hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超短パルスレーザー誘起マイクロ衝撃波の伝播特性解明と再生医療マイクロカプセル応用

本研究課題では,フェムト秒パルスレーザーを用いて,水中集光の光学システム系の構築により圧力波の生成を得ることができた.集光領域の大きさが数μmと微小領域であるため,圧力センサーで得られた信号のS/N比がよくなく,計測の回数で平均したところ,最大圧力は,集光部で0.2-0.3 MPaであることがわかった.この値は,これまでの代表者らの研究成果から,再生する組織細胞を破壊するより小さく,刺激するには十分であり,再生システムとして利用可能であることが示唆された.また,光学的条件によっては,プラズマ発光を伴う水素気泡の発生が認められたため,衝撃波発生とともに新たな課題となった.近年,衝撃波を血管や神経などの再生医療へ応用する分野が広がってきているが,本研究においては,3Dプリンターを利用した臓器作成機器の衝撃波による促進方法を念頭におき,気泡と再生すべき細胞を含んだマイクロカプセルで組織形状を作り,外部から衝撃波を作用させてカプセル内の細胞への物理的刺激と増殖後のカプセル破壊の2つのモードをもつ手法の開発を最終目的とする.本課題では,本システムの基礎的な機構解明のため,(1)局所的な衝撃波の発生が可能な時短レーザーを用いて集束によりマイクロ衝撃波を生成し,それぞれの圧力の伝播特性と圧力場を調べること,(2)カプセル膜近傍の気泡と衝撃波の干渉による“カプセル破壊"に至る現象を気泡変形挙動の可視化や圧力計測等によって明らかにして,衝撃波作用の最適化をすること,(3)1個および3D構造をもつ気泡内包カプセル体の衝撃波の伝播や減衰機構を調べること,を目的とする.平成27年度においては,水中での時短レーザを用いたマイクロ衝撃波の生成と可視化として,パルスレーザに対して,微小セル内の水中にレーザを集束させて,マイクロ衝撃波を生成させ,シャドウグラフ光学系を組み,既設のPIV用ダブルパルスレーザを用いて,マイクロ衝撃波生成の観察を試行した.この結果,レーザ集束に関する光学系や可視化用光学系の調整は完了したものの,パルスレーザ,特にフェムト秒レーザの導入の遅れならびに機器不調により,圧力計測ならびに可視化が完了していない.一方,水中でパルスレーザの集束を行った際の衝撃波生成の数値解析の基礎的な検討については,気泡生成を伴わない衝撃波生成と伝播のシミュレーションを,主に集束点付近での幾何光学的影響による温度上昇や圧力生成について理論的見積もりを行い,超時短レーザによるパルス作用時間やその集束度による圧力生成への影響が大きいことがわかった.概要にも記載したとおり,本年度については,水中での時短レーザを用いたマイクロ衝撃波の生成と可視化として,マイクロ衝撃波を生成させ,シャドウグラフ光学系を組み,既設のPIV用ダブルパルスレーザを用いて,マイクロ衝撃波生成の観察を試行した.この結果,レーザ集束に関する光学系や可視化用光学系の調整は完了したものの,パルスレーザ装置の導入の遅れならびに機器不調により,圧力計測ならびに可視化が完了していない.特に,本課題の大きな目的の1つである超時短の影響を調べるためのフェムト秒レーザ機器については,納期が4か月遅れとなり,さらに導入後は,ビーム径の不調のため,レーザ集束点でのエネルギーの伝達率が上がらず,生成予定の衝撃波が生成されていない.しかしながら,気泡生成を伴わない衝撃波生成と伝播のシミュレーションを,主に集束点付近での幾何光学的影響による温度上昇や圧力生成について理論的見積もりを行い,幾何的集束度と光学系の衝撃波発生への影響およびパルス作用時間がフェムト秒まで変化したときに,作用時間が短い方が,衝撃波生成機構が変化することがわかった近年,衝撃波を血管や神経などの再生医療へ応用する分野が広がってきているが,本研究においては,3Dプリンターを利用した臓器作成機器の衝撃波による促進方法を念頭におき,気泡と再生すべき細胞を含んだマイクロカプセルで組織形状を作り,外部から衝撃波を作用させてカプセル内の細胞への物理的刺激と増殖後のカプセル破壊の2つのモードをもつ手法の開発を最終目的とする.本課題では,本システムの基礎的な機構解明のため,(1)局所的な衝撃波の発生が可能な時短レーザーを用いて集束によりマイクロ衝撃波を生成し,それぞれの圧力の伝播特性と圧力場を調べること,(2)カプセル膜近傍の気泡と衝撃波の干渉による“カプセル破壊"に至る現象を気泡変形挙動の可視化や圧力計測等によって明らかにして,衝撃波作用の最適化をすること,(3)1個および3D構造をもつ気泡内包カプセル体の衝撃波の伝播や減衰機構を調べること,を目的とする.まず,再生用母材のマイクロカプセルについては,細胞入り気泡内包マイクロカプセルの試作として,細胞を挿入することを考慮し大きさ(50μm)程度のマイクロカプセルを既存開発のゲル化物質用旋回流型カプセル生成器および,既存開発のマイクロマニュピレーションシステムを改良し,内部に液体とCO2ガスの混合液を封入し,基本部分となる気泡内包カプセル製作が完了している.また,外部圧力波を作用した時の気泡変形挙動の観察とその破壊のしきい値についての設計パラメータとその基礎的変形挙動のモード(破壊・振動など)が得られ.その変形挙動の理論的解析を行い実験との定性的一致を得た.一方の,パルスレーザ衝撃波については,平成27年度に引き続きレーザ機器不良のためビーム径が安定せず,期待されている集束エネルギー密度が低く想定している衝撃波の圧力が得られていない.

