hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
北海道各地の永久凍土の形成発達とそれに及ぼす気候変動の影響

1.大雪山の永久凍土永久凍土の存在が確認されている大雪山地域で、2年間にわたる現地野外調査と観測を実施した。北海平(+1970m)と高根ケ原(+1980m)において、34mに達する凍土のボーリング調査を実施した。このボーリング孔を用いての、2ケ年にわたる地中温度分布の経時変化から各深さごとの年平均地中温度を推定した。この平均地中温度勾配から0°Cと交わる深さを推定することで、永久凍土の下限が確認できた。これによれば、大雪山の永久凍土は5.56.0mであることが判明した。さらに高根ケ原でのボーリングからは、地面の1mの隆起が永久凍土地域にのみ形成されるパルサ(Palsa)であることも確認できた。構成する泥炭層の層位と層序から推定して、パルサの形成はここ2000年前にさかのぼると推定された。2.北見地域置戸町鹿の子ダム付近の永久凍土と地下氷1980年に発見されて以来、土中の地下氷の存在と分布についての継続的な観測を実施してきた。その結果、安山岩の角礫からなる崖錐性堆積物斜面下には数m10mの広がりをもつ地下氷が存続していることが確認された。この地下氷の結晶学的分析によると、温暖永河にのみ見られる巨大単結晶から成り立つことがわかった。北極での永久凍土中の地下氷では数mmの多結晶から成り立つことを比較するなら、地中での氷晶分離による氷ではないことが推定された。また化学分析の結果からは、不純物を含まず崖錐の形成に伴う斜面崩壊に関連することも予想されたが、年代を決定することはできなかった。3.大雪山周辺の低地に分布する永久凍土の分布2ケ年にわたる分布調査から、合計24ケ所で永久凍土の分布が確認された。これらの地域の植生・地形・地質の特徴を比較したところ、完新世はじめと考えられる時期に、この地域全体での大規模な山地崩壊が発生し、これによって永久凍土が形成されたものと考えられた。1永久凍土の分布調査北海道には永久凍土は大きく2地域に分布している.大雪山地域(山岳地域)とその周辺地域(平地地域)である.そこでまず置戸町から足寄町にかけての現地調査を実施し,合計15ヶ所で永久凍土の分布を確認した.各地域では,表層ボーリングを実施して,地中温度分布を記録した.置戸町ではボーリング孔を用いて,地中温度分布の経時変化を観測した.斜面堆積物を持ち帰り,熱的性質の測定も実施した.大雪山地域では,深さ3mまでのボーリングを実施して凍土の垂直分布を確認した.あわせてボーリング孔内に各深さごとに温度センサーを設置した. 8月下旬には,小型航空機をチャーターして,大雪山周辺についての広域調査も実施した.その結果,大雪山東側斜面に,永久凍土の存在を示す植生(アカエゾマツ)が分布することが確認された.次年度この地点を重点的に現地調査する予定である.空中写真による事前調査を行った.2空候変動の研究永久凍土が1万年前ごろ(後氷期はじめ)に形成されたとする示標として,大規模崩壊地形が分布する.

これについての現地調査を実施した.形成時期を示すと思われる有機物を採取し,花粉分析を行うために,研究協力者に分析を依頼した.現在の気候変動を知るために,アメダスデータを用いての気候解析を行った.気温・日射・風などを考慮した土の凍結予測数値解析をコンピューター入力して,凍結深さの全道分布を明らかにした.その結果,大雪山周平の高度600mに永久凍土の分布することが示唆され,空中からの調査と一致した.3永久凍土に関連した地形調査大雪山北海平に分布するツンドラ構造土の分布と形成機構についての調査を実施した.その結果,現在の気候条件下でも,凍結による凍土の割れ目が発生することが確認された.年平均気温は-3.5°Cであることも判明した.1.大雪山の永久凍土地域のバルサ調査6月中旬に大雪山高根ケ原(+1960m)地域で、パルサ(Palsa)の調査を実施した。パルサは泥炭質の永久凍土丘であり、直径20m、高さ1mの大きさである。ボーリングによって深さ423cmまでの凍土内部の構造を調べた。地表から80cmまでは泥炭であり、以下423cmまでは無機質の堆積物である。泥炭層の下部には砂礫層が含まれる。地表から約150cmの深さに、薄いアイスレンズが確認された。この砂礫層の下位には、砂礫まじりのシルト層がありここには厚さ13cmのアイスレンズの互層が形成されている。これかの特徴から、パルサの成因はaggradationalpalsaであることが分かった。2.北見置戸町の鹿の子ダム付近の永久凍土調査前年にひきつづいて地下氷の存在が確認されている斜面での地中温度分布を観測した。その結果、表面から80cm深より800cm深さまでは年間を通じて温度は0°C以下の状態に保たれていた。斜面の基底部に割れ目があり、そこから吹き出している風の温度を測定したところ-0.1°Cであり、また2m/secの風速があった。これらの観測事実から判断して、地下氷は発見ののち少なくとも10年間は存続していることがわかった。また、地下氷が維持される原因は、崖錐性堆積物の空隙を通じての低温空気の流入があり、これによって冬季間には冷却されていることによるのであろう。3.永久凍土の分布する地域の森林植生上の特徴氷塊が発見された斜面は平均傾斜が25度の平滑な斜面である。20×20mの方形プロットを設定して出現する高木類個体について、樹種と樹高を調査した。その結果トドマツが大多数を占め、アカエゾマツ、エゾマツ、イチイが多くみられた。立木密度は高く、林床は暗くなっていてトドマツ稚樹とクマイザサがおおっていた。十勝三股でのアカエゾ-トドマツ-イソツツジ-ホソバミズゴケの階層構造は見いだせなかった。
高容量アモルファス硫化物電極活物質の創製と全固体電池への応用

