hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光走査トンネル顕微鏡による単一原子結晶成長のためのマニピュレータの実現

光走査トンネル顕微鏡(PSTM)の理論を、仮想光子の概念を用いて開発し、実験結果とよい一致を得た。従来の理論は直感的な理解の困難な電磁界解析に頼っていたが、本理論はこれらの問題点を解決するものであることが確認された。この理論をもとにPSTM用光ファイバ・プローブ先端からしみだすエバネッセント光により真空中に浮遊する原子を一つづつ捕獲する際の捕獲ポテンシャルの深さ、必要な光源の波長、などを推定し、マニピュレータの設計を行った。対象とする原子として、シリコンなど、約20種類のものについて行った。光ファイバ・プローブ先端の先鋭化の技術を開発し、選択エッチングにより先端先鋭角15度、先端曲率半径2nm以内、のものを実現した。先鋭角のばらつきは0.5度以内であり、きわめて再現性の高い方法であることを確認した。また、ファイバに金属膜を蒸着し、その後衝突法、放電法などにより先端部に微小開口を作成する技術を開発した。超解像光学顕微鏡としてのPSTMの測定速度と分解能を向上させるシステムを開発し、測定速度は従来の約10倍向上した。また、生体極微試料の一っであるバクテリオファージT4の像を世界に先駆けて観測することに成功し、この結果より分解能は従来の10倍以上優れた値、すなわち2nmであることが確認された。真空中に浮遊するルピジウム原子にエバネッセント光を照射し、その吸収スペクトル幅の広がりの値から、エバネッセント光は原子捕獲のための運動量を原子に及ぼしていることを確認した。シリコン原子などの捕獲のために必要な波長200300nmのコヒーレント光源を実現するために、半導体レーザと固体レーザを組み合わせた非線形波長変換システムの設計、および予備実験を行った。以上により本PSTMシステムは単一原子の捕獲のためのマニピュレータとして十分な性能を有することが確認された。光走査トンネル顕微鏡用の先鋭化された光ファイバ・プロ-ブを製作し、これをマニピュレ-タとして用いた。ここでは溶液組成、温度、などを最適化した化学エッチングにより先鋭化し、先鋭角21度、先端曲率半径10nm以内のきわめて良好な光ファイバ・プロ-ブを実現した。この光ファイバ・プロ-ブを用いて単一原子を捕獲するための理論解析を行った。この計算では光ファイバ・プロ-ブへの入射レ-ザ光パワ-を10mWと仮定した。その結果、光ファイバ・プロ-ブ軸方向にはエバネッセント光のもつ勾配力と原子の熱運動による遠心力により原子捕獲のポテンシャルの谷が形成されること、さらに軸と直角方向にはエバネッセント光のもつ大きな波数の起因するドプラ-シフトを利用したレ-ザ冷却およびエバネッセント光のもつ勾配力によりポテンシャルの谷が形成されることが判明した。すなわち、原子はエバネッセント光の中に安定に捕獲される。ポテンシャルの深さを原子の熱運動等価温度で表すと0.7mKであることがわかった。これは光糖蜜法により十分実現可能な予備冷却温度である。捕獲した原子はレ-ザ周波数を原子共鳴周波数より高周波側にシフトさせれば加熱・加速され冷却結晶基板の上に固定できることがわかった。この理論解析結果をもとに光糖蜜の手法を用いてルビジウム原子の予備冷却を行った。その結果、冷却効果を表す蛍光スペクトル幅の狭化が観測された。ピエゾアクチュエ-タを用いた装置を製作し、マニピュレ-タ用の光ファイバ・プロ-ブを再現性よく微動するシステムを実現した。

さらにファブリ・ペロ-共振器形プロ-ブの基礎実験を行い、共振周波数が物体の形状によって変化することを確認した。以上の結果により本研究を次年度も継続することにより当初の目標が達成できる見通しを得た。光走査トンネル顕微鏡(PSTM)の理論を、仮想光子の概念を用いて開発し、実験結果とよい一致を得た。従来の理論は直感的な理解の困難な電磁界解析に頼っていたが、本理論はこれらの問題点を解決するものであることが確認された。この理論をもとにPSTM用光ファイバ・プローブ先端からしみだすエバネッセント光により真空中に浮遊する原子を一つづつ捕獲する際の捕獲ポテンシャルの深さ、必要な光源の波長、などを推定し、マニピュレータの設計を行った。対象とする原子として、シリコンなど、約20種類のものについて行った。光ファイバ・プローブ先端金属膜を蒸着し、その後衝突法、放電法などにより先端部に微小開口を作成する技術を開発した。超解像光学顕微鏡としてのPSTMの測定速度と分解能を向上させるシステムを開発し、測定速度は従来の約10倍向上した。真空中に浮遊するルビジウム原子にエバネッセント光を照射し、その吸収スペクトル幅の広がりの値から、エバネッセント光は原子捕獲のための運動量を原子に及ぼしていることを確認した。シリコン原子などの捕獲のために必要な波長200300nmのコヒーレント光源を実現するために、半導体レーザと固体レーザを組み合わせた非線形波長変換システムの設計、および予備実験を行った。以上により本PSTMシステムは単一原子の捕獲のためのマニピュレータとして十分な性能を有することが確認された。
神経細胞ストレス回避機構の機能プロテオミクスープリオンと新規神経保護蛋白質の役割

申請者らは神経細胞のストレス回避機構を担う新規神経保護蛋白質NDIを見出していた。NDIは、分泌小胞を介さない非古典的遊離(non classical release)であり、NDI同様に分泌小胞を介さない分子に、神経栄養因子であるFGF-1、生存活性を有しプリオンと相互作用するSTI等が知られている。これらに共通する遊離機構の解明は、神経細胞におけるストレス回避機構を明らかにする上で重要である。そこで本研究では非古典的遊離に関連する分子群を明らかにし、ストレス回避機構の一端を解明した。FGF-1及びNDIは血清除去による飢餓ストレスによりアストログリア細胞、NG108-15細胞株、海馬由来神経細胞のいずれからも遊離もしくは遊離増強されることを見出した。特に通常、核のみに存在するNDIが、無血清・低酸素ストレスによって急速に細胞外へ遊離する事が明らかになった。この結果から、NDIの遊離機構には核から細胞質、細胞質から細胞外の2段階の機序が存在する事が想定された。ストレスによるNDIの核から細胞質への移行は、ATP依存的なインポーチンIによるNDIの核内輸送が、ストレスによるATP減少より、その輸送能が低下し、細胞質に貯留する事が実験的に明らかになった。FGF-1及びNDIの細胞質から細胞外への遊離は、輸送担体S100A13によって制御され、Ca^<2+>依存性のFGF-1及びNDIとS1OOA13との複合体形成が遊離に必須な機構であることが明らかとなった。更にこの複合体形成制御を担う細胞内Ca^<2+>濃度上昇は、電位開口性N型Ca^<2+>チャンネルが制御することを見出した。一方、プリオン関連蛋白質であるSTIは低酸素・低グルコース処置(OGD処置)によって遊離し、OGD処置によって誘導される神経細胞死の保護に働いている事が明らかになった。また、STIは非ストレス下でも常時微量が遊離しており、恒常的な細胞死からの抑制をしている事が示唆された。これら遊離機構の一部を阻害する事で無血清・低酸素ストレスによる神経細胞死が増大する事から、分泌小胞を介さない非古典的遊離は重要なストレス回避機構であると考えられる。本年度は神経細胞におけるストレス応答としての非古典的分泌機構とその役割解析を行うために、NDI分泌機構に関わる細胞内動態と相互作用蛋白質との関連を解析した。初代培養神経細胞を無血清、低酸素のストレスに暴露により培養上清へ分泌されたNDI蛋白質量の増大が観察されるが、この際の細胞内動態について免疫染色法により解析した。ストレス負荷をかけていない状態では、核内に抗NDI抗体による免疫染色活性が観察された。無血清あるいは低酸素ストレス不可により、核内及び細胞質における染色が消失することを見いだし、ストレス刺激により核内からの最終的には細胞外に移行することが考えられた。核内から細胞外へと移行することが知られているFGF遊離は、S100A13との結合を必要とする非古典的分泌経路を介するが、NDI遊離に同様の機構が関わっているかについて次に検討を行った。S100

