hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
制度生態系アプローチによる経済政策論の研究:進化主義的制度設計と地域ドック

本研究では,経済主体が合理的に戦略を選択する結果として単一の安定的制度が成立すると主張する標準的な制度論に対し,限定合理的な参加者が戦略ルールを選択するとともに,価値規範(メタルール)に基づいてゲームルールを評価する「制度生態系」では,複数の制度が共存し続けうることを示し,そうした理論的帰結から,プラットフォーム制度を進化主義的に設計する「メディア・デザイン」や参加者の気づきや力づけによる内なる制度の変容を組み入れた「地域ドック」を組み込んだ,これまでにない総合的で実践的な経済政策論を提示した。当該年度は,研究実施計画に沿って,制度生態系の理論構築・応用と政策論の展開・体系化に取り組んだ。特に貨幣制度生態系に関する実態を把握するための調査として,ブラジルのパルマス銀行を訪問し,貨幣制度に関するインタビュー調査を行った。その主要な成果は,研究代表者および研究分担者による共著論文「進化主義的政策手法としての地域ドック」(『進化経済学論集』第14集所収)に示されており,制度生態系と進化主義的制度設計の概念を明らかにするとともに,進化主義的政策手法の一つとして地域ドックを位置づけた。その論文に基づき,進化経済学会第14回全国大会(大阪大会)では,研究協力者である栗田健一氏(北海道大学大学院経済学研究科博士後期課程)と小林重人氏(北陸先端科学技術大学院大学知識科学研究科博士後期課程,日本学術振興会特別研究員)を交え,企画セッション「制度生態系アプローチによる経済社会政策論」を開催した。そこではまず,制度生態系のアプローチに基づく経済社会政策論の理論的枠組みを提示した上で,それを貨幣制度生態系と貨幣意識の多様性という観点から実証した,地域通貨利用者の認知枠および意識変容に関する研究成果を報告した。以上の研究成果に至る過程で,計5回の全体および個別会議を実施し,研究メンバー間における理論的枠組みの共有化や概念整理に努めた。また,10月(札幌)と3月(彦根)の全体会議において,エンパワメント評価手法の専門家(福岡女子大学和栗百恵氏)を招き,研究メンバー自身による研究進捗のアセスメントと評価を行って,その成果を班別研究のためのガイドラインとして利用した。当該年度は,研究実施計画に沿って,制度生態系の理論構築とその政策論への展開に取り組んだ。特に実地調査に重きをおき,2010年6月には北海道の帯広市・更別村,同年7月・8月には山梨県韮崎市・北杜市において地域通貨の流通実態調査を行った。その主要な成果は,「社会活動による貨幣意識の差異-地域通貨関係者と金融機関関係者の比較から-」(『企業研究(中央大学)』所収),「制度生態系の理論モデルとその経済学的インプリケーション」(『進化経済学論集』第15集所収),「地域通貨流通実験にみるミクロ・メゾ・マクロ・ループの流れ」(『進化経済学論集』第15集所収)に示されており,貨幣意識調査と制度生態系モデルを精緻化した上で,貨幣意識と貨幣制度生態系の関係を理論的および実証的に考察した。また,東京都武蔵野市の地域通貨流通実験,分散的発行通貨と集中的発行通貨の特性比較,進化主義的制度設計に関する研究も継続し,それらの成果を4つのワーキング・ペーパーとして公開した。以上の論文に基づき,地域通貨に関する国際カンファレンスでは,研究協力者である栗田健一氏(北海道大学大学院経済学研究科専門研究員)とリサーチ・アシスタントである宮崎義久氏(北海道大学大学院経済学研究科博士後期課程)を交えて3つの報告を行った。また,進化経済学会第15回大会では,研究協力者である小林重人氏(日本学術振興会特別研究員)と栗田健一氏(北海道大学大学院経済学研究科専門研究員)を交えて,企画セッション「制度生態系アプローチの理論と応用」を開催した。以上の研究成果に至る過程で計5回の会議を実施し,研究メンバー間における情報の共有化に努めた。特に,3月(名古屋)の全体会議では,昨年に引き続きエンパワメント評価手法の専門家(福岡女子大学和栗百恵氏)を招いて,研究メンバー自身による研究進捗のアセスメントと評価を行った。本年度は,研究実施計画に沿って,制度生態糸の理論構築とその応用政策論に取り組み,地域ドックのための調査研究(山梨県韮崎市・北杜市で地域通貨「アクア」のアンケート調査,大阪府寝屋川市「げんき」・兵庫県丹波市「未杜」の聞き取り調査,北海道更別村公益通貨「サラリ」のアンケート調査,及び,分析結果のフィードバック)を継続実施した。新たに,ゲーミング・シミュレーション(電子地域通貨による)手法の活用可能性を検討した。公刊論文としては11本(小林・栗田・西部・橋本「地域通貨流通実験にみるミクロ・メゾ・マクロ・ループの流れ:メゾレベルの貨幣意識を中心にして」,橋本・西部「制度生態系の理論モデルとその経済学的インプリケーション」,西部・草号「コミュニティ・ドック」,西部「コミュニティ通貨=統合型コミュニケーション・メディアの経済学的意義」「コミュニティ通貨のメディア・デザインとコミュニティ・ドック:進化主義的制度設計による新たな政策論の展開」,西部・三上「電子地域通貨のメディア・デザインとコミュニティ・ドックへの活用可能性:ゲーミング・シミュレーションによる検討」等)が挙げられる。

