hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高濃度酸素供給による高二酸化炭絵排出燃焼の基礎研究と応用

近未来に予測される排気ガス成分中のCO_2の低減策では、海洋投棄が最短距離にあるものと予想される。ついで触媒によるメタノールへの変換利用であろう。このような後城理システムには最適のCO_2濃度が存在する。大量のCO_2を扱う場合には、排気ガス中に含まれる余剰ガスの分離には相当量の電気エネルギーを必要とする。この研究の主目的は、排気ガス中に含まれるCO_2濃度を任意に制御できる燃焼システムの提案にある。そこで、現用の10数%から100%に近い高濃度CO_2までを相定して、実験的研究によりその可能性を示すと共に今後配慮すべき課題についての検討を行った。当研究推進のために、(1)円筒直管型噴霧燃焼器、および(2)渦室型噴霧燃焼器の試作を行った。(1)は燃焼火炎温度、排気ガス成分計測を目的とし(2)は重質油ならびに微粉炭を目的に設計試作したものである。これらにより、N_2をベースとした噴霧燃焼、CO_2をベースとした噴霧燃焼実験により任意量のCO_2を排出可能な燃焼システムを示した。N_2ガスベースの場合には3040%の酸素富化によりCO_2ガス濃度を最高40%程度まで、CO_2ガスベースの場合には酸素富化との組合せにより最高90%程度までの高濃度排出燃焼を実証した。酸素富化燃焼は必要燃焼ガス量の絶対量を減少させることが出来ることから省エネルギーの観点からも利用価値が高い。排気ガス中に含まれる他のガス成分は通常の燃焼システムと変わらないが、CO_2ベース燃焼ではサーマルNOの発生が無いことが特徴である。重質油は(2)の燃焼システムの利用により完全燃焼が可能である。
遺伝子活性化基質を用いた硬組織の再生

既にクローニングされているBMP-2のcDNAを蛋白発現プラスミドベクター(Flag pc DNA3)に組み込んだ。このライゲーション後のプラスミドを大腸菌の中にトランスフォーメーションし、増殖させる。BMP-2のcDNAが正しく組み込まれているかを大腸菌からプラスミドをミニプレップにより調整し、これを制限酵素処理してインサートを確認した。また、このサブクローニングしたプラスミドベクターをIn vitroで293細胞にノンリポソーマルトランスフェクションキットを用い、遺伝子導入した。この遺伝子導入された細胞が目的の蛋白質BMP-2を発現、分泌するかどうかを、細胞をライセートして、細胞内の蛋白質と培養上澄のウエスタンブロットを行うことにより確認した。このBMP-2発現プラスミドをIn vivoで確認するため、プラスミドをマキシプレップにて大量に増殖させて、直接コラーゲンに濃度を変化させて含浸させ、ヌードマウスの筋肉内に埋入し、骨形成能を検討したが骨形成は認められなかったため、コラーゲンを当大学整形外科で開発された多孔質ハイドロキシアパタイト・コラーゲン複合体(HAp/col)に含浸させ、4週、8週、12週で再度検討したが骨形成は認められなかった。異所性に骨形成が得られないため、ラット頭蓋骨に骨欠損を形成し、その骨の場で差が得られるかどうかについて4週、8週、12週で検討したが、今回は骨形成が認められたもののプラスミド含浸させたものと単独移植との間に有意差は認められなかった。そこで、エレクトロポレーションを用いて移植直後、1日後、直後から毎日3日間遺伝子導入を行った場合で比較検討を行った。結果、すべての場合において骨形成は認められたがそれにより骨形成が促進される傾向にあったが、各群における有意差は認められなかった。この遺伝子導入された細胞が目的の蛋白質BMP-2を発現、分泌するかどうかを、細胞をライセートして、細胞内の蛋白質と培養上澄のウエスタンプロットを行うことにより確認した。このBMP-2発現プラスミドをIn vivoで確認するため、In vitroで293 cell(Transformed embryonal kidney cell)にノンリポソーマルトランスフェクションキットを用い、遺伝子導入した後、この細胞を増殖させ、2×10^6個HA/col複合体に含浸させ、ヌードマウスの皮下に埋入し、骨形成能を検討している。また、プラスミドを直接コラーゲンとHA/col複合体にそれぞれ濃度を変化させて含浸させ、ヌードマウスの筋肉内に埋入し、骨形成能を検討している。その際BMP-2発現プラスミドはマキシプレップにて大量に増殖させて用いた。エレクトロポレーションによる遺伝子導入効率の促進が行えるかについての検討はエレクトロポレーターが手に入らなかったため、まだ行っていないが、今後行っていく予定である。このBMP-2発現プラスミドをIn vivoで確認するため、In vitroで293 cell (Transformed embryonal kidney cell)にノンリポソーマルトランスフェクションキットを用い、遺伝子導入した後、この細胞を増殖させ、2×10^6個HA/col複合体に含浸させ、ヌードマウスの皮下に埋入し、骨形成能を検討してたが、骨形成は認められなかった。また、プラスミドをマキシプレップにて大量に増殖させて、直接コラーゲンに濃度を変化させて含浸させ、ヌードマウスの筋肉内に埋入し、骨形成能を検討したが骨形成は認められなかった。異所性に骨形成が得られないため、ラット頭蓋骨に骨欠損を形成し、その骨の場で差が得られるかどうかについて現在検討中である。また、BMP-2発現プラスミドの分泌蛋白がBMPとしての機能があるかどうかを確認したが、その結果が対照と比較して数値として低かったため、シークエンスを行った。その結果、約20塩基のアミノ酸が余分に分泌されていることから、十分に機能されない可能性が出てきた。よって、現在再度、BMP-2発現プラスミドの作製を行っている。

また、このサブクローニングしたプラスミドベクターをIn vitroで293細胞にノンリポソーマルトランスフェクションキットを用い、遺伝子導入した。この遺伝子導入された細胞が目的の蛋白質BMP-2を発現、分泌するかどうかを、細胞をライセートして、細胞内の蛋白質と培養上澄のウエスタンブロットを行うことにより確認した。このBMP-2発現プラスミドをIn vivoで確認するため、プラスミドをマキシプレップにて大量に増殖させて、直接コラーゲンに濃度を変化させて含浸させ、ヌードマウスの筋肉内に埋入し、骨形成能を検討したが骨形成は認められなかったため、コラーゲンを当大学整形外科で開発された多孔質ハイドロキシアパタイト・コラーゲン複合体(HAp/col)に含浸させ、4週、8週、12週で再度検討したが骨形成は認められなかった。異所性に骨形成が得られないため、ラット頭蓋骨に骨欠損を形成し、その骨の場で差が得られるかどうかについて4週、8週、12週で検討したが、今回は骨形成が認められたもののプラスミド含浸させたものと単独移植との間に有意差は認められなかった。そこで、エレクトロポレーションを用いて移植直後、1日後、直後から毎日3日間遺伝子導入を行った場合で比較検討を行った。結果、すべての場合において骨形成は認められたがそれにより骨形成が促進される傾向にあったが、各群における有意差は認められなかった。
個体表面に吸着した単分子膜のX線構造解析

