hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
外洋性港湾への入出港時における船体動揺の安全性評価システムの開発

外洋に面した海域の港湾において荷役・係留などの船舶運用が困難であることが指摘され、波浪特性の調査検討を中心に多くの研究が実施されてきた。これにより係留中における問題点はかなり明確になったが、一方で船が港湾に入港または出港するときの波浪による安全性は定量的なデータによる検討はほとんど行われていない。今年度の研究においては、平成14年度および平成15年度に実施した内容をもとに最終的なとりまとめを中心に実施した。平成14年度に観測した大型フェリーの船体動揺についての現地観測データをもとに、入港から着岸、離岸から出港までの局面において波浪による影響を数値的に再現できるシミュレーションモデルの構築を行うとともに、平成15年度に観測した中型フェリーの船体動揺についても、入出港の局面を中心にデータ解析を実施した。15年度のK港における観測では、あまり厳しい気象海象での観測を実施することは台風の状況によりできなかったが、防波堤の先端近くにおける海域にてPitchおよびRollの動揺がやや大きくなる傾向が観測され、一方、港内ではS港で見られたような現象はほとんど観測されず、スムーズな操船ができていたと思われる。このように入出港の困難さは船舶だけでなく、港湾形状、海域による波浪・風などの外力特性、操船パターンなどが密接に関連しあった形で作用しており、これらを総合的に考慮する必要があることが明らかとなった。これらの研究結果を全体的に考察し、今後の港湾計画、安全な運用のために検討が不十分であり、本研究にて提案した検討手法の活用について最終的に考察した。今年度の研究においては、太平洋に面した日本南西部に位置する港湾に入出港する大型フェリーを対象に(1)入出港で波浪による操船困難に関する関係者へのヒアリング調査、(2)台風からのうねりが伝播してきている時期における入出港時の船体動揺の現地観測、(3)港の沖で観測されている波浪データの分析、(4)現地観測された船体動揺のデータ分析および操船困難となる状況の抽出および評価、(4)港外から港内に至る波浪伝播と着離岸時における船体動揺の数値解析モデルの開発、実測値の検証を実施した。まず現地でのヒアリングにより、大型フェリーは台風からのうねりが伝播するときで港内の岸壁に着岸および離岸する局面で大きな船体動揺(横揺)が発生し、非常に着岸・離岸が困難となる回答を得た。これを受け台風時期にフェリーの入出港時における船体動揺を数回現地観測した結果、入港、出港時でヒアリングどおりの大きな横揺が発生し、操船が非常に困難となる状況を定量的なデータを計測できた。また港外波浪データも分析した結果、非常に強いうねり成分と長周期波が卓越する状況であった。またこれらの状況を再現できる数値解析モデルの開発を行い、現場の状況をおおむね精度よく解析できることが確認された。このような現象を引き起こしている主原因は波高0.5m、周期10-15s程度のうねり成分が港外から侵入するであると推定できた。この検討結果は現在の「港内静穏度」の定義を大きく見直す必要があることを示唆している。

今年度の研究においては、平成14年度に実施した大型フェリーの船体動揺についての現地観測データをもとに、(1)港外から港内に至る入出港局面での波浪伝播に関する数値計算による検証、(2)うねり中における船体動揺に関する数値シミュレーションモデルの開発および精度検証、(3)フェリーの着離岸局面における作業困難度に関する評価関数の検討を行い、今年度はさらに(4)船型および港湾が異なる場合における船体動揺の現地観測およびデータ分析について実施した。(1)に関してはいくつかの観測ケースについて、港外波を入力波形とした場合の入出港ルート上における時々刻々の水位波形を連続的に計算するアルゴリズムを作成し、(2)に関しては昨年度は岸壁前面での船体動揺に限定していたが、今年度は港外から速力をもって入港し着岸するまでの局面、港内から徐々に速力を増加して出港するまでの局面を連続的に解析できるシミュレーションモデルを開発した。このモデルにて実測値との精度検証を行ったところ、港口部と岸壁前面において船体動揺が大きくなる現象が時系列データで実用可能な精度として再現できることを確認した。(3)に関しては、このような着離岸作業の困難さを港内静穏度の一部と評価する必要があると考え、着離岸困難度関数を新たに定義し作業の困難度を定量的に評価する指標を提案した。(4)に関しては港湾や船型が異なる場合との比較を行う意味で太平洋に面したK港にて台風時期に数回ほど船体動揺の現地観測および関係者へのヒアリング調査を行った。外洋に面した海域の港湾において荷役・係留などの船舶運用が困難であることが指摘され、波浪特性の調査検討を中心に多くの研究が実施されてきた。これにより係留中における問題点はかなり明確になったが、一方で船が港湾に入港または出港するときの波浪による安全性は定量的なデータによる検討はほとんど行われていない。今年度の研究においては、平成14年度および平成15年度に実施した内容をもとに最終的なとりまとめを中心に実施した。平成14年度に観測した大型フェリーの船体動揺についての現地観測データをもとに、入港から着岸、離岸から出港までの局面において波浪による影響を数値的に再現できるシミュレーションモデルの構築を行うとともに、平成15年度に観測した中型フェリーの船体動揺についても、入出港の局面を中心にデータ解析を実施した。15年度のK港における観測では、あまり厳しい気象海象での観測を実施することは台風の状況によりできなかったが、防波堤の先端近くにおける海域にてPitchおよびRollの動揺がやや大きくなる傾向が観測され、一方、港内ではS港で見られたような現象はほとんど観測されず、スムーズな操船ができていたと思われる。このように入出港の困難さは船舶だけでなく、港湾形状、海域による波浪・風などの外力特性、操船パターンなどが密接に関連しあった形で作用しており、これらを総合的に考慮する必要があることが明らかとなった。これらの研究結果を全体的に考察し、今後の港湾計画、安全な運用のために検討が不十分であり、本研究にて提案した検討手法の活用について最終的に考察した。
マルチモーダル3次元インタフェース開発のためのツールキット

