hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
力学系理論による符号設計とそのディジタル通信への応用

このキャリアの直交性は,時間・周波数の同期を高い精度で保持する必要があり,ドップラーシフトの影響を受ける移動体通信では,技術的な困難が伴う.研究代表者らは,完全な直交性を最初から放棄し,干渉を敢えて許容するCDMAの設計方針を捨てるべきではないと考え,OFDM(直交周波数分割多重)ではなく,擬似直交周波数分割(QuasiOFDM)によるマルチキャリアCDMAを提案し,その性能評価を行った(Globecom2008).カオスを利用した通信の研究は1990年代に始まったが,その多くはカオス実数値軌道をそのまま利用するアナログ通信であり,現在隆盛を極めるディジタル通信の諸技術の上に直接載せることが困難と考えられる.一方,我々の提案手法は,カオス力学系をバイナリ系列の設計に役立てる手法なので,CDMAやOFDMなどの既存のディジタル通信技術に容易に適合できる利点を持つ.第3.9世代携帯電話で利用されるOFDM方式では、通常のシンボル同期に加えて、サブキャリア間の干渉を無くすために高精度な周波数同期が必要である。研究代表者らは2008年に、Gaborの時間・周波数表現に基づく、時間と周波数の正確な同期が不必要な擬似直交マルチキャリアCDMAを提案した。本年度は、この提案手法におけるユーザー間干渉の評価法を与えるとともに、時間・周波数の2次元拡散符号の設計法を提案した。研究代表者らはすでに、DS-CDMA方式で用いられる一次元の符号系列に対しては、偶相互相関関数と奇相互相関関の2つの相関関数をそれぞれ調べることによりユーザー間干渉の分散を評価することが出来ることを示していたが、二次元の拡散符号の場合には、4種類の相関関数が自然に導入され、これらをそれぞれ調べることでユーザー間干渉が評価可能であることを示した。この結果はGlobecom2010に投稿中である。また、周波数の同期保持にはフィードバック構造のPhase Locked Loop(PLL)回路がもっぱら用いられる。超広帯域通信での応用を見据え、研究代表者らはこれとは異なり、ニュートン法に基づく到来波から周波数と位相を直接同定する手法を提案した。この結果を用いて、周波数・位相推定回路及びそのアルゴリズムについて特許を出願・公開した。この回路はフィードバック構造を持たないので安定性の問題がないので、雑音や高温・低温など環境の悪い場面での利用が期待される。カオスを利用した通信の研究は1990年代に始まったが,その多くはカオス実数値軌道をそのまま利用するアナログ通信であり,現在隆盛を極めるディジタル通信の諸技術の上に直接載せることが困難と考えられる.一方,本提案手法は,カオス力学系をバイナリ系列の設計に役立てる手法なので,CDMAやOFDMなどの既存のディジタル通信技術に容易に適合できる利点を持つ.第3.9世代携帯電話で利用されるOFDM方式では、通常のシンボル同期に加えて、サブキャリア間の干渉を無くすために高精度な周波数同期が必要であり、通話者の移動にともなうドップラー効果への対策が必須となる。研究代表者らはこの状況に鑑み、2008年にサブキャリア間の直交性が必要ない擬似直交マルチキャリアCDMAを提案し、さらにこの結果を発展させたユーザ間の時間・周波数の同期誤差に強い耐性をもつGabor-Division(GD)-CDMAを提案した。本年度は、i)負のマルコフ符号を用いることでユーザ間干渉を独立同分布(i.i.d.)
生体内移動性ｍＲＮＡの開発に向けたウイロイド結合タンパク質の同定と機能解析

本研究では、キクわい化ウイロイド(CSVd)の細胞内局在性を明らかにし、モデルRNAとして本実験に適切であることを明らかにした。そこで、CSVdをいくつかの大きさの分子に切断し、それぞれの分子を発現するベンサミアナタバコを育成した。F2まで育成し、現在、継続して組み換え体の作成を行っている。RNAseq法を用いてCSVdで発現誘導される遺伝子が8つ、発現抑制される遺伝子が6つ見つかった。これらのCSVd結合性候補遺伝子についてはウェットな解析を行っている。また、キクにおけるウイロイド結合性タンパク質のスクリーニング方法を確立し、遺伝子組み換え体を作成した。これまでの研究でNicotiana tabacumはウイロイドであるキクスタントウイロイド(CSVd)に対して抵抗性を持つが、Nicotiana benthamianaはCSVdに対して罹病性であることが明らかとなっている。昨年度、N.tabacumにCSVdの全長配列(環状にならないように付加配列を持たせた)あるいは部分配列を組み換え、非組み換え体のN.tabacumあるいはN.benthamianaを接ぎ木したところ、組み換えRNAの穂木への移行は見られなかった。そこで、N.benthamianaを組み換え、非組み換え体のN.benthamianaを接ぎ木したところ、若干の外来RNAの移行が認められた。そこで、組み換えたCSVdの全長配列の生体内移行性、特に細胞内移行性を共焦点レーザー顕微鏡で調査したところ、シグナルを検知するには至らなかった。これは、N.benthamianaでの組み換え遺伝子の発現量が極めて低いことが原因であった。現在、新しい組み換え体を作成するとともに、F2を選抜し発現効率の高い個体を選抜している。次に、N.benthamianaにCSVdを感染させると、感染は起こるものの無病徴であることを利用し、感染植物体と非感染植物体との間で発現量が異なる遺伝子を次世代シークエンス解析で探索した。感染植物体と非感染植物体の間で大きく異なる遺伝子は10個程度であり、ウェットな実験の準備を行っている。1.キクのCSVd結合性タンパク質のスクリーニング本法を用いていくつかのCSVd結合性タンパク質候補の回収に成功した。そのうちの2スポットについてMALDI TOF-MS分析に供した。得られた結果はいずれの植物のデータとも一致しなかった。アミノ酸シークエンスからDNAを同定するため、ディジェネレートプライマーを設計したがDNAの同定には至らなかった。キクのタンパク質データが不足していることが主な原因であり、今後実験系を修正する必要が考えられた。そこで、タバコ(Nicotiana benthamiana)を用いたモデル実験を構築し、タバコの中から候補タンパク質を決定し、キクの発現解析をしようと試みた。・Nicotiana属の植物でCSVdに感受性の種と非感受性の種を確認し、N.benthamianaを実験に用いた。・N.benthamianaにCSVdを感染させ、病徴が発現しないことを確認したうえで、RNAを抽出し次世代シークエンサーで解析した。対照区はCSVdを感染させていないbenthamianaを用いた。CSVd感染benthamianaにはCSVdの増殖・移行に必要なタンパク質をコードするRNA発現に変化が見られるはないか、という想定である。現在、結果を解析中である。2.細胞間移行に関わる結合性タンパク質の決定本年度は前年度までに選抜した、抵抗性候補を接ぎ木試験で詳細に絞り込み、精の一世型および鞠風車型の抵抗性を見出すことを目的とした。精の一世型としては数品種が選び出され、鞠風車型としては1種類のみが選び出された。これらの品種を用いて1で解析された候補遺伝子の発現を解析する予定である。キク`精の一世'および`鞠風車'は強いCSVd抵抗性を持つ品種であることを前年度までの実験で明らかにしてきた。CSVdの抵抗性を増殖抑制、細胞間移行の抑制、または分解の可能性に分類して実験を行うこととした。まず、これら2品種において強制的にプラス鎖あるいはマイナス鎖のCSVdを発現する遺伝子を人工合成し、2品種に組み換えた。`精の一世'においては組み換え体を作成できたが、`鞠風車'での組み換え体の作成は難航している。これらの過剰発現体で発現しているウイロイドRNA及び分解産物と見られる産物をシークエンス解析に用いる。本実験では大きな違いは見られていない。次に、長距離移行性の問題を確認するために、次のような実験を行った。本実験は共同研究者の鍋島により開発されたものである。前述のベクターをアグロインフィルトレーションでキクの下葉に接種した。接種した葉でのウイロイドの発現および移行性を確認した。移行性は接種数日後に接種葉を切除し、どのタイミングで感染が確認されるかを見るというものである。

