hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アブレーションによるラジカルの発生とラジカルビーム源への応用

レーザーアブレーション法により固体ターゲットから直接ラジカル種を発生し,ラジカルビーム源としての利用の可能性を評価する為,に放出されたラジカルの特性をレーザ誘起蛍光法により調べた。結果の概要は以下の通りである。(2)YBa_2Cu_3O_<7-x>ターゲットより発生したYO分子ラジカルの運動エネルギーは数eVと大きいのに対し,回転エネルギーは0.2eV程度と小さい。大部分のエネルギーは運動エネルギーとして放出される。(3)Al_2O_3,Si_3N_4,BaTiO_3など各種セラミックスをターゲットに用いて,発生した粒子種の同定を行なったところ,原子種がおもに発生することがわかった。(4)YBa_2Cu_3O_<7-x>,Al_2O_3,Si_3N_4ターゲットから放出された原子種の速度分布関数は,いずれも2成分のシフティッドマツクスウェル分布で良く記述できる。(5)生成したAlラジカルをスリットで切り出してビームを生成し,ビーム形状をイメージングレーザー誘起蛍光法により可視化した。これにより,高速の中性ビームが容易に生成できることが示された。ビーム源として実用化の際重要になると思われるターゲットを繰り返しアブレートした際の劣化について調べた。その結果,繰り返し照射により微粒子放出量は増し,ラジカル放出量は減少するのが観測された。微粒子放出量より評価したターゲットの寿命は約50回程度である。劣化特性を記述する実験式を提案した。ラジカルビーム発生用アブレーション装置を試作し、アブレーション用のターゲット材に、アルミナ、Si_3N_4などのセラミックスと、ポリマーを用いてラジカルの発生を行なった。発生したラジカルの同定、運動エネルギー分布、ビームプロファイル計測用のレーザー誘起蛍光分光装置を設置した。これらの装置を用いて得られた知見は以下の用である。(1)アルミナ、Si_3N_4ターゲットからは、Al、Si原子ラジカルの発生が確認された。しかし、AlO、SiN等の分子ラジカルは検出されなかった。(2)微量の酸素ガス雰囲気中でアブレートするAlOラジカルが発生した。これは、Al+O_2→AlO+Oの反応によると考えられる。(3)ポリエチレンをターゲットとした場合、C_2ラジカルの発生が確認された。(4)レーザー誘起蛍光法による飛行時間分布測定より、ラジカルの速度分布を測定した。(5)いずれのラジカルも、数eVの運動エネルギーを有していることが確認された。今後、アブレーションフルエンス、レーザー波長などの発生条件を変化して、ラジカル発生の最適化を行なう。又、ターゲット材を変えて、多種のラジカルの発生を行なう。本研究では、中性原子や2原子分子ラジカルビームをこれらの元素を含む固体材料からレーザーアブレーション法により直接発生し、その特性をレーザー誘起蛍光法(LIF)で調べた。また、実用的なビーム源として使用する際の問題点の一つになると考えられるレーザー照射にともなう固体材料の劣化についても調べた。1.Al_2O_3やSi_3N_4などのセラミックスターゲットをArFレーザーでアブレートした時、主にSi、Alなど原子種が発生する。2.ポリエチレンポリマーターゲットからはC_2ラジカルの発生が確認された。3.原子種の速度分布は2成分のシフティッドマックスウェル分布でよく記述でき、そのピーク速度は50eVを越える。4.発生した原子群を矩形スリットで切り出し、シートビームを2次元LIF(2D LIF)により可視化した。5.生成したビームの速度、ビーム広がり角などを2D LIFで調べた。ビーム広がりは照射レーザースポットサイズとスリットの幾何形状でほぼ決まっていることを確認した。これらにより、アブレーション法によれば高エネルギー、高密度のビームを容易に生成できることが示された。固体ターゲットをレーザー光で連続照射すると、ターゲットの表面に島状の表面構造が形成される。

これにともなって、ターゲットから微粒子の放出量が増加するとともに、原子・分子種の放出量は少なくなることがわかった。このような連続照射の影響が現れる代表的な照射回数は、照射エネルギーフルエンスが1.04.0J/cm^2のとき、約50回であった。
中耳疾患における細胞外マトリックスの病態

小児滲出性中耳炎は、軽症のものは多くは自然治癒する疾患でありながら、中等症以上になると鼓膜に萎縮や癒着、穿孔、硝子化、石灰化といった多様な後遺症を残し、難治性のものでは癒着性中耳炎、鼓空硬化症といった遺残症ともいえる病態に移行する。それらの後遺症や遺残症は、中耳の細胞外マトリックスの破壊や変性が高度で不可逆性になったものともいえる。この病態を明らかにするために、滲出性中耳炎患者に換気チューブ留置術を施行時、鼓膜の生検と中耳貯留液を採取し、鼓膜の電顕病理像を得るとともに、中耳貯留液中のコラゲナーゼ活性、TIMP、TGF-β活性を測定した。電顕像における鼓膜中間層の破壊の程度は、a:ほとんど破壊のないものb:内輪層に破壊がみられるものc:内輪層が消失し外縦層に破壊がみられるものd:内輪層も外縦層も消失したものの4段階に分けることができた。また、その破壊の程度とは別に、粘膜下層から中間層にかけての無秩序な線維層の増大を伴うものがあった。鼓膜中間層の破壊の程度と中耳貯留液中のコラゲナーゼ活性は正の相関があることがわかった。また、TIMP活性とは負の相関があることがわかった。またTGF-βの活性を測定した結果、線維層の増大とTGF-βは関連があると考えられた。臨床経過と対比させてみると、鼓膜換気チューブ留置後に鼓膜の硬化性変化が出現するものでは、貯留液中のTGF-βの活性が高くなっていたことがわかった。今後は、さらに、これらの細胞外マトリックスに影響する生理活性物質がどのような細胞から産生されているのかとどのような炎症因子によって誘導されているのかを明らかにしたい。
拮抗型ロボット機構による衝突実験と衝撃力の制御

