hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
溶液環境制御セルを用いた皮膚角層細胞間脂質の構造解析

経皮吸収性の化粧品や医薬品を開発する上で、吸収する物質と、その透過経路に存在する角層細胞間脂質との相互作用を理解することは必要不可欠である。今回、当課題の研究協力者である八田一郎氏(高輝度光科学研究所JASRI/SPring-8)らが開発した溶液環境制御セルを用いることで、経皮浸透過程における物質と角層細胞間脂質の相互作用をリアルタイムで観察することが可能となり、これを用いて有機溶媒の細胞間脂質溶出過程や、角層に対する水の吸着挙動を解析することに成功した。アレルゲンの体内への侵入や過剰な体水分の蒸散を抑制し、ホメオスタシスの維持に不可欠な皮膚バリア機能のメカニズム解明を目指して研究を行っている。このような研究は、アトピー性皮膚炎に代表される様々な皮膚疾患研究や経皮吸収性の医薬品の開発分野に新しいアイデアをもたらす可能性があり、X線や電子線構造解析により分子レベルでその機構を明らかにすることは重要な課題である。そこで、我々は皮膚角層に化学物質を作用させたときの構造変化を観測する溶液環境制御セルによる手法(試料容器に皮膚角層試料を収め、試料が動かないように保ちながら目的の溶液を注入し、試料の周りを溶液で満たし、溶液中の化学物質が試料中に浸透し、その結果生ずる皮膚角層のX線回折像の時間変化を高分解能で観測するというもの)を開発したが、まず医薬品や化粧品の最も基本的な基剤となりうる水に着目し、水が角層構造に与える影響を観察した。当手法を様々な薬剤に展開する上で基礎データの蓄積は重要であり、水との相互作用を解析することは不可欠である。溶液環境制御セルに角層を固定し、蒸留水をセル内に注入して連続的にX線回折像を取得したところ、回折パターンに微小な変化が確認された。この微小な変化は、個体差や部位差による変化よりも小さいものであったが、溶液環境制御セルを用いることにより、従来は判別不可能であった変化を捉えることができた。具体的には、溶液環境制御セル内でサンプルを固定して部位差の問題を解決し、また水の作用により変化した回折像から作用する前の回折像を引算して強度差に着目することによって、回折像の微妙な変化を検出することができた。この結果は、当手法を用いることによって、現在市場に出回っている様々な医薬品や化粧品、或いは皮膚に付着することが予想されるその他の液体が皮膚に及ぼす影響を定量的に解析できる可能性を示している。皮膚角層の最も重要な役割として、アレルゲンなどの体内への侵入や体内から過剰な水分が蒸散することを抑制する、いわゆる皮膚バリアとしての機能が挙げられる。医薬品や化粧品の開発分野において、分子レベルでその機構を明らかにすることは非常に重要な課題であるが、個体差や部位差の問題があり、微細な構造変化を解析することは難しい。そこで今回これらの問題を解決するため、皮膚角層(1mg程度)を微小領域に固定しつつ、サンプルの外部溶液環境を変化させることができる"溶液環境制御セル"を独自に開発し、さらにSPring-8(BL-40B2)の高輝度な放射光を用いることにより、様々な溶液に暴露した時の角層の細胞間脂質の挙動をリアルタイムで解析することを試みた。外部溶液環境に水やグリセロール水溶液を選択すると、皮膚角層細胞間脂質ラメラ構造の膨潤現象や散乱バックグランドの変化が観測され、それらは角層の含有水分量に依存して変化することが分かった。またクロロホルム:メタノール(2 : 1)溶液を添加すると系統的な細胞間脂質の溶出が観測され、その時定数は30min程度であることが分かった。バックグランドの変化は主に水やグリセロール水溶液が角質細胞に浸透し、ケラチンと結合することで生じると考えられた。今回開発した溶液セルを用いることで、溶液暴露の前後で皮膚の同一領域にX線を照射することが可能となり、またX線回折プロファイルを溶液暴露の前後で引算して分析することで、溶液の作用により生じる微細な構造変化を捉えることができた。当手法を用いることにより、様々な物質と皮膚角層の相互作用が明らかになり、より経皮浸透性の高い製剤や、より皮膚刺激性の少ない洗剤などの開発分野に貴重なデータを提供できると考えている。
骨髄細胞が消化管上皮の再生において果たす役割についての探究

従来血液細胞にのみ分化すると考えられてきた骨髄細胞が、血管内皮、骨格筋、心筋、神経、肝臓といった様々な細胞に分化していることを示唆する知見が近年相次いで報告されている。我々も東京医科歯科大学との共同研究で、男性ドナーより骨髄の提供を受けた女性患者の内視鏡検査時に得られた生検検体におけるY染色体の分布をFISH法により検討することで、造血幹細胞が上皮の再生に関わることを見出し報告した(Nat Med.8:1011-7,2002)。今回の研究はそれに続くもので、骨髄由来の染色体が消化管の上皮細胞中に出現する現象が、純粋な分化による(transdifferentiation)ものなのか細胞融合(cell fusion)によるものなのかを明らかにする、というのが目的である。具体的には、慶應義塾大学病院においてB型の男性をドナーとし骨髄移植を施行されたA型の女性症例よりGVHD等の診断目的にて採取された胃粘膜生検検体の一部を用い、A抗原をレシピエントの個体識別マーカー、Y染色体をドナーの個体識別マーカーとし、A抗原とY染色体の二重染色を行うこととした。至適プロトコールを検討の後、二重染色を行ったところ、A抗原とY染色体を併せ持つ胃上皮細胞の存在が確認され、骨髄由来の染色体が消化管の上皮細胞中に出現する現象はcell fusionを介するということが示された。近年になり、血液細胞にのみ分化すると考えられてきた骨髄細胞が、血管内皮、骨格筋、心筋、神経、肝臓といった様々な細胞に分化していることを示唆する知見が相次いで報告されている。我々も東京医科歯科大学との共同研究で、男性ドナーより骨髄の提供を受けた女性患者の内視鏡検査時に得られた生検検体におけるY染色体の分布をFISH法により検討することで、造血幹細胞が上皮の再生に関わることを見出し報告した(Nat Med. 8:1011-7,2002)。至適プロトコールを検討の後、二重染色を行ったところ、A抗原とY染色体を併せ持つ胃上皮細胞の存在が確認され、骨髄由来の染色体が消化管の上皮細胞中に出現する現象はcell fusionを介するということが示唆された。現在、結果の再現性を確認しつつ、投稿準備を進めているところである。至適

プロトコールを検討の後、二重染色を行ったところ、A抗原とY染色体を併せ持つ胃上皮細胞の存在が確認され、骨髄由来の染色体が消化管の上皮細胞中に出現する現象はcell fusionを介するということが示された。現在、その成果を投稿中である。
日本における出産後早期の母乳不足感の評価スケール開発と効果的介入プログラムの検討