3次元コンピューティングは時代の要請であり,様々な分野で活発な応用システム開発が進められている.本研究では,3次元コンピューティング開発の構築を支援するツールキットについて研究をおこなった.ここでの研究対象としてはコンピュータ内に構築される仮想世界にとどまらず,我々人間が生活する実世界までも含めて考えている.また,単にソフトウェア部品を提供しようとするのではなく,ユーザとの対話モデルなどといった基礎レベルからシステム機能を検討した.まず,仮想世界におけるこれまでのインタラクション手法を分類・整理するとともに,具体的なインタラクション手法についての操作性評価実験をおこなった.これによる体験を通して,優れた3次元インタフェースの設計に向けたガイドラインを提示した.さらに,ツールキットに要請される必要な機能の検討結果を踏まえ,基本部品のいくつかについてはそれらをコンピュータ上に構築した.具体的には,タブレットを用いた手書き入力を仮想環境内で実現するためのソフトウェアツールを作成した.一方,実世界とのインタフェースという切り口からは,現実に存在する“もの"に注目した,人間とコンピュータとの対話手法について研究をおこなった.ものの状態(例えば机の上の照明が消えている)からユーザの状況をシステムが推測し,それに基づいてユーザ同士のコミュニケーションを支援する機構を新たに提案した.さらに上記2つの提案を結び付ける研究として,WWW上でのユーザの活動状況を音や画像に対応づけることにより,現実世界でのユーザの協調作業が効果的におこなえるようなインタフェースを構築した.3次元コンピューティングは時代の要請であり,様々な分野で活発な応用システム開発が進められている.本研究では,3次元コンピューティング開発の構築を支援するツールキットについて研究をおこなった.ここでの研究対象としてはコンピュータ内に構築される仮想世界にとどまらず,我々人間が生活する実世界までも含めて考えている.また,単にソフトウェア部品を提供しようとするのではなく,ユーザとの対話モデルなどといった基礎レベルからシステム機能を検討した.まず,仮想世界におけるこれまでのインタラクション手法を分類・整理するとともに,具体的なインタラクション手法についての操作性評価実験をおこなった.これによる体験を通して,優れた3次元インタフェースの設計に向けたガイドラインを提示した.さらに,ツールキットに要請される必要な機能の検討結果を踏まえ,基本部品のいくつかについてはそれらをコンピュータ上に構築した.具体的には,タブレットを用いた手書き入力を仮想環境内で実現するためのソフトウェアツールを作成した.一方,実世界とのインタフェースという切り口からは,現実に存在する“もの"に注目した,人間とコンピュータとの対話手法について研究をおこなった.ものの状態(例えば机の上の照明が消えている)からユーザの状況をシステムが推測し,それに基づいてユーザ同士のコミュニケーションを支援する機構を新たに提案した.さらに上記2つの提案を結び付ける研究として,WWW上でのユーザの活動状況を音や画像に対応づけることにより,現実世界でのユーザの協調作業が効果的におこなえるようなインタフェースを構築した.3次元コンピューティングは時代の要請であり、様々な分野で活発な応用システム開発が進められている。しかしながら現状は、提供されるツールが不十分なためにシステム開発者に多大な負担がかかっている。本研究では、バーチャル・リアリティおよびオウギュメンテッド・リアリティ向けの3次元コンピューティング開発ツールキットについて研究をおこなっている。本年度は、ツールキットに要請される必要な機能を検討し、基本部品のいくつかについてはそれらをコンピュータ上に構築した。具体的には、タブレットを用いた手書き入力を仮想環境内で実現するためのソフトウェアツールを作成した。従来の仮想環境では対象オブジェクトの操作が中心であり、操作時にコメント等を記述する必要性があった場合には、いったん仮想環境を抜け出さなくてはならなかった。これに対して、提案するツールを用いることで、そのような編集行為も含めて全て仮想環境内で処理することができるようになった。また、被験者を使った操作評価実験を実際におこない、使いやすさについての評価・検討をおこなった。3次元仮想環境において要求されるシステム基本能力の一部が明らかにされた。来年度は、これまでの成果の上に立って、手書き入力についてより一層の研究をすすめるとともに、その他の対話技法についても具体的な検討を行なう予定である。本研究では3次元インタフェースについて議論しているが,そこでの研究対象はコンピュータ内に構築される仮想世界にとどまらず,我々人間が生活する実世界までも含めて考えている。ここに研究の新規性ならびに独自性がある。これまで3次元仮想世界におけるインタフェースデザインについての検討が十分になされていないという反省に基づき,本年度は,仮想世界におけるこれまでのインタラクション手法を分類・整理するとともに,具体的なインタラクション手法についての操作性評価実験をおこなった。さらに,実験を通して得られた,優れた3次元インタフェースの設計に向けたガイドラインを提示した。一方,実世界とのインタフェースという切り口からは,現実に存在する“もの"に注目した,人間とコンピュータとの対話手法について研究をおこなった。ものの状態(例えば机の上の照明が消えている)からユーザの状況をシステムが推測し,それに基づいてユーザ同士のコミュニケーションを支援する機構を新たに提案した。さらに上記2つの提案を結び付ける研究として,WWW上でのユーザの活動状況を音や画像に対応づけることにより,現実世界でのユーザの(協調)作業が効果的におこなえるようなインタフェースを構築した。本研究により、仮想と現実というそれぞれの3次元世界をシームレスにつなぐ高次のインタフェースの構築に向けた確かな足がかりが得られた。
心筋におけるミトコンドリアDNA分解制御機構の解明とその心不全治療への応用

