宇都宮大学
産学イノベーション支援センター
産学連携・イノベーション・知財部門（CDI）

活動成果報告書2018（平成30年度）

Utsunomiya University Center for Industry-University Innovation Support
Collaboration Department for Innovation (CDI)目次

平成 30 年度中核的研究機関研究員 ····················································· 1
平成 30 年度中核的研究機関研究員（CDI ポストドクター）紹介 ············· 2
CDI ポストドクター研究成果報告書···················································· 3
招聘外国人研究者研究成果報告書 ····················································· 15
海外派遣動向調査若手研究者報告書 ·················································· 26
大学院生研究奨励金採択者 研究成果報告書 ······································· 31
大学院生研究奨励金採択者 国際会議報告書 ····································· 114

平成 30 年度中核的研究機関研究員

1

平成 30 年度 中核的研究機関研究員（ポストドクター）紹介

研究テーマ 顕微画像計測に基づく微粒子選別技術の開発とその実用化
研究内容
顕微鏡下で微粒子を選び、マイクロマニピュレータを用いて選別するような微細な操作は医学・農学・薬学など様々な分野で重要な技術である。しかし、マイクロメートル以下の操作となり、非常に繊細かつ緻密な作業であるため、正確性や作業者の持続性などの問題がある。そこで、画像計測により、微粒子の特徴量や物体間距離を求める方法、さらにその情報から微粒子に対してマイク
ロマニピュレーションを行う技術の開発を行っている。
阿部 有貴 研究員

研究テーマ 生物機能の制御に向けたバイオゲルファイバーの創成と利用
研究内容 水で膨潤した高表面積のヒドロゲルは、生理活性分子の徐放担体、再生医療で必要とされる動物細胞の接着素材として適している。マイクロ流体デバイスを利用して、多糖、タンパク質など様々な高分子素材からヒドロ
ゲルファイバーを合成する新技術を開発している。酵素などの機能性分子や細胞の固定化、さらに微生物の機能を制御するバイオゲルファイバーの工学的な利用研究を展開する。
高山 友理子 研究員

研究テーマ

データ工学と感性情報学を融合したマンマシンインタラクション
研究

研究内容
人間同士のコミュニケーションは言語的な情報のみならず、それ以外の情報(ノンバーバル情報)をも駆使することで実現されている。近年では AR や VR での擬人化エージェントとの対話といったような機械とのインタラクションにおいてもノンバーバル情報を利用することが望まれている。そこで、機械にノン
永田 智洋 研究員

バーバル情報を表現させる技術を研究する。

2

平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

顕微画像計測に基づく微粒子選別技術の開発とその実用化
阿部有貴（中核的研究機関研究員）
Yuki ABE（PD）
宇都宮大学 産学イノベーション支援センター 産学連携・イノベーション・知財部門
abe@ ir.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 尾崎功一（教授）Koichi OZAKI (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科システム創成工学専攻 ozaki@ cc.utsunomiya-u.ac.jp
１. 緒言

近年，光学顕微鏡とマイクロマニピュレータを用いた微細作業が様々な分野で行われている．
微粒子を操作し選別するような技術において，3 次元距離情報，特に顕微鏡視野における奥行(光軸) 方向の距離情報取得が必要である．これまで高精度かつ広範囲に奥行距離推定できる手法として，輪郭ボケ幅による奥行距離推定法を開発した 1)．本手法では輪郭ボケ幅を画像処理から取得し予め輪郭ボケ幅と奥行距離との関係式（奥行距離推定式）を最小 2 乗法によって導出し奥行距離推定を行っている．しかし，観測値のサンプル数の影響により最小 2 乗法でのフィッティン
グに影響を与える．本稿では，ロバスト推定およびマハラノビス距離を用いた輪郭ボケ幅による
奥行距離推定法を提案し，精度評価実験により，本手法の有用性を示す．また，奥行距離推定において顕微画像を用いた画像処理を行っているが，画像の解像度を向上させることで，画像処理の精度向上が期待できると考え，本稿では顕微鏡画像の超解像画像を作成し，輪郭ボケ幅による
奥行距離推定法に適用についても検証する．
２. 理論

顕微画像では対象物が焦点面から外れ被写界深度外になると焦点が合わず輪郭がボケた画像となる．図 1 は針状のエンドエフェクタが焦点面から 10μm 離れている様子を示している．対象物
が被写界深度から離れる程，ボケ幅は大きくなる．ボケ幅と奥行距離の関係を光学的な関係式として求めることができ，式を近似してまとめた式を以下に示す．
𝑛∆𝑧(𝑟) = ∑ 𝑐𝑘 𝑟 𝑘

(1)

𝑘=1

∆𝑧(𝑟)は対象物とエンドエフェクタ先端との間の奥行距離であり，r は対象物とエンドエフェクタの輪郭ボケ幅の差をエンドエフェクタの最大ボケ幅で割った値である．cn は定数をまとめた項であり，未知パラメータが含まれるため，cn の値をあらかじめ推定する必要がある．図 2 に示すよ
うにエンドエフェクタを対象物とボケ幅が一致するまで移動させる．その過程で画像処理によって観測したボケ幅とエンドエフェクタの移動量を観測値とし，最小 2 乗法を用いて推定式を導出する．この推定式を用いることで他の微粒子に対しても高精度かつ広範囲に奥行距離推定を行う

3

平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

微小物体

マニピュレータ
50μm

焦点一致

焦点一致

10μm

20μm

30μm

50μm

図 1 輪郭ボケと奥行距離の関係

ことができる．奥行距離推定式の定数 cn にまとめたパラメータは未知数を含むが，符合が明らかであるため第 3 項までの定数 cn の符号は以下のように一意に定まる．これを推定式導出の成功条件とするが，導出に用いるサンプル数は限りがあるため，導出が不安定となることがある．
𝑐1 > 0，𝑐2 < 0，𝑐3 > 0(2)

導出失敗時にはエンドエフェクタを移動させ，再度推定式を導出するが，数回繰り返す必要がある．導出失敗の原因としては観測したサンプル数の不足のためである．最小 2 乗法によるフィッティングにおいて，観測データに大きな誤差や外れ値が含まれる場合や観測データのサンプル数が少ない場合でフィッティング時に大きく影響を受けやすい．このサンプル数不足の要因は，画像処理による正確なボケ幅の計測範囲が限られているためである．最小 2 乗法はサンプル数が多いほど観測データ傾向に対して信頼性の高いフィッティングを行うことができる．そのため，サンプル数不足により観測値の傾向を奥行距離推定式に正しくフィッティングできず，導出時に失敗することがある．導出の失敗を無くすためにサンプル数不足の解決する必要がある．
RANSAC や LMedS などのロバスト推定は外れ値の影響を抑える方法である 2) 3)．これらの方法
は，一定のサンプル数の組み合わせを全て確認することで最適な関数を決定する．そこで有効なサンプル抽出にロバスト推定を用いることで，サンプル数不足を解決し，安定した導出を図る．
さらにロバスト推定を導入した場合，サンプル数が大量になるが，有効なサンプルの範囲は限られていることを利用し，事前に有効なもののみ抽出することで効率性を高められる．そこで，本研究ではマハラノビス距離に着目した 4)．マハラノビス距離とは相関性を考慮した多次元距離であり，ある集合に属するかどうかの信頼性を表すことができる．マハラノビス距離をボケ幅の比r，奥行距離 z の 2 変数の式で表現すると次式のようになる．
𝐷2 =1
𝑟 − 𝜇𝑟 2𝑧 − 𝜇𝑧 2 2𝜌𝑟𝑧 (𝑟 − 𝜇𝑟 )(𝑧 − 𝜇𝑧 )
{(
)
+
(
) −
}
2
1 − 𝜌𝑟𝑧
𝜎𝑟
𝜎𝑧
𝜎𝑟 𝜎𝑧
𝜌𝑟𝑧 =

∑(𝑟𝑖 − 𝜇𝑟 )(𝑧𝑖 − 𝜇𝑧 )√∑(𝑟𝑖 − 𝜇𝑟 )2 √∑(𝑧𝑖 − 𝜇𝑧 )2

(3)
(4)

D はマハラノビス距離であり，ρrz は r と z の相関係数，μr と μz は観測値 r，z の平均値，ρr，ρzは観測値 r，z の標準偏差である．式(4)は相関係数を求めるための式であり，ri と zi は i 番目の観測値である．式(3)は楕円の式であり，等確率楕円を表している．楕円の大きさはマハラノビス距
離 D の値に依存しており，本研究では信頼区間 99％の値を用いる．

4

平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

本稿の超解像では，NLSP(Non-Linear Signal Processing)法を用いる 5)．NLSP の手順は，初めに原画像をアップスケーリングし，サイズを拡大する．次に，ハイパスフィルタを用いて画像の高周波数成分（エッジやテクスチャ）を抽出する．これは，ナイキスト周波数よりも高い周波数成分はエイリアシングを起こすためである．エイリアシングとはノイズの現象の一つであるため，以降の処理でナイキスト周波数よりも低い周波数成分を作り出し画像を再構成する．ノイズの処理として，一般化された非線形関数 y=x2 とノイズを低減するためのリミッタを用いノイズを低減する．以上のようにノイズ対策を行った成分をアップスケーリングした画像に加え，超解像画像として再構成する．
３. 実験

奥行距離推定式導出に失敗した 5 回分の観測データを用意し，提案手法による導出の可否，精度評価した．さらに奥行距離推定式導出とは別の微小物体に対し，微小物体とエンドエフェクタのボケ幅の差とエンドエフェクタの移動量から逆算した奥行距離の測定を行った．エンドエフェ
クタの高さを変えて，微小物体 10 個に対しそれぞれ行った．エンドエフェクタの移動量から逆算した奥行距離の真値とし，導出した奥行距離推定式による推定値から誤差を算出し，精度評価した．微小物体は胡桃の花粉を用いた．
輪郭ボケ幅を用いた奥行距離推定法で用いる画像の解像度 4 倍の超解像画像を作成し，周波数領域の画像から評価する．また，輪郭ボケ幅を用いた奥行距離推定の 3 回分の実験データに対して超解像処理を行い，奥行距離推定式を導出し，精度について評価を行う．
４. 結果と考察導出に失敗した 5 回中 5 回すべてにおいて，本手法により奥行距離推定式導出が成功した．平均誤差に関して，元々の高い精度と大きな変化はなかったが，偏差に関して，1μm 前後低下する結果となった．しかし，マニピュレーションの分解能が 1μm であり，エンドエフェクタが 2μm毎に移動して計測しているため，十分に高い精度で導出ができていると考える．導出に成功した
すべての奥行距離推定式を別の花粉 10 個に適用した場合，誤差平均および偏差が 5μm 以内となった．この原因としては，ボケによる計測誤差が考えることができる．花粉はお椀状のやや複雑な形状であり，数十 μm の大きさのため，花粉の姿勢や形状によってボケ具合の変化で誤差が大きくなる可能性がある．一方，エンドエフェクタ先端は 5μm であり，エンドエフェクタ先端のみのボケ幅を利用しているため相対距離による影響はないと考える．奥行距離推定式を任意の微小物体で算出し，別の微小物体に対して相対距離を変わった場合でも誤差が 5μm 以内であった．そのため，数十 μm の微小物体に対するマイクロマニピュレーションに十分な精度を有していると言える．

5

平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

表 1 実験結果

従来手法
No. 誤差平均[μm]提案手法

標準偏差[μm]

誤差平均[μm]

標準偏差[μm]

1-0.2211.30-0.1591.22

2-0.1671.73-0.2102.27

3-0.05201.05-0.0500-0.590超解像画像による輪郭ボケ幅を用いた奥行距離推定法の結果を表 1 に示す．No. 2 の実験結果を除いて精度が微小ではあるが向上した．解像度を上げることで画像処理の精度の向上が期待できることを意味している．しかし，No. 2 では精度低下の結果となったため，今後は，微粒子計
測など他の画像処理に対してや他の微小物体に対して適用し，超解像の効果をより検証する必要
がある．
５. 結言

これまで提案してきた輪郭ボケ幅奥行距離推定手法は奥行距離推定式導出時のサンプル数不足
が原因により導出に失敗することがある．そこで，本稿ではロバスト推定およびマハラノビス距離を用いた手法を提案した．実験結果より，推定式導出時の安定性を向上することができた．他の微小物体に対する精度検証実験により，数十 μm の微小物体に対して十分な精度があることを示した．また，ノイズの少ない超解像画像の作成に成功し，16 倍の画像で奥行距離推定することで精度が向上することを確認した．
参考文献

1)

大澤茂治, 石濱貴徳, 尾崎功一:“マイクロ視野におけるボケ幅の差を用いた奥行き方向の距離推定”, 精密工学会誌, Vol. 77, No. 5, pp. 483-489, 2011.

2)

Martin A.Fischler, Robert C.Bolles：“Random sample consensus:a paradigm for model fitting withapplications to image analysis and automated cartography,”Communications of the ACM, Vol. 24, No.
6, pp. 381-395, 1981.

3)

Peter J.Rousseeuw: Least Median of Squares Regression, ” Journal of the American Statistical
Assoclation, Vol. 79, No. 388, pp. 871-880, 1984.

4)

R. De Maesschalck, D. Jouan-Rimbaud, D. L. Massart: “The mahalanobis distance,” Chemometrics andintelligent laboratory systems, Vol. 50, No. 1, pp. 1-18, 2000.

5)

S. Goshi, et al.: “Limitations of Super Resolution Image Reconstruction and How to Overcome themfor a Single Image,” in 2011 Proc. of the IEEE/SICE International Symposium on System Integration,
2011.

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平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

生物機能の制御に向けたバイオゲルファイバーの創成と利用
高山友理子（中核的研究機関研究員）
Yuriko TAKAYAMA（PD）
宇都宮大学 産学イノベーション支援センター 産学連携・イノベーション・知財部門
y.takayama@ cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 加藤紀弘（教授）
Norihiro KATO (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 katon@ cc.utsunomiya-u.ac.jp
１. 緒言
繊維状のヒドロゲル材料は，異方性および階層構造を制御することにより，生体内における様々な繊維状組織を模倣する材料として，細胞足場材料などへの応用が期待できる．また，高表面積のゲル担体として，薬物や生理活性物質の捕捉・徐放，微生物の固定化素材への利用が可能とな
る．多糖，タンパク質，およびそれらのコロイドの自己組織化を制御し，束状のバンドル構造を有する繊維状組織の構築が容易に可能となれば，生体模倣化学，再生医療，微生物工学分野などへの応用が期待できる．高分子ナノファイバーの紡糸に利用されている細孔ノズルは，細孔が閉塞するリスクを伴う．多孔ノズルを用いる湿式紡糸法では，細孔径が小さくなるほどノズルの目詰まりが起こりやすい．電界紡糸法では，高電圧を印加しポリマー溶液をノズルから噴射する際に，紡糸溶液に混入した不溶性粒子が溶液ジェットを分断する．細孔ノズルを用いずに，様々な高分子溶液から安定に微細繊維を合成可能となれば，幅広い分野での利用が見込まれる．
本研究では，水性二相分離 (Aqueous Two-Phase Separation: ATPS) を利用し誘導した高分子会合体のシアによる伸張変形を原理として，タンパク質と多糖を組み合わせたハイブリッドゲルフィ
ラメントの合成条件を確立した 1．高分子会合体の粒径分布，粘度解析からシアにより誘起されるヒドロゲルフィラメントの形成原理を考察した．
２. 理論
ゲルフィラメントの合成には，同軸型マイクロ流体デバイスの動的な流れ場を用いる．デバイ
スは，角ガラス管と丸ガラス管の二重管構造となっており，高分子溶液と架橋剤溶液の二液を通液し，混合することでゲル化を誘導し，瞬時にゲルファイバーを形成しメートル単位の紡糸を可能とする．異種高分子溶液のイオン強度を調整することで ATPS によりドロップレットを形成した不均一溶液を Inner flow に通液すると，シアにより高分子会合体が流れ方向へ伸張しフィラメ
ント状ドメインを形成する．Outer flow として通液した架橋剤との接触により，直径数ミクロンのゲルフィラメントが流れ方向に並列した，束状のゲルフィラメントとして合成可能となる．本
研究では，ミルクに含まれるタンパク質の主成分であるカゼインナトリウム (sodium caseinate:SC) と酸性多糖であるアルギン酸ナトリウム (sodium alginate: SA)の二相共存溶液を利用してフ7

平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

ィラメント状ドメインを形成した．架橋剤として塩化カルシウム (CaCl2) 水溶液を用いて，カゼインの有するリン酸化セリン残基及びアルギン酸のカルボキシ基との Ca2+イオンによるキレート
架橋を用いてゲルフィラメントを合成した．
３. 実験
10 % SC 懸濁水溶液を遠心分離 (60000 g, 10 min)し，上清を凍結乾燥することで精製 SC とした．
この精製 SC の水溶液に，オートクレーブにより溶解した SA 水溶液を混合し SC/SA [7.5/1.0 (wt%
/ wt%)]ブレンド溶液を調製した．このブレンド溶液をマイクロ流体デバイス (Inner diameter : 340
μm, Outer diameter : 1000 μm) の Inner flow に，1.1 wt% CaCl2 水溶液を Outer flow にシリンジポン
プを用いて通液し，それぞれの流速は 300 μL/min，2.5 mL/min に設定し，ゲルフィラメントの合成を試験した．得られたゲルフィラメントは，光学位相差顕微鏡 (Axio Imager M2m, Carl Zeiss) を用いて観察した．
ブレンド溶液を遠心分離 (14000 rpm, 5 min) することにより上相と下相に分離した．サイズ排除クロマトグラフィー (SEC) を多角度光散乱法 (MALS) で検出し，SC/SA ブレンド溶液，SC 及
び SA 単独水溶液，上相，下相の各溶液に存在する高分子会合体の見かけの重量平均分子量 (Mw)と重量平均二乗半径 (Rw) を解析した．フィルターろ過（0.2 μm）により試料に含まれるミクロン
サイズの会合体を除去した後に SEC カラムにインジェクションした．また，レーザー回折/散乱法
を用いて，各溶液に存在する粒子の体積分布を評価した．さらに，コーンプレート型回転粘度計を用いて，各水溶液における粘度のせん断速度依存性を測定した．
４. 結果と考察
SC/SA ブレンドの ATPS は各成分の濃度に依存しており，最終濃度 7.5 wt% SC 一定として試験すると，1.0 wt%より高濃度の SA を共存させるとドロップレットが観察された．この結果は先行研究で報告されている SC/SA の相図から推測される結果とほぼ一致する 2．遠心分離した上相と下相は，それぞれ alginate (SA) -rich phase と casein (SC) -rich phase であると推察される．下相は白濁しており，おそらく alginate-casein complex の形成に起因すると推察される．一方，SC/SA [7.5/0.5(wt%/wt%)] の条件では ATPS は誘導されず一相である．同軸型マイクロ流体デバイスの Inner flowにそれぞれの組成のブレンド溶液を通液し，Outer flow には架橋剤として 1.1 wt% CaCl2 水溶液を図 1. マイクロ流体デバイスを用いるゲルフィラメントの合成． (a) 二重ガラスキャピラリーの構造, ゲル
ファイバーの光学顕微鏡観察，(b) SC/SA [7.5/1.0 (wt%/wt%)], (c)SC/SA [7.5/0.5 (wt%/wt%)].

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通液しゲルファイバーの形成試験を行った(図 1a)．得られたゲルファイバーを顕微鏡観察すると，ATPS 条件の二相溶液からは，直径数ミクロンのゲルフィラメントからなる束状ファイバーが形成され (図 1b)，一相溶液からは太い一本のゲルファイバーが形成した (図 1c)．
サイズ排除クロマトグラフィーを用いた SEC-MALS により，上相，下相に存在する高分子の会
合状態を解析した．下相の Rw は 64 nm であり，SC ミセルの 57 nm と近い値を示した．また，上相の Rw は 94 nm であり，SA の 91 nm とほぼ一致した．これらの結果は，上相が SA-rich phase，
下相が SC-rich phase であることを示唆している．SC または SA 溶液，SC/SA ブレンド溶液に存在する会合体の体積分布をレーザー回折/散乱法により評価した．SC 粒子の直径は約 0.3 μm であり，
SEC-MALS の測定結果（約 0.2 μm）と近い値となった．これに対し，SA には 35 μm 程度の会合体が存在しており，SC 溶液と混合することで SA のモード径は 35 μm から 20 μm へとシフトした．この SA 会合体の体積分布の変化は，alginate-casein 間の分子間相互作用を示唆する．束状ファイバーを構成するゲルフィラメント（φ＜10 μm）は，この 20 μm 程度の会合体が伸張変形する
ことにより誘導されると推察した．
コーンプレート型回転粘度計を用いて，SA 水溶液，SC 水溶液，上相，下相溶液について粘度のせん断速度依存性を測定した（図 2）．SA 溶液，SC 溶液が低粘度な擬ニュートン流体として振舞うのに対し，水性二相分離が起こると上相，下相共に粘度が著しく増大し alginate-casein complexの形成を示唆している．さらに，上相溶液，下相溶液はどちらも，せん断速度の増大に伴い粘度が低下するずり流動性を示した．これらの結果は，上相および下相溶液はシアに応答して高分子会合体のコンフォメーションが変化することを示唆している．キャピラリーに通液された高分子会合体は，流れ方向へ伸張変形しフィラメント状ドメインを形成すると考えられる．
アルギン酸のグルロン酸ユニットが連続する G ブロックでは，規則的な水素結合が形成され，アルギン酸鎖は剛直な構造をとる．そのため高分子鎖同士の絡み合いの少ないアルギン酸の会合体では，シアによる変形が起こりにくいと推察されている 3．例えば，酸性多糖であるアルギン酸やペクチンは単独水溶液から電界紡糸によるファイバー形成が難しいことが知られている．溶液
中の共存分子が，G ブロック間の水素結合を開裂させこの diaxial 結合を壊すことで，アルギン酸
会合体はシアにより構造を変化させフィラメ
ント形状となると推察した．
流れ場におけるアルギン酸会合体のコンフォメーション変化をモデル図により示した(図3)．相分離していない SC/SA の一相溶液では，アルギン酸は G ブロック間の 1,4-diaxial 水素結合により剛直な構造をとる．流れ場においても，会合体は変形せず，そのままアルギン酸と共存するカゼインミセルは Ca2+イオンにより架橋する．アルギン酸もカゼインミセルも共にCa2+などの多価金属イオンにより架橋しヒド

図 2. SC (7.5 wt%), SA (1.0 wt%), SC/SA (7.5 wt%/1.0wt%) の上相, 下相溶液における粘度 (η) のせん断
速度 (γ) 依存性.

ロゲルを形成可能であるため，キャピラリー

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出口とほぼ同様の直径を有する一本の太いゲルファイバーが得られる．
相図から判断すると，分離した二相はど
ちらもゲル形成に十分な量のアルギン酸を 含んでい る 2 ． 相分離し た上相 は ，alginate-casein complex が存在し，流れ場においてシアによりフィラメント形状に伸張する．一方，SC-rich である下相においても，alginate-casein complex は存在しており，流れ場では過剰のカゼインでコートされたフィラメントを形成する．上相，下相
どちらのフィラメント状ドメインも，Ca2+
イオンと接触することで迅速なヒドロゲ

図 3. SC/SA ブレンドにおいてシアにより誘導されるフィラメント形成モデル．(a) SC/SA 一相溶液, (b) ATPS
上相 (SA-rich 相), (c) 下相 (SC-rich 相).

ル形成がおこり，細い複数のゲルフィラメントが得られる．また，ブレンド溶液を遠心分離し上相と下相溶液を採取しそれぞれを Inner flow としてゲルファイバーの合成を試験すると，どちらからも細いフィラメントは得られない．複数のゲルフィラメントの形成は，二相が共存し，異なる組成の高分子会合体が共在する条件からのみ可能である．
５. 結言
本研究では，SC/SA ブレンドの ATPS により誘導される高分子会合体がシアにより伸張変形するヒドロゲル紡糸法を試験し，タンパク質と多糖類を組み合わせたハイブリッドゲルフィラメントを合成した．高分子会合体の粒径分布，見かけの分子量解析，プレゲル溶液の粘度解析から，独立した微細なフィラメントを得るには，異なる組成の高分子会合体が共存し，それぞれがシア
によりフィラメント状ドメインを形成する必要が示唆された．本法は細孔ノズルを用いることな
く，容易に微細繊維を合成可能とする手法であり，生体安全性や生体適合性の高い素材など様々
なポリマーへの応用が期待できる．
参考文献
１）(a) Y. Takayama and N. Kato, Langmuir, 34, 13352-13360 (2018).
(b) Y. Takayama and N. Kato, Macromolecular Materials Engineering, 303, 1700558 (2018).
(c) N. Kato, K. Nagayoshi, Y. Takayama, and E. Nasuno, International Journal of Biological Macromolecules,
128, 304-313 (2019).
２）A. W. Pacek, P. Ding, A. W. Nienow, and M. Wedd, Carbohydrate Polymers, 42, 401-409 (2000).
３）H. Nie, A. He, J. Zheng, S. Xu, J. Li, and C. C. Han, Biomacromolecules, 9, 1362-1365 (2008).

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人間らしい対話を目指した音声合成に関する検討永田智洋（中核的研究機関研究員）
Tomohiro NAGATA（PD）
宇都宮大学 産学イノベーション支援センター 産学連携・イノベーション・知財部門
t.nagata@ cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 森大毅（准教授）
Hiroki MORI（Associate Professor）
宇都宮大学大学院 工学研究科 電気電子システム工学専攻 hiroki@ speech-lab.org
１. 緒言

音声合成技術の進展により、現在では明瞭で人間らしい音声を合成可能になった。しかしながら、その音声合成技術をもってしても人間と機械のインタラクションは人間同士のものとはかけ離れたものとなっている。この要因は様々なものが考えられるが、音声合成の観点に限ってみても、実際の対話場面を想定した音声を合成していないことが 1 要因として挙げられる。
対話において 1 つの発話は独立したものではなく文脈を持つ。この文脈は文法的なものだけではなく、対話者との関係などの広い意味での環境のことを指す。この文脈は韻律などの音響的特徴に影響を与えることが知られている [1]。
現在，統計モデルに基づく音声合成では音声の音響的特徴の変動要因を言語的特徴によって表現している．この言語的特徴は発話内で完結した情報のみが利用されていることがほとんどであり，対話における文脈は利用されていない．したがって，対話システムにおける合成音声は，1 発話を単独で評価した際の自然性は高くても，文脈にふさわしくないパラ言語的特徴を持つために対話として不自然となる可能性がある．
そこで，本研究では対話文脈を考慮した対話音声合成を行う．主観評価実験により，合成音声の自然性および文脈における適切性を評価し，提案法の有効性を検討する．
２. 理論
Deep Neural Network (DNN)に基づく音声合成では，言語的特徴と音響パラメータの関係を多層のニューラルネットワークでモデル化する[2]。本研究では言語的特徴に加えて，対話文脈を表現するための特徴(対話文脈ベクトル)を利用することを提案する．すなわち，言語的特徴と対話文脈ベクトルを入力とし，対応する音響パラメータを出力するネットワークを構築する．

本研究で提案するニューラルネットワークの構成を図 1 に示す．これは発話の情報を入力として対話文脈ベクトルを出力とする再帰ニューラルネットワーク(RNN)と、言語的特徴と対話文脈ベクトルを入力，音響パラメータを出力とする RNN で構成される．本研究では前者の RNN を対話文脈エンコーダ(DCE)と呼ぶ．

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平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

図 1: 対話文脈エンコーダを利用した DNN 音声合成の枠組み
本研究で利用する発話情報は (1)話者交替／話者継続情報 (2)笑いの有無 (3)話者の感情状態 である。話者交替／継続は発話の韻律的特徴と関連があることが報告されている他，話速の発話間における加減速傾向とも関係があることが示唆されている[3]．笑いは話者の感情などを伝達する社会的シグナルであり，対話において重要な役割を果たしている．笑いの有無の情報は当該発話だけではなく，笑いによる口角の上昇などが後続発話のフォルマント周波数などに影響を与えると考えられる。また、話者の感情状態は音声の音響的特徴に強く影響を与えるだけでなく、現在の感情状態を推定するための重要な手がかりになる。
３. 実験

本研究では，親しい友人同士の自然対話が収録されている宇都宮大学パラ言語情報研究向け音声対話データベース(UUDB)[4]の女性話者 1 名の発話を用いて音声合成を行った．音響モデルおよび継続長モデルの学習には 586 発話(約 16 分)が使用された．
言語的特徴は前後の音素やアクセント句，アクセント型などを表現する 564 次元のバイナリベ
クトルとした．また，音響モデル学習時は更にフレーム特徴 4 次元を追加した．対話文脈エンコーダへの入力は前述した発話情報を表現する 38 次元のバイナリベクトルとし，64 次元の対話文
脈ベクトルに符号化した．
音響パラメータはサンプリング周波数 16~kHz の音声から抽出された 40 次元のメルケプストラ
ム係数，対数基本周波数，1 次元の帯域非周期性指標，それぞれの動的特徴量，および有声／無声情報である．
対話文脈エンコーダには単方向 LSTM を使用し，入力層のユニット数は 38，中間層を 1 層，出力層のユニット数を 64 とした．音声合成用の RNN の入力層ユニット数は 674(言語的／パラ言語
的特徴 610+対話文脈 64)とした．中間層にはユニット数 512 の双方向 LSTM を利用し，出力層の12平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

ユニット数は 127(音響モデル)，1(継続長モデル)である．ネットワークから出力された音響パラメータからの波形合成には STRAIGHT ボコーダを用いた．
対話文脈を考慮することの有効性を検討するために，対話文脈を考慮せずに当該発話の情報だ
けから合成した音声(UTT)と対話文脈を考慮して合成した音声(UTT+DCE)を比較した．実験には，
男子大学生 3 名および男子大学院生 4 名が被験者として参加した．実験は静かな実験室内による両耳聴取によって行われた．
被験者には各条件で合成された音声と，その音声が発せられるまでに出現した自然音声の分析
合成によって作成された刺激が呈示された．刺激の例を図 2 に示す。

図 2: 被験者に呈示された刺激の例。
被験者には呈示された音声の対話における適切性を 5 段階(1:不適切, 5:適切)で評価するように指示した．
４. 結果と考察

実験結果として、被験者によって評価された適切性評価値の平均の分布を図 3 に示す。図より，提案法の適切性が従来よりも高いことがわかる(t(82)=-2.03, p<.05)。また、従来法および提案法の平均適切性評価値の平均はそれぞれ 3.29, 3.44 であり、提案法が文脈に対してより適切な音声を合成可能であることがわかる。また、合成音声そのものの自然性は両手法において同等であり、この結果の違いは純粋に対話文脈に適しているかのみを反映していると考えられる。

13平成３０年度宇都宮大学 CDI ポストドクター 研究成果報告書

図 3: 適切性評価実験結果
５. 結言

本研究では対話文脈を考慮するために DNN 音声合成に対話文脈エンコーダを導入することを提案した．また，対話文脈を考慮することの評価法として合成音声だけではなく対話文脈も呈示する主観評価実験を行った．自然性評価実験により，提案法は合成音声の自然性を保ちつつ，文脈に対する適切性が改善することを示した．
謝辞

研究を進めるにあたり、貴重なご意見・ご助言を頂いた森大毅准教授に深く感謝致します。
参考文献
１）小磯花絵, 米山聖子, 慎洋一,”『日本語話し言葉コーパス』を用いた談話構造と韻律との関係に関する一考察,” 言語・音声理解と対話処理研究会資料, vol. 37, pp. 139-144, 2003.
２）H. Zen, A. Senior, and M. Schuster, “Statistical parametric speech synthesis using deep neural networks,” in2013 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, 2013.
３）大須賀智子, 堀内靖雄, 西田昌史, 市川晶, “音声対話での話者交替/継続の予測における韻律情報の有効性,” 人工知能学会論文誌, vol. 21, no. 1, pp. 1-8, 2006.
４）H. Mori, T. Satake, M. Nakamura, and H. Kasuya, “Constructing a spoken dialogue corpus forstudying paralinguistic information in expressive conversation and analyzing its statistical/acoustic
characteristics,” Speech Communication, vol. 53, no. 1, pp. 36–50, 2011.

14招聘外国人研究者 研究成果報告書

15平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

Photonic solution in my laboratory(Phase retrieval using TIE and Backward third harmonic generation in NIM/PIM periodic
structure)
Prathan Buranasiri, Assistant Professor in Physics
Physics Department, Faculty of Science, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang,
Bangkok, Thailand
Excursion report 7.–23.01.2019
Yukitoshi Otani, Professor
Department of Optical Engineering
1. Research seminar, 16.01.2018, Utsunomiya University
In the seminar, two research topic research areas which we have conducted in our laboratories, Phase
retrieval using transport of intensity equation (TIE) technique for investigation of pitting corrosion on surfaceof materials and Backward third harmonic generation (BTHG) in NIM/PIM periodic structure were
presented. In the first research topic, the TIE technique has been applied to explore different kinds ofcorrosion of two important kinds of materials in Thai important industry, Co-Fe alloys and stainless steels.
Thailand is the production base lines of two biggest hard disk drive companies in the world, Seagate and
WD Co. Ltd. The Co-Fe alloys have been used for reading and writing head of hard disk drive and theywould be corroded during manufacture. Different kinds of stainless steel such as AISI 304 and AISI 420 are
the main materials that have been used as some parts in the gas and oil production lines.
TIE is the noninterferometric quantitative phase imaging (QPI) technique using partial coherent light [1].
Here, the image field has been used as its own interferogram. Using the noninterferometric set up, our QPI
device would be compact since the space for arranging the elements for the device is smaller than the space
which is needed for interferometric set up such as used in digital holography (another well-known QPItechnique). In our experimental setup a He-Ne laser at wavelength λ = 633 nm and a parallel expanded
beam system composed of an objective lens with a pinhole and a lens were used. Since in this investigation
the pitting corrosion on the surface of the interested samples (Co-Fe alloys and stainless steel of AISI 304
and AISI 420) had been explored, a beam splitter was also inserted in front of the sample for reflected theimage bearing light beam back into our 4-f imaging system which was used Canon camera as the recorderinstead of recorded film. Our samples and corrosion on the samples were prepared by the corrosion
laboratory of the Chemistry department, KMITL. The Co-Fe alloy film was electro-deposited using
CoCl2•6H2O and FeCl2•4H2O on the Cu surface. Moreover, the corrosion and the ratio of the corrosion on
the samples were prepared by using potentiodynamic polarization test in the laboratory as well.
Using the TIE concept, the gradient along propagating beam were recorded by shifting the camera over small
distances (Rayleigh range of the beam). In our experiment the position of the defocus recorded images weredifferent depended on different samples such as at ±2500 mm for AISI 304 and at ±1000 mm for AISI 420.
Then, the phase retrieval images were reconstructed by using TIE programing of Asundi group of Nanyang
university of technology of Singapore [2]. Our phase retrieval imaging results were supported by the imaging
results using Scanning electron microscopy (SEM) got from the Scientific instrument center of Faculty of
Science, KMITL. By using our TIE image results, we have founded more detailed of the structure of thepitting corrosion on the AISI 304 which wouldn’t noticed from SEM imaging.
In the second part of the seminar the backward third harmonic generation (BTHG) in one periodic structureof positive index material and negative index material (PIM/NIM) as shown in Fig. 1 was discussed [3]. A
set of couple mode equations (CME) involves with all beams was formulated using a multi-scale method.

16

平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

Using fast Fourier transform-pulse propagation method (FFT-PPM) with appropriate initial condition the
CME are numerical solved to simulate third harmonic frequency pulses and their conversion efficiencies.
In PIM/NIM periodic structure the BTHG conversion efficiency have been improved due to the local fieldenhancement at band edge frequency and the negative-index phase-matched condition (NIPM) from NIM
layers.

Figure 1. The illustration of BTHG mechanism in a 1D-PIM/NIM structure.
Metamaterials are artificial electromagnetic structures providing unnatural properties such as negativerefraction or reversal of Snell’s law, reversal of Doppler shift, and backward Cherenkov radiation [4]. The
key feature of metamaterials is having negative refractive index, so they are often called NIM due to theirsimultaneous negative permittivity and permeability. Various types of NIM have been developed to create
potential applications. The nonlinear optical effects can take the benefits of negative-index of NIM for
improving efficiency of nonlinear frequency conversions [5]. The nonlinear NIMs can possibly create thenearly phase-matched conditions by a method called “negative-index phase-matching (NIPM)”, for counterpropagating energy flow waves when fundamental frequency and converted frequency waves lie in thenegative-index and the positive-index frequency domain, respectively.
In this study, the NIM layers are obtained from the special metasurface, which is composed of two-dimensional periodic
arrangement of horseshoe-shape nano-antennas in a square lattices along x-y plane and pointing in z-direction embedded
in nonlinear tantalum pentaoxide (Ta2O5) slab with thickness L for providing dispersive properties of electric
permittivity and magnetic permeability in optical to near-infrared region. The dispersive permittivity of metal nanoantennas can be approximated by the Drude free-electron model:εˆm (ω ) = 1 −2ω pem,ω 2 + iγemω(1)where ω is the scaled frequency of corresponding electromagnetic field, ω pem is the scaled electric plasma frequency,and γem is the scaled electric damping factor. But the dispersive magnetic permeability of system of horseshoe nanoantennas is geometric dependent and described with below equation:µˆ m (ω ) =8a 2 pω 2,(π / 2 − G )π 3(2)

G 2a −2 / (εˆmbd ) [6]. Eq. (3) provides dispersion curve of permeability being consistent with Lorentz model.
where=For host medium (Ta2O5), the permeability is constant μd = μ0 but the permittivity is frequency-dependent, which
described by the Lorentz formula as follows:εˆd (ω ) = 1 +2ω ped,ω 02ed − ω 2 − iγed ω

(3)where ω ped is the scaled electric plasma frequency, γed is the scaled electric damping factor, and ω 0ed is thescaled electric resonant frequency for dielectric material. The values from dispersion curves of effective
permittivity and permeability are used to compute the refractive index of NIM layer with the formula
neff = ε eff µeff . To enhance the BTHG effect, the benefit of negative effective index of NIM layers at FF is17平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

used to creating the nearly phase-matched condition by the method that called “negative index phasematching (NIPM) as follows:∆k = (k3 − 3k1 )= ω 3 Re[neff (ω 3 )] − 3ω1 Re[neff (ω1 )] = 0.003

The magnitude of Δk is very small and close to zero, so that the efficient BTHG tends to be realized in the NIM layers.
As shown in Fig. the maximum energy output is achieved under nearly perfect phase-matched condition: Δk ≈ 0.003,
which obtained by using dispersive property of engineered NIM layer.

