hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
色波長照射によるトラフグ仔魚攻撃行動の刷り込み制御

赤色の照射(あるいは青・緑色の消失)は稚魚に不安行動やストレスを与えると考えられるので、1赤オプシン遺伝子の発現時期と発現細胞の同定と、2ストレスの指標となるホルモン(ニューロステロイド)と分子マーカーの探索が必要である。特に2に関しては仔稚魚では脳組織が小さく解析が難しいため実験が進まず、現在数か月以上単一波長で連続照射した成魚を用いて実験を代行している。また、各照射区の稚魚の脳内各部位から雌雄別にRNAを抽出するのに時間がかかっており研究の遅れとなっている。現在仔稚魚で解析できる方法としてBrdU取り込みによる細胞分裂頻度を測定している。1年に1回しか実験ができないため成果が出るのは秋以降となる。色波長の切り替えおよび波長の混合比率が、トラフグ仔稚魚にストレス性の行動を誘導する事が明らかになった。トラフグ仔稚魚および成魚の網膜・脳・脳下垂体を介した神経回路・内分泌回路ではどのような生理反応が起きているのか興味がある。仔稚魚では各照射区でBrdU取り込み実験により細胞分裂頻度の測定・解析を行いストレス度との関係を調査する。また、成魚においては3ヶ月以上赤・青・緑の単波長で飼育を継続後、照射する色波長を切り替え、どのようなストレス性の反応が起きるのかを、血清ホルモン(テストステロン等)と脳内ニューロステロイド代謝遺伝子の発現を継時的に測定・解析する。魚類の生殖行動などの生理反応は光や色の刺激が必要である。このような刺激直後にどのような化学反応が網膜・視神経および脳内で起きているのかを調べることは重要と考える。トラフグを用いた本研究が魚類の光環境刺激機構の分子的解明の糸口になることが期待できる。また、ストレスや攻撃行動と脳内エスロゲンの関係は近年盛んに研究が行われている。今後トラフグを用いた本照射実験をストレス反応のモデルとして構築できないか検討を行う。
衛星による地球環境の変動解明ー気圏・地圏との相互作用

平成3年度の研究で得られた成果は以下のとおりである。(1)地球の生物環境を表わす指標として,現存植生と潜在植生(人間活動の影響を受けていないと仮定した植生状態)との差を取り、これをエコクライメ-トマップ(生態気候図)として出力した。植物生態学の立場から現地調査を踏まえてエコクライメ-トマップの持つ意味を検証した。(2)NOAAのグロ-バル植生指標デ-タ(GVI)と海面温度との関連については,明暸な相関は見られなかったが,ハワイのマウナロアにおける炭酸ガスの変動に関してはわずか7年間のデ-タしか利用できないにもかかわらず,ー0.7と高い逆相関にあることがわかった。(3)地球の殻物生産可能性を試作し,将来どのくらいの人口収容力があるかを試作した。ただしこれ以上森林の機採を許さない仮定をたて現在の草地は農地に変換しうるという条件のもとで,約73億人が収容できるとの解を得た。現在52億人の人口であるので,数10年で限界に近づくと警告できることがわかった。(4)オゾンの空間的分布に関するデ-タ処理を行い,オゾンマップの作成を行なった。(5)NOAAのGVIデ-タと降雨デ-タまたは気温デ-タとの相関分析を行った結果,年雨量が1200ミリ以下の低雨量地帯,半乾燥および乾燥地帯においては,GVIデ-タから年雨量を推定しうることが明らかになった。(6)研究を通じて得られたグロ-バルデ-タセットについては,統一した地図規格でグロ-バル地球環境地図を作成する準備を完了した。
有機ケイ素化合物の触媒的転換反応に関する基礎研究

炭化水素ホモローグでありながら不均一触媒反応としてとりあげられることの無かった有機ケイ素化合物の転換反応を固体触媒上で試み、以下の成果が得られた。(1)ジエチルシラン(E2)およびジエチルジメチルシラン(E2M2)の不均化反応表題の反応について固体超強酸を含む種々固体酸および固体塩基を用いてその反応の可能性を検討した結果、300°C以下の反応温度で両反応とも固体酸上で触媒的に進行することを世界で初めて明らかにした。触媒特性とE2およびE2M2の反応性の比較検討から、E2はヒドリド引抜き型、E2M2はプロトン付加型で反応が開始することが推定された。E2M2不均化反応は固体超強酸触媒を用いることにより反応温度100°Cでも進行させることができる。(2)ジエチルシランのアルキル化反応E2と各種オレフィン、すなわちプロペン、1-ブテン、cis-2-ブテン、イソブテン、1、3-ブタジェン、メチルアセチレンとの反応を固体酸を触媒として試みた。いづれも150°Cで容易に反応が進行し、対応するアルキルシランの生成を確認した。生成物のNMR分析の結果、アルキル化体はいづれもn-アルキル化体を主生成物とすることが明らかとなった。本反応に要求される酸点は不均化反応のそれと同様であると推定された。芳香環、CN結合、CO結合への付加は現時点では成功しておらず反応条件等を検討中である。ヒドロシリル化類似の反応を固体酸を用いて不均一反応系により世界で初めて成功した。今後反応機構の検討ならびに反応の拡張が期待される。1)ジエチルシラン(E2)およびジエチルジメチルシラン(E2M2)の不均化反応表題の反応について固体超強酸を含む種々固体酸および固体塩基を用いてその反応の可能性を気固不均一反応系により検討した。300°C以下の反応温度で両反応とも固体酸上で触媒的に進行することを世界で初めて明らかにした。触媒特性とE2およびE2M2の反応性の比較検討からE2はヒドリド引抜き型、E2M2はプロトン付加型で反応が開始することが推定された。このようなアルキルシランの不均化反応は臭化アルミニウムによる均一反応系の報告があるのみであった。2)ジエチルシランのアルキル化反応E2と各種オレフィン、すなわちプロペン、1-ブテン、cis-2-ブテン、ブタジエン、メチルアセチレンとの反応を固体酸を触媒として試みた。生成物のNMR分析の結果、アルキル化体はいづれもn-アルキル化体であることが明らかとなった。本反応は均一反応系においては白金あるいはパラジウム錯体を触媒とするヒドロシリル化反応として知られているが、固体酸を用いた例は世界で初めてである。

触媒特性とE2およびE2M2の反応性の比較検討から、E2はヒドリド引抜き型、E2M2はプロトン付加型で反応が開始することが推定された。E2M2不均化反応は固体超強酸触媒を用いることにより、反応温度100°Cでも進行させることができる。このようなアルキルシランの不均化反応は臭化アルミニウムによる均一反応系の報告があるのみであった。(2)ジエチルシランのアルキル化反応E2と各種オレフィン、すなわちプロペン、1-ブテン、cis-2-ブテン、イソブテン、1、3-ブタジエン、メチルアセチレンとの反応を固体酸を触媒として試みた。いづれも150°Cで容易に反応が進行し、対応するアルキルシランの生成を確認した。生成物のNMR分析の結果、アルキル化体はいづれもn-アルキル化体を主生成物とすることが明らかとなった。芳香環、CN結合、CO結合への付加は現時点では成功しておらず反応条件等を検討中である。本反応は均一反応系では遷移金属錯体を触媒とするヒドロシリル化反応として知られているが、固体酸を用いた例は世界で初めてである。今後反応機構の検討ならびに反応の拡張が期待される。
液状化した砂の物性と側方流動に関する研究