背景:母乳不足感は自分の母乳が児の欲求を満たしていないと感じることである。その理由には母親の知識不足や児の啼泣など新生児の行動に対する母親の認識が指摘されている。目的:産褥早期と1か月後の新生児の行動に対する母親の認識と母乳不足感の変化を調査し、その関連を明らかにすること。期間:2012年1月2013年8月。方法:質問紙を作成し、産後早期と1か月後に調査した。対象:母子66組。産後早期と1か月後の母乳不足感の平均値には有意差がなかったが、強い正の相関がみられた(r=.74, p<.01)。また、産褥早期と1か月後両方とも不足感が強い母親は入院中に人工乳を補足されていた。本研究の目的は母親自身の主観的な評価が主となる母乳不足感の客観的な評価スケールとそれに合わせたケア内容を検討するため、その評価スケールの作成と介入方法を検討することにある。平成24年度の研究実施計画としては母乳不足感を評価するスケールの試験的作成とプレテストの実施を挙げており、作業課題として母乳不足感を評価するスケールの信頼性と妥当性を明らかにすることとした。また、前年度の課題として具体的な評価方法、介入方法の具体案の検討のためにさらに対象を広げた調査を検討していた。これに準じて試験的にスケールを作成し、石川県内で協力を得られた妊産褥婦へのアンケート実施、産科施設に勤務する助産師にインタビューを実施することで、母親が母乳不足感を感じる場合の要因を臨床的に検討した。母親側とこれを評価する助産師側の双方から母乳不足感を評価する方法を検討し、母親の言動や周囲の環境から母乳不足感を感じる母親を予測する手段としてのツールの開発を試み、さらに母乳不足感を感じる要因と母親の観察、評価をもとにしてその予防策について検討を行っていく予定である。平成25年度の研究実施計画としては、母乳不足感の評価スケールの修正と介入方法の検討として(1)妥当性・信頼性を高めるスケールとするための修正、(2)介入方法の実態をもとに効果的な介入方法の検討を挙げていた。前年度の成果から母親が母乳不足感を感じる場合の要因を臨床的に検討し、評価スケールをより簡潔な内容としてきた。同時に母乳不足感と母乳成分の関連を調査し、母乳不足感が与える影響を検証している。母乳不足感は母親が児の授乳を求めるサインの認知や母乳育児確立を認識する過程での多様な要因により影響されていることが明らかとなった。対象:母子66組。本研究では母乳育児の早期中断と主な原因であり、産後の育児不安にもつながる可能性が高い、母乳不足感を評価する客観的なスケールの開発と効果的な介入方法の検討が目的である。23年度は母乳不足感の実態を明らかすることとし、国内外の文献を検討した結果、海外でも母乳不足感は母乳育児を早期に中断する大きな要因であり、不必要に人工乳を与えている事が明らかとなった。フィールドワークによって、イギリスとニュージーランドでの母乳育児支援の実態の一部を知り、国際間で比較することで母乳育児に対する風土が、個々の母乳育児への方針に影響を与えており、出産前教育の必要性とその充実が必要であることが明らかとなった。また、母乳不足感には保健医療従事者の関わり方や言動、育児経験や周囲の言動、教育歴などが影響し、母親が経験する正常な事象であると考えられ、評価方法と介入方法の具体案を考案する資料が得られた。さらに日本では入院期間が長く、母乳育児の困難感を感じる産後早期に集中的に関わることで、退院後の母乳不足感を軽減するために貢献する可能性が高く、その具体的な介入方法を検討する意義の重要性が示唆された。母乳不足感は人種・経済状況・地域に関係なく世界的に母乳育児の早期中断と、不要な人工乳の補足を行わせる要因として世界共通の問題である。その要因には種々あるが、母親が児のサインを誤認識することが挙げられており、本研究では産後早期の入院中における認識と1ヶ月時での認識の変化を追跡調査し、母乳不足感との関連を明らかにした。産後早期・1ヶ月時ともに児の「泣き」「乳房の張り」を母乳不足のサインと認識している母親は1ヶ月時に人工乳を補足している傾向がみられた。その他、産後早期の母乳不足感は体重減少率、入院中の母乳の分泌量、在胎週数の長さと正の相関関係がみられた。

1カ月時の母乳不足感と関連がみられたのは入院中の母乳分泌量、入院中の人工乳の補足回数であり、母親は入院中の児の状態やそれに応じた病院でのケア内容に退院後も影響を受けることが明らかとなった。また、協力者の背景による差がみられたのは母乳育児の経験であり、過去に完全母乳育児を行った経験がある経産婦は、初産婦、前回は母乳育児が成功しなかったと考えている経産婦と有意に母乳不足感の得点が低かった。母乳育児には自己効力感や自信が影響することは先行研究でも明らかとなっている。成功体験は母親の自信につながることから、本研究でも同様の結果が得られた。しかし、前回の経験があっても母親自身が経験をどう受け止めているかによって、不足感を強く感じ、不必要な人工乳の補足や早期の中断につながるため、経験内容とそれに対する母親の受け止めを理解した関わりが重要となる。また、授乳を求める児のサインを母親が理解できるための情報提供は重要であるが、「乳房の張り」のように退院後に大きく変化する身体的な項目を重要視している場合は、退院後の変化も含めて教育するなどの具体的な指導が重要であることが示唆された。助産学研究実施計画2.母乳不足感の評価スケールの作成と介入プログラムの基礎開発の内容として、1)母乳不足感に関する概念分析と実態との比較検討、2)母乳不足感の評価スケールの試験的作成とプレテストの実施を目標としていた。今年度の協力施設からの対象例数が少ないため、限界がある。評価スケールについて、他の母乳育児継続のための評価項目との鑑別が不明瞭であるという課題がでた。今後はサンプル数を増やし、介入プログラムの適用範囲を明示できる検討を行う必要がある。研究実施計画3.母乳不足感の評価スケールの修正と介入方法の検討として(1)妥当性・信頼性を高めるスケールとするための修正、(2)介入方法の実態をもとに効果的な介入方法の検討を挙げており、評価スケールをもとに複数の施設におけるケアの実態から介入方法を検討した。その成果の発表準備とともに、具体的なプログラムを考察していく段階である。本年度の計画目標は母乳不足感とその介入方法の実態を明らかにすることであった。その内容として1)母乳不足感とその関連因子の概念分析と2)保健医療従事者の母乳不足感に対する認識と介入の実態を明らかにするための聞き取り調査を行った。具体的な評価方法、介入方法の具体案の資料となったが、さらに対象を広げて調査を行うことでデータの充実を図りたいと考えているため。1.母乳不足感の評価方法の継続的な検討2.母乳不足感の評価スケールの修正と介入方法の検討のため、作業課題として前年度の結果からスケール内容を修正する。方法(1)妥当性・信頼性を高めるスケールとするため修正する。(2)介入方法の実態をもとに効果的な介入方法を検討する。今後さらに、母親が母乳不足感を感じる要因として主となるものを参考とし、産科施設に勤務する助産師、地域の保健師らにさらに質問紙調査・インタビューを行い、予防策、介入策を検討していく。1.母乳不足感の評価方法の継続的な検討2.母乳不足感への介入方法の実態をもとに効果的な介入方法を検討し、その介入方法を実施するために県内産科施設の助産師・看護師、その他保健師らの協力を得てプログラムを考案していく3.現在までの成果を国内学会または論文にて発表していく1.母乳不足感の実態調査の継続2.母乳不足感の評価スケールの作成と介入プログラムの基礎開発として計画1)母乳不足感に関する概念分析と実態との比較検討を行う。作業課題は計画目標
Non-coding RNAによる破骨細胞分化制御機構の解析

