hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ボーキサイト採掘による大気、水、土壌圏の水銀汚染と将来的な水銀溶出リスクの評価

本研究では、以下の3つの観点から研究の実施を予定している。1:可溶態水銀を高効率に抽出できる循環型土壌水銀抽出装置の開発2:1を用いた採掘土壌及び周辺の河川底泥中の水銀の溶出可能性評価3:ボーキサイト採掘地周辺の河川水などの水銀の測定を行い、採掘地周辺の水銀の環境動態を明らかにする。さらに、パハン大学及びパハン州都市計画局と連携し、水銀の分布及び溶出リスクマップを作成することで水銀の環境中への溶出リスクを明らかにする。最終的に、水銀汚染の低減・防止策に資するガイドラインの提案を目指す。1本研究において中核となる土壌中の水銀の循環型抽出装置の設計、組上げ及び最適化(抽出溶媒循環速度、土壌充填量、抽出溶媒濃度、抽出溶媒種類など)に関する実験が順調に進行しており、2019年6月22日-23日に広島県で行われる第25回中国四国支部分析化学若手セミナーにおいて発表が予定されている。2現地における調査としては、2018年9月に2週間のマレーシアでの現地調査が実施された。調査地域において約20か所のボーキサイト採掘地からの土壌採取を行い、水銀を含む重金属類の測定がおこなわれた。現在は調査地及び採掘地周辺の河川における基礎的な水圏環境情報を纏めた論文の執筆を行っており、今年度は3に示す、ボーキサイト採掘地周辺の河川水などの水銀の測定についても実施する。加えて、以上の測定情報に基づき、土壌における水銀の分布及び溶出リスクマップを作成することで水銀の環境中への溶出リスクを明らかにする。研究実績の概要に示すように、1:可溶態水銀を高効率に抽出できる循環型土壌水銀抽出装置の開発、2:1を用いた採掘土壌及び周辺の河川底泥中の水銀の溶出可能性評価、3:ボーキサイト採掘地周辺の河川水などの水銀の測定と、採掘地周辺の水銀の環境動態の解明については、順調に研究が進行している。1に関しては、上述した2019年6月に広島県で行われる第25回中国四国支部分析化学若手セミナーにおいて、装置の設計及びその概要、抽出精度などに関する発表が予定されていることからも研究の進捗が見て取れる。2現地における調査としては、2018年9月にマレーシアでの現地調査が実施され、約20か所のボーキサイト採掘地からの土壌採取を行い、水銀を含む重金属類おおまかな分布の把握に成功しており、今年度は継続した分布状況の詳細な把握を実施し、リスクマップの詳細化を行う。3に関しては、調査地及び採掘地周辺の河川における基礎的な水圏環境情報を纏めた論文の執筆していることからも、最終年度に向けた水銀汚染の低減・防止策に資するガイドラインの提案へ着実に研究が進捗しているものと考えられる。今後の研究に関する予定としては、2019年8月9月にかけて、3名のスタッフでの2週間の現地調査を予定しており、2018年に調査を行ったボーキサイト採掘地での土壌試料の再採取に加え、新たな採掘地における訴状採取を実施し、リスクマップ作成に関する情報の拡充を行う。その際には、現在、開発及び調整を行っている、循環型水銀抽出装置を現地へ持ち込み、効率的な土壌試料からの水銀抽出を実施する。また、周辺地域の河川水の調査を実施し、土壌からの水銀の溶出挙動に関する評価に関しても調査範囲を広げ、可能であれば、河川低泥の採取と低泥質中のボーキサイトに関連する土壌の存在確認による採掘土壌の流入の実証に関する情報の収集も実施する。

研究実績の概要に示すように、1:可溶態水銀を高効率に抽出できる循環型土壌水銀抽出装置の開発、2:1を用いた採掘土壌及び周辺の河川底泥中の水銀の溶出可能性評価、3:ボーキサイト採掘地周辺の河川水などの水銀の測定と、採掘地周辺の水銀の環境動態の解明については、順調に研究が進行している。1に関しては、上述した2019年6月に広島県で行われる第25回中国四国支部分析化学若手セミナーにおいて、装置の設計及びその概要、抽出精度などに関する発表が予定されていることからも研究の進捗が見て取れる。2現地における調査としては、2018年9月にマレーシアでの現地調査が実施され、約20か所のボーキサイト採掘地からの土壌採取を行い、水銀を含む重金属類おおまかな分布の把握に成功しており、今年度は継続した分布状況の詳細な把握を実施し、リスクマップの詳細化を行う。3に関しては、調査地及び採掘地周辺の河川における基礎的な水圏環境情報を纏めた論文の執筆していることからも、最終年度に向けた水銀汚染の低減・防止策に資するガイドラインの提案へ着実に研究が進捗しているものと考えられる。今後の研究に関する予定としては、2019年8月9月にかけて、3名のスタッフでの2週間の現地調査を予定しており、2018年に調査を行ったボーキサイト採掘地での土壌試料の再採取に加え、新たな採掘地における訴状採取を実施し、リスクマップ作成に関する情報の拡充を行う。その際には、現在、開発及び調整を行っている、循環型水銀抽出装置を現地へ持ち込み、効率的な土壌試料からの水銀抽出を実施する。また、周辺地域の河川水の調査を実施し、土壌からの水銀の溶出挙動に関する評価に関しても調査範囲を広げ、可能であれば、河川低泥の採取と低泥質中のボーキサイトに関連する土壌の存在確認による採掘土壌の流入の実証に関する情報の収集も実施する。マレーシアにおける調査において、研究協力を得られることとなった現地大学であるUniversiti Malaysia Pahangにおいて、実験施設の一部を高知大学側の実験環境として無償利用が可能となり、それによる一部予定金額の翌年への繰越が生じた。そのため、本年度の海外調査においては、日本から調査に参加する人員を増やし、モニタリングにおける調査範囲、測定試料数及び測定効率に関する拡充を図る予定である。
繰り返し遷移が必要なモンテカルロ法の漸近理論

