hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デフェロキサミンの外リンパ灌流が蝸牛諸電位に与える影響について

今回の研究目的はあるデフェロキサミン(DEO)濃度をもった人工外リンパ液で,蝸牛鼓室会を灌流し,蝸牛諸電位,特に蝸牛神経活動電位(CAP),蝸牛マイクロホン電位(CM),蝸牛内直流電位(EP)に変化が生ずるかどうか観察することであった.まず.EPに関する実験より開始した.研究実施計画では蝸牛基底回転に穿った小孔よりガラスピペットを蝸牛管に挿入して,人工外リンパ液を灌流する予定であった.しかし,EP測定のために経血管条法でガラスピペットを同じく蝸牛管に刺入しながら,人工外リンパ液灌流用ガラスピペットを挿入することはEP測定用のガラスピペットと灌流用のガラスピペットがかなり接近して技術的にもかなりな困難を伴うこと,灌流用のガラスピペットの挿入により血管条が損傷を受けて,その損傷のためにEPに変化を来してしまう可能性のために変更を余儀なくされた.よって,人工外リンパ灌流のためのガラスピペットは正円窓膜経由で,鼓室階に挿入された.EPは第2回転の蝸牛管より記録した.測定されたEP値は55-65mV程度であり,この電位は少なくとも1時間程度は安定して測定できる電位であることを確認した.そのうえで正円窓より鼓室階に挿入したガラスピペットより人工外リンパを灌流した.通常の人工外リンパ液で鼓室階を灌流したときにも記録されたEP値に変化は認められなかった.次にDFOを含んだ人工外リンパ液で灌流するとEPの低下が認められが,EFOによるものかどうか判断を下すにはさらに例数を増やして,DFO濃度を変えて,検討しなければならない.CM,CAPに関する実験は,まだ始まったばかりで,技術的な困難を克服中である.測定のためのワイヤーを鼓室階・前庭階に挿入するわけであるが,穿った小孔より外リンパの漏出が生じ,各々の電位の低下を生ずる恐れがあった.小孔をフィブリン糊で密閉すると外リンパの漏出はなくなり,安定した電位測定が行えそうである.今回の研究目的はあるデフェロキサミン(DEO)濃度をもった人工外リンパ液で,蝸牛鼓室会を灌流し,蝸牛諸電位,特に蝸牛神経活動電位(CAP),蝸牛マイクロホン電位(CM),蝸牛内直流電位(EP)に変化が生ずるかどうか観察することであった.まず.EPに関する実験より開始した.研究実施計画では蝸牛基底回転に穿った小孔よりガラスピペットを蝸牛管に挿入して,人工外リンパ液を灌流する予定であった.しかし,EP測定のために経血管条法でガラスピペットを同じく蝸牛管に刺入しながら,人工外リンパ液灌流用ガラスピペットを挿入することはEP測定用のガラスピペットと灌流用のガラスピペットがかなり接近して技術的にもかなりな困難を伴うこと,灌流用のガラスピペットの挿入により血管条が損傷を受けて,その損傷のためにEPに変化を来してしまう可能性のために変更を余儀なくされた.よって,人工外リンパ灌流のためのガラスピペットは正円窓膜経由で,鼓室階に挿入された.EPは第2回転の蝸牛管より記録した.測定されたEP値は55-65mV程度であり,この電位は少なくとも1時間程度は安定して測定できる電位であることを確認した.そのうえで正円窓より鼓室階に挿入したガラスピペットより人工外リンパを灌流した.通常の人工外リンパ液で鼓室階を灌流したときにも記録されたEP値に変化は認められなかった.次にDFOを含んだ人工外リンパ液で灌流するとEPの低下が認められが,EFOによるものかどうか判断を下すにはさらに例数を増やして,DFO濃度を変えて,検討しなければならない.CM,CAPに関する実験は,まだ始まったばかりで,技術的な困難を克服中である.測定のためのワイヤーを鼓室階・前庭階に挿入するわけであるが,穿った小孔より外リンパの漏出が生じ,各々の電位の低下を生ずる恐れがあった.小孔をフィブリン糊で密閉すると外リンパの漏出はなくなり,安定した電位測定が行えそうである.
熱浴のリーマン幾何類似とハルナック不等式

Ricci flowに有限時間で現れる時空の特異点の時空でのrescale極限はRicci flowの古代解(存在時間が過去に無限に伸びた解)であり,それは特異点情報をすべて持っている.Ricci flowは弱放物型の発展方程式だから,過去に無限に伸びた解の存在は解析的には奇跡である.幾何的にはきわめて特殊な条件下でないとこのような解は存在することができない.Einstein計量の存在から幾何的な情報を導出するための方法として古代解を使うというアイディアはHami1tonがRicci flowによる幾何化予想の研究で最初に導入し,始めて実装に成功したのはPerelmanである.Hami1ton/Perelmanの思想を正の四元数Kaehler空間のtwistor空間の自然な崩壊をRicci flowで実現して適用したのが本研究である.Twistor空間のEinstein計量(少なくとも2つ)のうちKaehler-Einstein計量をとりあげ,KE計量を中心とするRicci flow不安定セルの構成を試みた.正の四元数Kaehler空間の正規直交枠束のholonomy簡約上の動標構と接続形式のSp(1)部分を組み合わせてtwistor空間上のKE計量を含むRiemann計量の2パラメタ族で次の3つの性質を持つものを構成した.(1)この族に初期計量を持つRicci flow解はこの族に属する.(2)この族に初期計量を持つRicci flow解はすべて古代解である.(3)この族に初期計量とするRicci flow解は有限時間で崩壊し,それはtwistor束の2つの自然な崩壊を実現する.これによりtwistor空間の自然な崩壊とKE計量がRicci flow解でつながっていることが分かった.2つの崩壊のうち底空間が速く収縮するものを選んでBanso/ShiのRicci flow解の勾配評価を適用することにより,正の四元数Kaehler空間の曲率テンソルが平行になることが示される.これはLeBrun-Salamon予想への肯定的解決を与える.完備性の下で極小曲面のガウス写像の値分布を説明する幾何を明らかにすることが目標である.完備極小曲面が擬代数的であるとは,そのワイヤシュトラスデータがコンパクトリーマン面から有限個の点を除いた穴あきリーマン面上で定義されるが周期条件は要求しない.擬代数的極小曲面がガウス写像の全分岐値数の評価をアーカイブmath.DG/0511543に発表した.代数的極小曲面の場合はガウス写像を普遍被覆である円板に持ち上げてネヴァンリンナ理論に持ち込んで研究するのが有効である.ガロア群の作用つきのネヴァンリンナ・ガロア理論を円板上で展開していく.代数幾何的方法では周期条件のうち曲面のトポロジーを生み出すサイクルの寄与を数値化できないという限界があるが,ネヴァンリンナ・ガロア理論ではこの点の解析が原理的に可能である.例えば,ガウス写像をコンパクトリーマン面からの有理方像に拡張したものの次数と穴あきリーマン面のオイラー数の絶対値の比に関わらず,ガウス写像の高さ関数の増大度はワイヤシュトラスデータの定義域だけで決まる関数で押えられることが示される.よって代数的曲曲面のガウス写像の対数微分の補題が除外値問題に本質的である.ガウス写像のネヴァンリンナ・ガロア理論では対数微分の補題の右辺はガウス写像の高さ関数のある定数倍のオーダーを持ち,誤差項に吸収できない大きさを持っている.その定数が3より真に小さいことが分かれば全分岐値数票評価に対して長年未解決の予想が解ける.予想は2.91である.予備的・発見的考察をアーカイブmath.CV/0512302に発表した.ペレルマンが導入したリーマン幾何的熱浴の分かりやすい説明を見いだし,それを東北大学COEの講義録に発表した.最短閉測地線の長さによる球面の特徴付けについてアーカイブmath.DG/050748に発表した.4元数ケーラー多様体とはホロノミー群がSp(1)Sp(n)というSO(4n)の部分群に含まれるリーマン多様体のことである.正のスカラー曲率を持つコンパクト4元数ケーラー多様体はWolf空間とよばれる対称空間で尽きるという予想がある.この予想は接触ファノ多様体の分類という代数幾何の問題とも同値であるが,現在まで未解決である.本研究ではこの予想にRicci flowの方法でせまってみようと思った.4元数ケーラー多様体にはtwistor空間とよばれる複素多様体が対応している.スカラー曲率が正のとき,それは接触ファノ多様体であり,4元数ケーラー多様体上のS^2バンドルである.4元数ケーラー構造から自然に決まる接続が決まり,したがってファイバーではS^2の標準計量,射影がリーマン沈め込みになるような計量が,ファイバーに入るS^2の標準計量のスケールを除いて決まる.この計量の1パラメタ族に全体のスケーリングを付加した2パラメタ族をtwistor空間上の標準計量の族とよぶことにする.最初のスケールがある特殊な値をとるとき,この計量はケーラー・アインシュタイン計量になるので,このスケールをKEスケールとよぶことにする.本研究において,この計量のスケールをKEスケールと異なる標準計量にとってRicci flowを走らせてみた.するとこのスケールがどんなにKEスケールに近くても,Ricci flowの軌道は近くある「不動点」であるケーラー・アインシュタイン計量に落ち込むことはなく,有限時間のうちにS^2ファイバーがつぶれる崩壊を起こすか,S^2ファイバーにそって計量が爆発していくカルノ・カラテオドリ計量に近づくかしながら,全体が収縮して消滅してしまうことが分かった.

