hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高機能自閉症者の脳内GABA濃度と各種臨床パラメーターとの関連性

本研究課題の目的は、自閉症者の脳内GABA濃度を磁気共鳴スペクトル法(MRS)を用いて測定し、各種臨床パラメーターとの関連を検討することである。18歳以上の成人自閉症者、およびそれらと性別・年齢を一致させた健常者を対象に、ADI-R、ADOS、SP感覚プロファイルといった臨床症状を評価した。GABA測定に必要なMEGAPRESSは、2015年にGE社と使用許可の契約を結ぶことができ、数回試験撮像を行い、ようやくGABA濃度を測定する条件が整ったところである。そのため交付期間中のGABA濃度の解析には至らなかった。今後、例数を増やし検討することが必要と考えられる。1830歳の高機能自閉症者(自閉症群)、および、それらと性・年齢・社会階層を適合させた健常者(対照群)、各30名ずつに対し、脳内のGABA濃度を磁気共鳴スペクトル法(MRS)により計測する。健常者と比較してGABA濃度に異常が認められるか否か、認められるとすれば、それが自閉症の臨床症状(中核的障害である社会的・相互反応とコミュニケーションの障害、限定され反復的・情動的な興味と行動の様式)と関係するか否かを明らかにする。平成25年度は、GABA濃度の測定のためのMRSの条件設定に努めた。対照群あるいは患者群の選定や心理検査による評価については順調に進んでいる。1830歳の高機能自閉症者(自閉症群)、および、それらと性、年齢、IQ、社会階層を適合させた健常者(対照群)、各30名ずつに脳内のGABA濃度を磁気共鳴スペクトラム法(MRS)により計測する。健常者と比較してGABA濃度に異常が認められるか否か、認められるとすれば、それが自閉症の臨床症状(中核的障害である社会的・相互反応とコミュニケーションの障害、限定され反復的・常同的な興味と行動の様式)と関係するか否かを明らかにする。平成26年度は、GABA濃度の測定のためのMRSの条件設定に努めた。自閉症の死後脳研究から、抑制生神経伝達物質であるγーアミノ酪酸(GABA)の合成酵素の発現やGABA受容体の複数のサブタイプの発現が自閉症で低下していることが示され、自閉症の病態におけるGABA系の機能低下の存在が示唆されてる。しかし、in vivoでの自閉症者の脳内GABA濃度に関する詳細は、自閉症の中核的障害との関係を含め、まったく不明である。そこで、本研究では、自閉症脳内のGABA濃度を磁気共鳴スペクトル法(MRS)により計測し、健常者と比較してGABA濃度に異常が認められるか否か、認められるとすれば、それが自閉症の臨床症状(中核的障害である社会相互反応とコミュニケーションの障害、限定された反復的・常同的な興味と行動の様式)と関係するか否かを明らかにすることが目的である。平成27年度までに、1830歳の自閉症者に対し、Autistic Diagnostic Interview-revised (ADI-R)、ウエクスラー成人知能検査(WAIS-III)、Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS)といった神経心理学的検査を行った。また感覚情報の評価として、SP感覚プロファイルを施行した。これらの結果を基に、ASDの感覚情報(触覚、聴覚)プロセスのネットワークと定型発達者のそれとの違いを同定し、名古屋市にある紘仁病院にてMRIを撮像し、それをもとに体性感覚野などにROIを設定してMEGAPRESSでGABAを見る予定としている。なおMRSを用いたGABA測定に必要なMEGAPRESSは平成27年度にようやくGEと使用許可の契約を結ぶことができ、現在これらのデータを収集するところである。データ収集し解析終了後に欧米の専門雑誌に投稿予定である。GABA測定のための条件設定が予定よりも遅れている。現在他の方法を検討している。健常者および対照群の選定および心理検査の施行はおおむね順調である。精神医学平成27年度は、対照群と患者群の選定を増やしていき、GABA濃度の測定条件を設定していく。具体的な問題点はGABA測定に必要な撮像プロトコル「MEGA-PRESS法」に関して、GEのライセンスが取得できないことにある。現在、他の方法を検討しているところである。研究進行が少し遅れており、学会発表と論文投稿も予定より遅れているため。平成26年度は、対照群と患者群の選定をこれまで通り進めていくとともに、GABA濃度の測定条件を設定していく。学会発表あるいは英文雑誌への投稿の準備に対して使用する。被験者が予定よりも少数であった。次年度の被験者に使用する
原爆被爆者集団における放射線関連がん発生の分子疫学研究

