hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
領域変形と弾性体, 電磁場の振動問題に現れる楕円型作用素の解析

正則および特異的な領域変形に対する楕円型作用素(ラメ作用素,ストークス作用素,マックスウェル作用素)のスペクトルの研究を行った(i)弾性体の斉次方程式の多項式解,有理型の関数の解の構成および構造の研究(本多氏,伊東氏と共同), (ii)ストークス作用素のHadamard型変分公式(Dirichlet条件の場合,牛越氏と共同),スリップ境界条件の場合も計算を行った(牛越氏と共同),マックスウェル作用素につても同じ結果を得た. (iii)小さな穴の開いた領域上のラメ作用素およびマックスウェル作用素の固有値の摂動公式, (iv)細い棒による複合弾性体の低周波固有数の挙動,を求めた.1.特異領域変形とラプラス作用素の固有値の解析:領域内に特定の余次元2以上の多様体のε管状近傍を考え、領域全体からこのε管状近傍を取り除いた特異領域を上のラプラス作用素の固有値の漸近挙動を解析した.穴の縁でノイマン境界条件やロバン境界条件を課した際の固有値の摂動公式を導出した.これらは故小澤真氏が始めた課題であるがそれを大体の場合に完結させたものと言える.2.細い複合領域上のラメ作用素の固有値の解析:細い弾性体を組み合わせてできる複合物体の弾性振動現象の振動数の特徴付けを目指している.今回3本の細い弾性体が交差するジャンクションをもつシンプルな場合の細い極限において固有値や固有関数がどのように挙動するのかを調べた.極限方程式は4階常微分作用素の連立系となることがわかりジャンクションにおける接合条件を導出することに成功した.3.ストークス作用素の固有値のアダマール変分:緩やかな流体現象のモデル方程式に現れるストークス作用素の固有値の滑らかな領域変形に対する固有値の変分の研究でディリクレ条件の場合に摂動公式を得ることに成功した.また,スリップ条件の場合にも計算して公式の予想を得ることができた.スリップ条件の場合の解のアプリオリ評価等の基礎的な手法を確立して摂動公式を得るための道筋を見いだすことができた.4.特異領域変形と電磁場の固有振動数の解析:マックスウェル作用素の固有値の問題において領域に小さな球状の穴あるいは小さな管状の穴を開けてできる特異領域において固有値および固有関数の漸近挙動を解析した.(あ)特異的な形状をもつ領域における楕円型作用素の固有値についての研究. 1.ストークス作用素およびラメ作用素について:小さな球形の穴のある3次元領域におけるラメ作用素の固有値摂動問題を研究した.摂動された固有関数の挙動を想定した,近似固有関数の構成のための補正項の検討を行った.ユークリッド空間の球の外部領域における斉次方程式の多項式解および負ベキの斉次解を具体的に求めた.またこれらのある意味で完全性をもつことを示した.それらは古典的なゲーゲンバウアー多項式を用いて得られることが特徴的である.また,ストークス作用素についても多項式解および負べきの斉次解をすべてもとめた.またそれらの関数のある意味での完全性を証明した.2.変数係数の2階線形楕円型方程式の特異的な境界近傍での解の漸近挙動の特異性および正則性に関する評価を行った.これは上記1における近似解の漸近的な特徴付けを与えるものであり今後のスペクトル問題への準備となる.3.多重交叉をもつ細い弾性体の振動問題において振動モードの解析をおこなった.弾性体の細い極限における極限方程式および交叉点における境界条件を求めた. (い)その他,1.ネットワーク上のスカラー反応拡散方程式の解の正時間方向の漸近挙動の解析を行った.2. FitzHugh-Nagumo方程式の定常解における線形化スペクトルの解析を行った.1.システムの楕円型作用素(ラメ作用素,ストークス作用素など)のスペクトルの観点からの研究:(i)弾性体の斉次方程式の多項式解,有理型の関数(本研究での用語)の解の構成および構造,特に次数毎の解空間の次元を決定した(本多,伊東氏と共同). (ii)ストークス作用素の固有値のHadamard型変分公式を導いた(Dirichlet条件の場合,牛越氏と共同).スリップ境界条件の場合についてもHadamard型変分公式の形式的導出を行った. (iii)小さな穴の開いた領域上のラメ作用素およびマックスウェル作用素の固有値の摂動公式の研究を行った. (iv)細い棒を組合わせた複合的弾性体の振動構造の研究を行った.2.反応拡散方程式の研究:(i)無限Y型グラフ上の熱核を明示的に計算した.それを活用して単独反応拡散方程式の時間全域解(無限の過去未来両方に亘る解)を構成した(髙澤氏と共同).これは直線上の同じ方程式の定常解がグラフになり空間対称性のやぶれに起因して波の進行が発生する現象である.非線型項が一般になることで多種類の時間全域解が共存すると期待でき次の研究テーマを励起している. (ii) FitzHugh-Nagumo方程式について定常解の安定性を解析するための汎関数を導入した.各定常解はこの汎関数の停留点に一致しさらに定常解の線型化スペクトルの符号は対応する停留点での2階変分ヘシアンのスペクトルのそれに一致することを示した(CN.Chen,森田,氏と共同).3.複雑形状と静電ポテンシャルの研究:カントール集合に一様配置された電荷が作る静ポテンシャルに対する調和関数の特異性の特徴付けを行った(浜向氏と共同).

楕円型方程式の解の特異点の除去可能性について複雑形の集合や次元の観点からの結果を得た.正則および特異的な領域変形に対する楕円型作用素(ラメ作用素,ストークス作用素,マックスウェル作用素)のスペクトルの研究を行った(i)弾性体の斉次方程式の多項式解,有理型の関数の解の構成および構造の研究(本多氏,伊東氏と共同), (ii)ストークス作用素のHadamard型変分公式(Dirichlet条件の場合,牛越氏と共同),スリップ境界条件の場合も計算を行った(牛越氏と共同),マックスウェル作用素につても同じ結果を得た. (iii)小さな穴の開いた領域上のラメ作用素およびマックスウェル作用素の固有値の摂動公式, (iv)細い棒による複合弾性体の低周波固有数の挙動,を求めた.近似固有関数の構成や特徴付けに関するプロセスを完成することができそれらを用いて今後の研究を遂行する予定応用解析学,偏微分方程式研究実績の概要に記述した小さな穴をもつ領域や細い管状の穴をもつ領域における楕円型作用素(ラメ作用素ストークス作用素)の固有値の精密な漸近挙動を解析する予定.ラプラス作用素の固有値の研究で様々な境界条件を扱い時間を消費してラメ作用素やマックスウェルの作用素の固有値問題に取り組む進度が遅れ気味となっている.前の年度に分担者が病気のため出張できなかったため数回の国内外の旅費が不必要となった.今年度は計画通りに執行した。現時点で行っている研究は特別なケーススダディとも言えるのでこれを一般化してリアルなモデル方程式の状況の課題の解決に向いたいと考えている.外国での研究発表および資料収集を新たに予定する。予定していたシンポジウムが主催者側の都合で参加しなかったため,また,共同研究者が予定していた私の大学での議論が諸般の都合でなかったための旅費部分が支出されなかった.分担者が予定していた出張予定が諸般の理由で取りやめになったことがあげられる.上記の理由となっていた研究活動を今年度に持ち越して行う.そのための経費として使用する.
軟骨細胞の脱分化を制御する分子機構の解明