Figure 2. Total TH energy output Total TH energy output vs various phase-mismatch (Δk). The maximum TH energy
output is occurred when the nearly perfect phase-matched condition is satisfied.
Due to the periodic structure not only an increasing of BTHG efficiency is obtained by NIPM technique, butalso is obtained when the FF field is resonant and localized within the interacting medium. Here, theengineered NIM layer will be periodically arranged with ordinary dielectric material, SiO2. This periodic
arrangement of SiO2 layer has a positive-index across the frequency region of interest, and the NIM layer
has a negative-index over some frequency region. In one-dimension, this stack is simply called the onedimension PIM/NIM structure. In the periodic structure, the fundamental frequency (FF) fields in forwardand backward-propagating directions will encounter with multiple-reflection caused by the periodic
modulation of the refractive indices. Hence, the optimal thicknesses of PIM layer and number of periods
should be determined based on creating a resonant standing FF field inside the structure due to multiplereflection interference. By using transfer-matrix method (TMM), the transmission spectrum of the 1DPIM/NIM structure can be calculated and illustrated as shown in Figure 3a. To improve the resonance, thewavelength of the incident FF pulse is usually chosen at the long-wavelength band-edge. This resonant FF
field helps to create strong nonlinear effects inside periodic structure. This useful technique is called a “local
field enhancement mechanism”. The resonant FF field corresponding with local field enhancement, inside
the 1D-PIM/NIM structure are plotted in Figure 3b. By using optimal thickness of PIM layer and number of
periods, the field enhancement (FE) factor is defined by the ratio of the field amplitude in the last layer andthe incident filed amplitude asFE =Et (ω1 )Ei (ω1 )18

平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

(a)

(b)

Figure 3. (a) The transmission spectrum of the 1D-PIM/NIM structure. (b) The electric fieldenhancement, when tuning the incidental FF field wavelength to the long-wavelength band-edge ofphotonic band-gap.
Then, we now compare the conversion efficiency of TH frequency generating in backward-direction fromthe 8-periods 1D-PIM/NIM structure and equivalent-length NIM slab. The BTHG conversion efficiency iscomputed by using the percentage of output intensities of backward TH pulse and input FF pumping pulse
ratio. The Figure 4 shows the conversion efficiency as a function of input FF pumping level for BTHG
effects from the PIM/NIM stack (red line) and the efficiency of the single equivalent-length phase-matchednonlinear NIM slab, which is same material as composed NIM layers of the stack (blue dash line). Bothcurves suggest that these conversion efficiencies are increased with the intensity level of FF pulse andmaximized (0.1865% and 0.0146% respectively) at 2 GW/cm2, for this study. Both medium give high
BTHG conversion efficiency due to the nearly phase-matched condition inside NIM slab. The maximum
conversion efficiency of the backward TH pulse from PIM/NIM stack is obviously enhanced by a factor of
800 greater than backward TH pulse from single NIM slab because of including local field enhancement thatbeing provided only in periodic structure.

Figure 4. Comparison between the conversion efficiency of BTHG from the 8-periods 1D-PIM/NIM
structure (red line with circles) and the equivalent-length phase-matched single NIM slab (blue dashed linewith squares).
References
1.
2.
3.
4.
5.
6.

G. Popescu, Quantitative Phase Imaging of Cells and Tissues, Mc Graw-Hill 2 (011).
A. Asundi et.al., Fringe 2013 edited by W. Osten, Springer 2(013).
S. Wicharn et. al., JOSA B. 35(9) 2125, (2018).
J. B. Pendry and D.R. Smith, Physics Today 57(6) 37 (2004).
I. V. Shadrivov et al., J. Opt. Soc. A 23(3): 529 (2006).
A. K. Sarychev et. al., Phys. Rev. E 73 036609 (2006).

19平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

The Future of Urban Transportation in Cairo- the Opportunity and Challenge
Ahmed I. Mosa
Professor of Transportation planning, The German University in Cairo & the British University in
Cairo
Co- Founder and Managing Director of MASARAT consultancy
Excursion Report 10.-22.02.2019
Nobuaki Ohmori, Professor
Department of Civil Engineering and Regional Design

1. Research Seminar, 20.2.2019, Utsunomiya University
The seminar has addressed the mobility challenge of Cairo as well as the opportunities in terms of new
mobility offering. Cairo is the 10th largest metropolis in the world with population reached 20 million andaround 28 million trips/ year. Despite the high congestion in Egypt, the private car ownership rate actuallyremains among the lowest worldwide at approximately 50 cars per 1000 inhabitant. This is an order ofmagnitude lower than all EU countries, which mostly exceed 600 cars per 100 inhabitant. Even at the levelof Greater Cairo Region (GCR), the most congested urban agglomerate, the rate has only recently reachedapprox. 100 cars/1000 inhabitants, yet it continues to rise.
The relative evolution of transport in Greater Cairo over the past three decades suggests that the use ofpassenger cars (including taxis) has increased to now cater to a quarter of all motorized trips, but microbuses( informal transport mode), still dominate the market.
With regards to formal sector bus services, they have suffered an erosion of market share. Currently, around2700 buses are working in Cairo; nearly 50% of the fleets are beyond residual life. The informal sector on
the other hand (predominantly microbuses), on the other hand, appear to have achieved a very strong role interms of road-based public transport services absorbing near 8.1 million journeys per day at present.
Existing mobility systems in Cairo are close to breakdown. In 2015, the average time an urban dweller spends
in traffic jams recorded 300 hours per year, three times more than the Figure in 2010. The cost of Congestionis estimated at 8 Billion $US/ Year, only in Greater Cairo Area.
Future public transport demand will, vary depending on land-use planning as well as type of infrastructure
proposed. Dense and mixed-use planning of new urban communities favors the reduction in transportation
demand, but this is not always the case in current new urban settlements.

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平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

Figure 1: Mode split for Greater Cairo's 26 million trips (>500m)per day in 2014 (Source: Data from modelbased update by Egyptian Transportation Centre of Excellence of the Ministry of Transport, based on
CREATS, 2002 data) Being at such an early stage of motorization is a great advantage to introduce
sustainable mobility solutions.

••

GCR faces two crucial urban planning challenges as it continues to expand beyond 80-120 km east
and west of its central business district i,:
Dense inner city: Redeveloping or restructuring the inner city areas with very high population
density (approx. 21,700 persons/km2) to alleviate economic losses due to congestion, environmentalpressures, and loss of public space.
New urban communities: Functionally integrating the expanding new communities spreading overmore than 50km from the metropolitan centre. Eventually, such an extensive megalopolis structure
requires extensive capital investments to build new transport systems.

Delivering urban mobility will require more and more resources. Growth in urban travel needs is fast
outpacing the development of transport infrastructure. As stakeholders ranging from city administrations andtransport companies to telecomm operators and shared mobility companies consider a variety of alternatives
to current transportation, the need of the hour is to identify business strategies that enable sustainable
integrated urban mobility.
The mobility of the future will be flexible and integrated and will offer on-demand services to serve customer
demand. Car/bike/ride sharing coupled with advancements in high speed rail, micro-mobility and theemergence of mega corridors are offering customers the ability to move more conveniently, comfortably,
cost-effectively and quickly. Aided by new business models like car sharing and challenges in terms ofincreased cost of vehicle ownership (parking charges, servicing and maintenance, congestion charges, etc.),a new economic landscape provides stakeholders with an array of opportunities to exploit, in the quest

21平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

towards integrated mobility. Participants will benefit, as this briefing will introduce them to the opportunities
that are present in the market today.

Greater Cairo Urban Transport Master Plan – CREATS, 2003- Updated By Egyptian Transportation Center of
Excellence- Ministry of Transport (2014)i22

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平成 30 年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書
Sharing Research Findings and Experiences on Plant Science and Conservation
Frank Mgalla Mbago
Visiting Researcher from Tanzania
Botanist-Curator
The Herbarium Botany Department, University of Dar es Salaam, Tanzania, East Africa
15-28, March 2019
SAKAMOTO Kumiko, Associate Professor
School of International Studies, Utsunomiya University
1. INTRODUCTION
1.1. Background
Between the dates of 15th to 28th March 2019, I visited the Utsunomiya University based on invitation fromthe Center for Industry-University Innovation Support as a visiting researcher. The invitation was made byProfessor Yokota Kazutaka and initiated by Dr. Sakamoto Kumiko whom we have been collaborating
doing research in Tanzania on identifying and documenting useful plants used by various ethnic groups
since 2016 to date.
1.2. Objectives
The main objective of this visit was to strengthening the research activities between the two Academic
Institutions University of Dar es Salaam, Tanzania and Utsunomiya University through sharing researchfindings and experience especially on plant science and conservation.
2. RESULTS AND EVENTS DONE DURING THE VISIT
2.1. Shared experience from Tanzania and exchange of research findings in Utsunomiya University
A presentation on how infrastructural development projects affect useful plants in Tanzania was made at
Utsunomiya University attended by various academic members. The presentation explained vegetation
categories of Tanzania and useful plant species and how they are impacted by various human activities withspecial interest on infrastructural development projects. The audience enjoyed the presentation and learned
that factors which are contributing on impacting the vegetation in Japan which is an industrial country
differs from Tanzania. In Tanzania, major factors which affect the vegetation are bush clearing for
traditional cultivation and fuel wood collection along with infrastructural developments activities such as
mining and road construction.
I also had an opportunity to exchange research findings with professors at the School of Agriculture. It has
been interesting to find differences of problems in implementing forestry in Japan and Tanzania.

23平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

2.2. Experience gained by myself
In this esteemed visit in Japan, I visited various institutions which deal with vegetation and plant
conservation activities both ex-situ and in-situ. I also learned various modern ways of plant conservationand identification of useful plant species of Japan and worldwide. Those visited sites include:•

Visiting the natural vegetation of Tochigi prefecture in Ogaki Tsuga to understand vegetation
changes through infrastructural development and utilization of plants. The field visit to the naturalvegetation with the youth who are interested in insect collection was very impressive. The
identification of ancient indigenous gymnosperm trees species such as Juniperus and Pinus spp.
was very adventurous to me.

•

A visit to Tochigi Museum which preserve both flora and fauna specimens was very interesting
especially the herbarium where I met with a fellow curator Dr. Hoshi Naoto who showed mevarious useful plant specimens. I also practiced some modern herbarium techniques of preparing
herbarium specimens before filling in the cabinets. We also exchanged lists of interesting flora of
Tanzania and Japan which will stimulate research activities between the two countries.

Picture 1. Practicing modern herbarium techniques in the Tochigi Museum Herbarium•

A tour to Koishikawa Botanical Garden near Tokyo city was very useful and historical in thisvisit where I managed to see the oldest living tree preserved in the garden over 200 years and it has
proved the need for protecting our nature.

Picture 2. Ziziphus jujube var. spinosa planted in 1727 at Koishikawa Botanical Garden•

While in Kyoto city, a visit to Kyoto Botanic Garden was very interesting. I managed to see aworld Red listed threatened species of cactus known as ‘Golden barrel cactus’ Echnocactus
grusonii which is endemic to Mexico. That was good experience on the importance of ex-situ
conservation.

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平成30年度宇都宮大学 CDI 招聘外国人研究者報告書

Picture 2. Picture with Echnocactus grasonii at the Kyoto Botanical Garden•

Another visit made to the private Medicinal Plants Botanical Garden of Nippon Shinyaku,
where I saw an original famous useful plant Aloe species Aloe vera, a Mediterranean species
which its identification has been always confused in my country, was extremely useful.

•

A visit to Biwa Lake Museum and botanical garden was gorgeous where I observed and identify
various cultivated ornamental plants in the Botanical garden which some of them have been
introduced to Tanzania without their scientific identification names. There I got the names which
will help me identify the plants back in Tanzania.

•

Finally, a visit to Kyoto University where I met with Professor Juichi Itani with his research teammembers who are specialized on African studies including Tanzania, has been fruitful to both sides
as we managed to formulate more research activities to be conducted by researchers from Japanand Tanzania.
3. DISSCUSSION

With the above findings achieved in this short visit, it has been revealed that the invitation has been fruitful
to both Japanese and Tanzanian researchers.
4. WAY FORWARD
It has been noted that the need for such activities on exchange of visiting researchers to both sides is ofparamount important for stimulating research activities on both sides. More collaborative research activities
in Tanzania have been identified to the Japanese researchers through this visit which will increase andstrengthen the institutional collaboration between Utsunomiya and Dar es Salaam Universities.
5. ACKNOWLEGMENT
I would like to express my appreciation to Prof. Yokota Kazutaka, Director of Center for IndustryUniversity Innovation Support, Utsunomiya University, Prof. Takayama Yoshima, head of CDI (Creative
Dept. for Innovation) and Dr. Sakamoto Kumiko whom I am working with in Tanzania. Together they
have made great efforts for organizing all logistics which enabled my travelling and stay in Japan for two
weeks. I also would like to express a word of thank you to Dr. Esta Mvungi Head, Botany Departments of
the University of Dar es Salaam for releasing me from my working station and support on processing all
the necessary paper work enabled me travelling outside Tanzania.
Finally, I thank all the people of Japan for their truly and indispensable hospitality they showed me during
my two weeks stay in the country. Although I faced the language barrier in many places I visited, the facial
expression and body language showed to me made my way in Japan feel at home.
KARIBU SANA TANZANIA(Welcome to Tanzania)

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海外派遣動向調査若手研究者報告書

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平成３０年度宇都宮大学 CDI 海外派遣動向調査若手研究者報告書

ＣＤＩ海外派遣動向調査若手研究者報告書
サービスロボットの実現に向けた
自律ナビゲーション技術の開発― 遠隔地でロボットを操作するための脳・コンピュータ・インタフェースの開発＆RGB-D カメラネットワークを通じた顔認識による人物追跡システムの開発 ―Satoshi HOSHINO

星野智史(准教授)

工学部機械システム学科，大学院工学研究科機械知能工学専攻 hosino@cc.utsunomiya-u.ac.jp
2018 年 12 月 1 日から 2019 年の 2 月 1 日まで，2 ヶ月間の日程でイタリアはパドヴァ大学のIAS-Lab に訪問し，2 つの課題について現地の研究者とともに取り組み，相互の技術交流を行った．IAS-Lab は，イタリアだけでなくヨーロッパでも有名なロボティクスの研究室であり，潤沢な研究資金および優れた研究者が多数在籍しており，知識や技術面だけでなく，研究者としての考え方や予算獲得のためのノウハウ等，多くの知見を得ることができた．
1. パドヴァ大学
ボローニャ大学に次ぐ世界で 2 番目に歴史のある大学．1222 年，ボローニャ大学の教授と学生がより自由な学園を求めて設立された．当初
は法律と神学が教えられ，その後，天文学，弁
証法，哲学，文法，医学，

パドヴァ大学の本部があるパラッツォ・デル・ボー（牛の宮殿）

世界最古の人体解剖学

修辞学が教えられた．ガリレオガリレイは，1592 年パドヴァ大学で教授の職を得，1610 年まで幾何学，数学，天文学を教えた．
2. IAS-Lab
Intelligent Autonomous Systems Laboratory（IAS-Lab）は，パドヴァ大学の情報工学科に27

平成３０年度宇都宮大学 CDI 海外派遣動向調査若手研究者報告書

所属する研究室である．現在は Emanuele Menegatti
教授によって運営されているが，研究室の創設者はイタリアのロボティクスを代表する一人，Enrico
Pagello 教授である．IAS-Lab では，空間の知能化
や人と機械をつなぐインターフェースを通じた知的かつ自律ロボットの研究に取り組んでいる．そして，カメラネットワークシステムや脳波に着目したロボット操縦システムを開発している．これらの技
術は，世界的に見て極めて先駆的なものである．ロIAS-Lab のメンバーと写真撮影

ボティクスにおける人とロボットの関わりは，今後一層深まることは明らかである．警備ロボットやパーソナルモビリティといった，申請者が取り組んでいるサービスロボティクスの実現には，パドヴァ大学との研究協力が必要不可欠であると考え，2 ヶ月間の研究訪問となった．
研究室のメンバーは助教，ポスドク，Ph.D の学生によって構成されている．全員がなんらかの
プロジェクトと関連した研究に取り組んでおり，論文はロボティクスの分野では最も競争率の高い国際会議や学術誌に採択されている．国
籍は，ほとんどがイタリア人で，女性が 3 名いることに驚いた．私が訪問した際には，このう
ちの数名がヨーロッパの他の大学や研究機関に留学中であった．ヨーロッパでは国境を越えた人材（大学）の交流が盛んに行われている．
IAS-Lab での研究報告会の様子

3. セミナートーク
12 月 7 日，情報工学科のセミナーに招待され，研究紹介をさせていただく機会を得た．ここでは，約 1 時間ほど当研究室の内容を説明し，その後 30 分
以上にわたって教

情報工学科でのセミナートークの様子

授陣やポスドクお
よび Pｈ.D の学生と議論を交わした．人工知能分野における深層学習のロボティクスへの応用は，最も注目されている分野のひとつであり，当研究室でも当該テーマに取り組んでいる

28

平成３０年度宇都宮大学 CDI 海外派遣動向調査若手研究者報告書ことから，パドヴァ大学の自動運転の研究者から大変貴重なコメントおよび質問を頂いた．
4. 遠隔地でロボットを操作するための脳・コンピュータ・インタフェースの開発
P300 と呼ばれる脳波に着目し，これを入力コマンドに用いることで，ロボットを遠隔で操作するための脳・コンピュータ・インタフェース（BCI: Brain-Computer Interface）システムの開発に取り組んだ．右の図は，脳波を計測する装置であり，信号処理を行うことで脳波をロボットの操縦コマンドに変換することができる．左下の図は，脳波を信号処理した結果を示している．これをロボットへの操縦コマンドに用いることで，右下の図が示すように，サービスロボットの一種である
ソフトバンク社製のペッパーを T1～T3 の目的地に向け，途中障害物との衝突を回避しながら移動させることに成功した．

現在，著者らの開発したロボットの動作計画法である人工ポテンシャル法を BCI 技術と統合することで，脳波に基づいた操作コマンド
をポテンシャル場に変 換し,これに基づいたロボットのナビゲーション技術の開発に取り組んでいる．帰国した後も，パドヴァ大学との共同研究を進めることで，BCI と人工ポテ
ンシャル法の技術統合を目指す．
5. RGB-D カメラネットワークを通じた顔認識による人物追跡システムの開発
複数台のカメラネットワークにより，人物の検出，追跡，および特定を行うための研究プロジェクトである．このカメラネットワークシステムに，移動ロボットを導入することを想定する．そして，本システムにおいてロボットが人にサービスを提供することを目的とした技
術開発に取り組んだ．

29

平成３０年度宇都宮大学 CDI 海外派遣動向調査若手研究者報告書

右の図は，共同して開発に取り組んだポスド
クの小出氏である．彼が開発した複数台カメラによる三次元復元システムにより，1 台のカメラでは計測不可能な広範囲にわたる環境の三次元復元を実現した．
このシステムに深層学習に基づいた人物・顔認識システムを組み込むことで，広範囲にわたる人物の追跡を実現した（右下図参照）．本システムの特徴として，環境や部屋から対象者が出て再び部屋に入ってきたとしても，同一人物として追跡が可能なことが挙げられる．
さらに，三次元空間中における認識された対象人物の位置座標をロボットの目的地に設定
し，ロボットが目的地に向け自律移動するためのシステムを開発した．下図の左は復元された三次元空間をロボットの地図に変換したものを示している．

左の図中には，ロボットの位置や目的地（人）が示されていることが見て取れる．これらの情報は，3 台の Kinect カメラによって計測され，ロボットの地図として実時間変換の処理を経て生成されている．本システムを通じて，右上の図が示すように，ロボットは，対象となる人のところへコップを運ぶ「サービス」に成功した．
6. 謝辞
イタリアにおいて調査研究を行う機会を提供して下さった平成 30 年度宇都宮大学産学イノ
ベーション支援センター産学連携・イノベーション・知財部門（CDI）海外派遣若手研究者事
業に感謝致します．また，滞在中お世話になりましたパドヴァ大学の皆様に謝意を表します．

30

大学院生研究奨励金（研究グラント）
採択者研究成果報告書

31平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

加速器応用のための多層薄膜超伝導体評価用
空洞共振器の設計研究
及川大基（D3）
Hiroki OIKAWA（D3）宇都宮大学大学院工学研究科システム創成工学専攻 dt167103@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

東口武史（教授）

Takeshi HIGASHIGUCHI (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科電気電子システム工学専攻 higashi@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
薄膜超伝導体塗布による超伝導加速空洞の高電界化の研究は，現在 Saclay，SLAC，ANL，Cornell
大学，JLAB，FNAL などの全世界の研究機関で行われている [1]．加速空洞内表面にナノメート
ルオーダーで多層膜を塗布することは加速空洞の形状の複雑さや空洞の大きさから未だに難しい．そのため，加速空洞に応用する前に，材料選定や膜厚決定のため，試験片での評価が必要である．本研究では，多層薄膜超伝導体の臨界磁場や表面抵抗を測定できる空洞共振器の設計手法を提案した．空洞共振器は，試験片における磁場強度がそれ以外の空洞内壁での磁場強度の 2.13倍になるように空洞形状を設計した．アルミニウム製の試験空洞を製作し，空洞共振器内部に励振される電磁場が設計と同等な電磁場分布を実現できることを確認した．この結果から，空洞内RF パワーが 50 W のとき試験片に印加される磁場は 425 kA/m となり，所望の仕様を満たせることを示した．これらを踏まえ，ニオブ製の空洞共振器の機械的設計を行った．
２．設計
多層薄膜超伝導体評価用空洞共振器は，RF 領域での共振周波数を持ち，サンプルに RF 磁場が強く印加され，かつサンプル以外の空洞内表面には磁場が強く印加されないようにする必要がある．これは，空洞は超伝導体で製作する計画であり，サンプル以外での超伝導破壊が生じることを防ぐためである．このとき，サンプル部での磁場強度がその他の空洞内表面の磁場強度の 2 倍になるようにした．
図 1 に空洞共振器内空間の半球部中心を通るような断面における電磁場強度を示す．空洞での損失を減らすため，内表面に電場が励起されないように設計した．数値計算によると，半球部下
部のサンプル面に強い磁場が印加され，その磁場強度は 59.6
kA/m である．また，その他の面での最大磁場強度は半球部で 27.5
kA/m である．設計指針である 2 倍の比以上になったことから，試験機を製作し，内部に励振される電磁場分布を観測した．

32

図 1：空洞共振器内の電磁場強度分布平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

３．実験
前節で述べた設計に従って試験機を製作した．図 2に試験空洞共振器の概要を示す．空洞は上部のアンテ
ナより励振される．空洞の共振状態を調べるため，パワーピックアップアンテナを空洞下部に取り付けた．
電磁場分布測定のための微小体を通す穴が空洞半球部に開けてある．
この試験器を用いて，内部に励振される電磁場分布を測定した．実際には，微小体を空洞内に挿入し，走査させたときの電磁場変化による共振周波数の偏移量を測定した．また，電磁場シミュレーションでも，微小体を空洞内で走査させるシミュレーションモデ

図 2：試験空洞共振器の概形ルで計算し，実験結果と比較した．
４．結果と考察
前節で述べた微小体を用い，周波数偏移量を示す．
これにより，試作空洞は設計とよく合う電磁場分布を持つことがわかった [2]．これらの結果をふまえて，
図 3 に示すように，Nb 製多層薄膜超伝導体評価用空洞共振器を機械的に設計した [3]．
５．結言
多層薄膜超伝導体評価のための空洞共振器を電気的に設計し，試作機を評価した．超伝導サンプルでのRF 磁場強度は 59.6 kA/m，それ以外の空洞共振器内表

図 3： Nb 製多層薄膜超伝導体評価用
空洞共振器設計図

面での最大磁場強度は 27.5 kA/m であった．磁場強度の比は 2.16 であり，設計指針の比 2 を満足した．また，観測した電磁場分布から設計が良好であることを確認した．これらを踏まえ，Nb 製多層薄膜超伝導体評価用空洞共振器を設計した．
謝辞
本研究は JSPS 科研費 17J09072 の助成も受けて行われました．また，多くのご助言をいただきました高エネルギー加速器研究機構 (KEK) の早野仁司教授に深く感謝申し上げます．
参考文献
[1]

A.-M. Valente-Feliciano, Supercond. Sci. Technol. 29, 113002 (2016).

[2]

H. Oikawa et al., Rev. Sci. Instrum. 89, 076102 (2018).

[3]

H. Oikawa et al., Jpn. J. Appl. Phys. 58, 028001 (2019).

33

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

ウシ卵子の初期発生能に関与する卵丘細胞中の遺伝子マーカーの探索
阿其拉図（アチラト）（D3）
atchalalt

khurchabilig (D3)

東京農工大学大学院連合農学研究科 s160407w@st.go.tuat.ac.jp（指導教員）

長尾慶和

教授

Yoshikazu Nagao (Professor)
東京農工大学大学院連合農学研究科 ynagao@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
ウシは，性周期ごとに数多く小卵胞が出現し，その中の１個だけが優勢に育ち，排卵に至る
mono-ovulatory 動物である．排卵される前の小卵胞由来卵子を有効に活用する体外受精胚生産技術が普及しつつあり，畜産への貢献が期待されている．しかしながら，得られる移植可能胚数は安定せず，体外受精胚の発生率は３０％程度にとどまる．その要因として卵巣から回収する卵子の質が関与することは間違いない．卵胞形成過程において，IGF-1 や AMH ホルモンなどの
paracrine および autocrine 因子が卵胞発育に大きく関連するが明らかになっている．そこで，
本研究では，卵子を囲む卵丘細胞に着目し，ステロイドホルモン生産および卵胞発育に関する酵
素の遺伝子発現と卵子の発生との関連について解析し，卵子の初期発生能を非侵襲かつ簡便に評価することを目指す．
２．実験【実験１】成熟から発生までを通した個別培養による体外受精胚作出系の検討
と畜場において，卵巣を個体ごとに採取して実験室に運んだ．卵巣表面の直径２−６mm の小卵胞よりシリンジと針で吸引する方法で未成熟卵丘細胞卵子複合体（COC）を採取した．形態的に選別した良質卵子のみを 1 個ずつ２０μl の培養液ドロップへ導入し，体外成熟および体外受精を行った．その後，well of well ディッシュを用いて，受精卵を個別管理しながら発生培養を行った．培養７日後に実体顕微鏡下で胚観察を行い，卵割率および胚盤胞発生率（胚盤胞率）を求めた．５０μあるいは１００μl の培養液ドロップ中で，１０−２５個の卵子あるいは胚をグループとして培養する従来法を対照区とした．
【実験２】個々の卵子の卵丘細胞における mRNA 発現量とその卵子の初期発生能の関連について
実験１同様に体外受精由来胚を生産した．と体卵巣から得られた COC について，体外成熟に先たち，細いガラスピペットを用いて，約１００個卵丘細胞を採取した．その後，卵丘細胞から total
RNA を抽出し，リアルタイム RT-PCR 解析を行い，種々の遺伝子の発現量を定量解析した．得られた解析結果を遺伝子ごとに体外培養後に胚盤胞まで発生した群（発生群）と発生しなかった群（非発生群）に別け，発生群の値を１として相対発現量を求めた．解析した遺伝子は，ステロイド生
産関連因子として LHR，FSHR，STAR，CYP17al，HSD3，CYP19al および CYP11al，卵胞発育関連因子として FSHR，IGF-2R ，IGF-2R，AMH，BMPB2 および THBS1 とした．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

3．結果と考察
実験１において，卵割率および胚盤胞率については，従来区（８０．２％，２６．９％）と個別区（８０．１％，２６．７％）の間に有意な差は認められなかった．ドロップを用いて体外培養する際には，ドロップの表面/体積比により，培養液とオイルの間の物質交換およびオイル中の不純物の培養液への影響があり，培養効率が左右される．また，受精卵同士の相互作用は著しく影

小さな２０μL の培養ドロップおよび Well of well
ディッシュを用いて未成熟卵子から胚盤胞までの過経を，集団培養と同様な効率で行う培養系をはじめて確立した．これにより，実験２では，個々の卵子の卵
丘細胞の状態とその卵子の発生能との関連を解析することが可能となった．

□非発生群
Relative mRNA expression

響することが明らかになっている．今研究では，より

a

b

b

■発生群

a

図 1. 卵丘細胞における卵胞発育に関する遺伝子の相対発現量a-b：有意差あり

実験２において，ステロイド生産関連遺伝子のうち，LHR，STAR および CYP17al の発現は極めて少なく，確認できなかった．HSD3，CYP19al および CYP11al の発現において，両群の間に有意な差はなかったが，発生群では，高い傾向があった．これらの結果は，黄体化してない卵丘細胞において，LHR および CYP17a は発現しないという過去の報告と一致している．また，FSH の影響
で progesterone が生産されることが示唆されている．一方，卵胞発育に関する遺伝子の発現において，IGF-1R および THBS1 発現量は非発生群おいて有意に低かった(それぞれ P＜０．００１，
P＜お０．０５，図１)．FSHR，IGF-2R，AMH および BMPB2 の発現において，両群の間に有意な差がなかった（図１）．マウスおよびヒトにおいて，FSHR および IGF-1R の相互作用による細胞内シ
グナル活性が卵丘細胞のステロイド生産機能を維持する．本研究により，ウシにも同じ働きがあり，卵丘細胞のステロイド生産能と卵子の発生能が関連する可能性が示唆された．また，THBS1
は早期アポトーシスのマーカーであり，卵胞閉鎖に至る直前の卵子の質が高い可能性が考えられる．
4．結言
以上より，ウシの小卵胞の形成に関連する IGF1 シグナルと FSH シグナルの相互作用は卵丘細胞のステロイドホルモン生産能力に関連し，卵子の初期発生能に関連することが示唆された．また，卵丘細胞からの微量サンプルにおける特定の遺伝子を解析することで，より発生能の高い胚を選抜できる可能性が示唆された．今後は例数を増やすともに，得られた知見を応用して，個体別 IVF をフィールド応用することを目指す．
謝辞
ウシと体卵巣の採取にあたり,ご協力いただきました中尾畜産有限会社，筑西食肉衛生組合および株式会社神明畜産の皆様に深謝いたします．

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中国自動車メーカーの競争力向上
趙美慧（D4）
Meihui ZHAO（D4）宇都宮大学大学院国際学研究科博士後期課程 dk164601@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）磯谷玲（教授）Isoya AKIRA (Professor)
宇都宮大学大学院国際学研究科 isoya@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
近年中国の自動車産業は飛躍的な発展を遂げたが，その背景には販売量の約半数を占めている
合弁系自動車メーカーによる生産の現地調達化に伴う，技術指導や生産方式・管理方式の導入などが中国自動車産業全体の発展に大きく寄与しているという状況がある．
これまでの中国自動車産業におけるサプライヤー・システムに関する研究の多くは日本で行われていたため，日系合弁自動車メーカーやそのサプライヤーを対象とした研究が多数を占めている．一方，ドイツ系自動車メーカーも早い段階から中国に進出し，中国自動車産業に大きな影響を与えてきた．大衆乗用車部門では一汽 VW，上海 VW，高級車においてはドイツ系の BMW，ベンツ,
アウディが中国市場を長年リードし，中国の高級乗用車市場において 7 割のシェアを獲得し続けてきた重要な存在であった．今までドイツ系合弁自動車メーカーに関する研究においては一汽 VW,
上海 VW を対象とするのが多く，VW を中心とした一般乗用車分野に偏る傾向が現れている．しかし,中国におけるドイツ系自動車メーカーを考察する際にはより高い技術力と管理能力を凝縮した高級乗用車目メーカーも無視してはいけない存在である．
本研究は中国自動車産業におけるドイツ系合弁自動車メーカーのサプライヤー・システムや組織間協業関係を明らかにするため，ドイツ系合弁自動車メーカーにおいて影響力の大きい華晨
BMW，北京ベンツ，一汽 VW（一汽アウディ）の事例を取り上げ，そのサプライヤー・システムの共通点と相違点を抽出する．また，中国系自動車メーカーの競争力向上の視点から，華晨 BMW，
北京ベンツ，一汽 VW（以下「BBA 三社」と称する，BBA（BMW,Benz,Audi の略称））組織間協業関係の現状と現地調達のデータを照合して分析し，その問題点と課題を提言する．
２．理論
サプライヤー・システムに関する考察においては自動車メーカーの開発・生産段階の取引シス
テム（市場重視型，関係重視型）と，日常業務問題への対応システム（協力型，分業型）という2 つの基準から，多様なサプライヤー・システムを位置づけるというフレームワークを用いる．
本研究において筆者はドイツ系自動車メーカーである三社を対象に，全体的な範囲から見たサプ
ライヤー・システムに関する考察を行い，その結果をフレームワークに位置づけることを目的とする．
またサプライヤーとの組織間協業関係の現状を把握するため，組織間での開発，生産，取引段階の形態を考察する分類基準を設けた．筆者はこれらの分類基準項目から構成された調査票を用いて三社の組織間協業関係に関する考察を行い，中国系自動車メーカーの視点から中国系自動車産業の全体的な発展を図るためにその組織間協業関係の問題点やあり方を明らかにする．
３．実験
筆者はサプライヤー・システム，組織間協業関係に関する考察を行うため，三社に対してイン36

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

タビュー調査を行った．また，これらの考察に加え現地調達の進行状況も考察の視野に入れた．
筆者が行ったインタビュー調査結果に基づいて，以下の結論が得られた．
４．結果と考察本研究では，三社のサプライヤー・システムの型やそのサプライヤー・システムの共通点と相違点を分析した．また中国系自動車メーカーやサプライヤーの競争力向上の視点から，現状の BBA 三社組
織間協業関係の現状を照合して分析した．結果として，三社の共通点としては市場重視型の開発生産対応システム，協力型の問題への対応システムのハイブリッド型のサプライヤー・システムを導入していることである．相違点としては，組織間協業関係においては異なる仕組みを導入していることである．その原因は各社の販売量，売上高，利潤率さらに外資側企業と中国の合弁先の企業形態と規模などに関係することが分かった．結果として，三社の共通点としては市場重視型の開発生産対応システム，協力型の問題への対応システムのハイブリッド型のサプライヤー・システムを導入していることである．相違点としては，組織間協業関係においては異なる仕組みを導入していることである．その原因は各社の販売量，売上高，利潤率さらに外資側企業と中国の合弁先の企業形態と規模などに関係することが分かった．
また，現状の三社の組織間協業関係の現状と現地調達のデータを照合して分析した．上述のデータからみると，三社は多くの部品を現地で調達していることが分かる．データからみると，三社は多くの部品を現地で調達しているが，先端の技術と高品質の部品を提供する主要サプライヤーについては
外資サプライヤーが大部分を占め，中国系サプライヤーが少ないことが分かった．

５．結言
中国自動車産業の競争力を向上させるためには，中国系自動車組立メーカーだけでなく，サプ
ライヤーの発展と能力の向上が必要である．中国政府や中国系自動車メーカーは中国自動車産業の競争力を向上させるため，高品質の主要部品を生産できる中国系部品メーカーを育成し，それを多くの合弁系自動車メーカーに起用させるよう働きかける必要がある．今後の持続可能な発展を図るためには，合弁系自動車メーカーにおいての中国系メーカー側も開発と生産段階から積極的に参加し，外資系メーカーと共に優良な地場中国系サプライヤーの育成に注力すべきである．
参考文献
1）浅沼萬里：日本におけるメーカーとサプライヤーとの関係--「関係特殊的技能」の概念の抽出と定式化，經濟論叢，145(1-2),1-45,1990.
2)浅沼萬里:日本の企業組識・革新的適応のメカニズム: 長期取引関係の構造と機能,東洋経済新報社，1997.
3)藤川昇悟「中国の自動車産業クラスターにおける日系自動車メーカーの動向－吉林省長春市を事例として」，鈴木洋太郎編著『日本企業立地先としてのアジアの魅力とリスク』アジア太平洋研究所，pp. 43－62,2013.
4)朴泰勲:「階層的分業構造の海外移転と組織間システム― 一汽 VW,天津トヨタ,北京現代の事例研究」,『国際ビジネス研究学会年報』，pp.43-57,2008.
5)朴泰勲『戦略的組織間協業の形態と形成要因』白桃書房,pp.2-45,2011.
6)丸川知雄・高山勇一「サプライヤー・システム」『グローバル競争時代の中国自動車産業』
蒼蒼社，pp.16-272,2005.
7)李春利「中国の乗用車生産における国産化戦略とサプライヤー・ネットワーク」『産業学会
年報』第 9 号，pp.69-91,1996.