原爆被爆者の近位結腸がんリスクの上昇に対してDNA損傷応答に関係するCHEK2のある特定の遺伝子型と放射線被ばく線量との有意な相互作用があった。160,000 SNPの中で原爆被爆者の乳がん、肝がん、結腸がんリスクに関係するP値が10-3未満のSNPは、各々10 SNP、8 SNP、12 SNPであったが、P値10-6未満のSNPはなかった。IL6R遺伝子型による健常者の膜型IL-6R (mIL-6R)レベルを調べた結果、IL6R-A/A群に比べて、それ以外の遺伝子型群のCD4+ヘルパーT細胞のmIL-6Rレベルは高値を示し、さらに、細胞内O2.-レベルが有意に高いという結果を得た。1.研究対象者6,517名の生活習慣データ、臨床検査データと免疫・炎症関連生体指標測定結果を収集した。また、SNP解析のためのDNAサンプルの調製を行った。2.胃がん症例の特にびまん性胃がん95症例についてSNPアレイによる網羅的遺伝子多型の探索を行った。その結果、4番、8番、9番染色体上の複数のSNPで非被ばく者群に比較して高線量被ばく者群でリスクの増加が認められた。さらにこれらについては症例数を増やして調べる必要がある。3.結腸がん189症例(近位結腸がん94症例、遠位結腸がん95症例)についてSNPアレイによる網羅的遺伝子多型の探索を行った。その結果、近位結腸がんでは1番、4番、10番、17番染色体上の複数のSNPで、また遠位結腸がんでは1番、2番、18番染色体上の複数のSNPで、それぞれ非被ばく者群に比較して高線量被ばく者群でリスクの増加が認められた。4. DNA修復関連遺伝子ATMの遺伝子多型の中で、特にATM遺伝子発現に関連すると考えられる5'非翻訳領域の一塩基多型に注目して、原爆被爆者を対象としたコーホート研究により放射線関連乳がん発生との関連を調べた。放射線影響研究所(放影研)免疫ゲノムコーホートの女性2,944名を1981-2005年にわたり追跡し、100名の乳がん罹患者を見出した。放射線被ばく線量、遺伝子型及び放射線被ばく線量と遺伝子型の組み合わせに対する乳がん相対リスク(RR)を調べた結果、遺伝子型の影響を無視した場合、原爆放射線への被ばく線量に応じて乳がん相対リスクは有意に増加していた(RR = 1.51/Gy、95% CI: 1.25-1.83)。全体の放射線レベルにおいて、ATM遺伝子型ATM-A/AまたはATM-G/Aの対象者を基準とした場合、遺伝子型ATM-G/Gの対象者の乳がん相対リスクは有意に増加した(RR = 1.85、95%CI: 1.24-2.75)。原爆被爆者の過去成人健康調査を受けられたときに、遺伝子解析での試料の利用について書面での同意書が得られている原爆被爆者の過去成人健康調査で保存した試料から得られた免疫・炎症・DNA修復関連遺伝子多型SNPアレイによる測定は順調に行われた。また、免疫・炎症・DNA修復関連遺伝子多型、TaqMan法による遺伝子型の同定も順調に行われた。1)広島・長崎の乳がん96症例と東大で収集された対照者群419名について、免疫、炎症、DNA修復関連遺伝子多型が同定できるSNPアレイを用いて比較した結果、1番染色体のDRAXIN遺伝子のSNPが、対照群と比較して乳がん症例の有意なオッズ比(OR=5.33, -Log10P=7.07)を示した。また、症例内の被ばく線量群間の解析で、被ばくしていない症例と比較して、高線量被ばくした症例で4番染色体のN4BP2遺伝子のSNPが有意なオッズ比(OR=8.14, -Log10P=6.25)を示した。2)結腸がん発生リスクと放射線被ばく線量との関係をDNA損傷応答関連遺伝子であるCHEK2の異なる遺伝子型ごとに調べた結果、ある特定のCHEK2遺伝子型で結腸がんリスク、特に近位結腸がんリスクが放射線被ばく線量に伴い有意に増加することを見出した。また、近位結腸がんリスクの上昇に対して放射線被ばく線量とCHEK2遺伝子型は有意な相互作用があることが示唆された(P = 0.003)。3) IL6R遺伝子型と原爆被爆者の肺がんリスクとの関係を調べた結果、高い被ばく線量群のある特定のIL6R遺伝子型の集団で、肺がんの相対リスク(RR)が有意に増加していた(RR = 2.08; 95% CI:1.11-3.90)。4)原爆被爆者の2,634名の血液細胞内活性酸素(ROS)レベルと27種類の免疫・炎症関連生体指標の血漿中レベルを測定し、その関連について解析を行った。その結果、細胞内ROSレベル、特にCD8陽性T細胞のO2.-レベルが年齢と被ばく線量により増加(P<0.05)、また、免疫・炎症関連生体指標との相関を調べた結果、CD8陽性T細胞のO2.-レベルがIL-8とIL-15の血漿中レベルと正の関連を示した(P<0.05)。過去に保存されている試料をゲノム・遺伝子解析に関する研究に利用することについて書面での同意は既に得られている。本研究対象者の血液試料からのDNA抽出も完了している。

乳がん症例および肝臓がん症例のDNA試料を用いた免疫・炎症・DNA修復関連遺伝子多型のSNPアレイによる同定は当初の計画通り順調に行われた。また、各症例を含む免疫ゲノムコホートのDNA試料を用いたMassアレイ法およびTaqMan法による遺伝子型の同定も順調に行われたが、統計解析は継続中である。さらに、細胞内活性酸素の測定は約3,000名の対象者について完了し、現在、細胞内活性酸素レベルに影響する遺伝子多型について解析を行っている。1.原爆被爆者の乳がん、肝臓がん、結腸がん症例と健常者との各がんリスクに関係するSNPの探索を行った結果、解析可能であった160,000SNPの中でP値が10-4未満の候補SNPはそれぞれ乳がん4 SNP、肝臓がん34 SNP、結腸がん2 SNPであったが、P値10-6未満のSNPは見いだせなかった。2.免疫学コホート4,690名の対象者中の肝臓がんと甲状腺がん症例群(各154症例と113症例)について、免疫、炎症、DNA修復に関連する約300種類のSNPの遺伝子型と肝臓がん、または甲状腺がんリスクとの関係を調べた結果、ERCC4のある特定の遺伝子型で肝臓がんリスクが放射線被ばくに比例して有意に増加(RR=1.67/Gy, 95%CI:1.29-2.16)、また、TFNAのある特定の遺伝子型で甲状腺がんリスクが放射線被ばくに比例して有意に増加していた(RR=2.12/Gy, 95%CI:1.61-2.79)。3.成人健康対象者2,789名の細胞内活性酸素を測定した結果、T細胞内O2.-レベル、特にメモリーCD8+ T細胞内のO2.-レベルが年齢と被ばく線量とともに増加し、そのO2.-レベルと年齢との関連が被ばく線量とともに強くなっていた。4. IL6R遺伝子型による健常者のT細胞膜型IL-6R (mIL-6R)レベルを調べた結果、IL6R-A/A群に比べてIL6R-A/GまたはIL6R-G/G群のCD4+ヘルパーT細胞のmIL-6Rレベルは高値を示した(P <0.05)。さらに、がんに罹患していない687名の健常者の細胞内O2.-レベルと免疫、炎症、DNA修復に関連する45種類の遺伝子の264 SNPとの関係を調べた結果、IL6R遺伝子型によって細胞内O2.-レベルが有意に異なるという結果を得た。原爆被爆者の近位結腸がんリスクの上昇に対してDNA損傷応答に関係するCHEK2のある特定の遺伝子型と放射線被ばく線量との有意な相互作用があった。160,000 SNPの中で原爆被爆者の乳がん、肝がん、結腸がんリスクに関係するP値が10-3未満のSNPは、各々10 SNP、8 SNP、12 SNPであったが、P値10-6未満のSNPはなかった。IL6R遺伝子型による健常者の膜型IL-6R (mIL-6R)レベルを調べた結果、IL6R-A/A群に比べて、それ以外の遺伝子型群のCD4+ヘルパーT細胞のmIL-6Rレベルは高値を示し、さらに、細胞内O2.-レベルが有意に高いという結果を得た。SNP arrayを用いた網羅的解析によって見出された遺伝子多型について生物学的意義を加味しながら重点的に推進してゆく。具体的には見出された候補遺伝子に関連する免疫・炎症指標やDNA修復関連遺伝子と関係のある生物学的経路(biological pathway)について探索を行い、放射線関連がん発生に関係する経路を明らかにする。これらのアプローチを総合して、疾患感受性、放射線感受性の個人差の背景となる遺伝的要因と放射線被曝の相互作用を解明することにより、放射線関連疾患の個別予防への基盤を構築する。
高アミロース性、モチ性小麦澱粉および各種修飾澱粉の機能性、加工特性について