平成28年度においては,気泡の大きさと細胞やカプセルの膜の弾性率(物性値)による破膜への影響の観察として,平成27年度に引き続き,時短レーザによる衝撃波生成実験を行ったが,前年度からの再度レーザ機器不良のためビーム径が安定せず,そのため光学レンズによる集束が不十分となり,期待されているエネルギー密度に満たないため想定している衝撃波の圧力波形が得られていない.本年度においては, (1)局所的な衝撃波の発生が可能な時短レーザを用いて集束によりマイクロ衝撃波を生成し,それぞれの圧力の伝播特性と圧力場を調べること,を行った.これについては,レーザ機器不調のため平成28年度までに達成できていなかったマイクロ衝撃波生成のために,集光の光学システム系の再構築と修正を行った.高周波数まで圧力の測定ができるプラッターゲージを用いたが,集光領域の大きさが数μmと微小であり,集光部とセンサー受圧部面積とは直径比が50であることを前提に計測した.その結果,信号そのものは受圧できたが,この面積比による感度が低いため,計測を複数ショット作用させ平均して算出した.その結果,レーザ照射時の最大圧力は,非照射のものと比較して,集光部で0.2-0.3 MPa程度のものであることがわかった.この衝撃圧力の計測値は,代表者らのこれまでの研究成果から,再生する組織細胞を破壊するよりは小さく,刺激するには十分であることがわかった.今後,集光領域と同程度の微小ビーズを用いて運動を計測することで作用した力(圧力)の測定をおこなう.次に,(2)カプセル膜近傍の気泡と衝撃波の干渉による“カプセル破壊"に至る現象を気泡変形挙動の可視化や圧力計測等によって明らかにして,衝撃波作用の最適化をすること,については, (1)の圧力確認後,本来であれば膜近傍の気泡にこのマイクロ衝撃波を作用させて観察する予定であったが,可視化系を作成しカメラで撮影を行ったところ,高速現象ではあるものの集光点近傍で発光および気泡が発生していることが確認できた.この発光現象の色から波長を求めて確認したところ水素の波長であることがわかった,また,発光前後での撮影を行い,圧力発生が,キャビテーション気泡発生に伴うものではなく,プラズマによる水分解の気泡発生の可能性が高いことが示唆された.本研究課題では,フェムト秒パルスレーザーを用いて,水中集光の光学システム系の構築により圧力波の生成を得ることができた.集光領域の大きさが数μmと微小領域であるため,圧力センサーで得られた信号のS/N比がよくなく,計測の回数で平均したところ,最大圧力は,集光部で0.2-0.3 MPaであることがわかった.この値は,これまでの代表者らの研究成果から,再生する組織細胞を破壊するより小さく,刺激するには十分であり,再生システムとして利用可能であることが示唆された.また,光学的条件によっては,プラズマ発光を伴う水素気泡の発生が認められたため,衝撃波発生とともに新たな課題となった.フェムト秒レーザ機器(海外ファイバーレーザ製品)については,数値計算による結果を受け,集束度の影響を考慮しつつ衝撃波生成の圧力測定と可視化を,製造元で修理でき次第すみやかに遂行する.また,部分的に先行している数値計算での衝撃波発生機構のモデルを,これまでの衝撃波先生のプログラムに導入し,衝撃波伝播ならびに次年度の計画である膜による減衰機構を行う予定である.
ヒト胎児生物時計の個体発生過程に関する研究

本研究の目的は、胎児における諸種の生理機能を司る「生物時計」の個体発生過程について、ウルトラディアン・リズム/サーカディアン・リズムの出現する時期、および妊娠の進行にともなう推移、ならびに両リズムが関連してゆく過程を明らかにすることである。1)眼球運動に関わるウルトラディアン・リズムは、眼球運動期(妊娠29-30週)が、無眼球運動期(妊娠31-32週)より先行して発現すること、両期からなるリズムは妊娠37-38週に確立すること、これは当該現象に関与する生物時計が妊娠30週前後から機能を開始し、妊娠37週頃には成熟すること、2)急速眼球運動と緩速眼球運動の解析から、妊娠33週頃にはレム睡眠が出現してくること、3)規則的な口唇運動と無眼球運動期の同期性から、ノンレム睡眠は妊娠35週には発動してくること、4)胎児の陰茎勃起はレム睡眠期に有意に生起すること、5)瞳孔径の経時的な変化から、妊娠35週以降の胎児は瞳孔を散瞳・縮瞳させる機能を獲得していること、散瞳はレム睡眠期に有意に生じること、そしてこの時間帯は覚醒とみなせる状態であること、6)排尿とレム睡眠期開始とは、妊娠36週以前では互いに無関係に起こるが、妊娠36週以降になれば、両者は有意に同期するようになること、7)無脳症胎児を用いた心拍数変動の推移から、妊娠29週以前では延髄が、それ以降の妊娠期間では延髄を含めてそれより上位の中枢神経系が心拍数の制御に与っていることに加え、8)胃の運動様式には妊娠2729週までにactiveとquietの2つの状態が出現し、ウルトラディアン・リズムを刻むようになること、並びに9)妊娠末期の眼球運動の出現様式には1629時間の周期性が認められることが分かった。ヒト胎児における心拍数変動と眼球運動のウルトラディアンリズムの相互の機能的な連関を明らかにすることを目的に,心拍数変動のactive期・resting期と眼球運動期・無眼球運動期との,両者のウルトラディアンリズムの妊娠の進行に伴う位相同調を検討した.対象は,母親から研究への同意を得られた妊娠28-40週の正常胎児10例である.同一症例において観測期間を3群(I群:妊娠28-31週,II群:32-35週,III群:36-40週)に区分した.心拍数変動をドプラ探触子を用いて記録し,Timor-Tritschの基準に従ってactive期とresting期に分類した.同時に超音波電子スキャンを用いて水晶体が描写される胎児頭部の冠状断面を求め,水晶体を連続90分間観察し,ビデオテープに録画した.1分間を単位として全観察時間を眼球運動期と無眼球運動期に分類した.心拍数変動のactive期に眼球運動期が同期する割合とresting期に無眼球運動期が同期する割合を求めた.統計学的解析にはt-検定を用いた.

