hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
うつ病発症における遺伝・環境・個別的要因の相互作用が検討可能な動物モデル

雄性のC57BL/6Nマウスを被験体とする水迷路学習実験の場面において、プラットホームのサイズとプールの周囲の環境を操作して課題の難度をある一定の水準以上に設定すると、一部の被験体が、プラットホームへのいち早い逃避という適応的対処行動の学習を徐々に放棄し、遂には行動的絶望状態に陥る(欝モデルマウス作製法(特許第4619823号))。我々は、これらの個体をLoser、対して、良好な学習を示す個体をWinnerと命名した。平成30年度は、このLoserのうつ動物モデルとしての妥当性について多角的に検討した。うつ病のバイオマーカーとしての可能性が指摘されている血中サイトカインの定量をマルチサスペンションアレイを用いて実施したところ、Loserには、炎症性サイトカインの上昇等、ヒトのうつ病患者との類似性が認められた。また、Loserの行動的絶望状態の背景要因を探索するために、海馬のDNAマイクロアレイ解析を実施したところ、LoserとWinner(あるいは無処置統制マウス)との間で、うつ、ストレス、認知機能等との関連が報告されている複数の遺伝子の発現に差が見られた。現在、IPA等のソフトウェアを利用して詳細なデータ分析を継続中である。また、Loserが出現する困難な水迷路学習実験手続きを、うつ的な状態が想定されるIL-18遺伝子欠損マウスや中大脳動脈M1遠位部永久結紮によって作製される脳梗塞モデルマウスの表現型解析に応用した。その結果、これらのマウスでは、それぞれの比較対照マウスより学習成績が悪く、行動的絶望状態を示す個体の出現率も高かった。つまり、これらのマウスがうつ的な表現型を持つこと、また、困難な水迷路学習実験手続きがマウスのうつ的傾向の評価系として有用である可能性が示された。平成28年度は、このLoserを出現させる実験手続き(Winner-Loserモデル)のうつ動物モデルとしての妥当性と特殊性について、既存のうつ動物モデルである強制水泳試験(Porsolt, Le Pichon, & Jalfre, 1977)およびオープンスペース水泳試験(Sun & Alkon, 2003)と比較することで検討した。連結制御手続き(yoked-control procedure)を用いて強制水泳試験とオープンスペース水泳試験の水泳時間(水へ浸す時間)をWinner-Loserモデルの実験と一致させ、それぞれのモデルの実験手続きによりマウスにうつ的傾向を誘発し、複数の行動実験課題を与えた。その結果、Loserでは、いくつかの課題(自発活動性測定、ワイアハング試験、強制水泳試験等)で健常なWinnerより成績が低下し、他のモデルそれぞれとの間にも成績の差が見られた。つまり、Loserの行動的絶望状態は、水迷路学習以外の場面にも及ぶこと、また、強制水泳試験やオープンスペース水泳試験で誘発されるうつ的状態とは質的に異なることが示唆された。困難な水迷路学習場面で行動的絶望状態を呈するマウス(Loser)は、水迷路学習以外の行動実験場面でのうつ的傾向の表れ方や抗うつ薬(選択的セロトニン再取り込み阻害薬)への感受性に関して、強制水泳処置を負荷したマウスと大きく異なる一方、オープンスペース水泳処置を負荷したマウスと多くの類似点があった。しかしながら、Loserは、行動的絶望状態が長期間にわたって持続し、適応的対処行動への動機づけが総じて低いという点でオープンスペース水泳処置を負荷したマウスと異なっていた。うつ的傾向の誘発に水泳処置を用いる点で共通する3種類のモデルを比較することで、各モデルの特徴が明らかとなり、それぞれのモデルを抗うつ薬スクリーニングや遺伝子改変マウスの表現型解析に用いる際の留意点が示された。また、探索的に実施したLoserの血中サイトカインの定量によってLoserとヒトうつ病患者との類似性が示唆され、うつ動物モデルとしての妥当性が補強された。平成29年度は、平成28年度に引き続き、このLoserを出現させる実験手続き(Winner-Loserモデル)のうつ動物モデルとしての妥当性と特殊性について、既存のうつ動物モデルである強制水泳試験(Porsolt et al., 1977)、オープンスペース水泳試験(Sun & Alkon, 2003)、および社会的敗北ストレスモデル(Golden et al., 2011)との比較によって検討した。その結果、Loserでは、血中コルチコステロンの増加によって特徴づけられるストレス反応が他のうつ動物モデルよりやや弱い一方、新たな学習に対する動機づけが顕著に低下していることが明らかとなった。また、血中サイトカインの挙動が、ヒトのうつ病患者に想定される変化と一部一致していた。

更に、Winner-Loserモデルをうつ的な表現型が想定されるIL-18遺伝子欠損マウスや中大脳動脈M1遠位部永久結紮によって作製される脳梗塞モデルマウスに使用した。その結果、これらのマウスでは、それぞれの比較対照マウスより行動的絶望状態を示す個体の出現率が有意に高かった。つまり、これらのマウスがうつ的な表現型を持つことが明らかとなり、Winner-Loserモデルがうつ的傾向の評価系として有用であることが示された。本研究の目的は、困難な水迷路学習場面で出現する行動的絶望状態を呈するマウス(Loser)が、うつ動物モデルとして妥当であることを証明し、こうしたマウスを出現させる実験手続き(Winner-Loserモデル)が研究ツールとして有用であることを示すことである。これまでに、このモデルが、新たな学習に対する動機づけが低いという特徴を持つことを確認し、その背景にうつ病患者と似た血中サイトカインの変化があることを明らかにした。更に、強制水泳試験等の既存のうつ動物モデルとの比較から、Loserの持つうつ的特性が、嫌悪的なストレッサーに対する無条件性の反応ではないことを明らかにした。これらの実験結果は、強制水泳試験が選択的セロトニン再取り込み阻害薬に対して感受性が低いという問題の原因を解明するヒントともなった。また、うつ的な表現型が想定される遺伝子改変マウスや脳梗塞モデルマウスを被験体とした実験を実施することで、Loserを出現させる実験手続き(Winner-Loserモデル)が疾患モデルマウスのうつ的表現型の解析に有用であることを示した。以上の成果は、予想外の知見や今後の研究の方向性を定める上で有益な情報を多く含んでおり、本研究は、当初の計画以上に進展していると考えられる。雄性のC57BL/6Nマウスを被験体とする水迷路学習実験の場面において、プラットホームのサイズとプールの周囲の環境を操作して課題の難度をある一定の水準以上に設定すると、一部の被験体が、プラットホームへのいち早い逃避という適応的対処行動の学習を徐々に放棄し、遂には行動的絶望状態に陥る(欝モデルマウス作製法(特許第4619823号))。我々は、これらの個体をLoser、対して、良好な学習を示す個体をWinnerと命名した。平成30年度は、このLoserのうつ動物モデルとしての妥当性について多角的に検討した。うつ病のバイオマーカーとしての可能性が指摘されている血中サイトカインの定量をマルチサスペンションアレイを用いて実施したところ、Loserには、炎症性サイトカインの上昇等、ヒトのうつ病患者との類似性が認められた。また、Loserの行動的絶望状態の背景要因を探索するために、海馬のDNAマイクロアレイ解析を実施したところ、LoserとWinner(あるいは無処置統制マウス)との間で、うつ、ストレス、認知機能等との関連が報告されている複数の遺伝子の発現に差が見られた。現在、IPA等のソフトウェアを利用して詳細なデータ分析を継続中である。また、Loserが出現する困難な水迷路学習実験手続きを、うつ的な状態が想定されるIL-18遺伝子欠損マウスや中大脳動脈M1遠位部永久結紮によって作製される脳梗塞モデルマウスの表現型解析に応用した。
細胞内エネルギー代謝を調節する過渡的超複合体の研究

