hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
誘導結合型プラズマを応用した低圧環境下におけるレーザー推進

連続発振のレーザーをエネルギー源とするレーザー推進は,プラズマ推進機と異なり電源を搭載する必要がないため,電力-重量比を極めて小さくできることに加え,大きな推力密度が期待される推進システムである.このような特徴から,軌道間輸送ミッションや,地球や惑星の大気を利用した推進ミッションなどへの応用が期待される.このレーザー推進の実現のためには,レーザーからのエネルギーを効率よく作動流体に与え,いかに高いエンタルピーの流れを達成できるかが鍵となっている.本年度は,平成十六年度に確立されたレーザープラズマと誘導結合型プラズマの安定化手法を用いて,旋回流の導入がエネルギー変換効率に与える影響について調べた.ソニックフロー法およびレーザー吸収分光法を用いた測定の結果,以下のことがわかった.・旋回流の流量割合が少ないほど,誘導結合型プラズマがより下流に生成され,気流のエンタルピーが高まる.・旋回流の導入割合を少なくすることで,気流中心のエンタルピーが30%程度増加する.この結果,最大2MJ/kgのエンタルピー流を得た.・高エネルギーレーザーを誘導結合型プラズマに応用することで,プラズマ生成条件が拡大しエネルギー変換効率が高められる.また,本研究で得た誘導結合型プラズマ生成技術をイオンビーム源の中和器として応用する実験を行った.イオンビーム中和器は,プラズマ推進機への応用のほか,各種プラズマプロセッシング技術に不可欠なものとして,その開発が産業界から期待と需要が高まっている.無電極放電である誘導結合型プラズマを用いる事により,クリーンかつ高い寿命を誇る中和器の開発が可能となる.実験の結果,従来に比べ電子生成コスト,推進剤利用効率が高い中和器の開発を実証した.連続発振のレーザーをエネルギー源とするレーザー推進は,電気推進機と異なり電源を搭載する必要がないため、電力-重量比を極めて小さくできることに加え、大きな推力密度が期待される推進システムである。このような特徴から、軌道間輸送ミッションや、地球や惑星の大気を利用した推進ミッションなどへの応用が期待される。これまでの実験では,推進機の安定動作領域が大気圧以上に限られていたが、これを低中真空領域へと拡張することで,実用化へ向けて大きく前進すると考えられる。申請者等は,低中真空領域で放電し易い誘導結合プラズマ(ICP)を推進機内に生成し,そのプラズマ領域にレーザーを吸収させ,ICPを加熱することで推進剤にエネルギーを伝達する方法を提案している.この手法により,動作領域が大気圧から低中真空領域まで広がることが期待される.本研究では,強力なレーザー光や高周波電力を同時に扱うため,安全性に十分配慮した実験系を構成する必要があった.そのため,まず第一に,有意義なデータを確実に取得できるよう,実験基盤の構築を進めた.その結果,低中真空領域から大気圧を上回る圧力領域に渡って安定なICPを生成し,レーザープラズマとの相互作用を調査することが可能となった.これを受け,次のことが分かった.・ICPとレーザープラズマの相乗的作用として,ICPの生成維持に必須とされる旋回流の導入が不要になるなど,興味深い現象が確認された.・流れの速度が速いほど,レーザープラズマが光軸方向に伸びレーザーの吸収が促進されることが分かった.・ICPによりレーザー吸収をより効率的に行うためには、ICPがつくるドーナッツ状の高温領域分布とレーザーの強度分布について最適化が必要であることが示唆された.連続発振のレーザーをエネルギー源とするレーザー推進は,プラズマ推進機と異なり電源を搭載する必要がないため,電力-重量比を極めて小さくできることに加え,大きな推力密度が期待される推進システムである.このような特徴から,軌道間輸送ミッションや,地球や惑星の大気を利用した推進ミッションなどへの応用が期待される.このレーザー推進の実現のためには,レーザーからのエネルギーを効率よく作動流体に与え,いかに高いエンタルピーの流れを達成できるかが鍵となっている.本年度は,平成十六年度に確立されたレーザープラズマと誘導結合型プラズマの安定化手法を用いて,旋回流の導入がエネルギー変換効率に与える影響について調べた.ソニックフロー法およびレーザー吸収分光法を用いた測定の結果,以下のことがわかった.・旋回流の流量割合が少ないほど,誘導結合型プラズマがより下流に生成され,気流のエンタルピーが高まる.・旋回流の導入割合を少なくすることで,気流中心のエンタルピーが30%程度増加する.この結果,最大2MJ/kgのエンタルピー流を得た.・高エネルギーレーザーを誘導結合型プラズマに応用することで,プラズマ生成条件が拡大しエネルギー変換効率が高められる.また,本研究で得た誘導結合型プラズマ生成技術をイオンビーム源の中和器として応用する実験を行った.イオンビーム中和器は,プラズマ推進機への応用のほか,各種プラズマプロセッシング技術に不可欠なものとして,その開発が産業界から期待と需要が高まっている.無電極放電である誘導結合型プラズマを用いる事により,クリーンかつ高い寿命を誇る中和器の開発が可能となる.実験の結果,従来に比べ電子生成コスト,推進剤利用効率が高い中和器の開発を実証した.
海産甲殻類ワレカラ属の雌雄における第２咬脚を中心とした武器の適応進化を探る

