hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工関節用インプラント材の成形加工に関する研究

また、従来この材料の加工に使用される超硬合金工具の約5倍(250m/min)の切削速度向上が可能であることを明らかとした。(2)工具刃先形状については切れ刃近傍が高温となることが予測されるため、バインダレスcBN工具材料の低摩擦係数特性と高い曲げ強度特性(1.6Gpa)を利用し、すくい角をシャープ化することが有効であることを明らかとした。(3)加工雰囲気については高温高酸化化雰囲気が予想されるため30Mpaの圧力で切削油剤を供給することにより工具に対するチタン系材料の溶着を抑制可能であることを明らかとした。(1)から(3)の結果を踏まえてミーリング加工を行った結果、500m/minの高速切削条件下においても十分な加工が可能であることを明らかとした。近年わが国においては高齢化が進み、今や50歳以上の人口が全体の34%を占めるに至った。これに伴って人口当りの老人性疾患による患者数が急増傾向にあり、60歳以上では80%以上が何処かの関節に障害を認められるとの報告もされている。このような関節障害の治療法として人工関節挿入手術があり,その需要も増加の傾向を示している。しかし、インプラント材としてステンレス材料のような鉄系材料が人体に使用されている場合には磁気共鳴画像診断装置(MRI)の使用が困難であり,他の内臓器官を調べる時にも画像化することに障害を来たすことが問題視されている。本研究は、MRI計測に支障をきたさないチタニウムインプラント用部品を患者個々のサイズ・形状に合った部品として供給するための基礎的加工技術の開発を行うものであるる。本年度はβ型の医療用チタニウム系材料を対象とした基礎的加工特性の把握について検討した。(1)工具材料の選定については、チタニウム系被削材と溶着性が少なく、高温安定性に優れたバインダレスcBN材料が有効な材料であるが、β型医療チタニウム合金との溶着性が著しく、α-β型医療用チタニウム合金程の工具寿命が得られない。工具と被削材間の反応実験を高温で圧力を付加しながら行った結果、脆弱なチタンボライトを生成することを明らかとした。(2)工具刃先形状については切れ刃近傍が高温となることが予測されるため、バインダレスcBN工具材料の低摩擦係数特性と高い曲げ強度性(1.6Gpa)を利用し、すくい角をシャープ化することが有効であることを明らかとした。(1)から(3)の結果を踏まえて断続加工で加工時間が短くなるミーリング加工を行った結果、180m/minの高速切削条件下においても十分な加工が可能であることを明らかとした。また、MRIより入手した骨の形状をもとにインプラント形状の試作を行った。
精神分裂病の脳生化学的解析をその治療に関する研究

慢性分裂病死後脳について、ド-パミンの取り込み部位、ベンゾジアゼピン受容体、N-メチル、D-アスパラギン酸(NMDA)受容体について測定した。ド-パミン取り込み部位は、^3H-GBR12935を標識リガンドとして測定し、尾状核では分裂病群と対照の間に差はなかったが、被殻では分裂病群の値が有意に高かった。次にベンゾジアゼピン受容体は、^3H-フルニトラゼパムを標識リガンドとして測定した。脳内12部位のうち、前頭前野3部位で分裂病の特異結合が有意に高く、内側前頭皮質では対照の1.25倍であった。側頭葉では3部位のうち中・下側頭回、上側頭回で分裂病の値が有意に高かった。運動領皮質、第2・3次視覚領域では差がなかった。海馬2部位のうちアンモン角では分裂病の値が有意に高かった。ベンゾジアゼピン特異結合値は、同じ脳で測定したGABA、^3H-カイニン酸特異結合、チロシン水酸化酵素活性、ド-パミンD_2受容体数、サブスタンスP値とそれぞれ有意な正の相関があり、グルタミン酸と負の相関を認めた。さいごに、グルタミン酸の受容体の一つであるNMDA受容体を標識するために、^3H-MK801を用いて特異結合を測定した。脳内14部位について測定したうち、上側頭回、上頭頂小葉、縁上回の3部位で分裂群の結合値が有意に高かった。^3H-MK801特異結合値は、^3H-カイニン酸結合値、D_2受容体数、チロシン水酸化酵素活性、サブスタンスP値、メチオニンエンケファリン値、CCK-8値とそれぞれ有意な正の相関があり、グルタミン酸値と負の相関を認めた。以上の結果は、慢性分裂病脳においては、サブスタンスP、メチオニンエンケファリン、CCKなどがド-パミンニュ-ロンの過活動と対応して同方向に動き、グルタミン酸ニュ-ロンが抑制され、その結果グルタミン酸受容体が増えたものと考えられ、脳内グルタミン酸を賦活する薬の開発が必要であると推定される。精神分裂病死後脳について今まで調べられたことのないドーパミンの取り込み部位の測定を行った. ^3HーGBR12935を標識リガンドとし, 3×10^<-5>Mのマジンドールで特異結合を求める方法を用いた.対照脳の被殻についてスキャッチャード解析したところ,結合部位は1部位と推定され, Bmaxは1,7fmol/mg蛋白,KDは0,99nMであった.1nMの^3HーGBR12935を用いて測定した尾状核の特異結合は,対照群0.131±0.013(n=10),分裂病群0.153±0.018fmol/mg蛋白(n=9)で有意な差はなかった.一方,被殻の値は,対照群0.124±0.018(n=10),分裂病群0.171±0.012(n=11)で, P<0.05で分裂病群の値が有意に高かった.