繰り返し遷移が必要なモンテカルロ(ITRMC)法の漸近的性質を研究した。とくにベイズ統計学におけるITRMC法の研究を行い、モンテカルロ法の退化性、弱一致性といった概念を定義した。応用として混合モデルや、カテゴリカル解析でのベイズ事後分布の解析を行い、これらに適用されるITRMC法が退化するものの弱一致性を持つことを示した。それを利用してより高速なモンテカルロ法を提案し、実際に数値計算で高速化を達成することを示せた。こうした改善手法は従来の手法では正当化されず、また直感的議論では発見しにくいため、本研究のアプローチで初めて可能になった。マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法は,使いやすいが理論的な解析が難しい数値計算手法である.従来の解析手法に限界を感じ,私は本課題での採用前の研究でMCMC法に弱収束性を適用し,一致性の概念を定義した.本年ではMCMC法のさらに深いふるまいを記述するため,一致性より弱い概念である弱一致性を混合モデルや二項モデルに適応し,収束性を示した.技術的にはLe Camや,IbragimovとHasminskiiにより整備された漸近統計理論と,非正規の漸近論および確率過程の収束理論を用いた.これらの理論で得られた帰結は従来のMCMC法の解析手法では得難いもので,弱収束のアプローチの意義を示すものである.また,通常は弱一致性しかないMCMC法が使われているモデルに対して,より良い手法を提案し,一致性によって正当性を示せた.このアプローチは,他の様々なMCMC法の正当性を示す指針になると期待される.繰り返し遷移が必要なモンテカルロ法に対し、ω退化性の概念を導入し、(b)複数の手法の比較や(c)新しい手法の提案を行った。昨年度までに一致性の概念や弱一致性の概念を考案し、様々なモデルに適用してきた。一致性=良いふるまい、弱一致性=それに劣るふるまい、に対応する。技術的に弱一致性を示すことはしばしば困難なため、本年では弱一致性を含めた広い概念、退化性を導入した(a)。退化性の必要十分条件を検討し、とくに正則なモデルではフィッシャー情報量によって退化性が記述され、多くの文献の(証明、定義なしの)主張を裏付けるものである。例としてc個の離散値をとるモデルにたいするモンテカルロ法を解析し、c=2のとき、一般に用いられている手法Data augmentation(DA)とMarginal augmentation(MA)手法を比較すると、前者は退化性、後者は一致性を持つため、後者がより優れていることを確認した。これは一般に信じられているものの理論的確認に過ぎない。一方、c>2のとき、どちらも退化していていることを示せたが、こちらは従来のアプローチなら示すことが極めて困難な事実である(b)。以上の(a,b)をまとめて投稿中である。またさらに進んで任意のcに対して一致性を持つモンテカルロ法を考案し、従来手法を劇的に改善することを数値実験でも示せた(c)。関連した理論的結果とともに(c)も投稿中である。またパリ市のCentre d'Etude du Polynorphisme Humain研究所に一か月滞在し、次世代シーケンサーのデータを解析した。正常細胞と比較してがん細胞は染色体のきわめて長い区間で増幅や欠損させることを利用して、がん細胞と正常細胞の分離、またがん細胞の分類を行った。解析は正規混合モデルや隠れマルコフモデルなどITRMC法の主な適用分野である欠損データ解析にあたり、従来手法の組み合わせを用いた。まだ論文とはなっていないが、現在も日本からデータを解析中である。
蝸牛explantを用いた蝸牛有毛細胞死の機序の解明とその予防に関する研究

成熟モルモットを麻酔・消毒後、滅菌操作で断頭し、側頭骨を摘出、実態顕微鏡下に蝸牛と前庭に分け、CO2インキュベーターに入れて培養した。その後1日-7日間培養し、固定してsurface preparationおよび透過電顕にて観察した。蝸牛においては培養2-3日以内に有毛細胞は死滅し、支持細胞も変性した。ただし、1-2日目の透過電顕の所見ではscar formationが見られ、一部支持細胞表面に有毛のような構造が見られた。前庭では有毛細胞の変性は蝸牛より遅く7日間の培養でも正常に近く保たれた。蝸牛・前庭どちらにおいても神経線維の脱落が培養初期より認められた。はじめはfree radical scavenger等の投与により有毛細胞死の防御を予定していたが、すでに同様の実験での報告がなされたため、この実験系を用いて遺伝子導入が可能か検討した。LacZ遺伝子を組み込んだアデノウィルスベクターを投与し、その発現を見たところ、蝸牛ではmesothelial cell以外に血管条、ラセン神経節、Deiters cellやpillar cellなどの支持細胞、外有毛細胞にLacZ遺伝子の発現が見られた。前庭では有毛細胞および支持細胞にLacZ遺伝子の発現が見られた。今後は神経賦活因子や再生関連遺伝子を組み込んだベクターの投与を行なう予定である。蝸牛(モルモット)を摘出し、頂回転に小孔を開けてそのまま培養液につけて、細胞死の状態を経時的に観察した。培養液の為か、感染も多く、安定した結果を得にくく、今年度末になりようやく一定の傾向を得ている.その結果12日目には外有毛細胞の変性、脱落が起こり、3日目以降には全細胞が変性するというものであった.12日目の結果にsample間の差が大きく、現在microgrovity systemの導入による細胞死に要する期間の延長を考えている。Sample間のばらつきが無くなったのち、細胞死誘発因子の投与、neurotrophic factorやfree radical scavengerの投与を考えている.一方in vivoでは遺伝子治療の導入法を確立し、又GDNFやfree radical scavengerの蝸牛障害予防について、報告した.特にGDNFを組みこんだアデノウイルスベクター投与により音響障害や耳毒性からの内耳障害が軽減できることを示した.蝸牛explantの系が確立したのち、このベクターを投与して有毛細胞死が予防できるか検討する予定である.成熟モルモットを麻酔・消毒後、滅菌操作で断頭し、側頭骨を摘出、実態顕微鏡下に蝸牛と前庭に分け、CO2インキュベーターに入れて培養した。
超弦理論量子動のダイナミクス解明への可解模型からのアプローチ