19年度は共存培養による破骨細胞の分化誘導系を用いて得られた十数種類のmiRNAについて個々に解析を行った。そのうちの数種類について変化が確かめられた。20年度は骨髄細胞を用いた破骨細胞形成系により確かめることと、個々のmiRNAについての解析を行った。破骨細胞は骨芽細胞やstromal cellからRANKL刺激を受けてmonocyte-macrophage系の前駆細胞から分化してくる。この分化の機序についての研究はRANK-RANKL系の発見以後急速に進歩をしてきており、RANK-RANKL系以外にもTNFαや免疫系のシグナルの関与も明らかになってきたが、これまでの研究は主としてシグナル伝達から転写調節因子を中心に行われている。近年、遺伝子発現の調節には転写調節因子以外に、エピジェネティックな染色体の構造変化が重要であることが示唆されていると共に、miRNAによる翻訳調節も重要であるということが報告なされつつある。本研究では、破骨細胞の分化においてもmiRNAによる翻訳調節が重要な役割を果たしているという仮説のもとに、分化段階の異なる細胞からそれぞれに特異的に発現しているmiRNAを分離同定し、その標的遺伝子の特定を行う予定である。18年度はマウス頭蓋骨より得た骨芽細胞画分と骨髄細胞の共存培養による破骨細胞の分化誘導系を本研究に用いた。すなわち、マウス頭頂骨の骨芽細胞を1α,25(OH)_2D_3とプロスタグランジンE_2存在下でコラーゲンゲル上で1日培養し、新しく調製した骨髄細胞をこれに加えてさらに2,5日間1α,25(OH)_2D_3とプロスタグランジンE_2存在下で培養した。この間に分化していく破骨細胞中において発現が増減するmiRNAの検索をAmbion社製の「mirVanaTMmiRNA array system」を用いて解析を行った。その結果、十数種類のmiRNAに変化が認められた。19年度はこれらのものについて、個々に解析を行っていく予定である。破骨細胞は骨芽細胞やstromal cellからRANKL刺激を受けてmonocyte-macrophage系の前駆細胞かち分化してくる。本研究では、破骨細胞の分化においてもmiRNAによる翻訳調節が重要な役割を果たしているという仮説のもとに、分化段階の異なる細胞からそれぞれに特異的に発現しているmiRNAを分離同定し、その標的遺伝子の特定を行う。19年度は前年度に共存培養による破骨細胞の分化誘導系を用いて得られた十数種類のmtRNAについて個々に解析を行った。20年度は骨髄細胞を用いた破骨細胞形成系により確かめることと、個々のmiRNAについての機能解析を行う予定である。この分化の機序についての研究はRANK-RANKL系の発見以後急速に進歩をしてきており、RANK-RANKL系以外にもTNFαや免疫系のシグナルの関与も明らかになってきた。しかしながら、これまでの研究は主としてシグナル伝達から転写調節因子を中心に行われている。近年、遺伝子発現の調節には転写調節因子以外に、エピジェネティックな染色体の構造変化が重要であることが示唆されていると共に、non-coding RNAであるmiRNAによる翻訳調節も重要であるということが報告なされつつある。これまでにヒトでは数百種のmiRNAが報告されている。19年度は前年度に共存培養による破骨細胞の分化誘導系を用いて得られた十数種類のmiRNAについて個々に解析を行った。引き続き20年度はマウス骨髄細胞のM-CSF, RANKLによる破骨細胞分化誘導系により、破骨細胞の分化に伴い変化するmiRNAをmiRNAアレイとReal-time RT-PCRにより同定、確認した。
胎児臍帯循環血流量と胎児仮死発症に関する基礎的ならびに臨床的研究