軟骨の基礎研究および臨床研究の場に於いて、軟骨細胞の脱分化を抑制することは非常に重要な課題である。そこで本研究では、軟骨細胞の形質を安定に保持しているラットの軟骨肉種細胞を用いて、この脱分化過程に関する分子レベルでの解析を進めた。結果的に脱分化の分子機構は依然として不明な状況にあるが、少なくとも特定のレトロウイルスベクターを用いることで、脱分化を特異的にかつ高率に誘導できることが明らかになった。従って、今後はレトロウイルスの挿入位置を確定することで、脱分化の分子機構について有用な情報が得られるものと確信している。当初の計画通り、まずはSwarm rat chondrosarcoma由来の軟骨様細胞に、プラスミドベクター、pC2Exp-βgalを遺伝子導入して強制的に脱分化を誘導し、線維芽細胞様の細胞からなるコロニーの単離を行った。尚、目的とするコロニーの出現頻度は極めて低かったので、遺伝子導入実験を繰り返して行い、計10クローンを単離した。次にそれぞれのクローンに於けるプラスミドDNAの挿入位置を明らかにするため、特定のクローンについて次世代シークエンサーによる解析を行った。しかし結果は予想に反して曖昧で、ベクターDNAの挿入位置は確定できなかった。そこで同じクローンについて、新たにDNA Walking法による解析を試みたところ、上手くいくことが分かったので、残りの全てのクローンについても解析を行った。その結果、3クローンについてはベクターDNAの挿入位置が確定でき、4クローンについてはベクターの挿入部位がゲノムDNAの繰り返し配列部位であったため、挿入部位の正確な確定にまでは至らなかった。また残りの3クローンについては、解析に必要な制限酵素の適切なものが見つからず、結果は得られていない。以上の結果を踏まえ、取り敢えずベクターDNAの挿入位置が確定できた3クローンについて、更に解析を進めた。その結果、ベクターDNAの挿入部位近傍のゲノム情報から、3クローンは全く異なった部位にベクターDNAが挿入されたものであることが解ったが、その一方で3クローンとも挿入部位近傍に長鎖ノンコーディングRNA (lncRNA)をコードする遺伝子が存在することが解った。しかしいずれのlncRNAもその機能は未知であり、現在その解析を進めているところである。尚、こうした解析はlncRNAの新たな機能の発見に繋がる可能性もあり、その重要性は大きいものと考えている。当初の予想に反し、ベクターDNAの挿入部位近傍に存在していた遺伝子は、全て長鎖ノンコーディングRNAをコードしている機能未知の遺伝子であった。そのため転写産物に関する情報も、またその機能に関する情報も依然として不完全な状況にあり、まずは一次転写産物の同定とその解析を進める必要に迫られている。前年度に引き続き、プラスミドベクターの挿入位置が確定できた3クローンについて、更に詳細な解析を進めた。その結果3クローンとも、ベクターDNAの挿入部位に内在性の遺伝子は一切存在していないことが分かった。従って、プラスミドDNAが挿入されたことによって起こる遺伝子の破壊が、脱分化の原因とは考え難い。そこで次にDNAの挿入に伴う周辺遺伝子の活性化が、脱分化の原因である可能性について検討を加えた。まず、プラスミドDNAの挿入部位近傍(約100 kb)に存在する全ての遺伝子について、RCS細胞での発現をRT-PCRで調べた。その上で、RCS細胞で発現が認められなかった遺伝子について強制発現を試みたが、RCS細胞の脱分化は誘導できなかった。ところで、プラスミドDNAを細胞に導入して安定発現細胞株を樹立する場合、DNAは染色体の複数箇所に同時に挿入されるケースが多いとの報告がある。このことが正しいとすると、上述した解析において、プラスミドDNAの挿入部位が全て確定できていなかった可能性が高くなる。そこで、こうした不確定な要素を除外する為に、当初の計画を一部変更して、プラスミドベクターに代わりレトロウイルスベクターを用いて脱分化が誘導できるかどうか調べた。まずプラスミドベクター、pC2Exp-bgalに様々な修飾を加え、幾つかレトロウイルスベクターを構築してRCS細胞に感染させた。その結果、rvbgal-bsdと名付けたウイルスベクターを用いた場合のみ、非常に高率にRCS細胞の脱分化を誘導できることが分かった。そこで現在、1細胞あたり1つのウイルスが感染するようにウイルスタイターを調整した上で実験を進めている。従って今後は、レトロウイルスの挿入位置を確定することで、脱分化の分子機構について有用な情報が得られるものと確信している。当面の課題である長鎖ノンコーディングRNAの一次転写産物に関する情報が得られた時点で、当初の予定通り次の2点について解析を進める。1.定量的RT-PCR法により、元々のRCS細胞と脱分化したRCS細胞の間で、対象とする長鎖ノンコーディングRNAの発現レベルに差があるのかどうか調べる。2.それぞれの長鎖ノンコーディングRNAに対応するcDNAをRCS細胞で強制発現させ、脱分化が誘導されるかどうか調べる。こうした解析を通して、まずは軟骨細胞の脱分化が誘導される最初のステップを明らかにしていく。

その上で、異なったクローン間での脱分化過程について比較解析を進め、共通項を明らかにすることで軟骨細胞の脱分化過程の分子機構を明らかにしていく。生化学年度末に注文した一部の試薬が、年度末キャンペーンの対象商品となったことで、次年度使用額が生じてしまいました。次年度使用額は少額ではありますが大切な助成金ですので、平成28年度の助成金と合わせて有効に使用いたします。
頸髄損傷者の活動性能力と健康維持能力のトレーナビリティに関する研究