これまでに開発された小麦の実用的なアプリケーションにむけて、多様な小麦とその物理化学的な特徴の澱粉構造とアミロース/アミロペクチン比率のバランス間の相関関を解明し、食品加工の良い味覚とテクスチャーのなどについて研究することで、能率的に、商業的に小麦粉利用するための基礎的研究である。小麦は日本各地および高アミロース小麦は日本とオーストラリアからのものを使用した。これらの小麦栽培品種の澱粉について、アミロース含有量、熱の解析による物理化学的な特徴、X線回折パターンについて調べた。またタンパク質、食物繊維とフェノール含有について、抽出し手求めた。さらに、アミロース含有に基づき、パンとうどん、パスタにして判断した本研究においては、品質と機能を改善するため、段階的な粉砕、粉にする方法についても検討した。全粒小麦穀物は、粉にしたふすまと内乳細胞壁に由来する食物繊維とミネラルの量を強化と、穀物の殻の部分から作られる小麦粉はフェノール樹脂のかなりより高い量を含んでいることにより、高い酸化防止剤能力を示すことを見出し、Cereal Science[7]ジャーナルに投稿した。さらに外殻の部品からタンパク質、食物繊維とフェノール合成物の含まれた大量に粉にする技術を開発し、同時に内部の小表粉は澱粉の中にアレルギーのタンパク質(未発表のデータ))が少ないも判明した。以上小麦粉の栄養と機能は、粉にする技術も重要であることを明らかした。これらの成果の一部は、論文として投稿中であり、国際会議にて口頭発表した。高アミロース性、およびモチ性小麦はわが国において、遺伝子の交配による育種により初めて開発されたものであるがその生産量が極めて少なく、筑波の実験圃場で試験研究的にわずかに栽培されているのみで、うどん、ぱすた、パンなどの一般の食品への加工には応用されるまでには至っていなかったのが現状であった。これらの小麦についての諸特性が明らかにされ徐々にではあるがその生産も増えて手に入れやすくなってきたので、その製パン性について検討を加えた。高アミロース性の小麦穀粒はテスト製粉により60%の歩留まりで製粉したものを使用した。この小麦穀粒はその成分特性のためかその穀粒は小粒で通常のものよりも外観は劣るが蛋白質の含量は比較的多い。このものを製パンに用いると食物繊維の量がおおく、且つ各種のアミラーゼなどの消化酵素で分解されないレジスタントスターチの量がおおく、生活習慣病が増加することから考えると、我々の健康の面からは特に有用と考えられる。その製パン特性については、高アミロース小麦粉の使用により、その比容積が小さく、且つそのパンクラムは固く品質的にはかなり劣るものであった。そこでこの高アミロース性の小麦粉を通常の市販粉に代替して製パンテストをしたところ、製パン性の低下は見られず、且つレジスタントスターチの量も増加することが分かった。一方、モチ性の小麦粉に関しては全粒粉を製パン製に応用することにより栄養特性と機能性が増加することが分かった。この結果より、全粒粉のモチ性小麦粉は30%程度を通常粉に代替すると製パンの品質の向上が認められることを明らかにした。本年度はハイアミロース性小麦穀粒、モチ性小麦穀粒よりレッチェの粉砕装置を用い、それぞれハイアミロース小麦デンプン、モチ性小麦デンプンを調製し、これらのデンプンの物理化学的性質について検討した。モチ性小麦デンプン(約1%弱のアミロースを含む)は、通常およびハイアミロース小麦デンプンに比べ、高い糊化温度、糊化エンタルピー、デンプンの結晶化度を示した。とくに、モチ性小麦デンプンのペーストは粘度が高く、膨潤性に優れ、糊化温度も通常の小麦粉のデンプンに比べ高く、ウドンの調製に適していることが明らかとなった。これに対し、ハイアミロース小麦デンプンではアミロース含量が37.5%と高いが、糊化温度とデンプンの結晶化度が通常の小麦デンプンに比べ低かった。ハイアミロース小麦デンプンのペーストは最高粘度が低く、ブレークダウン、最終粘度が通常小麦デンプンに比べ低かった。このようにハイアミロース小麦デンプンとモチ小麦デンプンの構造と物理化学的特性の違いは、実際の加工食品の調製に異なったテクスチャーを与えることが示唆された。パンの老化抑制にユニークな特性を示すモチ小麦粉を全粒粉として調製し全粒粉パンを焼成した。その結果、全粒粉パンは通常の粉より調製したパンと比べ有意に保存性を改善した。また、このモチ性小麦の全粒粉にバイタルグルテン、或いは通常粉を代替したパンに比べパンのボリューム、軟らかさを有意に改善していることが明らかとなった。