これは4元数ケーラー多様体の曲率テンソルの特殊な構造がRicci flowに与える効果である.このようなデータから,スカラー曲率が正の4元数ケーラー多様体の一意化問題に対する何らかの新しい知見が得られるかどうか,現在考察を進めているところである.Ricci flowに有限時間で現れる時空の特異点の時空でのrescale極限はRicci flowの古代解(存在時間が過去に無限に伸びた解)であり,それは特異点情報をすべて持っている.Ricci flowは弱放物型の発展方程式だから,過去に無限に伸びた解の存在は解析的には奇跡である.幾何的にはきわめて特殊な条件下でないとこのような解は存在することができない.Einstein計量の存在から幾何的な情報を導出するための方法として古代解を使うというアイディアはHami1tonがRicci flowによる幾何化予想の研究で最初に導入し,始めて実装に成功したのはPerelmanである.Hami1ton/Perelmanの思想を正の四元数Kaehler空間のtwistor空間の自然な崩壊をRicci flowで実現して適用したのが本研究である.Twistor空間のEinstein計量(少なくとも2つ)のうちKaehler-Einstein計量をとりあげ,KE計量を中心とするRicci flow不安定セルの構成を試みた.正の四元数Kaehler空間の正規直交枠束のholonomy簡約上の動標構と接続形式のSp(1)部分を組み合わせてtwistor空間上のKE計量を含むRiemann計量の2パラメタ族で次の3つの性質を持つものを構成した.(1)この族に初期計量を持つRicci flow解はこの族に属する.(2)この族に初期計量を持つRicci flow解はすべて古代解である.(3)この族に初期計量とするRicci flow解は有限時間で崩壊し,それはtwistor束の2つの自然な崩壊を実現する.これによりtwistor空間の自然な崩壊とKE計量がRicci flow解でつながっていることが分かった.2つの崩壊のうち底空間が速く収縮するものを選んでBanso/ShiのRicci flow解の勾配評価を適用することにより,正の四元数Kaehler空間の曲率テンソルが平行になることが示される.これはLeBrun-Salamon予想への肯定的解決を与える.
運動の免疫機能に及ぼす影響に関する分子生物学的研究

運動負荷前後における末梢血単核球のサイトカインmRNAの発現を指標にして、運動の免疫能に及ぼす影響を検討した。1.対象:1922歳の男子大学生5名2.運動負荷の方法:自転車エルゴメーターを用いて運動を負荷した。最大運動負荷、および60%、40%VO_2maxに相当する運動を50分間負荷し、運動負荷直前と負荷直後に採血した。3.サイトカインmRNAの定量:RT-PCR(reversetranscription-polymerasechain reaction)によって、末梢血単核球におけるIL-1,IL-2,IL-6,TNF-αの各サイトカインmRNAの発現を検討した。4.成績(1)最大運動負荷時のサイトカインmRNA:TNF-αのmRNAの発現は、運動負荷後有意な減少がみられた。すなわち、(1)IL-1α:5名中2名で運動負荷後に増加、3名で変化はみられなかった。(2)IL-2:5名中2名で運動負荷後に増加、1名で減少、2名で変化はみられなかった。(3)IL-6:5名中3名で運動負荷後に減少、2名で変化はみられなかった。(4)TNF-α:5名中4名で運動負荷後に減少、1名で変化はみられなかった。(2)60%VO_2max運動負荷時:現在検討中以上のごとく、従来報告されている運動による血漿中サイトカイン濃度の変動とmRNA発現との間にはかなりの解離がみられ、さらに検討を要し、そのうえで、健康増進のための運動強度を決定する。
遠隔教育のためのタイムベースメディア部品の連携と同期に関する研究開発