高硫黄含の遷移金属硫化物をアモルファス化することによって、高容量と長期サイクル寿命を有する新規な電極活物質の開発に取り組んだ。TiS3をアモルファス化することによって、全固体電池の充放電サイクル特性が向上することがわかった。この活物質の構造解析の結果、充放電の際に硫化物アニオンがレドックスしており、可逆的な構造変化の生じることがわかった。またメカノケミカル法を用いてMo, Fe, Vを含有するアモルファス硫化物活物質を作製し、これらが高容量と優れたサイクル特性を示すことを見出した。本研究では、安全性と高エネルギー密度を両立した全固体リチウム二次電池の開発を目的として、高容量と長期サイクル寿命を有する新規なアモルファス電極活物質の作製と評価を行う。遷移金属硫化物は一般的に電子伝導性が高いという特長を持ち、例えばTiS2結晶は典型的な正極活物質として知られている。活物質中の硫黄含量を高めることによって高容量が期待できるため、本研究ではTiS3およびMoS3に着目し、アモルファス化が電極特性に及ぼす影響について調べた。遊星型ボールミルを用いたメカニカルミリング法を用いてアモルファスTiS3(a-TiS3)およびa-MoS3を作製した。また固相法を用いてTiS3結晶(c-TiS3)を得た。得られた活物質を含む正極と、Li2S-P2S5系固体電解質、Li-In負極の3層から構成される全固体リチウム電池を作製し、室温下、0.064 mA cm-2で定電流充放電測定を行った。c-TiS3を用いた電池において、1サイクル目の放電時にTiS3結晶の理論容量である556 mAh g-1に近い容量が得られたが、初期充電時に容量が減少し、その後は約400 mAh g-1の容量を維持した。一方、a-TiS3を電極活物質として用いた全固体電池は約550 mAh g-1の容量を10サイクルの間保持した。充放電後の正極について、XRDやTEMを用いて構造解析を行ったところ、c-TiS3は初期放電時に結晶性の低下が見られたのに対し、a-TiS3は充放電後において大きな構造変化が観察されなかった。またa-MoS3を正極活物質に用いた全固体電池は、初期放電容量が約760 mAh g-1の高容量を示し、より大きな電流密度である1.3 mA cm-2で作動させた場合においても約400 mAh g-1の容量を10サイクルの間保持することがわかった。本研究では、安全性と高エネルギー密度を両立した全固体リチウム二次電池の開発を目的として、高容量と長期サイクル寿命を有する新規なアモルファス電極活物質の作製と評価に取り組んでいる。これまでに硫黄高含有遷移金属硫化物のアモルファス化に着目し、高い電子伝導性と高容量を兼ね備えたTiS3およびMoS3を作製し、これら電極活物質を用いた全固体リチウム電池が室温で高容量を示すことを見出している。本年度はこれらアモルファス電極活物質の充放電反応メカニズムを明らかにすることを目的として、充放電前後の電極に対して、X線回折、ラマン分光、透過型電子顕微鏡(TEM)、X線光電子分光(XPS)、X線吸収微細構造(XANES)などの様々な手法を用いて構造解析を行った。正極層に固体電解質やナノカーボンを添加せず、アモルファスTiS3のみを用いた場合においても、全固体電池が室温で二次電池として作動することがわかった。よってTiS3は混合伝導体として機能していることが考えられる。充放電前後のTiS3電極層に対してS2p XPSスペクトルおよびS K-edgeスペクトルを取得し、主に硫黄の電子状態変化について検討した。電極層に硫化物固体電解質を含まないため、TiS3中の硫黄に関する情報が得られる。充放電前のS2pスペクトルから、TiS3中にはS22-とS2-がほぼ1:1の比で存在していることがわかった。10サイクルの充放電後においても、充放電前とほぼ同様のスペクトルが観測されており、可逆な硫黄の電子状態変化を生じることがわかった。一方、アモルファスMoS3に対してS2p XPS測定を行った結果、初期放電時に硫黄の電子状態変化が生じ、その後の充放電においては初期放電後の硫黄に類似した電子状態を保持することがわかった。以上の結果から、遷移金属硫化物中の硫黄の電子状態変化の可逆性と全固体電池のサイクル特性に相関のあることを明らかにした。これまでに、XPSやXANESなどの手法を用いて、アモルファス遷移金属硫化物活物質中の硫黄の電子状態変化を明らかにすることにより、全固体電池における電極活物質の充放電反応メカニズムを明らかにしつつある。特にアモルファスMoS3においては、初期の低いクーロン効率と硫黄の電子状態の不可逆性が対応していることを明らかにした。より可逆性の高い高硫黄含有遷移金属硫化物を得るためには、充放電に伴う硫黄の可逆な電子状態変化を生じることが重要であることを見出した。これまでの検討において、大気安定性に課題のある硫化物系材料を大気暴露せずにXPSおよびXANES測定を行うための手法をすでに確立している。よって、硫黄の電子状態解析を通して、遷移金属の選択や活物質の組成、作製手法を最適化することによって、より優れた電極特性を示す高硫黄含有遷移金属硫化物の開発が期待できる状況になっている。よって本研究は順調に進行していると判断する。

本研究では、安全性と高エネルギー密度を両立した全固体リチウム二次電池の開発を目的として、高容量と長期サイクル寿命を有する新規なアモルファス電極活物質の作製と評価に取り組んできた。様々な遷移金属と硫黄との化合物について検討を行う中で、本年度は特にユビキタス元素であるFeを含む硫化物正極複合体について着目し、この複合体が容量とサイクル性に優れることを見出した。金属硫化物源としてFeとS(モル比3:1)、リチウムイオン伝導体としてLi3PS4固体電解質(SE)、電子伝導体として気相成長炭素繊維(VGCF)を用い、これらの混合物に対してメカニカルミリング処理を行い、Fe-S-SE-VGCF正極複合体を作製した。作製した複合体はX線回折においてハローパターンを示し、Ramanスペクトルにおいては、FeS2に類似のバンドが観測された。よって、FeS2に類似した局所構造を有するアモルファス遷移金属が得られたと考えられる。得られた複合体を正極に用いた全固体電池(Li-In/Li3PS4/Fe-S-SE-VGCF)は、室温下、電流密度0.13 mA cm-2において、正極複合体重量あたり約400 mAh g-1の可逆容量を示した。また作動温度を100°Cにすると、セル抵抗の減少に伴って過電圧が抑制され、可逆容量は560 mAh g-1まで増大した。このセルを室温下で200回充放電を繰り返しても、容量劣化がほとんど認められないことから、優れたサイクル可逆性を示すことがわかった。サイクル測定後においても、電極複合体はアモルファス状態を保持しており、Ramanスペクトルにおいても変化が見られなかった。充放電に伴う構造変化の小さいことが、優れたサイクル特性に寄与していると考えられる。昨年までに検討してきたアモルファスTiS3やMoS3に加えて、FeSxを主成分とするアモルファス電極複合体が、高容量と優れたサイクル特性を両立することを示した。硫黄リッチなアモルファス遷移金属硫化物は、充放電時においてもアモルファス構造を維持するため、これを電極に用いた全固体電池はサイクル特性に優れることがわかった。資源的に豊富に存在するFeを用いた高容量と可逆性を両立した電極材料の開発に成功したことから、本研究は順調に進行していると判断する。リチウムを含有するアモルファス遷移金属硫化物として、Li3VS4を作製した。メカノケミカル法により得られたアモルファスLi3VS4試料の粉末成形体の電子およびイオン伝導度を調べた結果、それぞれ6×10-1 S cm-1、5×10-5 S cm-1となり、混合伝導体であることがわかった。正極層に作製したLi3VS4試料のみを用いた全固体セル(Li-In/Li3PS4電解質/ Li3VS4)を作製した。25°C、0.13 mA cm-2の電流密度、0-3 Vの電圧範囲で充電方向から作動させた場合、正極重量あたり約70 mAh g-1の初期充電容量(約0.5 molのLi+脱離に相当)が得られた。その後の初期放電時には、充電容量を大きく上回る約400 mAh g-1の放電容量(約3 molのLi+挿入に相当)を示したが、充放電に伴って容量が減少する傾向が見られた。そこで、初期充電容量で容量を規制して作動させたところ、初期容量を10サイクルの間保持することがわかった。さらに、Li3VS4活物質へのイオン伝導経路の形成を目的として、Li3PS4電解質を添加した正極複合体を作製した。
光酸素化触媒を利用した細胞内アミロイドの動態制御と機能解明