全粒小麦穀物は、粉にしたふすまと内乳細胞壁に由来する食物繊維とミネラルの量を強化と、穀物の殻の部分から作られる小麦粉はフェノール樹脂のかなりより高い量を含んでいることにより、高い酸化防止剤能力を示すことを見出し、Cereal Science[7]ジャーナルに投稿した。さらに外殻の部品からタンパク質、食物繊維とフェノール合成物の含まれた大量に粉にする技術を開発し、同時に内部の小表粉は澱粉の中にアレルギーのタンパク質(未発表のデータ))が少ないも判明した。以上小麦粉の栄養と機能は、粉にする技術も重要であることを明らかした。これらの成果の一部は、論文として投稿中であり、国際会議にて口頭発表した。
真空放電における時空パターン形成現象の研究

気体放電現象は真空度や放電管の形状等によりじつに多彩な放電パターンを呈することが知られている。非常に古くから知られている例としては、グロー放電にみられる縞状の明暗パターン(striations)がある。これらの縞模様は陽光柱と呼ばれる空間領域に電荷の流れ方向に沿って現れ、定存波的なものと進行波的なものとがあることが知られている。また現れるパターンは電荷の流れの方向ばかりではなく、電荷の流れと垂直方向にも縞状や六角状の空間パターンが形成されることが最近確認されている。このように気体放電系は、多彩な時空構造を自己組織するパターン形成系として非常に魅力的な物理系であるが、これらの時空構造が如何にして自己組織的に形成されるかという物理的メカニズムについては未だ完全には解明されていなかった。本研究ではまず流れに沿った方向の時空パターン形成現象とそのダイナミクスに焦点を絞り実験的研究を行い、その結果以下のことが明らかとなった。(1)気圧、放電電流等の制御パラメータに対して相図の作成を行い、どのような条件でstriationあるいはその他のパターンが現れるのか調べた。striationは混合分子ガス、純粋分子ガス(窒素)、希ガスのいずれでも生じることが明らかとなった。(2)窒素では非常に空間的に一様なstriationが生じるのに対して、混合分子ガスや希ガスではstriationの明暗のコントラストが陽光柱の陰極側から陽極側にいくにしたがい指数関数的減衰を示す。(3)各気体においてstriationの空間周期は与えられた制御パラメータに対して唯一決まる。(4)striationの間隔は、放電電流とともに増加し、気圧に対してはべき的依存をすることが明らかとなった。さらに、各気体に対するべき指数の定量的結果を得ることができた。(5)また、現在測定した時系列データからリアプノフ指数スペクトラム求めることにより系の動的安定性の解析を行っている最中である。分岐のタイプに関する詳細な測定も進行中である。
インプラント植立後のインプラント周囲滲出液に関する研究

間質コラゲナーゼに代表されるMMPsとその特異的インヒビターであるTIMPsは組織破壊・修復に関連することから、インプラント植立後の治癒期間において、peri-implant滲出液(PICF)中のコラゲナーゼとTIMPsを解析することは、subclinicalなレベルでの治癒を明確にするために有効に考えられる。一方、歯周炎に伴う結合組織破壊には、MMPsとTIMPsのバランスの崩壊が関与すると考えられている。そこで、PICF・歯肉溝滲出液(GCF)中のTIMP-1量、活性型コラゲナーゼ活性、総コラゲナーゼ活性を解析することとした。対照として、健常者、歯肉炎患者、歯周炎患者のGCFを採取した。同様にして、インプラント植立後の部位およびインプラント周囲炎の部位よりPICFを採取した。まず、GCFを解析した。その結果、歯周炎・歯肉炎患者におけるTIMP-1量、総コラゲナーゼ活性は健常者に比較して有意に高かった。活性型コラゲナーゼ活性は、歯周炎患者が歯肉炎患者・健常者より有意に高かった。またWestern blotによりMMP-8を検索したところ、歯周炎・歯肉炎患者において潜在型および活性型のバンドが検出されたが、健常者では検出されなかった。以上より、炎症歯肉局所では急激な組織破壊を抑制するためにTIMP-1蛋白産生増加が起こっている可能性が示唆された。今後、GCFにおける各項目の関連性をさらに検討し、また、採取したPICFにおける解析を行って行く。
潰瘍性大腸炎の寛解根治を目的とした経口投与型核酸医薬送達用ナノ粒子製剤の設計