進化経済学会第16回大会では,企画セッション「メディア・デザインによる地域政策:コミュニティ・ドックとコミュニティ通貨」を主催,研究代表者・分担者に加え,研究協力者(小林重人氏,栗田健一氏,吉田昌幸氏)らが参加して,6本の共著・単著論文(『進化経済学論集』第16集所収)が報告された。また,同大会ではパネルディスカッション「地域通貨ねやがわ「げんき」の現在と展望」を主催し,草郷が司会を担当,パネラーとして「げんき」関係者4名と西部が参加した。今年度は3回の全体会議(札幌,金沢,東京)を実施して研究メンバー間の情報共有に努め,3月の全体会議でエンパワメント評価(福岡女子大・和栗百恵氏司会)を実施した。本研究では,制度生態系の理論を構築して,それに基づく進化主義的な総合経済政策論を展開した。まず,基礎理論としては,1現実の制度の多様性や進化を説明できる制度生態系の理論を構築・洗練化し,現実の諸事例による妥当性の検証と理論の洗練化を行った。2制度生態系の理論と貨幣に関する実証分析に基づき,主体・制度・社会の二重ループを組み込んだ貨幣制度生態系をモデル化し,現実の通貨制度の動態を説明した。また,政策論としては,3主体・制度・社会の二重ループモデルに基づき,安定性や持続可能性など望ましい社会的帰結をもたらす貨幣制度生態系を進化主義的に設計する「メディア・デザイン論」を体系化した。4メディア・デザイン論を補完するものとして,地域の経済社会を総合的に診断し,住民が自己評価を通じて現状改善に導く総合的評価法,実践的政策論として「地域ドック」を体系化した。研究成果は日本語の論文や著作として公刊されたが,英語での公刊準備も進めている。2012年8月6日に公開ワークショップ「制度生態系アプローチによる経済政策論の展開」を開催し,研究成果の総括的提示とコメンテータによる意見提示,討議を行った。また,2012年3月17日にパネル・ディスカッション「地域通貨ねやがわ『げんき』の現在と展望」を開催して,地域通貨「げんき」の現状と課題について討議した。さらに,同年4月23日に北海道更別村でフォーラム「『サラリ』を知ろう」を実施し,地域ドックの一貫として住民アンケート結果報告等のフィードバックを行った。本研究の意義は,グローバル競争による制度の標準化が効率性視点から望ましいという従来の制度論に対し,制度生態系の下では制度の多様性と共生が可能であり,参加者の価値規範(メタルール)が重要であることを示し,その応用としてメディア・デザインや地域ドックといった総合的.実践的な政策論を提示した点にある。国内外の実地調査や各班の研究内容について当初の計画通りには進んでいない面もあるが,他方で当初の計画にはなかった新たな発見や研究成果が出つつある。毎年,相当数の論文を公刊しているだけでなく,進化経済学会で企画セッションやパネルディスカッションを組織するなど,積極的な成果発信を継続的に実行しており,総じて順調に進展していると判断できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。
過冷却液体におけるストークス-アインシュタイン則の破れの理論的研究

平成21年度においては、交付申請書に記載した計画通りの研究を行い、私がこの課題研究を通じて構築した拡張モード結合理論を用いて、ガラス形成物質における丘fragile-to-strong dynamic crossover(粘性率や拡散係数の温度依存性が、ある温度を境に非アレニウス的な振る舞いからアレニウス的な振る舞いへと変化すること)の研究を行った。これまで、fragile-to-strong dynamic crossoverの実験的研究が主に水を対象に行われてきたことから、このようなcrossoverが起きるのは水素結合ネットワークに起因する水の特殊性によるものだと考えられてきた。ところが最近の研究により、このcrossoverが水素結合を持たないガラス形成物質においても見られることが明らかになっており、従来の解釈は不十分なのではないかと考えられるようになっている。私は平成21年度の研究を通じて、過冷却液体のダイナミクスがある温度を境にactivated hopping processと呼ばれる活性化型のプロセスに支配されることによりfragile-to-strongdynamic crossoverが起こり得ることを理論的に示した。この理論においては水素結合ネットワークの存在を前提としていないので、この理論は一般的なガラス形成物質におけるfragile-to-strong dynamic crossoverの説明に用いることができる可能性を秘めている。また、fragile sideとstrong sideにおいて、ストークスーアインシュタイン則の破れ方が異なっていることも理論的に示したが、これは水に対する実験結果とコンシステントであり、この理論の有効性を示している。これらの結果については、Journal of Physics : Condensed Matter誌(2報)において発表した。本年度においては、交付申請書に記載した計画通りの研究を行い、(i)単純液体系(レナード・ジョーンズ系)に拡張されたモード結合理論を適用し、理論がストークス-アインシュタイン則の破れを記述できること、(ii)その破れの度合いが実験や計算機シミュレーションの結果と同程度であること、を示し、さらに(iii)ストークス-アインシュタイン則の破れと動的不均一性の関連を調べる研究を行った。これらの結果についてはPhysical Review E誌において発表した。(i)と(ii)の結果は、私が構築した拡張モード結合理論が、ストークス-アインシュタイン則の破れの起源を論じる際に有効な微視的理論であることを示している。また、(iii)の研究を通じて、従来の解釈(分子が動きやすい場所と動きにくい場所が存在するような不均一な状態においては、動きやすい場所で移動距離を大きく稼ぐことができるために空間が均一である場合に比べて拡散係数が大きくなり、また、粘性率は応力を負担する動き難い場所の影響をより強く受けるので空間が均一である場合に比べて大きくなると考えられ、これが原因でストークスーアインシュタイン則が破綻すると考えられてきた)は不適当であり、実際は、拡散定数が動的相関長(粒子のダイナミクス相関が見られる長さのスケール)より長いスケールのダイナミクスを反映しているのに対し、粘性率がそれより短いスケールのダイナミクスを反映していることに起因することを明らかにした。また、同様の解析を過冷却状態における2原子分子液体の計算機シミュレーション結果に適用することにより、回転拡散においても同様な解釈が成立することを示した。この結果についてはPhysical Review Letter誌において発表した。このシミュレーション結果は、今後理論を分子系にも適用できるように拡張する際に参考となる結果である。
テトラヒドロビオプテリン受容体のクローニング及びその機能解析

1.〔3H〕ドーパミンでラベルしたラット脳線条体のスライス標本からのドーパミン遊離に対する天然型(6R型)テトラヒドロビオプテリン(6R-BH4)の影響を検討し,6R-BH4が脱分極刺激により誘発されるドーパミン遊離を増加させることを見いだした。2.天然型(6R型)テトロヒドロビオプテリン(6R-BH4)の〔3H〕標識体を新たに作製し,これを用いてラット全脳から調整した膜分画に対する結合実験を行った。その結果,脳の膜分画には6R-BH4の特異的結合部位が存在することを明らかになった。その結合部位の解離定数(Kd)は21nMであり,最大結合数(Bmax)は550fmol/mg proteinであった。一方、6S-BH4のKdは,6R-BH4のKdに比べて約千倍高かった。3.Fura 2を負荷した培養神経細胞であるPC12細胞において,6R-BH4の細胞内遊離カルシウム濃度に対する影響を検討し,6R-BH4が細胞内遊離カルシウム濃度の増加をきたすことを明らかにした。4.延髄の迷走神経背側核の神経細胞にパッチクランプ法を適用し,6R-BH4のチャンネル活性に対する影響を検討した。その結果,6R-BH4が神経細胞の発火頻度の増加をきたすこと,また,内向き電流を誘発することが明らかになった。さらに,カルシウムチャンネル電流に対する影響を検討し,6R-BH4がN型カルシウムチャンネル電流を特異的に増強することを明らかにした。5.以上の結果より,6R-BH4は神経細胞膜の特異的結合部位に結合することによりN型カルシウムチャンネルを活性化し,細胞内遊離カルシウム濃度の増加をきたす結果,神経伝達物質遊離を誘発することを明らかにした。
Gjb2マウスを用いたKイオン・リサイクリングの分子機構の解明