次に,同じく分裂病脳で測定されたことのないベンゾジアゼピン受容体について研究した. ^3Hーフルニトラゼパムを3×10^<-6>Maジアゼパムで置換して求めた対照側頭回のBmaxは, 759.6fmol/mg蛋白,KDは1.35nMであった.1nMの^3Hーフルニトラゼパムを用いて脳内12部位で特異結合を求めた.前頭前野3部位で分裂病の特異結合が有意に高く,内側前頭皮質では対照の1,25倍であった.側頭葉では3部位のうち,中・下側頭回,上側頭回で分裂病の値が有意に高かった.運動領皮質,第2・3次視覚領域では差がなかった.海馬2部位のうち,歯状回では差がなかったが,アンモン角では分裂病の値が有意に高かった.分裂病脳におけるベンゾジアゼピン受容体増加の意義を理解するため,他のデータとの相関を求めたところ, GABA,^3Hーカイニン酸結合,チロシン水酸化酵素,ドーパミンD_2受容体数,サブスタンスPとそれぞれ正の相関があり,グルタミン酸と負の相関を認めた.相関を示した測定値は, GABAを除き,分裂病の異常所見として注目して来たものである.前年度に引き続き、慢性分裂病死後脳のベンゾジアゼピン受容体について研究を行った。ベンゾジアゼピン受容体の増加がみられた脳部位のうちから、上側頭回のホモジネートを用い、200nMのCL218,872により1型、2型を分けて測定したところ、分裂病の1型受容体が対照に比し有意に増加していることが分かった。前年度測定した12部位に加え、視床の4部位(背内側核、前核、外側核前部、外側核後部)について、1nMの^3Hーフルニトラゼパム、3μMのジアゼパムを用いて測定したが、ベンゾジアゼピン受容体は分裂病、対照群間で差はみられなかった。分裂病死後脳でベンゾジアゼピン受容体の増加する機構を調べるために次のような動物実験を行った。60匹のラットを3群に分け、第1群にはメタンフェタミン5mg/kgを同じく腹腔内に投与、第2群にはフェンシクリジン10mg/kgを同じく腹腔内投与、第3群には注射用蒸留水を腹腔内投与した。注射終了後8日目に、それぞれの群から3分の1のラットに3mA、10分間のフットショックを与えた後直ちに断頭した。次に残りのうちから更に3分の1のラットを25°Cの水中で10分間泳がせ断頭、歳りの3分の1は無処置のまま断頭した。脳は直ちに大脳皮質、線条体、間脳、海馬に分割し、ベンゾジアゼピン受容体を測定したところ、蒸垂水注射群およびメタンフェタミン注射群の間脳(視床、視床下部を含む)において、水泳ストレスを与えたラットの結合値が有意に増加していた。5μMGABAと100mMのNaClによって賦活した結合値でも同様の有意差を認めた。同部位について測定したGABA濃度による実験群で差はみられなかった。大脳皮質と線条体では各薬物間、各ストレス間で差はみられなかったが、海馬では、メタンフェタミン投与群において水泳ストレスを課した群の結合値が対照に比し有意に増加していた。研究代表者らのグル-プが1983年に見出した慢性分裂病死後脳の前頭前野をはじめとする大脳皮質の^3H-カイニン酸受容体結合の増加は最近イギリスのグル-プにより確認された(Deakinら、1989)。われわれのデ-タでは、内側前頭皮質や眼球運動領野の^3H-カイニン酸特異結合値が脳内各部位のグルタミン酸値と有意な負の相関を示したことから、慢性分裂病にはグルタミン酸の活動低下があることを推測した。動物実験として、ラットを40日間にわたりメタンフェタミン(MAP)あるいはフェンシクリジン(PCP)で飼育し、ふつうの飼料に戻し4日目に脳を取り出した。前頭前野の^3H-カイニン酸特異結合はMAP投与群でP<0、05、PCP群でP<0、001でそれ有意に増加していた。また線条体のグルタミン酸値との間にγ=-0、51、P<0、01で有意な負の相関がみられた。この結果は慢性分裂病死後脳で得られた所見と酷似しており、慢性分裂群におけるグルタミン酸ニュ-ロンの変化が脳内ド-パミンの過剰活動が反復した結果生じたことを示唆している。
荷電パイ中間子を用いた新物理による崩壊過程の探索

本研究では、カナダのTRIUMFで行われたPIENU実験にて得られたパイ中間子データを用いて、標準理論を超えた崩壊過程を探索することを目的としている。特に、ステライルニュートリノなど重いニュートリノを伴う崩壊過程やマヨロン粒子を伴う崩壊過程といった新物理による事象を観測することを目指している。検出器の改良や精密な解析により、過去の実験よりも10倍以上高い感度で新物理の探索を行うことができる。
近代建築家ヴァン・モリヴァンのカンボジア内戦期における活動に関する研究

カンボジアの建築家ヴァン・モリヴァンのカンボジア内戦期(1970から1992年)について、過去に行っていた予備調査に基づき、資料整理と文献調査を行った。モリヴァンの娘Vann Delphineに対して行ったインタビューの内容を、文献等と突き合わせて精査することによって、主に以下の事実が確認された。a)モリヴァンの妻子は1971年にスイスMurtenの実家(アンベール家)に亡命、b)翌年、モリヴァンはイスラエル経由でスイスに亡命。c)以後、1979年まで、モリヴァンはローザンヌにおいて設計事務所に勤務、d) 1979から89、ナイロビのUN Habitatに勤務、e) 1989から91、Burungiにて、UN Habitatのミッションを継続、f) 1991、国連を退職しスイス・Finhautに移る、1992、カンボジアに帰国。また、ヴァン・モリヴァンに協働した国連専門家Guy Lemarchandsにインタビューを行い(2019年2月)、内戦期におけるモリヴァンの活動の一端を把握した。具体的には、内戦期にモリヴァンが国連に務めることになった経緯を把握した。亡命後、モリヴァンはスイスの設計事務所におけるスタッフの地位に甘んじていたが、バンクーバーで開催された国連の会議(1976年開催のHabitat Iのことと思われる、資料にて補足確認中)においてGuy Lemarchandsと出会い、彼の勧めでナイロビのUN Habiatに務めることになった。Lemarchandsは建築家と技師を束ねるセクション・チーフであり、モリヴァンは同セクションの一員となった。予備調査(文献調査・インタビュー調査)の整理および検証作業に想定よりも時間がかかり、当初予定していた国外での調査を実行できなかった。ただし、予備調査の整理・検証作業が完了したため、令和元年には当初の計画に追いつく予定である令和元年にはスイス(ローザンヌ、ムルテン)およびラオスでの現地調査を行い、令和2年に、ケニアでの現地調査を行うことによって、当初計画を遂行する。H30年度に遂行できなかった国外での調査をR01年度に行う。また、その調査に伴う物品・人件費が生じる。
軟Ｘ線および赤外線オペランド分光の融合による触媒反応機構解明への展開