A13に結合し非古典的分泌を抑制するamlexanox処置を行ったところ、NDIの免疫染色活性は、細胞質に蓄積し細胞外への遊離が抑制されることが観察された。このことはストレス刺激により核内から細胞質への移行と、細胞質からの細胞外への遊離に分離できる2段階の機序が存在することを示しており、さらに細胞外移行にS100A13が関わることを示唆している。そこでNDIとS100A13の結合を両者のリコンビナント蛋白質を作成し、蛋白質相互作用検出器(affinix)を用い解析したところNDIとS100A13の直接的な結合が観察された。一方でS100A13のC末側を10アミノ酸削った変異蛋白質を過剰発現させた細胞ではGFP-NDIが細胞質に蓄積され、細胞外への遊離が阻害されたことからS100A13のC末がNDIの細胞外遊離にとり重要な役割を担っていることが考えられた。これまでに新規神経保護蛋白質NDIはストレス時に細胞外に遊離され、神経保護に働く事を見出している。NDIの遊離は、神経細胞におけるストレス回避機構として考えられる事から、この分泌機構の解明とその役割について、分泌に関連する相互作用蛋白質の解析を中心に明らかにした。また、この遊離は分泌小胞を介さない非古典的遊離であり、同様の遊離機構を介する分子に、プリオンと相互作用する事が知られているSTIが知られている。そこで非古典的遊離に関連する分子を明らかにする事でSTI及びプリオンの生理的意義が明らかになる事が考えられる。これまでに初代培養神経細胞を無血清、低酸素のストレスに暴露する事で培養上清に分泌されるNDI蛋白質が増大することが観察されていたが、このメカニズムについてより詳細な解析を行うためにNDIに栄光蛋白質(EGFP)を融合させたNDI-EGFP融合蛋白質を作成し、これを恒常的に発現する株化細胞の作成に成功した。この株化細胞は初代培養神経細胞と同様に無血清、低酸素ストレスによって、通常、核に存在するNDI蛋白質を細胞外へ遊離する事が明らかになった。昨年度までに、この遊離機構には核から細胞質へ、細胞質から細胞外への2段階の機序が存在する事を想定しており、今回のNDI-EGFP発現細胞株を用いた検討において、核から細胞質への移行には、細胞内ATPレベルの減少が引き金になっている事を2-デオキシグルコースの処置によって明らかにした。このメカニズムはNDI-EGFPを常にATP依存的にインポーチンIが核内に輸送しているがATPの減少よってこの輸送能が低下し、細胞質に貯留する事が実験的に明らかになった。一方、これまでに細胞質から細胞外への移行にはS100A13を介する非古典的遊離機構である事を明らかにしていたが、さらに細胞質においてシナプトタグミンIがNDI、S100A13とが複合体を形成し、細胞膜近傍へ運ばれシンタキシンIと結合し、膜の裏打ちに保持される、それと同時に細胞内膜に存在するアネキシンIIとの結合によって、最終的には細胞膜のFlip-flopによって細胞外に輸送される機構を明らかにするに至った。
アレルゲン特異的CD4陽性T細胞クロ-ンの選択的サイトカイン産生

本研究ではアトピ-性疾患の成立機序を明らかにするため、IgE抗体産生および好酸球増多に関与すると考えられるILー4とILー5の産生増加のもようをアトピ-患者末梢血リンパ球を用い検討した。まずアトピ-性疾患の代表である気管支喘息患者リンパ球のILー5産生能を検討した。ステロイド療法をうけていない喘息患者末梢血リンパ球をPHAで5日間培養し、培養上清中のILー5をELISAにて測定した。その結果,喘息患者リンパ球では健常者のそれに比しILー5産生が亢進していることを明らかにした。しかしILー2産生は両者で有意の差を認められなかった。またこの喘息患者リンパ球のILー5産生亢進はアトピ-型喘息および非アトピ-型喘息の両方で認められた。次にアトピ-性疾患患者末梢血よりダニ特異的T細胞クロ-ンを確立し、各クロ-ンのサイトカイン産生能を比較した。これらT細胞クロ-ンは全てCD_3,CD_4陽性で,CD_8,CD_<45>陰性であった。これらT細胞クロ-ンはILー5を産生するものとしないものの2群に分けられた。しかしマウスヘルパ-T細胞クロ-ンのTh_2細胞がILー5を産生しILー2およびIFNーγを産生しないというサイトカイン産生プロフィ-ルは認められなかった。すなわち、それらダニ特異的T細胞クロ-ンではILー5産生の有無とIFNーγ産生の有無との間にはっきりとした関連は認められなかった。今後これらクロ-ンのサイトカイン産生能の相違を種々の細胞表面アクセサリ-分子などの相違を含め検討する必要がある。
分子生物学的手法を用いた転移性肝癌に対する抗癌剤感受性試験

