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教師のアクティブ・ラーニングによる、特別支援教育の専門性向上研修プログラムの開発

本研究は、小・中学校の特別支援学級及び通級指導教室を担当する、特別支援学級担任及び通級指導教室担当(以下、特別支援教育担当教員)の特別支援教育に関する専門性を向上させるための、効果的な教員研修プログラムの開発を行うことを目的としている。平成30年度は、平成29年度に明らかになった、特別支援教育担当教員の資質・能力に関する特別支援教育の専門性の9つのカテゴリーを元に、特別支援教育に関する専門性の高い教員へのインタビュー及びアンケート調査を行い、特別支援教育の専門性がこれらの9つのカテゴリーに整理できるのかを検討した。その後、9つのカテゴリーの資質・能力を測定する特別支援教育専門性尺度を作成して大規模なアンケート調査を行い、分析を行った結果4因子構造が得られ、「特別支援教育や障害全般に関する知識や理解」「子どもの指導の計画と実践」「教材の作成や活用」「子どもや保護者との信頼関係」と命名された。これらの過程で得られた視点をふまえ、4つのセッション(I「子どもの理解(アセスメント)、II「子どもの指導(自立活動)、III「子どもの支援(指導の実際)、IV「子どもを支える(連携))で構成される研修プログラムを作成し、企画・実施した。各セッションは、受講者の事前学習と、研修当日の実践につながる演習を中心とした研修及び事後の自己学習を組み合わせて行われた。受講者からはよい評価を得られ研修の効果が示唆された。平成30年度は、当初の予定通りアンケートの実施及びその分析から特別支援教育担当教員を対象とした4つのセッションからなる研修プログラムを開発し、一通り実施することができた。これらの成果については、学会発表や投稿論文等により明らかにしている。次年度はこれらの成果をふまえ、研修の回数・規模を拡充し研修プログラムの実践・検証を進めていく予定である。今年度内に、4つのセッションからなる研修プログラムを、県内に3カ所設置されている教職大学院サテライトキャンパスでそれぞれ実施する予定である。その後、その検証及び分析を行い、さらに効果的な研修プログラムに改訂していきたいと考えている。少子化の中、小・中学校の特別支援学級・通級指導教室に通う子どもは増え続け、それを担当する教員(特別支援教育担当教員)も増加している。本研究では、この特別支援教育担当教員の特別支援教育に関する専門性を向上させるため、小・中学校での特別支援教育の現状及び課題の分析と共に、特別支援教育担当教員の専門性についてのレベルを明らかにし、それに応じた研修プログラムの開発を行う。平成29年度は、まず、特別支援教育担当教員の資質・能力に関する項目を収集し、特別支援教育に関する専門性を分類することを目的に、教員を対象とした自由記述アンケート及び専門家へのインタビューによるカテゴリー分類を行った。その結果9つのカテゴリー( 1)特別支援教育に関する理念や法律などについての知識・理解、2)障害全般に関する知識・理解、3)障害全般あるいは特性に応じた指導・支援などに関する知識・理解、4)個に応じた指導・支援をするために、その子どもの実態を把握すること、5)個に応じた指導・支援をするために、目標や内容・方法を選択し計画・準備をすること、6)個に応じた指導・支援をするための実践力・対応力・教材活用力、7)子どもとのコミュニケーション・信頼関係づくり、8)教員としての人間性や子どもに向き合う姿勢、9)支援者間の関係作りと校内外の連携・コーディネート)に分類された。また、特別支援教育に関する専門性について、そのレベルを測定する尺度を作成するためのアンケート項目を整理した。次に、特別支援教育に関する研修についてその内容と現状を把握することを目的に、特別支援教育に関する研修企画者を対象として、上記の9つのカテゴリー分類について、その専門性のレベルに応じた研修内容とその実施状況に関するアンケートを行った。これらの結果について研究者で検討を行い、研修プログラムの構成・立案及び実施につなげていく予定である。本研究への実質的な取り組み開始が平成29年度の7月(内定時期)以降と遅れたが、それ以前から教員研修に関する文献研究等に取り組んでおり、特別支援教育の専門性に関する2つの調査を実施・分析することができた。これらを元に、今後の研修プログラムの開発・実施への展望が開けた。

平成30年度は、当初の予定通りアンケートの実施及びその分析から特別支援教育担当教員を対象とした4つのセッションからなる研修プログラムを開発し、一通り実施することができた。これらの成果については、学会発表や投稿論文等により明らかにしている。次年度はこれらの成果をふまえ、研修の回数・規模を拡充し研修プログラムの実践・検証を進めていく予定である。平成29年度に作成された、特別支援教育の専門性に関するアンケートを佐賀県・福岡県の小・中学校の特別支援教育担当教員に大規模に実施し、その資質・能力の現状を把握する。合わせて、そこから得られた特別支援教育の専門性のレベルに応じた内容を、効率的な研修プログラムの方法で構成し立案する。この計画に従って、研究者の近隣地域の特別支援教育担当教員を中心に、研修を実施する予定である。今年度内に、4つのセッションからなる研修プログラムを、県内に3カ所設置されている教職大学院サテライトキャンパスでそれぞれ実施する予定である。その後、その検証及び分析を行い、さらに効果的な研修プログラムに改訂していきたいと考えている。平成29年度は、特別支援教育の専門性を探るための調査研究が主となったため、研修プログラムを実施するためのICT関連器具の購入は、平成30年度に回すこととなった。平成30年度は、研修プログラム策定の過程及びその実施に合わせ、これらの機器も含めて購入予定である。平成30年度に行った研修プログラムは、佐賀大学及び研究者の施設・設備・機器を利用して行った。次年度は、これらの評価を元にICT関連機器を購入し、各サテライトキャンパスでの研修を行う予定である。
ナノレポーター粒子とナノファイバセンサアレイによる匂いの可視化