また、切除した葉から出てくるCSVdを確認することによって葉柄を経たウイロイドの移行を調査することが出来る。すでに全ての実験系を確立したが、結果を得るには至っていない。`精の一世'および`鞠風車'では接種葉でのウイロイドの増殖は見られたことから、移行に問題があるものと考えられた。葉柄から出てくるウイロイドに結合しているタンパク質の同定を今後行って行く予定である。蔬菜花卉園芸学本年度、遺伝子組み換え個体の遺伝子発現量が低いことが明らかになってから新しい組み換え体の作成を急遽行った。現在、組み換え体を順化中であるので、早々に試験をする予定である。組み換え体を利用した次世代シークエンス解析によってタンパク質の同定作業を行ってゆく予定であったため、約半年間の遅れを生じた。当初、想定していたキクからのCSVd結合性タンパク質のスクリーニングは予想通りの結果が得られなかった。これはキクのタンパク質データベースの情報の不足によるものと判断した。そこで、実験を加速するためにいったん情報が豊富なモデル植物としてのタバコを利用しCSVd結合性タンパク質のスクリーニングを行うこととした。次世代シークエンスの解析を現在行っているがおおむね興味深い結果を得ることができている。今後、キクから相同性タンパク質をコードするRNAやDNAを同定し、発現解析を行うことで当初の予定を達成できるものと考えている。また、タバコの組み換えによってRNAを過剰発現させたり、ノックアウトしたりするための実験系も開発することができた。次世代シークエンスの結果がまとまり次第、順次タバコの組み換え体を作成する予定である。さらには、様々なCSVdの部分配列を過剰発現させたタバコ(Nicotiana benthamiana)を数系統準備しており、本年度の結果を次年度で展開できるだけの準備は整えている。遺伝子発現量の高い組み換え体を選抜し、CSVdの全長配列(非環状)あるいは部分配列の核への移行および、長距離輸送性を確認する(核への移行を確認するための金コロイド免疫電顕法は現在開発中である)。次に接ぎ木によって長距離移行性を確認する。非環状のウイロイド配列が長距離移行すれば、ここまでを論文としてまとめる。次に、次世代シークエンス解析によって、組み換え体で強く発現する遺伝子をウイロイド結合性候補遺伝子としてピックアップする。昨年度にスクリーニングした遺伝子のウェット実験を同時におこない、候補遺伝子を決定する。候補遺伝子をサイレンシングさせた個体を作出し、ウイロイドの長距離移行、核移行性に関わるタンパク質の同定を狙う。次世代シークエンサーで解析したCSVd感染タバコと非感染タバコのRNAseq結果に基づき、CSVd感染葉で特異的に発現している、あるいは抑制されているRNAを順位を付けて抽出する。そのタンパク質の相同タンパク質をコードする核酸をキクから同定し、RNA発現解析などによって抵抗性・非抵抗性品種での発現比較を行う。なお、抵抗性と非抵抗性品種に関しては昨年度の実験から新たに数系統確保している。
サ-ミスタを利用した生体の熱伝導率測定法

ガンの温熱療法や低温やけどの原因解明を行う場合、生体内の局所的な温度分布や血流量の変化を把握することはきわめて重要である。このためには腫瘍部および正常組織部の熱伝導率を知る必要がある。本研究の主目的は、サ-ミスタを利用して生体内の熱伝導率を測定する方法を開発することである。生体内にセンサ-等を挿入するには、できる限り小さいことが必須であるが、サ-ミスタは小さい体積でそれ相応の抵抗を持ち、温度変化にも敏感である。この特性を利用して熱伝導率を測定するため、センサ-と電気回路を併せ備えた測定装置を試作した。これは、サ-ミスタを試料との平衡温度から△Tでけ上昇するように供給電力を調節しながら加熱したとき、準定常時の加熱量が、試料の熱伝導率、サ-ミスタの大きさおよび熱伝導率、△Tの大きさ等の関数になることを利用したものである。つまり、準定常時の発熱量を加熱時の非定常デ-タから外挿により求め、サ-ミスタに関する物理量を物性値既知の標準試料により決定することで、試料の熱伝導率の値を求めることができるわけである。ここでは特に、非定常加熱の関数形について種々の検討を行った。また、5種類の液体の中から標準試料として水とグリセリンを選択し、サ-ミスタの未知定数を決定するとともに、数種類の生肉試料に対して測定を行い、良好な結果を得ている。なお、サ-ミスタの試料への挿入には注射針を利用した。
新型バンドルダイバータ付き低アスペクト比トカマクの体積中性子源炉・発電炉設計

