hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
最適設計を導入した技術教育のためのPBL教育教材の開発

最適設計の概念を伝えるための演示教材を開発し、その成果が審査論文として認められた。また、教員を対象とした免許更新講習やCST養成事業において実践することで、現職教員等からその有効性に対する高い評価を得ることができた。また、当初計画予定であった、振動特性最適化のプログラムを開発し、実際にその結果を用いた楽器の開発に成功しており、実践に用いることで改善を図ることができた。一連の成果を学会において発表し、審査論文としても投稿することができた。本年度までの成果をPBL教材としてまとめ、学校現場で実践できる教材を開発する。特に、解析結果や実験結果など、学校現場で提示しにくい内容をコンテンツ化し、電子黒板などのICT機器を活用した教材の開発を推進する。機械工学振動特性最適化プログラムにより開発した楽器は、製作の自動化を含めた教員養成課程の教材化が必要であり、導入したNCフライス盤を用いた大学学部授業での実践を進める予定である。また、投稿論文では、研究計画の明確化などいくつかの修正が求められており、今後検討が必要である。日本感性工学会での発表が、年度末であったため、概算旅費に合わせて支出を控えたため、2万円弱の残額が生じた。本年度の使用額はほぼ予算額に達しており、本年度内に残額(1,950円)に対応する使途を見出すよりも、次年度に繰り越して合算する方が研究計画に合致する使用が可能となるため。最終年度の備品、旅費に支出する予定である。次年度に導入を計画しているコンピュータに用いる。
ヒト鼻粘膜を介した新規drug delivery systemの構築

ヒトの鼻粘膜はタイト結合を介して連続したバリアを形成する.タイト結合によって調節される傍細胞経路は,鼻粘膜を介した鼻腔内投与において重要である.C-CPE変異体のC-CPE194,C-CPEm19は細胞傷害なくタイト結合バリアを破壊しヒト鼻上皮細胞のインスリン透過性を調節した.TLR3のリガンドであるpoly(I:C)によって誘導されたmiRNA-146aは上皮バリアを増強し炎症反応の負の制御因子として作用した.この研究はC-CPE194,C-CPEm19およびmiRNA-146aが鼻粘膜を介した安全かつ調節可能な新規薬物送達システムを開発する上で重要な役割を果たしうることを示唆している.タイト結合分子claudinに特異的に結合可能なC-CPEを用いて,正常ヒト鼻粘膜上皮細胞(HNEC)のバリア機能の変化を細胞毒性とともに詳細に解析する.さらに,タイト結合分子および様々なシグナル伝達への影響を検討し,その作用のメカニズムを解析する.1)C-CPE 194およびC-CPE m19で処理し,細胞生存率アッセイを行った.C-CPE 194およびC-CPE m19ともに細胞毒性のない用量で処理し,電気抵抗法で測定を行った所,時間依存的にバリア機能の明らかな低下がみられた.2)HNECにおけるタイト結合分子の発現にC-CPEが影響を与えるか検討した.C-CPE処理によるclaudin-1,4,7及びoccludinの発現の変化は認められなかった.また,局在の変化も認められなかった.3)C-CPEのHNECにおけるMAPKシグナル伝達への影響を検討した.C-CPE処理によりMEK inhibitorであるU0126で阻害可能な,明らかなERK1/2のリン酸化の亢進が認められた.4)インスリンの経鼻投与は,全身の血液循環への移行を伴わずに脳内に直接移行するため,アルツハイマー病の有効な治療法となる可能性が示唆されている.そこでC-CPE処置によるFITC-インスリンのヒト鼻粘膜上皮の透過性の変化を測定した.結果,C-CPEは,対照群と比較して用量依存的に明らかにFITC-インスリンの透過性を亢進させた.また,この透過性の亢進はU0126で阻害可能であった.平成28年度に実施する実験においては、ほぼ終了し有意義な結果を見出すことができた。タイト結合分子claudinに特異的に結合可能なC-CPEを用いて正常ヒト鼻粘膜上皮細胞(NNEC)のバリア機能の変化を細胞毒性とともに詳細に解析、タイト結合分子や様々なシグナル伝達への影響を検討し、その作用機序を解析する。C-CPE 194、C-CPE m19の細胞毒性のない用量の処置でバリア機能の明らかな低下を認めた。C-CPE処置によりMEK inhibitorのU0126で阻害可能な明らかなERK1/2のリン酸化の亢進を認めた。経鼻インスリンによるアルツハイマー病の治療が注目されており、HNECにC-CPE処置を行ったところインスリン透過性は明らかな亢進を認めた。C-CPE、miRNA-146aはヒト鼻粘膜上皮のバリア機能と密接に関連し、これを介した安全で調節可能な新規DDSの開発において有用と考えられた。ヒトの鼻粘膜はタイト結合を介して連続したバリアを形成する.タイト結合によって調節される傍細胞経路は,鼻粘膜を介した鼻腔内投与において重要である.C-CPE変異体のC-CPE194,C-CPEm19は細胞傷害なくタイト結合バリアを破壊しヒト鼻上皮細胞のインスリン透過性を調節した.TLR3のリガンドであるpoly(I:C)によって誘導されたmiRNA-146aは上皮バリアを増強し炎症反応の負の制御因子として作用した.この研究はC-CPE194,C-CPEm19およびmiRNA-146aが鼻粘膜を介した安全かつ調節可能な新規薬物送達システムを開発する上で重要な役割を果たしうることを示唆している.1.3細胞間の上皮バリア形成および維持において重要な分子2.鼻粘膜バリアに影響を与え自然免疫に密接な関与がみられるTLR3リガンド(ply I:C)をヒト鼻粘膜上皮細胞に処置し、microRNAの発現変化をmicroRNA arrayを用いて調べる。そして、変化のみられたmicroRNA (inhibitor or activator)を用いて、上皮バリアへの影響を調べる。耳鼻咽喉科学消耗品の使用が予定より小額であったため。消耗品費(抗体、培養器具、蛋白およびRNA解析用試薬、形態観察用試薬、機能解析試薬など
糖ペプチド医薬の分子設計