本研究は地震などで液状化した後の地盤の力学挙動を解明するために、液状化砂の物性(体積変化率と粘性率)を実験的に調べることと、実験結果に基づいて、側方流動現象を解析的に扱うことを目的としている。1.物性研究に使用した実験試料は、粒径の異なる3種類の砂、および4種類のガラスビーズである。円筒容器に充填した飽和材料に対して、下方から上方に向かって浸透水流を発生させ、流速を種々に変えたときの体積変化と間隙水圧を測定した。また同じ条件下で、回転粘度計により粘性係数を測定した。2.浸透水流速を徐々に増加すると、ダルシー則の成立範囲を越えた点(すなわち限界動水勾配)から体積膨張がはじまり、その際に体積膨張率と浸透流速の間には比例関係が成立することをみだした(その比例定数をδとする)。限界動水勾配に到達したときの浸透流速をV_cとすれば、δとV_cの積は同一材料では密度が違っても一定で,1/61/16の範囲の値をとる。また粒径の均等係数が大きいと[δ・V_c]は小さくなる傾向がみられた。3.液状化材料の体積膨張と浸透流速の比例関係は、固体の融解現象にみられる体積膨張と絶対温度の関係に類似しており、流速は温度の働きをし、限界流速は固体の融点に相当すると解釈できる。4.液状化材料の見かけの粘性係数ηは、ひずみ速度の増加とともに減少する特徴を示し、ビンガム塑性流動の範ちゅうに分類できる。上向き浸透流速vを与えたときのηは、AとBを定数としてη=Aexp(B/v)の関係が得られた。この式はvを絶対温度に置き換えるとアンドレイドの粘度式と同形であるから、この場合も浸透流速は温度の役目を果たしていると解釈できる。5.液状化後の地盤の変形予測として、ビンガム流動モデルを組み込んだ数値解析コードを用いて、盛土の流動破壊事例のシミュレーションを実施した。盛土体の流動距離の予測値は、ほぼ実情に近いものと推定された。本研究は、地震などで液状化した後の飽和砂の力学挙動を解明するために、その物性を実験的に調べることと、実験結果に基づいて、側方流動現象を解析的に扱うことを目的としている。液状化砂の物性は、ここでは体積変化率と粘性係数を指す。以下に本年度に得られた主な成果を要約する。1.物性研究に使用した実験試料は、豊浦砂、硅砂および川砂の3種類であり、川砂に比べて前二試料は均一な粒径である。円筒容器に充填した飽和砂に対して、下方から上方に向かって浸透水流を発生させ、流速を種々に変えたときの体積変化と間隙水圧を測定した。2.流速を徐々に増加すると、Drcy則の成立範囲を越えた点(すなわち限界動水勾配)から体積膨張がはじまり、その際に体積膨張率と浸透流速の間には比例関係が成立することを見いだした(その比例定数をδ_fとする)。3.限界動水勾配に達したときの浸透流速をV_cとすれば、(δ_f/V_c)比は豊浦砂と硅砂で等しく、川砂はそれよりも低い値となる。これは均等係数>

1の砂では(δ_f/V_c)比が小さくなることを示している。4.液状化砂の体積膨張と浸透流速の比例関係は、固体の融解現象にみられる体積膨張と温度の関係に類似している。そして限界浸透流速は、固体の融点に対応すると解釈できる。5.液状化砂の粘性挙動は、単純な[Newton/Bingham]粘性で表現できず、ひずみ速度の増加とともに減少するような、複雑な構造粘性を示した。この特性を考慮した側方流動の解析プログラムの開発は、来年度以降に取り組む予定である。本研究は地震などで液状化した後の地盤の力学挙動を解明するために、液状化砂の物性(体積変化率と粘性率)を実験的に調べることと、実験結果に基づいて、側方流動現象を解析的に扱うことを目的としている。1.物性研究に使用した実験試料は、粒径の異なる3種類の砂、および4種類のガラスビーズである。円筒容器に充填した飽和材料に対して、下方から上方に向かって浸透水流を発生させ、流速を種々に変えたときの体積変化と間隙水圧を測定した。また同じ条件下で、回転粘度計により粘性係数を測定した。2.浸透水流速を徐々に増加すると、ダルシー則の成立範囲を越えた点(すなわち限界動水勾配)から体積膨張がはじまり、その際に体積膨張率と浸透流速の間には比例関係が成立することをみだした(その比例定数をδとする)。限界動水勾配に到達したときの浸透流速をV_cとすれば、δとV_cの積は同一材料では密度が違っても一定で,1/61/16の範囲の値をとる。また粒径の均等係数が大きいと[δ・V_c]は小さくなる傾向がみられた。3.液状化材料の体積膨張と浸透流速の比例関係は、固体の融解現象にみられる体積膨張と絶対温度の関係に類似しており、流速は温度の働きをし、限界流速は固体の融点に相当すると解釈できる。4.液状化材料の見かけの粘性係数ηは、ひずみ速度の増加とともに減少する特徴を示し、ビンガム塑性流動の範ちゅうに分類できる。上向き浸透流速vを与えたときのηは、AとBを定数としてη=Aexp(B/v)の関係が得られた。この式はvを絶対温度に置き換えるとアンドレイドの粘度式と同形であるから、この場合も浸透流速は温度の役目を果たしていると解釈できる。5.液状化後の地盤の変形予測として、ビンガム流動モデルを組み込んだ数値解析コードを用いて、盛土の流動破壊事例のシミュレーシヨンを実施した。盛土体の流動距離の予測値は、ほぼ実情に近いものと推定された。
シクロアルカノン類を用いる新規合成反応の開拓