低アスペクト比トカマクは,小型核融合炉としてや体積中性子源炉として,近年大変関心が持たれている.ただし低アスペクト比トカマクの問題点として,幾つかの懸念が挙げられている.例えば物理的にはブートストラップ電流の割合を高くしなければならないと言う点や,工学的には,中心導体や第一壁・ダイバータの設計が厳しくなる点などが挙げられている.特に低アスペクト比トカマクでは,ダイバータ部のスペースが大変狭いので,ダイバーダ領域での熱処理が従来のトカマクより格段に厳しくなると予測される.ここでは,我々はこのダイバーダ熱処理の問題を解決すべく,低アスペクト比トカマクに対して新型のポロイダルーバンドルダイバータを提案した.バンドルコイルはトーラスの上部や下部に設置されている.またこのバンドルコイルへ導くべく幾つかのポロイダルガイドコイルも新たに設置した.これらのコイルはトロイダルコイルの内側に設置しなければならない.幸いにも低アスペクト比トカマクでは常伝導コイルの使用が可能であるので,そのような場所への設置が可能である.セパラトリックスの外側の磁力線が,これらのポロイダルガイドコイルでトーラスの下部領域に導かれ,トロイダルコイル間に設置されたバンドルコイルを通してトーラスの外側まで引き出すことが可能であることがわかった.このようなバンドルダイバータ配位の特長として,コアプラズマの形状などに大きな影響を与えない.またこれらのバンドルコイルによる磁場リップルが十分小さいという点が挙げられる.低アスペクト比トカマクは,小型核融合炉としてや体積中性子源炉として,近年大変関心が持たれている.ただし低アスペクト比トカマクの問題点として,幾つかの懸念が挙げられている.例えば物理的にはブートストラップ電流の割合を高くしなければならないと言う点や,工学的には,中心導体や第一壁・ダイバータの設計が厳しくなる点などが挙げられている.特に低アスペクト比トカマクでは,ダイバータ部のスペースが大変狭いので,ダイバーダ領域での熱処理が従来のトカマクより格段に厳しくなると予測される.ここでは,我々はこのダイバーダ熱処理の問題を解決すべく,低アスペクト比トカマクに対して新型のポロイダルーバンドルダイバータを提案した.バンドルコイルはトーラスの上部や下部に設置されている.またこのバンドルコイルへ導くべく幾つかのポロイダルガイドコイルも新たに設置した.これらのコイルはトロイダルコイルの内側に設置しなければならない.幸いにも低アスペクト比トカマクでは常伝導コイルの使用が可能であるので,そのような場所への設置が可能である.セパラトリックスの外側の磁力線が,これらのポロイダルガイドコイルでトーラスの下部領域に導かれ,トロイダルコイル間に設置されたバンドルコイルを通してトーラスの外側まで引き出すことが可能であることがわかった.このようなバンドルダイバータ配位の特長として,コアプラズマの形状などに大きな影響を与えない.またこれらのバンドルコイルによる磁場リップルが十分小さいという点が挙げられる.核融合炉の小型化を目指して,アスペクト比が極端に小さいトカマクプラズマが注目されている。現在までの小型装置での実験では,優れたプラズマ閉じ込め特性やMHD安定性が実験的・理論的に示されている。ただし将来の核融合炉や体積中性子源炉を想定した場合,中心導体やダイバータ等の工学的問題点が指摘されている.ここでは特にダイバータ問題に着目し,新しい型のダイバータの概念を提案し,その磁場コイル設計を行ない,低アスペクト比トカマク装置との整合性を示すことが出来た.従来のダイバータはトロイダルコイル内にダイバータ板を挿入して,コイル内側で熱処理するものであった.しかしこの場合,低アスペクト比装置では,ダイバータ面積が極端に狭くなり,プラズマからの熱処理が非常に厳しくなる.一方十数年前に,バンドルコイルをトーラス外側領域に設置し,トロイダル磁場をトロイダルコイルの外側に引き出す,いわゆるバンドルダイバータの概念が提唱されたが,磁場リップルの増大等のために,核融合炉への適用が諦められた.ここでは従来のポロイダルダイバータの下方にバンドルコイルを設置することによりダイバータ部の磁力線をトロイダルコイルの外側まで引き出すという,ポロイダルーバンドルダイバータを提案し,その磁場解析を行なった.その結果,プラズマ形状にほとんど影響与えること無く,しかもプラズマ領域での磁場リップルも十分小さいコイル配置及びコイル電流値を見つけることができた.なおバンドルコイルやポロイダルコイル等の電流値も常伝導コイルを用いて十分設計できる程度の値に収まることも示せた.

従ってこれによりトロイダルコイル外側までプラズマを引き出すことが出来るので,ダイバータ熱処理の問題の画期的な解決策となりうることが示せた.低アスペクト比トカマクは,核融合炉の小型化・高効率化の観点から,近年注目されており,小型・中型実験装置での研究が盛んになされている.装置の小型化において,特に問題となる点としてダイバータ設計が挙げられる.現在の比較的大型なトカマク型核融合炉でさえ,ダイバータの熱負荷を低減させるべく様々な工夫がされている.トーラス大半径が小さい低アスペクト比トカマクでは,ダイバータ設計はさらに厳しくなり,従来のアイデアの延長では到底設計出来ない.我々は低アスペクト比トカマクでのダイバータ問題を解決する画期的なアイデアとして,新型バンドルダイバータを提唱し,その工学的可能性を検討した.従来のバンドルダイバータは,トーラス水平部に設置されていたので,磁場リップルの増大をもたらし,コアプラズマ閉じ込め劣化を引き起こすという問題点があった.ここで提案した新型バンドルダイバータはトーラス下部に設置するものであり,現在の装置で数多く採用されているポロイダルダイバータとバンドルダイバータを組み合わせたものである.従って,磁場リップルを十分小さく(1%以下)抑えることが可能であり,コアプラズマの特性を劣化させる心配が無い.しかも低アスペクト比トカマクでは,トロイダルコイルがトーラス下部で大きく開いており,バンドルダイバータを設置するのに適している.体積中性子源炉や発電炉規模の低アスペクト比トカマク装置に新型バンドルダイバータを設置した場合のコイル設計を,磁力線追跡コードを用いて行った.その結果,工学的にも無理のないコイル電流値でバンドルコイルの設計が可能であることが判明した.またバンドルコイルの外に引き出される磁力線が,バンドルコイル近傍を通過する際に,バンドルコイルと十分なクリアランスを有していることがわかった.
フラクタルの数学的諸相