従来以上に多様な仕事をロボットが行えるようにするためには,ロボット機構の見直し,新しい制御コンセプトの導入,環境と干渉のある作業域での動作制御等が必要である.本研究では,(1)拮抗駆動関節の特性,(2)マニピュレータによる柔軟物体の操作,(3)宇宙用マニピュレータの制御,(4)水中マニピュレータの制御,に関するテーマを検討した.それぞれに関する成果は以下の通りである.1.空気圧駆動のゴム人工筋を1対拮抗的に配置した関節について,その発生トルク・関節剛性と人工筋内の空気圧との関係を求め,2つのゴム人工筋の圧力変化により,所望のトルクと剛性を発生できることを明らかにした.剛性を変化させて衝突実験を行い,剛性低下により衝撃力を緩和できることを確認した.2.マニピュレータにより柔軟物体(板バネ)を変形・操作するための軌道計画問題を扱った.導入した操作コンプライアンス楕円の概念を用いると,モータにとって負荷の少ない軌道計画を実現できることがわかった.また,軌道制御問題では,板バネの特性が未知の場合でも,外力推定機能を付加すれば,良好な実時間制御が可能であることがわかった.3.宇宙ロボットの3つの制御問題を検討した.(1)宇宙ロボットが未知物体を把持した場合でも,適応制御を用いると良好な制御性能が得られた.(2)姿勢制御の可能性とそのメカニズムが明確になった.(3)提案した実時間軌道計画法が有効であることを確認した.4.ディジタル制御で問題となる,非最小位相特性及び非線形要素の影響が顕著に現れる水中ロボットに対して,まず,非最小位相系に対する適応制御系設計法を提案し,実験により良好な制御性能を得られることを確認した.次に,離散時間線形数式モデルを提案し,適応制御シミュレーション及び実験結果により,有用性を確認した.従来以上に多様な仕事をロボットが行えるようにするためには,ロボット機構の見直し,新しい制御コンセプトの導入,環境と干渉のある作業域での動作制御等が必要である.本研究では,(1)拮抗駆動関節の特性,(2)マニピュレータによる柔軟物体の操作,(3)宇宙用マニピュレータの制御,(4)水中マニピュレータの制御,に関するテーマを検討した.それぞれに関する成果は以下の通りである.1.空気圧駆動のゴム人工筋を1対拮抗的に配置した関節について,その発生トルク・関節剛性と人工筋内の空気圧との関係を求め,2つのゴム人工筋の圧力変化により,所望のトルクと剛性を発生できることを明らかにした.剛性を変化させて衝突実験を行い,剛性低下により衝撃力を緩和できることを確認した.2.マニピュレータにより柔軟物体(板バネ)を変形・操作するための軌道計画問題を扱った.導入した操作コンプライアンス楕円の概念を用いると,モータにとって負荷の少ない軌道計画を実現できることがわかった.また,軌道制御問題では,板バネの特性が未知の場合でも,外力推定機能を付加すれば,良好な実時間制御が可能であることがわかった.3.宇宙ロボットの3つの制御問題を検討した.(1)宇宙ロボットが未知物体を把持した場合でも,適応制御を用いると良好な制御性能が得られた.(2)姿勢制御の可能性とそのメカニズムが明確になった.(3)提案した実時間軌道計画法が有効であることを確認した.4.ディジタル制御で問題となる,非最小位相特性及び非線形要素の影響が顕著に現れる水中ロボットに対して,まず,非最小位相系に対する適応制御系設計法を提案し,実験により良好な制御性能を得られることを確認した.次に,離散時間線形数式モデルを提案し,適応制御シミュレーション及び実験結果により,有用性を確認した.従来以上に多様な仕事をロボットが行えるようにするためには,ロボット機構の見直し,新しい動作原理・制御コンセプトの導入が必要である.本研究では,(1)拮抗駆動関節の特性解析,(2)マニピュレータによる柔軟物体の操作,に関するテーマを取り扱っている.それぞれの本年度の成果は以下の通りである.1.拮抗駆動関節の特性空気圧駆動のゴム人工筋を1対拮抗的に配置した関節について,その発生トルク・関節剛性と人工筋内の空気圧との関係式を求め,2つのゴム人工筋の圧力を変化させることにより,所望のトルクと関節剛性を発生できることを明らかにした.スライディングモード制御による実験を行い,これらの特性を実現できることを確認するとともに,以下の特性についての知見が得られた.関節剛性は2つのゴム人工筋の圧力の和に比例するので,剛性を変化させて,1リンクロボットで衝突実験を行った.剛性を下げると,衝撃力が低下する傾向が認められた.剛性を高くすると,関節へかかる押付力が大きくなるため,衝撃力のバラツキが大きくなるとともに,関節部の摩擦力の影響が大きくなる.剛性の変化幅は人工筋の固有特性で制約され,現在使用中のゴム人工筋では狭い範囲でしか剛性を変化できないことが判明した.これらの実験結果は2リンクモデルによる衝撃シミュレーションが研究をいっそう促進する方法であることを示唆している.2.マニピュレータによる柔軟物体の変形・操作種々の製造現場で多くみられるバネ,ゴム,電線などの柔軟物体を変形・操作する作業をロボットで行わせる目的で研究を行っている.

本年度は,一端が壁に固定された弾性板バネの他端をマニピュレータのエンドエフェクタで把持し,準静的にバネの先端を目標位置まで移動させる問題を取り上げ,関節駆動トルクのノルムを低減化するエンドエフェクタの軌道計画について考察した.この計画法を考えるにあたっては,マニピュレータの操作コンプライアンス楕円という,新しい概念を導入した.得られた軌道は人が同じ作業を行う場合と同様の軌跡となった.従来以上に多様な仕事をロボットが行えるようにするためには,ロボット機構の見直し,新しい制御コンセプトの導入,環境と干渉のある作業域での動作制御等が必要である.本研究では,(1)拮抗駆動関節の特性,(2)マニピュレータによる柔軟物の操作,(3)宇宙用マニピュレータの制御,(4)水中マニピュレータの制御,に関するテーマを検討した.それぞれに関する成果は以下の通りである.1.空気圧駆動のゴム人工筋を1対拮抗的に配置した関節について,その発生トルク・関節剛性と人工筋内の空気圧との関係を求め,2つのゴム人工筋の圧力変化により,所望のトルクと剛性を発生できることを明らかにした.剛性を変化させて衝突実験を行い,剛性低下により衝撃力を緩和できることを確認した.2.マニピュレータにより柔軟物体(板バネ)を変形・操作するための軌道計画問題を扱った.導入した操作コンプライアンス楕円の概念を用いると,モータにとって負荷の少ない軌道計画を実現できることがわかった.また,軌道制御問題では,板バネの特性が未知の場合でも,外力推定機能を付加すれば,良好な実時間制御が可能であることがわかった.3.宇宙ロボットの3つの制御問題を検討した.(1)宇宙ロボットが未知物体を把持した場合でも,適応制御を用いると良好な制御性能が得られた.(2)姿勢制御の可能性とそのメカニズムが明確になった.(3)提案した実時間軌道計画法が有効であることを確認した.4.ディジタル制御で問題となる,非最小位相特性及び非線形要素の影響が顕著に現れる水中ロボットに対して,まず,非最小位相系に対する適応制御系設計法を提案し,実験により良好な制御性能を得られることを確認した.次に,離散時間線形数式モデルを提案し,適応制御シミュレーション及び実験結果により,有用性を確認した.
地域空間の歴史的成層分析に基づく景観計画支援情報の整備に関する研究