ノックアウトマウスの作成は困難であることがすでに示されているので、優性的阻害効果dominantnegativeeffectを持つ遺伝子変異を導入したGjb2トランスジェニックマウスを作成する。さまざまな組織で発現が期待できるCAGプロモLーター20の下流にヒト変異GJB2遺伝子を結合したベクターを作成し、これをマウス受精卵に導入する。変異体を発現している個体は生存継代に不利であることが予想されるため、Cre蛋白の存在下でのみ変異体が発現するCre-loxP系21を用いた。遺伝子をoffの状態で継代し、解析に必要な時に遺伝子をonにして発現を誘導し、症状のある個体を誕生させた。このトランスジェニックマウスのRT-PCRによる内耳に変異connexin26が発現していることの確認した。ABRによる聴力測定、内リンパ静止電位の測定、内リンパカリウムイオン濃度の測定を行なった。またこのマウスを、mRNAin-situhybridization法により、また電子顕微鏡により蝸牛管外側壁線維細胞の変性が観察された。先天聾の原因遺伝子として重要なGjb2遺伝子トランスジェニックマウスを作成し、この難聴の主な病変部位や蝸牛内静止電位・イオン環境などを明かにし、難聴の原因がコルチ器の局所的なイオン環境調節障害であることを科学的な証拠のもとに明確できた。GJB2遺伝子変異による遺伝性難聴DFNB1は、欧米白人における常染色体劣性遺伝を示す先天聾の約半数を占め、非常に頻度の高い重要な疾患である。様々なモデル動物の作成が試みられてきたが、Gib2遺伝子をノックアウトしたマウスは胎生致死であったため解析まで至ることができなかった。我々は今までにない極めて最先端で画期的な技術、優性的阻害効果dominant negative effectを持つ遺伝子変異を導入し、Cre-loxPシステムによりCre存在下で変異GJB2遺伝子を発現させトランスジェニックマウスを作成する。この難聴遺伝子変異動物の蝸牛機構を解明することでヒトではなしえなかった難聴の分子機構が初めて解明できる。Common diseaseである先天聾の原因遺伝子として重要なGj b2遺伝子トランスジェニックマウスを作成し、この難聴の主な病変部位や蝸牛内静止電位・イオン環境などを明かにし、難聴の原因がいままで言われてきたように蝸牛外側壁のK^+イオンリサイクル障害か、それともコルチ器の局所的なイオン環境調節障害なのかを科学的な証拠のもとに明確にさせる。また発達段階による解析も合わせて行い、コルチ器の病変がいつから認められるのか明らかにする。Gjb2遺伝子変異マウスを作成した。優性的阻害効果dominant negativeeffectを持つ遺伝子変異を導入したトランスジェニックマウスを作成する。さまざまな組織で発現が期待できるCAGプロモーター20の下流にヒト変異GJB2遺伝子を結合したベクターを作成し、これをマウス受精卵に導入した。変異体を発現している個体は生存継代に不利であることが予想されるため、Cre蛋白の存在下でのみ変異体が発現するCre-loxP系21を用いる。遺伝子をoffの状態で継代し、解析に必要な時に遺伝子をonにして発現を誘導し、症状のある個体を誕生させるこのトランスジェニックマウスのRT-PCRによる内耳に変異connexin26が発現していることの確認した。ABRによる聴力の低下を確認したが、内リンパ静止電位は正常範囲であった。また電子顕微鏡により蝸牛管外側壁線維細胞はほぼ正常に保持されていた。
アポトーシス核変化制御因子p74の作用機構と癌発生・進展への関与

(1)p74のメチル基転位酵素活性の検討p74に結合するタンパクとして酵母two-hybrid法で同定したp74BPは、組換え精製p74によりメチル化されなかった。RT-PCRでp74の発現が見出されない細胞株の抽出液に、p74を加えたが、新たなメチル化タンパクのバンドは見出されなかった。また、COS-7細胞に発現させmycタグに対する抗体で免疫沈降したp74でも同じ結果であった。ところが、最近得られた特異抗体で、RT-PCRでmRNAレベルで発現が検出できなかった細胞株に、内在性のp74タンパクが発現していることがわかった。細胞抽出液に、既に見いだされていたバンドの中に、すでに内在性のp74にメチル化されたものが含まれていた可能性がある。今後、p74がタンパクレベルで発現していない細胞の抽出液を用いて実験を進めていく予定である。(2)p74のポリアミン合成酵素活性の検討大腸菌内でp74をIPTGで誘導したが、プトレスシン、スペルミジン、スペルミンの三種のポリアミンの増多は検出されなかった。mycタグを付けたp74を発現したCOS-7細胞にも三種のポリアミンの増多は検出されなかった。。しかし、大腸菌内のスペルミジン/プトレスシンの比率が、p74を発現した場合にわずかに上昇していたため、スペルミジン合成酵素である可能性をin vitroでの酵素測定系で検証した。decarboxylated S-adenosylmethionine、プトレスシン、組換え精製p74を反応させたが、p74のスペルミジン合成酵素としての活性は検出されなかった。(3)p74の造血器腫瘍における発現の解析種々の悪性リンパ腫の細胞株で、RT-PCRと、スタウロスポリンによるアポトーシスの誘導を行った。p74の発現量とアポトーシス細胞死に対する感受性には、逆相関が見られた。。
ウシ象牙芽細胞の分泌するゼラチナーゼの役割

最大30日間長期培養したウシの象牙芽細胞の培養液中に分泌される蛋白分解酵素を、培養日数別に上清ごと回収し、ゼラチンを基質としたエンザイモグラムにかけ分析したところ、培養開始後16日目にゼラチナーゼA(type IV collagenase)の発現によるゼラチンの顕著な分解が見られた。またこの培養上清によるウシ象牙質由来のリン蛋白質(フォスフォフォリン)に対する酵素反応を行なったところ、同様に16日目のサンプルにおいてファスフォフォリの分解がより高い結果が得られた。これらの事から培養16日目付近においてtype IV collagenフォスフォフォリンを分解するゼラチナーゼが細胞により分泌されるものと思われる。この時期は当細胞培養系においてコラーゲンの合成が終息し、アルカリフォスファターゼ活性がピークをすぎ、さらにオステオカルシン産生とミネラルの蓄積が始まるいわゆる石灰化開始(20日頃)時期であると考えられるステージに相当する。さらに我々の以前の報告ではフォスフォフォリンの分子量が100Kぐらいのintactな状態のときはリン酸化は細胞の内側でしか起こらないが、これに対してフォスフォフォリンがある作用により60K付近まで低分子化すると、途端に細胞外のリン酸化が始まるという結果が得られている。細胞外基質リン酸化を石灰化の前段階と考えるのであれば、フォスフォフォリンを低分子化させるこのゼラチナーゼが象牙質石灰化の引金になるのではないかと推察した。
量子ドットと量子細線を結合させた素子構造の形成法開拓と光伝導機能探索