ワレカラ属の第2咬脚における分泌物を特定するため、トゲワレカラCaprella scauraの雌雄を対象にHPLC-ECDを用いて分析を行った。昨年度までの研究により、本種の雄の第2咬脚の毒歯・指節先端また雌の指節先端にはロゼッタ配列をなしたtegmental glandsが存在し、その分泌物にはカテコールアミン類が含まれる可能性が高いことが示唆されている。本年度はその含有物質の特定・定量化を進めた。アドレナリン、ノルアドレナリン、ドーパミン、レボドパ、セロトニンのカテコールアミン類5種について、第2咬脚に含まれる各種濃度を標準物質との比較により検討したところ、ドーパミンが明瞭に検出された。また雌雄それぞれを第2咬脚、第1胸節およびその付属肢、その他部位に分割し、各部位に含まれるドーパミン量を比較した。その結果、雄では各部位間でドーパミン含有量が有意に異なり、他部位に比べ第2咬脚が最もその含有量が高くなった。一方、雌においても第2咬脚からドーパミンが検出されたものの、その絶対量は雄に比べ少なく、また各部位間でその含有量は変わらなかった。この結果は、本種の雄間の闘争に用いられる第2咬脚から分泌される物質にはドーパミンが高濃度で含まれることを示唆している。本結果を含むこれまでの第2咬脚の内部構造やその分泌物質に関する研究成果を昨年10月に行われた第53回日本甲殻類学会で発表した。またこの他にも昨年度から継続していた個体群調査を昨年12月まで定期的に行っており、現在測定を行っている。27年度が最終年度であるため、記入しない。海産甲殻類ワレカラ属はしばしば第2咬脚を武器として使用する。第2咬脚にはその前節縁部にPoison tooth(以下PT)と呼ばれる突起があり、その先端には複数の孔が存在する。またいくつかの種では第2咬脚の指節先端にも孔が存在する。そこで本研究では本属の雌雄における第2咬脚の武器としての機能にっいて検討するため以下2つの研究を実施した。1)雌雄の第2咬脚における分泌腺構造の確認トゲワレカラの雌雄の第2咬脚についてパラフィン及び樹脂切片を作成し, PTおよび指節の先端周辺における分泌腺を観察した。この分泌腺の構造は単非分枝房状腺であり, PT・指節先端のどちらも同じ構造を持っていた。雄ではPTの周辺と指節先端の周辺のどちらにも分泌腺が確認され、各分泌腺の個数はPT周辺で30個程度、指節先端で5-10個程度確認された。雌では指節先端に5-8個程度の分泌腺が確認されたが、PT周辺部には分泌腺は確認されなかった。2)子の保護を行う雌における武器の適応的意義の検討幼体の保護を行う雌の第2咬脚を片方切除し、幼体の捕食者である同種個体と共に飼育を行い、幼体を保護する期間と生存個体数の比較を行った。幼体を身体に捕まらせて保護する期間には、実験区とコントロール区で有意差は検出されず、また全ての幼体が母親から基質におりるまでの期間においてもコントロール区と実験区間で有意差は検出されなかった。現段階では幼体の生存個体数を測定し終えていないため、今後はその測定を行うとともに、データを追加し実験の信頼性を高める予定である。本研究課題の基盤となる分泌腺構造の確認と物質の特定のため、1)透過式電子顕微鏡を用いて分泌腺の微細構造を調べるとともに、2)組織化学的手法を用いて物質の特定を行った。また昨年の11月より、個体群特性の変化に関連した第2咬脚の変異を検証するため、月に1度の定量的な採集および測定・解析を継続している。1)透過式電子顕微鏡による分泌腺の微細構造の観察トゲワレカラ雌雄の第2咬脚について樹脂切片を作成し、透過式電子顕微鏡によりPoison toothおよび指節先端部分を観察した。その結果、雄のPoison toothおよび指節先端、また雌の指節先端において、分泌腺の中心部から分泌細管が張り巡らされており、周辺部に分泌顆粒が存在することを確認した。2)組織化学的手法を用いた分泌物質の特定カテコールアミン類が本属の分泌物質に含まれる可能性について、組織化学的手法を用いて検証した。まず分泌細胞内にクロム親和性顆粒を含むか検証するため、トゲワレカラ雌雄の第2咬脚の組織切片を作成し、クロマフィン親和反応を試みた。その結果、雄のPoison toothにおいて微弱ながら反応が見られた。次にグリオキシル酸法により、より直接的なカテコールアミン類の同定を試みた。その結果、雄のPoison toothにおいて明確な反応が見られ、また雌雄の指節先端においても微弱ながら反応が見られた。これらの結果は少なくともカテコールアミン類が分泌腺内部に局在する可能性を示唆している。

本年度はその含有物質の特定・定量化を進めた。アドレナリン、ノルアドレナリン、ドーパミン、レボドパ、セロトニンのカテコールアミン類5種について、第2咬脚に含まれる各種濃度を標準物質との比較により検討したところ、ドーパミンが明瞭に検出された。また雌雄それぞれを第2咬脚、第1胸節およびその付属肢、その他部位に分割し、各部位に含まれるドーパミン量を比較した。その結果、雄では各部位間でドーパミン含有量が有意に異なり、他部位に比べ第2咬脚が最もその含有量が高くなった。一方、雌においても第2咬脚からドーパミンが検出されたものの、その絶対量は雄に比べ少なく、また各部位間でその含有量は変わらなかった。この結果は、本種の雄間の闘争に用いられる第2咬脚から分泌される物質にはドーパミンが高濃度で含まれることを示唆している。本結果を含むこれまでの第2咬脚の内部構造やその分泌物質に関する研究成果を昨年10月に行われた第53回日本甲殻類学会で発表した。またこの他にも昨年度から継続していた個体群調査を昨年12月まで定期的に行っており、現在測定を行っている。本研究の基盤である分泌物質の特定が当初の予定より困難であり、また昨年度の計画の遅れの影響もあり、研究が遅れている。27年度が最終年度であるため、記入しない。現在可能性が示唆されているカテコールアミン類の正確な特定に、HPLC-ECDを用いて取り組むとともに、その定量化を目指す。定量化が出来次第、密度もしくは性比などを操作することで、闘争強度の操作をした中ー長期的な飼育実験を行い、可塑的な武器の強度の変異を捉える。一方で本計画の一部である継代飼育実験に関しては、本研究期間内の完遂が難しいと予想されるが、当初の予定より世代数を減らすなどして対処する。初年度ということもあり、採集場所の決定や実験装置の作成、予想よりも長期にわたる初夏から秋にかけての個体群の減耗等の理由により、平成25年度前半の研究が遅れた。また内部構造の特定により、分泌腺は確認できたが特定の貯蔵器官を持たない可能性が高まったため、バイオアッセイによる毒性実験の手法について再考する必要がある。今後の推進方策として、まず本研究の根幹である本属の武器としての機能を特定することに重点を置き、組織科学的な手法及び、バイオアッセイ実験を行うことで毒性の評価を行う。また同時並行して闘争実験および資源配分実験を実施する。
光電子特性制御と一次構造制御を両立した高性能半導体高分子の創成