本研究では、フラクタルに関する数学的基礎理論を多様な視点から研究した。フラクタル上の解析的構造(確率過程など)から導かれるフラクタルの内的な幾何的構造を明らかにし、その幾何学的構造を用いてフラクタル上の確率過程の漸近挙動、フラクタルを境界とする領域上の関数の境界での挙動などなどを詳しく調べた。20年度の研究実績のうち代表的なものを選んで記す。(1)研究代表者木上淳は、Sierpinski gasket Kから底辺Iを除いた領域K-I上の調和関数について研究した。まず、K-I上にSierpinski gasket上のstandard resistance formの自然な拡張として、resistance formを構成した。この新しいformに付随するGreen functionを用いてMartin kernelを定義し、K-IのMartin境界がCantor set Cに一致することを示した。この結果、K-I上の非負の調和関数は、C上の測度と1対1に対応することがわかった。さらに、K-I上のresistance formのC上へのtraceについてその具体的な表現を求めた。また下に記述する熊谷の結果を用いて、対応するC上のjump processの熱核の漸近挙動について、非対角部分も含めた精密な評価を得た。(2)分担者熊谷隆は、様々なjump processに対してその特徴づけと漸近挙動について研究を行った。jumpの範囲が有限であるような場合に対して、重み付きのPoincare不等式が成立するための条件を確立し、その条件の元での熱核の(非対角成分を含む)漸近挙動を明らかにした。長い距離のjumpを許すようなrandom walkについても研究を進め、Parabolic Harnack不等式が成立するための住建を明らかにした。平成21年度の研究実績のうち主要なものから選んで記す。(3)研究分担者日野は、regular Dirichlet formに対してenergy measureを経由してindexという概念を導入し、strong localな場合にはいわゆるMartingale dimensionを等しいことを示した。さらにその応用として2次元のSierpinski carpetのMartingale dimensionは1に等しいことを証明した。研究代表者木上はp-adic numbersを含むnon-compactなCantor set上の確率過程について研究した。non-compactなCantor set上に固有値と測度を与えそれに対応するDrichlet formを定義し、そのjump kernel,固有関数、対応するjump processのtransition densityの具体的な表示を得た。また固有値と測度のある種のregularityの元で、transition desnityの漸近評価を示した。さらにnon-compact cantorsetに付随するtree上のrandom walkの"極限"とこれらのjump processの関係を明らかにした。研究分担者熊谷はフラクタル上の解析学における主要な未解決問題であった、Sierpinski carpet上のブラウン運動の一意性の問題を肯定的に解決した。(Barlow氏、Bass氏、Teplyaev氏との共著論文)研究分担者日野は強局所正則Dirichlet形式に関して指数という概念を導入し,その性質について研究した.得られた知見をもとに,Sierpinski Carpet上のブラウン運動に関するマルチンゲール次元がスペクトル次元以下であることを示した.特に点再帰的なケースではマルチンゲール次元が1であることが従う.これは無限分岐的なフラクタルに関するマルチンゲール次元について初めて得られた情報である.
インスリンによる糖尿病性細小血管障害促進メカニズムに関する分子生物学的研究

インスリンを糖尿病患者に投与すると、細小血管障害に由来する合併症が悪化する場合がある。そこで、インスリンの血管機能への影響について検討した。高インスリン血症動物では、胸部大動脈にて活性酸素、peroxynitrite増大により内皮依存性弛緩反応が減弱し、angiotensin II増加、ETA受容体増加、MEK/ERK pathway亢進によりendothelin-1収縮が増大していた。2型糖尿病動物の腸間膜動脈にて内皮由来因子のバランス変化[収縮因子(EDCF)増大、過分極因子(EDHF)減弱]が起こり、この状態から、PDE3阻害薬、metformin、ozagrel、EPAを慢性投与することでEDHFシグナルが改善することを見いだした。EDHFシグナルは、細小血管にて重要なため、高インスリン血症、インスリン抵抗性等の2型糖尿病病態時の細小血管障害に対する治療戦略の一端が本研究により見いだされた。1.糖尿病モデルラット胸部大動脈に高濃度のインスリンを暴露すると、過剰な活性酸素、ならびにperoxynitriteが産生し、これらが、sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase活性を低下させその結果内皮依存性弛緩反応を減弱させることを明らかとした。2.糖尿病モデルラットに対してインスリン抵抗性改善薬のピオグリタゾンを慢性投与することによる内皮依存性弛緩反応への影響について検討したところ、ピオグリタゾン慢性投与は、アセチルコリンによる内皮依存性弛緩反応及びNOシグナリングが改善すること、SOD活性増加、NAD (P) H oxidase活性低下といった、酸化ストレスを軽減させること、さらには、AP-1シグナリング抑制によるET-1産生低下を引き起こすことを明らかとした。3.2型糖尿病モデルラット脳底動脈において、内皮依存性弛緩反応が減弱し、これはNAD (P) H oxidase活性増大に伴った活性酸素増大によりNOバイオアベイラビリティーが低下することによることを明らかとした。4.2型糖尿病モデルラット腸問膜動脈において、内皮由来因子のバランスの変化(収縮因子増大、弛緩因子減弱)を明らかとし、この不均衡性は酸化ストレスの増大に起因している可能性を明らかとした。以上の研究結果より、高インスリン病態あるいはインスリン抵抗性病態をはじめとする、糖尿病性血管障害に対して、酸化ストレスが主要な機能障害の原因であることを明らかとし、これらのターゲットの幾つかを分子レベルで明らかとした。4の研究と合わせて考えると、細小血管障害においても酸化ストレスが深く関与していることが考えられ、酸化ストレス産生源となる因子、及びこれらのターゲット因子を調節することによって、細小血管障害を改善することが出来る可能性を見いだした。STZラットに対し、インスリンを慢性投与して高インスリン血症糖尿病モデルを作成し、胸部大動脈のET-1収縮の検討を行った。本モデルにて、ET-1反応性が増大し、これは、angiotensin II(Ang II)増加による、ETA receptor増加、MEK/ERK pathway亢進が原因であることを明らかとした。2型糖尿病モデルのGKラット腸間膜動脈も、ET-1収縮反応性が増大し、これには、MEK/ERK pathwayが関与していた。2型糖尿病モデルのOLETFラット腸間膜動脈にて、内皮由来因子バランス変化(EDHF低下、EDCF増大)を前年度より見いだしていたが、この動物に、薬物を慢性投与して改善効果を検討した。(1) Cilostazol(EDCF変化なし。cAMP/PKA pathway改善によってEDHF改善)。(2) Metformin[EDCF産生(血管収縮性プロスタノイド)抑制。EDHI改善]。(3) EDCFの成分であるトロンボキサンA2合成酵素阻害薬(ozagrel)でEDHF改善。(4) EPA[EDCF産生抑制。EDHF改善]。以上より、高インスリン血症あるいはインスリン抵抗性病態を基盤とする血管障害に対して、AngIIや、ET-1が異常を引き起こす原因であることを明らかとし、それに関連する情報伝達因子についても明らかとした。また、2型糖尿病ラット腸間膜動脈にてEDHF障害が起こっている状態から、PDE3阻害薬、metformin、ozagre1、EPAを慢性投与することでEDHFシグナルが改善することが明らかとなり、EDCFがEDHFシグナルを抑制していることを見いだした。EDHFシグナルは、血管径が小さいほど重要であるため、高インスリン血症、インスリン抵抗性病態などの2型糖尿病病態時における細小血管障害に対する治療戦略の-端が本研究によって見いだされた。
東アジア4ヶ国における理科授業分析とその要因の解明