量子細線型の伝導路の近くに量子ドットや局在準位を配した構造を作る手法を開発し、この構造に光を照射すると、ドット等が正孔や電子を捕縛するため、細線の電気伝導度が顕著に増減し、光検出機能を示すことを実証した。なお、ドットの形成には、格子不整合基板上の自己形成手法と液滴エピタキシを用い、細線形成には、(1)微傾斜GaAs基板上の多段の原子ステップを用いる手法、(2)自己形成InAsドットの多重積層法、(3)リソグラフィ法の三手法を用いた。本年は、まず、GaAs(111)B表面に自然に形成される周期20nm程の多段原子ステップに沿って多重結合InGaAs細線構造を分子線エピタキシーの手法で作り、これを伝導路とするFET素子を形成し、電子の伝導特性を線に平行と直交方向について調べた。この結果、ゲート電圧を閾値近傍に設定すると、低温では線を横切る運動が抑制され、量子細線的な振舞いを示し、1次元的な電子伝導となること見出した。今後は、1次元性が高い温度まで保持できる条件を探る。続いて、(111)B面上で形成が可能な量子ドットの形成法として、液滴エピタキシー法を検討し、GaAs系のドットの他にGaSb系やInAs系のドットの形成を可能とした。特に、液滴の堆積量やその後の、V族分子線への照射条件により、ドットの構造がどのように変化するかなどを明らかにした。また、得られたドット構造に対し、その蛍光特性を詳しく調べ、ドットの周辺にキャリアを発生させた時、それらがドットにどのように補足されるかを明らかにした。特に、光励起で生じた電子・正孔対を、拡散過程あるいは、電界の作用によるドリフトによって結晶内を移動させ、最終的に、ドットに流入する状況を制御し、電子の捕捉を高効率化する条件を明らかにした。以上の知見を基にして、量子細線型の伝導路の近傍に量子ドットを形成した素子構造に関する設計と物性予測を進め、光照射効果により、細線型伝導路のコンダクタンスが顕著に変化させるための条件を示してきた。今後は、これらの素子の試作を進め、光伝導機能の実証と特性の評価と改善を進め、光検出素子応用の道を拓く。GaAs(111)B表面上の周期20nm程の多段原子ステップに沿う多重結合InGaAs細線構造を伝導路とするn-AlGaAs/InGaAs/GaAs系FET素子を対象に、線に平行と直交方向の伝導特性を調べ、ゲート電圧を閾値近傍に設定することにより、極低温では細線を横切る運動を抑制し、量子細線として1次元電子伝導となる条件を明らかにした。この試料において、低温で赤外光を照射した結果、FETの閾値が、より負の電圧方向にシフトし、光伝導性の得られることを見出した。この光伝導性は、n-AlGaAs中のSiドナーが示すDXセンター効果によることを示した。(111)B面上で液滴エピタキシー法を適用し、GaAs系に加え、GaSb系やInAs系の量子ドットの形成を可能とした。液滴の堆積量やV族分子線や温度の設定により、ドットの構造制御法を明らかにした。また、ドットの蛍光特性を調べ、ドットの周辺に発生させたフォトキャリアの拡散とドットへの流入過程を明らかにした。電界の作用によるドリフトによって結晶内を移動させ、ドットへの電子および正孔の流入効率を高める構造を設計した。量子細線型の伝導路の近傍に量子ドットを形成した素子構造について、光照射効果を調べ、光伝導機能の特性の評価を開始しており、今後は素子構造の改善を進めることにより、光検出素子応用の道を拓く。半導体中の量子ドットに光照射で形成した電子か正孔を捕縛させると、周辺には電子に対する斥力型か引力型のポテンシャルが生じ、その近傍を流れる電子の伝導度が減少か増加する。本年は、ドット近傍に細線型の伝導路を配した三種の素子を試作し、特性を調べ、以下の知見を得た。まず、(1)GaAsの(111)面に近い微傾斜面上に周期20nmほどの多段原子ステップ構造を自己形成させ、これを界面に持つn-AIGaAs/InGaAs/GaAs系FETの光応答を調べた。ゲート電圧を閾値に近付け、ステップに沿ってのみ電子を流した場合、光照射によりn-AIGaAs内の局在準位が光イオン化し、伝導度が顕著に増すこと見出した。また、(2)GaAs/n-AlGaAs系の逆HEMT構造の電子伝導路とゲート間にInAsドットとAlGaAs障壁とを埋めこんだ素子では、光照射条件により、ドットが電子を捕縛し、伝導度を減少させることを見出した。さらに、(3)この構造をリソグラフィー法で細線化した場合、細線素子の側壁に生じる空乏層が光応答を支配し、ドットの影響が抑制されることも見出した。また、

(4)自己形成法で作るInGaAs系のドットを多段に積み上げた直径が約20nmの円柱構造を量子細線型伝導路とする素子の形成法を開発した。特に、素子の両端にn型電極を設け、その中間部分に負に帯電したアクセプタを導入して障壁を設けた素子では、光照射でできた正孔が素子中間部に集まり、障壁を下げるため、伝導度が顕著に増加し、感度の高い光検出機能を示すことを見出した。以上の計測結果から、量子細線構造と量子ドット構造とを結合させた構造は、高感度の光検出に向いた素子構造であることが、明らかになった。
蛋白のポリADPリボシル化により制御される新しいDNA損傷応答機構