ミトコンドリアDNA分解の責任分子であるDNase IIに着目して検討をおこなった。DNase II活性調整機序については、mRNAの転写後調整機序が関与していることを見出したが、詳細を検討中である。DNase II活性増強による心不全治療効果の検討について、心筋特異的DNase II過剰発現マウスを作成し、その表現型について検討をおこなった。また、人の不全心筋における検討で、ヒトの心不全心筋におけるDNase II発現が低下傾向にあること、心不全の心筋においてリソソーム内の核酸蓄積と考えられる所見があることを見出した。さらに心不全患者由来iPS細胞を作製し、詳細を検討中である。・DNase II活性低下の原因の解明:これまでのマウス心不全モデルでの検討においては、DNase II mRNAの発現の程度と活性に相関が認められたため、DNase IIの発現調節がDNase IIの活性に最も重要であると考え、これに焦点を当てて検討を行うこととした。まず、DNase II発現量の調節機構を解析できる実験系の構築をおこなうこととした。現時点では、どのような因子がDNase IIの発現調節に関与するか不明であるため、様々な可能性を考えて、DNase II発現調節に関わると考えられる因子を検出する実験系の構築を開始し、いくつかの候補に関して実験系の一部の構築をおこなった。・心筋特異的DNase IIトランスゲニックマウスの作製、解析:胎生期からDNase IIを発現するalphaMHC-DNase IIトランスゲニックマウスおよび時期特異的心筋特異的にDNase IIを過剰発現するトランスゲニックマウスの発現コンストラクトを作製し、これらのインジェクションをおこない、マウスを得た。マウスの繁殖は良好であり、現在、基礎状態における全身及び心臓の表現型の解析をおこなっているところである。・ヒトの心不全におけるDNase II活性低下の意義の解明:iPS細胞技術を用いて検討する方針であり、本年度はiPS細胞を作成するための手続きを進め、作製技術の導入ならびに心筋への誘導の検討をおこなった。・DNase II活性低下の原因の解明:昨年度に引き続き、DNase II発現調節に関わると思われる因子を検出する実験系の構築を進め、発現調節因子の同定を試みた。実験系の構築は進捗し、同定を試みたところ、いくつかの候補は得られたものの、明らかに発現調節因子と言える因子の同定にまでは至らなかった。・DNase II活性増強による心不全抑制効果の証明:昨年度に、alpha-Myosin Heavy Chain Promotor依存性に胎生期から心筋特異的にDNase IIを過剰発現するマウスと、CAGプロモーターの下流にloxP配列で挟まれたスペーサー配列を持ちその下流にDNase II遺伝子を組み込んだトランスジーンを有するトランスジェニックマウスの2系統のマウスを得た。今年度は、後者のマウスにタモキシフェン誘導性に心筋特異的にCre recombinaseを発現するトランスジェニックマウスを交配し、タモキシフェン誘導性に心筋特異的にDNase IIを発現するトランスジェニックマウスを得た。それらのマウスの繁殖を進めるとともに定常状態の表現型を観察した。定常状態ではいずれのマウスも明らかな心臓の異常を認めなかったため、現在、血行動態的負荷に対する表現型を検討しているところである。・ヒト心不全におけるDNase Ii活性低下の意義の解明:ヒトiPS細胞作製のための手続き、準備を進め、大阪大学医学部附属病院臨床研究倫理審査委員会の審査を受けて承認を得た。並行して、iPS細胞作製系の構築のための血液単核球単離および培養系の構築、初期化因子ベクターの入手ならびに増殖などを進めた。また、DNase II発現の変化の影響を確認するためCRSPR/Cas9システムによるゲノム編集をおこなう方針であり、その系の構築もおこなった。心不全におけるDNase II活性低下の原因検索については、実験系は構築されており、研究を進めているが、現在のところ明確な調節因子の同定にまでは至っていないが、今後の検索により同定に至る可能性が期待される。2DNase II活性増強による心不全抑制効果の証明については、心筋特異的DNase II発現マウスが順調に作成できており、計画通り圧負荷による表現型を確認中である。iPS細胞を用いたヒト心不全におけるDNase II活性低下意義の検討については、細胞作製のための臨床研究等の手続き、系の導入などの準備に手間取ったためiPS細胞作製が若干遅れている。以下の2種類のDNase II発現トランスジェニックマウスを作製し、表現型を検討した。1心筋特異的プロモーターであるαMyosin Heavy Chain (αMHC)プロモーターの下流にDNase II遺伝子を組み込んだトランスジーンを用いたトランスジェニックマウス2CAGプロモーターの下流にloxP配列で挟まれたスペーサー配列を持ちその下流にDNase II遺伝子を組み込んだトランスジーンを有するトランスジェニックマウスとタモキシフェン誘導性に心筋特異的にCre recombinaseを発現するトランスジェニックマウスを交配し、タモキシフェン誘導性に心筋特異的にDNase IIを発現するトランスジェニックマウス。本年度は、これらのマウスに横行大動脈結紮による圧負荷モデルを作製し、その表現型および表現型に至るメカニズムを検討した。また、人の心不全での役割の検討のため、心不全患者からiPS細胞を作製し検討をおこなうため、ゲノム解析による対象患者の選定、iPS細胞の作製、心筋細胞への分化誘導を行った。対象患者として3症例を同定し、うち1症例からiPS細胞を作製した。また、健常人由来iPS細胞を用いて心筋細胞分化誘導の条件検討をおこない、拍動する心筋細胞が得られる条件を見出した。

また、患者由来iPS細胞の持つ遺伝子変異を修正したisogenic control iPS細胞を得るため、CRISPR/Cas9システムを用いたゲノム改変の系の構築をおこなった。ミトコンドリアDNA分解の責任分子であるDNase IIに着目して検討をおこなった。DNase II活性調整機序については、mRNAの転写後調整機序が関与していることを見出したが、詳細を検討中である。DNase II活性増強による心不全治療効果の検討について、心筋特異的DNase II過剰発現マウスを作成し、その表現型について検討をおこなった。また、人の不全心筋における検討で、ヒトの心不全心筋におけるDNase II発現が低下傾向にあること、心不全の心筋においてリソソーム内の核酸蓄積と考えられる所見があることを見出した。さらに心不全患者由来iPS細胞を作製し、詳細を検討中である。平成26年度の研究により、心不全におけるDNase II活性低下の原因の解明を開始し、キーとなる実験系の構築を進め、責任分子の同定に向けた準備が整った。また、心筋特異的DNase IIトランスゲニックマウスの作成については、胎生期から過剰発現するマウスとタモキシフェン誘導性に時期特異的に過剰発現するマウスの2系統の作成に成功し、それぞれの表現型の解析も開始した。さらに心不全患者由来の心筋細胞を用いた検討に向けて、iPS細胞を用いる実験系の構築を開始した。以上のように、本年度は、詳細な検討に向けたさまざまな実験系の構築を中心に行ない、そのほぼ全ての系の構築が成功しており、おおむね順調に進展していると言えると考える。実施内容としては、計画通り推進する。心不全におけるDNase II活性低下の原因検索については、引き続き様々な分子について検討をおこない同定を目指す。DNase II活性増強による心不全抑制効果の証明については、心筋特異的DNase IIマウスの作製、解析を進める。当初計画ではアデノ随伴ウイルスベクターを作製しその治療効果を検討する計画であったが、マウスの系統数が多いこと、トランスゲニックマウスの解析の方が系として十分に確立しており成果が期待されることから、平成28年度もトランスゲニックマウスの解析に研究資源を集中する。iPS細胞を用いたヒト心不全におけるDNase II活性低下意義の検討については、平成28年度当初から既にiPS細胞作製を開始しており、心筋分化、表現型の解析を急いで進めていく方針である。循環器内科学今後も計画通り研究を進める予定である。心不全におけるDNase II活性低下の原因の解明については、構築した実験系で責任分子の同定をおこない、その機能解析をin vivoレベルでおこなう。また、トランスゲニックマウスの解析を進め、DNase IIの心不全治療における役割を明確にする。
廃血液水の有効利用の為のホワイトゴーストのミクロ容器としての可能性探索

[研究目的]食肉加工業では牛や豚、馬等の家畜を屠殺して解体し、食肉に加工する際に大量の血液が排出される。この廃血液はほとんど未利用とされ、産業廃棄物として処理される。ヘモグロビンが取り出された血球膜はホワイトゴーストと呼ばれ、任意に各種物質の封入・取り出しを行うことが可能であると考えられる。またホワイトゴーストに再度物質を封入した血球膜をリシールドゴーストと呼んでいる。本研究では現在産業廃棄物として処理されている廃血液水からホワイトゴーストおよびリシールドゴーストを調製し、数μmサイズの"ミクロの容器"としての工学的利用を目指している。[研究方法]1.市販血液水(ウマ、ウシ、トリ)よりホワイトゴーストを調製する。2.調製したホワイトゴースト内部に蛍光物質(オーラミンO、ローダミンB)を封入し、リシールドゴーストを調製する。3.調製したリシールドゴーストを金属基板(Cu、Fe、Al板)へ固定化する。[研究成果]ウマ、ウシ血液からリン酸等張緩衝液(pH7.4、450mOsm)およびリン酸低張緩衝液(pH7.4、2050mOsm)を用いてホワイトゴーストを調製することが出来た。トリ血液からも同様に試みたがゼリー状に凝固したためホワイトゴーストを調製することができなかった。調製したウシとウマホワイトゴーストへ蛍光物質を凍結溶解法により封入を行った結果、ホワイトゴースト内にオーラミンOが2030%、またローダミンBが420%の封入率で封入することができ、リシールドゴーストを調製できた。調製したリシールゴーストをカルボキシチオールを用いて金属基板(Cu、Fe、Al板)へ固定化を試みた。SEM、水接触角計、蛍光X線の結果より固定化が出来たことを確認した。
熱帯アジア山地林ブナ科樹木個体群のマルチスケール分布様式の地理的変異