本研究では,タイムベースで動作する複数のメディア部品を組み合わせた教材を配送し,それぞれのメディアが配送される制御データに同期しながら動作する,遠隔教育のためのタイムベースメディアシステムの開発を行っている.本研究では,IntelligentPadをプラットフォームにしてシステムを開発する.IntelligentPadは,パッドと呼ぶ機能部品(オブジェクト)をダイナミックに組み合わせて,それぞれのパッドが持つ機能を統合することができるシステムである,これまでに以下の研究開発を行った.・サーバから受け取ったビデオデータを表示するビデオ部品を開発した.・ストリーミングデータからタイムベースデータ(表示部品の動作を指示するスクリプトとタイミングデータ)を取り出すための機能部品を開発した.・共存する表示部品間で,タイムベースデータを統一的に扱うためのフレームワークを検討した.・タイムベースデータを共存する表示部品に配送するためのメッセージモデルに関するフレームワークを検討した.・教材制御を実現するために,ビデオデータのテキストトラックを利用し,タイムベースデータの書き込みを実現した.・ストリーミングデータを作成するためのオーサリングツールを開発した.・テキスト,静止画,ポインター,任意図形の表示部品に対し,スクロール機能やフェード機能,アニメーション機能をマウスの直接操作で指定して,その操作情報を取り出すキャプチャ機能および編集機能をパッドとして開発した.・ムービーデータを操作しながら,テキストトラック用データを作成するためのインターフェースを開発した.・配送された教材に表示されるデータに連携して書き込みができる機能を開発した.本研究では,タイムベースで動作する複数のメディア部品を組み合わせた教材を配送し,それぞれのメディアが配送される制御データに同期しながら動作する,遠隔教育のためのタイムベースメディアシステムの開発を行っている.本研究では,IntelligentPadをプラットフォームにしてシステムを開発する.IntelligentPadは,パッドと呼ぶ機能部品(オブジェクト)をダイナミックに組み合わせて,それぞれのパッドが持つ機能を統合することができるシステムである,これまでに以下の研究開発を行った.・サーバから受け取ったビデオデータを表示するビデオ部品を開発した.・ストリーミングデータからタイムベースデータ(表示部品の動作を指示するスクリプトとタイミングデータ)を取り出すための機能部品を開発した.・共存する表示部品間で,タイムベースデータを統一的に扱うためのフレームワークを検討した.・タイムベースデータを共存する表示部品に配送するためのメッセージモデルに関するフレームワークを検討した.・教材制御を実現するために,ビデオデータのテキストトラックを利用し,タイムベースデータの書き込みを実現した.・ストリーミングデータを作成するためのオーサリングツールを開発した.・テキスト,静止画,ポインター,任意図形の表示部品に対し,スクロール機能やフェード機能,アニメーション機能をマウスの直接操作で指定して,その操作情報を取り出すキャプチャ機能および編集機能をパッドとして開発した.・ムービーデータを操作しながら,テキストトラック用データを作成するためのインターフェースを開発した.・配送された教材に表示されるデータに連携して書き込みができる機能を開発した.本研究では,タイムベースで動作する複数のメディア部品を組み合わせた教材を配送し,それぞれのメディアが配送される制御データに同期しながら動作する,遠隔教育のためのタイムベースメディアシステムの開発を行っている.本年度は,以下の3点の開発を行ってきた.(1)ビデオをはじめ,タイムベースで動作するテキストやポインター等の表示部品の開発.(2)表示部品が,ストリーミングデータに同期して動作するためのメッセージモデルの開発.(3)表示部品にストリーミングデータを配送するストリーミングサーバの開発.本研究では,IntelligentPadをプラットフォームにしてシステムを開発する.IntelligentPadは,パッドと呼ぶ機能部品(オブジェクト)をダイナミックに組み合わせて,それぞれのパッドが持つ機能を統合することができるシステムである.今年度行ったことを以下に示す.・アニメーション動作する表示部品を開発するために,パーソナル・コンピュータを導入した.・サーバから受け取ったビデオデータを表示するビデオ部品を開発した.・ストリーミングデータからタイムベースデータ(表示部品の動作を指示するスクリプトとタイミングデータ)を取り出すための機能部品を開発した.・共存する表示部品間で,タイムベースデータを統一的に扱うためのフレームワークを検討した.・タイムベースデータを共存する表示部品に配送するためのメッセージモデルに関するフレームワークを検討した.・タイムベースデータを保持したストリーミングデータの配送を実現するために,サーバコンピュータを導入した.・サーバコンピュータは,ビデオデータを配送する.また,教材制御を実現するために,ビデオデータのテキストトラックを利用し,タイムベースデータの書き込みを実現した.本研究の目的は,タイムベースで動作する複数のメディア部品を組み合わせた教材を配送し,それぞれのメディアが配送される制御データに同期しながら動作する,遠隔教育のためのタイムベースメディアシステムを開発することである.本研究では,サイズや解像度の限定された画面で,臨場感を出しながらも情報を伝えるために,ビデオ画像に同期して動作するテキストやスライド,ポインターといった機能を部品化し,教授内容に合わせて自由に選択し組み合わせることができる遠隔教育システムを実現する.本研究では,IntelligentPadをプラットフォームにして開発する.IntelligentPadは,パッドと呼ぶ機能部品(オブジェクト)をダイナミックに組み合わせて,それぞれのパッドが持つ機能を統合することができるシステムである.本年度については,以下の研究開発を行った.(1)ストリーミングデータを作成するためのオーサリングツールを開発した.・テキスト,静止画,ポインター,任意図形の表示部品に対し,スクロール機能やフェード機能,アニメーション機能をマウスの直接操作で指定して,その操作情報を取り出すキャプチャ機能および編集機能をパッドとして開発した.・キャプチャデータからタイムベースデータへの変換を行い,ビデオデータに書き込むためのオーサリングツールを開発した.ムービーデータに同期して再生することができるテキストトラックを利用した.・ムービーデータを操作しながら,テキストトラック用データを作成するためのインターフェースを開発した.・テキストトラック用データをムービーデータのテキストトラックに書き込む機能を開発する(2)配送された教材に表示されるデータに連携して書き込みができる機能を開発した.・配送された教材に表示されるデータに連携して書き込みができる機能を開発した.
肺サーファクタントアポ蛋白質による非定型抗酸菌感染防御機構の解明