匂い情報の可視化(匂いコードによる匂いの質の可視化)を可能とする技術として,i)匂い分子認識能力の学習・再構築が可能な分子鋳型材料,ii)蛍光標識した抗体を用いた表面プラズモン共鳴励起増強蛍光法による匂い分子の特異的・高感度検出,iii)金ナノ粒子アレイ,および金ナノ粒子の局在プラズモン共鳴とカップリングする有機半導体ナノファイバによる匂い分子を検出できる材料・技術を開発した.これらの匂い分子認識材料や分子検知技術を可視化フィルム化,あるいはアレイセンサ化したデバイスを実現することで光学的な空間測定が可能であり,化学物質空間を可視化できるセンサが実現可能となった.匂い情報の可視化(匂いコードによる匂いの質の可視化)を可能とする技術として,i)匂い分子認識能力の学習・再構築が可能な分子鋳型材料,ii)蛍光標識した抗体を用いた表面プラズモン共鳴励起増強蛍光法による匂い分子の特異的・高感度検出,iii)金ナノ粒子アレイ,および金ナノ粒子の局在プラズモン共鳴とカップリングする有機半導体ナノファイバによる匂い分子を検出できる材料・技術を開発した.これらの匂い分子認識材料や分子検知技術を可視化フィルム化,あるいはアレイセンサ化したデバイスを実現することで光学的な空間測定が可能であり,化学物質空間を可視化できるセンサが実現可能となった.匂い情報を可視化(匂いコードによる数値化)を行うため,匂い物質と匂い検知剤である匂い吸着プローブ(ナノレポーター粒子)を作成した.その際,分子鋳型および匂い物質親和性を持つペプチドを用い,主として水素結合による分子間力を相互作用として匂い検知剤に取り込んだ.プローブの匂い分子選択能力はプローブへの吸着匂い分子をSPME(固相マイクロ抽出)法によって濃縮サンプリングし,ガスクロマトグラフィ質量分析器(GC-MS)を用いて吸着分子の組成を分析し,匂い分子選択性があることを確認した.また,GC-MSは可視化対象の匂い物質を決定する際にも用い,例として人の掌から得られる匂い物質について分析を行い,有機酸類を候補として絞り込んだ.匂い検知剤はこの有機酸類を対象として構築を進め,有機酸分子選択性を得ている.一方で,匂い検知プローブとしてバニロイド親和性を持ち金結合性を有するトリペプチドを合成し,導電性ナノファイバ(ポリアニリン)上に金ナノ粒子を介して結合させた.結果として得られた匂い分子認識部位を持つ低次元導電層薄膜を櫛型電極上にキャストし,これを匂いセンサ電極として,バニリン選択性がある導電性変化を得た.この際の導電性変化は金ナノ粒子を介した分子認識性ペプチドと導電性ナノファイバとの縦カップリング,ナノファイバに沿った横カップリングによるものと考えられる.匂い検知ナノレポーター粒子に関しては,さらに高い選択性を目指し,匂い物質を抗原抗体反応を用いて特異的かつ高感度に検出するため,蛍光検出システムの構築を行った.抗体を蛍光標識するとともに,金基板上に形成した自己組織化単分子膜に匂い物質の類似物質を固定化した.これらの相互作用を蛍光により検出することができた.匂い情報の可視化(匂いコードによる数値化)を行うため,匂い物質を補足・吸着する材料の開発を行った.また,金ナノ粒子により匂い物質を光学的に検知できる匂い空間の可視化が可能なセンシングフィルムの開発を行った.分子認識層には分子鋳型法による分子吸着サイトを持つ高分子フィルムを用い,その分子認識能力を固相マイクロ抽出法とガスクロマトグラフィ質量分析器を用いて分析し,作成した分子鋳型膜に匂い分子選択性があることを確認した.この分子認識フィルムは可塑性を有しているため分子認識能力の学習・再構築が可能で,匂い分子と匂いコードに応じたテイラーメード的な分子認識表面作成ができることも確認できた.一方で,表面プラズモン共鳴(SPR)による励起増強蛍光法では蛍光標識した抗体により匂い分子を特異的かつ高感度に検出が実現可能であることを示す結果を得た.以上の匂い分子認識技術と吸着検知原理を金ナノ粒子の局在プラズモン共鳴(LSPR)現象とカップリングさせるために,LSPRフィルムの光透過性変化による匂い物質吸着の検出能力を確認した.さらに,金ナノ粒子を用いた高い配向性を持つアレイ電極の作成技術について検討を行い,気液界面に自己組織化的に配列する金ナノを応用する技術を実現した.電極技術については単一金ナノ粒子の化学物質応答性を確認する基礎デバイス開発を行い,簡便なナノギャップ作成技術を実現した.そしてそのガス応答性を電気的なシグナルとして確認できた.LSPRによる可視化技術については有機半導体と金ナノ粒子の光学的なカップリングを電気信号として取り出し,高速な化学物質応答が可能なデバイスを実現した.このデバイスは光学的なアドレッシングによる空間測定が可能である.以上の基礎技術を組み合わせたアレイセンサを構築することで,化学物質空間を可視化できるセンサが実現可能である事を示すことができた.匂い情報を可視化(匂いコードによる数値化)を行うため,匂い物質を分子認識により補足・吸着する材料と匂い物質を光学的に検知できるセンシングフィルムの開発を行った.分子認識層には分子鋳型法による分子吸着サイトを持つ高分子フィルムを用い,その分子認識能力をSPME(固相マイクロ抽出)法によって濃縮サンプリングし,ガスクロマトグラフィ質量分析器(GC-MS)を用いて吸着分子の組成を分析し,匂い分子選択性があることを確認した.また,GC-MSは可視化対象の匂い物質を決定する際にも用い,例として人や食品などのサンプルから得られる匂い物質について分析を行い,有機酸類やケトン類,アルデヒド類を候補として絞り込んだ.

匂い吸着層はこれらの匂い物質を対象として開発を進め,対象匂い分子への選択性を確認した.一方で,表面プラズモン共鳴(SPR)による励起増強蛍光法(SPFS)を用いて,蛍光標識した抗体により匂い分子を特異的かつ高感度に検出することを目的とし,SPRによる励起方法の検討を行った.光源の選定を行い,635 nmの半導体レーザー,プリズム,CMOSカメラを用いてクレッチマン配置によるSPR光学系を構築した.また,蛍光観察用のフローシステムを構築した.以上の匂い物質認識と吸着検知原理を金ナノ粒子の局在プラズモン共鳴(LSPR)現象とカップリングさせるために,LSPRフィルムの光透過性変化による匂い物質吸着の検出能力を確認した.さらに,金ナノ粒子を用いたアレイ電極の作製を行い,匂い物質吸着を電気的なシグナルとして検知する技術を検討した.以上の基礎技術を組み合わせることでアレイセンサを構築する事が可能であり,化学物質空間を可視化できるセンサの可能性を確認した.匂いを測定する受容素子として,金結合性ペプチドとポリアニリンナノファイバを用いたセンサについて,その作成技術を構築し,匂い物質応答と匂い物質選択性について達成できており,当初の計画を達成した.25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の要素技術,およびシステム構築に必要な基盤技術である匂い分子認識部,アレイ電極作製,表面プラズモン共鳴と励起増強蛍光法による分子間相互作用検出はいずれも研究開発が進んでおり,全体として順調に研究は進展している.匂い分子受容部とカップリングされた導電性ナノファイバを構築できたため,今後は,その動作原理を明確にし,より選択性と感度が高い受容部とトランスデューサ部の設計と作成を推進する.さらに,匂いコード情報を検知できるマルチチャネルセンサに相当する二次元アレイ電極を構築する.25年度が最終年度であるため、記入しない。最終的なアレイ電極による匂い検出系,化学物質空間の可視化に関して,これまでの要素技術研究の成果を最終的にまとめ上げる必要があり,基盤技術に加え,最終年度はその点に集中した研究を推進する予定である.
低悪性度神経膠腫症例における言語機能再編の解明と言語療法の確立