ブナ科の分布する東南アジア地域の熱帯山地で、広域で標本・文献調査、中域で垂直分布調査、狭域で調査区調査を行った。広域では種数は韓国から日本をへて台湾、中国(雲南が最大)、東南アジアへと南下するほど急速に増加し、垂直分布では湿潤熱帯から季節熱帯への移行にともなう低標高域での乾燥化による落葉性樹種の出現が見られた。調査区調査の結果と合わせてスケール間で異なる種のニッチ(生態的地位)重複が示唆された。熱帯アジア山地帯のブナ科樹木の種個体群の1)異なる空間スケールでのブナ科樹木の分布様式の解明、2)その分布を規定する要因・メカニズムとの関連性の解析を行う目的で。今年度は特に以下の部分に焦点を絞って現地調査を実施した。1)広域スケール(1地域レベル:10000km^2程度、中国南部、インドシナ半島北部、ボルネオ島北部の各地域のうち中国雲南省、北タイドイインタノン山、マレーシア・サラワク州全域):既往の研究で情報が欠如している地域について、文献、標本などのデータを収集し、地理情報によるデータベース化を行った。2)中域スケール(1山岳レベル:100km^2程度、中国西南部雲南省アイラオ山地):既往の研究で情報が欠如している地域について、各熱帯山地の樹種の垂直分布におけるブナ科の種レベルの分布様式を明らかにした。3)狭域スケール(1調査区レベル:50ha程度、ボルネオ島ランビル丘陵52ha調査区、北タイ15ha調査区、中国雲南省アイラオ山地の各調査区):地域内のブナ科のハビタットにおける個体群の地形傾度の違いによるハビタット分化、および時系列毎木調査データ取得による森林の維持機構の解明を行った。1)広域スケール(1地域レベル:10000km2程度、中国南部、インドシナ半島北部、ボルネオ島北部の各地域のうち中国雲南省、北タイドイインタノン山、マレーシア・サラワク州全域):既往の研究で情報が欠如している地域について、文献、標本などのデータを収集し、地理情報によるデータベース化券行った。2)中域スケール(1山岳レベル:100km2程度、中国西南部雲南省アイラオ山地):既往の研究で情報が欠如している地域について、各熱帯山地の樹種の垂直分布におけるブナ科の種レベルの分布様式を明らかにした。4)広域狭域分布を規定する環境要因の解析:各地域の気候情報、地形・地質情報などを収集し、分布規定要因を把握する。これらの情報をもとに分布拡大予測をモデル化する。
ニューロンの四つの移動モードの数理・計算モデルの開発

大脳新皮質を構成する神経細胞(ニューロン)は脳深部で誕生し,より遅く生まれた細胞ほど脳表面近くの層を構成する.この現象は「inside-out」と呼ばれており,この形成過程においてニューロンは四つの移動モードを使い分けている.本研究課題では,興奮性ニューロンの四つの移動モードに対する数理モデルを開発し,大脳新皮質の形成過程を数値解析するための基盤技術を構築する.大脳新皮質を構成する神経細胞(ニューロン)は脳深部で誕生し,より遅く生まれた細胞ほど脳表面近くの層を構成する.この現象は「inside-out」と呼ばれており,この形成過程においてニューロンは四つの移動モードを使い分けている.本研究課題では,興奮性ニューロンの四つの移動モードに対する数理モデルを開発し,大脳新皮質の形成過程を数値解析するための基盤技術を構築する.
Perfect-codeのハッシングへの応用と数理的解析

SNSの普及により増大するマルチメディアデータのデータ圧縮/検索の効率化の手段としてアダマール行列を用いたバイナリハッシングが知られている。アダマール行列を構成する系列は、Perfect-codeと呼ばれる理想系列の一部であり、本研究ではアダマール行列以外のPerfect-codeをバイナリハッシングで活用することで更なる性能改善を目指す。
希土類-鉄金属間化合物の鉄副格子の磁気異方性についての研究

希土類2:鉄17金属間化合物の鉄副格子の磁性を調べるために希土類に非磁性のイットリウム(Y)を選び、鉄の一部を非磁性の元素で置換を行った。昨年報告した硅素(Si)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)の置換は化合物中でランダムに起こるのではなくはっきりとした優先サイト置換があることがメスバウァースペクトルの解析から判明した。この優先サイト置換とキュリー点の振る舞いが密接に係わっていることが明らかになった。この結果について現在投稿中。上記3元素以外の元素の亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、錫(Sn)、タリウム(Tl)について調べたが新たな安定な置換元素は発見できなかった。しかし、Yの一部をジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)で置換することによって化合物の格子定数を変化させることに成功した。この成功は上述の化合物中の置換元素の優先サイト置換の効果と鉄-鉄間距離の変化による効果とを分離することを可能にした。結晶磁気異方性については,Y_2Fe_<17>の応用上不適当とされる磁化困難軸の性質を磁化容易軸に変えることはできなかったが、磁化困難軸の性質はAl,Si,Gaいずれの置換によっても弱まることが判明した。なお研究発表の第一著者は博士過程の学生。希土類に非磁性のイットリウム(Y)を選び、Y-鉄金属間化合物の鉄の一部を非磁性の元素で置換することによって鉄副格子の磁性の変化を調べた。Y2鉄17金属間化合物の鉄を硅素(Si),アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)で4原子置換することにより結晶構造が六方晶から斜方面体晶へ変化し、それに伴いAl、Gaの置換する結晶中のサイトが顕著に変化することを見いだした(硅素で置換できる原子数は3.5であった)。またキュリー温度が置換非磁性元素に係わらず置換量4まで置換によって上昇し、それ以上では(Siを除く)置換とともに減少する現象を見いだした。これら2つの現象は置換量に対する振る舞いが完全に一致している。一方置換による格子定数の変化、即ち鉄-鉄間距離の変化、はAl、Ga置換では単調増加であるがSiでは単調減少である。このことは「希土類2鉄17金属間化合物のキュリー温度は格子を膨張させることにより上昇する」の通説を覆うものである。課題の磁気異方性についての結果は現在出ていないが、上記のように通説に反する結果を得、萌芽的研究であると考える。なお研究発表の第一著者は博士課程の学生につき研究分担者欄に記されていない。この優先サイト置換とキュリー点の振る舞いが密接に係わっていることが明かになった。上記3元素以外の元素の亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、錫(Sn)、タリウム(T1)について調べたが新たな安定な置換元素は発見できなかった。結晶磁気異方性についてはY_2Fe_<17>の応用上不適当とされる磁化困難軸の性質を磁化容易軸に変えることはできなかったが、磁化困難軸の性質はAl,Si,Gaいずれの置換によっても弱まることが判明した。
植物育成のための機能性土壌の開発