日本を含む東アジアの4ヶ国における科学教育は,多くの共通点と相違点を持ちながら共通する課題を持っている。国際学力調査の学力については上位グループにあるものの,情意面については国際平均よりも低い。本研究では科学教育実践そのものの比較分析による比較検討を行った。小学校5年及び中学校2年の科学授業を量的分析により,展開する内容量は日本,韓国,台湾,香港の順に多く,また,教師の発問量,生徒の回答量ともに増大する傾向が大きい。香港,台湾の授業ともに多くの情報量を扱うことが理科学力の向上につながっている。一方,日本,韓国の授業は生徒に考えを深める発問が多く思考力の育成を図っていることが明らかになった。東アジアの4ヶ国(韓国、台湾、香港、日本)はアジア諸国の中でも近代化が進み科学教育の水準は高い。科学教育プログラムは過去10年以内に改訂され、教育プログラムや教科書の現代化に積極的に取り組んでいる。本研究は、各国において科学教育プログラムに基づく教育実践の特徴を抽出し、各国の科学教育関係者がこの4ヶ国の教育実践の長所と改善点をどのように分析し、各国の科学教育の改善に反映させることができるかを検討する。研究代表者をはじめ共同研究者は、韓国晋州市を訪問し(2013年6月)国立晋州教育大学の孔泳泰(Young-Tae Kong)准教授と研究に関する具体的な協議を行うとともに、市内の公立初等学校の理科授業を見学し授業研究について意見交換を行った。また、台湾新竹市を訪問し(同12月)、新竹教育大学のMei-Yu Chang教授、FuーYuan Chiu准教授、香港大学のAlice S.L. Wong准教授と本研究の意義と進め方、授業研究の方法を協議するとともに、新竹市の公立中等学校の理科授業を見学した。共同研究の方策として、1教育カリキュラムと教科書について相互に分析し、その特徴を抽出すること、2TIMSSの研究に合致させるために、小学校第4学年と中学校第2学年(通年で第8学年)の理科授業を対象として「すぐれた理科授業」を収録すること。3教員、指導法、生徒の活動について、全体的な印象、良い点、改善するべき点、集団行動などを評価すること、4共通的な質問、独自な質問を教師及び生徒に実施すること、5授業ビデオをDVDに収録し英語に翻訳した後、各国へ送ることを合意した。また、2014年9月に開催される日本科学教育学会年会に課題研究として参加することを了承した。平成26年度は、韓国、台湾、香港の研究協力者と直接面談を通して、各国の科学教育の状況と具体的な理科授業の収集と分析方法についての進捗状況を確認し、各国の状況に応じた範囲内で研究を推進することを確認した。特に、学校との協力連携体制や授業を収録する祭の視点、児童生徒のプライバシーの保護までも、各国の状況に大きな差違があることを考慮することが確認された。この際、授業を分析することで担当する教師の評価をどのように実施するかが課題となった。また、日本をはじめとするの教育改革が急激に展開しており、日本の例では、学習指導要領が目指す「生きる力の育成」と「科学教育」の関連性が、授業における児童生徒の学習活動にどのような影響を与えているかなど、各国の実情の基本となる教育政策について検討した。また、教員の研修制度についても各国の実情の相違点が大きく、「授業研究」に当たる"Lesson Study"は一般的ではなく、日本の事例について情報提供した。本研究を通して、各国の科学教育を巡る教育制度、教員研修、授業スタイル、学習成果、教員評価についてさらなる議論を展開しながら、9月に埼玉大学で開催された日本科学教育学会年会における「課題研究」として成果発表することをとおして、各国と日本の相違点を明らかにした。この課題研究は「東アジア4ヶ国における理科授業分析とその要因の解明」オーガナイザーとして研究代表者(吉田)が行い、愛知教育大学名誉教授遠西昭壽、韓国晋州教育大学孔泳泰、台湾国立新竹教育大学CHANG, Mei-Yu、香港大学Alice S.L.Wongが発表し、指定討論者として愛媛大学隅田学がコメントを発表した。その後、各国の理科授業のビデオ記録と分析結果について日本に集約し、統一的な解析を行った。平成27年度は、韓国、台湾、香港の研究協力者から、各国の小、中学校理科授業の提供を受けることができた。日本語への翻訳には、各国において現地語へトランスクリプトを作成してもらった。送られたデータは、研究代表者がエクセルに日本語で再入力し、教師の活動(5カテゴリー)、児童生徒の活動(5カテゴリー)にコーディングし、数量的な分析を行った。平成27年10月16-18日に開催される東アジア科学教育学会(EASE2015Peijing)におけるシンポジウム形式の発表を行うことができた。発表者、テーマは次のとおりであった。3年目に当たる平成27年度はこれまでの研究成果を集約してきた。残念ながら、韓国、台湾、香港からの資料提供は期待通りにはならなかったが、各国の教育課程改革の現状や各国の理科授業の問題点、課題について情報収集と交換をすることができた。各国のカリキュラム改革が進展する中で、小、中学校の授業レベルの検討まで至ることができないことが課題とされた。各国へは研究代表者と研究協力者である遠西昭壽名誉教授が小学校あるいは中学校を訪問し、理科授業を観察してきた。

ここでの議論を深めることはできなかったが、持ち帰った資料と送られた授業の分析により、日本、韓国の理科授業の展開には多くの共通点がみられるものの、台湾及び香港の授業では、いわゆる「科学知識の伝達」を重視しながら生徒との質問-回答を中心とする授業展開であることを認識できた。この点においては東アジア4ヶ国の理科授業の現状と一部の要因を解明できた。これまでの研究成果を東アジア科学教育学会(EASE2016TOKYO August 26-28, Tokyo University of Science)において口頭発表を行い、平成25年度から27年度までの共同研究の総括と今後の研究推進を検討した。同学会における発表者、テーマは次の通りである。日本を含む東アジアの4ヶ国における科学教育は,多くの共通点と相違点を持ちながら共通する課題を持っている。国際学力調査の学力については上位グループにあるものの,情意面については国際平均よりも低い。本研究では科学教育実践そのものの比較分析による比較検討を行った。小学校5年及び中学校2年の科学授業を量的分析により,展開する内容量は日本,韓国,台湾,香港の順に多く,また,教師の発問量,生徒の回答量ともに増大する傾向が大きい。香港,台湾の授業ともに多くの情報量を扱うことが理科学力の向上につながっている。一方,日本,韓国の授業は生徒に考えを深める発問が多く思考力の育成を図っていることが明らかになった。申請した計画書では、小、中学校の多くの理科授業を分析することを目指したが、具体的には各国の実情の違いから、「優れた理科授業」として1-2授業を分析することで、各国の特徴を抽出することに変更した。その理由として、各国の大学と小中学校の協力関係が大きく異なること。個人情報保護の壁により、学校側の協力を得ることが難しいこと、多くの授業の記録(プロトコール)およびベテラン教師による授業評価には、課題が多いことが明らかになった。従って、分析の中心を日本側で行うことで日本の科学教育研究者やベテラン教師が、各国の理科授業の特徴をどのように評価するかを中心として、各国の研究協力者の負担軽減を図った。平成27年10月の東アジア科学教育学会では、各国の異なる視点からの発表が行われた。その要因として、日本を除く3ヶ国では授業研究(分析)という教育的手法や意味が定着していないため、カリキュラム開発改訂の基礎となる「理科授業の本質と課題」を中心に、さらなる議論を展開する必要がある。幸いにも基金分の一部が未使用であるため、平成28年8月に開催されるEASE2016TOKYOにおいて関連する研究課題の発表を行うとともに、今後の研究方策について議論を重ねることとする。28年度が最終年度であるため、記入しない。科学教育日本側では、すでに小、中学校理科授業を10本程度収録しており、日本の「優れた理科授業」について、代表的な授業を抽出中である。また、各国から送付された理科授業については、できる限り日本語訳を付して、理科教育研究者とベテラン教師の双方で授業評価を行っている。同時に、使用されている理科教科書と理科授業の展開方法の関係についても調査分析している。ただし、韓国については研究協力者の日本語が堪能なので、日本語訳については依頼している。研究開始時には研究代表者が管理職(自然科学系長)にあり、各国との連絡調整に時間を要した。
蛋白質異常凝集過程の解明とその修復機構

