hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
化学ドープ単層カーボンナノチューブの電子準位およびトリオン準位制御

単層カーボンナノチューブ(SWNT)は炭素のみで構成される1次元ナノマテリアルであり、近赤外領域にフォトルミネッセンス(PL)を示す。最近、SWNTに対して局所化学修飾を行うと量子収率が大幅に向上することが報告された。本研究では、置換基を変化させたジアゾニウム分子を各種合成し、局所化学修飾を行い、それらの電子準位を決定した。決定法として、申請者が開発したその場PL分光電気化学測定2)を用いた。Nernst式に基づき酸化電位(HOMO)と還元電位(LUMO)を決定する手法であるし、局所修飾がSWNTのHOMOを負側に、LUMOを正側にシフトさせることを見出し、そのメカニズムを解明した。単層カーボンナノチューブは、1枚のグラフェンシートを丸めた円筒状の構造体である。半導体性の単層カーボンナノチューブはその電子構造から光吸収とPhotoluminescence(PL)が観察される。最近の研究で単層カーボンナノチューブに低濃度のオゾンを反応させることで酸素をドープし、PLの長波長側に新たなピークが生じることが報告された。酸素ドープ(O-doped)単層カーボンナノチューブは簡便な操作で作製可能であることや発光効率が大きく向上することが知られ、光デバイスやバイオイメージングへの応用が注目されているが、その電子特性は未解明な点が多い。本年度の研究において、O-doped単層カーボンナノチューブの電子準位をPL分光電気化学測定によって明らかにした。O-doped単層カーボンナノチューブの外部電位に対する還元側のPLスペクトル変化を測定、解析したところ、電位をマイナス側に印可するに伴い、PL強度が減少し、ー1V vs. Ag/AgClではほぼ消光した。単層カーボンナノチューブの還元に伴うPLのクエンチが起こっていることがわかる。同様の挙動は酸化側でも見られた。この挙動に対してNernst式をベースに解析し、O-doped単層カーボンナノチューブの酸化還元電位を酸化電位= 0.549 V、還元電位= -0.424 V vs. Ag/AgClが決定できた。非ドープ単層カーボンナノチューブの酸化と還元の電位はそれぞれ0.582 Vおよび-0.437 V vs. Ag/AgClであった。すなわち、酸素をドープにより、単層カーボンナノチューブは酸化と還元共により起こりやすい電位にシフトすることがわかった。単層カーボンナノチューブ(SWNT)は炭素のみで構成される1次元ナノマテリアルであり、近赤外領域に光吸収とフォトルミネッセンス(PL)を示す特徴を持つ。しかし、その量子収率が1%以下と極めて低いという問題を有する。しかしSWNTに"局所的"に化学修飾(約20 nmに1箇所の修飾)を行うとPL量子収率が飛躍的に増大する。局所化学修飾したSWNT(C-SWNT)は高効率な発光を発現させる重要なブレイクスルーと位置づけられるが、その現象について未解明な点が多い。本研究では、局所化学修飾がSWNTに与えている影響を分光電気化学的手法によりその電子。C-SWNTは量子収率の向上に加え、発光波長の長波長化が観測されることから、局所的に修飾されたサイトの電子状態(HOMO、LUMO)の変化が予想される。そのため、変化した電子状態を評価することで、C-SWNTにおける局所化学修飾による効果を検証できると考えた。電子状態の評価法として、我々が開発したその場PL分光電気化学測定を用いた。これは電気化学的な酸化・還元によってSWNTのPLが消光される性質を利用して、Nernst式に基づき酸化電位(HOMO)と還元電位(LUMO)を決定する手法である。その結果、未修飾SWNTとC-SWNTでは、修飾の置換基で異なる電子状態が形成され、与える化学修飾の置換基を変えることでSWNTのHOMOの選択的シフトが起こることがわかった。一本の(n,m)カーボンナノチューブの電子準位決定へのアプローチは、かなり困難であったが、京都大学との共同研究により超高解像度のレーザーフォトルミネッセンス装置を用いたこと、また、その場フォトルミネッセンス分光電気化学測定のための特殊電気化学セルの製作(特注により製作)により、測定が可能となり、得られたデータの解析により、当初の目的に到達した。また、単層カーボンナノチューブの電子準位に対するミクロ環境効果については、現在研究を進めている状況である。一方、極く最近、局所酸素ドープ単層カーボンナノチューブは、未ドープのカーボンナノチューブに比べて、蛍光の量子収率が10倍以上増大するという興味ある報告がなされた。本研究では、この局所酸素ドープ単層カーボンナノチューブに対して、筆者が開発したその場フォトルミネッセンス分光電気化学測定を導入し、局所酸素ドープ単層カーボンナノチューブの正確な酸化電位、還元電位、フェルミ準位の決定し成功した。

ナノカーボン化学まずは、申請の研究計画に沿った研究を進める。それとともに、昨年度に成功した局所酸素ドープ単層カーボンナノチューブの電子準位決定の展開として、H27年度は、局所化学修飾ドープ単層カーボンナノチューブを系統的に分子設計、合成し、これらの正確な酸化電位、還元電位、フェルミ準位の決定に関する実験を行なう。
レーザー誘起回析格子分光法の適用による状態選別されたベクトル相関測定

光解離過程における親分子の全角運動量Jを選別して測定された生成分子の飛行方向と回転角運動量ベクトル方向の角度相関(v-j相関)は、申請者の定式化した方法によって散乱の軌道角運動量Iの分布と関係づけられる。光解離過程における親分子の全角運動量Jの選別は、解離のしきいエネルギー近傍のように解離寿命が比較的長く線幅の広がりが顕著でない場合に可能である。しかしながら、v-j相関測定に従来用いられてきたドップラー広がりの線形を観測する方法では、飛行速度が遅い生成分子はドップラーシフトが小さいため測定の精度が悪く、解離のしきいエネルギー近傍のような余剰エネルギーの小さい領域での実験は困難であった。本研究では、この難点を克服するためにレーザー誘起回折格子分光法をベクトル相関測定に適用した。まずレーザー誘起回折格子分光法がどれだけベクトル相関測定に有効であるかを理論的に定式化した。その結果、解離光と検出光の偏光ベクトルを適当な角度(ルジャンドルの二次の多項式の魔法角)に調整することによって種々のベクトル相関をドップラー分光法よりも高い感度で測定できることがはじめて示された。他のグループによって超音速ジェット中の光解離の検出に成功したとして報告されているNO_2の光解離について実験を行い、同程度の質のシグナルが得られるように基本的技術の確立を目指した。現在までに得られたシグナル強度はまだ改善の余地がある。NO_2は状態選別したv-j相関測定によって単分子解離の統計理論の成立基盤の微視的解明が期待される系である。引き続きシグナル強度を改善しv-j相関測定を行う予定である。
リーチング動作における運動学習の基礎理論の検討

