hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
宇喜多能家画像賛にみる戦国期在地勢力の武士化に関する研究

なお本研究で撮影作成した高精細赤外線画像は、求めに応じて東京大学史料編纂所に提供し、『大日本史料』9編28の346349頁掲載の「絹本着色宇喜多能家像」の翻刻に用いられた。この翻刻の成果も、執筆中の論考において、あわせて検討を加える予定である。また、本研究課題に密接に関連する著書『五山僧がつなぐ列島史ー足利政権期の宗教と政治ー』(名古屋大学出版会)を刊行した。最終年度の目標は論考の発表であるが、一本は完成投稿にいたることができた。もう一本も、今年度中の執筆完了、発表について、ほぼめどが立っている。第一に、研究対象とした宇喜多能家画像賛(岡山県立博物館所蔵、国指定重要文化財)について、専門業者による高精細赤外線撮影を実施し、現代の最新技術に基づく判読の基盤を構築した。東京大学史料編纂所より要請をうけ、同所編纂の『大日本史料』に撮影画像を提供するなど、学界における情報共有にも貢献できた。なお、翻刻データは、『名古屋大学人文学研究論集』二の論考でも提示し、『大日本史料』の翻刻との異同箇所についても明示し、今後の議論に資するよう努めた。第二に、岡山県立博物館に所蔵されるにいたる伝来経緯を解明した。江戸期以来の地誌類について綿密に検討を加えたほか、とくに旧所蔵者である宇喜多家文化財保存会(岡山市東区邑久郷所在)の関係者を訪ね、現地調査を行い、今後は情報が失われる一方となるであろう伝来経緯について、今後に共有保存されるべき事実関係を多く確認し、『岡山地方史研究』掲載の論考にまとめた。第三に、研究の所期の目的である画像賛を分析し、信頼性が高いとされる古文書、古記録類との綿密な照合作業を行った。一般に信頼性が低いとされる画像賛には、細川高国、浦上村宗らを軸に展開されていた当時の政局について、当事者の主観に属する機密事項ともいうべき特色ある記事があることを解明し、今後の画像賛ないし五山文学に関する史料学的研究への展望を開いた。詳細は『名古屋大学人文学研究論集』二に掲載の論考を参照されたいが、画像賛の要点はふたつに絞られると見通した。第一に、像主である画像賛の出自である。蘇軾の古典も参照しながら、自らが始祖だという大胆な主張が行われている事実を見いだした。第二に、戦功をめぐる記述である。戦場における殺戮行為があえて記載されることで、像主がいわば「武士」の一員になったという主張を含むこと、中央政局に必ずしも従属していない地方政局の先行性が記されていること、などを見いだした。研究対象そのものである宇喜多能家画像の賛について、典拠の確認などを含めた解読作業を進める。あわせて、画像の装束や調度など、描写方法から得られる情報を他の画像等と比較し、室町・戦国期における当該画像の位置づけを確定する作業を進める。また、初年度に予想以上にさまざまな情報を得られた画像の伝来事情について、論考を早々にまとめるよう努める。子孫の家が残ったわけでもない滅亡大名家の画像が伝来した事情を解明することで、当該画像の位置づけについて、あらたな視点にたった提言を行えると見込んでいる。論考の執筆を完了させ、成果を広く公表するとともに、今回の成果をふまえた次なる研究課題の具体化をはかる。俗人画像賛の成立事情に関する検討、五山僧執筆の画像賛にみる諸信仰の統合といった事項に研究を進めることを構想している。岡山大学在職時において、岡山の地元資料、具体的には研究対象である画像の旧蔵者周辺の資料調査に力を注いだことが大きな要因となっている。研究を遂行するうえで、若干の残額が生じた。最終年度である本年度の研究遂行において、有効かつ適切に使用する予定である。岡山大学から名古屋大学へ転任したため、資料所在地である岡山への旅費が必要となる。とりわけ地元研究会での研究発表を予定している。
タンパク質立体構造の進化過程を実験的に検証する

ペリプラズム結合タンパク質は立体構造の折れたたみパターンにより、タイプ1とタイプ2の2群に分類される。タイプ1からタイプ2への変化は進化のある一時点で「ストランドの入れ換わり」により起こったと推察される。この変化の要因を探るため、人工的にストランドの入れ換わりを起こし、タイプ1の機能を持ち、タイプ2のフォールドを持つキメラタンパク質の創出を試みた。立体構造の比較に基づき、大腸菌のタイプ1タンパク質(Mg1BならびにAraF)由来の2断片と、タイプ2タンパク質(ArgT)由来の2断片がキメラとなった人工タンパク質を作成した。CDスペクトル測定により部分的に2次構造を保持していることは確認されたが、平衡透析法でキメラタンパク質のリガンド結合能を測定した所、野生型と比べ大幅に減少していることが分かった。ファージディスプレイ法によりリガンド結合能の回復を試みたが、非特異的な吸着が強く、期待したリガンド結合能を持つクローンを得ることは出来なかった。そこでタンパク質立体構造の形成過程(フォールディング)を考慮して人工タンパク質の設計を見直すことにした。まず、Mg1B(タイプ1)・ArgT(タイプ2)のフォールディングの違いを尿素濃度勾配ゲル電気泳動、ゲルろ過クロマトグラフィー、ANS蛍光測定を用いて調べ、ArgTの方がMg1Bよりも複雑なフォールディング過程を有することを明らかにした(J.Biochem 133:371)。次いで、2断片を入れ替えたキメラタンパク質、1断片のみを別のタイプに置換したキメラタンパク質のフォールディング過程を比較した結果、立体構造の保存性の良い部分を1断片入れ替えたキメラタンパク質のいくつかが協同的なフォールディングを示した(投稿中)。現在、これらのキメラタンパク質を試験管内進化系で改変し組み合わせることで、2断片を置換したキメラタンパク質の作成を試みている。ペリプラズム結合タンパク質は立体構造より、タイプ1とタイプ2の折れたたみパターンの異なる2群に分類される。タイプ1からタイプ2への折れたたみの変化は進化のある一時点において「ストランドの入れ換わり」により起こったと推察されている。このような立体構造の変化の要因を探るために、人工的にストランドの入れ換わりを起こし、タイプ1の機能を持ち、タイプ2のフォールドを持つキメラペリプラズム結合タンパク質の創出を試みた。タイプ1のタンパク質として大腸菌のガラクトース結合タンパク質(MglB)あるいはアラビノース結合タンパク質(AraF)を、タイプ2のタンパク質としてアルギニン結合タンパク質(ArgT)を用い、両者に共通した(立体構造で重なり合う)部分はタイプ1の配列を、ストランドの入れ換わっている部分はタイプ2の配列を持つ人工キメラタンパク質をデザインした。その結果、タイプ1から2断片、タイプ2から2断片の4つの遺伝子断片がキメラとなった人工タンパク質2種がデザインされた。これらキメラ人工遺伝子をアセンブリーPCR法を用いて合成し、そのタンパク質を大腸菌の中で発現させた。人工タンパク質は可溶性タンパク質として回収され、シグナル配列部分が切断されているらしいことからペリプラズムに移行していると結論された。精製したキメラペリプラズム結合タンパク質を用いた平衡透析法によるリガンド結合能の検討の結果、野生型タンパク質と比較して大幅にリガンド結合能が減少していることがわかった。進化工学的手法により、リガンド結合能の回復した人工キメラタンパク質を創出する予定である。ペリプラズム結合タンパク質の、進化のある一時点での「ストランドの入れ換わり」によるタイプ1からタイプ2への折れたたみの変化の要因を探るため、タイプ1タンパク質(MglBあるいはAraF)由来の2断片と、タイプ2タンパク質(ArgT)由来の2断片の4つの断片がキメラとなった人工タンパク質2種を大腸菌に発現させ、その物理化学的性質の解析を行なった。

