hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
三次元培養を利用したハイブリッド型人工肝臓の肝不全小動物による機能評価

今後この肝再生が本人工肝臓の作用によるものかどうか、特に肝再生に関与するサイトカインを本人工肝臓が生産しているかどうかの詳細な検討が必要である。2.昨年度得られた知見をもとに、この実験系を肝不全イヌを用いた系にスケールアップした。当初は肝不全ブタの利用を検討したが手術の容易さからほぼ同じ体重のイヌを実験材料とした。ラット用の人工肝臓(装置容積:約5cm^3)から、イヌ用の人工肝臓(装置容積:約300cm^3)へ約100倍のスケールアップに成功した。肝機能の指標としてタンパク質合成活性(アルブミン分泌活性)を調べたが、単位細胞数当りの活性はスケールアップしても良好に維持されていた。またスケールアップに伴って、人工肝臓の機能発現の律速因子になると思われる人工肝臓装置の軸方向に形成される溶存酸素濃度勾配については、装置内の培地流れ方向を双方向にすることによって回避できたものと考えられる。さらに人工肝臓の機能発現を最大にするための最適な培地流量についても知見を得ることができた。
禁煙後に生じる体重増加が動脈硬化に及ぼす影響とその予測因子の解析

50人の男性喫煙者が禁煙治療を受け、28人が禁煙を達成した。治療終了9週間後のBMI増加率により体重増加群(n=18)、体重維持群(n=10)の2群に分け比較検討した。アディポネクチンは、体重増加群では治療終了1週後から治療終了9週後にかけて有意に減少した。体重維持群では、徐々に増加した。インスリン抵抗性は、体重増加群では治療9週後には有意差をもって増加した。体重維持群においては、変化が認められなかった。禁煙による動脈硬化抑制の効果を最大限に得るためには、禁煙に併せて体重増加を抑えることが重要であることが示唆された。1.研究の目的喫煙者において禁煙前後の体重の変化と動脈硬化への影響を前向きに検討することで禁煙後の体重増加が動脈硬化のリスクとなりうるかどうかを明らかにする。2.研究実績(1)平成20年7月1日付けの長崎大学医学部歯学部附属病院臨床研究倫理委員会にて承認され研究を開始した。(2)平成21年3月13日までに11症例(男性9例、女性2例)から同意取得後に登録が得られた。彼らに対してニコチネルTTSおよびカウンセリングによる禁煙支援を行った。(3)禁煙支援により5例が成功、4例が失敗、2例が治療継続中である。5例の禁煙成功者のうち2例で禁煙後に2Kg以上の体重増加が認められた。(4)5例の禁煙成功者において測定した上腕動脈の%FMD値は、禁煙前3.99+/-1.69、禁煙開始8週間後4.61+/-1.13、禁煙開始16週後4.36+/1.62であった。(5)全例より今後の動脈硬化関連サイトカイン測定のための検体を採取し、測定まで凍結保存した。3.今後の計画(1)症例の蓄積(2)各種動脈硬化関連サイトカイン値の測定(3)禁煙前後での各種パラメーターの比較検討1.研究の目的喫煙者において禁煙前後の体重の変化と動脈硬化への影響を前向きに検討することで禁煙後の体重増加が動脈硬化のリスクとなりうるかどうかを明らかにする。2.研究実績(1)平成22年3月17日までに30症例が禁煙に成功した。(2)この30例において平均体重は、禁煙前63.9+/-12.2、8週間後65.9+/-12.0、16週間後66.5+/-11.9kgと禁煙後に有意に増加した。(3) 8例の禁煙成功者において測定した上腕動脈の%FMD値は、禁煙前3.67+/-2.13であり、8週間後に4.57+/-1.97と一旦改善傾向を示した(p=0.12)が、16週後では4.25+/-1.88とそれ以上の改善は認められなかった。(4) 30例の禁煙成功者において測定した頸動脈のIMT値は、禁煙前0.77+/-0.24、8週間後0.74+/-0.18、16週後0.77+/-0.20と変化は認められなかった。(5) 30例の禁煙成功者において測定したCAVI値は、禁煙前、8週間後、16週後において変化は認められなかった。(6) 30例の禁煙成功者において禁煙前後における血清中のHDL-C、LDL-C、葉酸、ホモシステイン、高感度CRP、IL-6、TNF-α、アディポネクチンを測定した。HDL-Cは禁煙前(58.5+/-11.5)に比較して8週後(61.5+/-14.3)に有意に増加した(p=0.012)。アディポネクチンは、禁煙前(4.35+/-2.59)に比較して8週後(4.71+/-3.00)に有意に増加した(p=0.017)が、16週後では前値に復した(4.30+/-2.88)。3.今後の計画FMD値及びアディポネクチン値が禁煙8週間後には、改善し、16週間後では、悪化する1つの原因として体重増加が考えられる。症例を体重増加群と不変群とに分けて比較検討する。2.研究実績(1)50人の男性喫煙者が禁煙治療を受け、28人が禁煙治療終了9週後まで禁煙を達成した。(2)この28例においてBMIは禁煙治療終了

1週後に有意に増加し(0.7+/-0.7kg/m^2,p<0.001))、その後治療終了9週間後(0.2+/-0.4kg/m^2,p<0.005))までにさらに増加した。(3)血清アディポネクチン値は治療前と比べ治療終了1週間後には増加傾向は示したが、有意差は認められなかった。治療終了1週間後と9週間後との比較では、有意に減少した。(0.4+/-0.9ug/ml,p=0.02)HOMA-Rにおいては、治療前と比べ、治療終了1週間後、9週間後と徐々に増加したが、有意差は認められなかった。(4)次に28例を治療前と比較したBMI増加率3%未満を体重維持群(n=10)、3%以上を体重増加群の2群に分け、これらを比較検討した。(5)血清アディポネクチン値は、体重増加群では、治療終了1週間後と比較し、9週間後で有意に減少した。(0.8+/-0.9ug/ml,p=0.002)一方、体重維持群では、治療前と比較し、有意差は認められないものの治療1週間後、9週間後と徐々に増加した。(6)HOMA-Rは、体重増加群では、治療前と比較し、治療9週間後で有意に増加した。(0.4+/-0.7,p=0.01)一方、体重維持群では、治療前後で差は認められなかった。(7)頸動脈内膜中膜複合体、心臓足首血管指数、足関節上腕血圧比、血流依存性血管拡張反応は、禁煙前後の比較では有意差は認められなかった。
単結晶炭化珪素/金属界面反応組織の解析と制御

