hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ユビキタス・クラスルームにおける学習支援システムの構築

本研究課題では、講義と実習の両方に対応した複合型授業アーカイブシステムを構築した。さらに、この授業アーカイブとコース管理システム(CMS)のユーザ認証とを連携させることで、CMS内から学習者自身の授業アーカイブを閲覧することが可能となった。また、実習時においては、学習者の端末情報を獲得し、端末情報の中からアクティブウィンドウの遷移に着目し、実習中の学習状態を可視化するとともに、遷移状態をもとに実習評価を試みた。本研究におけるユビキタス・クラスルームとは、Webベースのe-learningシステムを拡張したシステムのことを示す。本研究では、高等教育機関で行われているプログラミング実習を対象に、いつでもどこでもシームレスに学習できるe-learningシステムを構築し、このシステムから得られる学習者の履歴情報を解析することにより、プログラミング時の学習者の思考過程を導出し、学習者を支援することを目的としている。本年度の計画では、上記に述べた目的を実施するために、既存のオープンソフトウェアであるe-learningシステムの機能を拡張することにより、試作システムの開発を行うことである。具体的には、学習者がプログラミングを行う際にどのような思考過程で行っているかを知る必要がある。このため、入力時間軸でソースコードの構文を解析する前段階として、プログラミング時における基礎データを獲得することが重要である。本年度は、学習者のプログラミング時のコンテキストの獲得を目的として、操作履歴、キーボードの入力文字、コンパイル時のエラー情報、デバック情報、画面状況を自動的に取得できるシステムを構築した。さらに、取得したコンテキストとソースコードの相関性について調べた。実験結果として、本研究で対象としているプログラミング言語は、論理構造を持った人工言語であるため、上記で取得したデータを、入力時間軸に沿って、ソースコードの論理構造と学習者のコンテキストを照らし合わせることにより、学習者のプログラミング時の思考過程を導出する手がかりとなった。近年,高等教育機関の学習環境の多くは,コース管理システム(CMS)や学習管理システム(LMS)などのWebベースのe-learingシステムを導入している.しかしながら,現在,研究開発しているe-learningシステムは,プログラミングやシミュレーションといった実習を行うには機能が不十分である、なぜならば,現在,学習におけるe-learningシステムの利用方法は,実習課題や説明をシステムに掲載し,学習者はそれらを見ながら,実習し課題を提出するという流れが一般的である.このため, e-learningシステムの最大の特徴である学習履歴(学習者の実習時の入力履歴,操作履歴等)の蓄積が残らないからである.このことは,学習者がどのような学習過程で,課題提出までに至ったのか知ることができず,また,実習を遂行する上で的確な支援が行えないことを意味している.本研究では,高等教育機関で行われているプログラミング実習を対象にし,いつでもどこでもシームレスに学習が可能なe-learningシステム(ユビキタス・クラスルームと呼ぶことにする)を構築する.このシステムから得られる学習者の履歴情報を解析することにより,プログラミング時の学習者の思考過程を導出し,学習者を支援することを旧的とする.この目的を実現するために,本年度はプログラミング実習において,入力情報,端末出力情報,姿勢情報の学習コンテキストを獲得し,これらの情報を用いてモデル化を行い,支援すべきシーンの抽出を試みた.実験結果として,モデルの評価値の高い時間帯の中にはプログラミング誤りが生じているシーンが含まれていたことが確認できた.この成果は,プログラミング教育において,学習支援を行うための基礎モデルとして利用可能である。本研究の目的は,高等教育機関で行われているプログラミング教育を対象にし,いつでもどこでもシームレスに学習が可能なe-learningシステムを構築することである.平成21年度では,従来のe-learningシステムと平成20年度に獲得したコンテキストを収集する機能を組み合わせて機能拡張を行った.具体的には,講義とプログラミング実習を組み合わせた授業を対象に,講師の振る舞い,スライド,受講者の様子,受講者の端末状況を獲得する複合型授業アーカイブシステムの構築を行った.本研究で提案したシステムで得られた授業アーカイブは,講師映像,スライド,各受講者の端末画面が時間に同期して再生可能である.このため,各受講者は自分自身の端末情報を個別に閲覧できる必要がある.そこで,本研究では,コース管理システム(CMS)のユーザ認証と連携させることで,CMS内から受講者自身の授業アーカイブを閲覧することが可能となった.このような授業アーカイブは,受講者は復習教材として,講師は授業改善として利用することができる.さらに,プログラミング実習時においては,受講者の端末情報を獲得し,得られた端末情報の中から、アクティブウィンドウの遷移に着目し,プログラミング実習中の学習状態を可視化するとともに,遷移状態をもとに学習者の学習評価を行った.このシステムの成果は,プログラミング実習において,講師が学習状況を的確に把握することができ,実習内容の改善にも利用することが可能である.
水稲育苗床土を用いたブルーベリーの1年生大苗育苗技術の開発

本研究では、ブルーベリーの挿し木繁殖から初収穫までの期間を短縮することを目的に、水稲育苗床土を用いたブルーベリーの1年生大苗育苗技術の開発について検討した。挿し木発根性の高い'Jersey'と低い'Spartan'を供試した。挿し木は慣行法に従いピートモスと鹿沼土の混合床土で行った。挿し木時期として12月中旬区および23月下旬区を設けた。また、水稲育苗床土に移植する時期として1挿し木後4か月区および2挿し木後5か月区を設けた。さらに、水稲育苗床土に移植する際、1直径15cmおよび2直径21cmのビニルポットを用いた。移植後は無加温ビニルハウスで管理し、落葉後の新梢長および花芽数を調査した。なお、対照区として移植後もピートモスと鹿沼土の混合床土を用いる区を設定した。その結果、'Jersey'および'Spartan'において、挿し木時期および移植時期が早いほど、新梢長が多かった。また、3月下旬に挿し木して5か月後に移植した場合、移植後、ほとんど生長しなかった。さらに、2月中旬および3月下旬に挿し木して5か月後に移植した場合、21cmポットで15cmポットよりも生育が優れる傾向がみられた。このように、1年生の大苗を育成するためには、2月に挿し木を行い約4か月後の6月中には水稲育苗床土に移植する必要があることが明らかになった。しかしながら、挿し木発根性の低い'Spartan'の生長量は挿し木発根性の高い'Jersey'の半分以下であったため、今後は、挿し木発根性の低い品種での1年生大苗育苗技術の検討が課題として残された。
モデルコアポテンシャルによる化学反応ポテンシャル曲面を決定する