研究の背景:近年のAdS/CFT対応の研究において、その可積分構造は重要な役割を果たしてきた。実際、対称性や可積分性といった少数の数学的な要請から決定されたスヒン鎖模型から、ゲージ理論あるいは弦理論における摂動計算の結果を再現できる。研究の内容:この現状を踏まえ、本研究ではAdSICFT対応の可積分変形について考えた。本研究において、我々は弦理論側から可積分変形を考えた。昨年度までの研究では比較的単純な3次元球面(または3次元AdS空間)に限定して、その可積分変形を議論してきた。本年度は、これまでの3次元の場合の結果を一般化する事でAdS5xS5上の超弦理論に対する可積分変形(q-変形)を議論した。symmetric cosetを標的空間とする非線形シグマ模型のq-変形は(modified)classicalYang-Baxter方程式((m) CYBE)の解に基づいて、記述できることが知られている。特にmCYBEの解はstandardなq-変形に対応する一方で、CYBEの解はJordanian変形に対応する。これは3次元球面(=SU(2)群多様体)の場合の任意の群多様体およびsymmetriccosetへの自然な拡張になっている。AdS5xS5上の超弦理論はsemi-symmetricceset上の非線形シグマ模型であることから、symmetriccosetの場合の議論を拡張する事によって、AdSsxS5上の超弦理論に対してもstandardなq-変形が議論できる事が示された。我々は彼らの結果をJordanian変形の場合に拡張する事に成功したeJordanian変形の場合、standardなq-変形よりも標的空間の幾何は簡単であり、比較的容易にIIB型超重力理論への埋め込みが可能である。実際、もっとも単純なタイプのJordanian変形したAdS5xS5がIIB型超重力理論の重力解となっていることも示した。以上の研究に加えて、昨年度に引き続き、3次元球面および3次元AdS空間の可積分変形に関する研究にも進展があった。まず3次元Schrodinger時空を標的空間とする非線形シグマ模型において、2組のYangian対称性が非自明な形で実現されていることを示した、(シグマ模型はSL(2, R)LxU(1)R対称性を持っている。片方のsl(2, R)L YangianはSL(2, R)Lの無限次元拡大として得られる。U(1)Rは非局所対称性として一旦SL(2, R)Rに拡大し、さらにsl(2, R)R Yangianにまで拡大する。)また3次元squashed球面を標的空間とするWess-Zumino-Novikov-Witten模型における隠れた対称性を議論した結果、Uq(su(2))対称性をさらに1パラメータ変形したexoticな無限次元対称性が実現されていることが分かった.これに加えて、3次元Schrodinger時空を標的空間とする非線形シグマ模型に関する研究にも進展があった。昨年度の研究では、warpedAdS3の場合と同様に、二種類の可積分構造を持つことが示されていた。今年度は、それぞれの可積分構造に付随した無限次元対称性の構成、および二種類の可積分構造の間の関係を議論した。今まで非線形シグマ模型に対して行ってきた解析を実際にAdS5xS5上の超弦理論に適用し、その可積分変形を議論することができたため。我々の得た結果は、今後AdS/CFT対応の可積分変形を考える上での重要な一里塚になることが期待される。Yang-Baxterシグマ模型に基づくAdS5xS5上の超弦理論の可積分変形、という方向性の研究は始まったばかりである。現時点で、具体的に重力解として構成された例は、う我々の構成した解しか存在しない。様々な具体例を積み上げることで、AdS/CFT対応の可積分変形に関する知見を積み上げることが今後の課題である。研究の背景:近年のAdS/CFT対応の研究の中で、その背後にある可積分構造の重要性が明らかになってきた。対称性や可積分性等の要請から決定されたスピン鎖模型を用いて、超対称ゲージ理論や超弦理論における摂動計算の結果を再現することができる。研究の内容:この現状を踏まえて、本研究では可積分構造を保存するAdS/CFT対応の変形を考える。特に我々は3次元AdS空間の変形であるwarped AdS3を考え、その上を運動する非線形シグマ模型を議論した。この模型は三角型の可積分模型として記述されることが以前より認識されていた。今回の研究で、我々はこのシグマ模型が有理型の可積分模型としても記述できることを示し、古典可積分構造に対して2通りの見方が存在することを示した。この性質は"hybrid integrability"と呼ばれるべきものである。またwarped AdS3の場合の解析を応用することで、3次元Schrodinger時空上を運動する非線形シグマ模型の古典可積分構造も議論した。このシグマ模型もまたhybridな古典可積分構造を持つことが明らかとなった。研究の意義:有理型の記述は三角型の記述と比べて取り扱いが容易であり、より多くの解析方法が確立されている。有理型の記述が発見されたことで、この模型に対する解析が一層進むことが期待される。またSchrodinger時空上のシグマ模型はAdS/CFT対応を用いて物性系を考える際に頻繁に現れる。この模型の可積分構造を明らかにしたことで物性系への応用に関しても進展が期待される。

研究の背景:近年のAdS/CFT対応の研究において、その可積分構造は重要な役割を果たしてきた。実際、対称性や可積分性といった少数の数学的な要請から決定されたスピン鎖模型から、ゲージ理論あるいは弦理論における摂動計算の結果を再現できる。研究の内容:この現状を踏まえ、本研究ではAdS/CFT対応の可積分変形を考えた。昨年度に引き続き、squashed S3上を運動する非線形シグマ模型について議論した。昨年度、我々は「このシグマ模型の可積分構造には有理型および三角型の二種類の記述が共存する」事を示した。有理型の記述を反映し、この理論にはヤンギアン対称性が存在する。一方で、三角型の記述を反映した無限次元対称性(量子アファイン対称性)は議論していなかった。我々は量子アファイン対称性の電荷を具体的に構成し、二種類の可積分構造のアンバランスを解消した。また、二種類の可積分構造の間の関係も議論した。シグマ模型の可積分性はラックス対により特徴づけられ、その積分形はモノドロミー行列と呼ばれる。系の無限次元対称性はモノドロミー行列をスペクトルパラメータについて展開する事でも得られる。このシグマ模型には有理型・三角型の各々の記述に伴うモノドロミー行列が存在する。上述のヤンギアン対称性および量子アファイン対称性が、有理型または三角型のモノドロミー行列の一方のみから得られる事が分かった。これに基づき、我々は有理型および三角型のモノドロミー行列が(スペクトルパラメータ間の適当なマップを用いて)ゲージ変換で移り合う事を示した。またスペクトルパラメータのリーマン面に対する幾何学的な描像を与え、三角型の記述は有理型の記述の貼り合わせである事も示した。これに却えて、3次元Schrodinger時空を標的空間とする非線形シグマ模型に関する研究にも進展があった。昨年度の研究では、warped AdS3の場合と同様に、二種類の可積分構造を持つことが示されていた。今年度は、それぞれの可積分構造に付随した無限次元対称性の構成、および二種類の可積分構造の間の関係を議論した。実際、対称性や可積分性といった少数の数学的な要請から決定されたスヒン鎖模型から、ゲージ理論あるいは弦理論における摂動計算の結果を再現できる。研究の内容:この現状を踏まえ、本研究ではAdSICFT対応の可積分変形について考えた。本研究において、我々は弦理論側から可積分変形を考えた。昨年度までの研究では比較的単純な3次元球面(または3次元AdS空間)に限定して、その可積分変形を議論してきた。本年度は、これまでの3次元の場合の結果を一般化する事でAdS5xS5上の超弦理論に対する可積分変形(q-変形)を議論した。symmetric cosetを標的空間とする非線形シグマ模型のq-変形は(modified)classicalYang-Baxter方程式((m) CYBE)の解に基づいて、記述できることが知られている。
GTP結合蛋白による増殖因子作動性カルシウム透過性チャネルの活性化機構の解析