一電子移動連鎖型求核置換反応(S_<RN>1)の鍵中間体となるラジカルカルボアニオンESRにより検出し、反応の本質を明らかにするとともに本反応を利用してプロスタグランジンB_1(PGB_1)類縁体のα側鎖への置換基の導入した。本反応を利用することによりこれまで困難であった多くのPGB_1類縁体を高選択的に且つ短行程で合成する方法を確立した。このようにして合成されたPGB_1類縁体の生物活性(殺虫、殺菌除草)を評価した結果、6種類の化合物がウンカ、ハダニ、線虫に対し殺虫性を示すことがわかった。本反応において、非常に安定なラジカル中間体の生成が示唆されたので、安定ラジカルに変換したのちラジカル部のα位に四級不斉炭素を持つ縮環式ニトロキシラジカルを調整し、その結晶構造をX線回折により明らかにできた。本ラセミ体は再結晶することにより自然分晶により、それぞれの光学活性体に分離することができた。この方法はこの種のラジカルの一般合成法になることがわかった。一方、シクロヘキサノンとアルデヒドからジルコノセン触媒を用いることにより、合成が困難であった2,6-ジアルキルフェノールを一般で合成する方法を開発した。また、触媒としてZrocl_2・nH_2Oが利用可能であることを明らかにした。ここで得られた種々の2,6-ジアルキルフェノールの抗酸化能を測定したところ、市販のフェノール系抗酸化剤と同等またはそれ以上の優れた抗酸化能を持つことが判明した。本触媒反応を脂肪族ケトンとアルデヒドの反応に適用すると縮合環化が起こり、一挙にシクロベンテノン誘導体に導けることがわかった。さらにジルコニウム触媒のカルボンル化合物の活性化を利用することにより、アルデヒド類の選択的二量化反応によるエステル合成が達成された。シクロヘキサノンと種々の脂肪族アルデヒド類をCp_2ZrCl_2触媒存在下150°Cで8時間程度反応させると2,6-ジアルキルフェノールが比較的よい収率で生成することが明らかとなった。この反応の触媒であるZr化合物についてさらに詳細に検討した結果、ZrOcl_2・nH_2OがCp_2ZrCl_2と同程度の活性を有していることが明らかとなった。しかし、シクロヘキセノンとアルデヒドの反応においては期待されたO-アルキルフェノール類は生成せず2-アルキル-6-アリルフェノールが生成することがわかった。また、シクロヘキサノンのホモ三量化反応によるドデカハイドロトリフェニレン(DHTP)はZrCl_4を触媒とする反応により好収率で生成することがわかった。また、生成したDHTPはpd/Cを触媒とする脱水素反応によりトリフェニレンにほぼ定量的な収率で導くことができた。一方、新規な電子移動求核置換反応を利用するPGB_1類縁体の合成を1,3-ペンタジオンを出発物として用い検討した結果、フリーラジカルとアニオンとの間で新しい炭素-炭素結合形成反応が生起し、従来のSN2型カップリング反応と異なり、短工程でのPGB_1類の合成が可能となった。さらにこの反応により合成したシクロペンテノン類の官能基変換反応ならびに新しい側鎖の導入等により種々のPGB_1類縁体の合成を試みた。いずれもよい収率で目的とするPGB_1類の合成が達成することができた。合成したPGB_1類縁体のいくつかについてはその生理活性や農薬試験等に供している。本年度は以下の三点について明らかにした。【.encircled1.】

シクロヘキサノンと種々の脂肪族アルデヒドを触媒量のジルコノセンジクロライド(Cp_2ZrCl_2)を150°C・8時間反応させると収率よく2,6-ジアルキリフェノール(DAP)が生成するが、触媒の調製と経済性に問題があるため、Cp_2ZrCl_2以外の良好なZr触媒の探索を目的として種々検討した結果、ZrOCl_2が良好に本反応を促進することが明らかとなった。これまで本合成反応における最大の課題であった触媒の調製と経済性の問題が、この発見によりひとまず解決することができた。また、本方法論を脂肪族ケトンとalpha,beta-不飽和ケトンとの反応に拡張することにより比較的良好にポリアルキル置換シクロペンテノン誘導体に導くことができ、シクロペンテノン誘導体の新しい合成法を提供することができた。【.encircled2.】アルキル置換シクロヘキサノンの環化三量化反応の検討を行い、置換基の種類と位置によって環化が著しく支配されることを明らかにした。【.encircled3.】一方、1,3-シクロペンタジエノンを出発物質として合成したプロスタグランジンB_1(PGB_1)類縁体の生物活性の評価を行うとともに、合成過程のうち特に収率と経済性に問題がある合成ルートの改善を加えた。また、短工程でのPGB_1の合成ルートり探索を目的として検討を行い、いくつかのPGB_1類のにたいしてはほぼ所期の目的を達成することができた。さらに、不斉補助基を脱離基とする置換型不斉誘導反応羽を行い、高不斉収率・高化学収率で光学活性エキソメチルケトンの合成を達成することができた。(1)シクロヘキサノンとアルデヒドからジルコニウム化合物を触媒として合成した一連のジアルキルフェノール(DAP)類の抗酸化能を検討した結果、いずれも市販されている抗酸化剤と同等またはそれ以上高い抗酸化能を示すことがわかった。また、本触媒反応をα,β-不飽和ケトンとアルデヒドの反応に拡張することによりシクロペンテノン誘導体を一挙に導けることがわかった。さらに、ジルコノセン触媒はアルデヒドの二量化(Tishchenko)反応を良好に促進することを明らかにできた。本触媒はアセトンシアノヒドリンをシアノ源とするアルデヒドのシアノヒドリン化にも拡張することができた。(2)新しい方法論に基ずく新規プロスタグランジンB_1(PGB_1)類縁体の短行程合成法を確立すると共に、合成したPGB_1類縁体(8種)およびその合成中間体(12種)の生物活性(殺虫、殺菌、除草)試験を試みた。その結果PGB_16種について殺虫性を示すことを認めた。(3)1,3-シクロヘキサジオン類から誘導されるホモアリルニトロエノン(PGB_1の6員環類縁体)をSmI_2で還元すると安定なニトロキシラジカルアニオン種を合成することができた。このラジカルの分子および結晶構造、磁気的性質生物活性等について検討した結果、ラジカル種はラセミ混合物として存在し再結晶することにより自然分晶し光学活性体を得ることに成功した。本法はラジカル部のα位に4級不斉炭素をもつ縮環式ニトロキシラジカルの一般合成法となることが判明した。
トップダウン制御による干潟ベントス群集の再構築過程