本研究で対象とした分子は、メタン、ネオペンタン、アダマンタン、フッ化スルフリル、六フッ化硫黄、樟脳、テトラキスチオメチルメタン等で、いずれも球形に近い分子であった。グラファイト表面に吸着して単分子膜を形成した系について熱容量測定を行った結果、いずれの二次元固体にも相転移を見いだした。その転移エントロピーは、分子の配向の乱れによる相転移であることを強く示唆している。なお、アダマンタンと分子構造および固体での構造が似ているヘキサメチレンテトラミンはグラファイト表面を濡らさず、単分子膜は形成しないことが分かった。つぎに、アダマンタンおよび樟脳、テトラキスチオメチルメタンの単分子膜について300Kおよび80KにおいてX線回折パターンをとった。X線回折装置は、当初は反射型ジオメトリーで行っていたが透過型に変更し、回折側にグラファイトモノクロメーターを設置した。重水素化したネオペンタンおよびアダマンタン、六フッ化硫黄については単分子膜の中性子回折パターンをとった相転移によってパターンか大きく変化するのはネオペンタン単分子膜であった。現在詳しい構造解析を行っているところであるが、相転移の機構は、いずれの系も分子の配向が乱れることによる秩序一無秩序型と思われる。同位体メタンおよびネオペンタンの単分子膜については中性子散乱実験を行い、そのダイナミックスを調べた。前者は、分子の回転基底状態に見られるトンネル分裂を観測することにより、後者は、分子分光学的な見地から非弾性散乱および準弾性散乱を観測することにより、構造に関する知見を得た。なお、吸着単分子膜の誘電的性質を調べるために、固体表面をグラファイトから構造の似た六方晶窒化ホウ素表面に変えた系についても研究が進行中である。均一な固体表面に物理吸着した気体分子は低温で2次元凝縮を行う.その結果,理想に近い2次元系が個体表面上でできる.本研究では,固体表面としてグラファイトを取り上げ,こうしてできた吸着膜の2次元固相を対象とする。今年度は先ず,1.粉末X線回折装置を購入し,単分子吸着膜のX線回折実験が低温で行えるシステムを製作,整備した.2.測定システムを制御し,結果の解析を行うためのコンピュータ,および低温実験を行うためのクライオスタットを別途購入し,整備した.続いて,3.予備実験として,昇華性の球形分子であるアダマンタン,C(SCH_3)_4,D-ショウノウの単分子膜をそれぞれ作成し,室温および80KにおいてX線回折実験を行った.4.その結果,アダマンタン単分子膜は低温で2次元の固相間転移を起こすこと,C(SCH_3)_4単分子膜は室温では2次元液体であることなどを見いだした.5.最終目的である単分子膜の構造解析を行うには,バックグラウンドの低下を図る必要があることが明かとなった.そのため次年度には,回折側にモノクロメーターを設置することを計画している.6.また,室温で気体もしくは液体の試料で実験が可能となるように,ガスハンドリングシステムも製作中である.本研究で対象とした分子は、メタン、ネオペンタン、アダマンタン、フッ化スルフリル、六フッ化硫黄、樟脳、テトラキスチオメチルメタン等で、いずれも球形に近い分子であった。

つぎに、アダマンタンおよび樟脳、テトラキスチオメチルメタンの単分子膜について300Kおよび80KにおいてX線回折パターンをとった。X線回折装置は、当初は反射型ジオメトリーで行っていたが透過型に変更し、回折側にグラファイトモノクロメーターを設置した。重水素化したネオペンタンおよびアダマンタン、六フッ化硫黄については単分子膜の中性子回折パターンをとった。相転移によってパターンが大きく変化するのはネオペンタン単分子膜であった。現在詳しい構造解析を行っているところであるが、相転移の機構は、いずれの系も分子の配向が乱れることによる秩序-無秩序型と思われる。同位体メタンおよびネオペンタンの単分子膜については中性子散乱実験を行い、そのダイナミックスを調べた。前者は、分子の回転基底状態に見られるトンネル分裂を観測することにより、後者は、分子分光学的な見地から非弾性散乱および準弾性散乱を観測することにより、構造に関する知見を得た。なお、吸着単分子膜の誘電的性質を調べるために、固体表面をグラファイトから構造の似た六方晶窒化ホウ素表面に変えた系についても研究が進行中である。
カーバチルスの培養法確立と菌体の病原因子解明に関する研究

カーバチルスはマウス、ラットあるいはウサギといった実験動物の呼吸器病病原体としてその存在が知られており、かつ培養が困難であるといった極めてユニークな微生物である。培養によって大量の菌体を得ることが困難なため、病原因子など発病病理の研究はほとんど行なわれていない。ここでの研究目的は、本菌の培養法を改良し、大量の菌体を得、そこから菌体成分を抽出し、病原因子を解明しようとするものであった。しかし、当初の目的であったマウスとラットから分離された2株を用いたカーバチルスの培養法の改良は不成功に終わった。検討項目は、これまでに本菌の培養で常用されてきた発育鶏卵による方法、我々が先に報告したハムスター気管の器官培養液を添加した組織培養用培地の組成と培養条件の改良、ならびに既知の増殖が認められた培養細胞以外の株化細胞を見出し、その増殖能を検討しようとするものであった。発育鶏卵では使用した卵毎での菌増殖成績が大きく異なり、その傾向は発育鶏卵による継代を進めても変化しなかった。培養液の検討では培地成分と培養に使用する容器の被覆材の検討を行なったが、培養成績の改善は図れなかった。さらに、培養細胞についてはこれまでに報告されている3T3細胞以外の細胞でも増殖することが確認されたが、増殖性は3T3細胞を超えられたなかった。病原性については、継代株のマウスに対する病原性は再確認されたが、死菌の繰り返し投与による病変は検出されなかった。本菌の培養法を改良し、多くの菌体を得、大量の菌体を投与することによって死菌による発病の有無を検討する試みも不十分なものになってしまった。人工培地によるカーバチルス培養方法の改良ならびにカーバチルスの病原因子について検討した。培養方法の改良では、これまで使用していた培養液の組成を変更することなく、培養器であるプラスチックシャーレのコーティング材(ゲラチンとコラーゲン)を検討した。その理由は、カーバチルスが液体培地によってのみ増殖可能で、その際に培地の容器であるシャーレの底を這うようなかたちで増殖するからである。その結果、ゲラチンの使用で菌の増殖性に若干の改善が認められたものの、コーティング材使用による顕著な増殖効果は認められなかった。近年、米国から発表されたカーバチルスの培養成績もその培養液の組成は我々の組成と類似していた。今後は、多種の組織培養用基礎培地について本菌の増殖性を検討する予定である。病原因子の検討については人工培地で増殖させたカーバチルスを十分量集めることが困難なため、とりあえず、発育鶏卵で増殖させた菌を用いた。感染漿尿液の遠心洗浄によって菌の燐酸緩衝生理食塩水濃厚浮遊液を作成し、それから生菌、加熱あるいはホルマリン死菌を準備し、それぞれ同数の菌浮遊液をマウスに経鼻投与、肺と鼻腔の病変ならびに血清抗体を調べた。その結果、生菌投与群で投与1および3週後において全例の肺と鼻腔にカーバチルス感染に特有な重度な病変が認められ、3週後には抗体も検出された。死菌投与群では呼吸器病変は全く認められず、抗体も検出されなかった。以上の成績から、病変形成には生菌の関与が必要であることが示された。カ-バチルスの培養は、これまでに発育鶏卵漿尿腔内接種あるいは株化細胞である3T3培養細胞への接種が常用されてきた。しかしながら、これらの方法では培養成績の卵によるバラツキが大きいこと、雑菌の混入機会が大である野外材料からの本菌の分離には不向きであるといった大きな問題点があった。我々を含め、複数の研究者が、本菌の細胞成分を含まない人工培地での培養を試み、一定の成果を上げたものの、菌の増殖は極めて不十分であった。