言語優位半球側に病変の主座をもつ5症例の脳腫瘍患者に対して、機能的MRI(以下fMRI)と覚醒下術中機能マッピングを併用した腫瘍摘出術を実施した。病変部位は3症例が前頭葉にあった他、頭頂葉と側頭葉が1症例づつであった。頭頂葉病変症例では摘出が白質に及んだところで音節性錯語が出現したことから、深部の腫瘍摘出は断念せざるを得なかった。また側頭葉病変症例においては、覚醒直前に出血源不明のクモ膜下出血をきたしたため腫瘍摘出術を中止した。前頭葉病変をもつ3症例では予定通りの腫瘍摘出術を実施できたものの、1症例では術中の覚醒が不十分であったことから直接皮質電気刺激による言語評価が困難であり術後に超皮質性運動失語をきたした。また他の1症例においては病変に補足運動野を含んでいたが、過去の知見より摘出に伴い失語を呈したとしても一時的であることが予想されたため摘出に踏み切ったところ術後に補足運動野失語をきたした。しかし2症例共に症状は一過性で間もなく概ね術前の言語機能の水準まで回復した。以上の経緯より、前頭葉病変を有していた3症例について術後2ヶ月目にfMRIの再検を行った。内2症例では手術前後で著変を認めなかった一方、1症例では聴覚入力動詞産生課題において下前頭回の活動の左右差が不明瞭化した。この2年間で脳腫瘍9症例に対して術前後にfMRIによる評価を行うことが実施でき、3症例において術後に若干の賦活領域の変化を認めた。しかし、この3症例はいずれも研究期間内に再発し再手術に至ることはなかったため、この賦活領域の変化が手術に関連した言語関連領域の移動を反映しているのか否かを判断することはできなかった。平成29年度は6例の言語優位半球側に病変の主座をもつ脳腫瘍患者に対して、機能的MRI(以下fMRI)と覚醒下術中機能マッピングを併用した腫瘍摘出術を実施した。病変は前頭葉が3例、側頭葉が2例そして頭頂葉が2例であった。6例中2例は術中に脳梗塞を発症したことから一時的に発語失行が加わったものの、3ヶ月の経過で概ね術前の言語機能の水準まで復した。また1例は疼痛のため覚醒下手術を断念せざるを得なかったことから、術前におけるfMRIの結果を参照しつつ全身麻酔下で腫瘍摘出術を進めたが、幸いにして術後に明らかな言語症状の悪化を認めなかった。残る4例については一過性の悪化もなく、術前後でのWAB失語症検査と失語症語彙検査において有意差を認めず良好な術後経過を辿った。以上よりfMRIと覚醒下術中機能マッピングを併用することで機能温存の精度は高められることが示唆された。また6例中1例では術前のfMRIにおいて腫瘍前部に位置する下前頭回三角部に明瞭なピークが認められていたところ、同部の直接皮質電気刺激により再現性のある発話停止が確認された。このことから、fMRI所見は真の言語機能を反映した所見を提示しうるかを確かめることができた。この他、6例中2例において術後に若干の賦活領域の変化を認めたものの、その意義づけについては再手術とならないと判断が難しいことから、手術前後でのfMRIの対比により言語関連領域に術後の移動が認められるかについては確認に至っていない。おおむね順調な進展ながら、術後に言語関連領域が移動するか否かについては再手術時の評価も加える必要があることから今しばらくの経過観察を要する。平成29年度と同様の研究を続ける。同時に平成29年度の脳腫瘍手術で部分切除に終わった症例では3ヶ月毎に頭部MRIの再検を行って再発の有無を確認し、万一再発を認めれば上述した評価を繰り返す。

初回手術時に言語関連領域に首座を置く脳腫瘍症例において腫瘍外への言語機能の移動が確認できれば、2回目の手術では腫瘍の切除範囲の拡大もしくは全摘出術が可能となることが期待される。設備備品の購入が遅れたため。平成30年度に随時購入予定。
方言-共通語の言語的多様性に関するエスノグラフィ-を実践する参加型学習の創造

本研究は、方言と共通語が形成する言語的多様性について、児童・生徒自らがエスノグラフィー(言語生活調査)を行う参加型の授業モデルを構築し、実際に実験的授業を実現し、さらに結果から授業モデルを改訂しつつ<学習者=言語生活調査者>の観点の提案を目指した。方言と共通語が作る言語的多様性は、一方で児童自身を取り巻く生活世界と直結しており、児童が地域社会や環境に関する学習を進める場合に適した素材である。さらに言語的多様性は、児童自らの表現と理解の媒体でもあり、児童の自己理解や他者への共感を育むうえでも重要なテーマとなる。その意味で方言と共通語が作る言語的多様性は、迫真性を備え、しかもさまざまな学習領域への拡張性を合せ持つから、総合的な学習における格好の学習テーマだと言える。しかし現行の教育課程では、言語事項は文字、語彙、文法など要素的な側面に限られており、言語生活の側面は十分には取り上げられていない。言語的多様性は地域社会における地域社会における言語生活に密に関係するから、要素的側面としてよりは、むしろ生の言語使用である会話や談話として現れる。そこで児童に言語的多様性に気付かせるには、要素的側面としてではなく、談話分析学あるいは社会言語学と呼ばれる学問領域の知見をかみ砕いて導入する必要がある。そこで本研究では、談話分析などの知見を児童に適合させる等の条件整備をして、児童・生徒が自らエスノグラフィー(言語生活調査)を行う参加型の授業モデルを構築・実現する。本研究の具体的作業を以下の通りであった。(1)教育課程に現況に関する調査:方言に関する授業の分析、総合学習の事例収集、児童の社会言語学的知識の実態把握を調査する。(2)小集団による分析・話し合い過程に基づく学習状況の構築:テーマ及び教材の選定、パソコンなどの使用機器の整備、話し合いに提供する素材の選定など。(3)授業実践モデルケースの構築と実験授業の実施と評価本研究は、方言と共通語が形成する言語的多様性について、児童・生徒自らがエスノグラフィー(言語生活調査)を行う参加型の授業モデルを構築し、実際に実験的授業を実現し、さらに結果から授業モデルを改訂しつつ<学習者=言語生活調査者>の観点の提案を目指した。(3)授業実践モデルケースの構築と実験授業の実施と評価本研究は、方言と共通語が形成する言語的多様性について、児童・生徒自らがエスノグラフィー(言語生活調査)を行う参加型の授業モデルを構築し、モデルを実際に実験的授業場面を実現し、さらに結果から授業モデルを改訂しつつ<学習者=言語生活調査者>の観点の提案を目指す。その意味で、方言と共通語が作る言語的多様性は、迫真性をそなえ、しかもさまざまな学習領域への拡張性を合せ持つから、総合的な学習における格好の学習テーマだといえる。しかし、現行の教育課程では、言語事項は文字、語彙、文法など要素的な側面に限られており、言語生活の側面は十分には取り上げられていない。そこで本研究では、談話分析などの知見を児童に適合させるなどの条件整備をして、児童・生徒自らがエスノグラフィー(言語生活調査)を行う参加型の授業モデルを構築・実現する。本研究で進めた具体的作業は以下の通りである。(1)教育課程の現況に関する実態調査:方言に関する授業の分析、総合学習の事例収集、児童の社会言語学的知識の把握実態を調査する。(2)小集団による分析・話し合い過程にもとづく学習状況の構築:テーマおよび教材の特定、パソコン等の使用機器・道具の整備、話し合いに提供する素材の選定などを行う。(3)授業実践モデルケースの構築と実験授業の実施と評価:協力校の連携のもと小学校における授業実践を企画、実施し、モデルを評価する。