増殖因子の作用発現においてカルシウムイオンは必須の役割を果たしているが,その流入経路すなわちカルシウムチャネルの本体は不明で,その活性調節機構も明らかでない.本研究では細胞増殖に関与することが確かめられたカルシウムチャネル分子CD20を遺伝子導入により過剰発現させたBalb/c3T3細胞を作製し,今まで解析が困難であった増殖因子受容体によるチャネル活性化の分子機構を分子生物学的および電気生理学的手法を用いて明らかにすることを目的とした.その結果,CD20チャネルはインスリン様増殖因子-1(IGF-1)によって活性化されそのカルシウム透過性が亢進するが百日咳毒素(PTX)処理によりこのIGF-1の活性化作用は完全に消失すること,一方GTP結合蛋白を直接的に活性化するマストパランやconstitutively active G蛋白変異体であるGip2の共発現によりこのチャネルが強く活性化されることなどから,CD20がPTX感受性GTP結合蛋白を介して活性化されていることを明らかにした(Kanzaki et al. J.Biol. Chem. 272:4964-4969).またIGF-1によるCD20チャネルの活性化には細胞内にGTP,Mg2+に加えATPが必要であるが,一方GTP結合蛋白を直接活性化するマストパランやconstitutively active変異体Gip2の共発現によるCD20の活性化にはATPは必要でなかった.これらのことからATPはIGF-1受容体がGTP結合蛋白を活性化するステップに重要であることを明らかにした.またこのATPは非水解性ATPアナログであるAMP-PNPによって置き換えることができることから蛋白のリン酸化は関与しないと考えられた(投稿中).増殖因子の作用発現においてカルシウムイオンは必須の役割を果たしているが,その流入経路すなわちカルシウムチャネルの本体は不明で,その活性調節機構も明らかでない.本研究では細胞増殖に関与することが確かめられたカルシウムチャネル分子CD20を遺伝子導入により過剰発現させたBalb/c3T3細胞を作製し,今まで解析が困難であった増殖因子受容体によるチャネル活性化の分子機構を分子生物学的および電気生理学的手法を用いて明らかにすることを目的とした.その結果,CD20チャネルはインスリン様増殖因子-1(IGF-1)によって活性化されそのカルシウム透過性が亢進するが百日咳毒素(PTX)処理によりこのIGF-1の活性化作用は完全に消失すること,一方GTP結合蛋白を直接的に活性化するマストパランやconstitutively active G蛋白変異体であるGip2の共発現によりこのチャネルが強く活性化されることなどから,CD20がPTX感受性GTP結合蛋白を介して活性化されていることを明らかにした(Kanzaki et al. J.Biol. Chem. 272:4964-4969).またIGF-1によるCD20チャネルの活性化には細胞内にGTP,Mg2+に加えATPが必要であるが,一方GTP結合蛋白を直接活性化するマストパランやconstitutively active変異体Gip2の共発現によるCD20の活性化にはATPは必要でなかった.これらのことからATPはIGF-1受容体がGTP結合蛋白を活性化するステップに重要であることを明らかにした.またこのATPは非水解性ATPアナログであるAMP-PNPによって置き換えることができることから蛋白のリン酸化は関与しないと考えられた(投稿中).
マイクロチャネル内相変化熱流動による超高熱流束冷却機構の学理構築