そこで、今年度も前年度に引き続き、炭酸ガス培養装置(濃度5%)を用い、カ-バチルス感染発育鶏卵漿尿液を各種の組織培養用液体培地に接種し、その増殖性を検討したが、いずれも良好な成績は得られなかった。多量のカ-バチルスを集めるため、とりあえず、3T3細胞を用いた菌の増殖を検討した。細胞のシートが形成された後に上記の菌材料を接種し、その時に使用する維持培地に添加するウシ胎仔血清の量を検討した。血清10%添加は、2%に比べ、菌の増殖は明らかに良好であった。3T3細胞と血清10%添加培地を用いたカ-バチルスの継代成績では、継代が重なるにしたがって、菌が速やかに増殖するようになった。さらに、一旦菌が増殖し、細胞もその大半が変性し培養ボトルから剥がれた時点で、菌と細胞を含む培養液をピペットで回収し、その空のボトルに新たに培養液を加え、再度培養することによっても多数の菌を増殖させ得た。一応、培養液あたり約10^7/mlの菌を得ることができたので、菌体成分を得る見通しがついたものと判断した。前年度の3T3細胞を用いたカ-バチルスの培養法も、理由は不明であるが、トライアル毎のバラツキが大きかった。今回は、発育鶏卵や培養細胞に順化した菌株を用い、再度、増殖性を検討した。その結果、発育鶏卵順化株は卵によるバラツキを改善することはできなかった。すなわち、等分した材料を卵に接種しても、培養1週後で1/3は増殖が認められず、増殖が認められた例でも卵の個体による菌数のバラツキは大きかった。株化培養細胞を含む液体培地に関しては、3T3細胞順化株を用いたが、これまで使用したハムスター気管培養液加イ-グル培地と3T3細胞では本菌の増殖性に際立った差は認められなかった。すなわち、培養1週後に、約100倍程度にしか増殖しないというものであった。今回の検索で、3T3細胞以外に、BHK細胞においても菌が増殖することが初めて確認されたが、3T3細胞のそれを凌駕できなかった。以上の成績から、カ-バチルスの増殖速度が比較的遅く、本菌感染後発病するまでに時間を要することと関連性のあることが示唆された。寒天培地での増殖性については血液寒天培地や寒天加ハムスター気管培養液加イ-グル培地などを用い、好気条件およびキャンピーバッグや炭酸ガス培養装置を用いた微謙気性条件での検討も実施したが、寒天培地上に集落の形成を確認することはできなかった。菌の検出には培養以外に抗原や核酸を検出する方法がある。培養以外に、遺伝子増幅法による本菌の検出も検討した。本菌に特異的な16SrRNA配列を選択し、自然および実験材料に対し用いたところ、その有用性が確認された。十分な菌数を得る事が困難なため、これまで以上の病原因子解明のための検索はできなかった。
肺スリガラス結節に対する媒体注入下凍結療法の基礎的研究

本研究では、肺すりガラス結節に対して有効に凍結を行うために、媒体注入が有効であるかを検討した。まず、肺内で拡散しにくい媒体としてリピオドールとヒアルロン酸を選び、凝固点の測定とファントム凍結実験を行い、凍結を補助する媒体としてヒアルロン酸が望ましいことが判明した。次に、ヒアルロン酸注入下豚肺凍結実験を行なった。ヒアルロン酸群は、最終的な凍結領域のサイズの拡大は得られないものの、円形の均一な凍結領域を得ることができ、さらに1回目から良好な凍結領域を得られるために凍結時間を短縮できることが示唆された。スリガラス結節を呈する肺の上皮内腺癌に対して、媒体注入下で凍結療法を行うための最適な媒体を模索するための基礎実験をおこなった。媒体の候補として、粘稠度が高く肺胞実質に拡散しにくいと思われるものが適切であり、リピオドール、ヒアルロン酸を選んだ。コントロールとしては生理食塩水を選び、それぞれ凍結したときのiceballの大きさについて検討した。方法は、ビーカー内に媒体を満たし凍結針をいれて凍結を開始。4分間凍結してiceballの大きさを10秒毎に計測した。最終的なiceballの大きさは、生理食塩水は21mm、リピオドールは13mm、ヒアルロン酸が35mmであった。生理食塩水とリピオドールは180秒後にはほぼ一定となり、ヒアルロン酸は220秒後に一定となった。この結果より、純粋な媒体凍結においては、iceballの大きさが最も大きくなる媒体はヒアルロン酸であることがわかった。この結果について、第3回洛中洛外IVR勉強会(京都)で発表した。詳細な温度分布や熱特性などの実験については、九州大学工学部熱物質移動研究所の高松教授と検討を行った。来年度に実験系を作成して実験を行う予定である。また、臨床で施行されている小径腎癌のCTガイド下凍結療法の検討で、再発のリスクファクターとしてマージンが不足することがわかった。そこで、術前に血管造影で栄養血管からリピオドールを注入するリピオドールマーキングを併用することとした。CTで腫瘍に貯留したリピオドールを明瞭に認識することができ、またmarginの評価も容易となり、良好な治療成績が得られた。この結果について、第73回日本放射線医学会総会(横浜)と第43回日本IVR学会総会(奈良)で発表した。昨年度までに媒体注入下で肺スリガラス結節に対して凍結療法を行うための最適な媒体を模索し、粘稠度が高く周囲に拡散しにくい物質としてリピオドール、ヒアルロン酸を選んだ。ヒアルロン酸やリピオドールの凝固点は不明であったため、福岡大学機械工学科の藤野淳市先生、九州大学工学部熱物質移動研究所の高松教授と共同で熱特性を検討した。凝固点はリピオドールが-7.8度、1%ヒアルロン酸が0.531度、潜熱はリピオドールが6.65kJ/kg、1%ヒアルロン酸が245.4kJ/kgであることが判明した。また、媒体自体の凍結様式は不明であるために、九州大学工学部熱物質移動研究所の高松教授と共同で基礎実験系を確立して検討を行った。恒温槽内に媒体を設置して、凍結針を刺入して周囲の温度(凍結針から2, 4, 6, 8, 10, 25mmの位置)を測定できる実験系を確立した。ヒアルロン酸について検討したところ、コントロールのゼラチン組織ファントムとiceballの大きさや内部の温度勾配は同等であった。ヒアルロン酸を肺胞腔に注入すれば、空気を置換して通常の実質臓器と同様に凍結できる可能性が示唆された。計画書の通り、媒体の凍結の基礎実験系を確立し、ゼラチン組織ファントムとヒアルロン酸の凍結をおこなった。実験系の確立に時間がかかったため、リピオドールの凍結様式に関しては来年度に行い、これらの実験結果を解析する。in vivoでの実験に関しては、実験系を構築中であり、来年度に行う予定である。やや計画は遅れているが、来年度には予定の実験は実施可能である。昨年度は組織ファントムとヒアルロン酸の凍結実験を施行し、今年度はリピオドールの凍結様式について、九州大学工学部熱物質移動研究所の高松教授と共同で検討を行った。昨年度までに確立した基礎実験系を利用し、恒温槽内にリピオドールを設置して、凍結針を刺入して周囲の温度(凍結針から2, 4, 6, 8, 10, 25mmの位置)を測定した。リピオドールを凍結した際に形成されるiceballは、コントロールのゼラチン組織ファントムよりも小さかった。また、凍結針周囲の温度はコントロールよりも低く、リピオドールの熱伝導性が低い事が示唆された。この結果、リピオドールよりもヒアルロン酸が肺胞腔への注入に適していると考えられた。また、動物実験を行う際に、iceballの大きさを測定する為に熱電対を肺内に正確な位置に固定することが必要であるが、試験実験の結果、肺内に意図した間隔で複数の熱電対を配置する為にはアダプターが必要であることが判明した。そのため、熱電対を固定するアダプター(凍結針から2, 4, 6, 8, 10, 25mmの位置)を作成した。