本研究では理論的および実践分析手法として構築した歴史的成層(レイヤー)分析手法によって、地域空間から抽出された実際の景観構成要素や構成原理を、これからの文化財保護行政や都市計画行政の中にいかに位置づけ、保存対象としてのみでなくデザイン要素やデザイン原理として活用して行くかについての理論的構築をおこなった。結論として、以下のように説明できる新たな文化財概念としての「空間文化財」概念を提案した。1.「空間文化財」とは地域の自然的・歴史的・民俗的コンテクストを備える物的・空間的事象のうち、地域社会がそれらコンテクストを後世に継承する上で欠くことのできないものを特定して言う。例:歴史的な道、建造物群、地形景観、祭の空間等。2.文化財(保護行政)の体系において「空間文化財」は、「埋蔵文化財」と同様なものとして位置づけることができ、地下ではなく地上空間の中に潜在する文化財のことを言う。3.都市計画(行政)の体系においては、「埋蔵文化財」に対するのと同様に、自治体によって価値づけられた「空間文化財」に閧わる開発行為を行う者に対してのアセスメント等の調査および開発配慮の義務をもとめるものとする。4.地域の特性を生かそうとするまちづくりや都市計画、ツーリズム開発においては、事前に調査されデータベース化された「空間文化財」のリストが資源として活用できる。今年度の研究では、おもに研究目的の前半に当たる歴史的成層(レイヤー)分析による景観要素抽出手法の構築のために、以下の調査・分析をおこなった。1.空間の歴史文化的価値を包括的に捉えて計画化している事例として国の重要伝統的建造物群保存地区を選び、全55地区の保存計画や保存物件リストを分析することによって、今日における上記価値と景観の構成要素、価値の広がる範囲に対する考え方等を整理した。2.既調査地である山口県萩市、福岡県太宰府市・新宮町・吉井町・八女市、佐賀県佐賀市、奈良県田原本町、京都府網野町、滋賀県長浜市、金沢市等における調査知見および1.の分析から、景観要素の包括的な分類フレームを構築した。3.2.で得られた景観構成要素把握のフレームをもとに萩市の歴史的地区である旧城下の三角州内において景観要素の分布・残存状況を現地調査し、デジタル地図上に整理した。4.すでに重伝建地区に選定されている沖縄県の竹富島についても島と集落を構成する景観資源に関する調査地として選定し、従来の調査データのデジタル化をおこなうと共に、新たな地籍図や近世以前の土地情報等のデータも採集して、島全体の歴史文化的価値に関する分析を進めている。5.今後は上記の種々のデータおよび既調査地のデータのGISによるデータベース化を進める。今年度は、初年度で構築した景観要素の包括的な分類フレームのプランニングツールとしての有効性を、具体的な事例地への適用を通じて検討した。1.本研究で取り上げている空間の歴史文化的価値を包括的に捉えて計画化している事例としての国の重要伝統的建造物群保存地区については、全55地区の保存計画や保存物件リストを分析し、歴史的成層(レイヤ)の一般化を試みた。2.とくに福岡県吉井町筑後吉井・甘木市秋月・沖縄県竹富島について、既存調査データや新規調査データを統合し、景観計画支援情報のデータベース化と一元管理の試作モデルを作った。3.伝建地区以外の事例としては、山口県萩市浜崎、福岡県八女市八女福島、金沢市こまちなみ条例適用対象地区においても同様のモデルを構築した。4.上記事例はいずれも狭域的な範囲にとどまるため、さらに萩市川内地区全域について上記モデルを応用した景観情報の管理システムを借築し、萩市の従来の都市計画や将来計画を検証できるシステムを開発した。5.現在は上記の分析結果や構築済みのデータベースおよびシステムを用いて事例対象地域の空間の歴史的価値の再評価を進めているところであり、次年度に景観構成の三次元的解説を含めた考察を進めることによって、結論として既存の都市計画をはじめとする自治体の空間計画への貢献の可能性を提案できると考えている。今年度は、先行する2年度で理論的および実践分析手法として構築した歴史的成層(レイヤ)分析手法による事例調査成果を整理した。

その上で、地域空間から抽出された実際の景観構成要素や構成原理を、これからの文化財保護行政や都市計画行政の中にいかに位置づけ、保存対象としてのみでなくデザイン要素やデザイン原理として活用して行くかについての理論的構築をさらに進めた。結論として、以下のように説明できる新たな文化財概念としての「空間文化財」概念を提案した。1.「空間文化財」とは地域の自然的・歴史的・民俗的コンテクストを備える物的・空間的事象のうち、地域社会がそれらコンテクストを後世に継承する上で欠くことのできないものを特定して言う。例:歴史的な道、建造物群、地形景観、祭の空間等。2.文化財(保護行政)の体系において「空間文化財」は、「埋蔵文化財」と同様なものとして位置づけることができ、地下ではなく地上空間の中に潜在する文化財のことを言う。3.都市計画(行政)の体系においては、「埋蔵文化財」に対するのと同様に、自治体によって価値づけられた「空間文化財」に関わる開発行為を行う者に対してのアセスメント等の調査および開発配慮の義務をもとめるものとする。4.地域の特性を生かそうとするまちづくりや都市計画、ツーリズム開発においては、事前に調査されデータベース化された「空間文化財」のリストが資源として活用できる。
3次元準結晶合金のX線構造解析

3次元準結晶はMackay型準結晶と菱形30面体準結晶に大別される。前者は、本研究グループが提案したQCIC(Quasiperiodic Configuration of Icosahedral Clusters)モデルにおいて示されたように、12個のMnと32個のAlから構成されるクラスター、後者は菱形30面体のクラスター、といずれも正20面体対称の原子集団を準周期的に配置したものであることが定設となりつつある。最近、回折スポットがfccの消滅を示す準結晶(F型準結晶)が発見された。この準結晶は構造の完全性が極めて高いことが報告されているが、具体的な構造は明らかでない、本研究は、X線回折のデータを基にF型であるAl-Cu-Ru系およびAl-Pd-Mn系の構造解析を行い通常のMackay型3次元準結晶の構造との関連性に注目しつつ、その構造モデルの構築を行うことを最終的な目的としてきた。X線回折測定は高エネルギー物理研究所の放射光施設で行った、Al-Cu-Ru系とAl-Pd-Mn系の粉体準結晶試料に対して、それぞれRuとPdのX線異常散乱利用した実験をおこない、Ru原子、Pd原子の環境構造を求めた。これらのX線の回折プロロファイルは、指数がすベて奇数であるいわゆる超格子ピークを有し、通常のMackay型とは異なっている。しかし、二体分布関数を検討した結果、これらのF型の準結晶も局所的にはMIクラスターと類似の構造をとっていることが判明した。Al-Pd-Mu系については、単結晶を作製し、Pdに関する異常散乱法を併用した単結晶X線回折測定を行った。そして、この結果からパターソン関数を導出してその構造に関する詳細な検討を行った。その主たる結果は、次の2点である。1)QUICモデルにおいて、二種類の原子クラスターを偶奇性に基づいて二種類に分別した準格子点に配置したモデルを考案しこれが適切であることを示した。2)これらのF型準結晶の6次元逆格子は体心立方である。これらの本年度の成果は、報告論文2編として公表し、1992年春および秋の日本物理学会および同年春および秋の日本金属学会においては講演発表を行った。また、論文3編を投稿準備中である。代表的な3次元準結晶であるAlーMn系準結晶に対しては、本研究グル-プが提案したQCIC(Quasiperiodic Configuration of Icosahedral Clusters)モデルが実験結果をよく再現するモデルであることが確認されている。このモデルは12個のMnと32個のAlから構成される正20面体対称を示すクラスタ-(Mackay Icosahedron,MI)を準周期的に配置したもので、6次元空間から3次元空間への射影に基づいて構成されたものである。最近発見された準結晶の中で、回折スポットがfccの消減則を示すもの(F型準結晶)は、構造の完全性が高いことで知られているが、具体的な構造は明らかでない。