最も発生頻度の高いDNA単鎖切断と最も深刻なDNA二重鎖切断がヒト細胞内でどのように修復されるかを解明した。単鎖切断ではポリADPリボースポリメラーゼ1(PARP1)がDNAのニック(単鎖切断)を見つけて結合する。PARP1に結合してDNAのニックをギャップに変換する二種類の酵素をヒト細胞で発見した。それらの欠損が細胞を単鎖切断や二重鎖切断に感受性にする事が分った。二重鎖切断では、ATP依存的なクロマチンリモデリング因子のACF1がKU70と結合しており、その結合が二重鎖切断で更に強くなり、CHRAC複合体を形成してKU770/80複合体を二重鎖切断にロードして修復を開始させる事が分った。これらの発見はクロマチンリモデリングがDNA鎖切断の修復に必須な機構である事を示した。DNA切断に対するヒト細胞の応答機構を解明することがこの研究の重要な目標で、ポリADPリボシル化による新しい制御機構もその中に含まれる。平成20年度はDNA切断に関わる二つの機構を発見した。一つは、転写制御に関わるポリコーム蛋白として知られるヒトPHF1がDNA二重鎖切断に、その修復に関わるKU蛋白質依存的に集積し、細胞の放射線抵抗性に貢献していることである。PHF1はp53やRAD50などの二重鎖切断の損傷応答に関わる主要な蛋白質結合し、シグナル伝達に関わり合っていると考えられる。最近、癌細胞でのPHF1の高発現が報告されているが、その機構の説明になる可能性がある。もう一つの発見は、複製の際のミスを修正する機能であり癌の抑制にも関わり合っているミスマッチ修復蛋白が二重鎖、単鎖切断に直ちに集積するという発見である。その際の集積は、複製の際に示されたように、ミスマッチに結合する事により集積するのではなく、MSH3とMSH2の複合体の場合はMSH3が損傷の場のPCNAに結合する事により集積する。また、MSH6はPCNAに結合するドメインの近傍の領域で損傷に集積する。MSH2は聡H3あるいはMSH6によって損傷現場にリクルートされて来る。このことは紫外線損傷の場にもヌクレオチド除表修復依存的にリクルートされることが分った。すなわち、修復合成の場にはミスマッチ修復が働くと言うことである。このプロジェクトに関わり我々が新規に単離下酵素活性のある蛋白質は4種類である。PARP1,XRCC1などの単鎖切断修復酵素と、KU80、DNA-PKcs,XRCC4,LIGASEIVなどの二重鎖切断の修復蛋白に結合するPALF蛋白は5'及び3'エキソヌクレアーゼの活性があり、塩基の無くしたサイト(APサイト)ではサイトの直ぐ5'側にニッタを入れるヒト細胞で二つ目のAPエンドヌクレアーゼであることを証明した。この蛋白は、既に知られているエキソヌクレアーゼであるArtemisと同様、二重鎖切断の端を切り取りNHEJに必要な1-2ベースのアニーリングをする可能性があり、米国のMichael Lieberと共同研究をして、実際にin vitroの実験で二重鎖切断がPALFの働きで結合されることを確かめた(論文投稿中)。PALFに似たエキソヌクレアーゼの活性を持つヒト蛋白質をコードする遺伝子としてAPENXと殆ど同一の蛋白をコードする遺伝子APENXLの二つの遺伝子を単離した。これらの活性は明らかになったが、それぞれをPALFとのく見合わせでノックダウンしたときの細胞のDNA切断に対する感受性を解析中である。ポリADPリボシル化を行なうPARPファミリーに属さない新しいポリADPリボースポリメラーゼ(NL-PARP)の機能を更に解析し、論文の準備をしている。この蛋白はDNAクロスリンクの修復に関わるMUS81と結合しノックダウンはシスプラチンなどのDNAクロスリンク剤に感受性である。DNA切断には単鎖切断と二重鎖切断があり、この研究課題では単鎖切断の修復機構を研究して来た。単鎖切断は細胞内で大量に生じ、PARP1と呼ばれる蛋白質が切断を感知して結合し、自身や周辺のヒストンをポリADPリボシル化して、損傷の周りのクロマチン構造を緩和し、同時に修復の為に種々の修復蛋白質を集積するXRCC1蛋白をポリADPリボースに集めて修復の準備をする。この際の細胞内プロセスは、我々が可視化してリアルタイムで解析する方法を開発して明らかにして来た。今回の研究課題では、ポリADPリボシル化の機構の解明を目指して来た。その結果、DNA単鎖切断が生じた際にPARP1に結合して切断部位に集積し、単鎖切断部位からDNA鎖を切り取り、ギャップを作る機能を持つ新規のヒト蛋白質APENXを発見した。

細胞を剛Sで処理してDNAをメチル化してその後生じる単鎖切断部位にPARP1により生じるポリADPリボシル化はAPENXの発現抑制により大きく抑制され、細胞の感受性も増大することが明らかになった。この蛋白が単鎖切断の細胞内での修復に重要な役割を果たしている。ポリADPリボシル化で集積したXRCC1は種々の修復蛋白質をレクルートするが、XRCC1とそれに結合するLigaseIIIはポリADPリボースを壊すPARGの発現を抑えるとポリADPリボースから離れられずに修復が始まらないことが明らかになった。この研究課題により、最も頻繁に起き、現在、癌治療で注目を浴びている単鎖切断の修復機構に関する本質的な発見が幾つか出来た。
伸縮性コラーゲンを用いた歯根膜細胞の伸展培養と細胞配向制御した人工歯根膜の作成

本研究は、鮭皮コラーゲンを用いて作製した歯根膜細胞シートを3枚重層化し、かつこの重層化組織を伸展培養することによって細胞配向させた生体擬似人工歯根膜を作製することを目的とした。H18年度は細胞シート化条件と重層化方法を検討した結果、歯根膜細胞シート3枚を重層化することによって人工歯根膜様組織を作製できることを報告した。一方、組織内部で栄養・酸素不足に伴う壊死が起こっていることが確認された。そこでH19年度はまず内部壊死を改善するために、組織内部に血管網を導入する検討を行った。予備試験において、血管内皮細胞(human umbilical vein endothelial cells; HUVEC)は歯根膜細胞(human periodontal ligament cells; HPDL)上で血管新生因子(VEGF,FGF)を含む血管新生培地(EGM-2)を用いて共培養したときのみ、毛細血管様のキャピラリーを形成することがわかった。そこで、HPDLとHUVECをEGM-2で共培養した後に細胞シート化し、この共培養シートを3枚重層化してEGM-2で培養した。その結果、重層化組織内部にはCD31抗体反応陽性のHUVECが組織全体に観察された。また一部にキャピラリー様のHUVCEが見られた。さらにヘマトキシリンエオシン染色から、HUVEC共培養組織はHUVECなしの組織に比べて内部の細胞密度が高く、壊死が改善されている傾向にあった。また、マッソントリクローム染色から、HUVEC共培養組織の内部に豊富なマトリックス産生が観察された。以上より、HUVEC共培養によって内部壊死を改善した人工歯根膜を作成できることが示唆された。次にこの人工歯根膜の伸展培養を行う予定であったが、壊死改善検討に時間を要したため行うことができなかった。しかしながら、内部にHUVECを有する人工歯根膜組織の開発例はなく、学術的に新規な成果を得たと考えている。1.コラゲナーゼ処理による細胞シート化伸縮性コラーゲンをコラゲナーゼで消化して細胞シートを得るための(1)コラゲナーゼ処理条件、(2)コラゲナーゼ処理が細胞機能に与える影響を評価した。(1)についてはコラーゲン重量(mg)に対して50U/mgのコラゲナーゼ濃度で処理したときに最も効率よくコラーゲンを分解できた。(2)については50U/mgのコラゲナーゼ濃度で処理したときの細胞機能を評価した。その結果、細胞増殖性とアルカリフォスファターゼ(ALP)活性はコラゲナーゼ処理後も未処理と同等に維持されていた。また、免疫染色法の結果、細胞骨格タンパク質Actinは細胞全体に広がり細胞骨格を維持していた。また細胞間結合タンパク質βCateninは他の細胞と結合している細胞周辺部に存在しており、細胞間結合が維持されていた。以上より、コラゲナーゼ処理条件を50U/mgと決定し、その条件は細胞の機能に影響がないことを確認した。2.細胞シートの重層化による人工歯根膜の作成歯根膜細胞シートの作成とその重層化を検討した。まず歯根膜細胞シートを得るための培養条件を検討した結果、培養7日目以上でシームレスな細胞シートを得ることができた。次に培養7日目に得た細胞シートを3枚重層しミニ歯根膜組織の作成を試みた。その結果、重層後1日目に3重シートは一体化しミニ組織を作成することに成功した。また重層後の細胞機能を評価した結果、重層後7日目においてALP活性等の機能が低下していた。さらにミニ組織の切片を観察した結果、組織内部において壊死が起こっていた。栄養・酸素供給の限界が起きていると推定し、内部組織に毛細血管系を導入する検討を行っている。3.伸縮性コラーゲン担体を用いた伸展培養上記の内部壊死問題が明らかとなったため、伸展培養条件の検討をH19年度に持ち越した。現在、血管内皮細胞と歯根膜細胞を共培養し、血管新生条件を検討している。また、伸展培養条件も同時に検討中である。