実際にアダプターをファントムに穿刺して、CTを撮影して針の間隔を測定して、精度の試験実験を繰り返した。計画書の通り、媒体(リピオドール、ヒアルロン酸、生理食塩水)の凍結の基礎実験系を確立し、ヒアルロン酸とリピオドールの凍結をおこなった。その結果を解析し、ヒアルロン酸を媒体として選択する事とした。また、in vivoでの実験に必要な器材を開発できた。現在詳細な動物実験計画を作成中であり、来年度に行う予定である。やや計画は遅れているが、来年度には予定の実験は実施可能である。今年度は生体豚を用いてヒアルロン酸注入下肺凍結の動物実験を行なった。昨年度までに凍結針周囲の温度を正確に測定するために作成した熱電対を配置(凍結針から3, 5, 7, 9, 12, 18mmの位置)したアダプターを用いて、データロガーを用いて経時的に温度を測定した。ヒアルロン酸群は、1%ヒアルロン酸を事前に凍結針周囲に注入し、2 freeze (5-5分)の凍結をおこなった。コントロール群として、3 freeze cycles (3-5-5分)の凍結を行なった。Iceballのサイズは、計測した温度分布から概算した。それぞれの温度変化やiceballのサイズを比較した。コントロール群と比較すると、ヒアルロン酸群では、1回目の凍結から急峻な温度低下がみられた。コントロール群とヒアルロン酸群のiceballのサイズは、1回目ではヒアルロン酸群で8.2 mm、コントロール群で5.9 mmであり、ヒアルロン酸群の方が大きかった。Iceball内の温度分布は、ヒアルロン酸群の1回目のものは、コントロール群での2回目以降のものと同程度であった。ヒアルロン酸注入により肺胞腔の空気を置換することで、1回目の凍結から大きなiceballを得ることができたと考えられた。最終的に得られるiceballのサイズは、ヒアルロン酸群で9.5 mmとコントロール群で10.1 mmと変わらなかったが、ヒアルロン酸群では比較的円形のiceballが得られていた。この結果により、ヒアルロン酸注入により、最終的なiceballのサイズの拡大は得られないものの、凍結時間を短縮でき、さらに均一なiceballを得ることができることが示唆された。本研究では、肺すりガラス結節に対して有効に凍結を行うために、媒体注入が有効であるかを検討した。まず、肺内で拡散しにくい媒体としてリピオドールとヒアルロン酸を選び、凝固点の測定とファントム凍結実験を行い、凍結を補助する媒体としてヒアルロン酸が望ましいことが判明した。次に、ヒアルロン酸注入下豚肺凍結実験を行なった。ヒアルロン酸群は、最終的な凍結領域のサイズの拡大は得られないものの、円形の均一な凍結領域を得ることができ、さらに1回目から良好な凍結領域を得られるために凍結時間を短縮できることが示唆された。計画書の通り、in vitroでの媒体(リピオドール、ヒアルロン酸、生理食塩水)の凍結を行い、データ解析をおこなった。詳細な基礎実験に関しては、現在実験系を検討中であり、来年度に実験を行う予定であり、概ね研究目標は達成できた。九州大学工学部熱物質移動研究所で確立した実験系において、実際にリピオドールを凍結させて凍結様式を明らかにする。また、in vivoでの媒体注入下凍結の実験を行うために、鳥取大学農学部臨床獣医学の岡本先生と共同で、豚肺での媒体注入下凍結での詳細な凍結様式について検討できる実験系を構築する。
医用画像誘導下手術支援ロボットのための新しいアクチュエータ

