hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分裂酵母におけるHis-Aspリン酸リレー情報伝達系の分子機構

本年度は以下の研究を実施することによって、分裂酵母におけるSty1を中心としたストレス応答の全体像の解明を行った。1)各種ストレス下でのSty1リン酸化状態変動のモニタリングを行い、野生型とHisセンサーキナーゼ(Phks)欠損株においての違いを解析した。この解析により、His-Aspリン酸リレー情報伝達系の各種ストレスへの役割を明らかにすることを目的とし、実験を行った。その結果、この経路は酸化ストレス応答に関与していることを明らかにした。2)大腸菌を用いた解析を行った。分裂酵母Hisセンサーキナーゼ(Phks)による大腸菌Hisセンサーキナーゼ(RcsC)の相補能を調べたが、相補能を確認することは出来なかった。3)1)の解析によりHisセンサーキナーゼが酸化ストレスを感知に重要であることを明らかにした。そこで、酸化ストレス下での細胞周期制御因子のmRNA及び、タンパク質量の変化を調べることを予定していたが、申請者が研究課程の修了により、この解析は休止する。4)DNAチップを用いて、野生型とHis-Aspリン酸リレー情報伝達系因子欠失株で発現が変化している遺伝子を調べる。この解析では、現在それぞれの欠失株でのアレイの結果を得ている。しかし申請者の研究課程の修了により、当研究室の継続者に解析を引き渡すことにした。
複合材ファンシステムにおける高速衝撃損傷挙動の解明

音速程度の高速衝撃に対するCFRP(炭素繊維強化プラスチック)積層板の損傷挙動を解明した。まず,異物衝突模擬実験を行い,高速衝撃損傷データを取得した。次に,損傷現象のモデル化と有限要素法による数値シミュレーションを行い,衝撃損傷進展プロセスを数値的に再現した。特に,材料定数が損傷規模と貫通限界速度に及ぼす効果を数値的に明らかにした。さらに,粒子法による損傷進展解析も行い,実験結果と比較することにより,その有用性を検証した。まず,試験装置と同期した高速度ストロボカメラシステムを構築し,高速破壊現象を画像として捉えられるよう装置を改良した。次に,CFRP積層板について,速度域をM0.5M1.5,球径を1.56mmの範囲で変えて,さまざまな衝撃エネルギーを付与した高速衝撃試験を行い,衝撃損傷(試験片表面,内部のクレーター,層内・層間損傷)を実験的に調べた。これにより,飛翔球の速度,吸収エネルギーと損傷挙動の関係をデータベース化した。特に,2種類の積層構成(一方向積層,クロスプライ積層)について,損傷挙動を比較し,両者の違いを明確化した。一方,有限要素法を用いて層間にコヒーシブ要素を導入して層間はく離を模擬するとともに最大応力説を適用した損傷進展シミュレーションを行い,実験結果を定性的に模擬することができた。さらに,粒子法に直交異方性材料の構成則と破壊基準を適用することにより,CFRP積層板の高速衝撃損傷進展シミュレーションを行うための,基本的なコードを完成させた。二次元損傷進展解析を行った結果,実験から得られた損傷挙動と類似した損傷形態が得られた。以上の研究成果により,以下の知見が得られた。(1)衝撃速度・エネルギーと損傷の関係が明らかにされた。(2)積層構成による損傷挙動の違いが明らかにされた。(3)上記の結果を有限要素法による損傷進展シミュレーションおよび粒子法により模擬することができた。以上の知見は,CFRP積層板を航空機のエンジンや機体の構造部材として適用する際の設計指針を与えることが期待される。平成22年度は高速衝撃損傷の数値シミュレーション法を確立することを主な目的として研究を行った。昨年までに実施した実験によって明らかにされた2種類の積層板(一方向積層板,クロスプライ積層板)の損傷挙動を,有限要素解析によって再現した.表層のマトリックスクラックおよび層間はく離を模擬するために,コヒーシブ要素を導入するとともに最大応力説を適用した損傷進展シミュレーションを行い,実験結果をほぼ定量的に模擬することができた。また衝突速度が損傷に及ぼす影響も明らかにした.一方,CFRP積層板の高速衝撃損傷進展シミュレーションを行うための粒子法の計算コードについて,三次元への拡張を目指して改良を行った.以上の研究成果により,以下の知見が得られた。(1)表面および裏面のスプリッティングはそれぞれ飛翔球の沈降および板の曲げにより発生する。(2)一方向積層板,クロスプライ積層板における層間はく離形状はそれぞれ直線状,円状であり,後者のほうが面積が大きい。(3)内部のマトリックスクラックは一方向積層板では顕著であるが,クロスプライ積層板にはあまり見られない.(4)衝突速度が高いほど損傷領域はより広範囲になり,層内の繊維破断をもたらすものの,速度による損傷モードの違いはほとんど見られない.(5)内部のコーンクラックは有限要素解析による再現が困難であるため,粒子法の適用が必要である。今年度はまず各損傷形態と飛翔体速度との関係を実験的に明らかにし,データベース化を行った。次に,構成素材(炭素繊維と樹脂)の物性値(強度,弾性率,層間破壊じん性など)の違いが高速衝撃損傷挙動に及ぼす効果を汎用有限要素解析ソフト(Abaqus)を用いて調べた。高速衝撃吸収効果の高い物性の組み合わせを探索するために,物性値が損傷量,特に層間はく離面積と貫通限界速度に及ぼす効果を調べ,支配的な材料パラメータを明らかにした。この結果,層間破壊靭性が大きいほどまた層間せん断強度が高いほど層間はく離面積は小さいこと,繊維方向強度の増大が貫通限界速度の向上にとって支配的であることが分かった。第三に,粒子法(SPH法)により,クロスプライ積層板について,高速衝撃損傷挙動の二次元および三次元シミュレーションを行い,上記の実験結果とFEM解析結果と比較を通して,コードの妥当性を検証した。シミュレーションでは,実験結果と同様に,0°方向断面で,飛翔体球の衝突に伴う圧痕(クレーター),繊維破断,コーンクラックトランスバースクラックおよび層間はく離が再現された。90°方向断面においても上記の損傷に加え,スプリッティングが観察された。三次元シミュレーションは二次元シミュレーションより損傷領域が小さいが,損傷形態はほぼ一致した。以上により,粒子シミュレーションによって損傷進展をほぼ再現することができるようになった。最後に,3年間の研究成果を総括すると,CFRP積層板における高速衝撃損傷の定量評価法と耐衝撃性向上のための材料設計の指針が以下のように提案される:(1)層間はく離を最小にするには層間破壊靭性を向上させる,
大脳皮質運動領刺激によるpost-stroke painの治療