炭化珪素(SiC)とTi-Al合金膜は、二段階の反応挙動・界面組織形態を経てSiC/Ti_3SiC_2となることを昨年度実施した研究により解明した。本年度は、昨年度に引き続き高Al濃度側に組成を変化させたTi-Al合金を用いて界面反応挙動を調査した。また、上述の各段階での界面組織を有するSiC/Ti-Al接合体について接合強度を評価し、破壊経路を同定した。Alが7590at%となる組成比でSiC上に堆積させたTi/Al多層膜を用いた場合、まずTi/Al層間反応によりTiAl_3を生じた後、TiAl_3とSiCが反応し、直接Ti_3SiC_2を生じる。この界面反応における各構成元素の挙動を、化学ポテンシャル勾配に基づいて解明した。複数の混相化合物層が形成された界面を有する接合体は、特異な強度特性を示す。接合温度や接合時間を変化させ、各層の厚さを変化させても、接合強度と界面組織の明確な相関関係は見られず、誤差も大きい。調査の結果、接合強度は接合後の経過時間に強く依存して変化することが判明した。破壊経路は、接合強度が高い場合も低い場合も同じSiC/TiC界面である。一方、SiCに接して層状にTi_3SiC_2が形成された界面を有する接合体は、そのような接合後の経過時間に対する接合強度の依存性は見られない。SiCに接してTi_3SiC_2のみが層状に形成された界面を創出するには、TiAl_3を介したSiCとの界面反応が有効である。そのためにはTi/Al層間反応によりTiAl_3を層状に形成するよう1000K程度の温度で一度昇温を停止し、一定時間その温度で保持した後にSiC/TiAl_3間界面反応を誘起できる1273Kまで昇温するステップ昇温熱処理法が好ましい。この方法による熱処理を行った結果、SiCに接してTi_3SiC_2のみが層状に形成された界面を創出することに成功した。炭化珪素(SiC)上にオーミック電極を形成するには,通常,金属膜を蒸着した後,高温で熱処理する必要がある.この熱処理プロセスによりSiCと金属膜の界面で反応を生じることでSiCと金属膜のコンタクト抵抗が低下する.しかし,コンタクト抵抗低減に寄与する界面組織因子およびその形成を担う反応素過程が十分に解明されていないため,コンタクト抵抗をミニマイズする電極形成技術が確立できていない.本研究では,SiCと種々の電極用金属材料との間の界面反応を制御し,優れたオーミック特性を発現する電極形成技術を開発することを目的として推進している.本年度はSiCと電極用材料として近年活発に研究されているTi-Al積層膜の界面反応組織を解析するとともに化学ポテンシャル図を作成し,これらに基づいて界面反応機構を検討した.SiCとγTi-Alの界面反応では,複数の混相化合物層から成る複雑な界面組織が形成されることが明らかとなった.その層構造は,SiC/TiC/(TiC+Ti_2AlC)/(Ti_5Si_3C_x+Ti_2AlC)/TiAl_2/γTiAlと記述される.γTiAlの初期厚さが100μm以下の場合では,この界面層構造は系γTiAlが残存している間は維持され,その間はいずれの生成層も放物線則に従った成長挙動を示す.しかし,γTiAlが界面反応により消尽すると,生成層どうしによる新たな界面反応でTi_3SiC_2を生じ,最終的にはSiC/Ti_3SiC_2なる界面組織となって平衡する.この反応により,AlはSiを含んだ融液となって系外に排出される.この現象は,半無限拡散対の一方のエンドメンバーがシフトすることに伴う反応として,化学ポテンシャル図を用いて的確に説明できる.SiC上に電極形成のために蒸着する金属膜は通常1μm以下と非常に薄いため,わずかな熱処理時間でTiAl膜が界面反応により消尽し,SiC/Ti_3SiC_2/Al-Si(liq.)で表される界面組織を形成することが明らかとなった.炭化珪素(SiC)とTi-Al合金膜は、二段階の反応挙動・界面組織形態を経てSiC/Ti_3SiC_2となることを昨年度実施した研究により解明した。

一方、SiCに接して層状にTi_3SiC_2が形成された界面を有する接合体は、そのような接合後の経過時間に対する接合強度の依存性は見られない。SiCに接してTi_3SiC_2のみが層状に形成された界面を創出するには、TiAl_3を介したSiCとの界面反応が有効である。そのためにはTi/Al層間反応によりTiAl_3を層状に形成するよう1000K程度の温度で一度昇温を停止し、一定時間その温度で保持した後にSiC/TiAl_3間界面反応を誘起できる1273Kまで昇温するステップ昇温熱処理法が好ましい。この方法による熱処理を行った結果、SiCに接してTi_3SiC_2のみが層状に形成された界面を創出することに成功した。
プラズモン強結合系における電子状態の変調と光反応場への応用

分子振動モードとプラズモンモードとの強結合が分子の振動状態だけではなく、電子状態にまで影響を及ぼすことを明らかにするために、平成30年度は赤外の幅広い波長域において高い光電場増強効果を示す金属ナノ構造体の構造設計を明らかにした。まず、可視波長域において光ナノ共振器と金ナノ微粒子のプラズモン共鳴がモード強結合を示して、幅広い波長において高い光吸収と光電場増強効果を示すことを明らかにした。特筆すべき点は、プラズモンの位相緩和時間が、モード強結合に基づくプラズモン状態の変調により変化することを明らかにした点である。この可視域におけるモード強結合の原理を利用して、赤外域に共鳴を示す構造設計に展開した。石英基板上に厚さ100 nmの金フィルムを成膜し、その上に厚さ450 nmの酸化チタン層を成膜することで、2400cm-1に共振を示すファブリ・ペロー共振器を構築した。その上に電子ビームリソグラフィー/リフトオフ法により赤外に波長選択的にプラズモン共鳴を示す金ナノチェイン構造を作製したところ、20004000cm-1においてモード強結合によりスペクトルが分裂する現象が観測された。また、金ナノチェイン構造の長さにより共鳴波長を変化させたところ、共鳴効率の増大により顕著に赤外光の吸収効率が増大することを吸収スペクトル測定から明らかにした。つまり、赤外の幅広い波長域で高い光吸収と光電場増強効果を示す構造が得られた。この構造に蛍光分子であるEosin Yを成膜したところ、Eosin YのOH伸縮振動と赤外モード強結合が強い相互作用を示し、蛍光寿命が赤外波長における光電場増強の大きさとともに顕著に且つ系統的に短くなること、そして解析の結果、赤外振動モードと光場の相互作用により無放射失活が大きくなることが示され、高次の電子状態に強く影響を及ぼすことが明らかとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。分子振動モードとプラズモンモードの強結合により振動状態や電子状態を変調し、高効率にフォトクロミック反応を誘起する光反応場への応用を実現するために、平成29年度は、1)分子振動ープラズモン強結合に基づく励起状態ダイナミクスの解明、および2)電子状態を変調する金属ナノ構造体設計の最適化を試みた。赤外波長域に局在表面プラズモン共鳴を示す金ナノチェイン構造を作製し、100 nmの厚みでポリ酢酸ビニルを成膜すると、酢酸ビニルのC=O伸縮振動モードと1740cm-1に共鳴を有するプラズモンが強結合を示し、スペクトルが分裂すること、そしてプラズモン共鳴波数に対して分裂した2つのピークエネルギーをプロットした分散カーブは強結合に特有の反交差な振る舞いを示すことが明らかになった。ラマン散乱分光により振動状態の変調を確認したところ、光学モード内における分子数が少ないためにラマン散乱は観測されなかったが、微小共振器を疑似プラズモンとして用いて、ラマン散乱分光を行ったところ、下枝ポラリトンのみが選択的に観測されることが明らかになった。これは、振動状態が変調されていることを示している。そこで、蛍光色素であるフルオレセインを導入して蛍光寿命を測定したところ、C=O伸縮振動モードが光学のモードと強結合した場合は、強結合してないときに比べて励起状態の寿命が変化することが明らかになった。また、微小共振器とプラズモンを相互作用させることにより、強く光を閉じ込める構造体設計を明らかにし、プラズモンの位相緩和ダイナミクスが変調されることを明らかにした。平成29年度は、振動モード強結合により電子状態ダイナミクスが変調されること、そしてその変調を高効率に誘起することが可能な光増強場を構築することに成功し、当初の予定通り、研究が順調に進んでいる。さらに、プラズモンと微小共振器を強結合させることにより、プラズモン状態を変調し、高い光閉じ込めを示す全く新しい原理に基づく光増強場を構築することに成功した点は、価値が高い。