本研究でははエネルギー準位の調整と重合制御性を両立した高性能半導体高分子の創成を目的とし、汎用的で精密重合可能なポリチオフェン(PT)主鎖に電子欠損性側鎖基を導入した含フッ素芳香環ポリチオフェン誘導体群を設計した。本年度は、アルキル鎖長の異なるpoly(3-(3'-hexyloxy-4'-fluorophenyl)thiophene) (P3HFPhT)、poly(3-(3'-octyloxy-4'-fluorophenyl)thiophene) (P3OFPhT)およびpoly(3-(3'-dodecyloxy-4'- fluorophenyl)thiophene) (P3DFPhT)をそれぞれ熊田触媒移動型重縮合(KCTP)法により合成し、アルキル鎖長および熱処理温度の違いが諸物性と薄膜状態におけるモルフォロジーに与える影響について調査した。UV-vis測定の結果、熱処理を施さない含フッ素芳香環PTはアルキル側鎖長に関わらず、全て最大吸収末端を530540 nmにもつ単峰性の吸収ピークを示した。P3HFPhT薄膜は熱処理前後でその吸収特性にほとんど変化がなく、主鎖の平面性が低く有効共役長が短くなっていることが示唆される。また、斜入射広角X線散乱(GIXD)測定の結果からP3HFPhT薄膜は複数のラメラ間隔に由来する散乱ピークを示した。おそらく短いアルキル側鎖の自己組織化に起因して、主鎖のコンフォメーションが阻害されている部分が存在すると推定される。一方でP3OFPhTおよびP3DFPhT薄膜は、どちらも100 °Cの熱処理によって吸収ピークが大きくレッドシフトしており、主鎖の平面性、分子間のパッキングが向上したことが示唆される。このように、アルキル側鎖長の違いが薄膜状態のモルフォロジーに大きく影響を与えることが明らかになった。本年度は含フッ素芳香環を有するポリチオフェン誘導体類に関して研究を行い、一次構造を制御した種々の半導体高分子の精密合成に成功した。自身で合成を行った試料薄膜の結晶性および配向性の調査を行うために、大型放射光施設SPring-8産業利用分野に大学院生提案型課題として申請を行い、採択(課題番号:2018A1794)。そこで得られたデータを解析し、薄膜モルフォロジーについて新たな知見を得ている。また、有機薄膜太陽電池の光電変換層における効率的なモルフォロジー制御を狙い、P3HT (A)、P3DFPhT (B)、および電子アクセプター性半導体高分子であるナフタレンジイミド共重合体(PNDIT2 = C)とし、これらのセグメントから構成される、全共役ドナー・アクセプター型ブロック共重合体(AC、BC)、およびドナー・ドナー・アクセプター型ブロック共重合体(ABC、BAC)を設計、その合成にも成功している。今後は、実デバイスの作成およびそこから得られた知見をもとに、より高い素子特性を発揮する分子構造の創出を目指し、分子設計を再考する。現状ではかさ高い側鎖基導入により主鎖のねじれが大きくなってしまい、主鎖平面性の低下が確認されている。そのため主鎖チオフェンの繰り返し単位の間にスペーサーとなる無置換チオフェンの導入や主鎖構造をチエニレンビニレンのような構造を用いることで前述の課題を解決できると考える。また、含フッ素芳香環導入による素子特性への影響のみならず、本研究の特徴である精密重合性を活かし、一次構造と素子特性の相関関係も明らかにする。分子量分布が狭く、分子量の異なるサンプルを準備する。これらのサンプルを用いることで分子量のばらつきに左右されない素子特性の分子量依存性を調査する。さらに、分子量を制御して分布の異なるサンプルを準備することで分子量分布が素子特性に与える影響も調査する。

このように、アルキル側鎖長の違いが薄膜状態のモルフォロジーに大きく影響を与えることが明らかになった。本年度は含フッ素芳香環を有するポリチオフェン誘導体類に関して研究を行い、一次構造を制御した種々の半導体高分子の精密合成に成功した。自身で合成を行った試料薄膜の結晶性および配向性の調査を行うために、大型放射光施設SPring-8産業利用分野に大学院生提案型課題として申請を行い、採択(課題番号:2018A1794)。そこで得られたデータを解析し、薄膜モルフォロジーについて新たな知見を得ている。また、有機薄膜太陽電池の光電変換層における効率的なモルフォロジー制御を狙い、P3HT (A)、P3DFPhT (B)、および電子アクセプター性半導体高分子であるナフタレンジイミド共重合体(PNDIT2 = C)とし、これらのセグメントから構成される、全共役ドナー・アクセプター型ブロック共重合体(AC、BC)、およびドナー・ドナー・アクセプター型ブロック共重合体(ABC、BAC)を設計、その合成にも成功している。今後は、実デバイスの作成およびそこから得られた知見をもとに、より高い素子特性を発揮する分子構造の創出を目指し、分子設計を再考する。現状ではかさ高い側鎖基導入により主鎖のねじれが大きくなってしまい、主鎖平面性の低下が確認されている。そのため主鎖チオフェンの繰り返し単位の間にスペーサーとなる無置換チオフェンの導入や主鎖構造をチエニレンビニレンのような構造を用いることで前述の課題を解決できると考える。また、含フッ素芳香環導入による素子特性への影響のみならず、本研究の特徴である精密重合性を活かし、一次構造と素子特性の相関関係も明らかにする。分子量分布が狭く、分子量の異なるサンプルを準備する。これらのサンプルを用いることで分子量のばらつきに左右されない素子特性の分子量依存性を調査する。さらに、分子量を制御して分布の異なるサンプルを準備することで分子量分布が素子特性に与える影響も調査する。
サクシノイルトレハロ-ス脂質の発酵生産とその用途開発

1.アルカリ性条件下で土壌から分離した細菌SD-74株が、n__-^-アルカンから多量の酸性物質を培養液中に蓄積することを見出した。本菌株は、pH10の強アルカリ性条件下でも生育したが、最適pHは7.07.5であり、好アルカリ性菌ではなく、耐アルカリ性菌であった。菌学的性質の検討により、Rhodococcus erythropolisと同定した。n__-^-ヘキサデカンを炭素源とした培養液1lから、約15gの酸性物質の混合物を得、2種の新規サクシノイルトレハロ-ス脂質を分離・精製した。理化学的諸性質から、2,3,4,2^1-di-0__--alkanoyl-α,α-trehalose(STL-1)と2,3,4-mono-__--succinoyl-di-0__--alkanoyl-α,α-trehalose(STL-2)であることを明らかにしえた。2.R.erythropolis SD-74株によるサクシノイルトレハロ-ス脂質生産の培養条件を調べた。この酸性糖脂質生産のためには、最適pH7を保つために、振盪培養では、pH7の高濃度のリン酸バッファ-を培地に加えることが必要であった。また培地の浸透圧を、約2%食塩価に高めることにより収量が著しく増加した。その他、種々の影響因子を検討して最適条件を設定した。最適条件下、10日間のメジャ-培養によって、培地1ml当たり約40mgの糖脂質を得ることができた。3.R.erythropolisとその関連菌株によるn__-^-アルカンからの糖脂質の生産性を調べた。SD-74株を除いて、検討した全てのR.erytgropolisと土壌より分離したRhodococcus sp.HA-42株がn__-^-アルカンから2,3,4,2^1-mono-succinoyl-trialkanoyl-trehalose(STL-3)を生産していることを明らかにした。STL-3の生産量が最も多かったHA-42株について培養条件を検討し、最適条件を設定した。その結果、培地1ml当り約30mgのSTL-3を生産することに成功した。1.サクシノイルトレハロース脂質の構造解析SD-74株の生産する酸性糖脂質の構造を調べるために、β-ヘキサデカンを炭素源として大量培養し、培養液を酸性にすることにより糖脂質は沈澱物として容易に得られた。この糖脂質は、2つの主生産物(STL-1,STL-2)から成っていた。よって分離・精製後、それらの構成成分比を調べ、STL-1はdisuccinoyl-dial-kanoyl-α,α-trehalose,STL-2はmonosuccinoyl-dialkanoyl-α,α-trehaloseと推定された。アシル基の結合位置を調べるために、精製したSTL-1とSTL-2のそれぞれを完全メチル化し、ケン化、酸化分解、還元後、アセチル化して部分メチル化アルジトールアセテートを調製した。