post-stroke painの治療を目的とした大脳皮質運動領刺激療法は、刺激によって疼痛部位にmuscle contractionを誘発するように電極を留置する必要があり、著効例は運動機能が比較的保たれている症例に多く認められることなどから、皮質脊髄路を下行する運動系の関与が示唆される。また、大脳皮質運動領から知覚領への逆行性刺激によってthalamo-cortical tractの異常興奮を抑制するなどの機序も考えられているが、メカニズムは現在も明らかでない。本研究は、大脳皮質運動領刺激の方法を確立し、その作用機序を明確にすることを目的として研究を行った。その結果、大脳皮質運動領刺激における電極の留置部位を決定するにはcorticospinal MEPのD-waveを指標とするのが有効であることが、グリッド電極を用いたmonopolar anodal stimulationで明らかとなった。今回の検討では、D-waveの振幅とVASの変化を比較するためにグリッド電極を使用したが、実際の手術ではメドトロニック社のRESUME電極で最大の極間距離(4cm)を用いて双極刺激を行い、硬膜上を移動しながらD-waveが最大の振幅で記録される部位を決定して、電極を留置している。D-waveを用いる刺激部位の決定では、1)D-waveを誘発するために使用した電極をそのまま慢性留置電極として使用できる、2)皮質下のpyramidal neuronが刺激された反応そのものをモニターできるので、最適の刺激部位ならびに電極の留置方法を選択できる、3)通常の全身麻酔で一期的な手術が可能である、などの利点がある。画像誘導装置を用いて中心前回に刺激電極を留置する方法では、電極がmotor cortex上に留置されても、実際にmotor cortexがどの程度刺激されているかを確定することはできない。また、硬膜を開いて中心溝を確認して電極を留置することを推奨する報告もあるが、この方法でも実際にどのように刺激されているかを評価するのは困難である。一方、corticospinal MEFを用いる方法では、硬膜の上からでも最適の部位を決定することができるので、最もすぐれた方法であると考える。今回の検討で、D-waveの振幅とVSAの減少率に有意の相関を認めた事実は、最適の電極留置部位を決定するための有効な手段を提供するのみならず、大脳皮質刺激による除痛効果の発現にpyramidal tractが重要な役割を担っていることが明らかとなった。各種の求心路遮断痛に対する大脳皮質運動領刺激の効果が報告されているが、有効率は報告者によって異なっている。この理由として、患者のセレクションの方法と手術方法の違いが考えられるので、本年は主としてこの点について検討した。われわれは、ドラッグチャレンジテストを用いた。その結果、ケタラール・サイアミラールが有効な症例を手術適応とした。また、サイアミラールにて入眠の直前まで疼痛を訴える症例には外科的な治療の適応は無いことを明らかにした。これまでの私共の経験では、運動機能の保たれている症例に大脳皮質運動領刺激が有効であり、corticospinal neuron刺激された反応であるcorticospinal MEPを刺激部位の決定に用いる方法は、遮断痛に対する大脳皮質運動領刺激の効果を劇的に向上させる可能性がある。

大脳皮質運動領刺激の電極留置部位を決定する方法としては、1)局所麻酔下に開頭を行い、刺激によってmotor twitchあるいはmotor contractionを誘発する部位を決定、2)グリッド電極を用いて、グリッドの刺激点から最適の刺激部位を決定する方法、などが行われてきた。これらの方法に比較してcorticospinal MEPを用いる方法を開発し、これまでの方法に比較して有効率が向上した。この方法の利点として、1)全例でD-waveを記録することができる、2)刺激点の微妙な移動によるD-waveの変化から真に最適な刺激部位を決定できる、3)テスト刺激に用いた刺激電極をそのまま留置電極として用いることができるので、テスト刺激の電極と留置電極の位置を完全に一致させることができる、4)実際に下行性の運動路が刺激された反応を指標として刺激部位を決定できる、5)通常の全身麻酔下に手術が可能、などがあげられる。各種の難冶性疼痛に対する治療法の選択には、ドラッグチャレンジテストを用いて疼痛の薬理学的背景を明らかにするとともに、侵害受容性疼痛と求心路遮断痛の鑑別あるいは両者の合併であるのかを明らかにする必要がある。また、難冶性の疼痛を治療するためには、手術療法のみでは不十分な症例が数多く存在するので、薬物療法等を含めた総合的な治療が必要である。大脳皮質運動領刺激のみでは効果が不十分な症例に対して、NMDAレセプターのブロッカーであるケタミンの点滴療法を併用することにより、大脳皮質運動領刺激の効果を高めることができた。われわれが検討した中枢性疼痛102例に対する検討では、ketamine-sensitiveな症例が41%存在し、かなりの数の中枢性疼痛患者に利用することが可能と考えられた。大脳皮質運動領刺激の効果は、運動機能の障害が強い症例に比較して運動機能の保たれている症例に有効例が多く、大脳皮質や脳幹レベルでの痛み抑制に加えて、脊髄後角内で侵害受容ニューロンを抑制する機序が考えられる。今回の検討では、D-waveの振幅とVASの変化を比較するためにグリッド電極を使用したが、実際の手術ではメドトロニック社のRESUME電極で最大の極間距離(4cm)を用いて双極刺激を行い、硬膜上を移動しながらD-waveが最大の振幅で記録される部位を決定して、電極を留置している。D-waveを用いる刺激部位の決定では、1)D-waveを誘発するために使用した電極をそのまま慢性留置電極として使用できる、2)皮質下のpyramidal neuronが刺激された反応そのものをモニターできるので、最適の刺激部位ならびに電極の留置方法を選択できる、3)通常の全身麻酔で一期的な手術が可能である、などの利点がある。画像誘導装置を用いて中心前回に刺激電極を留置する方法では、電極がmotor cortex上に留置されても、実際にmotor cortexがどの程度刺激されているかを確定することはできない。
革新的原理に基づく超高感度超軽量可搬型ガンマカメラを用いた核医学検査手技の確立