本研究課題は近年急速に研究が進展しつつある糖鎖工学分野における基盤技術の一つである機能分子設計法開拓の一環として位置づけられる。特に本課題においては糖ペプチドの分子設計を主たる目的としており、いずれの化合物も将来の創薬研究開発において鍵となるものであり、また合成・設計の標準的な指針を広く提供するものである。以下の3つのタイプの異なる糖ペプチドについての合成法を確立し、各々の生理活性と構造に関する有効な知見を得た。(1)不凍糖タンパク質(AFGP)の構造と機能に関する研究(2)環状糖ペプチドからなるインフルエンザウイルス感染阻止剤の分子設計(3)免疫応答制御作用を持つ新規2官能性糖ペプチドの分子設計本研究課題は近年急速に研究が進展しつつある糖鎖工学分野における基盤技術の一つである機能分子設計法開拓の一環として位置づけられる。(1)不凍糖タンパク質(AFGP)の構造と機能に関する研究(2)環状糖ペプチドからなるインフルエンザウイルス感染阻止剤の分子設計(3)免疫応答制御作用を持つ新規2官能性糖ペプチドの分子設計セレクチンと相互作用するシアリルルイスxとインテグリンβ1と相互作用するArg-Gly-Asp-Ser(RGDS)配列の両方を分子内に有するH-Lys[NeuAcα2-3Galβ1-4(Fucα1-3)GlcNAcβ-0-(CH_2)_3CO]-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-OH(糖ペプチド1)を合成化学的手法および酵素化学的手法をうまく連携させて効率よく合成することができた。糖ペプチド1はP-セレクチンあるいはE-セレクチンに対してシアイルルイスxよりも高い親和性を有しており、ヒトインテグリンβ1とそのモノクローナル抗体との結合をArg-Gly-Asp-Serよりも強く阻害することがわかった。また、表面プラズモン共鳴による分析では、このヘテロバイファンクショナルな糖ペプチド1はP-セレクチンおよびインテグリンβ1の両方と同時に安定な複合体を形成することができることもわかった。さらに、糖ペプチド1はインテグリンβ1を介した活性化ヘルパーT細胞のコラーゲンコートしたプレート上への接着も強く阻害した。これらの結果は、異なる生理機能を有する糖質とペプチドとを合成化学的手法および酵素化学的手法をうまく利用してハイブリッドさせることは、抗炎症剤や抗ガン剤の設計の新しいコンセプトとして非常に有用であることを示している。糖鎖の機能を正確に知るためには、複雑な構造の糖質がつながった糖鎖やその誘導体を人工的に合成して、その性質や生物学的機能などを評価する必要がある。糖鎖を人工的につくるには、これまで主として触媒や有機溶媒を用いる化学合成法が有力な方法であったが、近年、より安全で環境にやさしい方法として酵素を用いる糖鎖合成の研究が盛んになっている。いずれの方法を用いるにしても、「糖鎖の自動合成」は未解決の大きな課題で、多くの化学者がさまざまなアプローチでこの難題に挑戦しているのが現状である。酵素の反応を基軸とする糖鎖合成法を組み込んだ新しいスキームに従って高度な機能を持った糖ペプチド分子を作製した。特に、リンパ球と血管内皮細胞との特異的な相互作用(細胞接着)に深く関わる糖鎖であるシアリルルイスX(SLe^x)を同じくインテグリンのリガンド分子であるRGDS含有ペプチドと複合化した新規化合物を合成した。この化合物は同一分子内に2種類のタンパク質(レセプター)を同時に認識する機能を示すので、免疫細胞の機能を制御する際に有効で癌転移阻止剤や抗アレルギー剤などの開発に貢献するリード化合物であることを証明した。この基礎的知見をもとにして創薬のリード化合物を確定し、次年度からこの物質の評価と大量合成に取り組む。ヘマグルチニンは三量体の糖蛋白質で、それぞれのサブユニット上部にシアル酸を認識する,結合部位を持ち、そのシアル酸結合ポッケトがほぼ40数Åの長さの正三角形の頂点に位置した構造を持っている事っていることがX線結晶構造解析によって明らかになっている。またヘマグルチニンブロッカーとして高い効果を得るためには、多価性とヘマグルチニンの3箇所のポケットにちょうどはまり込むようにシアル酸を配置することが提唱されている。これらの情報を基に私達は、正確に三カ所のシアル酸結合ポケットをブロックするように空間的にシアル酸を配置した、環状糖ペプチドを新しいヘマグルチニンブロッカーとして設計した。この化合物は<cyclo(Ser-Gly-Gly-Gln-Ser-His-Asp)_3>および<cyclo(Gly-Ser-Ser-Gln-Ser-Ser-Gly)_3>(化合物2)配列を持つ21残基の環状ペプチドのグルタミン残基にガングリオシドGM3の糖鎖部分として知られ<Neu5Ac(2→3)Gal(1→4)Glc>配列を持つ糖鎖を、スペーサーを介して導入したもので、ヘマグルチニンのシアル酸結合部位に合わせて三角形状にシアル酸を配置してあるので高い効果が期待できる化合物である。
オレキシン神経下流における神経系の役割の解明

本研究は、グリシン作動性神経のオレキシン神経における作用について明らかにすることを目的とした。睡眠覚醒機構におけるグリシンの役割として、これまでにレム睡眠時にα運動ニューロンを抑制していることが知られている。オレキシン神経にグリシン受容体αサブユニットおよびグリシントランスポーター2の局在を免疫染色法および電子顕微鏡法を用いて観察したところ、オレキシン神経にグリシン作動性神経の入力があることが形態学的に確認された。また、オレキシン神経におけるグリシンの直接的な作用について、オレキシン神経特異的にGFPを有するマウス(Orexin/EGFP)を用いてパッチクランプ法を行ったところ、グリシンの投与によってTTX非存在下およびTTX存在下においてオレキシン神経の活性が抑制された。この反応は、グリシン受容体特異的なアンタゴニストであるストリキニーネによって抑制された。次に、睡眠覚醒機構におけるグリシンの作用について観察を行ったところ、グリシンの投与によって、投与後1時間、明期においてのみ覚醒時間が有意に短縮し、ノンレム睡眠時間が有意に上昇した。このような反応は、暗期では観察されず、明期においてのみ観察された。以前報告された、オプトジェネティックな手法を用いた研究によっても同様の結果が得られている(Tcunematsu et al. 2011.)。また、オレキシン神経におけるfOS陽性細胞数を計測したところ、グリシンの投与によって、fOS陽性細胞数の有意な減少が、明期および暗期において観察された。以上の結果から、現在、オレキシン神経特異的にグリシン受容体αサブユニットを欠損させたマウスを作製しており、今後、睡眠覚醒機構におけるオレキシン神経のグリシンの作用について詳細に検討していく予定である。また、グリシン作動性神経のオレキシン神経における入力の形態について解析を行うため、グリシントランスポーター2 Creマウスも作製している。私はこれまで、脳の視床下部に局在するオレキシン産生神経の睡眠覚醒制御機構の解明を主なテーマとして研究を行っている。オレキシン神経は、摂食行動及びエネルギー恒常性に関与する視床下部の核や、大脳辺縁系の視交叉上核や報酬系などのさまざまなシステムからの情報を受け、睡眠覚醒状態を適切に保つ役割を担っていることがこれまでに明らかとなっており、オレキシン神経を中心とした神経系の生理学的な役割を解明することは非常に重要な意義を持つことが考えられる。本研究は、睡眠覚醒機構におけるヒスタミン神経とオレキシン神経間の役割について明らかにすることを目的とし研究を行った。ヒスタミン神経系はこれまで覚醒の維持に重要であると考えられていたが、近年、ヒスタミン1受容体(H_1R)欠損マウスの脳波・筋電図を解析した報告では顕著な睡眠覚醒機構への異常は観察されなかった。本研究においても、H_1R欠損マウスおよびH_1とオレキシン2受容体(OX_2R)の二重欠損マウスを用いて脳波・筋電図を解析したところ、正常な睡眠覚醒の表現型を示した。この結果はこれまで考えられてきたように、覚醒の維持の制御系としてヒスタミン神経系の活性化がオレキシン神経の下流として最も重要であるという仮説を否定する知見であった。すくなくとも結節乳頭体核のヒスタミン神経以外のOX_2Rの下流の系によって生理的な睡眠覚醒の制御は十分に達成できることが確認された。よって本研究は来年度より、ヒスタミン神経系以外の神経系であるセロトニン神経系をターゲットとしたオレキシン産生神経に発現する5HT1A受容体欠損マウスの睡眠覚醒行動の観察や、チャネルロドプシン2を発現するアデノ随伴ウイルスを用いて、オレキシン神経を中心とした睡眠覚醒制御機構を明らかにしていきたいと考えている。なお、5HT1A受容体欠損マウスおよびアデノ随伴ウイルスはすでに作成済みである。本研究は、ヒスタミン神経系以外の神経系であるセロトニン神経系をターゲットとしたオレキシン産生神経に発現する5HT1A受容体欠損マウスの睡眠覚醒行動の観察を行うことにより、オレキシン神経を中心とした睡眠覚醒制御機構を明らかにしていくことを目的としている。5HT1A受容体欠損マウスはすでに作成済であり、現在、オレキシン神経特異的に5HT1A受容体を欠損させたマウスを用いて、脳波・筋電図解析を行っている。今後、解析の結果をまとめていきたいと考えている。また、本研究は、オレキシン神経におけるボンベシン受容体サブタイプ3(Brs3)についても検討した。その結果、Brs3のアンタゴニストによって、オレキシン神経は過分極を示し、この反応は、GABA受容体のプロッカーによって脱分極を示した。なお、TTX存在下では、オレキシン神経は脱分極を示す。次に、in situ hybridization法を用いた結果、オレキシン神経にBrs3の発現も観察された。これらの結果から、Brs3を介したオレキシン神経の睡眠覚醒機構や摂食行動における新たな経路の可能性が示唆された。