本研究の結果から、重度障害者である頸髄損傷者の活動性能力(車いす移動能力)は、トレーニングにより腰髄損傷者や下肢切断者と同等のレベルまで達す可能性が考えられた。また、健康維持能力(自律神経機能)は、脊髄損傷からの受傷期間が長くなるに従い低下する傾向が認められ、より一層、建康維持に留意する必要があることが示唆された。さらに、電気刺激誘発による伸張反射から上肢の運動ニューロンの興奮性を評価する研究方法を構築し、今後、脊髄損傷者に応用できる可能性を見出した本研究の結果から、重度障害者である頸髄損傷者の活動性能力(車いす移動能力)は、トレーニングにより腰髄損傷者や下肢切断者と同等のレベルまで達す可能性が考えられた。さらに、電気刺激誘発による伸張反射から上肢の運動ニューロンの興奮性を評価する研究方法を構築し、今後、脊髄損傷者に応用できる可能性を見出した本研究の目的は、頸髄損傷者の車いす移動能力を活動性能力とし、活動の背景にある自律神経機能を健康維持能力として、それらのトレーナビリティ(トレーニングの可能性)を探ることである。具体的には、定期的に車椅子ツインバスケットボールを行っている頸髄損傷スポーツ選手を対象とし、試合中の移動距離・平均速度および最高速度を計測する。また、自律神経機能を評価し、運動習慣のない頸髄損傷者と比較することから頸髄損傷者のトレーナビリティを検証することである。そこで本年度は、まず、頸髄損傷スポーツ選手の車いす移動能力を明らかにするために、第20回記念日本車椅子ツインバスケットボール選手権大会で優勝した車椅子ツインバスケットボールチームの選手を対象として、試合中(決勝戦)の移動距離・平均速度および最高速度を計測した。その結果、1試合に交代なしで出場した選手(3名)の試今中の移動距離は、約3.04.5Km、平均速度は、約1.01.6m/s、最高速度は、57m/sであることが明らかとなった。また、試合中の移動特性には、選手の障害の種類や程度が関係していることが示唆された。この結果は、頸髄損傷者のトレーナビリティの上限であると考えられるとともに、これまでに十分に明らかではない車椅子ツインバスケットボールの運動強度を示していると推察される。次に、心拍変動スペクトル分析から評価した自律神経活動(交感神経活動・副交感神経活動)を健康維持能力の指標として検討した。本年度はまず、脊髄損傷者(胸椎・腰椎レベルでの損傷者)を対象とした。その結果、副交感神経活動は受傷期間に伴って低下する傾向が示された。加えて、高位損傷者群(胸椎6番以上)においては交感神経活動の緊張状態が見られた。したがって、受傷期間および損傷レベルによって自律神経機能のアンバランスが生じていることが示唆された。本年度の研究成果は、まず、頸髄損傷者の車いす移動能力(活動性能力)については、分析対象者を追加し、車椅子ツインバスケットボール(WTB)選手の試合中の移動範囲を算出した。その結果、一流WTB選手の試合中の移動距離は約2.94.5km、平均速度は約1.11.6m/s、最高速度は約4.45.9m/sの範囲であった。また、WTB選手の試合中の移動能力は、選手の障害の種類や程度が関係していることや同一チームの選手間での差が大きいことが確認された。移動距離や最高速度は、WTBの最大運動強度を示していることから、本研究の結果は、頸髄損傷者の車いす移動能力におけるトレーナビリティを示唆する。次に、健康維持能力については、定期的にスポーツを行っている頸髄および脊髄損傷者(胸椎・腰椎損傷)を対象に、安静仰臥位における自律神経機能を心拍変動パワースペクトル分析によって評価した。その結果、交感および副交感神経活動に損傷レベルの違いによる差異はみられなかった。一方、副交感神経活動については、受傷からの期間が長くなるにつれて有意に低下する傾向を示した。副交感神経活動の低下は、健康維持能力の低下を示唆することから、頸髄および脊髄損傷の受傷期間が長くなるに伴い、より一層、健康維持に留意する必要があることを意味する。また、頸髄(脊髄)損傷者の上肢筋機能を評価するための新しい手法の開発に着手した。その結果、神経科学的手法による1ms矩形の経皮電気刺激で正中神経Ia線維を興奮させ、橈骨手根屈筋の運動ニューロン興奮性を調べる上肢H反射の手法を構築した。この手法を用いると、腕エルゴメータ運動中の筋疲労による筋力低下を表面筋電図とIa運動ニューロンの興奮変動性、さらに経頭蓋磁気刺激(TMS)による運動ニューロン興奮性との関係を検証することができる。
軽量耐熱O相基チタン合金の金属組織制御による室温特性及び高温特性の両立

Ti2AINb相(O相)を主要な構成相としたO相基合金は、加工性、破壊靱性に優れたチタン系軽量耐熱材料である。本研究では、報告者が開発したTi-22Al-20Nb-2W合金を対象に、加工熱処理を施して粒径を微細粒から粗大粒にまで変化させることを試みる。このような粒径を変化させた素材の室温延性及びクリープ特性を評価し、室温延性とクリープとがバランス良く優れるような粒径を明確にする。均質な合金素材を得るために、Arガス噴霧法を用いて製造したTi-22Al-20Nb-2W合金粉末を熱間静水圧プレス(HIP)処理して緻密化する、という製造手法を採用した。HIP処理後の試料を1000°C((B2+α_2)二相域)で圧延し、更に(B2+α_2)二相域での溶体化処理を行うという加工熱処理により、B2結晶粒径を制御した。溶体化処理後に毎秒0.03Kの速度で徐冷して粒内をラメラー組織に制御した。加工処理後のB2結晶粒径は、1020°C、100時間保持で27μm、1050°C、100時間保持で61μmとなり、B2単相域である1150°Cで圧延、溶体化処理を行った材料(結晶粒径108μm)と比較して非常に微細化された。この結晶粒微細化に伴い、引張り強さ及び伸びは著しく増加した。例えば、結晶粒径108μmの試料の引張り強さ、伸びは、それぞれ850MPa、0.5%であるのに対して、結晶粒径を27μmに細かくすると、これらの値は、それぞれ、1220MPa、5%に増加した。それぞれの材料を650°C、310MPaの条件でクリープ試験した。結晶粒径61μmの試料は、結晶粒径108Fmの試料とほぼ同様のクリープ変形抵抗を示すのに対して、結晶粒径を27μmと細かくするとクリープ変形速度は大幅に増加した。これらの結果より、室温特性と高温特性とが両立するようなB2結晶粒径は約60μmであると結論つけた。Ti2AlNb化合物(O相)を主要な構成相としたO相基合金は、加工性、破壊靱性に優れた新しいタイプの軽量耐熱材料である。本研究では報告者が開発したTi-22Al-20Nb-2Wなる組成のO相基合金を対象に、加工熱処理を施して粒径を微細粒から粗大粒にまで変化させることを試みる。このような処理材について室温延性及びクリープ特性を評価し、室温延性とクリープとがバランス良く優れるような粒径を明確にする。平成16年度は、合金素材の製造及び加工熱処理条件の検討に焦点を絞った。1.合金素材の製造通常の溶解法により溶製した直径50mm、長さ約500mmの丸棒インゴットの先端を溶解し、と同時に溶湯に高速のアルゴンガスを吹き付けることにより平均粒径が80μmのTi-22Al-20Nb-2W合金粉末を製造した。

