hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
真菌感染による致死性敗血症の分子機構の解明

当研究室は、C型レクチン受容体Mincleが致死性敗血症を引き起こす病原性真菌マラセチアを認識することを明らかにしたが、その死亡原因となる分子機構は未だに不明である。一方、申請者はMincleが結核菌の構成成分の一つである糖脂質TDMを認識し、強力な全身性炎症を引き起こすことを見出し、さらにマラセチアが生育に脂質を要求することに注目した。これらの知見から、Mincleによって認識されるマラセチア由来の糖脂質が同定できれば、この糖脂質がTDMと同様に、Mincleを介して過剰炎症反応を引き起こし、その結果、致死性敗血症を引き起こしている直接のエフェクターである可能性が高いと考えた。そこで、病原性真菌マラセチアが持つMincleリガンドの同定を行うことを目的とした。1、マラセチア真菌からこの新規糖脂質を大量精製し、九州大学大学院薬学研究院医薬資源探索学との共同研究により、マススペクトル解析、NMRを用いて、構造決定を行い、2つの全く異なる構造を持つ新規糖脂質であるMincleリガンドを同定した。2、これらの新規糖脂質リガンドをマウスに投与すると、自然免疫応答及び獲得免疫応答を惹起することが示された。特に、これらの免疫応答の主に認識及び抗原提示を担う樹状細胞を、糖脂質リガンドで刺激すると、Mincle依存的に活性化され、炎症性サイトカインの産生が確認された。さらに、マラセチア菌による樹状細胞のサイトカイン産生もMincleに依存していた。以上から、C型レクチン受容体Mincleが、マラセチア菌に対する免疫応答を引き起こしていることを示し、この結果をCell Host Microbe誌に報告した。今後、マラセチア菌による致死性敗血症のマウスモデルを構築し、今回同定したMincleリガンドである糖脂質の致死性敗血症原因分子としての寄与を解明することができれば、マラセチア致死性敗血症の分子メカニズムが解明できる可能性がある。当研究室は致死性敗血症を引き起こす病原性真菌マラセチアを、C型レクチン受容体Mincleが認識することを明らかにしたが、その死亡原因となる分子機構は未だに不明である。1、マラセチア真菌を培養し、親脂性溶媒、両親媒性溶媒、親水性溶媒で処理し、認識分子の単離を行い、Mincleレポーター細胞を用いてリガンドの追跡を行った。その結果、リガンド活性が親脂性溶媒に移行することが判明した。2、上記の粗精製抽出物をさらに精製するため、TLCやHPTLCを用いてリガンド抽出方法の条件検討を行った。また、粗精製抽出物を展開したTLCにオルシノール染色を用いて、糖脂質であることを確認し、この新規糖脂質がTDMとは異なる分子であることを確認した。3、マラセチア真菌からこの新規糖脂質を大量精製し、九州大学大学院薬学研究院医薬資源探索学との共同研究により、マススペクトル解析やNMRによって構造決定を行い、2つの全く異なる構造を持つ新規Mincleリガンドの同定に成功した。以上の研究から、致死性敗血症原因候補分子の同定だけでなく、Mincleの認識構造解明が飛躍的に進み、免疫応答を引き起こす新たなリガンド探索が容易に行えるようになりつつある。今後、マラセチア菌による致死性敗血症のマウスモデルを構築し、今回同定したMincleリガンドである糖脂質の致死性

敗血症原因分子としての寄与を解明することができれば、マラセチア致死性敗血症の分子メカニズムが解明できる可能性がある。当初の計画では、1つの新規Mincleリガンドの探索が目標であったが、2つの新規リガンドを同定し、受容体Mincleの認識構造解明に多大な影響を与えている。また、既に、新規リガンドのMincleの寄与をin vitroにおいて検討中である。精製したMincle認識分子を用いてマウス骨髄由来マクロファージを刺激し、TNFやMIPといった炎症性サイトカイン、ケモカインの産生値を測定し、in vitroにおけるMincleの寄与を検討する。さらに、マウスにMincle認識分子を投与し、血清中の炎症性サイトカインの産生量の測定、体重減少、生存率等の検討を行い、敗血症などの症状が再現できるか、Mincleの寄与はどうかを検討する。また、この症状が抗Mincle抗体やC型レクチンであるMincleが認識に必要な糖を投与することで緩和できるか否かを評価する。
積層独立成分分析の深化と脳科学応用

1.昨年度までに基本となるモデルを確立したSPLICE法(Hirayama et al., ICML2017)の発展形をさらに一般化し、特に畳み込みニューラルネットワーク(CNN)と等価な特徴変換を学習可能な階層型統計モデルを開発した。とくに尤度計算を難しくする原因である畳み込み層に関する計算困難性を回避する手法を提案し、提案法のMatlab実装を概ね完了した。シミュレーション実験により、真の潜在変数を適切に復元可能であること、また生成モデルに基づくことで少数サンプルにおける推定精度が向上しうることを確認した。提案法は生成モデルに基づくCNN学習の定式化として初めて近似に依らない尤度ベースの推定を可能にした。2.基本SPLICEモデルによるEEG-fMRIデータの解析をさらに進め、EEGからSPLICEで推定した信号源モジュールから同時測定したfMRIへの一般線形モデルによる回帰分析を実施した。既存の脳機能イメージングの知見からEEGモジュールと典型的な安静時ネットワークとの関連が示された。結果として安静時EEGからの脳内ネットワーク推定の正当性をより強めることができた。3.こうした統計的特徴学習の脳科学応用では脳活動の個人差が大きな問題となる。基礎的な特徴づけのため、多集合に拡張した正準相関分析を用いて課題や安静といった状態変動にロバストに個人差を特徴づける手法を開発した。Human Connectome Project (HCP)から得た500人弱の安静時fMRIデータ解析で検証し、この手法で得た指標値は流動性知能スコア等との有意な相関を示すことが確認された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.SPLICEと呼ぶ積層ICAの基本モデルを確立するため、ニューラルネットワークにおける非線形活性化関数と最大値プーリングに対応する生成モデルの一般化を導入した。当初検討したいわゆるLeaky Rectified Liner Unit (LReLU)は微分不可能点で確率密度が不連続性をもち統計モデルとしては不自然であることがわかったため、全体で微分可能となるようLReLUを改良した新たな活性化関数の族を開発した。最大値プーリングへの対応はLpノルムへの一般化により極限として導出した。また、新たにプーリングを時間方向に拡張することで、後述のEEG応用で見られた特徴量のノイズが大きいという問題を解決した。拡張したモデルに関する最尤推定のアルゴリズムを導出し、Matlabソフトウェアとして実装した。2.提案法は複数の階層全体をまとめて最尤推定が近似せず実行可能であり、従来用いられてきた層ごとの学習より理論的に優位性が期待される。これを実証するため、シミュレーション実験を行い、実際に上位層が必要な場合、提案法ではサンプル数の増加に対して推定誤差をより効率的に減少させうることを確認した。3.SPLICEの実問題における有用性を実証するため、3層の基本モデルを安静時脳波・fMRI同時計測データ解析に適用した。データは共同研究者から基本的なアーチファクト除去後のものの提供をうけた。結果として、EEGのアルファ帯域に適用したSPLICEのプーリング層の出力時系列を血流動態反応関数と畳み込むことで、Yeo (2011)らによる17の安静時ネットワーク部分領域と有意に相関するモジュール(プーリング層の個々の出力)が得られることがわかった。この結果に基づき特許出願および学会発表を行った。計画していた基本モデルの検証と拡張が概ね完了し、それに加えて主に翌年度に予定していた実際の脳信号データ解析についても有望な結果が得られたため。時系列データ等への応用で重要な畳込み層を導入してモデルを拡張し、対応してアルゴリズムの修正と検証を行う。また、脳データ解析への応用について結果の検証と解釈をさらに進め、複数被験者での有効性を検証する。
新技術「農免疫」の社会実装に向けた文理融合型アクション・リサーチ