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

散骨と樹木葬に見られる死をめぐる象徴表現について
今野善伸（D2）
Yoshinobu KONNO（D2）宇都宮大学大学院国際学研究科国際学専攻 yo-konno@r3.dion.ne.jp（指導教員）

柄木田康之（教授）

Yasuyuki KARAKITA (Professor)
宇都宮大学大学院国際学研究科国際学専攻 karakita@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
1990 年代から葬送儀礼が従来の葬法から家族葬や直葬などの小規模化と簡略化の特徴がでてきており，社会状況，家族社会の変容，高齢化と少子化，祖先祭祀の希薄化などが見られる． コミュ
ニティに代わって葬祭業者の商業化が激しくなりつつ一方で，これらビジネスに背を向けた葬制の出現，墓に入らない選択として多様的な墓制が出現した．特に新しい葬法としての「散骨」「樹木葬」が出現した．これらの先行研究も散見されるようになったが，参加する人々の死に対する観念に迫った研究はまだ希少である．散骨や樹木葬に参加する人たちは，つまり，先祖墓や家族墓に入らない人
たちは，どうやって死の問題を解決しようとしているのか，従来の墓地祭祀と参加者の追悼行為の意
識調査から比較検討する．
２．理論
死者祭祀には葬送儀礼と死の文化の観念の二つの象徴表象が見られる．死者儀礼は死者の死によって生じた社会関係の変化を文化的に回復することであり，この回復法は社会変化によって変化する．
３．調査
本研究の目的は社会変化の中で変容している死の文化的回復法が変化していることを「自然 葬」「樹木葬・樹葬」の現状を調査することで明らかにすることである．自然葬については，散骨の先駆
者『葬送の自由をすすめる会』へのボランティアスタッフとして手伝いながら，インフォマントを見つけて自然葬に参加する人々の語りを収集した．調査中途ではあるが，4 人のインフォマントに依頼し，語りを収集した．また，機関誌を丹念に読んで，どういう意識をもって参加したのか，投稿された自然葬感想文約千件を収集した．
同じく樹木葬の桜葬を実施している『エンディングセンター』にも出向き，上記同様の方法でインフォマントを見つけ，サンプルを収集した．本研究では，樹木葬に参加する人々との対話からライフストリーを 6 人収集した．研究方法として，月１回開催する読書サークルに参加して会員の意識調査を行い，2016 年から正会員になり内側の立場から問題を掘り下げた．
４．結果と考察
１）戦後の葬墓制の変容と商業化
死の儀礼への研究は新しいものではないが，本研究の特徴は葬送儀礼の変容を追うために実際の大手旅行会社が企画している終活ツアーに参加した．さらに葬祭業・看取り・墓などを取り巻くエ
ンディング産業展の実態を把握して，葬送業界が商業化の一途にあることをまとめた．
具体的には 2018 年 10 月 14 日行われた日本民俗学会第 70 回年会（駒澤大学）において，「現38平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

代における葬送の変容について －終活ツアー・エンディング産業展などの終活ビジネスをとおして」と題して発表をおこなった．
２）死後の自己決定権，人格権
従来，死者は故人の年忌をおこない 33 回忌などの弔い上げによって，先祖として祀られてきた．
死んでいくものは生前にさほど死を意識することなかったし，遺された家族も墓埋葬が当たり前との慣習で踏襲してきた．一方，散骨という形態は，よりどころとなる墓への埋葬を行わないので，弔い上げという概念が存在しない．代わりに自分の骨を散骨してくれるように生前に何らかの形で伝える，遺言することで確実に散骨が行われるようにする．
『葬送の自由をすすめる会』では「死後の自己決定権」と呼んでいるが，散骨の難しさは遺されたものが故人の散骨を行うほか方法がないことにある．本研究では『葬送の自由をすすめる会』の遺骨の処理をめぐっての論争を「遺骨（焼骨）は単なる物体なのか，あるいは人格あるモノなのか」という対立として整理し，2018 年 9 月 14 日行われた日本比較文化学会東北・関東支部合同例会（山形大学）において，「『葬送の自由をすすめる会』におけるゼロ葬をめぐる死後の人格権について」と題して発表を行った．

参考文献
１）井上治代（2003）『墓と家族の変容』，岩波書店『日本社会の自然葬に関する民族史研究
２）金セッピョル（2015）－NPO 法人「葬送の自由ををすすめる会」を中心に－』，総合研究大学院大学博士論文
３）葬送の自由をすすめる会（2005）『自然葬ハンドブック』，凱風社
４）葬送の自由をすすめる会・会報『そうそう 1 号（2013.9）～そうそう 9 号（2015.9）』』
５）葬送の自由をすすめる会・会報『再生 0 号（1991.10）～再生 110 号（2018.6）
６）田口宏昭（2011）「自然葬アンケート調査報告」，熊本大学『死の文化の比較社会学』，梓出版
７）中筋由紀子（2006）８）森謙二（2014）『墓と葬送のゆくえ』，吉川弘文館
９）山折哲雄（1990＝2002）『死の民俗学—日本人の死生観と葬送儀礼-』，岩波書店

10）山田慎也（2007）『現代日本の死と葬儀』，東京大学出版会

39平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

カイコ核多角体病ウイルス La 株を用いた高発現型バキュロウイルス発現系の構築
藤本正太（D2）
Shota FUJIMOTO（D2）東京農工大学大学院連合農学研究科生物生産科学専攻 s171397w@st.go.tuat.ac.jp（指導教員）

岩永将司（准教授）

Masashi IWANAGA (Associate professor)
宇都宮大学農学部生物資源科学科 iwanaga@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
カイコ核多角体病ウイルス（BmNPV）は，鱗翅目昆虫であるカイコに特異的に感染する二本鎖 DNA ウイルスであり，感染末期に多角体と呼ばれるウイルス包埋体を大量に形成する．この多角体の主成分であるポリへドリンは非常に強力なポリへドリンプロモーターにより発現され，このプロモーターを用いた外来タンパク質発現系（BEVS）は既に獣医薬の生産等に広く利用されている（Maeda et al., 1984）．近年，当研究室では，カイコ BEVS において一般に利用されているウイルス株である T3 株よりも多くのポリへドリンタンパク質の発現を行うラオス由来のウイルス株である La 株を見出した（Fujimoto et al., 2017）．先行研究においてレポーター遺伝子としてホタルルシフェラーゼ（Luc）を発現させたところ，La 株は T3 株よりも 2-4 倍の Luc 遺伝
子を発現し BEVS における有用な新規ベクターになり得ることが示唆された．そこで本研究では，
La 株を用いた 2 つ目の発現事例としてレポーター遺伝子 LacZ を発現させ，T3 株とその活性を比較する．更に，効率的に組換えウイルスを構築するための線状化ゲノムウイルスの作製やウイル
スがコードするプロテアーゼ遺伝子（CP）の欠損を行うことにより，La 株を用いた高発現型 BEVSを構築する．
２．実験①LacZ 遺伝子の発現比較
T3 株，及び La 株のトランスファーベクターに LacZ 遺伝子を挿入し，その後 ，各ウイルス
ゲノムと共に培養細胞へコトランスフェクションした．得られたウイルス液からプラークアッセ
イにより組換えウイルス（T3_LacZ,La_LacZ）を単離し，力価を合わせ培養細胞，及び幼虫個体へ接種した．その後，感染継時的な LacZ の活性を基質を用いたアッセイにより調査した．
②La 株線状化ゲノムウイルスの構築
La 株のポリへドリン遺伝子周辺をクローニングしたベクターに，iPCR により La 株ゲノム上に存在しない制限酵素である BlnⅠの配列を挿入し，線状化カセットを構築した．その後，培養細胞内での相同組換えにより La 株線状化ゲノムウイルス（La_L）を得た．
③La 株プロテアーゼ遺伝子の欠損
La 株にコードされているプロテアーゼ遺伝子（CP）の CDS 内部に LacZ を挿入した CP 欠損
カセットを構築した．その後，上記で作製した La_L ゲノムと培養細胞へコトランスフェクショ

40

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

ンすることで CP 欠損ウイルス(La_L_CPD)を得た．ウイルスを単離後，更にこのウイルスに Luc
遺伝子を組み込んだウイルス（La_Luc_CPD）を構築し，既存の La_Luc と LUC 活性を比較した．
LacZ activity

３．結果と考察

250000T3 LacZ①LacZ 遺伝子の発現比較

La LacZ

200000

La_LacZ と T3_LacZ の発現量を比較した結果，Luc とは異なり LacZ の活性

150000は La 株の方が低く T3 株の 0.6 - 1 倍であった（図 1）．この結果は，培養細胞，

10000050000

及び幼虫個体のどちらについても同様であり，mRNA の量を測定した結果も同0様であった．このことから，ウイルス株とタンパク質の組み合わせにより発現量が変化する可能性が考えられた．

図1②La 株線状化ゲノムウイルスの構築

48

72

96

幼虫体液中の LacZ 活性の比較

La 株線状化ゲノムウイルスを単離後，ウイルスをカイコ幼虫に接種し，感染幼虫から多角体を精製した．精製した多角体からウイスルゲノムを回収し BlnⅠ処理したところ，BlnⅠ配列を導入した 2 箇所が切断され約 2.3 kb の断片が生成された．これにより，La 株ゲノムの線状化が行われたことを確認した．

Luc activity
1.6E+08③La 株プロテアーゼ遺伝子の欠損

1.4E+08

La_Luc と CP 欠損ウイルスである La_Luc_CPD の LUC の活性を比較した

1.2E+08

結果，La_Luc_CPD は La_Luc に比べて LUC の活性が高く，ウイルス接種後

8.0E+07

96 時間において La_Luc の約 1.5 倍であった（図 2）．このことから La 株の4.0E+07

CP 欠損はタンパク質発現において正の影響を与えることが明らかとなった．

0.0E+00

図2

La Luc

La ΔCP Luc

1.0E+08

6.0E+072.0E+07

48

72

96

144

培養細胞における LUC 活性の比較

４．結言
本研究では，La 株を用いた BEVS 構築のために LacZ 遺伝子の発現比較，線状化ゲノムウイ
ルスの構築，及びその CP 遺伝子欠損ウイルスの構築を行った．LacZ の発現では LUC と異なり，
La 株での発現量は T3 株よりも少なかった．今後，更なるレポーター遺伝子の解析によりウイル
ス株とタンパク質の発現量の関係について調査する必要がある．また，La 株の線状化ゲノムウイ
ルスを作製し，その CP 遺伝子の欠損を行った．CP 遺伝子欠損株における LUC の活性は，野生型と比べて活性が最大の接種後 96 時間において約 1.5 倍となり，CP 遺伝子の欠損は外来タンパ
ク質発現に正の影響を与えることが明らかとなった．今後，このウイルスベクターを用いて種々のモデルタンパク質の発現を行い，La 株 BEVS が実用化可能か調査を行う．
参考文献
1）Maeda, S., Kawai, T., Obinata, M., Chika, T., Horiuchi, T., Maekawa, K., Nakasuji, K., Seki, Y., Sato,Y., Yamada, K., Furusawa, M. (1984) Characteristics of human interferon α produced by a gene transferred
by a baculovirus vector in the silkworm , Bombyx mori. Proceedings of the Japan Academy, Series B,
60(10): 423-426.
2）Fujimoto, S., Kokusho, R., Kakemizu, H., Izaku, T., Katsuma, S., Iwashita, Y., Kawasaki, H., Iwanaga,
M.（2017）Characterization of a Bombyx mori nucleopolyhedrovirus variant isolated in Laos. J. Insect
Biotechnol. Sericol. 86: 85-94.

41

120

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

外来性オルガネラゲノムによるナタネのバイオマス向上の分子メカニズム解明と実用化
藤田祥明（D2）
Yoshiaki FUJITA（D2）東京農工大学大学院連合農学研究科生物生産科学専 s175429s@st.go.tuat.ac.jp（指導教員）

房相佑（教授）Sang-Woo BANG (Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 bang@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
アブラナ科近縁野生種 Diplotaxis erucoides 由来のオルガネラゲノムを種・属間交雑および連続戻し交雑により導入された Brassica napus 系統(cyt-De)は，従来の同質細胞質 B. napus 系統(Auto)と比較して種子の大粒化や葉面積の増大が観察され，バイオマスの向上がみられた．
本研究では，外来性オルガネラゲノムの導入によるバイオマス向上という有用形質を活用する
ため，B. napus における外来性オルガネラゲノムと内在性核ゲノム間の分子機構を明らかにするとともに，それらの農業的有用形質の定量化を目的とした．
２．実験（１）供試材料(cyt-De) B. napus 系統と(Auto) B. napus 系統との正逆交雑により得られたオルガネラゲノムが異なる 2 系統用いた．
（２）種子および葉の形態特性調査
種子形態特性調査は，正逆交雑により得られた種子の 100 粒重を計測した．
葉の形態特性調査は，移植後 10 日，20 日，30 日目における植物体全体の葉面積および地上部
乾燥重を求めた．
（３）葉の内部構造観察
葉の内部構造観察は，テクノビット 7100 を用いた樹脂切片法により本葉の横断切片を作製し，細胞観察を行うことで，孔辺細胞の大きさ，柵状組織と海綿状組織の大きさおよび表皮細胞間の細胞数を計測した．
３．結果と考察(cyt-De) B. napus 系統の種子は， (Auto) B. napus 系統と比較して種子の大粒化を示し，高い発芽勢がみられた (図 1)．栽培条件を制御できる人工気象器内で栽培した(cyt-De) B. napus 系統は，
葉面積および地上部乾燥重において移植後 10 日，20 日，30 日目において(Auto) B. napus 系統と比較して有意に高い値を示した (図 2)．これらのことから，(cyt-De) B. napus 系統において(Auto)42平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

B. napus 系統と比較してバイオマス向上が観察された．
葉の内部構造観察により，(cyt-De) B. napus 系統は柵状組織の肥大により，厚い葉に発達することが分かった (図 3)．A. thaliana において色素体遺伝子 GUN1 の発現低下による核ゲノムへの逆行性シグナルによって海綿状組織への発達を遅延または停止することが報告されており ［1］，
本研究で観察された柵状組織の肥大は，オルガネラゲノムからの逆行性シグナルによる可能性が示唆された．
(c)(a)*(Auto) B. napus

Emergence rate (%)

100 seeds weight (g)

0.7
0.6
0.5

0.4
0.3
0.2
0.1

3

(Auto)

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14

Days after sowing

(c)

(b)

*

*

*

*

Total leaf area per

160
140
120

100
80
60
40

0.8

10

3

4

5

20

6

7

8

30

9

0.4

1

2

10

3

4

5

20

6

7

8

30

Days after planting

epidermal cells

図 2 (cyt-De) B. napus 系統の生長特性
Number of cells between

Spongy tissue size (μm2)

Palisade tissue size (μm2)

1.2

0.0
2

Days after planting(Auto) (cyt-De)

*

1.6

20
1

(d)

*

2.0

180

0

(c)

(cyt-De)

04(Auto) (cyt-De)(cyt-De)*(Auto)

20

(a)

(b)

30 DAP(cyt-De)40

図1 (cyt-De) B. napus 系統の種子形態(Auto)

20 DAP(cyt-De)60

1
2

10 DAP(Auto)

80

01(cty-De) B. naus

100

Dry weight (g)(b)(cyt-De)(Auto)

plant (cm2)(a)(Auto) (cyt-De)(Auto) (cyt-De)(De)

図 3 (cyt-De) B. napus 系統における葉の内部構造

４．結言
本研究により(cyt-De) B. napus 系統は，(Auto) B. napus 系統と比較して種子の大粒化と葉面積の増大することが明らかとなった．(cyt-De) B. napus 系統におけるバイオマス向上の要因を調査したところ，バイオマス向上は柵状組織の肥大に起因することが示唆された．A. thaliana において葉緑体に局在する RSH による緊縮応答によって植物体の生長や大きさが制御されることが報
告されており［2］，本研究におけるバイオマス向上は，外来性の葉緑体に置換したことによる光合成活性の変化によると示唆された．
これらの研究成果により核とオルガネラ間のゲノム再編による「オルガネラゲノムを対象とした育種」という新規作物育種法の確立につながることが期待される．
参考文献［1］Tameshige, T., Fujita, H., Watanabe et al. (2013). Pattern dynamics in adaxial-abaxial specific gene
expression are modulated by a plastid retrograde signal during Arabidopsis thaliana leaf development.
PLoS［2］Maekawa, M., Honoki, R., Ihara, Y., et al. (2015). Impact of the plastidial stringent response inplant growth and stress responses. Nat. Plants 1: 15167.

439

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

褐色腐朽菌オオウズラタケが持つデンプン分解酵素の役割
田中裕基（D1）
Yuki TANAKA (D1)
東京農工大学大学院連合農学研究科応用生命科学専攻 s189031u@st.go.tuat.ac.jp（指導教員）羽生直人（教授）Naoto HABU (Professor)
宇都宮大学農学部 habu@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
褐色腐朽菌は主として針葉樹に発生し，強力に木材構造を分解することで知られる．針葉樹に発生しやすいという特徴から，針葉樹を建材として利用している地域では，木造建造物を劣化させる害菌として扱われている．また，褐色腐朽菌による木材分解機構は複雑であり，不明な点をいくつも残している．
褐色腐朽菌オオウズラタケ（Fomitopsis palustris）により腐朽された木材を顕微鏡観察したとこ
ろ，腐朽の初期において，多くの菌糸が放射柔細胞に侵入していることが観察された．放射柔細胞は栄養源の貯蔵などの役割を持っており，細胞内にデンプン粒が存在していることが知られている．また，木材を分解している過程における褐色腐朽菌の遺伝子発現を解析した研究では，腐朽の初期にデンプン分解酵素の一つであるα-アミラーゼが多く発現していることを報告している 1）．これら先行研究から，腐朽の初期に放射柔細胞中のデンプンを分解することが褐色腐朽にとって重要であることが示唆された．一方で，褐色腐朽菌由来のデンプン分解酵素に関する報告は非常に少なく，酵素の特性や褐色腐朽におけるデンプン分解の意義については明らかになっていない．そこで本研究では，褐色腐朽菌のオオウズラタケが分泌するデンプン分解酵素を精製し，その酵素的特性の解析を行った．
２．実験
２％の可溶性デンプンを含む液体培地でオオウズラタケを振とう培養し，経時的に培養液をサンプリングした後，回収した培養液のデンプン分解活性，タンパク質濃度，pH を測定した．デンプン分解活性の経時変化をもとに培養期間を設定し，酵素精製を行った．培養後の培養上清を限外ろ過により濃縮し，粗酵素液とした．粗酵素液を４段階のカラムクロマトグラフィーに供して酵素精製を行い，得られた精製酵素は SDS-PAGE により純度および分子量を概算した．また，得られた精製酵素の酵素的性質を明らかにするため，pH，温度および金属イオン等の影響，酵素
分解生成物，基質特異性を分析した．
３．結果
4 段階のカラムクロマトグラフィーに粗酵素液を供したところ，3 種類のデンプン分解酵素を精製することができた（AmyA，AmyB，AmyC と命名）．SDS-PAGE の結果，AmyA，AmyB

44

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

および AmyC の分子量はそれぞれ 59 kDa，87 kDa および 71 kDa であった．また，これらのバン
ドを切り出し，トリプシン消化を行った後，得られたトリプシン消化物を LC-MS/MS により分析したところ，AmyA は糖質加水分解酵素（GH）ファミリー47，AmyB は GH ファミリー13，AmyC
は GH ファミリー15 に属することが明らかになった．酵素分解生成物を TLC により分析したところ，AmyB はエンド型，AmyC はエキソ型の分解様式であることが明らかとなったが，AmyAに関してはどちらの分解様式とも異なることが示唆された．さらに，AmyA，AmyC は pH，温度に対して非常に安定性が高かったが，それとは反対に AmyB は非常に不安定な酵素である
ことが明らかになった．基質特異性に関しては，どの酵素もプルランやデキストランのようにα-1,6-結合を多く含む基質に対しては活性が比較的低いことが明らかになった．
４．考察
褐色腐朽菌オオウズラタケからデンプン分解酵素を精製し，特性解析を行った．その結果，性質の異なる 3 つのデンプン分解酵素を精製することができた．このことから，オオウズラタケはデンプンを分解するために複数種類の酵素を用いてデンプンを分解していることが明らかとなった．また，GH ファミリー47 に属する酵素はα-1,2-マンノシダーゼとして知られており，デンプン分解酵素が属するという報告はなかった．従って，AmyA は新規のデンプン分解酵素である可能性が高いと思われる．一方で，デンプンはα-1,6-結合を含んでおり，この結合を切断する酵素も存在している．今回精製したデンプン分解酵素はα-1,6-結合を含む基質に対しては活性が比較的低いことから，α-1,6-結合を切断する酵素と協調的に作用することが予想された．
５．結言
今回の研究で，これまで明らかにされてこなかった褐色腐朽菌由来のデンプン分解酵素の性質を明らかにし，また，新規のデンプン分解酵素の存在が示唆された．一方で，実際の褐色腐朽過程におけるこれらデンプン分解酵素の発現量に関しては分析を進めているところであるため，これら酵素の役割，および褐色腐朽におけるデンプン分解の意義を明らかにするには至らなかった．
今後は分子生物学的手法を用いて，デンプン分解酵素の役割等について検討を進めていきたいと
考える．
参考文献
1）Zhang J et al (2016) Localizing gene regulation reveals a staggered wood decay mechanism for thebrown rot fungus Postia placenta. PNAS, 113(39), 10968-10973

45平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

変動磁場を利用した超精密磁気研磨法に関する研究
謝 恵君（D1）
Huijun XIE（D1）宇都宮大学大学院工学研究科システム創成工学専攻 dt187109 @cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

鄒艶華（准教授）Yanhua ZOU (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能専攻 yanhua@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
近年，半導体製造装置用部品，光学部品，バイオテクノロジーなど様々な分野での精密部品に需要が拡大しており，それらの発展に伴い，工作物表面をナノレベルかつ高効率に仕上げる精密研磨技術が求められている．そこで，本研究では変動磁場を利用した超精密平面加工法を提案し，5052 アルミ合金で作られた部品の高能率・高精度加工を実現することを目的とする．
２．加工原理磁性砥粒と研磨砥粒に研磨液を用いて混ぜた磁気研磨スラリーを使用する．磁極先端のトレーの上に磁気研磨スラリーを乗せてある．電磁コイルに交流電流を通電させると電磁極先端に変動磁場が発生し，磁性粒子は磁力線に沿って磁気ブラシを形成する．電流が変わると磁性粒子に作用する磁力が変わる．これを繰り返すことにより磁気ブラシが上下方向に動く．これらの動きを利用して，研磨材の新陳代謝及び磁性砥粒の分散が実現できる．
３．実験装置及び実験条件
図 1 に，実験装置の概観写真と加工部の拡大写真を示す．図示のように，電磁コイルはリニア
スライダの台に取り付けてあり，電磁極の送り運動を与え，モータⅡによって磁極の回転運動が実現できる．工作物は工作物固定台に乗せ固定する．磁極先端のトレーに乗せられた磁気研磨ス
表１

Magnetic cluster
Tray

Workpiece
Coil
MotorⅡ

Ⅱ

Motor Speed control system
図1

実験装置の概観写真と加工部の拡大写真

46

加工条件

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

ラリーが，変動磁場によって振動させられ工作物に押し付けられることにより，研磨が行われる．
表１に実験条件を示す．5052 アルミ合金平板を加工対象とし，磁極は SS400 材の先端に水平方
向と垂直方向全部で 8 本の溝を刻んだ．磁場を変動磁場，直流磁場に変更した．実験方法は，5分または 10 分ごとに表面粗さを測定し，磁気研磨スラリーを新しいものに変え，合計 20 分の研磨実験を行った．
４．結果と考察
表面粗さと加工量の変化を図 2 に示す．図 2（a）示のように，表面粗さと加工量を比較すると，変動磁場と直流磁場でほぼ同じ値となった．図 2（ｂ）示のように，加工量を比較すると，変動
磁場で最も加工量がある．表面粗さを比較すると，変動磁場と直流磁場でほぼ同じ値となった．
これらの結果となった理由は研磨材の新陳代謝及び磁性砥粒の分散からであると考えられた．
Ra (Direct)
M (Direct)

6.67 nm Ra (Alternating)
11 nm Ra (Direct)

Finishing time T (min)Finishing time T (min)(a) Single finishing time 5 min(b) Single finishing time 10 min

Material removal M (mg)Material removal M (mg)6.33 nm Ra (Alternating)11.33 nm Ra (Direct)

Surface roughness Ra (nm)Ra (Alternating)M (Alternating)Ra (Direct)
M (Direct)

Surface roughness Ra (nm)Ra (Alternating)M (Alternating)

図 2 表面粗さと加工量の変化

５．結言
本研究は，変動磁場を利用した超精密平面加工法を使用する，5052 アルミ合金平板の高能率・高精度加工実験を行った．実験結果によって，工作物の表面粗さは加工前の 317 nm Ra から 6.33
nm Ra まで向上でき，ナノレベル超精密表面を創成できることを明らかにした．
参考文献
1） 鄒 艶華（2016）変動磁場を利用した新しい超精密平面磁気研磨法に関する研究. 2016 年度精密工学会秋季大会，茨城
2） Zou YH, Xie HJ, Dong CW, Wu JZ (2018) Study on complex micro surface finishing of alumina
ceramic by the magnetic abrasive finishing process using alternating magnetic field. Int J Adv Manuf
Technol 97(5–8):2193–2202

47

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

レーザープラズマ相互作用を用いた
高出力テラヘルツ電磁波によるテラヘルツ波粒子加速器の実現
福田 琢也（D2）
Takuya FUKUDA（D2）宇都宮大学大学院工学研究科システム創成工学専攻 dt177110@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

湯上 登（教授）

Noboru YUGAMI (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科先端光工学専攻 yugami@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
現在，粒子加速において一般的に用いられているマイクロ波加速器では導波管表面の絶縁破壊電圧により制限を受けるため，荷電粒子を高エネルギーに加速するためには装置の大型化が避けられない．対して，加速場にマイクロ波よりも周波数の高いテラヘルツ波を用いると，導波管表面の絶縁破壊を防ぎ，より大きな加速勾配を得ることができるため，粒子加速器の大幅な小型化および低コスト化が成されると期待されている [1]．しかし，実際にはテラヘルツ波
粒子加速器に用いられる高出力なテラヘルツ波光源が存在しないため光源開発は非常に重要な意味を持つ．本研究ではテラヘルツ波粒子加速器に用いるテラヘルツ波光源として，静電場
印加レーザー生成プラズマからのテラヘルツ電磁波に着目し，特性の解明を行った [2]．
２．実験
実験概念図を図１に示す．エネルギー 100 mJ, パルス幅 120 fs，波長 800 nm のチタンサフ
ァイアレーザーを集光距離 800 mm のレンズで大気中に集光しプラズマを生成する，生成したプラズマに対して垂直に外部電場を印加する．レーザーはテフロンダンパーで遮断し，放射されたテラヘルツ波のみを軸外放物面鏡 (OAP) によってコリメートする．発生したテラヘルツ波の計測には，テラヘルツ時間領域分光計測を用いる．テラヘルツ時間領域分光計測とは，外部電場を印加した電気光学結晶に電磁波を入射すると，外部電場の大きさに比例して入射した電磁波の偏向が回転する電気光学効果 (EO 効果)を使った計測法である．また，シングルショ
ットで時間領域分光計測を行うために，階段状のミラー (エシェロンミラー) を用いて階段の段差に応じた時間遅延を持ったレーザーパルス列を作成する．静電場印加プラズマより発生したテラヘルツ波と同時にレーザーパルス列を電気光学結晶である ZnTe 結晶に入射することでテラヘルツ波の電場によって EO 効果が生じ，レーザーパルスの偏向が回転する．偏向が回転したレーザーパルスを偏光ビームスプリッター (PBS) で分離した後，同時に CCD カメラでバランス検出することで，レーザーパルスの偏向度を計測し，テラヘルツ電磁波の電場に換算
を行う．

48

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

図１．実験概要
図４．結果と考察
実験結果を図２および図３に示す．図２において帯状に見えている部分がエシェロンミラー
で反射されたパルス列を表しており，P 偏向と S 偏向の成分に偏向ビームスプリッターで分けているため，２本線が現れている．この２本に対して画像処理を行うことで，図３に示すテ
ラヘルツ電磁波の時間波形が得られる．しかし，今回の実験では，ZnTe 結晶での回折の影響により像がぼやけてしまったため，信号がノイズに埋もれてしまい，テラヘルツ電磁波の時間波形を正しく計測することはできなかった．今後は，ZnTe での回折をイメージリレーによって軽減し，SNR の改善を行う．
５．結言
テラヘルツ波加速器のための光源開発として，静電場印加レーザー生成プラズマからのテラヘルツ電磁波の特製解明を時間領域分光計測にて行った．結晶での回折光の影響が予測よりも大きかったため，今後はイメージリレーを組み，回折の軽減を行う．
参考文献
1）Nanni, E. A. et al. “Terahertz-driven linear electron acceleration.” Nat. Commun. 6, 8486 (2015).
2)

T.Löffler et. al. “THz generation by photo-ionization of electrically biased air.”Appl.Phys.Lett.77,453 (2000)

図２，CCD カメラによる撮影像

図３，テラヘルツ波の時間波形49平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

商業施設の駐車場出入り口が道路交通流に与える影響に関する研究
田部井優也（D3）
Yuya TABEI（D3）宇都宮大学大学院工学研究科 dt177106@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

大森宣暁（教授）

Nobuaki OHMORI (Professor)
宇都宮大学地域デザイン科学部 nobuaki@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
我が国では，2000 年に大規模小売店舗立地法（以下大店立地法）が施行されて以降，全国各地で店舗の新設が続いており，特に大型商業施設の立地に起因する交通渋滞は全国で大きな問題となっている．そうした現状を踏まえ，国土交通省は商業施設の立地による渋滞について対策の強化を検討している１)． 商業施設の交通円滑化を目的とした研究はこれまでに多くなされているが，その多くは店舗外部である周辺道路に関するものが殆どであり，店舗内部である駐車場や店舗内部と外部の境界である駐車場出入口に着目した研究は非常に少ない．しかしながら駐車場出入口付近では入出庫のために複雑な交通挙動が発生しており，駐車場出入口が渋滞の発生要因となっていることが考えられる．
また，複雑な交通挙動が発生することで駐車場出入口付近では多数の交通事故が発生しており 2)，駐車場出入口の安全性の確保も課題となっている．そこで本研究では，駐車場出入口の構造に着目し，駐車場出入口の構造についての実態調査と出入口の交通挙動の評価を行う．また駐車場出入口付近で発生した交通事故のデータを基に，駐車場出入口構造別の事故発生状況について考察を行う．以上 2 つの分析より，安全かつ円滑な駐車場出入口の構造についての提案を行うことを本研究の目的とする．
２．調査方法
本研究では栃木県宇都宮市を研究対象地域とし，2016 年時点で宇都宮市内に立地する大規模小売店舗(店舗面積 1,000 ㎡以上の商業施設)115 店舗を対象とする．駐車場出入口の構造調査については，大規模小売店舗の新設・変更届出書内の資料を参考にしつつ，主たる出入口を対象
表1

出入口構造の分類

50

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書に Google 社の提供する衛星画像並びにストリートビュー画像を用いて調査を行った．また 115
店舗の調査結果から，出入口構造は表-1 に示す 5 つにグループ化できた．
３．結果と考察115 店舗の出入口構造の分類結果を図-1 に示す．出入口に面する道路に歩道がある場合，一般的な出入口構造は歩道乗り入型(段差あり)であり，出入口の歩道と車道の境界に段差のないものは少数派であった．また，両方向出入口の歩道切り下げ幅は概ね 7m 以上確保されている一方で，7m 以下，中には 6m 以下の狭隘な歩道切り下げ幅な出入口も存在することがわかった．
加えて図 2 に出入口幅と歩道切り下げ幅の差（出入口幅-歩道切り下げ幅）を示した．これらの図から分かる通り，歩道乗り入れ型では出入口幅と歩道切り下げ幅がほぼ同じか歩道切り下
げ幅のほうが狭いという実態になっている．これは一般道同士の交差点に見られるような隅切りがない状態であり，このような出入口は，内輪差の影響により入出庫がスムーズにできないなど支障を来している可能性があり，円滑な交通流を阻害していると考えられる．宇都宮市内の実態調査から，大規模小売店舗の駐車場出入口構造が円滑な交通流を阻害している可能性があることがわかった．

図1

出入り口構造の調査結果(N=115)

図2

出入口構造別の出入口幅と歩道切り下げ幅の差

５．結言
大規模小売店舗の駐車場出入口など入出庫交通流の多い出入口の場合，安全かつ円滑な駐車場出入口の構造とするためには，出入口幅に対し歩道切り下げ幅を 2ｍ以上余裕をもたせ，隅切り相当の余裕幅を設けた出入口にすることが必要である． 今後の課題として，本研究で分類した駐車場出入口の構造別に，駐車場出入口の車両挙動を詳細に分析する必要があると考え
られる．
参考文献
1)

国土交通省：道路周辺の土地利用等における渋滞対策，道路アセスメント検討会，
http://www.mlit.go.jp/road/ir/ir-council/traffic/pdf00/traffic_matome.pdf，2016．

2)

古屋秀樹，池田武司，土屋三智久，太田剛，森望：の路外施設への出入り時に発生する事故に関する基礎的研究，土木計画学研究・論文集，No.21，pp.983-pp990，2004．

51

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

理科の探求的活動におけるペットボトルロケットの活用髙橋涼太（M2）
Ryota TAKAHASHI（M2）宇都宮大学大学院教育学研究科学校教育専攻 me175027@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

堀田直巳（教授）

Naoki HOTTA (Professor)
宇都宮大学大学院教育学研究科学校教育専攻 hotta@cc.utsunomiya-u.ac.jp
1．緒言
本研究では，ロケット内部の圧力の時間変化のデータを活用し，高校生が自ら飛行能力の変化について考えることができるレベルで，ペットボトルロケットの滞空時間を評価する方法を確立
し，理数探究などで活用できる教材の開発を目指す．
2．実験『噴出流体の状態の撮影』
噴出流体を高速度カメラで撮影し，時間ごとの流体の状態を確認した．ボトルの噴出口付近を撮影した動画をコマ送り再生しながら，確認したところ，噴出流体の状態は，始めは水のみが真っ直ぐ噴き出す「水」であったが，ある時点から水と空気が混じり合った「水+空気」が，やや広がりながら噴出する状態へと変化し，徐々に水の割合を減じていくことが分かった．50
mL では，「水」の噴出を確認することができず，噴出開始直後から「水+空気」が噴出していた．注入水量が増えると，「水」の噴出時間は長くなっていったが，「水+空気」の噴出時間はほぼ一定であった．
『内圧の時間変化の測定』
充填圧力を約 0.6 MPa に固定し，内圧の時間変化を測定したところ，注入水量の増加と共に噴出時間は長くなった．各水量における噴出の中盤の傾きは噴出直後のものよりも緩やかになり，噴出終了間際で急激に減少した．その傾向は水量が増えるに従い顕著になった．
ペットボトル内部の空気は，始めは急激に膨張するので「断熱膨張」とし，途中で「等温膨張」に切り替わると仮定して，体積変化を見積もった．
『体積・質量の時間変化，推進力の時間変化』
体積の時間変化と密度変化からロケットの質量の時間変化（m(t) kg）を求めた．「水」噴出時間においては噴出体積に密度 1 g/mL を掛けて質量とした．「水+空気」噴出時間においては，空気が混合しているため，噴出流体の密度は 1 g/mL より小さく，しかも時間と共に減少するので，水の混合比が 1 から指数関数的に減少し，噴出終了時に 0 となるように近似した．
次に，デジタルフォースゲージを用いて，流体噴出中にペットボトルロケットが推す力を測定した．その力に対して，ロケットの質量の時間変化分による重力の補正を行い，ロケットの推進力（F N）を抽出した．
『ロケットの速度・滞空時間の見積もり』
ロケットの質量変化から噴出流体の質量変化（Δm）を求めた．噴出流体の速度を w m/s とすると，各時間の運動量変化はΔm ×w となり，それとその時間帯におけるロケットの力積（F×Δt）が等しいとして, w を求めた．求めた w，m（t），Δm を，ツィオルコフスキーの公式
Δv = w×log（m（t）/m（t +Δt））m/s に代入して，Δt（=8 ms）間の速度増分を求めた．

52

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

注入水量増加に伴い「水」の速度増分は大きくなるが，「水+空気」の速度増分はほぼ一定の割合で減少する傾向があった．そして，これら相反する傾向を持つ両速度増分を足し合わせた
結果として，噴出終了時の速度が 150 mL で極大となることが明らかとなった．
各時間におけるペットボトルロケットの速度増分と積算速度を元に，滞空時間を求めた．微小な時間Δt におけるロケットの速度 v m/s は一定とすると，各Δt でのロケットの高さの増分は，v×Δt×10-3 m であり，全流体噴出終了時にはその積算値 h m となる．最高点の高さ H m 及
び滞空時間 T s はそれぞれ以下のように表される．
𝐻=ℎ+

𝑣0 2⁄
2𝑔

𝑡
𝑣
𝑇 = 0⁄103 + 0⁄𝑔 + √2𝐻⁄𝑔

但し，v0 m/s は流体噴出終了時の積算速度，g は重力加速度（9.8 m/s2），t0 ms は流体噴出終了時間である．
3．結果と考察
求めた滞空時間は実測値より約 1 秒長くなったが，150 mL で極大となることは再現でき，噴出状態による速度増分の変化の違いから，滞空時間の変化を説明できるモデルが構築できた．
4．結言
以上の結果を用いて，高校生に対して，ペットボトルロケットの滞空時間にピークが生じるしくみの説明を，部活動の一環として行った．事後調査から，定性的なしくみをある程度納得した
上で，「水+空気」が混ざる過程に疑問を持ち，その原因を追究しようとする意欲が見られた．さ
らに，実験条件を詳細に見直したいなど，実験に対する前向きな姿勢も見られた．このように，
本教材は生徒が主体的に取り組める課題として機能することが分かったので，理数探究などでの授業を見据えた展開を考えていきたい．
謝辞
本研究を進めるにあたり，丁寧かつ熱心なご指導を賜りました指導教員の堀田直巳教授，副指導教員の南伸昌教授に感謝致します．本研究の実験装置に用いたジュラルミン板の加工におきまして，宇都宮大学工学部・工学研究科技術部機械工場領域班技術班長，神山裕之様には，大変お世話になりました．深く感謝します．
本研究で行ったインターンシップでの実践，部活動における実践におきまして，栃木県立宇都宮清陵高等学校の瀬端徹校長先生，関沢幸夫教頭先生，米澤俊一教諭，渡邊剛士教諭，宮崎義宏
教諭，科学技術実習教員，山下恵美子先生には貴重なお時間をいただき，多大なるご支援をいた
だきました．加えて同校の生徒の皆様には本研究の実践にご協力いただきましたこと，深く感謝いたします．

参考文献
1）板倉嘉哉，本田祐基：第 41 回流体力学講演会 / 航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム 2009 論文集，ペットボトルロケットの非定常推力特性に関する研究53

平成 30 年度宇都宮大学大学院生研究奨励金

研究成果報告書

III 族窒化物半導体励起子状態の微視的モデルによる電場効果の理論
伊藤きらら（M1）
Kirara ITO（M1）宇都宮大学大学院工学研究科電気電子システム工学専攻 mt186207@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 石田邦夫（教授）Kunio ISHIDA (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科電気電子システム工学専攻 ishd_kn@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．概要
近年の高強度 THz 波開発の進歩に伴い 1MV/cm 程度の強電場下での固体物性変化およびその制御が注目されている[1]．われわれは，青色 LED 材料 GaN/InGaN 系量子井戸中に THz 波と同程度の分極電場が存在することに着目し，THz 光照射による GaN 系半導体の発光特性制御を理論的に検討している．本研究では強結合近似を用いたミクロな励起子モデルを提案し，電気感受率の表式を導出するとともに，無限ポテンシャル障壁を持った量子井戸中励起子の強電場下における波動関数及び光学応答を計算した．その結果，電場強度と共に双極子モーメントが大きく変化し，THz 光電場によって発光強度の制御が可能な領域があることを見出した．
２. 半導体励起子のモデルおよび計算方法
GaN 系の励起子サイズ（電子・正孔間距離）は 2-3nm 程度と小さいため，強電場下での状態（波動関数）変化を精密に調べるには nm オーダーの詳細な議論が必要となる．そのために次式で示される強結合モデルを用いた．
𝑛(𝑖)

(𝑗)

(𝑗)

†
†
ℋ = ∑5𝑖=1 ∑𝑗=1 (−𝑡𝑒𝑖 ∑𝒓(𝑎𝒓+𝑗𝒕
𝑎 + 𝑎𝒓† 𝑎𝒓+𝑗𝒕𝑖 ) − 𝑡ℎ𝑖 ∑𝒓(𝑐𝒓+𝑗𝒕
𝑐 + 𝑐𝒓† 𝑐𝒓+𝑗𝒕𝑖 )) + 𝜀 ∑𝒓 𝑐𝒓† 𝑐𝒓
𝑖 𝒓
𝑖 𝒓− ∑𝒓,𝒓′ 𝑈(𝒓 − 𝒓′ )𝑎𝒓† 𝑎𝒓 𝑐𝒓†′ 𝑐𝒓′ + ∑𝒓 𝑒𝐸𝑧(𝑐𝒓† 𝑐𝒓 − 𝑎𝒓† 𝑎𝒓 )．
𝑎𝒓 ，𝑐𝒓 は伝導電子・正孔の消滅演算子を示しており，それぞれの項は伝導電子・正孔の一電子バ
ンド，電子・正孔間クーロン相互作用，外部電場との相互作用を示す．ホッピングパラメータ
(𝑗)

(𝑗)

𝑡𝑒𝑖 ，𝑡ℎ𝑖 は第一原理計算による GaN のエネルギーバンド[2]を再現するよう求めた．
まず，連続モデルに対する感受率𝜒(𝜔)の表式[3]を参考に，本モデルにおいて外部電場に対する感受率が次式で得られることを示した．
𝜒(𝜔) = 𝑃𝜇 ∑𝜇 (1ℏ(𝜔+𝑖𝜎)−𝐸𝑔 −𝐸𝜇+1ℏ(𝜔+𝑖𝜎)+𝐸𝑔 +𝐸𝜇)，2𝑃𝜇 ∝ ∑𝒓𝑒,𝒓ℎ|𝜓𝜇 | 𝛿(𝒓𝑒 − 𝒓ℎ )，ここで，𝜓𝜇 ，𝐸𝜇 はμ番目の励起子に対する波動関数および固有エネルギーを，𝐸𝑔 はバンドギャ
ップエネルギーをそれぞれ示す．
励起子波動関数を求めるにはハミルトニアンの数値対角化が必要となるが，今回は大規模疎行列の対角化に適した Lanczos 法を用いることにより，最大 400 万次元の行列を取り扱っている．

54平成 30 年度宇都宮大学大学院生研究奨励金

研究成果報告書

４．結果と考察井戸厚（c 軸方向の層数; GaN の c 軸長は 5.1891Å）D と最低励起子による応答強度𝑃0の関係を
を図 1(a)に示す．井戸の薄いときには量子閉じ込め効果が支配的なために電場効果が大きく見られないが，D の増加と共に電場強度による感受率の変化が著しくなった．この様子は電子正†孔相関関数 𝛼(𝒓) = ⟨∑𝒓′ 𝑎𝒓†′ 𝑎𝒓′ 𝑐𝒓+𝒓
′ 𝑐𝒓+𝒓′ ⟩ の挙動（図 1(b)， (c)）から理解され，特に井戸が厚いときには強電場下で電子・正孔対が空間的にほぼ分離することによって応答強度が小さくなる．
電場強度の変化に対する井戸厚-感受率の関係を定量的に調べる為，無電場状態と比較した感受率の相対値を求めたところ，強度比 0.5 に相当するのは電場強度 E=0.1MV/cm のとき井戸厚D=20 であるのに対し，E=1MV/cm のときは D=7 となった．このことは（閉じ込め効果の効く）
D=7 程度の井戸について発光強度を約 2 倍の範囲で制御することが可能なことを示している.
(a)

E=0

1

(b)

(c)
E=0.1

P0 [arb. unit]

0.8
0.6

0

0

100

100

0.4

E=0.3
E=0.6

0.2

E=0.7

0
3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

E=1

D
図1

(a)：井戸厚と最低励起子応答強度𝑃0 の関係． (b)：E=0，D=20 に対する電子正孔相関関数．
(c)：E=1MV/cm，D=20 に対する電子正孔相関関数．

５．結言
本研究では GaN 系量子井戸中励起子について c 軸方向の電場強度と光応答の関係を調べるために，格子モデルによる検討を行なった．その結果，量子閉じ込めや外部電場による分極を定量的に評価可能な方法が得られた．さらに数値計算の結果，励起子相対運動や電子・正孔の空間分布の電場・井戸厚依存性が，ピーク波長や感受率の変化を決めており，特に 7 層程度の量子井戸を用いることにより THz 光電場による発光強度の制御が可能であることがわかった．
参考文献
[1]

K.Shinokita, et al., Phys. Rev. Lett. 111, 067401 (2013).