次にこのような合金粉末を直径が約50mm、長さ80mmのステンレス管に真空封入した後、200MPa/1373K/10.8ksの条件でHIP処理し合金粉末の緻密化を行った。2.加工熱処理によるTi-22Al-20Nb-2W合金のB2粒径制御HIP処理したTi-22Al-20Nb-2W緻密化素材を(・+B2)二相域中の1050°Cで熱間圧延し、一辺が約12mmの角材を得た。これらの圧延材を再度(・+B2)二相域に保持した。保持温度、保持時間を変えることにより、B2粒径を微細粒(直径10μm程度)から粗大粒(直径200μm)にまで広範囲に変化させることが可能となった。引張り強度及び延性は粒径が細かくなるほど増加し、一方定常クループ速度は粒径が大きくなるほど低下した。また定常クリープ速度は粒内金属組織にも大きく依存して変化することも判明した。Ti2AlNb化合物(O相)を主要な構成相としたO相基合金は、加工性、破壊靱性に優れた新しいタイプの軽量耐熱材料である。平成17年度の研究では報告者が開発したTi-22Al-20Nb-2Wなる組成のO相基合金を対象に、引張り特性及びに定常クリープ速度に及ぼす結晶粒径及び粒内ラメラー金属組織の影響を検討した。本合金のB2結晶粒径を約200μm、約50μm及び約20μmの三段階に変化させるために、これらの圧延材を、それぞれ、B2単相域である1150°Cに1時間保持、(α_2+B2)二相域である1050°Cに100時間保持及び(α_2+B2)二相域である1020°Cに100時間保持した。また粒内のラメラー金属組織を変化させるために、熱処理終了後の冷却速度を、0.003K/s、0.03K/S及び0.1K/sの三段階に変化させた。冷却速度が遅くなるほど、ラメラー金属組織形態はより粗い金属組織形態へと移行した。2.引張り特性及びクリープ特性粒内ラメラー金属組織が一定の場合には、引張り強さ、降伏強さはB2結晶粒径が細かくなるほど上昇した。例えば冷却速度が0.03K/sの場合に、B2結晶粒径が約200μm、約50μm及び約20μmに変化すると、降伏強さは、それぞれ、811MPa、857MPa及び934MPaに上昇した。伸びも増加した。また結晶粒径が一定の場合には、降伏強さはラメラー組織形態が粗くなるほど低下した。例えば粒径が約50μmの場合に、冷却速度が0.1K/s、0.03K/s及び0.003K/sと遅くなると、降伏強さは、それぞれ、1080MPa、1039MPa及び898MPaへと変化した。定常クリープ速度は、B2結晶粒径が約200μm、50μm及び20μmの場合に、それぞれ、9.17x10^<-9>s^<-1>、1.06x10^<-8>s^<-1>及び1.61x10^<-8>s^<-1>であった。均質な合金素材を得るために、Arガス噴霧法を用いて製造した合金粉末を熱間静水圧プレス(HIP)処理して緻密化する、という粉末冶金の製造手法を採用した。Ti-22Al-20Nb-2W合金粉末をステンレス管に真空封入後、1100°C、200MPaの条件でHIP処理を行い緻密化した。HIP処理後の試料を1000°C((B2+α_2)二相域)で圧延し、更に(B2+α_2)二相域での溶体化処理を加えることで、B2基質中に等軸状のα_2相を均一微細に分散させることが出来た。α_2相の分散状態は溶体化処理温度、時間によって変化した。このα_2相がB2結晶粒界の移動をピン止めする効果を利用して、B2結晶粒径を制御した。溶体化処理後に毎秒0.03Kの速度で徐冷して粒内をラメラー組織に制御した。溶体化処理後のB2結晶粒径は、1020°C、100時間保持の条件で27μm、1050°C、100時間保持の条件で61μmとなり、B2単相域である1150°Cで圧延、溶体化処理を行った材料(結晶粒径108μm)と比較して非常に微細化された。この結晶粒微細化に伴い、引張り強さ及び伸びは著しく増加した。例えば、結晶粒径108μmの試料の引張り強さ、伸びは、それぞれ850MPa、0.5%であるのに対して、結晶粒径を27μmに細かくすると、これらの値は、それぞれ、1220MPa、5%に増加した。
非マルコフ環境における分散学習に関する研究

(1)非マルコフ環境問題は部分観測マルコフ決定過程問題(POMDP:Partially Observable Markov Decision Problem)として捉えることができる。本研究では,ある種のPOMDPを解くことができる学習アルゴリズム(ラベリングQ(LQ)-学習という)を新たに開発した。本LQ-学習は既存のMDPのための強化学習にある単純な仕方でメモリを付加する機能(ラベリングという)を組み込んだものである。各時点で,観測値o∈Oが与えられたとき,その観測値にある関数を使ってラベルθ∈Θ={0,1,2,...,M-1}を付ける。この観測値にラベルを結合したo=(o,θ)∈0×Θ=Oをーつの観測値(拡張観測)として定義する。拡張観測/行動対に対するQ-値の更新は従来のMDPのアルゴリズム(たとえば、Q-学習,TD(λ)あるいは学習オートマンなど)で行う。基本的には,ラベルの更新はその観測値が直前の観測値と異なるときにある関数で変更し,そうでないときはその直前の観測のラベルとする。このことで,同じ観測値であってもそのラベルごとに複数のQテーブルができ,隠れマルコフ的状況を部分的に回避できる。(2)上記のLQ-学習をPOMDPのテスト問題として知られるGrid worldと呼ぶ簡単な迷路問題(あるスタート点からゴールまでの最短パスを学習によって求める問題)に適用し,各シミュレーションにおいて,ほぼ最短に近いパスを獲得できることを確認した。(3)環境の状況あるいは観測は一般に多次元の実ベクトルで表されるが,この状況の無限集合を有限集合にクラス分けすることについて,いくつかの手法について検討を進めた。とくに,リカレント・ニューラル・ネットワーク(RNN)を用いる方法について,その学習法,適切なRNN構造の探索法について基礎となる成果を得た。また,その表現能力を高めるため,RNNの複雑さを制御するアルゴリズムを提案し,それを同定問題に適用して本方法の有効性を確かめた。(4)移動ロボットNOMADO(NOMADIC社製)の実験環境を整備し,ナビゲーションなどに関する基礎実験を進めた。(1)多層ネットワーク構造の分散学習アルゴリズムの開発隠れマルコフに対処するため,上層に状況ネットワークを,その下の層に分散学習ネットワークを置く2階層構造の学習システムを考案し,現在,その有効性をシミュレーションにより検討している。(2)「状況」は一般に多次元の実ベクトルで表されるが,この状況の無限集合を有限集合にクラス分けすることについて,いくつかの手法について検討を進めている。今年度は,とくに,リカレント・ニューラル・ネットワーク(RNN)を用いる方法について,その学習法,適切なRNN構造の探索法について基礎となる成果を得た。すなわち,その表現能力を高めるため,RNNをカオスの辺縁に保ちつつ学習を進める方法を提案し,それを認識問題に適用して本方法の有効性を確かめた。また,RNNによる連想メモリーについて検討し,その設計法を考案した。(3)移動ロボットNOMADO(NOMADIC社製)の実験環境を整備し,ナビゲーションなどに関する基礎実験を進めた。(4)本分散学習アルゴリズムをセンサー管理問題に適用する方法について基礎的考察を行った。また,マルチプルコントローラのスイッチ機構に本学習アルゴリズムを組み込むことを検討している。(1)非マルコフ環境問題は部分観測マルコフ決定過程問題(POMDP:Rartialky Observable Markov Decision Problem)としで捉えることができる。