タンパク質が異常凝集した細胞内アミロイドは、神経変性疾患発症の原因になると考えられている。また、細胞内アミロイドは疾患原因となるだけではなく、長期記憶維持など生理的に重要な役割を果たしていることが示唆されている。本研究課題において、様々な生体分子が共存する細胞内環境において、目的のアミロイドに対して選択的に酸素化反応を進行させることのできる光触媒を開発する。また、光触媒を利用することで、細胞内アミロイドがもたらす病態機構や神経機能の同定を目指す。
細胞間接着蛋白E-カドヘリン分解制御による腫瘍細胞浸潤性の変化

膵癌、グリオーマ、メラノーマなどの悪性腫瘍の予後は、診断及び治療技術の向上にもかかわらず依然として向上せず、その主たる原因は細胞の増殖能のみならず強い浸潤能あるいは転移能にあると考えられる。つまり浸潤能を正確に規定できる因子を見いだすことができれば、予後判定や治療方針決定のためのマーカーとしてばかりでなく、治療の標的として用いることが可能となる。細胞膜上に発現されている接着分子は細胞の浸潤能や転移能と密接に関連することが知られている。私達はヒアルロン酸結合型細胞接着分子であるCD44が、細胞膜貫通部の直上の細胞外ドメイン(ストーク部)で切断され、この切断が未知のメタロプロテアーゼによって行われていることを見いだした。この所見から、細胞間接着を司るE-カドヘリンにも同様の切断が生じているという仮説を立て、本研究を行った。まず私達は、E-カドヘリンが、CD44同様に細胞膜貫通部の直上の細胞外ドメイン(ストーク部)で切断されることを確認し、この切断が膜型のメタロプロテアーゼによって行われていることを見いだした。そして、この切断はカルシウムイオノフォアの刺激によって増強することがわかった。また、切断後、細胞内ドメインは速やかに分解をうけ、それによって細胞内ドメインに結合して存在するβ-カテニンは、細胞膜直下から細胞質内へ移動する所見が見られた。つまり、E-カドヘリンの切断はβ-カテニンの細胞膜からの遊離を引き起こし、細胞間接着が解除されたときに増殖が再開する機構に寄与している可能性が考えられる。
身体儀礼としての神仏習合像の基礎的研究

身体儀礼としての坐法、手勢および立礼の見地から神像の形態を検証した。その結果儀礼としての坐法を示すものは初期神像に見られるが、平安時代中期以降は見られなくなく傾向にあった。女神像に特徴的な坐法とされてきた片膝立ての坐法が男神像にも見られた。手勢については僧形神像における手勢は2種類に分類できる可能性が認められた。立像神像については立礼の形態を示すもの以外の例も認められた。平成17年度の調査として以下の作品の実地調査を行い、それぞれ新知見を得た。1、石川県珠洲市白山神社・男神像1躯近年発見され「平安時代」として珠洲市指定文化財に指定された。マツの一材製丸彫り像。神像の素材としてマツは珍しく、地元での製作と思われる。調査の結果、10世紀に遡る優品であることを確認した。10世紀の神像の遺品は比較的珍しい。また坐法としては跪坐であるが背面には足裏がみえず仏教の跪坐ではない。2、石川県珠洲市須須神社・男神像5躯(重文)調査が許可されず、目視による観察を行った。各像とも脚部が欠失しているために坐法は不明と思われたが、1躯の背面に足先らしいものが表されており、したがって跪坐像であることが確認できた。また形式的にはなっているが3躯の背面腰上に三角状の衣端が表されており服制上、今後の課題となった。また、顔の向きは5躯のうち2躯は正面、2躯は左方、1躯は右向きであり、群像表現となっておりその意味の解明も課題となった。3、富山県高岡市二上射水神社・男神像1躯(重文)両手が欠失しているため手勢の指摘がなされてこなかったが、実地調査によって両手はそれぞれ跪坐する膝の上に置いていたことが確認できた。珍しい形であるが、先行例として滋賀・竹田神社男神像(重文、9世紀)がある。4、奈良大和文華館・女神像1躯素材はヒノキとされてきたがカヤと判断した。木芯を含んだ丸彫り。衣は左衽とするが左衽は服制としては認められていないが遺品には見られる。神像と服制を考える場合の素材のひとつといえよう。左手は袖をたくし上げて持物をとる珍しい形式であり、その根拠、意味を考察する必要がある。右手は膝上で掌を前に向けて置く与願印のような形であるが、今までは触地印のように手の甲を前に向けるとされてきた。この印相の解釈も課題となった。坐法は左脚を立て右脚を横に倒すものであるが両足を付けていることも確認できた。滋賀・小津神社・女神像や滋賀・金勝寺・女神像と同様である。以上、研究目的に即して各像の坐法、手勢、服制を調査、確認し新知見を得た。今後も調査を続け、更なる検討材料の収集に努めたい。平成18年度は以下の調査を行った。(1)金勝寺男神像1躯、女神像1躯(滋賀県立琵琶湖文化館寄託)男神像はカヤ。坐報は結跏趺坐とするが右膝をやや高くすることを確認。薬師寺八幡神像と同様である。また寺伝では僧形八幡神像とする。したがって八幡神像としてよいのではないか。9世紀。女神像はヒノキ。右膝を立て、左足を横に倒すが両足先部が欠損していて足を重ねるかは不明。背面から見ると円座のようなものに座するとも見える。9世紀。男神像とは1具ではない。(2)金勝寺男神像5躯、僧形神像2躯(栗東歴史民俗博物館寄託)男神像は1112世紀。僧形神像は1011世紀。僧形神像は脚部を表わし、一躯は結跏趺坐、一躯は別材矧付。(3)小槻神社男神像2躯(〃)2躯とも木芯を含んだヒノキ丸彫り。1躯は結跏趺坐、1躯は跪坐。9世紀。(4)大宝神社男神像12躯、女神像1躯、男神像残欠1躯、(〃)2040cmの小像群。脚部なし。12世紀。(5)八坂神社随神像5躯、(〃)50cm内外の神像群。両膝を前に出して坐す。12世紀。(6)椿神社僧形神像4躯、(〃)2045cmの神像群。傷みが目立つ。12世紀。