機能性土壌開発の基盤技術として、まず、根の生育状況及び土壌中の水分動態が非破壊状態で経時的に測定できる中性子ラジオグラフィ(NR)法の開発を行なった。土壌のみ、及び、土壌に吸水性ポリマーを添加したNR用試料にダイズを生育させ、根の生育状況をNR像として得ることができた。像の解析により、(1)土壌箱の形態としては3mm厚のアルミ製薄箱が適しているが20mm厚まで土壌中の主根の像を得ることが可能であること(2)NR像の黒化度から水分量を正確に求めるためには、外部標準試料及び中性子散乱補正が必要であること(3)ポリマーから根への水分供給状況はポリマー像を画像解析することにより求まること(4)X線フィルムの代わりにドライフィルムを用いると中性子の照射量は25分の1に減少させることが可能である等の基礎データを得ることができた。また、ダイズ根近傍の水分動態はNR法により(1)土壌のみの場合には、根を中心とする水分濃度の傾斜は根の上部の上が下部より急であること(2)吸水性ポリマーを添加した場合より、土壌のみの試料の方がこの傾斜は急になることがわかった。VAミコリザ菌として、Gigaspora Margaritaに注目し、土壌からの単離方法を検討した。顕微鏡下で一つづつピックアップし、ポリビニル・アルコール系の吸水性ポリマー中に機械的に取り込ませた。このポリマーを土壌に添加してダイズの生育試験を行なった。園芸用土壌を用いた試験では、ダイズの生育はコントロールとほとんど差がなかったため、火山性土壌に調製したポリマーを添加した場合の生育試験を行なっている最中である。この結果が得られた後、更に、上述したNR法を用い、VAミコリザ菌を含む吸水性ポリマー添加土壌中の水分動態を調べる予定である。
自己脂肪組織由来幹細胞を用いた心血管系再生医療の総合的開発研究

本研究課題では、糖尿病・脂質異常症などに起因する動脈硬化症や、強皮症などの膠原病・国の指定難病のバージャー病などで末梢の動脈が閉塞し、安静時の痛みや皮膚の潰瘍などがある患者さんに対する「血管再生医療」に関して研究を行った。患者自身から採取した間葉系の幹細胞である「皮下脂肪組織由来再生細胞(ADRC)」を虚血骨格筋内に細胞移植し、毛細血管を再生させて潰瘍や痛みなどを治療する再生医療である。すでに臨床応用には至っているが、依然血管再生機序に関わる疑問点や、治療に反応する患者の予知等に関する基礎的な検討を継続している。また、他の分子(硫化水素など)による関連した血管再生研究も同時に行った。自己脂肪組織由来間葉系前駆細胞(ADRC)を用いた血管再生に関する研究は、現在当科において基礎および臨床研究が同時進行している。末梢動脈閉塞症モデルにおける血管再生療法の基礎研究に関しては、以前のマウスモデル(Kondo et al. ATVB. 2009)に引き続き、平成26年度はウサギ下肢虚血モデルにおいても一定の成果が得られた(Hao et al. Am J Physiol. 2014)。すなわち、ウサギの片側下肢虚血モデルにおいて、生理食塩水コントロール群、ADRC移植群、自己骨髄単核球細胞(BM-MNC)移植群の3群でその効果を比較したところ、ADRCとBM-MNC群では有意な血管新生と皮下血流の増強、毛細血管密度の増強が見られ、しかもその効果はADRC群とBM-MNC群では差は無かった。また、それぞれの培養細胞におけるサイトカイン測定による検討では、ADRCの培養上清中で、FGF, VEGF, HGFなどの濃度がBM-MNCの培養上清に比べ、有意に増加していた。このことは、細胞から出て来る血管新生性サイトカインによる血管新生能では、ADRCの方が優れていることを示唆している。また、将来の重症末期虚血性心疾患への応用と細胞移植の治療効率改善のため、細胞シート作成に関する研究を行っている。我々は以前、磁性ナノ粒子をリポソームにて細胞内投与することにより、外部磁力で短時間のうちに10層以上からなる三次元細胞シートを構築する方法の樹立に成功した(Ishii et al. ATVB. 2011)。この細胞シート技術を用いてADRCシートを作製し、その細胞シート特性につき基礎的検討を行った。この細胞シートをマウス虚血部位に移植したところ、より効率的、効果的に血管新生作用が増強した(Ishii et al. Int. J. Cardiol. 2014)。重症下肢虚血患者(閉塞性動脈硬化症、Burger病、膠原病に伴う皮膚虚血性潰瘍)に対する、自己ADRC移植の血管再生療法については、我々は既に厚生労働省の「ヒト幹細胞臨床研究審査会」より承認を得て、2年前から臨床応用研究を行っていたところであるが、H27年11月より、いわゆる「再生医療新法(再生医療等の安全性の確保等に関する法律)」が施行された。このため我々の臨床研究も、新法に準拠すべく、名古屋大学に新しく設置された「認定再生医療等委員会」に「再生医療提供計画書」を提出し、審議の後に無事に承認された(2016年2月)。今後は名古屋大学を含む全国8大学にてこの臨床応用研究を推進する予定である。途中で余儀なく下肢切断等があった場合は、虚血組織の病理学的検討等についても、研究を進めて行く。ADRCは間葉系の前駆細胞であり、骨格筋細胞の刺激・再生作用を介した効果や、末梢神経機能に対する影響等も検討した。今年度は、引き続きADRCの細胞シート作成を試みた。心筋梗塞マウスモデルに細胞シートを外側より付着させる事により、心機能の回復を見たが、これには直接的な心筋細胞への分化ではなく、血管新生などを介した機序が考えられた。一方、ADRCは間葉系の細胞であるが、この細胞から心筋細胞への誘導が出来ないかどうかも同時に検討している。未だ十分な成果は得られていないが、今後遺伝子導入法以外の手法で分化が得られないかどうか検討中である。本研究程度の予算規模では、高価な大動物(ブタ、ミニブタ)まで対象を広げて実験を行う事が困難であった。また大学院生を中心とする研究人材の不足も伴い、研究の伸び悩みもあった。今年度は、大学院生の人員を一挙に34名増やし、最終年度としての研究を主に小動物(マウスやラット)を用いて遂行したい。重症下肢虚血患者(閉塞性動脈硬化症、ビュルガー病、膠原病関連血管炎などに伴う皮膚潰瘍)に対する、自己皮下脂肪由来再生細胞(ADRC)移植の血管再生療法については、我々は既に厚生労働省の「ヒト幹細胞臨床研究審査会」より承認を得て、4年前から臨床応用研究を行っていたところであるが、H27年11月より、「再生医療新法(再生医療等の安全性の確保等に関する法律)」が施行された。このため、新法に準拠すべく、名古屋大学の「認定再生医療等委員会」に「再生医療提供計画書」を提出し承認された。現在は名古屋大学を含む全国8大学(施設)においてこの臨床応用研究を推進している。現在までに、8大学で6例の患者登録・ならびに治療が終了している。本治療に対する患者の反応性を検討すべく、現在患者血中のCD34陽性細胞数、血管新生抑制型VEGFアイソフォームである、VEGF-165bの血中濃度などを測定しており、いわゆるresponder/non-responderの層別化ができないか検討している。