この構造に蛍光分子であるEosin Yを成膜したところ、Eosin YのOH伸縮振動と赤外モード強結合が強い相互作用を示し、蛍光寿命が赤外波長における光電場増強の大きさとともに顕著に且つ系統的に短くなること、そして解析の結果、赤外振動モードと光場の相互作用により無放射失活が大きくなることが示され、高次の電子状態に強く影響を及ぼすことが明らかとなった。平成30年度は、高い光閉じ込めを示す金ナノ構造ー微小共振器強結合系に分子を配置し、分子の電子状態を高効率に変調することが可能であることを、各種分光計測や時間分解分光計測により明らかにするとともに、メロシアニンのフォトクロミック反応の反応速度を強結合と非結合条件下で比較し、強結合による電子状態の変調が光化学反応に与える影響を明らかにする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
VNC概念による上下水道施設における病原性微生物感染リスクの再評価に関する研究

生理的活性のある細菌を直接蛍光顕微鏡下で検出する方法として、DVC法,マイクロコロニー法,CTC法,BacLight法の4つの手法を検討し、これらの方法とDAPI染色による全菌数計数法および平板培養法を用いて青森県内の河川や排水中の細菌数を測定し、水環境中の細菌の挙動についてまとめた。河川水では、平板培養法で測定した生菌数はDAPI試薬で検出される全菌数より25オーダー程度少なくほとんどの細菌が平板培養できなかった。一方、排水処理施設では曝気槽流入水,最終沈殿池流出水および処理水について細菌数を計測したが、3つのサンプルとも生菌数と全菌数の差は小さく12オーダーしか違いがなかった。また生理的活性のある細菌の数は、河川水も排水処理施設内の排水も生菌数と全菌数の中間に位置し、生菌数よりかなり多く検出された。従って水環境中には生理的活性があるのに培養できない細菌、つまりVNC状態にある細菌が多数存在することが確かめられた。消長実験の結果、これらの細菌は比較的長期間にわたって活性を維持できることが明らかになった。VNC状態の細菌に対する塩素消毒効果は、大腸菌を使用して20°C、pH7.2の条件で検討した。培養法で計測された大腸菌数は塩素処理前に比べて36オーダー低い値となった。一方生理的活性のある細菌を計測する4つの方法で求めた大腸菌数は、処理前に比べて処理後は13オーダー程度しか菌数が減少しなかった。培養法で検出される細菌数よりかなり多くの活性のある細菌が塩素消毒後も残存しており、従来の培養による計測方法は塩素消毒効果を過大に評価していたと考えられる。塩素処理に伴う不活化率とCT値(残留塩素濃度と時間の積)の関係から求めた不活性速度定数左は、生理的活性のある細菌を計測する4つの方法とも大差が無く培養法の1/21/3程度であった。水環境中には生存しているものの培養できない状態にある細菌(Viable but nonculturable ; VNC)が少なからず存在することが明らかになってきた。そこで、今年度は培養を行うことなく細菌数を計数する方法や活性のある細菌を評価する方法を確立し、これらの手法を用いてVNCの状態にある細菌の存在量について青森県内の6水域で調査を行った。平板培養法以外の顕微鏡下で直接生理的活性のある細菌を評価する手法として、蛍光試薬DAPIによる全菌数計測法、DVC法、マイクロコロニー法、CTC法、Baclight試薬を検討した。いずれの方法も、ポリカーボネイトフィルター上に細菌を捕集し蛍光試薬を利用して落射型蛍光顕微鏡を使用して計測するものである。先ず購入した大腸菌と腸内細菌を使用してこれらの菌数計測法の最適条件を求め、次に青森県内の5河川と1湖沼から採水して、水環境中のVNC状態の細菌数を測定した。水環境中の全菌数については、DAPIによる方法とBaclight試薬による計測と求めることができる。2つの方法とも計数結果はほぼ同数で、すべての水域とも1×10^7個/mL前後だった。一方、生菌数はR2A培地とPGY培地による平板培養法で求めたが、1×10^410^5個/mLの範囲で、全菌数より23オーダー程度低かった。またR2A培地とPGY培地を比較すると、3つの水域ともR2A培地の計数結果の方が多く、PGY培地より貧栄養のR2A培地の方がこれらの水域に適していたことが知られる。DAPIによる全菌数とR2A