分子生物学的手法を用いて大腸癌肝転移巣に対する化学療法の効果を予知しうるかを検討した。【対象及び方法】1992年から1996年まで教室で大腸癌肝転移に対して抗癌剤(5-FU)の肝動注を行った症例75例に対し、原発巣のホルマリン封埋標本を用い、変異型p53の発現とその関連遺伝子であるp21/waf1の発現を免疫染色(ABD法)を用い検索した。【結果】1.原発巣、肝転移巣の染色率はp53がそれぞれ48%、46.7%で、p21/waf1は38.7%と30.7%であった。また原発巣と転移巣で発現が一致する率はp53が90.7%で、p21も81.3%となっており、ともに原発巣と転移巣で発現が一致する傾向を認めた。2.p53とp21の発現との間には原発巣と転移巣でともに明らかな相関を認めた。3.原発巣の染色別の残肝無再発率の検討では、肝動注施行例において累積5年無再発率はp53陰性例で81.7%、p53陽性例で67%となっており、陰性例で良好である傾向があった。p21/waf1においては、陰性例で40,1%、陽性例82.6%となっており、陽性例で良好である傾向があったが、いずれも有意差はなかった。4.p53とp21/waf1の染色と残肝無再発率の関係を検討した。肝動注非施行群では、p53が陰性でp21が陽性であった症例とp53が陽性でp21が陰性であった症例に残肝再発率に有意差を認めなかったが、肝動注施行群では、p53陰性およびp21陽性症例が有意に残肝再発が低い傾向があり、肝動注の効果を反映していると考えた。1992年から1996年まで教室で大腸癌肝転移に対して抗癌剤(5-FU)の肝動注を行った症例75例に対し,原発巣のホルマリン封埋標本を用い,変異型p53の発現とその間連遺伝子であるp21/waf1の発現を免疫染色(ABC法)を用い検索し,以下の事柄を明らかにした.1.原発巣,肝転移巣の染色率はp53がそれぞれ48%,46.7%で,p21/waf1は38.7%と30.7%であった.また原発巣と転移巣で発現が一致する率はp53が90.7%で,p21も81.3%となっており,ともに原発巣と転移巣で発現が一致する傾向を認めた.2. p53とp21の発現との間には原発巣と転移巣でともに明らかな相関を認めた.3.原発巣の染色別の残肝無再発率を検討では,肝動注施行例において累積5年無再発率はp53陰性例で81.7%,p53陽性例で67%となっており,陰性例で良好である傾向があった.p

21/waf1においては,陰性例で40.1%,陽性例で82.6%となっており,陽性例で良好である傾向があったが,いずれも有意差はなかった.4. p53とp21/waf1の染色と残肝無再発率の関係を検討した.肝動注非施行群では,P53が陰性でp21が陽性であった症例とP53が陽性でp21が陰性であった症例に残肝再発率に有意差をは認めなかったが,肝動注施行群では,P53陰性およびp21陽性症例が有意に残肝再発が低い傾向があり,肝動注の効果を反映していると考えられた.以上の成果を第52回および第53回日本消化器外科学会にて発表した.現在論文作成中である.1992年から1996年まで教室で大腸癌肝転移に対して抗癌剤(5-FU)の肝動注を行った症例75例に対し,原発巣のホルマリン封埋標本を用い,変異型p53の発現とその間連遺伝子あるp21/waf1の発現を免疫染色(ABC法)用い検索し,以下の事柄を明らかにした.1.原発巣,肝転移巣の染色率はp53がそれぞれ48%,46.7%で,p21/waf1は38.7%と30.7%であった.また原発巣と転移巣で発現が一致する率はp53が90.7%で,p21も81.3%となっており,ともに原発巣と転移巣で発現が一致する傾向を認めた.2. p53とp21の発現との間には原発巣と転移巣でともに明らかな相関を認めた.3.原発巣の染色別の残肝無再発率を検討では,肝動注施行例において累積5年無再発率はp53陰性例で81.7%,p53陽性例で67%となっており,陰性例で良好である傾向があった.p21/waf1においては,陰性例で40.1%,陽性例で82.6%となっており,陽性例で良好である傾向があったが,いずれも有意差はなかった.4. p53とp21/waf1の染色と残肝無再発率の関係を検討した.肝動注非施行群では,p53が陰性でp21が陽性であった症例とp53が陽性でp21が陰性であった症例に残肝再発率に有意差をは認めなかったが,肝動注施行群では,p53陰性およびp21陽性症例が有意に残肝再発が低い傾向があり,肝動注の効果を反映していると考えられた.以上の成果を第52回および第53回日本消化器外科学会で発表した.またその一部を"癌と化学療法1999 Vol.26"に"大腸癌肝転移に対する肝切後予防的肝動注の効果"として発表した.現在英文誌に投稿中である.
国立ハンセン病療養所と地域の関係にみる生活支援の社会的基盤形成に関する研究

本研究はハンセン病回復者の生活支援の社会的基盤形成について、国立療養所、基礎自治体、地域との関わりに着目し、全国13園の入所者自治会へのアンケート調査およびヒアリング調査から現状と課題を考察した。基盤形成としての「療養所の地域開放」には具体的展開もみられるが、他方で将来構想に関する国の消極的な取り組み姿勢、入所者の高齢化による自治会運営の困難、社会の側のハンセン病問題基本法に対する理解の不十分さ、地域から療養所までの交通アクセスの不便さなどの地理的環境、地域開放に対する療養所入所者の感情への配慮などの課題がある。今年度は、平成23年度に全国13園の将来構想計画の現状把握を目的とした郵送調査を実施するにあたり、そのパイロットスタディとして国立療養所栗生楽泉園を対象に事例調査を実施する予定であった。しかし、同園の計画の進捗状況を踏まえ、同園以外の園を訪問し立地条件や地域と園との関係を把握するとともに入所者自治会関係者との関係形成を進めること、国立療養所の将来構想の議論に関わる資料収集を進めることに実施計画を変更した。具体的には国立療養所栗生楽泉園(群馬県)、国立療養所多磨全生園(東京都)、国立療養所長島愛生園(岡山県)、国立療養所邑久光明園(岡山県)、国立療養所松丘保養園(青森県)、国立療養所大島青松園(香川県)を訪問した。現在各園では、将来構想計画の策定および実施にあたり、入所者自治会、園、支援組織(全医労、市民団体等)、所在自治体とで協議がなされているが、入所者の高齢化にともない自治会運営が困難になっていることや国の取り組み姿勢が課題となっている。各園の構想としては、療養所を人権学習のための場としていくこと、園内保育所を設置して地域住民が利用できる施設としていくこと、入所者の安全で安心した療養生活を保障していくことなどが挙げられている。療養所の将来構想を考えていくうえでは園の立地条件(周辺地域からのアクセスの問題)、支援組織の存在、所在自治体の財政状況等、様々な面からの考察の必要性を把握することができた。また平成22年11月25日27日にソウル特別市および小鹿島(韓国)で開催された「ハンセン病フォーラム」に参加した。韓国のハンセン病回復者を取り巻く現状、特に定着農園の状況、国立小鹿島病院におけるハンセン病回復者に対する生活支援と治療のあり様について日本のハンセン病回復者の生活および国の支援状況との比較把握を目的とした情報・資料収集を実施した。本研究は社会福祉と社会的排除に関わる研究として、国策によって社会から隔離・排除されてきたハンセン病回復者の生活を支援する社会の基盤づくりについて、国立療養所と自治体と地域との関わりのあり方という視点から考察することを目的とした。今年度は国立療養所13園の入所者自治会を対象に各園の将来構想と地域との関わりのあり方について郵送アンケート調査を実施した(2011年12月22日2012年1月20日)。調査の結果、13園中9園に将来構想を検討するための組織や委員会が設置され、その内6園では策定された計画の実行に向けた動きが進んでいる。アンケート調査実施後、5つの療養所入所者自治会(国立駿河療養所、国立療養所松丘保養園、国立療養所沖縄愛楽園、国立療養所長島愛生園、国立療養所邑久光明園)と市民の会(名護市民の会)へのヒアリング調査を実施した。調査からは将来構想に関わる現状が把握できた。ハンセン病問題基本法に「ハンセン病の患者であった者等が、地域社会から孤立することなく、良好かつ平穏な生活を営むことができるようにするための基盤整備は喫緊の課題」とある。高齢化が進み運営上に大きな困難を抱える入所者自治会が中心となって、所在自治体、地域住民、支援団体等と療養所の地域開放に向けた話し合いを進めている。しかしハンセン病回復者が地域とつながりを持ちながら生活できる社会の基盤づくりには、国の消極的な取り組み姿勢、社会の側のハンセン病問題基本法に対する理解の不十分さ、地域からの交通アクセスの不便さ、地域開放に対する療養所入所者の感情への配慮、近隣住民のハンセン病回復者に対するいまだ消えない心の壁、など解消すべき課題が多く存在する。そのような中で、地域住民向けの保育所開設、外来診療の実施、社会交流を目的とした施設の開設など、現在具体化されつつある計画についてその実現に向けた過程を分析していく必要性を見出した.
アルキンへの分子間求核付加反応を利用した新規不飽和カルベン錯体の発生法の開発