さらにヘマトキシリンエオシン染色から、HUVEC共培養組織はHUVECなしの組織に比べて内部の細胞密度が高く、壊死が改善されている傾向にあった。また、マッソントリクローム染色から、HUVEC共培養組織の内部に豊富なマトリックス産生が観察された。以上より、HUVEC共培養によって内部壊死を改善した人工歯根膜を作成できることが示唆された。次にこの人工歯根膜の伸展培養を行う予定であったが、壊死改善検討に時間を要したため行うことができなかった。しかしながら、内部にHUVECを有する人工歯根膜組織の開発例はなく、学術的に新規な成果を得たと考えている。
哺乳類上丘における視覚・運動変換過程の鍵となる樹状突起信号伝達とその修飾機構

これまでの研究で上丘浅層深部から視神経層、そして中間層背側部に分布する大型のニューロンで、樹状突起を浅層表層にむけて広汎に投射し、軸索を中間層にむけて投射し、浅層に入力した視覚入力を中間層に中継する機能が考えられているwide field verticalcellには巨大なH電流を生成させるチャンネル分子が発現することを明らかにしてきた。そしてwide field vertical cellにおいては、シナプス入力に対して、細胞体が極端に過分極している状況(例えば保持電流が-90mV)においても活動電位が生成する、ということから細胞体とEPSPから活動電位が生成している部位(おそらく広汎に張った樹状突起)とはisopotentialでないということが示唆された。最近の生理学研究所脳形態解析部門の重本隆一教授らの研究からH電流を担うHCN1分子が上丘浅層に強く発現していることから、wide field vertical cellの樹状突起にHCN1が発現し、樹状突起部の膜電位と活動電位の生成閾値を調節しているのではないか、と考えた。そのことを検証するため、whole cell記録下において過分極通電を行い、-80mV程度からでも興奮性入力に対してEPSPに跳乗して活動電位が生成する状況を作り、H電流を抑制するZD7288(100μM)を投与した。すると細胞体に顕著な過分極が起きたことからH電流が過分極通電に対して脱分極を引き起こすように作用していることが示唆された。そして、通電量を調整して膜電位を投与前の状態にそろえたところ、細胞はEPSPのピークが-58mV程度まで脱分極しているにも関わらず活動電位が生成しなかった。以上の結果からwide field vertical cellの樹状突起のHCNチャンネルが膜電位と活動電位生成閾値の調整に関与していることが示唆された。そこで次のステップとして、wide field vertical cellの樹状突起に発現するのがHCN1チャンネルであることを確かめるため、biocytinを細胞内注入したwide field vertical cellにおいてHCN1チャンネルの抗体染色を行い、共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、wide field vertical cellの樹状突起にHCN1分子が発現していることが確認できた。GAD67遺伝子にEGFPをノックインしたマウスにおいて(生後4-9週齢)上丘スライスを作成し、GABA作動性ニューロンと考えられるGFP(+)ニューロンと興奮性ニューロンと考えられるGFP(-)ニューロンからwhole cell記録を行い、ACh 1mMのパフ投与に対する効果を調べた。GFP(+)ニューロンは脱分極通電に対し、若干のspike frequency adaptationを示すregular spiking type、100Hz以上で安定して発火するfast spiking type,発火閾値付近で複数のスパイクがバースト状に起きるburst spiking typeの他、一部chattering typeも観察されるなど多様な発火パターンを示した。Biocytinの細胞内注入による染色では、今回記録されたニューロンはほぼ全て、水平方向に広い(200μm以上)範囲にわたる樹状突起をもつhorizontalないしはwide field multipolar typeと呼ばれるもので、その形態的特徴からいわゆる"側方抑制"に関与するものと推察された。これらのニューロンはACh投与に対して一過性のinward currentを生じ、それらはmecamylamine 10μMによって抑制された。それに対してGFP(-)ニューロンにはACh投与に対してmecamylamineで抑制される一過性のinwardcurrentを示すものの他に一過性inward currentに引き続きoutward currentを示すものが多く見られた。このoutward currentはCl-の反転電位(-88 mV)付近で反転し、bicuclullineによって抑制された。またこれらのニューロンのinward、outward currentはいずれもmecamylamineによって抑制された。従ってこのoutward currentはACh投与に対するGABAニューロンの興奮性応答によって2次的に誘発されたものと考えられたが、このoutward currentはTTX0.25-1μM存在下でも観察された。従って、これまでの解剖学的知見と綜合して考えるとAChは軸索伝達を介さずにhorizontalないしはwide field multipolar cellから興奮性出力細胞にいたるaxo-dendriticまたはdendro-dendritic synapseからのGABAの放出を促進するように作用すると考えられた。このようにPBGから上丘浅層への投射は興奮性出力細胞を脱分極させるとともに側方抑制も促進するので視覚応答のcontrastを増強する働きがあるものと考えられる。

そのことを検証するため、whole cell記録下において過分極通電を行い、-80mV程度からでも興奮性入力に対してEPSPに跳乗して活動電位が生成する状況を作り、H電流を抑制するZD7288(100μM)を投与した。すると細胞体に顕著な過分極が起きたことからH電流が過分極通電に対して脱分極を引き起こすように作用していることが示唆された。そして、通電量を調整して膜電位を投与前の状態にそろえたところ、細胞はEPSPのピークが-58mV程度まで脱分極しているにも関わらず活動電位が生成しなかった。以上の結果からwide field vertical cellの樹状突起のHCNチャンネルが膜電位と活動電位生成閾値の調整に関与していることが示唆された。そこで次のステップとして、wide field vertical cellの樹状突起に発現するのがHCN1チャンネルであることを確かめるため、biocytinを細胞内注入したwide field vertical cellにおいてHCN1チャンネルの抗体染色を行い、共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、wide field vertical cellの樹状突起にHCN1分子が発現していることが確認できた。
悪性グリオーマに対する放射線増感による新たな治療法の開発