誤差学習理論では、視覚的フィードバックに頼らない素早い運動を学習するためには、内部モデルをトレーニングすることが必要とされている。この理論を背景とし、効果的な学習方法を探るため研究を進めた。1から3の研究では、水平面上でのリーチング動作を課題としてモニター画面に課題の始点・終点を提示し、机上でリーチングを行わせる装置を用いた。始点・終点および手元の机上での座標と運動時間を計測し、一定時間内に手元が各点を通る運動を成功と評価し、画面上で被験者に結果を知らせた。学習課題前後での成功確率増加を学習効果判定に用いた。3の結果を受け、4の研究を行った。1.運動方向による学習の汎化:健常者を対象に、ある点を始点として0.6秒以内に終点に達するリーチングを課題とし、一方向についての学習課題実施前後で終点を放射状に配置した課題を行い、各方向の運動学習効果を比較した。学習課題およびその周辺方向の運動に学習効果が見られ、学習課題と離れた運動方向には学習の汎化は見られなかった。2.フィードバック情報提示:健常者を対象に、0.7秒前後のリーチング課題を行う際に手元の軌跡をリアルタイムに提示した場合と提示しなかった場合の運動学習を比較した。軌跡の提示による運動学習促進効果がみられた。3.運動の模倣によるトレーニング効果:0.7±0.5秒の中間点を経由する課題実施前に、成功課題の運動を映像提示し、その学習促進効果を、健常者と片麻痺患者健側で比較した。健常者では映像による運動学習促進効果を認めたが、患者健側では効果を認めなかった。片麻痺患者では運動認知に問題がある可能性が示唆された。4.片麻痺患者の運動認知について:CRT上で移動する円の軌道・速度と、光点で表した生物学的運動パターンを変化させ、それぞれ弁別法により識別閾値を健常者と患者で比較した。健常者より患者の閾値が有意に大きい傾向が見られた。本研究開始以前から、研究代表者が保有していた実験装置を用いて、リーチング学習に関する汎化の実験を行った。被験者は健常者で行った。基準点から目標点まで8方向に2点間のリーチング動作を行い、1方向への練習試行を行った群と行わなかった群で、方向毎に試行の成功回数を比較した。試行は0.75秒以下で2点をとおった場合、成功とした。結果は、統計学的には有意差は得られなかったものの、練習課題と同じ方向と、それに隣接した方向および正反対の方向では成功回数が多くなる傾向が見られた。このことから、リーチングでは、学習成果の汎化は練習課題と類似した課題ではある程度は起こるものの、完全に一般化されたものにはならないと考えられた。また、同じ装置を用いて、リーチング学習を行う際に課題を実行中の状況を収めた映像を提示し、学習が促進されるか否かを検討した。被験者は健常者と脳卒中後の片麻痺患者非麻痺側で実験を行った。課題は経由点をとおる3点間のリーチング課題で、課題実行の時間を0.650.75秒に規定し、3点をとおりかつ規定時間内で課題を実行できたときのみを成功とし、健常者と片麻痺患者のそれぞれで、課題成功確率を映像提示された群と、されなかった群で比較した。また、健常者と片麻庫患者での比較も行った。

その結果、健常者では映像提示された群で成功確率が有意に高かったが、片麻庫患者非麻痩側ではそのような効果は見られなかった。このことから、片麻痩患者では運動認知が障害されている可能性もあると考えられた。この結果は第40回日本リハビリテーション医学会と第33回日本臨床神経生理学会にて発表した。今後この点に関しては認知課題を用いた実験を行う予定である。さらに、リーチング学習中のフィードバックを変化させ、どの条件でよりフィードバックがかかりやすいかを実験的に明らかにすべく、装置の整備を行いつつある。誤差学習理論では、視覚的フィードバックに頼らない素早い運動を学習するためには、内部モデルをトレーニングすることが必要とされている。この理論を背景とし、効果的な学習方法を探るため研究を進めた。1から3の研究では、水平面上でのリーチング動作を課題としてモニター画面に課題の始点・終点が提示し、机上でリーチングを行わせる装置を用いた。始点・終点および手元の机上での座標と運動時間を計測し、一定時間内に手元が各点を通る運動を成功と評価し、画面上で被験者に結果を知らせた。学習課題前後での成功確率増加を学習効果判定に用いた。3の結果を受け、4の研究を行った。1運動方向による学習の汎化:健常者を対象に、ある点を始点として0.6秒以内に終点に達するリーチングを課題とし、一方向についての学習課題実施前後で終点を放射状に配置した課題を行い、各方向の運動学習効果を比較した。学習課題と同じ方向の運動のみに学習効果が見られ、他の運動方向には学習の汎化は見られなかった。2フィードバック情報提示:健常者を対象に、0.7秒前後のリーチング課題を行う際に手元の軌跡をリアルタイムに提示した場合と提示しなかった場合の運動学習を比較した。軌跡の提示による運動学習促進効果がみられた。3運動の模倣によるトレーニング効果:0.7±0.5秒の中間点を経由する課題実施前に、成功課題の運動を映像提示し、その学習促進効果を、健常者と片麻痺患者健側で比較した。健常者では映像による運動学習促進効果を認めたが、患者健側では効果を認めなかった。片麻痺患者では運動認知に問題がある可能性が示唆された。4片麻痺患者の運動認知について:CRT上で移動する円の軌道を変化させ、弁別法により識別閾値を健常者と患者で比較した。健常者より患者の閾値が有意に大きい傾向が見られた。
非侵襲的膵β細胞イメージング法を用いた糖尿病発症過程の解明

