hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
接合界面の中間層効果による界面端特異場の消失・低減を用いた異材設計手法の開発

本研究では,中間層を介して接合された異種接合材料について,自由縁特異応力場に中間層の存在が及ぼす影響および中間層挿入による自由縁応力特異性の低減・消失の効果について検討を行う.今年度は解析対象として,直交異方性材料を接着剤で接合したモデルを想定し,中間層は界面端特異応力場へ与える影響,特に特異性の消失に着目して検討を行った.(1)直接接合すると自由縁応力特異性が生じる直交異方性材料の組合せに対して,中間層としてはさむ材料を選択することにより,両方の接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることが明らかとなった.特異性の指数の理論値による検討を行い,特異性を消失させる中間層の材料定数を探索し,境界要素法を用いた界面上の応力分布の数値解析によって特異性が消失することを確認した.また,境界要素解析結果から得られた特異性の指数は理論値によく一致した.(2)中間層厚さが小さい場合,界面端から中間層厚さ程度離れると,界面上の応力分布は中間層をはさまない場合の応力分布とほぼ等しくなる.すなわち,中間層が応力分布に与える影響は界面端から中間層厚さ程度の範囲内に限られることがわかった.また,界面端近傍の応力分布は適当な基準化を施すことにより中間層厚さにかかわらず一つの曲線で表すことが可能であることが明らかとなった.以上の結果から,直交異方性材料を用いた異種接合材料に対しても,中間層として適当な材料を選択し,接合界面にはさむことによって接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることを明らかにした.この結果を用いることにより,中間層をはさむことで界面端特異応力場を消失・低減させ,接合強度を向上させることが可能であると考えられる.本研究では,中間層を介して接合された異種接合材料について,自由縁特異応力場に中間層の存在が及ぼす影響および中間層挿入による自由縁応力特異性の低減・消失の効果について検討を行う.平成17年度は,直交異方性を持つ材料からなる異種接合材料を対象として,その接合界面に中間層が存在する場合に,その中間層が接合界面端に生じる自由縁応力特異性に与える影響について境界要素法を用いた数値的検討を行い,以下のような研究成果を得た.(1)中間層厚さが小さい場合,界面端から中間層厚さ程度離れると,界面上の応力分布は中間層をはさまない場合の応力分布とほぼ等しくなる.すなわち,等方性材料を用いた異種接合材料の場合と同様に,中間層が応力分布に与える影響は界面端から中間層厚さ程度の範囲内に限られることがわかった.また,界面端近傍の応力分布は適当な基準化を施すことにより中間層厚さにかかわらず一つの曲線で表すことが可能であることが明らかとなった.(2)直接接合すると自由縁応力特異性が生じる材料の組合せに対して,中間層としてはさむ材料を選択することにより,片方あるいは両方の接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることが明らかとなった.以上のことを用いると,異方性材料からなる異種接合材料についても,ある中間層厚さに対する界面上の応力分布を求めることができれば,他の中間層厚さに対する接合界面上の応力分布を推定することが可能であると考えられる.また異種接合材の強度上問題となる自由縁応力特性を,適当な材料を中間層として挟むことにより,低減あるいは消失させる二とが可能であると考えられる.本研究では,中間層を介して接合された異種接合材料について,自由縁特異応力場に中間層の存在が及ぼす影響および中間層挿入による自由縁応力特異性の低減・消失の効果について検討を行う.今年度は解析対象として,直交異方性材料を接着剤で接合したモデルを想定し,中間層は界面端特異応力場へ与える影響,特に特異性の消失に着目して検討を行った.(1)直接接合すると自由縁応力特異性が生じる直交異方性材料の組合せに対して,中間層としてはさむ材料を選択することにより,両方の接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることが明らかとなった.特異性の指数の理論値による検討を行い,特異性を消失させる中間層の材料定数を探索し,境界要素法を用いた界面上の応力分布の数値解析によって特異性が消失することを確認した.また,境界要素解析結果から得られた特異性の指数は理論値によく一致した.(2)中間層厚さが小さい場合,界面端から中間層厚さ程度離れると,界面上の応力分布は中間層をはさまない場合の応力分布とほぼ等しくなる.すなわち,中間層が応力分布に与える影響は界面端から中間層厚さ程度の範囲内に限られることがわかった.また,界面端近傍の応力分布は適当な基準化を施すことにより中間層厚さにかかわらず一つの曲線で表すことが可能であることが明らかとなった.以上の結果から,直交異方性材料を用いた異種接合材料に対しても,中間層として適当な材料を選択し,接合界面にはさむことによって接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることを明らかにした.この結果を用いることにより,中間層をはさむことで界面端特異応力場を消失・低減させ,接合強度を向上させることが可能であると考えられる.
植物の環境ストレス応答における生体膜マイクロドメインの構築と機能

細胞膜は、植物細胞が外界からのシグナルを受容し、細胞内の応答を誘引する初動の場である。脂質二重膜で構成される細胞膜上には受容体、キナーゼ、イオンチャネル等、様々なタンパク質が存在するが、それらは膜上に均一に配置されているのではなく、スフィンゴ脂質とステロールを主要構成成分とする「脂質ラフト」と呼ばれるマイクロドメインに局在し、シグナル伝達の場を構成していることがわかってきた。植物細胞膜マイクロドメインの構造と環境ストレス応答における役割を理解することを目的として研究を行った。本年度は、スフィンゴ脂質を構成する長鎖塩基(LCB)の不飽和化とアルミニウム耐性に関する研究を中心に進めた。SLDはLCBのΔ8位を不飽和化する酵素であり、その高発現により、シロイヌナズナや出芽酵母のアルミニウム耐性を高めることが報告されている。植物種によりSLDの生化学的特製が異なることが示され、イネのSLDはcis型を多く入れる特長を持ち、シロイヌナズナのSLDはtrans型を多く形成する活性を持つことがわかった。この2種類のSLDをイネに高発現させ、脂質分析およびアルミニウム耐性を調べている。ここまでの結果として、得られた高発現系統を選抜し、発現量とLCB組成の解析を行った。その結果、イネのSLDを高発現した系統では、イネ特有の高いcis/trans比を保ちつつ、コントロールに比べて不飽和度が増加した。一方、シロイヌナズナのSLDを高発現させたイネ系統では、cis/trans比の逆転と著しい不飽和度の増加が見られた。根を用いたアルミニウム感受性試験の結果、シロイヌナズナのSLDを導入している系統で根の伸長がコントロールよりも抑制されるという結果を得た。性質の異なるシロイヌナズナ由来のSLDおよびイネ由来のSLDを導入したイネ系統が作出済みとなっており、発現量の確認とLCB組成の定量も終了している。また、現在、DES(LCBΔ4位)の不飽和化酵素をコードする遺伝子にも注目しており、Crispr/Cas9システムを用いたゲノム編集により、変異を導入する実験も順調に進んでいる。これらの遺伝子改変系統を用いた解析により、LCBのΔ4位とΔ8位不飽和化の生理的意義の相違についても迫ることが可能となった。また、これらの系統におけるストレス応答遺伝子の発現量を比較することにより、スフィンゴ脂質が支える細胞膜マイクロドメインの生理機能についても解析が可能となっている。ここまでで確立することができたイネ系統を引き続き主要研究対象として、解析を進める。これに加えて、イネの解析には時間がかかることを考慮し、シロイヌナズナの同様の系統の作出についても進める。SLDに関するデータはとりまとめ、学会発表を行うとともに、学術論文執筆に向けたデータ整理も進める。
白血病におけるＷＴ１遺伝子のがん遺伝子機能解析とＷＴ１分子標的療法の開発

