hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中枢神経系の形態形成と機能における細胞内物質輸送機構の解明。

我々は細胞質ダイニンの制御機構の解明に取り組んできた。細胞質ダイニンは微小管上を双方向に走るがプラス端に向って走るメカニズムは不明であった。我々は滑脳症の原因遺伝子・LIS1が細胞質ダイニンを微小管上に固定し、微小管-LIS1-細胞質ダイニンの複合体を形成し、キネシン依存的に運搬することを明らかにした。さらにアスペルギルスにおけるNud遺伝子群のNudCがキネシンのアダプタータンパク質として機能していることを明らかにした。1LIS1による細胞質ダイニンの制御機構の解明。我々は精製タンパク質を用いてLIS1、Ndel1存在下で細胞質ダイニンの活性測定を行った。その結果、LIS1は細胞質ダイニンの抑制因子であり、Ndel1はその抑制を解除する働きがあることが分かった。さらにこのLIS1、Ndel1の機能は細胞質ダイニンが微小管のプラス端に運ばれるリサイクルの機構に密接に結びついていることが分かってきた。これらのことからLIS1、Ndel1は細胞質ダイニンのリサイクルに必須の因子であることが分かった。特に、LIS1は微小管上に細胞質ダイニンを固定し、微小管-LIS1-細胞質ダイニンの複合体が形成され、この複合体がキネシンによって微小管のプラス端に運搬されることを証明した。2神経突起内における物質輸送。我々は背側神経根細胞の神経突起を用いたFRAPや分子イメージング法を確立し細胞内におけるモータータンパク質の動きとその制御因子の関連を解析するシステムを確立した。このシステムを用いて細胞内におけるモータータンパク質あるいはLIS1、Ndel1に加えてダイナクチン複合体、KudCさらには微小管の動態、機能的な関連を解析し軸索輸送のメカニズムを明らかにし、特にNudCはキネシンのアダプタータンパク質であることが分かった。特にNudCは、微小管-LIS1-細胞質ダイニンの複合体、ダイナクチン複合体がキネシンによって微小管のブラス端に運搬されるのに必須であることを明らかにした。細胞分裂における染色体の正確な分配はゲノムの恒常性を維持する上に置いて重要な現象であり、その破綻は発がんのメカニズムに置いて重要な役割を果たしている。我々は滑脳症の原因遺伝子・LIS1がモータータンパク質の細胞質ダイニンの制御因子であることを突き止めた。さらにLIS1は微小管-LIS1-細胞質ダイニンの複合体形成必要で、この複合体形成が細胞質ダイニンが微小管上を順行性に移動するのに必須であること解明した。さらにアスペルギルスで発見されたNUDCは微小管-LIS1-細胞質ダイニンの複合体がキネシンに結合する際のアダプター蛋白質として機能することを解明した。また、NUDCをsiRNAでノックダウンした場合、キネシンによる順行性の運搬が阻害されることを証明した。mitotic kinaseであるAurora-Aは細胞分裂時に中心体に多く発現しており、Aurora-Aは紡錘体形成に重要な役割を果たしている。我々はAurora-Aが神経細胞に置いても多く発現しており、LIS1の結合蛋白質であるNDEL1とともに神経細胞が軸索を進展する際の微小管ネットワークの再編に重要な役割を果たしていることを明らかにした。特にAurora-AがaPKCによってリン酸化され、このリン酸化がAurora-Aの活性化に必要であることを示した。これまでmitotic kinaseは非分裂細胞における機能は不明であったが、これらの研究から細胞分裂に必要な蛋白質であっても非分裂細胞においてはその基本的な役割を保持しつつ、ユニークな役割を担っていることを証明した。このことからLIS1が変異を起こすと細胞質ダイニンの順行性の運搬が障害され、細胞内における細胞質ダイニンの局在が中心体に偏った分布を示し、細胞の末梢部分で枯渇することが分かった。このことがLIS1の変異に伴う神経細胞の遊走異常、また細胞分裂における紡錘体形成や染色体分配の異常につながることが分かってきた。また、NudCの変異は細胞質ダイニンの順行性の運搬のみならず、他のオルガネラの運搬も障害されることから、NudCはキネシンの一般的なアダプタータンパク質として機能していることが示唆された。さらに、細胞質ダイニンはLIS1により微小管上にアイドリング状態になるが、低分子量G蛋白質のRabファミリーのタンパク質によって活性化されることが示唆された。
長短期流出両用モデルの総合化に関する研究

本研究では、洪水流出と長期流出を同時に連続して解析できる長短期流出両用モデルをいくつかの流域に適用して、モデルの適応性や問題点を検討するとともに、このモデルを活用した洪水流量予測方式についても考察を加えた。主な成果や今後の問題点を以下に要約する。1.長短期流出両用モデルの洪水ピーク流量発生条件を理論的に考察して計算ピーク流量はそのときの降雨強度よりは大きくはならないことを示した。この条件は、たとえば大流域では、実測ピーク流量をうまく再現しにくいことを意味している。この難点を避けるために、洪水の遅れ時間を導入した。2.岡山県吉井川水系内に所在する岩戸、久木、湯郷の3流域、岡山県北部の増川上流部に所在する湯原ダム流域、および滋賀県東部愛知川上流に所在する永源寺ダム流域について、これらの流域で観測された洪水流量と長期流量を対象に、各流域ごとに、数学的最適化手法で上記モデルの最適同定を行った。各流域のモデルは、10年以上にわたり日流量と洪水流量をよく再現しており、実用には十分使えることがわかった。3.放牧草地流域にも上記の流出モデルを適用したところ、長期流出の再現性は十分であったが、洪水の再現性に改善の余地が残されていた。4.洪水流量が最上層タンクでほぼ説明できることに着目して、簡便な洪水流量予測方式を提示した。この方式は、予測には多方面で利用されているカルマンフィルターと同程度の洪水流量予測結果を与えていた。5.上記の流出モデルは14個の未知定数をもっており、これらの定数は互いに独立ではないため、総合化を行うには、定数間の相互依存関係を明らかにする必要がある。1.滋賀県東部の永源寺ダム流域に長短期流出両用モデルを適用した。(1)ペンマン式を簡略化して、流域近傍の彦根気象台の日射量・気温の月単位データから月平均計器蒸発量を簡単に推定できる回帰式を提示した。なお、流出解析を行う際の流域蒸発散量は、この式から得られる値に、年間の水収支がほぼバランスするような係数を掛けた値を採用することとした。(2)収集した降雨・流量の資料および上述の推定蒸発散を用いて、永源寺ダム流域の長短期流出両用モデルの最適定数を数学的最適化手法により探索した。まず、得られたモデルが長期・短期流出とも実測値をうまく説明していることを確かめた。つぎに、低水流量が長短期流出両用モデルのどの流出成分で説明できるかをみたところ、ほぼ第2,3段タンクで表されていた。また、低水流量の推定に重要なこれらタンクの貯留水深が各タンク定数の時定数に対応する期間内の雨量で表せるものと仮定して流出計算を行ったところ、まずまずの結果が得られた。(3)低水流量を総合的に表わすと考えられる自然低減曲線について、その簡単な作成方式を示した。ただ、この曲線をモデルの総合化に活用するには、この曲線とモデル定数との対応関係を明らかにすること、あるいはこの曲線を物理的に解釈すること、などが今後の問題点として残っている。2.上記流域以外にも、湯原ダム流域および吉井川水系の岩戸地点・湯郷地点・久木地点における流量・雨量などのデータを収集し、現在、解析を進めている。なお、これら流域における蒸発散量の推定も、上記1と同様の方式でうまく推定できそうなことが、今までの予備解析でわかっている。今年度は,岡山県北部に所在する自然山地の湯原ダム流域(255km^2),および岡山大学津高牧場を含む放牧草地主体流域(0.23km^2)における長期流出と洪水流出を対象として,長短期流出両用モデルの適応性を調べるとともに,土地利用形態によってモデル定数がどの程度異なるかを検討した.得られた成果と今後の問題点を要約すると以下のようである.1.湯原