本研究は、X線回折のデ-タを基に、F型であるAlーCuーFe系、AlーCuーRu系、AlーPdーMn系の構造解析を、QCICモデルの成立する通常のMackay型3次元準結晶のデ-タとの比較検討により行い、その構造モデルの構築を行うことを最終的な目的としている。実験はすべて高エネルギ-物理研究所の放射光施設で行った。AlーCuーRu系とAlーPdーMn系ではX線異常散乱利用した実験をおこない、Ru原子、Pd原子の環境構造を求めた。これらのX線の回折プロファイルは、指数がすべて奇数であるいわゆる超格子ピ-クを有し、AlーCuーFu系、AlーCuーRu系、AlーPdーMn系の順に超格子ピ-クが大きくなった。この結果より、超格子ピ-クはFe,Ru,Pdの各原子サイトが超周期を有することに起因すると推測された。さらに詳しく二体分布関数を検討した結果、F型の準結晶も局所的にはMIクラスタ-と同型の構造をとっていることが判明した。これらの結果から、QCICモデルにおいて、二種類の原子クラスタ-を偶奇性に基づいて二種類に分別した準格子点に配置したモデルを考案して、X線回折プロファイルをシミュレ-トしたところ、定量性には問題があるものの実験X線回折プロファイルの特性を再現することができた。これらの成果は、論文1編として発表し、1991年秋の日本物理学会および日本金属学会においては講演発表を行った。3次元準結晶はMackay型準結晶と菱形30面体準結晶に大別される。前者は、本研究グループが提案したQCIC(Quasiperiodic Configuration of Icosahedral Clusters)モデルにおいて示されたように、12個のMnと32個のAlから構成されるクラスター、後者は菱形30面体のクラスター、といずれも正20面体対称の原子集団を準周期的に配置したものであることが定説となりつつある。最近、回折スポットがfccの消滅則を示す準結晶(F型準結晶)が発見された。この準結晶は構造の完全性が極めて高いことが報告されているが、具体的な構造は明らかでない。本研究は、X線回折のデータを基にF型であるAl-Cu-Ru系およびAl-Pd-Mn系の構造解析を行い、通常のMackay型3次元準結晶の構造との関連性に注目しつつ、その構造モデルの構築を行うことを最終的な目的としてきた。X線回折測定は高エネルギー物理研究所の放射光施設で行った。Al-Cu-Ru系とAl-Pd-Mn系の粉体準結晶試料に対して、それぞれRuとPdのX線異常散乱利用した実験をおこない、Ru原子、Pd原子の環境構造を求めた。これらのX線の回折プロファイルは、指数がすべて奇数であるいわゆる超格子ピークを有し、通常のMackay型とは異なっている。しかし、二体分布関数を検討した結果、これらのF型の準結晶も局所的にはMIクラスターと類似の構造をとっていることが判明した。Al-Pd-Mn系については、単結晶を作製し、Pdに関する異常散乱法を併用した単結晶X線回折測定を行った。そして、この結果からパターソン関数を導出してその構造に関する詳細な検討を行った。その主たる結果は、次の2点である。1)QCICモデルにおいて、二種類の原子クラスターを偶奇性に基づいて二種類に分別した準格子点に配置したモデルを考案しこれが適切であることを示した。2)これらのF型準結晶の6次元逆格子は体心立方である。これらの本年度の成果は、報告論文2編として公表し、1992年春および秋の日本物理学会および同年春および秋の日本金属学会においては講演発表を行った。また、論文3編を投稿準備中である。
地球温暖化ガス、メタンの発生源における生物的酸化除去技術の創生

炭酸ガスに次ぐ強力な温室効果ガスであるメタンの大気中濃度が近年急速に上昇しており、またその発生源として水田などが大きな割合を占めているため、国際的に注目されている。メタンは大気中へ放出されると比較的安定な化合物であるが、水田や自然湿地の土壌中にはメタン酸化能を有する微生物の存在が確認された。しかしこの微生物の生態や活性の発現、維持機構については未解明の部分が多い。そこでこの微生物の水稲根圏での活動を確認し、この菌を利用してメタンをその放出経路となる水稲根圏や水稲体内で酸化し生物的に除去する技術を創生することを目標として、メタン酸化細菌の持つメタン酸化酵素の活性を手がかりに、メタン酸化菌の生態を解明し、その活性強化をねらうための知見を集積することを試みた。1)千葉大学園芸学部柏農場の湛水直後の水田土壌から採取された多湿黒ボク土中のメタン酸化菌はMPN法により約9×10^2/g乾土と計数された。昨年度の千葉県内の各種水田土壌を用いて行った計数結果と比較すると、やや少ない傾向が認められた。2)グライ土、砂質グライ土、泥炭土の水稲根圏土壌から得られたメタン酸化菌の集積培養液を平板培地に植菌した結果、様々な形状のコロニーが形成されたが、メタンの減少が見られた菌株(黄色・丸状のYB株を含む)は酸素濃度の低下も見られ、ナフタレンによる呈色反応が見られた。3)メタンの減少とナフタレン反応での呈色が認められた菌株について、sMMOをコードする遺伝子の一つmmoXをプローブとしてPCR法を用いた結果、YB株(グライ土湛水中)のみ、電気泳動にてPCR生成物が確認された。現れたDNAバンドの位置からメタン酸化菌であることが推察された。4)自然湿地(尾瀬ヶ原)土壌中でもメタン酸化菌が検出され、MMO活性は土壌表層に高かったが、水分環境、地温、植生などによって大きく変動した。
耳下腺腺房細胞でのβ作動薬によるK^+チャネルの調節とアミラーゼの放出との関連

