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環境変革におけるポイエ-シスの問題-応用倫理学への試み

(1)人間存在にとって「制作されたもの」に尽きない自然ないしは環境の意味を考えるにあたっては、技術的自然(志向的自然)に還元することが不可能な「生きられた自然」としての身体という視点をとることが必要であること。また、行為と環境との関連を考えるうえで人間ないしはその身体が環境と不可欠なものとして位置づけられねばならないこと。(2)人間中心主義的あるいは相対主義的な言語をこえた人間と環境との関係を把握する言語の可能性を探り、一方でヘブライ思想の神の制作的言語行為に人間の自己理解の原型が見られること。また他方、「性」「食」「死」などにおける人間のあり方は相対主義を超えるものがあるが、それはむしろ「今、わたしにとって」という局所性(かけがえのなさ)を強く指向すること。(3)プラクシス(実践)などと区別されるポイエ-シスの独自の位相を、カントやH.アーレントらを手がかりにしながら明らかにしたこと。それが様々な意味で他者へと開かれた言語をもたらしうるものであること。しかしながらここには新たな表象主義へとつながる危険性のあること。さらに文化的・歴史的多元主義への可能性が内包されていること。(4)現代の規範的政治理論(コミュニタリアニズム)およびそれをうけた規範的経済理論における共同体の問題を概観・検討し、文化的・歴史的に条件づけられた(価値、規範に関して多元的な)共同体の存在の論理の構築が急務であるという認識に達したこと。(5)意図的な身体行為は、それが環境から不可分な関係にあるというのみならず、意図と実行に関わる合理性の条件はあらゆる言語ゲームに共通の条件であるという意味においても非=独我論的なものであり、意図という概念は言語ゲームのつくる公共性のもとで「共同制作論」の基礎概念であること。本研究は我々のこれまでの「行為論的制作論」のなかに応用倫理学での問題状況を視野に入れるという方法によるものであった。今年度は予備作業として次のような知見を得た。(1)評価という契機を含めた行為と結果の関係は、単なる因果概念では収まりきらないものがあること。そしてJ.S.ミルらの「技術」としての倫理学という構想のなかに、単なる記述的陳述と評価的陳述の対立をのりこえた行為の論理の問題(アリストテレスの実践的三段論法の問題など)を解決する可能性があること。(2)共同体内での複数の立場間の対立が応用倫理学の諸問題の一因子であることを見極めた上で、アリストテレスらに注目しつつ共同体的な人間の人格のありかたを探ったこと。(3)応用倫理学的な問題における共同体内の複数の立場の対立は科学技術の進展なしには考えられず(例えば脳死や地球規模での環境問題)、これを共同体の存立と連関した問題(たとえば権力などの問題)として再考する必要があること。(4)近代的な自律的主体としての人間にとって、環境(自然)が共同体の外に位置する絶対的な他者として位置付けられること。こうした他者(これは最早自然に限ったものではない)との関係をいかに倫理学的のなかで問題にできるかが当面の課題である。(5)また、環境という考え方は前項の自然という考え方に対して主体との連続生ないしは調和を含意する傾向が強いこと。(6)宗教的言語使用のなかに自己と他者が同時に成立する共同体の可能性があること。これを倫理学における共同体の問題にどう連関させるか、またこうした言語使用を制作論的観点からどうとらえるかが注目される。(1)人間存在にとって「制作されたもの」に尽きない

自然ないしは環境の意味を考えるにあたっては、技術的自然(志向的自然)に還元することが不可能な「生きられた自然」としての身体という視点をとることが必要であること。また、行為と環境との関連を考えるうえで人間ないしはその身体が環境と不可分なものとして位置づけられねばならないこと。(2)人間中心主義的あるいは相対主義的な言語をこえた人間と環境との関係を把握する言語の可能性を探り、一方でヘブライ思想の神の制作的言語行為に人間の自己理解の原型が見られること。また他方、「性」「食」「死」などにおける人間のあり方は相対主義を超えるものがあるが、それはむしろ「今、わたしにとって」という局所性(かけがえのなさ)を強く指向すること。(3)プラクシス(実践)などと区別されるポイエ-シスの独自の位相を、カントやH.アーレントらを手がかりにしながら明らかにしたこと。それが様々な意味で他者へと開かれた言語をもたらしうるものであること。しかしながらここには新たな表象主義へとつながる危険性のあること。さらに文化的・歴史的多元主義への可能性が内包されていること。(4)現代の規範的政治理論(コミュニタリアニズム)およびそれをうけた規範的経済理論における共同体の問題を概観・検討し、文化的・歴史的に条件づけられた(価値、規範に関して多元的な)共同体の共存の論理の構築が急務であるという認識に達したこと。(5)意図的な身体行為は、それが環境から不可分な関係にあるというのみならず、意図と実行に関わる合理性の条件はあらゆる言語ゲームに共通の条件であるという意味においても非=独我論的なものであり、意図という概念は言語ゲームのつくる公共性のもとで「共同制作論」の基礎概念であること。
高精度ミラー光学系顕微反射分光分析装置を用いたイトカワ試料の反射スペクトル分析

太陽系の進化を明らかにする上で隕石の研究は欠かせないが、ほとんどの隕石種で母天体が確定していない。その理由は、小惑星表面が宇宙風化によって反射スペクトルが変化するためである。はやぶさが持ち帰った小惑星イトカワの砂はS型小惑星がLLコンドライトの母天体であることを明確にしたが、宇宙風化と反射スペクトルの関係を解明するためにはイトカワ粒子表面の風化領域のみを回折限界近い空間分解能で分析する必要がある。そこで本研究では申請者がこれまでに開発したミラー光学系反射分光分析装置を高度化することでイトカワ粒子の反射スペクトルを1μmの空間分解能で明らかにすることを目指す。これまでに開発した反射分光分析装置を高度化すべく、4Wの白色レーザー、分光器、近赤外光検出器、可視光検出器を導入した。SOL製の分光器とフォトンカウンティンターを制御するプログラムを開発してスペクトルを取得できるようになった。フォトンカウンターはメーカー提供のDLLを利用し、これをLabVIEWに組み込んだ。これにより分光器とフォトンカウンターの両者をLabVIEW上で開発したプログラムによって連携させて動作させることが可能になり、スペクトルの取得ができるようになった。次に、これまで高次回折光がカットできなかったため、これをカットするためのフィルターとフィルターホイールを導入し、これをRS232CによってLabVIEWで制御可能とした。またフィルターを介した光学系でのスペクトル測定プログラムを開発し、これによって可視から近赤外にいたる幅広い波長領域でスペクトル測定が可能となった。レーザー光をアポクロマートレンズで集光したのち10μmのアイリスで点光源化し、これをコーティングを施した楕円ミラーを使って再度集光することによって、極限的な集光に成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。はやぶさが持ち帰った小惑星イトカワの砂はS型小惑星がLLコンドライトの母天体であることを明確にし、小惑星表面で宇宙風化が実際に起きていることを示した。しかし宇宙風化と反射スペクトルの関係を解明するためにはイトカワ粒子表面の風化領域のみを回折限界近い空間分解能で分析する必要がある。初年度では、これまでに開発した反射分光分析装置を大幅に高度化すべく、4Wの白色レーザー、分光器、近赤外光検出器、可視光検出器を導入した。レーザーを使用するためにレーザー管理区域として遮光ボックスを設計・開発し、これを実験室に設置して機器を整備した。分光器の制御はRS232Cであるが、メーカーが提供している開発環境がDelphiで書かれたDLLのみであり、このライブラリをLabVIEW上で読み込んで動作させることが不可能であり、メーカーがコマンドリストを提供しなかったため、RS232Cのコマンドをハードウェア的に解析し、コマンドを直接分光器に送ることで制御を可能にした。フォトンカウンティンターはメーカー提供のDLLを利用し、これをLabVIEWに組み込んだ。これにより分光器とフォトンカウンティンターの両者をLabVIEW上で開発したプログラムによって連携させて動作させることが可能になり、スペクトルの取得ができるようになった。反射分光装置にて使用する予定の楕円ミラーの再研磨作業が遅れている。これは既に設置されている予定のものであったが、研磨業者が未だに研磨中である。28年度では、これまでに開発した反射分光分析装置を高度化すべく、4Wの白色レーザー、分光器、近赤外光検出器、可視光検出器を導入した。分光器のRS232Cのコマンドをハードウェア的に解析し、コマンドを直接分光器に送ることで制御を可能にした。29年度ではこれまで高次回折光がカットできなかったため、これをカットするためのフィルターとフィルターホイールを導入し、これをRS232CによってLabVIEWで制御可能とした。