近年,世界の国々で食の安全への関心が高まっている.東北大学では,より安全な食品を供給するため,生物が本来持つ免疫機能(農免疫)の活用に向けた研究が進められている.本研究では,開発された「農免疫」技術の社会実装に向けて,新技術の消費者・生産者への普及方法と,市場構造におよぼす影響を明らかにする.これにより,農畜水産物等の健全育成とフードセーフティーシステムの創出を目指す.まず,生産者・消費者の分析を行うための準備として,自然科学系の研究協力者との議論や文献調査に基づき,分析対象とする農免疫技術の候補を決定した.対象とした技術は,乳酸菌の活用により薬剤投与や遺伝子操作を行わずに生産した豚肉(以下,「乳酸菌豚肉」)である.また,安全や健康に配慮した食品の市場動向について文献データにより把握し,消費者選好分析に反映させた.web調査を利用し,通常の生産方法と比較した際の,この豚肉に対する消費者選択実験を実施し,条件付きロジットモデルによる分析を行った.その分析結果については,国際シンポジウムで報告するとともに,論文に取りまとめて投稿し,掲載された.次に,追加の消費者調査として,牛乳の安全性に対する意識とブランド等表示の関係についてのweb調査(サンプル数400)を行い,条件付きロジットモデルによる分析を行った.その結果についても,国際学会で報告するとともに,論文に取りまとめて投稿し,掲載が決定した.さらに,生産者調査を行った.当初は東北地域の農漁村を想定していたが,先に調査協力を得ることができた北陸地域の農漁村に対する調査を行った.この調査は対象としての適切性を判断するための聞き取り調査であった.その結果,将来の新技術に関する生産者の意識は漠然としていることがわかり,詳細な生産者調査を行うためには,質問表及び対象地域の検討が必要であることがわかった.近年、世界の国々で食の安全への関心が高まっている。東北大学では「食と農免疫国際教育研究センター」が設立され、より安全な食品を供給するため、生物が本来持つ免疫機能(農免疫)の活用に向けた研究が進められている。本研究では、開発された「農免疫」技術の社会実装に向けて、新技術の消費者・生産者への普及方法と、市場構造におよぼす影響を明らかにする。これにより、農畜水産物等の健全育成とフードセーフティーシステムの創出を目指す。平成28年度は、生産者・消費者の分析を行うための準備として、自然科学系の研究協力者との議論や文献調査に基づき、分析対象とする農免疫技術の候補を決定した。対象とした技術は、乳酸菌の活用により薬剤投与や遺伝子操作を行わずに生産した豚肉(以下、「乳酸菌豚肉」)である。web調査を利用し、通常の生産方法と比較した際の、この豚肉に対する消費者選択実験を実施し、条件付きロジットモデルによる分析を行った。その結果、食品全般及び豚肉の選択時に「最重要視すること」、生産方法に対する「不安度」とそれぞれの交差効果で有意な結果が得られ、消費者の「乳酸菌豚肉」に対する受容度は高いことが明らかになった。特に、食品全般及び豚肉の選択時にブランドを重視する消費者ほどその傾向が顕著であった。それゆえ、「乳酸菌豚肉」は一種のブランドとして認識されることが推測された。また、通常の生産方法に不安を抱く消費者ほど「乳酸菌豚肉」を選択する傾向が強いことも示され、「安心感」をイメージさせるブランドとして意識されることが明らかとなった。当初予定より消費者に対する調査・分析は進み、論文として取りまとめ、投稿準備段階にまで至ったが、生産者に対する調査は行えなかったため。近年,世界の国々で食の安全への関心が高まっている.東北大学では,より安全な食品を供給するため,生物が本来持つ免疫機能(農免疫)の活用に向けた研究が進められている.本研究では,開発された「農免疫」技術の社会実装に向けて,新技術の消費者・生産者への普及方法と,市場構造におよぼす影響を明らかにする.これにより,農畜水産物等の健全育成とフードセーフティーシステムの創出を目指す.平成29年度は、昨年度に実施した「乳酸菌の活用により薬剤投与や遺伝子操作を行わずに生産した豚肉」の消費者選択実験の分析結果を国際シンポジウムで報告するとともに,論文に取りまとめて投稿し,掲載が決定した.なお,分析結果の概要については昨年度の実績報告書に記載済みである.また,追加の消費者調査として,牛乳の安全性に対する意識とブランド等表示の関係についてのweb調査(サンプル数400)を行い,条件付きロジットモデルによる分析を行った.その結果,1消費者の半数が普通の牛乳に不安を持っているとともに,新しい生産方法にも若干不安を持っていること,2特定の地域ブランドの牛乳の評価が高いこと,3不安が全くない人は生産方法を気にしないこと,4高所得層は価格差を気にしないこと,が明らかとなった.総じて,生産方法よりも地域表示の方が安心感の醸成に効果が見られた.この結果については平成30年度に国際学会で報告する予定である.さらに,昨年度行えなかった生産者調査を行った.当初は東北地域の農漁村を想定していたが,先に調査協力を得ることができた北陸地域の農漁村に対する調査を行った.この調査は対象としての適切性を判断するための聞き取り調査であった.その結果,将来の新技術に関する意識は漠然としていることがわかり,今後実施予定の質問表調査については対象地域も含め,改めて検討が必要であることがわかった.消費者に対する調査・分析は順調に進み、口頭及び論文での発表を行えたが,生産者に対する調査は聞き取り調査にとどまり,質問票を用いた調査が行えなかった.