本研究は、方言と共通語が形成する言語的多様性について、児童・生徒自らがエスノグラフィー(言語生活調査)を行う参加型の授業モデルを構築し、モデルを実際に実験的授業場面を実現し、さらに結果から授業モデルを改訂しつつ<学習論=言語生活調査者>の観点の提案を目指した。方言と共通語が作る言語的多様性は、一方で児童自身を取り巻く生活世界と直結しており、児童が地域社会や環境に関する学習を進める場合に適した素材である。さらに言語的多様性は、児童自らの表現と理解の媒体でもあり、児童の自己理解や他者への共感を育むうえでも重要なテーマとなる。その意味で、方言と共通語が作る言語的多様性は、迫真性をそなえ、しかもさまざまな学習領域への拡張性を合せ持つから、総合的な学習における格好の学習テーマだといえる。しかし、現行の教育課程では、言語事項は文字、語彙、文法など要素的な側面に限られており、言語生活の側面は十分には取り上げられていない。言語的多様性は地域社会における言語生活に密に関係するから、要素的側面としてよりは、むしろ生の言語使用である人々の会話や談話として現れる。そこで児童に言語的多様性に気付かせるには、要素的側面としてではなく、談話分析学あるいは社会言語学と呼ばれる学問領域の知見をかみ砕いて導入する必要がある。そこで本研究では、談話分析などの知見を児童に適合させるなどの条件整備をして、児童・生徒自らがエスノグラフィー(言語生活調査)を行う参加型の授業モデルを構築・実現する。本研究の具体的作業は以下の通りである。(1)教育課程の現況に関する実態調査:方言に関する授業の分析、総合学習の事例収集、児童の社会言語学的知識の把握実態を調査する。(2)小集団による分析・話し合い過程にもとつく学習状況の構築:テーマおよび教材の特定、パソコン等の使用機器・道具の整備、話し合いに提供する素材の選定などを行う。(3)授業実践モデルケースの構築と実験授業の実施と評価:協力校の連携のもと小学校における授業実践を企画し、モデルを評価する。
新規ナトリウム利尿ペプチドの精製と構造解析

1、新規ナトリウム利尿ペプチドに対する高感度ラジオイムノアッセイ系の確立と分子型の検討申請者が昨年、両生類において見いだした2種類のC型ナトリウム利尿ペプチドに対する特異的抗体を作成し、これを用いた高感度のラジオイムノアッセイ系を確立した。この系を用いてまずRana Catesbeianaにおける内因性の分子型を検討した。fCNPIはアミノ酸22残基の低分子型として脳神経系に多く存在し、また消化管にも少量みられた。一方、新規ナトリウム利尿ペプチドであるfCNPIIは遺伝子構造から推測されたアミノ酸22残基の低分子型として、脳神経系に存在した。興味あることに、fCNPIIは遺伝子レベルでは肺に多く発現しているが、ラジオイムノアッセイによるペプチドレベルでの検討では、肺にはごくわずかのfCNPII免疫活性しか認められなかった。これは肺においてfCNPIIが、生成後は細胞内に貯蔵されずにすぐに分泌されるためと考えられ、肺におけるペプチドホルモンの分泌機序が他の内分泌器官とは異なる機序で行われている可能性を示すものである。今後は肺におけるホルモンの分泌機序についても解明していきたい。2、PCR法による新規ナトリウム利尿ペプチドの検索申請者が明らかにしたRana Catesbeianaの2種類のC型ナトリウム利尿ペプチドの遺伝子構造を基に、PCR用の混合プライマーを合成した。哺乳類の遺伝子DNAを鋳型に用いてannealing温度を下げてPCRを行った。増幅された断片をプラスミドベクターに組み込み、シークエンス解析を行った。その結果は大部分が既知の哺乳類CNPであり、現在これ以外のクローンについて解析中である。
超高圧電子顕微鏡およびX線顕微鏡によるグリア細胞突起三次元構造の解析

悩の形態形成、生理機能、病態に大きな役割を果たすグリア細胞の形態、特に星状グリア細胞突起の三次元的な構成と神経要素との関係を明らかにする目的で、ゴルヂ染色を行った白ねずみ中枢神経の厚い切片を用い光学顕微鏡による観察、超高圧電顕とX線顕微鏡による立体観察を行った。終末枝の微細構造のレベルでは細胞質性、繊維性、共に繊細な葉状あるいは紐状となり神経性要素の間に介在する立体的な網目を形成する。灰白質での細胞質性星状グリアによる網目は特に緻密で軸索終末樹状突起および刺のまわりを取り囲んでいる、神経細胞体の表面では、ベール状となって直接神経細胞の表面を覆うが、神経細胞体が集合する顆粒細胞層ではグリア細胞突起は蜂巣状の構造を造っている。多数の神経終末が細胞体および樹状突起表面にシナプスを形成しているニューロンでは、星状グリア細胞の終末突起は薄い板状となって神経終末を包む多面体のコンパートメントをつくり、それらが集合して細胞体と樹状突起を包む複雑な網目を形成する。神経細胞に直接する面でグリア薄板が存在しない部位はシナプス形成部に対応するものと考えられる。大脳皮質において神経細胞体表面に網目を形成する星状グリア細胞の、他の突起の形態が放線状グリア細胞の突起の形態と類似している事は、この種のグリア細胞の起元を示唆するものとして注目に値する。其の他超高圧電顕観察によって、星状グリア細胞の細胞体から直接多数の細突起が出ていることが超高圧電顕観察によって明らかにされた。100μmの厚さの試料のX線顕微鏡観察で星状グリア細胞の立体像観察が可能であったが解像力不足のため突起の詳細は明らかにされなかった。現在SORによるX線を用いて0.1μmの解像が可能となったのでX線顕微鏡による5μmの試料での解像力をテスト中であり、此の方法による非脱水試料での観察の可能性を検討している。ゴルヂ染色標本を用いたX線顕微鏡による厚い試料(200μm)の觀察によって,ラツトの海馬および歯状回における繊細な星状グリア細胞突起の三次元的な構造を明かにすることができた。然しながらX線顕微鏡の解像力は現在の処ほぼ光学顕微鏡の解像力と同程度であるため,詳細な觀察のためには,X線顕微鏡本体および画像処理の面での改良が必要である。同じく,ゴルヂ染色標本の光学顕微鏡および超高圧電子顕微鏡による觀察によって,ラットの海馬および歯状回において極めて繊細な葉片状の細枝による網目をつくる小型の星状グリア細胞(細胞質性星状グリア細胞),直線的な突起と比較的粗な終末分枝をもつ大型の細胞(繊維性星状グリア細胞と思われる)血管壁に密着し,長い突起をもつグリア細胞(ミクログリアと思われる),有髄繊維束に密接して直線的で長い突起をもつグリア細胞(稀突起グリア細胞と思われる)などの終末分枝の三次元的な構造の詳細を明かにすることができた。特に稀突起グリア細胞については有髄繊維束に副つて走る粗大な突起と,繊維束内に分枝する細かな突起の三次元的な構成をはじめて明かにすることができた。脊髄灰白質および脳幹網様体部では神経細胞の表面を粗い網目で覆うグリア細胞が存在し,超高圧電子顕微鏡像では網目に一致して,グリア細胞の扁平な終末枝で囲まれたコンパ-トメントが密接して存在するのがみとめられた。