本装置では高エネルギー領域でのコリメータ透過の制約は原理的になく、むしろ高エネルギーに適しているといえる。適切な高エネルギーのγ線核種を選択すれば、被検体自体での吸収が少なく、定量性が改善されること、不必要な吸収が少なく、被曝が軽減されるなどの利点があり得る。現在使われている核種のみならず、様々な核種が使用できる可能性があるので、高エネルギー核種についても検討した。小型可搬型という特長を活かした実用性の高い核医学検査技術(手術室での病巣検索、検査室における少数方向からの短時間撮像による断層画像撮像など)への適応可能性を検討した。上記検出器基本性能の検討に関連して、本検出器を用いた画像化に適した核種について検討する。これまでにおこなった単独の点線源、比較的簡単なファントムにおいて、I-131,Tc-99mなどの臨床に比較的よく使われる核種を用いた実験をおこなっているが複数の点線源を用いた実験やより実態に近い人体型ファントムについてより詳細に検討した。現在は10cm角の検出器サイズであるが、より大型の30cm角サイズの検出器の開発により、より検出効率を高めれば実用化できる可能性を示すことができた。これらの新しい核種を用いた画像化の検討と同時に、収集データの画像再構成技術の開発についても検討した。再構成法の改良により画質の改善が見込まれた。今後、実験動物を用いた検討を行い、更に発展させる予定である。本研究では、ガンマ線天文学の分野で研究が進められている、コンプトン散乱現象を利用した超軽量超高感度可搬型ガンマカメラの医学応用を目的としている。本年度は、既存のプロトタイプカメラの改良を行い、医用応用の可能性について理論的および実験的検討を開始した。プロトタイプカメラの改良点として(1)コンプトン散乱電子を捉えるμPICの利得改善のため中間増幅器を導入し利得5万程度で安定した動作を実現、(2)角度分解能を上げ装置全体をコンパクト化するために5mm角ピクセルシンチレータ・アレイを開発、の2点を京都大学にて行った。これによりカメラの可搬性を得ることができ、17年度における慶應大学でのファントムを用いた試験が可能となる。医用応用の可能性について理論的検討として、天文領域とは使用するγ線のエネルギーが違う、検出器近傍に放射線源が立体的に広がる、などの物理的特性の違いがあることに加えて、検査室での取り回しなどについても考慮しシミュレーションを進めた。放射線防護の観点から、使用核種や使用量(投与量)についても検討を行った。カメラの設計に当たっては、高電圧を使用するため、他の医療機器への影響や人体への安全性についての検討を加えた。また実験的検討では、本装置が医用に実際に使用可能であることを検証するため、京都大学にてプロトタイプ検出器にて予備的実験をおこない、高エネルギー核種からなる点線源の画像化が可能であることを確認した。慶應大学でも同様に、特殊電源、ボードコンピュータなどをVMEラック、NIMラックに設置し、基本実験装置のセットアップをおこなった。さらに、臨床応用を視野に入れているため、特製の人体ファントムと高精度の回転機構をと備えた回転台を設計し、作成を開始した。本年度は、検出器本体と特殊電源、ボードコンピュータ、VMEラックなどを可搬型装置としてくみ上げ、実験装置のセットアップをおこなった。ピクセルシンチレータ、新型回路など装置をより信頼性の高いものに置き換えた。さらに、人体ファントムと高精度の回転機構をと備えた回転台を作成した。セシュウムー137およびコバルト-57の密封小線源による予備実験にてチューニングをおこない、実験のシステム、ファントムのデータ取得の方法、データの解析と2次元イメージの再構成法などについて検討した。

京都大学でくみ上げた可搬型装置を運搬し、数度にわたり慶応大学のラジオアイソトープ実験棟にて、密封線源にての予備実験後、非密封線源としてヨード131などを用いて、甲状腺模擬ファントムを使用したデータ収集を中心とした実験をおこなった。電子軌跡を計測するガス検出器の部分は密閉型として、ガス補給を最小限に抑える事が可能となり、また光子検出のシンチレータも安定化したため、より可搬性が高まっている。これらの改良により、安定した稼働を確認できた。解析用コンピュータとデータ保存も一体の装置に組み込み型として良好な結果を得ている。また、取得データが多量になるためにデータ保存用RAIDシステムの増強をおこない来年度実験にそなえる。本研究では、天文学領域での高分解能ガス増幅平面検出器を用いて実際に入射ガンマ線の方向およびエネルギーの測定法を数十数百keVのガンマ線を用いた核医学領域において応用し、コリメータおよび検出器周囲の遮蔽を省略した超軽量超高感度ガンマカメラの開発を目指している。今年度は、ファントムを中心とした総合的な検証をおこなった。シンチレータ+PMT低エネルギー側での感度をあげた。PMTの利得をあげ、低エネルギーの分解能を上げた。解析手法の改良として、電子トラック取得アルゴリズムの変更、正確なCamera面感度マップの必要性、面線源、線線源でのデータ取得、点線源でのscanデータの取得などについて検討し、MC simulationとの比較などの課題が挙げられた。さらに実験を繰り返し、解析の向上により現在の分解能の向上が得られた。副腎を3方向からデータ取得を行った。今後、3次元再構成は再構成法、感度補正、フィルタリング等の課題を検討する予定。また、3cm立方体のデータ取得を行ったが、分解能に比べて、輪郭が正しく得られた。今後はイメージのムラを解消する解析をおこなう必要がある。検出器のデータ収集効率を上げる予定であるが、本研究の成果を生かすことができるであろう。解析手法の確立小型可搬型という特長を活かした実用性の高い核医学検査技術への適応可能性が示唆された。上記検出器基本性能の検討に関連して、本検出器を用いた画像化に適した核種について検討された。新しい核種を用いた画像化の検討と同時に、収集データの画像再構成技術の開発についても検討した。現在、総括的な学会発表、報告を準備している。
FTNIR分光および吸着熱直接測定による金属酸化物への分子吸着の研究