これらをGC-MS法によって、アセチル基の導入された位置を調べ、アシル基の結合位置を推定した。その結果、STL-1は、2,3,4,2′-di-O__--succinoyl-di-O__--alkanoyl-α,α-trehalose、STL-2は2,3,4-mono-O__--succinoyl-di-O__--alkanoyl-α,α-trehaloseとそれぞれ推定された。すなわち、ともに新規のトレハロース脂質であった。2.生産条件の確立とジャー培養による試料の調製無機塩類添加の影響について調べたところ培地の浸透圧を食塩価として約2%に高めることにより、生産量が著しく増加した。その他、種々の培養条件を検討して判明した最適条件下で、ジャーファーメンターを用いて10日間培養した結果、培地1l当り約40gのサクシノイルトレハロース脂質が生産された。3.今後の研究の展開炭素源に用いるローアルカン、アルケンなどの鎖長に依存して、酸性糖脂質の脂肪酸組成が規則的に変化することなどが新たに判明した。分離菌がRhodococcus erythropolisと同定された結果、類縁菌による糖脂質生産性にも興味ある結果が得られつつある。1.Rhodococcus属およびその関連菌株によるn-アルカンからの糖脂質の生産Rhodococcus属12菌株、Arthrobacter属2菌株、Corynebacterium属4菌株、Microbacterium属1菌株、Mycobacterium属4菌株、Nocardia属3菌株を用いて、n-アルカンからの糖脂質の生産性を調べた。薄層クロマトグラフィ-の結果から、全てのR.erythropolisと土壌より分離したRhodo-coccus sp.HA-42株が、n-アルカンからのSD-74株の生産するものとは異なるサクシノイルトレハロ-ス脂質を生産していることが推定された。また、R.globerulus.R.rhodochrous.R.faciansおよびNocardia uniformisの4菌株が、これまでのものとは異なる新しい糖脂質を生産していることが見出された。全てのRhodococcus属において、高濃度のリン酸塩を含む培地を用いた方が生産量は多かった。2.Rhodococcus erythropolisとRhodococcus sp.HA-42株の生産する糖脂質の構造解析SDー74株を除くR.erythropolisとRhodococcus sp.HAー42株の生産する糖脂質の構造解析を行った。その結果、HA-42株はR.erythropolisと同様に、炭素数8と10の飽和脂肪酸が約1:2の割合で含まれているこ、糖としてはトレハロ-ス、有機酸としてはコハク酸が含まれていた。以上のことから、SD-74株以外の全てのR.erythropolisとHA-42株が2、3、4、2'-monosuccinoyl-trialkanoyl-trehaloseを生産していることを確認した。3.Rhodococcus sp.HA-42株の培養条件の検討SD-74株と同様にリン酸塩濃度を高めることにより、生産量が著しく増加した。最適条件下で11日間培養した結果、約30mg/lの糖脂質を生産することができた。この収量は従来の報告の約4倍に相当する。
骨格融合法を用いた有機近赤外発光材料の開発

様々な骨格融合種の合成に成功し、骨格融合法という有機パイ共役系分子の新たな分子設計の概念を発展させた。すなわち、アヌレン環内部に多重結合を融合させることで、分子骨格のむやみな巨大化・複雑化なしに有機近赤外色素を合成することに成功した。また、水溶性誘導体を合成し、水中での骨格融合種の基本的性質を明らかとした。さらに、関連する遷移金属錯体を種々合成し、その構造及び性質を明らかとした。今年度は骨格融合法を用いた新規近赤外色素の合成、およびそれらを配位子とする遷移金属錯体の合成を実施した。また、色素の基本的光学特性の測定や、骨格融合により得られる特性を活かした触媒への展開についても研究を実施した。近赤外色素の合成においては、N-フユーズサフィリンの合成に成功した。また、レニウム錯化によりメソ位のアリール基部位も骨格融合を起こし、ドミノフユーズサフィリンが得られる事を見いだした。一方、光学特性の改善を目的とし、N-フユーズサフィリンの様々な化学修飾法の開発を開発した。具体的には、鈴木カップリング、Stilleカップリング、薗頭カップリングなどについて、N-フユーズポルフィリンにおいて適用可能な反応条件をそれぞれ見いだす事に成功した。その他、アシル化、ニトロ化、ホルミル化など一般的な芳香族置換反応が適用可能である事も確認した。合成した近赤外色素について、吸収スペクトル、発光スペクトルなどの基礎的データは測定済みであり、現在共同研究の形式で発光寿命や過渡吸収などの測定を進めている。骨格融合法の一般化を目指し、エテノ架橋N-混乱ポルフィリンの合成を行った。N-混乱ポルフィリンとN-フユーズポルフィリンの相互変換を行う事で、種々の内部置換N-混乱ポルフィリンを合成し、その中でエチニル置換のものについては骨格融合反応が進行し、エテノ架橋N-混乱ポルフィリンが得られた。種々の測定、理論計算の結果、エテノ架橋によりHOMOのエネルギーレベルが劇的に上昇することが分かり、骨格融合法の一般性が実証された。これまでの検討により、骨格融合種を配位子として用いた場合、イオン半径の小さい高原子価の金属錯体が安定に得られるという知見が得られている。そこで、この特性を活かした触媒反応の検討を行ったところ、ピリジンN-オキシドの還元反応に極めて有効であることを見いだし、340000という高いターンオーバー数を実現した。「骨骼融合種の創製と各種誘導体合成」新規骨格融合種として、二重N-フューズポルフィリンの合成に成功した。二重N-フューズポルフィリンは18π電子系と比較小さい共役系を有するにも関わらずその吸収波長は1300nmを超えるという特異な電子状態を有していた。これは、同数のπ電子からなるアヌレン類の中で最も大きい値であり、環内部化学修飾がHOMO-LUMOギャップの縮小に極めて効果的な戦略であることが実証された。また、様々なエテノ架橋ポルフィリンや環内部にアルキニル基、シアノ基、ジアゾ基を有するN-混乱ポルフィリン誘導体の合成にも成功し、それらの構造および電子状態について詳細に解析した。その結果、環内部に架橋型構造を有することがHOMO-LUMOギャップを効果的に縮小させる上で重要な要素であることが強く示唆された。同時に、環内部への汎用的な置換基導入法を確立することができた。「N-フューズポルフィリンの水中挙動の解明」水溶性骨格融合種の初めての例としてオリゴアルギニンをクリック反応により連結したN-フューズポルフィリン誘導体の合成に成功し、その水中でのプロトン化挙動、会合挙動ならびに基礎的な光学的性質について明らかとした。骨骼融合種の特性を水系で利用する応用研究に向け、基盤となる重要な合成技術が開発された。「金属-炭素結合を有する燐光材料の開発」環内部に金属-炭素結合を有する大環状化合物錯体(主として金錯体および白金錯体)を合成し、その性質を検討したところ、室温・空気中に置いても近赤外領域に燐光を有することを見いだした。金属-炭素結合によって独特な配位子場が形成され、重原子のd電子由来の消光過程が抑制されることで、通常では困難な近赤外領域での常温燐光を達成できたと考えている。
脊髄におけるc-FOS発現を指標とした全身麻酔薬の鎮痛作用に関する研究