ペリプラズム移行シグナル配列を欠失させ、前駆体の混入を回避することにより純度の高い野生型及びキメラタンパク質を得ることができた。キメラタンパク質は細胞質内へ発現させると大腸菌の内で封入体を形成し不溶性タンパク質となったため、変性条件下で可溶化した後に精製し、透析により巻き戻しを行ない可溶性タンパク質として回収した。このようにして得られた野生型及びキメラタンパク質のCDスペクトルを測定し、両者の2次構造含量を比較した。キメラタンパク質は部分的には2次構造を保持しているものの、野生型と比べるとランダム構造の増加がみられた。また、平衡透析法でキメラタンパク質のリガンド結合能を測定したところ、野生型に比べて著しく減少していることが分かった。続いてキメラタンパク質のリガンド結合能を回復させることを目標とし、ファージディスプレイ法によりリガンド結合能を獲得したキメラタンパク質変異体のセレクションを行なう実験系の構築を進めた。ミュータジェネシスPCRによりランダムに変異を導入したキメラタンパク質のファージディスプレイライブラリーを作製し、10e6-10e7種類の変異体の中から固相化したリガンドに対して結合能の上昇したものを選択する実験を現在進めている。ペリプラズム結合タンパク質の、「ストランドの入れ換わり」によるタイプ1からタイプ2への折れたたみ構造の進化の要因を探るため、立体構造の保存性に基づき、タイプ1タンパク質(MglB)由来の2断片と、タイプ2タンパク質(ArgT)由来の2断片の4つの断片がキメラとなった人工タンパク質を作成した。人工タンパク質のリガンド結合能を回復させることを目標とし、ファージディスプレイ法によりリガンド結合能を獲得したキメラタンパク質変異体のセレクションを行なう実験を行っていたが、非特異的な吸着が強く、期待したリガンド結合能回復クローンを得ることができなかった。そこで、キメラ人工タンパク質設計の再評価を次のように行った。まず、それぞれタイプ1、タイプ2に属するMg1BとArgTの立体構造の形成過程(フォールディング)がどのように異なっているかを尿素濃度勾配ゲル電気泳動、ゲルろ過クロマトグラフィー、ANS蛍光測定などの実験を行った。その結果、タイプ2タンパク質であるArgTの方が、タイプ1タンパク質であるMglBよりも複雑なフォールディング反応の過程を有することが明らかとなった(J. Biochem 133:371)。次いで、はじめにデザインした2断片を入れ換えたキメラタンパク質、および1断片のみを別のタイプに置換したキメラタンパク質のフォールディング反応を検討した結果、立体構造の保存性の良い部分を1断片入れ換えたキメラタンパク質のいくつかが協同的なフォールディングを示した(投稿中)。現在、これらのキメラタンパク質を試験管内進化系で改変し、それらを組み合わせることで、始めのデザインである2断片を置換したキメラタンパク質を作成することを目標に実験をすすめている。
うつ予防教室終了後の自主活動定着のための支援に関する研究

平成30年度は、うつ予防教室終了後における自主グループ活動の継続要因を明らかにし、活動を継続するための効果的な支援のあり方について検討することを目的とした。東京都A市、神奈川県B市において20092016年度に実施したうつ予防教室終了後に、自主グループを立ち上げ活動を継続しているグループのうち4グループ(21人)を対象に、グループごとにフォーカス・グループ・インタビューを実施した。自主グループの発達段階は様々であり、段階に応じた支援のあり方を検討するため、本研究では調査対象のグループを「開始期」「発展期」「成熟期」「波及期」または「衰退期」の4段階に分けた。参加者の自主グループ活動の平均期間は2.2±1.3年であった。うつ予防教室終了後における自主グループ活動の継続要因として【無理なく通える場所】【リーダーシップ】【関係機関のサポート】【民主的なグループの運営】【ハッピー教室からの学び】【地域へのひろがり】の6カテゴリーが抽出された。発展期と成熟期に共通する活動の継続要因は【リーダーシップ】【民主的なグループ運営】【ハッピー教室からの学び】で、教室期間中から自主グループ活動を視野に置いて推進することが重要であると考える。また、サブカテゴリーの<関係機関の後方支援>が関連しており、グループの活動が発展し成熟していく段階においては、関係機関が積極的にかかわりを保つよりは、必要に応じて支援を行うなど見守ることが大切である。波及期または衰退期に共通する活動の継続要因は【無理なく通える場所】であり、定期的・継続的に活動を行っていく上では、施設を安定して借りることができ、通いやすく、利用料を要しない施設の確保が重要であった。また、サブカテゴリーの<専門職員からのはたらきかけ>が関連しており、自主グループ活動を地域へ広めるためには【関係機関のサポート】が不可欠であることが示唆された。当研究機関では、高齢者のうつ予防のためのプログラム(ハッピープログラムと呼称)を開発し、複数の自治体と共同でうつ予防教室の有効性を検証してきた。本研究の目的は、うつ予防教室終了後に発足して活動を行っている自主グループの活動実態、及び活動継続のための要因を把握し、自主グループ活動が長く継続するための効果的な支援のあり方を明らかにすることである。平成29年度は、うつ予防教室終了後の自主グループ活動の実態、および活動継続への関連要因を明らかにすることを目的とした。地域特性が異なる3つの自治体において、20092016年度に実施したハッピープログラムの修了者542名(死亡、転出、住所不明者を除外)を対象とし、自記式調査票を用いた郵送調査を実施した。結果、394名から回答が得られた(回収率72.7%)。内訳は、1府中市においては、ポピュレーション版ハッピープログラムの修了者205名のうち、149名から回答が得られた(回収率72.7%)。また、ハイリスク版ハッピープログラムの修了者274名のうち、202名から回答が得られた(回収率73.7%)。2横須賀市においては、ポピュレーション版ハッピープログラムの修了者48名のうち、33名から回答が得られた(回収率68.8%)。3北区においては、ハイリスク版ハッピープログラムの修了者15名のうち、10名から回答が得られた(回収率66.7%)。調査項目は、1自主グループ活動の実態:活動への参加状況、活動期間、活動頻度、2身体的側面:IADL、老研式活動能力指標、3心理的側面:抑うつ状態(Geriatric Depression Scale簡易版)、睡眠状態(アテネ不眠尺度)、不安状態(STAI状態ー特性不安検査)、4社会・環境的側面:親しい友人や仲間の数、外出頻度である。現在、得られたデータの分析を行っているところである。調査への協力が得られなかった自治体があるものの、当初の計画どおり協力が得られた自治体のみを対象とした郵送調査を予定どおり実施した。ただし、一部の自治体において実施時期の遅延があり、回収時期が平成30年2月までとなった。その影響で、現在はデータの分析を行っている段階である。今後は分析した結果を学会誌に投稿するとともに、自主グループを対象としたフォーカスグループインタビュー調査に向けての準備を行っていく予定である。