ダム流域では約10年間の資料を用いたが,得られたモデルは洪水流出・長期流出ともうまく両現していた.2.この湯原ダム流域モデルを,これまでに得られている他のダム流域のモデル,すなはち永源寺ダムおよび大迫ダム流域のモデルと対比したところ,湯原と大迫の両ダム流域の特性は類似していたが,永源寺ダム流域のモデルは,他の2流域のものに比べて洪水ピークが大きくなり,かつ低水流量が小さくなる構造になっていた.この違いを流域の地質で説明できないかどうかを吟味したが,必ずしもうまく整理できなかった.3.放牧草地主体流域では約5年間の資料を用いた.この流域で同定されたモデルは,長期流出はほぼ満足できる程度の再現性を示していたが,洪水流出についてはまだ改善の余地のあることがわかった.四.自然山林の湯原ダム流域のモデルと放牧草地流域のモデルとを比べてみると,土地利用形態によるモデル定数の違いは長短期流出両用モデルの第1段上層タンクの定数に現れているようである.5.次年度は,岡山県の三大河川の一つである吉井川流域における岩戸地点(1717km^2),久木地点(979km^2),湯郷地点(490km^2)の流出に長短期流出両用モデルを適用し,これまでに同定されたモデルも参考にして,長短期流出両用モデルの総合化の方向を探る予定である.今年度は、岡山県三大河川の一つである吉井川水系の長短流出と洪水流出を検討した。吉井川水系には、いくつかの流量観測点があるが、ここで対象としたのは、岩戸地点(1717km^2)、久木地点(979km^2)、湯郷地点(490km^2)の3地点における洪水流量と長期流量である。各流域ごとに長短期流出両用モデルの最適同定を行い、その適用性を調べた。得られた成果や問題点を要約すると以下のようである。1.長短期流出両用モデルの洪水ピーク流量発生条件を理論的に考察したところ、計算ピーク流量はそのときの降雨強度よりも大きくはならないことがわかった。この条件は、たとえば、降雨が小降りになってから洪水ピークが発生するような大流域では、実測ピーク流量をうまく再現しにくいことを意味している。そこで、このことを考慮して、洪水時には遅れ時間を導入した。2.吉井川水系内に所在する岩戸、久木、湯郷の3流域について、昭和54・55年の日平均流量とこの間の4出水を対象に、数学的最適化手法により上記モデルの最適定数を探索した。各流域で得られたモデルは、昭和4057年の18年間の日平均流量と洪水流量をともによく再現していることがわかった。3.洪水流量が最上層タンクでほぼ説明できることに着目して、簡便な洪水流量予測方式を提示した。この方式はカルマンフィルタと同程度の洪水流量予測結果を与えていることがわかった。4.長短期流出両用モデルは14個の未知定数をもっているが、これらの定数は互いに独立ではなく、このモデルの総合化を行うには、モデル定数間の相互依存関係を明らかにする必要がある。
骨吸収を伴う患者の補綴物の咬合接触に関する研究

歯は粘弾性体である歯根膜によって顎骨に植立されており,咀嚼時に機能力を受けると,歯槽骨の中に押し込まれて上顎臼歯部は口蓋側遠心歯根方向へ,下顎臼歯部は舌側方向へ変位して,歯および顎骨が受る咬合力を緩衝している.健常者の下顎第1大臼歯は,咬頭嵌合位での噛みしめ時に舌側方向へ50μm程度の回転成分の強い変位経路を示し,プリッツ咀嚼時にはプリッツが上下顎間に介在することによって下顎第1大臼歯は舌側方向のみならず頬側方向への力を受けるために頬側方向への変位を示すが,この頬側方向への変位は咀嚼の進行と共に減少し舌側方向の変位が増加する.一方,歯槽骨の吸収が認められる被験者の下顎第1大臼歯では噛みしめ時の変位量は50μm程度と正常者とほとんど変わらないものの,正常者とは逆方向の頬側方向に変位した.まだ,プリッツ咀嚼時に正常者に見られた咀嚼初期の頬側への変位が見られず,咀嚼初期より舌側方向に変位し,さらに健常者に比べて幅のある大きな動きを示していた.ブラックシリコーンにて記録した同症例の咬合接触像では,軽度,中等度噛みしめ時に遠心舌側咬頭内斜面に1点,強度噛みしめ時には遠心舌側咬頭内斜面,遠心咬頭外斜面,近心頬側咬頭頂の3点に穿孔が見られ,頬側咬頭内斜面のみに特に強い咬合接触像が見られるわけではなく,咬合接触像に特に異常は認められなかった.それにもかかわらず,正常者と異なる変位経路を示したのは歯槽骨の状態の変化によるものと考えられる.歯が機能時に正常時と異なる変位経路を示すと歯周組織の状態をさらに悪化させることも考えられる.したがって,歯槽骨の吸収を伴うような症例では歯周組織の破壊状態を適切に診査,診断を行うとともに,歯周処置を行い,補綴物製作時には補綴物に正常な変位経路をとるような咬合接触関係を付与する必要があることが明らかとなった.高齢者においては,一般に補綴時に歯を支えている歯槽骨に吸収が認められる場合が多い.このような患者に対する補綴物の咬合面形態をどのように回復させるかは治療結果を左右する重要な問題であるが,朱だに不明な点が多い.そこで,本研究では歯槽骨吸収の程度が異なる歯の機能時の変位経路を測定分析するとともに,咬合接触の強さおよび咬合接触部位を変化させたときに歯の変位経路,咀嚼効率にどの様な影響を与えるかを調べるために,まず顎口腔系に異常がなく,歯槽骨吸収以外に歯周組織に炎症等の認められない天然正常歯列者において,機能時の歯の変位経路を計測し,歯槽骨が正常な場合と比較した.歯槽骨の吸収が認められる被験者の下顎右側第1大臼歯の咬頭嵌合位での噛みしめ時の変位量は50μm程度と正常者とほとんど変わらないものの,変位方向に関しては正常者とは逆の頬側方向に変位していた.プリッツ咀嚼時には,正常者に見られた咀嚼初期の頬側への変位が見られず,咀嚼初期より舌側方向に変位し,さらに健常者に比べて幅のある大きな動きを示していた.咬合接触像に特に異常は認められないにもかかわらず,歯槽骨の吸収を伴うような症例では,補綴物製作時には補綴物に正常な変位経路をとるような咬合接触関係を付与する必要があることが明らかとなった.平成15年度は、歯槽骨の吸収を伴うような症例に咬頭の傾斜,咬合接触点の位置を変化させたクラウンを作製し.被験食品咀嚼時の下顎運勒,歯の変位経路,筋電図への影響について解析する.歯は粘弾性体である歯根膜によって顎骨に植立されており,咀嚼時に機能力を受けると,歯槽骨の中に押し込まれて上顎臼歯部は口蓋側遠心歯根方向へ,下顎臼歯部は舌側方向へ変位して,歯および顎骨が受る咬合力を緩衝している.健常者の下顎第1大臼歯は,咬頭嵌合位での噛みしめ時に舌側方向へ50μm程度の回転成分の強い変位経路を示し,プリッツ咀嚼時にはプリッツが上下顎間に介在することによって下顎第1大臼歯は舌側方向のみならず頬側方向への力を受けるために頬側方向への変位を示すが,この頬側方向への変位は咀嚼の進行と共に減少し舌側方向の変位が増加する.