潰瘍性大腸炎の根治を目的とし、炎症部位に効率よく薬物を送達可能な薬物キャリアの設計を行った。潰瘍性大腸炎のモデルラットとしてドデシル硫酸ナトリウムを溶解させた水を1週間自由引水させることにより作成した。炎症の発症の確認は、下痢様便と下血をスコア化した疾患活動指数(DAI)ならびに大腸の長さの短縮化から行った。DAIが上昇したモデルラットに対して、蛍光標識したキトサン修飾ポリ乳酸グリコール酸(PLGA)ナノ粒子もしくは両親媒性高分子であるソルプラス(R)からなる高分子ミセルをキトサン修飾した粒子懸濁液を投与した。それぞれの粒子径は約370nm,約120nmであった。その結果、粒子表面を修飾しているキトサンが胃粘膜との相互作用することにより、投与3時間後も粒子の半分以上が存在していることが定量的に観察された。その後、8時間、24時間と時間の経過とともに減少した。一方、対照となる未修飾のナノ粒子を投与した群では、投与3時間でほとんどの粒子は胃から排出され、小腸など下部組織に移行していた。ただし、今回の定量的な粒子挙動の解析では、盲腸部位および炎症が惹起されている大腸部位でのナノ粒子の蛍光強度は検出限界以下となり、評価することができなかった。共焦点レーザー顕微鏡を用いて、ナノ粒子を投与して8時間後の潰瘍性大腸炎惹起ラットの大腸を観察したところ、管腔側組織全体に、蛍光が観察されたことから、ナノ粒子自体は大腸組織に到達していることが確認された。また、ナノ粒子粉末に腸溶性加工した粉末を投与したが、粉末が消化管中で希釈されたもしくは投与するために懸濁した水に腸溶性高分子が一部溶解したためか、ナノ粒子単独投与時と同様、盲腸や大腸でナノ粒子を定量することはできなかった。高分子ミセルを蛍光標識する際、検出感度を高めるために蛍光標識物質仕込み量を増加する処方で粒子調製を試みたが、透析法による粒子の精製過程において標識物質がミセル内から漏出して析出するなどの現象が生じた。このため、封入可能な蛍光標識物質量の最適化などに時間を要してしまった。また、胃および小腸でのナノ粒子の推移などを明らかにすることはできたが、粒子への蛍光物質封入量が少なかったため、蛍光光度計での盲腸、大腸部位におけるナノ粒子の定量をすることができなかった。大腸部位においてナノ粒子の分布量が定量的に評価できていない点に関しては、共焦点レーザー顕微鏡により粒子の存在が確認できていることから、蛍光標識物質を抽出した試料を蒸発乾固した後、少量の溶媒に溶解するなど、定量性を高めて計測を行う。また、腸溶性処理を施した粉末を投与した群においても大腸部位での定量ができていないことから、大腸への直接投与もしくは直腸からナノ粒子を投与する実験系を組み立てる計画を立てている。

また、腸溶性処理を施した粉末を投与した群においても大腸部位での定量ができていないことから、大腸への直接投与もしくは直腸からナノ粒子を投与する実験系を組み立てる計画を立てている。蛍光標識した高分子ミセルの調製に時間を要したため、動物実験の例数が少なくなり、30年度の研究費使用額が少なくなってしまった。ミセル調製法は確立できたため、製剤の投与方法の工夫、定量方法の工夫により、潰瘍性大腸炎に適したナノ粒子の設計ならびに大腸炎治療の評価を勢力的に進めて行く予定である。
高エネルギー電磁波・低温プラズマなどを利用した繊維の色素親和性の制御

紫外線、電子線、低温プラズマ、スパッターエッチングなどの高エネルギー処理による高分子材料の改質は医療高分子などの分野を中心にすでに実用化段階にあるが、繊維加工への応用にはまだ多くの検討課題が残されている。本研究は、最近急速に発展してきたレーザー技術、電子技術、プラズマ処理技術などを背景に、これらを繊維加工、あるいは染色に応用し、繊維の特性をこれらの技術によって改質し、染色性、あるいは堅牢性の向上、さらにはこれらの技術の応用によって従来に無い新規な染色法を確立することを目的として展開した。紫外線、低温プラズマ、スパッターエッチングなどの高エネルギー処理を施した繊維高分子材料は、その処理部位に物理化学的な改変が起こり、結果としてその後の染色過程において色素の収着性が変化する。このような現象を利用すれば、繊維高分子の改質のみならず、染色性あるいは堅牢性の向上、さらには、特定の部位のみに高エネルギー処理を施し、その後に単一色素で染色することで、プリントなどの複雑な過程を経ずに、色素の収着性の変化を利用した濃淡柄の染色が可能となる。本研究では、3年間にわたって、連合王国リ-ズ大学との協同で、高エネルギー処理による繊維高分子の物理的および化学的変化の解析、高分子の微細構造の変化の解析、高エネルギー処理とくに電磁波処理の場合の物理的あるいは化学的変化を増感する物質の解析、処理後の繊維高分子の色素の収着性の変化の解析、処理後の染色繊維の色彩変化、染色繊維の堅牢性の検討など、多岐に渡る検討を加えてきた。検討の結果、高エネルギー処理による繊維高分子への作用には、主として電磁波あるいは電離活性線による繊維高分子の表面酸化および部分非結晶化などの効果が認められた。このような基質の変化が、引き続く染色過程の色素親和性の増大あるいは減少、堅牢性や色彩の変化に寄与しているものであると推定できた。高エネルギー処理にともなう繊維の色素親和性の変化の機構に関して、高分子物理化学、有機合成化学、染色化学、色彩科学の方面から詳細な検討を加えた結果、XPS分析、ζポテンシャル測定、小角X線散乱測定などにより、高エネルギー処理による繊維高分子基質の表面化学特性の変化と表面電位の変化が色素の親和性の大きな影響を与えていることが判明した。繊維高分子基質としてセルロースを用いた場合、高エネルギー処理によってセルロースは化学酸化を受け、セルロース用に分子設計された色素で染色すると、未処理のセルロースと比較して顕著な色素親和性の低下が認められた。処理後のセルロースは基質中の水酸基がアルデヒドに酸化され、さらにはカルボキシル基に至ることがわかった。セルロース用の色素は一般にアニオン性のものが用いられるが、基質にカルボキシル基が生成すると、その静電的な反発で親和性が低下することが予測できる。このことは、処理後のセルロースが未処理のものと比べて低い親和性をもつことと矛盾しない。しかしながら、化学的な解析の結果、アルデヒドが多く生成する条件でも親和性が低下することが認められ、処理による親和性の低下は、一概には静電的な作用のみに帰着することは困難で、むしろ繊維基質の構造改変にともなう色素との水素結合、ファンデアワールス結合力の低下が主原因であろうと推定した。このような高エネルギー処理技術を用いると、走査紫外線ーザーなどで二次元的に模様をもたせて処理したセルロース布帛は、その後の単一な一浴染色の工程を経ることで、複雑なプリント工程と同様の濃淡模様をもった染色物を得ることが可能である。ポリエステルあるいはナイロンなどの合成繊維、さらには羊毛、絹などの動物性天然繊維についても、原則的には同様の現象が認められ、この技術は多くの繊維基質に適応可能であることが判明した。現在の染色技術では、無地染色の場合は色素の自然拡散を利用した浸染が主流で、柄染色の場合はスクリーンやローラーなどを利用して二次元的に色素の収着をコントロールする方法が用いられている。いずれの場合も、加熱と長時間の保温が必要であり、多くのエネルギーと水を消費する工業である。本研究で得た高エネルギー処理を用いる方法はドライな環境で行え、かつプリントのような複雑な装置を必要としないので、今後、繊維工業化学技術与える貢献はきわめて大きい。