α、β&#8211;不飽和カルベン錯体中間体は、カルベン錯体として反応に利用できるだけでなく、三炭素ユニットとしても利用することが可能な合成化学的に有用な化学種である。各種の不飽和カルベン錯体中間体の触媒的な発生手法が報告されているが、最も単純な不飽和カルベン錯体中間体であるビニルカルベン錯体中間体の触媒的な発生手法は、ジアゾ化合物を用いた例が数例報告されているにとどまっており、その合成化学的な利用例も少ない。そこで筆者はビニルカルベン錯体中間体の簡便な発生法ならびにこれを利用した炭素骨格構築法の開発を行うこととした。様々な金属触媒および基質を検討したところ、2-メチル-2-ベンジルオキシ-3-ブチンと等モル量のシロキシジエンに対し、MS4A存在下、2.5mol%のReI(CO)5を1,4&#8211;ジオキサン中、100°Cにて4時間作用させることで、目的のシクロヘプタジエン誘導体が収率良く得られることを見いだした。本反応には様々なプロパルギルエーテル誘導体やシロキシジエン誘導体が利用でき、対応するシクロヘプタジエン誘導体を収率よく与えた。想定反応機構は次の通りである。すなわち、末端アルキンからビニリデン錯体中間体の形成、続く1,5&#8211;水素移動が進行し、続いてここからカルボニル化合物が脱離することで不飽和カルベン錯体中間体が発生する。これがシロキシジエンとシクロプロパン化反応を起こした後、ジビニルシクロプロパンのCope転位が進行し、シクロヘプタジエン誘導体が得られたと考えている。本手法は、これまで報告例のなかった新規不飽和カルベン錯体中間体の簡便な発生法であるだけでなく、生理活性天然物にも見られるシクロヘプタン骨格を分子間反応により容易に構築できる有用な手法である。27年度が最終年度であるため、記入しない。筆者はこれまでに白金(II)触媒によるアルキンの求電子的活性化を契機としてo-アルキニルアニリン誘導体から発生させた含窒素不飽和カルベン錯体中間体とシロキシジエンとの[4+3]型付加環化反応により、収率および基質一般性良くシクロヘプタ[b]インドール誘導体が得られることを報告している。本年度はまず、この研究の展開として、含窒素不飽和カルベン錯体中間体とシロキシジエンとの[4+3]型付加環化反応を利用するAmbiguine Qの全合成を目的に研究を行った。Ambiguine Qの骨格構築の足がかりとなる置換基を有する様々なシロキシジエンを用いて[4+3]型付加環化反応の検討を行ったところ、Ambiguine Qの部分構造を有するシクロヘプタ[b]インドール誘導体が収率よく得られることがわかった。今後望みの相対立体化学、各種官能基を有するシロキシジエンを合成し、[4+3]付加環化反応を検討することでAmbiguine Qの全合成を達成する計画である。アルキンの求電子的活性化を契機とした不飽和カルベン錯体中間体の発生法の開発は広く研究されているが、そのほとんどが求電子的に活性化されたアルキンへの分子内求核付加反応を利用したものである。そこで筆者は次に、求電子的に活性化されたアルキンへの分子間求核付加反応を利用した新規不飽和カルベン錯体中間体の発生法およびそれを利用した骨格構築法の開発に取り組むこととした。まずプロパルギルアルコール誘導体とボロン酸とのボロン酸エステル形成を利用した擬似分子間反応による不飽和カルベン錯体中間体の発生法に関する検討を行ったところ、1-メトキシ-2-ブチン-4-オール誘導体にボロン酸存在下、白金(II)触媒を作用させることでβ-ジケトン誘導体が得られることを見いだした。これは不飽和カルベン錯体中間体が生成した後、カルベン部位への1,2-水素移動を経て生成すると考えられる。今後、発生させた不飽和カルベン錯体中間体を利用した更なる結合形成反応へと展開すべく様々な検討を行っていく計画である。α、β-不飽和カルベン錯体中間体は、カルベン錯体として反応に利用できるだけでなく、三炭素ユニットとしても利用することが可能な合成化学的に有用な化学種である。様々な金属触媒および基質を検討したところ、1-((2-Methylbut-3-yn-2-yloxy)methyl)benzeneと等モル量のシロキシジエンに対し、MS4A存在下、2.5mol%のReI(CO)5を1,4-ジオキサン中、100°Cにて8時間作用させることで、目的のシクロヘプタジエン誘導体が痕跡量の異性体との混合物として収率74%で得られることを見いだした。すなわち、求電子的に活性化されたアルキン部位への1,4-水素移動、あるいはビニリデン錯体中間体の形成、続く1,5-水素移動が進行し、続いてここからカルボニル化合物が脱離することで不飽和カルベン錯体中間体が発生する。

