hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
2型糖尿病患者を抱える家族への看護実践力向上プログラムの開発

本研究は2型糖尿病患者を抱える家族へ適切な看護支援を見出し、その看護支援をもとに看護師個々の家族の看護実践力を向上させるプログラムの開発を目的としている。2型糖尿病患者の家族が抱える思いを明らかにするため、5名の2型糖尿病患者を持つ家族の語りを分析した。この分析した内容をもとにし、支援体制について検討していく予定である。2018年8月末より産休・育休に入ったため、研究を一時中断している。2018年8月末より産休・育休に入ったため。育休後、分析から得られた結果をもとに2型糖尿病患者の家族に対して必要な看護支援を糖尿病患者への看護に携わる看護師と共に、看護実践力を向上させるプログラムの開発につなげていく予定である。本研究は、2型糖尿病患者を抱える家族を対象にした適切な看護支援を見出し、その看護支援をもとに看護師個々の家族への看護実践力を向上させるプログラムの開発を目的とする。糖尿病患者が適切なコントロールを継続していくために、家族の協力が不可欠であるといわれているが、多くの看護師は家族を患者の「支援者」として捉え関わっている状況があることや、看護師が2型糖尿病患者の家族への支援に自信が持てず、家族への関わりに躊躇している現状もある。これらのことから、看護師の2型糖尿病患者の家族に対する看護実践力を向上させることは重要であると考えた。本年度は、国内外の知見を整理するため2型糖尿病患者の家族への看護に、関連する領域の文献検討による情報収集を行った。また、プログラム開発の基礎的資料を得るために、2型糖尿病患者の家族が抱える思いを明らかにし、その家族の思いから、必要な看護支援を検討することを課題とした。そのため、インタビューガイドの作成を行い、作成後は2型糖尿病患者の家族を対象として半構造的面接を実施した。しかし、対象者数が確保されていないため、現在も面接によるデータ収集と分析を行っている段階にある。分析した結果から2型糖尿病患者の家族に対して必要な看護支援を検討し、検討された家族への看護支援を基に、糖尿病患者への看護に携わる看護師と共に、家族への看護実践力を向上させるプログラムの開発につなげていく予定である。今年度、研究の対象者である2型糖尿病患者の家族5名に対して半構造的面接を実施し、データの分析をしている段階にある。また、育児休暇中のため研究を一時休止中。育児休暇後には、分析から得られた結果をもとに2型糖尿病患者の家族に対して必要な看護支援を検討し、検討された家族への看護支援を基に、糖尿病患者への看護に携わる看護師と共に、家族への看護実践力を向上させるプログラムの開発に繋げていく予定である。育児休暇中のため研究を一時休止中。育児休暇後には、データ分析より得られた結果から2型糖尿病患者の家族に対して必要な看護支援を検討する。そして検討された家族への看護支援を基に糖尿病患者の看護に携わる看護師と共に、家族への看護実践力を向上させるプログラムの開発に繋げていく予定である。育児休暇中のため。育児休暇後には、分析から得られた結果をもとに2型糖尿病患者の家族に対して必要な看護支援を検討する。検討した家族への看護支援を基に、糖尿病患者の看護に携わる看護師と共に、看護実践力を向上させるプログラムの開発につなげていく予定である。育児休暇中のため。本研究は、2型糖尿病患者を抱える家族へ適切な看護支援を見出し、その看護支援をもとに看護師個々の家族の看護実践力を向上させるプログラムの開発を目的としている。2型糖尿病患者の家族が抱える思いを明らかにするため、5名の2型糖尿病患者を持つ家族に対して半構造的面接を実施し、その内容を分析した。語られた内容として下記の点が明らかとなった。2型糖尿病に罹患した家族の思いに共通してみられたものとして、「糖尿病患者としての自覚を持ち、行動を改める姿勢を持つべき」と、患者自身が糖尿病であることを意識し、日々適切な食事や運動を実施すべきという思いであった。合併症を発症した患者を持つ家族の状況として、合併症発症に至るまで患者に対し家族としての助言や食事・運動面のサポートをしてはいるが、家族が願うような適切な管理を患者自身が実行していないかった経過が共通してみられた。その経過の中、家族は患者に対して「患者の意識は変えられない」とあきらめのような思いが生じていた。そして、合併症を発症すると「自分で悪化させた」と悪化した原因の全ては患者であると怒りのような思いと、「合併症の悪化は避けられた」と適切な自己管理を出来ていなかった患者の行動を残念に感じる思いがみられた。この二つの思いは同時に生じていて、ここまで至ってしまった患者にどう向き合うべきであったのか、この先どう向き合うべきかという苦悩がみられていた。一方、患者は合併症にまで至ってはいないが、家族が望ましいと感じる食事や運動を患者が毎日、行えない状況があっても患者自身で少しでも食事を節制したり、運動する行動がみられることで、家族の中には患者の努力を認め支えていこうとする思いがみられていた。こうした状況を踏まえ、看護師が行うべき家族員への支援体制について検討していく。分析をより深めるため、対象者数の確保が必要と感じているため。

この分析した内容をもとにし、支援体制について検討していく予定である。2018年8月末より産休・育休に入ったため、研究を一時中断している。2018年8月末より産休・育休に入ったため。育児休暇中のため。育児休暇後、分析から得られた結果をもとに2型糖尿病患者の家族に対して必要な看護支援を検討していく。そして、検討した看護支援を基に、糖尿病患者への看護に携わる看護師と共に、家族への看護実践力を向上させるプログラムの開発に繋げていく予定である。検討した看護支援を基に、糖尿病患者への看護に携わる看護師と共に、看護実践力を向上させるプログラムの開発につなげていく予定である。対象者への協力を募り、看護師と必要な支援の検討をしていく。育休後、分析から得られた結果をもとに2型糖尿病患者の家族に対して必要な看護支援を糖尿病患者への看護に携わる看護師と共に、看護実践力を向上させるプログラムの開発につなげていく予定である。育児休暇明けに再開する。育児休暇後には、分析から得られた結果をもとに2型糖尿病患者の家族に対して必要な看護支援を検討していく。そして、検討した家族への看護支援を基に、糖尿病患者への看護に携わる看護師と共に、家族への看護実践力を向上させるプログラムの開発に繋げていく予定である。対象者の確保において、予想以上に対象候補者からの承諾が得られなかった。育児休暇中のため。産休・育休を取得し、計画通りに使用できなかったため。分析に時間がかかってしまった。かつデータの収集が予想以上に進まなかったため。使用計画としては、テープ起こし料が生じるため。2018年8月末より産休・育休に入り研究を中断しているため。育休復帰後は計画に基づき実施していく。育児休暇中にて計画が遅れているため。当初の計画通りに使用していく。計画通りに使用していく予定。対象者への協力を募れるよう医療機関への協力依頼を活発に行っていく。育児休暇後、計画に沿って使用していく。面接調査において対象者からの承諾が得られず、データの収集が予想以上に進まなかったため。データ分析においてテープ起こし料が生じてくるため。
スーパバイザリ制御理論を用いたバーチャルファクトリの開発