検討の結果、高エネルギー処理による繊維高分子への作用には、主として電磁波あるいは電離活性線による繊維高分子の表面酸化および部分非結晶化などの効果が認められた。このような基質の変化が、引き続く染色過程の色素親和性の増大あるいは減少、堅牢性や色彩の変化に寄与しているものであると推定できた。高エネルギー処理にともなう繊維の色素親和性の変化の機構に関して、高分子物理化学、有機合成化学、染色化学、色彩科学の方面から詳細な検討を加えた結果、XPS分析、ζポテンシャル測定、小角X線散乱測定などにより、高エネルギー処理による繊維高分子基質の表面化学特性の変化と表面電位の変化が色素の親和性の大きな影響を与えていることが判明した。繊維高分子基質としてセルロースを用いた場合、高エネルギー処理によってセルロースは化学酸化を受け、セルロース用に分子設計された色素で染色すると、未処理のセルロースと比較して顕著な色素親和性の低下が認められた。処理後のセルロースは基質中の水酸基がアルデヒドに酸化され、さらにはカルボキシル基に至ることがわかった。セルロース用の色素は一般にアニオン性のものが用いられるが、基質にカルボキシル基が生成すると、その静電的な反発で親和性が低下することが予測できる。このことは、処理後のセルロースが未処理のものと比べて低い親和性をもつことと矛盾しない。しかしながら、化学的な解析の結果、アルデヒドが多く生成する条件でも親和性が低下することが認められ、処理による親和性の低下は、一概には静電的な作用のみに帰着することは困難で、むしろ繊維基質の構造改変にともなう色素との水素結合、ファンデアワールス結合力の低下が主原因であろうと推定した。このような高エネルギー処理技術を用いると、走査紫外線ーザーなどで二次元的に模様をもたせて処理したセルロース布帛は、その後の単一な一浴染色の工程を経ることで、複雑なプリント工程と同様の濃淡模様をもった染色物を得ることが可能である。ポリエステルあるいはナイロンなどの合成繊維、さらには羊毛、絹などの動物性天然繊維についても、原則的には同様の現象が認められ、この技術は多くの繊維基質に適応可能であることが判明した。現在の染色技術では、無地染色の場合は色素の自然拡散を利用した浸染が主流で、柄染色の場合はスクリーンやローラーなどを利用して二次元的に色素の収着をコントロールする方法が用いられている。いずれの場合も、加熱と長時間の保温が必要であり、多くのエネルギーと水を消費する工業である。本研究で得た高エネルギー処理を用いる方法はドライな環境で行え、かつプリントのような複雑な装置を必要としないので、今後、繊維工業化学技術与える貢献はきわめて大きい。紫外線,低温プラズマ,スパッターエッチングなどの高エネルギー処理を繊維にほどこし,処理後の繊維の表面特性と染色性などを検討した.主としてセルロース系繊維を基質に選び,180nmの真空紫外を含む高エネルギー紫外線を照射すると,セルロース主鎖中のグルコースの2,3位の水酸基が光酸化され環開裂とともにジアルデヒドが生成することがXPS,FTIRなどの検討結果から判明した.
Belle実験でB中間子崩壊におけるCP対称性の破れの研究

現在、高エネルギー加速器研究機構においてはB-ファクトリー加速器、KEKB、とBelle実験装置が順調に稼動し、このタイプの電子・陽電子ビーム衝突型加速器としては世界最高の性能を実現している。これに伴い、Belle実験はこれまでに最大のB中間子崩壊のデータを収集した。現在、このデータの解析を精力的に行い、多くの学術論文として発表してきた。Belle実験においては、膨大な粒子反応事象が観測される。このうちから、興味ある事象のみを効率よく選び出して物理解析を行うのであるが、データ量が膨大であるために、データ一つ一つを吟味し反応ごとに仕分けして効率よく記録することが実験の成功の鍵を握る。また同時に、観測した事象数の10倍以上のモンテカルロ法により仮想データを計算機で作り様々な解析のシミュレーションを行うことも重要な研究の一部である。Ronga氏はJSPSでの特別研究員になる以前から、ローザンヌ大学の一員としてBelle実験に参加し、グループのほかのメンバーと共同してBelle実験の高速データ処理法の確立と同時にイベントシムレーションシステムの改善を試み、データ解析能力の飛躍的な向上に努力している。一方、物理解析においては、B中間子崩壊の基本的性質であり、また、素粒子の標準理論の基本的パラメターの観測にも繋がるB中間子と反B中間子の質量差をBelle実験の優れた崩壊点観測装置、SVDを駆使して精密に観測することを目指している。
股関節屈曲時に発現する中間広筋の筋活動の解明