また、サブカテゴリーの<関係機関の後方支援>が関連しており、グループの活動が発展し成熟していく段階においては、関係機関が積極的にかかわりを保つよりは、必要に応じて支援を行うなど見守ることが大切である。波及期または衰退期に共通する活動の継続要因は【無理なく通える場所】であり、定期的・継続的に活動を行っていく上では、施設を安定して借りることができ、通いやすく、利用料を要しない施設の確保が重要であった。また、サブカテゴリーの<専門職員からのはたらきかけ>が関連しており、自主グループ活動を地域へ広めるためには【関係機関のサポート】が不可欠であることが示唆された。平成30年度は、平成29年度に実施した量的研究で得られた知見をもとに質的研究を行い、自主グループ活動を継続するための効果的な支援のあり方について検討する。具体的には、行動変容ステージ理論に基づき、自主グループ活動の発展段階が異なる自主グループに対し、フォーカスグループインタビューを行う予定である。次年度を含めた計画全体がスムーズに実施できるよう、初年度には人件費・謝金の支出を見合わせたため、余剰費が生じている。平成30年度に実施予定のフォーカスグループインタビュー調査において、当初の計画より対象グループ数を増やす予定であり、調査に伴う人件費・謝金、旅費に充当する。
人工リポオリゴ糖(LOS)ワクチン開発手法の確立-抗原模倣性細菌の撲滅へ向けて-

平成10-12年度の研究実績は、下記に示す通りである。I)MAb2C7の認識するリポオリゴ糖糖鎖の一次構造とそのエピトープ発現に必要な立体化学的要因MAb2C7は、lactoseがそれぞれコア糖鎖内の、Hep(I)とHep(II)に結合した15253の糖鎖構造を最小構造として認識する。2C7のエピトープは、この15253糖鎖のHep(I)に結合したlactoseが更に伸張した糖鎖には発現するが、Hep(II)に結合したlactoseが伸張した糖鎖には発現しない。この発現には、オリゴ糖鎖だけでは不十分で、糖鎖を一定の立体配座に固定するアンカーが必要であり、lipidA内のN-型結合した脂肪酸が立体配座の安定に必須となる。また、2C7のような保存領域の糖鎖を認識する抗体が、ヒトにおいても存在することを明らかとした。この存在の証明により、LOSに発現するコア糖鎖が、ヒトにおいても免疫原生を有するという、ワクチン開発にとって重要な情報を得た。II)人工リポオリゴ糖の合成L-glycero-D-mannoheptose(Hep)をpreparativeなスケール(50g)で調製するための新しい合成法を開発した。また、15253の糖鎖内に存在する分岐したHep二糖構造の合成を達成するために、受容体、且つ、供与体にも使用できるHep誘導体を合成した。Hep二糖構造の、それぞれのHepに存在する分岐オリゴ糖鎖合成条件を確立した。上記の合成条件の確立により、15253のオリゴ糖鎖を全合成できる条件を確立した。平成10年度は、下記の3点について研究を行った。(a)モノクローナル抗体(MAb)2C7の確認するWGLOS糖鎖の構造解析(b) MAb2C7の認識するエピトープ解析酵素、及び化学的処理のよりWGLOSの誘導体を調整し、これら誘導体の免疫化学分析により、このMAb2C7のエピトープを明らかとした。この抗体は、WGLOSのコア糖鎖部位を認識し、また、この糖鎖エピトープは、ヒトの糖鎖エピトープを有するLOSにも発現していることを見いだした。今回の研究で、この抗体のヒト糖脂質と交叉しないエピトープを構造化学的に初めて明らかにした。(c)コア糖鎖の合成15253LOSのオリゴ糖鎖内のコア糖鎖のブロック合成を行った。GlcNAcと部分は、a-グリコシド結合を与える活性化された供与体として合成を完了した。また、Hep-Hep合成のためのモデル実験から、Man-Manのより効率的な合成法を達成した。平成11年度の研究実績を下記に示す。(a)モノクローナル抗体(MAb)2C7のエピトープ解析(c)コア糖鎖の合成。ブロック合成を行い、以下のことを達成した。1)ヘプトースの最短で且つ大量合成が可能な合成法の確立2)分岐したHep(I)部分の合成のための受容体の新しい合成法で合成し、また、Hep(I)部分のオリゴ糖鎖の部分合成した。3)Hep(II)部分に必要な供与体を合成し、オリゴ糖鎖構築のための合成条件を確立した。平成12年度の研究実績は、下記に示す通りである。a)オリゴ糖鎖の合成15253オリゴ(OS)糖鎖合成において、受容体、供与体の両方に使用できるチオ配糖体のヘプトース(Hep)誘導体の合成を達成した。15253OSの分岐Hep[Hep(I),Hep(II)]を含む

オリゴ糖鎖合成、および、OSへのリンカーの導入を確立し、7糖である15253OSの全合成とそのコンジュゲート達成のための条件を確立した。b)リポオリゴ糖(LOS)の構造解析LOS糖鎖構造パターンと完全脱アシル化したLOS誘導体の分析条件をHighprformance anion exchange chromatographyにより確立した。また、linear gradient PAGEにより、3-6KdaのLOSの分離分析条件を確立し、この条件を用いて培養した細菌を直接サンプルとしてLOS分析することを確立した。ファージディスプレー法を用いて、LOS内の特定の糖鎖に結合するペプチドを単離同定することにより、LOSの糖鎖構造をペプチドで発現することを達成した。また、LOS内のOSを認識するヒト抗体は、モノクローナル抗体2C7とは異なる特異的な糖鎖を認識することを明らかとし、コア糖鎖に近い糖鎖構造がヒトにおいても免疫原性も持つことを見出した。
断層破砕帯内の微細構造に基づく断層強度の推定