本研究課題では数値解析によりマイクロチャネル内での蒸気気泡の相変化熱流動現象の解明を目的とした.また,壁面に形成する液膜の蒸発をより理解するため,接触線近傍での蒸発モデルにより対流沸騰現象における壁面近傍の蒸発現象を明らかにした.等温マイクロチャネル内における蒸気気泡の膨張過程の数値解析を行い,気液界面の形状と壁面熱流束分布を計算し,気泡の長さに対して,熱流束分布は短いことを明らかにした.また,固気液接触線近傍の蒸発モデルを導入した対流沸騰現象の数値解析を行い,対流沸騰においては,気泡の前方と後方において,接触線の蒸発と微小な対流伝熱の寄与が異なることを明らかにした.本研究では、高発熱密度を持つ電子デバイスの冷却や医療・生物学分野で求められている微小冷凍器などの実現を目指し、マイクロチャネル内相変化熱流動現象を利用したマイクロメートルオーダーの微小領域における高熱流束冷却機構について、基礎理論を構築し、理論に基づいた応用展開への第一歩を目指す。平成25年度はマイクロチャネル内相変化流動の特性解明を行った。相変化を考慮したVOF法による数値計算を手法として採用した。まず構築した数値計算手法の評価を行った。浮力により上昇する微細単一気泡の終端速度を計算し、粘性および表面張力計算の妥当性を確認した。また単一気泡の膨張過程を計算し、解析解と比較することで妥当性を評価した。妥当性を評価した数値計算手法を用いて管内単一気泡の膨張過程を計算した。この解析により伝熱過程による液膜厚さの動的変化を捉えることが出来た。マイクロチャネル内の相変化熱流動の解析解を導出するため、まず単一気泡の球状膨張の基礎理論を習得した。その理論を管内という制限空間へ拡張することを試みている。また並行してマイクロチャネル内相変化熱流動を利用した冷却デバイスの研究も行った。ここで研究した冷却デバイスは医療用極細クライオプローブであり、内部の流路はマイクロチャネルとなっている。冷却性能を評価するため、熱伝達率を計測する実験を行い、内部の流動様相の評価を行った。また冷却デバイスによる生体組織の凍結過程を数値解析した。本成果は4年目に計画している高熱流束冷却機構の低温特性の基礎的な知見となる。本研究では、高発熱密度を持つ電子デバイスの冷却や医療・生物学分野で求められている微小冷凍器などの実現を目指し、マイクロチャネル内相変化熱流動現象を利用したマイクロメートルオーダーの微小領域における高熱流束冷却機構について、基礎理論を構築し、理論に基づいた応用展開への第一歩を目指す。平成26年度はマイクロチャネル内相変化流動の特性解明を行った。相変化を考慮したVOF法による数値計算コードを用いてマイクロチャネル内の気泡の膨張過程を解析した。種々の条件下での液膜厚さの評価を行い、既存の理論との比較を行い、相変化特有の効果について検証した。またマイクロチャネルを多数配置した冷却フィンの伝熱量を計算し、冷却性能を評価した。同時に矩形流路を用いた冷却フィンについても検討を開始した。相変化伝熱を用いた矩形フィンの冷却は、フィン効率が低下するため、伝熱量を計算しても過小評価してしまうことがわかった。今後、相変化の非定常性を考慮した計算が必要となることを明らかにした。冷却プローブ内の伝熱現象と冷却対象物の伝熱現象を連成させ、解析を行った。錬成解析は実験データを良く再現しており、内部の伝熱現象の推定が可能であることが明らかとなった。本研究の目的は(1)マイクロチャネル内における液体の相変化現象により生じる気泡および液膜のダイナミクスと伝熱の理論を構築することによる現象の詳細な解明、(2)ミクロ液膜の熱伝導と蒸発による核沸騰限界熱流束を超えた超高熱流束冷却機構の提案である。本年度はマイクロチャネル内における気泡の相変化伝熱現象に対して、新たな計算コードを構築し、詳細に解析を行った。構築した新たな計算コードでは、液体分率分布から、界面形状を鋭利に捉えることが可能となった。また相変化量の計算を、界面への熱流束から計算するように変更した。これらの改善により、相変化伝熱と気泡形状の計算をより精緻に行えるようになった。マイクロチャネル内の相変化伝熱現象を一般化し、普遍的な性質を理解するために、等温過熱液中での気泡の膨張過程を計算した。初期過熱度の違いにより、気泡の膨張プロセスの加速度が異なり、それに伴い液膜の厚さが変化することを示した。また、形成した液膜の伝熱量を評価したところ、液膜が加速膨張しているケースでは、液膜の一部のみで壁面との熱交換が生じること、つまり壁面との熱のやり取りに制限があることを示した。

液膜の厚さを評価する上で、液膜の平均厚さを用いることにより、表面張力と粘性力の比であるキャピラリー数と液膜厚さの間に相関が見られることを見出した。さらに相変化伝熱現象の一般化を目指し、熱力学の関係式をもとに新たなモデルを構築した。数値解析が大幅に進展し、当初予定以上の成果を得られた。実験指針も得られたため、最終年度は実験に注力する。本研究では、高発熱密度を持つ電子デバイスの冷却や医療・生物学分野で求められている微小冷凍器などの実現を目指し、マイクロチャネル内相変化熱流動現象を利用したマイクロメートルオーダーの微小領域における高熱流束冷却機構について、基礎理論を構築し、理論に基づいた応用展開への第一歩を目指す。本研究の目的は(1)マイクロチャネル内における液体の相変化現象により生じる気泡および液膜のダイナミクスと伝熱の理論を構築することによる現象の詳細な解明、(2)ミクロ液膜の熱伝導と蒸発による核沸騰限界熱流束を超えた超高熱流束冷却機構の提案である。本年度は、これまでに作成してきた数値シミュレーションコードを利用し、マイクロチャネル内の相変化伝熱現象についての一般的特性を評価した。前年度までに明らかになっていた高初期過熱度時における伝熱特性の劣化について詳細に検討した。蒸気気泡の膨張の駆動力となる初期過熱度が高くなると、気泡先端速度が高くなり、形成される液膜が厚くなる。この際に気泡周囲に生じる温度境界層が壁面に到達するかどうかが伝熱において重要になることが明らかになった。さらに対流沸騰における単一気泡の伝熱についても数値シミュレーションを行った。対流沸騰においては固体面に接触する気泡が流れによって移動し、接触角が変化する。この現象をモデル化し、移動接触線における蒸発伝熱を考慮した対流沸騰解析を行い、気泡が固体面上で成長する際、気泡の前後における接触線の伝熱特性が異なることを明らかにした。本研究課題では数値解析によりマイクロチャネル内での蒸気気泡の相変化熱流動現象の解明を目的とした.また,壁面に形成する液膜の蒸発をより理解するため,接触線近傍での蒸発モデルにより対流沸騰現象における壁面近傍の蒸発現象を明らかにした.等温マイクロチャネル内における蒸気気泡の膨張過程の数値解析を行い,気液界面の形状と壁面熱流束分布を計算し,気泡の長さに対して,熱流束分布は短いことを明らかにした.また,固気液接触線近傍の蒸発モデルを導入した対流沸騰現象の数値解析を行い,対流沸騰においては,気泡の前方と後方において,接触線の蒸発と微小な対流伝熱の寄与が異なることを明らかにした.数値解析に時間を要したため、予定していた実験の着手が困難になった。数値解析からは期待通りの成果を得ることができた。平成27年度は実験の実施を予定している。平成28年度はマイクロチャネル内の気泡膨張過程の実験を行う。これまでの研究で構築した数値解析コードにより現象を予測し、実験結果の検証を行う。熱工学平成27年度はマイクロチャネル内気泡膨張過程の計測により理論の検証を行う。温度や熱流束の熱的条件が、気泡膨張速度や気泡長さに与える影響を評価する。液膜厚さを直接測定することは困難と考えられるため、気泡膨張速度や気泡長さを理論値と比較することにより間接的に推定する予定である。
妊婦歯科口腔保健を推進するための産科・歯科連携システムの構築