本研究は、グリシン作動性神経のオレキシン神経における作用について明らかにすることを目的とした。睡眠覚醒機構におけるグリシンの役割として、これまでにレム睡眠時にα運動ニューロンを抑制していることが知られている。オレキシン神経にグリシン受容体αサブユニットおよびグリシントランスポーター2の局在を免疫染色法および電子顕微鏡法を用いて観察したところ、オレキシン神経にグリシン作動性神経の入力があることが形態学的に確認された。また、オレキシン神経におけるグリシンの直接的な作用について、オレキシン神経特異的にGFPを有するマウス(Orexin/EGFP)を用いてパッチクランプ法を行ったところ、グリシンの投与によってTTX非存在下およびTTX存在下においてオレキシン神経の活性が抑制された。この反応は、グリシン受容体特異的なアンタゴニストであるストリキニーネによって抑制された。次に、睡眠覚醒機構におけるグリシンの作用について観察を行ったところ、グリシンの投与によって、投与後1時間、明期においてのみ覚醒時間が有意に短縮し、ノンレム睡眠時間が有意に上昇した。このような反応は、暗期では観察されず、明期においてのみ観察された。以前報告された、オプトジェネティックな手法を用いた研究によっても同様の結果が得られている(Tcunematsu et al. 2011.)。また、オレキシン神経におけるfOS陽性細胞数を計測したところ、グリシンの投与によって、fOS陽性細胞数の有意な減少が、明期および暗期において観察された。以上の結果から、現在、オレキシン神経特異的にグリシン受容体αサブユニットを欠損させたマウスを作製しており、今後、睡眠覚醒機構におけるオレキシン神経のグリシンの作用について詳細に検討していく予定である。また、グリシン作動性神経のオレキシン神経における入力の形態について解析を行うため、グリシントランスポーター2 Creマウスも作製している。
生活習慣病の高血圧／臓器障害における糖質・鉱質コルチコイドの役割と新規治療探索

本研究は鉱質・糖質コルチコイド、その受容体MR, GR、および下流の活性化に焦点をあて、高血圧と慢性腎臓病の新たな治療標的の解明を目的にしている。胎児期と、生まれた直後に経験した低栄養の環境は、発育してから生活習慣病の発症につながることがDevelopmental Origins of Health and Disease (DOHaD)として知られている。DOHaDには糖質コルチコイド以下のシグナルの過剰刺激が関わることが提唱されているが、その後のシグナルは不明である。妊娠中の低栄養により胎盤の糖質コルチコイド代謝酵素である11betaHSD2が減少するため、胎児に過剰な糖質コルチコイドが移行する。過剰な糖質コルチコイドによる刺激が記憶に残り、後年の高血圧発症に関わる機序に、エピジェネティック異常が関わる可能性が考えられ検討した。DOHaDモデルで生まれた子供の血圧中枢では、アンジオテンシン受容体が脱メチル化しているために過剰に発現が上昇し、高血圧の原因となっていることが明らかになった(JCI Insight 2018)。尿細管間在細胞ではMR活性化はリン酸化によって調節されている。今年度の研究により、MR S843-Pのリン酸化にはULK1が関与することが明らかになった(Cell Rep 2018)。間在細胞のMRの下流にはペンドリンが存在し血圧調節に関わるが、間在細胞特異的MR欠損マウスを用いた検討により、MRの関与の度合いは病態によって異なることが明らかになった。また、以前報告したEVALUATE試験の事後解析で304名の非糖尿病高血圧患者では、食塩の過剰摂取がMRの活性化を生じてレニンアンジオテンシン系抑制薬に抵抗性を生じている可能性について報告した(Hypertens Res 2018)さらに加齢による食塩感受性高血圧の発症機序を明らかにした。既に、加齢マウスを用いて、抗老化因子Klotho遺伝子の減少が血管のWnt-RhoA系路の活性化を介して、腎血管収縮により食塩感受性高血圧を生じる一連の研究を終えている。本年度の研究で高血圧の発症前の未病段階での糖質コルチコイドが経路の活性化の関与をエピジェネティックな観点から明らかにすることができ、現在は腎臓レベルでの検討も進めている。さらに、尿細管間在細胞でのMRリン酸化酵素の同定とともに、これまでに作出した腎臓特異的なMRおよび関連遺伝子の遺伝子改変マウスの解析を進めた。基礎研究の結果とともに臨床研究でも食塩過剰摂取にMR活性化を示唆する結果を報告することができた。これまでに作出した間在細胞特異的MR KOマウスを用いて、間在細胞ベータ細胞に発現するペンドリン調節と役割について新知見が得られており、これを論文化する。さらに今年度までに開発した進行性の糖尿病モデルを用いてMR活性化と新たな治療標的についての検討を進めている。なお、加齢に伴うMR関連刺激による高血圧の分子機構を、腎臓と抵抗血管について論文化する予定である。生活習慣病にともなう臓器障害に副腎皮質ホルモンのアルドステロンとコルチゾールの過剰が関わることは知られている。わたしたちは、その受容体のMRとGRの活性化が、ホルモンの血中濃度とは独立して重要な役割を果たすことを報告してきた。本研究では、これまで得られた結果に基づきMR・GR活性化機構の解明を1Rac1-MR系2新たなMR・GR下流分子、3新規MR・GR活性化機構、の3点について進めている。本年度の研究で、心不全でのRac1-MR系の意義について検討を進め、Rac1-MR系の活性化がNADPHoxidase 4を刺激して活性酸素の過剰産生を介して心筋の機能不全を引き起こすことを見出し報告した(Hypertension 2016)。また、尿細管特異的なRac1 KOマウスの検討を進め、Rac1が腎臓線維化調節に関わる新たな機序についての知見を得ることができている。さらに、体液NaClバランスと血圧維持に寄与する遠位曲尿細管のNa+-Cl-共輸送体と腎集合管間在細胞のCl-/HCO3-輸送体Pendrinの活性調節について検討を行った。その結果、一般には両者は並行して活性が制御されていると思われているが、条件によってはレニン・アンジオテンシン・アルドステロン系に対する反応が異なることを示す知見が得られてきている。来年度以降に詳細な機構と高血圧での意義についての検討を進める予定である。また、Rac1-MR系に対する介入のためPGI2の腎臓障害に対する保護作用についての検討を行い、腎臓障害進展に関わる新規のPGI2標的分子が存在することを見出している。本研究の研究によって腎臓に加えて心臓でもRac1-MR系の活性化が臓器機能不全に関わることを示すことができた。腎臓では尿細管でのRac1の新たな作用点が明らかになりつつある。また、新規MR・GR作用点の同定のために、腎臓尿細管特異的MRおよびGR KOマウスの作出を進めた。後天的にKOできる条件を整えたうえ、KO部位の免疫染色学的検討を行い特異的KOの確認ができた。さらに、腎臓内GR過剰刺激状態の解析に向けて、HSD11B2の遠位ネフロン特異的KOマウスを作成して解析を開始している。また、間在細胞特異的な遺伝子改変マウスも順調に得られてきている。来年度以降にこれらのマウスを用いた病態の解析が可能になった。