第1に,離散事象システム・ツールボックス(以下,DES-TB)の開発を行った。開発環境は,MATLAB(TM)を用いた。昨年度に引き続き,オートマトンのデータ構造の定義を行った上で,最終的に次の諸関数をコーディングした。(2)故障診断関数:診断演算(dia.m),センサ付加演算(sen.m)(3)スーパバイザリ制御演算関数:インサイドK演算(supc.m),アウトサイドK演算(infc.m),可制御性テスト(contest.m),可観測性テスト(obstest.m),ノーマル演算(normal.m)今年度は新たに,ペトリネットのデータ構造も定義し,次の諸関数をコーディングした。(5)デッドロック回避演算関数:デッドロック回避演算(da.m)第2に,オートマトン表現に基づくDES-TBの有用性を示すため,Lego社のMINDSTORMS(TM)を用いて実験を行った。多品種少量生産に柔軟に対応できる生産ロボットの例として,不規則に送り込まれる異なる色のキャンディの仕分けを行うロボットを2台製作し,狭空間に複数台配置する状況を想定し,これらを回転の軌道上で衝突する可能性があるように配置した.このシステムには不可制御事象や不可観測事象が存在するため,スーパバイザ制御理論によりシステムの可制御性や可観測性を解析し,安全なスーパバイザを構築することができた.第3に,ペトリネット表現に基づくDES-TBの有用性を示すため,Dynasim社のDYMOLA(TM)を用いてシミュレーションを行った。工場全体製品の流れと各工程間の自動搬送システムをモデル化し搬送計画の立案を行い,スーパバイザ制御理論に基づく衝突回避の運行制御が可能であることを示した。初年度(平成13年度)は,離散事象システム・ツールボックス(以下,DES-TB)の開発を行った。オートマトンのデータ構造の定義を行った上で,次の諸関数のコーディングを行った。(2)故障診断関数:可観測演算(obs.m),診断演算(dia.m),センサ付加演算(sen.m)(3)スーパバイザリ制御演算関数:インサイドK演算(supc.m)バーチャルファクトリはマルチエージェント(複数台の作業ロボット)からなると想定されるが,各エージェント自体も複雑な離散事象ダイナミックスを持っており,階層性が見られる。そこで,本研究では,開発したDES-TBを,6足歩行ロボットの歩容問題に適用して,その有用性を確かめた。まず,各脚部の動きと事象順序を表すオートマトンを別々に構築し,それらに対し並列演算を行い,システム全体を表すオートマトンGを構築する。次にこのGを利用して衝突・転倒を回避するため仕様を表すオートマトンHを構築する.仕様オートマトンが表す動きは最も望ましいものであるが,不可制御事象の存在により,その動きを実現することはできないため,GとHに対して,インサイドK演算を行うことで不可制御事象を考慮した望ましい動きを表すオートマトンを得る。さらに,衝突を回避する仕様と転倒を回避する仕様の2つの仕様オートマトンを用いてスーパバイザ制御を行うモジュラー制御を考え,そのスーパバイザを表すオートマトンを構築した.このオートマトンの形状をそのまま利用し,MATLAB/SIMULINK上でSTATEFLOWという状態遷移を行うチヤートを作成して,シミュレーションを行い,バーチャルリアリテイ環境WORLDUPで表示することにより,衝突・転倒を回避することができる歩容制御を行うことに成功した。すなわち開発したDES-TBの有用性を確かめることができた。

(2)故障診断関数:診断演算(dia.m),センサ付加演算(sen.m)(3)スーパバイザリ制御演算関数:インサイドK演算(supc.m),アウトサイドK演算(infc.m),可制御性テスト(contest.m),可観測性テスト(obstest.m),ノーマル演算(normal.m)今年度は新たに,ペトリネットのデータ構造も定義し,次の諸関数をコーディングした。(5)デッドロック回避演算関数:デッドロック回避演算(da.m)第2に,オートマトン表現に基づくDES-TBの有用性を示すため,Lego社のMINDSTORMS(TM)を用いて実験を行った。多品種少量生産に柔軟に対応できる生産ロボットの例として,不規則に送り込まれる異なる色のキャンディの仕分けを行うロボットを2台製作し,狭空間に複数台配置する状況を想定し,これらを回転の軌道上で衝突する可能性があるように配置した.このシステムには不可制御事象や不可観測事象が存在するため,スーパバイザ制御理論によりシステムの可制御性や可観測性を解析し,安全なスーパバイザを構築することができた.第3に,ペトリネット表現に基づくDES-TBの有用性を示すため,Dynasim社のDYMOLA(TM)を用いてシミュレーションを行った。工場全体製品の流れと各工程間の自動搬送システムをモデル化し搬送計画の立案を行い,スーパバイザ制御理論に基づく衝突回避の運行制御が可能であることを示した。
急性呼吸不全における低酸素反応性因子の役割に関する研究