ADRCは間葉系の前駆細胞であり、骨格筋細胞の刺激・再生作用を介した効果も検討中である。ADRCはケモカインSDF-1を産生して、血管再生を増強させることがこれまでに我々の検討で明らかになっているが、SDF-1はDPP4によって分解されるため、現在DPP4阻害薬とADRCの併用による血管再生の増強効果に関しても検討を行っている。本研究課題では、糖尿病・脂質異常症などに起因する動脈硬化症や、強皮症などの膠原病・国の指定難病のバージャー病などで末梢の動脈が閉塞し、安静時の痛みや皮膚の潰瘍などがある患者さんに対する「血管再生医療」に関して研究を行った。患者自身から採取した間葉系の幹細胞である「皮下脂肪組織由来再生細胞(ADRC)」を虚血骨格筋内に細胞移植し、毛細血管を再生させて潰瘍や痛みなどを治療する再生医療である。すでに臨床応用には至っているが、依然血管再生機序に関わる疑問点や、治療に反応する患者の予知等に関する基礎的な検討を継続している。また、他の分子(硫化水素など)による関連した血管再生研究も同時に行った。基礎研究では、2014年度(平成26年度)も、上記のようにウサギの下肢虚血モデルを新たに作成し、ADRCの血管再生効果を検討し、BM-MNCとほぼ遜色ない程度に血管再生を誘導出来ることを確認し、これを海外一流雑誌に報告することが出来た。また細胞シート研究に関しても、上記のように磁性ナノ粒子とリポゾームを用いた細胞シート技術を用いてADRCシートを作製し、その細胞シート特性につき基礎的検討を行った。この細胞シートをマウス虚血部位に移植したところ、より効率的、効果的に血管新生作用が増強した。この成果をやはり2014年度に海外の一流雑誌に公表することが出来た。また臨床研究では、現在までに本血管新生療法を3症例に施行し6ヶ月の追跡調査を行った。3症例ともに自覚症状(疼痛や歩行可能距離)の改善および他覚所見の改善傾向(潰瘍縮小など)が認められた。現在までに本治療に関係した有害事象の発生はなく、本臨床試験継続の妥当性は担保されたものと考える。しかしながら、「骨髄単核球細胞移植による血管新生療法」で認められた糖尿病や腎不全患者・透析患者などの治療不応群のような症例には、まだ本血管新生療法を施行できておらず、今後の検討が必要である。最終的な治療効果判定については、現状で登録症例数が少ないため評価困難であり、更なる症例の積み重ねが最重要課題であると考えている。以上より、「本研究はおおむね順調に進展している」と自己分析している。上記にも述べたように、今年度は研究費予算の都合から、ブタのような高価な大動物から、マウス、ラットを中心とした小動物の研究に特化したい。ヒトの疾患モデルからはやや離れてしまうが、研究費の規模からはマウス、ラットの研究を推進するしかない。成果はマウスやラットでも十分に報告に値すると思われる。28年度が最終年度であるため、記入しない。循環器内科学細胞移植による血管再生療法は、これまで我々が中心になって進めて来た先駆的医療である。すでに、自己骨髄単核球細胞や自己皮下脂肪組織由来間葉系幹細胞移植による血管再生療法は臨床応用されているが、特に自己皮下脂肪組織由来間葉系幹細胞移植による血管再生療法は、症例数も未だ少なく、効果についてはさらなる基礎的・臨床的検討が必須である。
強相関電子系におけるリング交換がもたらすエキゾティックな量子現象の理論的研究

強相関電子系である銅酸化物高温超電導体やスピンラダー系において、各正方形プラケット上ではたらく量子スピン間のリング交換相互作用が引き起こす新奇な現象について、数値的厳密対角化と有限サイズスケーリングを用いて理論的に研究した。その結果、以下のような現象が起きることが理論的に予測された。銅酸化物高温超伝導体の電荷ストライプ銅酸化物高温超伝導体の伝導面であるCu02面の性質を理論的に記述するt-J模型の数値的厳密対角化により、リング交換が十分大きい場合には、中性子散乱やSTMで観測されている電荷ストライプが起こりえることが判明した。とくにリング交換があまり強くない場合は斜め方向の電荷ストライプが、リング交換が非常に強い場合には縦・横の電荷ストライプが生じることも判明し、定性的な理論相図を得た。・スピンラダー系の磁場誘起非整合秩序スピンラダー系に十分強いリング交換が働くとき、その磁化過程では、飽和磁化の半分のところに磁化プラトーが出現することが予測されていたが、その磁化プラトーの前後付近に新しく非整合秩序相が現れることを理論的に示した。この磁場誘起非整合秩序は、従来の反強磁性秩序と共存する可能性があり、共存する場合にはマグノンのスーパーソリッド相となる。今後はこの共存の可能性を明らかにすることが重要となる。銅酸化物高温超伝導やスピンラダー系などの強相関電子系や量子スピン系におけるリング交換相互作用のもたらす新奇な現象を理論的に探索した。主にこれらの系の低エネルギー励起を記述する正方格子t-J模型とハイゼンベルグ・スピンラダー模型に対して、行列の数値的厳密対角化と有限サイズスケーリング及び摂動論の手法を用いて解析した。以下にスピンラダーと正方格子に分けて成果を列挙する。スピンラダー系磁場誘起非整合秩序:まず有限系の数値的厳密対角化と共型場理論に基づく有限サイズスケーリングの手法を用いて、磁場誘起朝永・ラッティンジャー液体を特徴付ける、磁場に垂直な反強磁性スピン相関と磁場に平行な非整合スピン相関の臨界指数をそれぞれ計算し、リング交換相互作用が十分大きいときに、この大小関係が逆転する現象が起きることを発見した。この逆転現象が起きる領域において、ラダー間相互作用を考慮すると、磁場誘起非整合秩序を生じる量子相転移が起きることを予測することができる。今後はこの磁場誘起非整合秩序の定量的な磁場中相図を得ることが目標となる。異方性逆転現象3本鎖スピンラダーにリング交換を導入した系を摂動論により解析した結果、容易軸タイプの異方性がある場合でも容易面型の臨界相が出現したり、容易面タイプの異方性がある場合でも容易軸型の秩序相が出現する可能性があることを見出した。この現象についても、今後大規模数値シミュレーションにより、定量的な相図の特定を目指す。正方格子t-J模型電荷ストライプ正方格子t-J模型にリング交換相互作用を導入した系について、行列の数値的厳密対角化によって解析した結果、電荷ストライプが生じる可能性があることを、以前の研究により予測していた。これはverticalタイプのストライプだけであったが、本研究により、さらに強いリング交換相互作用が働く場合には、diagonalタイプのストライプが生じることが判明した。これにより、遷移金属酸化物で観測されているふたつのタイプの電荷ストライプのメカニズムが解明できる可能性が出てきた。なお、本研究のこれまでの成果について議論し、今後の計画を立てるため、3月に福井工業大学において研究会を開催した。
感染による炎症性骨破壊を制御する神経骨免疫ダイナミクスの解明