交配日の明確な妊娠後期(妊娠110115日)のヒツジ(サフォ-ク種)12頭を対象として,Chronic in UteroCatheterizaition(Fujimoto,S.et al.,1982,1983)を施行し,6頭には母体への気管内挿管を,他の6頭には胎児臍帯部にオクル-ダ-を装着した.人為的に胎児または母体の低酸素状態を誘導し,子宮動脈,胎仔頸・大腿動脈および臍帯の血流量,血圧,酸素分圧,pH等の測定ならびに胎仔心電図による心拍数変動パタ-ンの連続記録を行い,胎仔仮死発生と胎仔臍帯循環血流量との関連性を把握することを目的として実験を行った.術後3日目以降において,母体および胎仔の呼吸,循環動態が安定状態になることを確認した後,母体より経気道的に様々な割合で酸素・窒素混合ガスを導入した.その結果,母体の低酸素状態の影響により胎仔動脈血pH,pO_2の有意な低下および胎児血流量の増加が観察された.さらに,胎仔動脈血pHが7.25以下になるまで不可を加えると,胎仔に非可逆性の変化がもたらされ,母体へ酸素投与および経静脈的重曹投与によって,半数に胎仔の改善が認められた.臍帯圧迫時間を40秒,1.5分間隔の変動減速の発来により胎児動脈血pHは有意に低下し,pH7.3未満になるものが半数に観察された.臍帯圧迫により,variable decelerationが出現するが,臍帯圧迫時間が30秒ではV字型を示し,圧迫間隔が2分以上あるとpHに変化は無かったが,2分間隔を2030回繰り返すと,pHの7.3前後への下降が認められた。また間隔は2分のままでも,圧迫時間を40秒,50秒,60秒と長くすると,W字型,U字型のvariable decelerationが現れ,またovershoot accelerationもみられるようになった。胎仔血pHも,60秒を越えると7.3前後に下降し,胎仔にとっては,過度のストレスにより,予備能を越えて胎仔のacidemiaの進行が推測された。交配日の明確な妊娠後期(妊娠120130日)のヒツジ(サフォ-ク種)5頭を対象として、Chronic in UteroCatheterization(Fujimoto,S.et al.,l982,l983)ならびに母体への気管内挿管(気管切開後、気管内チュ-ブを挿着)を施行した。人為的に母体の低酸素状態を誘導し、子宮動脈、胎仔頸・大腿動脈および臍帯の血流量、血圧、酸素分圧、pH等の測定ならびに胎仔心電図による心拍数変動パタ-ンの連続記録を行い、胎仔仮死発生と胎仔臍帯循環血流量との関連性を把握することを目的として実験を行った。術後3日目以降において、母体ならびに胎仔の呼吸、循環動態が安定状態になることを確認したのち、母体より経気道的に様々な割合で酸素・窒素混合ガスを導入した。その結果、母体の低酸素状態の影響により胎仔動脈血pH、pO_2の有為な低下が観察された。さらに、胎仔動脈血pHが7.25以下になるまで不可を加えると、胎仔に非可逆性の変化がもたらされ、母体へ酸素投与および経静脈的重曹投与によっても胎仔の改善は認められなかった。Organic acid代謝改善剤の臨床的有用性を確認する目的で胎仔動脈血pHが7.25以下になった時にDichlor-acetateを投与したが、胎仔の改善は認められず、胎仔死亡に至ることが確認された。本実験の途中、陣痛発来により失敗する例が認められたことにより、来年度以降、chronic preparationを妊娠日齢110日(ヒトの妊娠30週に相当)前後に行い、例数を増やしさらに詳細な検討を重ねたい。その際、従来の血流測定法に改良を加え、超音波血流計(日本光電T201)を子宮動脈、臍帯および胎仔頸動脈に装着し、それら血流量の関係も検討する予定である。交配日の明確な妊娠後期(妊娠110115日)のヒツジ(サフォ-ク種)12頭を対象として,Chronic in UteroCatheterizaition(Fujimoto,S.et al.,1982,1983)を施行し,6頭には母体への気管内挿管を,他の6頭には胎児臍帯部にオクル-ダ-を装着した.人為的に胎児または母体の低酸素状態を誘導し,子宮動脈,胎仔頸・大腿動脈および臍帯の血流量,血圧,酸素分圧,pH等の測定ならびに胎仔心電図による心拍数変動パタ-ンの連続記録を行い,胎仔仮死発生と胎仔臍帯循環血流量との関連性を把握することを目的として実験を行った.術後3日目以降において,母体および胎仔の呼吸,循環動態が安定状態になることを確認した後,母体より経気道的に様々な割合で酸素・窒素混合ガスを導入した.その結果,母体の低酸素状態の影響により胎仔動脈血pH,pO_2の有意な低下および胎児血流量の増加が観察された.

さらに,胎仔動脈血pHが7.25以下になるまで不可を加えると,胎仔に非可逆性の変化がもたらされ,母体へ酸素投与および経静脈的重曹投与によって,半数に胎仔の改善が認められた.臍帯圧迫時間を40秒,1.5分間隔の変動減速の発来により胎児動脈血pHは有意に低下し,pH7.3未満になるものが半数に観察された.臍帯圧迫により,variable decelerationが出現するが,臍帯圧迫時間が30秒ではV字型を示し,圧迫間隔が2分以上あるとpHに変化は無かったが,2分間隔を2030回繰り返すと,pHの7.3前後への下降が認められた。また間隔は2分のままでも,圧迫時間を40秒,50秒,60秒と長くすると,W字型,U字型のvariable decelerationが現れ,またovershoot accelerationもみられるようになった。胎仔血pHも,60秒を越えると7.3前後に下降し,胎仔にとっては,過度のストレスにより,予備能を越えて胎仔のacidemiaの進行が推測された。
低周波水中音－洋上風力発電施設から放音される低周波音は魚類に影響を及ぼすか－

本研究は洋上風力発電施設から発生する低周波水中音の魚類への影響を解明し,洋上風力発電施設の稼働に伴い必要となる環境アセスメントに必要となる知見を得る事を目的としている。本研究の結果,140 dB re 1 μPa/√Hzの100 Hz純音は遊泳行動や摂餌に一時的な影響を及ぼすが,マダイの摂餌リズム,摂餌量および成長,シロギスの性成熟,産卵行動,卵質,卵発生に顕著な影響は認められなかった。しかしながら,水中音に対する聴覚感度や反応は魚種によりさまざまであると考えられるため,洋上風力発電施設から放音される低周波水中音が海洋生物に及ぼす影響を把握するためにはさらなる知見の集積が必要である。洋上風力発電施設から継続して発生することが予想される低周波水中音が海産生物に及ぼす影響について,これまで十分な検討は行われていない。本研究では,低周波水中音の継続曝露が魚類に与える影響を解明し,今後建設が進むであろう洋上風力発電施設の稼働に伴い必要となる環境アセスメントを実施する際に必要となる情報・知見を得る事を目的とする。出力音圧レベル(ピーク値)が140dB re 1μPa(140dB区),120dB re 1μPa(120dB区),100dB re 1μPa(100dB区)の100Hz純音を環境音に加えた3試験区および環境音のみ(コントロール区)の4条件でのマダイ0歳魚(平均体重2.5g)を43日間,自発摂餌システムにより給餌して飼育した。低周波水中音曝露開始直後には,140dB区のみで水槽底に向かって突進し,水槽底付近で停止と遊泳を繰り返すなどの驚愕反応と考えられる行動が認められ,約40分間摂餌行動が抑制された。試験期間を通じて見た場合,遊泳行動,摂餌日周リズムおよび体重,日間摂餌量,飼料効率等の飼育成績に試験区間で有意な差は認められなかった。桑実胚期のシロギス受精卵を上記と同様の低周波水中音条件に約40時間暴露した結果,いずれの試験区においても,正常孵化率は96%以上であり,異常卵率,異常孵化率も試験区間で差は認められなかった。以上の結果から,低周波水中音はシロギスの卵発生にほとんど影響しないものと考えられた。低周波水中音に対するストレス応答試験は,供試魚入手時のサイズが小さかったため,27年度中に実施できなかった。本研究所において生育させた結果,十分なサイズに成長したので現在試験を実施している。低周波水中音のシロギス卵発生への影響試験は29年度に実施予定であったが,受精直後の卵が安定して供給される状況にあったため,27年度に前倒しして実施した。28年度の試験に供試する予定のシロギスは,すでに十分量確保し,雌雄判別等の準備はほぼ完了しており,29年度供試予定のシロギスの確保も進めている。29年度は低周波水中音に対する魚類のストレス応答および魚類の産卵行動や卵質への影響について検討した。低周波水中音に対する魚類のストレス応答試験:600L水槽4基にマダイまたはヒラメを7個体ずつ収容し7日から11日間馴致した後,3基の水槽にそれぞれ音圧レベルが100dB,120dB,140dB (re 1μPa@1m)の100Hz純音を環境音に加え,他の1基は環境音のみのコントロールとした。低周波水中音に10分,1時間,24時間または96時間曝露した後,供試魚を取り上げ採血し,ヘマトクリット値,血中グルコース濃度,血漿コルチゾール濃度の測定を行った。結果については現在解析中である。低周波水中音が魚類の産卵行動や卵質に及ぼす影響試験:屋外3t水槽4基に上述の3段階の音圧レベル区とコントロール区を設定した。各試験区には予備飼育において産卵が確認されているシロギス(メス10個体,オス5個体)を収容し,28日後から,低周波水中音に22日間連続暴露し,その後再び低周波水中音がない条件で14日間飼育した。低周波音暴露直後では,120dB区と140dB区で水槽底への移動,遊泳速度の上昇などの反応が認められた。産卵はいずれの試験区においても試験期間を通じてほぼ毎日確認された。産卵数は試験区間でややばらついたが,産卵数の増減周期や水温変動との関係はいずれの試験区も同様の傾向を示した。浮上卵率,正常孵化率は試験期間を通じて試験区間に顕著な差は認められなかった。27年度中に完了できなかった低周波水中音に対するストレス応答試験は,28年度中に終了し,現在結果を解析中である。29年度に予定していた低周波水中音が性成熟に及ぼす影響試験は,5月初旬より実施している。本研究は,洋上風力発電施設から発生することが予想される低周波水中音の連続曝露が魚類に与える影響を解明し,今後建設が進む洋上風力発電施設の稼働に伴い必要となる環境アセスメントを実施する際に必要となる情報・知見を得る事を目的としている。