本年度は、開発中の放射性同位元素標識プローブを用いた膵β細胞定量方法に向けてex vivo及びin vivoでの検討を行った。プローブを用いて定量評価を行うためには、開発プローブが膵β細胞に特異的に集積し、定量性を有することを示す必要がある。そのために、まず、膵β細胞の定量評価の可能性について検討を行った。マウスインスリンプロモータ下にGFPを発現するコンストラクトを導入したMIP-GFPにプローブを投与し、プローブの集積を確認した。また、非RI標識のプローブ前投与によるブロッキング処理を行うことで、膵島へのプローブの集積が抑制されたことからプローブの特異的な集積を確認した。次にプローブを投与した膵臓を摘出・切片化することでAutoradiographyを行った。切片における膵β細胞由来のGFPの蛍光強度とプローブの膵β細胞への集積由来の放射能の関係を評価し、強い相関を示すことを確認した。このことにより、プローブの膵β細胞への集積が定量的であることが示された。次に、1型糖尿病モデルマウスであるNODマウスを用いてin vivoでの定量評価方法の検討を進めた。糖尿病の進行度合いの異なるNODマウスにプローブを投与し、膵臓を摘出・切片化を行った。切片をインスリン染色することで既存の面積からの膵β細胞量の算出方法と本手法での算出膵β細胞量の比較を行った。その結果、両者の間で強い相関を示すことが明らかとなった。このことは、本手法による膵β細胞量算出が可能であることを示唆する結果となった。今後、本手法の有用性についてさらなる検討を進める予定である。本年度の研究進捗は、当初計画に従い、順調に進んでいる。まず、膵β細胞の定量評価の可能性についての検討として、MIP-GFPマウス(マウスインスリンプロモーター下にGFPを導入したマウス:膵β細胞特異的にGFPを発現する)にプローブを投与後、摘出した膵臓を切片化しAutoradiographyを行い、その切片における蛍光強度(膵β細胞由来)と集積放射能(プローブの膵β細胞への集積由来)の関係(相関)を評価し、強い相関を示すことを示した。つぎにプローブの膵臓への集積と既存の免疫染色法(病理評価)による膵β細胞量との関係について1型糖尿病モデルであるNODマウスを用いて検討を行い、良好な相関を示すことができた。以上、当初の計画に沿った結果を得ることができているため、来年度に向け研究を進めていく予定である。放射性同位元素標識プローブを用いた核医学的手法の強みは、蛍光標識プローブより感度よく検出可能であり、かつ、将来的な臨床応用を見据えることができる点である。また、本研究の最も大きな特徴は、同一個体において膵β細胞量を縦断的に追跡が可能である点である。そのため、まず、平成30年度の成果を基に研究を継続する。NODマウスを用いて糖尿病発症前後における膵β細胞量の評価を同一個体で行う。マウスが、正常血糖時、および高血糖を呈する際にプローブ投与によるSPECT-CT撮像を行い、膵β細胞量の比較を実施する。その際に、膵β細胞量と血糖値の関係について検討を行う。つぎに正常血糖状態から高血糖状態まで緩やかに糖尿病を発症する糖尿病モデルマウスを用いて血糖値と膵β細胞量の関係をより詳細に解析する。具体的には、本イメージングプローブを用いて2-3週ごとにSPECT撮像・画像解析による膵β細胞量の評価を行う。同時に各撮像のタイミングに合わせて血糖値や耐糖能についても評価する。まず、膵β細胞の定量評価の可能性についての検討として、MIP-GFPマウス(マウスインスリンプロモーター下にGFPを導入したマウス:膵β細胞

特異的にGFPを発現する)にプローブを投与後、摘出した膵臓を切片化しAutoradiographyを行い、その切片における蛍光強度(膵β細胞由来)と集積放射能(プローブの膵β細胞への集積由来)の関係(相関)を評価し、強い相関を示すことを示した。つぎにプローブの膵臓への集積と既存の免疫染色法(病理評価)による膵β細胞量との関係について1型糖尿病モデルであるNODマウスを用いて検討を行い、良好な相関を示すことができた。以上、当初の計画に沿った結果を得ることができているため、来年度に向け研究を進めていく予定である。放射性同位元素標識プローブを用いた核医学的手法の強みは、蛍光標識プローブより感度よく検出可能であり、かつ、将来的な臨床応用を見据えることができる点である。また、本研究の最も大きな特徴は、同一個体において膵β細胞量を縦断的に追跡が可能である点である。そのため、まず、平成30年度の成果を基に研究を継続する。NODマウスを用いて糖尿病発症前後における膵β細胞量の評価を同一個体で行う。マウスが、正常血糖時、および高血糖を呈する際にプローブ投与によるSPECT-CT撮像を行い、膵β細胞量の比較を実施する。その際に、膵β細胞量と血糖値の関係について検討を行う。つぎに正常血糖状態から高血糖状態まで緩やかに糖尿病を発症する糖尿病モデルマウスを用いて血糖値と膵β細胞量の関係をより詳細に解析する。具体的には、本イメージングプローブを用いて2-3週ごとにSPECT撮像・画像解析による膵β細胞量の評価を行う。同時に各撮像のタイミングに合わせて血糖値や耐糖能についても評価する。
細胞極性の構造生物学

Par複合体の局在の制御を明らかにするため,本年度はPar複合体の因子の1つPar3について研究を進めた.Par3は複数のドメインからなるマルチドメインタンパク質であり,3つのPDZドメインが存在し(N末端側からPDZ1,PDZ2,PDZ3),これらPDZドメインはPar複合体の局在制御に関与している.Par3のPDZ3と結合タンパク質として同定された上皮細胞の密着結合の形成に関与する分子,Par3BMPとの相互作用様式の詳細について研究を行った.Par3BMPは一回膜貫通型の膜タンパク質でC末端にPDZ結合配列を有している.またPDZ結合配列のすぐN末端側にはSer残基が存在し,特にSer360はカゼインキナーゼIIのリン酸化コンセンサス配列に相当し,生体内においてリン酸化される可能性が示唆された.NMRによる滴定実験の結果,Par3BMPとPar3αPDZ3の相互作用はSer360のリン酸化により増強されることが明らかとした.また立体構造解析の結果,Par3αPDZ3に特徴的な点として,典型的なPDZドメインのリガンド結合領域近傍に塩基性残基の集積した正電荷のクラスターを形成しており,リン酸基の負電荷を許容できる性質を持っていることを明らかにした.さらにPar3αPDZ3とPar3BMP S360Dの複合体の立体構造をNMR法により決定した.Par3αPDZ3とPar3BMPは分子間で逆平行β-シートを形成し,Par3BMPのC末端の3残基はPar3αPDZ3上に存在する疎水性の溝にはまり込むように相互作用していた.変異実験の結果,これら疎水性残基は複合体形成に必須の相互作用を担っていることを明らかにした.また,リン酸化SerはPar3αPDZ3上の塩基性クラスター静電相互作用することでPar3BMPとPar3との相互作用を強めていることを明らかにした.aPKCによる細胞極性制御機構を明らかにするため,aPKC_ι,Par6αPB1ドメイン複合体の立体構造を決定し,その詳細な相互作用様式を明らかにした.また共同研究者によるin vivoでのアッセイにより細胞極性形成においてaPKC,Par6の複合体形成が重要であることを示唆した.aPKCλ,mLgl全長それぞれを大腸菌で発現させた場合,発現は確認できたが発現量は少なく,また発現したタンパク質が正しいフォールドをとっていないことが予想された.そこでより高等なタンパク質発現系である昆虫細胞での発現を試み,aPKCλ,mLgl2全長についてそれぞれ発現させることに成功した.これら昆虫細胞で発現させた組み換えタンパク質を用いてゲルろ過クロマトグラフィーを行い,in vitro再構成系でもPar6/mLgl二者複合体,aPKC/Par6/mLgl三者複合体が形成されることを明らかにした.またmLglについてはプロテアーゼによる限定分解を行い,その結果からN末端側とC末端側に安定な構造領域が存在することが示唆された.最近,上皮細胞の細胞極性形成において低分子量Gタンパク質と三量体Gタンパク質のシグナル伝達が協調的に機能しており,InscuteableおよびLGNはこの二つのシグナル伝達経路を結び付ける分子であることが示唆されている.そこでInscuteable, LGNの立体構造解析のための発現・精製系の確立に着手し,LGNについてはN末端のTPRドメインおよびほぼ全長に近いコンストラクトの精製系を確立した.これらのコンストラクトについて結晶化スクリーニングを試みている.本研究の成果の一部は6月に福岡で行われた第6回日本蛋白質科学会年会における口頭発表,8月にフィレンツェで行われた第20回国際結晶学連合大会でのポスター発表にて報告した.Par複合体の局在の制御を明らかにするため,本年度はPar複合体の因子の1つPar3について研究を進めた.Par3は複数のドメインからなるマルチドメインタンパク質であり,3つのPDZドメインが存在し(N末端側からPDZ1,PDZ2,PDZ3),これらPDZドメインはPar複合体の局在制御に関与している.Par3のPDZ3と結合タンパク質として同定された上皮細胞の密着結合の形成に関与する分子,Par3BMPとの相互作用様式の詳細について研究を行った.Par3BMPは一回膜貫通型の膜タンパク質でC末端にPDZ結合配列を有している.またPDZ結合配列のすぐN末端側にはSer残基が存在し,特にSer360はカゼインキナーゼIIのリン酸化コンセンサス配列に相当し,生体内においてリン酸化される可能性が示唆された.NMRによる滴定実験の結果,Par3BMPとPar3αPDZ3の相互作用はSer360のリン酸化により増強されることが明らかとした.また立体構造解析の結果,Par3αPDZ3に特徴的な点として,典型的なPDZドメインのリガンド結合領域近傍に塩基性残基の集積した正電荷のクラスターを形成しており,リン酸基の負電荷を許容できる性質を持っていることを明らかにした.さらにPar3αPDZ3とPar3BMP S360Dの複合体の立体構造をNMR法により決定した.Par3αPDZ3とPar3BMPは分子間で逆平行β-シートを形成し,Par3BMPのC末端の3残基はPar3αPDZ3上に存在する疎水性の溝にはまり込むように相互作用していた.変異実験の結果,これら疎水性残基は複合体形成に必須の相互作用を担っていることを明らかにした.また,リン酸化SerはPar3αPDZ3上の塩基性クラスター静電相互作用することでPar3BMPとPar3との相互作用を強めていることを明らかにした.
養魚飼料における代替タンパク質の有効利用に関する研究