2008年岩手・宮城内陸地震の断層破砕帯を横断する測線上で、計120点の地震計を高密度に展開し、約10日間にわたり連続波形記録を取得した。この波形記録を用いたトモグラフィー解析をおこなうことで、断層破砕帯の微細構造を推定した。その結果、既存の断層に対応すると考えられる低速度帯がイメージングされた。これらの低速度帯は地殻内に存在する流体やクラック等を意味している可能性があり、断層強度は低いことが示唆される。本研究課題では、断層破砕帯内部の微細構造を高分解能で捉え、断層破砕帯全体にわたるfault coreとdamage zoneの存在と分布形状を明らかにすることを目指す。そのために、断層の地表トレースとほぼ直交方向に列状に超稠密な地震観測網を展開し、2008年岩手・宮城内陸地震(M7.2)の余震の波形記録を収録した・2008年岩手・宮城内陸地震の断層破砕帯を横断する超稠密地震計アレイ観測を実施した。観測サイトは、事前の踏査情報を基に、岩手県-関市巌美町の林道沿いに決定した。断層破砕帯の地表位置を中心に、中央部では地震計を約5m間隔で、除々に外側へ向けて設置間隔を10m、20m、40mと伸ばし、計120点の地震計を展開した。展開長は約2kmである。地震計は、固有周期10Hzの3成分一体型の速度型地震計を用いた。地震計からの出力信号は、小型の独立型レコーダー(MS2000)を用いて、サンプリングレート500Hzで電子媒体に記録した。レコーダーの内部時計は、GPSにより高精度に自動校正された。バッテリー容量の関係で、観測期間の途中でバッテリー交換することで、計約8日間にわたり連続波形記録を取得できた。観測終了後、波形データのフォーマット変換をおこない、解析の準備が整った。本年度は、この波形データの解析を進める。収録された連続波形データに対して、自然地震を検出する。その後、検出された地震のP波・S波の初動到達時刻の読み取りをおこなう予定である。平成22度に、断層の地表トレースとほぼ直交方向に列状に超稠密な地震観測網を展開し、2008年岩手・宮城内陸地震(M7.2)の余震の波形記録を収録した。今年度は、収録された連続波形記録のデータ解析をおこなった。観測期間中に発生した地震の検出をおこなうために、matching filter法の計算プログラムを開発した。テンプレート地震と呼ばれる基準地震として、気象庁一元化処理震源を使用した。複数の観測点で観測されたテンプレート地震の波形(S波記録)に対して、各観測点の連続波形記録との相関係数を各時間ステップにおいて計算した。テンプレート地震の波形記録に関しては、観測点間の相対走時差を保持しながら連続記録との相関係数の計算をおこなった。各時間ステップにおいて、全観測点で得られた相関係数の総和を計算し、その値が統計学的に有意な大きさを有する場合にのみテンプレート地震と相似のイベントが発生したと考え、イベント検出をおこなった。上記の手法により検出された地震のP波・S波の初動到達時刻の読み取りをwinシステムでおこない、時刻到達データセットを作成した。2008年岩手・宮城内陸地震(M7.2)の断層破砕帯を横断する超稠密地震計アレイ観測にて取得された波形データの解析を進めた。超稠密地震計アレイ観測データの連続波形データと、アレイ周辺の定常地震観測点の波形データを統合し、この波形データに対して波形相互相関処理によるmatching filter法を適用した。その結果、アレイ周辺で発生した微小地震を多数検出することができた。これらの微小地震のP波・S波の初動走時データを読み取りトモグラフィー解析をおこなうことで、地震波速度構造モデルを構築した。深さ4kmよりも浅い領域のアレイ直下であれば、数百mの空間分解能に到達することが確認できた。その結果、2つの既存断層に対応すると考えられる低速度帯がイメージングされた。具体的には、アレイ直近の山地境界断層に対応した低速度帯と、その深部に位置する餅転-細倉構造線に対応する低速度帯が西に傾斜していることが示された。これらの低速度帯は、深さにより低速度の度合いが変化する。低速度帯と震源分布の対応を見てみると、一部の地震は低速度帯内に存在するが、低速度帯よりも深部に存在するものもある。これらの低速度帯は、地殻内に存在する流体や破砕帯内のクラック等を意味している可能性があり、断層帯の強度は低いと推測される。

また、2011年東北地方太平洋沖地震の後に生じた誘発地震について調べることで、断層強度に関する新たな知見が得られた。本震発生の約10分後に、茨城県北部では中規模地震が浅い地殻内で誘発された。地震発生前後の地震のメカニズム解を比較することで、深さ1617kmでは応力場の変化が起きていたことを明らかにした。東北沖地震が引き起こした伸張変形により、このような応力場の変化が生じたと考えられる。さらに、地震発生後も様々なタイプのメカニズム解の地震が観測されており、断層強度が低いことを意味する。
VEGFによる肝星細胞を介した肝類洞血流調節機構の解明

培養し活性化した星細胞にVEGFを添加するとVEGFR-1を介して情報が伝達される。一方、類洞内皮細胞では、VEGFR-2を介してMAPKを活性化し、情報がコントロールされている。VEGFの作用が両細胞で異なることを考慮すると、活性化星細胞ではVEGFR-1からMAPK以外の伝達系が活性化されていると考えられる。昨年度の研究にて、活性化肝星細胞におけるVEGFを介する細胞内シグナルは、類洞内皮細胞と異なりPKC・MAPK以外の系を介して伝達され得ると報告し、今年度はPI3Kに注目して検討を行った。活性化星細胞のDNA合成は、FCS添加群では非添加群と比較し高度であったが、VEGFを添加しても変化は見られなかった。そこで、各種PKC、MAPK、PI3K阻害薬を添加すると、何れの場合でも抑制された。次に細胞内シグナルを観察した。MAPKのリン酸化は、FCS添加群では亢進していた。さらにVEGFを添加するが、変化は認められなかった。また、PKC阻害薬を添加すると抑制したが、PI3K阻害薬では変化しなかった。P13Kのリン酸化は、FCS添加群でVEGFを添加すると亢進した。しかし、PKC、MAPK阻害薬を添加すると、そのリン酸化は抑制され、これらにVEGFを添加しても亢進は見られなかった。活性化星細胞ではPKC・MAPK系とPI3Kの両経路が活性化しており、これらが増殖に関与すると考えられた。一方、VEGFはMAPKのリン酸化に依存してP13Kのリン酸化を誘導すると考えられた。肝類洞内皮細胞のpericyteである肝星細胞に対するVEGFの作用を肝類洞血流調節の関連で検討した。ラットより単離して3日間培養したquiescentに近い星細胞は,VEGFR-1(flt-1)とVEGFR-2(KDR/flk-1)の発現が認めた。さらに,10日間培養した活性化星細胞では,VEGFR-1の発現が高度になったが,VEGFR-2の発現は減弱した。活性化星細胞にVEGFを添加すると,平滑筋αアクチンの発現が濃度依存性に低下し,その収縮が抑制された。従って,VEGFはVEGFR-2を介して活性化星細胞に作用し,その収縮を抑制することで肝血流を調節していると考えられた。類洞内皮細胞ではVEGFに由来する細胞内シグナルはPKC,MAPK系を介するとされる。活性化星細胞も10%FCS存在下ではMAPKがリン酸化され,これはPKCの特異的阻害薬であるGFXにより抑制されたことから,同様のシグナル系が存在することが判明した。しかし,活性化肝星細胞のDNA合成はGFX添加により抑制されたが,更にVEGFを添加するとこれが回復した。従って,活性化星細胞におけるVEGFを介する細胞内シグナルは類洞内皮細胞と異なりPKC・MAPK以外の系を介して伝達されると考えられた。現在,このシグナル系と収縮能の関連も検討を進めている。
金属錯体－半導体複合系による人工光合成光触媒の創製