これがシロキシジエンとシクロプロパン化反応を起こした後、ジビニルシクロプロパンのCope転位が進行し、シクロヘプタジエン誘導体が得られたと考えている。本手法は、これまで報告例のなかった新規不飽和カルベン錯体中間体の簡便な発生法であるだけでなく、生理活性天然物にも見られるシクロヘプタン骨格を分子間反応により容易に構築できる有用な手法である。今後、基質一般性の検討を行うとともに、生理活性天然物などの有用化合物の合成に利用していきたいと考えている。α、β&#8211;不飽和カルベン錯体中間体は、カルベン錯体として反応に利用できるだけでなく、三炭素ユニットとしても利用することが可能な合成化学的に有用な化学種である。各種の不飽和カルベン錯体中間体の触媒的な発生手法が報告されているが、最も単純な不飽和カルベン錯体中間体であるビニルカルベン錯体中間体の触媒的な発生手法は、ジアゾ化合物を用いた例が数例報告されているにとどまっており、その合成化学的な利用例も少ない。そこで筆者はビニルカルベン錯体中間体の簡便な発生法ならびにこれを利用した炭素骨格構築法の開発を行うこととした。様々な金属触媒および基質を検討したところ、2-メチル-2-ベンジルオキシ-3-ブチンと等モル量のシロキシジエンに対し、MS4A存在下、2.5mol%のReI(CO)5を1,4&#8211;ジオキサン中、100°Cにて4時間作用させることで、目的のシクロヘプタジエン誘導体が収率良く得られることを見いだした。本反応には様々なプロパルギルエーテル誘導体やシロキシジエン誘導体が利用でき、対応するシクロヘプタジエン誘導体を収率よく与えた。想定反応機構は次の通りである。すなわち、末端アルキンからビニリデン錯体中間体の形成、続く1,5&#8211;水素移動が進行し、続いてここからカルボニル化合物が脱離することで不飽和カルベン錯体中間体が発生する。本年度は触媒的な発生法ならびにその利用例の少ないビニルカルベン錯体中間体を、入手容易な基質を用いて簡便に発生させる新規手法ならびにこれを利用した有用な炭素骨格構築法の開発に取り組んできた。その結果、入手容易なプロパルギルエーテルを基質として用い、これに対して触媒量のRe(I)触媒を作用させることで目的のビニルカルベン錯体を発生させることに成功した。さらに、ビニルカルベン錯体中間体の捕捉剤としてシロキシジエンを基質に対して等モル量用いるだけでシクロヘプタジエン誘導体が得られることも見いだしている。本手法は、少量のRe(I)触媒を入手容易なプロパルギルエーテルおよび基質に対して等モル量のシロキシジエンに作用させるだけで収率よく進行する高効率的な反応であることに加え、生理活性天然物にも見られるシクロヘプタン骨格を分子間反応により簡便に構築できる合成化学的に非常に有用な反応である。以上の理由により、本計画はおおむね順調に進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後、ビニルカルベン錯体中間体を利用した様々な反応の開発を行っていく。
知的エージェント集団による,大規模最適化への学習型分散的手法の開発

本研究は,大規模最適化問題を解くための新しいアプローチとして,知的エージェント集団を用いた学習型分散的手法の開発を目的とする。特に,次の二点について研究を進めた。(1)知的エージェントとして学習オートマトンを考え,その学習機構と自己増殖・改良機構に学び,これらを組み合わせることによって,大規模最適化手法を新しく開発した。(2)大規模最適化の解法に欠かせない進化の概念と学習の概念を,遺伝的アルゴリズム,免疫ネットワーク,ニューラルネットワークなどの研究を通して探求した。(1)で述べた手法は,学習オートマトンの学習機構と,セルオートマトンの自己増殖・改良機構を組み合わせて,学習セルオートマトンと言う学習オートマトンの集団モデルを新しく構築し,その知的エージェント集団としての最適化機能を解明したものである。学習セルオートマトンを用いることにより,最適化過程の学習と,分散的探索が可能となった。組合せ最適化問題へ適用して,その有効性を示し,VLSIレイアウト設計問題への適用の可能性を示唆した。(2)については,生物の機構の中で重要な遺伝と免疫の概念の本質を追及し,合わせ分散的構造の一形態であるネットワーク構造に着目して,種々の新しい知見を得た。それらの成果を最適化手法の開発に結びつけ,VLSIレイアウト設計問題へ適用し,有効性を示した。本年度は,学習型分散的大規模最適化手法の基本的なアルゴリズムの開発を目指し,学習オートマトンを知的エージェントと考えて,その集団の持つ機能の解明を行った。具体的には以下の通りである。・学習オートマトンを知的エージェントと考えた場合の,集団システムの一つであるネットワーク構造について考察を行った。・学習オートマトンネットワークの学習アルゴリズムを構築した。・他のネットワーク学習法を研究し,その利点,欠点を考察した。・遺伝的要素を取り入れた最適化を考察した。・また,計算機シミュレーションなどを通して,以下の点が明らかとなった。・学習オートマトンを知的エージェントと見なせる。・学習オートマトンネットワークが,優れた学習機能を持つ。・ネットワークの結合構造を変えることにより,分散的エージェント集団となる可能性がある。・遺伝的要素が,エージェントの進化に有益である。・最適化において,遺伝的進化が有効である。本年度は,前年度開発した知的エージェント集団を用いた学習型分散的最適化手法の基本的なアルゴリズムを組合せ最適化問題に適用した。・前年度に開発した学習セルオートマトンによる大規模最適化手法の改良を行った。・前年度の試験的な例への適用と,本年度の具体的な例への適用の違いを考察し,アルゴリズムのより一層の性能の向上を計った。・組合せ最適化問題へ適用し,本手法の長所,欠点を解明した。・計算機シミュレーションにより,従来法との比較検討を行った。・より高度な最適化手法の開発への指針を得た。また,計算機シミュレーションなどを通して,以下の点が明らかとなった。・学習セルオートマトンが,知的エージェント集団として優れた学習機能を持つ。・学習セルオートマトンが,最適化機能を持つとともに,分散的処理に適している。・対象問題の種類により,収束性などが異なるため,問題の特徴を考慮した手法の開発が必要である。・制約条件を直接的に取り入れることが可能な手法が望まれる。
青年期うつ病に対する治療ガイドラインの確立に向けた研究