近年、呼吸器感染症においてMycobacterium aviumをはじめとした非定型抗酸菌感染症患者が増加傾向にあり、かつ薬剤抵抗性を示す例も増加しており、本感染症に対する治療法、予防法の確立が望まれている。そこで本研究課題では、M.Aviumに対する感染防御機構を解明するために、特に肺サーファクタント蛋白質、及び同じコレクチンサブグループに属するマンノース結合レクチンに着目しM.Aviumに対する自然免疫機構を中心に研究をすすめた。本研究課題の遂行により、肺サーファクタント蛋白質A(SP-A)が、糖鎖認識領域を介してCa依存性にM.Avium菌体と直接結合することが明らかとなった。さらに、SP-Aがラット肺胞マクロファージやヒト単球由来マクロファージによるM.Aviumの貪食を増加することも分かった。しかし、このSP-AによるM.Avium貪食促進効果は、EDTAやSP-AとM.Aviumとの結合を阻害する特異抗体存在下でも認められることから、菌体との結合には依存せずにSP-AがM.Avium貪食を促進し、オプソニンとして作用していないことが示された。また、細胞とSP-Aをあらかじめ前処理したのみの細胞でもM.Avium貪食促進効果が認められることから、SP-Aと細胞とが直接相互作用することによって貪食促進効果を示していると考えられた。同時に、SP-A存在下において細胞表面のマンノース受容体の発現が増強され、マンノース受容体のリガンドであるマンナン、ザイモザンの存在下で貪食促進効果が抑制されることから、SP-Aが細胞表面のマンノース受容体の活性化しM.Aviumの貪食を促進していることが示された。一方、マンノース結合レクチン(MBL)はM.Avium菌体と直接結合したがCa非依存性であり、更に細胞表面のマンノース受容体の発現にも影響を及ぼさず、マクロファージによるM.Aviumの貪食促進効果も認められなかった。以上より、肺コレクチンSP-AとM.Aviumとの相互作用、およびマクロファージによる菌体貪食調節機構が明らかとなった。コンプロマイスドホストの増加に伴い、Mycobacterium aviumをはじめとした非定型抗酸菌感染症患者の増加が大きな注目をあびており、その感染防御のメカニズムを解明し、治療法、予防法を確立することが望まれている。本研究では、呼吸器領域におけるコレクチンサブグループに属する生体防御レクチンである肺サーファクタント蛋白質によるM aviumに対する自然免疫機構の分子機構の解明をすすめた。肺サーファクタント蛋白Aはその糖鎖認識領域を介して、カルシウム依存性にM aviumに結合することが示された。また肺サーファクタント蛋白Aは、マクロファージによるM aviumの貪食作用を促進させることが分かった。この貪食促進作用はEDTA存在下で菌体との結合を阻害した状態でも認められた。また菌体との結合性の低下を示す肺サーファクタント蛋白A変異体でも、野生型の肺サーファクタント蛋白Aと同程度の貪食促進効果を示した。更に細胞と肺サーファクタント蛋白Aをあらかじめ反応した場合でも同程度の貪食促進効果を示した。これらのことから、肺サーファクタント蛋白Aによる貪食促進作用は、オプソニンとして作用するわけではなく、細胞と直接作用を介して貪食を促進すると考えられた。肺サーファクタント蛋白Aを介するM aviumの貪食促進効果はマンノース受容体のリガンドであるマンナン、LAMで抑制され、マンノース受容体を介して貪食を促進していることが分かった。更に、肺サーファクタント蛋白Aはマクロファージと相互作用し、細胞表面のマンノース受容体発現を増加させ、その活性を亢進させていた。以上より、肺サーファクタント蛋白AはM aviumに結合し、マクロファージによる貪食をマンノース受容体を介して引き起こすことが明らかになった。

一方、マンノース結合レクチン(MBL)はM.Avium菌体と直接結合したがCa非依存性であり、更に細胞表面のマンノース受容体の発現にも影響を及ぼさず、マクロファージによるM.Aviumの貪食促進効果も認められなかった。以上より、肺コレクチンSP-AとM.Aviumとの相互作用、およびマクロファージによる菌体貪食調節機構が明らかとなった。
松島湾の泥の物理的変遷解明に基づいた閉鎖性海域の長期環境評価

わが国沿岸では規制による水質改善が進んだが、大都市圏を抱える湾では化学的酸素要求量(COD)が横ばいで、その原因が湾奥海底の泥に起因する可能性があるとされている。また、2011年3月11日の東日本太平洋沖地震・津波で壊滅的被害を受けた宮城県松島湾のアマモ場がいまだ回復しない原因とし、地震・津波発生前から堆積していた泥の関与が示唆されている。そこで、松島湾をモデル水域とし、泥の長期変遷研究を行う。まず、泥の基本性状や関連情報の変遷を、先行研究・既存調査結果、提案者が2012年・2014年に行った調査結果、ならびに研究期間中の最新データも加えて明らかにする。また、堆積物表層の難分解性有機物・脂肪酸・ベントスの変遷も示す。次に、震災前・津波襲来前・現在の三つの時点の海底地形・海岸線に基づいた流況再現から、物理環境の差違を評価する。今年度は、前年度に引き続いて超音波反射強度画像に基づいた表層堆積物の分類手法について結果を整理し、その分類方法について総括をするとともに、深層学習による画像学習による表層堆積物・地形分類の可能性について検証を行った結果をとりまとめて、土木学会論文集に発表したほか、海岸工学講演会での口頭発表を行った。また、2年ごとに行っている松島湾表層堆積物の平面分布調査を2018年11月に実施した。1960年代・1990年代、2012年・2014年の海底海岸線地形変遷と底泥諸量の変遷などを、文献値と公的機関環境モニタリングに基づいて復元する。海上保安庁測量結果や国土地理院沿岸海底地形図などにもとづいた震災後海底地形補正を行う。一部の最新データが得られていない地域については、独自調査の実施も検討する。オブジェクト指向型流体モデルに基づいた松島湾の数値流動実験プログラム開発も行う。研究期間を1年延長していただいたことで、震災前・津波襲来前・現在の三つの時点の物理環境の差違を評価する研究など、これまでの成果のとりまとめを行う。わが国沿岸では規制により水質改善が進んだが、大都市圏を抱える湾では化学的酸素要求量(COD)が横ばいで、その原因が湾奥海底の泥に起因する可能性がある。また、2011年3月11日の東日本太平洋沖地震・津波で壊滅的被害を受けた宮城県松島湾のアマモ場が、未だ回復しない原因として、地震・津波発生前から堆積していた泥の関与が示唆されている。まず、泥の基本性状や関連情報の変遷を、先行研究・調査、提案者が2012年・2014年に行った調査結果、ならびに研究期間中の最新データも加えて、明らかにする。次に、震災前・津波襲来時・現在の三時点の海底地形・海岸線に基づき湾内流況再現から、物理環境の差違を評価する。今年度は、2016年9月30日から10月2日にかけて、宮城県松島湾において、海底堆積物の採取を行った。このとき、東北大学が借り上げした用船で松島ヨットハーバーから出船し、2014年と同じ海底堆積物の採取地点(28地点)で、表層体積物を採取した。さらに、採取地点の全てで多項目水質計により、水質鉛直分布を測定した。また、仙台で分析に関して研究打合せを行ったほか、数値実験について分担者との間で打合せを行った。2011年3月11日の大地震と津波により被災した宮城県松島湾海底の生態系の修復過程と堆積状況変化を明らかにするため、現地調査を行った。9月30日(金)は東北大を訪問し研究打合せを行った10月1日(土)は松島ヨットハーバーより東北大が借り上げした用船で出港し、28地点で表層体積物を採取した。また採取地点での水質鉛直分布を水質計で取得した。調査終了後、調査機材と試料を宅配便により各所属機関に塩釜市内より発送し、その後仙台に宿泊した。10月2日(日)は仙台でより帰任した。本調査により、松島湾海底の生態系の修復過程と堆積状況変化に関する基礎データの蓄積をはかることができる。まず、泥の基本性状や関連情報の変遷を、先行研究・既存調査の結果、提案者が2012年・2014年に行った調査結果、ならびに研究期間中の最新データも加えて、明らかにする。