単離ラット耳下腺腺房細胞を用いて、アミラーゼ分泌における力リウムチャネルの関与およびその作用機序について検討を行った。β受容体刺激薬のイソプロテレノールによるアミラーゼ分泌はカルシウム依存性カリウムチャネルブロッカーのアパミン、カリブドトキシンにより促進され、カリウムイオノフォアのバリノマイシンで阻害された。一方、ムスカリン受容体刺激薬のカルバコールによるアミラーゼ分泌は、これらの薬物により影響を受けなかった。このことからβ受容体刺激によるアミラーゼ分泌においてカルシウム依存性カリウムチャネルの開口による分泌抑制、遮断による分泌促進という調節機構が存在することが示唆された。イソプロテレノールとカリウムチャネルブロッカーのTEAによるアミラーゼの分泌促進に伴い57kDaの蛋白のリン酸化が認められた。イソプロテレノールによるアミラーゼの分泌は、プロテインキナーゼA阻害薬のH-8により阻害されたが、プロテインキナーゼC阻害薬のスタウロスポリン、あるいはチロシンキナーゼ阻害薬のゲニステインでは影響されなかった。これらの結果より57kDaの蛋白のプロテインキナーゼAによるリン酸化がアミラーゼ分泌に関与していることが示唆された。また、フォスファターゼを阻害するフッ化ナトリウム、オカダ酸、フォスファターゼ2Bを選択的に阻害するシクロスポリンAは、いずれもイソプロテレノールによるアミラーゼの分泌を抑制したが、チロシンフォスファターゼを阻害するオルトバナジン酸は効果を示さなかった。これらの結果からリン酸化、脱リン酸化過程がアミラーゼ分泌において重要な役割を果たしている可能性が示唆された。耳下腺からのβ作動薬によるアミラーゼ分泌におけるカリウムチャネルの関与について、単離ラット耳下腺腺房細胞を用いて検討を行った。イソプレナリンによるアミラーゼ分泌はカルシウム依存性カリウムチャネルブロッカーのアパミン、カリブドトキシンにより増強され、カリウムイオノフォアのバリノマイシンで阻害され。β受容体刺激によるアミラーゼ分泌においてカルシウム依存性のカリウムチャネルの開口による分泌抑制、閉鎖による分泌促進という調節機構が存在することが明らかになった。腺房細胞をα毒素処置後、γ-[^<32>P]-ATPを取り込ませてSDS-ポリアクリルアミド電気泳動を行い、オートラジオグラフィーにより膜蛋白のリン酸化を調べた結果、105,57及び46kDaの蛋白がラベルされた。このうち57kDaの蛋白リン酸化がイソプレナリンとTEAの処置により増強された。これらの結果より57kDaの蛋白のプロテインキナーゼAによるリン酸化がアミラーゼ分泌に関与してることが示唆された。この結果から蛋白のセリン・スレオニン残基の脱リン酸化過程がアミラーゼ分泌において重要な役割を果たしている可能性が示唆された。単離ラット耳下腺腺房細胞を用いて、アミラーゼ分泌におけるカリウムチャネルの関与およびその作用機序について検討を行った。

イソプロテレノールによるアミラーゼの分泌は、プロテインキナーゼA阻害薬のH-8により阻害されたが、プロテインキナーゼc阻害薬のスタウロスポリン、あるいはチロシンキナーゼ阻害薬のゲニステインでは影響されなかった。これらの結果より57kDaの蛋白のプロテインキナーゼAによるリン酸化がアミラーゼ分泌に関与していることが示唆された。また、フォスファターゼを阻害するフッ化ナトリウム、オカダ酸、フォスファターゼ2Bを選択的に阻害するシクロスポリンAは、いずれもイソプロテレノールによるアミラーゼの分泌を抑制したが、チロシンフォスファターゼを阻害するオルトバナジン酸は効果を示さなかった。これらの結果からリン酸化、脱リン酸化過程がアミラーゼ分泌において重要な役割を果たしている可能性が示唆された。
近赤外センシング用1.0μm帯モノリシック半導体光集積回路の開発

ライダーや医療診断デバイスの小型化と高速化に向けて,半導体チップ上にモノリシックに集積した近赤外センシング用光集積回路を創製することを目的として,その基盤技術を開拓する.GaAs基板上の歪み補償InGaAsP系量子井戸によって1μm帯を広くカバーすることで,受光感度と空間分解能の向上を図る.その上で,100個以上の光位相制御器と光増幅器を高密度にモノリシック集積した半導体チップを試作・実証する.これにより,既存手法に比べて5桁以上高速で,小型かつ安価なビームスキャニング/イメージングデバイス実現への道を拓き,近赤外センシング分野に革新をもたらさんとする.LIDAR(ライダー)や医療診断デバイスの小型化と高速化に向けて、半導体チップ上にモノリシックに集積した近赤外センシング用光集積回路を創製する基盤技術を開拓する。歪み補償InGaAsP系量子井戸によって0.9 1.1 μmの波長域を広くカバーすることで、受光感度と空間分解能の向上を図る。さらに高密度にモノリシック集積した半導体チップを試作・実証する。1.5または1.3μm帯(光通信波長)における光集積回路技術をベースとして、「1.0ミクロン帯での光波合成」という特徴的な新たな基本課題を打ち出し、着実な研究に組み立てられている。車載光レーダやイメージングシステム用の光源としての需要が見込まれる1μm帯の光集積回路作製技術を実現することが期待できる。ライダーや医療診断デバイスの小型化と高速化に向けて,半導体チップ上にモノリシックに集積した近赤外センシング用光集積回路を創製することを目的として,その基盤技術を開拓する.GaAs基板上の歪み補償InGaAsP系量子井戸によって1μm帯を広くカバーすることで,受光感度と空間分解能の向上を図る.その上で,100個以上の光位相制御器と光増幅器を高密度にモノリシック集積した半導体チップを試作・実証する.これにより,既存手法に比べて5桁以上高速で,小型かつ安価なビームスキャニング/イメージングデバイス実現への道を拓き,近赤外センシング分野に革新をもたらさんとする.
光応答性新規大環状有機ケイ素化合物の合成

新しい合ケイ素大環状化合物の合成とその化学的・物理的特性を解明することを目的として、ケイ素官能基で芳香環を架橋したシクロファン型化合物を合成するとともに、その構造や光化学的性質について検討し、以下の知見を得た。(1)キシリレンジクロリドとジクロロシラン類とのGrignard反応およびその改良法により、ケイ素を架橋鎖にもつジシラ[3.3]シクロファンおよびより環の大きい環状オリゴマーをそれぞれ合成、単離することに成功した。(2)NMRやX線結晶構造解析により、ジシラ[3.3]メタシクロファンは二つの芳香環が互いに逆方向を向いたanti構造を有することを明らかにした。また、ジシラ[3.3]メタパラシクロファンは大きく歪んだ構造をとり、一つの芳香環上の水素が^1HNMRスペクトルにおいて大きく高磁場シフトすることが分かった。さらに、環状オリゴマーのX線結晶構造解析を行い、1nmほどの空孔をもつ環状オリゴマーの分子構造の決定に成功した。(3)ジシラ[3.3]シクロファンの蛍光スペクトルを測定したところ、305nm付近に極大をもつモノマー発光が分子内消光され、長波長側に分子内エキシマーに由来する微弱な発光を示した。また、ジシラ[3.3]シクロファンやジスタナ[3.3]シクロファンはTCNEと溶液中で電荷移動錯体を形成することを明らかにした。(4)スチレンユニットを有するビス(シリルメチル)ベンゼン誘導体やジシロキサン誘導体の分子内および分子間光環化付加反応により、合ケイ素大環状化合物が簡便に高収率で合成できることを見い出した。
現実的な惑星形成理論の構築および系外惑星の観測に向けた円盤・惑星相互作用の解明