同一胎児においてactive期に眼球運動期が同期する割合は,I群:64.2±8.3%(平均±S.D.),II群:82.3±7.9%,III群:87.2±5.1%で,I群とII群およびIII群の間に有意差を認めた(p<0.05).一方,resting期に無眼球運動期が同期する割合は、I群:50.2±14.6%,II群:78.9±12.8%,III群:84.3±10.1%で、I群とII群およびIII群の間に有意差を認めた(p<0.05).以上のpreliminary studyの成績から,胎児心拍数変動のactive期・resting期と眼球運動期・無眼球運動期のウルトラディアンリズムを制御する中枢神経系機構は妊娠中期では互いに無関係であるが、妊娠末期では関連を有するようになることが示唆された.ヒト胎児における眼球運動期と無眼球運動期のウルトラディアンリズムの日内変動の存否を検討した.対象は,母親から研究の同意が得られた妊娠37-40週の正常胎児4例である.超音波電子スキャンを用いて水晶体が描写される胎児頭部の冠状断面を求めた.母親が食事および休息に要する時間を除き,連続24時間,水晶体の運動を観察しビデオテープに録画した.1分間毎に全観察時間を眼球運動の有無によって眼球運動期と無眼球運動期に分類した.1時間を単位として観察時間に対する眼球運動期の出現時間の割合(%time)を求めた.統計学的解析には一元配置分散分析法を用いた.1症例当たりのデータ欠損は114.9±30.5分(平均±SD)であった.1時間当たりの眼球運動期と無眼球運動期の出現時間の平均値は各々,35.5±12.3分,18.6±13.6分であった.眼球運動期の%timeは50.5100%の範囲に分布し,22:00から01:00の時間帯では他の時間帯に比して有意に高値であった(p<0.05).眼球運動期と無眼球運動期のウルトラディアンリズムの周期は一日を通して一定でないこと,22:00から01:00の時間帯で眼球運動期を出現させる機構の活動性が優位であることが明らかになった.前者は,ヒト胎児において眼球運動期と無眼球運動期を交代性に出現させる機構は妊娠37週には発現しているが,個々のウルトラディアンリズムの周期性は個体内で変動することを意味する.後者は,眼球運動を発生させる機構の発現には日内変動が存在することを示唆する.ヒト胎児の眼球運動にみられる眼球運動期と無眼球運動期の交代リズムは、レム睡眠・ノンレム睡眠の起源と考えられている。そこで、眼球の動きを連続的に観察し、眼球運動期・無眼球運動期を指標として、妊娠末期ヒト胎児のレム睡眠・ノンレム睡眠の出現における周期的変動、特に日内変動の存否についての検討を行った。対象は妊娠経過に異常の認められない妊娠末期ヒト胎児である。母体からインフォームドコンセントを得た後、データ採取を行った。観察時間は、16:00から翌日の16:00まで、食事時間や休息を除く連続24時間である。母体を側臥位とし、超音波電子スキャンを用いて片側眼球像をビデオテープに記録した。1分間を単位として、眼球運動が1回以上認められる場合を眼球運動期、認められない場合を無眼球運動期と定義した。ここで、眼球運動期を1、無眼球運動期を0とし、{1,0}に2値化された24時間時系列データを作成した。周期性の解析には、最大エントロピー法によるスペクトル解析を用いた。その結果、眼球運動期・無眼球運動期の出現様式には、4890分、712時間並びに1624時間周期にパワースペクトルのピークが検出された。1時間前後の周期は、すべての症例に認められたが、これより長い周期については検出されない症例も存在した。症例毎に、得られた周期からなる余弦関数を用いて最小二乗法による近似曲線を求めると、21:001:00に頂点位相が認められた。以上の成績から、長い周期が検出された症例に関しては、妊娠末期ヒト胎児のレム睡眠の出現に、21:001:00を頂点位相とする日内変動が認められた。このことは、胎児のレム睡眠・ノンレム睡眠には、従来から報告されている約1時間周期のウルトラディアンリズムに加えて長い周期の変動が重畳し、日内変動を生じていることを意味する。
電力システムの構造変化に対応した電圧・無効電力制御の調達と効果に関する研究

本研究では,(1)電力システムの構造変化と信頼性の低下,(2)電圧・無効電力制御の潜在能力の評価法が存在しないこと、(3)競争環境下における電圧・無効電力制御の計画法や調達法の不備、という現状に対して解を与えることを目的として研究を遂行した。研究成果は以下のようにまとめられる。想定故障に対して無効電力制御機器の制御動作を組み込んだシステム状態遷移モデルを構築し、多数の想定故障に対して指定した信頼度レベルを実現する設備計画手法を開発した。ここでは大停電を回避する最終手段は負荷遮断であることに着目し、想定故障毎に負荷遮断量および負荷遮断コストを算出し、指定した想定故障に対して供給信頼度を維持するための設備投資および制御実施を含めた全体コスト(年間コスト換算値)を最小化している。無効電力は平常時の送電損失の低減、想定故障に対する信頼性維持、送電可能容量の増加などに寄与するので、上記計画法に基づいて、無効電力価値の算出法を検討した結果、上記の無効電力の効用は、等価な有効電力の価値に置き換えることで、無効電力の実質的な価値として提示できることを示した。さらに無効電力供給の市場調達法に関して、英国の長期契約を前提とした入札方式をモデルとして、改良型市場調達モデルの検討も行った。本研究のアプローチは、従来にない大規模かつ非線形な混合整数計画問題として定式化されているため、計算のロバスト性や計算時間の観点から種々の検討を行い、計算アルゴリズムの効率化を図っている。また、上記の研究に関連して、無効電力機器を含めた制御器のロバストな設計法、停電事故の波及に甚大な影響を及ぼしたモーリレー不必要動作を回避するための効果的な系統制御法、自然エネルギー電源や分散電源を含む系統経済性・信頼性評価法、電力系統効率運用および監視技術についても成果が得られた。近年,市場原理の導入に伴い,基幹系統では設備投資の削減による系統の弱体化が露見しつつあり,配電系統では分散電源や新しいタイプの制御機器の導入が進むなど,電力システムは構造的に大きく変化している。本研究では,このような状況下で特に問題となっている点として,(1)電力システムの構造変化と信頼性の低下,(2)電圧・無効電力制御の潜在能力の向上と評価・計画における問題,(3)競争環境下における電圧・無効電力制御の調達に関する問題に対して解を与えることを目的とする。本年度は概略以下の成果が得られた。(1)無効電力の価値を評価するために系統構成,既存の無効電力制御機器の設置形態,負荷遮断などを考慮したシステムモデルを構築した。これは想定故障(n-1故障)に対して,供給信頼度を維持するためにリアルタイムで最適な制御を実施するモデルであり,最小コストの制御が選択され,状態遷移がシミュレーションされ,制御実施を含めた全体コスト(年間コスト換算値)が算出される。このとき(a)システムに設置している既存の制御機器による制御,(b)負荷遮断,(c)FACTSやSCを含む電圧無効電力機器の増設による制御,を対象に最適計算を実施し,無効電力価格を算出する。(2)無効電力供給の市場調達法を検討した。英国の長期契約を前提とした入札方式をモデルとして,上記(1)の成果も利用して,最適な市場調達モデルを作成して検討を行った。また,この入札モデルに基づく最適化問題の算出プログラムも試作した。現在これらの成果に基づいて引き続き検討を行っている。配電系統においては,次世代形の系統構成に対して検討を行った。種々の分散電源とそのコントローラ,電圧制御のための無効電力制御機器,およびその監視・制御端末を考慮し検討を行った。設備計画手法経済評価,電圧制御方式などを提案した。

近年,市場原理の導入に伴い,基幹系統では設備投資の削減による系統の弱体化が露見しつつあり,配電系統では分散電源や新しいタイプの制御機器の導入が進むなど,電カシステムは構造的に大きく変化している。ここでは、このような状況下で特に問題となっている点として,(1)電カシステムの構造変化と信頼性の低下,(2)電圧・無効電力制御の潜在能力の評価法が存在しないこと、(3)競争環境下における電圧・無効電力制御の計画法や調達法の不備、という現状に対して解を与えることを目的として研究を遂行した。本年度は以下の成果が得られた。大停電を回避する最終手段は負荷遮断であることに着目し、想定故障毎に負荷遮断量および負荷遮断コストを算出する手法を開発した。この負荷遮断コストを信頼度レベルを表す指標として用い、多数の想定故障に対して制御器の設置地点や制御性能を評価する準動的モデルを組み込み、指定した信頼度レベルを実現するために高速および低速無効電力制御機器の配置計画手法を開発した。さらにこの最適設置計画法に基づいて無効電力価値の算定法を提案した。無効電力は、平常時の送電損失の低減、想定故障に対する信頼性維持のための負荷遮断あるいは負荷制限量の削減、送電可能容量の増加などに寄与するため、各々の価格に対応させて算定すると、特に供給信頼度の維持に対して非常に高い価値があることが示された。また、上記の研究を実施した際の副次的な成果として風力等の変動電源に対する周波数変動の解析手法、発電機群の安定度解析法、制御器の特性解析法、インピーダンスリレー特牲解析、送電可能容量計算法などを開発した。
キラ-T細胞による免疫学的自家癌認識破壊機構