一方,歯槽骨の吸収が認められる被験者の下顎第1大臼歯では噛みしめ時の変位量は50μm程度と正常者とほとんど変わらないものの,正常者とは逆方向の頬側方向に変位した.まだ,プリッツ咀嚼時に正常者に見られた咀嚼初期の頬側への変位が見られず,咀嚼初期より舌側方向に変位し,さらに健常者に比べて幅のある大きな動きを示していた.ブラックシリコーンにて記録した同症例の咬合接触像では,軽度,中等度噛みしめ時に遠心舌側咬頭内斜面に1点,強度噛みしめ時には遠心舌側咬頭内斜面,遠心咬頭外斜面,近心頬側咬頭頂の3点に穿孔が見られ,頬側咬頭内斜面のみに特に強い咬合接触像が見られるわけではなく,咬合接触像に特に異常は認められなかった.それにもかかわらず,正常者と異なる変位経路を示したのは歯槽骨の状態の変化によるものと考えられる.歯が機能時に正常時と異なる変位経路を示すと歯周組織の状態をさらに悪化させることも考えられる.したがって,歯槽骨の吸収を伴うような症例では歯周組織の破壊状態を適切に診査,診断を行うとともに,歯周処置を行い,補綴物製作時には補綴物に正常な変位経路をとるような咬合接触関係を付与する必要があることが明らかとなった.
ヒストンを中心としたタンパク質新規アシル化の制御機構と生理的意義の解明

前年度の検討において、新規アシル化としてリシン残基のβヒドロキシ酪酸化(bhb-K)に注目し、その特異的抗体を入手して検証を行った。近年、ケトン食やその摂取に伴うケトン体上昇の健康への影響が注目されているが、ケトン食負荷によって血中βヒドロキシ酪酸(βOHB)が増加した際に、hbh-Kがどのように変化するかを検討した。ケトン食負荷の方法として、常時ケトン食とする方法や、体重増加を回避するために通常食と交互に一週ごとに投与する間欠的ケトン食負荷といった方法が行われている。(1)常時通常食負荷(2)常時ケトン食負荷(3)間欠的ケトン食負荷の3群において、血中βOHBの濃度の変化、ならびに様々な臓器でのタンパクのbhb-K化について、ウェスタンブロットにより解析を行った。その結果、常時ケトン食負荷では血中のケトン体増加が認められる一方で、間欠的負荷でもケトン食負荷直後には同様の増加が見られた。その後、経時的に肝臓を中心として複数の臓器で(1)アセチル化(2)bhb-K化について検討した。(1)アセチル化は血中βOHBの増加に伴って広範なタンパクに顕著な増加が認められた一方で、(2)bhb-K化については、その増加が認められるタンパクは部分的であると考えられた。さらに、間欠的ケトン食負荷においては、ケトン食負荷直後においては常時ケトン食負荷と同様の血中βOHB増加が認められる一方で、通常食負荷直後ではその上昇は見られなかった。また、アセチル化およびbhb化に代表されるアシル化に関しても、間欠的負荷における通常食負荷直後においては、常時通常食負荷と比較して明らかな変化は認められなかった。以上から、βOHB増加を介したbhb-K化については、そのある程度恒常的な血中濃度上昇が必要である一方で、その他の生理的な条件によっても、修飾を受ける部位に相違があることが想定された。今年度の検討において、飢餓刺激のみならず、ケトン食負荷に伴ってアセチル化やβOHB化などのアシル化がどのように変化するか、また臓器や時間経過による相違についても幅広く検討を行うことができた。一方で、それらの修飾を網羅的に解析するためには、特異抗体を用いた免疫沈降法による質量分析が必須であるが、その基礎検討が予定通り進んでいない。本年度は本学研究棟の大規模な移転の時期と重なり、それらの実験の実施が困難であった点が大きい。また、ケトン食負荷における検討では、アセチル化とは異なり、bhb-K化が均一に増加しているわけではなく、飢餓刺激でのケトン体増加に伴うbhb-K化の増加とは異なる制御機構の存在が想定される。この新しいメカニズムの解析に関しても興味を持って実験を進めており、本来予定されていた網羅的解析を中心とする研究計画から遅延する一因となっている。今後は質量分析による網羅的解析に進むため、まずその基礎検討を行う。具体的には、マウス肝臓のライセートとアセチル化リシンに対する抗体を用いて免疫沈降を行い、LC-MS/MSによってアセチル化ペプチドを網羅的に同定し、既知のデーターベースと比較することで実験系が確立されているかどうか、特に質量分析計の性能が担保されているかどうかを検証する。一方で、血中ケトン体濃度の増加が認められる条件によってbhb-K化の様相が異なることが明らかとなっている。そのため、(1)飢餓条件下(2)浸透圧ポンプによる持続的なケトン体投与(3)ケトン食負荷のそれぞれの条件において、再度ウェスタンブロットによってbhb-K化の状態を確認したのち、上記の基礎的検討を経た免疫沈降法による網羅的質量分析により、hbh-K化されたタンパクやその修飾部位を同定する。最終的に同定されたタンパクに関して遺伝子オントロジー解析を実施し、そのような生理的パスウェイが関与しているのかどうかを明らかにする。ヒストンを含むタンパクのアシル化については多数報告されているが、ケトン体であるβハイドロキシ酪酸(BOHB)によるリシン残基のβハイドロキシ酪酸化(bhb-K)は最近報告された注目すべきアシル化である。申請者はbhb-Kに対する特異的抗体を入手し、まず培養細胞であるHEK293TにおいてBOHB刺激を行って、濃度依存性にbhb-Kが誘導されるか否かを確認した。その結果、HEK293T細胞においては、時間依存性にwhole cell lysateでのbhb-Kの増加が観察された一方で、他のアシル化であるアセチル化(ac-K)に関しては変化を認めなかった。また、同様の実験系においてヒストンの精製を行い、ヒストンH3K9特異的bhb化に対する抗体でその修飾の変化を検討したところ、whole cell lysateに比べてより明瞭に当該修飾の増加が確認された。この場合においても、H3K9のアセチル化についてはBOHB投与の有無による変化は認められなかった。したがって、培地中のBOHB濃度の増加に伴いbhb-Kが増加することが明らかとなった。一方で、同様の変化がin vivoにおいても存在するか否かを検討するため、マウスのケトン体増加が認められる飢餓条件下において、ケトン体産生部位である肝臓におけるbhb-K修飾について検討を行った。その結果、飢餓刺激後には血中BOHBの増加が認められ、それに伴ってwhole cell lysateでのbhb-Kの増加、ac-Kの増加、マロニル化(mal-K)の減少が確認された。