1)ヒドロキシアパタイト(HAP)の表面構造と分子吸着の研究HAP粒子の表面にはPーOH基が存在し,水,二酸化炭素およびアルコ-ルなどのいろいろな分子の吸着サイトになることを明らかにした.また,吸着分子の一部は化学的に吸着することが分かり,それらのサイトも明らかにした.2)新しい機能を持った酸化鉄の合成とその分子吸着特性の研究鉄塩の加水分解の際にいろいろなキレ-ト化剤を添加することにより,生成する酸化鉄微粒子の形態と大きさをコントロ-ルする方法を開発した.この方法により調製した酸化鉄は水分子を選択的吸着するなど特異な吸着挙動を示した.3)マイクロポ-ラスヘマタイトの調製と分子吸着特性の研究含水酸化鉄の一種であるδーFeOOHを真空加熱すると,0.8nmの幅のスリット状マイクロポ-アが発達したヘマタイトαーFe_2O_3微粒子が得られた.このmicroporousαーFe_2O_3への水,メタノ-ル,四塩化炭素,ベンゼンなどの吸着機構およびマイクロポ-ア内でのこれらの分子の吸着状態を明らかにした.4)階段状吸着等温線と表面均一性γーFeOOH表面へのいろいろな分子の吸着等温線を測定したところ,水,四塩化炭素,ヘキサンなどでは等温線にスッテプが現れることを発見した.このスッテプはγーFeOOHの表面で二次元凝縮が起こっていることが吸着熱から分かった.このことはγーFeOOH表面が化学的,幾何学的に均一であることによるもので,フラクタル解析から証明された.5)単分散金属りん酸塩微粒子の調製と吸着特性コバルト,ニッケルなどのりん酸塩の単分散球形微粒子を調製し,その構造を調べた.その結果,コバルトりん酸塩粒子の表面近くは層状構造で,内部は無定形に近いことが分かった.この層状構造により水分子の選択的に吸着した.6)総括研究はまだ継続中であるが,研究報告書に記載したように,満足すべき多くの成果が上げられ,海外および国内での学会で報告するとともに,著名な国際誌に論文を発表することができた.1)ヒドロキシアパタイト(HAP)の表面構造と分子吸着の研究HAP粒子の表面にはPーOH基が存在し,水,二酸化炭素およびアルコ-ルなどのいろいろな分子の吸着サイトになることを明らかにした.また,吸着分子の一部は化学的に吸着することが分かり,それらのサイトも明らかにした.2)新しい機能を持った酸化鉄の合成とその分子吸着特性の研究鉄塩の加水分解の際にいろいろなキレ-ト化剤を添加することにより,生成する酸化鉄微粒子の形態と大きさをコントロ-ルする方法を開発した.この方法により調製した酸化鉄は水分子を選択的吸着するなど特異な吸着挙動を示した.3)マイクロポ-ラスヘマタイトの調製と分子吸着特性の研究含水酸化鉄の一種であるδーFeOOHを真空加熱すると,0.8nmの幅のスリット状マイクロポ-アが発達したヘマタイトαーFe_2O_3微粒子が得られた.このmicroporousαーFe_2O_3への水,メタノ-ル,四塩化炭素,ベンゼンなどの吸着機構およびマイクロポ-ア内でのこれらの分子の吸着状態を明らかにした.4)階段状吸着等温線と表面均一性γーFeOOH表面へのいろいろな分子の吸着等温線を測定したところ,水,四塩化炭素,ヘキサンなどでは等温線にスッテプが現れることを発見した.このスッテプはγーFeOOHの表面で二次元凝縮が起こっていることが吸着熱から分かった.このことはγーFeOOH表面が化学的,幾何学的に均一であることによるもので,フラクタル解析から証明された.5)単分散金属りん酸塩微粒子の調製と吸着特性コバルト,ニッケルなどのりん酸塩の単分散球形微粒子を調製し,その構造を調べた.その結果,コバルトりん酸塩粒子の表面近くは層状構造で,内部は無定形に近いことが分かった.この層状構造により水分子の選択的に吸着した.6)総括研究はまだ継続中であるが,研究報告書に記載したように,満足すべき多くの成果が上げられ,海外および国内での学会で報告するとともに,著名な国際誌に論文を発表することができた.1.FTIRー吸着同時測定装置の組み立てステンレス製の吸着セルを設計し,金属加工を業者に依頼し以外は,炉,窓などは研究室で作製した.窓板にはCaF_2は使用した.炉の最高到達温度は800°Cで,本研究の目的には十分である.吸着気体の圧力は,購入した高感度圧力センサ-(MKSー390H)を使用した.2.含水酸化鉄,単分散ヘマタイトおよびヒドロキシアパタイトの合成とキャラクタリゼイションいろいろな構造と性質をもつ含水酸化鉄(FeOOH)を調製する目的でいろいろな条件下で合成を行った.その結果,アミン添加により粒子形が変化せず粒子の大きさのみが異なるβーFeOOHを調製することが出来た.これらの粒子への水,窒素分子などの吸着等温線とIRスペクトルの測定を行い,構造と性質を明らかにした.また,ポリカルボン酸イオンを添加すると,アミンとは異なり無定形の粒子が得られた.これらは,水分子のような小さい極性分子を選択的に吸着することを見つけた.粒子の大きさと形が同じである単分散ヘマタイトαーFe_2O_3を合成し,立方体と球形の微粒子を得た.

このような粒子が生成することがこれまで知られていたが,その構造はまだ明かにさていなかった.我々は,IR分光,吸着法,熱分析などによりそれらの構造を明らかにした.種々のヒドロキシアパタイト(HAP)を合成し,IR分光,CO_2などの分子吸着によりHAP表面の構造と性質を調べた.3.シリカゲルの合成とキャラクタリゼイションシラス多孔性ガラス膜を用いる単分散W/Oエマルジョンの新しい調製法を開発した.この方法を用いて,単分散シリカゲル微粒子の調製を試み,これに成功した.4.フロ-式高感度熱量計による固体への金属イオンの吸着熱の測定含水酸化鉄およびシルカゲルへのK^+などのアルカリ金属イオンおよびFe^<3+>などの遷移金属イオンの吸着熱を測定し,イオン交換熱を求めた.1)ヒドロキシアバタイトへの水,二酸化炭素およびアルコ-ルの吸着のFTIRによる研究水分子の吸着では,表面PーOH基に可逆的に吸着する以外にアニオン欠陥部に不可逆吸着した.メタノ-ル分子吸着でも水分子と同様に表面OHが可逆吸着サイトになるが,一部のOH基には不可逆吸着したCH_3ー基を形成する.一方,二酸化炭素吸着では,吸着機構は複雑で,OH^-欠陥部にある水分子とCO_2反応しH_2CO_3が生成し,またアニオン欠陥部にあるOH^-と反応しHCO_3^-が生成することが分かった。.2)酸化鉄への分子吸着のFTIRおよび吸着熱測出による研究含水化鉄の一種であるδーFeOOHを真空加熱すると,0.8nmの幅のスリット状マイクロポ-アが発達したαーFe_2O_3微粒子が得られた.このmicroporousαーFe_2O_3への水,メタノ-ル,四塩化炭素,ベンゼンなどの吸着機構およびマイクロポ-ア内でのこれらの吸着状態を明らかにした.1方,γーFeOOHへの上記分子の吸着等温線を測定したところ,メタノ-ル分子以外で等温線にステップが現れることを発見した.このステップはγーFeOOHの表面で二次元凝縮が起こっていることが吸着熱から分かった.このことはγーFeOOH表面が化学的,幾何学的に均一であることによるもので,フラクタル効析から証明された.3)金属りん酸塩微粒子の調製とキャラクタリゼイションコバルト,ニッケルなどのりん酸塩の単分散球形微粒子を調製し,その構造を調べた.その結果,コバルトりん酸塩粒子の表面近くは層状構造で,内部は無定形に近いことが分かった.この層状構造により水分子の選択的に吸着した.粒子を100°C以上で加熱すると層状構造が壊れ,水分子も吸着しないほど表面部分は密になり,そのバル-ン構造は600°Cまで保たれた.このように,この微粒子は非常に特異な構造と性質をもつことが分かった.4)総括研究はまた継続中であるが,研究報告書に記載したように,満足すべき多くの成果が上げられ,海外および国内での学会で報告するとともに,著名な国際誌に多数の論文を発表することができた.
直接数値シミュレーションによるキャビティ自励振動流の能動的制御法の開発