キラ-T細胞(CTL)による自家癌特異的破壊の分子レベルの解析は、癌免疫の究極の目的である。癌の免疫療法は特異的な免疫反応に基づかなければ,いかなる手段も一時的に終わり,永続性のない険性がある。今年度は自家癌特異的CTLクロ-ンと標的癌細胞のペアを新たに,HSTー2(胃癌),HOT(卵巣癌),PUN(原発不明),TOCー2(卵巣癌)の4つの系を確立し、この各々のペアにつき、細胞障害機構を解析した。今年度は更に、PCRを利用したTcell receptor(TCR)のVα,Vβgene usageの解析を行った。その結果,HSTー2系についてはCD3+、CD8+のCTLが自家癌選択的な細胞障害を示し、Vα7or Vα12、Vβ20のTCR usageが確認された。また、HSTー2をBrefeldinAで処理することにより、細胞障害活性は完全に消失した。現在,HSTー2のどのような抗原分子がMHCと会合しているのか研究している。この物質は、ヒト癌抗原の本質的分子であり、強い興味をもたせてくれるものである。また一方で、標的抗原に対する単クロ-ン抗体(mAb)を作製し、そのいくつかが、細胞障害を強く抑制した。これらは少なくとも1CAMー1やLFAー3などとは異なるものであった。ごく最近,MHCーgrooveの外側に存在する抗原の存在も明らかにされ、これらmAbにより認識される分子の本態が注目される。我々は昨年確立した別な胃癌の系SSTWのCTL TCRの解析も行った。その結果,Vα7orVα8,Vβ2orVβ6のusageが証明された。HSTー2も、SSTWも同じ印環細胞癌であるが,TCRαβのVregion usageは明らかに異なっていた。また,HOT系については,CD4ー,CD8のrδ型CTLが誘導された。しかも,heat shock proteinのあるファミリ-がこの障害に関っている可能性も得た。現在さらにより多くのペアの確立に努めている。これら各々の系のTCR usageの分析や癌抗原の本態を分析し,よりパワフルな免疫療法の基礎の確立を目指している。
越境する人口集団の持続的健康―中国海南省文昌市大宝村を中心とした拡がり―

本研究の目的は、中国海南省文昌市の村落に保管されている家系図の情報を利用して当地の人口の変化を復元し、東南アジア諸国に華僑として移住したことの意味を、人類生態学・人口学の立場から検討することである。具体的には、出生年、死亡年、および出稼ぎなどの理由によって転出した年の情報を使用して、1900年以降の人口推移を推計した。その結果、新中国成立以前にタイなどへの移住が多くあったこと、それに伴って1950年代中盤にかけて、人口が減少していることが明らかになった。その他の期間の人口は増加傾向にあり、1980年代の一人っ子政策導入による影響は特に見受けられなかった。本研究の目的は、中国海南省文昌市の村落に保管されている家系図の情報を利用し、東南アジア諸国に華僑として移住したことの意味を、当地の歴史的なイベント(第二次世界大戦、新中国成立など)との関連を念頭に置きながら、人類生態学の立場から検討することである。文昌市は東南アジアをはじめとした世界各地に華僑を多く輩出してきたことで知られている。平成26年度は過去150年の同村の人口数の推移を家系図情報をもとに推計することを主たる目的として研究を推進した。具体的に実施したのは、(1)対象村落を訪問し家系図情報を収集すること、(2)収集した家系図に記載されている情報を集計・分析しやすいようにデータベース化することの二点である。(1)については、対象村落に暮らす林、符、鄧、劉各氏を訪問し、家系図を記録した家譜の情報を記録させてもらった。予備調査のとおり、先祖の系譜を記載した家譜を保管している家庭が多く、対象村落のほぼすべての世帯の家系図情報を収集することが出来た。しかしながら、そのデータの質は、遡及可能な期間の違いや記載されている親族範囲の違いなどが存在するように見受けられるため、情報の妥当性の評価を現在も行なっている最中である。他にも出生年に比べ死亡年が明らかでない個人が多かったため聞き取りなどで出来る限りの対応をおこなったが、依然としてデータが不足している箇所が存在しているため、特別な対応が必要である。(2)に関しては家系図管理ソフトであるGenoProを使用して家系図情報を入力している。平成27年度は前年度に引き続き、当該村落の家系図情報に関するデータベースの拡充を目指した。平成26年度の研究実施状況報告書で述べた状況、すなわち、先方研究機関の都合により村落部での調査が許可されないという状況は平成27年度も変わらなかったため、家系図情報の不備を補うための聞き取り調査が進展しなかったが、すでに入手した調査データをもとに、存在しないデータの推測を行うためのルールの検討を行った。また、より詳細な分析を可能とするために、研究協力者が調査をしており、海南省文昌市と同じように歴史的に出稼ぎ労働者を輩出している中国福建省の農村部コミュニティを訪問し、海南省文昌市にあるような家系図データの収集を目指したが、当地ではそのようなデータが保管されているのを確認することができなかった。先方研究機関の都合により最近は村落部での調査が許可されず、家系図情報の不備を補うための聞き取り調査が進展しない。これに関してはさらなる情報を取得することを目指すのではなく、すでに入手したデータを用いて、推測する方法を工夫することで対応する予定である。本研究の目的は、中華人民共和国海南省文昌市の村落に保管されている家系図の情報を利用して当地の人口の変化を復元し、東南アジア諸国に華僑として移住したことの意味を、当地の歴史的なイベント(第二次世界大戦や新中国成立など)との関連を念頭に置きながら、人類生態学・人口学の立場から検討することである。平成28年度も前年度に引き続き、村落部での調査許可が共同研究機関から下りないという状況が変わらなかった。先方研究機関とは再三にわたり電話やメールで連絡を取り、調査許可に関する打診を行ったが、残念ながら状況は好転しなかった。また、最後まで研究許可取り消しに関する詳細な理由は明らかにされなかった。そこで本年度は、平成26年度までに収集した家系図情報の中で、追加の現地調査を行わなくてもある程度の人口推移の推測が出来る、一つの氏族(符氏)に焦点を当てて、研究を進めることにした。(符氏に関しては、現地における聞き取り調査によって作成した家系図情報のほか、符氏の一族が作成した家系図が存在する。)家系図の情報によって得られた出生年、死亡年、および婚姻や移動による出稼ぎの年から、1900年以降の人口推移を推計した。なお、家系図において詳細情報が明らかでない場合、兄弟の差異は3歳、親と第一子の差異は25歳、夫婦の差異は2歳(夫が年上とした)と、それぞれ仮定することとした。人口を復元した結果、1930年代後半から1950年代中盤にかけて、人口は減少傾向にあることが明らかになった。また、1910年ごろから新中国成立までの期間には、多くの人々がタイへ移住していた。上述の期間以外の人口はおおむね上昇傾向にあり、1980年代後半からの一人っ子政策導入による影響は特に見受けられなかった。