本課題では、軟X線および赤外線を用いた分光的オペランド観測システムを立ち上げ、これらを用いることによって、触媒が活性になったときの活性相とそれに吸着した反応種を反応条件下で捉えることを目的とした。両オペランド観測システムは順調に立ち上がり、質量分析計による活性観測に併せ、X線光電子分光、偏光X線吸収分光、偏光変調赤外反射吸収分光を通して、活性な触媒表面を観測できるようになった。このようなアプローチによって、これまでは分かりにくかった触媒の活性相や反応機構を明らかにすることができるようになり、触媒研究におけるこのアプローチの有用性を実証することができた。平成26年度は初年度であり、主に、赤外線オペランド分光装置の製作と、平成27年度に立ち上げる軟X線オペランド分光装置を軟X線ビームライン末端に接続するために必要な接続部の製作を行った。赤外線オぺランド分光装置の製作においては、フーリエ変換型赤外分光光度計に偏光子と光弾性変調器を組み合わせて偏光方向を変調した赤外光を、入射角10°、焦点距離250 mmで試料に照射し、反射光をMCT検出器で検出する装置を製作した。反応セルは、金属ブロックから掘り出す方法で、セル容積をできるだけ小さくし、触媒試料による反応生成物を感度よく検出できるよう工夫した。この反応セルを超高真空試料準備槽に接続し、この準備槽で清浄化・キャラクタリゼーションした試料を移送できるようにした。反応セルの試料は、試料ホルダー背面のセラミックスヒーターで加熱できるようにし、試料に直接触れる熱電対で試料温度をモニターできるようにした。反応ガスはバリアブルリークバルブを用いてセル内に流すようにした。以上により、赤外線オペランド分光装置はほぼ当初の予定どおり完成した。軟X線オペランド分光装置の立ち上げは平成27年度に行う予定であるが、それに先立ち、予備実験として、現有設備を用いた準大気圧での吸着実験を行った。具体的には、Pt(111)上のCOおよび、Rh(111)上のNOの吸着状態について詳細な解析を行い、準大気圧特有の吸着構造を明らかにした。平成27年度は本課題の2年目であり、初年度に製作した赤外線オペランド分光装置の立ち上げと、軟X線オペランド分光装置の立ち上げおよび応用実験を中心に行った。製作した赤外線オぺランド分光装置は、超高真空試料準備槽を備えた反応セルに偏光変調赤外反射吸収分光測定系を合体した構成になっており、各構成部は初年度において完成した。本年度はこの装置全体をシステムとして立ち上げ、試料導入、試料準備、分光測定までの一連の実験作業が問題なく行えるようにした。すでに報告例のあるPd(111)およびRh(111)単結晶表面へのCO吸着を本装置の赤外分光系で測定し、超高真空から200 Torrまでの幅広い圧力範囲で文献と矛盾しない良好な偏光変調赤外反射吸収スペクトルが得られることを確認した。さらに、後で述べる軟X線オペランド分光装置で先行して実験を進めたPd70Au30(111)合金表面へのCO吸着について、赤外線オぺランド分光装置でも測定を行い、X線光電子分光の測定結果を赤外反射吸収分光からも支持する結果を得ることができた。軟X線オペランド分光装置の立ち上げとして、本年度はシリコンドリフト検出器を導入して、蛍光収量による軟X線吸収分光測定ができる装置に高度化した。これにより、試料表面近傍の化学種だけでなく、試料内部の化学種を検出することができるようになった。この手法により、エチレンエポキシ化に用いる銀触媒内部に存在する化学種を同定することができた。また、赤外線オペランド分光装置でも実験を行うことを想定して軟X線オペランド分光装置で実験を行った。具体的には、Pd70Au30(111)合金表面へのCO吸着およびIr(111)におけるNO+CO反応の詳細な解析を行い、前者では高圧誘起のCOのサイトスイッチング、後者では触媒活性時のIrの表面状態とNOの還元機構を明らかにした。平成27年度の主たる目標は赤外線オペランド分光装置と軟X線オペランド分光装置を立ち上げることであるが、現時点でシステムとして問題なく動作することを確認し、具体的な実験系でデータを得ることができるようになり始めたので、おおむね当初の計画どおり進展していると言える。また、一つの触媒系に対して両装置を融合的に用いるという当初の目標に関しても、本年度はPdAu合金系に対して両装置で相補的なデータを得ることができたという点で目標を達成することができるようになり始めた。さらに、両装置を融合的に用いることを深化させるために、本年度はその予備的実験を軟X線オペランド本装置で行うことができたので、平成28年度に赤外線オペランド分光装置による測定を行うことで本課題の目標を達成することが期待できる。平成28年度は3年目であり、2年目に立ち上げた赤外線オペランド分光システムおよび軟X線オペランド分光システムの高度化と実際の触媒系への応用に取り組んだ。赤外線オペランド分光装置は赤外反射吸収スペクトルを測定する際の測定条件の最適化が効果的に行えるようにして信号強度を増大させるとともに、反応セルのガスを差動排気型質量分析計に導いて触媒反応の進行をモニターしながらスペクトルを測定できるようにした。軟X線オペランド分光システムは2年目に立ち上げた蛍光収量NEXAFSの測定に加えてオージェ電子収量

NEXAFSの測定ができるように測定系を改良し、さらに可変偏光アンジュレーターによる偏光切り替えを利用して、試料位置を変えずに準大気圧下で試料表面の縦偏光と横偏光の偏光NEXAFSが測定できるようにした。これらのシステムを用いて、Rh、Pd、Irなどの白金族金属表面およびRhPdやAuPdなどの合金表面におけるNO還元・CO酸化などの排ガス浄化触媒反応やAg表面におけるエチレンエポキシ化反応、燃料電池のモデル反応などのオペランド観測に応用した。特に、RhPd合金表面におけるNO還元反応やAuPd合金表面におけるCO酸化反応においては、分子の吸着状態の詳細については赤外線分光から知ることができ、合金触媒の反応中の化学状態については軟X線分光から情報を得ることができるので、両者を合わせることによって、これらの触媒反応における合金効果や単体金属に対する優位性の起源を明らかにすることができた。これらにより、赤外線分光と軟X線分光を組み合わせることによって触媒反応機構の理解を深めるという本課題で目指している目標にほぼ到達することができた。本課題では、軟X線および赤外線を用いた分光的オペランド観測システムを立ち上げ、これらを用いることによって、触媒が活性になったときの活性相とそれに吸着した反応種を反応条件下で捉えることを目的とした。両オペランド観測システムは順調に立ち上がり、質量分析計による活性観測に併せ、X線光電子分光、偏光X線吸収分光、偏光変調赤外反射吸収分光を通して、活性な触媒表面を観測できるようになった。このようなアプローチによって、これまでは分かりにくかった触媒の活性相や反応機構を明らかにすることができるようになり、触媒研究におけるこのアプローチの有用性を実証することができた。平成26年度の一番大きな目標は赤外線オペランド分光装置を製作することであるが、現在、本装置はほぼ完成し、間もなく詳細な性能評価を行うことができる状況にあるので、おおむね当初の計画どおり進展していると言える。また、本装置および平成27年度に立ち上げる予定の軟X線オペランド分光装置を使って行う実験の予備実験を現有設備を用いて行うことができた。具体的には、Pt(111)上のCOとRh(111)上のNOの準大気圧下における吸着状態を調べ、準大気圧特有の吸着状態を明らかにした。このような知見が予め得られたことは大きな収穫であり、今後の研究に活かすことができる点はプラスポイントである。次年度は平成27年度に立ち上げた赤外線オペランド分光装置および軟X線オペランド分光装置の性能をさらに高めながら、準大気圧で誘起される吸着状態や準大気圧で進行する触媒反応を両装置で観測する。両装置のデータを融合的に用いて、赤外線・軟X線その場観測で固体表面の振る舞いや反応機構を調べるアプローチを確立することを目指す。そして、このようなアプローチを用いて初めて分かるような触媒反応への応用研究を展開することを目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。表面化学次年度は平成26年度に製作した赤外線オペランド分光装置の性能を確認しながら、予備実験で得られた知見をもとに、準大気圧下で金属表面に吸着したCOやNOの吸着構造を振動分光から確認することを行う。さらに、触媒反応を進行させながら、振動分光で反応を追跡する技術を確立する。
天然材料のナノタフニング機構を応用した有機/無機ナノ積層複合材料の創製