平板上の開いたキャビティを過ぎる流れでは、流れが周期的に自励振動する。キャビティ流れの自励振動を抑制する新しい能動的制御方法の開発を三次元直接数値計算によって行った。制御方法はキャビティの底面を平行に負方向に駆動する底面駆動法である。アスペクト比2のキャビティ自励振動が十分に発達した流れ場に底面駆動法を適用した結果、自励振動は最大で無制御の場合の約1/3に低減することができた。平板上のキャビティを通過する流れでは、キャビティ上流角ではく離したせん断層が周期的に自励振動する。自励振動流の制御は複雑な流動現象を制御する典型的問題であり、実用的にも流力騒音の低減などに応用され重要である。我々はキャビティ底面を駆動して自励振動を制御する新しい能動的制御法を考案し、二次元数値シミュレーションによって制御可能であることを明らかにした。本研究はキャビティ底面を駆動する能動制御法を三次元流に拡張し、三次元キャビティ自励振動を制御する新たな方法を開発することを目的とする。研究はスーパーコンピュータを使用した直接数値シミュレーションにより行う。今年度は大規模な三次元計算を高速に実行するために、大阪大学サイバーメディアセンターのベクトル並列型スーパーコンピュータにおいて高速な並列計算を行えるようにプログラムの改良を行った。並列化手法は行列計算の前処理に局所ILU分解を用い、領域分割法とコンパイラの自動並列化機能を使って並列化を行った。これにより、従来使用してきた1CPU用プログラムと比較して約20倍の速度で計算することが可能となった。並列化プログラムを用いて、制御を行わないキャビティ自励振動流の三次元直接数値計算を行った。キャビティ自励振動はアスペクト比が増加すると振動モードが変化することが知られている。三次元直接数値計算によって振動ストローハル数と振動モードの変化がどの程度正確に計算できるかを調べた。キャビティアスペクト比は2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0で行った。2.0と2.5はモードIIの振動となることが確認できた。より長いアスペクト比の計算は次年度に継続して計算を行っている。我々はキャビティ底面を駆動して自励振動を抑制する新しい能動的制御法を考案し、二次元数値シミュレーションによって制御可能であることを明らかにした。今年度は制御を行わないキャビティ自励振動流と、キャビティアスペクト比2.0に対して底面駆動制御法を適用した流れ場の三次元直接数値計算を行った。制御を行わないキャビティ自励振動流は、キャビティアスペクト比を2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0と変化させた。2.0と2.5はmode II、3.0はmode IIとmode IIIの混合状態、3.5,4.0,4.5はmode III、5.0ではwake modeと振動モードが遷移することを明らかにした。さらに、2.0の流れ場に対して底面駆動制御法を適用した計算を行った。底面駆動速度は負方向には-0.1,から-1.0、正方向に駆動する場合は+0.4,+1.0,+2.0とした。三次元計算では二次元計算の結果とは異なり、自励振動を完全に停止させることはできなかった。負方向に駆動した場合、いずれの駆動速度においてもキャビティ下流角近傍の速度変動のrms値は制御前に比べて低下した。もっとも低下したのは-0.6の場合で、制御前の約半分にrms値を低下させることができ、底面駆動制御法の有効性を確認した。これに対し、正方向へ駆動した場合は、いずれの駆動速度においてもrms値が制御前よりも大きくなり、振動を抑制する制御はできなかった。今年度はキャビティアスペクト比2.0に対して底面駆動制御法を適用した振動制御の三次元直接数値計算を行った。底面駆動速度の方向はキャビティ下流から上流への負方向とし、底面の駆動速度は無制御の場合の0から-1.0まで0.1刻みで変化させ、自励振動の応答を調べた。

キャビティ下流角より0.1上流側の点における垂直方向速度変動のrms値を、無制御の場合と比較し制御の効果を調べた。底面駆動速度を0から負方向へ大きくすると、rms値は無制御に比べて大きく低下し、底面駆動速度が-0.4で極小値となることを明らかにした。その場合のrms値は無制御のrms値に対する比で約54%まで低下し、底面駆動法によってキャビティ自励振動を抑制することができることを明らかにした。底面駆動速度を-0.4からさらに大きくすると、垂直方向速度変動のrms値は増加に転じ、駆動速度が-1.0では無制御時よりもrms値が大きくなった。このことから、最適な底面駆動速度は-0.4で、振動の大きさを制御前の約半分に低下させることができ、底面駆動制御法の有効性を確認した。ただし、二次元数値シミュレーションの結果と異なり、三次元数値シミュレーションでは、振動を完全に停止させることはできなかった。
炎症性サイトカインと受容体の構造生物学的認識機構の解明

インターロイキン(IL)-23は、Th17細胞の活性化を介して炎症性自己免疫疾患に関わる。IL-23の受容体は、IL-23RとIL-12Rβ1からなる。IL-23と受容体の結合を阻害すると、疾患の病状が緩和される。IL-23については、米国の2グループにより修飾糖を切除した試料、我々により糖修飾形状の蛋白質の構造が明らかにされた。本研究の目的は、IL-23と2つの受容体IL-23RおよびIL-12Rβ1との認識機構を構造生物学的に明らかにすることである。IL-23RおよびIL-12Rβ1の構造解析を目指して、GSTを融合させたIL-12Rβ1の細胞外ドメインを大腸菌を用いて発現させ、精製を行った。酵素を用いてタグの切除を行ったが、効率良くGSTを切り離すことに成功出来ていない。現在、GSTを切除する条件を検討中である。IL-23Rについては、細胞外に3つのドメイン(D)があるが、どの領域を介してIL-23と結合するのか、明らかにされていない。D1, D2-D3, D1-D3の発現を、大腸菌・動物細胞を用いて試みた。D2-D3について大腸菌を用いて発現させることに成功した。D1を含む試料については、大腸菌と動物細胞の両方で発現させることが出来ていない。調製したD2-D3を用いて結合実験を行ったところ、リガンドとの結合が確認出来なかった。現在、D1およびD1-D3の発現系の構築を進めているところである。IL-23/IL-12Rβ1複合体の調製・結晶化。精製したIL-12Rβ1とIL-23混ぜて複合体として精製を行った。その後、微量結晶化装置モスキートを用いて結晶化を行ったところ、微結晶を得た。現在、構造解析に適した質およびサイズの結晶を得るため、結晶化条件の精密化を進めているところである。24年度が最終年度であるため、記入しない。近年発見されたインターロイキン(IL)-17産生ヘルパーT(Th17)細胞は様々な炎症性疾患に関わっており,IL-23はTh17細胞の悪性化および活性化に関わっている.IL-23受容体は,特異的なIL-23RとIL-12と共有するIL-12Rβ1の2つのサブユニットからなる.IL-23とIL-23Rの結合を阻害するとTh17細胞が減少し,炎症が鎮静化する.IL-23の構造は明らかにされているが,受容体の構造は何れも解析されておらず,IL-23と受容体の認識機構に関しては詳細な知見が得られていない.本研究の目的は,IL-23と2つの受容体との認識機構およびシグナル伝達機構を構造生物学的に解明することである.本件度は,IL-23Rのドメイン(D)2-D3を大腸菌を用いて発現させ,精製を行った.この精製IL-23R D2-D3と調製法を既に確立済みのIL-23の結合実験をBiacoreを用いて行った.しかしながら,IL-23R D2-D3はIL-23と結合しなかった.このことから,IL-23との結合にはIL-23RのD1を介することが予想される.そこで,IL-23RのD1およびD1-D3の発現を大腸菌を用いて試みたが発現させることが出来なかった.次に,HEK293T細胞およびHEK293S細胞を用いてこれらのタンパク質の発現を試みたが,発現量が非常に低く,精製出来なかった.IL-12Rβ1については,大腸菌を用いた発現系を構築し,現在精製を行っているところである.今後,これらの受容体の調製を行い,IL-23との複合体の構造を明らかにすることにより,これらの認識機構を構造生物学的に解明する.インターロイキン(IL)-23は、Th17細胞の活性化を介して炎症性自己免疫疾患に関わる。