また、肝臓からヒストンを精製して行った検討でも、同様にH3K9のbhb-Kの明らかな増加が認められた。生理的に有意義と考えられるbhb-Kに関して、培養細胞の系のみならずin vivoにおいても飢餓刺激に伴うケトン体上昇による変化が認められることを確認した。今後の研究の進捗にあたって、特異的抗体がworkするか否かは非常に重要なポイントであり、現時点で重要なツールは入手できていると考えられる。また、今後の中心的な解析手法はLC-MS/MSによる網羅的解析であるが、学内の共同施設の実験機器担当者とのディスカッションも行なっており、解析に向けた準備が整いつつある。一方で、bhb-Kによるヒストン修飾は複数箇所が同定されており、特異的抗体も入手可能である。それらの特異的抗体を網羅するような検討が今後は必要である。また、ケトン体を上昇させるには飢餓刺激のみでなく、ケトジェニック食負荷による方法や、ケトン体の上昇効果が報告されているSGLT2阻害薬投与などの手段も存在するため、病態生理の観点からそれら各種刺激によるケトン体上昇効果の評価、bhb-K増加の確認、さらに臓器におけるbhb-Kの特異性の検証などを行なっていく必要がある。前年度の検討において、新規アシル化としてリシン残基のβヒドロキシ酪酸化(bhb-K)に注目し、その特異的抗体を入手して検証を行った。近年、ケトン食やその摂取に伴うケトン体上昇の健康への影響が注目されているが、ケトン食負荷によって血中βヒドロキシ酪酸(βOHB)が増加した際に、hbh-Kがどのように変化するかを検討した。ケトン食負荷の方法として、常時ケトン食とする方法や、体重増加を回避するために通常食と交互に一週ごとに投与する間欠的ケトン食負荷といった方法が行われている。(1)常時通常食負荷(2)常時ケトン食負荷(3)間欠的ケトン食負荷の3群において、血中βOHBの濃度の変化、ならびに様々な臓器でのタンパクのbhb-K化について、ウェスタンブロットにより解析を行った。その結果、常時ケトン食負荷では血中のケトン体増加が認められる一方で、間欠的負荷でもケトン食負荷直後には同様の増加が見られた。その後、経時的に肝臓を中心として複数の臓器で(1)アセチル化(2)bhb-K化について検討した。(1)アセチル化は血中βOHBの増加に伴って広範なタンパクに顕著な増加が認められた一方で、(2)bhb-K化については、その増加が認められるタンパクは部分的であると考えられた。さらに、間欠的ケトン食負荷においては、ケトン食負荷直後においては常時ケトン食負荷と同様の血中βOHB増加が認められる一方で、通常食負荷直後ではその上昇は見られなかった。また、アセチル化およびbhb化に代表されるアシル化に関しても、間欠的負荷における通常食負荷直後においては、常時通常食負荷と比較して明らかな変化は認められなかった。以上から、βOHB増加を介したbhb-K化については、そのある程度恒常的な血中濃度上昇が必要である一方で、その他の生理的な条件によっても、修飾を受ける部位に相違があることが想定された。今年度の検討において、飢餓刺激のみならず、ケトン食負荷に伴ってアセチル化やβOHB化などのアシル化がどのように変化するか、また臓器や時間経過による相違についても幅広く検討を行うことができた。
ナラティヴ・ア－カイブを活用した臨床倫理教育の構築