(1)厚さ約50nmの銀を無電解めっきでコーティングしたガラスフレーク(径40μm、厚さ700nm)を用い前年度作製した銀/ガラスナノ積層材料の曲げ試験を行った結果、荷重が最大荷重まで直線的に増加した後、急激な破断に至った。破面を観察したところ、破壊がガラスリッチな相で優先的に生じ、脆性的な破壊が生じたことが明らかになった。そこで、ガラスフレークをより平行に配向させた組織を作るために、3Dプリンティング装置を用いてグリーン体の作製を行った。得られたグリーン体をホットプレスにより焼結し曲げ試験を行った結果、最大荷重に到達後、徐々に荷重が減少し、鋸状の亀裂進展経路を取りながら最終的な破壊に至った。破面を観察した結果、亀裂はガラスと銀の界面を通過しており、界面での亀裂偏向により鋸状の亀裂進展経路を取ったことが明らかになった。ジグザグな破面の頂点ではガラスが破断しており、銀層が亀裂を架橋していた。架橋部では銀はネッキングを伴う塑性変形を生じており、銀層によるエネルギー吸収機構が確認された。前年度購入したスピンコーターを用いた材料プロセスについては、引き続き検討中である。(2)アワビの貝殻真珠層の高靭化機構をさらに調べるため、片側切り欠き試験片を用い引張破壊試験を行った。破面を観察した結果、破壊はアラゴナイトプレートの境界で生じており、アラゴナイトプレートの破断は観察されなかった。このことから、引張負荷時における主要な高靭化機構はアラゴナイトプレートの引き抜けであると考えられた。破壊挙動と破面を考慮に入れ破壊モデルを構築し、引き抜けによる高靭化機構の寄与分を計算したところ、測定結果とよく一致していた。千葉県産クロアワビおよびメガイアワビを用い、アワビの貝殻のマクロな力学特性を取得した。また、FE-SEM内での三点曲げ試験を行い、ミクロな破壊挙動のその場観察を行った。試験片は最大引張応力を受ける部分で厚さ約300nmの板状アラゴナイト結晶の破壊が生じ始め、負荷が増加するにしたがって破壊が累積するのが観察された。同時に、積層したアラゴナイト結晶の層間に剥離が生じた。最終的な材料の破断は結晶の破壊の連結することによって生じていた。層間に存在する厚さ約50nmの網目状の有機物がアラゴナイト層間の剥離やすべりに大きな影響を及ぼしていると考えられた。アワビの貝殻真珠層と同程度のディメンジョンの複合材料を作製するプロセスを検討した。(1)スピンコートによる薄膜の積層(2)無機薄片状フレーク材料の固着、の2つを候補とした。(1)では、アルミナスラリーを回転ディスク上に滴下し、均一な膜を形成させた後乾燥させることを繰り返し積層セラミックスのグリーン体を作製した。ディスクの回転スピード、スラリーの粘性、表面張力を制御することにより、厚さを制御したグリーン体薄膜の積層構造を作ることが可能であることを見いだした。(2)では、厚さ約50nmの銀を無電解めっきでコーティングしたガラスフレーク(径80mm、厚さ700nm)を873-973Kでパルス通電焼結した。フレークのダイスへの充填方法を工夫しなければガラスフレークを二次元に配向させることは難しいことが明らかになった。得られた材料は、フレークが平行に配向していない部分を起点に破壊する傾向が認められた。これらの結果をふまえ、セラミックス相形成用の原料液と界面相形成用の原料液の二液を交互に繰り返し自動滴下できるスピンコーターの開発を行った。前年度に引き続き、アワビの貝殻真珠層と同程度のディメンジョンの複合材料を作製するプロセスを検討した。厚さ約50nmの銀を無電解めっきでコーティングしたガラスフレーク(径40μm、厚さ700nm)をパルス通電焼結した。フレークを平行に配向させるため、ガラスフレークをポリビニルアルコール水溶液と混合したスラリーを作り、これをモリブデンシート状に刷毛を用いて重ね塗りを繰り返し、フレークを配向させたグリーン体を作製した。これをダイスに入れパルス通電焼結を行うことで、フレークが一方向に配向した積層構造を形成させることに成功した。また、焼結温度を様々に変化させ、銀コーティングが凝集せずにフレークの界面層として残留し、かつ、緻密な焼結が行える最適な温度を見出した。さらに、ホットプレス法でも同様の手法で焼結が可能であることも確認できた。この材料にビッカース打ち込みを行い光学顕微鏡観察を行った結果、押し込み加重49-196Nまで圧痕のコーナーからの亀裂進展がまったく観察されず、高い破壊抵抗を持っている可能性が示唆された。圧痕近傍を走査型電子顕微鏡で詳細に観察した結果、圧痕の周囲約30μmの範囲で、界面でのクラックディフレクションによりサブミクロンオーダーの微細な破壊が累積的に生じていることが明らかになった。前年度購入したスピンコーターを用いた材料プロセスについては、直径0.1μmのアルミナ粒子をポリビニルアルコール水溶液に分散させたスラリーと直径40nmのカーボン粒子分散水溶液を交互に滴下する手法でプロセス条件の最適化を行っている。スラリーの濡れ性と濃度の制御が均一な膜の連続的な形成に重要であると考えられる。

(1)厚さ約50nmの銀を無電解めっきでコーティングしたガラスフレーク(径40μm、厚さ700nm)を用い前年度作製した銀/ガラスナノ積層材料の曲げ試験を行った結果、荷重が最大荷重まで直線的に増加した後、急激な破断に至った。破面を観察したところ、破壊がガラスリッチな相で優先的に生じ、脆性的な破壊が生じたことが明らかになった。そこで、ガラスフレークをより平行に配向させた組織を作るために、3Dプリンティング装置を用いてグリーン体の作製を行った。得られたグリーン体をホットプレスにより焼結し曲げ試験を行った結果、最大荷重に到達後、徐々に荷重が減少し、鋸状の亀裂進展経路を取りながら最終的な破壊に至った。破面を観察した結果、亀裂はガラスと銀の界面を通過しており、界面での亀裂偏向により鋸状の亀裂進展経路を取ったことが明らかになった。ジグザグな破面の頂点ではガラスが破断しており、銀層が亀裂を架橋していた。架橋部では銀はネッキングを伴う塑性変形を生じており、銀層によるエネルギー吸収機構が確認された。前年度購入したスピンコーターを用いた材料プロセスについては、引き続き検討中である。(2)アワビの貝殻真珠層の高靭化機構をさらに調べるため、片側切り欠き試験片を用い引張破壊試験を行った。破面を観察した結果、破壊はアラゴナイトプレートの境界で生じており、アラゴナイトプレートの破断は観察されなかった。このことから、引張負荷時における主要な高靭化機構はアラゴナイトプレートの引き抜けであると考えられた。破壊挙動と破面を考慮に入れ破壊モデルを構築し、引き抜けによる高靭化機構の寄与分を計算したところ、測定結果とよく一致していた。
親水性複合材料を用いた低トルク回転軸シールの設計開発