本研究は、最近新たに開発したソフトドライペレット(SDP)を中心にスチームペレット(DP)単独型モイストペレット(SMP)を用い、主要養殖対象魚であるブリ,マダイ、シマアジ、ニジマス用飼料における種々のタンパク質原料の利用性を明らかにするとともに、それらの利用性を改し、養魚飼料における代替タンパク質の有効利用を図ることを目的とした。その結果、ブリでは大豆油粕(SBM)、コーングルテンミール(CGM),ミートミール(MM)を併用配合した場合、SDPでは魚粉の60%を代替できることが明らかとなった。また濃縮大豆タンパク質を50%配合した試験区では、供試魚の生理状態が魚粉飼料区より劣ったため、その利用性についてはアミノ酸組成を含めてさらに検討する必要があると思われた。SMPの場合にもSBM,CGM,MMおよび粉末麦芽タンパク質(MPF)などの併用添加により、成長、飼料効率を低下させることなく、魚粉配合量を半減できることが明らかにされた。また、SMPではSBM,CGM,MM,MPF,ミートボーンミール(MBM)、ナタネ油粕を単独で20-30%配合できるが、多量に配合した飼料を摂餌した魚はアミノ酸バランス、抗栄養因子、難消化性などの起因する成長や飼料効率低下が観察された。SBMの利用性の改善について検討した結果、生SBMの栄養価は劣悪だが、加熱処理により向上した。その栄養価はアルコール処理によりさらに向上したが、分離精製あるは部分加水分解処理ではそれ以上には向上しないことが判明した。マダイではエクストルーダー処理および未処理のSBMをそれぞれ30%(魚粉代替率60%)配合した高カロリーDPおよびSBMを30%配合したSDPを製造し、SBMの利用性を検討した。その結果、マダイのSBM配合DPに対する嗜好性はいずれも良好であり、エクストル-ダ処理の有無に関わらず飼育成績も魚粉料に比較できるものであった。すなわち、マダイ用DPの魚粉代替タンパク質源として30%前後配合できることがわかった。シマアジでもSBMおよび小麦胚芽は、小型魚による飼育結果および実用レベルにおける成長、飼料効率、タンパク質蓄積率や血液性状等から、飼料中30%までは配合可能であることがわかった。ニジマスにおいても海水魚以上に代替タンパク質を利用できるこが明らかとなった。ブリ、マダイ、オオニベ、シマアジなどの海水魚およびニジマス、コイなどの淡水魚を試験魚とし、大豆油粕(SBM)、コーングルテンミール(CGM)、ミートミール(MM)、フェザ-ミール(PBM)などの魚粉代替タンパク源としての有効性を調べた。ブリ、マダイではアミノ酸バランスを考慮してSBM、CGM、MMを組み合わせて配合することにより、ドライペレット(DP)およびモイストペレット(MP)のいずれの飼料形態でも従来の魚粉主体の飼料から魚粉を50%以上削減できることが明かとなった。その成果は2年間にわたる実用規模における網生簀試験においても実証された。また両魚種および両飼料においてアミノ酸の添加効果が認められた。さらにMPでは生SBMを105°Cで30分間加熱することによりその利用性が向上することがわかった。オオニベ、シマアジにおいてもSBMを2030%配合した飼料が有効であることが認められた。

ニジマスおよびコイにおいてもSBMとCGMの組合せ配合が優れていること、各種タンパク原料の併用により魚粉を9095%削減できることが明かとなった。なおブリ、マダイ、ニジマスでは魚粉を配合しない無魚粉飼料の開発の可能性が示唆された。本研究は、最近新たに開発したソフトドライペレット(SDP)を中心にスチームペレット(DP)単独型モイストペレット(SMP)を用い、主要養殖対象魚であるブリ、マダイ、シマアジ、ニジマス用飼料における種々のタンパク質原料の利用性を明らかにするとともに、それらの利用性を改し、養魚飼料における代替タンパク質の有効利用を図ることを目的とした。その結果、ブリでは大豆油粕(SBM)、コーングルテンミール(CGM),ミートミール(MM)を併用配合した場合、SDPでは魚粉の60%を代替できることが明らかとなった。また濃縮大豆タンパク質を50%配合した試験区では、供試魚の生理状態が魚粉飼料区より劣ったため、その利用性についてはアミノ酸組成を含めてさらに検討する必要があると思われた。SMPの場合にもSBM,CGM,MMおよび粉末麦芽タンパク質(MPF)などの併用添加により、成長、飼料効率を低下させることなく、魚粉配合量を半減できることが明らかにされた。また、SMPではSBM,CGM,MM,MPF,ミートボーンミール(MBM)、ナタネ油粕を単独で20-30%配合できるが、多量に配合した飼料を摂餌した魚ではアミノ酸バランス、抗栄養因子、難消化性などに起因する成長や飼料効率低下が観察された。SBMの利用性の改善について検討した結果、生SBMの栄養価は劣悪だが、加熱処理により向上した。その栄養価はアルコール処理によりさらに向上したが、分離精製あるは部分加水分解処理ではそれ以上には向上しないことが判明した。マダイではエクストルーダー処理および未処理のSBMをそれぞれ30%(魚粉代替率60%)配合した高カロリーDPおよびSBMを30%配合したSDPを製造し、SBMの利用性を検討した。その結果、マダイのSBM配合DPに対する嗜好性はいずれも良好であり、エクストル-ダ処理の有無に関わらず飼育成績も魚粉料に比較できるものであった。すなわち、マダイ用DPの魚粉代替タンパク質源として30%前後配合できることがわかった。シマアジでもSBMおよび小麦胚芽は、小型魚による飼育結果および実用レベルにおける成長、飼料効率、タンパク質蓄積率や血液性状等から、飼料中30%までは配合可能であることがわかった。ニジマスにおいても海水魚以上に代替タンパク質を利用できることが明らかとなった。
ヘテロポリ酸の特殊反応場を用いた触媒反応系の分子反応工学