豊富な情報を有するMRIの撮像環境下で駆動する治療用メカトロニクス機器が注目されている。これはMRIの画像情報を定量的に扱うことによる安全・迅速な治療実現が期待されるからであるが、その最適化には高精度ロボット技術による機械システム開発が不可欠である。本研究ではこれまでに無い非磁性アクチュエータとして、駆動機能と制動機能を兼ね備えた小型アクチュエータの原理の提案および試作評価を行った。3つのギアを空気圧でロータギアを順に押し出す回転機構およびペルチェ素子による冷却制動機構を組み合わせた新しいモータを開発した。評価実験により、速度応答性は改善の余地があるが、精確な位置決めと強固な固定を実現した。強磁場環境下であるため、従来にない非磁性アクチュエータが必要であるが、本研究ではこれまでに無い非磁性アクチュエータとして、駆動機能と制動機能を兼ね備えた小型アクチュエータの原理の提案および試作評価を行う。初年度は空圧駆動機構と冷凍固定機構を組み合わせたアクチュエータの設計を行いプロトタイプを開発したが、本年度は基本性能の評価および改良を行い、新しいアクチュエータの持つメリット・デメリットおよび改良点を明らかにした。回転機構については、3つのギアを空気圧でロータギアを順に押し出す機構の改良を行い、制動機構と直結した。冷却制動機構の評価では、ペルチェ素子に加える電圧を一定空気圧下で測定したが、吸熱側1.5V,放熱側3.0Vの時に最低温度-10.2±0.5°Cの冷却結果が得られ、制動に十分な状態を作成できた。また、制動トルクの評価では、内部に組み入れた水分量を上記状態にて変化させ、最大54.05±2.69N・mmの結果が得られ、高い制動力を有する結果となった。制動応答性については完全に停止するまでに約200sかかり即応性は得られなかった。応答性を高めるため窒素ガスの導入も検討したが、液漏れの可能性や組み込み開発の問題がある。その一方でダンパとしての利用可能性もあり、今後検討を行う。また、本研究で想定した位置決め機構のためのアクチュエータとしては即応性は求めておらず、使用目的により有効であると考えられる。本研究では、精確な位置決めと強固な固定を兼ね備えた非磁性アクチュエータを実現した。今後は使用に沿ったアクチュエータの性能向上を図る.豊富な情報を有するMRIの撮像環境下で駆動する治療用メカトロニクス機器が注目されている。現在,豊富な情報を持つMRIの撮像環境下で駆動する治療用メカトロニクス機器が注目されている.これはMRIの画像情報を定量的に扱うことによる,安全・安心な医療の実現が期待されるからであるが,最適化には高精度ロボット技術による機械システムが不可欠であり,従来にないアクチュエータが必要となる.強磁場環境であるMRI下で駆動する機器の要は,既存のメカトロニクス機器の非磁性化である.そこで本研究では,これまでに無い非磁性アクチュエータとして,駆動機能と制動機能を兼ね備えた小型アクチュエータの原理の提案・試作評価を行う.本年度は,基本原理の確認や問題点の抽出を行うために,原理モデル試作機の開発および材料選定等の評価を行った.具体的には,空圧駆動機構と冷凍固定機構を組み合わせたアクチュエータの設計を3D-CADを用いて行い,3Dプリンタを用いて樹脂材料によりアクチュエータの試作を行った.また駆動機構として,我々の開発してきた空圧ステッピングアクチュエータを採用した.冷凍固定機構については,ペルチェ素子を二枚重ねることにより冷却効率を上昇させる.アクチュエータ内部の水が外部へと漏れないようシールを行うために,Oリングおよびオイルシールを用いた.ペルチェ素子による吸熱・水凍結を行う冷却プレートとして銅板を用い,またペルチェ素子の発熱面での放熱を行うためにヒートシンクを取り付けた.さらに,放熱効率を上昇させるためヒートシンクに圧縮空気を送る機構を付与した.本年度は機構検討を重視したため材質選択余地が無かったが,今後はエンジニアリングプラスティック板や非磁性金属板等も各種検討し,それぞれの固定力についての基本性能の計測・確認を行い,問題点を明らかにすると同時に最適な材料の選択を行う.平成24年度の実施計画では,回転・制動可能な非磁性アクチュエータの機構の考案および評価を行う予定であった.完全なる非磁性版を開発する前に,まず磁性材料等には拘らずに冷却効率重視の開発を行った.ただし,取扱いの困難性および実用化の観点から,窒素ガスの導入は今年度は見送った.よって,ペルチェ素子による冷却凍結に注力た.

試作過程においては,ヒートシンクを更に冷却するためのファンの取り付けをする等の試行錯誤を行い,また排熱流路などの工夫を行ってきており,ノウハウの蓄積や成果は十分にあるといえる.しかしながら,評価のための温度計測については正しい計測が可能なようにセンサの選定等を行ったが,十分な計測手段を選定するのが遅れ,現在それらの測定精度を検証中である.この点は問題点であり計画より若干遅れをとっていると考えるべきだが,評価が終了することで全体的には順調に進展するものと言える.研究実績の概要および達成度に記載した通り,提案した新しいアクチュエータのプロトタイプ開発を行ってきたが,今後は精度の高い評価,冷却効率の更なる向上および非磁性化を進める.また,安全性の確保を確認したのち,窒素ガスによる実験も行い,純粋に新しいアクチュエータとしての最高スペックを検討する.また,使用する材質として,エンジニアリングプラスティック板や非磁性金属板を各種用意し,それぞれの固定力についての基本性能の計測・確認を行い,問題点を明らかにすると同時に最適な材料の選択を行う.またさらに,本アクチュエータを用いた1もしくは2自由度のロボットの試作を行う.今年度は構想・設計に十分に時間を掛け,試作についても3Dプリンタの活用によって,より低コストで実験を重ねることが出来たため,予定よりも繰り越し研究費が生じた.今年度,冷却手段として安全性と実用性を考えて窒素ガスは用いずにペルチェ素子に絞ったが,やはり,より高い応答性を求めるための試作も行う必要があると考え,そのための機材・材料の追加購入の検討を行う.また,本年度は本格的な試作およびロボット試作までを行う予定であり,外注部品を多くすることにより,当初通りの予算計上で進める計画である.
イギリスの<自己>像および<他者>像構築の歴史的変遷

1年目は、エドワード・サイードの『オリエンタリズム』をはじめとするポスト植民地批評、ポスト構造主義批評の理論的研究をふまえつつ、ナショナル・アイデンティティがつくられてゆく過程で他者像がいかにねつ造されてゆくかをめぐって、理論的な基礎研究をおこなった。そのうえで、2年目以降からは、中世から20世紀にいたるイギリスのナショナル・アイデンティティの変容について概観しながら、各メンバーがそれぞれの専門の時代について、どのような問題をめぐって、どのようなイギリスの〈自己像〉が生み出され、さらにその反転としてどのような他者像がねつ造されていったか、をできるかぎり具体的に、そしてできるかぎり独創的な観点から論じるよう努めた。この間に公刊された成果としては、第二次世界大戦後の大英帝国の解体と帝国意識の変容を跡づけた木畑の『帝国のたそがれー冷戦下のイギリスとアジア』、中世ヨーロッパと20世紀末の統合ヨーロッパを論じつつ、そのなかでのイギリスの地位と英文学研究のあり方を論じた高田の「統合ヨーロッパと英文学」、ストーカーの『ドラキュラ』読解をつうじて19世紀末イギリスのナショナル・アイデンティティと外国恐怖症の関係を論じた丹治の『ドラキュラの世紀末ーヴィクトリア朝イギリスの外国恐怖症の文化研究』、第一次世界大戦に出征したジョージ朝詩人の評伝的研究をとおして1910年代のイギリス像を探求した草光の『明け方のホルンー西部戦線と英国詩人』などがある。イギリス地域文化研究の一環として、イギリスの<自己>像の変遷を歴史的に概観することを目的とする本研究は、その理論的根拠を、エドワード・サイ-ドの「オリエンタリズム」という観念に置くつもりである。本年は、ポスト構造主義的前提に立った地域文化研究の方法論の可能性を、サイ-ドの『オリエンタリズム』と『文化と帝国主義』といった著作にさぐった。それと同時に、かぎられた時間内で可能なかぎりたくさんの研究資料(第一次、第二次を問わず)を集める努力をした。とくに電子テクストのかたちになった資料は多数の第一次資料を処理しなければならないわれわれの方法論にとって必須であるという共通する認識のもとに、各種のCD-ROMにより、さらにはインターネットの各種のア-カイヴを利用するかたちで、多数の電子テクストを収集し、われわれなりのア-カイヴの作成への道筋をつけた。そのうえで、それぞれの研究者が、歴史の各段階においてイギリスがどこにどのようなかたちで<他者>を構築していったかを探り、その<他者>像をつうじてイギリスがどのような<自己>像をつくりあげてきたか、そしてその<他者>像と<自己>像に時代特有のかたちをあたえたそれぞれの時代のイデオロギーとは何だったのかといった問題を、帝国主義研究、フェミニズム研究、中世研究、ルネサンス研究、ヴィクトリア朝研究、植民地文学、英語帝国主義といった個別の主題のもとに研究した。そのような個別な主題研究をひとつの場に集め、相互に批判的に検討する機会はいまだないが、本年度末からその作業もはじめていきたいと思う。中世から20世紀にいたるイギリスのナショナル・アイデンティティの変容について、(サイ-ドの『オリエンタリズム』などの研究を中心にした)昨年度の理論的研究をふまえつつ、本年度はより具体的な研究に移行した。すなわち、それぞれの研究メンバーが来年度の研究とりまとめにむけて、イギリスのナショナル・アイデンティティを論じるための独創的な論点の発見に努めながら、第一次ならびに第二次資料の収集と、その読解やノート作りなどの作業を進めた。論文や単著のかたちでの具体的成果としては、第二次世界大戦後の大英帝国の解体と帝国意識の変容を跡づけた木畑の『帝国のたそがれ--冷戦下のイギリスとアジア』、中世ヨーロッパと20世紀末の統合ヨーロッパを論じつつ、そのなかでのイギリスの地位と英文学研究のあり方を論じた高田の「統合ヨーロッパと英文学」、ストーカーの『ドラキュラ』読解をつうじて19世紀末イギリスのナショナル・アイデンティティと外国恐怖症の関係を論じた丹治の『ドラキュラの世紀末--ヴィクトリア朝イギリスの外国恐怖症の文化研究』、第一次世界大戦に出征したジョージ朝詩人の評伝的研究をとおして1910年代のイギリス像を探求した草光の『明け方のホルン--西部戦線と英国詩人』などなど。