以前、全身麻酔薬として最も使用頻度の高かった揮発性吸入麻酔薬のハロタン(HAL)は、電気生理学的に用量依存性に中枢神経の背景電気活動と疼痛刺激に対する反応性を抑制するものであった。しかし、その後に臨床使用されるようになったエンフルラン(ENF)、イソフルラン(ISO)、セボフルラン(SEV)は背景電気活動を抑制するが、疼痛刺激に対する反応性はむしろ増強することが知られている。臨床においても、HALは単独で十分な麻酔深度が得られたが、ENF、ISO、SEVは鎮痛薬などの併用を必要とすることが多い。本研究の目的は、これら吸入麻酔薬の差が脊髄レベルにおける鎮痛作用に関与するものか否かを明らかにすることである。雄のSprague-Dawley系ラット(24匹)を用い、5%ホルマリン100μlを左足底に皮下注射したのち、純酸素下に放置した対照群(n=6)、1.5MAC ENF、ISO、SEVをそれぞれ3時間吸入させて維持した群(それぞれn=6)の4群に分けた。灌流固定した腰髄の凍結切片を免疫組織化学染色し、後角のc-Fos陽性細胞数を計測した。ENF、ISO、SEV群の第3および4腰髄後角のc-Fos陽性細胞数は、対照群のそれぞれ4050%と有意に少なかった(p<0.05)。各群間には有意差はなかった。われわれが行ったHALでの同様な研究においては、今回と同様の結果が得られている。これらのことから、ホルマリン疼痛刺激に対する脊髄二次ニューロンでのc-Fos発現抑制作用には、各種吸入麻酔薬間で差がないことが明らかとなった。大脳レベルの電気生理学的な研究結果で明らかにされている4種の吸入麻酔薬の差は、脊髄レベルにおける疼痛刺激の伝播に対する作用の差ではなく、他の機構が関与するものであることが示唆された。現在、イソフルランを用いて実験中である。雄のSprague-Dawley系ラットを用い、イソフルラン麻酔下に、27G針で5%ホルマリン液をラットの左足底に皮下注射する。コントロール群は純酸素のみを流した麻酔箱に入れ覚醒させ、そのまま覚醒状態で3時間放置する。麻酔群は皮下注射後、1MACイソフルランと1.5MACイソフルラン麻酔下に3時間維持する。各ラットとも皮下注射から3時間後に麻酔箱より取り出し、灌流固定後、脊髄標本を摘出し、Fosに対する免疫組織化学的染色を行う。以前のハロタンを用いた研究では、1MACおよび1.5MACの濃度でFos発現が抑制され脊髄レベルにおける鎮痛効果が示唆された。これに対し、イソフルランでは1MACおよび1.5MACと濃度を変えても、Fos陽性細胞数はコントロール群におけるそれと変わらず、同じ吸入麻酔薬でありながら脊髄での鎮痛作用は異なっている可能性が考えられた。今後はセボフルランを用いて同様の実験を行い、さらに検討を加える予定である。

本研究の目的は、これら吸入麻酔薬の差が脊髄ルベルにおける鎮痛作用に関与するものか否かを明らかにすることである。雄のSprague-Dawley系ラット(24匹)を用い、5%ホルマリン100μlを左足底に皮下注射したのち、純酸素下に放置した対照群(n=6)、1.5MAC ENF、ISO、SEVをそれぞれ3時間吸入させて維持した群(それぞれn=6)の4群に分けた。灌流固定した腰髄の凍結切片を免疫組織化学染色し、後角のFos陽性細胞数を計測した。ENF、ISO、SEV群の第3および4腰髄後角のFos陽性細胞数は、対照群のそれぞれ4050%であった(p<0.05)。各群間には有意差はなかった。われわれが行ったHALでの同様な研究においては、今回と同様の結果が得られている。これらのことから、ホルマリン疼痛刺激に対する脊髄二次ニューロンでのFos発現抑制作用には、各種吸入麻酔薬間で差がないことが明らかとなった。大脳レベルの電気生理学的な研究結果で明らかにされている4種の吸入麻酔薬の差は、脊髄レベルおける疼痛刺激の伝播に対する作用の差ではなく、他の機構が関与するものであることが示唆された。
新規遺伝子変異検索技術SMAP法を用いた肺癌に対する網羅的診断・治療体系の確立