本研究の目的は、A.「人生のまさか」を経験した当事者の語りを収集し、ナラティヴ・アーカイブをつくる、B.当事者、医療者(医療系学生)の交流・対話のナラティヴを分析し、「場」に生じる「ケア」や「意味」を可視化する、C.AとBを用いて、ワークショップを実施し、緩和ケア領域のアドバンス・ケア・プランニング(ACP)における医療者の役割や意識の向け方についての気づきを記述し、臨床倫理教育を考察する、ことである。平成30年度は、Cを中心に実施し、開催ワークショップに、対話の要素と多様な立場にある人々の要素を意図的に取り入れ、教育方法を検討した。「死生学カフェ@にいがた海がたり」では、絵本を題材とした哲学対話的カフェを開催した。参加者は、学生、医療者、一般市民、大学関係者であり、参加者の体験に基づく、死や生の対話を行った。「新潟大学ちいきの保健室ナーシング・カフェ」では、学生、一般市民、教員が、がんのことやACPを題材に対話した。がんカフェでは、患者、家族、学生、医療者、支援者などが集い、体験を語り合った。ACPやエンド・オブ・ライフ・ケアの研修会では、様々な職種が集い、事例検討を行った。いずれも、多様な立場、多様な価値、多様なナラティヴに出会うことで、参加者の新たな気づきになっていた。AとBは継続的に実施している。不妊状態にある人、祖母や祖父になる体験、死を前にした人、生命危機場面にある看護師、新卒看護師や看護学生の看取り、原発事故避難者、食体験、がんサバイバーの副作用や衣生活、顎骨骨折受傷体験など、多様な人々のナラティヴを記述・分析した。また、研究活動の過程において、臨床倫理教育における哲学対話とリラクセーション、場の安全性の重要性が増し、米国のワークショップへの参加を通し、人間の情動(自律神経)への視点や場づくりのための構想を得た。調査1【目的】「人生のまさか」を経験した当事者の語りを収集し、ナラティヴ・アーカイブをつくる。【方法】期間は、2016年4月2018年4月である。対象は、1病いの語り手、2健康被害の語り手、3喪失の語り手とし、方法は、個別面接調査、がんカフェ(サロン)、セルフケア教室、ライフストーリー制作、講演、物語展示、ワークショップ等の事業を企画・実施し、その場で得られた物語を記録することや、既存の手記・記録類の収集である。【平成28年度の進捗状況】平成28年度は、予備調査や環境づくり、情報収集を中心に実施した。1病いの語り手から、高齢がんサバイバーのスピリチュアリティ、子育て中の女性がん患者の語り、神経難病患者のケアに従事する看護師の語り、乳腺外来の看護師の語り等を収集した。2健康被害の語り手から、新潟水俣病患者やハンセン病患者の人生紙芝居を作成した。3喪失の語り手として、看取りのケアに従事している新卒看護師の語り、看護学生の死生観とターミナルケア態度について検討した。また、治療に伴う脱毛、失語症・視覚障害・精神障害等を経験している人々の経験や、痛み経験の可視化法など情報収集を行った。調査2【目的】当事者、医療者(医療系学生)の交流・対話のナラティヴをエスノグラフィ法およびナラティヴ研究法を用いて分析し、「場」に生じる「ケア」や「意味」を可視化する。対象は、調査1における「場」および緩和ケアのACP実践場面とし、対話や行為をエスノグラフィー法を用いて記述する。参加者の相互作用(対話)において、会話がどのようにして作りだされ、ナラティヴとして演示されるかを探求する。【平成28年度の進捗状況】本年度は、調査1における2健康被害の語り手と看護学生の間の、人生紙芝居の上演による「ケア」の参加観察を実施した。調査1および調査2は、2016年度2017年度に渡り、継続的に実施していく課題である。研究実績の概要に示したとおり、研究計画は、当初予定どおり進捗している。平成29年度は、調査3も見据えて、内容を洗練していく。【方法】対象は、1病いの語り手、2健康被害の語り手、3喪失の語り手とし、方法は、個別面接調査、がんカフェ、セルフケア教室、ライフストーリー制作、講演、物語展示、ワークショップ等の事業を企画・実施し、その場で得られた物語を記録することや、既存の手記・記録類の収集である。【平成29年度の進捗状況】語りの収集および分析を実施した。1病いの語り手から、昨年度収集した高齢がんサバイバーのスピリチュアリティ、神経難病患者のケアに従事する看護師の語り、乳腺外来の看護師の語り等を学会で公表した。2健康被害の語り手から、昨年度に作成した新潟水俣病患者の人生紙芝居を、学生が当事者や一般市民の前で演じ意見交換を行った。3喪失の語り手として、祖母になる経験の分析、ホノルルのフォスター・ホーム(ホスピス)において日系人の高齢者の語りや看護師、ボランティアの物語を収集した。また、ニューロエシックスとAIに関する文献収集を行い、障害者の経験について検討した。味覚障害を経験している人々の経験や、妊産婦の身体経験の可視化などから当事者視点を理解する方法も検討した。調査2【目的】

当事者、医療者(医療系学生)の交流・対話のナラティヴをエスノグラフィ法およびナラティヴ研究法を用いて分析し、「場」に生じる「ケア」や「意味」を可視化する。【方法】対象は、調査1における「場」および緩和ケアのアドバンス・ケア・プランニング(ACP)実践場面とし、対話や行為をエスノグラフィー法を用いて記述する。参加者の相互作用(対話)において、会話がどのようにして作りだされ、ナラティヴとなるかを探求する。【平成29年度の進捗状況】講義・研修会で、収集したナラティヴを使用し、臨床倫理の検討およびACPについて学ぶ参加者の参加観察を実施した。2016年度2017年度に渡り、ナラティヴの収集を行った。最終年度は、調査3を中心に検計画を実施し成果をまとめる予定である。本研究の目的は、A.「人生のまさか」を経験した当事者の語りを収集し、ナラティヴ・アーカイブをつくる、B.当事者、医療者(医療系学生)の交流・対話のナラティヴを分析し、「場」に生じる「ケア」や「意味」を可視化する、C.AとBを用いて、ワークショップを実施し、緩和ケア領域のアドバンス・ケア・プランニング(ACP)における医療者の役割や意識の向け方についての気づきを記述し、臨床倫理教育を考察する、ことである。平成30年度は、Cを中心に実施し、開催ワークショップに、対話の要素と多様な立場にある人々の要素を意図的に取り入れ、教育方法を検討した。「死生学カフェ@にいがた海がたり」では、絵本を題材とした哲学対話的カフェを開催した。参加者は、学生、医療者、一般市民、大学関係者であり、参加者の体験に基づく、死や生の対話を行った。「新潟大学ちいきの保健室ナーシング・カフェ」では、学生、一般市民、教員が、がんのことやACPを題材に対話した。がんカフェでは、患者、家族、学生、医療者、支援者などが集い、体験を語り合った。ACPやエンド・オブ・ライフ・ケアの研修会では、様々な職種が集い、事例検討を行った。いずれも、多様な立場、多様な価値、多様なナラティヴに出会うことで、参加者の新たな気づきになっていた。AとBは継続的に実施している。不妊状態にある人、祖母や祖父になる体験、死を前にした人、生命危機場面にある看護師、新卒看護師や看護学生の看取り、原発事故避難者、食体験、がんサバイバーの副作用や衣生活、顎骨骨折受傷体験など、多様な人々のナラティヴを記述・分析した。また、研究活動の過程において、臨床倫理教育における哲学対話とリラクセーション、場の安全性の重要性が増し、米国のワークショップへの参加を通し、人間の情動(自律神経)への視点や場づくりのための構想を得た。調査1および調査2は、平成29年度も継続して実施する。さらに、調査3として、ナラティヴ・アーカイブを活用した臨床倫理教育の有用性を検討する。調査3では、医療者(医療系学生)を対象に調査1および2の結果を用いて、“当事者性"、“正義とケア"、“パターナリズム"、“ケアの連続性"について考えるワークショップを企画・検討し、実施に向けた準備を行う。また、ナラティヴ・アーカイブを活用したアドバンス・ケア・プランニング教育のワークショップや講義を企画・開催する。ワークショップや講義参加の前後では、アンケート調査を実施し、内容の有用性を評価し、ナラティヴ・アーカイブを活用した臨床倫理教育の有用性について検討する。調査3として、引き続きナラティヴ・アーカイブを活用した臨床倫理教育の有用性を検討する。
フォトニクス分光法とインデンテーション試験を組み合わせた地殻の歪軟化に関する研究