WT1遺伝子は様々な腫瘍の発生・悪性化に関与する。本課題ではWT1の新たな癌遺伝子機能としてDNA損傷修復促進と代謝調節の二つを明らかにした。まず、WT1のWTC isoformは遺伝子組換え(HR)因子のRad51D、XRCC2、およびRad54の発現を上昇させDNA損傷修復の主要経路HRを促進することで、腫瘍の抗癌剤抵抗性をもたらした。次に腫瘍細胞の細胞質に発現するWT1タンパクが、細胞の代謝に関わる酵素に直接結合しその活性を増強していることを示した。以上の知見はWT1遺伝子が様々な機序で癌遺伝子様機能を果たすとともにこれらを標的とした新たな分子標的治療法開発の可能性を示すものである。ほとんどの白血病に過剰発現するWT1遺伝子の果たす癌遺伝子機能とその分子学的メカニズムを白血病細胞のゲノム安定性・DNA損傷修復および代謝制御において明確にすることを研究目的とした。【WT1遺伝子のゲノム安定性・DNA損傷修復への関与について】WT1の4種のisoformのうち1種のisoformが2つのDNA損傷修復関連因子XRCC2およびRad51Dの発現を増加させ、DNA二本鎖切断の主たる修復機構であるhomologous recombination(HR)を促進し抗癌剤に対する抵抗性を誘導することを明らかにした。これらのDNA損傷修復関連因子はヒト非小細胞肺癌および胃癌において過半数の症例において過剰発現していた(投稿中)。さらにこれまでにWT1結合タンパクとして同定したDNA損傷修復因子X(未発表につき仮名とします)とWT1タンパクの相互作用の解析を進めWT1タンパクにおける結合領域を同定した。【WT1遺伝子の腫瘍細胞の代謝制御について】WT1タンパクは細胞代謝経路の重要な酵素Y1およびY2タンパク(未発表につき仮名とします)とも直接結合する。H25年度はY1およびY2タンパクとWT1タンパクの相互作用の解析を進め、WT1タンパクにおけるこれらのタンパクとの結合領域を同定した。さらに、WT1による腫瘍細胞の代謝制御の機序として、上記の直接結合による酵素活性の制御以外にWT1の4種のisoformのそれぞれが、複数の代謝経路の酵素の発現を増加させることを明らかにした。ほとんどの白血病に過剰発現するWT1遺伝子の果たす癌遺伝子機能とその分子学的メカニズムを白血病細胞のゲノム安定性・DNA損傷修復および代謝制御において明確にすることを目的とする。【WT1遺伝子のゲノム安定性・DNA損傷修復への関与について】DNA二本鎖切断の主たる修復機構のreporter assayの系でWT1の4種のisoformのうち1種のisoformがDNA二本鎖切断の損傷修復を促進することを明確にし、その機序としてそのWT1 isoformによる2種のDNA損傷修復関連因子の発現の増加を明らかにした。さらにこれらのDNA損傷修復関連因子が非小細胞肺癌において多くの症例において過剰発現していることを明らかにした。【WT1遺伝子の腫瘍細胞の代謝制御について】WT1による調節を受ける可能性が示唆された代謝経路およびWT1が直接結合しうる酵素Y1およびY2の活性をin vitroで測定するために、WT1を内在性に発現しない細胞の細胞質分画を用いてこれらの活性を解析する系を確立した。この系に、精製した1種のWT1 isoformタンパクを添加したところ、代謝経路全体、酵素Y1,Y2のそれぞれの活性が増加し、WT1タンパクが細胞の代謝調節に関与していることを明確に示した。さらにこれまでに同定したWT1の部分配列ペプチドがこれらの酵素Y1,Y2の活性を抑制することを明らかにした。【WT1遺伝子のゲノム安定性・DNA損傷修復への関与について】WT1の4種のisoformのうち1種のisoform(WTC isoform)のみが3つのDNA損傷修復関連因子XRCC2, Rad51D, Rad54の発現を増加させることをこれまでに明らかにした。今年度は、WTC isoformが転写因子として直接これらの遺伝子発現を制御しうるかを検討し、クロマチン免疫沈降法によりWTC isoformタンパクがXRCC2およびRad51Dプロモーターの複数の領域に結合することを明らかにした。さらに免疫組織化学の二重染色法を用いて、肺癌細胞においてWT1タンパクがXRCC2タンパクおよびRad51Dタンパクのそれぞれと癌細胞特異的に共発現していることを明らかにした(Mol Carcinog, in press)。【WT1遺伝子の腫瘍細胞の代謝制御について】WT1タンパクは細胞代謝経路の重要な酵素Y1およびY2タンパクと直接結合する。まず、発現精製した全長のWT1タンパクがin vitroでY1およびY2タンパクの酵素活性を上昇させることを示し、WT1タンパクが直接Y1およびY2タンパクに結合しそれらの酵素活性を調節しうることを明らかにした。次にWT1タンパクとY1およびY2との結合領域をY1およびY2とWT1の部分

配列タンパクとの親和性の表面プラズモン共鳴法による解析により決定した。さらにY1およびY2におけるWT1タンパクとの結合領域を明らかにするために、それぞれのタンパクの部分タンパクの発現・精製を行い、これらと結合するWT1の部分配列タンパクを表面プラズモン共鳴法により同定した。【WT1分子標的療法の開発】細胞死を誘導するWT1ペプチドはWT1を発現しない細胞においては細胞死を誘導せず、その効果がWT1を発現する腫瘍細胞に特異的であることを確認した。腫瘍生物学血液学腫瘍免疫学本課題において、WT1遺伝子は、DNA損傷修復においては修復関連因子の発現を上昇させることにより、代謝制御において代謝経路の複数の酵素の発現を上昇させることにより白血病細胞のゲノム安定性・DNA損傷修復および代謝制御に関与すること2の機序に加えて、WT1タンパクは、DNA損傷修復因子Xや細胞代謝経路の重要な酵素Y1およびY2タンパクとも直接結合し、これらの因子の活性を調節する可能性が明らかになった。特に重要な点は、WT1タンパクが、DNA損傷修復因子Xや細胞代謝経路の重要な酵素Y1およびY2タンパクとも直接結合し、これらの因子の活性を調節する可能性があることである。白血病細胞のゲノム安定性・DNA損傷修復および代謝制御はいずれも腫瘍の悪性化や抗癌剤抵抗性に重要な役割を果たす。今回明らかになった知見はWT1タンパクと他の因子の相互作用が白血病ばかりではなく様々な悪性固形腫瘍において重要な分子標的であることを示し、新たな分子標的治療法の開発の基盤となる。本研究課題は、ほとんどの白血病に過剰発現するWT1遺伝子の果たす癌遺伝子機能とその分子学的メカニズムを白血病細胞のゲノム安定性・DNA損傷修復および代謝制御において明確にすることを目的としている。まず、WT1のゲノム安定性維持への関与については、WT1が最も重大なDNA傷害であるDNA二本鎖切断の修復の促進を介して白血病細胞のゲノム安定性維持に貢献していることを明らかにした。白血病の治療において、多くの治療薬は白血病細胞にDNA傷害から細胞死を誘導することをその機序としている。したがってWT1がDNA二本鎖切断の修復を促進することは、WT1を発現する白血病細胞の化学療法抵抗性の機序となり、これまでに明らかとなっているWT1の発現と白血病の予後の逆相関を説明するものである。さらに本研究では、WT1のDNA損傷修復の機序としてWT1によるDNA損傷修復因子の発現上昇を明らかにし、これらが非小細胞肺癌において過剰発現していることを初めて明らかにした。これは、WT1によるゲノム安定性維持の促進が、白血病ばかりではなく他の悪性腫瘍においても重要な役割を果たしている可能性を示すものでその意義は大きい。
癌幹細胞を標的としたiPS細胞由来細胞傷害性T細胞を用いた新規癌免疫療法の開発