(7)正楽寺兜跋毘沙門天像4躯、(正楽寺)4躯のうち1躯の毘沙門天の両足を支える天女が明らかに両膝を表わしており、したがって天女部だけに注目すると女神像のようにみえる。他の3躯も脚部らしき膨らみを表わしている。兜跋毘沙門像に女神像が加わるという変容が起きたことになり、その理由の解明が今後の課題となる。11世紀。(8)正楽寺兜跋毘沙門天小像(高浜町郷土資料館寄託)30cm内外の8躯の簡素な兜跋毘沙門天像。兜跋毘沙門天像の民間信仰化という意味で貴重な資料である。兜跋毘沙門天信仰の解明の手がかりとなろう。11世紀。平成19年度は大分県杵築市奈多宮の重要文化財八幡三神像3躯および県指定文化財若宮神像6躯の調査と愛媛県今治市竹林寺の僧形立像1躯および男神立像1躯の調査を行い、それぞれ新たな発見がありその結果さらに神像の成立についての問題を提起することができることになった。まず奈多宮の八幡三神像は現在までの解説では八幡神像および女神像1(伝神宮皇后)が1112世紀の作で一具像であり、女神像2(伝比売神)はそれより遅れるものとされてきたが、この度の調査によって3躯はそれぞれ制作年代が異なることが分かった。すなわち3躯はそれぞれ木芯を籠めたカヤの-木造という同じ構造であるが、木芯の位置、木目の幅、体の厚さ、彫法などが異なっていた。それらの年代を判断すると八幡神像は10世紀11世紀、女神像2が11世紀前半、女神像1が11世紀後半以降の制作と考えられ、現在の一般的な解説と異なる結果となった。平安時代の八幡三神像が3躯遺る例は少ないもののそれらには1材から3躯を彫出したことが確認できるものがあることから八幡三神像は基本的には3一具のものとの見解があり、奈多宮の八幡三神像も一具と考えられる2躯の像はその例であると考えられてきたが、この度の調査で奈多宮の三神像はそれにあてはまらないことが確認できた。このことは平安時代の八幡三神像制作について従来説以外の場合もあったことを示すものであり今後の問題提起となるものである。ついで竹林寺の僧形立像は新出の神像である。像はウロを持つ一木造で通常の仏像と異なり衣文線がほとんど彫出されていない。素材(霊木)とその表現から神像であると考えられる。僧形の立像神像はきわめて珍しい。さらに通常の仏像と異なり左手をまるめて腹前に置き、それに右手を添える形をとる。現状ではその意味は不明で調査中であるが(身体儀礼か)、仏像では見られない形をするのは間違いなく、とすれば神像成立において仏教以外の形式が影響を与えていたことになる。この点も今後の問題として提起されることであろう。平成20年度は研究の最終年度として前年度までの調査に関する若干の補完調査を行うとともに、本研究のまとめの報告書を作成した。報告書はA4判、130ページ。巻頭に研究の総説として「調査の成果と課題」を記述し、その後に具体的な「調査報告」として仏像、神像47件の調書、図、写真を掲載した。「調査の成果と課題」においては本研究の目的である「身体儀礼」の観点から以下の4点について論述した。1、俗形男神像の坐法について:初期の男神像の坐法に結跏趺坐があるがそれは中央の神社の像だけではなく地方の神社では平安時代中期・10世紀まで行なわれていた。ただし儀礼としての結跏趺坐の意味については意識が薄らいでいたようである。2、女神像の坐法について:女神像の坐像として片膝を立てその膝の上に手を置く坐法があるが、今回の調査では男神像でその坐法を示すものが見つかった。その意味の解明は今後の重要な問題である。3、僧形八幡神像の手勢について:平安時代の僧形八幡神像は独尊像と三尊像があるが、それらには相貌の相違、左右の手勢の相違が指摘できるようである。また三尊像の場合は左右の手の高さで2種の系統に分類できるようである。ただし薬師寺像の手勢は類例のないものである。4、立像神像について:立像神像は数は少ないものの平安時代の遺品は存在する。
メサンギウム細胞でのオートファジーを介した慢性腎臓病の病態解明と評価治療法の樹立

慢性腎臓病患者は末期腎不全予備群であるだけでなく心血管疾患合併のリスクも高く対応が急務である。主たる原疾患として糖尿病や膠原病がある。近年の高齢化によって患者数は増加し、治療法は確立されていない。本研究では、腎臓において尿生成部位である糸球体の中のメサンギウム細胞が各疾患の初期病変形成部位であることに着目し、主に糖尿病や全身性エリテマトーデスにおける、メサンギウム細胞障害をきたす機構を、オートファジーを標的に解析を進めることで、メサンギウム細胞におけるオートファジーと分子発現の関連を理解し、オートファジー制御薬による治療法の提示や新規治療目標の確立を目指す。
溶融金属流動の粒子法解析に基づく指向性ポーラス堆積法の開発

近年,金属材料に対応可能な3Dプリンタが産業用途に使われ始めている.その一方式である指向性エネルギ堆積法は,母材上にレーザで局所加熱して形成したメルトプールに粉末材料などを加えることで造形を繰り返すプロセスである.特に粉末材料を用いた場合,複数種類の材料を混合しながら積層できる点で,複合材料製品の作製法として注目を集めている.一方で指向性エネルギ堆積法は加工精度が低く,その他の3Dプリンタの方式と異なり,ラティス構造などの軽量複雑構造物の造形には不向きである.本研究はこの問題に対する新技術として,指向性エネルギ堆積法において多孔質構造のポーラス金属材料を造形する手法を提案・評価するものである.具体的には指向性エネルギ堆積法の材料粉末に水素化チタンを混合し,メルトプールを発泡させることで内部に多くのセルを持った低密度構造の造形を試みる.また提案手法を数値的に解析するために,二相混相流シミュレーションを用いて,より低密度の多孔質構造を生成するための造形条件を明らかにすることを目指した.本研究は2カ年の遂行期間で,溶融ステンレス鋼を発泡させる上で水素化チタンは非常に有効であり,メルトプール内で発生した水素を内部に留めるためにはテルルなどの表面活性剤の混合が効果的であることを明らかにした.現在までに得られた実験結果から,最大で61%の空孔率を持つポーラスステンレス材を作製できており,溶融時の粘性が高い鉄系合金に対して画期的な低密度化に成功したといえる.一方で,一層当たりの積層高さよりもサイズが大きいセルが複数見られることもわかっており,この現象が混相流シミュレーションにおいて再現できず,理論解析は未だ難航している.本研究は金属3Dプリンタの新たな応用法として,工作機械見本市でポスター賞を受賞,国内学会で優秀発表賞を受賞するなど,すでに高い評価を受けている.本研究は,金属材料に対応可能な3次元造形技術である指向性エネルギー堆積法の新たな応用法として,ポーラス金属複合造形法の確立を目指している.指向性エネルギー堆積法は,レーザによって母材上に生成したメルトプールに材料粉末を加えることで造形するプロセスである.また,ポーラス金属は多孔質構造によって軽量,高比剛性,振動吸収,防音,遮熱,電磁遮蔽など優れた特性を持つ材料だが,現行の製造プロセスが煩雑であり,実用化されにくい.本研究において,指向性エネルギー堆積法において発泡助剤を利用することでポーラス金属製造の大幅な工程集約を実現する.さらに,二相混合流シミュレーションによるキャリブレーションを合わせ,提案プロセスの最適化を同時に目指す.従来のポーラス金属製造方法と比較すると,提案手法はたった一工程でポーラス金属を製造でき,空孔分布のばらつきを抑えられ,複雑形状に容易に対応できるなど,ポーラス金属材料の応用可能性を大幅に向上させることで,あらゆる大型製品の機能性を飛躍的に高める点で非常に意義深い.本研究は2カ年の実施を計画しており,初年度において,指向性エネルギー堆積法において発泡助剤の適応可能性を評価する基礎実験を遂行すること,気液混相流シミュレータを開発することを目指していた.まず,指向性エネルギー堆積法において粉末材料に発泡助剤を混入し造形した結果,水素化チタン粉末6 wt%でメルトプールが十分に発泡することがわかった.多様な材料配合を試した結果,増粘剤として酸化カルシウム,表面活性剤としてテルルを加えて造形したときに,最大で46%の空孔率を持つ発泡ステンレスの作製に成功した.一方でシミュレータの作成は遅れており,粒子法のための並列計算システム構築に多くの時間を要してしまった.この遅れを本年度で埋め合わせ,プロセス最適化によってさらに空孔率を向上させることを目指す.ポーラス金属材料について,アルミ合金は80%以上の空孔率を実現する製造技術がある一方で,ステンレスなどの鉄系合金は溶融時の表面張力が高く溶融・凝固時にポーラス構造を保持することが難しい.その結果,鉄系合金のポーラス化に関する研究は少なく,最大でも3040%の空孔率を達成したとする文献が見つかるのみであるため,本研究の基礎実験期間において当初は10%程度の空孔率を実現することを目標としていた.しかし,指向性エネルギー堆積法は溶融から凝固までの時間が鋳造などと比べて非常に短いため,本提案手法はメルトプール内に多くの気泡を保持したままの構造を残すことができ,鉄系合金でであっても非常に高い空孔率を実現できることがわかった.現時点ですでに46%の空孔率を達成できている点で,当初の計画よりも大幅な進展があったと判断している.また,気泡サイズが1層当たりの積層高さよりも大きいものが多く表れ,当初想定していたマイクロオーダの気泡発生とは異なる発泡現象が生じることも明らかとなった.空孔率をより高めるためには,気泡を小さいままに保持することや,冷却効率をより高めることなど,新たな課題も明らかとなった.近年,金属材料に対応可能な3Dプリンタが産業用途に使われ始めている.その一方式である指向性エネルギ堆積法は,母材上にレーザで局所加熱して形成したメルトプールに粉末材料などを加えることで造形を繰り返すプロセスである.特に粉末材料を用いた場合,複数種類の材料を混合しながら積層できる点で,複合材料製品の作製法として注目を集めている.一方で指向性エネルギ堆積法は加工精度が低く,その他の3Dプリンタの方式と異なり,ラティス構造などの軽量複雑構造物の造形には不向きである.本研究はこの問題に対する新技術として,指向性エネルギ堆積法において多孔質構造のポーラス金属材料を造形する手法を提案・評価するものである.