本研究は,従来の回転軸シールでは適用が困難な防水回転軸仕様に対して,親水性素材からなるシールリップを回転軸シールとして設計開発し,性能評価を行った.シールリップの主材料として採用したポリビニルホルマール(PVF)は親水性連続多孔質構造を呈し,伸縮性に富む素材である.この素材をシールリップとして用いた場合の長所である,回転軸への密着性と水環境下での境界潤滑性を生かしつつ,低弾性率ゆえの高速回転・高水圧条件下での形状変形を抑制するために繊維強化を行った.強化繊維の選定にあたっては,親水性を示す主材料との材料接着性・親和性を考慮した上で,同様に親水性を示す繊維材料の中からセルロース繊維を候補とした.繊維長や繊維径の大きさや由来原料の異なるセルロース繊維を準備し,主材料との配合濃度を調製し,材料合成を行った.材料物性値の変化を把握するために各試料片について引張試験を行い,ヤング率を導出した.繊維強化の効果として,約10%前後の弾性率の向上が確認され,重量比10%までは配合濃度に比例して物性値が増加することが示された.繊維のサイズ・形状に関しては,綿花状やパルプ状と比較して繊維サイズの小さいナノセルロース繊維の場合は,配合作業も容易で且つ,材料ムラの少ない均質な材料を獲得できた.各シールリップ材料について,連続耐久シール性能評価試験を行った.回転停止と加減速を含む両方向回転を周期的に繰り返す条件とし,常時設定水圧0.5MPaを負荷した.比較対象として用いた従来のシールでは機能発揮が困難な条件においても,親水性シールリップからなる回転軸シール(繊維強化なし)についてはシール機能を示し,さらに繊維強化を施したことにより低トルク化と寿命延長を実現した.これまでの実験結果より,ナノセルロース繊維を重量比5%配合したシールリップにおいて摩擦トルク・シール寿命の観点から良好な性能が得られている.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
二段階抽出法の漸近最適性と多群判別問題への応用および非正規分布への一般化

複数個の多変量正規分布の共分散行列が構造をもつ場合の平均に関する多重比較について,固定された大きさの推測を可能にするための二段階法を開発することに成功した。共分散行列がスカラー行列のとき、開発された二段階法の漸近有効性が熊本大学との意見交換により論文1で証明された。この二段階法は、母集団選択の問題にも漸近有効な解を与えることが論文2で証明された。これらの二段階法で得られる解は漸近最適性をもつことも証明された(投稿中a)。共分散行列が級内相関構造をもつとき、開発された二段階法の漸近有効性が、多段階法の第一人者N.Mukhopadhyay教授(Connecticut大学,U.S.A.)との意見交換によって証明された(投稿中b)。これまで困難であったPureな逐次法・三段階法・加速法の多変量への拡張にも成功した(投稿中c)。多群判別問題への応用として、二段階法を用いて誤判別確率を制御することで、従来は技術的に困難であった判別方式の有効性の評価を正確に与えることに成功した。これは、Aoshima,Dudewicz and Siotani(1991)の多変量への拡張になっており、誤判別確率の評価にIndifference Zone Approachを用いている(投稿中d)。ここで提案された二段階法の漸近最適性の研究が、九州大学との意見交換によって進められている。非正規分布への一般化として、対数正規分布の平均に関して、固定された大きさの推測を可能にするための二段階法を開発することに成功した。対数正規分布の平均が2つの母数の線形結合になり、従来の二段階法を用いることが困難になる。逐次法の権威であるZ.Govindarajulu教授(Kentucky大学)との意見交換により、標本数の推定と被覆確率の計算とに別々の標本を使う二段階法が開発され、この問題に一致性をもつ解が得られることが証明された。提案された二段階法の漸近有効性は、論文3の方法で証明された(投稿中e)。
大規模テキストデータベースを用いたフィンランド語の形態・統語情報のサンプル化