[2]

D.Fritsch, H. Schmidt, and M. Grundmann, Phys. Rev. B 67, 235205 (2003).

[3]

H. Haug and S. W. Koch, “Quantum Theory of the Optical and Electronic Properties of Semiconductors”
5th ed. (World Scientific, 2009).

55平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

イソインドール環を基本骨格に持つ非平面円錐形機能性色素の合成
小川貴史（M2）
Takafumi OGAWA（M2）宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 mt176310@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

伊藤智志（助教）

Satoshi ITO (Assistant professor)
宇都宮大学工学部応用化学科 s-ito@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
22

液晶ディスプレイに使用されているカラーフィルターは，バ3

ックライトによる白色光のうち，必要な RGB の光だけを通過

Clさせる色分割の役割を果たしている．現在カラーフィルターにNは二種類の微粒子分散顔料を用いるのが一般的だが，凝集しやすくなり良好な透過率やコントラストが得にくくなるため，その改善が求められている．これらの問題は，染料を用いることで改善可能であると考えられる．従来，カラーフィルターには,

17

16

N N
B
B
N N
N

9

10

図 1. Structure of SubPc

鮮明で，耐光性や耐久性に優れていることから Pigment Green 36,6Y 等の銅フタロシアニン系顔料が用いられている．そこで，フタロシアニン（Pc）と同等の優れた物性を有するサブフタロ
シアニン（以下，SubPc) に着目した（図 1）.SubPc は，フタロシアニン誘導体の 1 種であり，Pc 同様に有機 EL や光増感剤，染料など幅広い分野で応用が期待されている．しかし，Pc 誘導
体は，高い平面性に起因するπ-πスタッキングにより有機溶媒への溶解性が非常に悪く，材料としての加工，薬剤としての投与の面で問題を抱えている．また SubPc は，熱昇華性を持つことから加工処理に高温での加熱を行うような用途に適していない．そこで，本研究では，SubPc
骨格への構造修飾を行い，カラーフィルターに応用可能な溶解性，耐熱性に優れた新規赤色材
染料の開発を目指した.
2．実験
有機溶媒への低溶解性の原因であるπ-πスタッキングは，基質骨格を嵩高くすることで解消
あるいは緩和される傾向にある．また，先行研究において，軸配位を塩素から変更したところ，カラーフィルター用樹脂
膜との相互作用が変化し，昇華性が抑えられることが分かっている．そこで，構造修飾の方法として，縮環部位への置換基の導入，軸配位子の交換を行い,溶解性,
耐熱性の向上を目指した．（スキーム 1）

スキーム 1. 赤色材染料用色素の合成

56

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

まず，原料の購入可能な臭素置換フタロニトリル(1)に，鈴木カップリング反応を行い，フタ
ロニトリル(2)を合成した．続いて，加熱により三量環化反応を行うことで，縮環部位置換
SubPc(3)を合成した．さらに，合成した(3)をフェノールと反応させることにより軸配位子を変更し，縮環部位に置換基を持つ PhenoxySubPc (4)の合成に成功した．
３．結果と考察
置換基を導入した嵩高い骨格により，溶解性が向上し，軸配位子の変更により，昇華性が抑ええられた．また，今回合成した SubPc の吸収特性は，適切な波長の光を吸収することに成功しており，赤色材染料としての応用が充分期待できるものであった．

図 2. SubPc 3,4 の加熱後の樹脂膜中色素保持率（耐昇華性）及び溶解性試験結果（左）,SubPc 3,4 の UV スペクトル in CHCl3（右）４．結言
本研究内容は企業との共同研究として進められており，現段階で置換基導入に加え，軸配位子の交換により，溶解性，耐熱性が改善した SubPc の開発に成功した．しかし，カラーフィル
ター等への応用を見据えると, 溶解性,耐熱性においてさらなる向上の余地があり,今後も分子構造の検討を続けていく．
謝辞
JSR 株式会社
参考文献
1）Christian G. Claessens, David Gonza ´lez-Rodrı ´guez, Belen del Rey, Toma ´s Torres, Gertraud Mark,
Heinz-Peter Schuchmann, Clemens von Sonntag, J. Gavin MacDonald, Ronald S. Nohr, Eur. J. Org.
Chem. 2003, 2547-2551.
2）S.M.S. Chauhan , PratibhaKumari,Tetrahedron.2009,65, 2518- 2524.

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レドックスフロー電池と電気二重層キャパシタのハイブリッド化に関する研究半澤侑弥（M1）

Yuuya HANZAWA（M1）宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 mt186336@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

吉原佐知雄（准教授）

Sachio YOSHIHARA (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 sachioy@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
電気二重層キャパシタ(EDLC)は，電極と電解液界面に形成される電気二重層を利用したエネル
ギー貯蔵デバイスである．本研究においては，EDLC の課題とされるエネルギー密度を向上するために，容量の大きいレドックスフロー電池に採用されているバナジウム溶液を擬似容量付加の電解液として採用した．また，フローシステムを組み合わせることによって，付加される擬似容量の可変化を狙った．
２．実験
２.１電解液0.3 M VOSO₄+4.0 M H₂SO₄,4.0 M H₂SO₄（Blank）を電解液として用いた．
２.２バッチセルにおける電気化学測定
セパレータにグラスファイバーまたは陽イオン交換膜，電極材として活性炭繊維布，集電体にグラッシーカーボン，固定用のアクリル板とねじとねじ止めを用いて，セパレータを介して対向するようにバッチセルを組み上げた.実験には,電気化学測定システム HZ-7000 を使用した．
CV 測定の条件として，作用極面積を 1.0×1.0 cm2,対極面積を 1.5×1.5 cm2 とし，参照極に飽和カロ
メル電極 (SCE) を使用し，ビーカー内で溶液体積 80 mL とした．作用極を正極として定義した
時は 0.1～0.9 V vs. SCE，負極として定義した時は-0.7～0.1 V vs. SCE の電位範囲とし，電位掃引
速度 5 mV/s とした．
定電流充放電測定の条件として,作用極と対極面積をそれぞれ 1.0×1.0 cm2 とし，それ以外を CV測定と同じとした．電圧範囲を 0～1.6 V,充放電電流密度を 0.25 A/g とした．
２.３フローセルにおける電気化学測定
バッチセルと同じ構成を持ち，電解液を外部タンクとセル間において循環することができるフ
ローセルを作成した．定電流充放電測定の条件として，測定には電気化学測定システム HZ-7000
を使用した．電圧範囲を 0～1.6 V，充放電電流密度を 0.15 A/g とした．作用極と対極の露出面積を 1.0×1.0 cm2 とした．フローセルのフローレートとして，正極液，負極液，両極液をフロー無しから 12.5 mL/min 刻みで 25 mL/min まで変化させた．

58

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

４．結果と考察バッチセルでの CV 測定の結果を Fig. 1 に示す．セパレータにグラスファイバーを用いた場合,
正極側では，0.76 V vs. SCE を始めとした酸化還元ピーク，負極側では，-0.5 V vs. SCE を始めとした酸化還元ピーク，両極側において 0.10 V vs. SCE を始めとした酸化還元ピークが確認され，それぞれ V4+/V5+,V2+/V3+,V3+/V4+の酸化還元と考えられる．グラスファイバーと陽イオン交換膜を比較すると，陽イオン交換膜では，グラスファイバーで見られた V によるピークが見られなかった．また，Blank においては，陽イオン交換膜の方が小さな静電容量を示した．これらは，陽イ
オン交換膜の膜抵抗が，グラスファイバーに比べ大きいことが起因していると考える．
バッチセルでの定電流充放電測定の結果を Fig. 2 に示す．充放電時間について，負の値が充電,
正の値が放電を表す．V イオンを添加することにより，充放電曲線の傾きが小さくなり，充放電
時間，エネルギー密度が増加した．正極側では，0.76 V vs. SCE，負極側では，-0.5 V vs. SCE において擬似容量が付加され,充放電時間（曲線の傾き），エネルギー密度が改善されたと考える．
フローセルでの定電流充放電測定では，バッチセルと同様に擬似容量を付加したことによる充放電時間，エネルギー密度の増加が確認されたが，フローレートを上げることによる容量の変化は確認されなかった．しかし，負極液フローにおいて充電時間の増大が確認された．このような細かい変動が確認されており，条件の固定化，反応メカニズムの解析を行うことでフローによる容量可変化が実現できると考える．

Fig. 1 Cyclic Voltammogram

Fig. 2 Charge / discharge curve

５．結言
バッチセルでは擬似容量を付加することでエネルギー密度を改善することができた．フローシ
ステムを組み合わせることによる放電容量の可変化は見られなかった．しかし，充電において細かな変動が確認されており，これらを放電に生かす条件を見つけることが今後の課題である．
参考文献
1） Sachio Yoshihara, Shunsuke Wakuda, Yuuya Hanzawa, Jounal of Applied Physical Science
International,10(3):106-122,[2018]

2） Chanyong Choi, Hyungjun Noh, Soohyun Kim,Riyul Kim, juyhuk Lee, Jiyun Heo,Hee-Tak Kim,
Journal of Energy Storage,21,321-327,[2019]59

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指の伸展・屈曲動作に基づいた脚機構を有するロボット「指脚（シキャク）」の開発市川怜志（M2）

Satoshi Ichikawa（M2）
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 mt176104@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

星野智史（准教授）

Satoshi HOSHINO (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 hosino@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
我が国は，自然災害大国である．そのため，ロボティクスの分野では，被災地で活躍できるレ
スキューロボットの研究・開発が進められている．我々は，これまでにない新たな脚機構を開発し，簡素なモータ制御で不整地移動可能なロボットの開発に取り組む．
不整地を移動可能なロボットは，クローラ式と脚式に大別される．クローラ式ロボットが不整
地移動性能を発揮するためには，メインクローラおよびサブクローラ，すなわち，複数種類のクローラが必要である．また，砂地などの低摩擦地面に対してはクローラが空転，草地では草がク
ローラに巻き込まれ動作不可能になるという問題がある．一方で，脚式ロボットが不整地移動性能を発揮するためには，各関節にモータを搭載し，足底接地・着地を考慮した姿勢制御が必要である．さらに，姿勢制御には逆運動学を解かねばならず，高い自由度の脚に対しては，その分計算量が増大する．また，多数のモータにより，ロボットの自重も増加する．
以上のことから本研究では，多関節の脚を単一のモータで制御することを試みる．そのため，指の伸展および屈曲動作に着目した．これをロボットの脚に用いることで，クローラ式の問題および脚式における計算量および自重の問題は解決される．
２．理論
本研究では，ロボットの脚機構の開発にあたり，人間の指の動作に着目した．指と脚を置き換
えると，ロボットは，指を伸ばした状態から曲げることで前に進むことが可能となる．その後，曲げた指を伸ばし，曲げる動作を繰り返すことで，移動を実現する．本研究では，指の伸展・屈曲動作に基づいた脚機構を指脚と呼び，それを 6 本有するロボットのことを多指脚ロボットと呼ぶ．Fig. 1 に，従来のロボット（多指脚ロボット 2 号機[1]），および提案するロボット（多指脚ロボット 3 号機）を示す．ロボットは，いずれも各脚を 1 つのサーボモータの正転・逆転によって伸展・屈曲させる．そのためこれらのロボットは，簡素なモータ制御により，移動する能力を有する．
従来のロボットは，ベルトおよびプーリにより，提案するロボットは，リンク機構およびロー
タリーダンパーにより指脚を構成している．
従来のロボットは機構上，1 自由度であるため，脚先は伸展・屈曲時，同一の軌跡を通過する．
これにより制御に関わらず，ロボットは指脚の伸展時，脚先を地面に衝突させ，後退する．一方で，提案する指脚は，リンク機構とロータリーダンパーにより，伸展・屈曲時，脚先を異なる軌跡で動作させることが可能である．このことから多指脚ロボットは制御により，後退することなく移動することが可能になる．

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SHIKYAKUSHIKYAKU

Fig. 1.2 SHIKYAKU Robot 2

Fig. 1.2 SHIKYAKU Robot 3

Fig. 1 Developed Multi-legged Robot
３．実験
指脚の伸展時，ロボットが脚先を地面に衝突させず移動可能であることを検証する．そのため，平地での移動実験を行う．その際，ロボットの移動量は，ロボットが前方に移動した量とする．
４．結果と考察
他指脚ロボットが，指脚の伸展時，指脚を地面に衝突させないことを確認する．Fig. 2 に，平地における提案する多指脚ロボットの動作を示す．
Progressing Direction

5[s]

10[s]

15[s]

Fig. 2 Result of Robot Motion
ロボットは，指脚を屈曲させた状態で前に出した．そして，指脚を伸展させた状態で地面に降ろし，後退することなく移動した．その際ロボットは，左右の脚が 1 回の伸展・屈曲動作を終えた段階で，進行方向へ 0.05[m]移動した．
５．結言
本研究では，簡素なモータ制御に基づいて移動を行う多指脚ロボットの改良を行った．そして，
従来の指脚機構と異なり，後退することなく移動可能な指脚機構を提案した．
謝辞
本研究は，宇都宮大学産学イノベーション支援センターの支援を受けて行った．ここに謝意を示す．
参考文献[1] 阿部智紀, 星野智史, “CPG 制御器に基づいた多脚型ロボットの歩行パターン生成,” 精密工学会春季大会学術講演会, pp. 843-844, 2018.

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マウス骨髄由来体性幹細胞の脂肪細胞への分化に及ぼす
乳脂肪球皮膜摂取の影響
菊池優貴

（M1）

Yuki KIKUCHI（M1）宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 188110y@cc.utsunomiya-u.ac.jp
東徳洋（教授）Norihiro AZUMA (Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 azuma@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
高脂肪の食品が多く消費される今，肥満は現代における大きな社会問題の 1 つであり，肥満が進行すると糖尿病や心疾患などの重篤な健康障害も引き起こすことが明らかになっている．（1）
その肥満に対し，骨髄中の微細環境と，骨髄細胞中の幹細胞が関連することが明らかにされてきている．
（2）脂肪を多く含む食事により骨髄中の微細環境が変化し，骨髄細胞中の幹細胞がその影響を受け，脂肪細胞への分化が促進される．この変化に対し，食品の摂取によって，幹細胞の脂肪細胞への分化の抑制，また分化した脂肪細胞における脂肪の蓄積を抑制することが可能であることが報告されている．本研究では，乳脂肪球皮膜(MFGM)に着目した．MFGM は，乳脂肪球が乳汁中に分泌される際に巻き込まれた乳腺上皮細胞由来のタンパク質を二重膜中に多く含んでおり，多様な機能性を持つと期待される．これまでに当研究室では，in vitro における MFGMのペプシン分解物が，3T3-L1 細胞株由来の脂肪細胞の脂肪蓄積を抑制することを確認している．
それを鑑み，MFGM 摂取が高脂肪食による骨髄中の微細環境変化を改善し，脂肪細胞への分化の抑制効果・分化した脂肪細胞における脂肪蓄積の抑制効果をもたらすかどうかを検討した．
2．実験
C57BL/６J マウス雄 4 週齢を 1 週間予備飼育後，通常食群(CON 群) ，高脂肪食群(HF 群) ，高脂肪食+MFGM 群(MFGM 群)の 3 群に分けて，12 週間飼育した．飼育期間中は毎週体重測定を行った．期間終了後に解剖し，内臓脂肪組織の 1 つである精巣周囲脂肪組織と，大腿骨由来の骨髄幹細胞を回収した．精巣周囲脂肪組織は重量を測定し，大腿骨由来の骨髄幹細胞は遺伝子分析用と培養試験用の 2 つに分割した．培養試験用の細胞は，8 日間の予備培養で幹細胞を増殖させた
後に 12 日間脂肪細胞への分化培養を行い，培養終了後にオイルレッド O 染色を行って脂肪蓄積量を測定した．遺伝子分析用の幹細胞は，KLF2・PPAR-γ・C/EBPα・アディポネクチンの発現量の変化をβ-アクチンを対照として，リアルタイム RT-PCR によって解析した．
3．結果と考察MFGM の摂取による体重増加への影響は認められなかった．また，脂肪組織重量の変化も認め62

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書られなかった．MFGM 摂取による骨髄細胞中の脂肪細胞分化･成熟に関与する遺伝子の発現量についても，有意差は認められなかった．
しかし，オイルレッド染色の結果，骨髄細胞を脂肪細胞へ分化させた場合，MFGM を摂取したマ
ウスにおいて，脂肪蓄積が抑制される傾向が認められた．以上の結果より，MFGM の摂取は，高脂肪食の摂取による骨髄中の微細環境の変化に対して好影響を与える可能性が示唆された．
また，MFGM の経口摂取は，脂肪細胞の分化・成熟に関与する遺伝子の発現ではなく，脂肪の蓄積，もしくは脂質の代謝などに関与する可能性がある．
【オイルレッド染色結果】

５．結言
本研究において，MFGM の摂取は，高脂肪食の摂取による骨髄中の微細環境の変化に対して好影響を与える可能性が示唆された．今後は MFGM の作用部分を明確にすべく，血清分析や，代謝経路なども調査をする必要性がある．
謝辞
今回の研究を通して，研究の全てにおいて親身な指導，助言を頂いた東徳教授，山田潔講師，
またマウスの餌の作成において，材料と器具の提供をして頂いた水重貴文准教授・蕪山由己人教授，共同研究者の佐野あかりさんに，この場をお借りして感謝とお礼を申し上げます．
参考文献
1）厚生労働省「平成 2８年国民健康・栄養調査結果の概要」
http://www.mhlw.go.jp/file/04-Houdouhappyou-10904750-Kenkoukyoku-Gantaisakukenkouzoushinka/kekkagaiyou_7.pdf2）化学と生物 Vol. 55, No. 6, 2017

380-38163

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示指側面つまみ動作における母指爪ひずみの影響
五十嵐智(M1)
Satoshi IGARASHI(M1)宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 mt186102@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 嶋脇聡（教授）
Satoshi SHIMAWAKI (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 simawaki@cc.utsunomiya-u.ac.jp

1. 緒言
近年，工場のような産業分野のみでなく，医療現場や災害現場など様々な場所でロボットハンドが用いられており，中でもその汎用性の高さからヒトの手の形状を模範とした多指ロボットハンドは多くの研究が行われている．ヒト手指による把持物体において母指の爪が重要な役割を有しているため，爪を有したロボットハンドの研究結果も出ている．よりヒトに近い爪を装着するために，母指爪の性能の解き明かすことは必要不可欠である．本研究は物体把持の方法のひとつであるつまみ動作，中でも母指‐示指側面つまみ(図 1)をした際の母指爪ひずみを計測し，爪の変形を調査することを目的とする．本研究の成果は，ヒトの手の形状により近いロボットハンドの開発につながると考える．
2. 実験
2.1 測定方法
被験者には右母指指頭と示指側面で厚さ 2.5 ㎜の平板を把持してもらう．平板を把持した状態で 90
度の前腕回旋動作を行い，その間の母指爪ひずみを計測する．前腕回旋動作は，把持部に対し母指爪が上向きになるようなつまみ方を水平方向，内向きになるようなつまみ方を垂直方向とし，それぞれを初期位置とする．初期位置を水平方向としたところから時計回り，反時計回りに 90 度ずつ，初期位置を垂直方向にしたところから時計回りに 90 度の合計 3 種類のひねり動作を加える．被験者情報を表 1 に示す．測定装置(図 2)はシャフトとボールベアリングを用いて小さい摩擦で回転できるように製作した．また，把持する部分の反対側にポテンショメータを取り付けることで，回転角度の測定も同時に行った．

Fig.1 key pinch

Fig.2 measuring device

Table.1 subject information

性別

年代

人数

身長[cm]

体重[kg]

爪長さ[mm]

爪幅[mm]

男性

20 代

1

176

60.1

13.5

13.0

64

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2.2 ひずみゲージの貼付位置直交する 2 方向のひずみを同時に計測することのできる 2 軸交叉ひずみゲージ(KFGS-1-120-D16-11，共和電業社製)を使用し，被験者の右手の母指表面上 3 箇所に専用接着剤(シアノアクリレート系 CC-33A，共和電業社製)で貼付した．貼り付け位置は遠位に 1 箇所および近位に 2 箇所それぞれを遠位部，近位内側部，近位外側部と定義する．(図 3)

Fig.3 Strain gauge sticking position

3. 結果と考察
初期位置を垂直方向にしたときの回転角度と母指爪ひずみの関係を示したグラフを図 4 に示す．指軸方向の近位橈側のひずみが増加すると近位尺側のひずみが減少するという結果を得た．横断軸方向は全ての場所でひずみが増加した．次に初期位置を水平方向にし，時計回りに回転したときのグラフを
図 5 に示す．指軸方向では橈側のひずみのみ増加し，そのほかは減少した．横断軸方向ではそれぞれ
変化はあまり見られなかった．続いて初期位置を水平方向，反時計回りに回した場合のグラフを図 6に示す．指軸方向では橈側のひずみが約 45 度まで回したところで減少した．全体を通して横断軸方
向よりも指軸方向の方が大きな変化が見られた．これは力の伝わり方が指軸方向の方が複雑であったためであると考えられる．図は各図左が指軸方向，右が横断軸方向である．

Fig. 5 Relationship between strain and angle (Horizontal
Fig. 4 Relationship between strain and angle (Vertical andclockwise)clockwise)

Fig. 6 Relationship between strain and angle (Relationship between strain and angle)

4. 結言測定装置の作製，ひずみゲージを用いたひずみの測定を行い，各測定動作における爪の変形を調査した．今後は被験者を増やし，データ数を増やすことで特徴量や相関などについても考察を深めていく．
参考文献
1）村上剛司，長谷川勉，“起用な多関節多指ロボットハンドのための柔軟被覆と爪を有する指先”，日本ロボット学会誌，Vol.22，No.5(2004)，pp.616-624

65平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

B.mori fasciclin1 が B.mori latent virus の増殖に及ぼす影響の解明
酒井大吉（M1）
Daikichi SAKAI（M1）宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma188114@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

岩永将司（准教授）

Masashi IWANAGA (Associate Professor)
宇都宮大学農学部生物資源科学科 iwanaga@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
Bombyx mori latent virus（BmLV）は，植物ウイルスであるチモウイルス科マキュラウイルス属に高い相同性を示すプラス鎖 RNA ウイルスであり，カイコ培養細胞特異的に持続感染している植物ウイルス様ウイルスである．これまでに，BmLV の感染継時的な RNA-seq 解析によって，
BmLV 感染によって転写量が変動する 150 の宿主遺伝子が同定されている（Katsuma et al., DNA
Res., 2018）．中でも，細胞接着因子である B.mori fasciclin1（BmFAS1）の転写量は感染継時的に増加し，また，ウイルス感染細胞では，細胞同士が接着して細胞集塊が形成される様子が観察されている．そこで本研究では，どのようなメカニズムで BmLV 感染によって宿主遺伝子の転写量が増加するのか明らかにするため，転写量が増加する遺伝子の上流領域の解析を行い，さらに，
BmFAS1 が BmLV の増殖にどのような影響を及ぼすのか明らかにするため，細胞間感染能を評価するための手法の構築を行った．
２．実験①BmLV 細胞間感染能の評価系の構築
細胞接着因子の転写量が増加することは，BmLV の増殖において細胞間感染に有利に働くと推測した．しかしながら，非致死性ウイルスの細胞間感染能を評価する手法はまだない．そこで，
BmLV を低濃度で接種し，細胞にトップアガーを乗せることで細胞間感染のみを許容する条件を作り出し，BmLV の RNA 量を評価することで，細胞間感染能の評価を行った．
②BmFAS1 上流領域のプロモーター活性の評価
発現変動遺伝子群の上流領域の解析によって，12 個のモチーフが見出され，そのうち 2 つは
BmFAS1 の上流 1 kb 以内に存在することが明らかになっている．そこで BmFAS1 の上流 1 kb をレポーター遺伝子であるルシフェラーゼの上流にクローニングしたプラスミド DNA を BmLV 感染
細胞と非感染細胞にトランスフェクションし，得られるルシフェラーゼ活性を評価した．
３．結果と考察①BmLV 細胞間感染能の評価系の構築
35 mm シャーレへ，コンフルエントに播種した BmVF 細胞に，0.005%の BmLV ウイルス液を66

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書接種した．その後 1%アガロースゲル培地を 2 mL 添加し，
RNeasy（キアゲン）を用いて RNA 抽出した結果，BmLV のRNA 量が感染継時的に増加することが明らかとなった（図１）．そのため，この系を用いることでウイルスの細胞間感染が評価できると判断した．
②BmFAS1 上流領域のプロモーター活性の評価
BmLV 非感染である BmVF 細胞と BmLV が持続感染する VF-MLV 細胞へ BmFAS1 上流 1 kb を導入したレポーターアッセイの結果，VF-MLV 細胞では

図１．感染継時的な BmLV の RNA 量

BmVF 細胞と比較して約 1.4 倍のレポーター活性が得られた．これは，BmLV 感染によって転写活性が増加したものと考えられた．一方で，BmVF 細胞と VF-MLV 細胞における BmFAS1 の転写量を調査したところ，VF-MLV 細胞では，BmVF
細胞と比較して約 1.8 倍の BmFAS1 が転写されており，BmFAS1 上流領域のレポーターアッ
セイの結果が反映された結果となり，BmFAS1
上流 1 kb に BmLV 感染における転写量増加に関する領域が存在すると考えられた．

図２．BmFAS1 の転写量の比較

図３．BmFAS1 上流 1 kb のレポーター活性の比較

４．結言
本研究では，BmLV 感染・増殖のメカニズムを明らかにするため，転写量が増加する遺伝子である BmFAS1 が BmLV 増殖にどの様な影響を及ぼすか明らかにするための評価法の構築や，
BmFAS1 上流領域の転写活性が，BmLV 感染細胞の方が高いことを明らかにした．今後は，本研究で構築した手法を用いて，BmFAS1 の過剰発現やノックダウン細胞における BmLV の細胞間感
染能の評価を行う予定である．また，BmLV 感染により転写量が増加する遺伝子の上流領域が共通して有するモチーフを見出し，より詳細な解析を行うことで，BmLV 感染による宿主遺伝子の転写量変動のメカニズムを明らかにしたいと考えている．
謝辞
本研究を行うにあたり，数多くのご指導，ご助言を受け賜わりました，昆虫機能利用学研究室
岩永将司准教授，及び日本学術振興会特別研究員庄司佳祐博士に厚く御礼申し上げます．
参考文献
1）Katsuma, S., Kawamoto, M., Shoji, K., Aizawa, T., Kiuchi, T., Izumi, N., Ogawa, M., Mashiko, T.,
Kawasaki, H., Sugano, S., Tomari, Y., Suzuki, Y., Iwanaga, M. (2018) Transcriptome profiling reveals
infection strategy of an insect maculavirus. DNA Research. 25 : 277-286

67

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濡れ壁型管壁触媒反応器を用いた
気液混相流中での低温水素化反応プロセスの開発
早川尚輝（M2）
Naoki HAYAKAWA（M2）宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 mt176330@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 佐藤剛史（准教授）
Takafumi SATO (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 takafumi@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
近年，石油依存から脱却した炭素資源の安定供給に向けて，賦存量が多く再生可能なバイオマスからエネルギーや化学原料を得るバイオリファイナリーの構築が注目されている．バイオ
リファイナリーでのファインケミカル合成において，酸素原子や二重結合を多く含むバイオマ
スへの水素添加を行う水素化反応は重要な反応である．ファインケミカルには熱的に不安定であるものが多く，低温で気体(水素ガス）―液体(反応物）―固体(触媒）の 3 相反応を行う必要があるが，複雑な 3 相反応系における実験や解析例は希少である．
本研究では，バイオマス分解物のモデル化合物であるフルフラールの接触水素化反応を触媒の温度制御が容易で圧力損失が小さい濡れ壁型管壁触媒反応器を用いて行い，実験と反応モデ
ルでの解析により反応の支配因子を明らかとし，最適な反応条件を提案することとした．
２．実験
図 1 に，濡れ壁型管壁触媒反応装置を示す．ポンプにて原料容器から 0.1 wt.%フルフラール
水溶液を，同時にマスフローコントローラにより水素ガスもそれぞれ所定流量にて反応器へ流通した．反応器は水浴中に配置し反応温度に保った．反応器内部にはステンレス管（外径 12.7mm, 長さ 85 mm）の内壁に対しウォッシ
ュコート法で作成した Pt/Al2O3 管壁触媒を導入した．フルフラール水溶液は反応
器内の触媒管壁をつたうように流れていき，同方向に流通する水素と反応する．
冷却後，気液分離を行い液体成分のみを原料容器へ戻し循環させた．所定時間ごとに原料容器内の液体成分をサンプリン
グし，GC-FID にてフルフラールと生成物の水素化物を定量した．
図2

68

濡れ壁型管壁触媒反応装置

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

３．結果と考察
図 2 に，反応温度 60 ℃における収率の経時変化を示す．収率は初期フルフラール濃度基準で評価した．フルフラール収率の減少にともない水素化物であるフルフリルアルコール収率が増加しており，主に水素化が進行していた．
また，収率合計が減少することから，水素化
以外の反応も生じていることがわかる．
収率［％］

図 3 に，実験結果をもとに推測した反応経路を示す．主反応の水素化反応と，その他生成物となる副反応が生じるものとした．
次に，反応モデルによる反応解析を行った．
反応管をつたう反応液膜中に水素が溶解していき，触媒上にて反応するものとした．そ

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

0

の際，反応としてフルフラール濃度と液中水

240

480

720

960 1200 1440

反応時間［min］

素濃度に 1 次(反応速度定数 k1)の水素化反応が生じるものとし，実測値との相関により k1

図 2 収率の経時変化（60 ℃，0.25 MPa，液流量 5 mL/min，ガス流量 5 mL/min，フルフラー
ル初期濃度 0.1 wt.%，▲：フルフラール，●：
フルフリルアルコール，■：合計，点線：計算と k2 を決定した．

値）

によるフルフリルアルコールの生成，フルフ
ラール濃度に 1 次(反応速度定数 k2)の副反応

図 2 中に，例として 60 ℃における反応シ
ミュレーションの計算値を示す．計算値は実測値と概ね一致し，反応速度定数は k1＝9.21
×102 [m3/mol·s kg-cat]，k2＝20.7 [1/s·kg-cat]
図3となった．40～90 ℃での反応速度定数を求反応経路めた結果，水素化反応速度定数が温度上昇により大幅に増大することが明らかとなった．
さらに，作成したモデルによる反応予測を行った．その一例として，図 4 に，90 ℃の各圧力における収率の経時変化を示す．圧力上昇により，時間あたりのフルフリルアルコ
ール収率は増加し，約 73 %で平衡に到達することが明らかとなった．
４．結言
濡れ壁型管壁触媒反応装置を用いたフル

図 4 各圧力における収率の経時変化の計算結果（数値：圧力[MPa]，破線：フルフラール，
実線：フルフリルアルコール，一点鎖線：収率
合計）

フラールの水素化反応が進行することを確認した．また，反応モデルにより最適化を行うことが可能であった．

69

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コラーゲン由来のペプチドとアミノ酸が神経幹細胞増殖に及ぼす影響
庄司紗代（M2）
Sayo SHOJI（M2）宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma178126@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 水重貴文（准教授）
Takafumi MIZUSHIGE (Associate Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 mizushige@cc.utsunomiya-u.ac.jp
1. 緒言
我が国のうつ疾患患者数は増加しており，新たな抗うつ素材が求められている．当研究室ではこれまで，マウスにおいてコラーゲン分解物（CP）が抗うつ作用を示すことを見出した．また，CP 摂取時の血中に移行する主なジペプチとして Pro-Hyp（PO），Hyp-Gly（OG）が報告されている．それらのペプチドのうち，PO は抗うつ作用を示すことが明らかとなっている．これらのことから，CP の抗うつ作用の活性成分候補として PO が挙げられている．
うつモデル動物において海馬神経幹細胞の増殖が抑制されること 1，抗うつ薬を投与した動物において，海馬神経幹細胞の増殖が促進することが報告されており 2，うつ行動と海馬神経幹細胞の増殖には関連があることが示唆されている．また，CP 摂取時に脳脊髄液中に PO が検出されたことから，PO が脳内の神経幹細胞に直接的に作用する可能性が考えられた．一方、ストレス負荷により分泌されるコルチコス
テロン（CORT）は，海馬神経幹細胞に作用しその増殖を抑制することが明らかとなっている 3．そこで，本研究では，培養海馬神経幹細胞を用いた神経幹細胞増殖活性評価方法を確立し，CORT を添加した条
件で，コラーゲン由来ペプチドや構成アミノ酸の培養神経幹細胞の増殖に及ぼす影響を検討した．
2. 実験
実験 1：CP 由来成分が培養神経幹細胞増殖に及ぼす影響
ddY 系仔マウス生後１日齢から海馬を採取し，4～5 分割した後 0.25% トリプシン/HBSS を添加し，5分間，37 ℃でインキュベートした．培地を 500 µL 添加し，組織を懸濁した後，上清を回収した．これを 3回繰り返した．セルストレイナーに通した後，96 well plate に 5000 cells/well で播種し，無血清培地 (2%B27，0.5 mM L-glutamine，10 ng/mL bFGF，20 ng/mL EGF を添加) で培養した (37℃，5% CO2)．細胞は，抗ネスチン抗体および DAPI を用いて染色し，神経幹細胞であることを確認した．試料として PO，OG，
P+O，O+G を用いた．培養 3 日目から 4 日間，試料を 1 日 1 回添加した．ペプチドおよびアミノ酸は，1mM になるように添加した．培養 7 日目に well 全体の写真を撮影し，Image J 画像解析ソフトにより，神経球の面積を測定した．
実験 2：CORT 添加条件下において CP 由来成分の添加が神経幹細胞増殖に及ぼす影響
実験１と同様の方法を用いて，細胞を播種し，無血清培地で培養し(37℃，5% CO2)，培養 3 日目から 4 日間 0.5 µΜ CORT で添加した．CORT 添加の 30 分後に，試料を 1 mM になるように添加した．

70

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培養 7 日目に well 全体の写真を撮影し神経球の面積を測定した．
3. 結果と考察
実験 1：マウス海馬の初代培養において，増殖した神経幹細胞で構成される神経球を観察した．抗nestin 抗体および DAPI を用いた染色により、培養細胞が神経幹細胞であることを確認した（図 1）．神経球の面積を測定することにより，神経幹細胞の増殖が評価可能であると考えた．
実験 2：ストレスモデルである CORT 添加条件において，コラーゲン由来ペプチドおよびその構成アミノ酸の添加は神経球の面積を有意に増加させた（図 2）．動物行動試験で抗うつ作用を示す PO だけでなく，抗うつ作用を示さない OG や構成アミノ酸も神経幹細胞の増殖を促進させた．コラーゲン由来のペプチドおよびアミノ酸は脳内に一定量以上移行すれば，神経幹細胞に直接的に作用し，それらの増殖を促進させることが示唆された．
明視野像

mean±SEM, (n=3) , *p<0.05 ,vs CORT control, Tukey-Kramer test .
図2

図 1 神経幹細胞マーカーにおける染色像

CORT 添加条件下において, コラーゲン由来
ペプチドおよびアミノ酸の添加により神経球の面積は有意に増加した

4. 結言
本研究により，CORT 添加条件下においてコラーゲン由来のペプチドおよびアミノ酸は神経球の面積を増加させた．コラーゲン由来のペプチドおよびアミノ酸は，神経幹細胞に直接的に作用し，それらの増殖を促進させることが示唆された．
参考文献
1) Block W, Träber F, von Widdern O, Metten M, Schild H, Maier W, Zobel A, Jessen F.
Neuropsychopharmacol. 2009, 12, 415–422.
2) Malberg, Jesica E, Schechter, L. Curr. Pharm Desin. 2005, 11, 145–155.
3) Seiji H, Noriko M, Mikito H, Akhilesh K, Nobumasa K, K. I. Neuroscience Research. 2007,
85, 3574-3585.