地殻の代表的鉱物である石英のインデンテーション強度における水の影響を調べるために,Griggs型変形試験機を用いて圧力1.5GPa・温度900°Cで,1)含水下で変形させた初期含水量の低い(ドライ)結晶,2)含水下でアニールさせたドライ結晶,3)無水下で変形させた初期含水量の高い(ウェット)結晶の3つの人工水晶単結晶を準備した.荷重10010000μNと変化させたインデンテーション試験から,試料1)の結晶は,2),3)の結晶に比べ低いインデンテーション硬さ,弾性率を示す.含水下でアニールされた2)の結晶中で,H_2Oの拡散係数から推定される含水領域である結晶表面約100μmの部分においてもその強度は,初期物質と同じ硬さを示す.また.2),3)の試料は,高温高圧処理および塑性変形により弾性率が初期物質より大幅に下がる.これは高温高圧処理の非静水圧吐および塑性変形によって生じた転位の影響であると考えられる.Heggie and Jones(1996)は,分子動力学計算から,水の存在が石英のパイエルス応力を下げ,転位の滑動を容易にすることを示した.試料1)で見られた含水下で塑性変形のした部分のインデンテーション硬さが,含水下でアニールした試料(2),および高温高圧下で変形した試料(3)に比べ低いことは,含水下で石英の強度(パイエルス応力)が下がることを示唆している.これは石英の強度における水の存在は,従来考えられていた転位クリープ領域だけでなく,さらに低温もしくは高応力領域である低温塑性変形領域(パイエルス機構)においても,重要であることを示している.地殻中で,従来考えられていたより浅部でも水の存在が石英の強度を下げることは,断層アスペリティなどの高応力下でも石英の強度が水の影響を大きくうけ,断層の強度をコントロールする可能性かおる.地殻の代表的鉱物である石英のインデンテーション強度における水の影響を調べるために,Griggs型変形試験機を用いて圧力1.5GPa・温度900°Cで,1)含水下で変形させた初期含水量の低い(ドライ)結晶,2)含水下でアニールさせたドライ結晶,3)無水下で変形させた初期含水量の高い(ウェット)結晶の3つの人工水晶単結晶を準備した.荷重10010000μNと変化させたインデンテーション試験から,試料1)の結晶は,2),3)の結晶に比べ低いインデンテーション硬さ,弾性率を示す.含水下でアニールされた2)の結晶中で,H_2Oの拡散係数から推定される含水領域である結晶表面約100μmの部分においてもその強度は,初期物質と同じ硬さを示す.また.2),3)の試料は,高温高圧処理および塑性変形により弾性率が初期物質より大幅に下がる.これは高温高圧処理の非静水圧吐および塑性変形によって生じた転位の影響であると考えられる.Heggie and Jones(1996)は,分子動力学計算から,水の存在が石英のパイエルス応力を下げ,転位の滑動を容易にすることを示した.試料1)で見られた含水下で塑性変形のした部分のインデンテーション硬さが,含水下でアニールした試料(2),および高温高圧下で変形した試料(3)に比べ低いことは,含水下で石英の強度(パイエルス応力)が下がることを示唆している.これは石英の強度における水の存在は,従来考えられていた転位クリープ領域だけでなく,さらに低温もしくは高応力領域である低温塑性変形領域(パイエルス機構)においても,重要であることを示している.地殻中で,従来考えられていたより浅部でも水の存在が石英の強度を下げることは,断層アスペリティなどの高応力下でも石英の強度が水の影響を大きくうけ,断層の強度をコントロールする可能性かおる.
新疾患概念「ミクリッツ病/IgG4 関連疾患」の病因解明に向けての分子生物学的検討

ミクリッツ病(MD)は腺組織の腫脹が特徴であるが、その腫脹した腺組織には胚中心(GC)を多数形成する。最近の報告では、主に瀘胞性Th細胞(Tfh)が産生するIL-21がGC形成やIgG4産生に重要であるとされている。そこで今回われわれは、MDにおけるIL-21とGC形成およびIgG4産生の分化との関連についてシェーグレン症候群(SS)と比較検討を行った。その結果、MDではSSと同様にGCのみにTfhが発現していたが、IL-21は口唇腺全体に強い発現を認めた。次にTh2の局在をみたところ、MDではIL-21と同様に口唇腺全体に強い発現を認め、Th17の発現はほとんど認めなかった。さらに、IL-21についてGC数とIgG4産生との関連をみたところ、MDのみに正の相関を認めた。以上の結果より、MD / IgG4関連疾患の唾液腺病変ではTh2を主体とするIL-21の過剰産生によりGCの形成が促進され、さらにIgG4産生のクラススイッチが促進され、MDの病態形成に関与していることが示唆されたミクリッツ病(MD)は腺組織の腫脹が特徴であるが、その腫脹した腺組織には胚中心(GC)を多数形成する。以上の結果より、MD / IgG4関連疾患の唾液腺病変ではTh2を主体とするIL-21の過剰産生によりGCの形成が促進され、さらにIgG4産生のクラススイッチが促進され、MDの病態形成に関与していることが示唆された【目的】ミクリッツ病(MD)は涙腺や唾液腺の腫脹を特徴とし、病理組織学的類似性があることから、シェーグレン症候群(SS)の一亜型として認識されてきた。しかし近年、MDに高IgG4血症や腺組織へのIgG4陽性形質細胞の浸潤が認められることから、両者が全く異なった機序で生じる疾患であることが示唆されている。IgG4は通常Th2サイトカインであるIL-4によって分化・誘導されることが知られているが、MDと同じIgG4関連疾患の1つである自己免疫性膵炎では、Th2だけではなく制御性T細胞(Treg)も病態形成に関与することが報告されている。そこで本研究では、MDとSSの口唇腺を用いて、病変局所におけるTh1、Th2、Th17、およびTregに関連するサイトカイン、ケモカイン、ケモカインレセプターの発現について検討した。【材料および方法】1993年4月から2010年12月までに当科を受診したMD15例、SS18例および健常者18例を対象とした。これらの患者の口唇腺を用いて、免疫組織化学染色およびreal-time PCRによりサイトカイン、ケモカイン、ケモカインレセプターの発現を解析した。【結果】SSではTh1およびTh2タイプの分子の発現が亢進しており、口唇腺へのIgG4およびTregの浸潤はほとんどみられなかった。一方、MDではTh2およびTregタイプの分子の発現が亢進しており、リンパ濾胞とその周囲にIgG4およびTregの強い浸潤がみられた。また、IgG4へのクラススイッチとの関連が報告されているIL-4、IL-10についてIgG4との相関をみたところ、MDのみにいずれも正の相関が認められ、特にIL-10とは強い相関を認めた。【結論】Th2とTregから産生されるサイトカインは、MDのIgG4産生に重要な役割を果たしており、これらのタイプのサイトカイン、ケモカイン、ケモカインレセプターがMDの特徴的な病態形成に関与していることが示唆された。【目的】ミクリッツ病(MD)は、病理組織学的類似性からSSの一亜型とされてきたが、近年確立された疾患概念である「IgG4関連疾患」の1つとして認識されるようになった。われわれの過去の研究では、MDの病態形成やIgG4産生には、Th2やTregが産生するIL-4とIL-10が関与しでいる,ことを明らかにしてきた。またMDは、唾液腺に胚中心(GC)を高頻度に形成するという特徴を有する。最近の研究では、異所性のGC形成やIgG4産生には主に濾胞性Th細胞(Tfh)が産生するIL-21が重要であることが報告されている。そこで本研究では、MDにおけるIL-21とGC形成およびIgG4産生との関連について検討を行った。【材料と方法】1993年4,月から2011年10までに当科を受診したMD患者12例、SS患者14例および健常者14例を対象とした。