大規模なフィンランド語コーパスからサンプルを抽出し,詳細な言語学的情報を付与したデータベースを構築し,フィンランド語の諸構文の用例群が示す量的情報の有意性をサンプルデータベースと比較して評価する分析手法を整備した。(1)本研究は,電子化された大規模な言語コーパスから得られる大量の用例を用いて文法形式や文法構造の特徴を記述する際に不可欠な,「評価資料」となる言語データのサンプル化の方法論を整備することを目的としている。(2)具体的には,フィンランド語の大規模コーパス(フィンランド学術計算機センター提供の「フィンランド語バンク」)を用い,フィンランド語の語彙・文法情報をデータベース化し,(1)文法情報の種類と統計分析に必要なサンプルサイズの関係の考察(2)文法情報のデータ構造の検討と最適な統計処理の手法の開発(3)最新のコーパス言語学で用いられるコロケーション分析の手法をはじめとする語彙分析とサンプル化による文法情報の分析の関係の考察をおこなうものである。研究初年度にあたる今年度は,機材やソフトウエアの購入等,環境整備を重点的におこなうとともに,本研究の方法論に関する予備的考察,および本研究で利用するコーパスの調査をおこなった。具体的な活動内容は以下のとおりである。1.コーパスの量的分析の基準となるパラメータを選定した。2.フィンランド学術計算機センターのテキストコーパス「フィンランド語バンク」に収録されているコーパス群について,データ構造の調査と基礎的な統計分析をおこない,各コーパスの特徴の記述と分類をおこなった。3.用例サンプル抽出の方法の技術的な問題点を整理し,用例サンプル抽出のためのプログラム開発の準備をおこなった。4.コーパスデータに形態・統語解析を施して格納するためのデータベースの構築準備をおこなった。5.フィンランド語文法およびコーパス言語学・言語統計処理に関する基礎資料を収集した。フィンランド語の量的研究およびコーパスを利用したフィンランド語の文法研究に関する先行研究の評価に関する研究発表をおこなうと共に論文を執筆した。また,形態統語的情報と語彙の共起関係を量的に評価するため,コロケーションの量的分析の手法を拡張する枠組みの提案を複数の学会・研究会にておこなった。なお,今年度予定していた海外調査は交流予定の研究者の都合により次年度以降に実施することとなった。また,大規模データの格納に必要なストレージ機器の導入が遅れたため,サンプル化プログラムの評価とプログラムを用いたデータの蓄積と分析は次年度開始の予定である。前年度実施したフィンランド学術計算機センターのテキストコーパス「フィンランド語バンク」に収録されているコーパス群の基礎調査に基づき,サンプルデータベースの構築と分析手法の整備をおこなった。1.平成19年度に引き続き,コーパスデータに形態・統語解析を施して格納するためのデータベースの設計と構築をおこなうとともに,プロトタイプのデータベースから形態・統語パラメータによる統計情報を抽出するプログラムのセットを開発した。2.平成19年度に実施した「フィンランド語バンク」の基礎的な分析に基づき,コーパスが属する使用域毎にサンプル化をおこなった。3.サンプル化で抽出したコーパスのサブセットにfi-fdgを用いて形態・統語情報を付与した。各サンプルについて,予備的に形態・統語解析情報の統計分析をおこなった。4.自動解析された形態・統語情報の検証と校正作業を開始した。この作業は引き続き次年度も実施する。5.プロトタイプのデータベースの構造と文法情報のパラメータについて,フィンランド内国語研究所およびフィンランド学術計算機センターの専門家との研究打ち合わせをおこなった。6. XMLおよびデータベースの処理に関する資料を収集し,またコーパス言語靴関する研究会'シンポジウムに参加し情報交換をおこなった。形態・統語情報の分析と量的な評価の方法に関する研究発表をおこない,論文を執筆した。今年度はデータベースの構築作業が計画どおり進まず,データベースの本格的な分析は次年度以降に回さざるをえなかった。大規模データの格納に導入したストレージ幾器がデータベース構築環境に適しておらず,現段階ではデータベースはワークステーションのハードディスク上に直接構築している。また,現段階で,統語解析ツールとの連携に問題が発生しており,次年度以降はデータベースと統語解析ツールを共通のLinuxサーバ上で運用する予定である.本研究の目的は,電子化されたテキスト資料(コーパス)に基づいた言語特徴の記述のための基礎資料となる,大規模コーパスの「サンプル化」の方法論を整備することである。前年度実施したフィンランド語の大規模コーパスからのサンプルデータベースの構築作業,および形態・統語情報データベースのパラメータの検証作業をうけ,今年度は以下を実施した。1.サンプル化したコーパスデータを格納する形態・統語情報データベースの仕様をほぼ確定した。2.使用域別にコーパスデータのサンプル化作業を進め,サンプル抽出されたデータについて解析ツールを用いて形態・統語解析をおこない,データベースに格納した。3.形態・統語解析結果の検証と校正作業を引き続きおこない,データの精度向上をはかった。作業は最終年度も継続しておこなう。4.構築の済んだサンプルについて,抽出したパラメータの量的情報を構文分析に利用する試みを開始し,得られたいくつかの知見について研究発表をおこなった。今年度実施した分析はデータが限定的であるため使用域間の比較をおこなうまでには至らず,精度も本研究が目標とするよりも粗いレベルにとどまっている。5.サンプル化されたデータベースの統計処理の手法に関する予備的な分析を開始した。

その結果,特定の文法パラメータのサンプル数が非常に多い場合,そのパラメータを含む構文の分布特徴を評価し,記述するためのよい統計指標がないことが明らかになった。統計学およびコーパス言語学の専門家と情報交換をおこない,問題点の整理と解決にむけた意見の交換をおこなった。6.サンプルデータベースへの文構造・談話構造レベルの情報付与について,実装にむけ予備的な検証をおこなった。本研究の目的は,電子化されたテキスト資料(コーパス)に基づいた言語特徴の記述のための基礎資料となる,大規模コーパスの「サンプル化」の方法論を整備することである。前年度実施したデータベース構築および解析データの検証・校正作業を引き続き実施するとともに,今年度は以下を実施した。1.サンプル化した全データについて解析ツールを用いた形態・統語解析を実施し,その結果をデータベースに格納した。2.サンプルデータベースへの文構造・談話構造レベルの情報付与についての仕様を確定し,データベースへの追加を開始した。3.選出した文法情報パラメータにもとづき構築したサンプルデータベースの分析をおこない,8月にハンガリーPazmany Peterカトリック大学において開催された第11回国際フィン・ウゴル学会において研究成果を発表した。4.ハンガリーとフィンランドにおいてフィンランド語学,コーパス言語学の専門家との情報交換を行った。5.サンプル化の手法を用いた分析手法を大規模日本語コーパスの分析に応用し,その成果について7月と3月に研究発表をおこなった。6.前出1.2.の作業結果の整合性と解析情報の検証・修正をすすめるとともに,構築した全サンプルデータベースを使用した分析をおこなうためプログラムの整備と拡張をおこなった。7.サンプルデータベースの公開方法について,本研究が依拠するフィンランド語コーパス「フィンランド語バンク」を運用しているフィンランド学術計算機センターの担当者と電子メールにて研究連絡をおこなった。今後も継続して協議をおこなっていく予定である。
化膿レンサ球菌感染症における好中球細胞外トラップ分解産物の同定と機能解析