業者に依頼しているミラーの再研磨が予想外に遅滞しており、進捗が遅れてしまっている。他の機器開発においてもそれに引き摺られる形で遅れが生じている。太陽系の進化を明らかにする上で隕石の研究は欠かせないが、ほとんどの隕石種で母天体が確定していない。その理由は、小惑星表面が宇宙風化によって反射スペクトルが変化するためである。はやぶさが持ち帰った小惑星イトカワの砂はS型小惑星がLLコンドライトの母天体であることを明確にしたが、宇宙風化と反射スペクトルの関係を解明するためにはイトカワ粒子表面の風化領域のみを回折限界近い空間分解能で分析する必要がある。そこで本研究では申請者がこれまでに開発したミラー光学系反射分光分析装置を高度化することでイトカワ粒子の反射スペクトルを1μmの空間分解能で明らかにすることを目指す。これまでに開発した反射分光分析装置を高度化すべく、4Wの白色レーザー、分光器、近赤外光検出器、可視光検出器を導入した。SOL製の分光器とフォトンカウンティンターを制御するプログラムを開発してスペクトルを取得できるようになった。フォトンカウンターはメーカー提供のDLLを利用し、これをLabVIEWに組み込んだ。これにより分光器とフォトンカウンターの両者をLabVIEW上で開発したプログラムによって連携させて動作させることが可能になり、スペクトルの取得ができるようになった。次に、これまで高次回折光がカットできなかったため、これをカットするためのフィルターとフィルターホイールを導入し、これをRS232CによってLabVIEWで制御可能とした。またフィルターを介した光学系でのスペクトル測定プログラムを開発し、これによって可視から近赤外にいたる幅広い波長領域でスペクトル測定が可能となった。レーザー光をアポクロマートレンズで集光したのち10μmのアイリスで点光源化し、これをコーティングを施した楕円ミラーを使って再度集光することによって、極限的な集光に成功した。今後はまずレーザーの出力を外部制御可能にし、現在開発しているプログラムによって分光器などと統合制御することで反射分光装置としてのシステムを完成させる。ミラーの再設計が必要となるかもしれないため、この問題を最優先で解決する。これはミラーの研磨の難易度に依存した問題であるが、現在の光学設計でも問題ない場合は初期計画のまま進行させることができるが、研磨の難易度がどうしても高すぎる場合は光学設計を変更する判断となる。この判断は可及的速やかに行う必要がある。その後光軸を合わせ、実際の試料の測定へと移行する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
アメリカスの中のチカーノ文学とカリブ海文学

本研究では、チカーノ文学とカリブ海文学を代表する、アメリカ南西部のルドルフォ・アナーヤ(1937-)、及びマルチニックのエドゥアール・グリッサン(1928-2011)とパトリック・シャモアゾー(1953-)を中心に、南北アメリカ大陸を視野に入れたアメリカスの視点から両地域の文学を考察し、アメリカ合州国の真のあるべき姿を追求した。彼らの文学における、土地や身体との神秘的関係をもつ想像力、共同体意識やエコロジカルな思想は、ナショナリズムを超えて、他者との連帯の想像力に行き着いている。アナーヤ、バカ、カスティーヨ、アンサルデューアなどのチカーノ/チカーナ作家に関する第一次資料と先行研究を検証したほか、エスニック、ポストコロニアル、ジェンダー、グローバル研究などの理論研究及び文化研究を進めた。平成22年8月9日のエコクリティシズム研究会では「エスニック・エコクリティシズムの可能性に向けて」というワークショップにおいて現代カリブ海文学女性作家マリーズ・コンデ、シャニ・ムトゥー、ギゼル・ピノーについて、ジェンダー、ディアスポラ、ポストコロニアルの視点から発表を行なった。また、平成23年音羽書房鶴見書店より出版予定の『環境と文学オルタナティヴ・ヴォイスを聴く-エスニシティとジェンダーで読む現代英語文学の名作73選』の編集委員として、アナーヤ、アンサルデューア、パストラル概念などについて論じた他、人間と動物との関係を扱った作品を論じた「いきものを語る」の章と、エスニシティの都市生活を扱った作品を論じた「都市環境と越境」の章の編集担当者として10名の執筆者の原稿の編集を行ない、解説記事も執筆した。平成23年3月中旬には、ニューメキシコ州立大学図書館において先住アメリカ人、メキシコ系住民、南西部へのアングロの流入、鉄道敷設、米墨関係に関する文献を幅広く検証し、アルバカーキ、サンタ・フェの歴史博物館と民族博物館で南西部の歴史・文化遺産に関する資料を収集し、フィールドワークを行なった。こうした研究調査により、チカーノ文学を単にアメリカの中ではなく、アメリカスという歴史的文脈の中で捉えることができ、またカリブ海に祖先をもつ作家を研究することで、23年度に行なうカリブ海作家の研究の足がかりを得ることができた。ルドルフォ・アナーヤを中心にしたチカーノ/チカーナ作家及び、エドゥアール・グリッサンやパトリック・シャモアゾーなどのカリブ海作家について、植民地支配や奴隷として連行されたため自らの「場」を奪われ、ディアスポラ意識をもつ彼らがいかに主体意識を獲得し、トランスナショナルな思想を形成していったかを考察した。本研究の中間報告として、平成23年8月8日のエコクリティシズム研究会(於:広島大学千田キャンパス)で、「エスニック・エコクリティシズムの可能性に向けて」というテーマのパネルディスカッションにおいて「マジカルリアリズムとチカーノの自然観」という演題で発表した。この発表は、平成24年夏に音羽書房鶴見書店から出版予定の『カウンター・ナラティヴから読むアメリカ文学』の中の「アナーヤとマジックリアリズム-越境とポストコロニアリズム」という論文にまとめた。また、同年10月7目には、日本マーク・トゥエイン協会大会(於:近畿大学本部キャンパス)で、「マーク・トゥエインの自伝を読む」というテーマのワークショップで「マーク・トウェインとエスニシティ」という演題で発表した。マーク・トゥエインという19世紀白人主流作家の自伝の中のマイノリティ表象を検証したが、これにより、チカーノ文学・カリブ海文学研究にアメリカ白人男性の視点を加えることができ、本研究にとって有意義であった。この発表は、『山陽女子短期大学紀要』(第33号、平成24年3月)に「『マーク・トゥエイン自伝』(第1巻)におけるストレンジャー意識と共感」という論文にまとめたほか、ワークショップの要旨を『マーク・トゥエイン研究と批評』(第11号、南雲堂、平成24年5月発行)に掲載した。文献研究に加え、平成24年3月中旬に、カリブ海マルティニック島とグアダルーペ島のフィールドワークを行い、カリブ海の歴史、地勢、気候、人種配置など「場」と人との関りを検証した。本年度は、本課題研究の最終年度にあたり、ルドルフォ・アナーヤを中心にしたチカーノ/チカーナ作家及び、エドゥアール・グリッサン、パトリック・シャモアゾー、ラファエル・コンフィアンなどのカリブ海作家について、さらに広範な作品研究をした。同時に、ポストコロニアル関連の研究書や研究論文を精読した。こうした研究を通して、チカーノ文学とカリブ海文学の共通性を見出し、両文学の体系化に努めた。また、最近注目されている19世紀のアメリカ黒人作家マーティン・R・ディレイニーの『ブレイク、あるいはアメリカのあばら家』から、19世紀のアメリカとカリブ海との関係を論考し、研究論文を準備中である。チカーノ文学とカリブ海文学をディアスポラとトランスナショナル、ポストコロニアルの視点から論考し、共通性と相違を考察することができた。本年はチカーノ作家とカリブ海作家との比較対照をさらに深めて、両文学を体系化し、アメリカスの視点から最終報告書を執筆したい。
活性酸素によるDNA損傷と発がん