調製したD2-D3を用いて結合実験を行ったところ、リガンドとの結合が確認出来なかった。現在、D1およびD1-D3の発現系の構築を進めているところである。IL-23/IL-12Rβ1複合体の調製・結晶化。精製したIL-12Rβ1とIL-23混ぜて複合体として精製を行った。その後、微量結晶化装置モスキートを用いて結晶化を行ったところ、微結晶を得た。現在、構造解析に適した質およびサイズの結晶を得るため、結晶化条件の精密化を進めているところである。24年度が最終年度であるため、記入しない。IL-23Rのサイトカイン受容体ホモロジー領域であるD2-D3を調製し,IL-23との結合実験を行ったが結合しなかった.そこでD1を含むコンストラクトの調製を大腸菌およびヒトの293T細胞を用いて試みているが,今現在成功していない.またIL-12Rβ1については,大腸菌を用いた発現系の構築を終えたが発現量が低かったため.24年度が最終年度であるため、記入しない。IL-23RのD1またはD1-D3の発現を293T細胞を用いて行う.また他のタンパク質のシグナルペプチドとの融合タンパク質として発現させ,高発現の条件を見つけ出す.IL-12Rβ1については,大腸菌を用いた発現系の構築を終えたが発現量が低いため,現在発現条件やコンストラクトの改良を行い,高発現の条件を見出す.
免疫抑制状態からみた肝細胞癌多中心性発生機序の解明

肝細胞癌の多中心性発癌例の臨床的解析から、血管造影下CT検査の導入によって、切除前の多中心性肝細胞癌の術前画像診断が可能であることが証明された。この知見から再発肝細胞癌においても、異時性の多中心性発癌例では再肝切除によって長期の生存が得られることを当科の臨床例から証明した。さらに、このような多中心性発癌にいたる免疫学的な機序を解明する目的で、基礎研究を実施した。まず、肝臓局所での免疫学的な観点からの検討として、所属講座のC型肝炎併存肝細胞癌切除症例の末梢血、癌部と非癌部の切除標本を用いて、免疫担当細胞(Tリンパ球)のシグナル伝達に重要なCD3-Zetaの発現を、特異的抗体を用いて細胞生物学的、免疫組織学的検討した。癌の発生していないC型肝炎患者の末梢血Tリンパ球のCD3Zetaの発現は健常者のコントロールと比較して有意に低下しており、さらにC型肝炎併存肝細胞癌切除症例ではさらにD3-Zetaの発現低下が認められた。肝細胞癌患者での比較では、癌の進行例では初期症例に比較して、よりD3-Zetaの発現低下が認められた。多変量解析ではこのD3-Zetaの発現低下に関与する因子として腫瘍の進展度が上げられたが、ALT値やウイルス量とは相関が認められなかった。また、腫瘍内、肝内浸潤リンパ球のD3-Zetaの発現低下は末梢血より低下していたが、腫瘍部と非腫瘍部では差がなかった。このことから、C型肝炎併存肝細胞癌患者の肝臓内は、全体的に免疫抑制状態にあることになり、多中心性発癌が高頻度に起こる要因の一つであるものと考えた。また、C型肝炎併存肝細胞癌患者のD3-Zetaの発現低下の機序の解明の一環として、非腫瘍部肝臓の酸化ストレスによるDNAダメージの指標である8OHdGの陽性率と非腫瘍部のマクロファージ数を検討した。これによると、早期再発群で8OHdGの陽性率は有意に増加していた。さらに、これらの症例では末梢血の血清8OHdGも増加していた。以上より、C型肝炎併存肝細胞癌患者では、肝内マクロファージが活性酸素を産生し、肝細胞DNAにダメージをあたえ、免疫監視機構の低下とあいまって、肝発癌に関与しているものと推定された。肝臓局所での免疫学的な観点からの検討として、所属講座の肝細胞癌切除症例の癌部と非癌部の切除標本を用いて、多中心性発癌症例と単発例、肝内転移例および非肝細胞患者で癌部および周辺非癌部に浸潤している免疫担当細胞(Tリンパ球、NK細胞、マクロファージその他類洞細胞)のプロフィールに差異があるか否かを、特異的抗体を用いて免疫組織学的検討し、多中心性発癌症例でその他の症例に比較して、非実質細胞のポピュレーションに差があるとする結果がえられつつある。また、肝細胞癌患者の末梢血中のIL?10、TGF?β、などのサイトカインレベルを術前、術後にわたってELISA法およびフローサイトメトリー法によって測定したところ、多中心性発癌症例で、特徴的な所見が得られつつある。