本研究は、iPS細胞から直接大量に、癌幹細胞特異的抗原を標的とした細胞傷害性T細胞を作製し、さらに効率的で強力な癌幹細胞に対する癌免疫療法を構築し、究極の癌免疫治療を確立することを目的にして開始した。本年度の研究実績は以下の通りである。1)免疫学的基礎的検討:マウス大腸癌細胞株CT26マウスから骨髄細胞由来樹状細胞(DC)を作製し、誘導したDCにCT26の腫瘍抗原遺伝子gp70発現adenovirus vectorを遠心法(2000g, 37°C, 2hr)を用いて感染させ、gp70発現細胞(gp70-DC)を作製し、このDCをマウスに投与することでCT26に対する極めて強いCTL(cytotoxic T lymphocyte)の抗腫瘍免疫反応が誘導されることを確認した。2)iPS細胞の操作手技の確認:マウスiPS細胞からDC(iPS細胞由来樹状細胞:iPSDC)への分化・誘導および抗腫瘍効果の検討を行った。具体的には、腫瘍抗原遺伝子gp100遺伝子導入iPSDCワクチンによる特異的CTLの誘導と誘導されたCTLの解析を行った。Adenovirus-vectorを用いてgp100遺伝子を導入したiPSDC(iPSDC-AxCAgp100)と骨髄由来樹状細胞:BMDC(BMDC-AxCAgp100)をマウス皮下に投与し、CD8(+)CTLを誘導し、gp100遺伝子を発現しているB16細胞を標的細胞として、コントロール群に比べ、有意に高い細胞障害活性を認めることを確認した。本研究は、iPS細胞から直接大量に、癌幹細胞特異的抗原を標的とした細胞傷害性T細胞を作製し、効率的で強力な癌幹細胞に対する癌免疫療法を構築し、究極の癌免疫治療を確立することを目的にして開始した。iPS細胞由来樹状細胞の免疫学的検討1マウスiPS細胞からDC(iPS細胞由来樹状細胞:iPSDC)への分化・誘導。2iPSDCと骨髄由来樹状細胞(BMDC)の抗原提示細胞(APC)としての機能の評価。3腫瘍抗原遺伝子導入iPSDCとBMDCの抗腫瘍効果の評価(iPSDCの抗腫瘍効果の検討)具体的には、腫瘍抗原遺伝子gp100遺伝子導入iPSDCワクチンと腫瘍抗原遺伝子gp100遺伝子導入BMDCワクチンによる特異的CTLの誘導と誘導されたCTLの解析を行った。また、それぞれのDCをワクチン投与した際の腫瘍増殖抑制効果を比較検討するために、gp100遺伝子導入したそれぞれのDCを、B16皮下腫瘍モデルマウスに皮下投与し、皮下腫瘍の大きさを継時的に測定し解析した。結果、gplOO遺伝子を導入したiPSDC群とBMDC群では、有意に高い腫瘍増殖抑制効果を認めたが、iPSDCとBMDC群の間には有意差は認めなかった。現在、消化器癌の癌幹細胞、およびそれを特定する癌幹細胞特異抗原の同定、その癌幹細胞特異抗原発現adenovirus vectorの作製を試みている。また、iPS細胞からCTLへの誘導も同時に進行中である。本年度は、癌幹細胞の分離同定、およびその特異抗原の検証を行ったが、その確認が十分でなかった。そのため、さらに種々の癌幹細胞特異抗原の同定、解析を行い、その検索に多くの時間を費やしたため進捗状況はやや遅れている。本研究は、iPS細胞から直接大量に、癌幹細胞特異的抗原を標的とした細胞傷害性T細胞を作製し、効率的で強力な癌幹細胞に対する癌免疫療法を構築することを目的にして開始した。1.消化管癌幹細胞マーカー発現adenovirus vectorの作製および調整2.消化管癌幹細胞マーカー発現樹状細胞、消化管癌幹細胞マーカー特異的T細胞、iPS細胞の作製3.消化管癌幹細胞マーカー-iPS細胞から細胞傷害性T細胞(CTL)の分化誘導4.iPS細胞由来消化管癌幹細胞マーカー特異的CTLの解析5.マウスに対するiPS細胞由来消化管癌幹細胞マーカー特異的CTLの抗腫瘍効果に関する検討6.消化管癌幹細胞マーカー発現ヒトadenovirus vectorの作製および調整7.健常ヒト自己PBMCからT細胞の誘導とその機能解析8.消化管癌幹細胞マーカー特異的T細胞からiPS細胞の作製9.ヒト消化管癌幹細胞マーカー-iPS細胞からCTLの分化誘導10.ヒトiPS細胞由来消化管癌幹細胞マーカー特異的CTLの機能解析本年度の研究実績は以下の通りである。消化管癌幹細胞マーカー発現adenovirus vectorの作製および調整、iPS細胞からCTLへの誘導に難渋したため、腫瘍抗原遺伝子gp100遺伝子導入iPS樹状細胞ワクチンを作成し、それによる特異的CTLの誘導と誘導されたCTLの解析を行った。さらに、ヒト担癌患者のPBMCよりiPS細胞を樹立した。そのiPS細胞から樹状細胞を分化誘導した。担癌患者のnaiveな樹状細胞は健常人と比較して抗原提示能は劣っているが、担癌患者のiPS細胞由来樹状細胞は健常人と比較して、成熟能、遊走能、抗原提示能全てにおいて同等であることを明らかにした。現在、ヒト腫瘍抗原遺伝子導入iPS細胞由来樹状細胞を用いて特異的CTLの誘導を行っている。