新規遺伝子変異検索技術SMAP法を用い、臨床検体を用いたEGFR及びK-ras変異検出の検証、パラフィン切片からの検出、摘出組織をそのまま鋳型とした検出系を検討した。またEGFR変異検出システムの改良を行った。結果、検出限界は1%未満であり、パラフィン切片からの診断もほぼ全例で可能であった。摘出組織をそのまま鋳型とした検出では、摘出から約1時間という超迅速診断の開発に成功した。EGFR exon19変異検出においてはPNAを応用することでほぼ全ての変異型を検出可能にした。以上のことより、SMAP法は臨床現場での遺伝子診断に有用であることが確認された。上皮成長因子受容体(EGFR)遺伝子の変異とEGFRのチロシンキナーゼ阻害剤であるイレッサ(グフェニチプ)の効果が相関するという報告がされて以来,EGFR遺伝子変異の研究は直接的に実地臨床と結びつき,肺癌患者に対するデーラーメード治療の先駆けとなっている。その後の研究から肺腺癌の約50-60%が,発生と維持にEGFRかK-rasの2つのどちらかの遺伝子変異が不可欠であることが判明した。また,以前から肺癌では高率にp53遺伝子の変異が認められ,hot spotとしてcodon157,158,248,249,273が存在することが知られている。したがって,これらのEGFR,K-ras,p53の遺伝子変異を迅速、正確に解析することができれば60%以上の肺腺癌の診断が可能になり,同時に個別治療の指標としての遺伝子情報を手に入れることができる。そこで我々は理化学研究所で開発された新規遺伝子増幅法(SMAP法)を利用してEGFR,K-ras,p5の遺伝変異を高速、高度感に検索できるキットを開発している。H19年度にはEGFRとK-rasの遺伝子変異を解析するキットを完成させた。EGFR,K-rasともに約1%の変異を約30-40分で解析可能で時間、コストともに優れていることを確認した。現在,新たにイレッサの耐性に関与するEGFRのexon20のT790Mとp53のhot spoに対する変異検出キットを開発中である。SMAP法の臨床応用としては,145症例の肺腺癌手術検体においてEGFRとK-rsasの変異解析を行いEGFR,K-rasともに現在までに報告されている遺伝子変異率を上回る結果(EGFR変異率:約50%,K-ras変異率:約18%)を出した。また,手術中に採取した臨床検体を約3-5分でSMAP法の鋳型に精製できるシステムを開発した。さらには,EGFRとK-ras遺伝子の検索キットを実際に臨床に利用し。SMAP法を利用した遺伝子変異検索キットの実地臨床における精度,臨床的有用性,EGFR変異解析結果とイレッサによる臨床効果との相関を検討している。我々は新規遺伝子変異検索技術SMAP法を用い、摘出肺癌組織から抽出したDNAサンプルを対象にEGFRおよびK-ras変異検出における精度及び感度を確認し、臨床現場での使用に対しての問題点と改善点を検討した。また既存技術では難しく、臨床現場での問題点とされていたパラフィン切片を標本とした変異検出系を確立した。さらに臨床現場での有用性を考え、摘出組織をそのまま鋳型として遺伝子診断を行うシステムを開発した。これらに加え、現行のシステムではEGFR exon19のうち一部の変異型のみ検出可能であったことに対し、PNAを用いることで、exon19の変異のうち報告されているほぼ全ての変異型を検出可能にするシステムを開発した。EGFR及びK-rasの変異検出においては約1%の変異を検出可能であり、臨床検体を用いた評価ではPCRを基にした既存の技術では検出できなかった微量な変異遺伝子も検出可能であることを確認した。また、パラフィン切片を対象とした検討では、ホルマリン処理によるDNAの断片化によりシークエンス等に必要な塩基長を有するPCRは行えないサンプルでもSMAP法では増幅長が短いことから可能であることが確認された。さらに摘出組織をそのまま鋳型とした検出法の検討においては摘出組織をSMAP法の鋳型とするための前処理を3分程度で可能とし、摘出から遺伝子診断まで約1時間という、既存技術では不可能な超迅速診断の開発に成功した。EGFR exon19の変異検出システムにおいては既知の変異型をほ全て検出可能とし、前述通り既存のPCRを基にした技術では検出できなかった微量変異も検出可能であることを確認できた。これらの検討結果より、SMAP法は迅速、簡便、かつ高感度、高精度であり、既存技術に比べ多くの点で臨床応用に優位であることを明らかにした。本研究で検証した技術を早急に臨床現場で実用化することにより、がん治療の均填化、より正確な遺伝子診断に基づく治療が可能となり、国民医療に貢献できる。
サブプレート依存的な領野間回路構築機構の解明

本研究は大脳皮質領野間回路の形成機構を明らかにするため、特に胎生期大脳皮質サブプレート(SP)に存在して異なる領野間を結ぶ長連合ニューロンを標識・操作する系を構築し、長連合回路の形成における役割を解析することを目的としている。これまでに、DNAマイクロアレイ解析とin situハイブリダイゼーション解析などを通じて、大脳皮質6b層(胎生期のSP層)の長連合ニューロンに発現する遺伝子として、ctgfとkcnab1を同定していた。これら2遺伝子の胎生期大脳皮質での発現をin situハイブリダイゼーションで調べたところ、kcnab1の方が早い時期から発現していることが分かったので、kcnab1遺伝子のプロモータを用いてSP長連合ニューロン除去マウスの作製を進めている。このマウスにおいて2/3層および5層の長連合ニューロンの投射がどのような影響を受けるか解析するためには、これらのニューロンおよびその軸索を標識する必要がある。そのためのプロモータとして上記DNAマイクロアレイ解析で得られた候補遺伝子のプロモータの解析を進めているが、並行して、既知の層特異的遺伝子の中で長連合ニューロンに発現するものを探索した。その結果、2-5a層の交連ニューロン(左右大脳半球をつなぐニューロン)に発現するplxnd1遺伝子がS1と同側のM1を結ぶニューロンにも発現することが明らかになった。Plxnd1の転写開始点上流約10kbの領域にCreをつないだplxnd1-Creのコンストラクトを作製し、pCALNL-GFPと共に子宮内電気穿孔法でE15の野生型マウス胎児大脳皮質に導入、P21で解析したところ、S1から同側のM1および対側のS1に投射する軸索が標識されていた。SP長連合ニューロン除去マウスを用いて、軸索投射に与える影響を解析する実験系が確立できた。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では胎生期大脳皮質サブプレート(SP)に存在する長連合ニューロンの標識・操作を通じてその長連合回路の形成における役割を解析する。我々はこれまでにマイクロアレイ解析とin situハイブリダイゼーション解析などを通じて、ctgf遺伝子が大脳皮質6b層(元々SPだった層)の長連合ニューロンに発現することを見出していた。平成25年度は、まず、GENSATより購入したctgf遺伝子座にEGFP遺伝子が導入された全長160kbのBACクローンから、大腸菌内相同性組換えにより転写開始点上流10.4kbおよびEGFPをプラスミドに落としてP(ctgf)-EGFPを作製した。これをSPニューロンが誕生する胎生11.5日目(E11.5)にin utero electroporation (IUE)で導入し、SP長連合ニューロンのEGFPによる標識を試みた。しかし、様々な試行錯誤を行ったものの、これまでEGFP陽性のSPニューロンを認めるに至っていない。現在、異なる長さの上流領域を持つコンストラクトを準備するとともに、マイクロアレイで得られた6b層に発現する他の遺伝子についてもそのプロモータを利用する準備を進めている。一方、ctgf陽性SPニューロンを選択的に除去する実験に用いるデュアルドライバーマウス作製のため、今年度は、上記BACクローンをctgfプロモータ下流にCreERT2とrtTAを持つように改変した。また、ctgf陽性SPニューロンを除去したマウスの長連合回路を観察のため、CLARITYおよびSeeDBによる脳組織透明化条件の検討を行い、IUEにより2/3層の長連合ニューロンが標識された脳組織を十分に透明化することができた。