光合成は,光を集め,そのエネルギーを2つの光化学系に与えて電子を移動させる反応であるが,その電子の移動経路としては,水の分解に始まり,光化学系II-シトクロムbf複合体-光化学系I-NADP^+と伝わる「リニア電子伝達(LEF)」が広く知られている。しかし,歴史的には,リニア電子伝達の発見よりさらに4年前,1954年に「サイクリック電子伝達(CEF)」が発見されている。CEFでは光化学系IIは使われず,電子はもっぱら光化学系Iの回りを循環する。その際,LEFより多くのATPが合成されるため,CEFは細胞にとって多くのATPが必要な環境で重要となっている。植物は,必要に応じてLEF/CEF2つの電子伝達のバランスをとることで,効率良くしかも逆境に強い光合成を行っている。ところが,CEFにおいて,光化学系Iを出た電子がどの分子を経由して再び光化学系Iへ戻ってくるのか,長い間わからなかった。ステート2のクラミドモナス細胞は,CEF活性が高いことで知られているため,ステート2状態の葉緑体を詳しく調べれば,長い間明らかでなかったCEFの実体がつかめるのではないかと予想し,ステート2状態のクラミドモナス細胞から光化学系Iを含む巨大複合体を単離した。解析の結果,この複合体は光化学系I超複合体ばかりでなく,シトクロムbf複合体,フェレドキシン-NADP酸化還元酵素などLEFでおなじみのタンパク質複合体が集合してできた,分子量150万の超・超複合体であることがわかった。この超・超複合体(CEF超複合体)に光を当てると,電子は光化学系Iから隣のシトクロムbf複合体へと移動し,また光化学系Iへと戻ってくることが確認された。この結果より,従来どこで行われているのか明らかでなかったCEFは,LEFの部品をCEF仕様に再配置したCEF超複合体上で行われていることが明らかとなった。光化学系タンパク質複合体が光環境変化に適応するための機構の一つとして,ステート遷移が知られている.これまでに,我々はステート遷移の実態を明らかにするため,単細胞緑藻クラミドモナスを用いて,光化学系Iタンパク質複合体(PSI)の精製と生化学的解析を行い,LHCII (CP26, CP29, LHCII type II)がステート2状態でPSIに結合していることなどを明らかにしてきた.本研究では,より無傷のタンパク質超複合体を得るため,界面活性剤トリデシルマルトシドを使い,ショ糖密度勾配遠心法による精製を試みた.その結果,得られた精製産物には,これまでのPSI, LHCI, LHCIIに加えて,Cyt b_6f, FNR,そしてPGRL1が含まれていることがウェスタン解析およびMS/MS解析により明らかになった.ゲルろ過クロマトグラフィーと高塩処理による複合体分離解析によって,得られた精製産物が一つの巨大タンパク質超複合体であることが示唆された.野生型の他,3種類の変異体(PSI-His変異体,PSI欠損株,Cyt b_6f欠損株)の解析も,野生型での巨大タンパク質超複合体の存在を支持した.さらに,分光学的手法により,単離したPSIタンパク質超複合体はプラストシアニン、フェレドキシンの存在下でPSIの光励起によりルーメン側及びストロマ側の電子伝達活性を示し、サイクリック電子伝達活性を保持していることが確認された。これらの結果から、ステート遷移に伴うPSI-Cytb6f-FNRによる過渡的超複合体の形成がサイクリック電子伝達を制御していることが示唆された。
自家歯牙由来傾斜機能化脱灰象牙質の骨誘導能と徐放特性の検討

粉砕時間を調整することで傾斜機能脱灰象牙質の粒径を変えることができた。粒径サイズを変化させたことで粒径の小さいグループでBMP-2の徐放特性に優れ、骨誘導能が高かった。申請者は北海道医療大学倫理委員会の承認の下、患者から調製した自己由来脱灰象牙質顆粒(Demineralized Dentin Matrices : DDM)を用いて骨造成に応用しており、良好な成績を収めている。他の研究でマテリアルの粒径を変化」させることで成長因子の徐放曲線を変化させることができるという報告がある。また、申請者はウシ由来海綿骨に酸処理と析出処理を加えることでマテリアルに傾斜機能を付与することに成功している(傾斜機能アパタイト(fg-HAp):国内特許番号3718723号)。開発した自動歯牙粉砕装置を用いて粉砕時間を変えることである程度粒径をコントロールすることができたが粉砕時間のみですべての顆粒を均一に粉砕することはできなかったため、篩でふりわけてサイズを均一にした。傾斜機能を付与する技術を用いて脱灰象牙質表面に象牙質顆粒を再析出させ、傾斜機能化脱灰象牙質(Functionally Graded Demineralized Dentin Matrices : fg-DDM)を調製することに成功した。fg-DDMは抗菌薬溶液に浸漬して、凍結保存を行った。凍結保存を行うことで象牙質内に存在するBMPなどの成長因子の活性を損なうことなく保存することができ、必要な時に患者に使用することが可能となる。今回の実験で最適な脱灰象牙質の粒径が決まればその粒径に調製することができるように装置を改良していく必要があると考えられる。調整した傾斜機能化脱灰象牙質顆粒(fg-DDM)の各条件におけるBMP-2に対する保持・徐放特性の検討を行った。Uludagらの報告(J. Biomed. Mater. Res. 46, 193-202, 1999)のようにBMP-2を担持させる顆粒の粒径を変化させることでBMP-2の徐放速度が変化することが知られている。ヒト抜去歯を粉砕時間を変えることで粒径1.0、2.0、3.0mmに調整した。リコンビナントヒトBMP-2を^<125>Iでラベリングした後、0.05μg/μlとなるように調整し、^<125>I-BMP-21.0μg/20μlとなるように生理食塩水で希釈した。これを各々の粒径のfg-DDMにそれぞれ滴下含浸させ、複合化し、DDYマウス背部皮下組織に埋入した。1、3、7、14、28日後に放射線量をガンマーカウンターを用いて計測してBMP-2の保持率を検討した。徐放曲線はUludagらの報告と同様に粒径の小さい傾斜機能化脱灰象牙質顆粒(fg-DDM)の方がBMP-2の保持に優れていた。これは粒径が小さいほうが表面積が大きいのでBMP-2の保持に優れていたと考えられた。骨だけでなく傾斜機能化脱灰象牙質顆粒(fg-DDM)でも粒径を変えることで担持させる成長因子の徐放プロファイルを変化させうることがわかった。どのBMP-2の徐放プロファイルが最も骨誘導能が高いかは平成24年度の研究で明らかにしていく予定である。fg-DDMとBMP-2の複合化を行なった。BMP原液(濃度1.0μg/μl)と滅菌蒸留水を用いてBMP希釈溶液(0.05μg/μl)を調整する。fg-DDMは滅菌シャーレ内に置き, BMP-2希釈溶液10μlを滴下含侵させてfg-DDM/BMP-2複合物とし、これらは埋植直前まで冷蔵保存した。ウィスター系ラット(雄性、4週齢)に以下のマテリアルを背部皮下に埋入した。埋入物)1)リコンビナントヒトBMP-2 0.5μg/粒径1mmのfg-DDM(70mg)2)リコンビナントヒトBMP-2 0.5μg/粒径2mmのfg-DDM(70mg)3)リコンビナントヒトBMP-2 0.5μg/粒径3mmのfg-DDM(70mg)これらを埋入後3週後に摘出し、組織形態計測とALP、オステオカルシン量の測定を行い、各条件におけるDDMの骨誘導能の評価を行なった。結果は明らかな有意差はなかったが、粒径が小さいfg-DDMの方が骨誘導能が高い結果を示した。そのため、fg-DDMとBMP-2を複合化させた場合、粒径は1mmとするのがよく、BMP-2の徐放曲線は粒径が1mmの徐放曲線が理想的と考えられた。これらの結果は脱灰象牙質顆粒を臨床応用する際に極めて重要な結果であり、粉砕器で粉砕する際には粒径を1mmにすることが望ましいと考えられる。これらの実験結果は過去に骨を粉砕して同様の徐放特性と骨誘導能を検討する研究に一致した結果であり、象牙質を用いても同様の結果が得られた。