また、堆積物表層の難分解性有機物・脂肪酸・ベントスの変遷も示す。次に、震災前・津波襲来時・現在の三つの時点の海底地形・海岸線に基づき湾内流況再現から、物理環境の差違を評価する。今年度は、超音波反射強度画像に基づいた表層堆積物の分類では、結果が実態と一致しない場合があることから、その分類方法について総括するとともに、深層学習による画像学習による表層堆積物・地形分類の可能性について検証を行った。その結果、学習済みニューラルネットワークはテスト用画像を砂(およびサンドウエーブ)、画像接合部、それ以外に分離する能力を持つことが確認できたほか、今後の深層学習の課題が、学習に必要な大量の「正解」付き超音波反射強度画像の整備にあることが示唆された。わが国沿岸では規制による水質改善が進んだが、大都市圏を抱える湾では化学的酸素要求量(COD)が横ばいで、その原因が湾奥海底の泥に起因する可能性があるとされている。また、2011年3月11日の東日本太平洋沖地震・津波で壊滅的被害を受けた宮城県松島湾のアマモ場がいまだ回復しない原因とし、地震・津波発生前から堆積していた泥の関与が示唆されている。そこで、松島湾をモデル水域とし、泥の長期変遷研究を行う。まず、泥の基本性状や関連情報の変遷を、先行研究・既存調査結果、提案者が2012年・2014年に行った調査結果、ならびに研究期間中の最新データも加えて明らかにする。次に、震災前・津波襲来前・現在の三つの時点の海底地形・海岸線に基づいた流況再現から、物理環境の差違を評価する。今年度は、前年度に引き続いて超音波反射強度画像に基づいた表層堆積物の分類手法について結果を整理し、その分類方法について総括をするとともに、深層学習による画像学習による表層堆積物・地形分類の可能性について検証を行った結果をとりまとめて、土木学会論文集に発表したほか、海岸工学講演会での口頭発表を行った。また、2年ごとに行っている松島湾表層堆積物の平面分布調査を2018年11月に実施した。1960年代・1990年代、2012年・2014年の海底海岸線地形変遷と泥の含泥率、粒径分布、含水率、有機炭素含有量等の基本性状の変遷を、文献値と公的機関環境モニタリングに基づいて復元する。海上保安庁から航空レーザー測量結果の提供を受け、国土地理院が作成した沿岸海底地形図に基づいた震災後海底地形の補正を行う。また、過去から現在までに刊行された海図や国土地理院地形図をさかのぼって収集し、地形改変の変遷について情報を収集する。
個別DNAのマイクロマニピュレーションによる塩基配列解析用試料作成法の研究

従来の塩基配列決定法では400塩基対程度までしか決定できず、それ以上の解析では一旦制限酵素などで切断しそれぞれを個別に決定するが、各断片の順序情報は失われており、これを再編成するために多大な時間と手間がかかっている。そこで固定したDNA一分子を一端から順次切断することで、順序情報を維持した断片回収を行なうことを目的として実験的検討を行なった。その結果、高感度SITカメラ・画像処理装置を組み合わせた観察系にYAGレーザ(レーザピンセット・温度制御用)または窒素レーザ(DNA切断用)を導入するシステムを用い、DNA一分子の観察・伸張・切断・回収の各要素手法を開発し、切断断片の順次回収が可能であることを実験的に示すことが出来た。溶液中のDNA分子は熱によりブラウン運動をしており、これはマニピュレーションの妨げとなる。溶液を凍結させるか、またアガロースゲルを用いることで、DNA分子の位置を固定することが出来た。この状態のDNAにYAGレーザを照射し、スポットの周囲の温度を上昇させ氷やゲルを融解させ位置制御が可能であり、また局所的酵素反応を行なえる可能性のあることを示した。DNA分子の一端に直径3μmのビーズをビオチン-アビジン反応により結合させたものをゲル中で電気泳動させると、ビーズはゲル中に固定されているため、DNA分子はビーズを一端として引き伸ばされていく様子が見られた。このDNA一分子に窒素レーザを照射することで、DNA分子の任意の位置を切断することが出来た。DNA一分子および断片の回収はガラス細管(内径18μm)による電気泳動で行なえることを実験的に示した。本研究の目的は、光圧力と静電力を用いた個別DNAのマイクロマニピュレーションの手法を確立し、それを用いて塩基配列解析用試料作成法の検討を行うことにある。本年度はこの目的に対し、個別DNAの観察法の確立、光圧力と静電力による個別DNAの選別・輸送方法の実験的検討を行った。個別DNAのマイクロマニピュレーションを行ううえで、個々のDNA分子をリアルタイムで観察することは必要不可欠である。しかしながらDNA分子の直径は2nmであり、蛍光観察を行っても鮮明に観察することは困難である。本研究において、蛍光染色条件の最適化、光学系の改善を行い鮮明に観察できる条件を見いだした。特に高感度の蛍光染色を行った場合、蛍光強度が急速に低下し、マイクロマニピュレーションを行うに十分な時間鮮明な観察を続けることが困難であったが、この問題点を試料と含む液体を凍結させる、あるいは凍結直前まで冷却することで解決できたことは、今年度の大きな成果である。冷却下ではDNA分子のブラウン運動が小さく、また拡散を抑制できる。このため集光したレーザの光圧力により、個々の分子を捕捉して操作できることが判明した。また、凍結状態において、レーザ焦点付近の微小範囲を溶かし、焦点を動かすことで、個々のDNA分子を輸送・選別可能であることが実験的に明らかになった。このほか、ビオチンーアビジン反応を用いて、DNAの一端にラテックス粒子を結合させるときの反応条件を求めた。また、1MHz、10^6V/mの高周波電界によりDNA分子の伸張、および10μmのタングステン線への巻取が可能であることを実験的に示した。従来の塩基配列決定法では400塩基対程度までしか決定出来ず、それ以上の解析では一旦制限酵素などで切断しそれぞれを個別に決定するが、各断片の順序情報は失われており、これを再編成するために多大な時間と手間がかかっている。

その結果、高感度SITカメラ・画像処理装置を組み合わせた観察系にYAGレーザ(レーザピンセット・温度制御用)または窒素パルスレーザ(DNA切断用)を導入するシステムを用い、DNA一分子の観察・伸張・切断・回収の各要素手法を開発し、切断断片の順次回収が可能であることを実験的に示すことが出来た。溶液中のDNA分子は熱によりブラウン運動しており、これはマニピュレーションの妨げとなる。溶液を凍結させるか、または寒天ゲルを用いることで、DNA分子の位置を固定することが出来た。この状態のDNAにYAGレーザを照射し、スポットの周囲の温度を上昇させ氷やゲルを融解させ位置制御が可能であり、また局所的化学反応を行なえる可能性のあることを示した。DNA分子の一端に直径3μmのビーズをビオチン-アビジン反応により結合させたものをゲル中で電気泳動させると、ビーズはゲル中に固定されているため、DNA分子はビーズを一端として引き伸ばされていく様子が見られた。このDNA一分子に窒素パルスレーザを照射することで、DNA分子の任意の位置を切断することが出来た。DNA一分子および断片の回収はガラス細管(内径15μm)による電気泳動で行なえることを実験的に示した。以上、本研究によりDNA一分子のマイクロマニピュレーションの要素技術を確立し、順序情報を持ったDNA断片が作成可能であることを実験的に示した。
オキシトシン・受容体系による動物の社会行動樹立の性二型性制御メカニズムの解析