本研究は鉱質・糖質コルチコイド、その受容体MR, GR、の高血圧および腎臓疾患での役割を解明し、新たな診断・治療法に資する基盤情報を獲得することを目的にしている。11beta HSD2は糖質コルチコイドの分解を行い、MRの過剰活性化を抑え、血圧を調節していると考えられている。11beta HSD2は腎臓のほか脳など血圧に関わる臓器にも発現がある。そこで、本研究では腎臓に発現する11beta HSD2の役割を調べるため腎臓特異的HSD11B2欠損マウスを作出して検討を進めた。その結果、本マウスは食塩感受性高血圧を来たし腎臓11beta HSD2による糖質コルチコイドの分解が血圧調節に重要な役割を果たすことが明らかになった(Ueda et al. Hypertension 2017)。さらに、腎臓でのMR活性化についての検討のため、腎臓特異的GR KOマウス、尿細管Rac1活性化マウス、間在細胞特異的MR KOマウスの作出を進めた。また、血圧と酸塩基平衡に関わるペンドリンの活性化について各種病態での変化についての知見を得た。また、尿細管間在細胞ではMRが脱リン酸化により活性化が制御されているが、その機構については不明であった。本年度の検討により、低カリウム血症が間在細胞でMR S843-Pを脱リン酸化させ、Pendrin活性化を介してNa-Cl輸送系を刺激することが明らかになった。低カリウムによるMR脱リン酸化機構は腎臓からのカリウム喪失を防ぐ一方、その代償として高血圧を悪化させるものと考えられた(Xu et al. Hypertension 2017)。さらに、カリウム欠乏はユビキチンリガーゼ分子KLHL3の作用を抑制し標的基質の分解抑制を介し、NCCの活性化によりNaCl再吸収機構を刺激し血圧上昇に関わることを明らかにした(Ishizawa et al. Biochem Biophys Res Commun 2016)。本年度は腎臓特異的HSD11B2欠損マウスの解析を進め、腎臓での11beta HSD2の役割を明らかにし論文発表することができた。Apparent mineralocorticoid excess症候群、偽性アルドステロン症の病態生理の解明に通じる研究である。間在細胞特異的MR KOマウスなどの作出も順調に進んでいる。間在細胞ではMRの下流に血圧調節因子ペンドリンが存在することが示唆されている。本年度の研究により、血清K濃度によるMR活性化とペンドリンの調節に関わる知見を明らかにすることができた。さらに、次年度以降にMR KOマウスと合わせて解析を進める。本研究は鉱質・糖質コルチコイド、その受容体MR, GR、および下流の活性化に焦点をあて、新規の降圧薬・慢性腎臓病治療薬開発を目指して、基盤的情報を獲得することを目的にしている。尿細管間在細胞ではMR活性化はリン酸化によって調節されている。今年度の研究により、アンジオテンシンIIによるMR S843-Pの脱リン酸化を介したPendrinの活性化にアルドステロンが必要であることが明らかになった。
反応活性種の異方制御による精密有機合成

(1)アンチモンポルフィリン錯体の軸配位子に第二発色団をエ一テル結合を介して連結した錯体を種々合成した。この錯体において、第二団を光励起した場合は、芳香族発色団からポルフィリン環へのエネルギー移動および電子移動が、また、ポルフィリン環を光励起した場合は、芳香族発色団からポルフィリン環へエネルギー移動が起こることが見い出された。(2)光アミノ化反応を高効率化するために、レドックス光増感反応を適用した。光増感剤に1,3,5-トリフェニルベンゼンまたは2,2'-ジアルコキシビナフトールを用い、反応基質に1,2-ジアリールシクロプロパンおよびベンゾシクロヘプテンを用いた。その結果、高効率化が達成された。(3)可視光による有機塩素化物からの脱塩素化反応をシリカゲル担持アンチモンポルフィリン錯体を用いて検討した。その結果、鉄3価イオンの存在下でクロロフェノール類から脱塩素化反応が起こることが分かった。(3)酒石酸を不斉源に、発色団にフェニル基およびナフチル基を用いた不斉な電子供与体とβ-シクロデキストリンとの相互作用について検討した。発色団から発する蛍光スペクトルを解析した結果、メトキシ基を有するフェニル基またはナフチル基の時、β-シクロデキストリンの添加によって蛍光強度が増加する現象が見い出され、その増加の割合が(+)体と(-)体では異なる「不斉認識」を見い出した。(4)電子供与体と電子受容体をメチレン鎖で結合した分子内エキシプレックス生成系を合成し、そのエキシプレックス発光の溶媒効果を検討した。その結果、新しい溶媒極性パラメーターEM(2)を開発した。平成10年度には下記の点を明らかにした。(1)アンチモンポルフィリン錯体の軸配位子に芳香族置換基をエーテル結合を介して連結した錯体を種々合成した。ポリエチレングリコールを介してアンチモンポルフィリン錯体とナフトキシ基を連結した基質では、ポリエチレングリコール基が短い時にはアンチモンポルフィリン錯体の蛍光が消光され、ポリエチレングリコール基が長い時には蛍光消光が起きにくいことが分かった。二つの発色団の距離が物性に関与していることが分かったので、半経験的分子軌道計算を行って、構造と反応性の関係について検討した。(2)リンポルフィリン錯体の水中での蛍光挙動を観測し、ある一定以上の濃度では会合体を形成するいることが分かった。この様な会合体形成の観測はリンポルフィリン錯体に特有の現象であり、光合成中心の研究と関連して重要である。(3)ジアルコキシビナフトール類を増感剤として用いて、1,2-ジアリールシクロプロパン類の光アミノ化反応について検討した。その結果、レドックス光増感反応でアミノ化反応が進行した。