人工光合成の実現を目指し、高いCO_2還元光触媒活性を有する金属錯体と、強い酸化力を有する半導体光触媒を組み合わせたZスキーム型光触媒の開発を行った。前年度までに、ルテニウム二核錯体-銀担持酸窒化タンタル(RuRu-Ag/TaON)の複合体を構築することで、CO_2飽和メタノール中、可視光照射によりギ酸生成反応を進行させることに成功している。当該年度においては、この反応の詳細を調べ、触媒活性の向上を試みた。さらに、この光触媒系を多様化し、水中での光触媒活性についても検討した。同位体標識実験により、RuRu-Ag/TaONによる光触媒反応の詳細を調べた。^<13>CO_2を用いたところ、生成したギ酸の炭素源は全てCO_2であることが明らかとなった。また、^<13>CH_3OHを用いたところ、H^<13>CHOの生成が確認された。これらのことから、本光触媒系はメタノールを電子源としたCO_2還元反応を駆動していることが確かめられた。さらに、銀の担持法や担持量を検討することで、ギ酸生成の触媒回転数を2倍以上にまで増大させることに成功した。本研究で開発した金属錯体-半導体複合系光触媒の多様性を調べるために、金属錯体部としてルテニウム-レニウム二核錯体を、半導体部としてGaN:ZnOやLaTiO_2Nを用いた場合についても検討を行った。その結果、いずれの組み合わせでもCO_2還元生成物であるギ酸が確認された。水の酸化とCO_2還元を同時に駆動する光触媒の開発を目指し、金属錯体、半導体、助触媒を変えて水中での光触媒活性を検討した。その結果、RuRu-IrO_2/TaONが最も高い活性を示し、そのギ酸生成の触媒回転数は10に達した。この光触媒系について、^<18>OH_2を用いた標識実験を行ったところ、微量であるが、水由来のO_2が検出された。太陽エネルギーを用いて、CO_2を化学資源へと変換する人工光合成システムを構築できれば、エネルギー・炭素資源の枯渇そして地球温暖化という人類が抱える深刻な問題を一挙に解決できる可能性がある。金属錯体を用いた光触媒は、太陽光の主要な成分である可視光を利用し、高効率にCO_2還元を駆動することが可能である。しかし、酸化力が弱く、1-ベンジル-1,4-ジヒドロニコチンアミドなどの強い犠牲還元剤が必須である。このため、反応全体のギブズエネルギー変化は負となってしまい、光エネルギーを化学エネルギーへと蓄積することはできていない。一方で、いくつかの半導体光触媒は、可視光で、水やメタノールなどの弱い還元剤を酸化することが可能であるが、還元力が弱くCO_2還元を同時に駆動することはできなかった。そこで、高いCO_2還元能を有する金属錯体と強い酸化力を有する半導体を複合化させ、順次的に2光子用いるZスキーム型CO_2還元光触媒の創製を目指し研究を行った。ルテニウム(II)二核錯体を銀担持タンタルオキシナイトライド半導体粉末に吸着させた複合体を、CO_2雰囲気下メタノール中に懸濁させ、400nm以上の可視光を照射した。その結果、触媒的なギ酸と水素の生成が確認された。同時に、メタノールの酸化生成物であるホルムアルデヒドが化学量論的に生成していた。すなわち、メタノールを電子源としたCO_2還元が進行していることが示された。この反応のギブズエネルギー変化は正であり、金属錯体光触媒を用いた系としては初めて光エネルギー蓄積型の反応を駆動することに成功した。同時に、可視光でCO_2還元を駆動するZスキーム型光触媒としても初めての例である。さらに、この系に改良を加えることで、水中においてもCO_2の還元が確認され、水を電子源としたCO_2還元光触媒として駆動する可能性が示された。

その結果、いずれの組み合わせでもCO_2還元生成物であるギ酸が確認された。水の酸化とCO_2還元を同時に駆動する光触媒の開発を目指し、金属錯体、半導体、助触媒を変えて水中での光触媒活性を検討した。その結果、RuRu-IrO_2/TaONが最も高い活性を示し、そのギ酸生成の触媒回転数は10に達した。この光触媒系について、^<18>OH_2を用いた標識実験を行ったところ、微量であるが、水由来のO_2が検出された。半導体と金属錯体を組み合わせ、可視光を用いて、弱い還元剤であるメタノールを電子源とした二酸化炭素の還元に成功した。すなわち、本研究で目標としていた金属錯体-半導体複合系光触媒システムの構築を達成した。本研究の最終目標は水を電子源とした二酸化炭素還元であるが、すでに水中でも二酸化炭素の還元が確認されており、当初の計画以上に進展させることができた。本光触媒系が水を電子源としたCO_2還元を駆動していることを確かなものにするために、水の酸化生成物である酸素の定量や標識実験などの詳細な検証を行う。さらに、金属錯体の分子構造、半導体、助触媒の検討により、高効率化・高機能化に向けた検討も行い、本研究で開発した金属錯体-半導体複合系光触媒の多様性を示していきたいと考えている。
高性能イオン電極の開発と応用

イオン電極はこれまで無機イオンの検出を中心に優れた「イオノフォア」の開発を目指して研究が進められてきた。私達は、これを有機イオンの検出に展開させるために、特に、「分子レセプター」と呼ばれる有機イオンの親水性基と疎水性基の両方を認識するイオノフォアの開発に関心をもち、研究を進めた。カリックス[6]アレーン誘導体のベンゼン環のパラ位の部分を様々なアルキル基で置換したものを合成し検討した結果、置換基をより嵩高くするにつれ、特定の有機アンモニウムイオン(メチルアンモニウムあるいはエチルアンモニウム)を選択的に識別することが見出された。特に1,1,3,3-テトラメチルブチル基で置換した誘導体ではメチルアンモニウムに対して、これまで最高の認識能をもつイオン電極になった。また、ボスホリル(P=0)基が有機アンモニウムのNH_3^+基と強い相互作用を示すことを利用して、セロトニン(生体アミン)あるいはメキシレチン(抗不整脈薬)を識別する電極も開発した。一方、イオン電極法の応用として、私達は、グラム陽性菌と陰性菌の膜構造の違いに注目して、抗菌性ペプチドの膜透過性および膜電位変化に及ぼす影響を系統的に検討した。さらに、本研究では、人工膜リボソームの透過性変化の測定に電極法と蛍光法を同時に応用することを試みた。すなわち、イオン電極で定量できるK^+と蛍光法で定量できるカルセインを同時にリボソーム内水相に封入し、これらサイズの異なる二種類のマーカーの流出挙動の違いから薬物作用を検討することを試みた。また本研究では、非ステロイド系抗炎症薬による胃粘膜障害作用は細胞膜の透過性増大に起因することを、イオン電極法による細胞質からのK^+流出の測定から明らかにしている。今年度は、高性能イオン電極を作製する上で最も重要となるイオノフォアの開発を中心に研究を進めた。イオノフォアの開発は、これまで無機イオンを中心に進められてきたが、本研究では有機イオンを認識するいわゆる「分子レセプター」と称するイオノフォアの開発に焦点をあてた。分子レセプターのなかでは、フルカ社(スイス)からアミンイオノフォアIという名前で市販されているカリックス[6]アレーンーヘキサ酢酸ヘキサエチルエステルが代表例である。今回の研究では、このカリックス[6]アレーン誘導体のベンゼン環のパラ位の部分を様々なアルキル基で置換したものを合成し、有機アンモニウムイオン及び無機イオンに対するイオン選択性を系統的に比較検討した。アミンイオノフォアIは有機アンモニウムイオンのなかでは、ヘキシルアンモニウムあるいはフェネチルアンモニウムに強く応答したが、無機イオン、特にセシウムイオンからの妨害が大きかった。ベンゼン環のパラ位をメチル基で置換した誘導体では、メチルアンモニウムに対する応答性が増大した。そして、置換基をより嵩高くするにつれ、無機イオンからの妨害も抑えられ、よりサイズの小さな有機アンモニウムイオン(メチルアンモニウムあるいはエチルアンモニウム)に強く応答した。特にオクチル基で置換した誘導体ではメチノアンモニウムに対して、これまで最高の認識能をもつイオン電極となった。さらに、本研究では、カリックスアレーンと類似の構造をもつメタシクロファン誘導体についてのイオノフォア作用も系統的に検討した。その結果、誘導体の一つが、優れたカリウムイオン認識能をもっことを見出した。その他、電極法の応用研究として、非ステロイド系抗炎症薬の細胞膜カリウムイオン透過性に及ぼす影響をカリウムイオン電極を用いて現在検討している。今年度は,生体アミン(セロトニン)を識別する高性能イオン電極の開発を試みた。これまでの研究で、リン酸トリス(2-エチルヘキシル)を用いた電極は、セロトニンに対して比較的強く応答することが見出されている。