徳島大学病院の妊婦歯科健康診査受診者85名を対象に妊娠期の歯周状態と低体重児出産との関連性について調査した。その結果,低体重児出産との有意な関連項目として妊婦の「歯周ポケット4mm以上」および「口腔内の気になる症状」が認められた。徳島県N市での無料妊婦歯科健康診査受診者250名を対象とした断面調査では、定期的な歯科健康診査受診者は未受診者と比較して歯や口の状態は良好で、望ましい口腔衛生習慣が認められた。更に徳島県歯科医師会の開催するプレママ教室参加者453名を対象とした質問紙調査から、同事業は受講者の望ましい歯科保健行動に繋がる可能性が示唆された。1.徳島県下での調査:徳島県内の市町村において母子健康手帳の交付を受けた妊婦を対象に,口腔保健に関する知識,自覚症状,生活習慣などに関する無記名式のアンケート調査を実施した。有効回答が得られた1877件のデータ分析を行った。歯周病に関する知識は齲蝕と比較して低く,妊娠期の歯周病による胎児への影響を知っている者は半数にも満たなかった。また,14.6%の喫煙者のうち妊娠が判明して禁煙した者は10.4%にとどまり,定期歯科健診の受診状況も全国調査の数値と比較して低い結果であった。2.徳島大学病院での調査:徳島大学病院の妊婦歯科健診受診者の歯周状態と低体重児出産との関連性を調べた。年齢のバイアスを考慮し,健診時2034歳の者で,出産時の状況が診療録により確認できた69名を対象に分析を行った。妊婦歯科健診を受けた69名のうち,4 mm以上の歯周ポケットを有する者は22名(31.9%)であった。これを同年代の女性と比較したところ,CPI=3以上の者の全体に占める割合は17.0%であり,本研究対象妊婦では高い値が示された。一方,2500g未満の低体重児出産の者は10名であり,正常出産との2つの群に分けてχ2検定を行った結果,CPI=3以上の群では低体重児出産の者が有意に多かった(p<0.05)。さらに口腔保健等に関する習慣のバイアスを考慮するため,ロジスティック回帰分析を行った結果,4 mm以上の歯周ポケットを有する状態が低体重児出産に有意に関連していた(OR=5.2, 95%CI:1.1523.5, p<0.05)。3.産科モデル医院での口腔保健介入:産科医院にて歯科医師および歯科衛生士による20分程度の講演形式によるプレママ教室を計画した。プレママ教室に参加した6産科医院の妊婦87名を対象に,参加理由,講演内容の評価,保健行動の実践,定期歯科健康診査の受診意識などに関する事後のアンケート調査を行っており、現在分析中である。1.産科モデル医院での口腔保健介入調査:産科医院にて歯科医師および歯科衛生士による20分程度の講演形式によるプレママ教室を実施した。指導の効果について検討することを目的として、プレママ教室に参加した6産科医院の妊婦87名を対象に,参加理由,講演内容の評価,保健行動の実践,定期歯科健康診査の受診意識などに関する事後のアンケート調査を行った。プレママ教室参加者の86.2%は「たまたま参加した」とのことであったが,受講して何かの保健行動を実践しようと思ったかの問いに対し、96.6%の妊婦が「強く思う、思う」と回答した。以前に実施した徳島県内の産科医院を訪れた妊婦904名を対象としたアンケート結果では定期歯科健康診査を受診している者は38.8%と低かったが,今回のプレママ教室の事後アンケートにおいて,妊婦自身の定期歯科健康診査を今後に受けると回答した者は71.3%と高い比率を示した。プレママ教室の参加を通して定期歯科健康診査の受診行動に繋げることは,口腔保健管理の推進の観点から意義があると考える。2.無料妊婦歯科健康診査事業に関する調査:徳島県N市では妊婦歯科健康診査事業による歯科医院での無料健康診査を実施している。同事業参加妊婦を対象に,CPIを含めた口腔内診査および口腔内症状や生活習慣に関するアンケート調査を実施し、そのデータを分析した。その結果,対象妊婦105名のうち、定期的に歯科健康診査を受けている者は27.6%であった。カイ二乗検定による分析から、定期的な受診者は未受診者と比較して「ブラッシング時の出血」、「歯の痛み」は有意に少なかった。また、「口腔衛生状態不良」および「未処置歯保有」が有意に少なく、CPIコード値も有意に低かった。結論として妊娠期の歯科口腔保健推進には、定期的な歯科健康診査の受診勧奨が必要であると考えられた。1.徳島大学病院での観察研究:妊娠期の歯周状態と低体重児出産との関連性について調査した。徳島大学病院の妊婦歯科健康診査受診妊婦190名のうち,年齢バイアスの考慮から対象年齢を2534歳とし,出産時の状況が確認できない者,多胎妊娠および喫煙中の者を除外した85名について,歯周状態と妊娠期の生活習慣や口腔保健に関する知識との関連性,および低体重児出産との関連性について分析を行った。口腔内に気になる症状があると答えた者は61名(71.8%),CPI = 3以上の者(45 mmの歯周ポケットを有する者)は29名(34.1%)でCPI = 4の該当者はなかった。二項