低酸素環境に置かれた際に生体に生じるさまざまな変化をつかさどる分子である低酸素反応性因子(HIF-1)の機能およびHIF-1の阻害による治療応用の可能性につき研究を行った。ヒト血管内皮細胞および気道上皮細胞の培養系を用いて、炎症性刺激後にHIF-1の遺伝子発現が亢進することを確認した。また急性呼吸不全患者の気道上皮被覆液中でもHIF-1の高発現が見られた。次にRNA干渉を応用して、培養細胞のHIF-1発現の阻害を試みた。一部の実験ではHIF-1の発現をほぼ完全に阻害できたが、阻害効率が安定しなかった。また短干渉RNAをマウスの気道内に投与して、呼吸器系に選択的にHIF-1発現を阻害する実験を行ったが、結果のばらつきが大きく、一定の結論は導かれなかった。平成19年度は主に培養細胞を用いた研究を行った。ヒト血管内皮細胞(HUVEC)および気道上皮細胞(Bes2b)の培養系を用いて、エンドトキシン(LPS)や腫瘍壊死因子(TNF-α)などの炎症性刺激を加えた際のHIF・1および関連する分子であるVEGF、ET-1、PAI-1の発現を検討した。方法としてはリアルタイムPCR法による遺伝子解析とウェスタンブロット法による蛋白レベルでの解析を行った。HUVE Cでは、:LPS投与6時間後にHIF-1の遺伝子発現が亢進し、VEGF、ET・1, PAI・1についても同様に発現の亢進が見られた。TNF-αによる刺激でも同様の傾向であった。これらの遺伝子発現は炎症性刺激12時間後をピークにし、24時間後にはほぼベースラインに復していた。また蛋白レベルでも同様にHIF-1および関連するVEG:F、ET-1、PAI・1の発現充進が見られた。Bes2bでもLPS投与6時間後にHIF-1の遺伝子発現が亢進し、VEGF、ET-1、PAI-1についても同様に発現の充進が見られ、TNF-α刺激でも同様の傾向であった。次に細胞を低酸素環境に置き、遺伝子発現がどのように修飾されるかを検討した。炎症性刺激後のHIF-1、VEGF、ET-1、PAI-1の発現は、低酸素環境において相乗的に亢進していた。また蛋白の発現でも同様に低酸素刺激と炎症性刺激が相乗的に働くことがいずれの細胞系でも確認された。HIF-1遺伝子のノックダウンのためsfRNAを作成し、培養細胞に導入した。導入後の細胞からRNAを抽出し、HIF-1の遺伝子発現がほぼ消失していることを確認した。現在、導入後の細胞を低酸素環境に置き、:HIF-1および関連する分子であるVEGF, ET 1、PAI-1の発現を検討中である。平成20年度は、培養細胞を用いてHIF-1遺伝子のノックダウンの影響について検討を行った。HIF-1遺伝子に相補的なヌクレオチド長の短い干渉RNA(siRNA)を作成した。ヒト血管内皮細胞(HUVEC)や気道上皮細胞(Bes2b)にこのsiRNAを導入してHIF-1の発現をノックダウンすることを目指した。導入直後の細胞ではHIF-1の遺伝子発現がほぼ消失していることが確認できたものの、一定時間培養後の細胞では導入効率が一定せず、HIF-1の発現が十分に抑えられていなかった。導入後の細胞に低酸素曝露やエンドトキシンなどの炎症性刺激を加えて、HIF-1および関連する分子であるVEGF、ET-1、PAI-1の発現を解析した。リアルタイムPCR法による遺伝子解析とウェスタンブロット法による蛋白レベルでの解析を行ったが、導入効率が一定しないことを反映してか、結果のばらっきが大きく、評価困難であった。アデノ随伴ウィルスベクターを気道内投与して、呼吸器系のHIF-1遺伝子をノックダウンすることも予定していたが、培養細胞でのノックダウンが確立していない段階での生体への応用は見合わせた。臨床研究としては、呼吸不全患者において、気管支鏡的マイクロサンプリング法により気道上皮被覆液を採取した。HIF-1の発現をウェスタンブロット法により評価したが、症例間で発現のばらつきが大きく、一定の傾向は見られなかった。呼吸不全発現からの時間経過や基礎疾患の影響があるものと考えられた。平成21年度は、平成20年度に引き続き、培養細胞を用いてHIF-1遺伝子のノックダウンの影響について検討を行った。HIF-

1遺伝子に相補的なヌクレオチド長の短い干渉RNA(siRNA)を作成したが、平成20年度に用いたものとは配列を変え、導入効率の向上と安定化を目指した。ヒト血管内皮細胞(HUVEC)や気道上皮細胞(Bes2b)にこのsiRNAを導入し、HIF-1の発現の効率的なノックダウンを目指した。導入直後の細胞ではHIF-1の遺伝子発現がほぼ消失していることが確認できたものの、一定時間培養後の細胞では導入効率が一定せず、HIF-1の発現が十分に抑えられていなかった。導入後の細胞に低酸素曝露やエンドトキシンなどの炎症性刺激を加えて、HIF-1および関連する分子であるVEGF、ET-1、PAI-1の発現を解析した。リアルタイムPCR法による遺伝子解析とウェスタンブロット法による蛋白レベルでの解析を行ったが、導入効率が一定しないことを反映してか、結果のばらつきが大きく、評価困難であった。またアデノウィルスベクターの気道内投与による、呼吸器系のHIF-1遺伝子ノックダウンの可能性について検討した。マウスの気道内にベクターを投与後に肺を摘出し、RNAを抽出し、リアルタイムPCR法によりHIF-1遺伝子の発現を評価した。ベクターの投与量や肺の摘出時間を種々に設定したものの、培養細胞での検討と同様に結果のばらつきが大きく、評価困難であり、一定の結論は得られなかった。
シュリ-レン光学系を活用したゲル電気泳動のリアルタイム可視化測定システムの開発

ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用いると高感度・高分解能でもって蛋白質あるいは核酸の分離・分析を行うことが出来る。しかし、見事な分離の状況が明らかになるのは泳動終了後に染色を行ってからである。また、染色処理の際にゲルの変形が起こり定量性が減殺される。本研究は現代化されたシュリ-レン光学系をポリアクリルアミドゲル電気泳動の検出手段として導入することによって、ポリアクリルアミドゲル電気泳動のリアルタイムでの定量的な検出を可能にしようとするものであった。既に、第一と第二年度において在来のポリアクリルアミドゲル電気泳動の可視化に関しては所期の目的を達成することができた。サらにゲル中において生起しながら従来は看過されてきた諸現象の検出と解明にも成功した。昨年度の終期において、我々は線状ポリアクリルアミド濃厚溶液が架橋線状ポリアクリルアミドと同様に分子ふるい効果を持つ媒体として機能することをシュリ-レン光学系による検出によって初めて直接的に確認することに成功した。本年度においては上記の問題の検討を続行した。その結果、この種の媒体中における電気泳動の検出手段としてシュリ-レン光学系が非常に優れていることが明らかになった。別記の通り、既に1報を投稿中である。キャピラリ-電気泳動において、この種の媒体を活用する動きがあるので、上記の研究はその分野での線状ポリマ-の活用に当たっての基礎的デ-タの供給源としても期待されるようになってきている。上記の結果を基礎として新たに“無架橋線状ポリマ-電気泳動"を研究するプロジェクトを企画した。以上のように、本試験研究課題は当初の目的を十二分に果たしたに止まらず、その成果をさらに新たな展開の端緒に結びつけることが出来た。成果の総合的な取りまとめは、成果報告書に詳細に記載する予定である。ゲル電気泳動は高分解能・高感度の故に生体高分子の分離・分析に不可欠な手段となっている。しかし、泳動している試料の検出は泳動終了後の染色によっているのが通常である。本研究は現代化されたシュリーレン光学系をポリアクリルアミドゲル電気泳動の検出手段として導入することによって通常は不可能であるリアルタイム計測を実現しようとするものである。さらに、染色法に匹敵する感度が得られるように改良し、泳動装置とデータ処理の両面での周辺装置を開発・整備することも企画している。これらの総合によって、ゲル電気泳動の検出法に新たな局面を作り出すことが最終目的である。本年度においては、シュリーレン光学系の試作、画像処理装置の設置と操作の習熟、本研究に適合した電気泳動セル・槽の製作、試行テストの実施を予定した。幸い研究は全て計画通りに進行した。さらに、プロトタイプ装置を用いて得られた結果を国際電気泳動学会などにおいて報告したところ、高い関心が示された。これまでに得られた結果は、本研究によって作製された測定システムによって、クマシー・ブリリアント・ブルー染色法に匹敵する感度でもってポリアクリルアミドゲル電気泳動において泳動するバンドの検出が可能なことを示している。さらに、通常の検出法では視覚化されない背景現象の検討に本測定システムが極めて有用であることが明らかになった。ゲル電気泳動の基礎・実用の両面において本研究の成果は有用な知見をさらに提供できると確信している。ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用いると高感度・高分解能でもってタンパク質、核酸などの生体高分子の分離分析を行うことができるので極めて多くの研究者によって活用されている。しかし、その結果が明らかになるのは、泳動終了後の染色によるのが常である。本研究は現代化されたシュリ-