本研究の目的は、中国海南省文昌市の村落に保管されている家系図の情報を利用して当地の人口の変化を復元し、東南アジア諸国に華僑として移住したことの意味を、人類生態学・人口学の立場から検討することである。具体的には、出生年、死亡年、および出稼ぎなどの理由によって転出した年の情報を使用して、1900年以降の人口推移を推計した。その結果、新中国成立以前にタイなどへの移住が多くあったこと、それに伴って1950年代中盤にかけて、人口が減少していることが明らかになった。その他の期間の人口は増加傾向にあり、1980年代の一人っ子政策導入による影響は特に見受けられなかった。先方研究機関の都合により最近は村落部での調査が許可されない。そのため、家系図情報の不備を補うための聞き取り調査が進展しない。これに関しては分析方法を工夫することで対応する予定である。過去150年間の海南省文昌士農村部における人口の推移を明らかにするデータベースを完成させる。さらに、そうした人口推移に歴史的なイベント(日本軍の侵攻、文化大革命、改革開放経済の導入、一人っ子政策との導入)が及ぼした影響について学術論文にまとめる。人類生態学データ整理を完了させ次第、過去150年間の人口推移を明らかにする。さらにそうした人口推移が出稼ぎや歴史的なイベント(日本軍の侵攻、文化大革命、改革開放経済の導入、一人っ子政策との導入)とどのような関連があるのか検討する。現地調査許可が下りなかったため、中国海南省への出張計画に変更が生まれたため。最終年度に中国海南省への出張を行うか、もしかなわない場合には、海南省の出稼ぎに関する書籍の購入に充てる。
前立腺におけるATPを介した細胞間情報伝達機構(細胞間クロストーク)の研究

本研究では、ラット前立腺交感神経伝達におけるプリン受容体の関与について検討を行い、以下のような知見を得た。1)ラット前立腺交感神経終末部にはノルアドレナリン(NA)遊離を抑制的に調節する2種類のプリン受容体(P1および新規P?)が存在することを明らかにした。2)高頻度の交感神経刺激により遊離された大量のNAが奏効器細胞のα_1受容体を介して、NAの100倍近いプリン化合物を遊離することを明らかにした。3)奏効器のα_1受容体刺激により遊離されたプリン化合物が、交感神経終末部プリン受容体(P1およびP?)に作用してNA遊離を抑制することを明らかにした。4)交感神経終末部プリン受容体刺激によるNA遊離の抑制が、前立腺平滑筋の緊張度上昇の軽減に寄与していることを明らかにした。5)以上の結果から、交感神経が高頻度で興奮した状態では、遊離された過剰のNAは前立腺平滑筋の過緊張を惹起するとともに、奏効器細胞から大量のプリン化合物を遊離させてNA遊離を抑制し、過剰な収縮を緩解させている可能性が推察される。神経に対する調節、即ち神経伝達物質の遊離調節は伝達物質自身によるfeed back inhibitionが一般的であり、交感神経の場合はNAによる終末部α_2受容体刺激による遊離抑制がよく知られている。しかしながら、本研究では奏効器細胞から遊離されたプリン化合物が神経終末部プリン受容体を刺激して神経伝達を調節するという、逆行性伝達による調節機構の存在が明らかにされた。即ち、プリン化合物による新しい調節機構、purinergic trans-synaptic inhibitionがラット前立腺において機能しており、プリン化合物を介した細胞間クロストーク機構が存在することが示された。今年度は、ラット前立腺交感神経終末部におけるシナプス前プリン受容体の薬理学的性質について,HPLC電気化学検出器を用いて,以下の点を明らかにした。2.P1受容体作動薬の中でも特にA1サブタイプに親和性が高いCPA(0.00110mM)及びP2受容体作動薬の2-mSATP(0.01100mM)は共に濃度依存的にノルアドレナリン(NA)の遊離を抑制し、その50%抑制濃度(IC50)はそれぞれ9.6±1.8nM(n=12)及び1.4±0.3mM(n=11)であった。CPA及び2-mSATPのNA遊離抑制作用は共に、P1受容体拮抗薬のDPCPXにより拮抗された。3.CPA及び2-mSATPのNA遊離抑制作用に対し、P2受容体拮抗薬のPPADSは何ら影響を示さなかった。一方、同じくP2受容体拮抗薬であるSuraminは、CPAのNA遊離抑制作用には影響せず、2-mSATPのNA遊離抑制作用を減弱させた。以上の結果より、ラット前立腺交感神経終末部にはノルアドレナリンの遊離を抑制性に調節するプリン受容体が存在することが明らかとなった。その受容体としてはP1受容体のA1サブタイプと、DPCPXとsuraminに拮抗されPPADSに非感受性の新しいタイプのプリン受容体が示唆された。

3)奏効器のα_1受容体刺激により遊離されたプリン化合物が、交感神経終末部プリン受容体(P1およびP?)に作用してNA遊離を抑制することを明らかにした。4)交感神経終末部プリン受容体刺激によるNA遊離の抑制が、前立腺平滑筋の緊張度上昇の軽減に寄与していることを明らかにした。5)以上の結果から、交感神経が高頻度で興奮した状態では、遊離された過剰のNAは前立腺平滑筋の過緊張を惹起するとともに、奏効器細胞から大量のプリン化合物を遊離させてNA遊離を抑制し、過剰な収縮を緩解させている可能性が推察される。神経に対する調節、即ち神経伝達物質の遊離調節は伝達物質自身によるfeed back inhibitionが一般的であり、交感神経の場合はNAによる終末部α_2受容体刺激による遊離抑制がよく知られている。しかしながら、本研究では奏効器細胞から遊離されたプリン化合物が神経終末部プリン受容体を刺激して神経伝達を調節するという、逆行性伝達による調節機構の存在が明らかにされた。即ち、プリン化合物による新しい調節機構、Purinergic trans-synaptic inhibitionがラット前立腺において機能しており、プリン化合物を介した細胞間クロストーク機構が存在することが示された。
一酸化窒素(NO)および不活性ガス吸入時の呼吸・循環反応