悪性神経膠腫(グリオーマ)は難治性であり本研究は、グリオーマ細胞の放射線治療抵抗性克服を目指し、照射後DNA二重鎖切断修復において最初に機能するMRE11-RAD50-NBS1(MRN)分子を抑制し、DNA損傷修復の阻害によるグリオーマの放射線増感を目指した新たな治療法の開発を目的とした。本研究によりMRNを阻害する低分子化合物はグリオーマ細胞に対して有効な放射線増感剤であることが確認され、MRNはグリオーマの放射線治療抵抗性克服につながる新たな治療標的分子となることが示唆された。悪性神経膠腫(グリオーマ)は予後不良な脳腫瘍で、その治療を困難としている理由として、腫瘍細胞が放射線照射に抵抗性を示すことが挙げられる。従ってグリオーマの予後改善には、腫瘍細胞の放射線抵抗性を克服することが必須である。本研究では放射線照射によるDNAの二重鎖切断(DSB)を修復する経路で最初に機能するMRE11-RAD50-NBS1(MRN)を抑制する低分子化合物を用い、「照射後のDNA損傷修復を阻害すると放射線治療増感効果が得られる」ことを仮説とし、放射線増感を目指した新たなグリオーマの治療法開発を目的とした。昨年度は4つのグリオーマ細胞株、U87, U251, LN229, LN319, LN428を用い、MRN低分子阻害剤が放射線増感作用を示すことを確認した。本年度はMRN阻害剤による放射線増感作用のメカニズムを解明するため、腫瘍細胞生存の重要なシグナル分子であるAKTの活性化状態を検討した。MRN低分子阻害剤や放射線照射単独治療に比べ、両者を組み合わせるとAKTのリン酸化が低下することが示された。また細胞周期の解析において、MRN低分子阻害剤や放射線照射単独治療に比べ、両者を組み合わせるとG2-M期に細胞が集積することが示された。またアポトーシス細胞をAnnexin V蛍光染色後にフローサイトメーターで分析すると、MRN低分子阻害剤では約2%、放射線照射単独治療では47%のアポトーシス細胞率に比べ、両者を組み合わせることで1015%にアポトーシス細胞率が増加することが示された。今後はこれらの結果の再現性を確認するとともに、TUNEL法による細胞死の検出、Caspase 3の活性状態等を検討する予定である。従って予後改善には、腫瘍細胞の放射線抵抗性を克服することが必須である。本研究では放射線照射によるDNAの二重鎖切断(DSB)を修復する経路で最初に機能するMRE11-RAD50-NBS1(MRN)を抑制する低分子化合物を用い、照射後のDNA損傷の修復を阻害することで、放射線治療増感効果が得られることを仮説とし、放射線増感を目指した新たなグリオーマの治療法開発を目的とした。本年度は、4つのグリオーマ細胞株、U87, U251, LN229, LN319, LN428にX線(2, 4, 6, 8Gy)を照射し、colony formation assay法を用いて生存率を求めた。その結果、放射線線量依存的に腫瘍細胞生存率は低下した。次に、上記のグリオーマ細胞にMRN低分子阻害剤を0-100μM添加し増殖能をcolony formation assay法により検討した。U251, LN229では25μMで約60-80%の生存率を示し、LN319, LN428では50μMで約60%の生存率を示した。この実験で得られたMRN阻害剤のIC50用量を各グリオーマ細胞に3時間作用させ、放射線を照射しコロニー形成能を検討した。その結果、MRN阻害剤で処理し放射線照射を行なうと、照射単独で治療したものに比べコロニー形成能が有意に抑制され、放射線増感作用が認められることが確認できた。今後は、MRN阻害剤の放射線増感作用のメカニズムを解明するため、腫瘍細胞生存の重要なシグナル分子であるAKTの活性化状態を検討するとともに、細胞周期の解析、細胞死の誘導状況の解析などについて検討する予定である。悪性神経膠腫(グリオーマ)は原発性脳腫瘍の中で、もっとも予後不良である。悪性グリオーマの治療を困難としている理由として、治療の中心的役割を担う放射線治療に対して腫瘍細胞が治療抵抗性を示すことが挙げられている。従って悪性グリオーマの予後改善には、放射線抵抗性の克服が必須である。本研究では放射線照射によるDNAの二重鎖切断(DSB)を修復する経路の中で最初に機能する分子であるMRE11-RAD50-NBS1(MRN)を抑制することでDNA損傷の修復を阻害し、悪性グリオーマ細胞の放射線増感を目指した新たな治療法の開発を目的とした。3種類のヒト悪性

グリオーマ細胞株、U251, LN229, LN428と正常ヒト線維芽細胞AG1522にMRNを阻害する低分子化合物(Mirin)を0100μMで添加し各細胞の生存率をみた。Mirin: 25μMで線維芽細胞の生存は抑制されず、すべての悪性グリオーマ細胞の生存率は82-84%と有意に抑制された。この25μM濃度のMirinを各悪性グリオーマ細胞に3時間作用させ、その後放射線を照射しコロニー形成能を検討した。その結果、Mirinで処理し放射線照射を行なうと照射単独の治療に比べ、いずれのグリオーマ細胞においてもコロニー形成能が有意に抑制された。以上より、悪性グリオーマ細胞に対するMirinの放射線増感作用が確認された。さらにMirinによる放射線増感作用の機序を検討した。Mirinと放射線照射の併用により悪性グリオーマ細胞へのアポトーシスの誘導、細胞周期のG2-M期への集積、mitotic catastropheの増加、DNAのDSB修復の障害、細胞生存に重要なシグナル分子であるAKT活性の低下が認められた。以上の結果より、MRNを阻害する低分子化合物(Mirin)は悪性グリオーマ細胞に対して有効な放射線増感剤であり、MRNは悪性グリオーマの放射線治療抵抗性の克服につながる新たな治療標的となる可能性が示唆された。脳神経外科今年度はグリオーマ細胞に対してMRN阻害剤により放射線増感がもたらされる作用機序を解明することを予定していた。細胞周期の解析、細胞死の誘導状況の解析とそのシグナル伝達経路の解析などについて検討できた。平成24年度は、1)悪性グリオーマ細胞における放射線感受性の検討、2)悪性グリオーマ細胞増殖能に対するMER11-RAD50-NBS1(MRN)阻害剤の及ぼす影響の検討、3)悪性グリオーマ細胞に対するMRN阻害剤の放射線増感作用についての検討、4) Mutant EGFR発現グリオーマ細胞の放射線感受性、放射線増感の検討、を予定していたが、4)を除き、研究が達成できた。次年度は、本年度検討したグリオーマ細胞に対してMRN阻害剤により放射線増感がもたらされる作用機序を解明する実験を継続するとともに、その再現性の確認を行い、これまでのすべての成果をまとめて学会および論文にて発表する予定である。悪性グリオーマ細胞に対してMRN阻害剤は放射線増感作用を示すことが確認できた。今後はMRN阻害剤により放射線増感がもたらされる作用機序を解明するため、細胞周期の解析、細胞死の誘導状況の解析とそのシグナル伝達経路の解析などについて検討する予定である。実験装置購入のために予算を計上していたが、施設で新しく購入された設備装置での実験が可能となったため、予定使用額を下回る結果となった。研究成果発表のための海外出張、論文作成のために必要な校正などの経費に当てる予定である。上記研究を遂行するためには、細胞培地および培養液、プラスチック実験機器、分子生物学関連試薬、抗体関連試薬、データ解析用のコンピューターや解析ソフトなどの購入が必要となり、研究代表者・研究分担者で次年度の研究費をこれらに使用する予定である。
耐熱超合金の疲労き裂進展における結晶粒界の役割に関する実験的検討