1.これまでの経緯ヘテロポリ酸の持つ様々な機能を複合化させることにより、新しい反応場を構築し、目的とする反応系への最適触媒を設計する反応工学的な検討を分子論的な視点から行っている。すでに、分子論的なアプローチによる新MTBE合成プロセスの提案を行った。また、部分イオン交換による不溶性と強酸性を複合化した反応場でのフリーデル・クラフツアシル化反応を検討し、新しい反応速度式を提案した。さらに、ベンゼンの液相空気酸化において強酸性と酸化力を複合化化した反応場が有効である示唆を得た。そこで、本研究ではベンゼンの過酸化水素酸化によるフェノール合成をモデルに触媒活性種の形成について検討を行った。2.機能複合化による触媒活性と触媒設計当研究室において研究実績のある塩化鉄触媒をヘテロポリ酸と組み合わせて用い、常圧下の過酸化水素酸化を行った。ヘテロポリ酸のみでは反応は起こらなかったが、塩化鉄とヘテロポリ酸を混合すると塩化鉄単独の場合を上まわる速度で反応が進行した。この場合は均一系で反応し、中でもH_3PW_<12>O_<40>が最も効果的であった。反応性はヘテロポリ酸の酸性質と相関が認められた。一方、ヘテロポリ酸を鉄で部分イオン交換することで、こうした反応場を不溶性の固体上に固定化することに成功したが、酸性プロトンを全てイオン交換すると活性は消失した。これらは、本反応への強酸性の寄与が重要であることを示している。3.活性種の検討反応条件下での紫外吸収スペクトルを観察した。ヘテロポリ酸と鉄を混合すると、ヘテロポリ酸の吸収は変化しないが、鉄については一部のバンドが吸収強度の低下を起こした。この変化は、鉄とヘテロポリ酸を等モル添加した時点で一定となった。これは、反応試験において、ヘテロポリ酸の促進効果が等モル混合まで増加することとよく一致しており、このような錯形成が新しい活性種を生成することがあきらかとなった。
スコットランド英語の発音変種調査

スコットランド各地で収録した音声を分析し,母音の地域相違とイントネーションの特徴を明らかにした。母音に関しては語彙リストを作成し,同じ枠組み文に入れて,各被験者に2回ずつ音読してもらった。フォルマント分析をして母音の舌の位置を示す図を作成し,方言間の相違を明示した。また二重母音の持続時間と舌移動の変化を測定し,方言ごとの特徴とその相違が生じたメカニズム(音韻法則)を考察した。イントネーションについては約4分間の自由な2人の会話,あるいは独白を録音し,ピッチ変化を分析した。方言ごとの特徴的な型(チューン)を抽出し,ToBIという代表的なイントネーション表記法を用いて分類した。平成24年度は,夏期にオークニー諸島,シェトランド諸島,アバディーン大学において,現地方言の収録を行いました。島嶼部の調査に当たっては,アバディーン大学のロバート・ミラー講師からハイランド・アンド・アイランド大学のノルディック研究所(スコットランド島嶼部の言語は古ノルウェー語から発達したものとして研究されています)をご紹介いただき,さらにその研究所の研究者たちのネットワークを通じて,現地の方言保存会の会員や放送局関係者とお会いすることができました。島嶼部の住民にとっては,各方言が独自の言語(オークニー語やシェトランド語)であり,絶滅の危機に瀕しているという意識があり,録音には積極的にご協力いただきました。アバディーン大学では,当初アバディーン都市方言の録音も計画しておりましたが,大学の学生や職員等関係者の中には,工場労働者がおらず,適切な被験者が見つかりませんでした。しかし,代わりに学内で,スコットランド北部の諸方言の収録ができました。また,アバディーン大学では,ミラー講師,及び,ドーリス方言(スコットランド北部方言の1つ)の研究で著名なデリック・マクルーア名誉教授と有益な議論を繰り返すこともできました。ロンドン大学においても,ジェフ・リンズィー講師をはじめ,研究者との情報交換ができ,貴重な資料も入手できました。3回の現地録音調査を行った。母音では語彙リストを作成し,枠組文に入れて被験者に音読してもらい,子音では文リストを読んでもらった。イントネーションでは約4分間,自由に話してもらい収録した。初年度はグラスゴー大学にてスコットランド中部出身者から収録し,音響分析や母音チャートを作成して,語彙リストの改善や調査地域を再精査した。2年目には,アバディーン大学における北東部出身者からの収録に加えて,オークニー諸島とシェトランド諸島にて,地元住民の協力を得て,ポータブルICレコーダでホテルの部屋等で同様に収録した。分析結果から北東部の母音の異音が地域ごとに非常に異なっていたために,中部地域においても方言比較のためには,被験者の出身地を限定する必要性を感じた。最終年度の調査では,クイーン・マーガレット大学とノーサンブリア大学の研究者に依頼して,グラスゴーとエディンバラの出身者だけを集めてもらい,収録調査を行った。イントネーションについては,Mid-Levelと,HighからMidへの下降調が多用されていて,句末音調としてのMid音調が実在することが明らかになった。母音については,地域ごとの相違も傾向として明らかになったが,揺れもあり,スコットランドの広い範囲で「反方言化」が進行していることがわかった。二重母音の分析中に興味深い発見があった。オークニー方言の一部の二重母音で母音の持続時間が短くなると予測された音声環境において,持続時間が長くなっていて,二重母音の第一要素と第二要素の持続時間の長さの比率が他の方言とは異なることもわかった。これは音声の具現化にかかわる音韻規則の適用法が異なるためであると思われる。まだ仮説の段階であるが,オークニー方言の二重母音には,「スコットランド母音長規則」の適用のみならず,BBC英語のような(後続の)「声帯振動効果」が優先して適用されるものがある。夏期にグラスゴー大学英語学科の研究者(特にグレアム・カーイ副学長とジェーン・スチュアートスミス準教授)のご協力を賜り、スコットランド英語の中部方言話者3名とスコットランド標準英語話者1名から、単語リストの読み上げ、及び、自然な会話の録音が収録出来ました。滞英中には、グラスゴー大学、ストラスクライド大学、及びロンドン大学の音声学者やスピーチセラピストとのミーティングを連日のように開催して、有益な情報交換も出来ました。録音データを音声分析することによって、該当方言の母音フォルマントを測定し、母音の音響ダイアグラムを作成しました。また、イントネーションに関して、スコットランド標準英語(SSE)話者のダイアログとモノローグを分析したところ、先行研究では、グラスゴー都市方言の特徴とみなされたRise-Slumpトーンが、グラスゴー在住のSSE話者では頻度が低いことがわかりました。また、その被験者の発話では、Mid-Levelトーンが全体の過半数を超えていて、Midトーンの頻出を確認しました。