今年度は、(1)円盤・惑星相互作用の理論的計算および(2)観測との関連について研究を進めていくことを研究計画としていた。まず、(1)の円盤・惑星相互作用の理論的計算については、昨年度から継続して行っていた高離心率の惑星と原始惑星系円盤のモデルに関する研究について、その成果を論文として公表することが出来た。さらに、この研究を発展させて非線形の数値計算を行う研究を、メキシコの研究者と共同で進めている。また、2011年7月に北京で行われた滞在型の国際研究会に参加した際、関連する研究を、プリンストン高等研究所のHanno Rein研究員が同時期に行っていたということが分かったが、私の研究とRein氏の研究を組み合わせ、より発展させる方向での共同研究を計画している。以上のような研究により、円盤・惑星相互作用の基礎的な物理過程の理解と、惑星形成理論における役割についてより深い理解が深まるものと期待される。(2)の観測との関連については、円盤におけるギャップの観測と、そこから得られる円盤物理状態の示唆に関するモデルの論文を公表した。また、国立天文台が中心となって行われているSEEDS計画の一環として得られた観測データの解析を行った。すばる望遠鏡の最新装置を用いて得られた原始惑星系円盤の詳細な観測画像について、密度波理論を応用することで、力学的過程を求めた円盤の温度分布を推定するという、新しい手法を提案した。以上の研究により、これまで理論的な研究が中心だった円盤・惑星相互作用について、実際の観測への具体的な応用の道を拓いていけるものと期待される。本年度は、交付申請書に記した研究計画に基づき、円盤・惑星相互作用の基礎過程の研究および円盤観測における示唆に関する研究を行なってきた。まず、円盤・惑星相互作用の基礎過程に関する研究については、昨年度より継続して行ってきた非粘性円盤における惑星軌道周囲のギャップ生成過程を明らかにした(Muto et al.2010)。また、同時に離心率を持つ惑星と原始惑星系円盤との相互作用についても半解析的な計算を行ない、円盤と惑星の相互作用が力学摩擦という物理過程を用いて非常に良く記述できることを明らかにし、また様々な円盤のモデルに関して適用可能な軌道進化時間の公式を導いた。この公式は、惑星形成の統計的性質などに関する研究に簡単に応用可能である。本研究成果は現在論文を準備中である。次に、円盤観測に対する理論的示唆に関する研究については、自己重力を考慮した円盤のモデルを構築し、赤外線の散乱光撮像観測及びミリ波・サブミリ波のダスト連続光撮像観測を組み合わせることで、円盤質量に対する良い制限を与えられる可能性について論じた。これは、近い将来のすばる望遠鏡やALMA望遠鏡の観測に直接結びつく可能性のある研究である。この研究の概要はすでに日本語の査読論文として雑誌『遊・星・人』に掲載され(武藤2010)、欧文論文も雑誌The Astrophysical Journalに投稿中である。最後に、惑星形成と文脈は異なるものの、似たような過程が起こると期待されるブラックホール連星系に関する研究も行ない(Seto and Muto 2010)、惑星形成の知識を応用しつつ研究の幅を拡げている。本研究についても、続編の論文を現在投稿中である。
機能的結合に基づく神経情報ダイナミクス・デコーディング

本研究により、神経回路網活動パターンの動的変化を捉える手法を動的クラスタリングとファジィ演算子を応用して開発し、経回路網のもつ回路性の履歴性を発見した。また、ファジィ演算子を応用した神経結合パターン論理性の推定を行う新規手法を確立し、そのプログラムを開発してその有効性を確認した。これは神経細胞間の機能的結合パターンの規則性や論理性をT-ノルム,T-コノルム演算子を用いて抽出し、その時間変化を特長量として神経結合パターン論理性を見積もる手法である。神経ネットワークの刺激依存状態変異の持続時間に関する知見を応用して逐次実行のクラスタリング解析手法を開発し、ダイナミクス・デコーディングを行うプログラムの開発を行った。さらに、分散培養系に外界と相互作用する媒体としてLEGO Mindstorm NXTを用いて構成した小型移動ロボットを接続し、センサからの入力を培養系にフィードバックするシステムを開発した。このニューロ・ロボットシステムは神経デコーディングの実証実験用のプラットホームとして有用である。神経情報を抽出する素材として分散培養神経回路網を用いた。培養神経回路網は、外界からの信号に応じて誘発される神経電気活動の特定の時空間パターンを複数保持することができ、更に自発活動による状態の内部変動を持つ系であり、脳内の神経回路におけるダイナミクスと本質的に相同な系である。培養生体神経回路網の特長を活用して、神経細胞間の結合性に関する各種パラメータを試薬及び・局所電気刺激により制御し、内部状態に摂動を与えることで現れるダイナミクスを解析する。その結果から、神経機能的結合パターンの規則性を抽出してこれを特徴量として定義し、特定の刺激に対する応答特性をカテゴリー化する手法を確立する。安定的培養条件の確立と電気活動経時変化のキャラクタライズを行った。培養条件を7mm径のリング中に30万細胞を培養する密度で固定し、100目以上の長期間培養細胞を維持した。この培養条件下で、ラット海馬分散培養系に於いて神経細胞間の機能的な結合の分布は一様ではなく、多数の入力を受けるハブ的な神経細胞が存在し、これらは神経回路網に於ける自発的な電気活動により自律的に構成されることが示唆された。これは、神経回路網を部位を切り替えながら電流刺激することで誘導活動電位の空間分布を解析することでも確かめられた。また、自発的活動電位の高頻度バースト活動後に、活動頻度の空間分布が不均一化すると言う興味深い知見を見いだした。培養細胞の密度に依存した機能的結合状態の経時変化の様態を免疫組織化学的手法で解析し、グリア細胞が増殖するが、培養後数十日で安定してくること、神経細胞の脱落は培養開始の早い時期に起こり、その後は比較的安定して維持されることを確認した。機能的結合の空間パターンの識別するためのアルゴリズムを開発した。学習型T-ノルム演算子、T-コノルム演算子を用いて神経細胞間の結合構造を表現し、空間パターンの特徴量データから、ノルムの結合パラメータを勾配法などの非線形探索手法で学習、同定する手法である。これを培養神経回路網の電気生理学的データから計算するソフトウェアを開発した。現在、ソフトウェアの動作を検証している段階である。本研究では、神経細胞間の機能的結合性の時間変動に着目し、時間方向の情報を入れ込んだ新しいダイナミクス・デコーディング解析を、生物学的知見と情報工学的手法とを融合することにより実現することを提案する。本年度は、神経回路網の結合バターンの規則性や論理性をT-ノルム,T-コノルム演算子を用いて抽出し、特長量として解析することを試み、この手法で機能的結合が適切に見積もれることを確認した。また、電流刺激による外界情報の入力に関し、自発活動と誘発活動の関係性を考察した。特に、誘発活動と自発活動の相互作用を論じるために電気刺激後の活動頻度のばらつきと自発活動のみのばらつきとを比較し、その時間依存的な変化を解析した。電流刺激の印加により、刺激後の初期相においては、活動電位頻度が減少し、試行ごとのばらつきが安定する区間が存在すること、刺激によってその後10秒以内の活動頻度が全般的に減少することが見いだされた。これらの結果から、自律的に再構築された培養神経回路網において、自発活動と誘発活動の時空間パターンはそれぞれが神経回路網の一つの状態を構成していることが示唆された。さらに情報表現の時間チャンク幅を検出するために、自発活動の周期性をFFT解析により検証し、電流刺激により誘導される変化が、特に1Hz付近の周波数帯において顕著に見られることを見いだした。