今後は治療実験系に適した癌幹細胞の確認、癌幹細胞特異抗原の同定、癌幹細胞特異抗原発現DCを作製する予定である。同時に、特異的T細胞にセンダイウイルスを用いて山中因子(Oct3/4、Klf4、Sox2、c-Myc)とSV40遺伝子を導入し初期化し、iPS細胞の作製を行い、さらにiPS細胞由来の特異的CTLの作製を推進する。腫瘍免疫学今後、Dclk1を発現するvectorの改良、遺伝子導入手技の変更を行い、至適な導入効率等も再検討し、Dclk1発現細胞(Dclk1-DC)を作成することが急務である。同時に、特異的T細胞にセンダイウイルスを用いて山中因子(Oct3/4、Klf4、Sox2、c-Myc)とSV40遺伝子を導入し初期化し、iPS細胞の作製を行い、さらにiPS細胞由来Dclk1特異的CTLの作製を推進する。
「協同知」の形成における視線の役割――集団討論での聞き手の同期性に注目して

本研究では、集団討論における協同的な知識構築の要因として聞き手の視線に着目し、複数の聞き手が同時に話し手を見るという同期性が、1つの発言を発端として発言が重ねられていく連鎖をもたらし、議論の質を高める過程を明らかにする。初年度の研究1では、集団討論での発話開始前後での視線配布の同期性を確認する。次年度の研究2では、視線配布の同期性と発言の連鎖および議論の質との関連を明らかにする。そして、最終年度の研究3では、同期性の促進方法の開発に向けた探索的研究を行い(研究3)、集団討論の効果的実施に関する具体的な手続きを提示する。
自動車の燃費向上を指向した熱電発電によるエネルギーリカバリーシステムの開発

現在の自動車業界において、その最大の研究開発目標は、いかに燃費を向上させるかにある。環境問題・エネルギー問題の観点から、今後石油系燃料の使用はますます制限されることが予想され、結果、少しでも無駄遣い無く効率よい燃料の消費が要求されている。しかしながら、一方で、自動車に投入される燃料の約七割が廃熱として捨てられているという現実がある。燃費向上のためには、この熱として捨てられているエネルギーをうまく回収し有効利用することが重要であり、これを実現するための一つの選択肢として、熱電発電があげられる。このような背景のもと、本研究では、自動車からの廃熱エネルギーを効果的に回収し電力に変換する「高効率エネルギーリカバリーシステム(Energy Recovery System: ERS)」を具現化することを最終目的とし、それを実現するために、高性能熱電材料を開発し、それをもとに高出力熱電発電素子を実現することを目的としている。本年度は、さまざまなテルライド・アンチモナイド熱電材料あるいは金属間化合物型熱電材料を作成し、熱伝導率、電気抵抗率(電気伝導率の逆数)、ゼーベック係数、ホール係数等の熱電特性を測定した。熱電発電に適した温度域として、室温から300°C付近までの中高温度域における熱電特性を重点的に評価した。結果、一連のタリウムを含有するテルライド系材料が非常に低い熱伝導率を示し、それゆえ高性能熱電材料になりうることを見出した。また、希土類元素とニッケルあるいはパラジウムからなる三元系アンチモナイドが、非常に優れた電気的特性を示すことを見出した。このような背景のもと、本研究では、自動車からの廃熱エネルギーを効果的に回収し電力に変換する「高効率エネルギーリカバリーシステム(Energy Recovery System:ERS)」を具現化することを最終目的とし、それを実現するために、高性能熱電材料を開発し、それをもとに高出力熱電発電素子を実現することを目指す。本年度は、高性能熱電発電用材料を開発すべく、各種テルル系材料ならびに、ハーフホイスラー化合物に着目して研究を実施した。熱電変換効率の指標として、モジュールを構成する材料の性能指数ZTが用いられる。ZTは、材料のゼーベック係数S、電気伝導率σ、熱伝導率κ、絶対温度Tを用いて、ZT=S^2σT/κであらわされる。既存材料のZTは、室温付近で約0.8程度であり、廃熱回収デバイスの実現のためには中高温痍(300°Cから500°C付近)で高ZTを示す材料の開発が望まれている。本研究において、p型の銀-タリウム-テルル三元系化合物において300°C付近でZT=1を達成することに成功した。
植物・昆虫・寄生性天敵.3者の系に果たす植物と天敵の相互作用

植食性昆虫は天敵に対して様々な防衛法を獲得している。その防衛法は、植食性昆虫の住む植物の色彩と密接な関係がある。アブラナ科植物を加害する代表的な植食性昆虫は、モンシロチョウ属の幼虫とカブラハバチ属の幼虫である。前者の体色は緑色で、アブラナ科植物上では隠蔽色となっており、後者の体色は黒色で、警告色となっていると考えられる。しかしすずれも検証されていない。隠蔽色は味のうまい個体に発達しており、各個体に直接に利益があるので個体選択で進化してきたと考えられている。一方、警告色は味のまずい個体に発達しており、味のまずさを天敵に認識してもらう必要があり、常に犠牲者を伴うので、血縁選択か緑髭選択で説明されている。このような体色が関与する防衛法は寄生性天敵に対するものではなく、色覚の発達している鳥類に対するものと考えられている。このことを検証するために、緑色の背景と黒色の背景の上にモンシロ幼虫とハバチ幼虫を置き、ニワトリのヒナを用いて捕食実験を行なった。その結果、緑色のモンシロ幼虫は黒色の背景では良く捕食されたのに緑色の背景では捕食されなかった。従って、モンシロの味はうまくその体色は隠蔽食であることが検証された。一方、黒色のハバチ幼虫は黒色の背景では良く攻撃されたのに、目立つ緑色の背景ではあまり攻撃されなかった。しかも、攻撃されたハバチは捕食されずに即座に無傷のまま吐き出された。従って、ハバチの味はまずく体色は警告色であることが検証された。モンシロの隠蔽色は個体が直接に利益を得たので従来通り個体選択で説明できた。しかし、ハバチの警告色は犠牲者を伴わず、従来の説とは異なりこれも個体選択で説明できた。寄生性天敵による寄生率は隠蔽色をもつ味の良い種で高く、味のまずい警告色をもつ種で低かった。この事実に対する因果関係はまだ解決していない。
オルガノイドを用いたがん関連遺伝子が引き起こすがんエピゲノム変化の解明