1983年以来,熊本県天草下島の富岡湾に面した砂質干潟では,ハルマンスナモグリ(甲殻十脚目,以下スナモグリ)個体群が干潟全体にわたって高密度で安定していたが,1995年以降激減した.その原因として,同時に急増したアカエイの捕食圧と基質攪乱が疑われた.スナモグリ個体群に対するその影響を推定するために,干潟に現れるアカエイ摂餌痕生成の1年間にわたる変化,摂餌痕内のスナモグリ減少率,アカエイ消化管内容物の調査などを行った.摂餌痕は6月から8月に主に出現し,1日あたり平均2.33.4個/100m^2生成された.摂餌痕におけるスナモグリ平均減少率は,6278%の範囲にあった.アカエイの基質攪乱によって,とくにスナモグリ幼稚体が影響を受けた.また,アカエイ消化管内から見つかるスナモグリは成体が主であった.3ヶ月間に,もとの個体群の6%(高潮帯)から19%(低潮帯)が消失すると推定された.これが6年間続くとすると,アカエイの捕食圧/基質攪乱の増加は現在までのスナモグリ個体群の減少を十分に説明できた.スナモグリ密度の減少により,かつて本種の基質攪乱作用によって絶滅させられたイボキサゴ(巻貝)とその付随種5種(テナガツノヤドカリ・ユビナガホンヤドカリ,イボキサゴナカセクチキレモドキ=外部寄生貝,ミクリガイ(巻貝)・Cryptocelis amakusaensis(ヒラムシ)=捕食者)が復活した.これらの個体群は,天草下島東海岸にある2大干潟(茂木根,本渡)に存続していた.これらが富岡湾干潟への幼生の供給源となっていることが確認された.富岡湾干潟では,捕食者アカエイが優占種スナモグリを専食し,これがもたらすトップダウン制御によってベントス群集構造が決定されていることが明らかになった.また,群集の一連の再構築過程は,メタ個体群の分集団(=地域個体群)間のソース-シンク関係によって決定されることも明らかになった.1983年以来,熊本県天草下島の富岡湾に面した砂質干潟では,ハルマンスナモグリ(甲殻十脚目,以下スナモグリ)個体群が干潟全体にわたって高密度で安定していたが,1995年以降激減した.その原因として,同時に急増したアカエイの捕食圧と基質攪乱が疑われた.スナモグリ個体群に対するその影響を推定するために,干潟に現れるアカエイ摂餌痕生成の1年間にわたる変化,摂餌痕内のスナモグリ減少率,アカエイ消化管内容物の調査などを行った.摂餌痕は6月から8月に主に出現し,1日あたり平均2.33.4個/100m^2生成された.摂餌痕におけるスナモグリ平均減少率は,6278%の範囲にあった.アカエイの基質攪乱によって,とくにスナモグリ幼稚体が影響を受けた.また,アカエイ消化管内から見つかるスナモグリは成体が主であった.3ヶ月間に,もとの個体群の6%(高潮帯)から19%(低潮帯)が消失すると推定された.これが6年間続くとすると,アカエイの捕食圧/基質攪乱の増加は現在までのスナモグリ個体群の減少を十分に説明できた.スナモグリ密度の減少により,かつて本種の基質攪乱作用によって絶滅させられたイボキサゴ(巻貝)とその付随種5種(テナガツノヤドカリ・ユビナガホンヤドカリ,イボキサゴナカセクチキレモドキ=外部寄生貝,ミクリガイ(巻貝)・Cryptocelis amakusaensis(ヒラムシ)=捕食者)が復活した.これらの個体群は,天草下島東海岸にある2大干潟(茂木根,本渡)に存続していた.これらが富岡湾干潟への幼生の供給源となっていることが確認された.富岡湾干潟では,捕食者アカエイが優占種スナモグリを専食し,これがもたらすトップダウン制御によってベントス群集構造が決定されていることが明らかになった.また,群集の一連の再構築過程は,メタ個体群の分集団(=地域個体群)間のソース-シンク関係によって決定されることも明らかになった.熊本県天草下島の富岡湾砂質干潟(干出幅300m)ではハルマンスナモグリ(甲殻十脚目,以下スナモグリと記す)が優占している。スナモグリは干潟ベントス群集のkey speciesである。1989-1994年の各6月の密度を平均すると,高潮帯で570,中潮帯で670,低潮帯で1200個体/m^2が安定して生息していた。しかし1995年以降密度が減少し,2000年にはそれぞれ200,150,350個体/m^2となった。また本干潟では,1995年からアカエイの摂食痕が観察されるようになった。本研究では,スナモグリ個体群に対するアカエイの捕食圧を推定し,前者の凋落要因となりうるか否かを検討した。アカエイの活動は2000年6月から大潮干潮時に継続調査している。干潟の岸から沖に向けて20X300mの調査ベルトを2本設け,さらに中を10X10mの方形枠に分けた。摂食痕に目印をつけ,翌日,目印のついていない摂食痕を楕円とみなし,長軸と短軸を記録した。

また,6-9月に摂食痕内と,その近隣でアカエイによる攪乱を最近受けていない場所のスナモグリ密度を比較した。密度は干潟表面に開口する巣穴数から推定した(巣穴2個で1個体)。アカエイの摂食痕は6月-2001年2月現在まで観察されている。摂食痕の長軸が15-50cm未満を小,50-80cm未満を中,80-150cmを大とするとき,摂食痕内でのスナモグリの減少率は高潮帯では小66%・中68%・大78%,中潮帯では小57%・中62%・大74%,低潮帯では小65%・中63%・大81%であった。アカエイの摂食痕は7-8月の調査日に最も多く観察された(1日間に高潮帯で3.0,中潮帯で2.7,低潮帯で3.7個/100m^2)。1995年当時にこれと同じ攪乱が2カ月間毎日加えられたと仮定すると,この間に高潮帯では約75,中潮帯では約70,低潮帯では約280個体/m^2のスナモグリが減少したことになる。これがすべて捕食されたとすれば,アカエイの捕食圧はスナモグリ個体群の凋落要因に100%なりうる。熊本県天草下島の豊岡湾に面した砂質干潟では、ハルマンスナモグリ(甲殻十脚目、以下スナモグリ)個体群が干潟全体にわたって高密度で安定していたが、1995年以降激減した。この原因として、1995年以降干潟で急増したアカエイの捕食圧と基質攪乱が疑われた。スナモグリ個体群に対するその捕食圧を推定するために、干潟に現れるアカエイ摂餌痕生成の1年間にわたる変化、摂餌痕内のスナモグリ減少率、アカエイの基質攪乱の影響がスナモグリの体長により異なるか否か、干潟で採集されたアカエイ消化管内容物の調査、を行った。摂餌痕を楕球近似し、長軸、短軸、最深部の深さを測定した。摂餌痕は7月半ば8月に最も多く(干潟全体で平均3.4個/100m^2)、次いで6月7月半ば(同2.3個/100m^2)に多かった(後者を前期、前者を後期と呼ぶ)。冬から春(124月)にはほとんど出現しなかった。スナモグリ減少率を(摂餌痕外と摂餌痕内のスナモグリ密度の差/摂餌痕外のスナモグリ密度)X100%と定義した。摂餌痕におけるスナモグリ減少率の平均値とその95%信頼区間は、摂餌痕の大きさにより62±2%78±3%であった。アカエイの基質攪乱によって、とくにスナモグリ幼稚体が影響を受けた。また、アカエイ消化管内から見つかるスナモグリは成体が主であった。結果を干潟の潮位ごとに総合すると、前期と後期にはそれぞれ、もとの個体群の6%(高潮帯)から19%(低潮帯)の範囲で消失すると推定された。これが6年間続くとすると、アカエイの捕食圧/基質攪乱の増加は現在までのスナモグリ個体群の減少を十分説明できた。スナモグリ密度の減少により、かつて本種の基質攪拌作用によって絶滅させられたイボキサゴ(巻貝)とその付随種4種(ヤドカリ2種、外部寄生巻貝1種、捕食性ヒラムシ類1種)が復活を遂げた。これらは、天草下島東海岸に点在する砂質干潟から出た幼生が供給源になっていると推定された。1979年以来、熊本県天草下島の富岡湾砂質干潟では,ハルマンスナモグリ(甲殻十脚目)個体群が干潟全体にわたり高密度で安定して生息していたが,1995年以降激減した.
モアレ縞を用いたひずみ可視化シートの開発