レン光学系を導入することによって、ポリアクリルアミドゲル電気泳動のリアルタイムでの検出を可能にしようとするものであった。既に、初年度において実用段階に達した装置の試作とその活用によるSDSーポリアクリルアミドゲル電気泳動に際してゲル中で起こる諸現象の解明を行った。本年度においては、次の様な成果を挙げる事が出来た。1)電気泳動の進行を画像処理装置によって追跡・記録・解析する方式を確定した。2)重合の進行あるいは試料バンドの進行に伴うゲルの歪の発生の状況に関する知見を収集・整理した。3)シュリ-レン光学系を活用することによって、線状ポリマ-濃厚溶液中において、ゲル中に匹敵する見事な分離が起こる事を見出した。特に、3)に記した知見は電気泳動の将来に次のような新たな局面を切り開く事が出来る可能性を秘めている。1)最近において長足の進歩を遂げつつあるキャピラリ-電気泳動に線状ポリマ-方式を導入すると興味のある研究を実施できる。すなわち、キャピラリ-中にゲルを形成させる必要がないのでキャピラリ-の再使用が可能となる。2)ポリマ-の種類の変化、重合度の差異、異種類ポリマ-の混合などによって分離の様態と効率がどの様な影響を受けるかを明らかにする事が出来る。3)特に、希薄な線状ポリマ-溶液中では在来のゲル電気泳動によっては分離が困難であった超巨大粒子の分離に有効な新手法の開発が可能と考えられる。この様な新手法の開発の可能性を考えると、シュリ-レン光学系を用いて収集できる基礎デ-タの重要性はいっそう高まってきたと言えよう。ポリアクリルアミドゲル電気泳動を用いると高感度・高分解能でもって蛋白質あるいは核酸の分離・分析を行うことが出来る。しかし、見事な分離の状況が明らかになるのは泳動終了後に染色を行ってからである。また、染色処理の際にゲルの変形が起こり定量性が減殺される。本研究は現代化されたシュリ-レン光学系をポリアクリルアミドゲル電気泳動の検出手段として導入することによって、ポリアクリルアミドゲル電気泳動のリアルタイムでの定量的な検出を可能にしようとするものであった。既に、第一と第二年度において在来のポリアクリルアミドゲル電気泳動の可視化に関しては所期の目的を達成することができた。さらにゲル中において生起しながら従来は看過されてきた諸現象の検出と解明にも成功した。昨年度の終期において、我々は線状ポリアクリルアミド濃厚溶液が架橋線状ポリアクリルアミドと同様に分子ふるい効果を持つ媒体として機能することをシュリ-レン光学系による検出によって初めて直接的に確認することに成功した。本年度においては上記の問題の検討を続行した。その結果、この種の媒体中における電気泳動の検出手段としてシュリ-レン光学系が非常に優れていることが明らかになった。別記の通り、既に1報を投稿中である。キャピラリ-電気泳動において、この種の媒体を活用する動きがあって、上記の研究はその分野での線状ポリマ-の活用に当たっての基礎的デ-タの供給源としても期待されるようになってきている。上記の結果を基礎として新たに“無架橋線状ポリマ-電気泳動"を研究するプロジェクトを企画した。
破骨細胞が分泌するWntによる骨代謝制御機構の解明

骨は、破骨細胞による骨吸収と骨芽細胞による骨形成により作りかえられる。この破骨細胞と骨芽細胞のカップリングにサイトカインの一種であるWntが関与するという仮説に基づき研究を行った。培養細胞を用いた実験系で破骨細胞から分泌されるWntによる骨芽細胞機能の亢進を証明するという試みは失敗した。マウスの骨を用いた解析により、週齢の変化に伴い複数のWnt関連遺伝子が骨代謝調節に関与することを示唆する結果を得た。我々は、Wnt10aというサイトカインが破骨細胞に発現していること、骨芽細胞にWnt10aを過剰発現させるとアルカリホスファターゼ活性が亢進することを見いだした。本研究は、破骨細胞が分泌するWnt10aが骨芽細胞の骨形成活性を亢進するかを明らかにすることを目的とする。平成21年度における成果は、以下の通り。1.破骨細胞から分泌されるWnt10aが骨芽細胞のアルカリホスファターゼ(ALP)活性を誘導するか、in vitroで検討した。スポットカルチャーした破骨細胞と骨芽細胞様ライン化細胞であるST2細胞の共存培養を行った。ST2細胞は、通常の密度(24ウェルプレートに2×10^5cells/well)で培養した場合、アルカリホスファターゼ活性陰性であるので、破骨細胞によるALP活性誘導を観察するのに適していると考えていたが、通常の密度では、破骨細胞と共存培養してもALP活性が誘導されなかった。また、これ以上高密度でST2細胞を培養した場合、他に何の処理をせずとも、ST2細胞全体にALP活性が誘導された。破骨細胞の密度を上げれば、通常密度のST2細胞にALP活性を誘導できるかとも考えたが、その場合、ST2細胞の定着が悪くALP陰性であった。その他の培養条件も試したが、これまでのところ良好な結果は得られていない。現在、破骨細胞そのものではなく培養上清を用いた実験系を構築している。2.Wnt10a受容体の探索、3.Wnt10a floxマウスの作製に関しては、1.の実験がうまくいっていないため、進めていない。破骨細胞による骨吸収と骨芽細胞による骨形成のバランスは細胞間情報伝達を介するカップリングにより維持されると考えられている。私は、平成21年度において、破骨細胞にWnt10aというサイトカインが発現していることを見いだし、破骨細胞と骨芽細胞の共存培養系を用い、破骨細胞から分泌されるWnt10aによる骨芽細胞のアルカリホスファターゼ(ALP)活性亢進作用を検出しようとしたが系を確立できなかった。平成22年度は、以下に記す3点を明らかにした。1.破骨細胞の培養上清及び細胞破砕物を用いて骨芽細胞に対するALP活性亢進作用を証明することを試みた。しかし、いずれを用いてもALP活性は変化しなかった。2.(1)Wnt10a以外に破骨細胞から分泌されてカップリングに関与するWnt関連遺伝子を探索した。1週齢、4週齢、8週齢、18週齢のマウスの血液を採取し、骨代謝マーカー(骨吸収マーカーとしてTRACP5b活性、骨形成マーカーとしてALP活性)を測定した。脛骨からcDNAを調製し、Wnt関連遺伝子の発現をリアルタイムPCRで調べた。TRACP5b活性、ALP活性とも1週齢で最も高く、週齢を追うごとに減少した。Wnt関連遺伝子のうち、骨において発現が高かったものの発現パターンは、1週齢と4週齢が同程度でその後減少するパターン(Wnt5a, Wnt16, Ror2, LRP6)と、1週齢から4週齢で増加し、その後減少するパターン(wnt4, LRP5, Sost, DKK1)に大別された。(2)Wnt5aに関して、Wnt5a欠損マウスを用いて、破骨細胞の極性化に関わることを見いだした。Wnt5aは、破骨細胞に作用して、低分子量Gタンパク質であるRhoとRacを活性化した。Rhoの阻害剤は、破骨細胞の極性化を抑制した。これらの点に関しては、現在更に詳細な検討を行っている。
4-チオ核酸による分子認識の基礎研究