抑うつ障害との異同が議論される病態である複雑性心的外傷後ストレス障害及び神経性やせ症について文献的な検討を行い、「小児の精神と神経」「精神科治療学」で発表し、小児期の虐待の精神医学的影響について「精神科診療マニュアル」に寄稿した。文献的検討によって、平成26年度以降の研究計画の修正を行った。青年期のさまざまな非精神病性精神障害を対象とした対人関係療法の臨床試験が当院生命倫理委員会に申請され、本研究で解析されるのは下記の包含基準を満たすサブグループである。被験者は通常治療と平行して、1:3の比率で通常治療のみと12セッションのIPT-Aに無作為に割り付けられ、前者は遅延介入として同様の介入を受ける。被験者は1年間にわたって症状や社会的機能の変化を追跡される。研究のプライマリアウトカムであるSocial and Occupational Functioning Assessment Scale (SOFAS)を測定するための尺度として、Personal and Social Performance Scale (PSP)の青年期における信頼性と妥当性を本研究で検討するための準備を進めた。包含基準の修正に合わせて、評価尺度を変更するなど、いくつかの変更を行った。研究計画に従って、症例をリクルートして治療を行った。治療プログラム全体のうち、対人関係療法に相当する部分の翻訳を微修正して、治療マニュアルとして確定した。治療マニュアルは、2016年4月22日に「思春期うつ病の対人関係療法」というタイトルで創元社から発刊された。うつ病の併存症としてアセスメントしている慢性疲労症候群について、第56回日本児童青年精神医学会総会で口頭発表した。慢性疲労症候群に関する発表は日本児童青年精神医学会の学会誌である「児童青年精神医学とその近接領域」誌に投稿準備を進めている。うつ病の併存症としてアセスメントしている摂食障害について、第19回日本摂食障害学会総会で口頭発表し、神経性やせ症過食排出型を伴う青年において、体重回復を中心とした摂食障害そのものの寛解なしには、抑うつ症状が改善しにくい可能性について議論した。うつ病の一型として本研究においてアセスメントしている重篤気分調節症Disruptive Mood Dysregulation Disorder (DMDD)について、臨床精神医学誌に論文を投稿し、DMDDを操作的に診断される症例において他の抑うつ障害をアセスメントすること、対人的な領域で高度な不和を生じている症例において対人関係療法のように対人的な不和を直接的に扱う治療プログラムを適用することの重要性について論じた。科研22530736で検討された、青年期の非自殺性自傷に対する対人関係療法の有効性について、データを再分析して、第41回日本認知・行動療法学会で口頭発表した。研究代表者に続く二人目、三人目の治療者の訓練のため、マニュアルの通読と議論を繰り返し、研究用マニュアル改訂の準備を進めた。具体的には、社交不安の高度な症例に対する心理教育、コミュニケーション分析、ロールプレイにおいて、自己注目や安全行動を扱う方法について検討した。症例のリクルートは順調であった。また、対人関係療法の実践に加えて、対人関係療法及び青年期うつ病に対する文献的検討を進めることによって、両者に対する理解が進展し、新たな治療者の訓練が進んだ。対人関係療法無作為化試験の研究計画に従って、症例をリクルートして治療を行った。治療開始から一年後の経過を評価する際、抑うつ症状が再燃した症例に片頭痛が診断され、研究登録時のアセスメントとして、機能性身体症候群や身体疾患をどのように扱うべきか、検討した。片頭痛を含めた身体疾患の診断手続きについて、International Headache SocietyによるInternational Classification of Headache Disorders 3rd editon (beta version)(ICHD-3β)、その邦訳である日本頭痛学会の「国際頭痛分類第3版β」医学書院)、標準的な診断学の書籍である「マクギーの身体診断学原著第3版(診断と治療社)」、日本神経治療学会のむずむず足症候群ガイドライン、日本鉄バイオサイエンス学会の貧血ガイドライン、日本頭痛学会の慢性頭痛ガイドライン、日本不整脈心電図学会の失神ガイドライン、複数の英語文献などを取集し、分析した。うつ病の典型的な併存症である不安症の薬物療法について、片頭痛の扱いを含めて文献的な検討を行い、臨床精神薬理誌に論文を投稿した。出版された研究に限ると、抗うつ薬の短期的な有効性は高いものの、不安症は診断されることが少なく、患児が標準的治療へのアクセスを得られにくいことが問題と考えられた。うつ病や不安症などの精神障害の診断に用いられる構造化面接である、Schedule for Affective Disorders and Schizophrenia for School-Age Children - Present and LifetimeVersion (K-SADS-PL)のDSM-5版が2016年11月に発表されたため、翻訳権を原著者から取得して邦訳を開始した。症例のリクルートは不十分であった。外来初診後のアセスメントにおいて、片頭痛、鉄欠乏性貧血、むずむず足症候群、慢性甲状腺炎などのスクリーニングを丁寧に行った結果、多くの身体疾患が発見されるようになり、除外基準を満たす症例が大幅に増加したためである。抑うつ障害との異同が議論される病態である複雑性心的外傷後ストレス障害及び注意欠如・多動症について文献的な検討を行い、そだちの科学誌、臨床精神薬理誌で発表した。また、対人関係療法の手続きを簡便に要約し、精神科治療学誌で発表した。

研究代表者である鈴木は、平成29年8月に名古屋大学医学部附属病院を退職し、平成29年9月から福井大学子どものこころの発達研究センターに赴任し、福井大学医学部附属病院子どものこころ診療部での臨床を開始した。退職と赴任の準備、新たな医療機関における診療体制の構築のため、当初計画の遅延を生じた。なお、名古屋大学大学院医学系研究科・医学部医学科倫理委員会にて承認された研究計画は平成30年3月に研究終了しており、多施設化した研究計画の審査について、福井大学医学系研究倫理審査委員会に提出準備中である。抑うつ障害との異同が議論される病態である複雑性心的外傷後ストレス障害及び神経性やせ症について文献的な検討を行い、「小児の精神と神経」「精神科治療学」で発表し、小児期の虐待の精神医学的影響について「精神科診療マニュアル」に寄稿した。Hamilton Depression Rating Scale - Melancholia Subscaleによって、抑うつ障害の中核症状を評価することによって、通常治療と対人関係療法の微妙な差異を検出しやすくなり、研究に必要なサンプルサイズの減少が期待される。臨床心理技術者を雇用し、評価尺度に関する訓練を行った。症例のリクルートの数を増やし、また、新たな評価者及び治療者の参加を進める。新たな治療者の参加に際して、治療者間の治療技法のぶれを統制することを目的として、これまでの治療経験を踏まえて、治療マニュアルを修正・確定する。本研究と別に行われていた社交不安症に関する文献的検討を踏まえて、青年期うつ病の併存症として重要である社交不安症について、青年及び成人を含んだ症例データの解析を行う。名古屋大学医学部附属病院を受診した青年について、青年期うつ病を含めて、症例データの解析を行う。単施設での研究では、研究期間内に十分な症例数を確保することは困難と考えられる。対人関係療法の無作為化試験の結果は、本研究が目指す青年期うつ病ガイドライン原案作成するための一要素として重要ではあるが、研究期間の短さを考慮し、青年期うつ病ガイドライン原案を作成するための準備として、以下の二点を優先的に進める。まず、青年期うつ病を含めた情緒障害の症状を呈している青年に対して、精神障害を過剰診断せず、機能性身体症候群や身体疾患を短時間で適切にスクリーニングするための手順を、文献的に検討してマニュアル化する。次に、K-SADS-PLのDSM-5版について邦訳を完成させる。機能性身体症候群や身体疾患のスクリーニング手順のマニュアル化、K-SADS-PLのDSM-5版の邦訳を終えた後、対人関係療法の無作為化試験の多施設化の準備を進めて、解析に必要な適切な症例数を確保できる体制を整える。単施設での介入研究では、十分な症例数を短期間に確保することは困難と考えられる。本研究で得られたデータをパイロットスタディと位置づけ、介入研究の研究計画を再構築して、多施設化を進める。主任研究者以外の治療者として、2名の臨床心理士の参加を得ている。
近世前期日本漢学教育に関する実証的研究 -中国語 との関係性を指標として-