具体的には指向性エネルギ堆積法の材料粉末に水素化チタンを混合し,メルトプールを発泡させることで内部に多くのセルを持った低密度構造の造形を試みる.また提案手法を数値的に解析するために,二相混相流シミュレーションを用いて,より低密度の多孔質構造を生成するための造形条件を明らかにすることを目指した.本研究は2カ年の遂行期間で,溶融ステンレス鋼を発泡させる上で水素化チタンは非常に有効であり,メルトプール内で発生した水素を内部に留めるためにはテルルなどの表面活性剤の混合が効果的であることを明らかにした.現在までに得られた実験結果から,最大で61%の空孔率を持つポーラスステンレス材を作製できており,溶融時の粘性が高い鉄系合金に対して画期的な低密度化に成功したといえる.一方で,一層当たりの積層高さよりもサイズが大きいセルが複数見られることもわかっており,この現象が混相流シミュレーションにおいて再現できず,理論解析は未だ難航している.本研究は金属3Dプリンタの新たな応用法として,工作機械見本市でポスター賞を受賞,国内学会で優秀発表賞を受賞するなど,すでに高い評価を受けている.研究計画では,2カ年目に直接封入法による空孔率の向上を考えていたが,すでに気泡は十分に発生しており,メルトプール内から如何に排出されないようにするべきかが課題であることがわかってきた.直接封入法のために気泡注入チューブの作製を計画していたが,溶融金属の表面張力を下げることや冷却速度を高めることなど気泡を外部に逃がさないプロセスそのものの工夫をした方が,より高い空孔率を得るために効果的であると考えられる.増粘剤や表面活性剤として,酸化クロムやセレンなどの未調査な添加剤がまだ多くあるため,これらの粉末材料の購入に研究資金を当てたい.シミュレータの開発はまだ表面張力の解析など実現象をうまく再現できず,開発が遅れているが,もとの計画通り開発を進め,表面張力や粘性,温度変化が気泡の生成や残存に与える影響を理論的に明らかにしていきたい.
大動脈疾患における弾性線維形成異常の臨床的解析

本研究ではプロスタグランディンE受容体EP4シグナルを抑制することで大動脈瘤の進行を抑制する初めての薬物治療の開発を目的とした。手術による大動脈瘤手術の組織を用いて、EP4シグナル発現と弾性線維の劣化が、大動脈瘤部分でより強く発生しているのを確認した。大動脈瘤壁細胞をPGE, EP4アンタゴニストなどで刺激した実験結果からPGE-EP4シグナルの動脈瘤化への関与が示唆された。また大動脈瘤患者の血漿中で分泌がみられたタンパクが、ステントグラフト治療で大動脈瘤の縮小があった症例で有意に減少した。大動脈疾患のバイオマーカーの候補となりうると考え、特許申請中である。近年増加の一途をたどる大動脈手術は胸部大動脈疾患は14,126例(2011年日本胸部外科学会統計)、腹部大動脈疾患は8,610例(2010年日本血管外科学会統計)であり、胸部・腹部をあわせると年間約2万例に達している。大動脈瘤は血管壁内の炎症と弾性線維をはじめとした細胞外基質の分解を特徴とする、進行性の致死性疾患であり、炎症と細胞外基質の分解により血管壁が脆弱化すると、血管内圧力のために大動脈の直径は拡大し、破裂時の死亡率は30%以上と非常に高い。しかし対処療法である外科的治療以外の根本的治療は存在しない。本研究では、プロスタグランディンE受容体EP4シグナルを抑制することで、大動脈瘤の進行を抑制する初めての薬物治療の開発を目的とした。先行研究にて、ヒト大動脈瘤ではEP4発現と弾性線維分解に正の相関を認め、ヒト大動脈瘤組織を用いた検討ではEP4活性化がMMP-2やIL-6の発現を誘導すること、EP4拮抗薬がこれらの分子群の発現、活性を抑制することを示した。さらにEP4欠損マウスやApoE・EP4ダブル欠損マウスにおける大動脈瘤の解析を通じて、大動脈瘤の進行にPGE2-EP4シグナルが関与すること、EP4拮抗薬が大動脈瘤の進行抑制薬、治療薬として有効である可能性を示唆した。本研究ではさらに、大動脈瘤組織の器官培養の上清の質量分析を行い、ヒト大動脈瘤の進行に強くかかわる分泌蛋白の網羅的解析と大動脈瘤組織をプロスタグランディンE、EP4アゴニスト、またはプロスタグランディンE+EP4アンタゴニストで刺激し、EP4シグナルによって病変組織において分泌が制御されるタンパクを検索したところ、インターロイキン6やマトリクスメタロプロテアーゼをはじめとする各種プロテアーゼが検出され、ヒトの病変組織でもプロスタグランディンEーEP4シグナルが疾患増悪に強く関与している可能性が示された。本研究ではさらに、大動脈瘤組織の器官培養の上清の質量分析を行い、ヒト大動脈瘤の進行に強くかかわる分泌蛋白の網羅的解析とを行った。大動脈瘤組織をプロスタグランディンE、EP4アゴニスト、またはプロスタグランディンE+EP4アンタゴニストで刺激し、EP4シグナルによって病変組織において分泌が制御されるタンパクを検索したところ、インターロイキン6やマトリクスメタロプロテアーゼをはじめとする各種プロテアーゼが検出され、ヒトの病変組織でもプロスタグランディンEーEP4シグナルが疾患増悪に強く関与している可能性が示された。またこれらのうち大動脈瘤患者の血漿中で分泌がみられ、かつステント留置により大動脈瘤の縮小があった症例では有意に減少していることが示され、疾患活動性を判定するバイオマーカーの候補となり得ると考えられた。またサンプルからの検討でバイオマーカーとなる指標が確認され現在特許申請中である。医歯薬学大動脈瘤の病変組織の器官培養の質量分析の条件設定が完了し、7例のサンプルを用いて疾患進行に関連すると考えられるタンパクを検出でき、さらにそれらのうちバイオマーカーとしての可能性があることが示唆できた。これらの進捗は当初の予定を上回るものである。本年度は、大動脈瘤患者と正常者、動脈硬化性病変を持つが大動脈瘤のない患者の3群でそれぞれ30例以上を目標として血漿検体を収集し、先に挙げた候補タンパクの疾患活動性バイオマーカーとしての有用性を検討する。