さらに、下降調のトーンでは、先行研究には、Low-Fall(中から低の下降調)とHigh-Fall(高から低の下降調)の2種類しかありませんでしたが、3種類目として、中位のトーンで終わる「高から中の下降調」が高頻度で見つかりました。この結果は、平成24年3月3日の日本英語音声学会中部支部大会で発表しました。また、調査に至るまでのスコットランド英語に関する研究の成果を平成24年6月2日に開催される日本英語音声学会全国大会のパネルディスカション(World Englishes)にパネリストとして参加し、多くの英語関係者に伝えさせていただく予定です。今年度の収録後の音声分析に関しては,昨年度に引き続き,句末のmid-levelトーンに着目したイントネーション分析と,母音の音響ダイアグラム作成を行いました。特に島嶼部の母音を分析する中で,二重母音の分布が本土とは異なることに気づき,さらに,ほぼ定説となっている「スコットランド英語の母音長規則(エイケンの法則)」から外れる語が,地域ごと別々にあることがわかりました。母音ダイアグラムに基づく研究成果は学内の研究紀要に発表するように準備しています。イントネーション分析の1つの成果である「スコットランド標準英語の句末音調Mid ーMid-Levelの多用とMid-Fallの実在ー」は,日本英語音声学会の『英語音声学』第17号(2012年12月発行)に発表しました。昨年度に気づいた二重母音の分布についても,同学会の全国大会(2013年6月)において,「スコットランド北部英語における二重母音の持続時間」というタイトルで口頭発表の予定です。さらに今年度は,イントネーション分析の体系的考察を学会発表する予定で準備しています。今夏は,エディンバラ大学の言語学科とスコットランド英語の辞書編集機関を訪問し,スコットランド中部及び南部方言の収録と資料収集を行うために,現在先方の研究者たちと訪問日程の調整中です。予定通り、スコットランド標準英語とスコットランド英語中部方言の音声が収録出来ました。純粋なスコットランド標準英語の話者(上位中流階級でスコットランド標準英語だけしか話せない話者)は、スコットランド英語(地域方言)の話者よりも見つけるのが難しいとわかりました。今後、他の地域の方言調査の際にも、適切な被験者が見つかれば、発音の収録を続ける予定です。スコットランド英語中部方言についても、グラスゴー地域以外の同方言を収録したいと考えております。特にエジンバラの都市方言は、同地域であっても、グラスゴーとは異なるので、3年目(平成25年度)に、南部方言を調査する際に、エジンバラ地域も含めようと思います。実施計画の予定通り,スコットランド中部及び南部方言の収録を行います。昨年のロンドン大学での議論の中で,リンズィー講師からエディンバラ大学のロバート・ラッド教授をご紹介いただきました。エディンバラ大学には,スコットランド語の辞書編集機関もあるので,そこの研究者たちとも情報交換をする予定です。言語学科の研究者や辞書編集者のネットワークで,スコットランドの中部・南部の方言話者から音声を収録する予定です。
レーザスペッルセンサーを用いた金属材料の疲労損傷の非接触検出

本研究は光学的方法により非接触の疲労損傷検出法を開発しようとするものであるが,本年度は次の項目について研究を行った。(1)疲労荷重を加えた場合の材料の表面性状とスペックルの強度分布の関係の観測,(2)レーザスペッルの強度分布の評価法の考案,(3)スペックルの広がりを表すパラメータと応力繰返し数との関係の検討,(4)金属材料の強度データを用いてスペックルの広がりから疲労寿命を推定する方法の研検討。(1)鋼材試験片を用いて一定応力振幅を繰返し荷重を加え,適当な繰返し数ごとに試験片の表面状態の変化とスペックルパターンの変化を観測した。He-Neレーザを材料表面に照射し,反射光の干渉により生じるスペックルパターンをCCDカメラを用いて画像処理システムに入力し解析を行った。繰返し数の増加により表面にすべり帯が密に現れ,スペックルパターンも広がることがわかった。(2)レーザスペックルの強度分布の評価法として,画像の輝度分布の重心位置を中心とした一定半径の円内の輝度データと全画面の輝度データとの相関関数を求め,半径方向の分布の1/4価幅を用いて強度分布を評価することによりばらつきの少ない評価パラメータを得ることができた。(3)一定応力振幅の下で応力繰返し数とスペックルパターンの広がりを表すパラメータとの間の関係を表す実験式を導いた。各種の応力振幅の下でこれらの関係式を求めた。(4)金属材料の疲労強度データから使用した材料に関するS-N曲線を用い,上述の関係に基づいて実際の測定対象に対してスペックルパターンの広がりを表すパラメータから材料の疲労寿命を推定する方法を検討した。
RAS/MAPKシグナル伝達経路の新しい制御因子・EDLとSPRY

EGFやFGFのような細胞外因子は、脊椎動物においても無脊椎動物においても形態形成、パターン形成、細胞増殖等、分化のの様々な局面を制御している。ほとんどの系において、シグナルに対する細胞の応答の差異は、これらの細胞外因子の分布に起因している。本研究において、我々はショウジョウバエ複眼発生におけるSproutyの機能を解析した。Sproutyはショウジョウバエ気管形成過程においてFGFシグナルと拮抗して働く細胞外蛋白であり、進化的によく保存されたCysteinに富む領域を含んでいる。気管に加え、Sproutyは発生過程の複眼成虫原器、胚伸展受容器前駆細胞、胚中枢神経系のミッドライングリアでも発現している。これらの細胞では、EGFリセプターによるシグナル伝達がニューロン・グリアの正確な数の決定に寄与していることが知られている。我々は、sprouty突然変異系統では、これら3つの組織において過剰のニューロン・グリアを産み出されることを見出した。さらに、EGFリセプターがパターン形成に関与している羽翅脈形成、卵巣濾胞細胞のパターニングにおいても、Sproutyの過剰発現はEGFリセプターの機能欠損症状と似た症状を引き起こす。これらの結果は、SproutyはEGF、FGF両方のシグナル伝達経路の拮抗因子であるということを示唆している。これらの受容対型チロシンキナーゼは細胞内シグナル伝達分子を共有しているだけでなく、シグナル強度を変化させる細胞外因子をも共有しているらしい。Sproutyの発現はEGF・FGFシグナルによって誘導され、負のフィードバック機構として働いている。シグナルによって誘導される負の制御因子としては既にEGF用構造を持つ分泌蛋白Argosが知られていたが、SproutyはArgosと並行して働き、一部重なりあった機能を持つことが判明した。
内耳の補体系防御機構に関する細胞学的研究