本研究では,ある種のBDMDPを解くことができる学習アルゴリズム(ラベリングQ(LQ)-学習という)を新た開発した。本LQ-学習は既存のMDPのための強化学習にある単純な仕方でメモリを付加する機能(ラベリングという)を組み込んだものである。各時点で,観測値o∈Oが与えられたとき,その観測値にある関数を使ってラベルθ∈Θ={0,1,2,...,M-1}を付ける。この観測値にラベルを結合したo^^=(o,θ)∈O×Θ=O^^を一つの観測値(拡張観測)として定義する。拡張観測/行動対に対するQ-値の更新は従来のMDPのアルゴリズムたとえば,Q-学習,TD(λ)あるいは字習オートマトンなど)で行う。基本的には,ラベルの更新はその観測値が直前の観測値と異なるときにある関数で変更し,そうでないときはその直前の観測のラベルとする。このことで,同じ観測値であってもそのラベルごとに複数のQテーブルができ,隠れマルコフ的状況を部分的に回避できる。(2)上記のLQ-学習をPOMDPのテスト問題として知られるGrid worldど呼ぶ簡単な迷路問題(あるスタート点からゴールまでの最短パスを学習によって求める問題)に適用し,各シミュレーションにおいて,ほぼ最短に近いパスを獲得できることを確認した。(3)環境の状況あるいは観測は一般に多次元の実ベクトルで表されるがこの状況の無限集合を有限集合にクラス分けすることについて,いくつかの手法について検討を進めた。とくに,リカレント・ニューラル・ネットワーク(RNN)を用いる方法について,その学習法,適切なRNN構造の探索法について基礎となる成果を得た。また,その表現能力を高めるため,RNNの複雑さを制御するアルゴリズムを提案し,それを同定問題に適用して本方法の有効性を確かめた。(4)移動ロボットNOMADO(NOMADIC社製)の実験環境を整備し,ナビゲーショシなどに関する基礎実験を進めた。
色素-高分子ハイブリッド組織体の構築とそのホールバーニング分光

本研究では、種々の色素-高分子ハイブリッドナノ組織体における色素微環境をPHBにより評価し、その光・電子機能との関わりを解明することを目的として、以下のことを行った。(1)様々な高分子中で、ホールの飽和深さの分布より、単一の吸収成分のみからなる真の不均一幅を見積もった。色素の感じる不均一幅は、高分子の分子間相互作用の強さを表す尺度である溶解度パラメーターと比例的関係を示した。統計理論を用いて、各高分子でのファンデルワールスおよび双極子一双極子相互作用の寄与の大きさを考察した。(2)分子量の異なる、色素含有ユニマ-ミセルを合成し、PHBによりミセル中の色素微環境を評価した。熱によるホール幅の不可逆的広がりから、ミセル形成により色素周囲の構造緩和か抑制されたことが示唆された。フォノン周波数はミセル直径には依存せず、色素は半径約2nm以内のフォノンと相互作用することがわかった。(3)デンドリマ-ポルフィリンを合成し、PHB測定を行った。溶媒としてDMFを共存させることで、デンドリマ-内部の緩和を80Kまで抑制できた。デンドリマ-外部で起こる高分子側鎖の緩和は、ホール面積には反映されず、ホール幅の増加として観測された。すなわち、色素は、半径約2.5nmのデンドリマ-外での構造緩和を1cm^<-1>以下のわずかな環境の変化として感じることを明らかにした。
難治性B細胞腫瘍の新たな分子標的COTとその臨床的バイオマーカーとしての有用性

近年の分子標的薬の発展や腫瘍原性の解明が進む一方で、一部のB細胞腫瘍では未だ治癒を目指せる治療戦略が確立していない。これらの腫瘍の難治性と関係が深い特徴の一つとしてNF-κB経路やJak-STAT3経路の構成的活性化が挙げられ、これらは申請者のこれまでの主要な研究テーマと深く関連する。本研究計画では、NF-κB系によって調節を受け、多様な病態に関与する細胞内キナーゼCOTのB細胞腫瘍における役割に注目し、新規標的分子として、さらに治療抵抗性・難治性に関わる臨床的バイオマーカーとしての可能性を探索する。これら成熟B細胞腫瘍の難治性克服につながるブレイクスルーとなることが期待される。
ウイルス吸着タンパク質を用いた環境中からの病原ウイルス濃縮・検出・同定技術開発

本プロジェクトでは,活性汚泥細菌が産生するウイルス吸着タンパク質(virus-binding protein : VBP)や,加水分解酵素を用いた固形環境試料からのウイルス回収技術(enzymatic virus elution法: EVE法)を活用し,全く新しい病原ウイルス濃縮・検出・同定技術を開発することを目指した.その結果,幅広い種の腸管系ウイルスを捕捉可能なVBPである腸管系ウイルス吸着タンパク質(Enteric virus-binding protein : EVBP)の分離及びクローニングに成功した他,河川底泥・海底泥及び下水等の腸管系ウイルスの環境中動態に関わるサンプルからの効率的なウイルス回収・検出方法を確立し,さらにエチジウムモノアザイドを用いた感染性ウイルス検出技術を確立することで,当初目的を達成することができたと言える.本研究では,ウイルス吸着タンパク質(virus-binding protein : VBP)や加水分解酵素を用いた固形試料からのウイルス回収技術(enzymatic virus elution法:EVE法)を利用または応用し,全く新しい病原ウイルス濃縮・検出・同定技術を開発する.具体的には様々な固形物に付着している病原ウイルスをEVE法により効率的に回収し,さらにVBPをウイルス吸着材及び検出プローブとして用いてウイルスを濃縮・検出した上でウイルス同定を行う包括的技術の確立を目指す.本研究は以下の4つの項目からなる.本項目では複数種の病原ウイルスに対して吸着活性を有するEVBPの分離を目指す.アフィニティリガンドを固定化したカラムに活性汚泥細菌から粗抽出したタンパク質を投入し,アフィニティリガンドに吸着してカラム内に保持されたタンパク質をEVBPとして回収する.回収されたEVBPのウイルス吸着能力は,実際のウイルス粒子を用いたELISA法により確認する(2)VBP固定化カラムによる水中病原ウイルス濃縮・検出手法の確立(3)EVE法による固形試料からのウイルス回収技術の開発ウイルスによる汚染が懸念される二枚貝(カキ等)や下水中の懸濁物質のような固形試料からのウイルスの誘出技術の開発を行う.固形試料中の有機物をプロテアーゼ,リパーゼ,アミラーゼ等の酵素により消化することで,付着したウイルスを効率的に液相へ誘出する技術を開発する.(4)ウイルス遺伝子検出・同定技術の開発水及び固形試料から回収,濃縮されたウイルス遺伝子を検出・同定する技術開発を行う.検出には,近年開発されたLAMP法などを適用し,高感度なウイルス検出・同定技術の確立を目指す.本プロジェクトでは,活性汚泥細菌が産生するウイルス吸着タンパク質(virus-binding protein : VBP)や,加水分解酵素を用いた固形環境試料からのウイルス回収技術(enzymatic virus elution法: EVE法)を活用し,全く新しい病原ウイルス濃縮・検出・同定技術を開発することを目指した.その結果,幅広い種の腸管系ウイルスを捕捉可能なVBPである腸管系ウイルス吸着タンパク質(Enteric virus-binding protein : EVBP)の分離及びクローニングに成功した他,河川底泥・海底泥及び下水等の腸管系ウイルスの環境中動態に関わるサンプルからの効率的なウイルス回収・検出方法を確立し,さらにエチジウムモノアザイドを用いた感染性ウイルス検出技術を確立することで,当初目的を達成することができたと言える.(1)腸管系ウイルス吸着タンパク質の分離腸管系ウイルス吸着タンパク質を分離するために,本年度はアフィニティクロマトグラフィーで使用するアミノ酸配列を決定した。まず,水環境を汚染する複数の病原ウイルスの外殻タンパク質の外側露出部分におけるアミノ酸配列をデータベースから可能な限り取得し,これらアミノ酸配列のアライメントを作成し,相同性の高い10残基程度のアミノ酸配列を検索した。(2)ウイルス吸着タンパク質(VBP)固定カラムによる水中病原ウイルス濃縮・検出技術の開発ガラスビーズへのVBP固定化法を確立し,VBP固定化ガラスビーズへの非特異的吸着を抑制するためのブロッキング手法の検討を行った。ガラスビーズへのVBP固定は,アミノシランでカップリングしたガラスビーズにグルタルアルデヒドとの架橋作用でVBPを固定する方法を確立した。VBP固定化ガラスビーズへの非特異的吸着を抑制するブロッキング剤にはエタンールアミン,キトサン,カゼインの3種類について検討したところ,カゼインやキトサンが高いブロッキング効果を示し,VBP固定化ガラスビーズへの非特異的吸着の抑制に成功した。(3)酵素を用いたウイルス誘出法(EVE)による牡蠣中腸腺からのウイルス回収技術の開発酵素を用いたウイルス誘出法(EVE法)を用いた牡蠣中腸腺からのウイルス誘出手法の開発を試みた。添加する酵素としてアミラーゼ,ペプシンおよびリパーゼを用い,ポリオウイルスを添加した牡蠣中腸腺からのウイルス回収率を定量PCR法により評価したところ,アミラーゼまたはリパーゼを添加することでウイルス回収率が従来法より格段に改善された。このことから,EVE法は牡蠣中腸腺に蓄積されたウイルスの誘出に非常に有効であることが示された。(1)腸管系ウイルス吸着タンパク質の分離腸管系ウイルスの中で遺伝子多様性の高いノロウイルスについて,環境中から検出したウイルスカプシドタンパク質のアミノ酸配列を解析した。同じ遺伝子型(GII/4)に属するノロウイルスの遺伝子間でも,アミノ酸配列に多様性が見られたが,遺伝子配列よりもその多様性は低かった。さらに,アミノ酸配列の変異が時系列的に蓄積していることを発見した。これはウイルス吸着タンパク質の吸着箇所を選択する上で非常に重要な知見である。(2)酵素を用いた固体試料からのウイルス誘出手法(EVE法)の開発カキ中腸腺からのウイルス誘出手法開発について,消化前後の試料中の消化対象有機物量を測定し,酵素による分解の程度を評価した。