遷移金属やランタノイド、アクチノイドを含む系を分子軌道法で取り扱うためには、全電子を取り扱う多電子理論は取り扱いが困難であり、化学的に不活性な内殼電子の影響を有効内殼ポテンシャル(effective core potential, ECP)で置き換えることが不可欠であった。これらの問題を解決するため、代表者(酒井)らはモデル・コア・ポテンシャル(Model Core Potential, MCP)法を開発してきた。MCP法は、(1)価電子軌道の節を表すことができる、(2)内殼ポテンシャルに相対論的効果の主要な部分(mass-velocityとDarwin term)を取り込んでいる、ことが特徴である。代表者(酒井)らはLi(Z=3)からRn(Z=86)までの全ての原子に対してモデルコアポテンシャル(MCP)を完成させた。化学反応や触媒反応を取り扱うには、ポテンシャル曲面上での平衡構造、遷移状態構造、基準振動や反応経路を決定する必要がある。今回の科研費による2年間の研究により、汎用ab initioプログラムGAMESSにMCP法およびそのエネルギー勾配法のプログラムを移植することができた。このプログラムを使って、ランタノイドおよびアクチノイド化合物の電子状態および化学反応を取り扱うことが可能になった。我々は、(1)GdOの励起状態の電子状態、(2)ウランおよびネオジウム・ハロゲン化物の電子状態、の2つの研究を行った。これらの研究により、ランタノイドおよびアクチノイド化合物の励起状態、幾何構造、ランタノイド収縮、化学結合についての理論的研究を行う上で、MCP法が有効的であることを検証できた。汎用プログラム、"GAUSSIAN"へのMCPの移植は現在進行中である。遷移金属、ランタノイド、アクチノイドのような重い原子を含む系が関与する化学反応や触媒反応等を分子軌道法で取り扱うためには、化学的に不活性な内殻電子の影響を有効内殻ポテンシャル(ECP)で置き換えることが不可欠である。酒井(代表者)らはLi(Z=3)からRn(Z=86)までの全ての原子に対してECPの一種であるモデルコアポテンシャル(MCP)を完成させた。Rb(Z=37)より重い原子については相対論の効果を取り入れている。MCP法の原子価軌道は本来持つべき節(node)を持っていることであり、他のECP法と比較して重要な特徴を持っている。最近発表した論文では、ZrClおよびTiClに対して高精度のMRSDCI計算を行い、両分子の電子状態の微妙な違いを議論して実験的なスペクトルの帰属に指針を与えることが出来た。茂木(分担者)は、ソースプログラムが世界的にライセンスフリーで公開されており、かなり広範に利用されているGAMESSに、MCP法による解析的微分法の組み込んだ。茂木(分担者)はGAMESSへの解析的微分法の組み込みを手がけ、これまでにエネルギーの一次微分の導入を終えた。今回、この仕事を拡張して、多様な機能を装備しているGAUSSIANプログラムにMCP法をエネルギー勾配やヘシアンを含めて組み込むこと続行している。今回MCP法の組み込みを計画している"GAUSSIAN"プログラムは、分子構造の決定、赤外・ラマン分光による振動解析の理論的解釈、化学反応における遷移状態や反応経路の決定など、多くの機能を装備している。遷移金属やランタノイド、アクチノイドを含む系を分子軌道法で取り扱うためには、全電子を取り扱う多電子理論は取り扱いが困難であり、化学的に不活性な内殻電子の影響を有効内殻ポテンシャル(effective core potential, ECP)で置き換えることが不可欠であった。MCP法は、(1)価電子軌道の節を表すことができる、(2)内殻ポテンシャルに相対論的効果の主要な部分(mass-velocityとDarwin term)を取り込んでいる、ことが特徴である。

代表者(酒井)らはLi(Z=3)からRn(Z=86)までの全ての原子に対してモデルコアポテンシャル(MCP)を完成させた。化学反応や触媒反応を取り扱うには、ポテンシャル曲面上での平衡構造、遷移状態構造、基準振動や反応経路を決定する必要がある。今回の科研費による2年間の研究により、汎用ab initioプログラムGAMESSにMCP法およびそのエネルギー勾配法のプログラムを移植することができた。このプログラムを使って、ランタノイドおよびアクチノイド化合物の電子状態および化学反応を取り扱うことが可能になった。我々は、(1)GdOの励起状態の電子状態、(2)ウランおよびネオジウム・ハロゲン化物の電子状態、の2つの研究を行った。これらの研究により、ランタノイドおよびアクチノイド化合物の励起状態、幾何構造、ランタノイド収縮、化学結合についての理論的研究を行う上で、MCP法が有効的であることを検証できた。汎用プログラム、"GAUSSIAN"へのMCPの移植は現在進行中である。
組換えを起こしやすい反復配列に結合するタンパクの分離

真核生物のゲノム中には多くの種類の縦列型反復配列が存在する。ミニサテライトやテロメア等がそのよく知られた例であるが、それらの配列は組換え反応を起こし易いという特色を持つ。組換え反応の生物学的意義や分子機構を知るために、我々はミニサテライト・Pc-2に注目し研究対象としている。Pc-2ミニサテライトが減数分裂時の相同染色体の組換えのホットスポットになっているかどうかは不明である。それを検討するためには、Pc-2座の同定を行う必要がある。C57BL/6とMSMマウスとの61匹のN2戻し交配マウスを作成し、それらに多型を示す57のマーカーDNA座をマップした。即ち、これはPC-2の染色体座を決定するためのパネルを作成したことを意味する。このパネルにPc-2の多型の分離パターンを決め、マーカー座のそれと比較した。その結果、Pc-2は染色体6番の65cM近傍に存在することが分かった。Homopurine:homopyrimidine鎖が繰り返す配列は組換えに関与すると考えられている反復配列の一種であり、それらは特殊な構造(三重鎖構造)をとるといわれている。これらの反復配列はDNA構造そのもの、もしくはタンパク質との複合体を形成することによって生物学的機能を示す可能性がある。我々は反復配列・d(GGA/CCT)_<12>がプラスミド中で一本鎖構造をとることに注目し、その一本鎖DNAに特異的に結合するタンパクを検索した。マウスの精巣、FM3A細胞核抽出物中にCytosine-rich鎖に特異的に結合する70kDaのタンパクを見いだし、このタンパク質(p70)を一本鎖DNA d(CCT)_<12>アフィニティーカラムを用いて精製した。p70はd(GGA)_<12>、二本鎖のd(GGA/CCT)_<12>には結合せず、また他のHomopyrimidine配列(d(CT)_<12>,d(CTT)_<12>,d(CCTGCCT)_6)とは結合能が低下していることから、配列または構造特異性をもつことが示唆された。一方、Guanine-rich鎖はテロメアと類似構造を持つので、テロメアに見られるG:G pairingをこのDNAを示すかどうかを検討した。一価の塩の存在で、この種の分子会合を(GGA)nも同様にすることがわかった。以上のことから、d(GGA/CCT)_<12>は染色体内で、C-rich鎖にp70が結合し、G-rich鎖が他の分子とG:G pairingをとりうるものと考えられる。
細胞の容積調節に関わる容積感受性塩素イオンチャネルの同定及びその開口機構の解明