平成29年度は低周波水中音がシロギスの性成熟に及ぼす影響について検討した。試験には3 tのドーム型円形FRP製水槽を4基用い,100 Hz純音の出力音圧レベル(re 1 μPa/√Hz at 1 m)が140 dB,120 dB,100 dBの3試験区および環境音のみ(コントロール区)の1試験区を設定し, 5月10日から8月7日までの90日間連続曝露した。低周波水中音曝露開始時には120 dB区と140 dB区で驚愕反応と摂餌行動に一時的な影響が認められたが,翌日以降各区に行動の差は認められなかった。試験期間中のGSIはいずれの試験区においてもメスでは試験期間中を通じ上昇し,オスでは6月中旬までの期間に急激な上昇が認められた。雌雄とも,同サンプリング日のGSIに有意な差は認められず(ANOVA, P > 0.05),生殖腺に組織の異常も確認されなかった。産卵はいずれの試験区においても5月下旬から認められ,以降8月上旬にかけて産卵数は増加した。産卵数,浮上卵の正常発生率等に試験区間に明確な差は認められなかった。平成2729年度の結果,本研究で検討した範囲の音圧レベルでは影響は一時的であり,マダイの摂餌リズム,摂餌量および成長,シロギスの性成熟,産卵行動,卵質,卵発生に顕著な影響は認められなかった。しかしながら,水中音に対する聴覚感度や反応は魚種によりさまざまであると考えられるため,洋上風力発電施設から放音される低周波水中音が海洋生物に及ぼす影響を把握するためにはさらなる知見の集積が必要である。本研究は洋上風力発電施設から発生する低周波水中音の魚類への影響を解明し,洋上風力発電施設の稼働に伴い必要となる環境アセスメントに必要となる知見を得る事を目的としている。本研究の結果,140 dB re 1 μPa/√Hzの100 Hz純音は遊泳行動や摂餌に一時的な影響を及ぼすが,マダイの摂餌リズム,摂餌量および成長,シロギスの性成熟,産卵行動,卵質,卵発生に顕著な影響は認められなかった。昨年度予定のマダイ,ヒラメを対象としたストレス応答試験を本年度前期に実施する。水温,光周期をコントロールできるシロギス産卵試験水槽4基(FRP製,3000L)に27年度に定めた低周波水中音条件(音圧・周波数)を設定し,試験水槽内における水中音の周波数特性,音圧分布状況を把握する。シロギス産卵試験水槽4基にシロギス2歳魚を雌雄10尾ずつ収容し,水温・日長をコントロールして産卵を誘発し,産卵行動,産卵周期を確認した後,低周波水中音条件に曝露し,産卵行動への影響を解明する。これまで行った試験の結果,洋上風力施設から発生することが予想されるレベルの低周波水中音による魚類の卵発生,成長,産卵行動と卵質への顕著な影響は確認されなかった。29年度は3段階の音圧レベルの低周波水中音に連続暴露した3試験区,および環境音のみのコントロール区で未成熟のシロギスを飼育し,低周波水中音が性成熟に及ぼす影響を解明する。魚類の行動・生理海生研創立40周年記念報告会&#12316;かけがえのない海を未来へ&#12316;予稿集
相互支援型交流システムによる離島・へき地校と大学間の「交流促進ノウハウ集」の開発

筆者らは、鹿児島大学教育学部と鹿児島県内離島の学校をテレビ会議システムで結んで、相互に支援する交流システムについて、実践的研究により次のように交流促進のノウハウを明らかにした。すなわち、(1)授業でのICT全般の活用意識の向上、(2)離島校におけるICT活用促進の啓発や支援、(3)大学と離島校の交流の継続的実践、(4)相互支援型交流システムのPR、(5)離島校と専門機関(博物館・歴史資料館等)および離島校間の交流学習の仲介や支援、である。本研究は、申請者らがこれまで研究してきた相互支援型交流システムを用いて、離島・へき地校と大学間の交流を行う際の「交流促進ノウハウ集」を開発することを目的としている。平成19年度は次のことを行った。1.交流促進方策の立案・実施(1)離島・へき地校における調査及び資料収集離島・へき地校や教育委員会を訪問し、学校間交流の実情やICT環境の現状を調査し、交流の促進要因と阻害要因について考察した。訪問先は、大島郡大和村立名音小学校ほか、学校5校、教育委員会3カ所であり、それぞれから交流促進に有用な資料を得ることができた。(2)出前講座の実施交流促進方策の一つとして、交流システムの教育的意義、実際の利用法などを学校教員に知ってもらうための講座を、大学側から地域に出向いて行う「出前講座」の形式で実施した。平成19年8月に大島郡徳之島町で行い、講座受講者への調査結果から、交流促進方策に関する資料を得ることができた。2.交流の実践とその結果にもとづいた交流促進方策の評価大島郡名音小学校と教育学部との間で交流授業を2回行った。1回目は平成19年11月29日に「情報メディア論I」の授業で、2回目は12月19日に「教育方法概論」の授業において、それぞれ名音小学校教員と教育学部学生との間でテレビ会議システムを通して、離島・へき地教育に関する情報交換を行った。交流後の学生への調査結果から、交流促進方策についての有用資料を得ることができた。これらの研究結果から、交流促進方策をある程度評価することができた。本研究では、申請者らが研究してきた相互支援型交流システムを用いて、離島・へき地校間と大学との交流を行う際の、「交流促進ノウハウ集」の開発を次のように行った。1,交流の実践昨年度に引き続き、大島郡大和村立名音小学校と鹿児島大学教育学部との交流を行い、その実践結果をもとに交流促進のノウハウを明らかにした。2.交流促進のためのノウハウの明示交流促進のノウハウとして次のことを明らかにした。(1)授業でのICT全般の活用意識の向上テレビ会議システムだけではなく、授業でのICT全般の活用の意識を高める。(2)離島校におけるICT活用促進の啓発や支援「出前形式」の「ICT活用講座」を実施したり、授業での教員のICT活用を直接支援する。(3)大学と離島校の交流の継続的実践交流を継続して実践し、双方にとっての交流の利点を明らかにする。(5)相互支援型交流システムのPR利点を大学内や他校にPRすることによって、交流の輪を広げる。(6)離島校と専門機関(博物館・歴史資料館等)および離島校間の交流学習の仲介や支援離島校の交流学習を支援して大学との信頼関係を築き、大学との交流促進につなげる。
シロイヌナズナにおける植物RNAウイルスの宿主決定機構の解明