その理由は,聞き取り調査の結果、当初予定していた質問内容では適切なデータが得られないと判断し,対象地域も含めて再検討した後,調査とその分析を行うことにしたからである.近年,世界の国々で食の安全への関心が高まっている.東北大学では,より安全な食品を供給するため,生物が本来持つ免疫機能(農免疫)の活用に向けた研究が進められている.本研究では,開発された「農免疫」技術の社会実装に向けて,新技術の消費者・生産者への普及方法と,市場構造におよぼす影響を明らかにする.これにより,農畜水産物等の健全育成とフードセーフティーシステムの創出を目指す.まず,生産者・消費者の分析を行うための準備として,自然科学系の研究協力者との議論や文献調査に基づき,分析対象とする農免疫技術の候補を決定した.対象とした技術は,乳酸菌の活用により薬剤投与や遺伝子操作を行わずに生産した豚肉(以下,「乳酸菌豚肉」)である.また,安全や健康に配慮した食品の市場動向について文献データにより把握し,消費者選好分析に反映させた.web調査を利用し,通常の生産方法と比較した際の,この豚肉に対する消費者選択実験を実施し,条件付きロジットモデルによる分析を行った.その分析結果については,国際シンポジウムで報告するとともに,論文に取りまとめて投稿し,掲載された.次に,追加の消費者調査として,牛乳の安全性に対する意識とブランド等表示の関係についてのweb調査(サンプル数400)を行い,条件付きロジットモデルによる分析を行った.その結果についても,国際学会で報告するとともに,論文に取りまとめて投稿し,掲載が決定した.さらに,生産者調査を行った.当初は東北地域の農漁村を想定していたが,先に調査協力を得ることができた北陸地域の農漁村に対する調査を行った.この調査は対象としての適切性を判断するための聞き取り調査であった.その結果,将来の新技術に関する生産者の意識は漠然としていることがわかり,詳細な生産者調査を行うためには,質問表及び対象地域の検討が必要であることがわかった.平成28年度にやり残した生産者調査を重点的に行うとともに、既に取りまとめた論文の内容を9月に予定されている国際シンポジウムで発表し、学術雑誌に投稿する。平成29年度にやり残した生産者に対する質問票調査とその分析を行い,その結果を発表するとともに,文献資料やPOSデータを用いた分析を行い,その結果も発表する.平成28年度は、選択した対象技術の特性に合わせ、消費者に対するweb調査のサンプル数、質問項目を増やしたため、分析結果の析出と検討に予定よりも時間を費やした。そのため、予定していた東北地域の農漁村における生産者調査を行うことができず、予定していた調査旅費が執行できなかった。その分次年度使用額が生じた。(理由)平成28年度に消費者調査とその分析を前倒しで行ったが,そこで対象とした技術について得られた知見の一般化を試みるため,平成29年度にも追加で消費者調査を行った.その分析を先行させ,予定していたPOSデータと文献資料を用いた分析を事後に行うことにしたため,最新のPOSデータと文献資料を次年度に購入することにした.
酸化電位水の殺菌、殺ウイルス作用による院内感染防止法および口腔内消毒に関する研究

MRSA、HIVあるいは肝炎ウイルスなどの院内感染が社会問題になっている。歯科治療時には、出血の頻度が高いことから、血液を介する感染性疾患に対しては十分な感染予防対策が必要である。また、近年、易感染患者に歯科治療を行う頻度が高くなり、歯科治療室環境の改善が必要である。本研究では酸化電位水、すなわち蒸留水あるいは水道水に0.07%NaClを添加した後、電気分解して得られる、pH2.6、酸化還元電位(ORP)1,100mV、有効塩素濃度16ppmの水を用いて、消毒剤としての有効性について検討し、次の結論を得た。1.酸化電位水を口腔内に用いると、塩素臭や酸味のため不快感がある。そこで、酸化電位水:ペパーミント:キシリトールを1.0リットル:0.025ミリリットル:8.0グラムに調合することにより、従来の酸化電位水と同等の消毒力が得られ、不快感も消失した。2.酸化電位水に金属製医療用器具を浸漬すると、腐食が生じる器具がある。セラミックやチタンを用いて耐腐食性を高めた、試作歯科用タービンに細菌を付着させ、エタノール、次いで酸化電位水に浸漬し超音波洗浄した結果、除菌率99%以上と有効な成績が得られた。3.酸化電位水の有効塩素濃度に応じて、細菌の消毒効果に差異が認められた。従来はORPとpHが酸化量位水の指標として用いられてきたが、ORPが1,000mV以上であっても、有効塩素濃度が低下するとその殺菌効果は著しく消失した。本研究では酸化電位水、すなわち蒸留水および水道水に0.07%NaClを添加した後、電気分解して得られる、pH2.6、酸化還元電位(ORP) 1100mV、有効塩素濃度16ppmの水を用いて、消毒剤としての有効性について検討し、次の結論を得た。1. MRSA、緑膿菌に酸化電位水を作用させると、作用時間1分以内に全て殺菌されることを、培養法および透過型電子顕微鏡を用いて形態的に確認した。しかし、菌液に血清を添加した場合には、酸化電位水の作用は、著しく低下した。消毒に用いる場合には劣化しないだけの十分な水量が必要である。材質の問題だけでなく、器具の使用により生じた傷から腐食が発生した。セラミックやチタンを用いて耐腐食性を高めた、試作歯科用タービンに細菌を付着させ、酸化電位水を用いて消毒した結果、有効な成績が得られた。MRSAを1分間で完全に殺菌するには、8ppmの有効塩素が必要である。一方、緑膿菌は有効塩素を含有していなくとも、pH2.6の酸性状態で10分で死滅した。芽胞形成枯草菌では、有効塩素濃度120ppmで、10分必要である。
液中その場材料表面元素分析のためのレーザープラズマの最適化