これらの患者の口唇腺(LSG)を用いて、IL-21の産生細胞であるTfh、Th2、およびTh17に関連するサイトカインおよび転写因子について、免疫組織化学染色およびreal-time PCRによりその発現を解析した。【結果】MDのLSGでは、健常者ならびにSSと比較してIL-21、Bcl-6のmRNA発現が亢進していた。また、免疫組織化学染色にてそれらの局在をみたところ、SSではIL-21およびTfh関連分子はGCに強く発現していた。一方、MDではTfh関連分子はSSと同様にGCに強く発現していたが、IL-21はLSG全体に強い発現を認めた。つまり、MDにおけるIL-21産生細胞はTfhだけではなく、Th2およびTh17の可能性も考えられた。そこで、MDにおけるこれらの関連分子の局在をみたところ、Th17関連分子はほとんど発現を認めなかったが、Th2関連分子はIL-21と同様にLSG全体に強い発現を認めた。Th17関連分子は、MDではほとんど発現を認めなかった。また、MDのIgG4産生とIL-21との相関をみたところ、IL-21のmRNA発現量は、IgG4のmRNA発現量およびIgG4陽性細胞率と正の相関を認めた。【結論】これらの結果より、MDの唾液腺病変ではTh2を主体とするIL-21の過剰産生によりGCの形成を促進し、IgG4へのクラススイッチが誘導されることが示唆された。本研究では、ミクリッツ病(IgG4-DS) 15例、シェーグレン症候群(SS) 18例および健常者18例を対象とした。これらの患者の口唇腺を用いて、免疫組織化学的染色およびreal-time PCRによりTh1、Th2、制御性T細胞(Treg)、Th17、濾胞性T細胞(Tfh)の関連分子(サイトカイン、ケモカイン、ケモカインレセプター、転写因子)の発現を解析した。その結果、SSの口唇腺では、Th1、Th2、Th17、Tfh関連分子のmRNAの発現が亢進しており、Th1とTh17関連分子は胚中心のない部分で、Th2とTfh関連分子やIL-21は胚中心部で特に強い発現がみられた。また、Treg関連分子の発現は弱く、IgG4陽性細胞の浸潤はほとんどみられなかった。一方、IgG4-DSの口唇腺では、Th2、Treg、Tfh関連分子のmRNAの発現が亢進しており、胚中心の周囲にTreg関連分子の発現とIgG4陽性細胞の浸潤がみられた。また、Tfh関連分子は胚中心部で発現がみられたが、Th2関連分子とIL-21は口唇腺全体に発現がみられた。さらに、IL-4、IL-10、IL-21についてIgG4陽性細胞数とIgG4 mRNA発現との相関をみたところ、いずれもIgG4-DSでのみ正の相関を認めた。特に、IgG4-DSの特徴である胚中心の形成はIL-21と強い相関がみられた。これらの結果より、SSでは、病態初期にはTh1とTh17が、胚中心形成を伴う進展期にはTh2とTfhが重要な役割を果していると考えられた。一方、IgG4-DSでは、Th2、TregならびにTfhが胚中心形成やIgG4産生に重要な役割を果たし、これらのT細胞サブセットが特徴的な病態形成に関与していることが示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究で注目しているTh2、Treg、Tfhについてはある程度の成果を残しているが、今後その機能・病因解明のためには、原因遺伝子の解析やIgG4関連疾患モデルマウスの確立などが必要と考えられる。現在原因遺伝子の解析については、筑波大学膠原病内科と共同研究を行っており、またモデルマウスの確立については、福岡大学リウマチ・腎臓病内科と共同研究を行っており、検索をすすめている状況である。
ナノ空間を利用した無機-導電性高分子複合材の創製とレドックスキャパシタへの応用

世界規模で解決しなければならないエネルギー・環境問題において、エネルギー利用の高効率化は非常に大きな課題である。メゾスコピックな材料設計は、材料の諸特性を飛躍的に向上させる方法として盛んに検討されてきている。本研究では、無機ホストとしてメソポーラスシリカもしくは層状酸化物を、有機ゲストに導電性高分子であるポリアニリンを用い、ナノ空間を有する無機-導電性高分子複合体の作製およびレドックスキャパシタへの応用を観点とした電気化学特性の評価を行った。1.メソポーラスシリカ-ポリアニリン複合体の作製とその電気化学特性約3nmの均一な細孔を持つメソポーラスシリカにポリアニリンを導入した複合体の作製に成功した。また、硫酸水溶液中での電気化学特性評価を行った結果、バルク体のポリアニリンと比較して数倍のキャパシタンスを持つことを明らかにした。2.層状リン酸塩層状チタン酸塩、マンガン酸塩、タングステン酸塩について、剥離再構築法により導電性高分子をその層間にインターカレーションした配向性無機-有機複合配向膜の作製に成功した。またそれらの電気化学特性についても検討した。3.層状リシ酸塩層状リン酸塩を剥離させ、アニリン分散液に添加し、電気化学処理を行うことで層状リン酸塩の層間にポリアニリンがインターカレーションされた厚さ数十ミクロンの配向性複合膜の作製に成功した。この方法は、現状の無機-有機複合配向膜に対して数十数百倍程度の厚膜が簡便に作製できる新規的な方法であると考えている。また、これらの電気化学特性を評価したところ、チタン、ジルコニウムおよびスズのリン酸塩では、リン酸ジルコニウムを用いた場合に最も大きなキャパシタンスが得られた。平成17年度の研究概要1)メソポーラスシリカ-ポリアニリン複合体の作製と電気化学特性細孔半径が3nm程度の一次元貫通孔を持つメソポーラスシリカの細孔内に導電性高分子であるポリアニリンを導入し、その電気化学特性を調査した。導入方法としては、ポリアニリンをあらかじめ作製しておいて良溶媒を用いる方法と、細孔内で重合する方法の二種類を検討した。その結果、あらかじめポリアニリンを重合しておいて後に細孔内へ導入する方法において、メソポーラスシリカ-ポリアニリン複合体を作製できた。また、これらの試料の、硫酸水溶液中でのサイクリックボルタモグラムを測定することにより、電気化学キャパシタ電極としてのキャパシタンスを算出したところ、活物質あたりのキャパシタンスは226F/gとなり、同様の方法で作製したポリアニリンペレットのキャパシタンスの8倍程度の値を示した。2)電気泳動法および電界析出法を用いた層状リン酸ジルコニウム-ポリアニリン膜の作製α-リン酸ジルコニウムの剥離溶液とポリアニリンとの混合溶液を用いて、Pt電極を用いて所定の電界をかけることで、リン酸ジルコニウムナノシートの電気泳動とポリアニリンの電界析出を同時に起こさせることにより、リン酸ジルコニウム-ポリアニリン複合膜の作製を試みた。溶媒として、水、アルコール、ニトリルを、剥離剤としては数種類のテトラブチルアンモニウム塩を用いたところ、最大で約30μm程度のポリアニリンがインターカレートされたLayer-by-Layer膜を作製することができた。これらの電気化学特性については後に検討する予定である。
表面波を伴う液膜流の乱流遷移とエントロピー解析