本研究ではシロイヌナズナにおける植物RNAウイルスの宿主特異性決定機構の解析として、シロイヌナズナにおけるウイルス増殖効率を決定するウイルス-植物問相互作用の解析を行っている。これまで、シロイヌナズナcpr5変異体でのブロムモザイクウイルス(BMV)増殖の昂進現象の作用機作を明らかにするためシロイヌナズナ細胞抽出液からの試験管内BMV複製系の構築を試みたが、現在のところ、いくつかの細胞で条件を検討した限りでは、効率のよいBMV複製を検出できる系を構築するには至っていない。一方で、研究の一環として、別の植物RNAウイルスであるトマトモザイクウイルス(TcoMV)のゲノムRNAの5'あるいは3'末端領域と共精製されるシロイヌナズナのタンパク質を昨年度までにいくつか同定してきた。本年度ではそれらのToMV増殖への関与を調査した。そのうちToMV RNAの5'末端領域を用いて精製した機能未知のRNA結合タンパク質遺伝子をシロイヌナズナにおいてノックアウトすると、ToMV増殖が昂進することが分かり、これを、BTR1(Binding to ToMV RNA1)と名づけた。シロイヌナズナにおいて、BTR1遺伝子を過剰発現するとToMV増殖が抑制され、また、そのような影響はキュウリモザイクウイルス増殖に対しては認められなかった。さらにBTR1のRNA結合特性をゲルシフト法により調べたところ、BTR1はToMV RNA5'末端領域内の複製タンパク質遺伝子の開始コドン周辺領域に特異的に結合することが分かった。以上の結果から、BTR1はToMV RNAの5'末端領域に結合し、ToMV増殖を特異的に抑制する働きがあると考えられる。このようなトバモウイルスの増殖制御機構はこれまで報告がなく、植物内でのウイルス増殖効率を決定する新規の機構であることが期待される。シロイヌナズナcpr5変異体においてBrome mosaic virus(BMV)は1細胞レベルでのウイルス増殖が昂進する。その作用機作を明らかにするため、シロイヌナズナ細胞由来の試験管内ウイルスRNA翻訳複製系の構築を試みた。本年度は実生からのカルス培養を含むいくつかの細胞株を用いて種々の脱液胞化条件を試したが未だ成功には至っていない。さらに本年度では、ウイルス増殖に関わることが示唆される他の候補宿主因子についても解析を行った。具体的にはTobacco mosaic virus(TMV)の増殖に必要な宿主遺伝子TOM1遺伝子のホモログ、THH1遺伝子、同じくTMV増殖に関わるTOM2A遺伝子のホモログ、TOM2AH1、TOM2AH2、TOM2AH3遺伝子、さらに、BMVの酵母内での増殖に必要なLSM1遺伝子のシロイヌナズナにおけるホモログLSM1H1、LSM1H2遺伝子について多重変異体や過剰発現体を作成し、ウイルス増殖への関与を解析した。その結果、TOM1遺伝子のホモログTHH1遺伝子はTMV増殖への貢献度は低いものの、TMVの増殖をサポートする機能を持つことが明らかとなった。一方で、TOM1遺伝子ファミリーにおける変異体はCucumber mosaic virus(CMV)等の増殖に顕著な影響を示さなかった。TOM2A遺伝子ファミリーを形成する遺伝子についても多重変異体を作成中であるがその中でtom2a tom2ah1 tom2ah2三重変異体では植物体が小さくなった。これはTOM2A遺伝子ファミリーの植物体内での本来の機能を解明する上での一助となるであろう。lsm1h1 lsm1h2二重変異体は致死であったため、lsm1h1およびlsm1h2それぞれ単独の変異体中でのTMV、CMV等の増殖を調べたが、野生型に比べ顕著な差が認められなかった。シロイヌナズナcpr5変異体においてBrome mosaic virus (BMV)は1細胞レベルでのウイルス増殖が昂進する。その作用機作を明らかにするため、本年度はシロイヌナズナ細胞由来の試験管内ウイルスRNA翻訳複製系の構築を試みた。その結果、シロイヌナズナの培養細胞(MM2d)由来の細胞抽出液において、わずかながらウイルスRNAの翻訳複製活性が認められた。さらに本年度では、Tobacco mosaic virus (TMV)の増殖に必要なシロイヌナズナのTOM1およびTOM2A遺伝子ファミリーについて多重変異体や過剰発現体を用いた解析を行った。TOM1遣伝子ファミリーを構成する3つの遺伝子(TOM1、TOM3、THH1)における変異はTMV増殖に与える影響がそれぞれ異なるが、その貢献度の違いはそれら遺伝子の発現量の差と相関が認められた。また、TOM2A遺伝子ファミリーにおける多重変異体を用いた解析からはTMV-Cg増殖への影響は認められたが、別のトバモウイルスであるToMV-Lでは顕著な影響は認められず、TOM2A遺伝子ファミリーの関与はトバモウイルスの中でもとくに特定のウイルス種に限定されると考えられた。この他に、ウイルス増殖を制御する新規宿主因子を同定するために、ToMV-LのゲノムRNAと結合する宿主因子を単離、同定した。これまでに,植物の翻訳伸長因子eEF1AがトバモウイルスゲノムRNAの3'末端領域と結合することが知られていたが、本研究においてもeEF1Aが精製されてくることをウエスタン解析およびLC-MS/MS解析によって確認した。さらに、他の未知のバンドについても、LC-MS/MSによる同定を試みたところ、スプライシング関連因子および機能未知のRNA結合たんぱく質などが同定された。