水中の固体表面をパルスレーザーで照射したときに生成するプラズマの発光分光法による水中固体表面のその場元素分析では、明瞭な原子発光線を安定的に得ることが困難である。本研究では照射レーザーの時間プロフィールの違いがプラズマとキャビテーションバブルにおよぼす影響に着目し、より明瞭な原子発光線スペクトルが得られるような照射条件および発光スペクトル検出方法を探索すると同時に、そのような条件のレーザーを照射した場合に明瞭な原子発光線が得られる理由をプラズマ形成メカニズムの観点から解明した。本研究では、水溶液中に生成させたレーザープラズマの発光スペクトルを空間分解測定し、プラズマ中の二次元での物質分布と温度分布を実験的に求めることに初めて成功した。水中の固体表面をパルスレーザーで照射して表面をプラズマ化し、その原子発光スペクトルを測定することにより、水中の固体表面をその場元素分析することが可能である。このとき生成するプラズマは0.1 mm程度と非常に小さく、その中心部分の温度は数千度であることが知られている。プラズマの周りは室温であるので、プラズマ内部には非常に大きな温度勾配がある。また、プラズマにとりこまれた物質がプラズマ中で分布をもつことも考えられる。これらのことは、定量分析を目的として発光スペクトルを測定する場合、測定位置を規定する必要があることを意味している。本研究では、塩化ナトリウム水溶液中に銅ターゲットを設置し、パルス幅100 nsのロングパルスを集光照射することによりレーザープラズマを生成させ、発光スペクトルを得た。このとき、プラズマの顕微観察と光ファイバーによる空間分解でのスペクトル測定を組み合わせることにより、内部の温度分布と物質分布が精度よく得られることを示した。スペクトルには、溶液に由来するNa原子の発光とターゲットに由来するCu原子のピークが見られたが、それらのスペクトルを解析することによりプラズマ周縁部で溶液由来のNaの発光が相対的に強いことを確認した。また、この分布を詳細に調べると、ターゲット表面に垂直な方向と平行は方向では、分布が異なることが明らかになった。これはプラズマが球対称の形状でないためと考えられる。レーザープラズマによる上記の分光分析法はレーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)とよばれるが、本研究の成果は水中LIBSの精度向上に貢献するものである。水中レーザー誘起ブレークダウン分光法(水中LIBS)で先鋭な原子発光線スペクトルが得られる機構を明らかにするため、キャビテーションバブル(気泡)とプラズマの関係に着目した。まず、パルスレーザー照射に対する気泡生成のタイミングを精密に測定する方法を確立した。パルス幅が150 nsのロングパルスを用いた場合、パルスの立ち上がりの早い時点で気泡の発生が見られた。これは照射中に気泡が存在し、レーザーのエネルギーが直接気泡に与えられることを示している。これに対して、パルス幅が20 nsの場合、パルス照射中は明確な気泡が見られず、表面付近に強い発光がみられた。この部分は後に膨張するが、そのときにはパルスはすでに終わっているため、気泡にレーザーのエネルギーが直接与えられることがない。ロングパルスが明瞭な発光スペクトルを与える理由は、主として気泡生成後の比較的希薄なプラズマにレーザーのエネルギーが与えられるためであるとの示唆を得た。気泡の膨張にともない気泡中のプラズマも膨張するが、膨張後のプラズマの周縁部分のみのスペクトルを空間分解的に測定すると、プラズマ生成初期に見られる強い連続スペクトルや大きく広がった線スペクトルは見られず、先鋭な原子発光線スペクトルのみが得られることを見いだした。強い連続スペクトルを与える生成初期のプラズマのサイズは非常に小さいため、膨張後のプラズマの周縁部に対応する位置のみの観測により、時間ゲート測定することなく生成初期の強い連続スペクトルを回避し、先鋭な原子発光線スペクトルのみが得られることを実証した。研究期間を通して、ダブルパルスおよびロングパルス照射にもとづく水中LIBSで、時間ゲート測定することなく先鋭な原子発光線スペクトルを得る方法を確立した。また、気泡やプラズマの生成・膨張と照射のタイミングとの関係によって、現象が説明されることを明らかにした。液相中の固体表面のレーザーアブレーション発光にもとづくその場元素分析の実現に向けて、レーザーの照射方法と発光スペクトルの関係、および生成するプラズマと気泡との関係について調べた。ダブルパルス照射では、適当な時間遅延でゲートをかけて測定することで先鋭な原子発光スペクトルが得られる。ここでは時間ゲートなしで明瞭なスペクトルが得られるように、パルス間隔とパルスエネルギーの最適化を試みた。その結果、パルス間隔が1550マイクロ秒、パルスエネルギーが0.4 mJおよび1.0 mJのときに自己反転構造が見られない先鋭なスペクトルが得られ、時間ゲート測定することなく液中その場元素分析が可能であることを示した。第1パルスで生成する気泡をシャドーグラフ法で観測すると、最適なスペクトルが得られる第2パルスのタイミングで気泡のサイズが最大になっていることがわかった。また、先鋭なスペクトルが得られるときに、気泡中のプラズマは液に接触すること無く発光領域を形成していることがわかった。

さらに、最適なパルス間隔とパルスエネルギーで、1012パルスのパルス列を発振するマルチパルスマイクロチップレーザーによる照射でも、時間ゲート測定することなく先鋭な原子スペクトルが得られることを明らかにした。マルチパルスマイクロチップレーザーの第1パルスによって生成する気泡の成長をシャドーグラフ法によって調べたところ、後発のパルスが気泡を照射していても、気泡は収縮し始めることがわかった。気泡の膨張収縮を記述する理論モデルと比較することにより、第2パルス以降はほとんど気泡の成長に寄与しないことがわかった。水中に圧力プローブを設置して衝撃波を測定したところ、第1パルスでは衝撃波が生成するものの、第2パルス以降では衝撃波は生成せず、レーザーパルスのエネルギーが瞬時に気泡に与えられないことがわかった。平成24年度の計画では、プラズマ発光領域内の発光強度分布、気泡や周囲の液体とプラズマとの位置関係およびその時間変化を測定することとしていたが、おおむね計画に沿った成果が得られた。また、水中プラズマの多点での同時スペクトルは、これまでにほとんど測定例がなく、本研究の意義は大きいと判断した。本研究では、水中でのレーザープラズマの生成過程とその時間発展のメカニズムを解明することが目的である。これに対して今年度、プラズマの生成に気泡のサイズが重要な役割を果たし、気泡の生成とプラズマの生成のタイミングを最適化することにより希薄なプラズマが生成し、また、これにより先鋭な原子スペクトル線を観測できることを見いだした。気泡のサイズとプラズマ生成の関係を解明したことは大きな進展である。水中に生成するレーザープラズマの発光スペクトルはパルスごとにばらつくことが元素分析への応用では解決すべき課題となっている。発光スペクトル、プラズマの画像、気泡の画像、発光強度などを同時測定し、それらの間の相関を調べることで、パルスごとのデータのばらつきのメカニズムを解明するように研究を進める。照射方法によってプラズマと気泡の関係がどのように異なるかを明らかにし、溶液を起源とする元素のプラズマ中での分布からプラズマ生成機構をより詳細に解明することを目指す。また、応用面では溶液種の分析も視野に入れて研究を進める。装置は現有のものを利用できるので,次年度は主として実験を進める上で必要な消耗品、実験補助のための謝金、および成果発表のための旅費などに支出する。当初、今年度に購入予定であった物品を研究の進捗状況に合わせて次年度に購入することとしたため、次年度使用額が生じた。次年度は、主として実験に必要な消耗品の他、研究発表のための旅費などに支出する。
磁気的測定と顕微鏡画像処理による細胞運動の研究