容積感受性Cl電流は細胞の体積が正常であるときには全く見られず、細胞が低張浸透圧下で膨張した時にのみ観察され、その開口機構には細胞骨格の関与が示唆されている。報告者は、容積感受性Clチャネルが低浸透圧刺激を受けて細胞骨格系と相互作用して開口した際には細胞膜から溶出されにくくなるのではないかと考えた。そこで、容積感受性Cl電流が非常によく観察される、ヒト小腸由来の培養細胞であるIntestin407細胞を用いて、正常浸透圧下にある細胞と低浸透圧刺激を受けた細胞から膜画分を取り、界面活性剤に対する溶解度が異なる蛋白質があるかどうかを調べた。その結果、低浸透圧刺激を加えた細胞から抽出した膜画分中に特異的に見られる蛋白質を見出し、その内部アミノ酸配列を解析し、同定した。現在この蛋白質のcDNAを単離し、培養細胞に強制発現させて、容積調節に関わるかどうかを検討中である。容積感受性Cl^-電流は細胞の体積が正常であるときには全く見られず、細胞が低張浸透圧下で膨張した後の調節性容積減少(regulatory volume decrease: RVD)過程でのみ観察される。容積感受性Cl^-チャネルの候補蛋白質を精製する目的で、RVD過程での本チャネルの開口に細胞内外のATPが必要であることを利用して、ATPアフィニティーカラムクロマトグラフィーを行った。実験には容積感受性Cl^-電流が非常によく観察されるヒト小腸由来の上皮細胞であるIntestine407細胞を用いた。実際にはRVD過程にない細胞から抽出した膜蛋白質を用いてコントロールとし、RVD過程にある細胞を用いた場合のカラム溶出画分中にコントロールより高いATP結合能を示す蛋白質が見られるかを検討した。このカラムクロマトグラフィー実験では至適条件を色々と試し決定する必要があったことと、溶出される蛋白質量が極めて少なく、チャネル候補蛋白質を回収するためにカラム実験を数多く繰り返さなければならなかったことが原因で、蛋白質のアミノ酸配列解析にいたるまでに非常に長い時間を費やす結果となった。現在本チャネル候補としてのATP結合蛋白質が1つ見つかっており、アミノ酸配列を解析した結果、今までに報告されていない新規な蛋白質であることがわかった。今後はこの蛋白質のcDNAの単離を行い、できるだけ早く一次構造を決定する。さらに発現実験等によって機能解析を進めていく予定である。
我が国における糖尿病患者に適したクアオルト（健康保養地）の探索

クアオルト(kurort)とは、ドイツ語あり、日本語では「健康保養地」と言う意味である。我が国でのクアオルトの適地は、山形県上山市などであることが明らかになった。また、糖尿病患者のクアオルト療法の条件として、緊急車両の乗り入れができることを優先するべきであることも明らかにした。さらに、ウォーキングを中心とした,自然を楽しみながら行う愉楽を高める組織的な活動として、フットパス、森林セラピーなどがあることがわかった。H26年度の目的は、1.クアオルトのなかでもテラインクア(地形療法)とバルネオテラピ(温泉療法)の条件と2.糖尿病患者に対する適切な運動療法の明確化であった。目的1:テラインクアの条件は、文献を元に専門家に相談することで明らかにすることができた。その際、糖尿病患者におけるテラインクアの条件として、緊急車両の乗り入れができることを考え「至便であること」を、「アスファルトやコンクリート舗装でないこと」よりも必要条件の優先順位を上位とした。バルネオテラピの参考施設である、富山市角川介護予防センターとイギリスBathを訪問して、Thermae Bath Spaに行き、両施設担当者から説明を受けた。特に角川介護予防センターの利用条件は、要支援1、2の認定を受けた人であるが、利用者が大変元気であった。温泉水による運動が介護予防に役立つことを時間した。また、イギリスCothswoldsのBourton on the WaterとBiburyのフットパスを体験した。テラインクアとは若干異なるが、イギリスにおける野外での歩行運動と地域保全の融合を確認した。目的2:糖尿病患者と更に糖尿病性腎症患者における、運動療法の適応や禁忌、ならびに評価内容を明らかにした。しかし、一般的な内容であるため、今後はクアオルトに特化した条件を検討する必要がある。また、運動の心理的評価である運動の楽しさ尺度を文献から確認することができた。しかし、本尺度は高校生以下が対象であるため、今後、患者向けの運動の楽しさ(愉楽)を測る尺度開発が必要である。群馬県内2カ所のテラインクア適地候補において、健常者4名で歩行運動を行った。運動の楽しさ尺度で測定した評価では、運動後3名の運動の楽しさが向上した。また、すべてのテラインクア条件を満たすところは無かったが、運動強度別に条件を分けて考えることが必要であることがわかった。本研究は目的1.我が国におけるクアオルト(kurort)の適地の探索と、目的2.糖尿病患者のクアオルト療法の可能性を明らかにすることであった。クアオルトとはドイツ語で、「健康保養地」と言う意味である。結果として目的1は、クアオルトの中でも気候性地形療法(klimatische terrainkur)は、山形県上山市で、先駆的に取り組んでいることがわかった。目的2の結果として、糖尿病患者におけるクアオルト療法の中でもテラインクアの条件として、緊急車両の乗り入れができることを優先し「至便であること」を、「アスファルトやコンクリート舗装でないこと」よりも優先順位を上位とすれば、糖尿病患者のクアオルト療法は可能であるといえよう。さらに、目的3として、クアオルト以外の、自然を生かした生活習慣病対策について検討した。その結果、フットパス、森林セラピーなどがあることがわかった。フットパスとは、イギリスを発祥とする森林や田園地帯、古い街並みなど、地域に昔からあるありのままの風景を楽しみながら歩くこと「Foot」ができる小径(こみち)「Path」のことである。フットパスは身体運動の目的のために整備された道ではないが、フットパスでのウォーキングは、地元の文化や自然を楽しみつつ、かつ人々との交流も行いながら、生活習慣病対策として取り組む軽い運動には、好適であることがわかった。森林セラピーは,特定非営利活動法人・森林セラピーソサエティにより、医学的エビデンスを基礎とした森林の快適性増進効果・癒し効果等を、健康維持・増進等に活かしていくという取り組みの総称とされている。森林セラピーは、多くの研究で運動を行わなくてもリラックス効果が得られることが証明されており、ADL低下者や引きこもりがちな患者にも適応できることが確認された。目的1クアオルトの中のテラインクアとバルネオテラピーの条件の明確化について:テラインクアの条件は、文献を元に専門家に相談することで明らかにすることができた。テラインクアとは若干異なるが、野外での歩行運動についてイギリスのフットパスを体験することができた。この体験から、テラインクアについて検討するときに、野外での運動の条件を検討する際の参考にすることが出来る。前述のテラインクア条件を元に、群馬県内2カ所のテラインクア適地候補において、健常者とともに歩行運動を行うことも出来て、今後の課題も明確になった。バルネオセラピーの条件は文献的には情報が乏しく、明確にすることはできなかった。しかし、H27年度に訪問予定のバルネオテラピーの参考施設である、富山市角川介護予防センターにH26年度に訪問することができた。