粒径の異なる脱灰象牙質顆粒を調整し、傾斜機能化脱灰象牙質顆粒(f9-DDM)を調整することができ、徐放プロファイルを算出することができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。傾斜機能化脱灰象牙質顆粒(fg-DDM)とBMP-2の徐放プロファイルと骨誘導能との関連性を明らかにする。
大腸菌発現系を用いたペプチド性分子認識診断薬の創製法

我々は、動物を使用せずに大腸菌とプラスミドライブラリーを用いて遺伝子工学的に標的認識ペプチドを得る「Hishot法」を開発した。抗体フラグメントを利用したHishot法により標的に結合する複数のペプチドクローンが得られ、可溶性の精製蛋白質として実験に使用することができた。Hishot法は、分子認識薬を得るための有用なディスプレイ法の一つとして用いることが可能である。1実施計画に従い、セレクション法、発現誘導時間、大腸菌溶菌条件、ライブラリー作製法の検討を行って、Hishot法の標準プロトコルを確立した。2Hishot法を用いて、抗体、またはインテレクチン-1に結合するポリクローナルなペプチドプールを得ることができた。しかし、結合ペプチドの分子クローンの単離は困難で、結合ペプチドを抗体の代わりとしてWestern blottingや免疫染色等で使用することはできなかった。3そこで、抗体の可変部領域のペプチドを利用したHishot法で人工的に抗体作製を試み、インテレクチン-1、またはTNF-αに特異的に結合する抗体フラグメントの分子クローンの単離に成功した。4また、ELISAおよび免疫組織染色で陽性対照として用いることができる抗インテレクチン-1モノクローナル抗体を樹立し、インテレクチン-1が悪性胸膜中皮腫のマーカーとなり得ることを示した。また、インテレクチン-1が病理組織マーカーとして検査の場で使用し得る実戦的なモデル抗原分子であることを確認した。標的に結合し、抗体の替わりとなる新規結合ペプチドのクローニングには至らなかったが、3の成果により、Hishot法を用いて、人工的にモノクローナル抗体を作製する技術の開発に目処がついた。Hishot法は安価に容易に迅速に実施可能な技術であり、本法によりモノクローナル抗体が作製できれば、動物免疫によるモノクローナル抗体作製法に替わる抗体作製のスタンダードとなり得る。現在、得られた分子クローンの完全抗体化を試みるとともに、より有用な性質を持つ抗体の取得を目標に、作業工程の見直しと改良を進めている。1実施計画に従い、抗インテレクチンペプチドクローンと抗TNF-αペプチドクローンの人工的抗体化を行い、最適な完全抗体化プロトコルを確立した。2複数の抗インテレクチン人工抗体、および抗TNF-α人工抗体を用いて、免疫組織染色、サンドイッチELISA、Western blotting、生理活性阻害効果について検討した。しかし、得られた人工抗体は親和性と特異性において対照モノクローナル抗体よりも劣っており、モノクローナル抗体の換わりとして用いることは出来なかった。3この問題の原因を解析したところ、ペプチドコアに用いたラマ抗体に由来する、Igドメインを持つ蛋白質への非特異的吸着が主因であることが判明した。この非特異的吸着はHishot法でのセレクションステップの検討や界面活1生剤等の吸着防止剤の添加では阻止できなかった。4陽性対照として開発した抗インテレクチンモノクローナル抗体は、悪性胸膜中皮腫に特異的に結合し、中皮腫の病理診断マーカーとして極めて優れていることが明らかとなった。また、インテレクチンが実戦的なモデル抗原分子であることを確認した。以上の結果から、Hishot法が動物免疫によるモノクローナル抗体作製法に替わる実用的な人工抗体作製技術となる得るとは、現状では言えないことが判明した。また主たる問題点がHishot法自体ではなく、ペプチドコアに由来する非特異的吸着にあることが判明した。そこで現在、抗体L鎖やVpreB蛋白質等の抗体関連ペプチドを用いて、非特異的吸着を抑制し特異性を改善することで、Hishot法の実用化を目指した改良を行っている。1)実施計画に従いTNF-αを標的としてHishot法を行った。Hishot法は前年度までに確立したプロトコールを踏襲し、セレクションはリコンビナントTNF-α固定セファロースを用いたプルダウン法にて行った。2ラウンド後にクローンを分離し、スクリーニングおよび結合性の評価、遺伝子配列の決定を行った。その結果、特異的にTNF-αを認識する抗体フラグメントのクローンを得ることに成功し、Hishot法が任意の標的に対して普遍的に実施し得る方法であることが示唆された。2)得られたクローンは前年度に単離した抗インテレクチン抗体フラグメントの抗原認識部位とは異なるアミノ酸配列を持ち、特異的選択性をもったクローンの選別が行われていることが確認された。3)本研究で得られた抗インテレクチンおよび抗TNF-αのクローンからHisタグを除去し、N末端側にヒトインテレクチン-1のシグナル配列、C末端側にウサギIgGのFc領域を連結した抗体型クローンを作製し、RK-13細胞にて発現させた。それぞれの抗体型クローンは培養上清に分泌され、特異的ELISAの一次抗体として使用可能であった。TNF-αに対するクローンはH鎖可変領域内のジスルフィド結合が構築されるように設計したクローンで標的に対する反応性が向上した。しかしながら、病理診断や臨床応用可能な強力な結合性を持つクローンは残念ながら得ることが出来なかった。4)本年度までのデータを取りまとめ、学術論文として発表した。1)実施計画に従って人工抗体遺伝子の検討を行った。