申請者は、痛覚神経を遺伝学的に除去した無痛マウスを用いて感染随伴疼痛を感知した際に誘発される自然免疫系や骨代謝系の変調を分子レベルで解明することを目的として研究を行ってきた。その結果、Nav1.8イオンチャネル陽性痛覚神経に発現するTRPV1/TRPA1チャネルの侵害受容による活性化が骨髄炎に影響を及ぼし、そこに、末梢神経から軸索反射によって放出されるCGRPと転写因子Jdp2が関与するという興味深い事実を見出し、「骨-自然免疫-痛覚」連関ともいうべき新しい免疫生理システムの提唱に至った。人体に発現する多彩な生理反応のなかには、一見すると個体にとって明らかに不都合で合理性を欠くようなものが存在する。自然淘汰による進化が常に人類を快適で幸福な状況に導いてくれているのだとするならば、なぜ我々は筋骨格系や皮膚の疼痛に悩まされ続けているのだろうか?。未曾有の超高齢化社会を迎えた本邦において、疼痛は鬱病につぐ経済損失をもたらす原因となっており、その総額は3700億円とも推計されている。また、内科診療においてでくわす主訴のうち、疼痛に関連しないものを挙げることは困難である。ことほどさように疼痛は医学の枢軸現象であるにもかかわらず、なぜ疼痛が進化的に保存されてきたのかという疑問に対して科学的な説明が加えられた形跡はみあたらない。先天性無痛症は温痛覚消失を伴った常染色体劣性の遺伝病である。先天性無痛症患者には火傷、脱臼、重篤な四肢骨折、細菌/真菌性の関節炎、骨髄炎といった障害が多発し、こうした易感染性・易骨関節破壊性は身体に異常な力が加わっても感知できないことが理由であると想定されているが、それを裏付ける科学的根拠は乏しい。そこで本研究ではマウス遺伝学的方法論を駆使することで疼痛現象が骨自然免疫系の恒常性に与える影響を解析し、疼痛がなぜ存在するのかという問いに答えをあたえることを目指している。初年度は痛覚神経のないマウスの作出に成功し、今後は当該モデルの形質解析をすすめる。研究の遂行に必要な遺伝子改変マウスの作出に成功したため。申請者らは、痛覚神経を遺伝学的に欠損させたマウス(無痛マウス)の作成を行い、当該マウスが重篤な骨粗鬆症を呈すると同時に、真菌性骨髄炎モデルの著名な増悪を示すという知見を得た。興味深いことに、無痛マウスにおけるLPS誘発性の骨髄炎モデルはコントロール群と比較して異常がみられなかった。このことから、痛覚神経は真菌性骨髄炎を選択的に抑制している可能性が示唆された。驚くべきことに、痛覚神経には真菌感染を感知する自然免疫受容体が複数発現しており、遺伝子改変動物を用いた行動学的・電気生理学的・機能的MRI解析を駆使した結果、真菌性急性疼痛/掻痒にかかわる受容体ならびにシグナル伝達経路の同定に成功した。真菌感染の持続は個体に痛覚過敏をもたらすが、真菌細胞壁成分による痛覚過敏の発生にはMyD88/TRIF/Bcl10/Malt1といった真菌性炎症の惹起に必須のアダプター蛋白質は不要であった。一方、ATP受容体阻害剤を投与されたマウスあるいはATP分泌顆粒形成に障害を持つVNUT欠損マウスでは真菌細胞壁成分による痛覚過敏が顕著に減弱しており、真菌性の痛覚過敏にはATPの寄与が大きいことが示唆された。これらの知見に加え、本年度は真菌感染の際に痛覚神経から大量に分泌される液性因子Xの産生が辛子と山葵の受容体の活性化に依存していること、また当該因子が真菌性炎症の抑制にかかわっており、転写抑制因子Jdp2の発現をマクロファージに誘導することを見出した。Jdp2KOマウス由来のマクロファージは真菌細胞壁成分に対して正常の炎症応答を示すが、真菌細胞壁成分をJdp2KOマウスの足底に投与すると顕著な炎症の増悪が観察された。また、この炎症はRTX投与による痛覚神経の除去によって変化することはなかった。以上より、痛覚神経による真菌性炎症の抑制には転写抑制因子Jdp2が必須であると考えられる。研究に必要な遺伝子改変マウスの繁殖が完了し、行動学的・電気生理学的・機能的MRI解析を実施することができた。また、無痛マウスの骨髄炎モデルの立ち上げに成功し、痛覚神経が真菌性骨髄炎を選択的に抑制している可能性を示唆する証左を得た。以上より、研究課題は計画通りに進展しているものと考える。高齢者の多くが骨代謝系・自然免疫系・痛覚神経系の問題を同時に抱えるようになった昨今、「骨-自然免疫-痛覚」連関の制御メカニズムを解明し、さらにその恒常性破綻を防ぐ方法を開発することは、本邦において大きな社会的意義を持つ。そこで丸山らは当該連関の解明を目指すべく、2015年頃からは痛覚神経を選択的に欠損させたNav1.8CreRosa26DTAマウスの解析をおこなっている。興味深いことに、Nav1.8陽性の痛覚神経には真菌受容体であるDectin-1が発現しており、Dectin1シグナルを伝達するBcl10/Malt1遺伝子や免疫細胞は真菌性急性疼痛には関与していなかった。fMRIや電気生理学的解析からは、驚くべきことに、痛覚神経に発現するDectin1が新たな真菌性急性疼痛のセンサー/真菌性掻痒の増強