ロジスティック回帰分析の結果,低体重児出産との有意な関連項目として「CPI = 3」(OR = 6.62,p = 0.02)および「口腔内の気になる症状」(OR = 5.67,p = 0.03)が認められた。以上の結果より,わが国においても,妊婦の歯周状態が低体重児出産のリスクとして関連することが確認できた。本研究成果は口腔衛生学会雑誌に掲載予定である。2.徳島県N市での調査研究:昨年度と同様に、徳島県N市での無料妊婦歯科健康診査事業参加者を対象に,CPIを含めた口腔内診査および口腔内症状や生活習慣に関するアンケート調査を実施した。その結果,対象妊婦161名のうち、定期的に歯科健康診査を受けている者は27.8%であった。分析から、定期的な歯科健康診査受診者は未受診者と比較して「歯や口の状態」,「ブラッシング指導を受けた経験」,「ブラッシング時の出血」,「歯間ブラシの使用」は有意に良好な状態や良好な生活習慣を有していた(カイ二乗検定,p<0.05)。また、「CPI=0(健康な歯肉の状態)」,「良好な口腔衛生状態」の者が有意に多い傾向にあった(p<0.05)。結論として妊娠期の歯科口腔保健推進には、定期的な歯科健康診査の受診勧奨が必要であると考えられた。徳島大学病院の妊婦歯科健康診査受診者85名を対象に妊娠期の歯周状態と低体重児出産との関連性について調査した。その結果,低体重児出産との有意な関連項目として妊婦の「歯周ポケット4mm以上」および「口腔内の気になる症状」が認められた。徳島県N市での無料妊婦歯科健康診査受診者250名を対象とした断面調査では、定期的な歯科健康診査受診者は未受診者と比較して歯や口の状態は良好で、望ましい口腔衛生習慣が認められた。更に徳島県歯科医師会の開催するプレママ教室参加者453名を対象とした質問紙調査から、同事業は受講者の望ましい歯科保健行動に繋がる可能性が示唆された。産科モデル医院での口腔保健介入調査において、産科医院での歯科医療従事者によるプレママ教室の開催およびアンケート調査が遂行できており、その分析結果から、「保健行動に関する実践意欲」や「定期歯科健康診査を受診意識」の変化が認められるなどの成果が得られている。また、当初の計画には含まれていなかった無料妊婦歯科健康診査事業に関する調査においても、アンケート調査と口腔内の状態を関連づけた解析を行うことができて、「定期的な歯科健康診査の重要性」に関する結論を得るなど、興味深い知見が得られている。上記の結果から、本研究課題はおおむね順調に進んでいると考えられる。予防歯科学1.産科・歯科連携システムの構築:徳島県下各地区において本研究に協力の得られる協力産科医院でのプレママ教室開催の拡大を該当地区の歯科医師会・歯科衛生士会の協力を得て推進する。また、関係団体との連携を推進し,各関係者との本研究の趣旨及び口腔保健指導内容に関して十分な打ち合わせと研修会を実施する。2.歯科口腔保健に関与する因子と低体重児出産との関連性:これまでの徳島大学病院における調査結果から、自覚症状や歯周状態などの歯科口腔保健因子が低体重児出産に関与する因子と考えられるか、解析を実施して報告する。3.母子保健事業効果の検証:無料妊婦歯科健康診査事業を追跡調査する。同事業参加者の受診行動や幼児の口腔内状態への影響を追跡調査から分析し、保健事業としての口腔保健的介入の意義を検証する。平成25年度の成果として、1.徳島県内の妊婦を対象とした口腔保健に関する知識,自覚症状,生活習慣などに関する無記名式のアンケート調査とその分析を行い、妊婦の現状を知ることが出来た。
HtrA1高発現によるAMDモデル動物の確立とAMD発症機序の解析

我々を含め、多くの研究グループから日本人に多い滲出型加齢性黄斑変性症と強く関連することが報告されているHtrA1およびARMS2遺伝子を高発現するトランスジェニックマウスの作製し、網膜に及ぼす影響を解析した。その結果、ARMS2変異型トランスジェニックマウスで有意に血管新生が抑制された。本研究成果により、HtrA1あるいはARMS2の遺伝子変化が新生血管誘導に及ぼす影響を見出すことが出来た我々を含め、多くの研究グループから日本人に多い滲出型加齢性黄斑変性症と強く関連することが報告されているHtrA1およびARMS2遺伝子を高発現するトランスジェニックマウスの作製し、網膜に及ぼす影響を解析した。本研究成果により、HtrA1あるいはARMS2の遺伝子変化が新生血管誘導に及ぼす影響を見出すことが出来た加齢黄斑変性は米国では65歳以上で失明率が最も高い眼疾患であるが、日本でも急速な高齢化、生活の欧米化、診断装置の普及によって患者数は急増しており、その原因解明と予防・治療法の開発が急がれている。近年、加齢黄斑変性の発症リスクを高める要因として、習慣要因として喫煙歴、遺伝的要因としてHtrA1のプロモーター領域とARMS2のの一塩基置換(SNP)が報告されている。本研究は、このリスク遺伝子を導入したトランスジェニックマウスをヒトAMDのモデル動物として確立することを目的として、本年度はさらにARMS2wt、ARMS2mutトランスジェニックマウスを作製し、HtrA1トランスジェニックマウスと比較することとした。まず、ヒト胎盤cDNAライブラリーからARMS2遺伝子をクローニングし、サイトダイレクトミューテンション法によりARMS2mutを作成した。これらの遺伝子をpCAGGSベクターにサブクローニングし、マウス受精卵に注入することによりトランスジェニックマウスを作製し、ARMS2wtトランスジェニックマウスを7匹、ARMS2mutを10匹得た。ARMS2wt、ARMS2mutトランスジェニックマウスについて眼底観察、網膜のパラフィン切片による形態観察、免疫染色をおこなったところ特に網膜の構造や眼底に異常は見いだせなかった。これらのことから黄斑変性の発症機構にはARMS2の変異体よりHtrA1の発現量が影響を及ぼしていることが示唆された。加齢黄斑変性は米国では65歳以上で失明率が最も高い眼疾患であるが、日本でも急速な高齢化、生活の欧米化、診断装置の普及によって患者数は急増しており、その原因解明と予防・治療法の開発が急がれている。近年、加齢黄斑変性の発症リスクを高める要因として、習慣要因として喫煙歴、遺伝的要因としてHtrA1のプロモーター領域とARMS2の一塩基置換(SNP)が報告されている。本研究は、このリスク遺伝子を導入したトランスジェニックマウスをヒトAMDのモデル動物として確立することを目的として、昨年度までに作成したHtrA1wtトランスジェニックマウス、ARMS2wt、ARMS2mutトランスジェニックマウスを用いてレーザー誘導新生血管形成におけるHtrA1およびARMS2の影響について解析した。各群6匹、一眼球あたり8スポットにレーザーを照射し1週間後蛍光眼底観察をおこなったところ、野生型マウスと比較しARMS2mutトランスジェニックマウスのみが有意に新生血管が抑制されていた。さらに、眼球を摘出し、HE染色による形態観察をおこなったところ、レーザーが照射されていない部位は顕著な変化を見いだせなかったが、ARMS2mutトランスジェニックマウスの新生血管誘導部位は他のマウスと比べると新生血管が抑制される傾向にあることが確認できた。ゲノム上のHtrA1,ARMS2の部位が加齢性黄斑変性症の発症に強く関連することが分かっているが、未だその発症機構は明らかになっていない。今回本研究成果により、HtrA1あるいはARMS2の遺伝子変化が新生血管誘導に及ぼす影響を見出すことが出来た。
構造生物学研究へのゲノムリソース活用促進技術の開発