その結果、ヒトVpreB蛋白質とヒト抗体H鎖可変領域のCys残基をAlaに置換し、それぞれをリンカーペプチドで連結した人工抗体が、Hishot法を行う上で可溶性、安定性、特異的結合性に優れていることが判明した。そこでこの人工抗体遺伝子にランダムアミノ酸領域を設定し、ライブラリ作製法の最適化を行った上でHishot法を実施した。セレクションは標的蛋白質を固相化した坦体を用いたプルダウン法で行い、スクリーニングは西洋ワサビペルオキシダーゼ標識抗Hisタグ抗体を用いたELISA法にて行った。2)ウサギIgGを標的としたHishot法では、IgGに結合するクローンが得られたものの、Igドメイン同士の非特異的吸着とみられる結合がみられ、特異性の面で優れたクローンを得ることはできなかった。3)ヒトインテレクチン-1を標的としたHishot法では、標的に特異的に結合する複数のクローンを得ることができた。これらのクローンはサンドイッチELISAの検出抗体として使用可能であり、研究や臨床検査に有用な分子認識薬を得ることができたと考えられた。4)陽性対照として開発した抗インテレクチンモノクローナル抗体が上皮型悪性胸膜中皮腫に特異的に結合し、既存の中皮腫マーカーよりも特異性の面で優れていることを発表した。以上の結果から、Hishot法が動物免疫によるモノクローナル抗体作製法に替わる人工抗体作製技術として、実用レベルに達したと考えられた。そこで現在、Hishot法が他の標的蛋白質に対しても普遍的に実施可能であることを示すため、他の標的蛋白質(TNF-a、EGF)に対してHishot法を行い、特異的に結合するクローンの取得を試みている。Hishot法自体の技術開発は成功し、標的に対して特異的に結合するクローンを得ることが出来た。しかし、モノクローナル抗体作製法に替わる「実用的な」技術開発に成功したといえる段階ではなく、さらなる改良が必要である。25年度が最終年度であるため、記入しない。Hishot法は、Hisタグ付加ペプチドとHisタグ結合配列を持ったmRNAを大腸菌内で複合体形成させ、標的に結合するペプチドRNA複合体を分離し、標的結合ペプチドの配列を同定する方法である。本年度までに、Hishot法の手技全般、標的結合ペプチドの配列の改良などを完了し、標的蛋白質(インテレクチン-1)に対し特異的に結合する複数のクローンを得た。従って、研究の主目的であったHishot法の開発と実用化をほぼ達成できた。また、陽性対照として作製した抗インテレクチン-1抗体が、悪性胸膜中皮腫の診断マーカー抗体として流用できることができることが明らかとなり、予定外の研究成果も得ることができた。本研究の最大目標であるHishot法自体の技術開発は成功した。
リンパ浮腫評価指標の開発－皮膚表面構造はリンパ浮腫を評価できるかー

リンパ浮腫ケアのエビデンス構築にあたり、リンパ浮腫の程度を評価する統一した指標を作ることは喫緊の課題である。私たちはこれまでリンパ浮腫患者の皮膚の変化に注目して研究を行い、リンパ浮腫患者の皮膚表面構造は水分の貯留状況に合わせて変化していることを見出した。本研究では近年、多くの分野で画期的な効果をもたらしている人工知能や画像解析技術を、皮膚表面構造の画像解析法の解明に使用する。皮膚表面構造を数量化し、浮腫の程度との相関を明らかにすることで新しいリンパ浮腫評価指標を開発し、国内外のリンパ浮腫患者に使用できるツールの基礎とする。
サイトカイン遺伝子の転写調節におけるカルシウム依存性プロテインキナーゼIIの役割

(目的)カルシウム依存性プロテインキナーゼII(CaM KII)によるインターロイキン(IL-2)遺伝子に対する転写調節機構を明らかにするため、同酵素のAP-1転写活性抑制機序を追究することを目的とした。(方法)IL-2プロモーター内に存在するAP-1結合部位の塩基配列に従い合成した2本鎖DNAをプローブとして用いた。該抽出物は、ホルボールエステル(phorbol myristate acetate,PMA)、カルシウムイオノフォア(ionomycin)の各種組み合わせで刺激したJurkat細胞(CaMKIIを遺伝子導入により過剰発現させたものとベクターのみを導入したものの2群)より作製した。^<32P>-標識したプローブと該抽出物を反応させ、電気泳動でDNA-蛋白複合体を分離、オートラジオグラフィーで検出した。CaMKII過剰群と通常のJurkat細胞群間でDNA結合能を有するAP-1蛋白の半定量的比較を行なった。(結果)ゲルシフト法で,PMA刺激時にIL-2プロモーター内のAP-1領域に結合する蛋白を,Jurkat細胞核抽出物より検出できた。遺伝子導入により細胞内で過剰発現させたCaMKIIは,AP-1蛋白のIL-2プロモーター領域への結合能には影響しなかった。したがってCaMKIIはAP-1の転写活性調節部位への影響により転写活性を抑制している可能性が示唆された。
海洋コンクリート構造物の周辺環境における物質移動を再現する縮小模型の製作