そこの施設構造やアセスメント内容、さらには運動計画などを、今後バルネオセラピーを考える上での参考にすることができると思われる。以上のことから、目的1は達成できたと言える。目的2糖尿病患者に対する適切な運動療法の明確化:糖尿病患者だけでなく、糖尿病性腎症患者についても、運動療法の適応や禁忌、ならびに評価内容を明らかにすることができた。運動の心理的評価である運動の楽しさ尺度があることがわかり、さらにそれを試用することもできた。以上のことから目的2も達成できたと言える。看護学【研究目的】H26年度の研究を通して、以下の課題が明らかになった。1.テラインクアとバルネオテラピーの適地候補の、より具体的な条件の明確化。例えば、テラインクアでは、「静かなところ」で実施することになっているが、「静かなところ」とは、何デシベルを指すのかなど不明な点が多い。2.糖尿病患者と糖尿病性腎症患者の運動療法の適応と禁忌については明確になったが、テラインクアとバルネオテラピーに特化した適応と禁忌は不明である。そのため、テラインクアとバルネオテラピーに特化した、糖尿病患者と糖尿病性腎症患者の運動療法の適応と禁忌を明らかにすることが必要である。さらに、元々のH27年度の研究目的は、3.我が国のクアオルトの適地候補を訪問して、4.その場所の糖尿病患者への適否と整備項目を明らかにすることである。そこで、H27年度の研究目的は、上述の4点とする。【研究方法】目的1について:小関信行著「クアオルト入門」に、クアオルトの詳細な定義などが記載されていることがわかった。そのため、H27年度は、これらの著書を参考に目的1を達成する。目的2について:クアオルトに特化した、糖尿病患者と糖尿病性腎症患者の運動療法の適応と禁忌について記述してある文献が少ないため、専門家に相談する。目的3について:上述の小関信行氏が山形県上山市でクアオルトを展開しているらしいので、当地を訪問する。目的4について:13を実施した結果をまとめることで、目的4を達成する。購入金額の変更があったため。次年度の物品購入に充てる。
脳弓下器官・終板脈管器官に特異的に発現する分子群の同定

動物は、体液中の浸透圧やNa+濃度を一定に保つために、脳室周囲器官(CVOs)において体液状態のモニタリングを行っている。CVOsが司る体液恒常性制御機構の解明のために、CVOsに特異的に発現している分子の同定を試み、CVOsに特異的に発現していると考えられる蛋白質を同定した。また、既にCVOsで発現が確認されているNaxについて、発現している領域や細胞についての解析を行ったところ、Naxは、大脳皮質や扁桃体の神経細胞にも発現しており、シナプス後部の足場タンパク質PSD95により細胞膜での安定性が制御されていることがわかった。高Na血症患者由来の血清中に含まれる自己抗体の抗原分子の同定高Na血症の患者血清のうち、免疫組織染色実験により、脳室周囲器官(CVOs)を特異的に染色することがわかっている血清を用いて実験を行った。マウス脳から脳弓下器官、及び対照となる大脳皮質を切り出して蛋白質を抽出し、高Na血症の患者または健常者の血清を用いて、それら抽出物のウエスタンブロット解析を行った。CVOsに特異的な抗体の作成と抗体が認識する抗原分子群の同定最近、マウスCVOsに発現している遺伝子について解析が行われ、CVOsに特異的に発現していると考えられる候補蛋白質がいくつか見つかった。それらの候補蛋白質のうち、トランスポーターであり、体液センサー分子である可能性が期待できる蛋白質は26あり、そのうち2つについて解析を進めた。候補蛋白質の全長cDNAクローニングをし、それらの発現プラスミドをHEK293T細胞にトランスフェクションして蛋白質の発現を行った。発現の確認には市販品の抗体を用い、ウエスタンブロット解析、免疫細胞染色法により行った。今後は、蛋白質を発現させた細胞株を用いたイメージングによる機能解析と免疫組織染色による脳室周囲器官における発現の特異性について確認する。動物は、体液中の浸透圧やNa+濃度を一定に保つように飲水行動や塩分摂取、尿の排泄制御等を行う。体液状態のモニタリングは血液脳関門を持たない特殊な脳組織である脳室周囲器官(CVOs)において行われているが、こうしたCVOsの特殊な機能や構造を実現している分子基盤については十分に解明されていない。我々は、複数の高Na血症患者の血清を調べたところ、その一部にCVOsに選択的に結合する抗体が含まれていることを見いだした。そこで、CVOsに特異的に発現している分子の同定をすることにより、CVOsが司る体液恒常性制御機構の解明の手がかりを得る試み。1.高Na血症患者由来の血清中に含まれる自己抗体の抗原分子の同定高Na血症の患者血清のうち、免疫組織染色実験により、CVOsを特異的に染色することがわかっている血清を用いて実験を行った。マウス脳から脳弓下器官、及び対照となる大脳皮質を切り出して蛋白質を抽出し、高Na血症の患者または健常者の血清を用いて、それらの抽出物のウエスタンブロット解析を行った。しかしながら、血清中に含まれる自己抗体の抗原分子を見いだすことはできなかった。2.CVOsに特異的な抗体の作成と抗体が認識する抗原分子群の同定最近、マウスCVOsに発現している遺伝子についての解析が行われ、CVOsに特異的に発現していると考えられる候補蛋白質がいくつか見つかった。それらの候補蛋白質のうち、トランスポーターやチャンネル分子であり、体液センサー分子である可能性が期待できる蛋白質は26分子あった。そのうち2分子について、細胞株での発現を、ウエスタンブロット解析、免疫細胞染色法により確認した。さらに、Naイメージング法により細胞外液の濃度変化による、Na+の流入を確認できた。残りの候補分子については、クローニングと発現プラスミドの構築を行った。神経科学高Na血症患者由来の血清を用いた実験では、脳室周囲器官(CVOs)に特異的に発現している自己抗体の抗原分子を見つけることは出来なかった。しかしながら、マウスCVOsに発現している遺伝子について解析が行われ、脳室周囲器官に特異的に発現していると考えられる候補蛋白質が、いくつか見つかってきている。今後は、これらの候補蛋白質の解析を中心に行っていくことで、CVOs組織特異的に発現する分子の同定を試みる。現在、脳室周囲器官(CVOs)に特異的に発現していると考えられる候補蛋白質が、いくつか見つかってきている。これらの候補蛋白質がCVOsに特異的に発現しているか、また、CVOsの内部のどの細胞に発現しているか、免疫組織染色法により確認する。候補蛋白質にはチャンネル分子やトランスポーター分子は体液センサー分子である可能性が期待される。そこで、これらの分子については、HEK293細胞などの株化細胞に発現させ、細胞外のNa濃度や浸透圧変化に対する応答性をNaまたはCaイメージング法により解析を行う。
新技術次世代分光器の開発およびAGN距離梯子構築