活性酸素によるDNA損傷と発癌の関係を明らかにするために、我々が見出した8ーヒドロキシグアニン(oh^8Gua)を中心に、その生成、突然変異、修復について研究した。生成については、リボフラビン存在下での可視光照射によりDNA中にoh^8Guaが効率よく生成し、この反応が活性酸素によらない新しいメカニズムにより起こることを見出した。この処理をマウスFM3A細胞に対し行ったところ細胞内DNA中にもoh^8Guaは生成し、突然変異を引き起こした。これらの結果から、oh^8Guaの光発癌への関与が示唆された。DNA中のoh^8Guaと自然誘発突然変異に関しては、DNA中のoh^8Guaを修復する酵素を欠損した大腸菌MutM株(自然誘発のGC→TA変異が高い)では野性株に比べ6倍のoh^8GuaがDNA中に見出され実際にoh^8Guaが自然誘発突然変異に関与してることがわかった。修復に関しては、様々な動物臓器からoh^8Gua修復酵素活性(oh^8Guaエンドヌクレアーゼ活性)を検出した。一方、HeLa細胞からはoh^8Guaグリコシラーゼ活性の検出に成功し、部分精製を行った。哺乳動物細胞では大腸菌の場合(一つの酵素がoh^8GuaグリコシラーゼとAPエンドヌクレアーゼ活性を持つ)と異なり、複数の異なったタンパク(oh^8Guaグリコシラーゼ、APエンドヌクレアーゼなど)により修復される機構の存在が示唆された。
体性感覚ニューロンの発生分化に関わる分子メカニズムの解析

体性感覚は動物個体において外環境および個体内部を最も広範囲かつ直接に感知する感覚システムであり、(1)侵害受容性、(2)機械受容性、および(3)固有感覚性の3つに大別される。申請者らはこれまでに、転写調節因子Runx1,3欠損マウスの解析から、脊髄神経節および三叉神経節に存在する(1)侵害受容性、(2)機械受容性、(3)固有感覚性の3つの感覚ニューロンの分化においてRunx1,3が重要な役割を担っていることを明らかにしてきた。しかしながら、各感覚ニューロンが末梢の各感覚受容器(感覚受容部位)および中枢の特定領域へ投射する神経回路形成に関わる分子や特異的な感覚刺激の入力を行なうための受容体の発現制御に関わる分子機構は全くの不明である。本研究はRunx1,3が発現を制御する分子を明らかにし、各感覚ニューロンの発生・分化に直接関与する分子の同定および機能解析を行う。また、Runx1,Runx3コンディショナル遺伝子欠損マウスを作製し、生後発達期でのRunx1,Runx3の役割を明らかにするとともに感覚異常モデルマウスの作出を行なうことを目的とし研究を行なった。固有感覚性DRGニューロンの発生に重要な時期である胎生13.5日においてRunx3欠損マウスDRGと野性型マウスDRGから抽出したRNAをもちいてDNAマイクロアレイ解析を行なった。野性型とRunx3欠損マウス間で変動の見られた遺伝子をRT-PCR法により、60遺伝子クローニングし、in situハイブリダイゼーションプローブを作製した。胎生13.5日野性型およびRunx3欠損マウスDRG組織に対するin situハイブリダイゼーションを行ない組織レベルでの遺伝子発現の解析を順次行なっている。また、Runx1,Runx3コンディショナル遺伝子欠損マウス作製においてはベクターの構築を行なった。体性感覚は動物個体において外環境および個体内部を最も広範囲かつ直接に感知する感覚システムであり、(1)侵害受容性、(2)機械受容性、および(3)固有感覚性め3つに大別される。昨年、固有感覚性DRGニューロンの発生に重要な時期である胎生13.5日においてRunx3欠損マウスDRGと野性型マウスDRGから抽出したRNAをもちいてDNAマイクロアレイ解析を行なった。本年度は更に12.5日においてRunx3欠損マウスDRGおよびE12.5 Runx1マウスDRGより抽出したRNAを用いてDNAマイクロアレイ解析を行った。現在、RT-PCR法および、in situハイブリダイゼーション法を行ない組織レベルでの遺伝子発現の解析を順次行なっている。また、Runx1,Runx3プロモーターGFP発現BACトランスジェニックマウス作製を進めている。