プロテオグリカン免疫染色によって染め出された点状の神経終末の像と,グリア細胞による網目の像とはオフセットの関係にあることが分かった。なお厚い試料の光学顕微鏡觀察によって,神経細胞表面にみられた網目と,その母細胞とみられるグリア細胞との連絡が認められた。この種のグリア細胞のタイプを同定するために標識抗体を用いた觀察を計画している。グリア細胞膜に各種のイオンチャネル及び神経伝達物に対する受容体が存在することが報告され、その生理学的な特性が明らかにされて来たところから、グリア細胞が神経細胞の興奮伝達、情報処理、さらに記憶などに積極的に関与すると考えられるようになってきた。そこで本年度は中枢内部位によるアストログリア細胞の局所的な形態の多様性、特に神経細胞との接触関係について、ゴルヂ染色標本を用いて光学顕微鏡および空高圧電子顕微鏡観察を行った。ラットの海馬および歯状回についての観察では、細胞体周辺に多数の細突起を出し、ニュ-ロパイルの比較に狭いドメインで各シナプスのまわりを取り囲む細密な網状構造をつくる小型の典型的な細胞質性アストロサイトのほかに、樹枝状に分枝する長い突起をもつ大型のアストロサイトとがある。前者は細胞体、或いは大型の突起の表面からも直接に多数の細突起を出して瀰漫性の網目をつくる。毛細血管表面に達した細突起は偏平な木の葉状となって血管小足をつくるが、隣接した小足の扁平な部分は瘉合して連続性に毛細血管外周を蔽う薄板を形成しているように見える。大型のアストログリア細胞はやや大径の血管の近くに見られることが多く、血管に向かって大きな血管足を出す。このタイプの細胞は樹枝状に分枝する突起の形態によって、直線毛で胎ど分枝しない突起をもつ繊維性アストロサイトと区別することができる。上記のような形態学的な性質から小型の細胞質性アストロサイトは主としてシナプス伝達に関係おこる微小環境変化の処理に関与し、大型のアストロサイトはサイフォニングの機能を介して、比較的広いドメインでの神経活動による環境変化に対応しているのではないかと考えている。ゴルヂ染色、エポン、アラルダイト包理試料を用い、白ねずみの中枢神経系(大脳皮質、脳幹部、脊髄)における星状グリア細胞の三次元構造を光学顕微鏡、超高圧電子顕微鏡、X線顕微鏡を用いて観察した。本年度は特に、脊髄灰白質および脳幹網様体部で神経細胞の表面に、神経終末を包む多数のコンパートメントから成る網目を形成する星状グリア細胞突起の詳細、およびその細胞体との関係の解明に重点をおいた。厚い(100μm)切片を用いての光学顕微鏡観により神経細胞表面の綱目と近接する星状グリア細胞突起との連絡を観察することができた。このことは神経細胞体をつつむ綱目が星状グリア細胞の突起終末の一つの形態であることを強く支持するものである。同様の網目構造は大脳皮質の神経細胞表面にも見られ、細胞体表面に多数の神経終末を持つ神経細胞表面での星状グリア細胞に共通の終末形態であると考えられる。光学顕微鏡のレベルでは、脳幹毛様体、脊髄灰白質でのこれらのグリア細胞は前に記載した典型的な細胞質性および繊維性星状グリア細胞とは異なった形態を持っていた。大脳皮質部では、皮質表面に垂直な方向に走る主突起から、脳表面と平行な不定型の層雲状の突起を皮質層に送るグリア細胞が、神経細胞表面で網状の構造をつくるのが認められた。このタイプのグリア細胞の突起は小脳皮質でみられるB ergmannグリア細胞、および網膜でみられるMuller細胞など放線状グリア細胞に由来すると考えられている細胞の突起の形態に類似している点は注目に値する。今年度はゴルヂ染色標本の5μm切片を用いてX線顕微鏡による高分解能観察をはじめた。
低分子化合物を用いたエクソンスキッピング誘導によるジストロフィン発現法の確立