培地による生菌数の比率は、0.082.16%であった。生理的活性のある細菌の検出法として使用した他の4つの方法で求めた細菌数は、Baclight試薬による計数結果が最も多く、呼吸活性のある細菌を検出できるCTC法が最小となった。DVC法とマイクロコロニ法はその中間の値を示した。今年度は、昨年度の研究で確立したVNC状態の細菌を検出する4つの方法を用いて、青森県内5河川と生活排水処理施設においてVNC状態の細菌の存在量を調査した。また河川水を使用して消長実験を行い、水環境中でのVNC状態の細菌の挙動について検討した。河川調査は、浅水川、奥入瀬川、五戸川、新井田川及び馬淵川の5河川について夏期と秋期に実施した。全菌数と生菌数を比較すると生菌数は全菌数より35オーダー少なく、DAPI試薬で検出されるほとんどの細菌が培養できなかった。生菌数は全菌数の1%にも満たないほどしか検出されなかったのに対して、VNC状態の細菌はかなり多く検出された。細胞膜の破損状況を指標とするBaclight法では全菌数の70%以上が生理的活性があり、一方呼吸活性を表すCTC法は20%以下しか検出されなかった。増殖活性を表すマイクロコロニー法とDVC法はその中間の値を示し、採水時期によって大きく変動した。一方、下水については八戸高専生活排水処理施設と青森県内のM浄化センターにおいて、曝気槽流入水、最終沈殿池流出水及び処理水を調査した。3つのサンプルとも河川水に比べて全菌数と生菌数の差は小さく、12オーダーしか違いがなかった。4つの検出法で測定したVNC状態の細菌数は、いずれの方法でもほぼ全菌数と生菌数の中間の計数結果を示した。全菌数に対するVNC状態の細菌の比率を河川水と比較すると、Baclight法では河川水に比べて比率が半分程度に低下し、40%以下となった。他の方法では河川水と大きな差はなかった。馬淵川の河川水を20°Cで約70日間振とう培養した消長実験では、培養期間中全菌数はほとんど変化がなかったのに対し、生菌数は1オーダー以上減少した。またVNC状態の細菌数は、4つの検出方法とも培養期間中大きく変動し、マイクロコロニー法とDVC法では全菌数に対する比率は培養50日以上で0.5%以下となった。生活排水処理施設におけるVNC状態の細菌の調査では、青森県内T終末処理場の曝気槽流入水、最終沈殿池流出水及び処理水を調査した。3つのサンプルとも5つの細菌数計測方法で測定した細菌数はほぼ同数で、生理的活性のある細菌を測定した4つの方法でも細菌数に僅かしか違いがなかった。全菌数と活性のある細菌数の差は小さく、1オーダー以内だった。また、全菌数も活性のある細菌数も、最終沈殿池流出水は曝気槽流入水よりも1オーダー少なく、処理水は4オーダー少ないという結果になった。生理的活性のある細菌を計測する方法では、BacLight法以外全て全菌数に対する比率は40%前後となっており、活性のある細菌の割合が高かった。VNC状態の細菌に対する塩素消毒効果は、大腸菌Escherichia coli(JCM1649^T)を使用して検討した。塩素剤として次亜塩素酸ナトリウム溶液(和光純薬)を使用し、20°C、pH7.2、接触時間12分間の条件で残留塩素濃度0.1mg/L1.2mg/Lの範囲で実験した。全菌数は塩素処理前、処理後ともにほぼ同数で1×10^71×10^8個/mLの範囲だった。
浸透圧感受性TRPチャネルの活性化分子機構とその生理的役割の解明

これまで、細胞容積調節能に関わる浸透圧刺激で活性化するイオンチャネルの活性化分子機構や生体における生理的役割の理解は、十分ではなかった。そこで、それぞれのイオンチャネルの活性化機構および生理的役割を分子レベルから組織、個体レベルまで多階層で包括的理解を目指した。研究の成果として、腎臓に多く多発性嚢胞腎の原因遺伝子PKD1,PKD2L1の活性化機構及び、物理・化学的な刺激で活性化するTRPチャネル(TRPV1, M2, M4)の生理的な役割、浸透圧変化で活性化するクロライドチャネルの水分分泌機構について報告を行った。1.TRPM7の機械刺激感受性部位候補の変異体作成および発現確認および実験動物準備を行った。今まで上皮細胞に内在的に発現するTRPM7を用いてもHEK293T細胞に遺伝子発現をさせたTRPM7を用いても、パッチクランプ法インサイドモードもしくはアウトサイドアウトモードで局所的な膜のみによる記録を行っても機械刺激によって活性化すること見出した。これらのことよりTRPM7は、脂質膜の環境変化で活性化するBilayer-dependentなイオンチャネルであることが予想された。そこで、まずHEK293T細胞に遺伝子発現させたTRPM7を用いて脂質関連物質の作用を電気生理学的解析により確認した。さらにイオンチャネル内の重要なアミノ酸に関しては、先行する機械刺激イオンチャネルの報告を参考にした。また、これらの発現はウェスタンブロット法により確認した。動物実験に用いる条件付きTRPM7遺伝子欠損マウスは、既に作成済みであり、薬物による誘導により遺伝子欠損できることを確認した。2.TRPM2の活性化部位の同定、変異体作成および発現確認、実験動物準備を行った。今までの実験において、CD38(サイクリックADPリボースヒドロラーゼ)とTRPM2が相互作用することを見出した。そこで、相互作用部位の同定をTRPM2のN末端、C末端を用いて免疫沈降法によって確認を行った。これらのコンストラクションは、過去に行った報告を参考に作成したものである。TRPM2欠損マウスは、福岡大学にSPF化後に搬入を行った。当初の予定通り、実験に必要な材料である変異体および抗体の作成、動物の搬入を済ませており、おおむね順調に進展している。これまで、細胞容積調節能に関わる浸透圧刺激で活性化するイオンチャネルであるTRPM2およびTRPM7の活性化分子機構や生体における生理的役割の理解は、未だ十分ではない。活性化分子機構の解明には、主にイオンチャネル内に変異を導入し、機能評価を行った。組織、個体における生理的役割の評価には遺伝子欠損マウスを用いた実験を行った。本年度は、変異体機能解析、単離細胞を用いたTRPM7の細胞容積調節能への関与確認を行った。初年度に行ったTRPM7の測定条件の検討後、作成した変異体の機能解析を行った。生体内の様々な細胞(脳または感覚神経、腎臓、骨、心臓、血球系、線維芽細胞など)の単離、培養条件を検討し、細胞容積調節能実験により、TRPM7ノックアウトマウスを用いて機能評価を行った。次に変異体機能解析、単離細胞を用いたTRPM2の細胞容積調節能への関与確認を行った。初年度に作成したTRPM2とCD38の相互作用に関わる変異体の機能解析を行った。また、TRPM2には申請者が報告した高浸透圧刺激のみならず、細胞内Ca2+上昇、過酸化水素添加によっても活性化する[Sumoza-Toledo, Penner, 2011 J. Physiol. (London)]。そのため、それぞれの活性化剤を用いて変異体間における違いを検討した。さらに、細胞容積調節能に関わるカチオンチャネルのsiRNA作用によるスクリーニングで新たな候補分子も見つけた。またTRPM2ノックアウトマウスの組織より細胞の単離、培養条件を検討し、細胞容積調節能実験により、機能評価を行った。この結果により、さらにvivoにおける役割をイメージング解析で展開させる予定である。分子、細胞、組織レベルにおける実験の結果が良好であり、最終年度において目標としていた個体におけるTRPチャネルの役割の検討を当初に計画していた以上の技術で解析ができるから。また、研究の途中で新たな候補分子の発見があり、さらに研究目標の詳細な検討ができるようになったから。活性化分子機構の解明には、主にイオンチャネル内に変異を導入し、機能評価を行い、組織、個体における生理的役割の評価には遺伝子欠損マウスを用いた実験を行った。主に以下の2つの課題1「分子レベルにおける活性化機構の解明」、2「組織、個体レベルにおける生理的役割の解明」を遂行し、本研究課題「浸透圧感受性TRPチャネルの活性化分子機構とその生理的役割の解明」を行った。以下の細分化した課題を行った。Ia.イオンチャネル内の機械刺激感受性部位候補の変異体作成および発現確認を行った。また遺伝子改変動物のmatingを行い使用準備を行った。Ib.変異体機能解析、細胞容積調節能実験を行った。Ic.個体における浸透圧刺激を含む機械刺激に対する実験を行った。