71平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

視界外における素手による仮想物体の操作に関する検討
木村善太郎（M1）
Zentaro KIMURA（M1）宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 mt186512@cc.utsunomiya-u.ac.jp
佐藤美恵（教授）
Mie SATO (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 mie@is.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
近年，拡張現実感(AR)に関する研究が行われており，その課題の一つとして仮想物体との自然なインタラクションが挙げられる．従来研究 1)では，手にマーカやグローブを装着することで仮想物体とのインタラクションを実現している．しかしながら，この手法では，ユーザが事前に装置を手に装着する手間がかかり，ハンドフリー操作が求められる環境においては適さないという課題が挙げられる．先行研究 2)では，素手による仮想物体とのインタラクションが実現されている．この研究では感覚の統合効果に着目し，仮想物体を把持する際に聴覚刺激を与えることで，把持感覚が向上することが示された．しかし，これらの AR インタラクションに関する研究は，
多くの場合ユーザの視線上に仮想物体があることがほとんどであり，視界範囲外の仮想物体に対する操作性は検討されていない．
本研究では，視界範囲外における仮想物体の操作性を向上することを目的とする．本研究では，
仮想物体の操作において，視覚情報の欠如が，どの程度操作性の低下をもたらすか，また，聴覚刺激が視界範囲外の仮想物体の操作においても有効であるかを被験者実験により調査する．
２．理論
図 1 にシステム全体の構成を示す．本システムにおいて，ユーザは，ステレオ RGB カメラ(Ovrvision Pro)が取り付けられた HMD(Oculus Rift DK2)から視覚情報を，ヘッドホン(ATH-M20x)から聴覚刺激を得る．また，仮想物体とのイ
ンタラクションを行う際にハンドトラッキングセンサ(LeapMotion)を用いて手の位置情報を取得する．
本研究では，視覚情報として，ユーザの前方に直径 5cmの仮想球 3 つを表示し，前方上部にどの仮想球を触るかを指示するための仮想モニタを表示する．仮想球は黄色であ

図 1 システム構成

るが，ユーザが仮想球を触っている際は赤色に変化する．また，聴覚刺激として指が目標の仮想球に近づいた際に音量が線形に大きくなる 392Hz の純音を提示する．さらに，聴覚情報としてユーザが仮想球に触った際に 523Hz の純音を提示する．

72

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

３．実験
表 1 実験条件

上記のシステムを用いて，視界範囲外で仮想物体を触る動作について，視界範囲内と比べて(A)

仮想球の視認あり，聴覚刺激なし

操作性がどの程度低下するか，また聴覚刺激に(B)

仮想球の視認なし，聴覚刺激なし

よって，操作性の低下を抑えることができるか(C)

仮想球の視認なし，聴覚刺激ありを被験者実験により調査する．表 1 に本実験で比較する実験条件を示す．ユーザは，条件(A)では視覚情報として仮想球とモニタの指示を交互に見ながら仮想球を触る．条件(B)では仮想球は見ずに仮想モニタのみを見ながら仮想球を触る．条件(C)では条件(B)に加えて，指と仮想球の距離を表す聴覚刺激が与えられる．実験では，被験者にそれぞれの条件についてアンケートによる主観評価に回答してもらう．主観評価は“仮想物体の触りやすさ”と“仮想物体を触ることに対する疲労感”に関して-3～+3 までの 7 段階評価と，それぞれの条件間の 1 位～3 位までの順位付けを行う．
また，それぞれの条件について，モニタに指示が表示されてから仮想球を触るまでの時間を実験者が計測する．
４．結果と考察得られたデータのうち，主観評価で得られたデータそれぞれについて Friedman 検定を行い，実験条件間に有意差が認められたため，Bonferroni の多重比較検定を行った．また計測した時間データについて分散分析を行い，実験条件間の有意差が認められたため，Scheffe の多重比較検定を行った．多重比較検定の結果，主観評価，時間データのどちらについても，ほぼ全ての条件間に有意差が認められた．条件(A)(B)間，条件(A)(C)間で有意差が見られたことから，視覚情報がな
いことによる操作性の欠如は聴覚刺激の付加のみでは補えないと考えられる．また，B-C 間有意差が得られたことから，視界範囲外における仮想物体の操作において聴覚刺激がユーザビリティの向上やストレスの軽減に有効であると考えられる．
５．結言
本研究では，素手による仮想物体とのインタラクションにおいて，視界範囲外にある仮想物体の操作性の調査と向上を目的とし，印象評価実験を行った．実験の結果，視界範囲外にある仮想物体を触る際に聴覚刺激が有効であることが示された．一方で，聴覚刺激のみでは視界範囲外の仮想物体の操作性を十分に補えない可能性があることも示唆された．
今後の課題として複数刺激による仮想物体の操作性の向上の検討や，ジェスチャー認識などの仮想物体の位置関係によらない操作方法の検討が挙げられる．
参考文献
1）Volkert Buchman et al. : “FingARtips-Gesture Based Direct Manipulation in Augmented Reality,”
Proc.International Conf.on Computer Graphics andInteractive Techniques, pp.212-221 (2004)2）Sho Kato et al. : “An Examination of Perception with an Auditory Cue When Grasping a VirtualObject with a Bare Hand,” IWAIT2017, SESSION 3A (2017)73平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

Diplotaxis tenuifolia とアブラナ作物との複二倍体系統の作出と評価
山口明依(修士 2 年)
Mei YAMAGUCHI (M2)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma178140@cc.utsunomiya-u.ac.jp
房相佑(教授)Sang Woo BANG (Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 Bang@cc.utsunomiya-u.ac.jp
1. 緒言
ワイルドルッコラ(Diplotaxis tenuifolia )は地中海沿岸に生育するアブラナ科近縁野生種であり,グルコ
シノレート(GLs)類を多く含むことが知られている 1)．この野生種の特性とアブラナ科の栽培種の良食味を併せもつ新型野菜を作出するため,ワイルドルッコラとチンゲンサイ(Brassica rapa )およびケール(Brassica oleracea )との属間交雑複二倍体(チンゲンルッコラおよびケールッコラ)を作出した．この 2 種類の複二倍体系統はすでに商品化されており,LC-MS 分析を行ったところ,およそ播種後 70 日で両親品
種よりも脂肪族 GLs 含有量が高くなることが分かった．その結果を踏まえ,遺伝子解析によって脂肪族
GLs 高含有する理由の解明や害虫の接触試験を行った．
2．実験
各品種の主要な脂肪族 GLs は,チンゲンサイおよび‘チンゲンルッコラ’は肥満抑制効果があると言われているグルコナピン,ケール,ワイルドルッコラおよび‘ケールッコラ’は抗癌抑制効果があると言われているグルコラファニンであり,複二倍体系統は両親品種よりも含有量が高いことが分かった．なお支援金はこの GLs の分析実験のために使用した．両親品種と複二倍体系統の主成分の違いについて,グル
コナピンの代謝活性に関与する AOP2 遺伝子 2)の発現を調査し, 複二倍体系統の GLs を高含有については脂肪族 GLs の生合成を促進する Myb28 転写因子 3)の発現を調査した．また GLs は害虫の食害忌避成分であるため 4),コナガやヨトウムシといった害虫を用いて複二倍体系統の接触試験を行った.

3．結果と考察
1)複二倍体系統とその両親品種における脂肪族 GLs
代謝に関与する遺伝子の発現解析
まず各品種における主成分の違いについて,播種後40 ,70 および 100 日で採取した葉における AOP2 の発現量を real-time PCR で測定した．結果としてチンゲンサイと‘チンゲンルッコラ’において AOP2 の発現量が高く，播種後日数が経過するにつれて増加する傾向を示すことが分かった(図 1)．このことか
ら，各品種の主成分の違いは AOP2 の発現量に起因

74

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書している可能性が示唆された．
次に，複二倍体系統が脂肪族 GLs を高含有する理由について,Myb28 の発現量を real-time PCR で測定した．複二倍体系統は両親品種と比較して Myb28 が活性化していたことから,Myb28 の発現量の増
大が複二倍体における脂肪族 GLs 高含有の要因の一つであることが示唆された(図 2)．
2)複二倍体系統における食害忌避特性調査
脂肪族 GLs を高含有する複二倍体系統のアブラナ科
作物の害虫に対する食害忌避特性を調査した．アブラナ科作
物に深刻な被害をもたらすコナガおよびヨトウムシの幼虫を用いて複二倍体と両親品種の摂食試験を行った結果，複二倍体系統は栽培種よりも食害を受けにくい特性があることが明らかとなった(図 3)．複二倍体の脂肪族 GLs 含有量が両親品
種よりも多いことが害虫の忌避効果に関連していると考えら
れた．

4．結言
本研究ではワイルドルッコラゲノムをもつ複二倍体系統の 2 つの機能性(①健康機能性成分の高含有②食害忌避特性)を明らかにした．この知見は倍数性育種の有用性を提案するとともに，今後のワイル
ドルッコラゲノムをもつ複二倍体系統の選抜によってより有用品種の育成が期待できる．

5．謝辞
共同研究者：バイオサイエンス教育研究センター 鈴木 智大准教授
応用昆虫学研究室 園田 昌司教授

6．参考文献1) Richard N. Bennett (2006) Ontogenic Profiling of Glucosinolates, Flavonoids, and Other Secondary
Metabolites in Eruca sativa (Salad Rocket), Diplotaxis erucoides (Wall Rocket), Diplotaxis

tenuifolia (Wild Rocket), and Bunias orientalis (Turkish Rocket). AGRICULTURAL AND
FOOD CHEMISTRY 4005-4015.
2) Kliebenstein, et al.(2001) Gene duplication in the diversification of secondary metabolism: tandem 2oxoglutarate-dependent dioxygenasescontrol glucosinolate biosynthesis in Arabidopsis. Plant Cell 681–
693
3) Masami Yokota Hirai et al .(2007) Omics-based identification of Arabidopsis Myb transcription factors
regulating aliphatic glucosinolate biosynthesis. PNAS 104.
4) Halkier, B.A.et al. (2006) Biology and biochemistry of glucosinolates. Annu Rev Plant Biol 303-33.

75

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

褐色腐朽菌オオウズラタケによる腐朽材の顕微鏡観察
藤江朝未（M2）
Tomomi FUJIE (M2)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma178136@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

羽生直人（教授）

Naoto HABU (Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 habu@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
木材の細胞壁成分を分解する微生物は木材腐朽菌と呼ばれる.木材腐朽菌の一種である褐色腐朽菌は針葉樹に多く発生するため，木造建築物に被害をもたらすことが大きな問題となっている.
このことより，褐色腐朽メカニズムについてこれまで多くの研究がされてきたが，いまだ不明な点が残されている.
針葉樹材の細胞は，樹体の軸方向の細胞である仮道管が大半（90～95％）を占めるほか，これに直交する放射方向の組織には放射柔細胞が主に存在する.仮道管の内腔には有縁壁孔という穴が存在し，隣接する細胞間の液体の通導を担っている.有縁壁孔中央には，ペクチン質からなる
トールスがあり，弁の役割を果たしている.
褐色腐朽菌が木材を腐朽する際，菌糸先端では，ペクチン分解やデンプン分解にかかわる酵素の発現量が高いことが近年報告されている 1）.また，木材中に菌糸が侵入する際には，まず放射柔細胞に侵入し，その後壁孔の通過や細胞壁の穿孔により仮道管へと伸長していくといわれているが，その詳細について十分な検討がされていない.そこで本研究では，褐色腐朽菌オオウズラ
タケ（Fomitopsis palustris）によるスギ腐朽材の顕微鏡観察から，褐色腐朽メカニズムについての知見を得ることを目的とした.
２．実験
褐色腐朽菌オオウズラタケを 2% glucose，0.75％ malt extract，0.15％ peptone，2％ agar を含む培地に植菌し，スギ辺材（板目面 75×50 mm，厚さ 5 mm）を設置して，26℃，相対湿度 70％で培養した．所定期間後，腐朽材を回収して腐朽後の質量減少率を算出するとともに，顕微鏡で観察した．顕微鏡観察では，脱水処理した腐朽材をまさ目面から走査型電子顕微鏡（SEM）および共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いて観察した．また，光学顕微鏡（倍率 400 倍）で観察し，画像解析ソフト ImageJ を用いて有縁壁孔の孔口面積を 1 つの期間につき 28 個測定した．
３．結果と考察各培養期間における腐朽材の質量減少率を図 1 に示す．培養 1，2 週目は質量減少率が 0.4％以
下とほとんど腐朽されていなかったが，培養 3，4 週目では約 9％，培養 7 週目は約 23％，培養
10 週目は約 45％と腐朽が進行していった．

76

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

培養 2 週目の腐朽材を SEM および共焦点レーザ
ー蛍光顕微鏡で観察した結果を図 2 に示す．放射組
織および仮道管に菌糸が侵入しており，有縁壁孔を貫通する様子が観察された．また，放射組織に菌糸の分布が多い傾向が見られた．培養 7 週目以降の腐朽材では仮道管にも一様に菌糸が蔓延していた．
各培養期間における孔口面積を図 3 に示す．孔口
図 1. 腐朽材の質量減少率

面積は，腐朽の進行とともに拡大している傾向が認められた．培養 10 週目の腐朽材では，未腐朽材と比較して，孔口面積の平均値が約 1.6 倍に拡大していた．
これらの結果より，オオウズラタケは次のように木材中に侵入していくと考えられる．まず，資化しやすいデンプン等

図 2. 培養 2 週目の共焦点レーザー蛍光顕微鏡像（左）および SEM 像（右）T: 仮道管，R: 放射組織，BP: 有縁壁孔.矢印は菌糸を示す.

が含まれる放射柔細胞に侵入し，これらを資化して菌糸を生長させる．その後，仮道管へと侵入し，有縁壁孔に存在するトールスを分解してさらに木材内部へと菌糸を生長させていく．この時，有縁壁孔の孔口周辺が分解され，次いで木材細胞壁の分解が起こると考えられる．
４．結言
腐朽初期において，菌糸が放射柔細胞に多く分布していることが明らかとなり，放射柔細胞中のデンプン等を優先
図 3. 各培養期間における孔口面積的に分解していることが示された．また，質量減少がほと●は孔口 28 個の平均値を示す

んど見られない段階で菌糸が有縁壁孔を貫通しており，腐1）～8）の同じ数字間において危険率 1％で有意差あり

朽初期にはトールスに多く含まれるペクチンの分解が重要であることが示唆された．

謝辞
本研究を進めるにあたりご指導を賜った，宇都宮大学農学部の金野尚武准教授，石栗太准教授，森林総合研究所の相蘇（眞田）春菜氏に厚く御礼申し上げます．
参考文献
1）Zhang et al. Proc Natl Acad Sci U S A 113(39):10968-73. (2016)77平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

蛍光 X 線ホログラフィーによる
Al0.3CrFeCoNi 高エントロピー合金の局所構造解析
仁木惇平（M2）
Jumpei NIKI（M2）宇都宮大学大学院工学研究科機械知能専攻 mt186140@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

山本篤史郎（准教授）

Tokujiro YAMAMOTO (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能専攻 toku@cc.utsunomiya-u.ac.jp
1. 緒言
高エントロピー合金（High Entropy Alloys，HEAs）は複数種類の金属元素で構成される固溶体で，高強度を示すにもかかわらず圧延などの塑性加工が可能であるため，優れた高強度構造用材料として現在盛んに研究されている．この HEAs の原子配列モデルは大きく 2 種類が提案されている 1,2)．こうした原子配列モデルは HEAs の高強度と密接に関係がある．しかし，HEAs の主な構成元素は 3d 遷移金属であることが多く，原子番号が連続する元素が含まれる場合は構造解析が困難なことがある．ある元素近傍の局所構造を知るために，広域 X 線吸収端微細構造法（Extended X-ray Absorption Fine Structure, EXAFS）を利用した解析方法がよく用いられる．しかし，試料が原子番号の連続する構成元素を含む場合，EXAFS 計算に用いるエネルギーの領域を十分に確保できず，その精度は低下する．一方，蛍光 X 線ホログラフィー（X-ray Fluorescence
Holography, XFH）では分光結晶を使ってホログラムの記録に用いる蛍光 X 線を選別するので，
HEAs 中の原子番号が連続する元素近傍の局所構造解析が原理的に可能である．そこで我々は，粗大結晶を育成可能と報告されている面心立方格子構造（Face-Centered Cubic, FCC）型 HEAs のAl0.3CrFeCoNi3)について，アーク溶解インゴットの作製直後と 18 ヶ月後に同一の結晶粒について
XFH 実験を行い，Ni 元素近傍ならびに Co 元素近傍の局所構造を解析した．また，ビッカース硬度試験を行い，室温時効が機械的特性に及ぼす影響についても報告する．
2. 実験
測定試料である Al0.3CrFeCoNi インゴットを Ar アーク溶解で作製した． XFH 実験を試料作製
直後ならびに，作製より 18 ヶ月後に行った．HEA の XFH 実験は SPring-8 BL13XU ビームライン
にて 10.5∼15.5keV の入射 X 線エネルギーを用いて行った．Ni ならびに Co 近傍の局所構造を XFH
により解析するために，Ni Kβ 線と Co Kα 線を用いてホログラムを記録した．記録したホログラ
ムから，計算機によるフーリエ変換で原子像を再生した．原子像の再生は FCC 金属の転位のすべり面である{111}面と平行な面で行った．また，ビッカース硬度試験を，試料作製直後と室温
時効 6 ヶ月後，12 ヶ月後，18 ヶ月後に行った．

78

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

3. 結果と考察
XFH によって再生した原子像を Fig. 1に示す．原子像が多くの破線の円内に再生されたため，Ni および Co 原子近傍の原子はおおむね FCC 格子位置に存在し，試料の格子は歪んでいないことがわかった．また，作製直後の試料の Ni 近傍の再生原子像は，発光原子からの距離が遠くなるにつれて強度が低下する一般的な傾Fig. 1 Reconstructed atomic images of (a) near the Ni
atom in the as-prepared specimen, (b) near the Ni atom inthe specimen after 18 months and (c) near the Co atom inthe specimen after 18 months.

向を示した．しかし，18 ヶ月後の試料のNi 近傍では，発光原子からの距離にかかわらず，特定の像が強く再生された．同様に 18 ヶ月後の試料の Co 近傍でも特定の原子像が強く再生された．そして，強く再生された原子像は Ni と Co 近傍で異なった．本来，HEAs が固溶体であるなら再生原子像の強度は Ni と Co 近傍で同様である．したがって，この結果から室温時効により Ni および
Co 近傍の局所構造が短範囲規則化したと示唆される．
ビッカース硬度試験の結果を Fig. 2 に示す．試料作製直後の硬度の方が 18 ヶ月後よりも高い値を示した．また，6Fig.2 Vickers hardness as a functionof aging period at room temperature.

ヶ月以降の試料の硬度に有意な差が見られないことから，室温時効による原子位置の変化は試料作製後 6 ヶ月以内に生じることがわかった．この結果から，作製直後の HEA は均一な固溶体状態であるが，室温時効によって短範囲規則化を生じ，強度が低下したことが推察される．
4. 結言
XFH により Al0.3CrFeCoNi HEA の局所構造解析を行った．また，同試料の機械的特性をビッカ
ース硬さ試験により調査した．均一な固溶体である HEA は作製 6 ヶ月以内に試料中の Ni およびCo 原子の近傍で短範囲規則化し，それに伴い HEA の強度が低下することが示唆された．
謝辞
本研究の一部は，東北大学金属材料研究所・共同利用研究（研究部，新素材共同開発センター），
大型放射光施設 SPring-8（課題番号 2018A1190），高エネルギー加速器研究機構放射光共同利用実験（課題番号 2018G149）により実施させていただきました．
参考文献
1）Y.F. Ye, C.T. Liu, Y. Yang, Acta Materialia, 94, 152 (2015).
2）Z. Wang, W. Qiu, Y. Yang, C.T. Liu, Intermetallics, 64, 63 (2015).
3）S.G. Ma, S.F. Zhang, M.C. Gao, P.K. Liaw, Y. Zhang, JOM, 65, 1751 (2013)79平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

新規 Mn ドープ赤色蛍光体 Ca3MO6:Mn, La (M =W, Te)の合成と評価
小暮裕太（M2）
Yuta KOGURE（M2）宇都宮大学大学院工学研究科物質化学専攻 mt176315@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

手塚慶太郎（准教授）

Keitaro TEZUKA (Associate professor)
宇都宮大学大学院工学研究科物質化学専攻 ktez@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言

市販の白色 LED では赤色成分不足による演色性の乏しさが問題になっている．それを解決するために，紫外光や青色光により赤色発光する蛍光体が求められている．しかし，実用化されている赤色蛍光体は発光中心に高価な Eu を用いたものが主流であり，また，母体に用いられている物質も硫化物やフッ化物などが多いためコストや安全性に問題を抱えている．これらに対し，
Mn4+ドープ酸化物赤色蛍光体が代替材料として挙げられる．これまでに，+3 価～+5 価の金属イオンを含む酸化物を母体とした Mn ドープ蛍光体を中心に研究が行われてきた．それより価数の大きい+6 価の金属イオンは，母体酸化物中で八面体サイトを形成し易く，これまで報告のある
Ti4+, Sn4+, Nb5+, Ta5+よりも Mn4+のイオン半径に近い好条件があるにもかかわらず報告は極めて少ない．
本研究では，合成に成功した新規 Mn ドープ赤色蛍光体 Ca3MO6:Mn, La (M = W, Te) について結晶構造，発光特性，Mn の価数および量子効率 (QE) を調査した．
２．実験
Ca3MO6:Mn, La (M = W, Te) の合成は，固相反応法で行った．原料 (CaCO3, WO3, TeO2, MnCO3,
La(OH)3 ) を化学量論比通りに秤量し，メノウ乳鉢にて粉砕混合，空気中で 1000 °C，10 時間焼成した．
得られた試料は XRD による相の同定を行い，構造解析プログラム RIETAN-FP により，結晶構造を精密化した．Mn ドープ試料は分光光度計により蛍光・励起スペクトル測定，UV-vis 分光光度計により拡散反射スペクトル測定を行った．また，ESR 測定により Mn4+の存在の有無を確認した．
３．結果と考察Ca3MO6 (M = W, Te) は既存の酸化物であり，空間群 P21/c(No.14)を有する単斜晶ダブルペロブ
スカイト (DP) 型構造である．この母体は B サイトに Ca2+(1.00 Å)と M 6+ (W:0.60 Å, Te:0.56 Å) の八面体サイトを持ち，これらが岩塩型の配列をしている．Mn4+(0.53 Å)はイオン半径の近い M 6+の八面体サイトにドープすると考えられるため，ドープした Mn は孤立し易く高輝度化を期待できる構造である．得られた試料の XRD パターンを Fig. 1 に示す．共に ICSD のものとよく一致しており，単相試料が合成された．
空気中で合成した Ca3MO6 (M = W, Te) は Mn をドープするだけでは赤色蛍光を示さなかった．
これは M 6+の八面体サイトに Mn がドープする際，Mn が赤色蛍光を示す+2 もしくは+4 価ではな
く，他の酸化数を取っているためと考えた．

80

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

そこで，まず，Mn ドープ試料を酸素および窒素雰囲気中でアニールしたところ，窒素雰囲気
中で W 系において赤色蛍光が確認できた．この赤色蛍光は Mn の酸化数が変化したためと考えられる．さらに，空気中で La を共ドープすることで，電荷補償でき，これによっても Mn の酸化数を変化できると期待した．M 6+ + 2Ca2+ ＝ Mn4+ + 2La3+ の式のように置換することで電荷補償を試みたところ，両系で赤色蛍光が見られた．これは La を共ドープすることによって狙い通り
Mn の価数がある変化したためと考えられる．Fig. 2 の励起/蛍光スペクトルにも両系で 250-350 nm
および 450-540 nm 域の励起と 660-720 nm 域の発光が確認されている．これらはそれぞれ Mn4+の d-d 遷移の内 4A2→4T1, 4A2→4T2 および 2E→4A2 遷移に対応している．特に青色域の励起である
4A →4T 遷移は 3d 3 電子配置を有する Mn4+の特徴なので Mn は+4 価で存在していると推定できる．
2
2
Mn 量を最適量で固定して，共ドーパントである La 量を過剰に増やしたところ，W, Te 両系で発光強度の向上が確認された．その励起/蛍光スペクトルを Fig. 3 に示す．W 系では La 量を 64 倍にしても発光強度に際限が確認できなかったが，この 64 倍の試料には不純物が確認され，Te 系では La 量が 4倍で最大となり，16 倍の試料では発光強度が減少し，不純物が確認された．また La 量の増加に伴い，W, Te 両系の蛍光波長に明らかな Red シフトが確認された．さらに，発光強度最大の Te 系 La 量 4 倍の試料の量子効率を測定したところ，内部量子効率 72.1 %という非常に高い値が得られた．この結果は電荷補償を施さない試料 (1.1 %)，La1 倍試料 (30.8 %) と比較して発光強度の劇的な向上が見られ，本蛍光体だけではなく広く電荷補償の可能性を示している．

Fig. 1

Ca3MO6:Mn, La (M = W, Te)の XRD パターン

Fig. 3(a)Ca3-yW0.998O6:0.002Mn, yLa の励起蛍光スペ

クトル，(b) Ca3-yTe0.997O6:0.003Mn, yLa の励起蛍光ス
ペクトル
Fig. 2

Ca3MO6:Mn, La (M = W, Te)の励起蛍光スペクトル

４．結言

電荷補償により新規 Mn ドープ赤色蛍光体 Ca3MO6:Mn, La (M = W, Te) の合成に成功した．また，
La 量を増加した試料を合成したところ，La 量の増加による発光強度の向上に成功した．

81

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

2 価と 5 価陽イオンの組合わせによる
新規 NASICON 型リチウムイオン伝導体の合成と評価
宮崎駿（M2）
Shun MIYAZAKI（M2）宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 mt176339@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）単躍進（教授）
Yue Jin SHAN (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 Shan@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
現行のリチウムイオン電池は，有機溶媒系電解質を使用しているため，電池の出力を上げると引火する恐れがあり安全性に問題を抱えている．そこでセラミックスなどの固体電解質を用い，全固体電池にすることで安全性を得ることができるため，研究が盛んに行われている．固体電解質の候補の 1 つに NASICON 型酸化物がある．Li を含む NASICON 型酸化物 (LiX2(PO4)3) は，金属-酸素八面体 (XO6) とリン-酸素四面体 (PO4) が頂点共有し，間隙を含む三次元的な構造をとっている．構造中の Li イオンがこの間隙を通し拡散でき，NASICON 構造はイオン伝導性を示す．
LiTi2(PO4)3 は典型的な LiX2(PO4)3 であるが，そのイオン伝導率は室温で 10-7 S/cm と低い．そこで
X=Ti を，異なる酸化数の金属で置換した物質でイオン伝導率が向上した報告があり，中でも 3
価の Al で置換した Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3 は，室温で最も高いイオン伝導率 (7×10-4 S/cm) を示した．
異なる酸化数の金属イオン置換は，Li イオン濃度と格子定数の両面に変化を引き起こすと考えられる．1 種類の金属イオンによる置換の報告は数多くあるが，2 種類以上の金属イオンによる置換の報告は少ない．ここで，2 種類の金属イオンの置換が NASICON 化合物 (LiX2(PO4)3) にどのような影響を及ぼすか，また 1 種類の金属イオンの置換とどのような違いがあるかに興味を持った．そこで本研究では 4 価の金属 X に 2 種類の異なる価数の金属である，2 価金属 Ca と 5 価
金属 Nb, Ta を置換させた新規物質 Li1+xX2-2xCaxZx(PO4)3 (以下 XCaZ) (X=Ti, Zr Z=Nb, Ta 0.1≦x≦0.3)の合成および，Ca のように Ti, Zr に比べ大きいイオン半径を持つ 3 価金属 In を置換させた既存物質 Li1+xX2-xInx(PO4)3 (以下 XIn) の合成を行い，得られた物質それぞれの結晶構造およびイオン伝導率を評価し比較することを目的とした．
２．実験
試料は固相反応法で合成した．得られた試料は粉末 X 線回折測定 (XRD) により相の同定を行い，Rietveld 法により結晶構造の精密化も行った．さらに PyAbstantia を用いて構造内のイオン伝導経路を描きだした．また，室温で交流インピーダンスを測定しイオン伝導率を求めた．
３．結果と考察Ca と Nb の 2 種類の金属イオンの同時置換を試みた所，0.1≦x≦0.3 の範囲で，X=Ti の試料は82

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

1100 ℃で 12 h，X=Zr は 1000 ℃で 3 h 焼成の条件で単相試料を得ることができた．XCaNb について Rietveld 法による構造解析を行った結果，TiCaNb では置換量 x の増加に従って格子定数も増加
したのに対し，ZrCaNb では格子定数の変化に規則性が見られなかった．
Fig. 1 に，PyAbstantia を用いて描いた構造内のイオン伝導経路を示す．構造の隙間がイオン伝導経路となっているのが見て取れる．M-J. Ana らの報告[1]より，Fig. 2 に示すような二等辺三角形がボトルネックである．伝導経路もこの部分を通っていることが見て取れた．TiCaNb と TiInの二等辺三角形の面積を比較したところ，両者とも x の増加に伴い面積も増加した (Fig. 2)．
Fig. 3 に，室温 (300 K) における TiCaNb 試料の交流インピーダンスを示す．全伝導は 2 種類の金属イオンの同時置換量 x に従って 7.78×10-7 S/cm (x=0.1) から 3.15×10-5 S/cm (x=0.3) と増加し，その変化は単位格子体積やリチウム濃度の増加と同様であった．一方，ZrCaNb のイオン伝導率は，x の増加と共に 6.33×10-5 S/cm (x=0.1) から 1.04×10-5 S/cm (x=0.3) に減少した．
また TiIn (x=0.3)のイオン伝導率は 5.59×10-3 S/cm となり，これは TiCaNb (x=0.3) の 3.15×10-5 S/cm より約 2 桁高い．そこで SEM によるペレット試料の表面観察を行ったところ，TiIn 系は大きめの粒が密に接触していたのに対し，TiCaNb 系は粒 1 つ 1 つが小さく，また密着性も悪く空孔が多かった．粒子の密着性が悪いことが原因で，イオン伝導率が悪くなったと考えている．
４．結言
新規物質 Li1+xX2-2xCaxZx(PO4)3 (X=Ti, Zr Z=Nb 0.1≦x≦0.3) の合成に成功した．異なるイオンの置換により格子定数が変化した．合成した全ての試料で Li イオン伝導性が確認された．Li イオンは構造の隙間を移動していることが示唆された．
参考文献
1）Ana Martınez-Juarez, Carlos Pecharroman, Juan E. Iglesias, J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 372-375

4.75

4.65

-1

4.60
4.55

0
0.0

Li1.3Ti1.4Ca0.3Nb0.3(PO4)3 のイオン伝導経路

x=0.1
x=0.2
x=0.3

-2

4.70

4.50

Fig. 1

5

Z' []

2

二等辺三角形面積 [Å ]-3x10

TiCaNb
TiIn

4.80

0.1

x

0.2

0.3

Fig. 2 ボトルネック面積

01

Fig. 3

Z []

2

3x10

Li1+xTi2-2xCaxNbx(PO4)3のコールコールプロット

83

5

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

マコモタケ（黒穂菌-マコモ共存体）の共生に関わる遺伝子の探索
青木大地（M2）
Daichi AOKI（M2）宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma188101@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

鈴木智大（准教授）

Tomohiro SUZUKI（Associate professor）
宇都宮大学バイオサイエンス教育センター suzukit@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
イネ科の植物であるマコモ（Zizania latifolia）に，カビの一種である黒穂菌（Ustilago esculenta）
が感染すると共存が始まり，茎部に異常な肥大が生じる．この肥大化した共存部分は菌えいと呼ばれ，マコモタケと称する（図）．また，黒穂菌がマコモに感染することで花芽が形成されず不稔となる．先行研究ではマコモタケの肥大化に関する植物体由来の遺伝子についての報告や産地ごとのマコモタケの網羅的な比較
ゲノム解析についての報告がなされている 1,2)．
しかしながら，共存および不稔に関する遺伝子やその分子機構は未だ解明されていない．

図 マコモ（左）とマコモタケ肥大化部位（右）そこで本研究では，マコモ（植物体）の遺伝子のみならず，黒穂菌由来の遺伝子がマコモタケ（植物-菌共存体）の共存の分子機構にどのように関与しているかを解明することを目的とし，共存過程における黒穂菌由来の遺伝子発現差解析を行うこととした．
２．実験と結果
NCBI に登録されている複数の黒穂菌の配列データから，ITS2（internal transcribed spacers 2）領域中に共通して保存されている配列を用いてプライマーを作成した．
定植期から 1 ヵ月ごとにマコモタケを採取した．マコモタケの各生育段階（活着・分げつ期：
6 月～成熟期：10 月）の菌えい部から DNA を抽出した．コントロールとしてマコモ（植物体）
を使用し，リアルタイム PCR を用いて黒穂菌の存在量を測定した．
その結果，分げつ停止期（8 月）から収穫適期（9 月）にかけて最も増加することが明らかになった．そこで，黒穂菌が最も増殖している分げつ停止期（8 月）と収穫適期（9 月）のマコ
モタケ（植物-菌共存体）について，次世代シーケンサーを用いた RNA-Seq 解析を行うこととした．今回は，黒穂菌の遺伝子の発現変動に着目し，既に解読されている黒穂菌の遺伝子情報を活用して，植物-菌共存体由来のデータが混在する RNA-Seq データから黒穂菌由来の発現変動遺伝子を探索することを試みた．
分げつ停止期（8 月）および収穫適期（9 月）に採取したマコモタケ検体から TRIzol 法を用い84

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書て total RNA を抽出し，DNase 処理を行った後，RNeasy Plant Mini Kit を用いて total RNA の精製を行った．その後 KAPA Stranded mRNA-Seq Kit を用いてライブラリ調製を行い，バイオアナ
ライザでの鎖長の確認およびリアルタイム PCR でのライブラリの定量を行った．その後，
MiSeqを用いた 76×2 bp のペアエンドシーケンスに供した．
取得した植物-菌共存体由来の read が混在する RNA-Seq データから，黒穂菌由来の read を選抜するため，下記の方法で解析を行った．
既に公開されている黒穂菌の菌糸体由来の RNA-Seq データ（SRR1611140）を NCBI より取得
し，Trimmomatic を用いてクリーニングを行った後，Trinity によるアセンブリを行い，黒穂菌の Unigenes を再構築し，参照配列とした．
同様に Miseq から出力された塩基配列においても Trimmomatic を用いてクリーニングを行い，リードマッピングプログラム（Bowtie）を用いて各検体の read を上記参照配列にマッピングすることでマコモタケ内の黒穂菌由来の read のみを抽出した．その後，発現量計算プログラム（RSEM）を用いて各検体の発現量（FPKM：Fragments Per Kilobase of Transcript per Million
mapped reads）を算出し，発現差解析プログラム（edgeR）を用いて得られた FPRM 値より発現差解析を行った．
３．結果と考察
分げつ停止期（8 月）および収穫適期（9 月）の RNA-seq 解析の結果から，収穫適期においてその発現が有意に上昇している遺伝子は総遺伝子数 17,615 個のうち 151 個であり，エネルギー
生産，タンパク質やアミノ酸の合成に関わる遺伝子や，トランスポーターやペプチド分解酵素に関する遺伝子の発現上昇が確認された．また，有意に発現減少している遺伝子は 33 個であり，主に脂質や脂肪酸合成，アミノ酸の合成や酸化還元などのエネルギー生成に関与する遺伝子が確認された．
以上の結果から，脂質や脂肪酸などのエネルギー源は植物体に依存し，植物体から得たエネル
ギーを使用して代謝経路を活性化していることが推察される．
４．結言
分げつ停止期および収穫適期の RNA-seq 解析の結果から，総遺伝子数 17,615 個のうち収穫適期で有意に発現上昇した遺伝子を 151 個，発現減少した遺伝子を 33 個確認した．これらの遺伝子は，エネルギー生成や取り込み，タンパク質やアミノ酸合成に関与する遺伝子の発現上昇と脂質・脂肪酸の合成，アミノ酸の合成・酸化還元に関与する遺伝子の発現減少が確認できた．
しかし，有意に発現変動した上位の遺伝子のほとんどがアノテーションされないか，機能未知遺伝子と相同性を示したため，今後これらの遺伝子の機能に関する検討が必須である．
参考文献
1）Wang ZD, et al., Plant Mol Biol., 95, 533-547 (2017).
2）Zihong Ye, et al., DNA Res., 24, 635-648 (2017).