ジストロフィン遺伝子のスプライシング時にエクソンスキッピングを誘導して、ジストロフィンを発現させることは、Duchenne型筋ジストロフィー(DMD)の治療法となりつつある。本研究では、エクソンのスキッピング誘導する低分子化合物の探索を目指した。そして、エクソンスキッピングを誘導する低分子化合物の探索を図った。一部の化合物がエクソンスキッピング誘導作用を有することを見出した。さらに、エクソンスキッピング誘導治療の標的となる代表的エクソンについて多エクソン同時スプライシング解析系の構築に成功した。研究者らが提唱した「AO(アンチセンスオリゴヌクレオチド)を用いてジストロフィン遺伝子のスプライシング時にエクソンスキッピングを誘導して、ジストロフィンを発現させるDuchenne型筋ジストロフィー(DMD)の治療法」は、現在世界標準の治療法となりつつある。しかし、申請者はこれまでの研究実績から、高分子核酸「AO」に代わり、「低分子化合物」を用いる最先端手法を世界に先駆けて着想した。そして、低分子化合物が変異エクソンではあるがそのスキッピングを誘導し、ジストロフィン発現を促進する事実を明らかにした(Nature Commun2011)。本研究では正常のエクソンを塩基配列特異的にスキッピング誘導する低分子化合物を探索・同定し、それを用いて患者培養筋細胞でジストロフィンの発現を実証し、実用性有効性ともに優れた画期的DMD治療法の確立を世界に先駆けてはかるものである。1.各エクソンのスプライシング制御特性の解明とグループ化ジストロフィン遺伝子の79ヶあるエクソンのスプライシング制御特性をあらかじめ解明し、各エクソンをその特性に応じてグループ分けする。さらに、この制御特性とDMD治療における必要性に応じて低分子化合物の探索をおこなうエクソンの順位づけを行った。2.エクソンスキッピングを誘導するリード低分子化合物の探索・同定各標的エクソンを組み込んだレポーター遺伝子を構築し、それを培養細胞に導入する。そして、低分子化合物の存在下でスプライシング反応を進行させ、エクソンスキッピング誘導能を有する化合物の同定をはかった。そのため、レポーター遺伝子の構築をした。そして、作成したレポーター遺伝子をHeLa細胞等に導入し、HeLa細胞培養の培地に各種の低分子化合物を添加した。そして、エクソンのスキッピングをRT-PCR解析の方法により探索した。そのために以下の研究を実施した。1.エクソンスキッピングを誘導するリード低分子化合物の探索・同定:各標的エクソンを組み込んだレポーター遺伝子を構築し、それを培養細胞に導入した。そのため、作成したレポーター遺伝子をHeLa細胞等に導入し、HeLa細胞培養の培地に各種の低分子化合物を添加した。そして、エクソンのスキッピングをRTーPCR解析の方法により探索することを継続的に実施した。2.エクソンスキッピング誘導する化合物の同定:1の過程でエクソンスキッピングを誘導する候補化合物を見出した。そして、その候補化合物の作用機序などについて検討を加えた。3.多エクソン同時スクリーニング法の開発:一度に多数の解析が可能となる多エクソン同時導入システムの開発をはかった。本研究では正常のエクソンを塩基配列特異的にスキッピング誘導する低分子化合物を探索・同定し、実用性有効性ともに優れた画期的DMD治療法の確立を世界に先駆けてはかるものである。

そのため、作成したレポーター遺伝子をHeLa細胞等に導入し、HeLa細胞培養の培地に各種の低分子化合物を添加した。そして、エクソンのスキッピングをRTーPCR解析の方法により探索することを継続的に実施した。2.エクソンスキッピング誘導する化合物の同定:1の過程でエクソンスキッピングを誘導する候補化合物を見出した。そして、その候補化合物の作用機序などについて検討を加えた。しかし、臨床応用できる化合物の同定には至らなかった。3.多エクソン同時スクリーニング法の開発:一度に多数の解析が可能となる多エクソン同時導入システムの開発をはかった。そして、多エクソン同時スクリーニングシステムの確立に成功した。さらに、このシステムの効率化を図るため、RTーPCRのステップをスキップできるシステムの開発を手掛けた。26年度が最終年度であるため、記入しない。小児科26年度が最終年度であるため、記入しない。エクソンスキッピング誘導の標的となるエクソンを決定し、それらの発現ベクターの構築に成功した。そして、1部のエクソンにおいてエクソンのスキッピングを誘導する化合物の候補を得た。レポーター遺伝子を構築し、それを用いたケミカルスクリーニングをすでに開始している。そして、1部のエクソンにおいてエクソンのスキッピングを誘導する化合物の候補化合物を明らかにすることに成功するなど成果を挙げてきている。さらには、スクリーニング効率が上がる多エクソン同時スクリーニング法の開発にも目途がついた。現在進行中の研究をさらに推進する。また、さらに有効な探索法についても検討し、低分子化合物の同定の迅速化についても検討する。現在進行中の研究をさらに推進することにより、エクソンスキッピング誘導により効果的な化合物の同定をはかる。また、同定した候補化合物については、それを基本としてさらに有効な化合物の同定をはかる。そして、臨床応用可能な化合物の発見に努め、患者由来細胞を用いた検証をはかる予定である。また、さらに有効な探索法についても検討し、低分子化合物の同定の迅速化についても推進する。
情報ネットワークをいかした新しい日本的経営管理の研究

本研究によって以下の4つの研究をおこなった。まず第1に感覚的な要素を含んだ問題の意思決定法として知られているAHPを集団での意思決定を支援するために用いる方法に改善し、二段階グループ意思決定法を構築し提案した。この方法は初めの段階でグループの特性を把握し、次の段階でグループメンバーの意思決定評価を把握し、この二つの結果を総合して、集団の意思決定の為の情報を得る方法である。第2には会議で意思決定をする場合の支援情報を提供する数理計画法としてグループDEA法を考案し、関連学会で発表した。第3に日本の集団意思決定と米国の集団意思決定がどのように異なるかを研究するために、日本の大学生とアメリカの大学生とに同じデーマで議論させその議論の進行状況を観察するとともにビデオに撮り分析した。この実験の結果日本の学生のほうが意思決定問題に直接的な議論が多かったが、アメリカの学生にほうが意思決定問題の背景あるいは意思決定ルールの議論が多いようであった。しかしこの実験は学生を対象としたこと、実験回数が少なかったこと、実験対象者が少なかったことなどの為に十分なものではなかったが、集団の特性と意思決定との関係を把握するための示唆は与えられた。今後この種の実験をさらに続け日米比較をより進めるつもりである。最後に集団意思決定とグループウエアとの関係について文献の調査を行うとともに国際会議に参加、発表によって日本の集団意思決定に対するグループウエアの革新可能性について研究した。
麹納豆に含まれるフィターゼとフィチン酸およびCaの利用効率の改良