Ni基耐熱超合金の疲労き裂進展に焦点を当て,単結晶材および一方向凝固材から切り出した小型CT試験片に対する室温での疲労き裂進展試験を行った.まず,単結晶材を用い,試験片の結晶方位と板厚がき裂進展挙動に与える影響を検討し,その結果を基に,一方向凝固材での結晶粒界の役割について検討した.その結果,単結晶材での疲労き裂進展は進展経路・進展速度ともに結晶方位の影響を強く受け,一方向凝固材ではそれに結晶粒界の影響が加わることが明らかとなった.本研究では,高温構造材料であるNi基耐熱超合金の疲労き裂進展をターゲットにし,実機材と同程度の厚さを持つ小型サンプルを用いた実験により,疲労き裂進展に与える結晶学的因子の影響を明らかにすることを目的としている.この目的達成のため平成25年度は,前年度まで検討していた厚さ0.5mmのサンプルに加え,厚さ2mmおよび3mmの単結晶材サンプルに対する疲労き裂進展試験を行った.その結果,単結晶材の疲労き裂進展では,サンプル板厚の増加に伴いき裂の屈曲および分岐の頻度が増加し,破面の凹凸が大きくなること,および,それによってき裂進展速度が低下することを明らかにした.また,これらの実験に加え,本年度は有限要素モデルを用いた弾塑性解析を行い,き裂先端の力学場に与える試験片板厚や結晶方位,き裂の分岐や屈曲の影響についても検討を行った.その結果,負荷方向が結晶学的<100>方位になるサンプルと<110>方位になるサンプルを比較した場合,き裂前方すべり面上のせん断応力拡大係数は<100>方位から負荷を加えた方が大きくなり,実験結果と一致する解析結果となった.また,板厚の影響について平面ひずみ状態と平面応力状態を仮定した2次元解析により検討し,試験片板厚の影響を合理的に説明する解析結果が得られた.以上,本研究課題で得られた成果の特色は,実機材と同程度の厚さを持つ小型サンプルを用い,疲労き裂進展における試験片板厚,結晶粒の方位,結晶粒界の影響を実験的に抽出した点にある.得られた結果は,微視組織的微小き裂の問題に対する新たな洞察を与えるだけでなく,粒や粒界の最適設計を通した高信頼性材料の設計・開発にも応用が効き,新たな粒界設計工学への学術的新展開が図れると期待される.Ni基耐熱超合金の疲労き裂進展に焦点を当て,単結晶材および一方向凝固材から切り出した小型CT試験片に対する室温での疲労き裂進展試験を行った.まず,単結晶材を用い,試験片の結晶方位と板厚がき裂進展挙動に与える影響を検討し,その結果を基に,一方向凝固材での結晶粒界の役割について検討した.その結果,単結晶材での疲労き裂進展は進展経路・進展速度ともに結晶方位の影響を強く受け,一方向凝固材ではそれに結晶粒界の影響が加わることが明らかとなった.本研究では,Ni基耐熱超合金の疲労き裂進展をターゲットにし,実機材と同程度の厚さを持つ小型サンプルを用いた実験により,薄肉材の疲労き裂進展特性に対する結晶方位やすべり,結晶粒界などの結晶学的因子が与える影響を明らかにすることを目的としている.この目的達成のため,平成24年度は,Ni基超合金から実際のガスタービン翼と同程度の厚さ(0.5mm)を有する小型CT試験片を採取し,独自に設計・製作した試験系を用いて疲労き裂進展試験を行った.Ni基超合金の単結晶材ならびに一方向凝固材から得られた結果を標準試験片のき裂進展特性と比較しながら,小型試験片のき裂進展に及ぼす結晶方位と結晶粒界の影響を検討した.その結果,まず,単結晶材では、小型試験片のき裂進展速度は標準試験片のそれよりも高く,負荷方向が<110>方位になる試験片は<100>方位になる試験片よりもき裂進展速度が低くなることを明らかにした.また,一方向凝固材では,き裂が結晶粒界に接近すると進展経路が屈曲し,き裂進展速度が低下することに加えて,負荷方向が<110>方位になる結晶粒内では<100>方位になる結晶粒内よりもき裂進展速度が低くなることを明らかにした.これらの小型試験片における疲労き裂進展挙動は,厚さ5mm程度の標準試験片での挙動からは予測できないものが多い.これは,薄肉構造を持つ実際のガスタービン高温部材のき裂進展に対しては,従来の標準試験片から得られたデータを用いることの限界を意味しており,実機材の信頼性の高い設計・維持管理には,薄肉の小型試験片を用いた実験的検討とそれに対する合理的解釈が必須であることを強く示唆している.研究代表者の所属機関変更にともない,実験系の再設定や再構築が必要となり若干の計画の遅れはあったものの,研究計画はおおむね順調に進んでいる.本研究の遂行においてもっとも肝要な部分は,厚さ0.5mmの小型試験片に対して精度よく繰返し負荷を加え,再現性の高い疲労き裂進展挙動を実験的に捕捉することにあるが,平成24年度の研究により再現性の高い実験系が構築されており,今後の研究計画の見通しも明るい.現試験系に高周波加熱装置あるいは電気炉等を組み合わせ,高温での疲労き裂進展試験を行うことが求められる.そのうえで,1き裂進展における結晶粒界の役割が,(i)試験片板厚(0.5mm,1mm,2mm),(ii)粒界を挟む2粒の結晶方位と方位差,(iii)

き裂面と粒界の幾何学的配置(tilt角,twist角)にどのように依存するかを精査する,2項目1で抽出した粒界の役割が,(iv)試験温度(室温,650°C,850°C),ならびに,(v)時間依存型の組織変化や粒界脆化によりどのように変化するかを抽出する,3材料中の結晶粒の方位,結晶粒界の形状・分布,ならびに,その中を進展したき裂の経路を再現した弾粘塑性解析を行い,DS材小型サンプルの疲労き裂進展における結晶粒界の定量的役割を明らかにするとともに,項目2および3で得られた実験結果に合理的解釈を与えるき裂進展モデルを構築することが必要になる.これらの検討を通し,耐熱超合金に対する信頼性の高い寿命予測法の確立を目指す.高温での実験を可能にするため,試験片加熱用の高周波加熱コイル(20万円程度)を購入する予定である.また,耐熱超合金のサンプル,高温での温度測定に用いる熱電対,試験片加工用の工具などの消耗品も購入予定である.成果発表と情報収集をのため,国際学会(ドイツ,1回)ならびに国内学会(2回)に出席するための旅費も拠出する予定である.