ひずみの大きさを文字と縞模様で可視化できるモアレ縞を用いたひずみ可視化シートを提案する.このシートはアンプ,ひずみゲージ,配線などの電気要素を一切必要としない特徴がある.簡単に計測対象に取り付けることができ,大まかなひずみの情報は文字で表示されひずみが目視できるようになる.画像処理を用いれば正確な数値も取得できる.このシートの構造は簡単であるため安価に製造することができる.ひずみ情報を文字で表示でき,正確なひずみの値を画像処理より得られたことを実験により示す.提案するひずみ可視化シートは4層から構成されており,下から順に拡散反射層,固定モアレスリット層,油膜層,可動モアレスリット層から構成されている.固定・可動モアレスリット層の基材にはポリエステルを用い,モアレスリットを構成する薄膜には銀塩ゼラチン乳剤を用いた.また,拡散反射層にはアクリル系塗料を用いた.シートの大きさは目標であった40×20mmよりも大きく,85×25mmとなったが,目標であった10με以下のひずみに相当する変位を計測できることを確認した.具体的な変位の精度としては,製作したマイクロステージにて0.5μmづつステップ状に変位をシートに与えたとき,その変位を市販のレーザー変位計にて計測した値を真値として最小二乗誤差を計算すると誤差は0.15μmとなった.申請時前の本シートでは一つのモアレ縞を用いて画像処理をしていたが,この精度を得るために4つのモアレ縞を1つシートに配置することで,この精度を得ることに成功した.また1001倍もの大拡大率を得られるモアレ縞を製作することにも成功した.一方で,製作したマイクロステージにて十分な精度で変位を与えられたため,引張方向から圧縮方向またはその逆方向に変位を変化させたときに10μεから30με程度のヒステリシスが生じていることが分かった.その原因は基材の剛性不足であると考察している.構造物の安全モニタリングを想定した実験として4 m,200 kgのH鋼に75 tジャッキを用いた曲げ試験も行った.その結果はひずみゲージと比較して誤差が約30μεとなった.一方でその原因を考察することで,今後行うべき課題が明らかになっため,今後もこの研究を発展させていく予定である.ひずみの大きさを文字と縞模様で可視化できるモアレ縞を用いたひずみ可視化シートを提案する.このシートはアンプ,ひずみゲージ,配線などの電気要素を一切必要としない特徴がある.簡単に計測対象に取り付けることができ,大まかなひずみの情報は文字で表示されひずみが目視できるようになる.画像処理を用いれば正確な数値も取得できる.このシートの構造は簡単であるため安価に製造することができる.ひずみ情報を文字で表示でき,正確なひずみの値を画像処理より得られたことを実験により示す.本研究課題にて開発したモアレ縞を用いたひずみ可視化シートは4層から構成されており,下から順に拡散反射層,固定モアレスリット層,油膜層,可動モアレスリット層からなる.それぞれの層の目標厚みを20μm,180μm,10μm,180μm以下としており,この厚みをすべてにおいてほぼ達成することができた.また,拡散反射層はアクリル系塗料を用いて製作した.固定・可動モアレスリット層の基材には温度および湿度による伸縮率を考慮してポリエステルを用いた.また,それぞれの伸縮率は0.001%,0.0015%である.モアレスリットを構成する薄膜には銀塩ゼラチン乳剤を用い,スリットのピッチを100μmで製作した.また,モアレ縞を分割することにより省スペースのシートに大拡大率のモアレ縞を実装した.一方で,実験装置の改良を行った.サブマイクロステージを用いることにより500nmの精度で本シートに変位を生じさせることを実現した.レーザー変位計にて変位を1000 Hz以上で変位を計測できるようにするとともに,メガピクセルのCMOSカメラで本シートを撮影できる環境を構築した.また,これらの要素は1台のコンピュータにてすべて制御することができる.実験により,開発したシールとフラットバーを用いることにより,10μ程度の精度でひずみを計測できることを確認した.また,大まかな100μ程度のひずみにおいては文字にてひずみの大きさを提示できることを確認した.研究の進捗状況は上記「研究実績の概要」にて述べた通りである.申請時の予算額より少なくなったため,申請時においてはナノサーボステージを用いて研究を進める予定であったが,サブマイクロステージにて研究をしているため,検証できる値が目標としていた値より若干劣っている.しかし,開発したシートの当初の目的であるひずみを可視化することについては成功しているため,おおむね順調に進展していると言える.これまでに開発した環境を用いて,製作したシートの周波数応答を実験的に求める.動ひずみを計測する場合,拡散反射層が剥離しないかを検証し,剥離が生じた場合,どの程度で剥離するかを検証し,他の塗料も検討する.

計測対象と本シートは従来のひずみゲージと同様に接着剤にて固定するが,動的な場合でも十分に固定できているかを検証する.できていない場合は,固定部の形状や補強方法を検討する.配線レスの利点を生かし,回転対象のひずみを計測する.投げられた対象が衝突する前後の歪みをトリガー機能を用いて計測する.建造物のモニタリングを想定し配線することなく25m離れた対象を望遠レンズを用いて計測する.配線することなく100m離れた対象のひずみを望遠レンズとテレコンバータを用いて計測する.このとき画像が鮮明ではなく,暗くなる問題が生じると考える.動特性は低下するが,露光時間の調整,複数枚撮影した画像を用いての処理などを用い,遠隔計測の限界を検証する.遠隔での実験が主となるため,それに必要な機材を購入する予定であり,基本的には消耗品となる.また,国際会議で発表する予定があり,その旅費が必要である.また,特に申請時から変更はない.
レンチウイルスベクターシステムによるクラッベ病遺伝子治療