これまで、シロイヌナズナcpr5変異体でのブロムモザイクウイルス(BMV)増殖の昂進現象の作用機作を明らかにするためシロイヌナズナ細胞抽出液からの試験管内BMV複製系の構築を試みたが、現在のところ、いくつかの細胞で条件を検討した限りでは、効率のよいBMV複製を検出できる系を構築するには至っていない。一方で、研究の一環として、別の植物RNAウイルスであるトマトモザイクウイルス(TcoMV)のゲノムRNAの5'あるいは3'末端領域と共精製されるシロイヌナズナのタンパク質を昨年度までにいくつか同定してきた。本年度ではそれらのToMV増殖への関与を調査した。そのうちToMV RNAの5'末端領域を用いて精製した機能未知のRNA結合タンパク質遺伝子をシロイヌナズナにおいてノックアウトすると、ToMV増殖が昂進することが分かり、これを、BTR1(Binding to ToMV RNA1)と名づけた。シロイヌナズナにおいて、BTR1遺伝子を過剰発現するとToMV増殖が抑制され、また、そのような影響はキュウリモザイクウイルス増殖に対しては認められなかった。さらにBTR1のRNA結合特性をゲルシフト法により調べたところ、BTR1はToMV RNA5'末端領域内の複製タンパク質遺伝子の開始コドン周辺領域に特異的に結合することが分かった。以上の結果から、BTR1はToMV RNAの5'末端領域に結合し、ToMV増殖を特異的に抑制する働きがあると考えられる。このようなトバモウイルスの増殖制御機構はこれまで報告がなく、植物内でのウイルス増殖効率を決定する新規の機構であることが期待される。
量子ビーム・マイクロ波複合利用による有機半機半導体の電荷ナノダイナミクス

量子ビーム(主に光・電子線)とマイクロ波を複合利用することで、有機半導体材料中の電荷キャリアのナノ秒ミリ秒におけるダイナミクスと、化学構造・膜組織構造との相関を研究した。測定システムの高度化・高性能化と解析法の開発により、単結晶有機半導体の高角度分解測定や、ホール・電子の移動度の寄与の分離、さらには電荷移動度の実験的完全定量が可能になった。これにより、高性能有機デバイスの実現に向けたキャリアダイナミクスの基礎科学を確立した。本課題では量子ビーム(主に光・電子線)とマイクロ波を複合利用することで、有機半導体材料中の電荷キャリアのナノ秒ミリ秒におけるダイナミクスと薄膜構造(ナノマイクロメータースケール)の相関を研究する。マイクロ波を電極レス電気伝導度測定に用い、電子線をパルスラジオリシスの照射源として利用し、両者の結果を併せることで、未だ不明な点が多い有機半導体中の電荷ダイナミクスの基礎科学に貢献する。本課題の成果は高性能有機デバイスの実現、量子ビーム・マイクロ波技術利用の進展開に寄与すると期待される。マイクロ波は電極レス電気伝導度測定に用い、電子線はパルスラジオリシスの照射源として利用し、両者の結果を併せることで、未だ不明な点が多い有機半導体中の電荷ダイナミクスの基礎科学に貢献する。本年度は時間分解マイクロ波伝導度と光過渡吸収分光を組み合わせ、単結晶ルブレン中の電荷キャリアダイナミクスを電極レスで測定した。両者の信号は同じ時間挙動を示し、共に励起強度を上げることで減衰が加速されことから、結晶中で電荷が高効率で移動し2次の反応速度にしたがう電荷再結合が起きていることが分かった。さらにナノ秒電子線パルスラジオリシスによる過渡種の同定と併せて、電荷キャリア移動度・両極性・異方性・キャリア生成量子効率・S-S消光の励起強度依存性・一電子酸化還元状態の吸光係数・電荷再結合速度を実験的に求めることに成功した。また、ドナー・アクセプター系で特に重要となる広い波長領域をカバーするシステムを導入した。このシステムを用い、π共役高分子(ドナー)に電子アクセプターを添加したフィルムの光電気特性を測定した。ドナー・アクセプター(D-A)を利用した光電荷キャリア生成効率の増加だけでなく、生成したアクセプターアニオンラジカルを分光することでキャリア濃度を見積もることができることにある。アクセプター濃度依存性・発光クエンチ・XRDの結果と併せて立体規則性によるポリマー中の電荷移動度の違いやD-Aのキャリア生成メカニズムを明らかにした。課題では量子ビーム(主に光・電子線)とマイクロ波を複合利用することで、機半導体材料中の電荷キャリアのナノ秒ミリ秒におけるダイナミクスと薄膜構造(ナノマイクロメータースケール)の相関を研究する。本年度は時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)、光過渡吸収分光(TAS)、および電子線パルスラジオリシス(ns-EB-PR)を組み合わせて超分子ナノチューブのチューブ内電荷移動度の定量を行った。まず、TRMC測定から平面π共役分子であるヘキサベンゾコロネン(HBC)にフラーレン(C_<60>)を結合した分子からなる超分子集合体は、ドナー・アクセプターによる効率的な電荷分離とHBC分子のπスタックに基づく高い電荷移動特性を持つことを示した。さらにTAS測定では、HBCラジカルカチオン(ホール)に起因する吸収ピークが観測された。そこで、ns-EB-PRによってその吸収ピークおよび吸光係数の同定を行い、TASの結果と併せて電荷生成効率φを実験的に求めることに成功した。この結果とTRMCの結果より、HBCナノチューブは2cm^2/Vsにもおよぶ高いチューブ内1次元方向のホール移動度を示すことが明らかとなった。また、昨年度は有機太陽電池材料として期待されている立体規則性ポリチオフェンの本質的電荷移動度定量に成功したが、本年度はさらに詳細な研究を行うため、高分子側鎖の長さが及ぼす影響を検討した。ブチル基からドデシル基まで鎖長を変化させると、TRMCで得られた移動度およびはキャリアの減衰速度は単調に減少していく結果となった。これはポリチオフェンで得られる高いTRMC移動度は分子間電荷移動を反映していることを示唆しており、また減衰過程も長距離拡散を経ていることが明らかとなった。