先行研究で用いた化膿レンサ球菌菌株の全ゲノム解析を実施し、好中球細胞外トラップ分解産物(NETDP)産生に関与している可能性があるDNase遺伝子を3つ、また新規に5'-nucleotidase遺伝子(領域)を2つ選定した。このうち4種類の欠損変異株の作製に成功したが、いずれもDNase作用が残存した。またNETDPの細胞毒性評価系において、細菌培養液上清と比較して高い細胞毒性が示唆されたものの、NETDPを含む細菌培養液上清に菌体が混入して測定値が高値となることが判明した。今後、上記5つの遺伝子(領域)の重複欠損菌株を作製し、混入菌体の影響の少ない実験系でNETDP産生関与因子を精査する。平成27年度は、先行研究で使用した化膿レンサ球菌菌株からgenomic DNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いたdeep sequencingによって全ゲノム配列を解析した。次に、バイオインフォマティクスを利用して、NETs分解に関与する可能性のあるnucleaseを構成する候補遺伝子を網羅的に探索した結果、3遺伝子を有することが判明した。また、細胞毒性を有するDNA代謝産物として報告されているdeoxyadenosine産生に関わる代謝酵素である5'-nucleotidaseもGMPやAMP等の核酸分解活性を有していることから、NETs分解に関与していると考えた。当該化膿レンサ球菌菌株の全ゲノム配列情報から、5'-nucleotidaseに相当するドメインを検索することで、新規の二つの候補遺伝子領域を見出した。以上より、NETs分解に関与するDNaseとして、5つの候補遺伝子領域を見出すことに成功した。次に、NETDP-X非産生DNase欠損株の作製に着手した。化膿レンサ球菌のgenomic DNAから上記候補遺伝子配列を切り出し、大腸菌由来ベクターへ載せてクローニングを行った。使用している化膿レンサ球菌が、カナマイシンに耐性を示したため、抗菌薬耐性遺伝子カセットにはクロラムフェニコール耐性遺伝子カセットを選択した。抗菌薬耐性遺伝子カセットを挿入したプラスミドを大腸菌に導入し、標的領域をPCRで増幅することで目的とするDNA溶液の抽出に成功した。現在、エレクトロポーレーション法を用いて、化膿レンサ球菌への抗菌薬耐性遺伝子カセット導入を試みている段階である。エレクトロポーレーション法による遺伝子欠損変異化膿レンサ球菌作製は、当初の計画よりもやや遅れているものの、ゲノム解析によって、従来報告のあるDNaseの他に、当初の予定では想定していなかった二つの新規候補遺伝子を見出したため。化膿レンサ球菌は、DNaseを分泌して好中球細胞外トラップ(Neutrophil extracellular traps:NETs)を分解し、好中球による宿主自然免疫機序を回避する。本研究では、化膿レンサ球菌の病原性として、NETs分解産物の細胞毒性に着目して検討を行った。平成28年度は、前年度に全ゲノム配列を解析した化膿レンサ球菌臨床分離菌株から、標的遺伝子領域を各1個欠損させた単独欠損株を4株得ることができた。すなわち、NETs分解に作用するDNaseとして既知の3遺伝子と、ホモロジードメイン検索で新規に見出した2種の5'-nucleotidaseを合わせた合計5つの候補遺伝子領域を、温度感受性ベクターを用いた遺伝子工学的操作によりそれぞれ単独欠損させることを試み、4種類において遺伝子欠損株作製に成功した。これら4種類のDNaseまたはnuclease欠損菌株は、液体培地内で野性株と同等の成長曲線を示した。しかし、DNA分解能については、培養時間に比例して野生株と概ね同等のDNA分解作用を示し、残存したDNaseが相補的に作用したと考えられた。化膿レンサ球菌の病原性に関して、DNase単独欠損株を用いた研究報告は多数みられるが、本研究仮説の検証には、DNase作用を完全に除去した化膿レンサ球菌菌株を得ることが不可欠である。従って、今後は確実なDNaseである3遺伝子の重複欠損菌株ならびに5つの候補遺伝子領域すべての重複欠損菌株の作製と培養細胞および実験動物に対する作用の検討が必要である。上述の経緯により、今後の研究計画を下記のとおりに修正する。前年度に引き続き、遺伝子工学的操作を行い、抗菌薬耐性遺伝子カセットを用いて上述の候補遺伝子をノックアウトし、DNase欠損株の作製を推進する。必要に応じて、重複ノックアウト菌株を作製する。作製した欠損変異株の一般的性状解析を行う。野生型菌株とDNase欠損株を上皮細胞系と単球・マクロファージ系培養細胞へ感染させ、Trypan blue染色法により細胞毒性の有無を確認する。また各菌株をNETsと共培養した上清の細胞毒性も検討する。さらに、野生型菌株とDNase欠損株をマウスへ経鼻感染させ、生存率、感染局所生菌数、鼻粘膜上皮細胞障害を比較する。

感染局所生菌数は、化膿レンサ球菌を感染させたマウスを解剖して上顎洞粘膜組織を摘出して血液含寒天培地上で培養しコロニー形成数をカウントする。鼻粘膜上皮細胞障害は、凍結切片をWheat Germ Agglutinin、DAPI、抗化膿レンサ球菌抗体で染色し、共焦点レーザー顕微鏡で観察することによって評価する。これらの検討から、化膿レンサ球菌in vivo感染系での単球・マクロファージ細胞死に対する候補遺伝子の影響を解明する。28年度が最終年度であるため、記入しない。内科学28年度が最終年度であるため、記入しない。
電磁振動力を利用した金属組織微細化法の直接観察と溶融加工プロセスへの応用

これまでに、純銅(無酸素銅とタフピッチ銅)でも電磁振動により結晶粒が微細化されることが分かったが、実際に測定した結晶粒径は再結晶の影響を受けている可能性のあることが考えられた。これは電磁振動による微細化の傾向には影響を与えないものの、電磁振動の効果を直接調べるために、純アルミニウムと純マグネシウムの凝固過程にも電磁振動を印加し、結晶粒の微細化を試みた。純アルミニウムの場合、温度勾配が約3K/mmの条件では、99.99%と99.9%の純度では微細化が起こらず、99.7%に純度を下げて初めて微細化した。電磁振動による微細化の機構は、マイクロエクスプロージョンによるデンドライトの分断であると考えており、99.99%Alと99.9%Alのように純度の高い純金属の場合、容易に平滑界面凝固するため微細化しなかったのではないかと考えられる。99.7%Alでは、不純物が濃化することにより固液界面形態が平滑界面からセルあるいはデンドライトへと遷移し、微細化が可能になったと考えられる。従って、他の凝固条件を変えることで、固液界面形態がセルあるいはデンドライトにすることにより微細化できることが予想された。そこで、固液界面形態が乱れやすくなるように試料長手方向の温度勾配を約1K/mm以下と緩やかにしたところ、微細化する領域が格段に広がった。また、温度勾配が約3K/mmの条件では微細化しなかった純マグネシウム(99.9%)も約1K/mm以下にすることで微細化した。このことから、電磁振動による凝固組織微細化には固液界面の形状制御が重要であると考えられた。実際の固液界面形状を調べるため、凝固中の試料を急冷し、凝固時の固液界面形態を凍結させられないか検討する予定である。また、温度勾配が約1K/mm以下の条件での99.99%Alと99.9%Alで微細化が起こるかどうかも調べる予定である。平成14年度には、主に純銅(無酸素銅とタフピッチ銅)について電磁振動による組織微細化実験を行ったが、実際に微細化された組織は観察できなかった。これは試料作成条件が悪かったのではなく、組織観察法(研磨及びエッチング)に問題があったためであることが判明し、微細化された組織が観察された。電磁振動を印加するための交流電流を60Aで一定とし、605000Hzで振動周波数を変化させたところ、無酸素銅・タフピッチ銅共に200Hz付近で最も微細化した。それ以上の周波数では、周波数が高くなるにつれ結晶粒が大きくなっており、微細化の効果が小さくなることが分かった。しかし、銅は容易に再結晶することから、再結晶後の組織をみている可能性ある。観察された組織は明確な結晶粒界の内部に、結晶粒界のようなやや不鮮明な跡がついている。EBSPによる方位マッピングでは、明確な結晶粒界の内部は同一の結晶から構成されていることが判明した。従って、不鮮明な跡が凝固時の結晶粒界であり、この組織が再結晶することによって実験後観察された結晶粒界が形成されたものと考えられる。今回観察した組織に周波数依存性があったことから、凝固時の結晶の大きさと再結晶後の大きさとが比例している可能性もあるが、電磁振動による凝固組織微細化の影響を調べるためには、完全に凝固した後、再結晶が起こる前に急冷することが必要であると思われる。純銅では旅冷中に組織が再結晶する問題があるため、純Al(4N)、純Mg(3N)でも実験を行った。現在、純Mg(3N)に関しては、無振動の場合と比べて微細化することができたが、純Al(4N)に関しては微細化された組織はまだ確認できていない。温度条件、純度等を変更し、電磁振動により微細化される条件を調査する予定である。