85平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

食品由来のチロシナーゼ阻害剤の開発を目指した
アピオスイソフラボンの化学合成と生理活性評価
馬酔木奈々（M2）
Nana ASEBI（M2）宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma178104@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

二瓶賢一（准教授）

Ken-ichi NIHEI (Associate Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 nihei98@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
アピオス(アメリカホド，Apios americana)は，主に北東北地方で栽培されているマメ科の作物である．その食用塊茎より，2013 年，イソフラボン配糖体 1 が単離・構造決定された(図 1)．
このイソフラボンは，B 環部にレゾルシノール部位を有しており，ビベンジル配糖体 2 の構造類似体に位置付けられる．ビベンジル配糖体 2 は以前，当研究室で開発されたチロシナーゼ阻
害剤で，市販の阻害剤であるコウジ酸の約 10 倍の活性を示す.1,2 したがって，1 も強力なチロ
シナーゼ阻害剤として働く可能性が高い．

また，2 は 2 つのベンゼン環がアルキル鎖によって連結されているため，自由回転可能であるが，1 は C 環により固定された構造を有している．このような固定型分子がチロシナーゼ活性に与える影響を明らかにすることは，新しい作用点を持つチロシナーゼ阻害剤の開発に結びつく．しかしながら，アピオスイソフラボンの化学合成およびチロシナーゼ阻害活性の評価に関する研究は，現在まで行われていない．
そ こ で 本 研 究 で は ， Friedel-Crafts 型 カ ッ プ リ ン グ ， Bischler-Napieralski 型 環 化 お よ び
Koenigs-Knorr 型配糖体化を鍵反応として，1 の化学合成を計画した．また，食品由来の新しいチロシナーゼ阻害剤の開発を目指し，1 のチロシナーゼ阻害活性の評価を行った．
２．結果と考察トリメチルフロログルシノールと 2,4-ジメトキシフェニル酢酸を出発原料に用い，それらのFriedel-Crafts 型カップリングを行った(図 2)．この際，三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体を86

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

ルイス酸として用いることで，フロログルシノール側のメチル基が一つだけ除去されたアセト
フェノン誘導体が，収率 78%で得られた．このアセトフェノンに対して，ジメチルホルムアミ
ドジメチルアセタールを増炭剤とした Bischler-Napieralski 型環化反応を行い，1 のアグリコン部分であるテトラメチルイソフラボンを，収率 76%で合成した．このアグリコン部分から，三臭化ホウ素処理によって，全てのメチル基を除去し，1 のアグリコンであるイソフラボンを収率 90%で得た．

合成したイソフラボンの 7 位のヒドロキシ基は，4 位のカルボニル基と 5 位の水酸基により形成される水素結合などの影響により，高い酸性度を示す．そこで，塩基性条件下，グルコー
スドナーとしてピバロイル化された臭化糖を用いて，アグリコンとの Koenigs-Knorr 型配糖体化を検討した．その結果，収率 53%で 7 位のみが配糖体化された保護イソフラボン配糖体が合成された．配糖体化が 7 位で起きていることは，HMQC および HMBC などの二次元 NMR ス
ペクトルを解析することにより，決定した．最後に，ナトリウムメトキシドを用いたエステル交換反応により，全ての保護基を除去し，収率 100%でイソフラボン配糖体 1 を得た．このように 2,4-ジメトキシフェニル酢酸から，5 段階の工程を経由し，総収率 28%で 1 の全合成を達成した．
次に，1 のチロシナーゼに対する阻害活性の評価を行った．チロシナーゼにより基質である
DOPA が酸化されると，475 nm に極大吸収を示す生成物が生じる．その吸光度の減少を，定温制御した分光光度計で追跡し，酵素阻害活性を求めた．その結果，1 の 50%阻害濃度は 729 μMを示し，弱いながらもチロシナーゼ阻害活性を示すことが明らかになった．
３．結言本研究の推進により，食用のアピオス塊茎に含まれるイソフラボン配糖体 1 の全合成を世界に先駆けて達成した．また，その天然物がチロシナーゼ阻害活性を示すことを，初めて明らか
にした．
参考文献
1) Oozeki, H.; Tajima, R.; Nihei, K. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2008, 18, 5252-5254.
2) Tajima, R.; Oozeki, H.; Muraoka, S.; Tanaka, S.; Motegi, Y.; Nihei, H.; Yamada, Y.; Masuoka, N.;
Nihei, K. Eur. J. Med. Chem. 2011, 46, 1374-1381.

87平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

子どもにとっての子ども食堂の有用性に関する研究－地域とつながるための「場」の視点から－
松田悠希（M1）
Yuki MATSUDA（M1）宇都宮大学大学院教育学研究科修士課程教科教育コース家庭科教育領域
me185027@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

陣内雄次（教授）

Yuji JINNOUCHI (Professor)
宇都宮大学大学院教育学研究科修士課程教科教育コース家庭科教育領域
jinnouhi@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
近年「子ども食堂」という活動が急速な広がりを見せている．
子ども食堂は 2012 年頃から東京を中心に広がり 1)，2018 年 4 月には，全国に 2286 か所存在す
ると報道された 2)．
「子ども食堂」に対する明確な定義はなく，食堂ごとに独自性が見られ，「子
3)ども食堂」という言葉に対して人々の認識差があることが 分かっている．先行研究では，吉田（2016）が，子ども食堂は「食を通した支援」
，
「居場所」
，
「情緒的交流」の 3 つの機能を有するという仮説を提示している．卒業論文の一環で実施した近藤博子氏（「子ども食堂」の名付け親
であり，「気まぐれ八百屋 だんだん子ども食堂」店主）への聞き取り調査（2017 年 8 月 22 日）
において，近藤氏は子ども食堂について次のように述べている．
子ども食堂とは「一言で言えば『子どもが一人で来ても安心して来られる無料または低額の食堂』」である．また，「子ども食堂はただ食事をとる場所ではなく，様々な地域の人と出会い，様々な生き方や他者との違い，社会の決まりやあたたかさを少しずつ自発的に知ることが出来る可能性」を持つ場である．
2017 年版の内閣府「子供・若者白書特集 若者にとっての人とのつながり」においても，地域の人々を孤立から守る拠点となる可能性を持つ取組として子ども食堂が紹介されている 4)．
本研究では，子ども食堂の地域の中での役割を明らかにするとともに，子どもが子ども食堂を「自分の居場所にしていく」という自己化のプロセスを検証することで，子ども食堂が子どもにとって，地域とつながるための「場」となり得るのか，またその課題について考察する．
なお，本研究での「子ども」とは，「子供・若者育成支援推進大綱（2016 年 2 月 9 日）5）」を参考に，学童期から 18 歳までの者と定義した．
２．子ども食堂に関する先行研究
湯浅（2018）によって，子ども食堂の分類がなされた．ここでは，2 つの座標軸を用いて子ども食堂を整理している 6）．横軸に対象者を限定と非限定，縦軸にビジョンとしてコミュニティ志向と個別対応志向を設定している．そのことによって主に 2 つの類型化を図っている．ひとつは対象を限定せず，交流に軸足を置く「プレイパークⅰ）の食事版」として「共生食堂」としている．
もうひとつは貧困家庭の子どもを対象に，課題発見と対応（ケア，ケースワーク）に軸足を置く

88

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書「無料塾の食事版」として「ケア付食堂」としていることが分かった．
本研究では，多様な子ども・若者が子どもの食堂の中で地域とのつながりを作る過程を調査するため，前述の，利用者を限定せず，交流に軸足を置く「共生食堂」を研究対象とする．
３．実験(1) 子ども食堂代表者向けアンケート調査
栃木県内の子ども食堂の運営代表者に対して，
子ども食堂の現状や課題，地域との関わりを調査

図 1.
湯浅誠『「なんとかする」子どもの貧困』株式会社 KADOKAWA pp.75-78 を参考に筆者作成

し，栃木県内の運営の傾向や運営者の地域との関わりに関する意識を明らかにする．この調査結果をもとに利用者への調査につなげる．
(2) 子ども食堂での参与観察
子ども食堂の利用者（主に学童期から 18 歳までの者）を対象に，子どもや子どもに関わる人の子ども食堂での過ごし方や関わり方等を観察し，子どもに「自分の居場所にしていく」という自己化のプロセスが見られるのか検証をする．
４．結言
現在本研究では，主に先行文献より背景や子ども食堂についてまとめていたため，（1）子ども食堂代表者向けアンケート調査の詳細な分析はまだ行っていないが，返信のあった子ども食堂の中から，子どもが継続的に来ており，子ども食堂の代表者から参与観察の許可が取れた 2 か所で（3）子ども食堂での参与観察を行っている
参考文献
1）吉田祐一郎（2016）「子ども食堂活動の意味と構成要素の検討に向けた一考察 ―地域における子どもを主体とした居場所づくりに向けて―」 『四天王寺大学紀要』 第 62 号 pp.362
2）毎日新聞 「子ども食堂 全国 2286 カ所に急増 貧困対策，交流の場」
https://mainichi.jp/articles/20180404/k00/00m/040/120000c（アクセス 2018.5.23）
3）前掲 8)4）平成 29 年度子ども・若者白書「特集 若者にとっての人とのつながり」
http://www8.cao.go.jp/youth/whitepaper/h29honpen/s0_0.html
5）内閣府資料子供・若者育成支援推進大綱 http://www8.cao.go.jp/youth/suisin/pdf/taikou.pdf
6）湯浅誠『「なんとかする」子どもの貧困』株式会社 KADOKAWA,pp.75-78【補注】「冒険遊び場」とも呼ばれ，土・水・火・木など様々な要素がある空間．子どもたちが思いⅰ）
っきり遊べるように，極力禁止事項をなくし，自分の責任で自由に遊ぶことを大切にした活動．
（参考：豊島子ども WAKUWAKU ネットワークホームページ http://playpark.tokyo/？
page_id＝２７）

89

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

結城紬の製作支援及びバーチャル試着アプリケーションの開発
加賀谷夏輝 (M1)
Natsuki KAGAYA (M1)
宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 kagaya@image.is.utsunomiya-u.ac.jp(指導教員) 外山史（准教授）
Fubito TOYAMA (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 fubito@is.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
結城紬は栃木県小山市周辺を中心に生産されている絹織物である．製作は多くの工程からなるが，工程間の製作物の見た目の変化が大きく作業前の製作物の段階から作業を経て完成する
製作物の見た目の予想が難しいという問題点があった．このような問題に対し，一般的な先染めの織物の製作支援ソフト[1]や，ジャカード織物の多様な柄表現を可能とする織物ディザ法[2]が提案されている．しかし，これらの手法は結城紬を対象としていないため，結城紬に対しそのまま適用することはできない．そこで，製作工程に基づきデザイン画像から設計図案画
像を生成，設計図案画像から反物画像を生成，反物画像から着物画像への自動仕立て手法を提案してきた(図 1)．これにより，生産者や消費者に対し事前に製作物の確認を可能とした．

図1

製作工程に基づいた任意の柄デザイン画像から結城紬の着物画像の生成手法の概要

本研究では，これまで取り組んだ自動仕立て手法を基に，実際の結城紬の製作工程に基づいて作業及び確認が可能な統合的な機能を有するアプリケーションを開発した(図 2)．製作工程の中で特に見た目の変化が大きく予想が難しい設計図案から反物，反物から着物となる工程において，完成後の見た目を CG により容易に確認可能とした．また，着物は個人の趣向や容姿に合うことが重要であるため，単一ポーズの標準体型モデルを対象とした着物の 3DCG 表示機能のみでなく，深度カメラによる骨格検知技術を用いてカメラの前の人物の動きに合わせリアルタイムで着物の 3DCG を重畳表示するバーチャル試着機能(図 3)の実装を行った．

90

図2

アプリケーション UI．画面は標準体型モデル表示

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

２．実験
アプリケーションの開発及び必要機能の追加や改善のため，第 12 回宇都宮大学企業交流会と第 6 回小山きものの日においてアプリケーションを設置，運用し実体験者から意見聴取を行った．体験者はタッチパネル
ディスプレイを操作し着物の柄等の確認・標準体型モデルモードとバーチャル試着モードの切り替えができ

図3

バーチャル試着機能の表示結果

図4

アプリケーション運用の様子る．また，ディスプレイの前に設置した深度カメラの前方に体験者が立つことで，ディスプレイを確認しながらバーチャル試着体験を可能としている(図 4)．一通りの機能を体験してもらった後，アプリケーションにどのような感想や意見を持ったか意見聴取を行った．
３．結果と考察
実験の結果，体験者からは結城紬の購入に役立つかという点で高い評価が得られた．また，着物選びの際に実際に試着することの敷居の高さがアプリケーションにより取り払われている点や，個人個人に合う着物が選びやすくなっているという点で良いという意見があった．一方で，第 12 回宇都宮大学企業交流会では帯と帯締めの組み合わせが固定のスキャンモデルを使用していたことから，帯と帯締めをそれぞれ変更できればより良いという意見があった．そこで，テクスチャ変更可能な帯モデル，帯締めモデルを導入し，複数のテクスチャを用意する
ことで様々な組み合わせを可能とした． 第 6 回小山きものの日ではこの帯に関する機能を導入し，体験者からより着物に合う帯と帯締めを選びやすくなった等の良い評価が得られた．
この他に意見聴取の結果では，個々の体型が考慮されていないため印象が悪いという意見や，固定モデルのポーズが単一及びポーズが不自然であるという意見が多くあり，これらの点が着物シミュレーションにおいて重要であると考えられる．今後はこれらの結果に基づいて更にア
プリケーションの機能の改善・追加を行う．また現在，アプリケーションを小山市ロブレおやま本場結城紬クラフト館に常設設置しており，今後も継続的な試験運用を実施していく．
４．結言
結城紬の製作における完成後の製作物を容易に確認可能とするアプリケーションの開発を行った．今後は，アプリケーションの評価実験やより自然な固定モデルの姿勢の追加，個々の体形に合わせた裁断パターンの生成及び着物シミュレーションの方法について取り組む．
参考文献
1)
2)

(株)トヨシマビジネスシステム 4Dbox PLANS，https://www.4dbox.com/
五十嵐 哲也，豊浦 正広，茅 暁陽(2018)，織物製造及び設計における画像処理の役割について，画像電子学会誌，Vol.47，No.1，pp.90-95．

91平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

異なるネットワークに属するモバイル機器を用いた並列分散処理を実現する基盤技術の研究開発
新里将大（M1）
Masahiro NISSATO（M1）宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 nissato@virgo.is.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

大津金光（准教授）

Kanemitsu OOTSU (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 kim@is.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
近年，スマートフォンやタブレットなどのモバイル端末は高性能化しており，高性能計算環境のための新たな計算資源として注目されている．そこで我々は，Android OS を搭載した機器（Android 機器）を計算ノードとして使用するクラスタコンピュータシステム（Android クラスタ）の研究開発を行っている 1）2）．これまで本システムでは，プライベートネットワーク内の Android
機器を計算ノードとして利用可能であったが，現実的には Android 機器は異なるセグメントのプ
ライベートネットワークに属していることが想定される．このような Android 機器については，
セグメントを超えてメッセージ通信を行えないため，協調して並列分散処理が実行できないことが課題であった．本研究では，異なるプライベートネットワークに属する Android 機器間で互いにメッセージ通信を可能とし，並列分散処理を可能とするための手法の開発を行う．
２．理論
図 1 に，本研究で想定する並列分散処理環境を示す．本研究では，プライベートネットワーク
内の Android 機器により構築したクラスタコンピュータシステムにおいて，他のプライベートネ
ットワーク内にある Android 機器と協調して並列処理を行うための技術開発を目的とする．そのため，ルータを越えて他の Android 機器とメッセージ通信を行うための要素技術の確立が必要となる．この場合，ルータの持つ Network Address Translation（NAT）機能が問題となる．
NAT は，プライベート IP アドレスとグローバル IP アドレスを変換するための技術である．一
般的には，プライベートネットワーク内の機器（プライベート側機器）が接続しているルータや
ADSL 機器などの NAT 機器が NAT の処理を実行する．
NAT を使用する場合，プライベート側機器からグローバル IP アドレスを持つ機器（グローバ
ル側機器）に対しては容易に接続を開始できる．一方，異なるプライベートネットワーク機器間で接続する場合には，両者ともグローバル IP アドレスを持たないため，どちら側からも接続することができない．
NAT 配下の機器に対してプライベートネットワーク外から接続を開始するためには，NAT 越え（NAT Traversal）の技術が必要である．そこで，NAT 越えを実現する技術について調査を行っ92

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

た．その結果，主要な NAT 越え技術としては，Simple Traversal of UDP through NATs（STUN）や
Traversal Using Relay around NAT（TURN）があることが分かったが，これらの NAT 越え技術は UDP
通信を前提としている問題を抱えていることが分かった．

我々の Android クラスタでは並列分散処理環境の標準仕様である MPI の一実装である Open
MPI を使用しているが，Open MPI では，並列処理のためのメッセージ通信を全て TCP 通信で行っている．従って，異なるプライベートネットワークに属する Android 機器間で並列分散処理を実行するためには，TCP 通信のための NAT 越え技術が必要となる．
そこで，更なる調査を行い，TCP 通信のための NAT 越え技術として TCP hole punching があることを突き止めたが，TCP hole punching を標準化したプロトコルは存在しないことも判明した．
そこで，我々は Open MPI ライブラリに TCP hole punching による NAT 越えアルゴリズムを直接実装することにより，TCP 通信のための NAT 越えを実現する．これによって，異なるネットワークに属するモバイル機器を用いた並列分散処理が実現できる．

図1

Android 機器によるクラスタシステムの構成例

３．結言
本研究では，異なるプライベートネットワークに属する Android 機器間で互いにメッセージ通信を可能とし，並列分散処理を可能とするための手法の検討を行った．検討の結果，TCP holepunching による NAT 越えアルゴリズムを実装することで，異なるプライベートネットワークに属する Android 機器間で Open MPI による並列分散処理を実現できる見通しを立てた．
今後は，Open MPI に対し，TCP hole punching による NAT 越え機能の実装を行い，その並列処理性能を明らかにしていく予定である．
参考文献
1） 新里 将大，杉山 裕紀，大津 金光，大川 猛，横田 隆史，信学技報，vol.118, no. 431, CPSY2018-94,
pp. 71-76, 2019 年 1 月.

2） Masahiro Nissato, Hiroki Sugiyama, Kanemitsu Ootsu, Takeshi Ohkawa, Takashi Yokota, "Realization
and Preliminary Evaluation of MPI Runtime Environment on Android Cluster," Proc. 33rd International
Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA 2019)予定）

93（2019 年 3 月発表

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

イヌ卵丘卵子複合体における gap junction の状態とcAMP 添加が卵子体外成熟に及ぼす影響の検討
熊谷朋香（M１）
Tomoka KUMAGAI（M1）宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma188111@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

長尾慶和（教授）

Yoshikazu NAGAO (Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ynagao @cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
卵子の成熟は，未成熟卵子の核および細胞質が受精できる状態まで変化する現象であり，様々な動物種において，体外培養により再現が可能となっている．ウシ卵子における体外成熟率は90％以上であり，卵巣から回収した未成熟卵子を体外成熟培養(IVM)し，体外受精を行うことで産子獲得が可能である(Albuz et al.,2010)．一方，イヌにおける未成熟卵子の体外成熟率は 10％前後と低く，IVM 卵子由来の産子は未だに誕生していない．通常，卵子は卵胞内で何層もの卵丘細胞に密に囲まれており，gap junction と呼ばれる特殊な結合を介して，細胞および卵子との間で，種々のホルモンやアミノ酸などのやり取りが行われている．また，イヌの発情周期は不定期であり，一年のほとんどが発情休止期となる．発情期に入ると，他の哺乳動物では，卵胞内で排卵に先立って起こる卵子の成熟が起こらず，未成熟な状態で排卵される．発情休止期から排卵後にかけての卵子の成熟を抑制あるいは促進している機序については未だ不明である．卵子の核の成熟は，第一分裂前期で停止していた減数分裂が，第二分裂中期まで進行する過程である．様々な動物種において，卵子の減数分裂再開時には，gap junction の消失(Sutovský et al.,1993)および卵子内 cAMP
濃度の低下(Thomas et al.,2004)が確認される．成熟培地中に cAMP の類似体や合成促進剤(Forskolin)および分解酵素(phosphodiesterase:PDE)阻害剤(cilostamide)を添加することにより減数分裂再開を抑制したまま培養し，この間細胞質成熟の促進が可能である(Li et al.,2016)．これらのことから，本研究では，イヌ卵子成熟率の向上を目的に，実験 1 として，IVM 時の卵丘細胞除去がイヌ卵子成熟率に及ぼす影響について，実験 2 として，成熟培養に先立った前培養の時間がイ
ヌ卵子の成熟率に及ぼす影響について，実験 3 として，前培養時の各試薬の至適濃度について，
それぞれ検討を行った．
２．実験
県内の動物病院で避妊手術をうけた雌イヌの卵巣を畜主の同意の下で提供を受け，実験に供試した．スライス法によりイヌ卵丘卵子複合体(COC)を採取し，5% CO2,in air 下で培養した．実験
１では，培養液として IVMD101 を用い，IVM12,24 および 48 時間後に，ピペッティングによりCOC から卵丘細胞を除去(裸化)し，5％O2 下で合計の培養時間が 60 時間となるように 48,36 および 12 時間培養した(それぞれ 12h 区，24h 区および 48h 区)．実験 2 では，培養液として
medium199(m-199)を用い，m-199 のみを用い 48 時間成熟培養した区を対照区とし，m-199 に 100µM
Forskolin および 20µM cilostamide を添加し，2，5，12 時間それぞれ pre-IVM した後，48 時間成熟培養を行った区を 2h 区，5h 区および 12h 区とした．実験 3 では，cilostamide の至適濃度検討の94

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

ために，m-199 のみを用い 48 時間成熟培養した区を対照区とし，m-199 に 100µM Forskolin および 20 または 50µM cilostamide を添加し，6 時間 pre-IVM した後，48 時間成熟培養を行った区をそれぞれ 20µM 区および 50µM 区とした．Forskolin の至適濃度検討のために，m-199 に 50 または
100µM Forskolin および 50µM cilostamide を添加し，48 時間培養を行った区をそれぞれ 50µM 区，
100µM 区とした．培養終了後，COC は裸化処理した後，Hoechst33342 で染色した固定標本を作製し，核相を共焦点レーザー顕微鏡により判別し，成熟率を評価した．
３．結果と考察
実験 1：12 および 24h 区と比較して， 48h 区において，MII 率が最も高かった．よって，イヌ
卵子においても卵子卵丘細胞間に gap junction が存在し，成熟過程において重要であることが示唆された．また，卵丘細胞除去によって，減数分裂再開率にあまり差がなかったことから，gap junctionの消失によって卵子内 cAMP 濃度が減少し，減数分裂再開が誘発された可能性が考えられる．実験 2：

対照区と比較して， 12h 区において，成熟率が僅かに増加した．よってイヌ卵子の pre-IVM において 2 時間では培養時間が短く，5 時間以上培養することにより核成熟率を増加させる可能性が示唆された．イヌ卵子は，他の動物種と比較して，卵子の核成熟完了に要する時間が 48 から 72
時間と長く(Hyttel et al.,1990)，かつ未成熟な状態で排卵されることから，細胞質成熟においても長い時間を要することが考えられる．実験 3：pre-IVM 時の cilostamide 濃度は 20µM よりも 50µM
で，より減数分裂再開抑制効果が高いが，その後の IVM において成熟率を僅かに低下させた．
pre-IVM 終了時，過剰に卵子内に PDE 阻害剤が存在し，IVM48 時間後でも cAMP 濃度が低下しきっていなかった可能性がある．Forskolin 濃度はいずれの濃度区でも差が見られなかった．
４．結言
イヌ COC において，卵子卵丘細胞間の gap junction は存在し，より長い時間保持することで成熟率が向上する可能性が示唆された．また，卵子内 cAMP の高濃度維持を目的としたイヌ卵子 pre-IVM

は，核の減数分裂再開抑制およびその間の細胞質成熟促進により，その後の体外成熟率を向上させる可能性が示唆された．しかしながら，適正試薬濃度および培養時間については更なる検討が必要である．
謝辞
本研究を遂行するにあたり，多大なる御協力を頂きました東日本盲導犬協会の皆様，卵巣提供にご協力頂きました宇都宮東どうぶつ病院，フレンズ動物病院，大牧獣医科の皆様に深く感謝申し上げます．
参考文献
1) Albuz et al., Hum Reprod. 2010 Dec;25(12):2999-3011
2) Li et al., Hum Reprod. 2016 Apr;31(4):810-21
3) Thomas et al., Biol Reprod. 2004 Mar;70(3):548-56

95

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

シンセティックジェットにより境界層制御を行った
アーメッドボディまわりの流れ構造
渡邉俊介（M1）
Shunsuke WATANABE（M1）宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 mt186155@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 長谷川裕晃（教授）Hiroaki HASEGAWA (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 hhasegaw@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
流れの剥離は，航空機の失速や自動車の抗力増大による燃費の低下を招くなど工学的に好ましくない現象である．流れの剥離を能動的に制御する方法としてシンセティックジェット (1)がある．シンセティックジェットはキャビティ底面の振動板を振動させ，流体の吹出し・吸込みを周期的に行う装置である．本研究ではシンセティックジェットがアーメッドボディ (2)まわりの流れ場に与える影響を調べるとともに，流れ場と抗力の関係性の解明を目的とする．
２．実験
1/5 スケールのアーメッドボディにシンセティックジェットをスパン方向に等間隔で 8 つ搭載する．流れの可視化にはスモークワイヤ法を用いた．シンセティックジェットの重要な制御パラメータとして，無次元周波数 F+ ( = fh / U∞ ) と速度比 VR ( = Uj / U∞ )がある．f はジェットの周波数，h はアーメッドボディの高さ，U∞は主流の流速，Uj はジェット平均流速である．本
研究では，無次元周波数は F+ = 2.5，3.5，4.5，速度比は VR = 0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2，ジェット位置は傾斜面上端から上流側に 2 mm（以下：u2）と下流側に 2 mm（以下：d2）に対して抗力測定を行った．流れの可視化は抗力に差がみられたものに対して行う．
３．結果と考察
図 1 に抗力測定結果を示す．抗力は制御時と非制御時の抗力を求めることで抗力低減率 ΔCDにより評価した．速度比 VR を大きくすると抗力低減率 ΔCD が大きくなった後，ほぼ一定となった．ジェット位置は u2 より d2 の方がより抗力を低減できた．図 2 はスモークワイヤ法によるアーメッドボディ中央部における傾斜面上の剥離流れの可視化結果を示す．速度比 VR が 0.2のとき，ジェット位置は u2 より d2 の方がより剥離を抑制できた．ジェット位置が u2 のとき，
速度比 VR を大きくするほど傾斜面上の剥離を抑制できた．アーメッドボディ中央部における後流の可視化結果を図 3 に，剥離領域内の渦の挙動の模式図を図 4 に示す．制御を行うと，図4 のように後流が後ろに引き伸ばされ，流線型物体周りの流れに近くなった．無次元周波数 F+
による違いは見られなかった．

96

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

6

ΔCD [%]ΔCD [%]

8
4
2
0

+
2.5
F
= 2.5

0

0.2

0.4

+
3.5
F
= 3.5

4.5
F+ = 4.5

0.6

8
6
4
2
0

+
F2.5
= 2.5

0.8
1
1.2
1.4
0
0.2
VR
(a) jet location : u2
Fig. 1 Drag reduction against VR

0.4

0.6

0.8
1
VR
(b) jet location : d2

Wire(a) no control

+
3.5
F
= 3.5

+
4.5
F
= 4.5

1.2

1.4

Wire

Separated region

Separated region(a) no control

Orifice

Orificejet location : u2

jet location : u2(b) F+ = 2.5, VR = 0.2(c) F+ = 2.5, VR = 1.2

Orifice

Orificejet location : d2

jet location : d2(b) F+ = 2.5, VR = 1.2
jet location : d2
Fig. 3 Visualization of wake structure of
the Ahmed body
Upper vortex

Upper vortex(d) F+ = 2.5, VR = 0.2(e) F+ = 2.5, VR = 1.2
Fig. 2 Visualization of separated flow over the slanted

Lower vortex
Lower vortex
Fig. 4 Sketch of wake structure of the Ahmed

surfacebody

４．結言
本研究ではシンセティックジェットがアーメッドボディまわりの流れ場に与える影響を流れの可視化と抗力測定を用いて調べた．その結果，ジェット位置と速度比 VR による影響は確認できたが、無次元周波数 F+の影響は確認できなかった．アーメッドボディまわりの流れは 3
次元的な構造となるため，今後は 3 次元渦構造の取得も予定している．
参考文献
1） Ari Glezer and Michael Amitay,“SYNTHETIC JETS”, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol.
34, pp.503-529, 2002.
2） S.R. Ahmed, G. Ramm, G. Faltin：Some Salient Features of the Time-Averaged Ground Vehicle Wake,
SAE Technical Paper 840300, pp.1-31 (1984)97

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

特殊反応場を用いた粉体材料の開発と全固体リチウムイオン電池への応用
折田大助（M1）
Daisuke ORITA（M1）宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 mt186311@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

鈴木昇（教授）Noboru SUZUKI（Professor）
宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 suzukin@ cc.utsunomiya-u.ac.jp

１．緒言
リチウムイオン二次電池は様々な分野で利用されているが，さらなる安全性，低コスト化，長寿命化などのニーズに応える高性能化が望まれている．その負極材料には炭素材料が使われているが，近年酸化チタン系の負極材料が注目されている．酸化チタン系の利点は，低コスト，化学的・電気化学
的安定，高い理論容量，長サイクル寿命などであり，導電性とイオン拡散率を高めるために，ナノサ
イズの酸化チタンに酸素欠損を導入した酸素欠損型酸化チタン(TiO2-n)が検討されている．
そこで我々は，ボールミルを用いる混合粉砕によるメカノケミカル反応を酸化チタンへの酸素欠損導入法として利用することを考えた．その利点として，前処理として炭素源とのメカノケミカル反応
により，酸化チタンを還元させて酸素欠損を導入するとともに，炭素とのナノコンポジット前駆体を生成することで，その後処理の還元焼成温度を下げることができる点が挙げられる．本研究の目的は，高性能なリチウムイオン電池用新規負極材料を低コスト，低環境負荷で容易に合成する手法を確立することである．

２．実験
アナターゼ型酸化チタン(TiO2)，ポリプロピレン(PP)，アセチレンブラック(AB)又はケッチェンブラック(CB)，アルミナボール(直径 5mm)を粉砕容器に加え，遊星ボールミル SPM-03 又はアーム式ボールミル（日本コークス工業 AL01）を用いて回転数 350rpm で 3 時間メカノケミカル処理を行った．その後，還元雰囲気下(5% H2/Ar)で 熱処理(500℃，2h)を行うことで試料を合成した．得られた試料のキャラクタリゼーションは，X 線回析(XRD)，紫外・可視拡散反射測定(DRS)，ラマン測定，比表面積測定(BET)，透過型電子顕微鏡(TEM)により行った．

３．結果と考察Fig.1 に酸化チタンと PP との混合物を SPM-03
で粉砕処理した試料の DRS を示す．PP の添加
量が 10%および 5%の試料と比較して，1%の試料は吸光度が大きくなっている（より濃い灰色に変化）．酸化チタンの着色は酸素欠損が導入されたことを示すため，PP の添加量が少ないほど酸素欠損が導入されたことを示す．PP10%の試
料は他の試料より吸収帯が低波長側にシフトしている．このことも PP 量が多いと反応が進まな

Fig.1

98

PP との混合粉砕試料の DRS スペクトル平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

いことを示している．酸化チタンの表面処理において，PP は緩衝材として働き，投与したエネ
ルギーを効率よくメカノケミカル反応に利用するためには，PP の添加量が少ない方がよいことが認められた．
一方，電極材料としての用途展開には導電性が求められる．導電性を付与するための CB と酸素欠損を導入するための PP を同時に添加し，粉砕性能の高い AL01 を用いて混合粉砕を行った．処理試料の XRD パターンを Fig.2 に示す．
AL01 を用いて混合粉砕した(PP1%+CB9%)試料
は，SPM-03 を用いた PP1%混合粉砕試料と同等の結果となり処理容量と連続処理の観点から
AL01 がそのメカノケミカル処理性能に優れていることを確認した．
この AL01 で作製した(PP1%+CB9%)試料を

Fig.2

PP との混合粉砕試料の XRD パターン

Fig.3

(PP1%+CB9%)3h 粉砕(AL01)+還元焼成サ
ンプルの交流インピーダンス測定

5%H2/Ar 雰囲気下 500℃で 2 時間還元焼成したものを銅箔上にペーストした．これを 1×1cm2に切り取り，交流インピーダンス測定を行った．
Fig.3 がその結果であり，イオン伝導率は 6.29×
10-5[S/cm]となり，負極材料としては小さな値となったが，今後粉砕条件やペレットの作成方法を改善することでイオン伝導率を向上させることが可能であると考えられる．

４．結言
PP の添加量が少ないほど試料の吸光度が大きくなっている(より濃い灰色になっている)．酸化チタンの着色は酸素欠損が導入されたことを示すので，PP の添加量が少ない方が酸素欠損量が多いと考えられる．PP が多い場合， PP が緩衝材として働くと考えられる．
また，導電性を付与するための CB と酸素欠損を導入するための PP を同時に添加し，粉砕性能の高い AL01 を用いて混合粉砕を行った．処理試料の XRD パターンからわかるように SPM-03を用いた PP1%混合粉砕試料と同等の結果となり処理容量と連続処理の観点から AL01 が優れていることを確認した．
謝辞
本研究は平成 30 年度大学院生研究奨励金を受けておりここに謝意を表する．また，研究遂行に際し御助言・御協力頂いた仙名保氏（慶應義塾大学名誉教授），竹澤信隆氏・佐伯和彦氏（栃木県産業技術センター），およびメカノケミカル処理装置をご提供いただいた日本コークス工業㈱に感謝する．

99

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

空気圧シリンダを用いた 4 脚歩行ロボットの開発
原 匠（M1）
Takumi HARA（M1）宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 haras@ir.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

尾崎功一（教授）

Koichi OZAKI (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 ozaki@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
近年，人間の仕事を代替，補助するサービスロボットの研究が盛んに行われている．中でも，重量物運搬の補助など，人間と協働作業するロボットへの期待は大きい．ここで，人間の生活環境に導入する上で，ロボットは階段などの段差や溝を克服可能であることが望ましい．そこで移動機構として脚式に着目した．脚ロボットの従来研究では制御性の良さから電磁モータがアクチュエータとして採用されているが，出力重量比に優れない点，逆起電力により寿命が縮み易い点から，自重と積載物を支えた上で歩行時に衝撃を受ける脚ロボットに理想的ではない．
我々は，人間の生活環境で活動可能なサービスロボットの開発を目指す．よって本研究では，新たに理想的なアクチュエータを選定し開発した脚ロボットについて述べる．
２．ロボットの概要
アクチュエータとして，出力重量比に優れる点，ダンパ機能を持ち衝撃吸収性が高い点に着目し，空気圧シリンダを採用した．しかし，空気圧シリンダは位置決め精度に優れないため，
単一の制御端末では制御に遅れが生じ歩行に支障が出る．よって各脚にマイコンボードを搭載
し，分散して各脚が姿勢制御を行う制御システムとした． また，アクチュエータ配置に動物の姿勢保持に見られる二関節筋を模倣し位置決め精度の改善を狙う．
脚は関節角度に基づき足先位置を決定する．まず，逆運動学𝑓𝜃 (𝑥, 𝑦, 𝑧)から目標関節角度である指令値𝜃𝑡 を算出する．その後，式(1)に示すよう指令値𝜃𝑡 と関節角度𝜃の差が閾値𝛿内に収まるようにシリンダを伸縮させ，次の指令値𝜃𝑡+1 を取得する．このように，関節角度から得た足先
位置を連続的に追従することで歩行を行う．
|𝜃 − 𝜃𝑡 | ≤ δ

図1

ロボットの外観図と二関節筋

100

(1)

図2

制御システムの概略図

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

３．実験
本実験では，歩行実験を行い，ロボットの歩行安定性を検証する．動作は直進歩行とし，単一制御端末の場合を従来手法，今回導入したシステムの場合を提案手法とする．ここで，ロボットが 4 脚全てを動かした時点で 1 周期とし，6 周期動作させる．この際，1 周期あたりの歩幅は 120[mm]である．実験の様子はビデオカメラで撮影し，得られた動画から各周期ごとにロボットの移動距離を求める．その後，前周期との移動距離を比較することで，1 周期あたりの移動距離が安定しているか検証する．
４．結果と考察
表 1 に前周期と比較した移動距離の差の平均を示す．進行方向に対しては，大きな差が見られなかったが，左右方向においては，従来手法と比較し提案手法は値が小さくなっていることが分かる．つまり，提案手法によってロボットは歩行の際に左右にブレにくくなったと言える．
よって，提案手法は空気圧シリンダをアクチュエータとする脚ロボットの歩行の安定性改善に有効であると言える．現在ロボットは姿勢や重心位置を取得するセンサを搭載していないため
目標軌道からの逸脱した場合，誤差は累積してしまう．今後の課題は，目標軌道に向けて歩行を行えるよう，IMU など姿勢を検知可能なセンサを搭載した歩行制御の開発である．
表1

前周期と比較した移動距離の差の平均
進行方向[mm]

左右方向[mm]

従来手法

7.6

-33.1

提案手法

-1.1

1.7

５．結言
本研究では，空気圧シリンダをアクチュエータとする 4 脚歩行ロボットの開発を行った．ロ
ボットの制御システムは分散して各脚が姿勢保持を行うものとし，アクチュエータ配置は二関節筋を参考にした．実験の結果，ロボットの歩行安定性は特に左右方向に向上した．今後は，姿勢を検知可能なセンサなどを搭載し，多様な歩行の実現を目指す．
参考文献
1) 福田祐樹, 大脇大, 西井淳, 石黒章夫 : “筋肉群の協働的励起に基づく立位姿勢制御” , ロ
ボティクス・メカトロニクス講演会 2013 講演論文集, 2A1-I06, 2013.
2) C. Gehring, S. Coros, M. Bloesch et al. :“Practice Makes Perfect: An OptimizationBased Approachto Controlling Agile Motions for a Quadruped Robot, ”IEEE Robotics and Automation Magazine,
vol. 23, no. 1, pp. 34―43, 2016.
謝辞
本研究は平成 30 年宇都宮大学大学院研究奨励金の支援を受けて行った．ここに謝意を示す．