本研究は、飛来塩分環境下におかれた構造物が受ける環境作用を実験室内において再現する装置を作製することを目的としている。平成19年度より製作に着手した実験装置が、平成20年度に完成し、予定通りの性能を発揮することが確認され、有効な実験を行うことができた。実験装置は、断面1m×1m、一周約10mの風洞の中に、プロペラ、塩水粒子発生装置を組み込んだもので、風洞内に設置したコンクリート供試体に、設定された量の飛来塩分を連続的に作用させることができる。このことにより、実環境下ではさまざまな不確定要因の影響を受けるため精度のよいデータの取得が困難であったコンクリートに到達する飛来塩分量とコンクリート内部へ浸透する塩分量との関係が、理想的な条件下で測定することができる。合理的で実現象をよく表す塩分浸透の境界条件の形式の検討、理想的な飛来塩分環境下におけるコンクリート中の拡散係数など、この装置により明らかになることは多いと期待される。水セメント比が40、50、60%のコンクリート供試体に、本装置により継続的に飛来塩分を作用させ、定期的に供試体内部の塩分量の分布を測定した結果から、ボルツマン変換を用いてコンクリート中の塩分拡散係数を塩分濃度の関数として求めた。塩分濃度が増加するにつれて拡散係数が小さくなる結果が得られた。塩分拡散係数のより的確な表現方法の検討は、本装置を用いた今後の継続研究課題である。また平成20年度には、本装置を用いた応用研究として、飛来塩分にさらされたコンクリート構造物の表面を高圧水で洗浄することにより塩分侵入抑制効果が得られるかどうかを実験的に検討した。洗浄頻度が多いほど、内部への塩分侵入を抑制する効果が認められた。縮小模型により構造物の周辺環境を含めた物質移動現象を再現する装置を作製することを目的としている。実験室内に簡易的な風洞と海水粒子発生装置を組み合わせて模型空間内で構造物への環境作用を再現するものである。海岸から構造物までの地形のジオラマ、海水粒子発生装置、簡易風洞を組み合わせ、模型構造物に塩分を飛来させる装置を作製する。開発する装置は、波高(海水粒子発生量)、風速、風向、海岸からの距離、高さ、構造物の周辺の地形、障害物の存在、構造物の形状を実験パラメータとすることができ、これらが構造物の各部位に飛来する塩分に及ぼす影響を再現できることを第1の目標とする。また装置内の模型構造物に、人工降雨、日射を与え、これらが構造物の表面塩分量の経時変化に及ぼす影響を再現できるようにすることを第2の開発目標とする。平成19年度は風洞実験装置の製作作業にほとんどの時間を費やした。プラスチック材、木材を用いて、断面1m×lm総延長約10m、試験領域の長さ2mの風洞を完成させた。造風機は市販の大型扇風機を改造して設置した。現在、平成20年度における系統的実験に備えて、装置の試運転、調整を重ねている。装置の作製と並行して、平成20年度に本装置を用いて行う以下の実験について思考実験を行った。(1)コンクリート表面に到達した飛来塩分がコンクリート中に浸透してゆく過程をモデル化する方法には、一定の表面塩化物イオン濃度を境界条件として与える方法をはじめとしていくつかあるが、飛来塩分の影響を良く表すにはどのような方法が適しているか検討する。(2)数値シミュレーションにより予測した構造物周辺の飛来塩分の輸送状況を、風洞実験により検証する。(3)塩分が付着したコンクリート表面を水で洗い流すことにより塩分浸透を防ぐことができるか、効果があるとしたらどのような洗浄方法が最もよいかを、実験室において検討する。
一般化された酸化物半導体／有機分子／電解液界面の電子移動モデルの構築と応用

色素増感太陽電池(DSC)は一般的に酸化チタンを用いて作製されるが、酸化チタン以外の酸化物を用いても作製することができる。酸化亜鉛は多孔質電極の形状を制御することが比較的容易であり、酸化スズや酸化インジウムなどは酸化チタンよりも伝導帯電位が正側に位置しており、長波長光を吸収する色素に有効である。一方で酸化チタン以外の酸化物を用いたDSCのエネルギー変換効率は低く、その改善方法は明らかになっていない。その理由として酸化チタンを用いたDSCにおける電子移動機構はかなり明らかになっているが、その他の酸化物に対しては測定データも少なく、モデル化できていない。本研究では酸化チタンと比較するすることでその他の酸化物半導体に対しても電子移動機構を解明することを目的としている。H30年度では4種類の酸化物(酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム)、3種類の色素、2種類の電解質の組み合わせでDSCを作製し、伝導帯電位と電子寿命を測定し、電解質に用いるカチオンの影響について詳しく調査した。また電荷分離に関連して、酸化状態色素の還元速度を酸化チタンと酸化亜鉛に対して、異なる色素と異なる半導体電極の作製条件の影響について調べた。また半導体電極上の色素間をホールが移動することが分かっており、その移動速度は色素周辺の誘電率が影響し、またホール移動速度は酸化状態色素の還元速度に影響を与えると考えられる。よって誘電率の違いがホール移動速度に与える影響について調べた。さらにルテニウム錯体において、電解液中のカチオンとの相互作用が電子移動速度に与える影響について調べた。その結果電解質のカチオンの影響については酸化チタンの振る舞いが例外的であることが分かった。また酸化物色素電解液界面での電荷移動経路は5つあるが、誘電率の影響が異なることがわかり、精密な設計指針が必要なことが分かった。色素増感太陽電池において酸化物半導体の導電帯電位は電荷移動速度と効率に影響を大きく影響を与える。酸化チタンを用いたDSCにおいてはリチウムを電解質に用いると、バルキーなカチオンを用いた場合と比べて電位は正側にシフトし、色素からの電子注入効率が高まり、一方開放電圧は小さくなることが分かっている。そこでカチオンの影響を他の酸化物でも調べたところ、色素との組み合わせでは酸化亜鉛ではむしろ若干負側に電位がシフトする場合があり、酸化スズ、酸化インジウムでは若干正側にシフトしたが、酸化チタンに比べるとその影響はかなり小さかった。またバルキーなカチオンを用いた場合の方が電流値が大きくなることが多く、これも酸化チタンとは大きく挙動が異なった。また酸化チタンでは色素の双極子モーメントの影響はほぼ受けないが、他の酸化物ではその影響が暗示された。色素周辺の誘電率のホール移動度への影響を見られなかったが、レドックス対による酸化状態色素の還元速度に対しては見られた。また酸化状態色素の還元速度は今回調べた範囲では酸化チタンより酸化亜鉛の方が速くなる結果がほとんどであった。またルテニウム錯体においてはアニオン性配位子の構造と電解質のカチオンが相互作用し、電子寿命に影響を与えることが分かった。上記のように、今までの結果から予測される結果と大きく異なる結果が得られ、電子移動機構に関する理解と新たな太陽電池の設計指針が得られたためこの点では計画より進んでいると評価した。一方で、測定方法の開発に対しては昨年度判明した問題点を解決できておらず、既存の測定方法を使っている現状では測定に時間がかかっているため、全体としてはおおむね順調であると評価した。酸化状態色素の還元速度が酸化物で異なる理由を明らかにする。酸化物中の電子による還元速度については酸化物中の電子の移動度または拡散係数との相関を調べ、また色素と酸化物とのカップリングの影響について調査する。またカップリングに関しては新たに合成した色素を用いて検証する。レドックス対による還元速度が酸化物で異なる点に関しては、吸着量の違いや誘電率の違い、電子軌道の違いなど、いくつかの仮説に対して検証を行う。色素と電解質中のカチオンとの相互作用に関しても酸化物による影響も踏まえて詳細に検討していく。測定方法の開発は他の研究項目の進展状況を優先する中で、開発する。有機色素の1つであるD35は特に酸化チタン以外の酸化物で開放電圧の向上に対して高い効果があるが、その理由と、設計指針の作成に引き続き取り組む。色素増感太陽電池(DSC)は一般的に酸化チタンを用いて作製されるが、その他の酸化物半導体を用いても作製することができる。しかしその他の酸化物を用いた色素増感太陽電池の性能は一般的に低い。一方で3次元的に広がる構造を持つ特定の色素(D35)と酸化亜鉛とコバルト錯体レドックス対を用いたDSCでは酸化チタンを用いたDSCよりも開放電圧が高くなることが分かっている。またその他にも酸化物ごとに電子移動特性が異なることを示唆する結果が得られている。そこで本研究ではTiO2を比較対象にしてWO3、ZnO、SnO2、In2O3ナノ粒子から作製された半導体電極を用いたDSCにおける電子移動機構の解明を行い、酸化物全てに適用できるナノ粒子酸化物半導体/有機分子/電解液界面における電子移動モデルを構築する。H29年度ではダイオードレーザーを用いた過渡吸収測定装置の開発、酸化亜鉛と酸化スズ電極に対して様々な構造を持つ色素を用いて作製したDSCにおける色素構造と太陽電池性能の相関の確認、色素構造と酸化状態色素の還元速度の関係の解明、色素の吸着角度と酸化状態色素の還元速度の関係の解明、新規色素の設計と合成を行った。