申請者らはこれまでに、転写調節因子Runx1,3欠損マウスの解析から、脊髄神経節および三叉神経節に存在する(1)侵害受容性、(2)機械受容性、(3)固有感覚性の3つの感覚ニューロンの分化においてRunx1,3が重要な役割を担っていることを明らかにしてきた。しかしながら、各感覚ニューロンが末梢の各感覚受容器(感覚受容部位)および中枢の特定領域へ投射する神経回路形成に関わる分子や特異的な感覚刺激の入力を行なうための受容体の発現制御に関わる分子機構は全くの不明である。本研究はRunx1,3が発現を制御する分子を明らかにし、各感覚ニューロンの発生・分化に直接関与する分子の同定および機能解析を行う。また、Runx1,Runx3コンディショナル遺伝子欠損マウスを作製し、生後発達期でのRunx1,Runx3の役割を明らかにするとともに感覚異常モデルマウスの作出を行なうことを目的とし研究を行なった。固有感覚性DRGニューロンの発生に重要な時期である胎生13.5日においてRunx3欠損マウスDRGと野性型マウスDRGから抽出したRNAをもちいてDNAマイクロアレイ解析を行なった。野性型とRunx3欠損マウス間で変動の見られた遺伝子をRT-PCR法により、60遺伝子クローニングし、in situハイブリダイゼーションプローブを作製した。胎生13.5日野性型およびRunx3欠損マウスDRG組織に対するin situハイブリダイゼーションを行ない組織レベルでの遺伝子発現の解析を順次行なっている。また、Runx1,Runx3コンディショナル遺伝子欠損マウス作製においてはベクターの構築を行なった。E13.5 Runx3欠損マウスDRGでのマイクロアレイ解析の結果から得られたデータのみでは十分な機能分子を同定できていないため、あらたにE12.5.7 Runx3欠損マウスDRGおよびE13.5 Runx1欠損マウスDRGでのマイクロアレイ解析を行い、総合的に遺伝子変動を調べることによってあらたな知見が得られた。マイクロアレイ解析ではE13.5 Runx3欠損マウスに加え、E12.5 Runx3欠損マウスDRGでの解析を行なっている。また、Runx1についてはE13.5 Runx1欠損マウスDRGでの解析を行った。コンディショナルノックアウトマウスでは十分なレポーター機能を有さない可能性が高いためBACトランスジェニックマウスの作製を行った。
がん細胞の薬剤耐性に関わる分泌型マイクロRNAの機能解析と臨床応用

平成24年度は前年度から取り組んでいるmicroRNA-210(miR-210)に関する研究をまとめ、論文投稿を行い、Journal of Biological Chemistryに受理、掲載された。研究対象としたmiR-210は低酸素環境下で発現が誘導され、2つの鉄代謝関連遺伝子の発現を抑制することを明らかにし、miRNAが細胞の鉄代謝を制御することを示した。さらに、細胞から分泌されるmiRNAはエクソソームという脂質二重膜の中に内包されていることが知られているが、miRNAの他にも多くの蛋白質が含まれることも知られており、様々な細胞株から分泌されるエクソソームに共通して含まれる蛋白質の探索を行った。その結果、がん細胞を含む前立腺細胞株4種類とがん細胞株を含む乳腺細胞株5種類から分泌されるエクソソームにはCD9とCD81が多く含まれることが明らかになった。従来エクソソームマーカーとして用いられて来たCD63は細胞株間で発現量に違いが見られた。全11種類のマーカーの発現を確認し、現在、Journal of Extracellular Vesiclesに投稿、改訂中である。またエクソソームの定量方法の確立も目指した。エクソソームは脂質二重膜上に特定のタンパク質を発現しており、これを抗原とし、二つの抗体を用いて挟み込み、ELISAに似た方法でエクソソームの定量法の開発を行った。細胞株の培養上清から回収したエクソソーム中に含まれる特定の蛋白質は定量可能となった。今後はこの定量方法を応用して血中のがん細胞由来エクソソームの検出、すなわち新規診断法の確立、さらには、薬剤感受性や薬剤耐性能の獲得の有無などを、本方法を用いてモニタリング可能であるか検討する。前年度より行っていたmicroRNAに関する研究をまとめ、論文発表を行うことができた。また、同時に、microRNAを内包しているエクソソームという細胞外小胞に関する、研究を進め、それらの定量方法および蛋白質について解析することができた。今後の研究は細胞外小胞エクソソームについて詳しく解析する。エクソソームの定量法を確立することで、新規診断法の確立、さらには、薬剤感受性や薬剤耐性能の獲得の有無などを、本方法を用いてモニタリング可能であるか検討する。しかし、血中におけるエクソソームの蛋白質プロファイルなどは未知な部分が多く、診断に用いる標的蛋白質などを決定することが必要である。平成22年度は低酸素環境下で発現が誘導されるmicroRNA(miRNA)、miR-210の機能解析を中心に進めた。研究対象としたmiR-210は、もともとはヒト巨核芽球性白血病細胞株UT-7がエリスロポエチン依存性に赤血球系の表現型を獲得する際に強発現するmiRNAの一つとして注目した分子であるが、miR-210が低酸素環境下において発現が強く誘導されることが報告された。さらに低酸素環境下におけるがん細胞の挙動は、転移や薬剤耐性と関わっている事が知られていることから、miR-210の発現制御機構や機能を解明することで、miRNAのがん細胞の悪性化や薬剤耐性への関与を明らかにできると考えた。はじめに、ヒト乳がん細胞株MCF7において、ルシフェラーゼをレポーター遺伝子としてmiR-210のプロモーター領域を同定した。さらにsiRNAを用いてHIF-1αの発現を減少させた結果、miR-210の発現が減少した。また、miR-210の標的遺伝子をデータベースより選定し、ルシフェラーゼ下流に標的遺伝子の3'UTRを組み込み、標的遺伝子としての可能性を評価し、鉄-硫黄クラスター形成に必要なISCUと細胞内への鉄取り込みを担うトランスフェリンレセプターの翻訳を抑制することも明らかにした。miR-210は鉄代謝に関わる2つの遺伝子の発現を制御することで、鉄代謝に関与していることが強く示唆された。薬剤耐性に関わる結果ではないが、本年度はmiR-210が、がんの予後因子の一つであるHIF-1αによって発現が誘導されることから新たなバイオマーカーの可能性を、また鉄代謝関連遺伝子ISCUとトランスフェリンレセプターの発現を制御することから新たな治療標的への可能性となる貴重な結果となった。今後は、取得したmiRNA解析技術を応用し、分泌型miRNAの薬剤耐性能への関与を明らかにしていく。平成22年度は前年度から取り組んでいるmicroRNA-210(miR-210)に関する研究をまとめ、論文投稿を行い、現在改訂を行っている。miR-210は低酸素環境下において、低酸素誘導因子HIF-1によって発現が誘導されるが、今年度は乳がん細胞MDA-MB-231をマウスの乳腺へ移植し、腫瘍内におけるmiR-210の発現も確認した。その結果、腫瘍内においても低酸素領域でHIF-1によって発現が誘導されることを示唆した。低酸素環箋下における、がん細胞の挙動は、薬剤耐性に関わることが知られ、HIF-1αの発現と予後不良が相関することも報告されていることから、血中へ分泌されるmiR-210は診断マーカーへの応用が期待される。また、miR-210の標的遺伝子にTfR1が挙げられ、TfR1の発現抑制は、がん細胞の増殖を抑制することが報告されており、乳がん細胞におけるmiR210の強発現は細胞増殖を抑制したことから、治療薬への応用も期待される。