本研究の目的は細胞運動に対する工学的アプローチの試みである.細胞運動はおよそ生体の運動の機構の最も基礎的なものであるが,その機構については理解とはほど遠い状態にある.本研究では磁気計測によって運動の大きさを知る方法,および画像処理により生きた細胞内の立体的な構造を調べるという方法によって,その機構を知るための緒が得れた.細胞としてはハムスターの肺胞マクロファージを用いた.これらの細胞は貧食作用により,与えた磁性粒子を取り込む.これら細胞の集団に0.3T程度の磁界を加えると,磁性粒子の磁化により,細胞集団は弱い残留磁界を発生する.この残留磁界は時間とともに減衰する(緩和).これは磁性粒子を囲む食胞という小器官が細胞内の運動とともに方向を変え,結果的に粒子のモーメントの方向が不規則になってゆくためである.従って緩和の測定により,運動のエネルギーの大きさや,細胞内の物理的な性質について情報が得られると推測される.我々はそれを確かめるため,様々な方法で磁気計測を行い,予想どおり他の方法では得られていないような定量的な結果を得ている.従ってこの方法は細胞運動に対するアプローチとして有効ではないかという結論を得た.顕微鏡画像処理は,磁性粒子の細胞内での立体的な配置に関する詳しい情報を得て,磁気測定の助けにするという目的で始められ,その面でもある程度の成果を得つつある.しかしながら,顕微鏡画像処理,特に3次元的な処理に関しては,顕微鏡そのものの特性を取り入れた処理方法を用いることが本質的に重要であることが分ってきた.従ってこれに関しては,当初考えていた範囲を大きく越えつつあり,細胞運動に限らず,生体の顕微鏡観察像について逆問題を解くことにより,顕微鏡の立体的な分解能の限界まで十分に使った推定像を得るため,研究をさらに進めてゆきたいと考えている.本研究の目的は細胞運動に対する工学的アプローチの試みである.細胞運動はおよそ生体の運動の機構の最も基礎的なものであるが,その機構については理解とはほど遠い状態にある.本研究では磁気計測によって運動の大きさを知る方法,および画像処理により生きた細胞内の立体的な構造を調べるという方法によって,その機構を知るための緒が得れた.細胞としてはハムスターの肺胞マクロファージを用いた.これらの細胞は貧食作用により,与えた磁性粒子を取り込む.これら細胞の集団に0.3T程度の磁界を加えると,磁性粒子の磁化により,細胞集団は弱い残留磁界を発生する.この残留磁界は時間とともに減衰する(緩和).これは磁性粒子を囲む食胞という小器官が細胞内の運動とともに方向を変え,結果的に粒子のモーメントの方向が不規則になってゆくためである.従って緩和の測定により,運動のエネルギーの大きさや,細胞内の物理的な性質について情報が得られると推測される.我々はそれを確かめるため,様々な方法で磁気計測を行い,予想どおり他の方法では得られていないような定量的な結果を得ている.従ってこの方法は細胞運動に対するアプローチとして有効ではないかという結論を得た.顕微鏡画像処理は,磁性粒子の細胞内での立体的な配置に関する詳しい情報を得て,磁気測定の助けにするという目的で始められ,その面でもある程度の成果を得つつある.しかしながら,顕微鏡画像処理,特に3次元的な処理に関しては,顕微鏡そのものの特性を取り入れた処理方法を用いることが本質的に重要であることが分ってきた.従ってこれに関しては,当初考えていた範囲を大きく越えつつあり,細胞運動に限らず,生体の顕微鏡観察像について逆問題を解くことにより,顕微鏡の立体的な分解能の限界まで十分に使った推定像を得るため,研究をさらに進めてゆきたいと考えている.本研究の目的は細胞運動の研究に対して新しいアプローチを与えることである。方法としては、磁気測定と画像処理とを併用する。本年度において、磁気測定による細胞内運動のエネルギーの大きさの推定に一応結果が得られ、また細胞の顕微鏡画像の処理についても、その道具立てはそろった状態になった。以下これらについてもう少し詳しく説明する。細胞に磁性粒子と食作用を利用して取り込ませる。これを強い磁界で磁化すると、細胞から微弱な磁界が発生するようになる。この細胞磁界は、時間とともに緩和するが、これは細胞内の微細構造が運動するためである。この運動のエネルギーの大きさを推定する方法として、これらの磁化した粒子を弱い磁界によって整列させ、整列の程度を細胞磁界の大きさから測定し、整列を阻止しようとする細胞内運動のエネルギーの大きさを算出する方法を考案した。この方法によって、細胞の温度を低下したときや、細胞内ATP濃度を低下させたときの、細胞内運動のエネルギーの変化を推定した。この方法は、その基礎であるモデルの妥当性に大きく依存するので、今の段階で結論的なことを述べるのは危険であるが、細胞内運動のミクロな機構に対して、何らかの知見を与える結果も得られるのではないかと期待される。顕微鏡画像処理について述べる。現在までに、顕微鏡TVカメラで撮影しビデオレコーダに記録した像を、大型計算機に処理させるシステムが大体完成している。処理方法については、これから主な研究対象となるが、2次元自己回帰モデルによる解析や、複数の像からの立体像の再構成などを研究している。特に後者については、細胞内に導入した磁性粒子の、細胞内における立体的な配置を、ある程度改良した像で観察できるようになった。これから、この方法をさらに改良して、生きている細胞の立体構造に迫りたい。
バイオセラミック・コーティング材の界面残留応力評価に関する研究

バイオセラミック・コーティング材は生体インプラントとして最も有力な材料である。しかし、セラミックコーティング材にはコーティング層の割れや界面はく離が生じやすく、その製造方法や条件には未解決の重要な課題が残されている。これら欠陥の原因として、コーティング時に生じる界面近傍の残留応力の存在が大きい。本研究では、バイオセラミック・コーティング材の界面近傍の残留応力を非破壊的に求める方法を検討した。まず、コーティング層の各格子面の平均のひずみと深さの関係を、深さに沿って変化するひずみ分布を一次関数で仮定し、コーティング層の厚さと回折X線の強度減衰を考慮することによって求めた。基材の各格子面の平均のひずみと深さの関係は、ひずみの深さ分布を一次関数あるいは指数関数で仮定し、コーティング層透過による回折X線の強度減衰と基材内の強度減衰を考慮して求めた。そして、弾性的性質が同じ2面以上の回折面の平均のひずみと深さ情報を使って、基材とコーティング層の三次元残留応力分布を同時にかつ非破壊的に求める測定法を開発した。本法を用いてバイオセラミック・コーティング材の残留応力測定を行い、以下の成果が得られた。1)オーステナイト系ステンレス鋼SUS316にPVD法で窒化チタンTiNをコーティングした試料の残留応力を測定した。その結果、TiNコーティング層では、圧縮の残留応力が確認された。また、TiNコーティングにより、基材SUS316に圧縮残留応力の増加がみられた。2)ハイドロキシアパタイトをプラズマ溶射法によってコーティングしたチタンインプラントの界面近傍の三次元残留応力を測定した。その結果、HApコーティング層の表面には圧縮、界面では引張りの残留応力、また、Ti基材の界面近傍には引張り残留応力が確認された。コーティング層の厚さが増すほど、コーティング層と基材の残留応力値が大きくなることがわかった。1.バイオセラミックスのコーティング条件の検討基材に生体材料として用いられているオーステナイト系ステンレス鋼SUS316、コーティング材にバイオセラミックスとして注目されている窒化チタンTiNを選択し、スパッタリングによるコーティングを行った。そして、コーティング層の割れや剥離の生じないスパッタリング条件を検討した。その結果、以下の条件の下で膜厚3.4μmの良好なコーティング層が得られた。◎投入電力:100W、放電圧(Ar+N_2):1.0Pa、N_2分圧:0.014Pa、蒸着時間:10hr2.白色X線法によるセラミックコーティング界面残留応力測定法の構築研究代表者らが開発した白色X線法の理論を発展させて、コーティング材の界面残留応力測定法を構築した。この測定法を用いてTiNコーティング試料の残留応力を評価した。その結果、TiNコーティング層には圧縮の残留応力、基材SUS316にはTiNとの接合界面に圧縮の残留応力および応力こう配が確認された。TiNコーティング層内にも急な応力こう配の存在が考えられるが、本測定法では評価できなかった。現在、新たな測定法を構築中である。3.弾性表面波によるセラミックコーティング層の残留応力測定法の構築ディジタルストレージスコープ1台、ユニバーサルカウンタ1台、パルス発生器1台、くさび形トランスジューサ3個を用いて測定システムを構築した。15EA08:予備実験として、SUS316の弾性表面波に対応したくさび形トランスジューサを用いて、タイムインターバル法の検討を行っている。現在までに明らかになっていることは以下のとおりである。1)入力強度5V、周波数5MHzのパルスの場合、トランスジューサ間距離50mmまでは弾性表面波の検出が可能である。