また、EP4拮抗薬の大動脈瘤治療への有効性をさらに検討するため、大動脈瘤をすでに形成させた疾患モデルマウスにEP4拮抗薬を投与してその治療効果と進行抑制効果を検証する。現在大動脈瘤の進行を予測できるバイオマーカーは確立したものがないため、本研究によりこれを得ることができれば、EP4拮抗薬の臨床試験の効果判定にとっても有用である他、薬剤の投与の適応を決定するうえでも有効であると考えられ、大動脈瘤治療薬の臨床応用の実現に貢献できると考えられる。予定していた講演会が中止となったため、講師謝金が発生しなかったため。当該研究において使用する実験用消耗品を購入する予定。
自己骨髄間質細胞を使用する再生医工学による再生心臓弁、再生血管の開発、応用

根治手術時,全身麻酔下に骨髄穿刺を行い、体重あたり2ccの骨髄液を採取した。血液成分分離装置により完全清潔下に操作を施行した.直ちに生分解性ポリマーの導管に播種した後,自己血清中に浸漬し,手術室内の細胞培養室にて細胞のviabilityを維持しつつ保存した.細胞培養液は使用せず全て自己血清を使用した.培養液に浸漬する目的は、骨髄細胞ができるだけ多くポリマー繊維に接着するように誘導すること、患児の体温まで細胞温を上昇させるためである.播種前にポリマーをフィブリン弼で処理することにより細胞とポリマーの接着性は向上した。播種細胞数は10^6個/cm2とし,細胞播種後,約2-3時間のインキュベーションで移植手術を行った.このティッシュエンジニアリングで作成した導管を移植する際には,助手は導管を培養液に浸漬させながら移植を行った.術後約1ヶ月後に、心臓カテーテル、造影検査、心臓超音波検査を行いフォローアップは6ヶ月毎にに心臓超音波検査またはCT検査を用いて形態学的検索及び組織過形成の有無等を経過観察した.術後遠隔期にも心臓超音波検査を施行した.今後、再手術例がでれば、再手術時に肺動脈移植部の組織片を客観的に評価した後、小組織を採取し、人工肺動脈組織と自己心肺動脈織を生化学的、生力学的、免疫組織学的に比較検討する予定である。現在まで44症例での移植が終了している。動物実験による至適骨髄細胞数、至適脱細胞化の探究及び選定を行った。実験動物として子犬を用い、骨髄細胞の採取は通常の骨髄穿刺針を用いて行った。幹細胞のマーカーとしてCD34^+細胞を用い、採取血液中の白血球数と採取血液の重量の積を、血液比重の1.05で除して、総採取細胞数を求めた。この総採取細胞数にCD34^+細胞陽性率を乗したものが採取できたCD34^+細胞数である。体重1kg当たりのCD34^+細胞数が2X10^6を超えていれば十分量の幹細胞が採取できたと考えられた。十分な細胞数が得られれば、脱細胞化同種組織の導管(8x10mm)に播種した。2-3時間後に細胞を採取した同一動物を全身麻酔下に左開胸し、肺門部から心膜飜転部までの末梢肺動脈をこのティッシュエンジニアリングで作成した導管で置換する。コントロール実験として組織断片を播種しない同種血管組織の移植も行う予定である。移植3-12ヶ月後に作成された組織に対して生化学的、生力学的、免疫組織学的検討を行う予定である。生化学検査として、組織中コラーゲン、エラスチン、カルシウム濃度の測定を行い、インストロン張力検査機を用いて作成された組織の最大張力を測定し自己の同じ部位の組織と比較検討する。組織学的には免疫染色の手法を用いて内皮細胞の指標である第8因子を染色すると共に細胞間隙の間質蛋白質を染色し自己組織と比較検討する。同種細胞(allogenic)を使用した場合は原則的には拒絶反応の因子を排除できないため、細胞は全て自己(autologous)細胞を用いた。上記の血液成分分離装置により完全清潔下に操作を施行した.直ちに生分解性ポリマーの導管(7X 10mm)に播種した後,組織培養液中に浸漬し,手術室内の細胞培養室にて細胞のviabilityを維持しつつ保存した.細胞培養液は10%胎仔牛血清(Sigma Chemicals, St.Louis, MO)及び1%GPS (29.2mg/mL L-glutamine, 10,000units/mL penicillin G sodium, and 10,000g/mL streptomycin, GIBCO BRL-Life Technologies, grand island, NY)を添加したDulbecco's Modified Eagle Medium (GIBCO BRL-Life Technologies, grand island, NY)を使用した.培養液に浸漬する目的は、骨髄細胞ができるだけ多くポリマー繊維に接着するように誘導することである.播種前にポリマーをファイブロネクチンで処理することにより細胞とポリマーの接着性は向上した。播種細胞数は10^6個/cm2とし,細胞播種後,約2-3時間のインキュベーションで移植手術を行った.このティッシュエンジニアリングで作成した導管を移植する際には,助手は導管を培養液に浸漬させながら移植を行った.術後約1ヶ月後に、心臓カテーテル、造影検査、心臓超音波検査を行いフォローアップは6ヶ月毎に心臓超音波検査を用いて形態学的検索及び組織過形成の有無等を経過観察した.術後遠隔期にも心臓超音波検査を施行した.今後、再手術例がでれば、再手術時に肺動脈移植部の組織片を客観的に評価した後、小組織を採取し、人工肺動脈組織と自己心肺動脈織を生化学的、生力学的、免疫組織学的に比較検討する予定である。血液成分分離装置により完全清潔下に操作を施行した.直ちに生分解性ポリマーの導管に播種した後,自己血清中に浸漬し,手術室内の細胞培養室にて細胞のviabilityを維持しつつ保存した.細胞培養液は使用せず全て自己血清を使用した.