さらに、細胞から分泌されるmiRNAはエクソソームという脂質二重膜の中に内包されていることが知られているが、このエクソソームの定量方法の確立も目指した。エクソソームは脂質二重膜上に特定のタンパク質を発現しており、これを抗原とし、二つの抗体を用いて挟み込み、ELISAに似た方法でエクソソームの定量法の開発を行っており、最終年度には確立予定である。平成24年度は前年度から取り組んでいるmicroRNA-210(miR-210)に関する研究をまとめ、論文投稿を行い、Journal of Biological Chemistryに受理、掲載された。研究対象としたmiR-210は低酸素環境下で発現が誘導され、2つの鉄代謝関連遺伝子の発現を抑制することを明らかにし、miRNAが細胞の鉄代謝を制御することを示した。さらに、細胞から分泌されるmiRNAはエクソソームという脂質二重膜の中に内包されていることが知られているが、miRNAの他にも多くの蛋白質が含まれることも知られており、様々な細胞株から分泌されるエクソソームに共通して含まれる蛋白質の探索を行った。その結果、がん細胞を含む前立腺細胞株4種類とがん細胞株を含む乳腺細胞株5種類から分泌されるエクソソームにはCD9とCD81が多く含まれることが明らかになった。従来エクソソームマーカーとして用いられて来たCD63は細胞株間で発現量に違いが見られた。全11種類のマーカーの発現を確認し、現在、Journal of Extracellular Vesiclesに投稿、改訂中である。またエクソソームの定量方法の確立も目指した。エクソソームは脂質二重膜上に特定のタンパク質を発現しており、これを抗原とし、二つの抗体を用いて挟み込み、ELISAに似た方法でエクソソームの定量法の開発を行った。細胞株の培養上清から回収したエクソソーム中に含まれる特定の蛋白質は定量可能となった。今後はこの定量方法を応用して血中のがん細胞由来エクソソームの検出、すなわち新規診断法の確立、さらには、薬剤感受性や薬剤耐性能の獲得の有無などを、本方法を用いてモニタリング可能であるか検討する。予定通り、microRNAの機能解析に関する論文を投稿し、種々の機能解析の手法を取得することが出来た。さらに分泌型microRNAに関するエクソソームの定量法の確立にも着手し、最終年度中に確立を目指す。前年度より行っていたmicroRNAに関する研究をまとめ、論文発表を行うことができた。また、同時に、microRNAを内包しているエクソソームという細胞外小胞に関する、研究を進め、それらの定量方法および蛋白質について解析することができた。今後はエクソソームの定量方法の確立を目指す。定量方法は、エクソソームは脂質二重膜上に特定のタンパク質を発現しており、これを抗原とし、2種類の抗体を用いて、エクソソームを挟み込み、ELISAに似たような手法を応用する。問題点は、エクソソームの特徴がまだあまり分かっていないため、膜上のタンパク質の発現プロファイルが完全に解明されていないため、抗原どのように選定するかが問題である。対応策として、膜上のタンパク質のプロテオーム解析を行うなどが考えられる。今後の研究は細胞外小胞エクソソームについて詳しく解析する。
リズム知覚の‘自動’形成に関わる脳内処理の解明

音楽や言葉のリズムを捉えることは、日常の聴覚コミュニケーションにおいて不可欠である。リズム知覚を支える基礎として、次々に鳴る音の時間的規則性を必ずしも意識せずとも(自動的に)捉える仕組みがあると考えられるが、このことは実験的にまだ明確になっていない。本研究では、このような`自動的な'リズム知覚形成に関わる脳内処理を探る。初年度となった本年度は、本研究課題の題材となる「多義的なリズム知覚」の生じ方を調べるための心理実験を行った。多義的なリズム知覚とは、物理的に同一の音列から二通りのリズム知覚が生じる現象である。この現象に関しては、まだ実験的なデータが得られていなかったため、まずは幅広い時間範囲の刺激を用いて心理実験を行い、リズム知覚が多義的になりやすい時間条件を明らかにした。この結果をもとに、次年度以降に行う脳波実験で用いる音刺激の時間条件を決定する予定である。本年度行った心理実験については、国内研究会で発表した。また、論文を執筆し、現在投稿中である。本年度は、予定していた心理実験を行うことが出来、今後の研究に向けての重要なデータを得ることが出来た。また、この実験について研究会で発表して有益な助言を得ることが出来、国際雑誌に投稿するための論文を執筆することが出来た。本年度行った心理実験と同様の音刺激を用いて、脳波計測を行う予定である。まずは、心理実験の結果をもとに、最もリズム知覚が多義的になりやすい音刺激を選ぶ。多義リズム刺激を用いて脳波計測を行うのは初めてであるため、脳波計測の予備実験を行い、脳活動が観察しやすい刺激を慎重に選ぶ。次に、`自動的な'リズム知覚形成について検討するため、選んだ音刺激の中に音の高さの異なる逸脱音を挿入し、実験参加者が音に注意を向けない状態で脳波を測定する。この逸脱音に対して生じるミスマッチ陰性電位の振幅を指標として、多義的なリズム知覚が脳内での自動的な処理の段階で生じていたかどうかを検討する。
イオン液体を動力源とする微小自発運動機構の研究