個人としての研究のみならず、グループとしてもわれわれの研究に示唆をあたえる可能性のある海外からの研究者(ジョン・マッケンジ-教授、ジョン・ダ-ウィン教授など)の講演会を数度にわたって組織する一方で、上記にあげた研究メンバーの具体的成果を講評する合評会を中心にして、定期の研究会をもち、相互の問題意識の明確化と研究主題の多様化をはかった。1年目は、エドワード・サイードの『オリエンタリズム』をはじめとするポスト植民地批評、ポスト構造主義批評の理論的研究をふまえつつ、ナショナル・アイデンティティがつくられてゆく過程で他者像がいかにねつ造されてゆくかをめぐって、理論的な基礎研究をおこなった。そのうえで、2年目以降からは、中世から20世紀にいたるイギリスのナショナル・アイデンティティの変容について概観しながら、各メンバーがそれぞれの専門の時代について、どのような問題をめぐって、どのようなイギリスの<自己像>が生み出され、さらにその反転としてどのような他者像がねつ造されていったか、をできるかぎり具体的に、そしてできるかぎり独創的な観点から論じるよう努めた。この間に公刊された成果としては、第二次世界大戦後の大英帝国の解体と帝国意識の変容を跡づけた木畑の『帝国のたそがれー冷戦下のイギリスとアジア』、中世ヨーロッパと20世紀末の統合ヨーロッパを論じつつ、そのなかでのイギリスの地位と英文学研究のあり方を論じた高田の「統合ヨーロッパと英文学」、ストーカーの『ドラキュラ』読解をつうじて19世紀末イギリスのナショナル・アイデンティティと外国恐怖症の関係を論じた丹治の『ドラキュラの世紀末ーヴィクトリア朝イギリスの外国恐怖症の文化研究』、第一次世界大戦に出征したジョージ朝詩人の評伝的研究をとおして1910年代のイギリス像を探求した草光の『明け方のホルンー西部戦線と英国詩人』などがある。
防御応答の一つであるイネ過敏感細胞死の誘導シグナルとその伝達機構

植物の抵抗性反応の一つと考えられている過敏感細胞死の誘導機構を理解するために、二つの方向からの研究を行った。1.イネOsAMPK-γの過敏感細胞死への関与過敏感細胞死を誘導した細胞としていない細胞間で異なる発現パターンを示す遺伝子としてイネOsAMPK-γ遺伝子(AMP-activated protein kinase γサブユニット)を同定した。OsAMPK-γmRNAは、過敏感細胞死を誘導したイネ培養細胞で、発現量が減少することが明らかになったので、本遺伝子と過敏感細胞死誘導との関係を明らかにするため、グルココルチコイド誘導型ブロモーターの下流にセンス、アンチセンスでOsAMPK-γの遺伝子を結合したベクターを用い、それぞれ形質転換体を作製した。得られた形質転換培養細胞で導入遺伝子を発現させたところ、アンチセンス形質転換体で導入遺伝子発現後24時間から細胞死が誘導された。これらの結果は、OsAMPK-γの発現抑制が過敏感細胞死誘導に関与することを示している。2.過敏感細胞死誘導への活性酸素の関与とその発生機構イネ培養細胞の過敏感細胞死誘導への活性酸素の関与を明らかにするため、イネ培養細胞にAcidovorax avenaeの非親和性菌と親和性菌をそれぞれ接種し、発生するH_2O_2を経時的に検出した。その結果、非親和性菌を接種した細胞で過敏感細胞死より先にH_2O_2の発生が観察された。次に、発生するH_2O_2の細胞内発生部位を明らかにするため、発生するH_2O_2をCeCl_3と反応させ、その細胞を透過型電子顕微鏡で観察したところ、細胞壁及び細胞膜付近でH_2O_2が発生していることが明らかになった。また、細胞膜付近でのH_2O_2の発生はNADPH依存的でありNADPHoxidaseの阻害剤であるDPIによって阻害された。そこで、イネのNADPH oxidaseであると考えられているOsrboh A遺伝子のアンチセンス形質転換体を作製した。その結果、アンチセンス形質転換体は非親和性菌を接種してもH_2O_2が発生せず、過敏感細胞死も誘導しないことが示され、Osrboh Aによって発生するH_2O_2が細胞死を誘導することが証明された。植物の抵抗性反応の一つと考えられている過敏感細胞死の誘導機構を解析するため本年度は主に活性酸素の過敏感細胞死誘導と過敏感細胞死の実行に関与するのではないかと考えているOsAMPk-γに関して解析を行った。1.過敏感細胞死誘導への活性酸素の関与とその発生機構イネ培養細胞の過敏感細胞死誘導への活性酸素の関与を明らかにするため、イネ培養細胞にPseudomonas avenaeの非親和性菌と親和性菌をそれぞれ接種し、発生するH_2O_2を経時的に検出した。その結果、非親和性菌接種時のみで.H_2O_2の発生が接種後6時間から観察された。