2)トランスジューサの試験片への装着圧力や接触媒体の厚さによって弾性表面波の強度が変化する。1.白色X線によるセラミックコーティング材の残留応力測定新たに、白色X線によるコーティング界面近傍の三次元応力分布測定法を開発した。本法を用いてバイオセラミックコーティング材料のコーティング層と基材に分布する三次元残留応力分布を評価した。コーティング試料は、ハイドロキシアパタイト(HAp)をサンドブラスト処理したチタン(Ti)にプラズマ溶射法でコーティングして作製した。コーティング膜厚は約100μmと52μmの2種類である。白色X線法による測定の結果を以下に示す。まず、基材Tiの試料表面に平行なx,y方向についてみると、サンドブラスト処理により表面に約500MPaの圧縮応力が深さに沿って減少する応力こう配が確認された。HApコーティング後は表面で引張り残留応力に変化した。その変化はコーティング層が厚い方が大きかった。また、コーティングによりz方向応力が発生した。HApコーティング層は、試料表面で約3GPaの圧縮応力がコーティング界面で約3GPaの引張り応力となる急な応力こう配を示した。コーティング膜厚による表面応力値の差は見られなかった。2.弾性表面波によるセラミックコーティング層の残留応力測定平成6年度に開発した測定システムを用いて、バイオマテリアルとして利用されているSUS316の表面の応力と弾性表面波の伝搬時間の関係を評価した。その結果、引張り応力場では弾性表面波の伝搬時間が増加し圧縮応力場では伝搬時間が減少する傾向を示し、理論解と定性的に一致した結果が得られた。3.セラミックコーティング層の構造物性に及ぼす残留応力の影響評価プラズマ溶射したコーティング層をX線により定性分析し、HApの多結晶構造であることを確認した。コーディング層の微小硬度試験および引っかき試験と残留応力の関係について現在検討中。4.界面残留応力発生機構の数値シミュレーションハイドロキシアパタイトとチタンの熱膨張係数を考慮して、熱応力による残留応力の発生を簡単なモデルで求めた。その結果、コーティング層(HAp)に引張応力、基材(Ti)に圧縮応力が発生した。これを実際の測定結果と比較すると、定性的にコーティング層では一致したが、基材では逆の結果となった。また、定量的には、計算値は実際の残留応力値に比べかなり小さなものとなった。1.白色X線と弾性表面波によるハイブリッド測定法の開発当初の計画では、アモルファス構造となるコーティング層の残留応力を弾性表面波で測定する予定であった。しかし、アルミナセラミックスコーティング層に一部見られたアモルファス構造は、チタン系セラミックスやアパタイト系セラミックスの良好なコーティング層においては見られなかった。一方、これまでの成果から、白色X線による測定法はコーティング材の界面近傍の残留応力測定に極めて有効であることがわかった。そこで今年度は、白色X線による測定法を発展させ、新たに、中間層を有するコーティング材の残留応力測定法を検討した。
ヒートパイプ機構形成による高熱伝導性プラスチック薄板の開発と設計学理の構築

本研究では,内部に自励振動式ヒートパイプを形成することにより,高熱伝導性プラスチック薄板を開発することを目的とする.プラスチック薄板内の自励振動式ヒートパイプを研究対象とし,自励振動現象を可視化して流動・伝熱現象を解析する.ヒートパイプの流路構造とプラスチック薄板の伝熱特性との関係を明らかにする.さらに,ヒートパイプの薄型化の影響も明らかにする.その上で,自励振動式ヒートパイプの設計学理を構築する.本研究では,内部に自励振動式ヒートパイプを形成することにより,高熱伝導性プラスチック薄板を開発することを目的とする.プラスチック薄板内の自励振動式ヒートパイプを研究対象とし,自励振動現象を可視化して流動・伝熱現象を解析する.ヒートパイプの流路構造とプラスチック薄板の伝熱特性との関係を明らかにする.さらに,ヒートパイプの薄型化の影響も明らかにする.その上で,自励振動式ヒートパイプの設計学理を構築する.
高プロトン伝導性ガラスの開発とその燃料電池への応用