本研究はイオン液体(IL)の水面での拡張で生じる表面張力勾配により駆動する運動装置に関する。推進力はILの界面活性度、推進時間はILの溶解時間で決まった。推進力はノズル幅と共に増加しノズル長と共に減少した。推進時間はノズル幅と共に減少しノズル長と共に増加した。イミダゾリウムILを水面に滴下すると、ILは同心円状に拡張し半径は時間のべき乗に比例した。時間と共に拡張部周辺が乱れ周期的な凹凸が生じた。乱れは時間と共に増加しアルキル鎖が長いILで周期性が高かった。凹凸数は時間と共に減少しアルキル鎖長と共に増加した。磁性イオン液体水溶液への磁場印加で水面に対流を確認し、運動の磁場制御の可能性を得た。本研究は、化学エネルギーを直接機械エネルギーに変換する機構を動力源とする高効率の微小運動装置の実現を目指し、特にイオン液体(IL)を燃料とし、水面を走行する自発運動装置に関する。平成25年度は以下の3研究を実施した。1.両親媒性を有するILが水面と接触すると水面でのILの濃度分布に応じた表面張力勾配に起因するマランゴニー対流によりILが水面を拡張し、同対流の反作用により推進力が生じると推定される。推進メカニズムに関する基本的知見を得るため、3種類のイミダゾリウム系ILを水面に滴下し水面でのIL膜の拡張状態のIL種依存性を評価した。拡張は同心円状に進行し、時間経過と共に周辺部に周期的な凹凸(不安定領域)が生じた。拡張半径の時間変化、及び粒子画像流速測定法を用いた不安定領域における対流の評価を行い、これらの現象を説明する物理化学モデルを提案した。2.当初提案した運動装置では、ノズル部へILの搭載状態(ILと水面の接触状態、ノズル内のILの形状)が推進力の時間変化に大きく影響する。これらの影響を受けにくい運動装置実現のため、ノズル部底部に水が浸入し、ノズル部表面に対するイオン液体の濡れ性の影響を受けない新たなノズル部構造を提案し、同構造を作製して3種類のイミダゾリウム系ILを用いて推進力の時間変化のIL種依存性を評価した。3.運動特性(推進力、運動方向)の能動的な制御機構の実現をめざし、磁場と相互作用することが知られている磁性ILを水面に滴下した際の水面での拡張状態や、同ILの水面での濃度勾配によるマランゴニー対流に及ぼす外部磁場の影響を評価した。本研究は、化学エネルギーを直接機械エネルギーに変換する機構を動力源とする高効率の微小運動装置の実現を目指し、特にイオン液体を燃料とし、水面を走行する自発運動装置に関する。平成24年度は、推進メカニズムの解明、推進特性に及ぼすイオン液体種の影響に関する評価、及びイオン液体と水との接触状態と推進特性との関連に関する評価、を行った。イオン液体の貯蔵部とノズルを設けたプラスチック回転子に3種類のイミダゾリウム系イオン液体([BMIM][PF6]、[BMIM][BF4]、[EMIM][BF4])を搭載し、水面での推進力及び回転速度の時間変化に及ぼすイオン液体種の影響を評価した。また、マイカ粉を水面に分散させ、水面での対流の様子を観察した。その結果、推進力はイオン液体の界面活性度、推進時間はイオン液体の水への溶解時間で決まり、疎水性のイオン液体([BMIM][PF6])の方が推進時間が長いことが分かった。また、回転子の推進中にノズルから遠方に流れる水流(約170mm/s)が観察できた。さらに、中性界面活性剤の水溶液面上でイオン液体を搭載したプラスチック片の運動状態を観察した結果、界面活性剤濃度が増加し表面張力が低下すると運動速度が低下し、濃度があるしきい値以上では運動が起きなかった。以上より、イオン液体を燃料とする自発運動の推進力は両親媒性構造を有するイオン液体の水面への拡散により生じた表面張力勾配に起因する(マランゴニー効果)と考えられる。推進中におけるイオン液体貯蔵部の顕微鏡観察の結果、疎水性イオン液体ではイオン液体と水との接触部が少しずつ移動しイオン液体は徐々に消費されたが、親水性イオン液体([BMIM][BF4]、[EMIM][BF4])では水との接触が急速に起き、短時間で水に覆われた。これより、推進力の時間変化はイオン液体と水との接触状態の時間変化に支配されると考えられる。本研究は、化学エネルギーを直接機械エネルギーに変換する機構を駆動力とする高効率の微小運動装置の実現を目指し、特に両親媒性のイオン液体(IL)を燃料とし、ILの水面での拡張によって生じる表面張力勾配により駆動する運動装置に関する。平成26年度は以下の2研究を実施した。

1.アクリル基板をレーザ加工してIL貯蔵部と末広がり状のノズルを有する運動素子(長さ15mm、幅10mm、厚さ2mm)を作製した。素子へのILの搭載状態にばらつきがないようIL貯蔵部とノズルは基板をくり抜いて作製した。水面に浮かべると素子上面はほぼ水面と一致し、IL貯蔵部とノズルは水で満たされた。ILをIL貯蔵部に滴下し、ノズルの間口と長さが推進力の時間変化に及ぼす影響を評価した。平均推進力(0.020.08mN)は間口(48mm)と共に増加し、長さ(46mm)と共に減少した。推進時間(150700s)は間口と共に減少し、長さと共に増加した。ノズル内の水面を覆うIL膜の表面張力分布がノズル形状に依存し、同表面張力分布が素子の推進力を決めると考えられる。2.両親媒性を有するILが水面と接触すると水面でのILの濃度分布に応じた表面張力勾配に起因するマランゴニー対流によりILが水面を拡張し、同対流の反作用により推進力が生じると推定される。推進メカニズムに関する基本的知見を得るため、界面活性効果を有するイミダゾリウム系ILを水面に滴下し水面でのIL膜の拡張状態の水深依存性を評価した。拡張は同心円状に進行し、時間経過と共に周辺部が乱れほぼ周期的な凹凸パターン(不安定領域)が生じた。水深の増加と共に拡張速度が増加し、不安定領域の周期性が向上した。これらの現象を説明する物理化学モデルを提案した。精密機械システム交付申請書に記載した推進力発生メカニズムの解明、及び微小運動装置の推進特性に及ぼすイオン液体種の影響に関する評価については当初の計画を達成した。当初計画では、運動装置の推進特性(推進力の時間変化)を決定するノズル部へのILの搭載状態に影響を及ぼすノズル形状やノズル表面に対するイオン液体の濡れ性が推進特性に及ぼす影響を評価する予定であったが、同搭載状態がノズル部表面に対するイオン液体の濡れ性に影響されない新たな構造のノズル部を有する運動装置を作製し、その評価を先行して実施した。また、平成26年度に実施予定の運動特性の能動的な制御機構に関する(当初計画には無かった)新たな案を検証するため、同研究を前倒しで実施した。交付申請書に記載した平成24年度の研究計画は、(1)推進力発生メカニズムの解明、(2)微小運動装置の推進特性に及ぼすイオン液体種の影響に関する評価、(3)微小運動装置の推進特性に影響を及ぼす形状的要因関する評価、であった。(1)、(2)に関しては当初の計画を達成し、その成果を論文にまとめて学術雑誌に投稿し、掲載された。(3)に関しては、ノズル部の形状を固定した状態でノズル内でのイオン液体の形状(塗布状態)を変化させ推進特性への影響を評価したが、ノズル形状や濡れ性を変化させての評価には至らなかった。1.平成24、25年度における研究から得られた基本的な知見をベースに、構造、形状、寸法、及び表面状態を最適化したノズル部を設計、作製する。さらに、同ノズル部を搭載した微小運動装置を微細加工技術を用いて作製すると共に、その構造、形状、寸法、材料、及び装置外面の表面処理を最適化し、作製した装置の運動特性を評価する。2.運動特性の能動的な制御機構実現のため、磁気的、電気的な作用による水面でのILの拡張の制御を試みる。3.運動装置を最適化するための基礎的知見を得るため、ILの水面での拡張現象に関する理論的考察を深める。
各種血管作動薬が新生児の血管平滑筋に及ぼす影響に関する検討