次世代細胞培養法の一つであるオルガノイド培養は、生体内の臓器・組織を反映したモデル系として注目されている。本研究課題では、正常組織よりオルガノイドを作製し、ゲノム編集を用いた遺伝子改変技術により多段階発がん機構を培養下で再現し、エピゲノム変化の経時的な比較を行なう。これにより、従来の細胞培養系では困難であった発がん過程でのゲノムインプリンティングを始めとしたエピゲノム変化を培養下で再現し、さらに個体の解析では影響を及ぼす遺伝子変化以外の環境要因(個体の栄養条件、がん細胞の周辺細胞との関係)を除去することで、多段階発がん過程におけるエピゲノム変化を詳細に明らかにすることを目的とする。そこで、本年度は発がん過程でのメチル化を詳細に調べるためのモデル系の確率として、父方、母方由来のゲノムを分けてメチル化を追跡するため、C57BL/6 x JF1のF1マウスより正常大腸オルガノイドを樹立した。樹立したオルガノイドの大腸のモデルとしての有用性を示すため、継代毎にDNA抽出を行い、バイサルファイトシーケンスを行うことにより代表的なインプリンティング遺伝子のDMRについて元組織との比較を行った。その結果、Peg10をはじめとしたインプリンティング遺伝子のDMRは体内と同じ状態に培養下で維持できていることを示すことができた。これまで、オルガノイドのアレルを区別してメチル化状態を示した報告は無く、オルガノイドのモデル系としての有用性の指標の1つとして重要な知見を得ることができた。さらにゲノムワイドなメチル化状態を明らかにするため、当初予定としていなかったバイサルファイト全ゲノムシーケンスを行う準備を進めている。本年度は発がん過程でのメチル化を詳細に調べるためのモデル系の確率として、父方、母方由来のゲノムを分けてメチル化を追跡するため、C57BL/6 x JF1のF1マウスより正常大腸オルガノイドを樹立した。また、上記のオルガノイドに対しゲノム編集によりがん関連遺伝子へ変異の導入を予定の順に進めている。C57BL/6 x JF1のF1マウスより樹立した正常大腸オルガノイドに対し、ゲノム編集によりがん関連遺伝子の変異を順に導入を行った。そのオルガノイドの遺伝子導入毎の経時的なメチル化状態の変化を追跡するため、バイサルファイトシーケンスを行う。当初DMR40箇所および、Apc, p53, Krasのプロモーター領域のDNAメチル化解析をSangerシーケンスにより行なう予定であったが、バイサルファイト全ゲノムシーケンスを行う予定に変更し、多段階発がん過程におけるエピゲノムのプロファイルを全ゲノムについて行う。これにより、遺伝子の変異が及ぼすゲノムワイドなメチル化の変化、発がん過程のエピジェネティックな変化を詳細に追跡可能となる。がん化の指標となるメチル化領域を同定し、抗がん剤をオルガノイドに投薬した場合、その指標がどう変化するかについても知見を得、オルガノイドによる抗がん試験のモデルとなり得るか評価も行う。本研究はマウスを用いた基盤研究であり、マウスを用いる利点を最大限に生かす計画である。がん研究でメチル化解析は行われているが、親由来のゲノムを分けてがんの発生過程から経時的にエピゲノム解析をした例はなく、本研究ではC57BL/6マウスとJF1の交配により作成したF1マウス(以降F1 (C57BL/6 x JF1)マウス)を用いるオルガノイド作成を基本とし、C57BL/6、JF1間の多型を利用しエピゲノムの変化、さらには片親性制御機構の変化も解析を行う。そこで、本年度はJF1マウスを導入し、本研究の基盤となる実験系の準備を行った。また、本研究ではがん細胞のエピゲノム解析を経時的に解析することを特色とする。そのため、がん化の過程でがん抑制遺伝子やがん遺伝子に変異が蓄積されていく多段階発がん過程が知られる大腸がんの発がん過程をゲノム編集技術を用いた遺伝子改変技術で再現する。遺伝子に一つ変異を導入する毎にエピゲノムの状態を解析することは本研究課題が初めての試みであり、発がんメカニズムについて重要な知見が得られると確信している。本年度においては、ゲノム編集技術に必要な発現ベクターの作製を行った。

本研究を効果的に推進するため、F1 (C57BL/6 x JF1)マウスより作製したオルガノイド系を用いてがんの発生過程から経時的にエピゲノム解析を行なう。C57BL/6、JF1間の多型の利用により、インプリント遺伝子群の片親性発現を解析可能となることで、環境要因に敏感に反応し、LOIを起こすインプリント遺伝子のエピゲノムの変化を解析できる点である。また、ゲノム編集技術を用いて、遺伝子に一つ変異を導入する毎にエピゲノムの状態を解析することは本研究課題が初めての試みである。これらの本研究の基盤となる研究材料、技術の利用のため、本年度はJF1マウスの導入及び、オルガノイドでのゲノム編集を行う為の、発現ベクターの作製及び条件検討を概ね計画の通り行うことができたため。次世代細胞培養法の一つであるオルガノイド培養は、生体内の臓器・組織を反映したモデル系として注目されている。本研究課題では、正常組織よりオルガノイドを作製し、ゲノム編集を用いた遺伝子改変技術により多段階発がん機構を培養下で再現し、エピゲノム変化の経時的な比較を行なう。これにより、従来の細胞培養系では困難であった発がん過程でのゲノムインプリンティングを始めとしたエピゲノム変化を培養下で再現し、さらに個体の解析では影響を及ぼす遺伝子変化以外の環境要因(個体の栄養条件、がん細胞の周辺細胞との関係)を除去することで、多段階発がん過程におけるエピゲノム変化を詳細に明らかにすることを目的とする。そこで、本年度は発がん過程でのメチル化を詳細に調べるためのモデル系の確率として、父方、母方由来のゲノムを分けてメチル化を追跡するため、C57BL/6 x JF1のF1マウスより正常大腸オルガノイドを樹立した。樹立したオルガノイドの大腸のモデルとしての有用性を示すため、継代毎にDNA抽出を行い、バイサルファイトシーケンスを行うことにより代表的なインプリンティング遺伝子のDMRについて元組織との比較を行った。その結果、Peg10をはじめとしたインプリンティング遺伝子のDMRは体内と同じ状態に培養下で維持できていることを示すことができた。これまで、オルガノイドのアレルを区別してメチル化状態を示した報告は無く、オルガノイドのモデル系としての有用性の指標の1つとして重要な知見を得ることができた。さらにゲノムワイドなメチル化状態を明らかにするため、当初予定としていなかったバイサルファイト全ゲノムシーケンスを行う準備を進めている。本年度は発がん過程でのメチル化を詳細に調べるためのモデル系の確率として、父方、母方由来のゲノムを分けてメチル化を追跡するため、C57BL/6 x JF1のF1マウスより正常大腸オルガノイドを樹立した。
データベースと人工知能を用いたRNAスプライス部位選択に関する研究

異常スプライシングの原因になっている部位を統計的に調べてみれば、塩基配列上でどこがスプライス部位選択に重要かが浮び上がってくることを期待して、異常スプライシングデータベースを構築した。その結果、ほとんどの変異はイントロン境界のコンセンサス配列上に集中していることがわかった。これは従来からの知見を裏付けるもので、特に目新しくはないが、その他にも、例えばエキソン内部の変異が原因になっていると思われる例もいくつかあった。これらの知見は、今後のスプライス部位の予測精度向上に役立てることができそうである。一方、データベースからは、スプライス部位選択ルールそのものについても、興味深い示唆が得られた。まず5′部位に起こる変異の数が3′部位より有意に多いように見えるが、この現象は、3′部位は5′部位の候補位置の情報を加味して決められると考えると設明できる。一方、エキソンの読み飛ばしが最も頻繁に起こっているのは、イントロンの両端がセットとして認識されているからと考えるのが自然であり、代替部位の活性化現象において、スプライス部位選択は、正常な場合の情報なしに、その近くが選ばれる事自体、「適当な」位置をエキソン長の情報から決めているからと解釈できる。これらはBergetらのいう「エキソン定義」の仮説を基本的に支持するものであり、ここまでの結果は現在投稿準備中である。次に考えるべき問題は、どのようにしてこれらの新しい考え方を予測法に取り入れるべきかということである。とりあえず、エキソン長の「好み」を取り入れたニューラル・ネットのモデルを試作した。今のところ、予備的な結果しか得られていないが、エキソン認識の基礎として重要なエキソン長の分布を導入すると、予測にプラスになるらしいことが確かめられた。
自由落下型重力勾配計の開発