101

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

小学校中学校の繋がりを重視したプログラミング教育のカリキュラムの提案
岡田倫明（M1）
Michiaki OKADA（M1）宇都宮大学大学院教育学研究科技術教育専攻 me185023@cc.utsunomiya-u.ac.jp
松原真理（教授）
Mari MATSUBARA (Professor)
１．緒言
世界最先端 IT 国家創造宣言１）で，情報化が進む国際社会をリードする IT 人材を育成す
るために，小学校学習指導要領ではプログラミング教育が必修となった．また，中学校学習指導要領「技術・家庭科」においても，双方向の通信やネットワークについても学習するよ
うに定められた．しかしながら，小学校教員の殆どがプログラミングを学習した経験がない
上，授業実例が少なく，研修体制も決まってないことから小学校では困惑が広がっている．
また中学校でも，小学校でのプログラミング教育の格差が大きいことが考えられ，技術科の少ない授業時間で難しい内容まで理解させねばならないことから，不安が広がっている．そこで本研究では，小学校と中学校との連携を考えた技術科におけるプログラミング教育のカ
リキュラムの開発を目的する．
２．教材の提案
小中学校のプログラミング教育で利用する教材としてマイクロビット（以下 MB，図１）を提案する．MB はイギリスの小学６
年~中学２年の授業で用いられているマイクロコンピューターで，基本セットが 3000 円と安価であり，学校現場で一人一台利用でき
図 1.MB
る可能性がある. 使用する言語は Scratch に似た言語から，
JavaScript と言ったプログラマーが利用する言語まであり，オンラインソフトなのでダウン
ロードの手間が不要であるので教員の準備の手間を減らせる．LED と４種類のセンサー，
Bluetooth 通信可能，GPIO 端子で外部モーターなどの制御が可能である．一方デメリットとしては，ロボットの教材と比較して子供たちの関心が引きにくいことが挙げられる．今回，これを用いて，小中学校教員に対する研修を行った．また，小学校において MB を用いた授業を行った結果について報告する．
３．学校現場での実践
3-1 小中学校教員に対する研修2018 年 8 月に宇都宮市主催の研修会（33 名）と，免許更新講習（30 名）の参加教員に対し，MB を用いた研修とアンケートを行った．事前でのプログラミング教育の何に困難を感じるのかという設問では，「プログラミング言語を使う難しさ」「授業実践例の少なさ」「児童への支援」
に対し困難を感じている教員が多かった．しかし事後では，「MB を授業で活用できるか」という設問に対し，半数以上の教員が肯定的な意見を回答していた．よって，適切な教材や実践例を示せば MB は学校現場で教員が授業に利用できることが分かった 2)．

102

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

3-2

小学校における授業

公立小学校において，小学校３年生（２クラス約 70 名）を対象にし，‘総合的な学習の時間’において計 10 時間のプログラミングの授業を行った 3)．児童たちにとって，この授業は学校で体験する初めてのプログラミングである．
図２は MB を使って暗くなると光る装置を作ろうという内容で，GPIO ピンと LED を接続している．事後のアンケート‘MB の使い方は分かりましたか？’の問いでは全ての児童が分か

図 2.授業の様子ったと答えた．これまで本研究室で行ってきたロボット（EV3）では分からないと答えた児童が少数であったが存在した．プログラミングをまた勉強したいか，楽しかったか？などの答え
は前年度と同じように高かったので，MB は授業の工夫次第で小学生でも興味を沸かせる教材になることが明らかになった．今回 TA として参加していただいた担任の教員からは，教材として全て準備したものがあれば，実施可能であるとの意見をいただいた．
3-3

附属小学校での授業

現在本学と本学附属学校で附属連携プロジェクトが行われており，小学校家庭科と，中学校
技術・家庭科の連携した授業が行われている．そこで中学校技術との繋がりを考え，小学校家庭科（住生活）において，MB を用いて明るさセンサを作ろうという授業を 2019 年 2 月に行った．筆者は附属学校の教員に対し，MB を利用するための研修を行った．事後の教員に対する聞き取り調査では，プログラミングは教科の目標を達成するための手段であるので，家庭科の時間内で MB のプログラミングの方法から教えるとなると時間が足りないとの意見をいた
だいた．総合的な学習で MB を用いたプログラミングを習得しておく必要があるかもしれな
い．
4．結言
以上の実践より，MB は小学生に対しても興味を沸かせることができる教材であることが分かった．しかしながら小学校教員がプログラミングの授業を実践するためには，適切な研修やカリキュラムの提示が必要なことが分かった．現在，附属中学校技術の教員と，MB を利用した授業提案を行っている．これらを通して小中学校の繋がりを重視したプログラミングのカリ
キュラムの提案などを行っていく予定である．
謝辞
研修に参加された小中学校の先生方，授業実践に協力してくださった公立小学校，附属学校，研究室の皆さんに感謝いたします．
参考文献[1]世界最先端 IT 国家創造宣言 https://www.kantei.go.jp/jp/singi/it2/kettei/pdf/20130614/siryou1.pdf[2]岡田他；⼩中学校教員に対するプログラミングの授業実践，宇都宮大学教育学部教育実践紀要第 6 号（2019年 7 月掲載予定）[3]岡田他：MB を用いた⼩学校プログラミングの授業実践，宇都宮大学教育学部教育実践紀要第 6 号（2019 年
7 月掲載予定）103平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

リン脂質単分子膜系を利用した蛍光プローブの周囲環境・分子間相互作用と蛍光特性の相関の解明
金澤知宏（M1）
Tomohiro KANAZAWA（M1）宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 mt186315@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

飯村兼一（教授）

Ken-ichi IIMURA(Professor)

宇都宮大学大学院工学研究科物質環境化学専攻 emlak@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
蛍光プローブ分子は，生体組織や細胞膜などの観察，あるいは発光波長シフトや消光現象を利用した分子間相互作用解析やバイオセンサー等，先端科学において非常に重要な役割を果たしている．しかし，それらの化合物による発光波長シフトのメカニズムについては不明な点が多い．
吸着部位における分子密度や蛍光分子の挿入の程度，分子間相互作用や周囲の誘電率などに依存した蛍光分子の存在状態の違いが発光波長の変化を生じさせるものと考えられているが，複雑な組織構造を有する生体試料を用いた測定では，それらの相関を理解するのは容易ではない．
そこで本研究では，生体膜モデルとして脂質による単分子膜を用いて，典型的な周囲環境応答型の蛍光分子に対し，膜の中で周囲分子と相互作用しながらどのような存在状態でいるときに，どのような蛍光ピーク波長のシフトや形状，強度の変化が引き起こされるのかを実験により検討することによって，蛍光分子の界面特性や脂質との相互作用と蛍光特性の相関を解明することを目的として実施した．
２．実験方法
２．１ 表面圧（π）および表面電位（ΔV）-分子占有面積（A）等温線
DPPC 単分子膜や DPPC と Prodan の混合単分子膜は，ラングミュアトラフに満たした超純水上に，希薄溶液から展開した．水面温度は 22℃とした．溶媒蒸発と膜の安定化のために 30 分放置
した後，等歪圧縮速度 10 %/min で単分子膜を圧縮することによって π-A 等温線及び ΔV-A 等温線を測定した．なお，混合単分子膜の混合比は DPPC：Prodan＝50：50，90：10，99：1 とした．
２．２ ラングミュア・ブロジェット（LB）膜作製
ラングミュアトラフの超純水中にあらかじめ石英基板を浸漬しておき，２．１と同様の条件で単分子膜を展開した．その後，膜を目的表面圧で一定圧制御し，膜が安定化したことを確認後，基板を引き上げることによって単分子膜を移行した．
２．３ 蛍光特性の評価及び原子間力顕微鏡（AFM）観察
２．２で作製した試料に対し蛍光分光法によって励起光・蛍光スペクトルを測定した．励起ス
ペクトルは蛍光波長を 315，320，325 nm で測定し，蛍光スペクトルは励起光を 275，280，285 nm
として測定した．また，AFM を用いて２．２で作製した試料の表面形態を観察した．

104

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

３．結果と考察π-A 等温線，ΔV-A 等温線： 全ての系において圧縮によって単分子膜の状態は LE（液体膨張）相から相転移を経て LC（液体凝縮）相へと変化した．表面電位の値は，π-A 等温線の立ち上がりとともに急激に上昇し，相転移時には緩やかに変化し，LC 相では再び急激に上昇した．また，単分子膜の移行圧としては，
LE 相である 5 mN/m と LC 相である 35 mN/m とした．

Fig. 1 DPPC/Prodan(90:10)単分子膜の励起スペクトルと蛍光スペクトル

蛍光分光法および AFM 観察： 蛍光スペクトルでは，全ての系において励起光波長の違いによる蛍光波長の変化が見られた（Fig. 1）．今回は，全ての系で比較的強い蛍光強度を示した励起波長 275 nm で測定した蛍光ピーク波長を用いて議論することとした．いずれの系でも，蛍光ピーク強度は LE 相の 5 mN/m では高く，LC 相の 35 mN/m では低くなった．また，表面圧に依存して蛍光ピーク波長のシフトが観測された．

Fig. 2 DPPC/Prodan(90:10)単分子膜に対する蛍光スペクトル

Fig. 2 には，例として，DPPC/Prodan（90:10)単分子膜に対する蛍光スペクトルを示す．ここでは，蛍光ピーク波長は 5 mN/m で移行した膜では 310 nm であったが，35 mN/m 移行膜では 316 nm にシフトしている．また，後者の膜に対する蛍光ピークの方がよりシャープな形状となっている．なお，AFM 観察からは，いずれの系でも，Fig. 3 に例を示すように，LE 相，LC 相ともにほぼ均一な膜であることが確認できた．
４．結言
DPPC/Prodan 混合単分子膜における Prodan の蛍光特性は，Prodan が存在する相に依存して変化することが示された．これらの変化は，Prodan の周囲環境や DPPC と5 mN/mの分子間相互作用の変化によるものと考えられる．今後はそれらの変化をより詳しく解明するために，圧縮-膨張サイクル後の膜移行や別の脂質膜との混合膜，より詳細な混合比に対して上述と同様な検討を系統的に進めてゆく予定である．それらから得られる成果は，同化合物に対するこれまでの研究で蓄積された知見も考え合35 mN/mFig. 3 DPPC/Prodan(99：1)単分子膜の AFM 画像（2.5×2.5 μm2）

わせることによって，蛍光特性変化のメカニズムの解明，ひいてはより優れたあるいは目的に応じた蛍光特性を有する蛍光プローブ化合物の分子設計・開発のために有益な情報となるものと期待される．

105

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

ストリゴラクトン生合成に関与するソルガム LGS1 酵素の機能解析
依田彬義（M2）
Akiyoshi YODA（M2）宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma178142@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

野村崇人（准教授）

Takahito NOMURA (Associate Professor)
宇都宮大学バイオサイエンス教育研究センター tnomura@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
ストリゴラクトン（SL）はストライガなどの根寄生植物の種子発芽刺激物質である. 典型的なSL の化学構造は 3 環性ラクトン（ABC 環）とブテノライド（D 環）がエノールエーテル結合したものであり, C 環の立体化学の違いによりα配位のオロバンコール型（O 型）とβ配位のスト
リゴール型（S 型）の二つに分けることができる（図 1）. ソルガムはアフリカ諸国において重要なイネ科穀物だが, ストライガの主要な宿主であるため甚大な被害を受けている. 2017 年, スト
ラ イ ガ 耐 性 品 種 と し て 作 出 さ れ た ソ ル ガ ム か ら , そ の 耐 性 を 付 与 し た 原 因 遺 伝 子 LOWGERMINATION STIMULANT 1 (LGS1) が同定された 1). 興味深いことに, 正常なソルガムが生産する主要な SL は S 型の 5-デオキシストリゴールであるが, lgs1 変異体では O 型のオロバンコールに替わっていた（図 1）. ストライガ種子に対する発芽刺激活性は 5-デオキシストリゴールよりもオロバンコールの方が低いことが, ストライガ耐性になった理由と考えられている. LGS1 遺伝子がコードするタンパク質は硫酸基転移酵素に類似しているが, SL 生合成における LGS1 酵素の機能は解明されていない. 本研究では, 立体選択的な SL の環化に関わると考えられる LGS1 タン
パク質の酵素機能の解析を行った.

図 1 典型的なストリゴラクトンの化学構造
２．実験
これまでの研究において, ソルガムの lgs1 変異体及び正常種の根浸出液に含まれる SL 関連物
質を LC-MS/MS を用いて分析し, ソルガム lgs1 変異体で蓄積している LGS1 酵素の基質候補である SL 前駆体の一つを発見している. 本研究では, 大腸菌とベンサミアナタバコを用いて LGS1 タ106

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ンパク質を発現させて, その候補基質の代謝実験を行った.
① 大腸菌発現 LGS1 タンパク質による代謝実験
ソルガムから LGS1 cDNA をクローニングし, 大腸菌を用いて LGS1 タンパク質の発現を行った.
LGS1 タンパク質と推定 SL 前駆体, 硫酸基供与体 3'-ホスホアデノシン-5'-ホスホ硫酸（PAPS）を
インキュベートして, その抽出物を LC-MS/MS を用いて分析した.
② ベンサミアナタバコ 発現 LGS1 タンパク質による代謝実験
ソルガム LGS1 cDNA を 35S プロモーターによる発現ベクターにサブクローニングして, アグ
ロインフィルトレーション法を用いてベンサミアナタバコ において一過的発現を行った. そのリーフディスクと推定 SL 前駆体, PAPS をインキュベートして, 抽出物を LC-MS/MS を用いて分析した.
４．結果と考察lgs1 変異体の根浸出液において増加している候補基質と大腸菌で発現させた LGS1 タンパク質をインキュベートしたところ, 硫酸基供与体である PAPS 依存的に基質の減少が確認された. そして, 代謝産物として S 型に加えて O 型の SL も検出された．ベンサミアナタバコ において LGS1
タンパク質を発現させて, 候補基質とインキュベートしても同様に S 型と O 型の SL が検出された. 代謝産物である S 型と O 型の SL のピーク強度はほぼ 1 : 1 であったことから, 候補基質への硫酸基の転移反応後, 酵素非依存的に SL への環化が起きていると考えられた. すなわち, LGS1
酵素に生成される硫酸エステル体から S 型 SL への立体選択的な環化を触媒する酵素が別に存在すると考えられる.
５．結言
LGS1 酵素は, lgs1 変異体において蓄積している SL 前駆体を基質として, S 型と O 型の SL を生成することを明らかにした. 今後は, LGS1 酵素に生成される硫酸エステル体から S 型 SL への立
体選択的な環化を触媒する酵素の探索を行う.
謝辞
本研究の遂行にあたり, 合成標品を提供していただきました大阪府立大学 秋山康紀教授, 並
びに森 愛美様, 指導を賜りました宇都宮大学 謝 肖男准教授, 米山弘一名誉教授, 愛媛大学 米
山香織助教に深く感謝いたします.
参考文献
1)Gobena et al. (2017) Mutation in sorghum LOW GERMINATION STIMULANT 1 alters strigolactones
and causes Striga resistance. Proc Natl Acad Sci USA 114: 4471-4476.

107平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

DARC によるテラヘルツ電磁波放射
吉田友祐（M1）
Yusuke YOSHIDA（M1）宇都宮大学大学院工学研究科先端光工学専攻専攻 mt186734@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）湯上登（教授）Noboru YUGAMI（Professor）
宇都宮大学大学院工学研究科先端光工学専攻専攻 yugami@cc.utsunomiya-u.ac.jp
1．緒言
高強度超短パルスレーザーをガスに集光することで生じるプラズマとガスの境界面を電離面と呼ぶ．電離面はレーザーによって作られているためレーザーの伝搬に伴い光速で伝搬するとみなすことができる．電離面を周期的な静電場（以下，周期静電場と呼ぶ）が印加された領域に伝搬させることにより周期静電場が変調され電磁波が放射される [1]．この電磁波源は DC
to AC Radiation Converter (以下，DARC と呼ぶ) と呼ばれ，DARC を用いた電磁波放射実験や電磁波の変調実験が行われている [2]．DARC は，プラズマ周波数や周期静電場の構造を変えることで電磁波の周波数やパルス幅，バンド幅及び偏光方向の制御が可能であるという特徴を有する．
本研究では DARC から放射される電磁波を高強度化し時間波形の計測を目指す．DARC の
放射出力は周期静電場の電場の 2 乗に比例することが明らかにされていることから，DARC
内に励起される電場を大きくすることで DARC から放射される電磁波を高強度化できる．
DARC の電極間に励起される電場分布を明らかにするためポアソン方程式を用いて計算を行
い，非線形光学結晶を用いて静電場の直接計測を行った．
2．実験(1) ポアソン方程式を用いた静電場の数値計算実験
DARC の電極間に励起される電場分布を調べるため，離散化したポアソン方程式を用いて計算を行い，DARC の電極間に励起される電場が最も強くなるような構造を調べた．
(2) 非線形光学結晶を用いた静電場の直接計測
レーザーを電圧が印加された非線形光学結晶に集光することで発生する第二次高調波を検出し，第二次高調波の強度から非線形光学結晶に励起される静電場を明らかにする．
3．結果と考察(1) ポアソン方程式を用いた静電場の数値計算実験
図 1 は数値計算の計算領域及び結果である．図 1(a) 及び (c) に示したように空間に電極を配置し，一方 (白色) を + 1 kV，もう一方 (黒色) を接地電位とした．図 1(a) の電極配置は電磁波発生実験で用いた配置であり，図 1(b) は中心軸上に励起される y 方向の静電場 Ey である．DARC の内部では x 方向に隣接する電極によって励起される電場の y 方向成分によって，
y 方向に対向する電極の電場が減衰した．これを抑制するため電極配置を図 1 (c) のように対108

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

向する電極間距離を 1 mm とし，両端に同電位の電極を配置し計算を行なった．図 1(d) は中心軸上に励起される y 方向の静電場 Ey である．電場の減衰がなくなり印加電圧で決まる最大電場 1 kV/mm の正弦的な静電場が励起されている．
(2) 非線形光学結晶を用いた電場計測
DARC の電極間に励起される静電場計測実験に先立ち，平行平板電極間に非線形光学結晶を挿入し較正実験を行なった．パルス電源によって電場が印加された非線形光学結晶にレーザーを導入し，結晶からの第二次高調波を計測した．しかしながら第二次高調波の信号強度が低く電源のノイズと分離することができなかった．結晶の種類や第二次高調波発生効率，結晶の大きさを検証し，より強い第二次高調波信号強度を得ることができる条件を明らかにする必要がある．
4．結言
ポアソン方程式を用いた静電場の数値計算及び非線形光学結晶を用いた電場計測を行った．，
電極間距離を 1 mm とし，両端に同電位の電極を配置することで最大電場 1 kV/mm の正弦的な静電場が励起されることを数値計算により明らかにした．非線形光学結晶を用いた電場計測
は SN 比が悪く計測することができなかった．ノイズ対策や第二次高調波発生の効率向上を図ることで計測が可能であると考えられるため引き続き実験を行う．
謝辞
本研究を進めるにあたり非線形光学結晶を提供して頂いた杉原研究室の皆様に感謝いたします．

y (mm)0

Ey (kV/mm)

-5

25
0.320
(b)
0.2
0.1
0.0
?0.1

?0.2
?0.3
20

25

30
x (mm)

35

30
x (mm)

35

0

-5

40

1.020

Ey (kV/mm)

y (mm)

参考文献[1] W. B. Mori, T. Katsouleas, J. M. Dawson, and C. H. Lai, Phys. Rev. Lett. 74, 542 (1995)[2] C. H. Lai et al. Phys. Rev. Lett. 77, 4764 (1996)
5
5
(c)
(a)

40

0.5

25

30
x (mm)

35

40

25

30
x (mm)

35

40

(d)

0.0

?0.5
?1.0
20

図 1 静電場の計算結果 (a) 電磁波発生実験で使用した DARC の配置図及び，(b) DARC の中心軸上に励起される静電場．(c) 最適な DARC の配置図及び，(d) DARC の中心軸上に励起される静電場．

109

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

異種金属の摩擦誘起反応における表層組織解析
緒方隆裕（M1）
Takahiro OGATA（M1）宇都宮大学大学院

工学研究科

機械知能工学専攻 mt186116@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

高山善匡（教授）

Yoshimasa TAKAYAMA (Professor)
宇都宮大学大学院

工学研究部

循環生産研究部門 takayama@cc.utsunomiya-u.ac.jp

1．緒言
近年，摩擦攪拌接合(Friction Stir Welding;
FSW)の開発に伴い，摩擦を有効利用する研究開発が盛んになされている．一方，Yamamoto
は自己燃焼合成 (Self-propagating High-temperature Synthesis; SHS)が局所的な強ひずみにより促進され，より低温で生じることを明らかにした 1)．よって，摩擦が生じる材料
表面の強せん断変形領域では低温で摩擦に誘起された燃焼合成反応が生じる可能性がある．
この摩擦誘起反応を適切に制御できれば，化合物の微細分散による表面硬化が期待される．
本研究では摩擦によって点火される
SHS(Friction Ignited SHS; FISHS)を精密に制御するため，押込み速度一定の試験装置を試作した．また FISHS を決定する因子として，摩擦力(垂直軸応力)と摩擦速度(ツール回転速度)に対応する押込量，回転数を取り上げ，
SHS が発生するか否かを調査し，化合物形成
状態を観察した．

Fig.1 Sample shape and dimensions.(left side)
Fig.2 Tool shape and dimensions.(right side)
2.3 実験条件
摩擦押込み実験は，ツール押込み量 0.1[mm]を一定とし，押込み速度 0.1～0.5[mm/min]，回転数 10000～20000 [rpm]の条件で行った．また実験中には，4 成分動力計を用いて軸方向荷重と軸周りのトルク，タコメータを用いて回転数，シース熱電対を用いて温度を測定した．
3. 実験結果および考察
チタンツールとジルコニウムツールの比較
Fig.3 はジルコニウムツール，押込み速度
0.5mm/min，
回転数 20000rpm，押込み量 0.1mm，の条件で摩擦押込み実験を行った際の実験後の Al 被処理材表面の SEM 画像で，コントラ
ストが薄い部分がジルコニウムを示しており，濃い部分が Al を示している．Fig4 は Fig3 の試料の実験中の荷重変化と温度変化のグラフである．また Fig.5 はチタンツール，押込み
速度 0.5mm/min，回転数 20000rpm，押込み量
0.1mm，の条件で摩擦押込み実験を行った際の実験後の Al 被処理材表面の SEM 画像で，コントラストが薄い部分がチタンを示してお

2．実験
2.1 被処理材
本研究で用いる被処理材は，前報 3)と同じ
Al5052-H34 合金である．また，試料形状と寸法は Fig. 1 に示す．
2.2 ツール
本研究におけるツールは，Al 合金と摩擦誘起反応が有効に働く可能性のある工業用純チ
タン(第一種)とジルコニウムを用いた．チタ
ンツール及びジルコニウムツールの形状と寸法は Fig.2 に示す．

110

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

Fig3 SEM picture of Zr tool400

Temperature, T/℃

Load, P/N

400

Temperature, T/℃

200

200

0

0
0

20

40

Time, t/s

Fig6 Change in axial load and temperature of Ti
tool during friction indentation test

4.

結言
本研究では，Al 被処理材およびツールに工業用純チタンとジルコニウムを用いて摩擦押込み試験を行い，試験中得られた温度，荷重のデータ，SEM/EDS 解析から以下の結果を得た．
(1) 今回行った実験条件では，ジルコニウム
ツール，チタンツールともに，被処理材
表面に Al と混合した部分が観察できた．
(2) ジルコニウムはチタンよりも，平均で 70～100℃程接触面最大温度が高い傾向があった．
(3) ビッカース硬度は，ジルコニウムツールの方が，チタンツールよりも高い傾向があった．また接触面最大温度が高いほど，ビッカース硬度が高くなる傾向も得られ
た．
謝辞

200

200

400

400

Load, P/N

り，濃い部分が Al を示している．Fig6 は Fig5の試料の実験中の荷重変化と温度変化のグラ
フである．
Fig3 と Fig5 を見ると，表面にはそれぞれジ
ルコニウムとチタンが分布していることが確認できた．これは EDS の分析結果からも確認することができた．また接触面の最大温度は，ジルコニウムツールは 374.7℃，チタンは298.4℃という結果が得られた．平均で言うと，ジルコニウムはチタンよりも 70～100℃程接
触面最大温度が高い傾向があった．これは，Al との混合エンタルピー値の違いによって，差が生じたと考えられる．
ビッカース硬度の値は，ジルコニウムツー
ルの試料は 326.18[HV]，チタンツールの試料は 178.18[HV]であった．また全体的に見て，接触面最大温度が高いほど，ビッカース硬度が高くなる傾向が得られた．

本研究を行うにあたり，高山善匡教授，山本篤次郎准教授，渡部英男技術職員には貴重

0

0
0

20

な御指導，御意見をいただきました．この場

40

Time, t/sをお借りして深く感謝し，厚く御礼申し上げ

Fig4 Change in axial load and temperature of Zr
tool during friction indentation test

ます．
参考文献
1) T. Yamamoto, Phil. Mag., 94 (2014)
3234-3246.
2) 中島友寛，緒方隆裕，高山善匡，渡部英男：
軽金属学会
第 133 回 秋 期 大 会 講 演 概 要 ， (2017),
pp.377-378.

Fig5 SEM picture of Ti tool111

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書

魚類の血管嚢における光情報伝達関連遺伝子群の同定と季節繁殖における機能解析
加藤真由佳（M1）
Mayuka KATO (M1)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma188108@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

飯郷雅之（教授）

Masayuki IIGO (Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 iigo@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．緒言
魚類（サクラマス）の血管嚢において，季節繁殖を制御する重要な遺伝子群やロドプシンファ
ミリーの光受容体遺伝子群の発現が確認され，血管嚢が光周性シグナルに応答する「季節センサー」として機能することが所属研究室で発見された．これらの遺伝子全てが血管嚢の王冠細胞で発現しており，光入力から神経内分泌系への出力までの光周性シグナル伝達経路が王冠細胞内に存在すると考えられる．そこで，本研究においては，魚類の生殖制御に関わる「季節センサー」と「性中枢」のネットワーク解明を最終目的として，甲状腺ホルモンの動態と血管嚢の王冠細胞の個性に着目して研究を進めた．
２．実験
1．ラジオイムノアッセイ（RIA）による甲状腺ホルモン濃度測定
深谷養魚場（茨城県常陸太田市）にて 2014 年 6 月から 2015 年 10 月まで約 2 ヶ月毎に計 9 回
採血した血漿（241 個体）を用いた．また，2018 年 10 月にメス，早熟オス，未熟オスに分類し，採血をした血液試料（メス 21 個体，早熟オス 25 個体，未熟オス 25 個体），血管嚢，脳，下垂体（各 7 個体）も用いた．血管嚢，脳，下垂体は，1.0 または 1.5 ml の 100％エタノールを加えて，ステンレスビーズとともに破砕装置 MM400 にて 30 Hz，2 分間振とうした後，15000 rpm，4℃で10 分間遠心分離し，上清を別のチューブに移した．残った沈殿には再度 100％エタノールを加えて振とうし，遠心分離して上清を合わせた．遠心エバポレーターで上清を乾固した後，100％メタ
ノール 20 µl と RIA 用緩衝液 200 µl を加えて振とうし，再溶解したものを測定用の試料とした．
血液試料は直接 RIA に供した．甲状腺ホルモン濃度測定は 125I 標識ホルモンを用いた RIA により行った．
2．シングルセルレベルでの RNA-seq（scRNA-seq）
2－1．細胞培養
サクラマスより血管嚢を採取し，Ca2+，Mg2+-free Hank's 液で洗浄した後，チョッパーを用いて組織を約 1 mm 角に細切した．スピナーフラスコを用いて，0．2%コラゲナーゼ・0．0025%DNase
処理（15℃，1 時間）により細胞を分散した．遠心分離の後，上清を捨て，沈殿した細胞に L15-Medium（10%ウシ胎児血清を含む）を加え ， ピペッティングによりシングルセルに解離した後 ， 15℃ ，明暗条件下（明期 6-18 時，暗期 18-6 時）で培養した．
2－2．レーザーキャプチャーマイクロダイセクション（LSM）法
ポリ-L-リジンコートした LSM 用スライドガラスに 1×104，2×104，または 2×105 cells/slide112

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 研究成果報告書の 密 度 で 細 胞 を 播 種 し た ． １ 日 間 培 養 し た 後 ， メ タ ノ ー ル 固 定 ， 乾 燥 後 ， -80 ℃ で 保 存 しArcturusXT™ Laser Capture Microdissection System を用いた LSM 法により王冠細胞をシングル
セルとして単離した．
2－3．Fluidigm—C1 法
ポリ-L-リジンコートした培養フラスコに細胞を播種し，翌日まで培養した．0.05%トリプシンで細胞を剥がし，遠心分離により回収した後，細胞数を 4×105 cells/ml に調整した．Fluidigm-C1
システムを用いて，シングルセルの単離，SMART-seq による cDNA 合成，Nextera-XT を用いたライ
ブラリー調整を行い，次世代シーケンサーHiSeq によりシーケンスを行った．それぞれのシング
ルセル由来のシーケンスをトリミングした後，所属研究室で以前得られた血管嚢，松果体，網膜由来のシーケンスアセンブリーのコンティグおよび光受容体関連遺伝子群の塩基配列に対してマッピングし，それぞれの遺伝子の発現量を定量化した．また，クラスタリングを行い，ヒート
マップを作成した．

３．結果と考察1．甲状腺ホルモン濃度測定
血中 T4 および T3 濃度は季節変化を示した．血中 T4 濃度はメス，オスともに 2014 年 10 月に最高値を示した．血中 T3 濃度はメス，オスともに 2014 年 12 月に最高値を示した．0 才時の早熟
オスと未熟オスの比較では，早熟オスの血中 T3 濃度が 2014 年 8 月に未熟オスよりも高い値を示した．血管嚢および脳における T4 および T3 含量は測定限界以下の個体が多かった．下垂体における T4 含量はおよび T3 含量は，メス，早熟オス，未熟オスの間に有意な差はなかった（ANOVA，
P>0．05）．
2．scRNA-seq
LSM 法では 24 個の細胞をシングルセルとして単離した．一方，Fluidigm-C1 法では，54 個のシングルセル由来のシーケンスが得られた．質の高いシーケンスの得られた 30 個の細胞由来のシーケンスを光受容体関連遺伝子群の塩基配列に対してマッピングした結果，オプシン遺伝子の発現が確認された細胞は 2 細胞のみであったが，G タンパク質ではいくつかの G タンパク質b-サブユ
ニット，効果器（酵素）では，PLCB4，PDE9A の発現が多くの細胞で確認された．ヒートマップ解
析の結果，30 個の細胞の中に明確なクラスター形成は認められなかった．
サクラマスの生活史において ， 甲状腺ホルモンの血中濃度は季節変化を示すことがわかった ．
下垂体前葉における甲状腺刺激ホルモン b-サブユニット遺伝子の発現量と甲状腺ホルモンの血中濃度が有意な相関を示すかどうか検討する必要がある．

４．結言
今後は，LSM 法で単離した細胞を対象に SMART-Seq v4 Ultra Low Input RNA Kit を用いてライブラリー作製して次世代シーケンス解析を行い，オプシン遺伝子群の発現を含めてさらに解析を進める予定である．また，サクラマスの血管嚢や松果体を含む脳全体を対象に組織透明化技術
CUBIC を施し，各種オプシン等に対する特異的抗体を用いて免疫組織化学（蛍光抗体法）を行う
ことにより，細胞の個性をタンパク質レベルで 3 次元的に観察することを試みる予定である．

113

大学院生研究奨励金（国際会議奨励グラント）採択者国際会議報告書

114平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Development and Evaluation of a Chinese Tone
Perceptual Training Mobile App
康 茗淞

(D1)

MingSung KAN（D1）
宇都宮大学大学院工学研究科システム創成工学専攻 s944302@gmail.com（指導教員）

伊藤 篤（教授）

Atsushi ITO (Professor)

宇都宮大学大学院工学研究科情報システム専攻 at.ito@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 2018 IEEE Conference on e-Learning, e - Management and e - Services (IC3e)
国名：マレーシア

都 市 名：ランカウイ

開催期間 ： 2018 年

11

月

21

日 ～

2018 年 11

月

22

日

２．発表概要中国語発音に関する教材（含モバイル App, Web, CDROM 等）は,単語と簡単な会話の模倣練習を中心にしたものが多く,中国語の意味伝達において重要な「声調」という要素の訓練が疎かにされがちである.このため,不正確な発音を身に着けてしまい,学習の進捗が滞ることが多い. そこで,
我々は,声調は難しいという現状の課題を解決するため,学習理論と新しい学習方法に着目し,声調感知実験の結果に基づいた評価用アプリを開発し,一般的な中国語教材と我々が開発した感知訓
練アプリによる声調発音能力向上の評価実験を行った。このアプリでは,我々が実施した感知実験を基に作成した,4 種類の中国語声調の学習に効果のあると考えられる感知問題集を用いている.
評価実験では、豊富な中国語フレーズと発音
練習のサポート機能が複数含まれた NHK 語学講座の「声調確認くん」を使った訓練を行うグ
ループと,我々が開発したアプリを用いた短期間（六日間、計 3 時間）のアプリによる訓練を行うグループに分けて発音訓練を行った. 訓練
後の声調発音能力について二つの基本課題（四音節声調テンプレート順変えと二音節音素変化）でテストを行い,効果を測定した.その結果,
我々が開発した感知訓練アプリを使用した被験者の平均声調良好発音率は,二つの基本発音課題において,NHK 声調確認くんより 20％と図 1. 発音テスト結果（平均と分散)16％高くなった（図 1）.
謝辞
本研究を進めるにあたり、ご指導いただきました伊藤篤教授、羽多野裕之准教授に深謝いたします。
また、本実験に協力していただいた学生の皆さんに感謝します.