麹納豆は多くの酵素類を含むのでその酵素反応を昔から食品加工に利用してきた。東北地方の塩納豆、静岡県の浜納豆、京都の大徳寺納豆などがその例である。本研究では麹納豆の酵素活性(フィターゼ、プロテアーゼ)を検討し、非発酵大豆食品の問題であるフィチン酸Ca、Mg、Zn、Fe塩(栄養的に不給体のミネラル)の分解加工をめざしている。塩納豆(#1、酒田市)、浜納豆(#2、浜松市)、大徳寺納豆(#3、京都市)及び比較対照として糸引き納豆(#4)、その他の非発酵大豆食品を試料とし化学分析、酵素活性測定を行なった。塩納豆は糸引き納豆に米麹と食塩を加えたもので熟成期間は約3カ月で、糸引き納豆と麹の形態が残存している。浜納豆と大徳寺納豆はほぼ同じ製法で蒸煮大豆に麦こがしと麹を加え1週間発酵させた後16%食塩水に浸漬し約一年間熟成する。これらの試料のフィチン酸分析したところ、#1,#2,#3,#4の順に0.04,0.03,0.19,1.86%であった。この結果から麹納豆は糸ひき納豆に比ベフィチン酸が1/10以下に減少している。また遊離カルシウムと総カルシウム比は#1、#2、#4、#3の順に23、19、16、11%であった。旨味に関与する遊離アミノ酸率を測定すると#1,#2,#3の麹納豆と#4の糸ひき納豆ともに1824%で非発酵大豆食品「きなこ]の0.9%に比較して高くプロテアーゼ作用の強いことが示された。塩納豆の有用性が確認できたので、実験室的に塩納豆を試作したところ、熟成2週間でフィチン酸が50%減少し、4週間後では約90%が分解されていることが明かとなった。塩納豆は外見は糸引き納豆の性質が残っているが化学成分的にはこのようにかなり異なっていて、ミネラル栄養吸収性が改良されている。また塩納豆は他の麹納豆に較べ食塩含量が5分の1の5%であるので健康的である。塩納豆は他の大豆食品試料との比較から「カルシウム栄養や微量ミネラル栄養」の高吸収性の大豆加工食品である。麹菌は各種の酵素を含み、昔から食品加工に頻繁に利用されてきている。東北地方、静岡県、京都府の伝統食品として麹納豆が存在するが、本研究では麹菌の酵素活性を期待して、これら伝統食品を詳しく研究検討し、その製造工程を利用して大豆食品の場合、常に問題となるフィチン酸Ca,Zn塩(不給体のミネラル)の分解加工をめざしている。東北地方の麹納豆(#1、酒田市)、浜納豆(#2、浜松市)、大徳寺納豆(#3、京都市)及び比較対照として糸引き納豆(#4、納豆菌による加工品)を各500g購入し、これら試料の分析を行なった。麹納豆の製造法は糸引き納豆に米麹と食塩を加えたもので熟成期間は約3カ月で、豆と米の形態が残存している。

これら納豆試料を化学分析したところ、食塩量は#1,#2,#3,#4の順に4.0%,12.5%,16.0%,0%であった。無機リン量については(同上順に)50mg%,125mg%,150mg%,25mg%であった。また遊離状態カルシウム分析の結果(同上順に)20mg%,25mg%,30mg%,12mg%であって麹菌で加工した#1#3の麹納豆では熟成中に大豆中のフィチン酸カルシウムが麹菌フィターゼにより分解されていることを示している。またこれら四種の納豆の硝酸量を測定すると140mg%,280mg%,305mg%,120mg%であって、これは熟成期間を反映していると考えられる。この硝酸はカルシウムを遊離状態に保存するのに役だっている。硝酸がこのように多く含むことは金山寺味噌や八丁味噌、米味噌の製品についても観察された。次年度への課題としては硝酸量の低減とフィターゼ活性の強化である。麹菌は多くの酵素類を含むのでその酵素反応を昔から食品加工に利用してきた。麹納豆はその1例で、東北地方の塩納豆、静岡県の浜納豆、京都の大徳寺納豆などが存在する。本研究では麹納豆の酵素活性(特にフィターゼ)を検討し、非発酵大豆食品の問題であるフィチン酸Ca、Zn、Fe塩(栄養的に不給体のミネラル)の分解加工をめざしている。東北地方の塩納豆(#1、酒田市)、浜納豆(#2、浜松市)、大徳寺納豆(#3、京都市)及び比較対象として糸引き納豆(#4、納豆菌による加工品)、その他の非発酵大豆食品を試料とし化学分析、酵素活性測定を行なった。塩納豆は糸引き納豆に米麹と食塩を加えたもので熟成期間は約3カ月で、糸引き納豆と麹の形態が残存している。浜納豆と大徳寺納豆はほぼ同じ製法で蒸煮大豆に麦こがしと麹を加え1週間発酵させた後16%食塩水に浸漬し約一年間熟成する。これらの試料を化学分析したところ、食塩量は#1,#2,#3,#4の順に4.1%,27.6%,31.5%,0.1%であった。各試料のpHは、6.6,4.7,6.6,7.7で#1は糸引き納豆の性質が残っていた。また遊離カルシウムと総カルシウム比の値は#3、#2、#1、#4の順に大きく麹菌で加工した#1#3の麹納豆では熟成中に大豆中のフィチン酸カルシウムが麹菌フィターゼにより分解されていることと熟成期間を反映している。またこれら四種の納豆のフィチン酸量を測定すると0.24%,0.01%,0.14%,0.79%であった。非発酵大豆食品の「きなこ」は1.95%もフィチン酸が含まれておりミネラル栄養の吸収性が悪い。これらの試料の比較から麹菌フィターゼは「カルシウムの栄養や微量ミネラルの栄養」の吸収に非常に有効であることを示している。麹納豆は多くの酵素類を含むのでその酵素反応を昔から食品加工に利用してきた。東北地方の塩納豆、静岡県の浜納豆、京都の大徳寺納豆などがその例である。本研究では麹納豆の酵素活性(フィターゼ、プロテアーゼ)を検討し、非発酵大豆食品の問題であるフィチン酸Ca、Mg、Zn、Fe塩(栄養的に不給体のミネラル)の分解加工をめざしている。塩納豆(#1、酒田市)、浜納豆(#2、浜松市)、大徳寺納豆(#3、京都市)及び比較対照として糸引き納豆(#4)、その他の非発酵大豆食品を試料とし化学分析、酵素活性測定を行なった。これらの試料のフィチン酸分析したところ、#1,#2,#3,#4の順に0.04,0.03,0.19,1.86%であった。この結果から麹納豆は糸ひき納豆に比べフィチン酸が1/10以下に減少している。また遊離カルシウムと総カルシウム比は#1、#2、#4、#3の順に23、19、16、11%であった。
半導体超薄膜における電子物性とデバイス応用に関する研究

本年は特別推進研究の成果とりまとめの年であり、従来の研究を更に促進するとともに、成果報告書の執筆を行った。以下に研究上の主要成果について述べる。(1)超薄膜構造の形成と量子準位に関しては、(1-a)GaAsとAlGaAsヘテロ界面に生ずる一原子層オーダーの界面凹凸の成因を調べ、成長を中断して原子の横方向拡散の促進により、ほぼ完全な平滑面の得られることを古に先駆けて示した。又(1-b)量子井戸内の正孔の量子準位に関する厳密な理論を完成させ、正孔の分散関係の非放物線性や異方性の理論的解釈を可能にしている。更に(1-c)変調ドープした量子井戸で多体効果のため禁制帯幅の縮少することを理論的に初めて明らかにしている。(2)ヘテロ構造に沿う電子伝導に関しては、(2-a)電子移動度のキャリヤ密度Nsと温度Tへの依存性を調べて、理論と対比し、低温ではクーロン散乱の理論で極めてよく説明されること、中温度域では音響フォノンによる散乱でほぼ説明されること、高温又は高電界領域では光学フォノンによる散乱で支配されることを示した。又(2-b) GaSb量子井戸では、量子井戸幅Lzの減少に伴い、「点とL点のエネルギーの上下関係が逆転して、移動度が著しい変化を示すことなどが示された。(3)ヘテロ界面に垂直な方向の伝導に関しては、(3-a)二重障壁トンネルダイオードの電流成分が障壁構造に強く依存することを理論的・実験的に示して、最適構造の採用により世界で最高性能を達成した。又(3-b)多重量子井戸において隣接井戸間では、電界印加によって量子準位の結合が生じて、螢光線の分裂や負性抵抗の生ずることなどを初めて示している。(4)強磁場下の分数量子ホール効果については、伝導率の温度依存性の詳細な測定解析から基底準位と励起準位の間隔や電子-正孔対称性などに関する新知見を得ると共に理論的に描像解明の研究を行った。
融液晶析に伴う二重核酸対流の温度場・濃度場同時計測による解析