オキシトシン受容体(OXTR)遺伝子に、本研究室吉田らが作製した蛍光蛋白のVenus遺伝子を挿入したOxtr-Venusマウスの脳を材料とし、特定条件下でのVenus発現の変化(reporter遺伝子)によりOxtr遺伝子の発現誘導について解析した。OXTRニューロンの局在する脳内領域中、特に母性行動と密接な関係を持つLS・BNST・MPOA・VMH・MeA領域において雄、雌脳で共にOXTRの発現を示すVenus発現を確認した。Ratによる過去の報告で、OXTRの発現が示されている、視床下部の視索上核(SON)では、未経産雌でも保育行動を未経験の雄でも、ともにVenusの発現は殆ど検出されなかつた。一方、出産直後の雌、及び新生児の仔マウスと接触させた際に"育児行動(母性行動)"が誘発された雄マウスの脳内でのOXTR遺伝子の誘導的発現の有無を、未経産雌マウス、及び子育て経験のない雄マウス脳をコントロールとして比較解析する実験を、同じくOxtr-Venusマウスを用いて行った。この結果、ヘテロ型雌マウス(Oxtr Venus/+)のMPOAとSONでは、分娩中・母性行動中でVenusの有意な発現上昇と活性化を認めた。雌未経産マウスに母性行動を誘導した場合においても、MPOA・SONでVenusの発現上昇・活性化が認められた。その他の母性行動関連領域ではVenusの発現増加は認められなかった。これらの結果は、母性行動の誘導には脳内のMPOA・SON領域におけるOXTRの発現上昇が重要であり、MPOA・SONでのOXTR発現、及び出産などの行動に伴うOXTRの発現上昇・活性化機構が、何らかの母性行動制御機能をも持つことを示唆していると考えている。雄に於いては、未繁殖ヘテロ型雄マウス(Oxtr Venus/+)に新生児をあてがい、母性行動様の子育て行動が誘発された場合、この雄マウスの脳内領域でのVenusの発現上昇を解析した。この結果、MPOA・SONでOXTRの発現上昇・活性化を示唆するVenusの発現増加が認められた。これらの結果は、少なくとも社会行動中で性的に異なる役割が与えられている母性行動の誘発・樹立機構には、雄雌共にMPOA・SON領域でのOXTRの発現上昇が重要な役割を担っており、機構自体は雌雄ともに保持されていると推定される。保育を共同で行う哺乳類と、雌のみ保育行動に関わる熊などの動物、或いは幼児虐待や養育放棄などのヒトの保育行動と、遺伝子やそのエピジェネティクスに立脚した脳内性分化機構の違いに興味が持たれる。本年は、社会行動に広範に異常を示すOtr-/-マウスの解析結果から、OTRが社会行動に必須であるメカニズムについて個体の細胞・分子レベルで明らかとする事を目指し、OTR-Venusknock-inマウス(OtrVenus/+)作製を試み、その解析から多くの情報を得ることに成功した。即ちOTR発現ニューロンにおいて蛍光タンハク質Venusを発現するknock-inマウスを作製し、作製したOTR-Venus knock-inマウス(OtrVenus/+)により、新たにOTR発現ニューロンで内在性のOTR遺伝子promotorの制御下でのVenus発現が見出された。OtrVenus/+マウスの脳の切片ではVenusによる蛍光が観察でき、脳スライスの生きたニューロンによる電気生理学的解析が可能であることを確認した。OTR antagonistによるOTR-bindingとVenusタンパク質の分布は一致し、OTRが主に細胞体と樹状突起に存在していることを見いだした。社会行動に重要な役割を果たすドーパミン、ノルアドレナリン、セロトニンとOTR発現ニューロンとの関係を明らかにする為、セロトニン合成酵素のtyrosine hydroxylase(TrH)、ドーハミンニューロン、ノルアドレナリンニューロン合成に関わる神経でのオキシトシン受容体発現を観察した。この結果、OTR発現ニューロンがセロトニン、ドーハミン及びGABA型のニューロンであることを明らかにした。また、ノルアドレナリンニューロンが存在する領域(LC、NTS)ではOT投与によってノルアドレナリンの放出が起こるとの過去の報告と異なり、Venusの発現を見いだせないという興味深い結果を得た。DR、MnRにおいては多くのセロトニンニューロンでのVenusの発現を見いだした。細胞外液中の物質を微小透析プローブの半透膜を介して連続的に回収し神経伝達物質放出の動態を動物個体でモニタリングするマイクロダイアリシス法を用い、野生型マウスのMnRにプローブを挿入し、プローブからOTを局所投与したときのセロトニンの放出の変化を測定した。この結果MnRにおいてOTRはセロトニンの放出を促進することを見いだし、OTとセロトニンの機能的な関連をOtrVenus/+を用いで初めて明らかとした。これらの実験結果はOT/OTR systemが社会行動に必須であり、OT、OTRの欠損が社会行動異常を示すことを、情動、社会行動との関連が指摘されているセロトニンとドーパミンとの関連で初あて説明した新しい発見であり、またOT-/-、OTR-/-マウスの解析、及びOtrVenus/+マウスの作製によりOTR/OT系の異常がセロトニン系の異常を介して社会行動、脳の発達に影響を与える可能性を初めて示したものと考えている。

オキシトシン受容体(OXTR)遺伝子に、本研究室吉田らが作製した蛍光蛋白のVenus遺伝子を挿入したOxtr-Venusマウスの脳を材料とし、特定条件下でのVenus発現の変化(reporter遺伝子)によりOxtr遺伝子の発現誘導について解析した。OXTRニューロンの局在する脳内領域中、特に母性行動と密接な関係を持つLS・BNST・MPOA・VMH・MeA領域において雄、雌脳で共にOXTRの発現を示すVenus発現を確認した。Ratによる過去の報告で、OXTRの発現が示されている、視床下部の視索上核(SON)では、未経産雌でも保育行動を未経験の雄でも、ともにVenusの発現は殆ど検出されなかつた。一方、出産直後の雌、及び新生児の仔マウスと接触させた際に"育児行動(母性行動)"が誘発された雄マウスの脳内でのOXTR遺伝子の誘導的発現の有無を、未経産雌マウス、及び子育て経験のない雄マウス脳をコントロールとして比較解析する実験を、同じくOxtr-Venusマウスを用いて行った。この結果、ヘテロ型雌マウス(Oxtr Venus/+)のMPOAとSONでは、分娩中・母性行動中でVenusの有意な発現上昇と活性化を認めた。雌未経産マウスに母性行動を誘導した場合においても、MPOA・SONでVenusの発現上昇・活性化が認められた。その他の母性行動関連領域ではVenusの発現増加は認められなかった。これらの結果は、母性行動の誘導には脳内のMPOA・SON領域におけるOXTRの発現上昇が重要であり、MPOA・SONでのOXTR発現、及び出産などの行動に伴うOXTRの発現上昇・活性化機構が、何らかの母性行動制御機能をも持つことを示唆していると考えている。雄に於いては、未繁殖ヘテロ型雄マウス(Oxtr Venus/+)に新生児をあてがい、母性行動様の子育て行動が誘発された場合、この雄マウスの脳内領域でのVenusの発現上昇を解析した。この結果、MPOA・SONでOXTRの発現上昇・活性化を示唆するVenusの発現増加が認められた。これらの結果は、少なくとも社会行動中で性的に異なる役割が与えられている母性行動の誘発・樹立機構には、雄雌共にMPOA・SON領域でのOXTRの発現上昇が重要な役割を担っており、機構自体は雌雄ともに保持されていると推定される。保育を共同で行う哺乳類と、雌のみ保育行動に関わる熊などの動物、或いは幼児虐待や養育放棄などのヒトの保育行動と、遺伝子やそのエピジェネティクスに立脚した脳内性分化機構の違いに興味が持たれる。
強い毒性を有する大型海洋天然物の分子的作用解析