我々は改変したHIV由来のレンチウイルスベクターシステムを用いて進行性神経疾患であるクラッベ病の遺伝子治療を検討した。クラッベ病の欠損酵素発現遺伝子GALCを組込んだレンチウイルスを作成し、大量培養および超遠心により高力価ウイルスの作成に成功。日齢1-2のクラッベ病モデルマウス(Twitcher mouse)に対して高力価レンチウイルスを静脈経由で全身投与し、その効果を調べた結果、治療群において栄養状態、寿命の有意な改善を見た。また大腿神経の病理学的な改善(グロボイド細胞の減少)も得られている。また基質合成阻害剤であるL-シクロセリンの皮下注射を併用したところ、表現型の更なる改善が認められた。本研究では出生後早期に発症し脱随による進行性神経症候を発現するGloboid cell Leukody strophy(GLD,Krabbe disease)を研究対象とする。平成20年度の予定としての組み換えレンチウイルスベクター作製システムの確立、及びそれを使用した培養細胞への遺伝子導入実験はほぼ達成した。ベクター作製に必要なパッケージングプラスミド、エンベローププラスミド、ベクタープラスミドはロサンゼルス小児病院Donald B.Kohn教授より供与を受けている。このうちベクタープラスミドはマーカー遺伝子としてGreen Frulorescent Protein(GFP)発現遺伝子が既に組み込まれており、他の一部を遺伝子組み換えにより、GLDの欠損酵素galactocerebrosidase(GALC)をコードする遺伝子を挿入。パッケージングプラスミド(8.9)はHIV由来の副蛋白を大部分除去済みであり、エンベローププラスミドは水疱性口内炎ウイルスG蛋白をコードしこれを発現させることで体内のあらゆる臓器にユビキタスに感染させることが出来る。これらを293T細胞株を用いてco-transfectionさせることで相同組み換えを起こしプロウイルスを作製し、高速遠心、超遠心により濃縮精製し(第二世代)更にパッケージングプラスミドからREV部分を独立させた4種類のプラスミドから第三世代も作製。我々は現在、すでにGFPおよびGALCの発現に培養細胞株において成功している。また、ウイルス力価を高めるための方策、条件を検討し、高力価ウイルスベクターの作製に成功。現在10e9TU/mlオーダーのベクター安定供給が可能になり、動物実験への準備を進めている。本研究では中枢神経系をはじめとする多臓器に病変を呈し、遺伝性酵素欠損症の一つであるライソゾーム蓄積症の中でも出生早期に発症し急激な脱髄による進行性神経症候を呈するGloboid cell Leukodystrophy(GLD, Krabbe disease)を研究対象としている。この疾患ではライソゾームに存在する酵素Galactocerebrosidase(GALC)の遺伝的欠損により様々な細胞にその基質が蓄積し、神経系を含む細胞機能障害を引き起こす。我々は欠損酵素(GALC)を発現する遺伝子を組込み、更に病原性副蛋白発現遺伝子を除去した第二世代レンチウイルスベクター(SMPUR-MCU3=GALC-IE)を開発し、既にいろいろな細胞株での用量依存性かつ有意な発現を確認している。今年度はIn vivoの実験を中心に行ない、モデルマウス新生児期(日令1-2)を対象に欠損酵素を組込んだレンチウイルスベクターを静脈注射し、一定の時期における各臓器での酵素(GALC)活性、および病理学的な改善度、DNAコピーナンバー(biodistribution)を中心に検討し、遺伝子治療後1週間で肝臓において正常の10.4%の酵素活性が得られている。更に有意な延命効果が得られているかをKaplan-Meyer法などを用いて検討した結果(n=6)、治療群での坐骨神経での病理改善、および4週令での有意な体重増加(p=0.008)、生存期間延長(p=0.03)が見られた。遺伝性酵素欠損症の一つであるライソゾーム蓄積症の中でも出生後早期に発症し急激な脱随による進行性神経症候を発現するGloboid Leukodystrophy(GLD, Krabbe disease)を研究対象とした。従来モデルマウスであるtwitcher mouseを用いた研究では中枢神経系に導入できても、機能生命予後の改善は思わしくないことも多く、原因として末梢神経系を含む多臓器細胞の不十分な遺伝子発現や免疫の関与も考慮されていた。今回我々はモデルマウスであるtwitcher mouseの新生児に対してレンチウイルスを改変したベクターにKrabbe病欠損酵素であるGALCを組込み、超遠心などを用いて十分に力価の高いウイルスベクターを準備して静脈注射により投与し(日齢1-2)、主に5週齢での脳、肝臓での酵素活性、サイコシン蓄積、ベクターコピーナンバー(real-time PCR)を検討した。その結果、中枢神経では有意差を持ってサイコシン蓄積が減少し(p=0.009)さらに5週齢でも脳、肝臓においてベクターコピーが同定された。(0.0050copy/cell, 0.0783copy/cell)

表現型における効果として体重増加は4週齢までは有意差を持って改善され、寿命も未治療群と比較して有意に改善されたが(p=0.03)100目齢を超えるなどの劇的な改善は得られなかった。さらに表現型の改善を期するため、基質合成阻害剤であるL-cycloserineを遺伝子治療群と組み合わせて日齢5より隔日で皮下注射することにより治療効果を同じ5週齢で検討したが、5週齢における体重や寿命は遺伝子治療単独群よりも更に改善が見られ、相乗効果が考えられた。
運動による体脂肪の減少と中枢性エネルギー代謝調節機構の関係

運動は、肥満・高脂血漿の予防治療に有効でことが経験的に知られている。しかし、運動が総エネルギー代謝および糖・脂肪・蛋白質の燃焼比率の中枢生調節機構をどのように修飾するのかするか不明な点が多い。昨年度の研究では、交感神経系が運動中および運動後のエネルギー源としての糖・脂肪の燃焼比率に影響していることを明らかにした。本年度は、昨年度の実験の例数を追加した。また、人為的に体内の糖代謝をブロックして運動後と同じ状態を作り交感神経活動とエネルギー代謝について検討した。ラットをトレッドミルで持続的に運動できるように訓練し、最大酸素摂取量の80%の強度の運動を30分間行わせた。結果、糖質と脂質の燃焼比を示す呼吸商は、運度後に0.75±0.01と有意に低下した。腎交感神経活動は、対照期を100%とすると運動中141.5±10.7に有意に上昇し、運動後に2時間にわたり69.7±10.4に減少した。次に、2-deoxy-D-glucose(2-DG)を静脈内に投与して糖代謝を阻害した。結果、2DG投与により呼吸商は投与前の値0.83±0.02から0.72±0.01に低下した。腎交感神経活動は、2DG投与により一過性に上昇したが、後約50%持続的に低下した。以上運動による体内利用可能な糖の減少は、交感神経系を抑制し糖の代謝を抑制していることが示唆された。また、体内の利用可能な糖のレベルをなにがモニターして中枢に情報伝達を行っているのかということが新たな疑問点として生じた。運動が総エネルギー代謝および糖・脂肪・蛋白質の燃焼比率の中枢生調節機構をどのように修飾するのかするか不明の点が多い。本年度の研究では、交感神経系が運動中および運動後のエネルギー源としての糖・脂肪の燃焼比率に影響するのかを検討した。方法:ラットをトレッドミルで持続的に運動できるように訓練した。自発的に運動するラットに、動脈圧、中心静脈圧、心電図、および腎交感神経活動を測定するためにカテーテル、プローブを慢性留置した。ラットに最大酸素摂取量の80%、60%、40%の強度の運動を行せ上記のバラメータを連続測定した。結果:糖質と脂質の燃焼比を示す呼吸商は、運動開姶前0.87±0.02であった。運動中(20m/min,30分間のトレッドミル運動)に有意な変化はなく、運度後に0.75±0.01と有意に低下した。以上より、20m/min,30分間のトレッドミル運動により腎交感神経活動と呼吸商は、運動後2時間以上持続的に運動前と異なる低レベルでの平衡状態を維持し、深い因果関係があることが解った。このことから、運動が中枢性に交感神経活動を介して、長期間脂質利用促進に糖質利用抑制にシフトしていると考えられる。