平成30年度に行った研究開発は以下の通りである。1)分散素子製作:製作した回折格子は裏面から使用することを予定していたが、予想外に裏面での反射率が低かったため、S-FTM16硝材のプリズムを追加で製作し、表面側に張り付けることで設計通り使用できるようにした。また、その後ZnSeプリズムとも張り合わせて、効率と光学面形状の確認、及び冷却試験を行い、問題なく使えることを確認した。2)内部機械系製作:ホール素子を用いた傾斜センサを用いて、常温用アクチュエータを改造した真空冷却用アクチュエータの駆動試験を複数回行った。駆動試験は全て成功し、問題なく真空冷却下で常温用のアクチュエータが動作できることが確認できた。分散素子ホルダおよび大型のバイコニック鏡ホルダの設計・製作を行った。また、内部での迷光を抑えるための大型バッフルを設計・製作した。3)バイコニックミラーの製作: 4枚6面のバイコニックミラーが全て納品され、拡張フーコーテストでの光学試験及び引きずり3点法での機械的な手法での形状の確認作業を進めているが、両者の間で整合性のある結果が得られておらず、原因を究明中。バイコニックミラーの形状確認を光学的手法と機械的手法の2通りで確認中だが、整合性のある結果が出ておらず、原因究明中である。原因究明が完了してこれらのミラーの確認が終了した場合でも、予算不足で鏡面を蒸着することができないため、その費用を拠出できる財源を探す必要がある。更に、天体導入用ファイバーバンドルの製作も別予算を確保して行う必要がある。また、ハワイ観測所での使用を終えた近赤外検出器の再利用公募がかなり難航しており、このことも遅れを引き起こす要因となっている。予算的に分光器の完成が困難であるため、鏡面蒸着とファイバーバンドル製作を行うための他の競争的資金の獲得努力を引き続き継続する。近赤外検出器が来るまでは、既にある可視光の大面積CCDを使用して、可視光の分光器として調整作業を進める。平成28年度に行った研究開発は以下の通りである。1)近赤外分光器機械部の概念設計:近赤外分光器の機械部も含めたサイズを推定し、それに基づいて真空容器の大きさを決定するため、既に設計が完了している光学系を保持する支持機構や迷光解析とバッフルの設計を行った。また、真空容器を冷却するための冷凍機とコンプレッサーの選定(購入は次年度の予定)を行った。2)近赤外分光器用真空容器の設計・製作:上記機械部の概念設計により決定された体積を格納できる真空容器を設計し、大気圧に耐える機械強度を有限要素法により確認した。製作費用や全体重量を顧慮して最適な形状になるよう修正を加えて製作した。また、重量1トンの真空容器を保持し、水平方向に移動させるための搬送用台車を設計・製作した。完成した真空容器を、搬送用台車を用いて2月末に完成した京大岡山天文台のドーム1階に搬入した。3)バイコニックミラーの製作:4枚(6面)必要なバイコニックミラーのうち、1枚(2面)の硝材手配と、鏡面を加工する際に必要な数値データを算出し鏡面加工を行った。4)拡張フーコーテスト試験:フーコーテストなど通常の軸対称な形状の鏡面の検査方法ではバイコニックミラーの形状を検査することはできないので、従来のフーコーテストを拡張した手法(拡張フーコーテスト)を開発し、いくつかの鏡面で原理試験を行った。データの自動取得システムと解析ソフトウェアを開発し、平成29年に予定しているバイコニックミラーの形状確認試験に向けての準備を整えた。当初の予定通り、真空容器と1枚目のバイコニックミラーの製作は完了した。一方で、予算不足により回折格子製作のためのガラス基盤とプリズムを製作することができなかったため、これらは次年度に先送りとなっている。バイコニックミラーを検査するための新手法の開発にも成功し、予算面以外での問題点は出ていない。

原因究明が完了してこれらのミラーの確認が終了した場合でも、予算不足で鏡面を蒸着することができないため、その費用を拠出できる財源を探す必要がある。更に、天体導入用ファイバーバンドルの製作も別予算を確保して行う必要がある。また、ハワイ観測所での使用を終えた近赤外検出器の再利用公募がかなり難航しており、このことも遅れを引き起こす要因となっている。平成29年度に行った研究開発は以下の通りである。1)分散素子製作:製作費用削減のため、他のプロジェクトで使用されなくなったZnSe硝材を利用して製作することとなった。そのため、若干の光学設計変更を行い、最適な形状のプリズムに加工を行った。また、回折格子部分の基盤となるプリズムおよび回折格子への加工の完了した。2)真空冷却容器製作:前年度に製作した真空容器に冷凍機を接続し、内部にベーキング用ヒーター付きラジエーションシールドとダミー光学ベンチを配置し、更に白金抵抗温度計を多数取り付けて、コネクタ付きフランジを介して制御PCから温度管理できるようにした。その後、内部を5重の熱制御フィルムで覆い、ベーキングと初回の冷却試験を行った。3)内部機械系:冷却真空下で微小な光学調整を安価に行うため、常温常圧用の小型アクチュエータを分解洗浄し、ベアリングを与圧のないものに交換することで、冷却真空下でも使用できることを確認した。動作の確認は、冷却真空下での光学素子の傾きを機械的に検知する振り子とホール素子を用いた傾きセンサを用いた。また、光学素子を配置するための光学ベンチを設計・製作した。光学ベンチを覆うシールドの内側は、ヴェルヴェットと呼ばれる超低反射率の黒色塗料で塗装した。4)バイコニックミラーの製作:新たに1枚(2面)のバイコニックミラーの硝材購入および鏡面加工と、残り2枚の凸面のバイコニックミラーの硝材を購入した。このうちの凸面1枚の鏡面加工は、加工業者の都合により30年度に予算を繰り越して行った。当初の予定では、29年度にバイコニックミラーを全て完成させる予定だったが、加工業者の都合と予算的な制約があり、凸面2枚の加工は30年度に行う事となった。光学素子ホルダなど、分光器内部の機械構造の設計・製作も予算や時間の制約によりやや遅れ始めている。また、ハワイ観測所での使用を終えた近赤外線検出器の再利用公募がかなり難航しており、このことも遅れを引き起こす要因となっている。予算の都合による若干の遅れはあるものの、おおむね当初の計画調書の通り進めることができる見通しである。予算的に分光器の完成が困難であるため、鏡面蒸着とファイバーバンドル製作を行うための他の競争的資金の獲得努力を引き続き継続する。近赤外検出器が来るまでは、既にある可視光の大面積CCDを使用して、可視光の分光器として調整作業を進める。予算的に分光器の完成が厳しい見通しとなってきているため、他の競争的資金の獲得も検討し、何とか当初計画に近い形で完了できることを目指す。
新規がん治療法開発に向けた口腔がん幹細胞における上皮間葉転換抑制因子の機能解明