その効果は「セロトニンのNH_3^+基」と「リン酸トリス(2-エチルヘキシル)のホスホリル(P=O)基の負に分極した酸素原子」との強い相互作用に起因している。そこで、今回、リン酸トリス(2-エチルヘキシル)のほかに、P=O基を有する一連の化合物(2-エチルヘキシルボスホン酸ビス(2-エチルヘキシル)、ビス(2-エチルヘキシル)ホスフィン酸2-エチルヘキシル、トリス(2-エチルヘキシル)ホスフィンオキシド)をとりあげ、セロトニンに対する応答性を比較検討した。その結果、より多くのアルコキシ基が電子放出性のアルキル基に置換され塩基性度が増大した化合物ほど、生理食塩水中でのセロトニンの検出感度が向上することが明らかにされた。化合物の塩基性度の増大とともに、ヘキシルアンモニウムなどの有機アンモニウムイオンとの識別能も向上した。このことは、トリス(2-エチルヘキシル)ホスフィンオキシドのようにP=O基がより負に分極した酸素原子は、NH_3^+基のみならずセロトニンのOH基との相互作用にも有利に働くことを示した。トリス(2-エチルヘキシル)ホスフィンオキシドは、これまで開発されたセロトニン電極のなかで最も高い検出感度を示した。この電極を用いて、うさぎ血小板からトロンビン刺激により放出されるセロトニンをその場で定量することができた。さらに、本研究では、非ステロイド系抗炎症薬による胃粘膜傷害作用は細胞膜の透過性増大に起因することを、イオン電極法による細胞質からのカリウムイオン流出の測定から明らかにしている。今年度は、抗不整脈薬メキシレチンに応答する高性能イオン電極をホスホリル(P=O)基をもつ有機リン化合物を利用して開発することを試みた。P=O基の酸素原子は負に分極しており、メキシレチンがもつNH_3^+基との間で強い相互作用が期待された。P=O基に結合する置換基の効果を系統的に検討した結果、より多くのアルコキシ基が電子放出性のアルキル基に置換され、塩基性度が増大した化合物ほどメキシレチンに対する選択性は向上した。しかし、プロトンからの妨害を強く受け、使用できるpH範囲が限定された。さらに、分子内にイオウが存在するS,S,S-トリチオリン酸トリス(2-エチルヘキシル)を検討した結果、この化合物ではメキシレチンのような脂溶性が高い薬物に対する認識能が増大するとともに、プロトンからの妨害も受けにくくなることがわかった。この化合物は、これまで開発されたメキシレチン電極のなかでもっとも高い検出感度を示した。この電極を用いて、治療濃度域に相当する唾液中のメキシレチン濃度を定量することができた。さらに、本研究では、人工膜リポソームの透過性変化の測定に電極法と蛍光法を同時に応用することを試みた。すなわち、イオン電極で定量できるK^+と蛍光法で定量できるカルセインを同時にリポソーム内水相に封入し、これらサイズの異なる二種類のマーカーの流出挙動の違いから非ステロイド系抗炎症薬を含む様々な薬物の膜透過性増大作用を検討した。その結果、K^+とカルセインの流出速度の違いから薬物が膜に開けた穴のサイズを予測することができた。また、ポルフィリンを細菌共存下で光照射すると、細菌膜のK^+透過性と膜電位が変化することを見出し、現在、詳細な構造活性相関を検討している。
細菌間情報伝達阻害による新規感染症予防法の開発

