンさせた際のAkt以降のインスリンシグナルの変化を解析する。以上の実験から、AktとAkt結合タンパク質との相互作用様式ならびにその機能を明らかにする。細胞生物学
摩擦攪拌による軽金属材料のミクロ組織と諸特性の制御

摩擦撹拌処理(FSP)は、金属材料に微細な結晶粒組織をもたらすばかりでなく、組織の均質化も可能な新しい加工法として知られる。これまで、Al合金やMg合金にFSPを適用することにより微細結晶粒を得て、材料の力学特性向上、超塑性特性の発現に関する研究が数多く行われてきた。これらはいずれも、優れた力学特性や超塑性特性を達成するFSP条件をトライ・アンド・エラーにより見つけ出すものであり、また、材料科学的視点に立った検討も極めて少ない。本研究では、Al合金、Mg合金およびTi合金等の軽金属材料のFSP過程における組織成形機構とFSP部の組織と諸特性の定量的関連性を解明することにより、これまで以上に高い汎用性のもと、望まれるミクロ組織と特性を意図的に作り出すことができる制御法を確立することを目的としている。今年度は、純Ti,Mg合金およびAl合金のFSP過程における結晶粒組織および集合組織の形成機構の解明に従事した。純Tiにおいては、微細結晶粒組織形成が攪拌過程における連続再結晶と不連続再結晶の混合メカニズムにより生じていることを示した。Mg合金とAl合金においては、FSPツール強制冷却法を用いて結晶粒組織と集合組織形成機構について調べ、微細結晶粒は幾何学的動的再結晶と不連続再結晶により形成することを示した。集合組織は、ツール表面に平行な単純せん断変形により特徴付けられることを明らかにした。さらに、Al合金攪拌部の後熱処理により生じる異常粒成長機構に関しても検討し、攪拌部の諸特性を劣化させる異常粒成長を防ぐ摩擦攪拌条件等に関する知見を得た。また、純TiおよびTi合金攪拌部の力学特性と形成組織との関係を調べた。以上の結果から、攪拌過程での組織形成を制御することで、各種軽金属材料に望まれる組織と特性を作り出すための有る程度の指針を得ることができた。摩擦撹拌処理(FSP)は、金属材料に微細な結晶粒組織をもたらすはかりでなく、組織の均質化も可能な新しい加工法として知られる。これまで、アルミニウム合金やマグネシウム合金にFSPを適用することにより微細結晶粒を得て、材料の力学特性向上、超塑性特性の発現に関する研究が数多く行われてきた。本年度は、FSP過程における組織形成機構の解明に従事した。具体的には、A1合金とTi合金に対してさまざまなFSP条件にてFSPを実施し、FSPツール強制停止法などを駆使しながらFSP部の組織形成機構の直截的な解明を試みた。A1合金に対して、FSPツール強制停止法を適用した結果、ツール直近領域からの組織変化を観察することができた。FSP部の組織は、幾何学的動的再結晶により微細化した後、動的回復と粒成長を繰り返しながら形成されることが示唆された。純チタンFSP部におけるEBSD解析により、FSP過程において、連続再結晶と不連続再結晶がともに生じていることが示唆された。Ti-6A1-4V合金FSP部では、ベータ単相温度域で、FSPツールのショルダ表面に沿ったせん断変形が生じて組織が微細化した後、Burgersの結晶方位関係に従って相変態が起こり、ラス状アルファ相組織が得られることが示唆された。今年度は、Ti合金およびMg合金のFSP過程における組織形成機構の解明に従事した。Ti合金においては、冷却過程での固相変態により直接観察できないベータ相の変形挙動を、EBSD法を駆使したベータ結晶粒界の再構築法により議論し、攪拌過程において連続再結晶と不連続再結晶がともに生じていることを示した。Mg合金においては、FSPツール強制冷却法を用いて結晶粒組織と集合組織形成機構について調べた。攪拌部の微細結晶粒組織は、幾何学的動的再結晶と不連続再結晶により形成することが示唆された。集合組織は、初めにツールピン表面に平行なせん断集合組織となった後、ショルダ端付近でショルダ表面に平行なせん断集合組織へ遷移していくことが示され、集合組織形成に及ぼす接合条件やツール形状の影響などが議論された。

これまで、Al合金やMg合金にFSPを適用することにより微細結晶粒を得て、材料の力学特性向上、超塑性特性の発現に関する研究が数多く行われてきた。これらはいずれも、優れた力学特性や超塑性特性を達成するFSP条件をトライ・アンド・エラーにより見つけ出すものであり、また、材料科学的視点に立った検討も極めて少ない。本研究では、Al合金、Mg合金およびTi合金等の軽金属材料のFSP過程における組織成形機構とFSP部の組織と諸特性の定量的関連性を解明することにより、これまで以上に高い汎用性のもと、望まれるミクロ組織と特性を意図的に作り出すことができる制御法を確立することを目的としている。今年度は、純Ti,Mg合金およびAl合金のFSP過程における結晶粒組織および集合組織の形成機構の解明に従事した。純Tiにおいては、微細結晶粒組織形成が攪拌過程における連続再結晶と不連続再結晶の混合メカニズムにより生じていることを示した。Mg合金とAl合金においては、FSPツール強制冷却法を用いて結晶粒組織と集合組織形成機構について調べ、微細結晶粒は幾何学的動的再結晶と不連続再結晶により形成することを示した。集合組織は、ツール表面に平行な単純せん断変形により特徴付けられることを明らかにした。さらに、Al合金攪拌部の後熱処理により生じる異常粒成長機構に関しても検討し、攪拌部の諸特性を劣化させる異常粒成長を防ぐ摩擦攪拌条件等に関する知見を得た。また、純TiおよびTi合金攪拌部の力学特性と形成組織との関係を調べた。以上の結果から、攪拌過程での組織形成を制御することで、各種軽金属材料に望まれる組織と特性を作り出すための有る程度の指針を得ることができた。