胎生11日目のin uteroelectroporationは技術的にかなり困難で習熟に時間を要することに加え、プロモータ領域が適切かどうかは実際にレポーターをニューロンに導入してみなければわからず、その判定に時間を要したが、これは予想された範囲内であり、対応策も適切に行って概ねカバーできている。平成25年度に作製した改変BACクローンを用いてトランスジェニックマウス(デュアルドライバーマウス)の作製を始める。これが得られたらニューロン特異的かつCreによる組換え依存的にジフテリア毒素蛋白を発現するマウス(理研バイオリソースセンターから導入予定)と掛け合わせてctgf陽性SPニューロン欠失マウスを作製する。SPが形成される胎生11日目にtamoxyfenを投与して組換えを誘導し、DTAによってctgf陽性細胞を除去する。その後、胎生13日目あるいは15日目にin utero electroporation (IUE)を行って、2/3層あるいは5層の長連合ニューロンを可視化し、その軸索の進展の様子を経時的にサンプリングして観察する。観察の際には摘出した脳組織の大脳皮質を平板化・透明化して全体像をイメージング、さらに標識された各ニューロンの軸索を1本ずつトレースする。同様にJackson Laboratoryから破傷風毒素蛋白の発現を薬剤で誘導できるマウス系統を導入してデュアルドライバーマウスと掛け合わせ、IUEで皮質板内の長連合ニューロンを標識した後、ドキシサイクリンを投与する。投与時間を変化させることでctgf陽性SPニューロン神経活動を抑制するタイミングを変え、その長連合回路形成への影響を解析する。また成体で神経活動を抑制して、6b層長連合ニューロンの成体における機能についての解析を行う。Ctgfプロモータで狙った効果が得られない場合に備えて、別のプロモータに関しても並行してドライバーマウスの作製を行う。
CGHアレイを用いたダウン症関連急性巨核芽球性白血病の発がんメカニズムの解明

ダウン症(DS)児においては、約10%が新生児期に一過性異常骨髄増殖症(TAM)を発症し、一旦は自然軽快するものの、その約20%が4歳までに急性巨核芽球性白血病(AMKL)を発症する。TAMの発症の段階でGATA1遺伝子変異が関与することは明らかになっているが、さらにAMKLの発症に関与する遺伝子はいまだ明らかになっていない。また、non-DS-AMKLの発症のメカニズムについても明らかになっていない。本研究ではCGHアレイを行うことでTAMとDS-AMKLの違いを染色体レベルで明らかにし、染色体異常の集中する部位から候補遺伝子を抽出し、AMKLへの進展に関わる遺伝子変異を同定することを目的とする。AMKLの発症に関与する遺伝子を同定するために、今年度はSNPアレイを用いて候補遺伝子を絞り込むことを試みた。DS-AMKL 11例、non-DS-AMKL12例についてSNPアレイを行った。Somatic gainはDS-AMKLで7例、non-DS-AMKLで7例みられた。特にDS-AMKLにおいてのみ、4例で1q gainがみられ、DS-AMKLの発症に関与している可能性が示唆された。Somatic deletionはDS-AMKLの8例、non-DS-AMKLの5例でみられた。がん抑制遺伝子の一つであるp53が位置する17pの欠失が2例みられ、直接シークエンス法を用いて解析したところ、そのうちのDS-AMKLの1例でp53変異が確認された。Uniparental disomy (UPD)はDS-AMKLの1例で3qと7pの2箇所にみられたのみであり、その頻度は低いと考えられた。AMKLの発症に関与する遺伝子を同定するために、今年度はSNPアレイを用いて候補遺伝子を絞り込み、いくつかの候補遺伝子について遺伝子解析を試みた。DS-AMKL11例、non-DS-AMKL 12例についてSNPアレイを行った。Somatic deletionはDS-AMKLの8例Inon-DS-AMKLの5例でみられた。Uniparental disomy(UPD)はDS-AMKLの1例で3qと7pの2箇所にみられたのみであり、その頻度は低いと考えられた。遺伝子解析結果は以下のとおりである。GATA1変異=DS-AMKL(11/12)、non-DS-AMKL(1/12)。JAK3、JAK2、TP53変異がDS-AMKLの同一症例で見つかった。IDH1/2、DNMT3A、RUNX1およびCBL変異は見つからなかった。NRAS変異がnon-DS-AMKL.の2例で見つかった。ダウン症関連急性巨核芽球性白血病11例に対してSNPアレイを施行することにより、ダウン症非関連急性巨核球芽球性白血病と比較して有意に1番染色体長腕の重複がみられることが明らかになったため。またいくつかの候補遺伝子の解析が終了しているため。また、ここまでの内容で論文が一編作成されたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。ダウン症関連急性巨核球芽球性白血病11例に対してSNPアレイを施行することにより、ダウン症非関連急性巨核芽球性白血病と比較して有意に1番染色体長腕の重複がみられることが明らかになった。今後は1番染色体長腕上のどの遺伝子が白血病の発症に関与しているのかを次世代シークエンスを用いることで明らかにしていく予定である。
岩石の破壊過程で発生する電磁波に関する研究

従来の研究で岩石の破壊時に電磁波が発生することが指摘されている。また、電磁波の発生は、アコースティック・エミッション(AE)と深く関わっていることは指摘されているが、その機構に関しては、不明な点が多い。そこで本研究では、一軸圧縮破壊過程での岩石から発生する電磁波を測定することとした。まず、7種類の試料を用い、実験を行ったところ、稲田花崗岩、本小松安山岩、葛生苦灰岩では強度破壊点以降、比較大きな電磁波が発生することがわかった。しかしながら、三城目安山岩、秋芳大理石、来待砂岩、セメントモルタルでは雑音レベル以上の電磁波を観測することができなかった。この結果から、比較的強度が高く脆性的な岩石の方が発生する電磁波が大きいことがわかった。次に、稲田花崗岩を用いて載荷条件を変化させた実験を行った。まず、歪速度を小さくした試験を行ったが、多少電磁波は小さくなったが、十分観測することできた。強度破壊点以降、急激な破壊を防ぎ、徐々に破壊を進行させる応力帰還制御によって試験を行ったが、わずかの応力の低下によっても電磁波が発生することがわかった。ただし、電磁波は小さくなり、発生回数は増加する結果となった。以上の結果から、花崗岩をはじめとする、脆性岩石ではわずかな破壊でも比較的大きな電磁波を発生している可能性があることがわかった。今後は、鉱山や土木分野での岩盤崩壊の予測に、この研究を発展させたいと考える。豊浜トンネルの岩盤崩壊などの事例でわかるように、岩盤の予期せぬ破壊は多大な被害が生じるため、岩盤の破壊予測に関する研究は非常に重要である。その手法の1つに、電磁波を測定することによって岩盤の破壊を予測できないかと考え、本研究では、その基礎的な研究として岩石の破壊過程で発生する電磁波を調べることにした。まず、本年度は一軸圧縮試験に限定し、実験方法の確立を目指した。ターゲットとする電磁波の周波数などの条件は、将来的な目標である原位置でも十分測定可能な範囲を想定し、百kHzとした。この程度の周波数を感度良く、測定できるようにアンテナを製作した。次に、載荷装置からの雑音を下げる工夫を行い、S/N比の増大をはかり、実験方法を確立した。それと並行に、数種類(花崗岩、安山岩、ドルマイトなど)の岩石収集も行った。次に一軸圧縮試験を行い、その破壊過程における電磁波を測定した。その結果、いくつかの岩石でピーク強度と相前後して、電磁波の発生を確認することができた。そのうち、花崗岩が最も電磁波の放射量が大きく、凝灰岩では雑音より大きな信号は測定することはできなかった。
胃前癌病変における癌/精巣抗原の発現と発癌の関連性の証明