同様の反応をジアルコキシビナフトール類の光学活性体を用いて検討したが、不斉反応は進行しなかった。この様に金属ポルフィリン錯体の光挙動において異方性制御が見い出された。平成11年度も継続して研究を行う予定である。(1)アンチモンポルフィリン錯体の軸配位子に芳香族発色団をエテール結合を介して連結した錯体を種々合成した。この錯体において、軸配位子の芳香族発色団を光励起した場合は、芳香族発色団からポルフィリン環へのエネルギー移動および電子移動が起こった。また、ポルフィリン環を光励起した場合は、芳香族発色団からポルフィリン環へエネルギ^-移動が起こることが見い出された。この様な軸配位子とポルフィリン環間でのエネルギー移動および電子移動は珍しく、興味が持たれる。(2)酒石鹸を不斉源に、発色団にフェニル基およびナフチル基を用いた不斉な電子供与体とβーシクロデキストリンとの相互作用について検討した。発色団から発する蛍光スペクトルを解析した結果、メトキシ基を有するフェニル基またはナフチル基の時、βーシクロデキストリンの添加によって蛍光強度が増加する現象が見い出され、その増加の割合が(+)-体と(-)-体では異なる「不斉認識」を見い出した。(3)電子供与体と電子受容体をメチレン鎖で結合した分子内エキシプレックス生成系を合成し、そのエキシプレックス発光の溶媒効果を検討した。その結果、発光に基づいた新しい溶媒極性パラメーターEM(2)を開発した。
頭頸部癌治療における高濃度酸素療法の可能性とロックス１発現に関する検討

本研究の最終目的は頭頸部癌に有効な新規治療法を確立することである。現段階では1cDNAクローニングおよびシークエンス、2発現ベクターの作製、3抗ロックス1抗体およびロックス1のリコンビナントタンパクの作製は完了した。以上を用いて頭頸部癌組織におけるロックス1の発現を免疫組織学的手法により解析した。その結果頭頸部扁平上皮癌においてロックス1は頭頸部の各臓器で一定量発現しており、臓器特異的に発現の差異は認められなかった。その一方、再発頭頸部癌組織においてはロックス1の発現は明らかに増加していることが判明した。平成26年度以降も引き続き高濃度酸素環境下における癌の生物学的特質の変化について検討する。研究課題「頭頸部癌治療における高濃度酸素療法の可能性とロックス1発現に関する検討」において、本研究の最終目的は頭頸部癌に有効な新規治療法を確立することであった。この目的を達成するための短期目標に、平成23年度においてはまず分子生化学的手法を用いて、ロックス1の癌細胞に及ぼす分子生化学的機序を解明することを挙げた。すなわちヒトロックス1のcDNAクローニングを行い、種々の方法で結合タンパク質の探索をすると共に、抗ロックス1抗体を作製してロックス1の細胞内発現や局在を確認することを当初の目的とした。これを遂行するための具体的手順として1ヒトロックス1のcDNAクローニング、2各種発現ベクターの構築、3ロックス1に対する抗体の作製、4酵母ツーハイブリッド法による基質タンパク質の同定、5ロックス1とその結合タンパク質に関する細胞生物学的解析を挙げた。さらに補助実験として細胞増殖アッセイ、フォーカスアッセイ、コロニーフォーメーションアッセイ、ヌードマウスへの移植実験、ボイデンチャンバー法などが計画されていた。これらのうち1cDNAクローニングおよびシークエンスは平成23年度に既に終了している。また平成24年度には2数種類の発現ベクターの作製が行われ、3抗ロックス1抗体が完成した。また平成24年度に実施を開始したin vivo実験の一部についても現在継続中である。これは癌遺伝子を組み込んだトランスジェニックラットを用いて発現モデルラットを作製し、これを使用している他、野生株のラットも同時に使用して高濃度酸素環境下における癌の生物学的特質の変化についての検討を行っている。研究課題「頭頸部癌治療おける高濃度酸素療法の可能性とロックス1発現に関する検討」において、本研究の最終目的は頭頸部癌に有効な新規治療法を確立することであった。これを遂行するための具体的な手順として1ヒトロックス1のcDNAクローニング、2各種発現ベクターの構築、3ロックス1に対する抗体の作製、4酵母ツーハイブリッド法による基質タンパク質の同定、5ロックス1とその結合タンパク質に関する細胞生物学的解析を挙げた。これらのうち1cDNAクローニングおよびシークエンスは平成23年度にすでに終了している。また平成24年度には2数種類の発現ベクターの作製が行われ、3抗ロックス1抗体が完成している。また平成24年度に実験を開始したin vivoの実験については今現在継続中である。これは癌遺伝子を組み込んだトランスジェニックラットを用いて発癌モデルラットを作製し、これを使用している他、野生株のラットも同時に使用して高濃度酸素環境下における癌の生物学的特質の変化についての検討を行っている。これらと併行して、平成25年度には頭頸部癌組織におけるロックス1の発現について、免疫組織化学的手法を用いて解析すると共に、頭頸部癌細胞株の作製にも着手し始めた。これらは今後の細胞実験に必要となる。研究課題「頭頸部癌治療における高濃度酸素療法の可能性とロックス1発現に関する検討」において、本研究の最終目的は頭頸部癌に有効な新規治療法を確立することである。この目的を達成するための短期目標に、平成23年度はまず分子生化学的手法を用いて、ロックス1の癌細胞に及ぼす分子生化学的機序を解明することを挙げた。すなわちヒトロックス1のcDNAクローニングを行い、種々の方法で結合タンパク質の探索をすると共に、抗ロックス1抗体を作製してロックス1の細胞内発現や局在を確認することを当初の目標とした。これを遂行するための具体的手順として(1)ヒトロックス1遺伝子のcDNAクローニング、(2)各種発現ベクターの構築、(3)ロックス1に対する抗体の作製、(4)酵母ツーハイブリッド法による基質タンパク質の同定、(5)ロックス