本研究の目的は、表面筋電図を用いて中間広筋の神経筋活動を記録し、身体運動時の中間広筋の具体的な役割を検討することであった。大腿四頭筋における筋紡錘のIa線維による求心性入力を低下させるため、膝蓋腱または中間広筋に30分間の機械的な振動刺激を与えた。30分間の振動刺激の前後において、9名の被検者はモニタに示されたターゲット筋力に膝関節伸展筋力をできる限り調節する課題を行った。運動強度は随意最大収縮の2.5-30%であった。発揮筋力の変動を力データの変動係数を算出することで定量化し。これを力調節安定性の指標とした。さらに、力データに周波数解析を行って低周波成分(0-3Hz)と高周波成分(8-12Hz)に分割した。筋力発揮中に大腿四頭筋の4つの筋から表面筋電図を記録した。膝蓋腱の30分間の振動刺激前後において、力調節課題中の膝関節伸展力の変動係数に有意な変化は見られなかった。しかしながら、中間広筋に与えた30分間の振動刺激後、随意最大収縮の2.5%に発揮筋力を調節した際の変動係数が有意に増加した(P < 0.05)。また、最大筋力の2.5%に発揮筋力を調節した際における力の低周波成分のパワー密度は、長時間の振動刺激後に有意に増加した(P < 0.05)。なお、大腿四頭筋の筋電図振幅値は、振動刺激前後で有意な変化を示さなかった.本研究の結果は、中間広筋に与えた長時間の振動刺激は、大腿四頭筋の力調節安定性に影響を及ぼすことを示唆するものであった。このことから、中間広筋は低強度の筋機能に重要な役割がある可能性が考えられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はヒトの大腿の深層にある中間広筋や大内転筋に着目し,自転車運動時においてそれらの神経筋活動について検討するものである.身体運動時の中間広筋や大内転筋は,他の筋と異なる活動パターンを示すことが先行研究によって示されてきた.大腿部の深層筋である中間広筋や大内転筋の神経筋活動を調べることは,身体運動時の大腿筋群の制御機構を理解する上で重要である.以上のことから,本研究の目的は,表面筋電図を用いて中間広筋の神経筋活動を記録して,身体運動時の中間広筋の具体的な役割を検討することであった.自転車運動中の中間広筋や大内転筋を含む大腿部から表面筋電図を記録する実験を行った.運動強度は最大負荷運動時の20%-100%であった.実験から得られた筋電図振幅値は,最大負荷運動時のそれを100%として標準化された.大腿筋群から検出された活動パターンに因子分析を施すことで,自転車運動中の大腿部における7つの筋協調について検討した.因子分析により2つの因子が抽出された.1つ目の因子において,中間広筋を含む大腿四頭筋の4筋と大内転筋の因子負荷量が有意に高値であった(>0.4). 2つ目の因子において,大内転筋とハムストリングスの因子負荷量が有意に高値であった(>0.4).これらの結果から,中間広筋は他の大腿四頭筋や大内転筋と協調して活動し,その神経筋活動はペダルを踏み込む動作の序盤に貢献していることが示唆された.さらに,大内転筋は大腿四頭筋やハムストリングと協調して活動し,その神経筋活動はペダルを踏み込む動作全体に貢献していることが示唆された.本研究の目的は、表面筋電図を用いて中間広筋の神経筋活動を記録し、身体運動時の中間広筋の具体的な役割を検討することであった。

このことから、中間広筋は低強度の筋機能に重要な役割がある可能性が考えられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度で予定していたすべての実験を終えることができなかった.実施予定の実験に関しては,平成26年度に実施する予定である.中間広筋の力調節機能について検討するため,膝関節伸展筋力の変動係数と中間広筋の神経筋活動の関係について検討する.発揮筋力を安定させるためには,筋紡錘の感覚神経が重要な働きをしている.腱や筋への振動刺激は,選択的にその感覚神経の感受性を低下させる.そのため,今後は振動刺激装置を用いて中間広筋の力調節安定性について明らかにする.
次世代合成燃料製造プロセスにおける流動層反応装置の強化と最適化