本研究ではNa_2CO_3水溶液をモデル溶液とし,側方加熱冷却による2層系二重拡散対流のメカニズムを解明すべく,感温液晶法による温度場・流れ場の可視化,および溶液抽出法による局所濃度の測定実験を行った.二重拡散過程は界面近傍で起こる挙動の違いにより,境界面形成期,熱的擬定常状態,境界面不安定期の3つの期間に分けられた.また,境界面崩壊時間は初期浮力比と線形関係にあり,擬定常状態における物質移動速度は熱レイリー数に依存することがわかった.さらに,He-Neレーザによるレーザホログラフィー法(HI),およびArレーザによるレーザ誘起蛍光法(LIF)を併用する「温度場・濃度場の同時計測システム」の開発を目的とした基礎研究を行った.HIにおいて温度勾配と濃度勾配が共存する二重拡散対流を対象とした場合,等屈折率線を表す干渉縞は等温線とならないが,それは境界面および壁面近傍を除いて等密度線とみなせることがわかった.また,HI画像から得られた屈折率の値は妥当なものであった.これらを考慮し,任意時間の濃度がHI画像と実測の局所温度から決定された.HIにおいて局所温度を用いて濃度の算出がなされたことより,温度が場として得られるとき濃度場の算出が可能となる.そこで,LIFにより液相内温度分布の可視化について検討を行った.得られたローダミンBの蛍光画像における三刺激値(RGB値)を解析した結果,蛍光に対してR値が最も支配的であり,また,R値に直線的な温度依存性が確認された.また,それはレーザ出力にも依存した.この関係を利用することにより蛍光画像の定量化(温度場の算出)が可能となった.本研究ではNa_2CO_3水溶液をモデル溶液とし,側方加熱冷却による2層系二重拡散対流のメカニズムを解明すべく,感温液晶法による温度場・流れ場の可視化,および溶液抽出法による局所濃度の測定実験を行った.二重拡散過程は界面近傍で起こる挙動の違いにより,境界面形成期,熱的擬定常状態,境界面不安定期の3つの期間に分けられた.また,境界面崩壊時間は初期浮力比と線形関係にあり,擬定常状態における物質移動速度は熱レイリー数に依存することがわかった.さらに,He-Neレーザによるレーザホログラフィー法(HI),およびArレーザによるレーザ誘起蛍光法(LIF)を併用する「温度場・濃度場の同時計測システム」の開発を目的とした基礎研究を行った.HIにおいて温度勾配と濃度勾配が共存する二重拡散対流を対象とした場合,等屈折率線を表す干渉縞は等温線とならないが,それは境界面および壁面近傍を除いて等密度線とみなせることがわかった.また,HI画像から得られた屈折率の値は妥当なものであった.これらを考慮し,任意時間の濃度がHI画像と実測の局所温度から決定された.HIにおいて局所温度を用いて濃度の算出がなされたことより,温度が場として得られるとき濃度場の算出が可能となる.そこで,LIFにより液相内温度分布の可視化について検討を行った.得られたローダミンBの蛍光画像における三刺激値(RGB値)を解析した結果,蛍光に対してR値が最も支配的であり,また,R値に直線的な温度依存性が確認された.また,それはレーザ出力にも依存した.この関係を利用することにより蛍光画像の定量化(温度場の算出)が可能となった.水溶液に対する「温度場・濃度場同時計測システム」の開発を行なう目的で検討を行い,以下の知見を得た。1.本研究が対象としている炭酸ナトリウム水溶液の二重拡散対流では屈折率の温度及び濃度依存性がいずれも無視できず,屈折率と密度が1対1に対応しない事が判明した。すなわち,ホログラフィーにより得られる干渉縞は等密度線とはならず,等屈折率線にすぎない。2.従って,密度,温度,濃度のいずれか1つが測定できたときはじめて等屈折率線から残り2つの値を定量化できる。そこでホログラフィーによる可視化と同時に局所温度を測定し,その結果から濃度および密度分布を算出する方法を試みた。その結果は本研究と並行して以前から行なっていた数値計算の結果と良好に一致し,この定量化手法の妥当性が確認された。4.一方,レーザー誘起蛍光法に対しては,様々な試行錯誤を続けてはいるものの,未だ有効な可視化および定量化の方法を確立するには至っておらず,この点に関しては翌年度に集中的に検討を進める予定である。5.翌年度はレーザー誘起蛍光法による計測法を確立したのち,これをレーザーホログラフィー干渉法と融合させ,温度場,濃度場の同時計測システムを構築してゆく予定である。本研究では2層の濃度成層を側方加熱冷却したときに発生する二重拡散対流における熱対流と溶質対流の相互を明らかにすべく,He-Neレーザによるレーザホログラフィー法(HI),およびArレーザによるレーザ誘起蛍光法(LIF)を併用した「温度場・濃度場の同時計測システムの開発」に関する基礎研究を行った.HIにおいて温度勾配と濃度勾配が共存する2層系二重拡散対流を対象とした場合,等屈折率線を表す干渉縞は等温線とならないが,それは境界面および壁面近傍を除いて等密度線とみなせることがわかった,また,HI画像から得られた屈折率の値は妥当なものであった.

これらを考慮し,任意時間の濃度がHI画像と実測の局所温度から決定された.HIにおいて局所温度を用いて濃度の算出がなされたことより,温度が場として得られるとき濃度場の算出が可能となる.そこで,Arレーザ照射によるローダミンBの蛍光が温度に依存することを利用したLIFによる液相内温度場の可視化について検討を行った.そこでは蛍光を捉える実験技術の開発がなされると共に,画像処理装置を用いて,得られた蛍光画像における三刺激値(RGB値)を解析した結果,蛍光に対してR値が最も支配的であり,またR値に直線的な温度依存性(低温であるほど高輝度となる)が確認された.また,それはレーザ出力にも依存した(高出力であるほど高輝度となる).この関係を利用することにより蛍光画像の定量化(温度場の算出)が可能となった.