1Hz付近の周波数帯はスーパー・バーストと呼ばれる階層的なバースト活動がある部分であり、電流刺激による影響は、ネットワークのより大局的な性質に影響が大きい可能性が示唆された。これらの実験は自発的活動電位の安定性を定量化するために重要な知見を提供する。以上の結果を論文にまとめ、複数の英文誌、和文誌に投稿した。神経情報を抽出する素材として分散培養神経回路網を用いて研究を行っている。本年度は、昨年度までに開発したソフトウェアと、神経ネットワークの刺激依存状態変異の持続時間に関する知見を応用して、神経回路網の電気活動ダイナミクスを詳細に解析した。自発活動に一定の状態があることを確認し、これに対して入力した単発の電流刺激が、自発活動の状態を変更しうることを見出した。ダイナミクス・デコーディング・プログラムを開発し、神経情報をダイナミクスの観点から解析可能にした。具体的には結合パターンの規則性や論理性をT-ノルム,T-コノルム演算子を用いて抽出し、その時間変化を特長量として解析することを現在行っている。この結果と時間窓の設定手法を組み合わせることで、ダイナミクス・デコーディング手法が完成する。さらに、識別パターンを現実の事象と結びつけるために、境界条件をより詳細に制御できる高次脳機能模倣系として、分散培養系に外界と相互作用するシステムを接続した。LEGO-MindstormNXTを用いて小型移動ロボットを構成し、このセンサからの入力を培養系にフィードバックするシステムを開発した。これらの成果を英文論文誌3報、和文誌2報に報告した。研究の進行は順調であり、次年度は手法のブラッシュアップと実証実験を中心に行って、研究成果をまとめていく。神経情報を抽出する素材として分散培養神経回路網を用い、これに外界との入出力系を付加して神経情報デコーディングの検証プラットホームを構築し、これを基盤として研究を行っている。本年度は、神経回路網の電気活動ダイナミクスを、時間的な履歴性を中心にさらに詳細に解析するとともに、ダイナミクス・デコーディングを行うプログラムを発展・完成させた。具体的には、時間ごとにクラスタリング手法を適用することで、神経活動パターンの定常性を推定し、刺激による活動パターンの変化を捉えるデコーディング・プログラムを完成した。さらに、識別パターンを現実の事象と結びつけるための分散培養系-外界・相互作用システムとして、Hebb則学習と自律分散アーキテクチュアを応用したニューロ・ロボットを構築し、デコーディング手法の実証実験を行った。実際に神経活動パターンとロボットに埋め込んだ行動規則を自律的に結合して、神経細胞の電気活動パターンによって衝突回避行動を発現することに成功した。また、神経細胞間の機能的結合パターンの規則性や論理性をT-ノルム,T-コノルム演算子を用いて抽出し、その時間変化を特長量として神経回路網の自発性電気活動に伴う神経結合パターン論理性の推定を行った。この結果、3電極間の関係性が2入力
新しいサージ解析法の変電所雷サージ解析への応用

数値電磁界解析法を使用して送配電系統に発生するサージ過電圧を求めるTEPCO(Transient Electromagnetic Field Propagation Code)を開発することを目的としている。これまで線形素子R,Lを含み代表的な非線形現象であるフラッシオーバ現象を扱うことができる解析コードを完成した。解析コードを検証するために架空地線、引き込み鉄構に流入する雷サージ電流と電力線電流の関係を中心として、縮小モデルによる実験と数値電磁界解析を使用した解析により変電所侵入雷サージを検討した。またぎゅくフラッシオーバ対策として架空地線多条化についても2条と3条の場合を検討した。実験および解析により以下の結果が得られた。架空地線、引き込み鉄構間に抵抗400Ωを挿入すると、変電所侵入電流は短絡時の1/2の波高値を示した。変電所侵入電流は架空地線電流とは逆極性となる。またその値は架空地線電流の誘導により架空地線3条の場合に2条より約15%大きな波高値を示す。しかし、アークホーン間電圧は逆に3条の場合には減少し、逆フラッシオーバ対策として架空地線の架空地線の多条化は有効であることが明らかになった。さらに相対的な幾何学的関係の変化によって、電力線雷サージが変化することから変電所侵入雷サージ解析では電力線と引き込み鉄構間の相互結合を考慮する必要がある。Maxwellの式を直接解くことによって送配電系統に発生するサージ過電圧を求めるTEPCO(Transient Electromagnetic Field Propagation Code)を開発することを目的としている。これまで線形素子R,Lを含む解析コードを完成したが、本年度は代表的な非線形現象であるフラッシオーバ現象を扱うことができるようにコードの拡張を行なった。非線形特性をTEPCOに取入れる場合、2つの問題点があった。第一は各時刻毎に電流に関する連立一次方程式を作成し、解く必要があることである。これは計算時間の増大をもたらすが、要素電流のrenumberingによって係数マトリックスの再作成を最小にすることによって10%程度の計算時間の増大にすることができた。第二はフラッシオーバの長ギャップ放電シミュレーションを行なう必要があることであり、本年度はリーダ進展モデルを採用した。今後、モデルの評価および改良を進める予定である。解析法の有効性を実証する目的で、実験室内サージ特性を調べられるように約1/60の縮小モデルを送電線路鉄塔と引き込み鉄構、架空地線、2回線電力線にて構成した。雷撃は最大の雷サージが侵入する変電所からの第一鉄塔に生じると想定し、遅延線路で雷撃路を模擬し、また変電所機器はガス絶縁母線を70Ωの抵抗で模擬している。実験結果より、電力線に表われるサージは鉄塔電流と架空地線電流によって誘導される成分のみでは説明できない大きな電流が表われることが明らかになった。引き込み鉄構の接地抵抗を変化させると変電所に侵入するサージ電圧の極性とその大きさが変化する現象がみられることから大地へ流入する雷撃電流の影響によることが予想される。今後、EMTPによる回路解析やTEPCOにて解明する予定である。これまで線形素子R,Lを含み代表的な非線形現象であるがフラッシオーバ現象を扱うことができる解析コードを完成したが、本年度は解析法の有効性を実証する目的で、実験室内でサージ特性を調べられるように製作した約1/60の縮小モデルである送電線路鉄塔と引き込み鉄構、架空地線、2回線電力線の実験結果との照合を行った。雷撃は最大の雷サージが侵入する変電所からの第一鉄塔に生じると想定し、直線導体線路で雷撃路を模擬し、また変電所機器はガス絶縁母線を70Ωの抵抗で模擬している。電力線に表われるサージは鉄塔電流と架空地線電流によって誘導される成分のみでは説明できない大きな電流が表われる実験結果と同様な結果が解析でも得られた。