気道・肺にはirritant receptors、stretch receptors、J-receptorsなどさまざまな刺激に反応する受容体が存在し、それらの受容体からのインプットは自律神経系の介して呼吸・循環動態に影響を与える。麻酔ガスを含めてさまざまなガスの吸入は気道・肺の受容体を直接刺激し、呼吸・循環に瞬時的な影響する。本研究ではまず、1)麻酔下の動物(イヌ)を用いて、最近重症な心・肺疾患を持つ患者の治療として吸入され始めたNOの動脈圧受容体反射に及ぼす影響を観察し、NO(5、50ppm)の吸入は、ニトログリセリンによる降圧試験、フェニレフリンによる昇圧試験で検討した圧受容体反射に影響しない。低酸素誘発の肺血管収縮反応を抑止しする。2)麻酔下の成人(研究に対する同意の得られた)では、上気道、気管、左右の気管支の麻酔(4%リドカインの噴霧)によって、irritant receptorsへの機械的な刺激、stretch receptorsへの肺加圧刺激による循環系の反応、心拍数増加・減少・血圧の上昇・低下が抑制ないし抑止される。3)麻酔下の成人(研究に対して同意の得られた)では、自律神経機能に強く影響するα2-アドレナリン受容体アゴニストであるクロニジンの存在は、α1-アドレナリン受容体アゴニストであるフェニレフリンの血管(昇圧)反応、またβ1-アドレナリン受容体アゴニストであるイソプロテレノールの心臓作用(心拍増加反応)をいずれも増強させる。4)局所麻酔薬ブピバカイン、ロピバカインの全身投与は、高濃度で動脈圧受容体反射を抑制し、この抑制はPaCO2の低下で部分的に拮抗される。などの結果を得て、ガス吸入や気道への麻酔は、気道の受容体や圧受容体を介して呼吸・循環反応に複雑に影響していることが示唆された。平成6年度は、NOを測定する機器の購入が遅れたので、現在までは、他の不活性ガス(タバコの煙)吸入およびニコチン投与による循環反応、特に脳の微小血管の反応性をラットにcranial windowを作成し顕微鏡下に観察し、あわせてNOS合成阻害(L-NAME)投与下の影響を観察している。タバコの煙の吸入は、直ちに動脈圧の著明な上昇と脳血管の一過性の拡張に続く著明な収縮をきたし、この効果はタバコのニコチンの量(1mg、0.1mg)の量に依存した。ニコチンの静脈内投与も、その投与量に応じた収縮をきたしたが、一過性の拡張は観察されなかった。これらの結果を1994年度日本循環代謝学会にて発表した。NOの測定が可能になった後は、臨床での重症患者の血漿中のNO compoundsを測定し、肺高血圧を呈した患者では著明に上昇していることを見い出した(1995年日本集中治療医学にて報告)。予測した通り、NO吸入による臓器(脳)血管反応は急速に現われることが明らかとなったので、反射性の呼吸循環反応は瞬時的なものなので、その観察には、リアルタイムのレコダ-と全てのデータをテープレコーダーとビデオシステムに保管し後の計測に備える必要があり、現在準備している。

本研究ではまず、1)麻酔下の動物(イヌ)を用いて、最近重症な心・肺疾患を持つ患者の治療として吸入され始めたNOの動脈圧受容体反射に及ぼす影響を観察し、NO(5、50ppm)の吸入は、ニトログリセリンによる降圧試験、フェニレフリンによる昇圧試験で検討した圧受容体反射に影響しない。低酸素誘発の肺血管収縮反応を抑止しする。2)麻酔下の成人(研究に対する同意の得られた)では、上気道、気管、左右の気管支の麻酔(4%リドカインの噴霧)によって、irritant receptorsへの機械的な刺激、stretch receptorsへの肺加圧刺激による循環系の反応、心拍数増加・減少、血圧の上昇・低下が抑制ないし抑止される。3)麻酔下の成人(研究に対して同意の得られた)では、自律神経機能に強く影響するα2-アドレナリン受容体アゴニストであるクロニジンの存在は、α1-アドレナリン受容体アゴニストであるフェニレフリンの血管(昇圧)反応、またβ1-アドレナリン受容体アゴニストであるイソプロテレノールの心臓作用(心拍増加反応)をいずれも増強させる。4)局所麻酔薬ブピバカイン、ロピバカインの全身投与は、高濃度で動脈圧受容体反射を抑制し、この抑制はPaCO2の低下で部分的に拮抗される。などの結果を得て、ガス吸入や気道への麻酔は、気道の受容体や圧受容体を介して呼吸・循環反応に複雑に影響していることが示唆された。
"GPCR in the gut"ーイメージング技術の開発と腸内細菌との相互作用

1000種類を超える細菌が「内なる外」である消化管内に存在し、宿主のさまざまな生理機能を調節する。特定の生理機能を特定の細菌が調節すると近年指摘されているが、その特異性発揮メカニズムはまだその大半が未解明の状態にある。Gタンパク質共役受容体(G protein-coupled receptors:GPCR)は宿主の外部環境を認識しうる受容体である。消化管にはリガンド未知のGPCRが数多く発現しており、その機能解明とin vivo活性化検出法の確立が待たれている。本研究計画では、消化管に発現するGPCRが腸内細菌由来の分子を認識する可能性を検証する。
仏教美術における供養者像-北魏から初唐にかけての図像的変化を中心に-