また,環境中でウイルスを蓄積したカキ試料を用いて,酵素を用いない既存の誘出手法とEVE法の検出効率を評価し, EVE法の方がより高い検出感度を示す事を確認した。さらに, EVE方を用いた流入下水からのウイルス誘出手法の開発に向け,既存の手法の検出感度を比較した。その結果,超遠心分離法とPEG沈殿法の検出感度が高かったが,汎用性,拡張性の面を考慮すると, PEG沈殿法が最も適していることが示された。(3)環境試料中のウイルス遺伝子同定技術開発エチジウムモノアザイドを用いたPCR法によるRNAウイルス検出法を開発した。EMA処理ではウイルスの活性が低下しないことを確認し,また熱処理による不活化操作を加えることでウイルスRNAの検出量が減少することを確認した。以上より, EMA-PCR法により感染力を持つウイルスのみを検出することができる可能性が示された。(1)腸管系ウイルス吸着タンパク質(EVBP)の分離活性汚泥からのタンパク質抽出方法の検討を行い,さらに抽出タンパク質中のEVBPの存在をELISA法により確認した.活性汚泥からのタンパク質抽出方法として,1M尿素及び0.5%(v/v)Triton-Xを含む20mM Tris-HClバッファー(pH8.0)を活性汚泥1g当たり2mlの割合で添加し,超音波処理及び遠心分離後に得られた上清を5μmのフィルターでろ過したものを抽出タンパク質溶液とする手法を確立した.さらに,上記の方法で抽出したタンパク質中にEVBPが存在することを,ポリオウイルス粒子を用いたELISA法によって確認した.(2)酵素を用いたウイルス誘出法(EVE法)によるウイルス回収技術の開発2008-2009シーズンの養殖カキを毎週採取し,EVE法を用いてノロウイルスおよびエンテロウイルスの回収・定量を行った。ノロウイルス検出頻度上昇と対象地域の胃腸炎患者数の上昇には約1ヶ月のずれが見られ,また患者検体とカキ試料から主に検出されたノロウイルスの遺伝子型が異なるなど,対象地域のノロウイルス感染症患者の発生状況とカキ中のノロウイルスの存在とは異なる傾向を示した。また,下水からのウイルス回収技術として,PEG沈殿法で得るペレットにリパーゼによるEVE法を加える手法(PEG-EVE法)を開発した。本手法は既存の手法の中で最も回収率の高かったPEG沈殿法単独より添加ウイルスの回収率が約3倍高く,下水試料からのウイルス誘出技術として優れていることが示された。(3)ウイルス遺伝子検出・同定技術の開発昨年度開発したエチジウムモノアザイドを用いたウイルス活性評価手法(EMA-PCR法)をポリオウイルスの塩素不活化試験に対して適用し,PCR法と比較してウイルスの活性低下をより正確に評価できることを実証した。
Melaleuca cajuputiの湛水耐性機構の解明