4'-チオUTP,4'-チオCTP,天然型のATP, GTPを用いてSELEX法でアプタマー取得実験を行った.今年度の標的はVEGFでありVEGFにアプタマーを結合させ,VEGFレセプターに対する結合を阻害することを目的にした.昨年度はニトロセルロースフィルターのみを用いてアプタマーを取得したが,フィルターに結合するそれが大量に得られたため,この点を改良すべくゲル電気泳動を併用した.市販のVEGF_<165>を標的にし,1)ニトロセルロースフィルターのみ,2)ゲル電気泳動のみ,3)両者の併用の3方法を用いて標的に結合する4'-チオRNAを取得した.方法1では,昨年度と同様にフィルター結合性アプタマーが主に得られ,標的に対するアプタマーは低親和性であった.方法2では,フィルターに対するアプタマーは得られないが,選択圧が低く,かなりの回数の選択を行う必要があった.方法3では,選択圧を高めることができ,8回の選択で十分であった.また,フィルター結合性アプタマーはほとんど得られず,標的結合性(73mer)の4'-チオRNAが得られ,Kdは1.6nMであった.従って,本法は今後のアプタマー取得のための優れた方法になる可能性が高い.4'-チオDNA合成に必要な4種類の2'-deoxy-4'-thioribonucleosidesの合成法を確立した.4'-チオDNAはエンドヌクレアーゼに対して極めて安定であった.従って,比較的長鎖の4'-チオDNAの酵素合成法を確立する必要があった.4種類の4'-チオdNTPを化学的に合成し,市販の種々のDNA polymeraseを用いて取込み効率を調べた所,M13mp18一本鎖プラスミドを鋳型にし,KOD Dashを用いて長鎖(約7200塩基)4'-チオDNAが合成できた.現在,4'-チオDNAを用いるアプタマー取得法の開発を行っている.4'-チオUTP,4'-チオCTP,天然型のATP, GTPを用いてSELEX法でアプタマー取得実験を行った.今年度の標的はVEGFでありVEGFにアプタマーを結合させ,VEGFレセプターに対する結合を阻害することを目的にした.昨年度はニトロセルロースフィルターのみを用いてアプタマーを取得したが,フィルターに結合するそれが大量に得られたため,この点を改良すべくゲル電気泳動を併用した.市販のVEGF_<165>を標的にし,1)ニトロセルロースフィルターのみ,2)ゲル電気泳動のみ,3)両者の併用の3方法を用いて標的に結合する4'-チオRNAを取得した.方法1では,昨年度と同様にフィルター結合性アプタマーが主に得られ,標的に対するアプタマーは低親和性であった.方法2では,フィルターに対するアプタマーは得られないが,選択圧が低く,かなりの回数の選択を行う必要があった.方法3では,選択圧を高めることができ,8回の選択で十分であった.また,フィルター結合性アプタマーはほとんど得られず,標的結合性(73mer)の4'-チオRNAが得られ,Kdは1.6nMであった.従って,本法は今後のアプタマー取得のための優れた方法になる可能性が高い.4'-チオDNA合成に必要な4種類の2'-deoxy-4'-thioribonucleosidesの合成法を確立した.4'-チオDNAはエンドヌクレアーゼに対して極めて安定であった.従って,比較的長鎖の4'-チオDNAの酵素合成法を確立する必要があった.4種類の4'-チオdNTPを化学的に合成し,市販の種々のDNA polymeraseを用いて取込み効率を調べた所,M13mp18一本鎖プラスミドを鋳型にし,KOD Dashを用いて長鎖(約7200塩基)4'-チオDNAが合成できた.現在,4'-チオDNAを用いるアプタマー取得法の開発を行っている.我々はすでに,リボヌクレオシド糖部環内酸素原子を硫黄原子に置換した4-チオリボヌクレオシドの立体選択的合成法を確立した.今年度の研究では,4種類の天然型核酸塩基を持つそれらの,5-三リン酸体を化学的に合成し,SELEX法に応用可能性を調べることを目的にした.2および3位水酸基をアセチル基で保護した4-チオリボヌクレオシドにEcstein法を適用して収率良く5-三リン酸体を合成した.そのうち,4-チオUTP(^TUTP)と4-チオCTP(^TCTP)を用いてSELEX法に対する基礎的検討を行った.まず,T7 RNA polymerase (pol)を用いて43mer2本鎖DNAの転写反応を^TUTP,^TCTP, ATPおよびGTP存在下行ったところ,43merRNAの生成は極めて低収率であった.この原因は,テンプレートDNA中の7,8番目に連続したGを入れたために^TCTPがRNA中に連続して取り込まれなければならないからであることが明らかになった.この実験を元に,10番目までにピリミジンヌクレオシドを持たない配列にしたところ,30merおよび59merRNA中の5-末端から10番目以降の任意の位置にピリミジンヌクレオシドを導入できることが明らかになった.さらに,これら^TUTPおよび^TCTPを含む4-チオRNAは問題なくDNAに逆転写されることも明らかになった.