内リンパ液中に補体が存在することはすでに報告した。補体は炎症反応と深い関係にあり、異物や自己組織を含めて傷害を及ぼす作用がある。この補体中もっとも傷害作用が強いのはanaphylatoxinと呼ばれるC4a,C5a,C3aなどである。これらの作用はすでに報告しているが、血管条の萎縮やか牛神経細胞の変性などを発現させていた。このような理由により、補体より内耳にある自己組織を保護する必要があり、ここになんらかの防御機構が必要である。補体系制御タンパクにはさまざまなものがあるが、今回その一つであるDecay-Accelerating-Factor(以下DAF)の正常内耳或は傷害を受けた内耳での局在について検討した。実験動物は、350g前後の雄モルモツトを使用した。か牛全体或はsurface preparationして内耳の各部位をパラフィン包埋し4μmの切片を作製し、モルモツト血清よりすでに精製した抗DAF抗体を用いて、蛍光抗体法にてか牛におけるDAFの局在について検索した。正常動物では1・血管条の辺縁細胞を中心に中間細胞にかけてDAFが存在していた。2・コルチ器においては認めなかった。3・か牛神経細胞においてなかった。4・内リンパ嚢上皮細胞においてDAFが存在していた。またanaphylatoxinにより内耳傷害を与えた動物においてDAFの局在を検討すると、正常動物と同じ部位に存在していたが明らかにその量は減少していた。これらの結果より血管条や内リンパ嚢上皮に存在するDAFによりコルチ器その他の内耳組織が補体より保護されていると考えられた。またDAFの抑制、破壊は新しい内耳病態の形成が可能であり、内耳疾患の解明に有意義であると考察した。内リンパ液中に補体が存在することはすでに報告している。この補体より、内耳にある自己組織を保護する必要があり、ここになんらかの制禦機構が必要である。補体系制禦タンパクには、いろんなものが含まれているが、今回その一つであるDecay-Accelerating-Factor(以下DAF)の内耳での局在について検討した。体重350g前後の正常雄モルモットを10匹使用し、生理食塩液および10%中性緩衡ホルマリン液にて潅流固定し、中耳骨包を採取し、EDTA液にて脱灰したものと、内耳のそれぞれの器官をsurface preparationして組織をとったものの両者を型のごとく処理し、パラフィン包埋後4μmの切片を作製し、モルモット血清よりすでに精製した抗DAF抗体を用いて、蛍光抗体法にて蝸中とくに血管系、コルチ器、ライスネル膜、蝸中神経、蝸中神経節細胞および内リンパ嚢上皮細胞におけるDAFの局在について検索した。現在、以下の結果を得た。(1)血管系において、辺縁細胞を中心に中間細胞にかけとDAFが存在していたが、基底細胞やラセン靭帯では認められなかった。(2)コルチ器、Claudius細胞、基底板、骨らせん板、蓋膜、ラセン板縁、ライスネル膜において、DAFはなかった。(3)蝸中神経、蝸中神経節細胞においても、同じく存在しなかった。(4)内リンパ嚢上皮細胞において、DAFを認めた。以上の結果より、例外もあるが内リンパ液に接している部位、たとえば血管系、内リンパ嚢上皮細胞にDAFが存在し、内リンパ液中の自己補体よりこれらの組織を保護していると考えられた。内耳でのDAFの存在を確認したことは、今後DAFの抑制あるいは破壊によって新しい内耳病態の形成が可能であり、内耳疾患の解明に有意義であると考え、現在実験中である。

Decay-Accelerating-Factor(以下DAF)は、1984年、Medofらによって発見された赤血球膜などに存在する補体系制御蛋白質である。臨床的には発作性夜間血色素尿症においてDAFの欠損が報告されている。我々は以前内リンパ中に補体が存在することをすでに報告している。この自己の補体より内耳の諸器官を保護することは非常に重要である。そこで内耳にDAFが存在すると考え、実験を行い以下の結果を得た。1・血管条において、辺縁細胞を中心に中間細胞にかけてDAFが存在していたが、基底細胞やラセン靭帯では認められなかった。2・コルチ器、cla-udius細胞、基底板、骨ラセン板、蓋膜、ラセン板縁、ライスネル膜においてDAFはなかった。3・か牛神経、か牛神経節細胞においても在存しなかった。4・内リンパ嚢上皮細胞においてDAFを認めた。我々は補体の活性成分であるアナフィラトキシンを使い、内耳とくに血管条を破壊し形態学的に検討し報告している。アナフィラトキシンの血条での傷害部位は主に辺縁細胞から中間細胞と考えられる。そこで、アナフィラトキシンにて内耳傷害を及ぼした動物においてのDAFの局在について、形態学的に検討した。正常モルモツトにおいて上述したごとく血管条と内リンパ嚢上皮細胞にてDAFが存在していたが、アナフィラトキシン処理モルモツトにおいて、明らかに同じ部位にてDAFの量が減少していた。今後、さらに形態的あるいは電気生理学的検討を加え内耳疾患の病態を明らかにしたいと考える。
サンドリサイクルにおける土砂投入を考慮した3次元海浜変形予測モデルの開発