燃料電池の電解質膜として有用な高プロトン伝導性電解質膜を作製するために、ガラスとヘテロポリ酸(PMAやPWA)とのハイブリッド化膜の作製と電解質に応用するのに必要な特性について検討した。ゾル・ゲル法を用いてPO(OCH_3)_3、Si(OC_2H_5)_4、PMAおよびPWAを混合した後、加水分解して均質な溶液にした。乾燥して0.10.3mmの厚さのゲルにして、空気中で600°Cにまで加熱することで、P_2O_5-SiO_2-PMA/PWAハイブリッド膜とした。作製した試料の窒素ガス吸着法によって求めた細孔径は26nm、比表面積は400700m^2/gと高い多孔質なものであった。電導度は30°Cから90°Cの範囲で10^<-2>10^<-0>S/cmと高い値を示した。室温での伝導度は0.1S/cmとナフィオンに匹敵する高い値のものを得ることができた。作製した膜を電解質にし、白金/カーボン-ナフィオン-ヘテロポリリン酸を電極・触媒にして燃料電池を組み立て、その電池特性を測定したと。結果として、水素・酸素を燃料として送り、30°Cで相対湿度30%の条件下で特性を測定したところ、運転時間の増加とともに出力が上昇し、約5時間後に、出力と電流密度がそれぞれ、50mW/cm^2と150mA/cm^2になることがわかった。その後、時間が経過してもそれ程変化することがなかった。燃料電池特性は、ガラス電解質の厚みや、その表面での電極や触媒との接触状態が燃料電池特性に大きく影響して変わることも明らかになった。ガラスの細孔サイズ、細孔表面積および容積を制御することでガラスのプロトン電導度を更に上昇させることができる。また、電解質膜のヤング率を下げることで、電極および触媒との接触を良くし、接触抵抗を抑制できることも分かってきた。これらを合わせて燃料電池特性の最適化を行うことで、現在、単セルで100mW/cm^2を越える出力を得ることも可能との見込みが得られており、ナフィオン製燃料電池に替わるオールセラミックス製燃料電池の実現も可能である見通しを得ることができた。燃料電池、水の電気分解、水素分離などエネルギー関連材料に応用可能なプロトン伝導膜としてナフィオン膜のようなポリマー製膜の開発と応用研究が進められているが、その本格的な普及のためには、電解質として開発されているナフィオン膜に匹敵するプロトン電導度に加えて、機械的強度が高く、化学安定性を有し、かつ安価な高いプロトン伝導性膜の作製が必要であるとされている。本研究では、そのようなプロトン伝導性電解質膜として、ガラスとヘテロポリ酸(PMAやPWA)とのハイブリッド化膜の作製と電解質に応用するのに必要な特性について検討した。PO(OCH_3)_3とSi(OC_2H_5)_4を原料にしたゾル・ゲル法によって前駆体溶液を作製し、PMAあるいはPWAを混合して均質な溶液とした。その後、さらに加水分解し乾燥させることで0.10.3mmの厚さの膜を得た。それを空気中で600°Cにまで加熱してP_2O_5-SiO_2-PMA/PWAハイブリッド膜を作製した。作製した試料の細孔径は26nmで、比表面積が400700m^2/gと高い多孔質なものであった。ナフィオン膜より強度が高く、かつガラスに比べて柔軟性を示すことから電解質としての取り扱いに優れ、かつ高い化学的安定性を有したものであった。電導度に関しても30°Cから90°Cの範囲で10^<-3>10^<-0>S/cmと高い値を示した(室温での電導度は140mS/cm)。ハイブリッド膜を電解質にして燃料電池を組み立て、その電池特性を測定したところ、30°Cで相対湿度30%の条件下で、出力;22.2mW/cm^2、電流密度;80mA/cm^2もの高い値を有することが分かった。本研究では、燃料電池の電解質膜として有用な高プロトン伝導性電解質膜を作製するために、ガラスとヘテロポリ酸(PMAやPWA)とのハイブリッド化膜の作製と電解質に応用するのに必要な特性について検討した。PO(OCH_3)_3とSi(OC_2H_5)_4を原料にしたゾル・ゲル法によって前駆体溶液を作製し、PMAあるいはPWAを混合して均質な溶液を用いることで0.10.3mmの厚さの膜を得た。作製した試料の細孔径は26nmで、比表面積が400700m2/gと高い多孔質なものであった。電導度は30°Cから90°Cの範囲で10^<-3>10^<-0>S/cmと高い値を示した(室温での電導度は140mS/cm)。ハイブリッド膜を電解質にし、白金/カーボン-ナフィオンだヘテロポリリン酸を電極・触媒にして燃料電池を組み立て、その電池特性を測定したと。

結果として、水素・酸素を燃料として送り、30°Cで相対湿度30%の条件下で特性を測定したところ、出力と電流密度がそれぞれ、;20mW/cm^2と80mA/cm^2になることがわかった。ガラス電解質の厚みや、その表画での電極や触媒との接触状態が燃料電池特性に大きく影響していることもわかった。とりわけ、接触状態での抵抗値を下げることが、重要で、その工夫をすることで、現在、35mW/cm^2程度にまで上げることができている。さらに、ガラスの細孔サイズ、細孔表画積および容積を制御することでガラスのブロトン電導度を更に上昇させることも可能であることが分かってきており、これらを合わせて燃料電池特性の最適化を行うことで、単セルで100mW/cm^2を越える出力を得ることも可能との見込みが得られており、ナフィオン製燃料電池に替わるオールセラミックス製燃料電池の開発を目指していく。燃料電池の電解質膜として有用な高プロトン伝導性電解質膜を作製するために、ガラスとヘテロポリ酸(PMAやPWA)とのハイブリッド化膜の作製と電解質に応用するのに必要な特性について検討した。ゾル・ゲル法を用いてPO(OCH_3)_3、Si(OC_2H_5)_4、PMAおよびPWAを混合した後、加水分解して均質な溶液にした。乾燥して0.10.3mmの厚さのゲルにして、空気中で600°Cにまで加熱することで、P_2O_5-SiO_2-PMA/PWAハイブリッド膜とした。作製した試料の窒素ガス吸着法によって求めた細孔径は26nm、比表面積は400700m^2/gと高い多孔質なものであった。電導度は30°Cから90°Cの範囲で10^<-2>10^<-0>S/cmと高い値を示した。室温での伝導度は0.1S/cmとナフィオンに匹敵する高い値のものを得ることができた。作製した膜を電解質にし、白金/カーボン-ナフィオン-ヘテロポリリン酸を電極・触媒にして燃料電池を組み立て、その電池特性を測定したと。結果として、水素・酸素を燃料として送り、30°Cで相対湿度30%の条件下で特性を測定したところ、運転時間の増加とともに出力が上昇し、約5時間後に、出力と電流密度がそれぞれ、50mW/cm^2と150mA/cm^2になることがわかった。その後、時間が経過してもそれ程変化することがなかった。燃料電池特性は、ガラス電解質の厚みや、その表面での電極や触媒との接触状態が燃料電池特性に大きく影響して変わることも明らかになった。ガラスの細孔サイズ、細孔表面積および容積を制御することでガラスのプロトン電導度を更に上昇させることができる。また、電解質膜のヤング率を下げることで、電極および触媒との接触を良くし、接触抵抗を抑制できることも分かってきた。これらを合わせて燃料電池特性の最適化を行うことで、現在、単セルで100mW/cm^2を越える出力を得ることも可能との見込みが得られており、ナフィオン製燃料電池に替わるオールセラミックス製燃料電池の実現も可能である見通しを得ることができた。
前頭断X線CTを用いた顎関節空隙の比較解析