海洋生物から、従来の常識を越える複雑な構造と強い生物活性を有する天然有機化合物が発見されている。近年の機器分析の進歩によって、このような化合物の構造が続々と決定されるようになり天然物化学や有機合成化学等の分野で注目を集めている。本基盤研究で取り上げた海洋天然物のなかいでは、マイトトキシン(MTX)をはじめとして、パリトキシン、オカダ酸などが非常に強い生物活性を有し注目されている。筆者らは、これら強い生理活性を有する海洋天然有機化合物の生物作用を分子レベルで解明することを目指して研究を行っている。これらの研究を通じて、機能未知のタンパク質が生理活性物質の作用標的であることも考えられ、新たな情報伝達経路などの発見につながる可能性が指摘された。光親和標識法を用いて、マイトトキシンの結合タンパク質の標識を試み、赤血球より約20Kdaの結合タンパク質を検出した。また、近年の機器分析手法の飛躍的な発展に伴って、生理活性分子などの低分子とタンパク質の相互作用がリアルタイムで観測できるようになった。本基盤研究では、それらのうち、表面プラズモン共鳴(SPR)に焦点を当て、強い相互作用・強い毒性を示す化合物をモデルとしてオカダ酸とタンパク質脱リン酸化酵素を用いSPR法の有用性の検証を行った。活性を保った化学誘導体(たとえばビオチン化体)を調製すれば、速度論的データも含めてリガンド-レセプターの関係を調べることが可能であるとの結果を得た。海洋生物から特異な生物活性と構造を持つポリエーテル化合物が数多く発見され、天然物化学以外の分野でも広く注目を集め、作用の分子的解明も進んでいる。一方では、今回取り上げるマイトトキシン(MTX)などは、非常に強力な生物活性を有しているにもかかわらず、作用のターゲットが解明されていない化合物も残されている。申請者らは、マイトトキシンの分子全体の立体配座が明らかにした。それによると、分子の後半部分の17個の疎水的エーテル環部はほぼ直線的な配列をしており、生体膜を貫通しうることが示唆された。これらの立体化学の知識を踏まえて、誘導化反応を検討した結果、位置特異性が期待されるディールス・アルダー反応が適当との判断に至り反応の適用を試みた。マイトトキシン(MTX)に対してジエノフィル(無水マレイミド)を高圧下反応させることによって、MTXの共役二重結合部分にビオチンを導入することに成功したので、このプローブ分子を用いて結合タンパク質の探索を開始した。また、別途、ビオチンと光親和標識基を有するプローブを同様に導入することに成功した。これらの反応混合物中から、最新のLC-MSを用いることによって目的物を検出し、効率良く精製することができた。共役二重結合を用いれば、水酸基の場合とはことなり位置特異的な標識が可能であり、タンパク質内の標識位置の同定にも役立つことが期待される(但、新たに生成した2つ不斉炭素については、顕著なジアステレオ選択性は認められなかった)。予備的な膜タンパク質の標識実験の結果では、MTXは非特異的に膜タンパク質に結合する傾向があることが分かった。本研究によって、マイトトキシンの結合分子が同定されれば、その方法論が他の大型天然分子にも適用できる。本年度の研究で、共役二重結合特異的なプローブ分子を設計、応用できたことの意義は大きく、現在未解明のまま残されている天然物の作用標的分子の解明が一気に進むことが期待される。超活性ポリエーテル化合物マイトトキシン(MTX)は、細胞内へのCa2+流入を顕著に促進することによって強力な生理活性を示すことが知られている。しかしながら、単離されてから20年以上経った現在においてなおMTXの活性発現機構は解明されておらず、細胞内の新たな情報伝達経路の関与が予想されている。すでに我々は本基盤研究においてMTXが細胞質成分を含まないゴースト赤血球に対しても顕著なCa^<2+>流入活性を示し、この作用が疎水性梯子状ポリエーテルであるブレベトキシンA、Bによって阻害を受けることを明らかにした。

今回、MTXが結合する赤血球細胞膜上の受容体を光標識し、MTX結合タンパク質を直接精製することを試みたので報告する。MTXを光親和性基とビオチンを有するマレイミド型ジエノフィルと反応させた。この反応混合物をLC-ESIMSを用いてモニターし、原料であるマイトトキシンの消失、MTX分子末端のジエン部分とリガンドのマレイミド部分がDiels-Alder反応した付加体(C_<206>H_<307>F_3N_8O_<77>S_3Na_2)の生成を確認した。得られたMTX誘導体を用い、赤血球細胞に対して光親和性標識実験を行った。光照射後、SDS電気泳動を行い、ピオチンを指標にMTX結合タンパク質の有無を調べた。その結果、プレベトキシンB共存下、MTX誘導体による標識が消失するタンパク質を確認できた。以上の結果より、このタンパク質がMTXによるCa^<2+>流入機構を解明する手がかりになるものと推定された。海産ポリエーテル化合物マイトトキシンやパリトキシンは、細胞膜に細胞内へのCa2+流入を顕著に促進することによって強力な生理活性を示すことが知られている。しかしながら、単離されてから20年以上経った現在においてなおこれら生理活性物質の作用発現機構は解明されていない。そこで、われわれは、膜に結合してイオン流入を促進する物質として抗真菌剤・アンフォテリシンB(AmBと略称)に着目した。本基盤研究では、AmBの関わるイオンチャネル複合体の構造解明を目的とし、その過程で膜結合分子の作用解析に有効な方法論の開発を目指した。膜中の作用発現時の構造解析に際して、二つの隣り合うAmB分子の原子間距離を正確に測定することで全体の構造も推定できるものと考えた。二つのAmB分子を共有結合によって連結すれば、会合体を安定化でき、かつ隣り合う二つの分子を別々に標識することができるので、まず、種々のリンカーで連結させた二量体(2-6)の調製した。また、AmBとリン脂質分子の相互作用も重要とされているので、ジパルミトイルフォスファチジルグリセロール(DMPG)を用いてリン脂質の連結体(7)を調製することに成功した。これらの一部は非常に強い活性を示し、AmBと同様に膜中でイオンチャネル複合体を形成していることが明らかとなり、強い毒性を有するイオンチャネルのモデル研究に有用であると考えられた。
汚染物質等の地中輸送拡散に関する基盤研究