その結果、新規測定装置に関しては開発上の課題が明らかになり、高い開放電圧が得られる色素に求められる条件に関しては実験結果からいくつかの仮説が得られ、酸化状態色素の還元速度に与えるパラメータとしてはカップリングの寄与がかなり大きいことが分かり、仮説を検証するための色素の合成に成功した。酸化状態色素の還元速度を測定するためには一般的にはナノ秒パルスレーザーを用いて酸化状態色素の過渡光吸収を測定するが、装置が大掛かりである。そこで小型ダイオードレーザーを2台用いた測定方法の開発を行った。過渡吸収の測定はできることを確認したが、酸化チタン中の電子による吸収の影響が大きく、現在酸化状態色素による吸収と区別する方法を試行している。酸化亜鉛と酸化スズ電極に対しては、様々な構造を持つ色素を用いて色素増感太陽電池を作製したところ、D35を超える開放電圧は得られなかったが、酸化亜鉛電極とコバルト錯体レドックス対を用いて開放電圧が0.86V、外部量子効率が80%以上得られる色素が見つかった。また酸化チタンとは異なり、酸化亜鉛電極を用いたDSCでは色素によって酸化亜鉛の伝導帯電位が大きく変化することが示唆され、高い開放電圧と相関のあるパラメーターが見えてきた。DSCにおいて酸化状態色素の還元速度は太陽電池の性能に大きく影響を与えるが、色素構造と還元速度の関係は不明確な点が多い。そこでまず酸化チタンと系統的に構造が異なる色素を用いDSCを作製してコバルト錯体による還元速度を測定したところ、還元速度は分子間の接触可能面積の大きさに依存し、その面積は色素の構造と大きさ、また色素の吸着密度に依存することが分かった。色素の吸着角度に関しては、一般的に考えられてきた酸化物の表面に平行に吸着している色素の還元速度が速いとは限らず、電解質などに大きく影響されることが分かった。色素に関しては電解質との相互作用が異なることが期待されるルテニウム錯体とメタルフリー有機色素を合成した。色素増感太陽電池(DSC)は一般的に酸化チタンを用いて作製されるが、酸化チタン以外の酸化物を用いても作製することができる。酸化亜鉛は多孔質電極の形状を制御することが比較的容易であり、酸化スズや酸化インジウムなどは酸化チタンよりも伝導帯電位が正側に位置しており、長波長光を吸収する色素に有効である。一方で酸化チタン以外の酸化物を用いたDSCのエネルギー変換効率は低く、その改善方法は明らかになっていない。その理由として酸化チタンを用いたDSCにおける電子移動機構はかなり明らかになっているが、その他の酸化物に対しては測定データも少なく、モデル化できていない。本研究では酸化チタンと比較するすることでその他の酸化物半導体に対しても電子移動機構を解明することを目的としている。H30年度では4種類の酸化物(酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム)、3種類の色素、2種類の電解質の組み合わせでDSCを作製し、伝導帯電位と電子寿命を測定し、電解質に用いるカチオンの影響について詳しく調査した。また電荷分離に関連して、酸化状態色素の還元速度を酸化チタンと酸化亜鉛に対して、異なる色素と異なる半導体電極の作製条件の影響について調べた。
血管内皮細胞の純培養と血管系の分化機構の研究

研究目的:現在癌以外の主要な死因,脳疾患および心疾患,は動脈硬化と密接に関係している。内皮細胞は、透過性,血圧,抗血栓など重要な機能を司っている大切な細胞であり、その傷害や破綻は、血栓や動脈硬化など血管の初期病変の基となると考えられている。そこで、内皮細胞の純培養方法の確立と細胞株の樹立を行い、これらの細胞を用い、血栓防止の分化機能の発現とこれを修飾する因子の解析,細胞老化や細胞傷害と分化機能変化との関係等を調べ、生体内での意義を考察する。研究成果:ウシ大動脈内皮細胞は、培養下で有限の寿命(110代)を示した。プロスタサイクリン(PG【I_2】)産生能やトロンボキサン【A_2】産生能などの細胞老化に伴う変化については報告した。細胞表面陰性荷電(同じ陰性荷電をもつ血小板の付着を防ぐ)は、細胞老化とともに徐々に低下した。細胞老化に伴う膜構成成分の質的・量的変化については、シアル酸は変らず、ヘパラン硫酸は増加し、ヒアルロン酸およびコンドロイチン硫酸は減少していた。これらの結果は、細胞老化に伴う細胞増殖能の低下に細胞膜が関係していることを強く示唆している。ブタ大動脈内皮細胞は、それまで26細胞株を樹立しているが、そのうちの一つであるPAE-20細胞は、継代数81代付近で自然形質転換をおこすが、染色体異常はminorであり、安定したphenotypeをもつpermanentdiploid cell lineである。この細胞のPG【I_2】産生能や細胞表面陰性荷電は継代数231代までほとんど変らず、また第八因子抗原もすべての細胞が保持しており、染色体異常による変化は見られない。ヒト血管内皮細胞については、臍帯より樹立した5株は、いずれも有限の寿命(3050代)を示した。これらの細胞の増殖には、ECGS(F)かFGFが必要であった。ヘパリンは、ECGSの存在下で増殖を促進するが、PG【I_2】産生を有意に低下させた。今後は、さらにヒト生体内血管内皮細胞,特に微少血管内皮細胞の樹立を行う予定である。
実態調査に基づいた地域が協力し易く安全も確保した放課後子ども教室の空間モデル構築