熱帯の湿地に生育する樹種であるMelaleuca cajuputiは、樹体に使う糖を減らし、その分の糖をエネルギー代謝に使うことで、湛水による酸素不足で根がエネルギー(ATP)不足になることを防いでいた。その糖の配分変化は生育段階で異なることが明らかとなった。また湛水が長期に及ぶと、茎や根に空洞が形成されることで根の酸素欠乏が緩和されていた。M. cajuputiは無酸素条件でもATPを生産することができるミトコンドリアを持っていることもわかった。Melaleuca cajuputiの未木質化苗と木質化苗を用意し、それぞれの苗に3週間の低酸素前処理もしくは空気通気前処理を施して、通気組織を形成させた苗と形成していない苗を作出する栽培系を確立した。未木質化苗、木質化苗とも低酸素前処理を施した苗は、低酸素本処理2日後のADH活性の上昇はみられなかったので、通気組織が形成され、本処理による酸素欠乏の度合いが緩和されていたと考えられる。以後、この栽培系を用いて代謝の網羅的解析を行っていく。最初に、根の酸性インベルターゼ活性を測定したところ、木質化苗で活性が高く、通気組織が形成された苗で低酸素本処理による活性低下が緩和される傾向があった。ミトコンドリアのスーパーコンプレックスを分離するために、単離したミトプラストを用いて膜酵素の可溶化に用いる界面活性剤について検討した。ジギトニン、Triton X-100、ドデシルマルトシド、deoxy-BIGCHAP、エスシンを用いて可溶化を試みたが、ジギトニン、deoxy-BIGCHAP、エスシンでは、電気泳動後のタンパク質のバンドが現れなかった。ドデシルマルトシドでは、1000kDa(推定複合体I)などのバンドが確認でき、4g/g proteinの濃度が可溶化に適していることが分かった。Triton X-100ではさらに1500kDa(推定複合体I+III_2;スーパーコンプレックス)や500kDa(推定複合体III_2;スーパーコンプレックス)などのバンドが確認でき、3g/g proteinの濃度が可溶化に適していることが分かった。既往の研究で用いられているジギトニンについては再度検討する必要があるが、スーパーコンプレックスの可溶化が可能となった。通気組織の形成と木質化の状態の違う4種類の苗の水耕栽培系を用いて、苗の根の糖量、糖リン酸量及び、スクロース分解に関する酵素と解糖系上流の酵素の活性を測定し、また地上部から根への光合成産物の転流量を^<13>CO_2を用いて測定した。苗の木質化、未木質化によらず、スクロース分解に関する酵素と解糖系上流の酵素に、低酸素処理による目立った賦活化が見られなかったが、解糖系中流域の3-ホスホグリセリン酸(3PGA)の濃度が顕著に増加していた。木質化苗のみに、低酸素処理によるグルコース-6リン酸の増加がみられた。木質化した低空隙苗では、膜結合型のスクロースシンターゼの活性が低酸素処理により低下した。苗の木質化、未木質化によらず、高空隙苗は低空隙苗より低酸素処理による代謝物質濃度や酵素活性への影響が少ない傾向にあった。3PGAの増加は膜脂質合成の抑制もしくは膜脂質の分解によるものと考えられ、それによってATP生産に重要な解糖系下流で使用される炭素が確保されている可能性がある。また、^<13>CO_2曝露実験から、木質化苗の根で低酸素処理によって光合成産物の構造性画分への分配比が減少し、その減少は未木化苗でもみられたが、木化苗でより顕著だった。低酸素環境下で、リグニンやセルロースなどの構造性物質への炭素の分配を少なくすることでより多くの炭素をエネルギー代謝へ供給していることが示唆された。ミトコンドリアのスーパーコンプレックスを活性染色し、コンプレックス組成を確定した。組成は低酸素処理をした苗と対照苗とに差異が認められず、低酸素処理をするとミトコンドリアタンパク質量当たりのスーパーコンプレックス量が減少する傾向にあった。単離したミトコンドリアの膜間電位の蛍光試薬を用いた測定を試みたが、細胞小器官の不溶化により測定不能だった。通気組織の形成と木質化の状態の違う4種類の苗の根のアデニル酸量、有機酸量、アセチルCoA量および、ペントースリン酸回路の酵素と解糖系下流の酵素の活性を測定した。空隙率の大小、木質化の有無によらず、いずれの苗においても低酸素区でアデニル酸エネルギー充足率が0.8付近に保たれていた。木質化の度合いによらず、高空隙苗では低酸素処理によってグルコース-6リン酸脱水素酵素活性とシキミ酸の濃度が低下した。未木質化苗では低酸素処理によるホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼの活性の低下とアセチルCoAや有機酸の濃度の減少がみられたが、木質化苗ではそれらがみられなかった。

ミトコンドリアの膜間電位測定の代替としてATP生成速度の測定法を確立した。木質化した低酸素処理苗から抽出したミトコンドリアに4種類の呼吸基質と、9種類の電子受容体を与えて、無酸素下でのATP生成速度を測定したが、ATPの生成は見られなかった。これまでの結果から、木質化苗について、低空隙苗は、セルロース合成の抑制と膜脂質合成抑制によって、高空隙苗は、リグニンなどの芳香族化合物合成の抑制と膜脂質合成抑制によって低酸素環境下での解糖系中下流域のエネルギー代謝を高めていることが示唆された。未木質化苗について、低空隙苗は、若干のセルロース合成の抑制と膜脂質合成抑制によって、高空隙苗は、膜脂質合成抑制によって低酸素環境下で解糖系中流域への炭素供給を高め、3-ホスホグリセリン酸からホスホエノールピルビン酸までの部分で解糖系外に炭素が供給されて基質レベルのATP生産が行われている可能性がある。ミトコンドリアについては、低空隙時にATP生産への寄与は少ないが、通気組織の発達と共にATP生産が活性化すると考えられる。
気候モデルのパセメ-タとしての蒸発効率及び蒸散効率の決定のための実験的研究

植物や地表面からの蒸発散は,その土地の局地的な環境を支配する要因の一つである事に加えて,全地球的な気候を左右する大気現象の重要な境界条件を与える量である.現在開発されている気候変動モデル,局地循環モデル,さらに地表のエネルギ-収支モデルには,蒸発散は主要な要素として取り入れられている.ただし,蒸発散をパラメ-タ化する場合には植物の表面や地表面の湿度の情報が必要である.ところが表面そのものの湿度を示す手段が無く,表面が十分に湿っているなど不明確な仮定に基づいた評価がなされている場合が多い.この所研では,現実の植物などの表面からの蒸発,蒸散のバルク係数が,その表面が十充に湿っていると仮定した場合の係数に対してどの様な関係に有るのかを示す係数,蒸散効率および蒸発効率を求める事を試みた.実験は,サトイモの群落および針葉樹林を対象として行った.サトイモからの蒸散は重量変化の測定を連続記録して行った.大気の温度湿度の分布の測定は通風乾湿計によった.葉面の温度は熱電対温度計を用いた.群落からの熱輸送には超音波風速計と抵抗線温度計を用いた.森林からの蒸発散の測定には超音波風速計と細い熱電対の乾湿計の組み合わせによる渦相関法を適用した.測定結果を基にして蒸散効率を求めた結果,1)蒸散効率は,天気の良い日には正午過ぎ頃に最大値を取り,その値は最も大きい場合は1.0に近い値となるが,小さいときには0.5程度まで落ち,平均的には0.7である,2)蒸散効果は朝夕には非常に小さな値,0.1程度まで下がる,ことが明らかとなった.この事から,葉面からの蒸散をバルク法によって求める場合,葉面の湿度として葉温での飽和水蒸気圧を用いた場合には,時間帯によっては著しい過大評価となることがわかった.植物や地表面からの蒸発散は,その土地の局地的な環境を支配する要因の一つである事に加えて,全地球的な気候を左右する大気現象の重要な境界条件を与える量である.現在開発されている気候変動モデル,局地循環モデル,さらに地表のエネルギ-収支モデルには,蒸発散は主要な要素として取り入れられている.ただし,蒸発散をパラメ-タ化する場合には植物の表面や地表面の湿度の情報が必要である.ところが表面そのものの湿度を示す手段が無く,表面が十分に湿っているなど不明確な仮定に基づいた評価がなされている場合が多い.この所研では,現実の植物などの表面からの蒸発,蒸散のバルク係数が,その表面が十充に湿っていると仮定した場合の係数に対してどの様な関係に有るのかを示す係数,蒸散効率および蒸発効率を求める事を試みた.実験は,サトイモの群落および針葉樹林を対象として行った.サトイモからの蒸散は重量変化の測定を連続記録して行った.大気の温度湿度の分布の測定は通風乾湿計によった.葉面の温度は熱電対温度計を用いた.群落からの熱輸送には超音波風速計と抵抗線温度計を用いた.森林からの蒸発散の測定には超音波風速計と細い熱電対の乾湿計の組み合わせによる渦相関法を適用した.測定結果を基にして蒸散効率を求めた結果,1)蒸散効率は,天気の良い日には正午過ぎ頃に最大値を取り,その値は最も大きい場合は1.0に近い値となるが,小さいときには0.5程度まで落ち,平均的には0.7である,2)蒸散効果は朝夕には非常に小さな値,0.1程度まで下がる,ことが明らかとなった.この事から,葉面からの蒸散をバルク法によって求める場合,葉面の湿度として葉温での飽和水蒸気圧を用いた場合には,時間帯によっては著しい過大評価となることがわかった.
元気肌と被服材料の関係を探る