研究成果の概要(和文):加齢性眼疾患(白内障、加齢性黄斑変性症、角膜変性症など)、皮膚硬化などでは原因不明の蛋白質の異常凝集化が生じている。その原因は、蛋白質中に非酵素的に生じるD-アミノ酸が蛋白質の異常凝集を惹起し、疾患の発症に関与していることを蛋白質科学的に明らかにした。D-アミノ酸の生成は紫外線照射や酸化的トレスによって促進することも明らかとなった。さらに質量分析を用いた新規のD-アミノ酸迅速分析法の開発にも成功した。本研究は、原因不明の加齢性疾患(白内障、皮膚硬化など)の組織にみられる蛋白質の異常凝集化はアミノ酸のD-体化が引き金であるという仮説を証明し、蛋白質の異常凝集をD-Aspを分子指標として統一的に理解することを目的としている。本年度までに下記の研究を行った。(1)白内障の主原因であるαA-,αB-クリスタリン(Cry)の異常凝集過程の解析(2)水晶体以外の眼組織におけるD-β-Asp含有蛋白質の検出(3)加齢や紫外線照射によって生じる皮膚のD-β-Asp蛋白質中の同定(4)D-Asp含有蛋白質分解酵素(DEAP)の生化学的性質研究成果の概要(和文):加齢性眼疾患(白内障、加齢性黄斑変性症、角膜変性症など)、皮膚硬化などでは原因不明の蛋白質の異常凝集化が生じている。本研究は、「蛋白質の異常凝集化はアミノ酸のD-体化が引き金である」という独創的な考えに基づいて、種々の蛋白質の異常凝集をD-Aspを分子指標として統一的に理解することを目的としている。平成20年度は下記の項目について研究を行った。1)水晶体の主要蛋白質であるαA-,αB-クリスタリンの異常凝集過程の解析水晶体の主要蛋白質であるα-クリスタリン(Cry)はαA-,αB-という2種類のサブユニットから成るが、これらの生化学的性質は極めて良く似ている。しかし、リコンビナントのαA-,αB-Cryにそれぞれ、紫外線照射しながら、X線小角散乱実験、中性子散乱実験を行ったところ、αB-Cryのみが異常凝集化し、αA-Cryは変化がなかった。この結果は、αB-Cryのみが紫外線照射に対して感受性が強いことを示すものであり、α-Cryは2種類のサブユニットから構成されているために外界からの様々なストレスに対応可能であることが初めて明らかとなった。2)水晶体以外の眼組織におけるD-β-Asp含有蛋白質の検出我々が開発したD-β-Asp含有蛋白質抗体をプローブとした免疫組織染色により水晶体以外の複数の眼の組織でもD-β-Asp含有蛋白質が存在していることを見出した。現在これらの蛋白質の同定を進めている。3)加齢や紫外線照射によって生じる皮膚のD-β-Asp蛋白質中の同定我々は以前の研究で皮膚蛋白質中におけるD-β-Asp残基の増加は紫外線のストレスと関連が強いことを示した。20年度はマウスの皮膚に紫外線照射を行い、Asp残基のD-β-化が進んだ組織から蛋白質を抽出し、2次元電気泳動、D-β-Asp含有蛋白質抗体によるウエスタンブロッテイングを行い、その陽性スポットの蛋白質についてゲル内酵素処理、断片ペプチドの質量分析を行い、これらの蛋白質の同定に成功した。本研究の目的は、「蛋白質の異常凝集化はアミノ酸のD-体化が引き金である」という独創的な考えに基づいて、蛋白質の異常凝集をD-Aspを分子指標として統一的に理解することである。平成21年度は下記の項目について研究を行った。1)水晶体の主要蛋白質であるαA-, αB-クリスタリン(Cry)の異常凝集過程の解析ヒトリコンビナントのαA-, αB-Cryに紫外線照射しながら、X線小角散乱実験、中性子散乱実験を行った。その結果、αB-Cryのみが異常凝集化し、αA-Cryは変化がなかった。この結果は、αB-Cryのみが紫外線照射に対して感受性が強いことを示すものであり、紫外線照射によってαB-Cryがダメージを受けてもαA-Cryが、紫外線ストレスに対応可能であることを示していると考えられた。2)水晶体以外の眼組織におけるD-β-Asp含有蛋白質の検出我々が開発したD-β-Asp含有蛋白質抗体をプローブとした免疫組織染色により水晶体以外の網膜、結膜でもD-β-Asp含有蛋白質を見出した。現在これらの蛋白質を同定中である。