初年度は、実験動物準備、変異体作成、発現確認など分子、生化学的研究を中心に実験の予備実験や用いる材料の準備の実験を行った。2年度は、初年度に作成したクローンの機能解析および遺伝子欠損マウスからの単離確認および細胞容積調節能の確認を行った。3年度に個体実験および単離細胞、組織における浸透圧感知の生理的役割を明らかにした。研究の成果として、物理・化学的な刺激で活性化するTRPチャネル(TRPV1, M2, M4, PKD1,PKD2L1)と浸透圧変化で活性化するクロライドチャネルの報告を行った。これまで、細胞容積調節能に関わる浸透圧刺激で活性化するイオンチャネルの活性化分子機構や生体における生理的役割の理解は、十分ではなかった。そこで、それぞれのイオンチャネルの活性化機構および生理的役割を分子レベルから組織、個体レベルまで多階層で包括的理解を目指した。研究の成果として、腎臓に多く多発性嚢胞腎の原因遺伝子PKD1,PKD2L1の活性化機構及び、物理・化学的な刺激で活性化するTRPチャネル(TRPV1, M2, M4)の生理的な役割、浸透圧変化で活性化するクロライドチャネルの水分分泌機構について報告を行った。1.変異体機能解析、単離細胞を用いたTRPM7の細胞容積調節能への関与確認2.変異体機能解析、単離細胞を用いたTRPM2の細胞容積調節能への関与確認今までの二年間の間に行った内容を論文や学会発表を行う準備をする。また、今までの共同研究者と内容について、意見などをいただき、さらに内容について推敲をする。実験手技について、不明な点等は、専門家の意見を聞くなど柔軟に対応する。生理学一般次年度に必要な試薬を購入するため試薬の購入
動物細胞における新たなRasシグナル伝達系の解析

われわれは、出芽酵母においてRAS1、RAS2およびRAS類似遺伝子RSR1遺伝子を破壊した菌株は致死となり細胞周期のM期で増殖を停止することから、RASタンパク質がcAMP合成酵素の活性を調節し細胞周期G1期の進行を司るだけでなく、細胞周期M期の終了にも関与していることを示した。今年度の本研究においては、以下の実験結果を得た。1.RAS1、RAS2、RSR1三重遺伝子欠損株の増殖を相捕する遺伝子群相互の関係を調べたところ、RAS→LTE1(small GTPaseの活性化因子)→TEM1(small GTPase)→DBF2、CDC5、CDC15(いずれもセリンスレオニンキナーゼ)という情報伝達系が存在することを見いだした。そこでTEM1の温度変異株を作成し、この菌株に酵母細胞内で発現可能なHela細胞およびJurkat細胞由来のcDNAライブラリーを導入し、温度変異株が増殖できない温度での生育を回復する動物細胞由来の遺伝子を単離した。単離したcDNAを決定したところ、hCDC10(中間径フィラメントの構成成分)、nucleolin等の既知の遺伝子の他に新規の遺伝子が単離できた。現在この遺伝子の機能について検討を加えている。2.TEM1タンパク質のGTP結合ドメインは典型的なsmall GTPaseとは異なっているためRASと類似の活性化型変異を作成することは困難であった。そこでTEM1遺伝子内部にPCR反応により無作為に変異を導入し低コピー数の発現でRAS1、RAS2、RSR1遺伝子欠損株の増殖を相捕するTEM1変異遺伝子を単離し、この遺伝子の変異を決定した。
イギリスにおけるホッケーの普及過程に関する研究 1895-1914年

平成17年度には、ホッケーアソシエーションのゲーム普及戦略形成の背景を検討するため、その意思決定に関与した役員の1人であったスタンレー・クリストファーソンがいかなるゲーム観を有していたのかを検討した。彼は有名パブリックスクールOBであり、ミッドランド銀行頭取やノーフォーク州長官を努めたエリートであった。傑出したプレーヤーであると同時に、ホッケーアソシエーションの名誉幹事兼会計を務め、同組織の意思決定に深く関与した。19世紀末までには、ホッケーアソシエーションのゲーム普及戦略はほぼ確立していたと評価することができるが、その大きな特徴は会員資格を「真のアマチュア」に限定し続けた点にあった。エリート層の男性にとってのプロ化の弊害は、慎重に排除された。この規約の影響の下に、ゲームは地域限定的に、緩やかに普及していった。こうした背景の中で、彼は、ホッケーアソシエーションによって統括されるのは、1)アマチュアのための、2)男性によるゲームであるべきである、と主張していた。こうしたクリストファーソンのゲーム観は、当時のホッケーアソシエーションのゲームをプレイするエリート層男性たちの、ゲーム観の一側面を代弁するものであったと仮説付けられた。平成18年度には、並存していた男性、女性のどちらの組織にも統括されることなく、独自の展開を見た男女混合ホッケー(mixed hockey)のゲームについて、1914年までを対象に検討した。結果、男女混合ホッケーのゲームは、男女両者の主導的なプレーヤーからの批判や、愛好家による擁護など、さまざまな議論を喚起しつつ、主にクラブゲームとして確かにプレイされ続けていたこと、男性、女性の統括組織の並存状態をめぐる問題をさらに複雑なものにしていたことが明らかになった。またこれまで十分指摘されてこなかったホッケー普及の多様性が示唆された。平成17年度は、1895年から1908年までの、イギリスにおけるホッケーの普及過程を解明することを目的とした。このため、普及の背景、ゲーム活動の展開、ホッケーアソシエーションのゲーム普及戦略の3点から、この過程を検討することを課題とした。イギリス研修旅行を実施し、多くの新史料を入手した。これらの史料の分析から得られた以下の研究成果を学会発表した。計画通り、今年度中に学術雑誌に投稿する予定である。ホッケーアソシエーションのゲーム普及戦略形成の背景を検討するため、その意思決定に関与したと考えられる役員の1人であったスタンレー・クリストファーソンがいかなるゲーム観を有していたのかを明らかにした。彼はアッピンガム校の出身で、証券取引所に勤務後、ミッドランド銀行頭取やノーフォーク州長官を務めたエリートであった。傑出したプレーヤーであると同時に、ホッケーアソシエーションの名誉幹事兼会計を務め、19世紀末の同組織の意思決定に深く関与した。19世紀末までには、ホッケーアソシエーションのゲーム普及戦略はほぼ確立していたと評価することができるが、その大きな特徴は、会員資格を「真のアマチュア」に限定し続けた点にあった。彼はアソシエーションの総会、委員会における提議に度々関与しており、普及戦略に関する合意形成にも影響を及ぼしていたと推定される。
二次元界面形状測定技術を応用した落下液膜の指状不安定化現象の実験的解明