本研究は、近世前期日本の漢学教育機関の漢学教育を考察の対象として、その根底をなす中国文化摂取の実態に焦点を当て、中国語との関係性という視角から、近世前期日本の漢学教育を解明したものである。江戸前期、幕府諸藩の為政者が新たな統治原理を模索する段階において儒教に対して示した関心と、幕藩体制の中に儒教を組み込もうとする林家塾の歴代当主の思惑・努力とが相俟って、林家塾が幕府文教を掌る地位を獲得していく過程において、折々の必要に応じて中国語・中国文化の摂取が行われた実態を闡明した。本研究は、第一に、近世前期日本の教育を、広く政治的・社会的・文化的な脈絡の中に織り込まれた出来事として明らかにすること、第二に、文化史研究の知見を取り入れ、従来の日本教育史研究のカテゴリーを超えて、その時代に行われた漢学に関する研究・教育を日本社会の共時的な事象として考察をすること、第三に、中国語との関係性を指標として近世前期の漢学研究・教育の根底にある外国文化摂取の側面を解明することを企図して進められた。本年度は、近世前期の漢学教育機関のうち、江戸幕府の教育態勢を方向づける上で重要な役割を果たした林家塾-後の昌平坂学問所-を取り上げ、幕府の教育態勢と林家塾との関わり、林家塾が幕府の管轄下に入る経緯を辿ることを研究の中心に据えた。江戸前期、戦国の後に幕府を開いた徳川家康より、二代秀忠を経て、三代家光までが強力に推し進めた武断政治は、比較的に安定期に入った四代家綱の治世において文治政治へと転換された。幕府・諸藩の為政者は新たな社会を構成する原理として儒教に大きな期待をかけた。従来、幕藩体制という武家による政治体制下において、武家ではない儒者林家の人々はあくまで御伽衆であり、政治的に重要な地位が与えられなかったと考えられてきた。しかしながら、林家塾の当主たちは、客観的に明瞭な形では重要な地位に就いていなかったものの、老中をはじめとする幕府重臣という政権の中枢にいた権力者たちと日常的に往来して、文教政策に関して自らの意見を開陳し、幕府の教育方策を制定するに当たって多大な影響力を持っていたことが明らかになった。なお、東北地方太平洋沖地震の発生により中国行き航空便が欠航し、成都・長沙での中国近世学術機関に関する史料の調査実施が困難になったため、当初の計画を変更して補助金を繰越し、翌年度に調査を実施することとした。本研究は、近世前期日本の漢学教育を政治・社会・文化との関わりの中で捉え、中国語との関係性を指標として、その根底にある外国文化摂取の側面を解明することにより、当時の漢学教育機関の漢学教育の本質を実証的に探究するものである。本研究では、林家塾・水戸藩・加賀藩をはじめ各地の漢学教育機関を考察の対象として、それらの漢学教育の中での中国語の位置を手掛かりとしながら、それらの機関の漢学教育における中国文化摂取の姿勢を明らかにし、多元的に近世前期日本漢学教育の実態・理念・目標の究明を進めてきた。本年度(平成23年度)は、とりわけ林家塾が大いに発展した寛文年間(1661年-1673年)を取り上げ、第二代当主林鷲峰をはじめとする林家の人々が、朱舜水および彼が話す生きた漢語に対してとった姿勢について追究した。また、林家の人々がとった対応と対照するため、林家周辺の漢学者や好学の大名が、朱舜水および生きた漢語に対して示した反応について探究した。具体的には、下川三省との関わりで、小城藩主鍋島直能の中国の言語・文化に対する姿勢について、五十川剛伯との関わりで、加賀藩主前田綱紀、加賀藩家老奥村庸礼、藩儒木下順庵の生きた漢語に対する姿勢について考察した。これらの事例との比較により、生きた漢語の摂取、朱舜水との接触に関して林家が取った姿勢が決して積極的なものでなく、むしろ保守的なものであったことが明らかになった。江戸幕府の儒者林羅山(1583ー1657)が幕府の手厚い援助を受けて創設し、儒学研究をその存在の根幹としていた上野忍岡の林家塾(後に神田湯島に移転し湯島聖堂の学問所となり、更に後、昌平坂学問所となる)は、第二代当主林鵞峰(1618ー1680)の時期、彼の努力により発展し、林家および林家塾の地位は高められた。それを示す重要な出来事が、寛文三年(1663)幕府より鵞峰に、唐代貞観期の「弘文館学士」に近似する称号「弘文院学士」が与えられ、それに因んで林家塾が「弘文院」と呼ばれるようになったことである。

将軍家綱から鵞峰に「弘文院学士」の称号が授与された理由は、父羅山が訓点をつけた『五経大全』の講義を二十三年間(寛永十八年(1641)ー寛文三年(1663))たゆまず続け無事完了したからであった。鵞峰は自分に与えられた「弘文院学士」を、唐太宗の政治顧問として文教政策の決定に影響を及ぼした唐代貞観期の「弘文館学士」に重ね合せて認識していた。中国の学問に通暁し、中国の歴史を熟知していた林家は、漢代以来、中国の歴代王朝を支えてきた儒教の理論体系が、徳川政権を支える理論体系として組み込まれることを強く希求すると同時に、林家自身が、唐代貞観期の「弘文館」のように、全国の文教を司る頂点の地位に立つという明確な達成目標をもっていた。中国に倣った儒学者の称号「弘文院学士」が鵞峰に与えられたことは、政権中枢にいる幕閣たちに対する林家の積極的な働きかけと、中国の学問に通じた林家に対する幕閣たちの手厚い庇護という相互作用によるものであり、江戸前期の幕府文教における中国文化の摂取を示す一つの事象である。明確に設定された研究の目的に従い、適正に立案された研究実施計画に沿って、現地調査・史料研究・論文執筆・研究発表が滞ることなく達成されている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度(平成23年度)までに本研究課題の探究を通して得られた研究成果を基盤として、更に研究を発展させる。具体的には、引き続き近世前期の主要な漢学教育機関の関係史料の調査・発掘に努め、中国語との関係性を指標として近世前期漢学教育の考察を推し進める。併せて、様々なメディアを通して研究成果を逐次、国民・社会に伝達する。最終年度(平成24年度)に当たり、研究成果を最終的に取りまとめ、最終成果を学術論文・学会発表・シンポジウムのかたちで広く国内外に発信する。
地中構造物の分岐破壊問題に関する計算力学的研究