また、温度勾配が約3K/mmの条件では微細化しなかった純マグネシウム(99.9%)も約1K/mm以下にすることで微細化した。このことから、電磁振動による凝固組織微細化には固液界面の形状制御が重要であると考えられた。実際の固液界面形状を調べるため、凝固中の試料を急冷し、凝固時の固液界面形態を凍結させられないか検討する予定である。また、温度勾配が約1K/mm以下の条件での99.99%Alと99.9%Alで微細化が起こるかどうかも調べる予定である。
磁化活性汚泥法を軸とするサスティナブルな水処理法の先端的研究

汚泥の発生が無く、誰でも維持管理できる微生物を利用した水の簡単な新規の廃水の浄化法である磁化活性汚泥法の研究をおこなった。微生物に磁気分離を適用するために微生物に磁性粉を吸着させる。吸着した磁性粉を微生物から簡単に脱着する方法を見い出した。また磁化活性汚泥の磁気分離装置の設計指針を示した。磁化活性汚泥法を応用した染料廃水、高濃度の窒素を含む廃水、畜産廃水の浄化法、下水の高度浄化法を提案した。畜産廃水処理への磁化活性汚泥法の適用研究では、高濃度のSS成分が問題であったが、これらSS成分の除去プロセスを前段に配することでCODを除き基準値以下まで浄化されることが示された。除去されたSS成分の有効活用法のための炭化プロセスについても検討された。従来プロセスと比較して、処理時間の8割短縮、維持管理容易、余剰汚泥ゼロなどが確かめられた。COD除去については次年度の課題として検討する予定である。畜産廃水は地下水の窒素汚染の原因とされ、簡便な廃水処理法の開発は重要な意義をもつ。窒素については問題ないレベルまで除去でき、回収も可能なプロセスとなっている。また、磁化活性汚泥法による処理水中に残留するSS除去のための磁気分離装置の適用を検討し、残留するSSを国内上乗せ基準以下まで低圧損かつ高速で除去できることを明らかにした。このプロセスは一般的な水処理の三次処理としてリンとSSの高速同時除去に活用できると考えられた。下水高度処理への適用研究では下水流入と曝気のタイミングを制御することで70%の窒素が除去された。前出の三次処理と合わせて有機物・窒素・リンの高度処理を余剰汚泥ゼロで構築できることが示唆された。維持管理が簡単で余剰汚泥処理が発生せず、誰でもどこでも利用できる磁化活性汚泥法は、国内だけでなく、従来の活性汚泥法では維持管理が難しいため運用が難しいとされた発展途上国の水環境保全でも有用なプロセスとして期待される。染料廃水への適用についてバングラデシュ・ダッカ大との国際共同研究を進め、間欠曝気で有機物のほとんどの除去と一部の色素の脱色が可能であることを確かめた。これらの成果は水環境学会、低温工学会などで発表され、国際会議MAP4での発表も予定されている。磁気分離研究者ネットワークの育成のため磁気応用・磁気力制御夏の学校の開催に協力した。(1)汚泥の磁気分離装置の設計・開発、(2)種々の排水への適用、(3)磁性粉と汚泥の吸脱着制御、(4)磁化活性汚泥の菌叢解析、(5)国内外の研究交流促進を研究目的として研究を実施した。(1)汚泥磁気分離装置の開発では、磁化活性汚泥流出水に少量の磁性粉と凝集剤を加えて2030mg/L濃度の懸濁物質とリンを同時除去するプロセスを構築した。500m/dの高速で10mg/L以下の懸濁物質濃度、1mg/L以下のリン濃度まで磁気分離することができ、分離汚泥の剥離も瞬間的におこなうことができた。(2)種々の排水への適用では、無機懸濁物質を含む排水や有機懸濁物質を含む畜産排水への処理を検討し、低濃度の無機懸濁物質は磁化活性汚泥法をそのまま通過し問題とならないこと、畜産排水は前処理と組み合わせて従来法の3倍の高速処理が達成できた。また難分解性物質であるジメチルホルムアミドや殺菌剤である過酸化水素が含まれる有機排水に対しても馴養が深化することでトラブルなく生分解できることを明らかにした。(3)磁性粉と汚泥の吸着メカニズムについては不明の点が多いが、粒子径を最適化することで磁力での脱着が可能であることを明らかにした。磁気力により十数秒の短時間で90%以上の磁性粉濃度まで磁性粉濃縮された汚泥を回収することができた。これらの成果は水環境学会低温工学会、MAP4などで合計32件の発表をおこない積極的に公開した。また、(4)磁化活性汚泥法の研究ネットワークの構築を促進するために毎年開催されている磁気分離、磁気力制御夏の学校(東京)の開催に協力し、国内外の磁気分離関連の若手研究者の研究交流を推進した。また、バングラデシュ・ダッカ大、中国・華中科技大の教授と研究交流もおこなった。(1)磁気分離装置の設計指針、(2)磁化活性汚泥法のバリエーション開拓、(3)マグネタイトの吸着機構解明と制御、(4)磁化活性汚泥菌叢解析、(5)研究者ネットワークの構築を目的として研究を実施した。(1)について、磁化活性汚泥を用いて検討し、磁気分離装置に用いる磁石のもつ汚泥の最大保持量が設計の重要因子となること、小径の磁石を用いるほど性能向上が期待できることなどを明らかにした。

これらの成果は濃厚な磁性スラッジを効率よく磁気分離する装置の設計に基本的な指針を与えたといえる。(2)については酪農廃水処理のための磁化活性汚泥法を含む複合プロセスを検討した。現在14日かけて処理しているが新しいプロセスでは3日で処理できるようになった。また、難分解性かつ高窒素含有化合物を処理するための硝化液循環磁化活性汚泥法を提案し安定した窒素除去と有機物の同時除去を可能とした。その他、除害設備への磁化活性汚泥法の適用、殺菌剤である過酸化水素が残留した有機廃水への適用などを検討した。(3)については磁性粉の粒径分布と吸脱着制御の最適条件との関係について調査した。(4)については多量のマグネタイトがPCR等の分析の障害となることがわかり検討課題が残された。(5)についてはバングラデシュの国際会議にセッションチェアーとして参加し、サスティナブルな水処理法の先端研究として2件の発表をおこなった。インドネシアでもパイロットプラントの構築をめざして活動中である。磁気力制御夏の学校(大阪)の開催に協力し、国内外の磁気分離関連の研究者の交流を推進した。また同時に韓国、中国の磁気分離研究者との研究交流もおこなった。中国、華中技科大の教授と研究交流促進の助成金に共同で申請するなど交流推進の努力を継続的におこなっている。今年度の研究成果は論文1件、招待講演3件、国際会議2件を含む24件の学会発表で公表された。