115平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Study on ultra-precision processing of aluminum alloy plates throughmagnetic abrasive finishing process using alternating magnetic field
謝恵君（D1）

Huijun XIE（D1）宇都宮大学大学院工学研究科システム創成工学専攻 dt187109 @cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

鄒艶華（准教授）Yanhua ZOU (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能専攻 yanhua@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 The 14th China-Japan International Conference on Ultra-Precision Machining Process
国

名：中華人民共和国

都 市 名 ：Harbin
開催期間 ： 2018 年

9月

13 日

～ 2018 年

9月

15 日

２．発表概要近年，ディーゼルエンジン用燃料噴射ノズル，マイクロギア用の金型，半導体製造装置用部品など様々な分野において，合金，セラミックス，ガラスなどを材料に用いた精密部品の需要が高まっている．それに伴い，精密部品をナノレベルまで高精密かつ高効率に仕上げる精密加工技術が求められている．
本研究では，変動磁場を利用した超精密磁気研

イルに交流電流を通電すると電磁極先端に変動磁場が発生し，磁場の変動によって磁気研磨スラ
リーを動かせ，研磨材の新陳代謝が実現できる加工法である．アルミニウム合金材料の仕上げ条件
を調べ，加工実験を行った．実験の結果，工作物

Material removal M (mg)

用し，その有効性を調べた．本加工法は，電磁コSurface roughness Ra (nm)磨法をアルミニウム合金材料の表面仕上げに適の表面粗さは加工前 318 nm Ra から 3 nm Ra まで向上でき，ナノレベル超精密表面を創成できることを明らかにした．

Finishing time T (min)図1

表面粗さと加工量の変化

謝辞
本研究の実施および発表に当たり，ご指導，ご鞭撻を賜りました，鄒艶華准教授に深く感謝致
します．

116

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Compatibility between cytoplasm and a single chromosome derived from
Diplotaxis tenuifolia results in selectable female sterility in Brassica rapa
藤田祥明（D2）
Yoshiaki FUJITA（D2）東京農工大学大学院連合農学研究科生物生産科学専 s175429s@st.go.tuat.ac.jp（指導教員）

房相佑（教授）Sang-Woo BANG (Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 bang@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名：4th International Conference on Plant Science & Physiology
国

名

都 市 名

：オーストラリア：シドニー

開催期間 ： 2019 年

3月

25 日

～

2019 年

3月

26 日

２．発表概要植物において，内在性核ゲノムと外来性オルガネラゲノム間の特定の組み合わせが細胞質雄性
不稔性（CMS）をもたらす．アブラナ科作物において雑種強勢を示す F1 品種を安定的に得るた
めに CMS 系統を用いた採種が求められている．我々は，アブラナ科近縁野生種である Diplotaxis
tenuifolia（Dt）と B. rapa との間の種・属間交雑および B. rapa との連続戻し交配によって，D.
tenuifolia 細胞質（cyt-Dt）をもつ B. rapa CMS 系統（2n = 20）を作出することを試みた．しかし，核置換系統の B. rapa 系統は，数年にわたる戻し交雑を通しても得られず，一添加型系統（MAL，2n = 21）しか得られていない．そこで本研究では，なぜ染色体が 1 本残るのかに着目し，（cyt-Dt）
B. rapa MAL 系統の雌性不稔と胚発達の調査を試みた．
受精時の雌性稔性を明らかにするために花粉管誘引能の調査しn = 10n = 10

た結果，（cyt-Dt）B. rapa MAL 系統の花粉管誘引率は，同質細胞質
B. rapa 系統と比較して約 50 ％を示した．添加染色体が添加されていない胚珠は，雌性配偶体の成熟が不完全であり，花粉管が誘引できていない可能性が示唆された．次に，受精後の影響を明らかにするために肥大胚珠数および胚発達を調査した結果，（cyt-Dt）B. rapa MAL 系統の受精胚のほとんどは受精後 30 日目

n = 11n = 11n = 10n = 11n = 10n = 11n = 10に肥大胚珠において成熟胚に達した．これらの結果は，（cyt-Dt）
B. rapa MAL において n = 10 および 11 の雌配偶子が葯半数ずつ形成され，B. rapa 系統と交雑した際に n=11 の雌性配偶子のみが受精
図1 (cyt-Dt) B. rapa MAL 系統における種子形成を制御する受精モデルし、種子形成に至ったと示唆された．

117

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

欧化と国粋の間にさまよう文人：幸田露伴とその明治批判
梁鎮輝（D3）Zhenhui LIANG（D3）宇都宮大学大学院国際学研究科国際学研究専攻 niezi1991@gmail.com（指導教員）松金公正（教授）Kimimasa MATSUKANE(Professor)
宇都宮大学大学院国際学研究科国際学研究専攻 matskane@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 Meiji Restoration and The Modern World
国

名

：中国

都 市 名

：天津市

開催期間

： 2018 年 7 月 27 日 ～2018 年 7 月 29 日

２．発表概要本発表は，明治期の知識人の「近代」に対する思索について，ケネス・B・パイル（1986）の説く欧化と国粋主義の議論に沿って批判的に再検討した．
ケネスは，民友社と政教社という２つの対立する若い知識人の集団が，明治期の青年たちの知的支持を求めて相争っていたことに注目し，前者は近代西洋型の産業民主主義を目指す願望と，
他方は日本の文化的伝統の最も優れた部分を守ろうとする願望であると指摘している．
しかし，明治期の日本において「先進性」とされた西洋文化と近代国民国家のナショナリズム
の材料としての日本文化以外に，部分的に内在化した「後進性」とされてきた東洋文化の存在は決して無視できない存在といえる．この三者が激しくぶつかり，互いに融合・変化し，むろん二元論的な分け方ではなく極めて重層性の有する思想の様相を示すこととなった．本研究ではこのような背景を踏まえ，欧化と国粋という二大言論勢力のせめぎ合いの中で，民友社と政教社の主
要刊行物のどちらにも多数の寄稿をした幸田露伴を取り上げ，彼の生涯・文学・思想を分析し，欧化と国粋のどちらにも偏らない思考方法を明かにした．維新前後の激変の時代に立ち向かう新
旧の女性が描かれている『不蔵庵物語』という作品にそれが最も鮮明に現れている．家制度に束縛される不幸な運命を辿る古い女性と，男を獲物のように狙う我欲のままに生きる新しい女性のどちらに対しても，露伴は直接に評価をせず，それぞれの人物に十分な言説空間を与え，それぞれが感じた社会および時代を描きだし，そこに近代への批判や思索を内包させている．
このような思考方法は露伴の多彩な作品群にもパターンとして表れ，露伴という人物を再考することによって明治期における知識人の思想動向を新たな側面から検討することができた．
謝辞
本研究を進めるにあたり，日頃からご指導いただいた松金公正教授，清水奈名子准教授，田口卓臣
准教授に深く感謝する．

118

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Townscape Evaluation of Oya-stone Buildings in the Urban Area of
Utsunomiya City, Tochigi Prefecture, Japan
小林基澄（D2）
Motosumi KOBAYASHI（D2）宇都宮大学大学院工学研究科システム創生工学専攻 dt177171@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

安森亮雄（准教授）

Akio YASUMORI (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 yasumori@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名国

ISAIA 2018 (The 12th International Symposium on Architectural Interchange Asia)

名

：韓国

都 市 名

：平昌

開催期間

： 2018 年 10 月 23 日～2018 年 10 月 26 日

２．発表概要日本の栃木県宇都宮市では，凝灰岩の一種である大谷石が産出し，大谷石によって造られた歴史的建造物が多く点在している．中心市街地の 102 棟の大谷石建物を対象とし，年代，構法，意匠による建物評価と，接道や空地，建物同士の連担をみた都市への表出評価の 2 つの側面から，景観の評価を行った．まず，建物評価では，高評価であった建物は，石を全体に積んだ組積造で細かな装飾が施された店舗や，木造に石を張った張石造の年代の古い蔵であった(図 1)．また，高評価のものは文化財等の既存の評価を受けたものが多く該当するなど，評価が妥当であることが分かった．さらに，市北部の農村集落と比較したところ，中心市街地以上の高評価の建物がみられた．次に，表出評価をみると，建物が道路や空地に接することで都市に表出していた．また，文化財建物や農村集落の建物は，敷地内で複数棟の建物同士が連担しており高評価であった．最後に，大谷石建物と，都市への表出を併せて，景観評価として整理した．多くの建物は建物評価が平均付近で，敷地奥に建っており表出評価が低い．一方，建物評価が高い建物
は，道路や空地に複数面で接する表出性の高いものと，道路奥に位置し表出性は低いが奥行きのある景観を形成しているものがみられた．以上のように，中心市街地の大谷石建物及び景観の特徴を明らかにし，その保存活用のための評価手法を示した．

図 1．高評価の大谷石建物

謝辞
本調査分析及びその発表にあたり終始丁寧にご指導くださった，共同研究，著者の安森亮雄准教授に心より感謝申し上げます．

119平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Re-examining the Creativity of Universal Design Initiatives
in Public Spaces in Japan
土橋喜人（D2）
Yoshito DOBASHI（D2）宇都宮大学大学院工学研究科システム創成工学専攻 dt177108@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

大森宣暁（教授）

Nobuaki OHMORI (Professor)
宇都宮大学地域デザイン科学部社会基盤デザイン学科 nobuaki@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名: Universal Design and Higher Education in Transformation Congress (UDHEIT) 2018
国

名：アイルランド

都 市 名

：ダブリン

開催期間

： 2018 年 10 月 30 日～2018 年 11 月 2 日

２．発表概要日本における交通バリアフリーの外観について説明をし，徐々に改善しつつあることを背景として説明した．本研究の目的は，ユニバーサルデザインによって，アクセシブルかつインクルー
シブな社会を構築することができること，既存のシステムを創造的な発想によって変えていく方
法も効果的であること，であった．
これらのことを日本国内の事例研究を通して示した．これらの事例の実施主体の交通局はいず
れも国交省からの表彰を受けていること，既存の施設を少し変更するだけでアクセシビリティを向上させていること，から三つの取り組み事例を選定した．
札幌市営地下鉄では，優先席の名称を専用席に変えることで，利用対象者の当該席の利用を促進させることに成功した．福岡市地下鉄七隈線では，車いす用のパス（切れ目）を入れることで，視覚障害者だけではなく，車いすユーザーにも使いやすい点字ブロックを生み出した．仙台市地下鉄東西線では，幅広改札を全ての改札に適用することで，車いすユーザーだけでなく，ベピー
カーユーザーや旅行者などの利用者の利便性も向上させた．
一連の発表を通して，ユニバーサルデザインを通じて，アクセシブルかつインクルーシブな社
会を構築できること，利用者，特に障害当事者の声を聞いて，それらのニーズを聞き入れて，既存のシステムを発想の転換によって実現していくことができること，を示した．
謝辞
本研究の一部は，公益財団法人交通エコロジー・モビリティ財団の平成 29 年度 ECOMO 交通
バリアフリー研究助成を受けて行った研究成果の一部です．指導教員である宇都宮大学地域デザ
イン科学部の大森宣暁教授には研究を行う機会を与えて頂き感謝致します．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

A Study on Kinematic Cooperative Positioningby Phase Transition Comparison
between Receivers on a Vehicle
中三川大貴（M2）
Daiki NAKAMIKAWA（M2）宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 nakamikawa@aws.is.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

羽多野裕之（准教授）

Hiroyuki HATANO (Associate Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 hatano@is.utsunomiya-u.ac.jp
１． 出席会議名
International Conference on Intelligent Transport Systems Telecommunications
国

名：Portugal

都 市 名：Lisbon開催期間 ： 2018 年 10 月 15 日～

2018 年 10 月 17 日

２．発表概要車両等の移動体の自車絶対位置を GNSS (Global Navigation Satellite System) によって求めてることを検討している． GNSS とは全地球測位システムとも呼ばれ，人工衛星である測位衛星から送信される情報をもとに現在地の座標を検出するシステムである．アメリカの GPS (Global
Positioning System)，ロシアの GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System)，EU の Galileo， 中
国の BeiDou，そして日本の QZSS (Quasi Zenith Satellite System: 凖天頂衛星) などがこれに含まれる．本研究ではこれら GNSS を用いた RTK (Real Time
Kinematic) 測位を用いて車両の位置推定を行うことを考える．都市部において衛星はビルなどの建造物によって遮られ，遮断と再補足が頻発するため，RTK による測位演算における整数値バイアスの推定が難しくなる．本研究では，１台の車両に複数のアンテナと受信機を搭載し，片方の搬送波位相観測値の推移から
もう片方の搬送波位相観測値の推定を行うことで，衛星の遮断，再捕捉を軽減する手法を提案する．
謝辞
本研究の一部は JSPS 科研費の助成を受け実施した．記して謝意を表する．

121

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Kansei Evaluation of Color Images Presented in Color Gamuts withDifferent Red Primaries
影山祥吾 (M1)
Shogo.KAGEYAMA (M1)
宇都宮大学大学院 工学研究科 先端光工学専攻 mt186704@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

阿山みよし (教授)

Miyoshi.AYAMA (Professor)
宇都宮大学大学院 工学研究科 先端光工学専攻 miyoshi@is.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 The 4th Asia Color Association Conference
国

名 ：タイ

都 市 名 ：チェンマイ
開催期間 ： 2018 年

12 月

5 日～2018 年

12 月

8日

２．発表概要我々はディスプレイに用いられる波長を変化させることで人間がどのように感じるかを表 1 に示す 5 つの評価語を用いて実験を行った．我々は赤波長に着目し，具体的には図 1 に示すように特定の波長だけを透過する干渉フィルターを用いて 1 つの画像に対して４種類の波長(610nm,620nm,630nm,640nm)を使い色味の違う画像を提示し，被験者に評価をしてもらう．
その結果，表 1 に示すように波長が長くなるにつれて，色が濃く，印象的で，不自然であると評価された．表示デバイスなどの影響を大きく受け，人間は記憶色として色を実際よりも鮮やかに記憶する．今後，広色域ディスプレイがさらに普及すれば長波長の鮮やかな映像や画像にも慣れ，不自然に見える問題は解決されるのではないかと考えられる．これより赤波長は 630nm,640nm
またはそれ以上が適切だと考えられる．

表1

評価語と実験結果

図 1 実験環境

謝辞
共著者:犬塚祐介，阿山みよし，石川智治
本研究を進めるに当たり，貴重な助言をいただき，ご指導ご鞭撻を受け賜りました上記の方々．
ご協力下さった被験者の方々に感謝の意を表します．

122平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

CHROMATIC THRESHOLD FOR TOTAL COLOR-IMAGE
IMPRESSION
藤原知也（M1）
Tomoya FUJIWARA（M1）宇都宮大学大学院工学研究科先端光工学専攻 mt186727@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

阿山みよし（教授）

Miyoshi AYAMA (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科先端光工学専攻 miyoshi@is.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 The 4th Asia Color Association Conference
国

名

：タイ王国

都 市 名 ：チェンマイ
開催期間 ： 2018 年

12 月

5日

2018 年

～

12 月

8日

２．発表概要近年の色再現技術の発展により, 我々の生活は色彩豊かなものとなっている. なぜ, ここま
で色彩表現におけるイメージング技術が発展してきたのか, すなわち色鮮やかな画像が多くの人に好まれる理由について心理物理的観点から調査した研究は少ない. そこで本研究では, 画像の彩度変化と感性評価との関係を調査することを目的とした. そのための基礎的研究として,今回は画像が色付いたと感じられる彩度の閾値の検出を行った. 9 色の原画像を元に作成した低彩度画像を用いて色名実験を行い, 被験者の回答が無彩色応答から有彩色応答へと変わる境界
部分の彩度の値を測定した. 本研究ではこの時の彩度の値を「境界彩度」と呼ぶこととした.
図 1 に示すように, 画像に色が付いたと感じられる彩度の閾値, すなわち「境界彩度」はい
ずれの色相においても同程度の値をとった.
しかしながら紫・ピンクの色相のみ, 他色よりも低い値をとった. これには, 画像のコンテ
ンツによる影響等が考えられるが原因の解明には至っていない.

図 1

謝辞

実験結果:各色相の境界彩度(全被験者平均)本研究を進めるにあたりご指導，ご鞭撻を賜りました阿山みよし教授，石川智治准教授に深謝いた
します．また，共同研究者として貴重な助言，ご協力を頂いた中田彩生氏に感謝の意を表します．最後に，被験者として協力して頂いた方をはじめ阿山・石川研究室の諸氏に感謝の意を表します．

123平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Possible involvement of PI3K/Akt-mTOR signaling pathway
in the hippocampus in the regulation of preference for fat
小林 賢斗（M2）
Kento KOBAYASHI（M2）宇都宮大学大学院農学研究科生物生産科学専攻 ma178118@cc.utsunomiya-u.ac.jp
吉澤 史昭（教授）
Fumiaki YOSHIZAWA（Professor）
宇都宮大学学術院（農学部生物資源科学科） fumiaki@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 American Society for Nutrition 2018
国

名：アメリカ合衆国

都 市 名

：ボストン

開催期間

：2018 年 6 月 9 日～

2018 年 6 月 12 日

２．発表概要げっ歯類が嗜好性の高い食品成分である脂肪やスクロースを摂取した際に，薬物と同様に繰り返し摂取したいという欲求が惹起されることが明らかとなっている．また，薬物に対する執着には脳の海馬が重要な役割を果たすことが知られており，特に海馬神経細胞における PI3K
（phosphatidylinositol 3-kinase）とその下流因子である Akt（v-Akt Murine Thymoma Viral Oncogene）-mTOR（mammalian target of Rapamycin）-p70S6K（70-kDa ribosomal S6 kinase）シグナル伝達経路
は，薬物に対する執着に関与していることが報告されている．一方で，高嗜好性食品に対する執着行動における PI3K/Akt-mTOR 経路の関与については未だ不明な点が多い．そこで本研究では，
食品嗜好性の形成や維持に海馬 PI3K/Akt-mTOR 経路が関与しているか，また高嗜好性食品摂取時にどのようなメカニズムで同経路が活性化されるかについて調べた．その結果，食脂肪に対する摂取行動には海馬神経細胞の PI3K/Akt-mTOR 経路が関与し，その活性化はオピオイド受容体を介していることが示唆された．
一方で，スクロースに対する摂取行動はオピオイド系
を介しているが，
海馬 PI3K/Akt-mTOR 経路は関与していない可能性が示唆された（図）．

図. 高嗜好性食品を摂取した際の海馬におけるシグナル伝達経路

謝辞
本研究の実施および本発表にあたり，終始ご指導ご鞭撻を賜りました本学学術院の吉澤史昭 教授，佐藤祐介 講師，本学バイオサイエンス教育研究センターの安達真一 特任助教，近藤真司 特任研究員に厚く御礼申し上げます．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

DEVELOPMENT OF ACTIVE STALL CONTROL SYSTEM ON
NACA0012 AIRFOIL BY USING SYNTHETIC JETS橋本悠汰（M2）
Yuta HASHIMOTO（M2）宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 mt176140@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

長谷川裕晃（教授）

Hiroaki HASEGAWA(Professor)

宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 hhasegaw@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 The 29th International Symposium On Transportation Phenomena
国名：アメリカ合衆国

都 市 名

：ホノルル

開催期間

： 2018 年

10 月

30 日

～

2018 年

11 月

2日

２．発表概要流れのはく離は，流体機械の効率の低下や航空機の失速を招くなど工学的に好ましくない現象である．その流れのはく離を能動的に制御する方法としてシンセティックジェットがある．シンセティック
ジェットは流れの能動的な制御方法であるが，翼型に組み込んだシンセティックジェット発生装置を用い，流れの状態に応じて自動的に制御を開始・停止を行うシステムは報告されていない．本研究では，
シンセティックジェット発生装置を組み込んだ NACA0012 翼型に対し，流れの状態に応じて自動的に制御を開始・停止を行う能動的失速制御システムの構築を行った．
NACA0012 翼型に対し，シンセティックジェットを用い失速制御を行うことで，レイノルズ数
Re = 1.5×105 において最大揚力係数が 14％増大し，失速角が 4 °後退した．迎角変化による時間的に変化する流れ場に対し，本研究で構築したシステムを適用した場合の揚力係数の変化を図 1に示す．連続的に迎角を α = 0°→19°→10°→19°→0°のように変化させ，時間的に変化する流れ場
に対して能動的失速制御システムを適用した結果，流れの変化に応じて自動的にシンセティック
ジェット発生装置のオン/オフを行い，1 度も失速が生じない流れ場を実現することができた．
謝辞
本発表を行うにあたり，ご指導を頂きました長谷川裕晃教授に深く感謝致します．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Effect of Fin Attached to Rotating Cylinder on Aerodynamic
Characteristics of Magnus Wind Turbine
生澤由也（M2）
Yuya IKEZAWA (M2)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 mt176103@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

長谷川裕晃（教授）

Hiroaki HASEGAWA (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 hhasegaw@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 The 9th Thai Society of Mechanical Engineers International Conference on MechanicalEngineering
国

名

： タイ

都 市 名

： プーケット

開催期間： 2018 年 12 月 11 日～2018 年 12 月 14 日

２．発表概要マグナス風車はマグナス効果を利用して発電を行う風車である．マグナス風車はブレードに回転円柱を使用することで揚力を得る．したがって，回転円柱に働く揚力を増加させることでマグ
ナス風車の発電性能を向上させることができる．本研究では，3 つのモデル（フィンなし円柱，ストレートフィン付き円柱，スパイラルフィン付き円柱）を用いて揚力測定および流れの可視化を行った．
揚力測定の結果を示す．横軸は円柱の回転数を無次元化した周速比を表しており，縦軸は揚力を無次元化した揚力係数である．図から，円柱にフィンを付加することで揚力が向上することがわかった．また，ストレートフィン
よりもスパイラルフィンとすることで揚力が増加した．流れ場の可視化では，ストレートフィンにおいて，スモークがフィン先端から離れていることが確認できた．一方，スパイラルフィンで各モデルにおける揚力係数は，スモークがフィン先端近傍に存在

し，下流側で円柱表面に付着していた．このような円柱上面における流れ場の違いによって，揚力に差が生じ，流れが円柱表面に付着することで揚力が向上することが明らかになった．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Restoring Vitality by Means of Microbubble Bathing成田洸杜（ M2 ）Hiroto NARITA（M2）宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 mt176137@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

長谷川裕晃（教授）

Hiroaki HASEGAWA (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科機械知能工学専攻 hhasegaw@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 The 9th Thai Society of Mechanical Engineers International Conference on MechanicalEngineering
国

名

都 市 名

：タイ
：プーケット

開催期間 ： 2018 年

12

月

11 日

～

2018 年

12 月

14 日

２．発表概要マイクロバブルは直径が 1~100μm の非常に小さなバブルであり, 工学や医学など様々な分野への応用が研究されている. マイクロバブルは通常の気泡と異なる化学的・物理的特性を持ち, 特に重要な特徴として気液界面で帯電していること(ζ 電位)や生体への生理活性効果が挙げられる.
生理活性効果はリラックス状態や気力への影響が考えられ, 薬物を使用しない抗うつ治療へ応用が期待できる. そこで, マイクロバブル浴の気力回復効果の解明を目的とし, 異なる気泡特性のマイクロバブル浴の気力回復について評価した.
本研究では,スリットせん断式(Slit)と加圧溶解式(Press)の 2 種類の発生装置を用いたマイクロバ
ブル浴の気力回復効果を, マウスを利用した強制水泳試験で調査し気泡特性との関係を検討した.
気力回復は globopentaosylceramide（GPC）という気力のバイオマーカーとなる糖脂質を測定する
ことで評価した. 実験の結果をグラフに示す. 横軸は実験条
件, 縦軸は GPC の値である. 実験結果から Slit 条件では Press
条件よりも気力が効果的に回復することを確認した. また, ζ
電位を測定したところ, Slit 条件で発生したマイクロバブル
は, Press 条件により発生したものよりも負に高い電位を示した. そのため, GPC は高い ζ 電位のマイクロバブル浴によって効果的に増加することが示され, マイクロバブル浴の抗うつ治療への臨床応用の可能性が示唆された.

globopentaosylceramide の測定結果*p < 0.05 compared to Control( Mann-Whitney U test)

謝辞
本研究を進めるにあたり,ご指導いただきました本学教授 長谷川 裕晃先生, 秋田大学医学部

附属病院講師 増田 豊先生に深く感謝申し上げます.

127平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Analysis of the effects of amino acids on energy metabolism
of cultured cells and its mechanism
鈴木玲子（M1）
Reiko SUZUKI（M1）宇都宮大学大学院農学研究科動物生産学専攻 ma188120@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

佐藤祐介（講師）

Yusuke SATO (Assistant Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科動物生産学専攻 ysato@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 FASEB SRC “Nutrient Sensing and Metabolic Signaling”
国名：アメリカ合衆国

都 市 名：コロラド州スノウマス

開催期間：2018 年 8 月 5 日～2018 年 8 月 10 日

２．発表概要アミノ酸はタンパク質の構成成分であると同時に，その一部は代謝されてエネルギーとして利用される．また，一部のアミノ酸は細胞内のシグナル伝達を活性化することが知られている．特に，分岐鎖アミノ酸の一つであるロイシンは細胞内に取り込まれると，mTOR シグナル伝達経路を活性化し，タンパク質代謝や特定の遺伝子発現を制御することがわかっている．しかし，アミノ酸が細胞のエネルギー代謝（解糖，ミトコンドリアの呼吸）へ及ぼす急性の影響についてはほ
とんど知られていない．本研究では，アミノ酸が培養筋細胞および肝細胞のエネルギー代謝に与える急性の影響と，その作用機序を探索した．
本研究では，９種の必須アミノ酸添加が３種類の細胞 （筋芽細胞，筋管，肝細胞）のエネル
ギー代謝に与える影響について調べた結果を発表した．ほとんどのアミノ酸は細胞のエネルギー
代謝に影響しなかったが，ロイシン添加は筋管の解糖を低下させることを見出した．この作用は筋芽細胞や肝細胞では確認されなかったことから，筋管に特異的な作用であること考えられる．
また，ロイシンによる解糖低下作用は，mTOR シグナル伝達経路や CTP の輸送体に依存しないことが明らかとなった．
謝辞
本研究を進めるにあたり，ご指導いただきました栄養制御学研究室の吉澤史昭先生，バイオサイ
エンス教育研究センターの安達真一先生，近藤真司先生，佐藤より子さんに深く感謝申し上げます．

128

平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Enhanced lipid metabolism by Apobec2 deficiency
ameliorates high fat diet-induced metabolic defects
林竜司（M1）
Ryuji HAYASHI（M1）宇都宮大学大学院農学研究科動物生産学専攻 ma188132@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

佐藤祐介（講師）

Yusuke SATO (Assistant Professor)
宇都宮大学大学院農学研究科動物生産学専攻 ysato@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 FASEB SRC “Nutrient Sensing and Metabolic Signaling”
国名：アメリカ合衆国

都 市 名：コロラド州スノウマス

開催期間：2018 年 8 月 5 日～2018 年 8 月 10 日

２．発表概要肥満はヒトにおいては生活習慣病のリスクファクターとなり，家畜においても健康被害，飼料効率の低下などにより畜産物の生産性の低下の原因となる．これらから，肥満の予防・改善のた
めにも脂質代謝に関連する遺伝子の同定やそのメカニズムの解明が求められている．
これまでの研究から，AID/APOBEC ファミリー遺伝子群の１つである Apobec2 を欠損したマウ
スでは，筋疾患やミトコンドリアの異常が起こることを報告している．本研究では，Apobec2 が主要な熱産生器官である褐色脂肪組織においても発現しており，熱産生や脂質代謝に関係していること発表した．
Apobec2 欠損マウスの褐色脂肪組織では，小さな脂肪滴が観察され，生体レベルで脂質代謝が亢進していることがわかった．また，マウスへの長期間の高脂肪食給餌試験から，Apobec2 を欠損すると，特に肝臓の代謝異常に関係する LDL コレステロール，LDH，AST，ALT などの増加が軽減されることを見出した．
謝辞
本研究を進めるにあたり，ご指導・ご協力いただきました栄養制御学研究室の吉澤史昭先生，二瓶直浩さん，バイオサイエンス教育研究センターの安達真一先生，近藤真司先生，佐藤より子さん，
九州大学大学院農学研究科の辰巳隆一先生，水野谷航先生，京都大学大学院農学研究科の友永省三
先生，英国 MRC 分子生物学研究所の Cristina Rada 先生に心から感謝申し上げます．

129平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

A Study on Growth Stage Classification of Paddy Rice by CNN
using NDVI Images
村田和輝（M2）
Kazuki MURATA（M2）宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 mt176541@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）伊藤篤（教授）Atsushi ITO (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科情報システム科学専攻 at.ito@is.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 The 9th International conference on Broadband Communications and National Networks
国名：オーストラリア

都 市 名 ：メルボルン
開催期間 ：2018 年 12 月 10 日～2018 年 12 月 12 日
２．発表概要本研究では，農業人口の減少や高齢化による熟練農家の技術継承が難しくなっているという背景のもと，ドローンに複数の波長帯の反射率を測定できるマルチスペクトルセンサを搭載し，その反射率から稲の NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) を測定し，ICT による農業の経験不足を補うシステムの開発を目指す．特に，経験が必要な稲の生育段階を支援するシステムの開発を研究目標とした．先行研究として，衛星画像から DNN によって生育段階を分類するものがある．本研究では，ドローンの高解像度性を利用し，稲の大きさなどの空間情報を特徴として抽出できる可能性に着目し，稲の NDVI 画像から CNN (Convolutional Neural Network) を用いて生育段階を分類した．稲の生育段階が分かれば，過去と比較して生育が早いか遅いか, 同じ圃場内のどの稲の生育が遅れているかが分かるため，最適なタイミングでの施肥や水やりが可能となり，品質の向上につながる．このほか，ドローンの飛行高度が分類精度に与える影響を調査する実験を行った．ドローンの高度を上げると，測定画像の解像度は下がるが，撮影可能な面積は広くなる．ドローンには限られた飛行時間があるため，高度はなるべく高いほうが, 効率の良い測定が可能となる．そこで，本研究では，ドローンの高度を変えたことによる解像度の変化が，稲の生育段階の分類に及ぼす影響を調べた結果を報告した．本論文は、Best Paper Award を受賞した.
謝辞
本研究の実施および発表にあたり，ご指導，ご鞭撻を賜りました，伊藤篤教授，羽多野裕之准教授に深く感謝いたします．また，圃場での測定，圃場管理等でお世話になった農学部附属農場の高橋先生，居城先生，技官の皆様にこの場を借りて深謝いたします．本研究は株式会社ナイルワークスの共同研究の一部として実施いたしました．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金

国際会議報告書

Experimental Study on Properties of Mortar Containing Molten Slag as
Fine Aggregate
山中友仁（M2）
Yuto YAMANAKA（M2）宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 mt176431@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

藤原浩已（教授）

Hiromi FUJIWARA (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 fhiromi@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名: 2nd International Workshop on Durability and Sustainability of Concrete Structures
国

名

都 市 名

：Russian Federation：Moscow

開催期間 ： 2018 年

6月

6日 ～

2018 年

6月

7日

２．発表概要
我が国における電力供給割合構成は，東日本大震災の影響により，原子力発電に代わり，火力発電の割合が増加しており，環境負荷の大きい既存の石炭火力発電方法よりも高効率である石炭ガス化複合発電（IGCC）の商業的利用が推進されている．IGCC 技術では，ガス化炉で石炭中の灰分は溶融され，溶融スラグとして排出され IGCC 技術の商業的利用においてこの新たな産業廃棄物である石炭ガ
ス化溶融スラグの有効利用方法の確立は不可欠となる．我が国のコンクリート業界では，環境保全の観点から天然骨材の採取が制限されており，これに伴うコンクリート用骨材の枯渇が問題となっているため，代替骨材の利用研究および開発が行われている．以上の理由から石炭ガス化溶融スラグをコンクリート用骨材として利用することに期待が高まっている．本研究では，石炭ガス化溶融スラグの細骨材としての利用可能性を評価するための基礎実験を行った．その結果，スラグ細骨材を用いることにより，流動性の向上，圧縮強度の低下，曲げ強度の低下，乾燥収縮の低減効果が認められた。

謝辞
本研究に取り組むにあたり，藤原浩已博士には，本研究に取り組む機会を与えてくださることをはじめ，ひとかたならぬご指導をしていただいたことに，深謝の意を表します．丸岡正知
博士には，実験を行うにあたり，実験方法への助言など多くのことにご協力いただいたことに心から感謝申し上げます．
日本コンクリート技術株式会社の篠田佳男氏ならびに松田敦夫氏には，本研究で得られた実験結果に対しての考察や様々な助言をいたことに深く感謝申し上げます．
一般財団法人石炭エネルギーセンターの内田信一様には，膨大な石炭ガス化スラグの提供・粒度調整等，試験検討の機会，サポートをしていただいたことに心から感謝申し上げます．
同研究室の大塚亮介，小林亮太郎，渡邊貴郁とは，石炭ガス化溶融スラグ班として数多くの実験をともに行い，多くのサポートをしていただくなど大変お世話になりました．心から感謝
致します．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Evaluation of Performance of Backfilling Mortar for
Repairing Sewage Pipes
小笠原健（M2）
Ken OGASAWARA (M2)
宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 mt176421@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員） 藤原浩已（教授）
Hiromi FUJIWARA（Professor）
宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 fhiromi@cc.utsunomiya-u.ac.jp

1. 出席会議名：2nd International Workshop on Durability and Sustainability ofConcreate Structures
国

名 ：Russia

都

市 名：Moscow

開催期間 ：2018 年 6 月 6 日～2018 年 6 月 7 日
2. 発表概要
日本国内では，下水道管の布設は高度経済成長期に急増した．そのため，下水道管の耐用年数とされる 50 年を超過した下水道管が現在多く存在し，今後急増すると考えられている．また，開削による下水道管の更新では，経済的・環境的負担が大きいため，下水道管更生工法が注目されている．この更生工法に用いられる裏込めモルタルに対する要求性能としては，既設下水道管と内側に挿入した更生管とが複合管としての剛性，更生管外側の凹凸間への充填性，圧入時の作業効率向上のために低密度・低粘度・材料分離抵抗性が必要になる．本稿では，現在開発中である裏込めモルタルの問題点である圧入時の抵抗圧力が増加するという問題を 0 打モルタルフロー
値の目標値を大きくすることで，裏込めモルタルの降伏値を低下し，圧送負荷の低減を行い，要求性能を満たすことに成功した．また，今後，実施工と同規模の実験を行い，適用性の検討を行う必要がある．
謝辞
本論文作成にあたり，基本的な試験の仕方から，新たな事件方法の検討，論文の修正等
多くのご助力を賜った宇都宮大学工学研究科准教授 丸岡正知博士に，深く感謝いたします．昭和 KDE 株式会社の藤井幹也氏，佐藤公氏には，ご多忙の中研究に関する様々なご助言や知識を頂戴するとともに大量の材料を提供いただいたこと心から感謝いたします．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Development of a new method to reduce
drying shrinkage of concrete by applying urea
白山昂資（M2）
Kosuke SHIRAYAMA（M2）宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 mt176425@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

藤原浩已（教授）

Hiromi FUJIWARA (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 fhiromi@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名
国名：Sixth International Conference on Durability of Concrete Structures：United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland

都 市 名：Leeds開催期間：2018 年 7 月 18 日～2018 年 7 月 20 日

２．発表概要コンクリート構造物のひび割れ発生を完全に防ぐことは一般的に難しいとされ，特に乾燥収縮によるひび割れは以前から課題とされている．コンクリートの主な乾燥収縮低減方法として，膨張材の混和，乾燥収縮低減剤の混和，石灰石骨材の利用，尿素の混和が効果的とされている．しかし，レディーミクストコンクリート工場を用いて混和材料を混和する方法は，材料の品数増加，管理の問題，練混ぜ時に投入する手間などに起因する材料および機材コストや人件費の上昇を招く．また，一般に使用しない混和材料の投入や骨材の確保・利用は，既存設備のみでは対応でき
ず，混和の度に臨時の人手を要し，混和材料を活用したひび割れ防止策の普及を妨げているのが現状である．本研究では上記の状況を考慮し，より安価で簡便な方法として，尿素を主成分とした水溶液を脱型後の硬化体表面に含浸させ，乾燥収縮を低減する方法を提案する．モルタルにおけるこれまでの検討結果を基に，コンクリートにおける尿素水溶液および尿素と硫酸ナトリウムを一定の割合で混合した水溶液（以後，混合水溶液）を浸漬・塗布・散布した場合の基本性状に加え，雨水を模擬した尿素溶出有無の検討，収縮低減メカニズムの検討を行った．
研究成果として尿素混和水溶液の含浸により，乾燥収縮の低減だけでなく，圧縮強度の増進，中性化の抑制が認められ，尿素の再結晶化による結晶圧や保水効果，含浸層の形成が寄与していると推察される．しかしながら，現段階では推察に過ぎない部分が多く，混合水溶液の効果を継続して観察することや，収縮低減メカニズムをより明確にしていく必要がある．

謝辞
宇都宮大学大学院工学研究科教授 藤原浩已博士には，本報告をとりまとめる機会や多くの学会に参加する機会を与えてくださり，深く感謝致します．宇都宮大学大学院工学研究科准教授
丸岡正知博士には，本報告の作成にあたり多くのご助力を賜り，深く感謝致します．宇都宮大学
機器分析センター 長谷川和寿氏には，ご多忙の中粉末 X 線回折を引き受けてくださり，心から感謝致します．太平洋セメント㈱には，本研究で使用した各種材料をご提供していただき，心から感謝致します．本報告を完成させるにあたり，同研究室の劉玲玲，大塚亮介，小笠原健，山中友仁には実験や研究室活動で大変お世話になりました．心より感謝申し上げます．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Experimental study on properties of concrete containing molten slag from
integrated coal gasification combined cycle as fine aggregate
小林亮太郎（M2）
Ryotaro KOBAYASHI（M2）宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 mt186428@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

藤原浩已（教授）

Hiromi FUJIWARA (Professor)
宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 fhiromi@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 : RILEM Spring Convention and Sustainable Materials, Systems and Structures
Conference
国名：Croatia

都 市 名 ：Rovinj
開催期間 ： 2019 年 3 月 18 日～2019 年 3 月 22 日
２．発表概要
我が国におけるコンクリート業界では，環境保全の観点から天然骨材の採取制限に伴うコンク
リート用骨材の枯渇が問題となっており，代替骨材の利用研究および開発が行われている．また
我が国の電力供給構成は，東日本大震災の影響により主体は原子力発電から火力発電へ移行した．
しかし，既存の石炭火力発電方法では，CO2 を大量に排出するため，CO2 削減対策が必要となる．
これらのことから高効率である石炭ガス化複合発電（IGCC）の利用が推進されている．IGCC からは，新たな産業廃棄物である石炭ガス化溶融スラグが排出される．この IGCC 技術の利用拡大には石炭ガス化溶融スラグの有効利用方法の確立が不可欠となる．そこで本研究では石炭ガス化
溶融スラグを細骨材として用いた際のコンクリートの基本的諸性状の把握を行った．その結果，天然骨材を用いたコンクリートと比較して，流動性の向上，ブリーディング率の増加，圧縮強度の低下，乾燥収縮率の減少，中性化抵抗性の低下，凍結融解抵抗性の低下が確認された．
謝辞
論文を執筆するにあたり，指導教員である宇都宮大学大学院工学研究科教授藤原浩已博士には研究を行う機会を与えて頂き感謝致します．また，准教授丸岡正知博士には実験を行うにあたり多くの助言を頂きましたこと心から感謝申し上げます．この成果は，国立研究開発法人新エネル
ギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託業務により得られました．また，一般財団法人石炭エネルギーセンター(JCOAL)には石炭ガス化溶融スラグの提供と試験実施の機会・サポートを頂
き，心より感謝申し上げます．最後に論文を完成するにあたり同研究室の山中友仁氏には数多くの実験を行い大変お世話になりましたこと心から感謝致します．

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平成３０年度宇都宮大学大学院生研究奨励金 国際会議報告書

Relationship between Public Residential Complexes and Surrounding
Areas Π Current Use of Facilities by Residents
五ノ井とも（M1）
Tomo GONOI （M1）
宇都宮大学大学院工学研究科地球環境デザイン学専攻 mt186406@cc.utsunomiya-u.ac.jp（指導教員）

古賀誉章（准教授）

Takaaki KOGA (Associate Professor)
宇都宮大学地域デザイン科学部建築都市デザイン学科 koga-t@cc.utsunomiya-u.ac.jp
１．出席会議名 The 12th International Symposium on Architectural Interchanges in Asia
国

名

：韓国

都 市 名

：平昌

開催期間

： 2018 年

10 月

23

日

～

2018 年

10

月

26

日

２．発表概要日本の戦後高度成長期に住宅の大量供給手法として全国に多数つくられた住宅団地は，現在，経年による社会状況の変化や住宅としての陳腐化に伴って，社会的位置づけ・役割が変化しつつある．市街地にのみこまれながらも豊かな屋外環境をもつ大規模敷地という特性を保持したままである団地は，新たな役割を持つ都市的拠点としてのポテンシャルを有している．一方で，団地とその周辺の都市的な様相の違いが団地内外の心理的バリアを生んでいるとすれば，今後の団地
資源の利活用に対する阻害要因になることが懸念される．
そこで，本研究では団地とその周辺地域の居住者について団地の利用実態を把握し，現況と課題を整理することで，今後の団地資源の利活用に関する知見を得ることを目的とする．都市的機能が同時に整備された団地を選定するための基準に当てはまる調査候補団地を選定し，周辺状況を予備調査し，動線量や住棟間空間が特徴的な 2 団地において，団地内と団地周辺の居住世帯を対象にアンケート調査を実施した．
調査により，団地内住民と団地外住民のお互いに対する心理的抵抗感は懸念したほど大きくないことが分かった．他方，団地内の道の性格や通り抜け頻度と団地内施設の利用や住民同士の交流頻度との間に関連がみられた．団地内の動線空間は歩者分離したほうが通り抜けに効果的であることや，団地内公園・広場の利活用の度合いは，自動車道路の存在や敷地規模，利便施設の配置等により影響を受けるということが考察できた．団地内の公園・広場と動線空間，利便施設を一体的に計画することで団地内外のつながりとにぎわいを生み出す可能性が示唆された．
謝辞
本研究にあたり直接の御指導を頂いた古賀誉章准教授，東京電機大学山田あすか教授，また，共同研究者の東京電機大学大学院修士 1 年藤原卓巳氏に深く感謝申し上げます．
また，本研究は，住宅総合研究財団 2016 年度研究助成を受け実施しました．ここに示して御礼申し上げます．

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321-8585

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TEL 028-689-7006 FAX:028-689-7006
E-mail:cdi@cc.utsunomiya-u.ac.jp
http://www.sangaku.utsunomiya-u.ac.jp/dep-cdi/indexcdi.html
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