次に,^TUTPを6分子,^TCTPを6分子含む30merの4-チオRNAと天然型RNAについて,ピリミジンヌクレオシドの3-側のリン酸ジエステル結合を選択的に加水分解するRNase Aを用いて安定性を比較した.その結果,天然型RNAの半減期は22分であるの対して,4-チオRNAのそれは約19.5時間と,約50倍以上の安定性を持つことが明らかになった.現在,^TUTPおよび^TCTPを含む4-チオRNAを用いてトロンビンに対するアプタマーの取得実験を行っている.ニトロセルロース膜を用いて,トロンビン濃度を1μMから0.05μMに徐々に下げSELEXを9回行ったところ,50%以上のRNAがトロンビンに結合し,ニトロセルロース膜に結合しているRNAはわずか3%であった.昨年度に引き続き2種類の4'-チオリボヌクレオシド5'-三リン酸体を化学合成し,SELEX法に応用可能性を調べることを目的にした.作年度の予備的実験で4'-チオUTP(^TUTP)と4'-チオCTP (^TCTP)が,T7 RNA polymerase (pol)を用いる系で、テンプレートDNA中の10番目までにピリミジンヌクレオシドを持たない配列にしたところ,30merおよび59merRNA中の5'-末端から10番目以降の任意の位置にピリミジンヌクレオシドを導入できることが明らかにした.そこで、この系を用いてヒトα-トロンビンに対するアプタマーの取得実験を行った.ニトロセルロースフィルターを用いて,トロンビン濃度を1μMから10nMに徐々に下げ,また、RNA濃度を1μMに固定し、反応温度を最初の7回目までを25°Cで、最後の3回を37°CでSELEXを行った.その後、RNA配列をクローニングしたところ、配列は3つのグループに分けることができた.クラス1およびクラス2はトロンビン特異的に親和性を示すが、クラス3はニトロセルロースフィルターに親和性を示した.クラス1およびクラス2のRNAの2次構造予測および高次構造部分の化学合成を行い、それぞれについてヒトα-トロンビンに対する結合親和性を調べたところ、クラス2-1-37はKd=4.7nMと非常に強い親和性を示し、すでに報告されている天然型RNAによるトロンビンアプタマーより20倍強い結合能を有していた.一方、クラス1に属するアプタマーはトロンビンに対するKd値は大きく、アプタマー自体の安定構造とトロンビンに対する結合構造とは異なるのではないかとの感触を得た.クラス2-1-37の4'-チオRNAアプタマーと同じ配列を持つ天然型RNAアプタマーのRNase Aに対する安定性を調べたところ、4'-チオRNAアプタマーの方が約10倍安定であった.4'-チオUTP,4'-チオCTP,天然型のATP,GTPを用いてSELEX法でアプタマー取得実験を行った.今年度の標的はVEGFでありVEGFにアプタマーを結合させ,VEGFレセプターに対する結合を阻害することを目的にした.昨年度はニトロセルロースフィルターのみを用いてアプタマーを取得したが,フィルダーに結合するそれが大量に得られたため,この点を改良すべくゲル電気泳動を併用した.市販のVEGF_<165>を標的にし,1)ニトロセルロースフィルターのみ,2)ゲル電気泳動のみ,3)両者の併用の3方法を用いて標的に結合する4'-チオRNAを取得した.方法1では,昨年度と同様にフィルター結合性アプタマーが主に得られ,標的に対するアプタマーは低親和性であった.方法2では,フィルターに対するアプタマーは得られないが,選択圧が低く,かなりの回数の選択を行う必要があった.方法3では,選択圧を高めることができ,8回の選択で十分であった.また,フィルター結合性アプタマーはほとんど得られず,標的結合性(73mer)の4'-チオRNAが得られ,Kdは1.6nMであった.
衝突を伴う運動を時間遅れ無しに安定化させる筋骨格構造の実現と機構メカニズムの理解

概要走行や跳躍といった着地時に衝突が発生する運動や,瓦礫内の移動のように衝突が常に発生する運動において,これまで多くの研究ではフィードバック,すなわち環境を測定し,運動を計画し,実行するプロセスを経てきた.しかし測定・計算・駆動のプロセスを経る従来のフィードバック手法ではごく短時間で発生する衝突に対応できない.そこでこういったプロセスを経ることなく,機構的に問題を解決できる手法が求められてきた.本研究では空気圧もしくは水圧といった流体で駆動する柔軟なアクチュエータを導入し,衝撃に応じた適応的な変形する機構を実現した.また変形による各機構への適切な力の伝達を実現するようなアクチュエータの取り付け方について検討し,そのメカニズムの解明を目指した.運動として最初に跳躍運動に着目し,ヒトの身体に倣って配置した空気圧人工筋肉,特に二関節筋と呼ばれる二つの関節に跨って付着する筋の取り付け位置を動力学シミュレーションで総当たりに調査した.シミュレーションの結果により,特定の取り付け方をした二関節筋を有する脚ロボットでは,着地角度や姿勢が多少異なっても高い確率で転倒せず静止することがわかった.この結果を受けて,実機によりシミュレーション結果を検証した.実機においても二関節筋をシミュレーションと同様の取り付け方とすることで,着地姿勢が多少異なっても安定して着地できることがわかった.この研究で得られた時間遅れなしの機構的なフィードバックメカニズムを応用させ,水で駆動する柔軟なチャンバを有するロボットを試作し,障害物に自身を押しつけ変形しながら隙間をくぐり抜ける運動の実現を目指した.このロボットは水の給排水のタイミングを調整することで障害物に接触しても適応的にその形状を変形させただけでなく,局所的な摩擦を利用することで隙間を抜けていくことも可能となった.本研究は動物の巧みな構造をロボットの機構に取り入れ,従来の制御技術では困難であった運動を実現するものである.具体的には跳躍運動を対象に,ヒトや動物が有する二関節筋(二つの関節に跨り,一方の関節が屈伸するともう一方の関節も連動する筋)を具備したロボット(以下「筋駆動ロボット」)を開発し,連続跳躍の実現を目指す.2016年度は初年度にあたって,任意の姿勢・着地角度であっても転倒することなく着地できる二関節筋の取り付け位置について調査した.また二関節筋にヒントを得て,多関節筋に相当するワイヤによって,一つのアクチュエータを駆動することで三つの関節(腰関節,膝関節,足首関節)を連動させて跳躍するロボット(以下「ワイヤ駆動ロボット」)を提案した.2016年度は関節付近に設けたワイヤ経由点の位置と跳躍の可否について調査した.両ロボットともシミュレーション上にモデルを構築し,設定したパラメタの値と挙動について観察した.シミュレーションの結果,筋駆動ロボットでは多少異なる着地姿勢や着地角度であっても転倒することなく着地できる二関節筋の筋配置が存在することが分かった.またワイヤ駆動ロボットでは一つのアクチュエータでありながら自身の身長程度に跳躍可能なワイヤ経由点が存在することが分かった.また両者とも,筋の取り付け位置やワイヤ経由点の位置が多少異なったとしても安定した着地や跳躍が可能なパラメタ群が存在することが確認された.研究を進めるにあたり,体幹構造の運動も重要であることが明らかになった.ヒトにおける体幹の重心位置は足から離れており,体幹の運動によって跳躍運動の正否が大きく変わる.2016年度は生物を模した体幹機構を構築し,跳躍よりも比較的安定な歩行運動や起き上がり運動においてその効果を確認した.2016年度の目標は筋駆動ロボットの安定した着地とワイヤ駆動ロボットの高い跳躍および着地の実現をシミュレーション上で確認することであった.筋駆動ロボットはシミュレーション上(Open Dynamics Engine)にモデルを構築し,二関節筋の始点および終点位置と駆動される関節間の距離を様々に変えて着地の成否を調査した.二関節筋はヒトの構造に倣い三つ(大腿直筋,ハムストリングス,腓腹筋)を選択した.始点・終点位置と関節間の距離として,2016年度は各パラメタにつき3段階(近位,中位,遠位)変更することにした.調査の結果,特定の筋取り付け位置では多少取り付け位置がずれたとしても安定して着地が可能であることが確認された.これは今後実機を試作するにあたって,いわゆる「ピーキー」な位置設定にすることなく着地が可能であることを示している.ワイヤ駆動ロボットもシミュレーション上で構築し,アクチュエータは体幹に背負う形にした.そこから股関節付近,膝関節付近に経由点を設け,経由点とワイヤの摩擦により各関節が駆動するとした.またワイヤの終点を足リンクに取り付けた.この経由点を網羅的に調査した結果,前者同様多少位置がずれても高く飛び着地できる経由点のセットがあることが確認された.体幹構造についても起き上がり運動や二脚・四脚歩行において体幹の粘弾性が運動に大きな影響を与えることをシミュレーションで確認した.筋駆動ロボットの着地運動については既に学術講演会でも発表をしており,ワイヤ駆動ロボットの跳躍運動については近々発表予定である.体幹構造についてはいくつかの学会や論文誌で発表した.以上のことより,申請書に記載した2016年度の予定は概ね順調に進展したと言える.連続跳躍の着地運動において,接触点との力のやりとりは瞬間的であり,その間に状態を把握して適切に駆動することは困難である.本研究は柔軟性を有する人工筋肉を関節に拮抗配置した脚ロボットを対象に,安定した着地及び跳躍を実現するためのロボットの設計を提案するものである.人工筋肉は生物と同様に,関節からある程度離れた位置に筋が付着している.従って筋にかかる力だけでなく筋の付着位置によって,関節にかかる力(トルク)は変化する.