病原細菌の一部では、周囲の細菌密度を感知するために、AHLという物質を使ってコミュニケーションを取っており、周囲の細菌密度が高まると病原性を発揮する。そこでAHLを細菌外で捕捉することが、病原性の発揮を抑制する新たな創傷感染予防法になると考え検討した。その結果、細菌の培養液中では期待通り病原因子の発現を抑制することに成功したが、動物実験では創傷感染を防ぐことができなかった。今後はその原因を探索し改善することで、創傷感染予防技術の開発を目指す。クオラムセンシングは、緑膿菌において病原遺伝子の発現を制御する細菌間情報伝達システムである。緑膿菌の情報伝達物質としてアシル化ホモセリンラクトン(acylated homoserine lactone, AHL)が同定されている。近年、AHLの細菌間伝達を阻害することで病原性の発揮を抑制するという新たな感染予防ストラテジーが注目されている。本研究では、細菌外でAHLを補足するために、AHLに対する高い親和性と特異性が期待されるリコンビナントR蛋白質(rR蛋白質)の利用を考えた。これまでrR蛋白質の合成は難しいとされていたが、私達は無細胞系蛋白質合成システムによる効率的な合成系を確立している。rR蛋白質のクオラムセンシング阻害効果を解析するため、緑膿菌をLB培地で培養し、その培養液にrR蛋白質を添加したところ、クオラムセンシングシステムに制御されるToxAやLasIなどの発現が著しく抑制され、rR蛋白質の病原遺伝子発現抑制効果が示された。続いて、全層欠損創に緑膿菌培養液を接種する創傷感染モデルを用い、接種直前にrR蛋白質を緑膿菌培養液と混合する群(rR群)、緑膿菌培養液を接種する群(PC群)、LB培地のみを投与する群(NC群)を設け、接種翌日に創部組織におけるToxA、LasIの遺伝子発現量を比較した。その結果、rR蛋白質の病原遺伝子発現抑制効果は確認されず、rR蛋白質を生体で用いる際には更なる工夫が必要であることが示唆された。一方、本研究過程においてAHLの創傷治癒促進効果が同定された。本結果をもとに、新たな創傷治癒促進剤の開発にも着手する予定である。従来の創傷感染症対策はいずれも病原細菌に直接働きかけ排除することを目的としていた。しかし、このような対策では新たな耐性菌の出現の脅威から逃れることができない。私たちは細菌間情報伝達システムであるQuorum Sensingに着目し、情報伝達物質(Autoinducer)の細胞外における補足による病原因子発現阻害、つまり創傷感染を制御する技術の開発を目的として本研究を実施している。モデルとして、皮膚常在菌の一つであり、また創傷感染の主要な起因菌である緑膿菌を用い、緑膿菌のautoinducerであるAHL(Acylated homoserine lactone)をターゲットとした。これまでに、緑膿菌におけるAHL受容体の一つであるR遺伝子をクローニングし、In vitro発現系を用いてRecombinant蛋白質の合成、および合成したR蛋白質がAHLと結合能を有することを確認した。本年度はAHL合成酵素を欠損した緑膿菌株を用い、合成R蛋白質とAHL混合液を培養液に添加することで、R蛋白質による病原因子発現阻害効果を明らかにすること、および全層欠損創モデルラットを用いてR蛋白質溶液の局所投与による創傷感染防止効果を明らかにすることを試みた。その結果、In vitroではR蛋白質による病原因子発現阻害効果は確認できたものの、In vivoにおける創傷感染防止効果を証明することができなかった。これは、R蛋白質が外来抗原として宿主免疫系に認識された結果であろうと考えられる。また、本研究を実施する過程においてAHLが全層欠損創の治癒を促進する効果を有するという新たな知見を得ることができた。期待された効果がIn vivoでは認められず、研究の方針転換が必要となったため。今年度の研究により、合成R蛋白質の局所投与による創傷感染制御は宿主免疫によって阻害されることが示唆された。そこで、AHLの細胞外での補足による病原遺伝子発現阻害というコンセプトを生かしつつ研究方針を転換することとする。これまで、アルブミンなどの蛋白質で標識したAHLを免疫することで、AHLが抗原として認識され宿主内において抗AHL抗体が産生されること、またそのように免疫した動物では緑膿菌による肺炎の発生が有意に低下することなどが報告されている。そこで、本年度はAHL-アルブミン複合体の静脈注射による創傷感染制御の可能性を明らかにすることとする。具体的には、(1)AHL-BSA (Bovine Serum Albumin)の合成、(2)AHL-BSA免疫ラットにおける抗AHL抗体価の測定、(3)AHL-BSA免疫ラットの全層欠損創に緑膿菌を摂取した際の病態変化の観察を行う。なお、対象としてBSAのみを免疫したラット、AHLのみ免疫したラット、および無処理ラットを用いる。

また、昨年度、副次的に見いだされたAHLによる創傷治癒促進効果についても、培養細胞および治癒の進行が遅延する糖尿病モデルラットを用いて、証明することとする。In vivo実験の中間解析により、当初の方針では期待された効果が認められないことが明らかとなり実験を中断したため、残金を繰り越すこととした。本年度は、AHL-BSAの免疫による創傷感染制御、およびAHL局所投与による創傷治癒促進の研究にかかわる試薬、消耗品、実験動物などの物品費、学会発表等の旅費、論文投稿に際しての投稿料や英文構成等、実験手技等の指導等に対する謝金などに研究費を使用することを計画している。
CO2地中貯留と生物的原油分解メタン生成反応を両立する資源創成型CCS技術の開発

枯渇油田を対象としたCO2地中貯留(CCS)技術の影響を評価するため、国内油田の3ヶ所の生産井から採取した油層水と原油を用いて、現場油層環境を模擬する高温高圧培養実験とCCS後の高濃度CO2環境を模擬する高温高圧培養実験を進めた。その結果、1ヶ所の油田の現場油層環境の培養条件において生物的原油分解反応が観察された。一方で、CCS環境を模擬する高圧培養実験では、培養初期からCO2濃度の増加による著しいpHの減少が観察され、それにより原油分解メタン生成反応の阻害効果が観察された。H26年度は過去に我々が原油分解メタン生成活性を検出した3カ所の油層から採取した原位置試料(油層水と原油)と油層環境模擬高温高圧培養システムを用いて油層のCCS環境を模擬し,原油分解メタン生成活性の促進効果を検証した。我々が本研究のために新たに開発した静水圧条件下でCO2ガスを圧入できる高温高圧培養システムと油層試料を用いてCO2地中貯留後の油層環境を忠実に模擬し,3ヶ所の油層環境における原油分解活性の促進効果を検証した。なお,ここで模擬するCO2圧入条件は過去に実績がある南長岡ガス田やカナダ・Weyburn油田のCCS実証実験で観測された現場溶存CO2濃度(約2000 mg-CO2/L-water)と同じCO2濃度環境になるように設定した。また、効率的かつ現場に近い原油分解活性の促進効果を検証するための工夫として,本研究で使用する培養システムには油層と同じ砂粒を用いた孔隙環境を構築した。これは水に不溶性の原油が効率よく分解されるように微生物と原油の接触面積を増加させると同時に微生物に住処を与えることを狙ったものである。培養後15ヶ月が経過した現在において、ある1つの油層試料の現場環境模擬条件の培養系において、原油分解メタン生成反応を観察した。一方、同じ油層試料のCCS環境模擬条件の培養系においては原油分解メタン生成反応が観察されていない。CO2濃度の増加によって、原油分解を担う微生物に何らかのダメージがあったことが予想されるため、引き続き培養を継続している。H27年度では安定同位体を用いたCO2圧入条件下の原油分解メタン生成メカニズムの解明を行った。本研究では安定同位体として原油の主成分である直鎖アルカンや芳香族炭化水素のモデル化合物としてよく用いられている13C-ヘキサデカンと13C-トルエンを使用した。メタン生成が観察されたCO2非圧入系において、生成したメタンと二酸化炭素の炭素同位体比をGC-C-IRMSで測定した結果、13C-トルエンを添加した培養系においてのみメタンと二酸化炭素の同位体比が増加した。したがって、CO2非圧入系において生成したメタンは原油中のトルエンやその他の芳香族炭化水素に由来することが明らかとなった。安定同位体を使ったトレーサー実験によって、生成メタンの起源を明らかにできた。枯渇油田を対象としたCO2地中貯留(CCS)技術の影響を評価するため、国内油田の3カ所の生産井から採取した油層水と原油を用いて、現場油層環境を模擬する高温高圧培養実験とCCS後の高濃度CO2環境を模擬する高温高圧培養実験を進めた。その結果、ある1カ所の油田の現場油層環境の培養条件において生物的原油分解反応が観察された。また、上記油層試料のうち原油分解ポテンシャルが存在しない油層試料に原油分解微生物コミュニティを導入する実験およびそのCO2地中貯留の影響評価試験を実施した。本研究で獲得した原油分解メタン生成微生物コミュニティを用いた高圧培養実験の結果、低CO2濃度環境においては当該微生物コミュニティーの導入により原油分解メタン生成反応が観察された。その一方で、高CO2濃度環境ではその阻害効果が観察され、その主な原因はCO2濃度の増加によるpHの減少であると考えられた。本研究で獲得した原油分解メタン生成微生物コミュニティーによる原油分解メカニズムについて、有機地球化学的および分子生物学的手法により解析を実施した結果、当該微生物コミュニティーは原油成分中のトルエン成分を分解・メタンを生成することが明らかになった。また、その分解反応を担う中核的微生物種を特定した。H26年度の計画では、原油分解メタン生成反応を観察する事であった。従って、その目的は達成された。今後は、原油分解メタン生成が観察された培養系についてメタゲノム解析を実施し、微生物コミュニティーの代謝ネットワークを解明する。28年度が最終年度であるため、記入しない。地圏微生物学今後は,昨年度の研究で実施したCO2圧入条件下における高圧培養実験を継続し、原油分解メタン生成反応が観察された後、その促進メカニズムを解明し,促進効果が発揮される為の各種油層条件を既存の油層特性データベースから抽出すると共に,促進効果が最大限発揮される為の各種環境パラメーターを決定する。