21年度はマウスの皮膚に紫外線照射を行い、Asp残基のD-β-化が進んだ組織から蛋白質を抽出し、2次元電気泳動、D-β-Asp含有蛋白質抗体によるウエスタンブロッテイングを行い、その陽性スポットの蛋白質についてゲル内酵素処理、断片ペプチドの質量分析を行い、これらの蛋白質の同定に成功し、そのうちの一部は表皮の蛋白質である事が判明した。本研究の目的は「蛋白質の異常凝集化はアミノ酸のD-体化が引き金である」という仮説を証明し蛋白質の異常凝集をD-Aspを分子指標として統一的に理解することである。平成22年度は下記の項目について研究を行った。1)水晶体の主要蛋白質であるαA-,αB-クリスタリン(Cry)の異常凝集過程の解析ヒトリコンビナントのαA-,αB-Cryに紫外線照射し、X線小角散乱実験、中性子散乱実験を行った。その結果、αB-Cryのみが異常凝集化し、αA-Cryに変化がなかった。水晶体中では紫外線照射によってαB-Cryがダメージを受けてもαA-Cryが構造や機能を保持し、紫外線ストレスに対応可能であることを示していると考えられた。2)水晶体以外の眼組織におけるD-β-Asp含有蛋白質の検出我々が開発したD-β-Asp含有蛋白質抗体を用いて免疫組織染色により網膜、結膜、角膜の不溶性凝集物にD-β-Asp含有蛋白質を見出した。現在これらの蛋白質を同定中である。3)加齢や紫外線照射によって生じる皮膚のD-β-Asp蛋白質中の同定我々は以前の研究で皮膚蛋白質中におけるD-β-Asp残基の増加は紫外線のストレスと関連が強いことを示した。22年度はマウスの皮膚に紫外線照射を行い、Asp残基のD-β-化が進んだ組織から蛋白質を抽出し、2次元電気泳動、D-β-Asp含有蛋白質抗体によるウエスタンブロッテイングを行い、その陽性スポットの蛋白質についてゲル内酵素処理、断片ペプチドの質量分析を行い、これらの蛋白質は表皮のケラチンである事が判明した。本研究の目的は「加齢による蛋白質の異常凝集化は蛋白質構成アミノ酸のD-体化が引き金である」という仮説を証明し、D-Aspを分子指標として体内の様々な部位で共通して生じている種々の蛋白質の異常凝集を統一的に理解することである。平成23年度は下記の項目について研究を行った。1)蛋白質中で生じるD-β-Asp部位の立体構造上の特性老人性白内障の水晶体から得たβB2-クリスタリンのN末端部位にAsp残基のD-β-体化部位を見出し、その部位を初めて特定、した。D-β#化し易いAsp残基は立体構造上、表面に曝されたフレキシブルな構造部分であることを初めて明らかにした。2)水晶体以外の眼組織におけるD-β-Asp含有蛋白質の検出我々が開発したD-β-Asp含有蛋白質抗体を用いた免疫組織染色により水晶体以外の複数の眼の組織(網膜、角膜など)でもD-β-Asp含有蛋白質が存在していることを見出した。D-β-Asp含有蛋白質はいずれも加齢に伴って生じる凝集沈着物質内に存在し、加齢性黄班変性や糖尿病など新たな疾患との関連が示唆された。3)加齢や紫外線照射によって生じる皮膚のD-β-Asp蛋白質中の同定我々は以前の研究でD-β-Asp含有蛋白質抗体をプロiブとした免疫組織染色により老人の顔の皮膚にD-β-Asp含有蛋白質が多量に蓄積していることを見出した。今回はマウスの皮膚に紫外線を照射し、紫外線照射量に依存してD一β-Asp含有蛋白質が増加することを免疫組織染色で確認し、その蛋白質は表皮のケラチン蛋白質である事を質量分析で決定した。また、D-β-Asp化しているケラチンは紫外線照射量に依存して非酵素的な糖の付加も同時に生じていることが明らかとなった。4)Asp異性体を含むペプチドの迅速分析法の開発1-3の課題を効率よく進めるための質量分析を用いた分析法を開発した。
腰椎緩和座席シートの開発におけるカオス振動の適用

腰椎緩和座席シートの開発において.カオス振動の適用を提案し,平成12年から13年にわたり,研究を行った.筋肉の緊張緩和のための外的刺激が生体反応に与える影響の実験を踏まえ,カオス振動波形の刺激力を与える座席シート開発の基礎研究をおこなった.1.平成12年には,身体を安静にした場合と一定周期の打撃力刺激を与えた場合において,筋電図及び心電図を計測し,周波数分析,最大リアプノフ指数の計算を行った.これらの結果より安静状態と刺激を受ける場合での生体反応の相互比較を明らかにした.2.平成13年,非定常な外部刺激を与え,筋電図と心電図の同時測定を行い,測定波形の分析を行った,特に主成分分析により,その特徴性をとらえた,筋肉の安静状態,刺激状態では,生体反応に多少の変化があり,主要な結果を日本機械学会,第14回計算力学講演会の講演論文にて発表した,主なる結論をつぎに示す.1.心電図と筋電図を同時計測した波形を用いた主成分分析により,カオス圧迫力を受けた状態の生体反応の特徴が抽出できる.カオス圧迫力を与えた場合,両波形の中に非同期成分が増加する.2.心電図の最大リアプノフ指数の収束値は,筋電図の収束値よりも大きくなる傾向がある.また,主成分分析の結果から,心電図に比べ筋電図は反応信号発生に寄与する成分の数が減少する傾向があることがわかった.3.感性評価において,パルス波の圧迫力に比べ,カオス波での圧迫力に対して快適であることがわかった.更に,これらの結果を整理して,現在日本機械学会論文集に投稿予定となっている,今後の課題は実用化に向けて加振信号の種類や多くの被試験者による生体信号の評価が必要となる.本研究では,痛緩和座席シートの開発において,カオス振動の適用を提案している.平成12年から13年にわたり,基礎的データとして,筋肉の緊張緩和のための外的刺激が生体反応に与える影響を実験により調べている.さらに,カオス振動によって患部に圧迫力を与える腰痛緩和座席シート開発の研究を行っている.1.平成12年には,身体を安静にした場合と一定周期の外的刺激を与えた場合において,筋電図及び心電図の計測を行った.さらに,得られた筋電図及び心電図に対して,周波数分析,最大リアプノフ指数の計算,主成分分析を行った.これらの結果より,安静状態と,外部から刺激を受ける場合での生体反応の相互比較を行った.(1)筋電図は安静状態においては周期性に加え複雑な振動成分を持つが,外部から周期的刺激を与えることで周期性が強くなることがわかった.(2)心電図は安静状態において安定した周期性を示し,外部からの刺激によっても,その周期性は乱されにくいことがわかった.しかし,心拍数よりも速い周期の外部刺激を与えることにより,心電図の周期は速くなることがわかった.(3)筋電図及び心電図において,生体反応の周期は,それよりも速い周期の刺激を与えることで速くなることがわかった.2.平成13年には,筋電図,心電図とともに脳波の測定を同時に行い,筋肉の緊張緩和の際の快適さと生体反応の関係を明らかにし,さらに,腰痛緩和座席シートの開発を行う予定である.腰椎緩和座席シートの開発において.カオス振動の適用を提案し,平成12年から13年にわたり,研究を行った.筋肉の緊張緩和のための外的刺激が生体反応に与える影響の実験を踏まえ,カオス振動波形の刺激力を与える座席シート開発の基礎研究をおこなった.1.平成12年には,身体を安静にした場合と一定周期の打撃力刺激を与えた場合において,筋電図及び心電図を計測し,周波数分析,最大リアプノフ指数の計算を行った.これらの結果より安静状態と刺激を受ける場合での生体反応の相互比較を明らかにした.2.平成13年,非定常な外部刺激を与え,筋電図と心電図の同時測定を行い,測定波形の分析を行った,特に主成分分析により,その特徴性をとらえた,筋肉の安静状態,刺激状態では,生体反応に多少の変化があり,主要な結果を日本機械学会,第14回計算力学講演会の講演論文にて発表した,主なる結論をつぎに示す.1.心電図と筋電図を同時計測した波形を用いた主成分分析により,カオス圧迫力を受けた状態の生体反応の特徴が抽出できる.カオス圧迫力を与えた場合,両波形の中に非同期成分が増加する.2.心電図の最大リアプノフ指数の収束値は,筋電図の収束値よりも大きくなる傾向がある.また,主成分分析の結果から,心電図に比べ筋電図は反応信号発生に寄与する成分の数が減少する傾向があることがわかった.3.感性評価において,パルス波の圧迫力に比べ,カオス波での圧迫力に対して快適であることがわかった.更に,これらの結果を整理して,現在日本機械学会論文集に投稿予定となっている,今後の課題は実用化に向けて加振信号の種類や多くの被試験者による生体信号の評価が必要となる.腰椎緩和座席シートの開発において.カオス振動の適用を提案し,平成12年から13年にわたり,本研究は筋肉の緊張緩和のための外的刺激が生体反応に与える影響の実験と座席シート開発の研究の研究をおこなった.1.平成12年には,身体の安静にした場合,一定周期の外的刺激を与えた場合,筋電図及び心電図を計測し,周波数分析,最大リアプノフ指数の計算を行い,これらの結果より安静状態と刺激を受ける場合での生体反応の相互比較を明らかにした.