がん治療の成否はがん幹細胞の治療抵抗性に特徴づけられている。私たちはこれまで口腔扁平上皮癌におけるがん幹細胞の存在に注目し、その発現様式および薬剤感受性の制御機構について解析を進めて来た。本研究では、これまでの研究をさらに発展させ、がん幹細胞の1つの表現とされる上皮間葉転換に焦点を当て、腫瘍実質より間葉系に変化する幹細胞を特定し、上皮間葉転換抑制因子を解明する。また、がん幹細胞ポピュレーションより抑制因子を標的とするバイオマーカーを分子レベルで特定する。それらの成果により、治療感受性の向上につながるより精度の高い新たながん治療戦略の構築を目指す。
看護学実習における自律的学習推進システムの完成と普及－問題自己診断尺度を加えて－

本研究の目的は、看護学実習中の学生の自律的学習を推進するシステムを開発することである。本研究は、看護学実習中の学生が直面する問題を質的帰納的に解明し、これを基盤に看護学生のための問題自己診断尺度を開発した。また、看護学実習中の学生が直面しやすい問題と学習の進行度、学生の発達段階の関係を明らかにした。これらの成果を統合し開発する看護学実習における自律的学習推進システムは、学生が直面する問題とその解決の方向性を見いだし、学習を改善していくことに役立つ。本研究は、学生が看護学実習中の「問題」とその時の「学習状況」を自己評価し、問題解決に向けて自律的に学習を進めるための「看護学実習における自律的学習推進システム」の完成と普及を目的とする。この目的達成に向け、平成25年度は、次のように研究を実施した。1.文献検討と研究計画の検討学生が実習中に直面している問題に関する文献を検討するとともに、国内の研修会に参加し、高等教育や自律的学習に関する最新の状況について情報収集した。また、その結果に基づき、研究計画を次のように検討した。学生の回答は、解決可能な「問題」とともに解決不能な「神秘」を包含している。そこで、実習中の学生が直面する問題の解明に向けて、2段階に分けて分析する計画とした。それは、第1に全データを分析し、第2に問題の規定に沿ってカテゴリを解釈する計画である。今後も引き続き文献検討を行い、研究計画を洗練する。2.実習中の学生が直面する問題の解明に向けた分析実習中の学生が直面する問題の解明に向けて、すでに合計253データを収集できている。これらのデータをBerelson,B.の方法論を参考にした看護教育学における内容分析を用い、基礎分析に取り組んでいる。平成26年度、分析に十分な300データを目標として、残り50データを追加収集する。本研究は、学生が看護学実習中の「問題」と「学習状況」を自己評価し、問題解決に向けて自律的に学習を進めるための「看護学実習における自律的学習推進システム」の完成と普及を目的とする。この目的達成に向け、平成26年度は、次のように研究を実施した。1.看護学実習中の学生が直面する問題に関する追加データの収集と分析:実習中の学生が直面する問題の解明に向けて、既に約250のデータを収集していた。しかし、一般化できる研究成果を得るためには、残り約50データ、合計約300データが必要であった。そこで、ネットワークサンプリングにより抽出した看護基礎教育機関10校に在籍する学生409名に質問紙を配布し、分析に十分な300データを得ることを目ざした。その結果、追加データと合わせて、335名の自由回答式質問を得た。335名の記述は、555記録単位、335文脈単位に分類できた。このうち、看護学実習中に直面する問題を明確に表す350記録単位を分析し、看護学実習中の学生が直面する問題を表す37カテゴリを形成した。2.カテゴリの信頼性確保:カテゴリの信頼性確保のために、看護学研究者2名にカテゴリへの分類を依頼し、その一致率をScott, W.A.の式に基づき算出した。カテゴリの分類の一致率は70%以上であり、カテゴリが信頼性を確保していることを示した。3.看護学実習中の学生が直面している「問題」を自己評価するための尺度の開発に向けた理論的枠組みの構築:尺度開発のための理論的枠組みを構築するために、問題や困難を評価するための尺度や看護学実習中の学生に関する国内外の文献を検討した。この目的達成に向け、平成27年度、次のように研究を実施した。1.研究成果「看護学実習中の学生が直面する問題」の発表:平成26年度の分析の結果、「看護学実習中の学生が直面する問題」を表す37カテゴリを形成した。この成果を日本看護教育学学会25周年記念大会にて発表した。また、データ分析を進め、学習経験累積に伴う「看護学生が実習中に直面しやすい問題」を解明した。また、この成果を第35回日本看護科学学会にて発表した。2.本研究における概念「問題自己診断」規定に向けた文献検討:本研究の開発を目ざす尺度の機能を明らかにするため、概念「問題自己診断」を規定するための文献検討を行った。哲学、社会学、医学、生命倫理学、看護学、心理学、教育学の事典類とともに、診断学領域の書籍の「診断」の規定を検討し、本研究における「問題自己診断」を規定した。3.看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ーの質問項目の作成・尺度化・レイアウト:研究成果「看護学実習中の学生が直面する問題」を表す37カテゴリと本研究の「問題」の概念規定を照合し、規定に一致する「問題」33カテゴリを抽出した。また、抽出した33カテゴリを基盤とし、看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ーの質問項目を作成し、尺度化・レイアウトを行った。4.看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ーの内容的妥当性の検討:看護学実習指導に携わった経験を持つ教員、看護学実習に取り組んだ経験を持つ学生による尺度の検討会を行った。