特に二関節筋と呼ばれる,二つの関節にまたがって付着する筋では,一方の関節に加わった力が他方の関節にも伝播することとなり,この伝播の大きさは筋の付着位置に依存する.そこでヒトの筋構造に倣い,三つの二関節筋(大腿直筋,ハムストリングス,腓腹筋)の取り付け位置と運動の安定性の関係を調査する.2017年度は2016年度にシミュレーションで得られた知見を元に,実機による検証を行った.検証の結果,シミュレーションと同様特定の人工筋配置において,多少異なる姿勢および着地角度であっても高い確率で着地が可能であることが確認された.また跳躍ロボットの運動と足先にかかる力の関係について,シミュレーションおよび実機と同じ構成のモデルにおける数理モデルを導出した.2016年度に得られた知見について,2017年度開催の学会で発表した.また2017年度に得られた知見については現在論文としてまとめ,国内外の学会での発表や学術誌への投稿を検討している.2017年度は前年度の結果を受けて,いくつかの課題を設定していた.一つは実機を試作し,着地運動に関するシミュレーション結果を実機で検証することである.これについては実機実験の結果とシミュレーションの結果がほぼ一致するという結論に至った.また安定した着地運動のメカニズムについても検討した.シミュレーションの結果については国内の学会で発表し(ロボティクスメカトロニクス講演会2017),今年度の知見については現在論文にまとめ,国内の学会で発表予定である.2017年度の別の課題は,着地後の飛び上がり運動の実現である.これについては蹴り上げ運動と地面からの力の関係を数理的に表現できた.この結果については現在国際学会に投稿中(CLAWAR2018)である.もう一つの課題は,着地時に蓄えられたエネルギの跳躍のための効率的な解法である.これについては検討を行っているところで,結論には至っていない.跳躍時のエネルギについては今後の議論が必要であるが,その他の目標については概ね達成できたと言える.概要走行や跳躍といった着地時に衝突が発生する運動や,瓦礫内の移動のように衝突が常に発生する運動において,これまで多くの研究ではフィードバック,すなわち環境を測定し,運動を計画し,実行するプロセスを経てきた.しかし測定・計算・駆動のプロセスを経る従来のフィードバック手法ではごく短時間で発生する衝突に対応できない.そこでこういったプロセスを経ることなく,機構的に問題を解決できる手法が求められてきた.本研究では空気圧もしくは水圧といった流体で駆動する柔軟なアクチュエータを導入し,衝撃に応じた適応的な変形する機構を実現した.また変形による各機構への適切な力の伝達を実現するようなアクチュエータの取り付け方について検討し,そのメカニズムの解明を目指した.
3次元磁場効果によるプラズマ放射冷却の促進とダイバータ熱負荷軽減