本研究では,液膜の二次元界面形状測定手法である勾配色情報法を改良し,傾斜平板上を落下する液膜先端の形状の決定プロセスの実験的な解明に適用した.その結果,数値計算に基づく先行研究において提案されたキャピラリー(Ca)数(=粘性応力と表面張力の比)でスケールされた接触勾配を用いることで,実験における形成パターンがおおむねまとめられることが実験的にも確認された.また,不安定化時の波状接触線の根元部分の膜厚が接触勾配やCa数の影響によって変化し,そこでの接触線速度が変化することが形成パターンに大きな影響を及ぼしていることを明らかにした.今年度は色勾配情報変換(CCM)法を運動接触線近傍界面の測定に適用し,指状界面形成への濡れ性の影響を明確にすることを主たる目的として行った.CCM法の適用に当たっては,想定される動的接触角の最大値および指状界面形状の大きさを考慮し,測定可能な界面の最大傾斜角60°,撮影領域100mm x 100mmが確保されるよう,光学系を作成した.このシステムを用い,傾斜角210°の傾斜平板上を落下する液膜先端に生成される指状界面の形状および動的接触角の分布を測定した.測定は濡れ性の異なる条件を得るため,液体にはエチレングリコールおよび水を,固体面にはアクリルおよびアクリルに親水化コーティングを施したものを用いて行った.静止接触角は11°45°であった.実験では親水化コーティングを行わなかった時(アクリル)には指状形状界面が観察されたが,親水化を行ったとき(より接触角が小さなとき)には比較的短い三角形状(鋸刃型)が見られた.この違いは過去の研究でも観察される傾向と一致しており,接触角が原因であるとされる.これらの界面先端の動的接触角を測定した結果,親水化コーティングを行った場合の動的接触角はいずれの領域においても,親水化コーティングを行わなかった場合とほぼ同程度の値であることがわかった.このことから,発達する界面の形状は動的接触角ではなく,静止接触角に支配されることが見出された.また,動的接触角は速度に依存して変化することが確認され,その依存性はこれまでに2次元性を仮定して導かれたモデルと同様の傾向を示すことが明らかとなった.昨年度に引き続き,勾配色情報変換法(CCM法)を用いてフィンガー形成時および形成直前の界面形状を測定することにより,形成されるフィンガーの流路平行面内形状を決定する因子を見出すことを目的として研究を進めた.今年度は測定手法の改良のため,集光レンズ収差による影響を低減するために多点で校正を行う方法を検討し,精度の改善を得た.改善された手法により試料流体としてエチレングリコールを対象としてフィンガー形状の計測を行ったところ,先端の接触角が90度を超えるノーズ型となることがあることが判明した.このため,本年度はより粘度の低い,水とエチレングリコールの混合溶液を中心に行った.流路の傾斜角を変えながら,形成される指状界面の形状パターンを整理したところ,接触角および粘度と流速を用いたモデル(Moyle(1999))で,表すことが可能であることがわかった.しかしながら,このときに用いられる接触角は静止接触角であり,実際に測定された接触線運動中の接触角(動的接触角)を用いた場合には本モデルでは整理できないことも明らかとなった.また,グリセリン水溶液を用いた実験も併せて行い,やはり上記Moyleのモデルは静止接触角を用いた場合にのみ界面形状を予測可能であることがわかった.また,CCM法を用いて動的接触角を測定したところ,フィンガーの先端および付け根部といったフィンガーの進行と接触線が直交する部分においては接触角は広く使われる半経験的モデルとよく一致した.一方,接触線の進行方向が接触線に直交しないと考えられる領域では,接触角はモデルでの予測よりも小さくなることがわかった.この領域での流れ場は接触線に直交する面に沿っておらず,接触線に平行な方向を持つであろうことから,これらの非平行成分が理論値からの原因と考えられる.本年度は精度向上を目的として昨年度開発した多点キャリブレーション法をさらに発展させ,多点キャリブレーションで得られた各点における値を内挿する近似を撮影領域を小区画に分けて行うことで近似精度を改善するとともに,評価値が二価となる部分を取り除くことにより大幅な精度の改善を達成した.また,これまでのエチレングリコール等のアルコール系の流体に加え,本年度は表面張力が大きく異なるシリコンオイルを用いた測定も行った.測定ではフッ素系の撥油コートを行った流路での実験も行うことによりこれまでよりも低表面張力流体に対して異なった接触角での実験を行った.その結果,本現象において工学上最も重要な因子である指状界面の発達のパターンは,接触角が大きな時(50°のケース)を除いてMoyle(1999)が提案したパラメータにより整理できることが明確になった.また,線形を仮定した解析モデルから,接触角の大きな場合についてもモデル内の接触角に係る項をより厳密な関数で置き換えることによりモデルの適用性が大きく改善されることがわかった.また,指状界面の発達は特に指の付け根部分の接触線の運動が指の発達に大きな影響を与えていることがわかった.

このことは勾配色情報変換法を用いた界面厚さ測定からも明らかとなった.すなわち,指の先端となる位置での界面厚さは,リッジ(先端部での局所的な盛り上がり)も含めて界面形状パターンとの相関は見られなかったが,指の根元となる部分は指が大きく発達する条件下において流下とともに明確に薄くなる傾向を示した.本研究では,液膜の二次元界面形状測定手法である勾配色情報法を改良し,傾斜平板上を落下する液膜先端の形状の決定プロセスの実験的な解明に適用した.その結果,数値計算に基づく先行研究において提案されたキャピラリー(Ca)数(=粘性応力と表面張力の比)でスケールされた接触勾配を用いることで,実験における形成パターンがおおむねまとめられることが実験的にも確認された.また,不安定化時の波状接触線の根元部分の膜厚が接触勾配やCa数の影響によって変化し,そこでの接触線速度が変化することが形成パターンに大きな影響を及ぼしていることを明らかにした.指状界面形状の予測モデルの適用性の実験的検証を行い,その適用性を示すことができた.また,動的接触角が接触線の進行方向の影響を受けることも明らかにした.しかし,モデルの定量性検討にあたってさらなる測定精度改善が必要であることと,表面張力等の物性変化が界面形状に与える影響を調べるための実験体系の構築が遅れている.流体工学フィンガー形成に向けての不安定化直前における動的接触角および界面形状をより詳細に測定し,瞬時の(動的)接触角がフィンガー形成に与える影響について考察するとともに,既存のフィンガー形状予測モデルにおいて,本来重要と考えられる動的接触角を用いた場合についてモデルが破綻する理由を明らかにする.これを行うためには測定精度のさらなる向上が必須であるので,光学系の設備更新等により引き続き精度の向上を進める.また,測定手法の限界を考慮し,より表面張力の小さいプロピレングリコールなどを用いた測定や温度等の条件を変えた測定も行い,それらの物性の影響を把握する.色勾配情報変換法による動的接触角の2次元同時測定が可能となった.これを適用することにより,指状界面の成長における接触角を広い領域にわたって同時に測定を行い,界面発達形状に対する濡れ性影響を明らかにした.これらは当初目標に沿ったものであり,概ね順調に進展したといえる.色勾配情報変換法による測定に際して,精度の改善に当初想定より時間を要したために温度等によって表面張力が変化した時の影響についての実験および測定系の製作に至らなかったことが原因である.色勾配情報変換法を用いた動的接触角の測定法は確立されたが,精度について改善の余地があるため,精度向上を最優先課題として進める.これにより固体面性状が動的接触角の速度に対する感度に与える影響を明確にする.また,液体の界面張力の分布の影響についての測定も進める.主に測定・光学系の精度向上のための部品・機器(集光レンズおよび高解像度カラーカメラ,照明)の購入および加熱可能な流路の製作に充てる予定である.今年度測定を行った条件下では当初の予想よりも定常性および再現性が高く,保有していた静止画カメラシステムを用いた撮影が可能であった.これにより,撮影装置や光学部品の導入の緊急性が低下したため,導入を平成26年度以降にすることとした.平成26年度以降は,流体の粘度や表面張力が変化した状態での条件下でも測定する予定であるが,これらは現象の時間的な変動が見込まれる.このため,連続撮影が可能なカラービデオカメラを導入する.また,当初の想定よりも画像の精度(ノイズ)が問題となることが判明したため,カメラ撮影画質の改善のために専用照明も検討する.
豚における溶解型ゼラチンスポンジを用いた肥満に対する血管塞栓術の検討