ゲノム解析計画によってもたらされた様々なリソースはバイオサイエンスの進展を支える貴重なインフラストラクチュアと位置付けることが出来る。これらのゲノムリソースと構造生物学的研究を橋渡しするような効率的基盤技術の開発が重要になるとの認識の下に今年度は以下の2つの技術の開発と拡張改良に取り組んできた。(1)完全長cDNAクローンからORFをPCR増幅に晒すことなく任意の発現ベクターに移すORFリトリーバル技術長鎖cDNAを用いた発現ベクターの構築は労力と時間を要する工程である。ORFのみをcDNAクローンから取り出すにはPCRによる増幅が避けられず、それが長い断片であるが故に変異が入り易いという困難を抱えている。そこで、我々は酵母の相同組み換え能を利用してdonorプラスミドからORFを全くPCR増幅に晒すことなくacceptorベクターにトランスファーする「ORFリトリーバル法」の確立を行った。結果として5kbp以上のDNA断片をミューテーションフリーでベクターに組み込む事に成功した。(2)部分タンパク質ライブラリーを用いた2ハイブリッドフットプリント法による相互作用領域の同定我々は前年度の本特定領域における研究でランダムに作製した部分タンパク質ライブラリーから目的に合致したものを選択するという逆転の発想に基づく相互作用マッピング法である「2ハイブリッドフットブリント法」とそれを可能にするdeletionby recombinationDBR)法による部分タンパク質ライブラリー作製法とを開発した。この成果に基づき本年度はこれを更に至適化し、マッピングの精度を上げる事を目指し、実用化レベルまで漕ぎ着けた。現在、出芽酵母網羅的相互作用解析データに対しての応用を検討している。
グリコサミノグリカンの神経傷害における機能

一度損傷を負った神経の再生は不可能ではないことが近年判ってきた。しかし実際の再生は極めて難しい。損傷に際してセマフォリンやコンドロイチン硫酸(CS)などの抑制分子が誘導され、reactiveastrocytesの集積によるグリア性瘢痕とあいまって神経軸索再生を阻害する。残念ながらこれらの抑制機構の解明は十分でなく、故に実際に神経再生医療の現状は理想に程遠い。本研究はプロテオグリカンの長大な糖鎖であるグリコサミノグリカン(GAG)に新規の決定的な神経学的機能を与え、当該分野の研究を強力に推進することを意図している。我々は本研究を通してN-acetylglucosamine 6-O-sulfotransferase(GlcNAc6ST)-1のmRNAが胎生期マウス脳の視床に発現すること、さらにGlcNAc6ST-1が脳ケラタン硫酸(KS)の生合成と神経軸索再生阻害に重要な役割を果たすことを見出した。大脳皮質に刺傷を与えると、GlcNAc6ST-1欠損マウスの脳では5D4反応性KS発現誘導が起こらず、グリア性瘢痕の形成が著しく抑制された。グリア性瘢痕は傷害された神経軸索の再生を抑制する因子として知られている。実際、GlcNAc6ST-1欠損マウスでは神経軸索再生が助長された。さらにこれらの知見を発展させるために、マウス脊髄に圧迫性の損傷(圧挫モデル)を与え、神経機能の回復を見たところ、GlcNAc6ST-1欠損マウスの機能回復が有意に早いことが判明した。GlcNAc6ST-1欠損マウスは我々が作成し、その中枢神経特異的なKSの欠損はつい最近になって得た新しい知見である。従って、KSが神経損傷に際してどのような生物学的役割を担うのかをみる研究は歴史的にはじめてのものである。我々はN-acetylglucosamine 6-Osulfotransferase(GlcNAc6ST)-1のmRNAが胎生期マウス脳の視床に発現することを見出し、さらにGlcNAc6ST-1が脳ケラタン硫酸(KS)の生合成とグリア性瘢痕形成に重要な役割を果たすことを報告した。KSはガラクトースとN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)の2糖の繰り返し構造からなるグリコサミノグリカンである。ガラクトースとGlcNAcの各々のC6位が硫酸化される。特に後者の硫酸化はKS鎖の伸長に必須である。GlcNAc6STはこの硫酸化を担うと考えられてきたが、中枢神経系のKS産生を担うGlcNAc6STは同定されていなかった。免疫組織染色によると、KSに特異的な抗体5D4に反応するKSは野生型マウスの胎生期脳の視床の特異的に発現し、GlcNAc6ST-1 mRNAの発現様式と一致した。GlcNAc6ST-1欠損マウスの脳では5D4反応性KSが完全に消失した。欠損マウスでのKSの消失はさらに5D4(高硫酸化KSを認識)およびEFG11(低硫酸化KSを認識)によるウェスタンブロットでも確認した。さらにKSプロテオグリカンの一つフォスファカンのKSもGlcNAc6ST-1欠損マウスで消失していた。

さらにこれらの知見を発展させるために、マウス脊髄に圧迫性の損傷(圧挫モデル)を与え、神経機能の回復を見たところ、欠損マウスの機能回復が有意に早いことが判明した。一度損傷を負った神経の再生は不可能ではないことが近年判ってきた。しかし実際の再生は極めて難しい。損傷に際してセマフォリンやコンドロイチン硫酸(CS)などの抑制分子が誘導され、reactive astrocytesの集積によるグリア性瘢痕とあいまって神経軸索再生を阻害する。残念ながらこれらの抑制機構の解明は十分でなく、故に実際に神経再生医療の現状は理想に程遠い。本研究はプロテオグリカンの長大な糖鎖であるグリコサミノグリカン(GAG)に新規の決定的な神経学的機能を与え、当該分野の研究を強力に推進することを意図している。我々は平成18年度N-acetylglucosamine 6-O-sulfotransferase(GlcNAc6ST)-1のmRNAが胎生期マウス脳の視床に発現すること、さらにGlcNAc6ST-1が脳ケラタン硫酸(KS)の生合成とグリア性瘢痕形成に重要な役割を果たすことを、大脳刺傷モデルを用いて明らかにした。本年度はこのような現象が神経学的にも意味のあるものかを検討する目的でマウスの脊髄損傷モデルを作成した。マウス脊髄に圧迫性の損傷(圧挫モデル)を与え、神経機能の回復を見たところ、GlcNAc6ST-1欠損マウスの機能回復が有意に早く、その度合いが大きいことが判明した。KSの発現は受傷後7日をピークに損傷部位周辺に誘導され、GlcNAc6ST-1欠損マウスのグリア性瘢痕形成は弱く、神経軸索再生は促進されていた。以上より、KSの神経軸索再生阻害作用は神経学的にも重要なものであることが強く示唆された。