引き込み鉄構の接地抵抗を変化させると変電所に侵入するサージ電圧の極性とその大きさが変化する現象より電力線の変電所引き込み法が重要となることが判明した。また、逆フラッシオーバの原因となる鉄塔のサージ特性についても解析を行い、従来の電磁界理論の問題点を明らかにし、さらに接地特性の重要性についても研究成果が得られた。さらに本研究において時間領域のサージ解析法の問題点としてループ導体が存在する場合、低周波特性が悪化することが判明した。これは2つの原因による。第一は物理モデルが導体表面の抵抗が0という完全導体を仮定するためループに誘導された電流に対して損失機構がなく永久電流が発生することがある。また第二の原因は連立一次方程式の係数マトリクスの特性によることが判明した。その対策としてはループ内に微小抵抗を挿入することであるがどのような値にすればよいか、またループ内のどの位置であればよいかは未だ明らかでない。
超音波加湿器の微生物汚染の防止

わが国では加湿器として超音波式のものが広く使用されているが、その微生物汚染が原因で加湿器肺・加湿器熱と名付けられるアレルギ-性肺疾患の生ずることが知られている。筆者は、その汚染防止対策として“WashーOut法"を考案したが、これは加湿器の振動子水槽の容量を小さくなることによって、水タンク水による水槽水の希釈速度を汚染微生物の増殖速度より速くして、汚染を防止しようとするものである。本研究は、このアイデアに基づいて加湿器を試作し、その汚染防止効果を検証することを目的としている。まず、WashーOut法のアイデア生物化学工業における微生物の連続培養理論に基づいて数学的に解析し、必要な水槽の容量を計算した。そして、その条件に合致する小さな容量をもつ加湿器を試作した。また、水槽水の容量を小さくするだけでは、加湿器の運転中はwashーout効果によって汚染を防止できても、停止中には汚染菌の増殖する可能性があるので、加湿器の停止中には振動子水槽に貯水しないように工夫した。この加湿器を1日8時間、6週間にわたって運転し、水槽水中の生菌数をコロニ-検出率の高い低栄養培地を用いて調べた結果、実験期間を通して生菌は殆ど検出されなかった(市販の加湿器により対照実験では第2週目で10^5CFU/mlのレベルに達した)。また、初発菌数3.3×10^5CGU/mlで負荷試験を行ったところ、加湿器の運転に伴って生菌数は減少し、停止時の8時間目には70CFU/mlとなった。停止中にはこの残りの水槽水は除去されたので、翌日以降は生菌数は殆ど検出されなくなった。以上の結果より、超音波加湿器の微生物汚染防止対策としてwashーout法の有効性が実証された。本法は安全性に全く問題がないものであり、機構的にもコスト的にも十分実用化されうるものと確信する。またこの理論は、他の生態系における微生物制御にも応用できるものである。1.生菌数の測定方法について加湿器水槽水のような貧栄養条件下で生育する細菌の場合、培地の濃度を規定より低くした方がコロニ-形成能の高いことが明らかになった。条件を種々変えて実験した結果、Brain Heart Infusion培地を規定の1/100濃度にて調製し、30°Cで7日間培養することで最良の結果が得られた。この方法では、規定の培地濃度の場合より数倍から数百倍多いコロニ-が形成され、検出感度を高めることができた。2.改良型加湿器の汚染防止効果Washーout法の理論に基づき振動子水槽水の容量を小さく改造した加湿器を1日に58時間、30日間作動させて、水槽水中の細菌中を調べた結果、実験期間を通して水槽水中から生菌はほとんど検出されなかった。一方、対照実験の加湿器では経時的に生菌数が増加して、2週間では10^4CFU/mlのレベルに達した。また、水槽水を故意に汚染させてから加湿器を作動させる負荷試験では、最初3×10^4CFU/mlの菌数であったものが、経時的に減少し、作動後2時間で約1/100になった。以上の結果より改良型加湿器の汚染防止効果が証明された。3.今後の計画Washーout法は原理的には加湿器の作動中に限って有効な方法であり、停止中の振動子水槽水の汚染を防止することはできない。尤も、この場合にも加湿器を作動させれば菌数は減少するが、加湿器の停止中は水槽に水が溜まらないようにすれば、この問題も解決できる。そこで加湿器の停止中には振動子水槽に水が溜まらないような機構をもつ更に改良した加湿器を製作して実験を行い、実用性について検討する。

以上の結果より、超音波加湿器の微生物汚染防止対策としてwashーout法の有効性が実証された。本法は安全性に全く問題がないものであり、機構的にもコスト的にも十分実用化されうるものと確信する。またこの理論は、他の生態系における微生物制御にも応用できるものである。前年度は、考案したWashーOut法に基づいて市販の超音波加湿器を改造し、微生物汚染防止効果を検討し、良好な結果を得ることができた。但し、WashーOut法は原理的に加湿器の運転中に限って有効な方法であり、停止中に振動子水槽水に雑菌が混入した場合には、その増殖を防止することはできない。もっとも、停止中に汚染が生じても加湿器を運転すれば、経時的に菌数は減少するが、運転開始後しばらくは汚染菌が室内に放出される。また停止時に汚染菌が残存している場合には、停止中に再び菌数が増加することになる。本年度は上記の欠点をなくすため、加湿器の停止中には振動子水槽に貯水しないような機構をもつ更に改良した加湿器を製作して実験を行った。種々検討した結果、医療用の超音波ネブライザ-がこの目的に適していることが分かったので、この装置を購入して必要な改造を加え、装置の停止中には振動子水槽に水が溜まらないようにした。この装置を1日に8時間、6週間にわたって運転し、水槽水中の生菌数を、前年度検討したコロニ-検出率の高い低栄養培地を用いて調べた結果、実験期間を通して生菌はほとんど検出されなかった(市販の加湿器による対照実験では第2週目で10^5CFU/mlのレベルに達した)。また負荷試験では、初発菌数3.3×10^5CFU/mlであったものが、加湿器の運転に伴って経時的に減少し、停止時の8時間目には7×10^1CFU/mlになった。停止中にはこの残りの水槽水は除去されたので、翌日以降水槽水中の生菌数はほとんど検出されなくなり、期待した結果が得られた。本研究により、超音波加湿器の微生物汚染対策としてWashーOut法の有効性が確認された。本法は安全性に全く問題がなく、機構的にもコスト的にも十分実用化されうるものと考えられる。