流下液膜は、ガス吸収器など広い工学的応用があり重要である。本研究では、ガス吸収促進等に強く影響する液膜流の波(Roll wave)について流動特性を解明し次の知見を得た。波の速度が波のピーク高さや波前縁の向きなどの関数として表され、表面張力が波の運動に強い影響を持つ。乱流への遷移は波の前縁での渦生成により始まり、乱流渦は波の内部に局在化する。波の発達に伴いエントロピーの摩擦生成量は局大値に向かう。今回の研究において、鉛直面を流下する液膜流の摩擦抗力係数C_fを測定し、乱流遷移が液膜厚さを代表長さとするレイノルズ数Reが200800の領域で乱流遷移が生ずることを見出した。C_fは、Reが200以下の層流域で1/Reに比例して減少した後、Re=200800の領域で上昇し乱流域の下降直線に漸近する挙動を示した。このC_fの変化は、平板に沿う単相流の境界層におけるC_fの変化と類似している。壁面摩擦抗力は液膜の重力との釣り合いから求め、表面波の速度を代表速度としてC_fを算出した。低Re域で表面波はRoll waveの構造をとるが、Re【approximately equal】200でRoll wave内にケルビン・ヘルムホルツ不安定によるとみられる渦が発生するのを、光学的手法を用いて観察した。Reの増大とともに渦が多数発生してRoll wave内に広がり、Re【approximately equal】800では鏃の形状をした液塊となり、その中に多数の乱流渦を内包するようになる。数値計算によるシミュレーションでは、これまで80程度の低いReまでしか成功していないが、その結果によればRoll waveの前縁の深い谷部から急傾斜面の前縁部にかけて液膜内に強い剪断流が発生する。その変曲点を有する速度分布の剪断層は不安定化しやすくなる。この計算結果から高Reではより強い剪断層が発生するものと推定し、実験で観察された渦の生成はケルビン・ヘルムホルツ不安定によるものとした。以上、今回の研究で新たに明らかになった知見は、平板に沿う単相流の境界層など、自由表面の無い剪断層とは異なる乱流遷移の過程であり、波の表面形状を非接触で正確に測定可能なレーザービーム屈折法の開発を近いうちに完成させて、その機構や乱流構造の解明を進める計画である。今年度の研究において、傾斜面あるいは鉛直面を流下する液膜表面波の形状を1%の精度で測定できるレーザービーム屈折法を開発・発明した。傾斜面を流下する水の液膜にこれを適用して、表面波の形状と速度を測定した。波間距離が十分離れた波は薄い基底液膜の上を速い速度で流下するRoll waveを形成するが、レーザービーム屈折法による測定により、層流域において基底液膜の厚さは水平からの傾斜角の正弦関数の平方根に反比例し、Roll waveの速度の0.40.5剰に比例することを見出した。また、Roll waveのピーク高さは、基底液膜厚さに比例し、波の速度の1.2剰に比例する。Roll waveは、流下とともにその前縁を直線からU字状に変形させてその先頭以外では進行方向から傾くが、この傾きを考慮に入れた関係が見出された。これらの関係は、Roll waveのピーク表面の曲率半径と表面張力によって生ずる圧力増加が流れに強い影響を持つことを示唆する。また、液膜表面波の運動を層流域において数値計算によりシミュレーションし、液膜の流れに伴うエンタルピー輸送を運動量と表面張力のエネルギーの各々について計算した。エンタルピー輸送は、表面張力によるものが支配的であり運動量のそれの3倍かそれ以上大きい。より低い周波数の波は、高いピークを有してより速く流下しエンタルピー輸送を増大させる。今後は、これらの手法を液膜流の層流-乱流遷移域に適用して、表面形状や流れの構造、遷移の機構の解明を進める計画である。昨年度に引き続き、傾斜面を流下する液膜表面波の運動特性を実験により解析した。Roll waveのピーク高さと速度、波の前縁の傾きを測定した。波のピーク高さの測定は、昨年のレーザービーム法に加え信頼性のある触針法も併用して行った。Roll waveの速度が、ピーク高さと前縁の傾きおよび傾斜面の角度を独立変数とする簡単な関数として表されることを示し、昨年度より精度の高い実験式を導いた。また、この実験式の適用範囲を確定した。昨年度開発したレーザービーム吸収法の時間分解能を高めて、より高い速度のRoll waveの表面形状の測定ができるよう改良した。これにより、Roll waveの運動と強く関係する前縁の深い谷の形状を正確に測定できるようになり、同時にその深い谷から急変するピーク部の形状測定の精度が向上した。その結果、従来の層流域を越えて乱流遷移域の波にまで測定を拡張する見通しが立った。

測定で得られた表面形状を持つRoll waveの内部の流れを数値シミュレーションにより解明する計算コードの開発を進めた。現在のところ、低いレイノルズ数の層流域の計算に限られるが、この手法により、表面波が支配する液膜流れにおける運動量のエンタルピー輸送と表面エネルギーのエンタルピー輸送、および粘性散逸(エントロピー生成)が求められることを示した。これまで得られたシミュレーション結果は、運動量のエンタルピー輸送に対して表面エネルギーのエンタルピー輸送が支配的であり、それが粘性散逸(エントロピー生成)と強く関係することを示唆している。現在、Roll waveの表面形状測定の高精度化に加えて、数値シミュレーションの基づくエンタルピー輸送とエントロピー生成の計算の高精度化と、それらの高レイノルズ数域への拡張を進めている。