放課後子ども教室は、放課後の学習支援・居場所となる一方で、魅力的なあり方が問われている。本研究は松江市4小学校への実態調査から、拠点室を含めた全活動場所の活動状況等を明らかにした。拠点室は特別教室や多目的教室の利用、専用室によって設けられている。スタッフ当りで少人数の児童を支援し、静的活動と動的活動の人数比は半々程度で、安全が確保された遊びと学習を提供している。複数の活動室や大きな多目的室・専用室を確保すれば、学年や活動別の小さなグループによる使い分けができる等も明らかにした。本研究は、「放課後子ども教室」が全国で整備される中で、実態調査によって、学習設備の状況、子どもの活動内容などの状況を明らかにすることを目的としている。将来的な展望としては、既存校舎の状態別整備モデルの構築、および専用室のモデルの構築を目指している。平成21年度に調査した島根県松江市は、地方都市の中でも積極的に展開する地域であり、特に校舎の一部を活用する事例を持つため選定した。松江市の整備状況は、21年4月時点で市内34校中16校が放課後子ども教室を実施し、この内8校が学校を利用し、残り8校は公民館等を利用している。調査対象校は、週内の複数日で子ども教室を実施し活発に取り組んでいる3校の中から、子ども教室の拠点室の配置および設置方法の異なる2校(特別教室利用1校+専用室設置1校)を対象とした。実施調査は、各室の家具レイアウト図の上に、2度ずつ15分毎の活動内容プロット調査を行い、児童とスタッフの位置と活動内容、使用家具を記入した。実態調査データを分析した結果、松江市では公民館が運営主体となって、スタッフ1人当り3から6名程度の少人数で遊びを主体としている。拠点内では女子児童を中心として宿題や家具を利用する活動も実施され、スタッフによる安全が確保された遊びと学習の両面の時間と場所を提供している事が分かった。さらに、家庭科室を拠点とするTI小のメリットは、拠点が中庭や体育館などと近いため、子どもがスムーズに多様性な学校施設を利用できている。デメリットは、授業が延びた場合に集合場所がなくなるケースが見られた。専用室を用いるNA小のメリットは多くあり、授業の影響を受けることが無く、物品も自由に置け、気兼ねなく動的活動もできている。デメリットとまでは言えないが、専用室を持つがゆえに学校施設が利用されにくい様子も伺えた。本研究は、「放課後子ども教室」が全国で整備される中、実態調査によって、学習設備の状況、子どもの活動内容などの状況を明らかにすることを目的としている。既存校舎の状態別整備モデルの構築、および専用室のモデルの構築も目指している。平成21年度から22年度に調査した島根県松江市は、子ども教室の全小学校での開設を目指し、特に校舎の活用例を多く持つため選定した。H22年4月時点では市内34校中26校で学童保育(児童クラブ)を実施し、20校で子ども教室を実施している。この内で15校は両方を実施している。子ども教室の20校の内で11校が学校を利用し、その他は公民館等を利用している。22年度の調査対象は、2階多目的教室を拠点とする1校と、1階多目的ホールを拠点に他の2室も利用する1校の計2校を対象とした。実施調査は、各室の家具レイアウト図を使った15分毎のプロット調査を2度ずつ行い、児童とスタッフの位置と活動内容、使用家具を記入した。21年度調査校とも合わせた計4例を詳細に分析した結果、静的活動と動的活動の比率は3:7から5:5で、スタッフ1人当り児童39名程度の少人数で支援し、安全の確保と遊びと学習の両面の時間と場所を提供する事が分かった。活動や室の選択は性差も影響し、男子は屋外や動的を好み、女子は拠点での宿題や家具・道具の利用が多い。今後の校舎の整備時には子ども教室の開設を見越し、(1)静的と動的の両方の活動の場を用意する必要があり、拠点は図書室や屋外とつながりの良い場所に配置すれば多様な活動に対応できる。(2)拠点を含めて複数の優先利用できるスペースの確保によって、授業の延長で拠点を利用できなくなる等の問題を防ぎ、学年や活動別の使い分けもできる。(3)児童数に対応した広さ、スタッフの見守り易さ、静的と動的に対応した床仕上げ、かばん等の私物や教材の収納等も計画することが求められる。本研究は、「放課後子ども教室」が全国で整備される中、実態調査によって、学習設備の状況、子どもの活動内容などの状況を明らかにすることを目的としていた。実態を調査した島根県松江市は、子ども教室の全小学校での開設を目指して全国でも先進的に展開し、ここでの知見は人口規模的に多くの地方都市の子ども教室の展開に活用できるため選定した。

市教育委員会へのヒアリング調査では、平成22年4月時点で松江市内34校中26校で学童保育(児童クラブ)を実施し、20校で子ども教室を実施している。この内15校は学童保育と子ども教室の両方を実施している。学校施設を利用して子ども教室を行う11校の内で円滑に運営され、拠点室の整備方法が異なる4校を選定し、全活動空間へのプロット調査を複数回実施した。最終年度は上記データの詳細分析と共に、追加調査を実施しながら調査校の全国的な位置付けを明らかにし、活動の分類への考察、拠点室の配置および設置方法別の知見をまとめた。また、最終年度には日本建築学会の査読論文として2編を発表し、今後の拠点整備の際に留意すべき以下のような要点を明らかにした。今後の校舎整備の際には子ども教室の開設を見越し、1.児童が静的と動的の両方の活動ができる場を用意する必要がある。両方に対応した床仕上げ、かばん等の私物や教材の収納等、実際の運用を想定し計画する。2.拠点室は点呼・集合場所であると共に、宿題支援・会話・家具を使用した活動も行える空間として、屋外からアクセスし易く、十分な広さを持つ室として整備する。図書室や屋外スペースとつながり良く配置すれば多様な活動に対応できる。3.授業・行事や地域開放に対し優先的に拠点として利用できる室・スペースを確保できれば、授業などの延長で拠点を利用できなくなる等の問題を防ぐことができる。拠点室を複数確保できれば、学年の高低別や活動内容別の使い分けも可能になる。
水蒸気を直接の駆動源とする船舶推進装置の性能向上に関する研究

高速度カメラによりノズル内流れを観測し、これまで考えていた気泡と水が混合した流れではなく、気相と液層が分離した流れであり、高圧空気の噴出部下流の気液界面に大きな振幅をもつ波が現れる。この波の頂部がノズル上面に近付くことにより空気の流路が遮断され、その上流部の圧力が増加し、水を下流へと加速する構造が明らかとなった。この流れの条件は、圧力の上昇のタイミングが早すぎる事によるが、運転条件の適正化に対する指針が得られた。もっとも極端な場合として、高圧空気を断続的に噴出する方法であるが、この場合ノズルの推力自体は連続的に噴出する場合よりも小さいが、空気の噴出時間をベースに換算し直すと、その推力が増加することがわかった。ノズル内の圧力分布の履歴を測定し,上記ノズル内流れの構造を確認した.すなわち,ノズル内の界面に現れる波の前方は圧力が高い.しかし詳細な測定では波直前の位置でもっとも高く,それより上流では圧力が下がっていることが確認された.これらのことからノズル内での水の加速は,乱流混合に依るのではなく,空気により直接水塊を加速しており,損失の少ないメカニズムであると考えられる.数値シミュレーションにおいては、2種類の粒子を用いた差分格子ボルツマンモデルにより、ノズル内2相流れを計算した。その結果噴出した気相と液層の界面に、観測で得られた波動が生じ下流へと流れていくことが確認された。またノズル内の圧力変動は、この波動と連動しているようであるが、必ずしもそれらの相関はすべての場合に対して高くはない。この事実は実験的に検証が必要である。ただ波の形成に同期して、噴出気流の揺動がみられることなど、流れ場全体として定性的には実験結果と良い一致を示し、計算によるシミュレーションを注意深く調べることにより、ノズル内流れの知見を得ることが可能であることがわかった。また気液の密度比は約800であり,この大きな密度比に対応するモデルの駆逐を試みた.現時点では単相において30倍程度の密度変化を実現することができた.圧縮性流体の安定でかつ比熱比を多原子気体にまで拡張しうるモデルの提案を行った.高速度カメラによりノズル内流れを観測し、これまで考えていた気泡と水が混合した流れではなく、気相と液層が分離した流れであり、高圧空気の噴出部下流の気液界面に大きな振幅をもつ波が現れる。また気液の密度比は約800であり,この大きな密度比に対応するモデルの駆逐を試みた.現時点では単相において30倍程度の密度変化を実現することができた.圧縮性流体の安定でかつ比熱比を多原子気体にまで拡張しうるモデルの提案を行った.本年度は、高圧空気およびボイラーで発生させた蒸気を、2次元半開釣り鐘型ノズルに設置した金属パイプの小孔より水中に噴出し、発生する推力を測定し、流れの観測と併せて推力発生のメカニズムを探った。まず、推力、蒸気流量その他パラメータを、パーソナルコンピュータにより処理するシステムを完成した。これにより、測定結果をこれまでより正確に評価することが可能になった。今年度購入の高速度ビデオを用いたノズル内流れ撮影と推力の測定とにより、以下のことがわかった。まず高圧の空気を注入した場合、これまでの観測では気泡流れと水流が、分離して流れているように見えていたが、高速ビデオ撮影により、空気の噴流は高い周期で方向が上下にふれていることが明らかになった、これはノズル先端部の圧力が高まると、噴流を押し下げ、圧力が下がると噴流の方向が上向くという自励振動であろうと考えられる。これにより、ノズルへの適度な水流の流入が起こっていることがわかった。これと同じ効果として、空気を間欠的に噴出すると同様の流れができ、空気の流量を考慮すると推進効率が増加することがわかった。蒸気を用いた場合は、ノズル内にはほとんど蒸気相の領域が見られなかった。しかし水流の流速は上がっており、推力は高いことがわかった。