飛翔体等に搭載して広範囲を高感度で短時間に計測できる重力勾配計の開発を行った。開発した装置は、約70cmの高低差をもつ2つの落下体を投上げて自由落下させ、その間の距離変化をレーザー干渉計で精密に計測するもので、高速の繰返し計測を実現する投上げ機構の有効性、マイクロガルレベルの感度分解能を確認した。この研究成果は、今後の省電力化とコンパクト化等実用化のための開発研究と合わせ、資源探査や地球物理学研究での運用へ大きく道を開くものである。地下や海底の質量密度分布を飛翔体に搭載した重力計で計測する技術は、資源探査や地下断層の調査に用いられてきたが、本研究の目的はその計測の精度を1桁以上高め、重力の勾配として1μGal/m(1Gal=1cm/s2)の精度を達成できるプロトタイプ装置を試作してテストすることである。もし、この技術により計測精度が1桁以上改善されると、地下や海底の地中に眠る資源探査の能率が向上し、地下に潜む危険な活断層の探査にも有効な活用が期待できる。このためには、広範囲の重力の変化を能率良くかつ短時間で計るため、船、飛行機やヘリコプターなどの飛翔体を用いた探査に適したものが必要である。本年度は、そのプロトタイプ装置を試作して実験を行った。装置はいわゆるマイケルソン型レーザー干渉計の2つの反射鏡をコーナーキューブプリズムで置き換え、同一鉛直線上を自由に投げ上げ、落下できるようにしたものである。2つの反射鏡までの距離に差があるために安定化レーザー光源が必要である。当初の計画では単純な自由落下を想定していたが、研究遂行中に投げ上げ・落下の方法をとることのできるメカニズムを思い付き、急遽、この方法を取り入れる変更を行った(特許出願)。投げ上げ・落下方式では、真空度への要求が緩やかになることと上下運動の高さを小さくできるメリット、ならびに信号波形の周波数をせいぜい10kHz程度以下に抑えることができ、信号処理上の有利性が得られるなどの長所がある。投げ上げ・落下装置の試作品を真空中で動作させ、投げ上げられた物体の回転各速度が目標の20mrad/s以下とすることができ、また、投げ上げの速度を1Hzより十分速くできることが分かっている。重力勾配計本体の真空度は、目標の10^<-5>Paを達成しており、重力勾配の計測に必要な道具立てをそろえることができた。地下や海底の質量密度分布を飛翔体に搭載した重力計で計測する技術は、資源探査や地下断層の調査に用いられてきたが、本研究の目的はその計測の精度を1桁以上高め、重力の勾配として1μGal/m(1Gal=1cm/s^2)の精度を達成できるプロトタイプ装置を試作してテストすることである。本年度は、昨年度試作した自由落下真空筒に投げ上げ・落下機構を装着し、コーナーキューブプリズムを保持した自由落下体を用いて、重力勾配を計測する実験を行った。自由落下体の上下運動の高さは最大で1cmに満たない大きさであり、光検出器からのデータ収集は60kHzのサンプリング率で行った。上下振動の機構の調整次第では目的の結果が得られない場合があるが、試行錯誤の調整の上目標に近いデータが取得できる条件を見出すことができた。上下の落下体の距離は約70cmであり、free air gradientと呼ばれる地球重力による重力勾配は、1cm当たり約3μGalであるので、測定値は210μGalに近い値を出すはずである。実験室に固定した状態での重力勾配を図る実験では、毎秒7.5Hzの繰り返し測定で毎回数μGalほどのばらつきがあって、2秒間の平均値は209μGalで測定値の統計誤差は1μGalを下まわる大きさである。この値のバラツキを小さくすることが次の課題であり、これまでのテストで得られた知見をもとにプロトタイプ装置の軽量化・省電力化を行って、飛行機などの運搬体に搭載できる重力勾配計へと進みたい。本研究の目的は、地下や海底の質量密度分布を船、飛行機やヘリコプターなどの飛翔体に搭載して計測できる技術の開発であり、従来の計測精度を1桁以上高め、重力の勾配として1マイクロガル/m(10^<-8>/s^2)の精度を達成できるプロトタイプ装置を試作して実証することである。既存の重力計は船や飛翔体の上下運動加速度も一緒に計測してしまうため、船や飛翔体の精密な加速度値を別に精密に計測する必要があり、現状で最もよい計測精度は重力値で50マイクロガル程度と言われている。

ここで目標とする1マイクロガル/mの測定精度を実現できかつ飛翔体に搭載できる計測器は、まだこの世に存在していないが、この計測精度が実現されれば、地下や海底の地中に眠る資源探査の能率が向上し、地下に潜む危険な活断層の探査にも有効な活用が期待できる。具体的には、自由落下するマイケルソン型レーザー干渉計を2つの落下体に分割し、それらの自由落下の際に生じる重力の差をレーザー光の干渉から計測する。精密な計測値を得るためには、自由落下装置の開発が主要な開発項目である。当初の計画では、1980年代に研究代表者が開発した単純な落下方式を想定していたが、試作段階で本計測に適した投上げ方式を考案し、その具体化のためのテストを繰り返して新たな試作品を完成させた。この方式によれば、短時間で落下体を復元させ高速の計測が可能となる。プロトタイプの試作機により、マイクロガルの計測精度を実現できることが確認できた。このプロトタイプを飛翔体に搭載するための、軽量化、省電力化を施した。さらに飛翔体の揺れに呼応する計測レーザービームの位置制御の方式を設計したが、飛翔体搭載実験は未完である。一方、本計測装置を火山活動の監視モニターに利用しようとする研究も開始されている。なお、本研究では特許申請を行った関係で成果の公表を控えてきた経緯がある。
プロスタグランジンD_2によるヒト骨芽細胞石灰化促進機構