1とその結合タンパク質に関する細胞生物学的解析を挙げた。さらに補助実験として細胞増殖アッセイ、フォーカスアッセイ、コロニーフォーメーションアッセイ、ヌードマウスへの移植実験、ボイデンチャンバー法などが計画されていた。これらのうち(1)cDNAクローニングおよびシークエンスはすでに終了している。(2)数種類の発現ベクターの作製は完了し、残りのベクターも順次作製中である。(3)抗ロックス1抗体の作製も完了している。以上に加え平成24年度に実施予定であったin vivo実験の一部についても着手している。すなわち癌遺伝子を組み込んだトランスジェニックラットを使用して発癌モデルラットを作製した。これを用いて現在高濃度酸素環境下における癌の生物学的特質の変化についての検討を開始している。平成23年度は主にin vitro実験を主体とした実験計画を立てた。まずロックス1遺伝子のcDNAクローニングおよび抗ロックス1抗体の作製が終了している。またタンパク質発現のためのベクターも数種類完成している。平成24年度は結合タンパク質の探索と並行して、H-Ras遺伝子を組み込んだトランスジェニックラットおよび野生株ラットを用いたin vivo実験を行った。すなわちトランスジェニックラットおよび野生株ラットに4NQOという発がん物質を暴露させて舌癌を発生させた。この発癌モデルラットを高気圧チャンバーで飼育、高濃度酸素に暴露させることで、舌癌の癌生物学的特質の変化が生ずるかを検討していた。酸素濃度や暴露時間設定のための予備実験で、対象ラットの想定外の数が死亡してしまい、原因検索のため実験の一時中断を止むなくされた。まずロックス1遺伝子のcDNAクローニングおよび抗ロックス1抗体の作製が終了した。現在タンパク質発現のためのベクターを順次作製中である、これに引き続き結合タンパク質の探索に入る予定であったが、平成23年度中にH-Ras遺伝子を組み込んだトランスジェニックラットが完成したために、これを用いたin vivo実験を並行して行うこととした。すなわちトランスジェニックラットに4NQOという発癌物質を暴露させて舌癌を発生させた。この発癌モデルラットを高気圧チャンバーで飼育、高濃度酸素に暴露させることで、舌癌の癌生物学的特質の変化が生ずるかどうか検討中である。現段階では酸素濃度や暴露時間など種々の条件設定のための予備実験を施行している。平成23年度と24年度において、in vitro実験では研究計画の一部に経時的な入れ替えはあるものの、大勢に影響はなくおおむね順調に推移しているものと思われる。すなわちin vitro実験においては構築されたプラスミドおよび発現ベクターを用いた細胞実験を行う予定である。
ニュージーランドの教科カリキュラムの構成主義的要素をとり入れた環境学習教材の開発

1.日常知や身近な体験を尊重する構成主義の観点を、環境学習にとり入れる方策を探すため、構成主義を背景に作られたとされるニュージーランド(以下NZと示す)の理科カリキュラムを、環境学習の観点からの分析した[資料としてNZの教育省(1993)によるScience in the New Zealand Curriculumと日本の文部省(1989)による小学校と中学校の学習指導要領を用いた]。その結果、日本では「自然はどうなっているかを調べる活動」(=環境学習の第1段階)がほとんどを占めるのに対し、NZの場合、第1段階の活動(いろいろな日にいろいろな場所で温度を測る、...等)に加えて、「自然と生活との関わりを調べる活動」(=環境学習の第2段階;食用植物について調べる、...等)や「合理的な生活や社会のあり方を探る活動」(=環境学習の第3段階;水質汚染を解決する方法を探る、等)も、豊富にかつ身近な素材についてとり挙げられていた。2.この結果を踏まえ、環境学習教材の開発を、身近な素材を用いた次のテーマについて行った。第1段階に関わる教材...「川や池の水はどんな色に見えるか」「水田の土や草むらの土を水槽に入れて屋上に放置する」「ビーカーに入れた煮沸水を屋外に放置する」、第2段階に関わる教材...「大気中の浮遊粉塵の簡易測定」、第2・3段階に関わる教材...「河原の石で火を起こす」、第3段階に関わる教材...「身近な野草から貯蔵でんぷんを探す」「いろいろな'わら'を使った納豆づくり」「資源としてのドングリ」「自然物から油を取り出してせっけんを作る」「身近な土を使って野焼きにより土器を作る」「身近な土から砂鉄をとって鉄をつくる」1.日常知や身近な体験を尊重する構成主義の観点を、環境学習にとり入れる方策を探すため、構成主義を背景に作られたとされるニュージーランド(以下NZと示す)の理科カリキュラムを、環境学習の観点からの分析した[資料としてNZの教育省(1993)によるScience in the New Zealand Curriculumと日本の文部省(1989)による小学校と中学校の学習指導要領を用いた]。第1段階に関わる教材...「川や池の水はどんな色に見えるか」「水田の土や草むらの土を水槽に入れて屋上に放置する」「ビーカーに入れた煮沸水を屋外に放置する」、第2段階に関わる教材...「大気中の浮遊粉塵の簡易測定」、第2・3段階に関わる教材...「河原の石で火を起こす」、第3段階に関わる教材...「身近な野草から貯蔵でんぷんを探す」「いろいろな'わら'を使った納豆づくり」「資源としてのドングリ」「自然物から油を取り出してせっけんを作る」「身近な土を使って野焼きにより土器を作る」「身近な土から砂鉄をとって鉄をつくる」構成主義の観点を環境学習教材の開発にとり入れる具体的な方策を探すため、構成主義を背景に作られたとされるニュージーランド(以下NZと示す)の初等中等カリキュラムの特徴を調べた。資料として、NZの教育省(1993)によるScience in the New Zealand Curriculum(発行:Leaning Media Ltd,Wellington)、日本の文部省(1989)による小学校と中学校の学習指導要領(発行:大蔵省印刷局)等を用いた。まず、1)生物領域を中心に、「児童・生徒自身が行う活動教材」として挙げられているものを抜き出した。2)次に、それら活動教材のとり挙げられ方を両国間で比較することを通してNZのカリキュラムにおける構成主義的な特徴を探した。その結果、次のことが判明した。1)日本と比べて、(1)活動のタイプが多様なこと(例えば、観察、実験、飼育・栽培のみならず、採集、推論、ゲームづくり、ディベート、施設訪問、インタビュー、...等がある);(2)活動のテーマに、身近な生活環境や今の社会問題に関するものが多いこと(例えば、クラスメイト間で身体上の特徴を比べる、野菜や果物がどういう生物のどういう部分かを調べる、エイズウィルスについて調べる、近くの行楽地で人々の行動が生物に与えている影響を調べる、臓器移植の価値についてディベートを行う、...等がある)。2)抜き出された活動教材は、(1)遊びの中で対象と関わる;(2)対象について調べる;(3)対象との望ましい関わり方を模索する、の3つにカテゴライズできること。3)2)については(2)だけでなく、日本には少ない(1)と(3)の活動も多いこと。これらの結果に基づき、「環境学習教材開発の際に、構成主義的な観点から配慮すべきこと」について考察した。考察に基づき、本研究においては今後、「(1)遊びを重視する段階;(2)生活と自然の関係を調べる段階;