申請者は、Helicobacter pylori感染により一部の癌/精巣抗原(Cancer/testis antigen, CTA)は悪性形質を獲得する前(前癌)から発現することを明らかにした。すなわち、CTAはがん免疫療法のみならず、前癌診断に有用な標的となりうる。しかしながら、CTAを発現する前癌病変の詳細ならびに発癌との関連性については未だ明らかにされていない。本研究課題では、臨床胃癌症例の前癌領域におけるCTAの発現様式を解析し、各前癌病変におけるCTAの発現と発癌の関連性を明らかにする。この証明により、CTAを利用した胃癌の高精度リスク診断の開発が可能となる。
多孔質フィルター内の排気ガスの流れと微粒子の吸着・燃焼過程の解析

ディーゼルエンジンは高い熱効率を持っているが、NOx、CO、HCとすすなどの粒子状物質(PMと略される)が有害成分として、ガソリンエンジンよりも多く排出されるという問題がある。PMはフィルター(ディーゼルパーティキュレートフィルター、DPF)を用いることで吸着・除去することが可能であるが、その大きさが数ミクロンからサブミクロンオーダにわたるため、効率的にPMを捕集することは容易ではない。また吸着した粒子を焼却するフィルターの再生過程が必要であるが、その最適化はできていない。現状では、多孔質のセラミックでできたDPF内のガス流動・反応を直接解析する方法がなく、主に試作したDPFに排気ガスを通してその特性を収集することで製品の開発が行われてきた。しかし試作品を作って試行錯誤により現象を分析し、製品の設計を行うことは効率的ではない。DPF内の排気ガスの流れと微粒子の吸着・燃焼過程が模擬できれば、より詳細な現象の理解ができ、また効率のよいフィルター開発も可能となる。本研究では、これまで数値的に解析が不可能であったDPF内の流れと燃焼反応を模擬する方法を提案する。解析手法には格子ボルツマン法を用いた。この方法は従来の解析方法とは異なり、現象をよりミクロな視点からモデル化している。そのため境界条件の設定が容易であり、複雑な境界面を持つ多孔質フィルター内の流れを解析するのに適している。本研究では、(1)さまざまな大きさの障害物を配置した流路内流れ(多孔質壁の簡略化したモデル)、(2)3次元CTにより実際の多孔体構造を考慮した内部流れ、(3)二相流の分離を利用した計算により再現した仮想の多孔体内流れ、の3ケースにおいて、複雑流路内の流れ解析を行った。これにより、得られた結果は理論と非常に近い関係となった。また壁面に吸着したすすの燃焼計算を行うことで、フィルターの再生過程が模擬できた。解析手法には格子ボルツマン法を用いる。ここではまずその第一段階として、多孔質壁を簡略化したモデルを用いて複雑な流れを伴う燃焼場を解析した。具体的には、流路に障害物をランダムに配置し、その物体表面で流速がゼロとなる境界条件を用いることで多孔質壁を模擬した。このとき、物体の大きさと個数を変えて透過度を変化させた。その結果、得られた流れは理論と非常に近い関係が得られた。また物体表面に吸着したすすの燃焼が計算され、フィルターの再生過程が模擬できた。

本研究では、(1)さまざまな大きさの障害物を配置した流路内流れ(多孔質壁の簡略化したモデル)、(2)3次元CTにより実際の多孔体構造を考慮した内部流れ、(3)二相流の分離を利用した計算により再現した仮想の多孔体内流れ、の3ケースにおいて、複雑流路内の流れ解析を行った。これにより、得られた結果は理論と非常に近い関係となった。また壁面に吸着したすすの燃焼計算を行うことで、フィルターの再生過程が模擬できた。
健康づくりと自立を目指し、生活に即した高齢者の家庭型運動方法の開発に関する研究

平成12年度は、家庭型運動プログラムを作成し,地域高齢者を対象に3か月間指導して運動効果を検討し,13年度は2年間の追跡調査をし,効果の持続と維持について検討た。運動は歩行,バンドによる筋力づくり,ストレッチを用いたが,教本,ビデオテープを併用し,公民館にて正しい方法を習得させた。短期間の運動効果が明らかであったが,2年間に及ぶ家庭型運動により筋力が向上し,かつ維持していることが明らかとなった。一方,柔軟性や動的バランスは顕著な改善が示された(P<0.05)が2年後有意に低下していた。12分間歩行距離などは効果が消失している傾向がみられた。運動種類の効果の違いが認められたが,種類の違いか運動量の相違によるものかなどが不明な部分があり,平成14年度は,エアロビクス,レジスタンス,柔軟性,バランスおよび対照群(非運動群)の運動群を設定し,運動の効果と特異性を調べた。被験者は男女85人(平均年齢73歳)であった。運動は週2日とし,運動の場所は大学で実施した。エアロビクスは歩行が中心,レジスタンスはゴムバンドによる運動,柔軟性はストレッチング,バランスはパッドを用いていずれも週2回教室として実施した。3か月間の運動により12分間歩行距離はエアロビクス群が15%の増加が認められたが,その他の群は23%程度の改善であり,対照群は低下していた。一方,チェアースタンドは,レジスタンス群とバランス群が32,37%の改善が認められたが,他は34%程度であった。バランス指標はバランス運動群が優れていた。このように運動の特異性が明らかに認められたが,運動の実践により4種類の効果が明らかとなったことからみればいかに行うかという高齢者自身が理解しやすい運動方法の具体的提示とwell-rounded exerciseの導入の重要性が認められた。今後はこうしたプログラムの普及発展が求められよう。平成12年度は、自宅で実施可能な運動プログラム(home-based exercise program)を作成し、地域在住の高齢者を対象に一定期間(3ヶ月間)指導し、この有効性を検討した。運動群39人(平均年齢70.6±6.9歳,男13人,女17人),非運動群30人(比較対照,71.8±6.2歳,男16人,女20人)であった。本プログラムは,最終的にはウエルラウンドエクササイズを実施することをねらいとするが,今回は主に筋力強化に主眼をおいたプログラムを用いた。運動プログラムは,基本的には自宅で実施する運動方法を用いたが、運動を正しく実施するために、週に一日大学施設などを利用し,運動指導をおこなった。筋力づくり(レジスタンス)バンドエクササイズを用いて椅座位にて実施させた。ストレッチは座位にておこなったがビデオテープなどを用いて正しい方法を習得させた。12週間に亘る自宅型運動により、筋力(Chair Stand,Arm Curl)、柔軟性(上体反らし,functional reach)、敏捷性または動的バランス(Up & Go),瞬発力(垂直跳び)に群別、経時変化に交互作用が認められ、顕著な改善が示された(P<0.05)。Back scratch,Sit and Reachの柔軟性においても改善の傾向が認められた(P<0.10)。本研究からは、筋力の改善を中心に高齢者の家庭型運動による効果が観察され、健康づくり,機能的自立への有効な手段になりうるものとみられた。