次に、発生するH_2O_2をCeCl_3と反応させ、透過型電子顕微鏡で観察したところ、細胞壁及び細胞膜付近でH_2O_2が発生していることが明らかになった。そこで、細胞膜に存在すると考えられているイネのNADPHoxidaseであるOsrbohA遺伝子の変動をノーザンプロツト解析で調べたところ、この遺伝子の発現は非親和性菌接種時のみで増加した。次に、OsrbohAのアンチセンス形質転換体を作製し解析したところ、得られた形質転換体は非親和性菌接種でもH_2O_2が発生せず、過敏感細胞死も誘導しないことが示され、OsrbohAによって発生するH_2O_2が細胞死誘導することが証明された。2.イネOsAMPK-γの過敏感細胞死への関与非親和性菌接種時に発現抑制が認められたイネAMP-activated protein kinase(AMPK)γサブユニット(OsAMPK-γ)の構造的特徴及び抵抗性反応誘導への関与について調べた。OsAMPK-γmRNAは、非親和性菌を接種したイネ培養細胞で、過敏感細胞死が誘導されるより早い接種後3時間から発現量が減少した。次に、グルココルチコイド誘導型プロモーターの下流にセンス、アンチセンスでOsAMPK-γの遺伝子を結合したベクターを用い、それぞれ形質転換体を作製した。得られた形質転換培養細胞に10μM Dexamethasone(DEX)を加え、導入遺伝子を発現させたところ、アンチセンス形質転換体の3系統で処理後24時間から細胞死が誘導された。以上の結果は、OsAMPK-γの発現抑制が過敏感細胞死誘導に関与することを示している。昨年までの本研究で植物の抵抗性反応である過敏感細胞死の誘導にOsrbohを介して生成する活性酸素が関与することを明らかにした。そこで、本年度は、活性酸素種の生成機構をより詳細に調べることと過敏感細胞死の実行機構について明らかにすることを目的として研究を行った。1)Osrbohファミリー遺伝子の単離と活性酸素発生および過敏感細胞死への関与Osrboh分子がイネのゲノム中にどの程度存在しているかを全ゲノム情報から解析したところ、少なくとも5つの分子が存在することが明らかになった。そこで、RNAiを用いてそれぞれの遺伝子を特異的にノックアウトした形質転換体を作成して解析を行った結果、OsrbohBと名付けた分子が過敏感細胞死誘導を引き起こす活性酸素発生に関与することを初めて明らかにすることが出来た。2)過敏感細胞死誘導に関与する遺伝子群の単離とその機構イネの過敏感細胞死誘導に関与する遺伝子群の網羅的解析のため、過敏感細胞死を誘導した細胞としていない細胞から調整したmRNAを用いてサブトラクションライブラリーを作成した。次に、このライブラリーを用いてマイクロアレイ解析を行ったところ、過敏感細胞死誘導のごく初期に植物固有の転写調節因子であるNac遺伝子が発現誘導されることを明らかにした。イネには少なくとも8つのNac遺伝子が存在していたので、すべての遺伝子をクローニングし、これらそれぞれの遺伝子の過敏感細胞死誘導時の発現を調べたところ、NacA,B,Cと名付けた3つの遺伝子のみが過敏感細胞死特異的に誘導されることが明らかとなった。
疑似生態系型処理に基づく自律的知能構成に関する研究

本研究は将来のロボット開発に向けて人工生命的観点に基づく進化発展的機能をロボットに埋め込むことを主目的としている.このためにロボット群をエージェント群とみなし,状況に応じた適応的機能分化を伴う自律的知能構成の実現への取り組みを行った.本年度は昨年度の結果を踏まえ,『場の空間を利用した協調関係の適応的生成』の適応的獲得に関する提案を行った.また『モチベーション生成に基づく行動選択』の進化的獲得とその検討を行った.すなわち,(1)『場の空間を利用した協調関係の適応的生成』の適応的獲得に関する理論展開として,生物のフェロモンを利用した通信の発し方をクラシファイヤシステムで表現し,これを強化学習的に獲得する試みた.この方法によりエージェント群による協調的タスク処理問題において有効であることを示した.(2)『モチベーション生成に基づく行動選択』の進化的獲得に関して,ニューラルネットの適応的設計方法と異なり,仮想ノード層を用いた手法を提案した.この方法では複雑な結合形態を持ったネットワークを簡易に扱うことができる特徴を持っており,複雑な働きを示す必要があるモチベーションを待った行動選択ネットワークの生成に有効であると考えられる.以上の理論応用として,マルチエージェント系モンキーバナナ問題を取り上げ,上記提案手法を適用しその有効性を確認した.今後,さらにエージェント群の組織化能力を適応的な側面から強化するためには,評価関数のあり方について議論を行っていく必要があると思われる.本研究は将来のロボット開発に向けて人工生命的観点に基づく進化発展的機能をロボットに埋め込むことを主目的としている.このためにロボット群をエージェント群とみなし,状況に応じた適応的機能分化を伴う自律的知能構成の実現への取り組みを行った.本年度は昨年度の結果を踏まえ,『場の空間を利用した協調関係の適応的生成』の適応的獲得に関する提案を行った.また『モチベーション生成に基づく行動選択』の進化的獲得とその検討を行った.すなわち,(1)『場の空間を利用した協調関係の適応的生成』の適応的獲得に関する理論展開として,生物のフェロモンを利用した通信の発し方をクラシファイヤシステムで表現し,これを強化学習的に獲得する試みた.この方法によりエージェント群による協調的タスク処理問題において有効であることを示した.(2)『モチベーション生成に基づく行動選択』の進化的獲得に関して,ニューラルネットの適応的設計方法と異なり,仮想ノード層を用いた手法を提案した.この方法では複雑な結合形態を持ったネットワークを簡易に扱うことができる特徴を持っており,複雑な働きを示す必要があるモチベーションを待った行動選択ネットワークの生成に有効であると考えられる.以上の理論応用として,マルチエージェント系モンキーバナナ問題を取り上げ,上記提案手法を適用しその有効性を確認した.今後,さらにエージェント群の組織化能力を適応的な側面から強化するためには,評価関数のあり方について議論を行っていく必要があると思われる.
東海地区周辺の地域おこし協力隊の社会学的研究

本研究は、条件不利地域における国家支援事業として制度が設けられている「地域おこし協力隊」について、社会学的手法を用い構造的に把握することを目的としている。本研究の特性は、広がりを見せる地域おこし協力隊が抱える隠れた困難について、個人史や意識のダイナミクス、制度運用、人間関係等の側面を面接法などによる質的調査によって当事者主観から捉え、併せて統計データによる数量的把握と総合しての総体的理解を図る点にある。「地域おこし協力隊」制度は、人口減少や少子高齢化等が著しい条件不利地域へと都市部の人材の移動を促し、地域協力活動を行いながら、その地域への定住・定着を図る取組みである。都市を離れての地方での暮らしへの志向、自己実現への理想、地域おこしへの関心等を持つ都市住民を地方自治体が募集して協力隊員として委嘱し、生活拠点を移して、「よそ者」「若者」の斬新な視点や行政では行えなかった柔軟な地域おこし策による地域協力活動や、移住による人口増加などによって、地域力の維持・強化を図ることを目的としている。初年度の研究として、手法についての検討、面接法による現地調査および量的調査の設計と下準備を行った。面接法による調査では主に東海地区の愛知県内について研究を進めた。また、量的調査の準備として、愛知県内の自治体において予備的な調査を行い、量的調査の可能性について検討を行った。本研究に関しては次のような報告を行った。2018年7月にXIX ISA World Congress of Sociologyにおいて、また、2018年9月に日本社会学会において、その他、研究会などにおいての報告を行った。東海地区の地域おこし協力隊に関して調査を進める予定であったが、愛知県以外の地域おこし協力隊についての調査がやや遅れているため。比較的進んでいる愛知県内を対象とした研究を先行して進めていく。また愛知県外の東海地区の調査を引き続き進め、東海地区全体を射程とした調査を設計推進できるように引き続き準備を進めたい。特に夏季休業期間を利用して研究を進めていく予定である。また、研究成果については引き続き、学会や研究会、論文、報告書などを通じて発表し、社会に還元していく。国内の調査予定で実施できなかったものがあり、その調査旅費が次年度使用額として生じた。使用計画としては、次年度の調査旅費として使用する予定である。
強相関ソフトマテリアルの単分子解析を目指したナノレオロジー原子間力顕微鏡の構築