本課題では量子ビーム(主に光・電子線)とマイクロ波を複合利用することで、有機半導体材料中の電荷キャリアのナノ秒ミリ秒におけるダイナミクスと薄膜構造(ナノマイクロメータースケール)の相関を研究する。マイクロ波は電極レス電気伝導度測定に用い、電子線はパルスラジオリシスの照射源として利用し、両者の結果を併せることで、未だ不明な点が多い有機半導体中の電荷ダイナミクスの基礎科学に貢献する。本課題の成果は高性能有機デバイスの実現、量子ビーム・マイクロ波技術利用の進展開に寄与すると期待される本年度はチオフェン・フェニレンからなるπ共役オリゴマーの光電気特性および光特性の相関を検討した。この材料の電気特性(電荷キャリア移動度)は電界効果トランジスタなどで多くの研究がなされており、また光特性についてはAmplified Spontaneous Emission (ASE)と呼ばれる発光スペクトルの狭線化が報告されている。しかし、光電気特性、すなわち光照射で生成する電荷キャリアのダイナミクスについては、高い発光量子収率のトレードオフとして光電荷キャリア生成効率が非常に低いため、これまで報告されていなかった。そこで時間分解マイクロ波伝導度測定(TRMC)と過渡吸収分光(TAS)および発光測定を組み合わせることで、光電荷キャリアを精度よく測定することに成功し、そのダイナミクスとレーザー発振との相関をレート方程式により解析した。その結果、発光の誘導放出はキャリア生成効率を非線形に下げていることが分かり、またASEが起こらない条件では、長いエキシトン拡散長のため、エキシトン消滅が効率よく起きていることが判明した。これにより光・電気デバイスへの応用において、重要な知見が得られ、また、電子線パルスラジオリシスによってラジカルカチオンの吸収スペクトルを定量した。本課題の成果は高性能有機デバイスの実現、量子ビーム・マイクロ波技術利用の進展開に寄与すると期待される本年度は、フレキシビリティー・低価格の可能性・大面積化・低コストなどの点から、近年注目を集めている有機太陽電池(OPVc)材料について、マイクロ波法(TRMC)を用いてナノスケールの電荷生成・輸送特性評価を行った。ドナー高分子とアクセプター分子を混合し、それらをナノスケールで相分離させることで高い電荷分離効率を意図したバルクヘテロジャンクション(BHJ)型太陽電池は、その簡便なプロセスや合成分子の多様性から、高効率化を目指した研究が世界中で行われている。本手法で得られた電荷キャリア移動度は、SCLC法などで得られるBHJ膜内でのキャリア移動度に比べ、数桁高い値であり、2成分混合系においても、TRMCでプローブされるナノスケールの領域では、高いキャリア移動度を有し、その値は最終的なPCEとも相関していることが示された。また、不純物効果や劣化効果についてもOPVcとTRMCによる評価を行い、過渡伝導度の寿命や強度について検討した。
複合ジェットの崩壊メカニズムと微小カプセル技術への応用

コア部と円筒部からなる複合液体ジェットの非線形現象を記述する方程式を新しく導出した.この方程式を用いた解析により,両界面での表面張力比のある範囲内においてカプセル化が行われるが,レイノルズ数が十分小さくなるとコア部の閉塞現象がカプセル化をさまたげることがわかった.また,実際に形成されるカプセルの特性が非線形の意味で最も不安定な撹乱周波数により決定されることを明らかにした.これらの結果は,今後必要となる更なる微小カプセルの生成に多くの知見を提供できるコア部と円筒部からなる複合液体ジェットの非線形現象を記述する方程式を新しく導出した.この方程式を用いた解析により,両界面での表面張力比のある範囲内においてカプセル化が行われるが,レイノルズ数が十分小さくなるとコア部の閉塞現象がカプセル化をさまたげることがわかった.また,実際に形成されるカプセルの特性が非線形の意味で最も不安定な撹乱周波数により決定されることを明らかにした.これらの結果は,今後必要となる更なる微小カプセルの生成に多くの知見を提供できる近年,微小液滴や粒子を芯物質としそれらを高分子の膜で被覆した微小カプセルが工業,食品,医薬品などの分野でその有用性が認められ,更なる微小化のための技術が求められている.従来このようなカプセルは,媒質中に分散した芯物質を化学的に被覆する方法がとられてきたが,このような手法では流体が芯物質となる場合や,短時間で均一なカプセル生成には不向きである.それに対して,同軸円筒ノズルから噴出した2種類の流体で形成される複合ジェットの界面張力不安定を利用することにより,均一なカプセル化を短時間で行うことができる.本研究では,複合ジェットを用いたこのようなカプセル生成メカニズムを明らかにし,微小カプセル化のための技術的な問題点を明らかにすることを目的としている.本年度は,カプセル化メカニズムを明らかにするため,現象を解析的に調べ,カプセル生成に大きな影響を与えるパラメータとその範囲を明らかにした.解析は現象を連続体力学の範囲内で取り扱い,ナヴィアーストークス方程式と自由界面での条件を用いて長波近似により非線形の液膜方程式を新たに導出した.この方程式を数値的に調べることにより,カプセル化には2流体の界面での表面張力比が重要な役割を果たすことが示された.すなわち,小さすぎると単一流体ジェットのように振る舞いコア流体を外部流体がきれいに閉じ込めることができず,一方大きすぎると,外部流体よりもコア流体が短時間で不安定化されるためコア流体のみが連続的な液滴状になりうまくカプセル化できない.この結果は既に行われている実験結果ともよく一致していることから,解析の有効性が示された.さらに,微小カプセル化に伴い粘性の影響が大きくなることが予想され,低レイノルズ数での解析を行った.その結果,ジェットがピンチングを起こすにつれて,コア流体が流れにくくなり一種の閉塞現象が発生するため,ジェットに大きくバルーニングがおこり最終的には外部流体部が破断することがわかった.このことからカプセルを微小化するときには粘性の影響を十分考慮して,密度比,表面張力比,粘性比などのパラメータ設定をうまく行う必要があることがわかった.昨年度の研究では,コア部と円筒部からなる複合ジェットを記述する非線形方程式を導出し,粘性比,密度比,速度比など種々のパラメータに対してジェットの特長的な崩壊課程が調べられた.特に,界面での表面張力比がカプセル形成のための需要なパラメータであることが示され,また低レイノルズ数の場合にはコアジェットの閉塞現象が発生することがわかった.ところでこのような方程式は,その性質上ジェットの円筒部もしくはコア部の破断発生以降は用いることができないため,それ以後の現象の詳細は基礎方程式の厳密な数値解析に頼らざるを得ないと思われてきた.ところが,今回このような方程式でも半無限ジェットに対する初期値境界値問題を詳しく調べることにより,カプセル形成周期や形状をかなりよい精度で評価できることが明らかになった.すなわち,破断後のジェットの特性は,ノズル出口で正弦的な撹乱が与えられたとき非線形の意味での最も不安定な周波数により決定され,その周期でカプセルが生成される.そして,この周波数はコア流速が増加するにつれて,撹乱振幅が増加するにつれて,さらにウェーバー数が増加するにつれてより大きくなる.さらに,その周波数から算出された周期長さに相当するジェットの体積が生成されるカプセルの体積とみなせることから,生成されるカプセル径を求めることができる.このようにして得られた結果を気-液複合ジェットでの実験結果と比較したところ,カプセル形成周期及び生成されたカプセル径共によい一致が見られた.このことから,カプセル生成の基本的なメカニズムとしては非線形安定性により説明できることが明らかになった.一方,基礎方程式の厳密な数値解析も平行して行われた.初期に計画していたLevel-Set法では界面での数値拡散の影響が大きく十分によい成果が得られなかった.そこで,Level-Set関数の界面発展を記述する方程式にCIP法を適用して,現在さらに精度のよい解析を行っている.