また、人為的に体内の糖代謝をブロックして運動後と同じ状態を作り交感神経活動とエネルギー代謝について検討した。ラットをトレッドミルで持続的に運動できるように訓練し、最大酸素摂取量の80%の強度の運動を30分間行わせた。結果、糖質と脂質の燃焼比を示す呼吸商は、運度後に0.75±0.01と有意に低下した。腎交感神経活動は、対照期を100%とすると運動中141.5±10.7に有意に上昇し、運動後に2時間にわたり69.7±10.4に減少した。次に、2-deoxy-D-glucose(2-DG)を静脈内に投与して糖代謝を阻害した。結果、2D6投与により呼吸商は投与前の値0.83±0.02から0.72士0.01に低下した。腎交感神経活動は、2DG投与により一過性に上昇したが、後約50%持続的に低下した。以上運動による体内利用可能な糖の減少は、交感神経系を抑制し糖の代謝を抑制していることが示唆された。また、体内の利用可能な糖のレベルをなにがモニターして中枢に情報伝達を行っているのかということが新たな疑問点として生じた。
中国における大学の管理運営メカニズムの実証的研究-国公立大学の中国モデル

2000年以降、中国の国公立大学は一方で国家の強い統制をうけながら、他方で財政的には競争的資金、授業料収入に大きく依存して拡大・発展してきた。最終年度の本年度では、「国民経済と社会発展第十一回五ヵ年計画」をもとに制定された「国家教育事業発展第十一回五ヵ年計画要綱2007」(教育部制定)、「2006-2020国家情報化発展戦略」などの政策文書の翻訳・分析を行ったとともに、高等教育の発展戦略、財政構造、高度化人材養成計画(留学生政策)などを分析した。こうした研究の結果、ほぼ以下の点が明らかになった。すなわち、国公立大学の量的拡大の中で、選択的な重点投資、という政策を可能にしているのは、国公立大学の特異な経営構造である。すなわち中国の国公立大学は財政面においては恒常的な政府補助金の水準は低く、政府の選択的な研究費投資、そして学生からの授業料収入、大学の経営的収入に大きく依存している。いわば統制面においては国公立大学の特色をもつが、財政面においては私立大学により近いということである。こうした構造によって大学構成員が激しい競争環境の中におかれ、また強力な財政インセンティブが与えられているのである。政府の管理の下で、高等教育の極端な市場化が進行しているとみることができる。そうした問題が様々な問題を起こし、それが社会的な関心を呼び、また政府も対応せざるを得なくなっている。経済の持続的成長の中での格差拡大とインフレーの懸念は現代の中国の大学の管理運営に新しいチャンレジをもたらしていると言えよう。中国の高等教育はきわめて短期間に拡大を遂げ、2005年の進学率はすでに21%に達し、大衆化の段階に入った。その拡大の中心的な担い手となっているのは、国公立大学であり、国公立大学の様々な「斬新的」運営方法によって進められてきた。近年迅速に拡大しつつある国公立大学の「二級学院」通称「独立学院」(140校)や、国公立大学の中に設置されてきたオンライン学院〔68校〕、そして国公立大学自身の規模拡大は、高等教育人口の飛躍的な増加をもたらした。中国の国公立大学は一方で国家の教育財政に依存しながら、他方で競争的資金、授業料収入、大学産業や社会への教育サービスによる資金調達によって大きく発展してきた。平成17年度の本研究では、国公立大学のガバナンスと財政の構造の視点から、中国における高等教育拡張と重点化における財政構造上の特質および社会的な機能を分析することを目的とした。そこで本年度の調査対象校としていた北京大学の財源構造を見た場合、政府財政からの資金の割合は5割程度であり、残りの半分は大学の自己調達資金となっている。しかし、同じ国公立大学の中でもこの財政構造には大きな格差がある。現代中国の国公立大学の管理・財政構造の特質については、中国において必ずしも十分な研究が進んでいるとはいえない。また日本において、こうした中国の実状が文献や法規などには明確に現れていないために、ほとんど正確に認識されていない。したがって、研究の基礎を形成するために、「985工程」の対象となる全国的なCOEに該当する、清華大学、北京大学などの国立大学をインタビューの対象大学とし、また中国教育部の国家教育発展センターでもインタビュー調査を行った。調査において収集した資料のうち、主要な法規等については、中国語から日本語への翻訳を行い、またインタビューの記録を整理・分析し、研究レポート、学術書の一部分として発表・刊行した。今年度では中国高等教育の市場化による拡大と発展について調査研究と分析考察を行った。1980年代の改革・開放政策のもとで、中国の高等教育が安定した発展を経験してきた。高等教育の規模が拡大し、構造変化も遂げてきた。特に、1998年から、高等教育の進学率が急速に上昇し、さまざまなタイプのプログラム、高等教育機関が設立、運営されるようになった。その変化の背後には、高等教育が積極的に市場化、国際化、情報化の方向へシフトし、市場の力を組み入れるという流れがある。

今年度の研究アプローチは(1)高等教育の新しい政策変化、(2)教育、研究と投資における市場化の視点の分析、(3)世紀の変り目における高等教育の新たな動向と発展、それらの変化の帰結としての社会公平性、ガバナンス、現在の高等教育戦略が長期的にみればその実現の可能性について考察した。研究成果としては、『現代アジアの教育計画』下(18章)の執筆・公表と、世界水準の大学作りの新しい動向と政策分析、「2006-2020年の国家情報化発展戦略」(中国共産党中央弁公庁、国務院弁公庁より)、「国家中長期科学技術発展計画2006-2020」(中華人民共和国国務院より一部分)といった政策文書の翻訳の監修、さらに、ケーススタディーとして、北京大学の財務制度(大学内規)、北京大学財務規則制度(国家規定)及び、北京大学の人事制度規定、教員のプロモーション規定(学部レベル)、新任教職員の研修などの資料の整理と分析を進めた。今年度のこれらの調査・研究成果をH19年度の最終研究報告書に掲載する予定である。本年度の研究分析の対象となるのは、高等教育のグローバル化の中での大学の経営行動、構成員の行動学生の行動の領域であった。2007年5月に「国家教育事業発展「十一五」計画綱要」が制定され、経済の持続的成長と政府財政収入の好転によって、政府公費留学生派遣計画が策定された。中国の留学生派遣が世界の先進国の高等教育の国際化戦略に波を押し寄せ、その実態を把握するために、北京大学、浙江大学、四川大学、寧波ノーティンガム大学、英国のロンドン大学に対して、学生のグローバルな動向、国際交換プログラムの種類、学生の国際移動及び、教員の教育研究の国際交流と質向上策などについて、実態調査を行った。2000年代も、8%から9%の持続した経済発展の結果として中国の財政規模は大きく改善し、膨大な外貨も蓄積されてきた。他方で中国は科学技術の面でも世界のトップをねらうべく新しい段階に入っている。それを象徴するのが、2007年初頭に発表された「国家建設高水平大学公派研究生項目」である。これは中国の中核的な研究大学(「985工程」、「211工程」校」の学生、大学院生、教員を選抜して、国外の一流の大学へ派遣し、一流の教授の指導を受けさせる意図のものである。国家留学基金管理委員会が実施し、2007-2011年の5年間に毎年5,000人を留学させる。この制度は中国の大学にも必ずしも十分な事前説明がないままに実施され、また受け入れ大学の入学許可、授業料免除が申請の条件とされたために、外国の受け入れ大学の側にも混乱を引き起こした。それにもかかわらず、計画が進んだのは、諸外国の大学にとって中国から優秀な留学生を受け入れる機会を逃すことが困難となっているからといえるかもしれない。ここにも中国からの留学の意味の大きな変質が読み取れる。本年度の研究では、歴史的文献・統計データの収集と分析、関係教育政策の翻訳を行った上、高等教育政策部門と大学経営関係者へのインタビューによって、実態把握に努めた。その結果として、「中国の留学生政策」(『留学生政策の新段階』IDE現代の高等教育No.494)を執筆し、3年間の研究を科研報告書にまとめた。
主流乱れがはく離流れの乱流熱物質伝達に及ぼす影響の解明