培養液に浸漬する目的は、骨髄細胞ができるだけ多くポリマー繊維に接着するように誘導すること、患児の体温まで細胞温を上昇させるためである.播種前にポリマーをフィブリン弼で処理することにより細胞とポリマーの接着性は向上した。播種細胞数は10^6個/cm2とし,細胞播種後,約2-3時間のインキュベーションで移植手術を行った.このティッシュエンジニアリングで作成した導管を移植する際には,助手は導管を培養液に浸漬させながら移植を行った.術後約1ヶ月後に、心臓カテーテル、造影検査、心臓超音波検査を行いフォローアップは6ヶ月毎にに心臓超音波検査またはCT検査を用いて形態学的検索及び組織過形成の有無等を経過観察した.術後遠隔期にも心臓超音波検査を施行した.今後、再手術例がでれば、再手術時に肺動脈移植部の組織片を客観的に評価した後、小組織を採取し、人工肺動脈組織と自己心肺動脈織を生化学的、生力学的、免疫組織学的に比較検討する予定である。現在まで44症例での移植が終了している。
眼内新生血管発生・成熟・消退メカニズムの解明-アペリンその他の分子の関与

アペリンは網膜血管新生過程に、VEGFとは独立して関与している。脈絡膜血管新生過程においても、アペリンの関与が明らかとなり、アペリンを標的とした治療法の確立が、現在の抗VEGF療法の限界を補える可能性がある。眼内血管新生に関与するVEGF以外の分子の関与を検討する目的で、apelin/APJシステムの関わりを検討した。5日間高濃度(75%)酸素負荷による未熟児網膜症発症マウスを作成し、apelin, VEGFの網膜における発現をリアルタイムPCRによって時系列で測定し、生後週数を一致させた通常飼育下でのマウスと比較した。Apelinの発現は、高濃度酸素負荷中は有意に抑制されていたが、通常濃度酸素に戻した3日後で有意に上昇し(酸素負荷前と比較し約31倍)、徐々に低下するも1週後でまだ有意差を認めた。VEGFの発現上昇は3倍程度であり、apelinの変化のほうが大きかった。網膜伸展標本で血管構築を確認すると、この系では網膜硝子体境界面に異常な網膜血管構造を示したが、apelin KOマウスの高濃度酸素負荷では、VEGFは誘導されているにも関わらず、このような異常血管はみられなかった。以上より網膜新生血管発生にapelin/APJシステムが関与していることを報告した。次いで脈絡膜新生血管発症と、apelin/APJシステムとの関連について検討を行うべく、マウス眼底にレーザー誘発脈絡膜新生血管を作成し、リアルタイムPCRにて、apelin, VEGFなどの遺伝子発現変化を経時的に検討した。その結果、レーザー照射後2日目に脈絡膜でapelinの発現が誘導されるが、VEGFの上昇は見られないことが明らかとなった。次いで脈絡膜伸展標本にて、apelinのレセプターであるAPJの発現を免疫染色にて確認したところ、APJは脈絡膜新生血管の部位で発現がみられることがわかった。以上のことより、apelinは脈絡膜新生血管発生にも関与していることが示唆され、現在apelinノックアウトマウスを用いて解析を行っているところである。臨床面からも、日本人加齢黄斑変性の抗VEGF治療後の予後を検討するとともに、ポリープ状脈絡膜血管症に対する光線力学的療法と抗VEGFの併用療法の有用性を見出し報告した。今年度は、脈絡膜新生血管発症とapelin/APJシステムとの関連についてより深く検討すべく、研究を行った。マウス網脈絡膜にレーザー照射することで脈絡膜新生血管を作成し、リアルタイムPCRにて、apelin, APJ, VEGF, VEGFR2の各分子の遺伝子発現の経時変化をみたところ、レーザー照射後2日目にapelinの有意な発現上昇が誘導されるが、そのリセプターであるAPJの発現はそれより遅れて4日目で上昇をみ、1週間でも上昇はみられた。一方VEGFとそのリセプターVEGFR2は、レーザー照射後2、4日目で遺伝子発現上昇がみられた。次いでapelinノックアウトマウスにおいて同様に脈絡膜新生血管を誘導し、脈絡膜伸展標本を作製して、脈絡膜新生血管のサイズを野生型のものと比較したところ、apelinノックアウトマウスで有意にサイズが小さいことがわかった。APJノックアウトマウスでも同様に、脈絡膜新生血管サイズが小さいことが示され、脈絡膜新生血管発症にapelin/APJシステムが関与することが明らかとなった。脈絡膜新生血管形成過程におけるapelin/APJシステムの果たす役割を明らかにするため、まずapelin/APJが、マクロファージの誘導に関わる可能性を考えた。血管新生の初期過程において、マクロファージが誘導されることが知られているため、apelin/APJ経路を阻害すると、その誘導されるマクロファージ細胞数が減る可能性を予測したが、フローサイトメトリーで確認しても誘導される細胞数に差はなかった。野生型とapelinノックアウトマウスで、種々の血管新生因子の発現パターンの差を確認したところMCP-1、ICAM-1、TNFαなどで両者に差があることが示唆され、現在確認中である。最終年度は、脈絡膜新生血管発症とapelin/APJシステムとの関連について、確認実験を行った。マウスレーザー誘導脈絡膜新生血管の発生過程で、リアルタイムPCRを用いて発現上昇の確認されたapelin/APJについて、APJの局在を免疫染色で確認したところ、新生血管の血管内皮に存在していることが明らかとなった。脈絡膜新生血管形成過程におけるapelin/APJシステムの誘導が、マクロファージを主体とする炎症性因子と関連して起こっているのかどうかをみるために、MCP-1、TNFαの発現上昇の程度と、マクロファージの集積の程度を、野生型とapelinノックアウトマウスで比較したが、両者で差がないことがわかった。VEGF経路との関連も明らかなものはみられなかった。in vivoでは関連が不明であったため、in vitroでの実験を行った。HUVECを用いて、VEGF負荷時のapelin/APJ、apelin負荷時のVEGF、MCP-1、TNF-α、LPS負荷時のapelin/APJの変化をみたところ、VEGF負荷時にapelin/APJは有意に発現上昇するも、apelin負荷時のVEGF、MCP-1の変化はみられなかった。またTNF-αの発現は検出されなかった。