1.室内模型実験を実施し、地下アーチのデータを得ている。本実験においてまず、地中構造物としてアーチをセットし、上部からホッパーを用いて標準砂を空中落下させて、均一な地盤を作成している。続いて地盤上部からエアバッグを利用して圧力を作用させ地中のアーチに崩壊を生じさせて限界荷重、破壊のパターンなどを調べている。この室内実験結果と有限要素解析との比較・照合によって、構成式、有限変形解析定式化などの数理モデルの妥当性を検証したところ、平均的には実験と一致する結果が得られたが、解析ではアーチ端部の境界条件が崩壊荷重に極めて敏感であることが示された。2.現在、支持力・アンカーなどの各種の土質構造物に対するスケール効果の評価が、主に遠心力載荷実験により行われている。スケール効果の原因としては、高い応力レベルでの粒子破砕による内部摩擦角の低下(応力レベル依存性)と、せん断帯発生による地盤内の破壊の進行性の違い(進行性破壊)の2点が挙げられる。本研究においては、せん断帯の幅が砂の平均粒径に比例し、フーチングの支持力問題トラップドア問題、アンカーの引き抜き抵抗力問題などのスケール効果に粒子径効果の影響があることを実験及び有限要素解析によって示した。3.地震時の挙動を予測し、耐震設計に結びつけていくためには破壊までを考慮した動的応答解析を行う必要がある。標準砂から成るフィルダムモデルの振動実験をせん断帯、異方硬化を取り入れた構成関係を適用して解析、実験とかなりの程度一致する結果を得た。地盤の弾塑性有限要素解析において,メッシュ分割は個人の経験に依存する工学的判断によって行われてきている。しかし,精度に良い結果を得るためには最適なメッシュ分割をすることが重要である。これまで線形弾性問題については,計算結果に基づいて誤差を評価し,メッシュ分割を更新していく適用的有限要素解析が研究されてきている。地盤の解析においては,破壊時にせん断帯の発生を伴うため,これをどのように取扱っているくかが重要な課題となっており、多くの研究者の注目を集めている。従来は有限要素メッシュを固定した解析モデルで,せん断帯の効果を取入れる手法が検討されてきたが,誤差を少なくしていくためには適応的メッシュ分割法と結合することによって,極めて効果的な解析法になり得るものと考えられる。ところでこの問題は非線形であり,履歴が影響するため線形問題で研究されてきた適応的メッシュ分割の手法がそのまま適用できない。本研究においては履歴の影響を考慮するため,アイソパラメトリック要素を用いて,逆変換の手法を適用しメッシュの移動に伴うガウス点での応力,塑性パラメ-タなどの変数の内挿を行うことによって一つの解決法を見出した。フ-チング基礎の支持力問題,極壁問題の室内模型実験と比較し,有望な結果を得ることができた。なお,地盤の破壊はひずみ軟化と関係しており,この場合連続体の仮定ではメッシュは無限小幅の領域に集中して行くことが数値実験的にも有限幅のせん断となるためには非局所場の特性を与える必要があることが示された。今年度は室内模型実験により、地下におけるアーチ型構造物の限界荷重と,崩壊メカニズムを検討し,さらに材料及び幾何学的非線形性を考慮した有限要素解析の結果を比較した。実験では,まず,アーチ幅8cm,アーチ上部の砂層厚3cmと一定にした条件で,アーチの中心角を90゚-180゚まで10゚ずつ変化させることにより,さまざまなアーチ形状を作り,崩壊荷重との関係を調べた。次にアーチの中心角を120゚,アーチ幅を8cmに一定にした条件で砂層のかぶり厚を1-6cmまで変化させ,かぶり厚と崩壊荷重の関係を調べた。砂には標準砂を用い,その密度は1.61g/cm(密詰め)となるようにしている。エアバッグを用いて砂層上部から空気圧を徐々に上げながら均一な分布荷重として加え続け(地盤を上から押す),アーチの崩壊を生じさせた。その際に,荷重を増加させてもアーチ形状にしばらく変化は見られないが,ある荷重に達すると瞬間的に崩壊を起こした。

崩壊後のアーチ形状のパターンを見ると山が4つと3つの場合など設定条件によって特徴が現れた。崩壊荷重は中心角が120゚-130゚のアーチ形状の場合が最大値を示し,また,かぶり厚が増すほど比例的に荷重値も大きくなった。材料及び幾何学的非線形性を考慮した有限要素解析では実験と平均的には一致する結果が得られたが,アーチの中心角が120゚-130゚で極大値を示すパターンは得られなかった。解析においてはアーチ端部の境界条件が結果に極めて敏感であることがしめされた。端部に回転を許す条件での結果が上記の通りであったが,端部を固定すると実験値よりはるかに大きな値を示した。実験においては回転を許すようにしたが,条件設定にやや曖昧さがあったため,端部条件を更に厳密にした実験を行い,解析との比較を進める予定である。昨年度までの実験と解析で、地下におけるアーチ型構造物の限界荷重はアーチ端部に回転を許すかどうかで非常に異なることが明らかになった。今年度においては端部条件を厳密に固定した条件で模型実験を実施した。地盤材料にはこれまでと同様に豊浦標準砂を、アーチ素材にはポリエステルシート(厚さ2mm)を用いた。崩壊時にアーチ端部の回転を防ぐため,真ちゅう板の溝(溝幅0.5mm)にシート端部をセットし、シリコン系接着剤でその部分を固定した。なお,アーチの底辺は10cmとした。地盤は落下高さが一定になるようにしながら砂をホッパーから自由落下させ,均一な密度となるように作成した。地盤の設定条件が完成した後、エアバッグを用いて砂層の上部から空気圧を徐々に上昇させながら均一な分布荷重を作用させて,限界荷重を求めた。アーチの形状は中心角120°及び180°とし,かぶり厚は1.5cmの条件で実験を行った。標準砂の密度は約1.65(g/cm^3)であり,実験室の温度は17°C21°Cであった。実験で得られた崩壊荷重は中心角120°のアーチでは0.604kg/cm^2,中心角180°のアーチでは0.709kg/cm^2となった。端部を完全固定しない条件での実験では,中心角120°の場合が,中心角180°の場合より崩壊荷重が3倍程度高くなっていたが,端部を完全固定した今回の実験ではむしろ中心角180°の場合の方が強くなっており,しかも崩壊荷重値はかなり大きくなることが明らかになった
地中熱利用と抵抗低減効果を複合した地球にやさしい省エネルギー空調システムの開発

本課題は、地中熱利用による空調設備を対象とし、これに申請者のシーズである流体輸送の省エネルギー技術『抵抗低減効果』を複合することで、地球にやさしい省エネルギー空調システムを開発するものである。地中熱利用システムの配管は数百mにおよび、予想以上に送水動力を消費する問題がある。また、関東以北では、熱媒としてブラインが使用されている。本課題はブラインに対して有効な抵抗低減効果を示す添加剤の最適化を行うとともに、関東以西(水を使用)と関東以北(ブラインを使用)の地中熱利用システムの実機設備を使用した実証試験を行い、省エネルギー効果とシステム全体のメリットを評価できる手法の構築を目的とするものである。