新生仔ラットの血管平滑筋の特性、特に、侵襲(人工呼吸)が新生仔肺血管に与える影響を調べる目的で、我々がこれまでの研究で用いてきたモルヒネ腹腔内投与によるラット胎児麻酔モデルを使い、肺血管でのサイトカイン産生についての検討を行った。妊娠ラットにモルヒネを腹腔内投与し、新生仔を帝王切開にて娩出後、4時間人工呼吸管理を行った群(胎児麻酔群:FA群)を作成。コントロール群(C群)としてモルヒネ投与を行わずに4時間人工呼吸管理を行った群を用い、新生仔肺血管でのTNF-αの発現を免疫組織染色法を用いて比較検討した。この結果、コントロール群に比べ、胎児麻酔群ではTNF-αの肺血管平滑筋における発現が低下しており、モルヒネが侵襲に対する肺血管平滑筋の反応を抑制することが示唆された。また、両群における血中TNF-α、IL-6及び気管支肺胞洗浄液中TNF-αの測定も行い、比較検討した。血中TNF-α値は、出生直後において、胎児麻酔群でコントロール群に比べ有意に低値を示した。血中IL-6値は胎児麻酔群で4時間人工呼吸管理後に、その上昇が有意に抑制されていた。また、気管支肺胞洗浄液中TNF-α濃度は、出生直後において胎児麻酔群で低値の傾向が認められた。これらのサイトカインは、血管平滑筋を収縮あるいは弛緩させる作用があることが報告されている。今回の研究によりサイトカイン産生を人為的に調節することで、肺血管平滑筋の反応性を調節できる可能性が示唆された。これまでの当科における新生児遷延性肺高血圧症に対するストラテジーとしては、1980年代の過換気アルカリ療法とαアドレナリン拮抗薬を中心とした血管拡張薬の時代から、1990年代に入るとECMO導入の時代へと変遷を遂げたが、肺の低形成を合併した重度のPPHNのため1990年代前半までCDHの予後は極めて不良であった。しかし1994年からの経胎盤的に胎児に塩酸モルヒネを投与する胎児麻酔法の導入と、1997年からのNO吸入療法の導入により予後は大きく改善した(Suita S, et al.:J Pediatr Surg,1999)。同時期より、血管拡張剤もニトログリセリン、PGE1を主に使用するようになり、2000年にはPGEIII阻害剤を初めて使用し、その有効性を日本小児外科学会や日本小児外科学会雑誌にて発表した。現在、CDHの治療は、様々な治療法の組み合わせからなっているが血管拡張剤についてはどれが本当に効果的であるのかが不明な状況にある。したがって本研究においては横隔膜ヘルニアでの新生児遷延性肺高血圧症に対する治療戦略を念頭において、肺動脈に最も効果的な血管拡張薬の組み合わせ及びその作用機序を明らかにする。初年度は成獣豚の肺動脈平滑筋条片を用いてCa-張力の同時測定を行った。肺動脈において右測定可能であることが実証されたため、今後はCa-張力測定装置を用いて、様々な濃度における張力および細胞内Ca濃度を測定する。それぞれの血管と作用させた薬剤に関してこの張力およびCa濃度を比較検討し、新生児の肺高血圧に対し最も有効である薬剤を調べる。また、細胞内Ca濃度の違いから各血管における薬剤の作用機序を推察する。妊娠21日のSDラットをエーテル麻酔後腹腔内に塩酸モルヒネ3mg/kgを投与し、これらを胎仔麻酔群(FA群)とした。塩酸モルヒネを投与しないものをコントロール群(C群)とした。ペントバルビタール麻酔下に帝王切開により胎仔を娩出し、24G血管内留置針外筒を用いて気管内挿管を行い、臍帯を結紮切離後に人工呼吸管理(Fi02=1.0、PIP/PEEP=15/3、呼吸回数40回)を行った。

出生直後、4時間後に胎仔を犠死せしめ、血中の炎症性サイトカインであるIL-6、抗炎症性サイトカインであるIL-10をELISA法を用いて、加えてTNF-αを免疫組織化学染色、ELISA法を用いて検討した。IL-6の検討では、FA群でIL-6の上昇がC群に比べ有意に抑制されていた。IL-10に関しては、FA群とC群の間に有意な差は認められなかった。一方、TNF-αでは、肺の免疫染色において、C群でFA群に比べ、気管・気管支上皮及び肺細動脈中膜の強い染色性を認めた。また、ELISA法では、C群で血中のTNF-αの軽度の上昇を認めた。胎児麻酔は、TNF-αを介したIL-6などの炎症性サイトカインの、ストレスに反応した炎症を抑制していることが示唆された。肺動脈平滑筋条片を用いて行ったCa-張力の同時測定結果においては、成獣豚においてはCa非依存症の収縮成分が強いことが判明した。肺動脈は他の血管(大動脈・冠状動脈・門脈・腎動脈)に比べて、Ca感受性が強く、収縮性が強いことが示唆された。
細胞内レドックス変化に対する植物応答機構の解明

1.「グルタチオン化が制御するSA及びJAスイッチング機構」:SAシグナル活性化時に、細胞内タンパク質が過剰にグルタチオン化されることを見出した。SAシグナル伝達系の鍵転写補助因子であるNPR1は、この細胞内グルタチオン化タンパク質とシステイン残基を介して相互作用し、自身が多量体化することを見出した。これはNPR1の活性化に必須の分子機構であり、即ちSAによる免疫機構活性化の本質は、細胞内レドックス状態の持続的な変位を認識することにあると言える。一方で、JA応答時にはNPR1過剰発現体においても多量体化は生じず、SAシグナルは抑制される。私達はこの原因遺伝子としてJA応答性の新奇グルタチオン分解酵素を同定した。同酵素の多重変異体及ではJAのSAシグナルに対する拮抗性は失われた。同多重変異体では細胞内グルタチオン化レベルが極めて強く亢進し、SAシグナルが顕著に誘導されることも同時に見出した。2.「NPR1及びJAシグナル制御因子JAZによる発現調節機構」:NPR1はレドックス応答性の転写補助因子であるが、その標的転写因子は殆ど明らかになっていない。SAシグナル活性化時にNPR1はWRKY転写因子群、特にSAシグナルのリプレッサーとして機能するグループのみと相互作用することを明らかにした。さらに、NPR1はJAシグナル応答性MYC2やそのホモログ、またERF1等と相互作用し、JAシグナルを抑制することを明らかにした。興味深いことに、JAのリプレッサーであるJAZタンパク質は、NPR1が相互作用する転写因子群を標的とすることを見出した。生化学的解析及び各種変異体や組換え植物を用いた遺伝学的解析から、JAZタンパク質はSA依存的遺伝子発現において、NPR1と共に機能する正の制御因子であることを明らかにした26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。病原菌感染と虫害によるシグナル伝達系は互いに拮抗する。これは、SAとJA、両植物ホルモンが誘導するレドックス状態に依存すること、すなわちSAではタンパク質のグルタチオン化レベルが亢進するのに対し、JAでは強く抑制されることを見出した。SAシグナルの鍵転写補助因子であるNPR1は、in vitroにおいてタンパク質のグルタチオン化レベルに依存して多量体化することを明らかにした。グルタチオン化していないタンパク質とNPR1を反応させても多量体化は生じないことより、NPR1は細胞内の酸化レベルをグルタチオン化を指標としてモニターし、一定レベルを超えると病原菌感染状態であると判断し、免疫応答を開始すると考えている。興味深いことに、シロイヌナズナに感染するPseudomonassyringaeは構造的、機能的にもJAと類似した毒素コロナチン(COR)を産出するが、CORもJAと同様にグルタチオン化を抑制することにより、NPR1の活性化を妨げることが示された。これは、病原性因子がNPR1の有する植物レドックス感知能を利用した感染システムであると言える。本年度は、JAが寄生菌が誘導する免疫機構をどのように抑制するかについての概要を理解することが出来たと言える。すなわち、JAはグルタチオン分解酵素を発現誘導することにより、細胞内のグルタチオンプールを減少させ、結果としてタンパク質のグルタチオン化を強く抑制することを見出した。これにより、寄生菌に対する免疫に必須であるNPR1は活性化することができないことを明らかにした。NPR1は、細胞内レドックスをタンパク質のグルタチオン化を指標としてモニタリングしているとの結果を得た。