LPS負荷時にもapelin/APJは変化なく、apelin/APJはVEGFシグナルの下流にある可能性が示された。しかしながら、HUVECの増殖は、VEGF抑制、apelinの抑制それぞれで有意に抑制されており、apelin/APJ経路単独でHUVEC増殖を引き起こす可能性のあることがわかった。マウスを用いた、apelin/APJと脈絡膜新生血管発症の関わりの検証研究については、ほぼ順調に遂行されているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの基礎実験研究経過の論文化をめざす。同時に、より詳細なapelinと脈絡膜新生血管発症との関連を検討するため、apelinを分泌する細胞種の同定を目指す。
グロー放電プラズマと衝撃波の干渉へのバロクリニック効果の影響の実

グロー放電プラズマ(最大消費電力50W)生成システム及び、干渉現象の圧力時間履歴データとマイクロ秒単位の解像度での画像データ同時計測システムを構築した。衝撃波とプラズマの干渉により、衝撃波が湾曲する現象が可視化され、衝撃波の変形を支持する圧力データが得られた。数値解析結果からは、衝撃波の湾曲部での渦生成が示唆された。本研究から、衝撃波とプラズマの干渉による変形現象は渦生成(バロクリニック効果)と関連があることが示された。本年度は、放電電極周りの絶縁対策、前年度構築された放電用電源特性計測、放電プラズマ特性計測、衝撃波とプラズマの干渉現象の可視化と圧力計測実験、非定常シミュレーションを行った。放電電極周りの絶縁対策にはマコール材を選定したことにより安定した放電が実現できるようになった。電源の電流電圧特性計測のためには、電源回路にバイパス抵抗を接続する工夫により、高電圧部を安全に計測できるようになった。本方法によりプラズマでの消費電力の算出が可能になった。放電プラズマ特性計測としては、プローブ法と分光法を組み合わせることで電子密度、電子温度の推定が可能になった。可視化計測では、シュリーレン光学系の構築を行い、高速度カメラを用いることで、衝撃波とプラズマの干渉の前後数10μ秒のオーダーの現象の連続可視化に成功した。放電プラズマとの干渉により、衝撃波形状が変調される様子が可視化により確認された。圧力計測の結果からは、放電場との干渉による衝撃波の減衰や放電場通過による圧力波形立ち上がり時刻の早まりが見られた。可視化結果と圧力計測の結果から、この圧力波形立ち上がり時間の早まりは、衝撃波形状の変調を示唆していると考えられている。非定常シミュレーションについては、放電場を模擬する単純な温度場モデルとの連成計算コード(2次元)の構築を行った。シミュレーションの結果から、温度変調場を衝撃波が通過する場合に衝撃波が変調され曲率を有することが示された。また、シミュレーション結果から得られた渦度分布から衝撃波の変調により渦度が誘起されていることが示唆された。今後の展開として、シミュレーションコードを3次元に拡張し、実験の放電場を忠実に再現できる放電場を模擬するモデル構築を行うことで、実験とシミュレーションの有機的な統合解析へ発展させることが期待される。本研究は、放電プラズマと衝撃波との干渉現象について「流体力学的効果」の観点から現象理解を行い、干渉により生成される流体場に対する放電プラズマ特性の依存性に関する知見及び干渉の結果生じる渦流れ場を理解するために行うものである。本年度は、研究の第一段階として、放電プラズマの生成法の確立を主題として研究遂行を行った。具体的には、直流グロー放電プラズマ生成のための直流電源の設計製作と放電実験を主に行った。放電電源は、トランス、コンデンサー、ダイオード等の素子を元に、自作した。その仕様は、AC100V電源から、昇圧、整流、平滑を行い、最大出力2kVのものである。電源製作完了後は、昇圧機能、整流機能、平滑機能について性能試験を段階的に行い、各機能が設計通り動作していることを確認した。性能試験は主にオシロスコープと高電圧プローブによる電圧波形の波形計測により行なった。性能試験後、真空チャンバー内に設置した電極への通電実験を行い、雰囲気圧0.3kPa(試験気体:空気)での放電プラズマの生成実験に成功した。そのときの放電プラズマの電流電圧特性の計測の代表的な結果は、電圧402V、電流0.073Aであり、ほぼグロー放電状態と考えられる。本試験において、真空チャンバー内に設置する電極周りの絶縁材の耐熱特性も重要であるという知見も得られており、今後の実験においてはこの点を改善した絶縁材を準備中である。本年度の最も特筆するべき成果として、自作電源により、低コストで放電プラズマの生成法が確立でき、本研究の最重要部分である「プラズマ生成法確立」が達成できた点が挙げられる。現在は、更なる研究遂行に向けて、プラズマ特性計測によるプラズマ状態同定及び、衝撃波との同期実験に向けて実験準備を進めている状況である。更に、実験結果考察に向け、非定常圧縮流体場シミュレーションコードの開発も並行して進行中である。交付金額内定後、交付金の分割支払いの通知を受けて、一時的に購入計画の見直しを強いられたため。これに伴い、年間の研究計画について計画の修正を行い、一部計画(プラズマ特性特性)について、その遂行時期を次年度へ後ろ倒しとしたため。初年度交付金の一部が次年度使用予定となっているのは、交付金の分割支払い連絡を受けて、研究計画の一部(生成した放電プラズマの特性計測)を後ろ倒しにしたためである。次年度の研究計画は以下の通りとなる。1.プラズマ特性の計測、2.衝撃波とプラズマの干渉実験、3.非定常シミュレーションを取り入れた実験結果の考察:各項目の詳細は以下の通りである。1.生成された直流放電プラズマのプラズマ特性(電子温度、電子密度)計測を行う予定である。計測方法としては、プローブ法及び分光法(発光分光)を用いる。

プローブ法については、現段階ではシングルプローブ法を考えている。しかし、他の文献調査等から、本実験での放電電極の電位においては、ダブルプローブ法の方が計測に向いている可能性があり、ダブルプローブでの計測についても準備を進めている所である。2.1.が完了次第、干渉実験に取り組む予定である。衝撃波発生装置のインフラとしての無隔膜衝撃波管は既に整備されており、すぐに実験に取り組むことが可能な状況になっている。3.実験結果の考察に際しては、シミュレーションの併用が不可欠と考えられる。現在、非定常圧縮流体場シミュレーションコードを独自に開発中である。開発されたコードと実験結果を有機的に組み合わせることで、実験のみでは計測困難なデータ(例えば2次元場中の渦度)抽出による現象考察を進めて行く予定である。次年度の研究費使用計画は以下の通りである。1.の部分については、主に初年度交付金の残金を充当予定である。物品購入関連としては、1.プラズマ計測では、静電探針計測用に絶縁プローブ、抵抗、端子等の回路素子、分光計測用に、集光用レンズ、光ファイバー、その他光学部品(スペーサー、ホルダー等)を購入予定である。2.干渉実験については、可視化計測に向けて、可視化光学系用、レンズ、絞り等を購入予定である。3.非定常シミュレーションには、計算用コンパイラー(Fortran)、結果可視化用ソフト(TecPlot)等を購入予定である。また、旅費としては、学会、研究会等参加旅費の使用を予定している。