本研究は、汚染物質等の地中輸送拡散現象の解明を目的とする基盤研究である。具体的には、現有の空間分解能に優れた産業用X線CTスキャナーを駆使し、かつこれまでに蓄積したX線CT技術のノウハウを用いて、輸送拡散現象の鮮鋭可視化を追求した。とくに鮮鋭可視化に必要な要素技術の開発とその応用に焦点を絞って基礎的研究を展開し、当初の見込みを上回る成果を挙げた。本年度の研究:当初の計画通りに、4つの研究課題、すなわち、1)X線CTによる岩石中輸送拡散の可視化と拡散特性評価(分担:佐藤晃)、2)X線CTによる土壌中輸送拡散の可視化と拡散特性評価(分担:大谷順)、3)地盤材料における溶質拡散係数の空隙率依存特性の解明(分担:小池克明)、4)地中輸送拡散の不均質性・異方性分析と有限要素法解析(分担:尾原祐三)を実施した。研究成果:主な研究成果はつぎのようである。1)世界に先駆け、岩石中、並びに土壌中の輸送拡散現象を鮮鋭可視化するトレーサーX線CT法、並びにこれに基づく速度構造解析理論を確立した。すなわち、動粘度が溶質濃度に依存しない造影剤を用いて輸送拡散場の鮮鋭可視化を可能にするとともに、その画像データを用いて速度構造を解析する理論を確立した。2)トレーサーX線CT法による輸送拡散場の鮮鋭可視化と速度構造解析に必要な基本的実験手法、並びに画像処理法を開発し、分散長など輸送拡散に係わるすべての物理定数の実験的評価手法を確立した。3)X線CT画像データから空隙の空間分布特性値を評価するために、クリッキング法の適応性を明らかにするとともに、飽和状態の多孔質砂岩、並びに空隙率1060%の多孔質人工材料にトレーサーX線CT法を適用して、岩石内輸送拡散の構造依存性を分析し、今後の輸送拡散現象の研究に有用な資料を提供した。4)材料の不均質性、異方性を考慮できる2次元輸送拡散有限要素法解析プログラムを開発し、数値実験によりトレーサーX線CT法の有効性を確認するとともに、トレーサーX線CT法に基づく速度構造解析の誤差評価に必要な基礎的資料を提供した。本研究は、地中輸送拡散に関する基盤研究であり、空間分解能に優れた産業用X線CTスキャナーとすでに蓄積したX線CTのノウハウを駆使し、地盤材料内部での輸送拡散の精密可視化を追求する点に特徴がある。本年度は、研究計画の分担研究:「X線CTによる岩石中輸送拡散の可視化と拡散特性評価」、「X線CTによる土壌中輸送拡散の可視化と拡散特性評価」、「地盤材料における溶質拡散係数の空隙率依存特性の解明」、および「地中輸送拡散の不均質性・異方性分析と有限要素法解析」を計画通り実施した。その成果として、動粘度が溶質濃度に依存しない造影剤を用いるトレーサー実験法を世界に先駆けて開発するとともに、従来困難であった飽和材料内部流れの可視化、並びに溶質の保存則に立脚する速度場解析に成功した。また、画像差分鮮鋭可視化技術を改良し、輸送拡散に係わる物理定数の評価に必要な巨視的1次元画像収録を計画通りに完了した。

一方、輸送拡散の構造依存性を調べるために、空隙率1060%の多孔質人工材料を作成し、トレーサー実験法の適応性を調べるとともに、空隙空間分布に関するクリッキング評価技術を開発した。さらに、不均質性・異方性を考慮した2次元輸送拡散の有限要素法解析プログラムを製作した。これらの本年度の成果により、次年度の研究は計画通り実施可能となった。とくに、トレーサー実験法による溶質拡散速度の揺らぎ解析などの世界的成果は、本グループが平成15年11月6日7日に熊本で開催する「X線CTの地盤工学への応用に関する国際ワークショップ」で成果発表する予定である。本研究は、汚染物質等の地中輸送拡散現象の解明を目的とする基盤研究である。具体的には、現有の空間分解能に優れた産業用X線CTスキャナーを駆使し、かつこれまでに蓄積したX線CT技術のノウハウを用いて、輸送拡散現象の鮮鋭可視化を追求した。とくに鮮鋭可視化に必要な要素技術の開発とその応用に焦点を絞って基礎的研究を展開し、当初の見込みを上回る成果を挙げた。本年度の研究:当初の計画通りに、4つの研究課題、すなわち、1)X線CTによる岩石中輸送拡散の可視化と拡散特性評価(分担:佐藤晃)、2)X線CTによる土壌中輸送拡散の可視化と拡散特性評価(分担:大谷順)、3)地盤材料における溶質拡散係数の空隙率依存特性の解明(分担:小池克明)、4)地中輸送拡散の不均質性・異方性分析と有限要素法解析(分担:尾原祐三)を実施した。研究成果:主な研究成果はつぎのようである。1)世界に先駆け、岩石中、並びに土壌中の輸送拡散現象を鮮鋭可視化するトレーサーX線CT法、並びにこれに基づく速度構造解析理論を確立した。すなわち、動粘度が溶質濃度に依存しない造影剤を用いて輸送拡散場の鮮鋭可視化を可能にするとともに、その画像データを用いて速度構造を解析する理論を確立した。2)トレーサーX線CT法による輸送拡散場の鮮鋭可視化と速度構造解析に必要な基本的実験手法、並びに画像処理法を開発し、分散長など輸送拡散に係わるすべての物理定数の実験的評価手法を確立した。3)X線CT画像データから空隙の空間分布特性値を評価するために、クリッキング法の適応性を明らかにするとともに、飽和状態の多孔質砂岩、並びに空隙率1060%の多孔質人工材料にトレーサーX線CT法を適用して、岩石内輸送拡散の構造依存性を分析し、今後の輸送拡散現象の研究に有用な資料を提供した。4)材料の不均質性、異方性を考慮できる2次元輸送拡散有限要素法解析プログラムを開発し、数値実験によりトレーサーX線CT法の有効性を確認するとともに、トレーサーX線CT法に基づく速度構造解析の誤差評価に必要な基礎的資料を提供した。成果の公表:研究成果を世界に発信するために、「X線CTの地盤工学への応用に関する国際ワークショップ」を平成15年11月6日7日に熊本市ホテルKKRで開催した。この成果をBalkema社から英文専門書「X-ray CT for Geomaterials」(全379頁)として発刊した。また、本研究による輸送拡散現象の研究成果は、平成16年中に、順次国際誌へ論文投稿する計画である。