顎関節内障の発症の予測および予後の予測を行うための基礎的情報を得ることを目的として,咬頭嵌合位および犬歯切端咬合位における顎関節前頭断連続X線CT像の三次元構築を行い,これら2顎位における顎関節腔の比較解析を行った.被験者は,臨床的に顎関節に異常を認めない正常者群25名とした.断層面は作業側の下顎犬歯尖頭と両側の顆頭点の3点を含む平面に対して垂直かつ,両側の顆頭点を含む面に平行となるよう設定した.撮像顎位は,上記の2顎位とし,これらの顎位におけるCT像を下顎頭を基準にして重ね合わせ,下顎頭最外側端を開始点として内側に向けて2mm間隔で,それぞれの顎位における顎関節空隙の垂直距離を計測した.中心咬合位における関節空隙の垂直距離に対して,平衡側の関節空隙の垂直距離が示す比率を算出して解析を行った.その結果,関節空隙変化率の分布パターンは,以下の4つのタイプに大別された.すなわち,関節空隙変化率が下顎頭の前内方では小さく,後外方に向けて次第に大きな値を示すもの(Type I),下顎頭上方面観の前後的中央部において小さな値を示すもの(Type II),下顎頭上方面観の後方部において小さな値を示すもの(Type III)およびこれらの3タイプのいずれにも属さないもの(Type IV)である.これらの各タイプの占める比率は,Type Iが68%,Type IIが20%,Type IIIが4%,Type IVが8%であった.これらの結果と,顎関節内障の発症機序に関する我々の過去の研究から総合的に考察すれば,Type Iを示す顎関節が機能的に最も安定しており,筋症状を示す患者においても顎関節内障に移行する可能性が少ないことが示唆された.顎関節内障の発症の予測および予後の予測を行うための基礎的情報を得ることを目的として,咬頭嵌合位および犬歯切端咬合位における顎関節前頭断連続X線CT像の三次元構築を行い,これら2顎位における顎関節腔の比較解析を行った.被験者は,臨床的に顎関節に異常を認めない正常者群25名とした.断層面は作業側の下顎犬歯尖頭と両側の顆頭点の3点を含む平面に対して垂直かつ,両側の顆頭点を含む面に平行となるよう設定した.撮像顎位は,上記の2顎位とし,これらの顎位におけるCT像を下顎頭を基準にして重ね合わせ,下顎頭最外側端を開始点として内側に向けて2mm間隔で,それぞれの顎位における顎関節空隙の垂直距離を計測した.中心咬合位における関節空隙の垂直距離に対して,平衡側の関節空隙の垂直距離が示す比率を算出して解析を行った.その結果,関節空隙変化率の分布パターンは,以下の4つのタイプに大別された.すなわち,関節空隙変化率が下顎頭の前内方では小さく,後外方に向けて次第に大きな値を示すもの(Type I),下顎頭上方面観の前後的中央部において小さな値を示すもの(Type II),下顎頭上方面観の後方部において小さな値を示すもの(Type III)およびこれらの3タイプのいずれにも属さないもの(Type IV)である.これらの各タイプの占める比率は,Type Iが68%,Type IIが20%,Type IIIが4%,Type IVが8%であった.これらの結果と,顎関節内障の発症機序に関する我々の過去の研究から総合的に考察すれば,Type Iを示す顎関節が機能的に最も安定しており,筋症状を示す患者においても顎関節内障に移行する可能性が少ないことが示唆された.
衛星運動型高速向流クロマトグラフ装置の開発

衛星運動型高速向流クロマトグラフ装置を新規に考案・製作した。本装置は、カラムが太陽軸(角速度ω1)、惑星軸(ω2)及び衛星軸(カラムの中心軸、ω3)の周りを同時に回転するもので、ω1 = ω2 + ω3の関係が成り立つように設計した。本装置の分離効率を4-メチルウンベリフェリル糖誘導体を試料に用いて検討した結果、ω1=300rpm、ω2=150rpm、ω3=150rpm付近で良好な結果が得られた。衛星運動型高速向流クロマトグラフ装置(coil satellite centrifuge:CSC)を本学理工学部工作技術センターで製作すると共に本装置に新規回転制御システムの導入を行った。CSCはテフロンチューブをコイル状に巻き付けて作製したカラム(コイル状カラム)が太陽-地球-月の関係に例えられる3重回転を行う装置で、太陽軸、惑星軸及び衛星軸廻りの回転角速度をそれぞれω1、ω2、ω3とするとω1 = ω2 + ω3のとき送液チューブはねじれない。ω2 = 0のとき惑星運動、ω2 ≠0のとき衛星運動型回転を行うことができるため、新規回転制御システムを導入することによりω2を制御すると、回転中の可変的加速度変化が可能になる。ω2 = 0の惑星運動型回転の場合、惑星軸をもつ第2ロータリーフレーム(地球)端に設置されたカラム(月)の静止位置を太陽軸からの軸線上の内側にすると惑星運動の公転半径は第2ロータリーフレームの半径分短くなり、静止位置を180°外側にすると公転半径は第2ロータリーフレームの半径分長くなる。このため、回転制御システムによりカラムの静止位置を変化させると公転半径の異なる多様な惑星運動ができる。また、ω2≠0の衛星運動型回転の場合、第1モータ及び第2モータの回転を個別に制御するとω1、ω2、ω3をカラム自転中に可変的に変化させることができる。以上のように、CSCは惑星運動、衛星運動の両方を同期的又は非同期的に達成できる多様性の高い高速向流クロマトグラフ装置(HSCCC)であり、新規回転制御システムの導入により、従来の円運動に加え、形状の異なる回転軌跡の構成が可能となった。向流クロマトグラフィー(CCC)は、固定相に充填剤を用いない液ー液分配クロマトグラフィーである。我々は、分離効率の向上を目的にテフロンチューブをコイル状に巻き付けて作製したカラムが自転と共に公転する惑星運動(planetary motion)を行う高速向流クロマトグラフ装置(HSCCC)を製作したが、その過程でカラム回転に伴う送液チューブのねじれ解消の新機構を考案した。そこで、この機構を用いて、従来の太陽ー地球の関係に例えられる惑星運動に代わる太陽ー地球ー月の関係にある衛星運動(satellite motion)を行う新しいHSCCC(coil satellite centrifuge:CSC)を考案・設計した。太陽軸周りを回転する公転フレーム上に惑星軸周りを回転する自転フレーム(地球)を取り付け、この上にカラム(月)を設置する。送液チューブは太陽軸→惑星軸→衛星軸の順に配管され、各角速度をω1、ω2、ω3とすると、装置上部からS字状に導入した場合はω1 + ω2 + ω3 = 0 ...(1)、装置下部からU字状に導入した場合はーω1 + ω2 + ω3 = 0 ...(2)の関係が成立するとねじれは生じない。従って、S字状の送液チューブの配管では、第1モータの駆動によりω1の回転を発生させると、(1)式から、第2モータの駆動でω2 = ー(ω1ーωA)、ω3 = ーωA(ωAは任意の角速度)となる。遠心力場での物理的な力は複雑かつ大きくなることが予想され、カラム内での二液相の攪拌、分相の頻度が増加すると考えられる。その結果、界面張力の差の大きい有機溶媒ー水系二相溶媒での分離効率の向上が期待される。また、従来の非同期型コイル・プラネット遠心機とは異なり、CSCでは惑星軸の自転速度(ω2)は太陽軸の公転速度(ω1)に依存しないため、制限のない非同期的な回転が可能である。衛星運動型高速向流クロマトグラフ装置の設計と製作に多大の時間を要した。また、本装置製作中、衛星運動型回転ばかりでなく第2ロータリーフレームの回転を制御することで公転半径の異なる惑星運動型回転も実施できることがわかり、その両方を1台の装置で実現するための新規回転制御システムの開発も行った。その結果、当初の計画より進捗がやや遅れているが、より一層の分離効率を検討する上での実験条件の設定が幅広い範囲で可能となる装置の製作ができた。当初の計画では衛星運動型高速向流クロマトグラフ装置(coil satellite centrifuge:CSC)の装置製作を終了し、CSCを用いて極性の異なる二相溶媒による物質分離の基礎検討を行う予定であったが、現在は装置製作中の段階にある。