さらに、末梢血と腫瘍浸潤部のT細胞とNK細胞で、直接腫瘍抗原認識に関与する分子であるζ鎖の発現をフローサイトメトリー法を用いて測定し、たところ、多中心性発癌症例で他群に比較して発現量の低下が観測されてきた。DDBEX肝細胞癌マウス実験系において多中心性発癌にβカテニンの異常が関与していることが明らかとなりこの点からの解析も進行中である。肝臓局所での免疫学的な観点からの検討として、所属講座の肝細胞癌切除症例の癌部と非癌部の切除標本を用いて、多中心性発癌症例と単発例、肝内転移例および非肝細胞患者で癌部および周辺非癌部に浸潤している免疫担当細胞(Tリンパ球、NK細胞、マクロファージその他類洞細胞)のプロフィールに差異があるか否かを、特異的抗体を用いて免疫組織学的検討し、進行例、多中心性発癌症例でその他の症例に比較して、非実質細胞のポピュレーションに差があるとする結果が得られた。また、肝細胞癌患者の末梢血中のIL-10、IL-18、TGF-β、などのサイトカインレベルを術前、術後にわたってELISA法およびフローサイトメトリー法によって測定したところ、多中心性発癌症例で、特徴的な所見が得られつつある。さらに、末梢血と腫瘍浸潤部のT細胞とNK細胞で、直接腫瘍抗原認識に関与する分子であるζ鎖の発現をフローサイトメトリー法を用いて測定し、たところ、進行例、多中心性発癌症例で他群に比較して発現量の低下が観察されてきた。肝臓局所での免疫学的な観点からの検討として、所属講座の肝細胞癌切除症例の癌部と非癌部の切除標本を用いて、多中心性発癌症例と単発例、肝内転移例および非肝細胞患者で癌部および周辺非癌部に浸潤している免疫担当細胞(Tリンパ球)のシグナル伝達に重要なCD3Zetaの発現に差異があるか否かを、特異的抗体を用いて免疫組織学的検討し、進行例、多中心性発癌症例でその他の症例に比較して発現が低下しているとする結果が得られた。また、HCV陽性肝細胞癌患者の非腫瘍部肝臓の酸化ストレスによるDNAダメージの指標である8OHdGの陽性率と非腫瘍部のマクロファージ数を検討したところ、早期再発群で有意に増加していた。さらに、これらの症例では末梢血の血清8OHdGも増加していた。以上より、HCV陽性肝細胞癌患者では、肝内マクロファージが活性酸素を産生し、肝細胞DNAにダメージをあたえ、免疫監視機構の低下とあいまって、肝発癌に関与しているものと推定された。現在この機構のさらなる検討を行っている。肝臓局所での免疫学的な観点からの検討として、所属講座のC型肝炎併存肝細胞癌切除症例の末梢血、癌部と非癌部の切除標本を用いて、免疫担当細胞(Tリンパ球)のシグナル伝達に重要なCD3-Zetaの発現を、特異的抗体を用いて細胞生物学的、免疫組織学的検討した。癌の発生していないC型肝炎患者の末梢血Tリンパ球のCD3Zetaの発現は健常者のコントロールと比較して有意に低下しており、さらにC型肝炎併存肝細胞癌切除症例ではさらにD3-Zetaの発現低下が認められた。肝細胞癌患者での比較では、癌の進行例では初期症例に比較して、よりD3-Zetaの発現低下が認められた。多変量解析ではこのD3-Zetaの発現低下に関与する因子として腫瘍の進展度が上げられたが、ALT値やウイルス量とは相関が認められなかった。また、腫瘍内、肝内浸潤リンパ球のD3-Zetaの発現低下は末梢血より低下していたが、腫瘍部と非腫瘍部では差がなかった。このことから、C型肝炎併存肝細胞癌患者の肝臓内は、全体的に免疫抑制状態にあることになり、多中心性発癌が高頻度に起こる要因の一つであるものと考えた。
大気ブロッキング発生の力学と予測可能性

平成30年度は研究計画の通り、S2S再予報データの入手と気候値海水温を強制とした10,000年超の数値積分を実施した。また、平成31年度の研究の準備として、大気循環の回転成分を表現する渦度の方程式から、ブロッキング現象を含む大気の(統計的には時間空間的に直交する)主成分を基底とした分解を行い、モード方程式を導出した。この方程式に基づいて再解析データから得られたブロッキングに関する解析を実施した。これは変数を空間方向に分解するのではなく、時間方向に分解することで、元来、回帰係数として扱ってきたものを、直交展開として扱うことができるようになり、きわめて広範な研究への応用が見込まれる成果となっている。これはInatsu et al. (2013)における低次元空間解析を発展させた考え方でもある。というのは、これまで渦度方程式の直交分解には、Majdaらのように準地衡の縛りを設けて流線函数の展開によって実施するか、あるいは統計データから係数を推定するかしかなかった。この新手法によって、左様の困難は払しょくし、仮にデータ量が多くなくても、時間関数から直交展開を施すことによって、非線形項の効果を含む予測可能性を診断が可能となった。たとえば、太平洋ブロッキングと大西洋ブロッキングで異なる非線形効果が重要であることはすでに知られているが、本手法を用いることで時間フィルターを用いなくても、そのことを診断できるようになった。以上の内容は、2019年4月3日現在、Journal of the Atmospheric Scienceに投稿し、改訂中であり、おそらく平成31年度中に受理となる見込みである。平成31年度の研究を見越して、渦度収支解析法を新たに開発したことで、今後の研究がインパクトのある形で展開できる見通しとなったから。平成30年度に入手・準備を終えたデータセットに対し、平成31年度以降、予定通り低次元モード方程式による診断を実施する。今年度計算を予定していたところで北海道大学情報基盤センターのリプレイスがあったことから計算機代として利用することができなかった。来年度はこの分の利用もあわせて計画している。
駆動源の出力様式を考慮した走・打・投動作の動力学的な生成メカニズムの解明