(3)自然との望ましい関わり方を模索する段階」の三段階をカバーした環境学習の教材開発を試みることとした。1.日常知や身近な体験を尊重する構成主義の観点を、環境学習にとり入れる方策を探すため、構成主義を背景に作られたとされるニュージーランド(以下NZと示す)の理科カリキュラムを、環境学習の観点からの分析した[資料としてNZの教育省(1993)によるScience in the New Zealand Curriculumと日本の文部省(1989)による小学校と中学校の学習指導要領を用いた]。今年度の分析は、昨年度までの地学分野と生物分野にひき続き、主に物理分野について行った。その結果、物理分野の場合も、日本では「自然はどうなっているかを調べる活動」(=環境学習の第1段階)がほとんどを占めるのに対し、NZの場合、第1段階の活動(例.摩擦や摩擦抵抗の実験等)に加えて、「自然と生活との関わりを調べる活動」(=環境学習の第2段階;料理の熱源としてのガスと電気の効率を比べる実験等)や「科学技術と生活・社会との関わりを調べる活動(=環境学習の第3段階;地域のエネルギー資源の調査等)も豊富に、かつ身近な素材についてとり挙げられていた。2.この結果を踏まえ、環境学習教材の開発を、身近な素材を用いた次のテーマについて行った。第1段階に関わる教材...「川や池の水はどんな色に見えるか」「水田の土や草むらの土を水槽に入れて屋上に放置する」、「ビーカーに入れた煮沸水を屋外に放置する」、第2段階に関わる教材...「大気中の浮遊粉塵の簡易測定」、第2・3段階に関わる教材...「河原の石で火を起こす」、第3段階に関わる教材...「身近な野草から貯蔵でんぷんを探す」「いろいろな'わら'を使った納豆づくり」「資源としてのドングリ」「自然物から油を取り出してせっけんを作る」「身近な土を使って野焼きにより土器を作る」「身近な土から砂鉄をとって鉄をつくる」
水溶性カリックスアレーンを用いたC_<60>の水溶化とそのガン治療薬としての評価

現在、生体内の全ての部位に光を照射することが可能となっている。従って、可視光により励起可能なC_<60>を光増感剤として利用することは、光線力学治療法への臨床適応に対し早くから期待されてきた。しかし、C_<60>の水への可溶化の難しさが大きな障壁となってきた。そこで、本研究では超分子化学的な手法を用いて問題解決を行った。今回、本申請者はカチオン性カリックスアレーンにより、C_<60>の水溶化に成功した。このC_<60>錯体によるDNA切断実験を行ったところ、本手法はこれまでの高分子を用いた手法に比べ、切断効率が飛躍的に向上した。この結果から、今回用いたカチオン性カリックスアレーンはC_<60>の単なる可溶化剤としてでなく、C_<60>をアニオン性のDNAの近傍に運ぶ担体(キャリアー)としても働くことが示された。以上のように、超分子システムという化学的手法を用いて、DNA切断の高効率化に成功した。このC_<60>錯体によるDNA切断実験を行ったところ、本手法はこれまでの手法に比べ、切断効率が飛躍的に向上した。
結晶融解法を用いたレドックス活性金属錯体の配向及び電界効果トランジスタ能制御

本研究は、課題(A)「モジュール化学の展開とバルク物性制御」(平成18年度)、課題(B)「基盤環境と結晶化プロセスによる薄膜結晶相制御」(平成18-19年度)、課題(C)「アンバイポーラFET能の最適化条件の探索」(平成19年度)から構成される。初年度における1)[M(Cat)(Cnbpy)](M=Pt,Pd);Cat=catecholate,n=9-17)群や[M(Bdt)(Cnbpy)](M=Pt,Pd);Bdt=benezenedithiolato,n=9-17]群が等方性液体から結晶化する際にシリコン基盤上にて一軸配向すること、2)[Pt(Bdt)(Mebpy)]が新規p型FET活性物質である、最後に3)これらの分子が示す一軸配向性に長鎖に含まれる炭素数依存性があることを基にH19年度の研究を進めた。その結果、1)PMMA処理を施したシリコン基板上にて真空蒸着法で作成した薄膜Ni錯体がCa電極を用いることで4.3*10_3及び1.6*10_2 cm2/Vsのホール及び電子移動度を示すことを明らかにした。このようにp,n型バランスのとれた高い移動度を示す物質は非常に限られている。またこの錯体の類似骨格に長鎖を付与することで融解法により同様の性質が得られることを強く示す結果である。2)また我々は結晶及び液晶を示す錯体を用いて融解法によりITO|[Pt(R-Cat)(C8,10bpy)]|ITO型デバイスを作成し、I-V特性を測定したとこ特にポリイミド処理を施したITO基盤上で良好な照射光強度とI値の相関を見いだした。またITO|錯体|AIのデバイスにおいて僅かであるが光電変換特性を見いだした。以上の結果により融解法がFETデバイスのみならず太陽電池などの光電変換デバイスへの応用が過当となることを示す結果を得た。昨年度は、課題(A)及び(B)を中心に遂行すると同時に、両者を互いに有機的に結合し、課題(C)を実現するための基盤的研究を進めた。1)アンバイポーラ能を発現する上で、電荷輸送を担う分子の立体構造、分子軌道エンジニアリングが重要となる。そこでまず本研究では、[M(Cat)(Cnbpy)](M=Pt,Pd);Cat=catecholate,n=9-17)群や[M(Bdt)(Cnbpy)](M=Pt,Pd);Bdt=benezenedithiolato,n=9-17]群が等方性液体から結晶化する際にシリコン基盤上にて一軸配向することを見出した。また[Pt(Bdt)(Mebpy)]が新規p型FET活性物質であることも見出した。2)分子が示す一軸配向性に長鎖に含まれる炭素数依存性があることを見出した。中でもC17の長鎖を含む錯体において最も良好な配向が発現すると共に、大気中においても7.5×10-6cm2/Vsの移動度を示すp型FET特性を示すことが明らかとなった。またポリイミドなどの配向膜を用いることで両質の疑単結晶化が進行することを既に見出していることから、この手法を用い面内配向の制御を行うことで更なる移動度の向上を期待できる結果を得た。またアンバイポーラ型FET特性実現のためにCa電極などを用いることで分子と電極の仕事関数の最適化を試み、結晶融解法の有用性を確立するための基盤を築いた。