流れの詳細はPIV法により、追って検討する。ただ蒸気の勢いは、予想していたよりも小さく、再度加熱する必要があるかもしれない。来年度は、ノズル内の6点での圧力の時系列データをとり、流れの可視化で確認した振動流、また圧力波の伝播の様子、蒸気を用いた場合のノズル内の圧力上昇などを明らかにし、ノズル性能向上の指針を得ることを目指す。また本年度モデルの構築を目指していた、格子ボルツマン法による数値解析により、相変化をも含めたノズル内流れ全体を把握する事を試みる。本年度、高速度カメラによりノズル内流れを観測し、これまで考えていた気泡と水が混合した流れではなく、気相と液層が分離した流れであり、高圧空気の噴出部下流の気液界面に大きな振幅をもつ波が現れる。この波の頂部がノズル上面に近付くことにより空気の流路が遮断され、その上流部の圧力が増加し、水を下流へと加速する構造が明らかとなった。この流れの条件は、圧力の上昇のタイミングが早すぎる事によるが、運転条件の適正化に対する指針が得られた。もっとも極端な場合として、高圧空気を断続的に噴出する方法であるが、この場合ノズルの推力自体は連続的に噴出する場合よりも小さいが、空気の噴出時間をベースに換算し直すと、その推力が増加することがわかった。数値シミュレーションにおいては、2種類の粒子を用いた差分格子ボルツマンモデルにより、ノズル内2相流れを計算した。その結果噴出した気相と液層の界面に、観測で得られた波動が生じ下流へと流れていくことが確認された。またノズル内の圧力変動は、この波動と連動しているようであるが、必ずしもそれらの相関はすべての場合に対して高くはない。この事実は実験的に検証が必要である。ただ波の形成に同期して、噴出気流の揺動がみられることなど、流れ場全体として定性的には実験結果と良い一致を示し、計算によるシミュレーションを注意深く調べることにより、ノズル内流れの知見を得ることが可能であることがわかった。本年度ノズル内の圧力分布を計画していたが、実験室の改装があり実施が不可能になったので、来年度早々に実施する予定である。本年度、実験的研究においてノズル内流れの非定常性を詳細を調べた。ノズル上壁に沿って6点での圧力の履歴を測定し、同時に高速度カメラでの流れの撮影を行った。その結果ノズル内の気液界面に現れる界面波は、極めて規則的な周波数で現れて下流へと流れてゆく。それに応じてノズル内の圧力分布も周期的に変化する。界面波が生じたとき、波の上流は圧力が上昇し、それにより水塊が下流へと加速されることが明らかとなった。また空気を断続的に噴射した場合、連続的に噴射した際の、界面波周期の約2倍の周期で出した場合には、圧力においては旬出した時間ないには連続的噴出とほとんど同じパターンが現れ、界面波の周期と近いものはかなり複雑な圧力のパターンが見られた。効率では、界面波の周期に近い周期で断続的に空気を噴射した場合が最も高かった。数値シミュレーションにおいては、2種類の粒子を用いた差分格子ボルツマンモデルにより、ノズル内流れのシミュレーションを行うための準備として、気液の密度比(約800)を実現するモデルの開発を行った。
金属酸化物よりなる固体超強酸の合成

1.最近、超強酸触媒として硫酸化ジルコニアが取り上げられ、多くの研究報告がある。更にこのものにPt,Feなどの金属添加超強酸の報告も増加しており、Ptの他にIrなどの貴金属を大量に添加した新しい触媒も合成された。今年度はこれら超強酸の反応性を中心に検討した。2.n-ペンタンの異性化反応は、逐次的に進行し、時間と供にi-ブタンが主生成物となる。共存物質としてはH_2、N_2、エタン、n-ブタン、メチルシクロペンタンを用いた。n-ブタン共存下では、i-ブタンやヘキサン類は得られず、骨格異性化のみが選択的に進行した。メチルシクロペンタン共存下でも同様の結果を得た。共存させたn-ブタンは全く反応しなかった。3.n-ブタンの異性化では誘導期が観測される。活性化エネルギーは、誘導期では13.0Kcal/mol、終了後では8.7Kcal/molであることから誘導期前では単分子反応、後では一級カチオンを経由しない二量化カチオン中間体の2分子的な反応が起きている。4.気相系でのイソブタンによる1-ブテンのアルキル化反応を行ない、C_8アルキレートへの活性、選択性及び反応機構、等について検討した。酸強度の強い触媒ほどTrimethylpentane(TMP)の生成量は高い値を示したが、酸量の多い触媒では副反応であるクラッキングによるC_5C_7生成物が多く生成したためC_8選択率は低かった。SO_4^<2->/Fe_2O_3にほとんど活性が無いことから、この条件下ではH_0=-13よりも強い酸強度を必要とすると考えられる。SO_4^2-/ZrO_2にFe、Ptなどの金属を担持したものは比較的に高活性であったが、Fe、Snを担持したものではC_5C_7が多く生成し、Mn/SO_4^<2->/ZrO_2ではほとんどC_8Paraffinが得られなかった。すべての触媒は、C_5C_7、C_8paraffin、C_8olefinの順に短時間で失活したが、Pt/SO_4^<2->/ZrO_2は比較的長い時間活性を維持した。