近年高令化社会に伴い,骨粗鬆症の成因および治療に関する研究は、老人性痴呆のそれと並んで重要である。骨粗鬆症は異常な骨代謝が原因と考えられている。この骨代謝は種々のホルモン,増殖因子,プロスタグランジン等の微量物質で調節されている。私達はプロスタグランジンによる骨形成の調節を検討しており、最近,ヒト培養骨芽細胞の石灰化をプロスタグランジン(PG)D_2が著しく促進することを見つけた。本研究は二年間に互ってこの石灰化促進機構の解明を行い以下の成果が得られた。1.培養液に加えられたPGD_2は、血清アルブミンによって代謝されており、活性型はPGD_2の代謝物である^<12>△ーPGJ_2であることが判明した。さらに種々の誘導体を検討したところシクロペンテノン環が必要であることおよび炭素15位のOHは必要ないことが判明した。2.石灰化の促進はカルシウムイオンの細胞内への促進が考えられるが、確かに^<12>△ーPGJ_2は、カルシウムイオンの流入を促進した。3.石灰化にはその基盤としてのコラ-ゲンが必要であるが^<12>△ーPGJ_210^<ー5>Mで20日間処理することによって23倍に増加した。この時遺伝子の発現が増加していることがノ-ザンブロット法によるmRNAの解析で明らかになった。4.非コラ-ゲン蛋白の細胞外マトリックスのうち骨に特異的なオヌテオカルシンは、^<12>△ーPGJ_2処理によって細胞から培養液に遊離してくる量は影響しないが、細胞層に沈着してくる量は活性型ビタミンD_3と同じ位増加していた。5.これらの作用は、他のPGの場合と異なり細胞内cyclicAMP量の変動がないこと等から特異的受容体を介さないで直接細胞に入って作用するものと思われる。近年高齢化社会になり、骨粗鬆症の成因および治療に関する研究は,老人性痴呆のそれと並んで重要である。骨粗鬆症は異常な骨代謝が原因と考えられる。骨代謝は種々のホルモン,増殖因子,プロスタグランジン等の微量物質で調節されている。私達はプロスタグランジンによる骨形成の調節を検討しているが、最近ヒト培養骨芽細胞の石灰化をプロスタグランジン(PG)D_2が著しく促進することを見い出した。そこで今年度はこの作用機構を次の如く調べた。1.PGD_2に石灰化促進作用があるのか,またはその代謝物にあるのか検討した。ヒト骨芽細胞を2mMαーグリセロホスフェイト存在下でPGD_2およびその誘導体を加えて20日間培養し,石灰化能を調べた。PGD_2は,培養中に代謝されており,活性型はPGD_2の代謝物である^<12>ΔーPGJ_2であることが判明した。種々の誘導体を検討したところシクロペンテノン環が必要であることおよび炭素の15位のOHは必要ないことが判明した。2.石灰化の促進はカルシウムイオンの細胞内への流入促進が考えられる。そこでFuraー2を使って調べたところ^<12>ΔーPGJ_2は,カルシウムイオンの流入を促進した。3.石灰化にはコラ-ゲン合成が必須であり,^<12>ΔーPGJ_2にコラ-ゲン合成促進作用があるか調べたところ,10^<-5>Mで明らかに促進していた。

今後この点をさらに検討するために,mRNAを抽出し,ノ-ザンブロッティングによって発現が亢進していることを明らかにする予定である。私達は、ヒト培養骨芽細胞の石灰化をプロスタグランジン(PG)D_2が著しく促進することを最近発見した。この作用機構について昨年度の結果をふまえて引き続き検討し以下のことが明らかになった。1.PGD_2の血清代謝物である^<12>△ーPGJ_2が活性型であることが昨年度の研究結果で判明している。そこで、^<12>△ーPGJ_2処理によって石灰化の基盤であるコラ-ゲン合成が促進されているかを、FluorographyおよびNorthern blotting法にて検討した。その結果10^<ー5>M ^<12>△ーPGJ_2によってI型コラ-ゲン合成が1.7倍に増加していた。またmRNAも1.7倍に増加しており、転写および翻訳レベルでコラ-ゲン合成を促進していることが判明した。2.骨芽細胞が産生する非コラ-ゲン蛋白のうちオステオカルシンを,ヒトに特異的な抗体を使って酵素免疫法で測定したところ、細胞から培養液中に遊離される量は増加しないが、細胞層に沈着している量は活性型ビタミンD_3と同じ位増加していた。3.PGD_2,PGE_2で処理した場合、細胞内cyclic AMP量は増加するが、^<12>△ーPGJ_2で処理した場合は、cyclic AMPの増加がみられないことから、おそらく特異的受容体を介さないで直接細胞内に入り作用するものと思われる。
製鉄業における熱および物質循環の最適化

これまで、現行製鉄業における各種プロセスの最新操業データの収集を開始し、プロセスの物質収支の確認に着手し、ほぼその流れをつかむことに成功した。さらに、修正エンタルピー法に基づき製鉄所内全体のエンタルピーフローを明らかにした。今年度は整理された操業データに基づき、現行および省エネ前のデータに基づきエクセルギーフローを計算する事が可能となり、一部着手することができた。これらの計算は関連するすべての物質の温度依存を考慮したり熱力学データを組み込んだ計算機プログラムを開発して、大規模計算を行うことにより可能とした。さらに今年度は得られたデータに基づき、現行の製鉄業がかかえる問題点、すなわちエクセルギーが大きく消費されている場所と量に注目して、新システムを考察し、予備的実験を行った。すなわち、高炉スラグ(酸化物多元系融体、1600°Cを有するものの現在すべて廃棄されている。)や転炉排ガス(CO-CO2系燃焼排ガス、1600°Cの超高温で排出されるがその回収方法は不十分。)などエクセルギーが大きく消費されている部分に着目してそれらを減少させるプロセスを基礎的に検討した。
高選択的不斉カルボアニオン転位の開発

「キラルエノラートを転位末端とする不斉〔2,3〕Wittig転位」に関する本研究の成果は次の13にまとめられる。1.キラルオキサゾリン環をキラル補助基とするリチウムおよびカリウムアザエノラート型不斉〔2,3〕転位を広範囲に検討し、比較的高い不斉収率(7895%ee)を与える転位系の関発に成功するとともに、興味ある対カチオン効果(【L:(O!+)】対【K^(O!+)】)やクラウンエーテル添加効果を見出した。さらに、この不斉合成手法を用いて非天然型ベルカリノラクトンの不斉合成を行った。2.プロリノールやバリノール由来のキラルアミド系をキラル補助基とするアミドエノラート型不斉〔2,3〕転位を検討した結果、この不斉転位では極めて高いエリトロ選択性がえられるものの、その不斉収率はは予期に反して最高60%eeと比較的低いものであった。しかし、ここでZr-エノラート末端がLi-エノラート末端と逆の立体選択性を示すという興味ある結果をえた。3.8-フェニルメントール由来のキラルエステル系をキラル補助基とするエステルエノラート型不斉転位を広範囲に検討した。その結果、Li-エノラートを転位末端とする不斉転位では、高いエリトロ選択性とともに極めて高い不斉収率(795%ee)がえられることを見出し、この不斉転位がα-ヒドロキシ-β-アルキルカルボン酸誘導体の有効な不斉合成法となることを、ベルカリノラクトンなどの不斉合成を通して明らかにした。さらに、トランスメタル化によって発生させたTi(【IV】)-Sn(【IV】)-およびZr(【IV】)-エノラート末端の転位挙動をも検討し、前二者では意外にも極めて低い不斉収率しかえられなかったのに対して、後者ではLi-エノラートに比肩する高い不斉収率がえらわるという興味ある結果をえた。これらの結果から、関与する金属エノラート種の構造に関して貴重な情報を得ることができた。
崩壊過程における斜面の水収支と間隙水圧の役割に関する実験的研究