センサーとして機能している可能性が示唆され、神経性Dectin1が新たな痛み/痒みの治療標的となりうることを示唆するデータを得ている。また、Dectin-1を刺激された痛覚神経は、からし受容体(TRPV1)とわさび受容体(TRPA1)を活性化することで神経ペプチドの一種であるCGRPを多量に分泌していた。驚くべきことに、痛覚神経の存在しないNav1.8CreRosa26DTAマウスは血中CGRP濃度の顕著な減少をともなった骨粗鬆症を呈し、真菌感染時の骨髄炎が増悪していた。痛覚神経より放出されたCGRPはマクロファージにおいて転写抑制因子Jdp2を誘導し、これがDectin1シグナルによって活性化されるNF-kBのp65サブユニットと結合することでNF-kBの転写活性を強力に抑制した。また、CGRPは破骨細胞のアクチン重合を阻害することで骨破壊の阻止に寄与していた(Maruyama et al, Cell Reports 2017)。申請者は、痛覚神経を遺伝学的に除去した無痛マウスを用いて感染随伴疼痛を感知した際に誘発される自然免疫系や骨代謝系の変調を分子レベルで解明することを目的として研究を行ってきた。その結果、Nav1.8イオンチャネル陽性痛覚神経に発現するTRPV1/TRPA1チャネルの侵害受容による活性化が骨髄炎に影響を及ぼし、そこに、末梢神経から軸索反射によって放出されるCGRPと転写因子Jdp2が関与するという興味深い事実を見出し、「骨-自然免疫-痛覚」連関ともいうべき新しい免疫生理システムの提唱に至った。痛覚神経の痛覚外機能の解明を包括的にすすめてゆく。今後は同定した真菌性疼痛/掻痒にかかわる受容体が、関節炎や神経因性疼痛にかかわっているかどうかを検討する。また、当該受容体のアゴニスト或は中和抗体が新たな鎮痛医薬となりうるかどうかを評価した上で、知財の確保をめざす。また、侵害受容システムの研究者と免疫学の研究者の交流の場をつくるため、H29年7月3日7月4日にかけて、第1回感覚免疫学研究会(後援:自然科学研究機構生理学研究所)を岡崎カンファレンスセンターにて主催する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。骨代謝学29年度が最終年度であるため、記入しない。
ナノポーラス構造を用いた焼結型高耐熱接合技術の深堀

本研究では、これまでの研究成果をより発展させて実用的な検討を行うとともに、ナノポーラス材料とバルク金属(被接合材)との界面反応や接合メカニズムなどの基礎現象論の深掘りを進め、基礎と応用の両面で研究を推進した。本年度は最終年度として、具体的には次の3項目について研究を行った。(1)ナノポーラス材料とパルク金属の接合メカニズムの解明と接合信頼性の評価:ナノポーラス材料として、Auナノポーラス材料とCuナノポーラス材料、バルク金属(被接合材)としてCuバルク材とAuめっき材を準備し、ナノポーラス材料とバルク金属材料の組み合わせを入れ替えながら、接合部界面や接合強度を評価することで、ナノポーラス構造の効果や接合メカニズムの解明をおこなった。その結果、界面にボイドが形成されにくい組み合わせを見出し、長期信頼性に優れた接合部形成が可能となった。(2)めっき法を用いたナノポーラス構造の形成メカニズムの解明と接合特性評価:Au-Ag合金めっき膜からナノポーラス構造を形成し、そのナノポーラス構造を利用した接合も可能であることを明らかにしており、本年度、接合強度向上に向け初期めっき液中のAgイオンとAuイオンの濃度比が、形成される合金めっき膜や熱処理後のめっき膜、最終的なナノポーラス構造に与える影響や最終的な接合強度に与える影響を評価した。(3)表面活性化技術を利用した低温・低加圧での接合部形成:これまでに得られた表面活性化及び表面修飾の技術を応用し、表面にナノ構造を作製する新しいプロセスの検討を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、これまでの研究成果をより発展させ実用的な検討を行うとともに、ナノポーラス材料とバルク金属(被接合材)との界面反応や接合メカニズムなどの基礎現象論の深掘りを進め、基礎と応用の両面で研究を推進した。具体的には初年度は、下記の3項目について研究を行った。(1)ナノポーラス材料とバルク金属の接合メカニズムの解明と接合信頼性の評価:Cuナノポーラス材料を新たに創製し、Auめっき基板やCu基板との接合が可能であることを明らかにした。接合信頼性試験について、次年度から実施することとした。(2)めっき法を用いたナノポーラス構造の形成と接合特性評価:めっき浴中の組成をコントロールすることにより、組織・組成が異なるめっき膜を作製し、それらをDeallyingしながらナノポーラス構造形成過程を詳細に観察していくことで、めっきナノポーラス構造形成のメカニズムとその制御因子を検討した。その結果、Au-Agめっき膜形成においてAgの割合の多い浴を用いてAu-Agめっき膜を形成することにより緻密な膜形成となり、従来の20MPa以下を上回る26.9 MPaの接合強度が得られた。(3)表面活性化技術を利用した低温・低加圧での接合部形成:ナノポーラス材料への真空紫外光照射処理の評価を目的として、Auナノポーラス粉末を用いてバンプを形成後、酸素雰囲気下で真空紫外光(172 nm)を5分間照射し、200 °Cで接合を試みた。真空紫外光照射を行ったサンプルは、10.1 MPaのせん断強度を有し、未照射のサンプルと比較し、2倍以上の接合強度が得られた。以上より、真空紫外光照射処理が、ポーラス材料表面の初期有機汚染物質分子層に対する表面処理として有効であり、接合強度の向上に効果的であることを見出した。接合メカニズムの解明やめっき法を用いたナノポーラス構造の形成については当初予定通りに実験を行うことができ、特にナノポーラス材料への真空紫外光処理の影響については、ポーラス材料物性自体の基礎的な側面、および接合部へ用いた際の応用的な側面、両面から評価することができ実施計画以上に進展した。課題としていた案件に関しすべて着手し、実験計画以上の進展や成果が得られた課題もあることから、当初の計画以上に進展している。本研究では、これまでの研究成果をより発展させ実用的な検討を行うとともに、ナノポーラス材料とバルク金属(被接合材)との界面反応や接合メカニズムなどの基礎現象論の深掘りを進め、基礎と応用の両面で研究を推進している。具体的には本年度は、下記の3項目について研究を行った。(1)ナノポーラス材料とバルク金属の接合メカニズムの解明と接合信頼性の評価:Cuナノポーラス材料を用いた接合に関する基礎検討として、接合温度や時間などの接合パラメータが接合強度に与える影響を明らかにするとともに、高温放置試験により接合体の長期信頼性を評価した。Cuナノポーラス材料でもある程度の長期信頼性を有する接合が可能であることが明らかになった。次年度には更に接合信頼性試験と接合メカニズム解明のための試験を実施する。(2)めっき法を用いたナノポーラス構造の形成メカニズムの解明と接合特性評価:異なる組成のAu-Agめっき膜を作製し、選択溶解や熱処理時の形態変化、組成分析の検討を進めた。卑な材料(Ag)の溶解量や選択溶解時の再配列のし易さがナノポーラス構造の形態に大きく影響を与えることを確認した。また異なる電極材料としてSiC基板上に形成されたCNT層を用い、Au-Agめっきのナノポーラス構造作製検討を進めた。通常の金属通電層を用いた場合と異なり、粒子が粗大化する結果となり、更なる微粒子化や接合強度の改善が必要であることを確認した。