本研究では研究代表者が開発した「ナノレオロジー原子間力顕微鏡(AFM)」にさらなる発展的改良を加え、「強相関ソフトマテリアル」研究の一助とすることを目的とした。ナノレオロジーAFMとは、タンパク質などの単一高分子鎖を基板と探針の間に挟み込み、伸長の過程でサブナノニュートンレベルの微小な力を検出しようとする通常のAFM動作を拡張し、広帯域の任意波形を入力とし、単一高分子鎖の粘弾性的性質を明らかにしようとするものである。これまでの研究においては、低周波数(0.01? 100Hz)領域で興味深い現象、例えば単一タンパク質の「フォールンデイング・アンフォールディング」の解析、単一合成高分子の「バネ定数」の見積もりなどの例で成功を収めている。またサーキュラーパーミュテーション法と呼ばれる遺伝工学的手法で改変した緑色蛍光タンパク質のミュータントにこの方法を応用し、世界で初めてこのタンパク質をアンフォールドすることにも成功した。さらにこの装置を「分子内の非共有結合性結合の強度・反応速度」を決定付けるための装置として特化すべく、周波数帯域を高周波側に拡張することも試みた。そこでは機械的タッピングモードを元にした、探針の共振周波数近傍(10kHz程度)での加振を単一高分子鎖に摂動として加え、高分子鎖の動的粘弾性を確認することに成功した。以上の展開により、本研究で開発したナノレオロジーAFMは0.01Hzから10kHzという非常に広いダイナミックレンジで単一高分子鎖の様々な緩和モードを測定する方法を提供することができるようになった。なおその結果については複数の国際、国内会議で発表を行った。論文も後述のリストに加え、後2件ほど投稿中である。これまでの研究においては、低周波数(0.01100Hz)領域で興味深い現象、例えば単一タンパク質の「フォールンディング・アンフォールディング」の解析、単一合成高分子の「バネ定数」の見積もりなどの例で成功を収めている。本年度はこの装置を「分子内の非共有結合性結合の強度・反応速度」を決定付けるための装置として特化すべく、周波数帯域を拡張することを試みた。当初の計画では、まず機械的なタッピングモードに代わる測定法として市販されている磁気力ドライブセルを購入し、ナノレオロジーAFM装置で使用できるように改変を施すつもりだったが、市販セルの不完全さから待機を余儀なくされた(H14年末にようやくアップデートしたセルを購入できた)。その間、機械的タッピングモードを元にした予備的研究を行った。そこでは通常タッピングモードの操作で行われるような探針の共振周波数近傍(100kHz程度)での加振ではなく、そこから十分離れた周波数での加振を行い、応答を見るという新しい試みを行った。これによって0.110kHz程度の周波数領域で、単一高分子鎖の動的性質を確認することに成功した。本方法は磁気力による加振にすぐに置き換えることが可能であるため、非常に有用な予備実験を完了することができたことになる。なおその結果については1つずつの国際、国内会議で発表を行っている。
ため池の水質保全に関する研究

1.ため池の整備・保全について老朽ため池の既往の整備実績に基づき、マクロな観点からため池整備の永続性について検討した。また香川県下のため池を中心にしてため池環境の全国的な実態を明らかにした。さらに、ため池の維持管理問題に関して、ため池水利の再編、ため池の統廃合について検討した。そして、それらを総合してため池整備・保全のあり方について取りまとめを行った。2.香川県におけるため池水質の現状香川県等が実施したため池水質の測定結果を用いて、現状分析を行った。ため池の集水域と水質との関係については、水田、畑或は森林など、何れの土地利用形態においても集水域の広さと水質との関係は明らかで無かった。一方、ため池の位置する標高と水質との関係については明瞭な相互関係が認められ、標高が低いほど水質は劣っている。生活排水の影響が大きい。3.ため池の水質改善に関する実験(1)撹拌・曝気に伴う水質の変化:室内に小型水槽を設置し、撹拌・曝気に伴う水質変化を実験により検討した。水質指標としては溶存酸素(DO)を用いた。DOは時間経過につれて上昇し一定値に近付くが、水中に直接空気を混入する空気噴射方式は、撹拌を行うスクリュー方式に比べて効率が良かった。(2)農業用ため池における現地実験:風車により水中スクリューを回転させ、撹拌を行う水質保全装置を用いて実験を行った。撹拌開始後の時間経過につれて、水質変化が認められたが、ごく僅かであった。これは、水質の劣る底泥の巻上によって改善効果が減殺されることによる。撹拌に伴う流水の影響は水平方向には、スクリューのごく近くに限定された。ため池の水質改善を図るための基礎的研究として、DO,pH,CODなどの水質指標が撹拌・曝気によってどのように変化するかを、実験的に検討した。さらに、ため池水質実態を水系レベルで調査・分析した。(1)現地実験:高松市上天神町に位置する農業用ため池「高田池」において、風車式水質保全装置を商用電力で作動させ、水質の経時変化を測定した。ため池の水質はかなり汚れていたが、保全装置の作動に伴う水質変化はほとんど見られなかった。これは、水中の酸素量変化に関わる因子相互間の作用が複雑であること、装置の動力が水容積に対して相対的に小さかったことに起因するものと判断された。本年は夏季の異常な長雨で十分な実験が出来なかった。次年度は装置の改良を行って現地実験を継続する必要がある。(2)基礎実験:実験室内に水槽を設置し、スクリュー方式(プロペラにより水を撹拌)と空気噴射管方式(空気ポンプにより水中に空気を混入)により、撹拌・曝気に伴うpH,DO等の水質指標の経時変化を測定した。撹拌・曝気の強度と酸素供給能力との関係が明らかとなり、空気噴射管方式の方が空気溶解効率が大きいことが解った。スクリュー方式では水表面からの曝気を増大させること、噴射管方式では撹拌効果を与えることがそれぞれ重要であることが明らかとなったので、次年度はこの点を考慮するとともに、更に細かな実験条件を与えて実験を継続する。(3)ため池水質の実態:ため池水質は標高が低いほど悪く、このことは人口、生活排水量との関わりが大きいことがわかった。ため池の水質改善を図るための基礎的研究として、DO,pH,CODなどの水質指標が攪拌・曝気によってどのように変化するかを、水質保全装置の設置されている現地と実験装置を用いた室内基礎実験により検討した。