全身の運動方程式に基づく分析によって,走動作における身体重心速度や,打撃動作における打具先端スピード,そして投球動作におけるボールスピードなど各種スポーツ動作のスピード獲得メカニズムにおける関節トルクの発揮様式を考慮した生成メカニズムを明らかにした.すなわち,走動作における身体加速の様相が距離に応じて変化すること,および野球の打撃ならびに投球動作では,スピード獲得に大きく貢献する運動依存項の生成要因までをも考慮した分析によって,打撃では肩関節の伸張性の内外旋トルク,そして投球では肩関節の短縮性の水平内転トルクが,スピード獲得のための運動連鎖の発生要因となっていることなどがわかった.まず,加速局面を含むスプリント走の分析については,スタートからの距離による関節トルクの役割についての定量化を行っている.男子陸上選手7名を対象としたスプリント走の実験結果から,スタートからの距離に依らずに足関節は支持期前半において伸張性の底屈トルク,支持期後半において短縮性の底屈トルクを発揮しており,ともに身体の推進に対して最も大きく貢献すること,足関節角速度に対する支持脚各関節トルクの結果から,伸張性の足関節底屈トルクは,股関節および膝関節トルクが足関節を背屈させることにより発揮されていること,そして,着用するスパイクシューズ,スタートからの距離,さらに被験者が異なることにより,支持脚関節の機能が変化することがわかった.つぎに,野球の静止球打撃動作の分析については,全身およびバットを計15の剛体セグメントからなる多体系としてモデル化し,運動依存項の生成要因を考慮した動力学的演算を大学野球部員11名を対象として分析した結果,インパクト時のヘッドスピードに対して,関節トルク項よりも,運動依存項の貢献が極めて大きなこと,運動依存項の生成要因を考慮した分析を行うことにより,ノブ側の肩関節の外転軸およびトルソ関節のフォワード回旋軸トルクが大きな貢献を示すこと,そして,大きな貢献を示す軸トルクの貢献の効果的な発揮タイミングが軸毎に異なることなどを明らかとした.スプリント走の分析については,スタートからの距離による関節トルクの役割についての定量化を行っている.なお,筋腱複合体分析用の市販ソフトウェアの維持管理費についての充当ができなかったため,筋張力の貢献の定量化には至っていない.平成28年度に予定していた野球打撃動作の分析について,平成27年度に研究代表者が長期の海外滞在となったため,現有の静止球打撃のデータを利用して,その定量化手法の開発を進め,これまでに全身の各関節トルクの各種評価量に対する動力学的貢献の定量化を実現しており,順調に進んでいると言える.まず,野球打撃動作の分析では,全身とバットからなる計16セグメントの剛体リンクモデルを対象として,その運動方程式の有する入出力間の因果関係に基づく分析を行い,打撃動作の重要な評価量であるバットヘッドスピードの生成に対して,上肢関節トルクとともに累積的な効果が直接現れるトルソ関節(上胴と下胴を結ぶ仮想関節)について,その回旋軸トルクの作用メカニズムの定量化手法を考案し,分析を行った.その結果,この回旋軸トルクを作用させるためには,1.下肢関節トルクによる貢献が非常に大きく,下胴の慣性力項および上肢関節トルクによる貢献は小さいこと,および2.両側の股関節屈曲伸展軸トルクが主に貢献しており,軸脚側の股関節内外転軸トルクは負に寄与していたこと,などを定量的に明らかにした.ここで,飛来球打撃実験については,センサーバットにおいて,飛来球の打撃によって生じる大きな衝撃力を緩和するための装置を設けたセンサーバットを用いて,飛来球打撃実験を安定に実現することを可能とした.これによる飛来球打撃実験の分析の結果,飛来球打撃においても,ティー打撃と同様に,ノブ側の肩関節各軸およびトルソ関節軸トルクなどの累積的な効果によってバットヘッドスピードを獲得していることがわかった.なお,この緩衝装置については,その軽量化が課題として挙げられる.次に,野球投球動作の分析では,ボールのスピードとともに回転を作用させる部位である手指を含む各関節の動力学的な貢献の分析を可能とするために,手指モデルの検討およびボールの回転を含めた生成メカニズムに必要となる力学手的モデル化の対処法について予備的な検討を行った.野球打撃動作については,分析手法の拡張を進め,ヘッドスピード獲得に対する全身の関節トルクの直接的な貢献だけでなく間接的な貢献をも定量化できるようにした.また,衝撃緩和装置および緩衝材を備えたセンサーバットとピッチングマシンにより,飛来球打撃を安定に行うことを実現している.なお,筋腱複合体分析については,別予算で導入した市販ソフトウェアが利用可能となったため,これを用いて筋張力の貢献の定量化についての準備を行っている.平成29年度の予定課題である野球投球動作の分析については,投球動作の課題であるボールスピード獲得とボールスピン量の生成メカニズムを同時に考慮できるように予備的な検討を進め,手指モデルおよびボール作用力の手指への分配モデルについての検討から,ストレート球の投球動作に対する全身の分析を実行可能な方法を考案している.

野球投球動作の分析では,運動連鎖のしくみを明らかにするための全身-ボール系の16セグメントモデルに加えて,各指によるボール操作の役割を定量化するために,示指,中指,親指の3指を各2セグメント,計6セグメントとした全身-3指-ボール系の22セグメントモデルを構築した.各モデルに対する運動方程式を導出し,ボールスピードおよび角速度の生成に対する各関節の動力学的な役割を明らかにした.なお,22セグメントモデルにおいては,3指とボールによって,機構的な閉ループ系が生じるため,各指先に仮想的なばねおよびダンパを設けたシミュレーションを行うことにより,各指先におけるボール作用力を推定した.大学野球部の投手10名に対する動力学的分析の結果,ボールスピードの獲得には,運動依存項の貢献が極めて大きく,このことは従来のキネティクス的な投球分析では,明らかにできないことであり,投球動作に対する動力学的な分析の必要性が明らかになった.そして,この運動依存項の生成要因を考慮した分析により,主に短縮性のトルク発揮特性を示している肩関節の水平内転トルクが,運動連鎖を引き起こしている関節トルクであり,従来の研究において重要性が述べられている肩関節の内旋トルクは,トルク入力による累積的な作用ではなく,即時的に作用するものであり,ボールのコントロールに寄与していることが示唆された.他方,22セグメントモデルによる分析から,各指の関節トルクは,ボール生成のための運動連鎖の発現には関与せず,ボールの支持や操作の役割を担っていることが明らかになった.野球打撃動作の分析におけるセンサーバットの耐衝撃性の向上ならびに軽量化に対する課題については,センサーグリップハンドル部にひずみゲージを貼る際に,恒温槽を用いて接着剤を加熱処理することによって,飛来球打撃時のボールからの衝撃力によるゲージの剥離を防止可能とした.全身の運動方程式に基づく分析によって,走動作における身体重心速度や,打撃動作における打具先端スピード,そして投球動作におけるボールスピードなど各種スポーツ動作のスピード獲得メカニズムにおける関節トルクの発揮様式を考慮した生成メカニズムを明らかにした.すなわち,走動作における身体加速の様相が距離に応じて変化すること,および野球の打撃ならびに投球動作では,スピード獲得に大きく貢献する運動依存項の生成要因までをも考慮した分析によって,打撃では肩関節の伸張性の内外旋トルク,そして投球では肩関節の短縮性の水平内転トルクが,スピード獲得のための運動連鎖の発生要因となっていることなどがわかった.スプリント走の分析については,筋腱複合体分析用のオープンソフトを導入することにより,筋張力の動力学的な貢献の定量化を進める.その際,筋腱複合体の各要素の張力について,推定式に改良を入れることができるかどうかについても検討する.野球打撃動作については,本年度の購入予定備品である3ローラー式ピッチングマシンを利用して,その分析対象を静止球打撃から飛来球打撃へと拡張し,時間的な拘束による関節機能の変容について検討を行えるようにする.