中国の北魏から唐代に至る供養者の図像的変化を検討してみると、北朝の供養者像は、供養者たちが教化・指導僧を伴って参列する様をあらわした立像形式のものが主流をなしていたが、初唐になると供養者自らが仏前で跪き、自ら柄香炉などの供物を手に執り、または合掌して本尊に祈りを捧げる姿で表現されたものが多くなる。この北朝から初唐にかけての供養者像の変化は、単に図像的な問題ではなく、供養者像に肖像としての性格がある以上、それは供養者(信徒)たちの内的・心情的変化の問題としても捉えるべきであろう。本年度は、初唐以降に供養者の図像が大きく変化し、供養者自らが手に供物を執り「跪く」姿勢で表現されるようになった理由について検討した。その理由としてはまず第一に、他の仏教造像と同様、インドなど西方からの影響が中国に広く及んだ可能性が考えられた。ただし、中国には初唐以前からたびたび西方の影響が及んでいたことを踏まえれば、西方からの影響のほかに、別の理由があったものと思われる。そこで考えられる第二の理由は、一般の信徒たちの信仰による内面的変化である。すなわち唐代の信徒たちは慈悲救済の性格の強い仏菩薩にすがり、自らが救われんがために直接仏と向き合うようになったと考えられ、彼ら信徒たちが行う供養法(仏との関わり方)が北朝の僧尼主導型から唐代の個人礼拝型へと変容していったものと推測される。こうした唐代の信徒たちの内面的な変化があってはじめて、自らの肖像たる供養者像に、西方由来の跪いて祈る姿の図像を採用するようになったのではないかと考えられた。本研究は、中国の北魏から初唐に至るまでに`供養者像の姿'が劇的に変化したことに着目し、この変化が具体的にいつの時点で生じたのかを図像学的に解明するとともに、その歴史的背景を文献史学の視点から明らかにしようとするものである。本年度は中国の龍門石窟の北魏から唐代の供養者像を中心に、供養者の図像について検討を行った。その結果、北朝の作例では、柄香炉を持った僧尼を先頭にして、その後ろに俗形の供養者たちが参列する図(立像形式)が極めて多く、これが北朝でもっとも盛行した供養者像であった。しかし唐代になると、北朝の供養者像に顕著だった僧尼の姿が消え、俗人供養者のみで構成された供養者像が増加する。しかも彼ら俗人たちは本尊の前に積極的に跪き(坐像形式)、自ら柄香炉などの供物を手に執り、または合掌して本尊に祈りを捧げる姿で表現されるようになる。つまり唐代に流行した供養者像は、インド由来の「脆く」姿勢の供養者像だったのである。柄香炉とは、主に"祈願"する時に使用する供養の具である。北朝の作例では「僧尼」が柄香炉を持っているが、唐代の作例では「俗人供養者」が柄香炉を持っていることが多い。この柄香炉の持ち手の変化は、供養の際の「祈り手」の変化を意味しており、つまり唐代の俗人たちは、北朝の頃のように僧尼を必要とせずとも、本尊の前で自ら供養し、祈願を行うようになつたと考えられる。以上、北朝から唐代にかけて供養者の図像は、僧尼を先頭に俗人供養者たちが参列する「立像」形式のものから、俗人供養者たちが自ら跪く「坐像」形式へと大きく変化していった。その変化の生じた時期については地域差がみられ、南響堂山石窟では北斉から階代に、すでに脆く供養者像が流行し始めていた。しかし中国で脆く供養者像が広く流行するのは初唐代からで、この理由については来年度以降も引き続き調査していく予定である。

こうした唐代の信徒たちの内面的な変化があってはじめて、自らの肖像たる供養者像に、西方由来の跪いて祈る姿の図像を採用するようになったのではないかと考えられた。
プロバイオテックスによる歯周病・口臭予防に関する基礎的検討

本研究課題のおける実験室レベルでの研究において、歯周病原菌とされるPorphyromonas gingivalisは、乳酸菌との混合培養によって生育抑制されたが、歯周病菌に対して培養液中のpHが原因になっていることが推測される。しかし、実際の口腔内では乳酸が歯周ポケット内のpHをコントロールしているとは考えにくい。そこで、プラーク抑制という間接的効果の検討を行うためのモデル作製として、Streptococcus mutans(S.mutans)MT8148,OMZ175、Streptococcus sobrinus(S.sobrinus)6715,33478L.casei IAM12473株Streptococcus mitis(S.mitis)6249、Enterococcus faecalis(E.faecalis)BIO3Bを使用菌株とした。S.mutansとS.sobrinusをS.mitis、E.faecalis、L.caseiと各比率により混合培養を行った。またS.mutans、S.sobrinusの不溶性グルカン(WIG)合成能をフェノール硫酸法にて検討した。混合培養した結果、菌株や培養比率が異なっても生育抑制は認めなかった。しかし、S.mitisと混合培養したS.mutansとS.sobrinusのWIG合成量に抑制は認めなかったがE.faecalisとL.caseiとの混合培養によりWIG合成量は抑制された。また、E.faecalisとの混合培養によってS.mutansのコロニー形成が抑制された。以上の結果から、プロバイオッテクスによる疾患抑制効果として、病原菌の生育抑制よりもビルレンスに関する因子の抑制効果が大きいものと推測される。本研究課題のおける実験室レベルでの研究において、歯周病菌とされるPorphyromonas gigivalisが乳酸菌との混合培養によってその増殖が抑制されるという結果が得られた。しかし、一般的に嫌気性菌は低いPHでは生息することが難しく、また乳酸菌を培養した場合、培養液のPHが下がることが知られている。そのため、この結果は乳酸菌によるQuorum Sensing等の生物学的なメカニズムによるものであるかはさらなる検討が必要である。また乳酸菌とう蝕の原因菌であるmutans streptococciを混合培養した場合、mutans streptococciのGrowthは抑制されないものの、mutans streptococciのバイオフィルム合成が抑制された。この結果から、歯周病に対する乳酸菌の効果として、歯周病菌の生育抑制という直接効果に加えて、プラーク抑制という間接効果も考慮に入れる必要性があることが示唆された。臨床サンプルを使用した実験では、舌苔サンプルからPCRによりActinobacillus actino mycetemcomitans, Porphyromonas gingivalisはほとんど検出されなかったが、Fusobacteriumは多くの対象者から検出され、現在口臭の測定値との関連性を検討している。疫学調査の結果からう蝕の罹患に対してmutans streptococciと乳酸桿菌はともにう蝕のリスク因子であるが、その相乗効果はないことが明らかとなった。この結果は、歯周病や口臭の予防に乳酸菌を使用した場合、根面う蝕の発症のリスクがあることに対する基礎資料となるものである。そこで、プラーク抑制という間接的効果の検討を行うためのモデル作製として、Streptococcus mutans(S.mutans)MT8148,OMZ175、Streptococcus sobrinus(S.sobrinus)6715,33478L.caseiIAM12473株Streptococcus mitis(S.mitis)

6249、Enterococcus faecalis(E.faecalis)BIO3Bを使用菌株とした。S.mutansとS.sobrinusをS.mitis、E.faecalis、L.caseiと各比率により混合培養を行った。またS.mutans、S.sobrinusの不溶性グルカン(WIG)合成能をフェノール硫酸法にて検討した。混合培養した結果、菌株や培養比率が異なっても生育抑制は認めなかった。しかし、S.mitisと混合培養したS.mutansとS.sobrinusのWIG合成量に抑制は認めなかったがE.faecalisとL.caseiとの混合培養によりWIG合成量は抑制された。さらに、このような不溶性グルカン合成を抑制するメカニズム解明のため、これらの菌の遺伝子ライブラリーからその候補遺伝子を探索している。以上の結果から、プロバイオッテクスによる疾患抑制効果として、病原菌の生育抑制よりもビルレンスに関する因子の抑制効果が大きいものと推測される。
既燃ガス希釈雰囲気における圧縮自着火拡散燃焼の機構解析とモデリング