2)また我々は結晶及び液晶を示す錯体を用いて融解法によりITO|[Pt(R-Cat)(C8,10bpy)]|ITO型デバイスを作成し、I-V特性を測定したとこ特にポリイミド処理を施したITO基盤上で良好な照射光強度とI値の相関を見いだした。またITO|錯体|AIのデバイスにおいて僅かであるが光電変換特性を見いだした。以上の結果により融解法がFETデバイスのみならず太陽電池などの光電変換デバイスへの応用が過当となることを示す結果を得た。
無機ナノシートの自発的ランダム集合に特異的な銅ナノ粒子の凝集増強型触媒反応の開発

本研究では,ナノシートを担体として直接的に合成した銅ナノ粒子について,その触媒活性をメチルビオロゲンを電子アクセプターとした光誘起電子移動をモデル反応として評価する.特に,けん濁液中で自発的に集合しているナノシートの集合構造およびマクロな分散性が銅ナノ粒子の触媒活性に与える影響を明らかにする.また,発がん性が指摘されている多環芳香族炭化水素を基質として用い,銅ナノ粒子からの電子移動による還元的分解も試みる.さらに,この銅ナノ粒子は酸化劣化しても光照射で再生することを利用し,繰り返し使用可能な環境調和型触媒としての特性も評価する.本研究では,ナノシートを担体として直接的に合成した銅ナノ粒子について,その触媒活性をメチルビオロゲンを電子アクセプターとした光誘起電子移動をモデル反応として評価する.特に,けん濁液中で自発的に集合しているナノシートの集合構造およびマクロな分散性が銅ナノ粒子の触媒活性に与える影響を明らかにする.また,発がん性が指摘されている多環芳香族炭化水素を基質として用い,銅ナノ粒子からの電子移動による還元的分解も試みる.さらに,この銅ナノ粒子は酸化劣化しても光照射で再生することを利用し,繰り返し使用可能な環境調和型触媒としての特性も評価する.
噴流火炎内に形成された渦の燃焼への影響

1.マッハツェンダー干渉計とシュリーレン法により噴流拡散火炎中の組織的な渦を可視化した。火炎中心には燃料噴流に基づく小さな巻き込み渦が存在し、火炎周囲には浮力に基づく大きなスケールの渦が確認された。中心渦は火炎基部で線形成長するが、下流では渦の合体を通して、非線形成長をすることが確認された。また火炎周囲の渦のスケールは流速の増加とともに減少することが確認された。また温度とOH発光強度の測定と可視化画像の比較から、噴流拡散火炎においては、火炎帯が中心の渦と周囲の渦の間に形成されていることが確認された。2.マッハツェンダー干渉計とシュリーレン法による火炎の可視化とレーザ・ドップラ流速計による速度測定から中心渦の火炎への影響は火炎基部に限られることが明かとなった。また火炎周囲の渦は火炎の広い範囲に及ぶことが明かとなった。3.噴流拡散火炎の中心部に存在する組織的な渦はその影響は火炎基部に限られるが、この影響は火炎の安定性に強く影響する。付着火炎では燃料噴流の乱流への遷移が中心渦によって抑制され、その結果火炎が安定化される。一方浮き上がり火炎では燃料噴流中の組織的な渦は火炎付着の不安定要因となり、渦の形成されている領域には火炎は保持されず、渦の崩壊する位置で火炎は保炎されることが確認された。4.二次元混合層の中で発達する火炎への組織的な渦の影響を明らかにするため、数値解析を行い、速度差の影響について検討した。その結果、速度比の増加は組織的な渦のスケールを増大させるが、火炎には冷却効果となり、保炎力を低下させ、吹き飛びの原因となることが解明された。1.ノズル上に噴流拡散火炎を形成すると、火炎内部に渦が形成される。拡散火炎では燃焼が燃料と酸化剤との混合に支配されるため、混合過程に渦が存在すると、燃焼と渦との相互作用がきわめて重要となる。そこで現有のマッハツェンダ干渉計による高速度ビデオ撮影を行い、その画像データをもとに、科学研究費補助金で購入した二次元移動計測ソフトウェアで時間的な火炎温度変化を算出し、渦挙動との関連を調べた。その結果、火炎中心に存在する渦の温度場への影響は火炎基部に限られることが明らかとなった。また渦による火炎乱れへの影響を調べるために、シュリーレン法による高速度ビデオ撮影を行い、画像解析を行った。特に渦および火炎乱れの複雑度および複雑度の減衰率を求め、渦による火炎乱れの抑制について検討した。その結果、火炎中心に存在する渦は火炎の乱流遷移を抑制し、火炎乱れを減少させる効果が存在することを確認した。2.ノズル上に形成される噴流拡散火炎の構造が二次元構造をもつことから、二次元反応性混合層の数値解析を行った。二次元流路の片側から燃料、もう片側から酸化剤を流し、仕切り板後方に形成される混合層の中で、点火源から燃焼反応が進行する燃焼場を数値解析で実現した。その結果、混合層に存在する渦の発達が火炎によって、抑制されることが明らかになった。また燃料と酸化剤の速度差の増加は渦のスケールを増大し、混合の促進に寄与するが、これに伴い渦による熱輸送も増大し、火炎には冷却効果となり、保炎力が低下することが明らかとなった。また拡散火炎がせん断力を受けると、火炎は伸張し、第2ダムケラー数は低下し、保炎力が低下することが明らかとなった。1.軸対称噴流拡散火炎内に形成される組織的な渦と火炎帯との相互作用が二次元混合層に形成される拡散火炎の構造と極めて類似している。そこで二次元混合層に形成される拡散火炎の数値シミュレーションを行った。特に燃料の希釈による影響を検討した。

その結果、火炎先端では火炎によって分離される流れが生じ、この流れが火炎先端の火炎構造を複雑にし、第2ダムケラ-数の三つのピークを作り出すことが明らかとなった。また燃料を希釈することによって、火炎が吹き飛ぶことから、火炎の吹き飛びにおいても、火炎先端の燃料と酸化剤の混合比が重要となり、火炎の吹き飛びに第1ダムケラ-数が適用できることが考えられることが分かった。2.二次元混合層の計算から、酸化剤中の酸素濃度を高めると保炎性能が向上すること、また火炎が吹き飛ぶ場合には混合層に存在する渦が火炎輸送に関連していることが考えられる。そこで酸化剤中の酸素濃度を系統的に変化させ、火炎の保炎に及ぼす酸素濃度の影響と混合層に存在する渦との関連を検討した。その結果、酸化剤中の酸素濃度を高めると、火炎の保炎力は高まることが明かとなった。また火炎先端が混合層の渦の中間に位置したとき火炎先端はせん断を受け、この位置で第2ダムケラ-数が低下し、この結果火炎先端の温度が低下することによって、吹き飛び速度が増加することが明かとなった。また火炎の保炎条件で第1ダムケラ-数が1より大きくなることが確認された。これは渦にによるせん断に伴う保炎力の低下が現われたものと考えられる。