また、会議の結果に基づき修正した尺度を用い、現在、予備調査を行っている。平成27年度の予定は、看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ーを用いた全国調査を行うことであった。しかし、本研究における概念「問題自己診断」を規定するまでに時間を要した。今後、看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ーを作成し、データ収集を進める。本研究は、学生が看護学実習中の「問題」とその時の「学習状況」を自己評価し、問題解決に向けて自律的に学習を進めるための【看護学実習における自律的学習推進システム】の完成と普及を目的とする。この目的達成に向け、平成28年度、次のように研究を進めた。1.「看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ー」の信頼性・妥当性検証に向けた全国調査の実施:ネットワークサンプリングにより抽出した看護基礎教育機関25校に在籍する学生985名を対象に全国調査を実施した。2.尺度の完成に向けたデータ分析:尺度の回収数は553部(回収率56.1%)であり、有効回答533部であった。尺度の信頼性検討に向け、α係数を算出した。また、構成概念妥当性検討に向け、既知グループ技法を用いて、文献検討に基づき設定した2つの仮説をt検定、一元配置分散分析により分析した。その結果、「看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ー」が信頼性・妥当性を確保していることを検証した。現在、この成果の発表に向けた準備中である。3.研究成果「青年期学生と成人期学生の実習中に『直面しやすい問題』の比較ー効果的な実習指導の展開に向けてー」の発表:平成26年度の成果「看護学実習中の学生が直面する問題」のデータの分析を進め、青年期学生と成人期学生の「看護学実習中に直面しやすい問題」の相違を解明した。また、この研究成果を第36回日本看護科学学会にて発表した。4.「看護学実習中の『学習状況』自己評価システム」の有効性検討:既に、先行研究に基づき、「看護学実習中の『学習状況』自己評価システム」を作成している。平成28年度、学生6名に対して、実習中のこのシステムの活用、実習後のフォーカスグループインタビューへの参加を依頼し、学生6名から協力を得た。現在、システムの有効性検討を目ざし、インタビュー内容の質的帰納的分析に取り組んでいる。平成28年度の予定は、第1に「看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ー」と「看護学実習中の『学習状況』自己評価システム」を統合し、【看護学実習における自律的学習推進システム】を完成することであった。第2に、完成した【看護学実習における自律的学習推進システム】を用いた調査を行い、学生の直面する「問題」と「学習状況」の関連を解明することであった。しかし、「看護学生のための問題自己診断尺度ー看護学実習用ー」の信頼性・妥当性検証に向けた全国調査に時間を要した。また、「看護学実習中の『学習状況』自己評価システム」の有効性検討のための分析を完了できなかった。今後、「看護学実習中の『学習状況』自己評価システム」の有効性検討のための分析を完了し、尺度と統合した調査を進める。研究目的は、学生が看護学実習中の「問題」とその時の「学習状況」を自己評価し、問題解決に向けて自律的に学習を進めるための【看護学実習における自律的学習推進システム】の完成と普及である。
成体幹細胞及び血管内皮前駆細胞を用いた骨新生・至適骨再生と分子生物学的機構解析

ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)と骨形成サイトカイン「骨形成因子(Bone Morphogenetic Protein-2, BMP-2)及び塩基性線維芽細胞増殖因子(basic Fibroblast Growth Factor, bFGF)」を用いて、生体内(ヌードラット、免疫性の極力排除のため)頭蓋骨欠損および異所性の血管丙付腹壁皮弁モデルにて、ゲルフォームを担体鋳型(細胞・因子相関の"場")として使用した場合、骨形成、骨再生を認めた。更に再生骨は"間葉系"分化系列を転写因子にて発現調節されており、骨量、組織像共に4週で骨となった。またbFGFは血管新生作用があり、特に異所性モデルでは血管丙付結合膜弁の血行もbFGF投与により著明な血管新生と皮弁血流の増加を認めており、骨再生における血流の重要性が再確認された。また、hMSCにグリーン蛍光タンパク(Green Fluorescent Protein, GFP)遺伝子導入頭蓋骨欠損骨再生モデルでは、術後7日で転写因子PEBP2α発現をGFP陽性細胞の局在と共に欠損部全般に認め、2週では成熟骨マーカーのオステオカルシン発現はGFP蛍光発色と一致してびまん性発現を認めた。移植した間葉系幹細胞は頭蓋骨骨再生において、分化することが確認出来た。今回の研究課題において、使用した細胞・薬剤・因子材料(hMSC、BMP-2、bFGF、ゲルフォーム)は全て日本において臨床使用許可されたものか、欧米諸外国において既に許可され今後日本において承認見込みのものばかりである。これら事実は今後の間葉系幹細胞を主体とする骨再生の臨床応用の基盤的研究結果が得られたものと思われる。更に、前臨床試験として、非ヒト霊長類などのモデルで同様の同所性、異所性骨再生、骨形成を検討し、詳細なデータ蓄積と展開を考慮している。本研究では、異所性骨新生が、骨髄由来幹細胞と骨形成因子(bone morphogenetic protein-2,BMP-2)と塩基性線維芽細胞増殖因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)と共に可能か検討した。骨髄由来幹細胞を用いたin vivo研究は、まだ一般的ではなく、巨大骨欠損や、細菌感染やその他の病原体感染部位、放射線照射された創傷母床では血管柄付骨再生が必要となってくる。筋膜(結合織膜)が再生骨を含めていると、治療上非常に有利である。特に、充分な血流がなく、瘢痕がひどく、細菌感染が高度で、正常骨再生が期待できない場合、非常に有用と思われる。本研究では、ヌードラットを用いて、浅腹壁皮弁を挙上し、ヒト間葉系幹細胞、BMP-2、bFGFをゼラチンに含めた血管丙付結合織膜弁で骨塩量は術後4週で他の生理的食塩水群、ヒト間葉系幹細胞単独群、2種類の骨形成サイトカイン群と比較し有意に増加した(p<0.01)。術後7日までは、組織像には著明な変化はなかった。2週で、ヒト間葉系幹細胞と2種のサイトカインを用いた群では血行の改善と血管周囲組織の蓄積が認められ始めた。術後4週で、塩基性ミネラル構造が線維芽細胞様の間葉系幹細胞を取り囲み、骨芽細胞や破骨細胞の裏打ちを認めた。術後4週で、アルカリフォスファターゼとオステオカルシンが広範囲に明確に免疫組織発現した。更に、術後4週での転写因子であるPolyomavirusenhancer binding protein 2αAの発現は移植したヒト間葉系幹細胞が骨分化系列に分化したことを示した。これら結果から骨再生方法として本法は有用であると思われた。