予混合圧縮自着火燃焼過程の機構を既燃ガス希釈の条件を念頭において理論モデルを構築し,数値シミュレーションによって解析した.本モデルの特徴は,乱流混合と自着火反応が同程度の速さで進むために相互干渉すると捉え,空間平均形輸送方程式と自着火反応機構を組み合わせ,擬似乱流場として時々刻々空間的に乱れ変動する混合気濃度・温度を解くことを可能とした点にある.予混合圧縮自着火燃焼の特徴である低い総括当量比あるいは既燃ガス希釈条件のもとで体積全体で緩やかに自着火燃焼する特性を再現するとともに,その特性を支配する因子として混合気濃度・温度の不均一分布と既燃ガス希釈が同程度の寄与をしていることを明らかにした.実験解析においては,予混合気形成法としての燃料噴射における乱流濃度拡散機構を明らかにするための基礎実験を行った.空気噴流にシード粒子を混入しYAGレーザ照射による散乱光の二次元画像から,濃度拡散過程の空間積分スケールを解析することができた.LIF法によっても同様の実験解析を行い,ほとんど同じ空間積分スケールが得られる事を示した.噴流の中心軸上の濃度空間積分スケールはノズル出口直後を除いて下流に向かうにつれ減少することを明らかにした.この傾向は定常,非定常いずれの噴流についても同じであった.一方,熱線流速計で得られた変動流速の空間積分スケールはノズル出口直後を除き下流に向かうにつれ増加する傾向があり,濃度拡散と反対の傾向であることがわかった.この結果をもとに,輸送方程式にもとづいて考察し,濃度は運動量に比べて乱流拡散が遅れることを説明することができた.この考察結果は,燃料噴射により短時間で燃料を十分に拡散させるには,運動量拡散が進んだ時点で再び新たな運動量乱れ生成を付加する必要のあることを示唆する.予混合圧縮自着火燃焼過程の機構を既燃ガス希釈の条件を念頭において理論モデルを構築し,数値シミュレーションによって解析した.本モデルの特徴は,乱流混合と自着火反応が同程度の速さで進むために相互干渉すると捉え,空間平均形輸送方程式と自着火反応機構を組み合わせ,擬似乱流場として時々刻々空間的に乱れ変動する混合気濃度・温度を解くことを可能とした点にある.予混合圧縮自着火燃焼の特徴である低い総括当量比あるいは既燃ガス希釈条件のもとで体積全体で緩やかに自着火燃焼する特性を再現するとともに,その特性を支配する因子として混合気濃度・温度の不均一分布と既燃ガス希釈が同程度の寄与をしていることを明らかにした.実験解析においては,予混合気形成法としての燃料噴射における乱流濃度拡散機構を明らかにするための基礎実験を行った.空気噴流にシード粒子を混入しYAGレーザ照射による散乱光の二次元画像から,濃度拡散過程の空間積分スケールを解析することができた.LIF法によっても同様の実験解析を行い,ほとんど同じ空間積分スケールが得られる事を示した.噴流の中心軸上の濃度空間積分スケールはノズル出口直後を除いて下流に向かうにつれ減少することを明らかにした.この傾向は定常,非定常いずれの噴流についても同じであった.一方,熱線流速計で得られた変動流速の空間積分スケールはノズル出口直後を除き下流に向かうにつれ増加する傾向があり,濃度拡散と反対の傾向であることがわかった.この結果をもとに,輸送方程式にもとづいて考察し,濃度は運動量に比べて乱流拡散が遅れることを説明することができた.この考察結果は,燃料噴射により短時間で燃料を十分に拡散させるには,運動量拡散が進んだ時点で再び新たな運動量乱れ生成を付加する必要のあることを示唆する.燃料が乱流拡散し圧縮自着火する過程を数値計算モデルで解析する方法として,当初計画していたCMC法と確率過程論モデルの組合わせよりもLarge Eddy Simulation(LES)が両者を兼ねるばかりでなく,少ないサブモデルで記述でき,かつ直接的に現象を表現できることがわかった.本年度はLESの定式化と自着火反応モデルの結合ならびに計算プログラムの作成を行い,既燃ガスのない状態で予備計算を行った.反応機構が比較的よく知られているオクタンについての計算結果によれば,種々の温度,濃度を持つ乱流混合塊が時間差をもって次々に自着火する様子を再現できることがわかった.さらにガス塊の壁面衝突により温度むらの大きくなることがわかった.このようなガス塊の大きさは実際にどのような乱流特性値に関わっているかを知ることはLESにおいて必要にして十分な数値格子寸法を選ぶのに重要である.そのために購入機器である3倍高調波発生システムを現有のYAGレーザに組み込み,,ジェット噴流にジアセチルを蛍光物質として混入し,乱流中で拡散する濃度を10μm程度の分解能をもって画像解析した.濃度画像を二次微分して濃度変化の境界抽出を行い,二次元フーリエ変換によりスペクトル解析をした結果,乱れの積分スケールにほぼ近い大きさ以上の濃度塊が主な成分でそれ以下の大きさの濃度塊はかなり小さいことがわかった.したがって,LESにおいて濃度に関する限り積分スケール程度を表現できる空間分解能があればよい.以上の研究結果から,次年度に研究の目的を達成できる見通しを得た.予混合圧縮自着火燃焼の特徴は,低い総括当量比において燃焼室容積内で全体として着火・燃焼しているように見えながら熱発生過程が穏やかで,総括当量比が高くなると急激な熱発生により衝撃的な着火・燃焼に至る,という点にある.衝撃的な燃焼を抑制する機構を解明すれば窒素酸化物およびすすの排出のきわめて少ない低公害燃焼法として成立する.

本研究では燃料噴射後の濃度,温度の乱流拡散過程で自着火反応する過程の解析を通して,穏やかな熱発生の成り立つ条件を解明した.理論モデルではLarge Eddy Simulationに基づく手法と低温酸化の動力学反応モデルを組み合わせ,擬似乱流の場における自着火・燃焼を数値的に解析した.その結果,濃度・温度のランダムな分布が穏やかな熱発生率経過をもたらすこと,濃度よりも温度の分布がより重要であること,既燃ガスの希釈はさらに熱発生率を穏やかにすること,を明らかにした.また,壁面にガス塊がランダムに触れて冷却されることによる温度むらの生成も寄与することがわかった.さらに,圧縮開始温度条件や圧縮比により,自着火が低温酸化反応における負の温度係数領域で進行すれば壁面近傍から最初の自着火が起こることを見い出した.実験解析ではジェット噴流の乱流拡散過程を対象としてYAGレーザによる二次元濃度瞬間画像を得ることにより,濃度相関を求め,濃度の積分スケールを算出した.その結果乱流混合が進むにつれ濃度積分スケールは小さくなることを見いだした.このことは燃料噴射時期と自着火時期の時間間隔を変えて濃度むらを制御できる可能性を示唆するとともに,この実験解析法により濃度の大小にかかわらず,乱流拡散の進行を判定できる長所のあることがわかった.