肥満は世界的な問題です。重症の患者さんに対する治療法として胃を切り取る手術が有名ですが、近年新たに血管内治療が注目されつつあります。これは胃を切り取るかわりに胃の血管を詰めるという治療法です。お腹を切る必要がないため、体への負担が少ないという利点があります。しかしながら、術後に胃潰瘍になることがあるなど、まだまだ改良の余地があります。今回の研究では胃の血管を詰める物質に注目しています。副作用がより起きにくい物質にどのようなものがあるのか、動物実験を通して検討します。
弱電離プラズマ気相中の化学反応ネットワークの可視化と解析

弱電離プラズマ内の種々の反応、すなわち、電子衝突に起因して生じた活性種の反応系全体についての理解と可視化のため、ネットワーク解析手法を適用する。弱電離プラズマ内に存在する数10数100の種の活性種とそれらの間の反応式を、節点および節点間を結ぶ枝で成り立つグラフ構造に割り当てて可視化し、中心性指標等ネットワーク解析で導出される種々の指標値を計算し、反応系全体の中に占める種の役割や反応式の特定を行う。本研究では、弱電離プラズマ内の種々の反応、すなわち、電子衝突に起因して生じた活性種の反応系全体について、その理解と解明に迫るため、ネットワーク解析手法を応用する。弱電離プラズマ内に存在する数10数100の種の活性種とそれらの間の反応式を、節点および節点間を結ぶ枝で成り立つグラフ構造に割り当てて可視化し、中心性指標やクラスター係数等ネットワーク解析で導出される種々の指標値を計算し、反応系全体の中に占める重要な種や反応式の特定とプラズマプロセス中の電子の役割を明確にする。そして、弱電離プラズマ物理・化学の抱えていたあいまいさを客観的指標で示す手法を確立することを目的としている。今年度は、まず化学反応のネットワーク化手法の開発を行った。ネットワークを表現するグラフとして、節点には各種粒子、節点間の枝には化学反応を対応させるが、複数の反応物と生成物の間の枝の有無の設定法について普遍的な手法を提案した。そして、アンモニア系、メタン系、およびシラン系のプラズマ化学反応をネットワーク表現することに成功した。次に、解析手法として、枝の太さ制御を検討した。枝の太さとして、均一な場合と、速度反応定数に対応した太さを割り当てた場合を比較したが、例えば指標値としてページランク値の変化はあまり見られなかった。これは、対象とする粒子が数10以上となると、同じ次元数の空間内で固有ベクトルを求めることに等価となり、枝の太さより枝の有無が大きな影響を持つことによると考えられる。さらに、ネットワーク指標値の物理的・化学的意味について検討した。例えばページランク値は、固有ベクトルの要素と同様の値を取り、他の粒子からもたらされる粒子数の増減を示す指標であると解釈できた。また、実験系の整備を行い、アンモニアの分解量とヒドラジンの生成量を定量的に測定できる環境の整備が完了し、来年度の実験に適用可能である。平成28年度の研究実施計画に掲げていた、項目はすべて達成している。通常の化学プラント等の中で進行する化学反応が、副生成物は存在するものの、チェーン状に進行する反応がほとんどの状態に制御されるのに対して、弱電離プラズマ中の化学反応は多くの反応が同時に進行し、結果として目標生成物に至る反応径路が多数存在する。まず、このようなプラズマ化学反応の特徴を明確に可視化する手法を提案することができた。そして、化学反応とそのネットワーク指標値との間に、明確な関連を指摘することができた。従来検討では、チェーン状の化学反応に対する数学的な理解は進んでいたものの、複雑ネットワーク系としての理解は進んでおらず、かつ複雑ネットワーク分野で培われた手法のいくつかをプラズマ化学系の解釈に使用しうる環境が整った。本研究では、弱電離プラズマ内の種々の反応、すなわち、電子衝突に起因して生じた活性種の反応系全体についての理解と可視化のため、ネットワーク解析手法を応用する。そして、弱電離プラズマ物理・化学の抱えていたあいまいさを客観的指標で示す手法の確立を目的としている。今年度は、化学反応中の各粒子の果たしている役割の可視化と、実験結果との比較検討を行った。化学反応中の各粒子の果たしている役割の可視化については、例としてシラン分子ガス中でのプラズマ内反応についてあげると、58の粒子種に対して222の反応を扱う。粒子種位置の2次元プロットとして媒介中心性の対数軸と近接中心性の線形軸を用いることで、それぞれ中間体としての役割の指標値と反応物ー生成物間の役割変化の指標値を与えることが明らかとなり、ランダムグラフの場合と比較して統計性として有意な差があることがわかった。次に、実験結果との比較検討については、前年度に整備した、大気圧よりやや低圧力下で生成が可能なアンモニア分子ガス中でのプラズマ生成実験において、ヒドラジン粒子の生成量と窒素分子・NH活性種・水素原子等の発光強度変化を観測した。すると、化学反応式に加えて励起状態の表現を加えたネットワーク構造において、各粒子の固有ベクトル中心性の改正指標値が粒子密度や発光量の変化を表していることがわかった。以上のように、本研究により、複雑系としての弱電離プラズマ中の化学反応を可視化することに成功し、それは粒子種全体での統計的性質を明らかにするとともに各粒子固有の役割や振舞の表現を可能にした。

研究計画の変更は無く、交付申請書に記載の内容を遂行する。特に、プラズマ化学の反応ネットワークの複雑性に含まれる意味合いを明確にしたい。すなわち、通常の化学反応と比べてより複雑になっているのは、ただ単に制御性を悪くしているだけとは限らない。例えば、細胞内のタンパク質反応系は複雑ネットワークとなっていることが知られているが、このように複雑になっていることで外乱等に対して頑強(ある反応径路が働かなくなっても、他の反応径路がその働きを補充する)であると指摘されている。このような利点がプラズマ化学反応においても存在する可能性が高く、解析を進めたい。また、次年度は、実験結果の取得を行える状態となっているので、各粒子種の量(生成密度)とネットワーク指標値との関連をより明確にする検討を行う予定である。プラズマ理工学、メタマテリアル科学
準リアルタイム離島(無人島)地震観測システムの構築と試験観測