ガスタービンや熱交換器などの工業機器内を発達する乱流境界層は,主流乱れの影響を強く受ける。熱交換器の温度効率,燃焼器の熱効率の向上のためには,この主流特性が,乱流における熱物質伝達に及ぼす影響を明らかにする必要がある。本研究では,運動量と熱物質輸送のアナロジーが成立しない場として,はく離を伴う複雑乱流場を対象とし,主流乱れが乱流熱・物質輸送機構に及ぼす影響を実験的に明らかにした。本研究の主目的は,はく離を伴う複雑乱流場の熱・物質輸送におよぼす主流乱れの影響を実験的に調べることである。具体的には,2次元丘モデル周りの乱流場を対象として,動的な主流乱れ発生装置により主流乱れの強さやスケールを系統的に変化させて,2次元丘モデルの下流に形成されるはく離領域での乱流場の応答特性を同定し,熱・物質輸送機構に及ぼす影響を解明する,系統的に収集した実験データを整備し公開することにより,はく離を伴う複雑乱流場の熱物質輸送機構のモデリング分野に信頼性の高いデータベースを提供する,ことである。本年度は,主流乱れ発生装置の改良と2次元丘模型周りの物質輸送に関する風洞実験を行った。1.主流乱れ発生装置による主流の乱流特性を精査した。具体的には,動的な乱流格子を有する主流乱れ発生装置によって励起される乱流場の主流乱れ強さおよびスケールを,格子の回転駆動方法を改良することで系統的に変化させる方法を検討し,主流乱れのスペクトル特性を明らかにした。その結果,格子幅の約35倍の下流位置において,主流乱れ強さは2%から最大13%まで制御され,理想的な局所等方性乱流を得ることができた。2. 2次元丘周りの物質輸送に及ぼす主流乱れの影響を調べた。本年度は,主流乱れが小さい状況で2次元丘模型周りのエチレン濃度場の乱流諸量のデータを収集した。平均濃度測定には,ガスクロマトグラフィーを使用した。上流から移流してきたエチレンは2次元丘模型の存在により横方向に著しく拡散し,平均濃度分布はガウス分布では整理されないこと,下流のはく離領域内では濃度はかなり低下するが高さ方向には一様になること,が明らかとなった。また,変動濃度場の測定に必要となる高速FIDについて,その動特性を検討した。本年度は,2次元丘モデル周りの乱流熱伝達に及ぼす主流乱れの影響を調べた。また,濃度変動を計測するために応答速度の速い水素炎イオン化検出器(高速FID)プロープを製作し,その動特性を調べた。詳細は以下の通りである。1.主流乱れ発生装置によって付加された強い主流乱れ(約10%)のもとで,2次元丘モデル周りに局所的に形成した高温域における速度場および温度場の特性を調べた。主流乱れを付加することで丘下流に形成されるはく離泡の大きさは小さくなるが,はく離せん断層での乱れ生成が強いため,主流乱れの強さに拘わらずはく離泡周りの乱流熱伝達の様子は大きく変化しないことが明らかとなった。2.乱流による物質輸送のメカニズムを明らかにするために,応答速度の速い濃度変動計測法として高速FIDプローブを製作した。乱流境界層中で点源供給されたエチレン濃度変動の乱れ強さやスペクトルを計測した。平均濃度場はガスクロマトグラフィーによる結果と定量的に一致した。濃度境界層外縁で測定された濃度変動波形は非常に間欠的であること,スペクトルのピーク周波数が速度変動と同様に約100Hzに存在することなど,変動濃度場の重要な性質を明らかにすることができた。
円筒状の共役系化合物を用いた新しい超分子複合体の設計・合成・機能の研究

非平面状のπ電子系をもつフラーレンやカーボンナノチューブなどの炭素同素体は物理・化学両面から詳細な研究が行われ、いくつもの興味ある物性が見い出されてきた。しかし、π電子ローブの突き出た空孔内の性質、特に他の分子や原子との相互作用や、外側のπ系との電子状態の違いは未だに明確ではない。申請者は先にナノメータースケールの空孔を持つベルト状の共役系化合物として[n]CPPA(CyclicPara-Phenylacetylene)1a-d(n=69)を比較的安定な化合物として合成した。我々は、この分子をカーボンナノリング(CNR)と呼んでいる。この分子はフラーレン類などをはじめ、他の分子との超分子相互作用を検討する良いモデル分子と期待された。該当期間中に1、酸素官能化されたCNRを合成し、これまでの合成法が官能基を持った系にも応用可能なことを確認した。また、それら酸素官能化CNRはフラーレン類とより安定な錯体を形成することを見出した。官能化によって溶解度が向上し、これまで最も空孔サイズの大きい12個のベンゼン環をもつCNRも得た。これらのホストを用いてカーボンナノチューブを可溶化できることを見出した。2、1の芳香環を全てナフタレン環に置き換えたCNRを合成した。カーボンナノチューブ状の構造をもったこの化合物はフラーレンと非常に安定な錯体を形成した。この錯形成にともなってホストのコンフォメーション変化が起きること、それは芳香環の方向を揃えるようにはたらくことが示された。3、二官能化フラーレンとCNRを用いて、ロタキサンを構築した。CNRは錯体内で振動子として働くなどの興味深い超分子動力学を明かにした。非平面状のπ電子系をもつフラーレンやカーボンナノチューブなどの炭素同素体は物理・化学両面から詳細な研究が行われ、いくつもの興味ある物性が見出されてきた。申請者は先にナノメータースケールの空孔を持つベルト状の共役系化合物として[n]CPPA(Cyclic Para-Phenylacetylene)1a-d(n=69)を比較的安定な化合物として合成した。本年度は(1)酸素官能化されたCNRを合成し、これまでの合成法が官能基を持った系にも応用可能なことを確認した。これらのホストを用いてカーボンナノチューブの可溶化を検討する計画である。(2)1の芳香環を全てナフタレン環に置き換えたCNRを合成した。(3)二官能化フラーレンとCNRを用いて、ロタキサンを構築した。CNRは錯体内で振動子として働くなどの興味深い超分子動力学が明らかとなった。非平面状のπ