2.平成13年,非定常な外部刺激を与え,筋電図と心電図の同時測定を行い,測定波形の分析を行った,特に主成分分析により,その特徴性をとらえた,筋肉の安静状態,刺激状態では,生体反応に多少の変化があり,主なる結果を日本機械学会,第14回計算力学講演会の講演論文にて発表した,1)心電図と筋電図を同時計測した波形を用いた主成分分析により,カオス圧迫力を受けた状態の生体反応の特徴が抽できる.カオス圧迫力を与えた場合,両波形の中に非同期成分が増加する.2)心電図の最大リアプノフ指数の収束値は,筋電図の収束値よりも大きくなる傾向がある.また,主成分分析の結果から,心電図に比べ筋電図は反応信号に寄与する成分の数が減少する傾向があることがわかった.3)感性評価において,パルス波の圧迫に比べ,ランダム波やカオス波での圧迫は快適であることがわかった.更に,日本機械学会論文集に投稿で,今後の課題は実用化に向けて加振信号の種類や多くの被試験者による生体信号の評価が必要となる.
ゲル破壊現象における溶媒効果に関する研究

アリルアミドゲルの亀裂先端に注入した種々の液体が,その破壊挙動に与える影響を,注入する溶媒の種類を変えて調べ,次のような結果を得た。1)アクリルアミドの良溶媒である水(ゲル自体の溶媒でもある)注入した場合,小さな破壊測度Vでの引裂力Fの値が,空気中(注入液体無し)の破壊に比べて低下した;2)エチレングリコールなどの良溶媒の注入では,Fの値を増加させた;3)ゲルに強い偏析を引き起こすエタノール等の貧溶媒を注入した場合,亀裂が停止と急激な進展を繰り返すstick-slip的な亀裂進展モードが観測され,振動する引裂力の平均値は空気中の破壊に比べ大きくなった。平成25年度は,以下の4項目の研究を実施した(最初の3項目はアクリルアミドゲル,最後の項目にはジェランガムゲルを用いた).(1)進展中の亀裂先端にグリセリン,エチレングリコール,1及び2-プロパノール,t-ブチルアルコール及びこれらと水との混合溶媒を添加する実験,(2)前年より行ってきた亀裂先端へのエタノール添加によって生じるスリップ-スティック的亀裂進展の解析,(3)破壊の駆動を停止した場合の引裂力の緩和実験.(4)ジェランガムゲルに対する破壊エネルギー計測。研究(1)においては,各種溶媒がアクリルアミドゲルの破壊進展に及ぼす効果は,i)破壊エネルギー低下型(水),ii)スリップ-スティック型(エタノール等),iii)破壊エネルギー増加型(グリセリン等),の3パターンに分類できることが示唆された.(研究2)においては,引裂力の振動パターンが規則的なモードとランダムなモードの重ね合わせであること,亀裂速度Vが1mm/s程度の時を境にして,引裂力の振動パターンが有意に変化すること見いだされた.(研究3)においては,破壊の駆動を停止したとき,1020秒程度の特性的時間で引裂力の緩和が起きることが見いだされた.アリルアミドゲルの亀裂先端に注入した種々の液体が,その破壊挙動に与える影響を,注入する溶媒の種類を変えて調べ,次のような結果を得た。2012年度は、本研究課題の遂行に適した実験系(駆動・計測・観察系)の基礎的な部分を構築し、アクリルアミドゲルを主たる対象として研究を行った。具体的には、化学合成したアクリルアミドゲルの亀裂先端に、アクリルアミドに対する良溶媒である水、および貧溶媒であるアセトンやエタノールを添加した場合に、破壊挙動にどのような影響が生じるかを調べた。その結果、亀裂先端に水を添加した場合、空気中の破壊に比べ破壊エネルギーが低下することが見出された。一方、貧溶媒であるアセトン、エタノールを亀裂に添加した場合、振動的(スティックースリップ的)な亀裂進展モードが生じるとともに、(振動周期にわたって平均化した)破壊エネルギーが上昇することが見いだされた。また、貧溶媒と水の混合溶媒を添加した場合、その混合比率に応じて破壊挙動が急激に変化すること、その変化は平衡膨潤に関して急激な収縮が起こる混合比で生じることが実験的に明らかになった。上記の結果は、化学ゲルの代表的な例であるアクリルアミドに関して、溶媒環境が破壊挙動に与える影響の典型的な例だと位置づけることができる。特に貧溶媒の添加によって定常的な亀裂進展が不安定化するという効果は、これまでの関連研究では報告されておらず新規性が高い。その背景には、亀裂進展による新たな表面形成と溶媒浸透による硬化したスキン層の形成の競合という機構が働いていると考えられ今後の理論的研究の課題が見いだされたと考えている。化学ゲル(主に用いた試料は,モノマーの水溶液から合成されたas preparedのアクリルアミドゲル)の破壊エネルギーG(V)(Vは亀裂進展速)と,亀裂に注入した各種溶媒の物理化学的特徴との相関を調べ,以下のような結果を得た。挙動A)アクリルアミドの良溶媒である水を注入した場合,小さな亀裂進展速度におけるG(V)の値が,空気中の破壊に比べて低下した。挙動B)エチレングリコールやグリセリなど,水以外の良溶媒の注入では,速い破壊(V>10mm/s)でのG(V)を増加した。挙動C)ゲルに強い偏析を引き起こすエタノール等の貧溶媒を注入した場合,亀裂が停止と急激な進展を繰り返すstick-slip的な亀裂進展モードが観測された。また,振動する引裂力を平均して算出したG(V)は,空気中や良溶媒滴下での値に比べ大きくなった。挙動B)に関して,水膨潤ゲルをエチレングリコール等に浸漬した時に起る時間的に非単調な体積変化との関係が強く示唆された。また,挙動C)のstick-slip的な亀裂進展を自励振動現象とみて,振動パターンの実験的制御を試みた。Vだけでなく,試料の形状に応じて振動パターンが変化する事が見いだされた。また,アクリルアミド以外の化学ゲルでも同様な実験を行い現象の一般性を検討した。