本研究は,海域での地震観測を推進するために,無人島を含む離島で使用できる準リアルタイム地震観測システムを構築するものである.システムは,既存のテレメータ地震観測網のシステムに連動して,テレメータ観測網で観測された地震の離島観測点での観測データを準リアルタイムで自動的に吸い上げるものであり,離島観測点で用いる地震観測装置および既存デレメータシステムと連動し観測点を制御するソフトを開発・作成した.本システムでの観測点と親局との通信手段は,無入島でも使用可能となるように衛星携帯電話である(地上波携帯電話,一般回線も使用可).地震観測装置は,連続観測データをバッファリングしておき,定期的に親局から送られてくる波形切り出し命令に従って連続データから切り出しデータを作成し,それを親局に伝送するものである.電源は太陽電池とバッテリーの組み合わせであり,衛星携帯電話は親局から設定される通信時間のみ通電するなどの省エネルギー化を図っている.また,保守が困難な場所での観測に対応できるように,電源電圧が規定レベル以下になった時には機器への電源供給を最小限にし,電圧が回復した後に機器が自動的に再起動するような自己回復機能を持たせて,仮に欠測が増えたとしても保守力が少なくて済むようにしている.親局側の制御ソフトは既存テレメータ観測網のトリガ情報に基づいて波形切り取り命令を作成し,定期的に子局(観測点)と通信を行って観測データを吸い上げるものである.システムの試験観測は,2003年11月から,トカラ列島南端の無人島である横当島で実施した.冬期の長期日照不足で欠測期間があったものの,自己回復機能により日照時間増加後に機器は再起動し,それ以降は順調に稼動している.この試験観測によって,本システムはほぼ実用的レベルに達していることが確かめられた.本研究は,海域での地震観測を推進するために,無人島を含む離島で使用できる準リアルタイム地震観測システムを構築するものである.システムは,既存のテレメータ地震観測網のシステムに連動して,テレメータ観測網で観測された地震の離島観測点での観測データを準リアルタイムで自動的に吸い上げるものであり,離島観測点で用いる地震観測装置および既存デレメータシステムと連動し観測点を制御するソフトを開発・作成した.本システムでの観測点と親局との通信手段は,無入島でも使用可能となるように衛星携帯電話である(地上波携帯電話,一般回線も使用可).地震観測装置は,連続観測データをバッファリングしておき,定期的に親局から送られてくる波形切り出し命令に従って連続データから切り出しデータを作成し,それを親局に伝送するものである.電源は太陽電池とバッテリーの組み合わせであり,衛星携帯電話は親局から設定される通信時間のみ通電するなどの省エネルギー化を図っている.また,保守が困難な場所での観測に対応できるように,電源電圧が規定レベル以下になった時には機器への電源供給を最小限にし,電圧が回復した後に機器が自動的に再起動するような自己回復機能を持たせて,仮に欠測が増えたとしても保守力が少なくて済むようにしている.親局側の制御ソフトは既存テレメータ観測網のトリガ情報に基づいて波形切り取り命令を作成し,定期的に子局(観測点)と通信を行って観測データを吸い上げるものである.システムの試験観測は,2003年11月から,トカラ列島南端の無人島である横当島で実施した.冬期の長期日照不足で欠測期間があったものの,自己回復機能により日照時間増加後に機器は再起動し,それ以降は順調に稼動している.この試験観測によって,本システムはほぼ実用的レベルに達していることが確かめられた.周辺を海に囲まれている日本では海域での地震観測が不可欠であり,海底地震計による観測とともに離島での観測が重要である.しかし,離島,特に無人島での長期にわたる地震観測はこれまであまり行われなかった.一方,最近の技術の進歩により原理的には無人島でのリアルタイムでの地震観測は可能となってきているが,通信経費などの問題からすぐに実現することは困難である.本研究は,リアルタイム観測が実現するまでの期間に実施可能な準リアルタイム観測を既存の観測装置を用いて試験するとともに,将来の無人島を含む離島でのリアルタイム地震観測を行う際の問題点を洗い出すことである.平成14年度は鹿児島県山川町と喜界島での短期の予備観測を実施することにより観測システムのプロトタイプが完成し,平成15年1月から界島で本格的なランニングテストを開始した.テスト開始から約1ヶ月が経過した現在のところ,システムは順調に動作している.現在テストに使用しているシステムの概要は以下のとおりである.メモリに蓄積されているサンプリング周波数100Hz・分解能24bitでA/D変換された3チャンネルの波形データは,主局の切り出し命令によって必要波形データだけを抽出し衛星携帯電話で主局に伝送している.メモリには約10日分のデータが保存されている.時刻はGPS信号を1時間に1回受信・校正することにより管理されている.電源部は太陽電池とバッテリーのみで運用している.主局からは1日1回呼び出しをかけており,平均して1日あたり10個弱の地震波形データを主局に伝送している.喜界島でのランニングテストを3ヶ月程度継続した後,無人島であるトカラ列島横当島での試験観測を実施する予定である.周辺を海に囲まれている日本での地震活動の監視や調査研究では,海域での観測が不可欠である.しかし,海底地震計による観測の多くは短期間に限られており,また小さな離島での観測もあまり実施できていなかった.

一方,最近の技術の進歩により原理的には無人島を含む離島でのリアルタイムでの地震観測は可能となってきているが,経費などの問題からすぐに実現することは困難である.本研究は,リアルタイム観測が実現するまでの期間に実施可能な準リアルタイム地震観測システムを既存の観測装置を一部改造して構築するとともに,離島(無人島)でのリアルタイム地震観測を行う際の問題点を洗い出すことである.平成14年度の予備観測により作り上げたシステムのプロトタイプの概要は以下のとおりである.観測点でメモリに蓄積されているサンプリング周波数100Hz・分解能24bit・3成分の波形データは,主局からの切り出し命令に従って必要なものだけを一般電話回線あるいは衛星携帯電話で主局に伝送する.時刻はGPS時計信号を1時間に1回受信し校正することにより管理されている.電源部は商用電源または太陽電池とバッテリーで運用される.なお,本システムは無人島での観測,すなわち保守・点検を頻繁には実施できないことを想定して,例えば日照不足などにより電力が不足した場合には自動的にシステムを一時休止し,日照が確保できた時点でシステムを再起動するなど,いくつかの自己回復機能を持たせている.本システムは喜界島での約半年間の長期ランニングテストを行った後,平成15年11月からのトカラ列島南端・奄美大島西方の無人島・横当島での試験観測は現在も順調に稼働しており,システムとしてほぼ完成している.