平成30年度の研究実績は以下の通りである。1.新たに開発したトモグラフィー手法を用いて炭素不純物の3次元発光分布を得た。この結果、低荷数(C1+)の炭素はおもにダイバータレグ(ダイバータ板近傍)とストキャスティック磁場領域にわたって発光が分布していること、また、荷数が上がるにつれて(C2+, C3+)ダイバータレグでの発光は無くなり、より上流のX点とストキャスティック領域で発光が起こっていることがわかった。プラズマの密度を上げると、これらの発光はプラズマの閉じ込め領域の方向にシフトすることが明らかになった。2.ダイバータ板へのプラズマ粒子負荷の空間分布を調べた結果、外部摂動磁場を印加すると、摂動磁場のモード数に対応した形で粒子負荷の増加と減少が見られた。放射損失が増大してプラズマがダイバータ非接触状態に遷移すると、粒子束は全体として減少しつつ、その空間分布構造はトロイダル方向に36°移動することがわかった。ダイバータ板に接続する磁力線構造と比較したところ、長い磁力線が接続する箇所でより強い粒子負荷があり、摂動磁場を印加することによって、この磁力線の分布が変化することで上記のような分布の変動が起こっていると考えられる。3.不純物の発光・流れ分布の計測結果と3次元数値シミュレーションとの比較を進めた。その結果、発光分布については、不純物がダイバータ板から射出される時のエネルギーを、当初の予想よりも大きくすると実験とよい一致が見られることがわかった。一方、実験で観測された流れの向きについてはシミュレーションで再現されるが、流れ速度の絶対値についてはシミュレーションの結果は実験よりも大きな値となることがわかった。以上の結果から、3次元磁力線構造と放射損失分布、ダイバータ粒子・熱負荷分布の関係について理解が進展した。この他、ダイバータ熱負荷計測用の赤外線カメラの設置を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。2次元周辺分光計測器の整備と増強を行い、視野の拡大と波長分解能の向上が行われた。代表的な回折格子について絶対感度較正および装置関数幅の測定を行い、平成29年2月から開始されるLHD実験に備えた。実験では、13荷の炭素イオンおよびメタンからの発光分布について、プラズマの密度および加熱パワーの違う放電に対して系統的にデータ収集を行った。メタンは炭素の化学スパッタリングによる発生量を現す指標である。また、真空紫外分光、ボロメータ、ダイバータプローブによる計測も実施した。これにより、以下の結果を得ている。1.炭素の発生源の指標となる1荷のイオンおよびメタンの発光は、ダイバータ板に近い領域で発光している。プラズマの密度、加熱パワーを変えてもその位置はほとんど動かない。2.炭素の2、3荷のイオンは、プラズマ密度の上昇とともに発光量が増加し、また空間的にも閉じ込め領域に近い方向に移動する。特に、3荷のイオンについては、密度の上昇に対して不連続に変化する。これは、トムソン散乱計測で得られた周辺部の電子温度分布の変化と対応しおり、磁力線構造との関係が示唆される。現在、磁力線追跡コードとの比較を進めている。3.プラズマの燃料粒子が重水素の場合、軽水素に比べて系統的に炭素不純物の発行量が大きいことが確認された。これは重水素による炭素の物理スパッタリングが増加していることに起因すると考えられる。4.ネオン、クリプトンの不純物を導入した実験によると、発光の分布は各不純物の電離電圧のみに依存し、不純物種には依存しない傾向にあることがわかった。また、ダイバータプローブによる計測から、不純物の発光増加に伴い、粒子負荷が減少する結果が得られた。以上の結果は、3次元的な周辺磁場構造と不純物の発光分布の関係を知る上で重要な成果であり、今後、磁力線構造との比較を行うことにより、より詳細な知見が得られる。周辺分光計測、真空紫外分光、ボロメータ、ダイバータプローブについては予定通り増強と整備を終えて、平成29年2月からの実験でデータ収集を行っている。当初予定されていた光学フィルタを用いたCCDカメラによる計測は、現状の分光計測があれば必ずしも必要がないと考えられるため、実施していない。赤外線(IR)カメラによるダイバータ熱負荷計測は遅れている。LHDの重水素実験開始にともない、規則により既存のIRカメラが取り外されたことによる。現在、違う観測ポートでの計測を開始するべく、光学系の設計を始めている。次回のLHD実験(平成30年秋に予定)からは計測を開始する予定。それまでは、IRカメラの代わりに、ダイバータプローブによって計測されたプラズマ温度・密度から熱負荷を評価する。磁場閉じ込め核融合実験装置LHDにおいて、摂動磁場を印加したとき、周辺部での放射損失およびダイバータ熱負荷への影響について調べた。今年度の成果の概要は以下の通りである。1.摂動磁場強度の増加に伴い、デタッチメント遷移する密度閾値が下がることが明らかになった。一方で、放射損失の量およびダイバータへの粒子束の減少の度合いについては、摂動磁場強度にほとんど依存しないことがわかった。この結果は予想と違うものであり、その原因としてプラズマの応答による摂動磁場の増幅が考えられるが、詳細については現在のところ不明である。2.不純物の発光分布について、磁場配位、プラズマパラメータを変化させた場合の系統的なデータ収集を行った。

周辺部のストキャスティック磁場領域が広くなるにつれて、発光分布が空間的に広がり、また高荷数の発光強度が減少することがわかった。さらに詳細な磁場構造との比較を行うためにトモグラフィー解析の手法の開発をおこなった。今後この手法を用いて磁場構造との詳細な比較を進める。3.不純物スペクトルのドップラーシフトから不純物のフロー速度について評価を行った。すべての密度領域で不純物はダイバータに向かって約20km/sの速度で流れていること、およびその速度はプラズマ密度の増加とともに微増することがわかった。また、重水素プラズマの場合には軽水素プラズマに比べて速度が1.42倍ほど遅いことがわかった。これは現行の輸送モデルから、水素同位体の重量比に起因するものであると考察される。また、低密度領域では現行のモデル予想と違う振る舞いを見せており、モデルの修正が必要であることが示唆された。これらの成果は磁場閉じ込め装置における周辺部磁場構造と放射損失、不純物輸送の関係を解明するうえで重要な基礎データであり、今後の数値シミュレーションとの比較による現行モデルの検証に十分なデータが得られた。実験の遂行と系統的なデータ収集はほぼ順調に進んでいるが、データ解析についてはそのデータ量が多く、また解析手法が多岐にわたるため、多くの時間が必要となっている。このため、数値シミュレーションとの比較が若干遅れ気味である。平成30年度の研究実績は以下の通りである。1.新たに開発したトモグラフィー手法を用いて炭素不純物の3次元発光分布を得た。この結果、低荷数(C1+)の炭素はおもにダイバータレグ(ダイバータ板近傍)とストキャスティック磁場領域にわたって発光が分布していること、また、荷数が上がるにつれて(C2+, C3+)ダイバータレグでの発光は無くなり、より上流のX点とストキャスティック領域で発光が起こっていることがわかった。プラズマの密度を上げると、これらの発光はプラズマの閉じ込め領域の方向にシフトすることが明らかになった。2.ダイバータ板へのプラズマ粒子負荷の空間分布を調べた結果、外部摂動磁場を印加すると、摂動磁場のモード数に対応した形で粒子負荷の増加と減少が見られた。放射損失が増大してプラズマがダイバータ非接触状態に遷移すると、粒子束は全体として減少しつつ、その空間分布構造はトロイダル方向に36°移動することがわかった。ダイバータ板に接続する磁力線構造と比較したところ、長い磁力線が接続する箇所でより強い粒子負荷があり、摂動磁場を印加することによって、この磁力線の分布が変化することで上記のような分布の変動が起こっていると考えられる。3.不純物の発光・流れ分布の計測結果と3次元数値シミュレーションとの比較を進めた。その結果、発光分布については、不純物がダイバータ板から射出される時のエネルギーを、当初の予想よりも大きくすると実験とよい一致が見られることがわかった。一方、実験で観測された流れの向きについてはシミュレーションで再現されるが、流れ速度の絶対値についてはシミュレーションの結果は実験よりも大きな値となることがわかった。以上の結果から、3次元磁力線構造と放射損失分布、ダイバータ粒子・熱負荷分布の関係について理解が進展した。