本課題は、サンドリサイクルを考慮した3次元海浜変形モデルの構築と現地適用性を検討し、効率的、効果的なサンドリサイクルを検討することを目的とするものである。対象はサンドリサイクルの実績のある浦富海岸であるが、同時期にサンドリサイクルを実施している青谷海岸も対象として検討した。本課題の研究期間中に試行錯誤的に波浪場や海浜流場の計算方法、漂砂の取り扱いを再検討した。波浪場については、計算の効率化を考慮するため、波と流れの相互干渉は考慮せずに、従来のエネルギー平衡方程式を用いた。海浜流場は、波浪条件に応じて準3次元と平面2次元モデルを選択可能なものとした。航路・港口部への堆積をより再現できるように浮遊砂に関する移流拡散方程式を用いるものであるが、水深変化との相互作用を詳細に取り入れた。また、波浪の与えた方については平均的な階級別の波浪ではなく、日平均波浪を用いて、地形変化と波・流れとの相互作用をより綿密に取り入れ可能となるよう改良した。現地適用性として、浦富海岸の深浅測量結果ももとに、秋から初春にかけてのサンドリサイクル後の高波浪が来襲する期間を対象として再現計算を行った。その結果、従来の波浪の階級別平均波の波浪モデルより、より航路の堆砂現象、人工リーフ周辺の地形変化の再現性が向上した。サンドリサイクルの効果と効果的サンドリサイクル手法の検討として、青谷海岸井出ヶ浜地区への土砂投入をケーススタディとして数値計算を試みた。計算では、土砂投入位置、土砂投入量、粒径の違いなどを検討した。以上、モデルの再構築、現地適用性、効果的サンドリサイクルの検討手法の検討が実施できた。本研究では,海岸侵食対策の実施において,効率良い適切なサンドリサイクル手法を検討するためのツールとしての土砂投入を考慮した高精度3次元海浜変形予測モデルを構築することを目的としている。本年度は、土砂養浜を考慮した3次元海浜変形予測モデルの開発の第1段階として以下のことを実施した。なお、対象としている現地海浜には人工リーフが設置されており、その影響も検討する必要があるため、人工リーフ周辺の水理特性も検討している。(1)人工リーフ周辺の水理特性に関する模型実験:現有の鉛直2次元不規則波造波水槽を用いて模型リーフ背後,開口部の波高および流速分布を測定し,天端幅,天端水深,リーフ設置位置などを変化させて模型実験を行った。(2)人工リーフ周辺における波と流れの数値モデルの構築:本研究で開発するモデルは、人工リーフ開口部の強い沖向き流れによる影響を考慮できるよう波と流れ共存場の波浪モデルを適用している。海浜流モデルは鉛直方向も考慮できる準3次元モデルをベースとしている。本年度は波浪モデルに含まれる回折項の与え方、砕波減衰項の取扱いを模型実験結果との比較から検討した。波浪および海浜流モデルの適用性については、模型実験結果と既に実施されている浦富海岸における波浪及び海浜流の観測結果と比較した。さらに、次年度の検討予定の浚渫と土砂投入を考慮した海浜変形モデルを用いて簡単な地形でのサンドリサイクルやサンドバイパスを想定したモデル計算を行い妥当性を検討した。(3)現地調査に基づく地形変化について:本研究で対象とする浦富海岸において、RTK-GPS測量とマルチコプターによる空撮を併用した新たな海浜変形モニタリング手法の検討を行った。本年度は、土砂投入モデルの改良と現地調査を行った。(1)モデル開発(漂砂モデルと汀線変化計算モデルの導入) :汀線付近や陸域における土砂投入後、汀線付近の極めて浅いところでは、出来るだけ波と流れ、それによる漂砂量の計算を的確に行い、海浜変形の時間的変化を計算する必要がある。また、陸養浜後の地形変化を等深線変化モデルとカップリングして行うためには、汀線近傍の漂砂量と等深線変化モデルとの接続のためには、3次元計算で安定した計算が可能でより簡便な方法が求められる。そこで、本年度は、等深線変化モデルの導入を行う前に漂砂量計算の元となる摩擦速度と摩擦係数のモデルを改良した。モデルの検証として、サンドリサイクル事業が実施されている皆生海岸富益地区を対象に海浜変形変形計算を行い実測値と比較した。(2)現地調査に基づく地形変化特性と投入土砂の挙動の検討:平成26年度に引き続き、浦富海岸と皆生海岸において調査を行った。本年度は、浦富海岸において陸養浜後の前浜の測量をRTK-GPSを用いて行った。測量は、陸養浜後の7月、から3月まで、5回実施した。その内、UAV(ドローン)による空撮も4回実施し、面的は海浜地形の測量を実施した。また、皆生海岸では、3回UAVによる測量を実施した。浦富海岸においては、傭船等の都合で深浅測量は実施できなかった。RTK-GPSとドローンによる航空測量の併用によって、陸域の養浜後の前浜地形と汀線変化を詳細に捕らえることができた。平成27年度の実施項目は、(1)モデル開発(漂砂量モデルおよび汀線変化計算モデルの導入)、(2)現地調査に基づく、地形変化特性と土砂投入の挙動の検討であった。(1)については、漂砂量モデルの検討から改良まで時間を要し、汀線変化モデルの導入まで至らなかった。(2)については、主として、浦富海岸を対象に調査を進めた。

同海岸では、陸域への土砂投入(養浜)後の地形変化が顕著で、これまでの異なる汀線変化特性が見られ、重点的に陸側の測量を実施した。したがって、海象条件と傭船等の調整もタイミングが整わず、本年度は深浅測量は実施できなかった。本年度は、昨年に引き続き、モデルの改良と現地調査を行った。1)数値モデル開発と現地適用性:これまで開発してきた土砂投入を考慮した3次元海浜変形数値モデルをより使いやすくするために、パラメータの設定方法、土砂浚渫位置や投入位置の導入方法を検討した。改良したモデルは浦富海岸の測量結果に適用し、妥当性を検討した。さらに、粒径や土砂投入位置の違いによるケーススタディを行った。わずが中央粒径が0.20.3mm程度の違いより地形変化量が異なることがわかった。また、土砂投入位置によって浦富海岸で問題となっている人工リーフ開口部の洗掘の状況が変化することが数値解析より示され、モデルの有用性が確認された。皆生海岸富益地区および浦富海岸において、UAVとRTK-GPS測量を実施した。皆生海岸では、UAV測量を3回、RTK-GPSを測量を2回実施し、浦富海岸では、UAV測量2回、RTK-GPS測量を4回実施した。両測量方法を併用することで、通常の横断測量による断面地形ではなく、地形を3次元的にとらえることができ、さらに、土砂変化量の推定も精度が向上すると考えられる。・数値モデルの開発において、汀線変化を3次元海浜変形モデルに取り入れることが難しく、手法および計算プログラムの検討中である。・サンドリサイクルにおける陸養浜後の土砂流出量の把握がまだ十分ではなく、汀線付近の地形変化や土砂変化量を数値モデルに反映させることが十分にできていない。平成29年度は以下の2項目(1)および(2)について検討予定であった。(1)モデルの現地適用性:平成28年度に開発した土砂投入を考慮した3次元海浜変形数値モデルの現地適用性を行った。対象とした海岸は鳥取県の浦富海岸および皆生海岸であり、両海岸とも人工リーフが設置されている。昨年度は浦富海岸をモデルとして、投入位置や粒径の違いが地形変化に及ぼす影響を検討した。本年度は、引き続き、浦富海岸を対象として現地適用性を検討した。現在、浦富海岸は人工リーフの嵩上げ工事がまだ完了していないため、人工リーフ改変前の測量結果をもとに再現計算を試みた。再現計算においては、波浪の設定が重要であり、その与え方も検討した。再現計算を行った結果、人工リーフ開口部の洗掘は再現されるものの人工リーフ背後の再現性にまだ検討の余地があることが確認された。(2)混合粒径モデルの開発:将来、海浜を安定させるためには、やや粗めの養浜材を使用することも視野に、混合粒径モデルの開発が必要不可欠である。モデルのベースは既に開発済みであったが、(1)で示したように、海岸構造物周辺と汀線付近の極めて浅い領域の再現性が難しく、さらに検討の余地があることを確認した。実績の概要で示したとおり、単一粒径での海浜変形再現計算の精度が向上しておらず、改良の余地があり、モデルの詳細を再検討したのち、最後の混合粒径モデル開発を検討する必要性があり、進捗状況はやや遅れている。本課題は、サンドリサイクルを考慮した3次元海浜変形モデルの構築と現地適用性を検討し、効率的、効果的なサンドリサイクルを検討することを目的とするものである。