予定していた国際学会発表に必要な外国旅費、人件費を他の予算で補ったため。28年度が最終年度であるため、記入しない。予定していた国際学会発表に必要な外国旅費、人件費を他の予算で賄ったため。本研究に関わる旅費や人件費を主に使用する予定である。今年度は他の予算が少ないため、本研究に関わる旅費や人件費を使用する計画である。
高機能レーザ表面改質における制御因子の解明と材料学的評価

本研究計画にそって大阪大学溶接工学研究所では次の様な具体的研究を遂行し、以下の成果を得た。1.レーザー表面アモルファス化の研究(1)凝固時に最大10^6K/sの冷却速度が得られるパルスレーザー照射条件で種々の合金の表面アモルファス化状態を調査した結果、レーザー表面アモルファス化のための適正レ-ザ-照射条件、結晶凝固及び再加熱時の熱影響部における結晶化の機構及び割れ発生防止策を明らかにした。(2)3種の異なる発振形態のYAGレーザー、すなわち連続発振(CW)、ノーマルパルス発振及びQ-スイッチ発振のレーザーを用いて、凝固時の冷却速度推定のための熱伝導解析およびその実験的検証を行った。深さ20μm以上の溶け込みが得られるレーザー照射条件では、CW発振において10^410^5K/s、ノーマルパルス発振(パルス時間:0.1ms)では10^510^7K/s、Q-スイッチ発振では最大10^9K/s冷却速度が得られる事を明らかにした。この結果を3種の易アモルファス合金を用いて実際にアモルファス化を試みた結果、高速スキャンCW、ノーマルパルスおよびQ-スイッチパルス発振の順にアモルファス化が容易となる事を実証した。なお、オーバーラップ照射による表面アモルファス化の場合、前層でアモルファス化した部分が次層のレーザー照射によりその熱影響部が結晶化し易く、特に高速スキャンCW発振の場合に顕著である事が判明した。2.レーザー粉末塗付法による各種セラミックスのチタン合金表面へのコーティング各種の炭化物、硼化物及び窒化物セラミックス粉末あるいはその原料を予めチタン合金表面に塗付し、パルスレーザーを照射して溶融凝固させる事により厚み50200μmの超高硬度被膜形成のための条件及びその材料学的特性の解明を計った。なお、これらの原料粉末を塗付した資料を窒素ガス気中でレーザー処理すると不活性ガス気中処理の場合に比べてビッカース硬度で平均200程度の硬度増加が生じる事を明らかにした。3.レーザーPVDの研究レーザー加熱・蒸発法による窒化珪素及びアルミナセラミックスのPVD(物理蒸着法)による薄膜形成に関する基礎実験を行った。(1)各種発振モードのYAGレーザーを照射した時、セラミックスターゲット材料から発生するプルームの構成粒子を分光測定法により同定した結果、セラミックスは元素状態に解離し、金属元素は一部電離状態にある事が判明した。金属元素の電離状態はCWレーザー照射では極微であるが、パルスおよびQ-スイッチ発振では1価以上の電離種が生じる。(2)Si_3N_4、Al_2O_3のNi基板上への蒸着を試み、膜特性に及ぼすレーザー照射条件、雰囲気圧力及び基板温度の影響を明らかにした。この結果、膜硬度は雰囲気圧力及び基板温度に大きく依存する事が判明した。また基板温度が特に高くない限り得られる被膜はアモルファス状態であり、条件の選択によりバルクセラミックスより遙かに高い硬度の膜が得られる事を示した。4.レーザーCVDによるセラミックス膜コーティングの研究BCl_3、CH_4及びH_2の混合ガス中でYAGレーザーをTi合金表面に照射し、CVD法による高硬度セラミックス薄膜形成を試みた。原料ガスの分圧比およびレーザー照射条件の制御により、B_4C及び遊離BまたはCとの混合した薄膜が得られる条件が明らかにされ、また通常の熱CVD法に比べて適正条件における蒸着速度は10100倍となる事が判明した。本研究課題達成のため、大阪大学溶接工学研究所及びマサチューセッツ工科大学材料加工センターは研究期間中に合計6回(大阪大学にて3回、MITにて3回)の合同シンポジウムを開催し、多数の参加者を得た。各種レーザ表面改質法の内,特に表面機能の優れた表面アモルファス化技術と表面セラミックコーティングを取り上げ,高機能表面を得るための各種制御因子を解明し,さらに得られた改質表面あるいは被膜の材料学的評価法確立の基板を得ることを目的としている.具体的に,急速凝固現象を利用するレーザ表面アモルファス化については,アモルファス化に必要な冷却速度を得,かつアモルファス化した部分のレーザ再加熱による結晶化を抑制するためのレーザ照射条件の確立,及び結晶質バルク基板の場合の溶融凝固界面での不均質核生成の意義等の理論的解釈の確立を計る.また,セラミックコーティングに関しては,レーザ照射により生じる高速蒸気流の制御による基板上に高品質の物理蒸着膜を形成する水法及びレーザ照射エネルギーにより雰囲気ガス自体或いはガスと基板の間に生じる化学反応を利用した化学蒸着法の制御因子を解明し,その被膜特性の評価法を確立する.本研究計画にそって大阪大学溶接工学研究所では種々の具体的研究を遂行した.その概要は以下の通りである.1)レーザ表面アモルファス化の研究凝固時に最大10^6K/sの冷却速度が得られるレーザ照射条件で種々の合金の表面アモルファス化状態を調査した.この結果レーザ表面アモルファス化のための適正レーザ照射条件,結晶凝固及び再加熱時の熱影響部における結晶化の機構及び割れ発生防止策を明らかにした.3)レーザ粉末塗付法による各種セラミックスのチタン合金表面へのコーティング各種の炭化物,硼化物及び窒化物セラミックス粉末或いはその原料をチタン合金表面に塗付し,パレスレーザを照射して溶融凝固させることにより50200μmの高硬度被膜を形成させるための条件及び被膜の組織学的解明を計った.