前年度から引き続き、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)と骨形成サイトカイン「骨形成因子(Bone Morphogenetic Protein-2,BMP-2及び塩基性線維芽細胞増殖因子(basic fibroblast growth factor,bFGF))」を用いて、頭蓋骨欠損部位での効果的な骨新生(骨形成)を確認しており(Akita S, etal. Wound Reapair regen, 2004)本年度は異所性の骨再生につき、浅腹壁皮弁を挙上し、ヒト間葉系幹細胞、BMP-2、bFGFをゼラチンに含めた血管丙付結合織膜弁で検討した。更に、"間葉系"分化系列での転写因子の関与につき検討を加えた。骨塩量は術後4週で他の生理的食塩水群、ヒト間葉系幹細胞単独群、2種類の骨形成サイトカイン群と比較し有意に増加した(p<0.01)。術後7日までは、組織像には著明な変化はなかった。2週で、ヒト間葉系幹細胞と2種のサイトカインを用いた群では血行の改善と血管周囲組織の蓄積が認められ始めた。術後4週で、塩基性ミネラル構造が線維芽細胞様の間葉系幹細胞を取り囲み、骨芽細胞や破骨細胞の裏打ちを認めた。術後4週で、アルカリフォスファターゼとオステオカルシンが広範囲に明確に免疫組織発現した。更に、術後4週での転写因子であるPolyomavirusenhancer binding protein 2αAの発現は移植したヒト間葉系幹細胞が骨分化系列に分化したことを示した。bFGFは骨形成サイトカインであると同時に血管新生因子として、移植部位の血行、血管新生に効果的であった。これら結果から骨再生方法として本法は有用であると思われた。また臨床例においては、小児両側口蓋裂の中間顎の突出に対し、骨切り術による位置改善と骨移植術を用いて骨の効果的再生をみており、骨再生における"場"の重要性が再確認された。尚、hMSC、サイトカイン、"場"として使用したゲルフォームは全て臨床使用可能か、一部臨床承認中のものであり、近く臨床での効果的な骨再生に逐うよう可能であると思われた。
キャビテーション噴流による水中衝撃波の生成・制御に関する研究：舶用技術への新展開

衝撃波の応用研究は、幅広い分野で推進されており、様々な応用活用技術が確立されているが、我国の経済や産業の基盤を支える海事分野では、衝撃波を活用した技術の開発事例は見られない。本研究では、海事産業における新たな衝撃波活用技術の創出を目的として、キャビテーション噴流による衝撃波の生成に着目し、水中衝撃波の効果的な活用を促すための制御技術を確立することを目的としている。本研究成果は、主にバラスト水処理、船底付着生物除去などの海事分野の諸問題を解決する技術に直結し、新規の応用技術の創出に繋がると考えられる。キャビテーション噴流を用いた付着物除去に関する実験的検討について実施した。実験装置を整え、一定水圧の下、穴径1 mmのオリフィス板を使用し、キャビテーション噴流による汚れや異物の除去効果を観測するために、可視化観測、生成される気泡サイズ、気泡の寿命、気泡運動によって誘起される衝撃波の生成位置と生成周期に関する検討や、圧力計測によって圧力変動を調査するとともに、噴流ノズルと対象物体との最適な距離などの関係を調査した。可視化実験では、噴流周りの流れ場の観測において、光学可視化法により、キャビテーション噴流中の衝撃波の生成条件などの観察を行った。また、圧力計測や塗装を施した試験片の塗装面損傷状態等を観測し、最も効果的に衝撃波が作用する位置について同定した。その結果、本研究で用いた実験装置では、ノズル出口から20 mmの位置で数千Hzオーダーの衝撃波生成周波数が得られたと共に、同位置における塗装面の損傷が最も顕著に現れる結果が得られた。布の粒子状付着物に対する実験では、キャビテーション噴流の衝撃波生成現象の利用による付着物除去効果が明確に示された。その他、衝撃負荷がPMMA材料に作用する際に発生する応力波の伝播挙動について有限要素法による解析を試み、弾性体内の波動現象について検討した。平成30年度計画は、前年度の実験に引き続き、同じ実験装置を用いて、塗装を施した試験片のエロージョン実験を実施した。ノズル出口から20 mmの位置において、キャビテーション噴流に対して垂直に試験片を設置した。その結果、数千Hzオーダーの衝撃波生成周波数が得られ、同位置で顕著なキャビテーションエロージョンが発生することが確認された。また、計測された水中衝撃波圧力の最大値は、約15 MPaに達した。さらに、衝撃波生成周波数分布やエロージョンの発生分布から、キャビテーション噴流の中心から半径5 mm以内に明確な効果が得られる可能性が示唆された。これにより、船底付着物除去のためのノズルの位置や噴流の入射角度などの実験条件を定めることが可能となった。研究成果としては、ジャーナル論文2件、国際会議1件、その他論文2件、国内学会4件の発表を行うことができた。キャビテーション噴流を用いた付着物除去に関する実験的検討について継続実施する。本実験装置を用いて穴径1 mmのオリフィス板から噴射されたキャビテーション噴流の衝撃波発生周波数とエロージョンの影響範囲を明らかにしたことから、複数穴のオリフィス板から生成されるキャビテーション噴流に対しても同様の調査を行い、単一穴のキャビテーション噴流との違いについて衝撃波周波数とエロージョンの関係および発生する衝撃圧の強さなどについて分析する。可視化実験では、噴流周りの流れ場の観測において、PIVや時空間微分法を用いた定量化手法の検討を試みる。それらにより、キャビテーション噴流による衝撃波の生成メカニズムおよび衝撃波強さの評価、衝撃波生成条件の同定および強さに関する制御方法について引き続き検討する。また、一方、船底付着生物の除去の観点から、最も効果的な条件の下で、キャビテーション噴流の付着防止効果について実験的検証を試みる。同時に、海洋菌体に対する殺菌効果の検討も開始する。数値計算では、液体中に発生する衝撃圧の力学的変動を境界条件として、衝撃圧が金属やPMMAなどへどのような力学的影響を与えるのかについて有限要素法を中心としたシミュレーションを実施し、弾性体内の波動伝播と材料の変形挙動についても検討を行う。平成28年度計画は、実験装置の設計・製作と性能試験および性能評価および可視化観測・各種計測システムの構築と確認であった。前半は、単一ノズル実験のための実験装置および計測機器を準備した。高圧水ポンプにオリフィス板の交換が可能なキャビテーションノズルを取り付け、生成される噴流の挙動を本年度予算で設置したレーザー光源を用いて、シュリーレン可視化観察を実施した。直径1 mmのオリフィスから噴射されたキャビテーション噴流では、頻繁な衝撃波生成現象が観察された。高速度カメラで撮影された噴流のシュリーレン画像を解析し、衝撃波の生成箇所と頻度を分析した。その結果、衝撃波が生成される流れ領域は、キャビテーション噴流の気泡群の外側に位置し、噴流中心軸上での発生頻度は低いことが明らかとなった。