もしこれが事実であれば、NPR1は細胞内における被グルタチオン化タンパク質と一過的にジスルフィド結合を形成すると考えられるので、in vivoおよびin vitro両者においてこれを確認する。また、COR生産菌と非生産菌の感染性の差異が、植物のグルタチオン化誘導能を抑制することに起因するかを明らかにする。植物のレドックス応答は極めて多様な因子が介在するプロセスであるが、これをグルタチオン化の認識へと一元化し、その総量に依存して免疫系を活性化させる、極めて新奇であるが、生物に普遍的であるとも考えられるシステムであり、興味深い。実際、NPR1はジスルフィドイソメラーゼ様活性も保有しているデータが得られており、本酵素活性のin vivoにおけるレドックス認識能についても調査する。
乱流パフの個性とその生存率における出生の影響

攪乱の添加により突発的に乱流遷移が生じる管内流れにおいて,局所乱流塊である乱流パフの遷移過程と遷移条件に着目して研究を進めた.(1)ピストン・シリンダ駆動による管内流れ装置(管長8m,管内径32mm)を開発し,自然遷移レイノルズ数25,000以上を実現した.(2)乱流パフ内の渦構造を効果的に抽出する可視化画像処理計測法を開発した.実験を通し,(3)過去の代表者らの研究で得られた,複雑な層流-乱流界面の再現とそれらが内包する物理的意味を明らかにするとともに,(4)マイクロバブルの混入が乱流遷移に与える影響を統計評価した.申請課題の実現には高度に設計・製作された装置が不可欠であり,初年度はその設計と製作を中心として活動を行った.特に重視したのは流路となる8m以上の円管と一定速度の流れを生じさせるピストン・シリンダシステムである.後者に関しては長年材料系の試験器製作に携わっている設計製作業者に協力を依頼し,おおよそ目的のスペック通りに装置を完成させることができた.これと並行して,流れの構造を統計的な調査から明らかにするために,簡易的に渦構造を可視化できる手法の開発を行った.板状の微粒子を水に混入し,その流れに2色のレーザーシートを異なる角度で照射することにより,渦構造を2色のラインで浮かび上がらせる.圧力差により駆動する簡易的な管内流れの装置を製作し,この手法の実用性を確認するための可視化実験を行った.撮影画像を処理することで渦構造の抽出に成功した.統計値の取得に適した長さ13m以上の管内流れ実験装置を有するイギリス・マンチェスター大学の非線形力学研究室に滞在し,実験を行った.その結果として,乱流パフの個性を表す指標としてその移流速度が妥当であることを示した.また,パフに異なる個性を与える手法として,本研究で提案するヘアピン渦を回する手法に加え,高レイノルズ数で一度生成した乱流パフに対してレイノルズ数を減少させる手法を試した.昨年度までに製作したピストン駆動による一定流量の管内流れ装置(内径32mm,全長8m)を改良し,無攪乱状態の自然遷移レイノルズ数25,000以上の,非常に安定度の高い流れを実現した.また小型のピストン・シリンダ系により,サイズや持続時間などを高度に制御した攪乱を与えるシステムを作成した.上記の実験装置により,過去に観察されたいびつな乱流・層流状態の境界を一部再現することに成功した.管路上流の貯水槽内にて電気分解により微細な水素気泡を発生させ,乱流パフの形成におよぼすマイクロバブルの影響を調べる実験を行った.レーザードップラー流速計(LDV)により乱流パフ形成の成否を下流で確認し,それを元に各攪乱強度に対する乱流パフ形成の確率分布を作成した.その結果,マイクロバブルの混入はパフの形成を促進させることを示した.フランス・ルアーブル大学との共同研究として,拡大管内に間欠的に形成される局所乱流塊の可視化計測実験を行った.トレーサ粒子を用いた短時間流跡線動画を作成することにより,局所乱流塊が発達・減衰するプロセスを詳細に観察することに成功した.また,大幅に速度が異なる,再循環領域を含む流れの計測にあたり,粒子追跡法(PTV)を一部改良した手法を提案し,不安定化の元となる速度分布形状の計測を行った.東京ガス株式会社所有の長延長実験管路を用いて速度変動計測を行い,実ガス管路における局所乱流塊の計測実験を行った.その結果として,理想的な条件とはほど遠い荒さ要素などを持つ実ガス配管であっても,条件に応じて実験室で観察されるような乱流パフが観察されることを示した.本申請課題では,突発的に乱流遷移が生じる管内流れにおいて,特に局所乱流塊である乱流パフの遷移過程と遷移条件に注目して研究を進めた.前年度までに,(1)自然遷移レイノルズ数25000以上の非常に安定した管内流実験装置の開発,(2)乱流パフ内の渦構造を効果的に抽出する可視化画像処理計測法の開発,(3)過去の申請者らの研究で得られた,複雑な層流ー乱流境界の再現,および(4)マイクロバブル混入が乱流遷移に与える影響の統計評価を実現した.最終年度にあたる本年度は特に,(3)の複雑な層流ー乱流境界をもたらす物理を明らかにすることを目指した.攪乱と基本流れの成長過程に注目し,より小さな攪乱で効果的に乱流遷移が生じる条件において,基本流の変形と攪乱注入によりもたらされるヘアピン渦の振る舞いをPIVにより計測した.その結果として,渦の強さ(循環)は乱流パフの生成において重要な影響を与えないこと,ヘアピン渦の頭部が管中心付近にとどまり,基本流の変形が維持される場合に効果的に乱流パフが生成されることなどが明らかとなった.基本流の変形については,境界層の二次不安定などと関連させて議論することができるのではないかと考えている.また,LDVを用いて下流方向数点で速度変動計測を行い,パフの生成過程を評価した.その結果として,強い攪乱の注入により乱流遷移が即座に生じる場合においても,一度注入した攪乱が成長し,乱流スラグのような構造をとり,その後パフに向けて減衰することを示した.これに対して,弱い攪乱により効果的に乱流パフが生成される場合には,生成されたパフの「種」が下流への移流に伴い長さスケールを徐々に増大させ,また乱流混合を徐々に促進していく過程が示された.