降雨が斜面に浸透し貯留され、その後、崩壊にいたる過程はひとくちでいえば斜面土層における水収支である。また、土中水に関連したもっとも重要な土質工学的パラメータは間隙水圧である。この研究では、「水収支」と「間隙水圧」の2つの語をキーワードとして実験的に考察をすすめていった。代表者である日浦は実験斜面に人工降雨を降らせて崩壊に至らせるという崩壊過程の中で浸透水の浸透速度、斜面からの流出水の量、崩壊発生時の間隙水圧の計測を行った。また、分担者である海堀は間隙水圧の消散過程に焦点を当てた実験的研究を進めていった。3年間の成果をひとつの流れとしてまとめると以下のようになる;1)発生した崩壊のタイプは2つに大別される。ひとつは斜面からの流出が始まるまでに一気に流下するタイプと、もうひとつは斜面からの流出量が一定に収束してから発生するタイプである。2)降水の浸透速度を表わすために体積含水率という指標を導いたが、この指標によって降雨の浸透状況をみると土層条件・降雨強度によらず初期に大きく、その後は一定値に収束する。3)供試土は砂質土であるが表土層の移動にクリープ的な挙動が見られた。体積含水率、流出量と移動量との間には特定の関係は見られない。4)崩壊時には土層厚さの1.5倍の過剰間隙水圧の発生するものもあったが、崩壊発生を予兆するような間隙水圧の挙動は計測されなかった。5)人為的に斜面崩壊を起こした時に発生する過剰間隙水圧は自然発生した崩壊の場合に比べて消散時間が短い。6)標準砂、花崗岩砂と水の混合物を用いたかき混ぜ実験では、シルト分以下の細粒の粒子の含有割合の多少が間隙水圧の消散時間に大きく影響する。同じ試料を用いた高濃度の震動実験では、震動停止とともに間隙水圧は消散する。斜面に降雨の形で供給された水は、その後、土中の空隙中に貯留されやがて空隙が飽和すると表面流出が始まる。崩壊はこの過程の何処かで起きる。この研究では、この間の水の収支の中に崩壊の発生に関与する情報を探ることと、崩壊後の攪乱状態にある飽和すべり土塊内に発生する過剰間隙水圧の変化の時間的依存の性質を、土の物理的性質や降雨の性質、そして斜面を構成する固体成分の相違との関連を明確にしようとしている。日浦は前半の課題について、そして海堀は後半の課題についてそれぞれに実験を行った。日浦は造成した模型斜面において、しめ固め密度、降雨パターンを因子とした実験を行い崩壊の発生が累加流出曲線の変曲点付近で発生すること。その時発生する過剰間隙水圧のピークの値の大きさが、最大の場合で土層厚さの約1.5倍になることを確かめた。また、崩壊時の過剰間隙水圧の発生の波形を見ると、自然に発生した場合と、人為的に発生させた場合では全く違った様子となることも分かった。しかしながら、崩壊の前兆となる水圧の変化は見られなかった。つぎに、海堀は、泥水を攪拌して発生させた過剰間隙水圧の低下の時間依存度について実験を行った。固体成分として豊浦標準砂を使ったが、予想以上に速い消散速度を得た。

本研究費による2年度の研究計画としては、崩壊発生までの水収支についての定量化を進めると共に、過剰間隙水圧の発生・消散パターンについて供試土を変えた場合の時間依存度について、さらに実験を行っていく。斜面に降雨の形で供給された水はその一部が土中の空隙中に貯留され、土層の下方へ移動する。空隙中に水が留まることで土層全体の重量が増加するため、降雨の開始にともない土層の変形も開始する。日浦は模型斜面における崩壊実験で、降雨開始後の土層表面の変形の様子について観察した。そして、土の変形特性にもみられるクリープ挙動を利用した斉藤のクリープ破壊の考えにしたがって考察を進めた。その結果、第1次クリープが欠如していること、第3次クリープ領域に入った後も土層の変形は継続し、一定値に収束していくことがわかった。また、第2次クリープのクリープ変形速度は相対的に早く、予測式により求められたクリープ破壊時間もかなり早いものとなった。これらに対する説明として、供試土が砂質土であるため土層の変形によって生ずる過剰間隙水圧の消散が早いことがまず考えられた。そのため第3次クリープ領域に入って土層内で破壊が生じても過剰間隙水圧の消散が早く、土層は必ずしも急激な流動化には至らないと考えられる。一方、水収支からみていくと第3次クリープ領域は表面流出が始まる時期である。土層の変形は、土層への流入水量と斜面下部からの流出水量がほぼ均衡する段階まで継続することもわかった。海堀は前年度に引き続き、土と水の混合物を外力によって流動状態とし、試料中に発生する間隙水圧の時間的推移を追った。細粒のシルト分を含む土では、前年度の標準砂の場合に比べて、間隙水圧の消散に時間を要することが解った。このことは流動状態を維持するのに間隙水圧が大きく影響を及ぼしていることを示すものである。また、沈殿した試料は時間とともに強度を回復するが、これは間隙水圧の消散による圧密の進行により説明ができており、流動と体積の双方に共通したメカニズムが考えられることが解った。今年度は最終年度であるため、過去2年の実績のとりまとめを中心としたが、その過程で不十分なところは補完的に実験を行った。崩壊過程における斜面の水収支を考察していくにあたり、斜面土層内への降雨の浸透状況を表すために体積含水率という指標を導いた。浸潤線の降下量の経時的な計測をし、土層の浸潤体積を計算し、それに対するその時点までの総浸透水量の比で表されるが、これを浸透速度として読み換えることができる。体積含水率は降雨開始の初期の1020分程度の間に著しく増加をする。この立ち上がりの勾配に対しては降雨強度の影響はなく、しかもその後は土層条件には関係なくほぼ一定条件で推移する。もうひとつの指標は斜面からの流出量である。流出開始の時刻が初期の含水比のみに依存しており、しかもその量は最初から一定である。つまり、土層構造よりはそれまでの降雨履歴が流出現象に関与していることを示す。間隙水圧に関しては、土層条件にはよらず崩壊発生までの流入水量の大きいものほど大きい値を示すことがわかった。分担者の海堀は前年度までと同様に円筒形状の水槽内に水と土砂を入れ、かき混ぜによって流動エネルギーを与え、その時に発生する間隙水圧の消散の過程についてさらに実験を重ねた。つまり、流動状態下では土砂は浮力を受けて軽くなっているが、その反力として間隙水圧が上昇する。そして、流動が終了すると間隙水圧が徐々に消散していく。崩壊時には斜面の土層が水を含んで液状化して流下し、ついには土石流状態となる。含まれる土砂の組成が混合流体の間隙水圧の消散時間を規定するが、これは流動時間の長さに影響を及ぼすこととなる。この意味で、基礎的ではあるが土砂と水の混合物の流動特性を調べるための重要な実験である。