最近の化学繊維における快適性の改良は目覚ましいにも関わらず,一般人は,肌着には綿が最適である,という認識を持っている.本研究では,肌の状態に繊維製品が及ぼす影響について,11種類の布に付着した汗と皮膚常在菌(黄色ブトウ球菌)の変化について検討することで,この認識の根拠の有無を探ろうとした.ブドウ球菌に対して抗菌性が認められたのは竹繊維のみであった.汗付着による布のpHの上昇は,新合繊を混紡したMXPが小さかった.本研究の目的は,一般通念として根強い「夏の肌着は綿」に関して,科学繊維系の新素材の快適さはこの通念を翻すに足るのかについて実験を通して検討し,皮膚の健康衛生に適した肌着とは何かを明らかにすることにある.肌着を終日着用し続ける場合,「何となく」綿のほうが心地よい,という意見には,「固定観念」や「気のせい」以外の科学的根拠がある,と考えたからである.そこで「肌環境の清潔さ」に着目し,皮膚上の汗成分中の固形物は繊維に吸着されるのか,汗や皮膚常在菌が付着した場合の繊維素材の持つ抗菌性の有無,においやpHの変化などを測定することによって長時間経過後の快適性との関係を評価した.試料布は疎水性新合繊(ポリエステル,ナイロン),生分解繊維(ポリ-L-乳酸),親水性タンパク繊維(毛),親水性セルロース繊維(綿,レーヨン,キュプラ,テンセル,竹)のほか指定外繊維「マキシフレッシュ」が混紡された「MXP」を用いた.実験衣に試料布を縫い付けての着用実験と,シャーレ内に置いた布試料を37°Cのインキュベータ内で保持するモデル実験,人工皮膚モデルを用いた計3方式をとった.実験での滴下汗は,常にサウナで採取直後の新鮮なものを用いた.汗のみが付着した布が乾燥すると,親水性繊維の場合は繊維表面を滑らかに覆う形で固形物が観察されたが,疎水性繊維の場合は繊維上に塩化ナトリウムの立方体結晶が析出した.臭気の強さは付着直後が高く日数を経るごとに徐々に低下したが,布表面のpHは汗付着後3日まで上昇して弱アルカリ性を示し,その後もわずかな上昇が見られ,概してpH89の値を示した.pHの上昇が最も少なかったのは「MXP」で,同日数経過の汗のみのpHよりも低い値を示した.皮膚常在菌のひとつである黄色ブドウ球菌に対するハロー試験および一般細菌用試験紙による試験においても竹繊維のみが明確な抗菌性を示した.最近の化学繊維における快適性の改良は目覚ましいにも関わらず,一般人は,肌着には綿が最適である,という認識を持っている.本研究では,肌の状態に繊維製品が及ぼす影響について,11種類の布に付着した汗と皮膚常在菌(黄色ブトウ球菌)の変化について検討することで,この認識の根拠の有無を探ろうとした.ブドウ球菌に対して抗菌性が認められたのは竹繊維のみであった.汗付着による布のpHの上昇は,新合繊を混紡したMXPが小さかった.本研究の目的は,一般通念として根強い「夏の肌着は綿」に関して,綿が好まれる科学的根拠はあるのか,新素材の快適さは,この通念を翻すに足る実感を伴わないほど効果が小さいのかについて実験を通して検討し,皮膚の健康衛生に適した肌着とは何かを明らかにすることにある.肌着を一日を通して着用し続ける場合,「何となく」綿のほうが心地よい,という意見には,「固定観念」や「気のせい」以外の科学的根拠があるのでは,と考えたからである.ひとつの大きな要因として「肌環境の清潔さ」に着目し,まず,汗成分中の固形物が繊維に吸着されるか,皮膚上に残るのか,さらに皮膚上の皮脂や,皮膚常在菌のバランス,長時間経過後の快適性との関係を測定するための試料の調達,実験布・実験衣の決定,測定条件の確定を予備実験を通しておこなった.従ってまだ実績は得られてないが,具体的な進行状況は以下の通りである.1)既存の資料収集と文献講読.2)試料の調達.疎水性新合繊(「宇宙肌着」も含む),生分解繊維,親水性タンパク繊維,親水性セルロース繊維(異なる表面特性を有するもの)購入した.3)実験衣の決定.特定部位に複数の試料布を縫いつける方式を採用.4)布による実験を開始.5)肌の油分・水分計,固体用pH計,臭いセンサーの購入と測定方法の修得.6)皮膚常在菌数の測定条件の整備(コロニーカウンターおよび培地用器具・試薬購入).当初の計画では,被験者1名による着用実験Iと,被験者5名による着用実験IIを終了させる予定であったが,補助学生確保の問題から,これをH24年度におこなうことにしたため.H23年度に実施できなかった着用実験を主体に研究を推進する.まずは被験者1名による着用実験I,をおこない,モデル実験との比較を,肌の,油分・水分・pH・皮膚画像,着用後の布の汚れの観察・抽出・定量についておこなう.この結果によっては,着用実験IIの必要性の有無を判断するとともに,研究遂行上の問題点,改良点を検討し,これらをふまえて平成24年度の計画を微修正(試料布の素材と構成,測定環境と測定項目の追加または削減)し実験条件を絞り込み,着用実験第III期(被験者1名)を行い,決定した条件に不備が無いかを最終確認/修正する.

その後着用実験IV期(被験者5名)を行い,結果を整理し,快適性に関わる諸因子と肌環境,被服素材との関連を明らかにする. 2年間の結果を総合して,健康と快適性を実現するための衣服素材の指針についてまとめ,真に快適で健康的な肌環境を維持するために繊維素材が備えるべき特性を明らかにし,これを材料設計・衣生活指導上の指針として確立する.基本的には当初の研究計画に従って研究を進める.研究に必要な物品はH23年度に購入したので,H24年度に購入する物品(消耗品)は,使用期限が短い試薬等の補充が主となる.一方実験補助学生による着用実験はH23年度に実施できなかったためH24年度におこなう予定であり,実験補助学生への謝金額は当初の予定よりも増額する.謝金額の増額分については物品費と出張旅費の一部を充てる.