一酸化炭素と水素からガソリンを製造するような反応は体積が減少する反応であり、このような反応を流動触媒層反応器で行うと、体積減少により非流動化が起きて安定な操作が不可能となる。これは反応がおきるエマルション相でのガス速度が最小流動化速度よりも小さくなるために起きる。非流動化を避けて安定な操作をするには、反応ガスを不活性ガスで希釈する方法が有効である。また、反応原料の一方を過剰に供給することによっても同じ効果が得られる。本研究においては、希釈ガスの流動化改善に対する効果について、二酸化炭素の水素化反応によって定量的に解析した。流動性に対する影響を表す二つのパラメータによって示される非流動化域を避けた運転をすることによって、安定な操作が可能となることを明らかとした。一酸化炭素と水素からガソリンを製造するような反応は体積が減少する反応であり、このような反応を流動触媒層で行う場合には、反応ガスのエマルション相におけるガス速度が低下することにより非流動化が起きることをこれまでの研究で明らかにしてきた。本研究では、さらにこれまでに提案してきたメカニズムについて定量的な検討を行った。その結果、ガス体積減少速度が0.021/sを越えるような体積減少が起きる場合に、反応によって減少するエマルション相内のガス速度を維持できるだけの気泡相からエマルション相へのバルクのガス流れが生じることは不可能であることが分かった。つまり、流動層にとっては流動化という本質にかかわる部分に影響がでるため、モル数が減少する反応を行うと流動性が低下することは宿命である。また、逆の現象であるモル数が増加する場合の検討も行った。これは多孔質のアルミナ粒子に水を担持して温度を上昇させることによって流動化ガスを増加させた。透明なヒートをコーティングしたカラムを使用することによって、カラム内部での現象を可視化した。エマルション相のガス速度が上昇するため、予想通り極めて良好な流動化状態が達成できることが確認された。さらに本年度は従来の実験よりも高い速度での非流動化現象についての検討を行った。従来はガス空塔速度が5 cm/sまでの流速域において、非流動化が起きることを観察していた。ガス速度を上げることによって非流動化が発生しないのではないかとも考えられたが、ガス空塔速度が実用的な速度である40 cm/sにおいても非流動化が起きていることが分かった。つまり、工業装置においても、モル数減少をともなう反応を行う場合には、良好な流動性を維持するためには操作条件等に注意が必要であることを明らかにできた。反応による体積減少をともなう反応を流動層で行う場合には、エマルション相においてガス速度が低下して粒子に対する十分な抗力を生み出せずに非流動化が起きて流動層の操作に大きな支障をきたす。装置内に垂直管や多孔板を挿入する方法、反応原料を分割して多段で供給する方法の効果についてはすでに検討した。本年度は反応ガスを希釈する方法および原料の一方を量論比よりも過剰に供給することによって、流動化状態の改善をはかった。これは、すでに検討してきた二つのパラメータのうち、ガス体積比を1に近づけることによって、操作線を非流動化ゾーンから外に出すことによって良好な流動化状態を維持する。反応は二酸化炭素の水素化反応を行った。水素を量論比よりも過剰に供給することにより、ガス体積減少に起因する非流動化への反応ガスの希釈の改善効果を定量的に解析した。限定反応成分である二酸化炭素の反応率が100%のときに、一定温度一定体積の下でどれだけガスの体積が減少するかを表すパラメータであるガス体積比が0.9以上であると非流動化は起きにくくなることを確認した。また、非流動化によって層が分断される位置が0.2m付近であることについて検討した。分散器の直上では層の乱れが大きいため、非流動化が起きかかっても、すぐに崩され非流動化域が成長することはない。乱れが十分でない程度まで小さくなった高さ0.2m付近で非流動化域は発達し、この位置で層は分断されることが分かった。合成ガスからの炭化水素合成反応ではガス体積が減少する。ガス体積が減少する反応を流動触媒層反応器で行うと非流動化によって運転ができないといった大きな問題が生じる。これまでの研究で提案したように非流動化を回避するためには、体積比を1に近づけるか、体積減少速度を小さくするかのいずれかが必須である。前者を実行するために、原料ガスの分割供給や希釈ガスの添加による流動性の改善についてすでに検討してきたが、このような方法を採用できない系もある。たとえば、原料ガスがはじめから混合系である場合や、不活性成分を出口ガスに混在させたくない場合である。23年度は、後者の体積減少速度を小さくする方法について検討を行った。

具体的には反応速度を低く抑えることによって、体積減少速度を小さくする。ただし、反応率をかせぐためには分離装置によって出口ガスを生成物成分と原料成分に分けて、原料成分を反応器入口にリサイクルする必要がある。研究の主目的は非流動化を避けるために必要なリサイクル比が現実的な範囲におさまるかどうかを検証することであった。体積の減少速度を閾値である0.011/sよりも小さくするためには適用できる最大の反応速度定数が存在する。この値は反応の量論係数に影響され、体積減少が大きな反応ほど小さくなる。そのため、反応率にも上限が存在し、その結果として、反応率が低いほどリサイクル比も大きくしなければならない。最終的には体積減少を考慮した流動層反応器モデルを用いて、空塔ガス速度や流動層高などの反応装置の運転条件や気泡ホールドアップや二相間の物質移動容量係数などの装置パラメータを考慮して、反応式の量論係数とリサイクル比の関係を求めた。その結果、工業的な運転条件においても、リサイクル比は10を越えないことが示され、この方法は十分に現実的であることが分かった。また、反応条件に応じて、非流動化を避けるためのリサイクル比を含む運転条件を求めるプロセスを明らかにした。本研究は合成燃料製造での流動層反応器設計を念頭においているが、工業的に重要な反応には体積減少を含む系も多いため、波及効果も大きく、学術的・工業的にも極めて貴重な知見がまとめられたと考えている。
レクチンを有する乳酸菌の細胞接着性と消化管系病原微生物に対する感染予防効果

著者は昨年度までに消化管モデル細胞としてのInt-407細胞へ対して高い付着性を示す、Lactobacillus acidophilusを選抜することに成功し、細胞への付着には菌体表層のレクチン様成分が寄与していることを示唆してきた。ヒトの腸内菌叢を構成している菌種を考えた場合、Lactobacillusの中では、ロイテリー(Lactobacilus reuteri)菌が優勢である。著者はすでにロイテリー菌の中にもレクチン保有株が存在していることも示唆している。そこで本年度はロイテリー菌の糖鎖認識能と細胞付着性の関連性を明らかにすることを目的とした。供試菌株の糖鎖認識能を検討するにあたって、まず12種類の糖脂質への結合性を検討した。その結果、複数の株でアシアロGM1糖脂質に結合する菌株が見いだされた。最も高い結合性を示す菌株を用いて以下の結果を得た。すなわち、(1)リゾアシアロGMl、過ヨウ素酸処理した糖脂質への結合試験結果から、確実に糖鎖に結合し、レクチン様の性質を有していること、(2)糖脂質糖鎖への結合性には菌体表層の約65kDaタンパク質が関与していること、(3)本タンパク質の糖脂質への結合は、熱安定であり、また分子内S-S結合が関与していること、(4)モデル細胞であるCaco-2およびInt-407細胞へ高い付着性を示し、またレセプターとして中性糖脂質が関与していること、以上のことが明らかとなった。ロイテリー菌が認識する糖鎖とと同一の糖鎖を認識する病原微生物はすでに見いだされており、そのような病原微生物に対して、本菌株はレセプター分子への付着の競合によって感染予防効果を示すことが期待された。消化管系病原微生物の多くは上皮細胞の糖鎖に結合することによって感染が始まることが知られている。一方、腸内有用細菌とされている乳酸菌の細胞認識機構は未解明の部分が多い状況にあった。著者らはこれまで腸内乳酸菌であるLactobacillus acidophilusがレクチン(糖鎖結合)活性を有していることを明らかにし、これらが本菌の腸上皮細胞への付着因子として機能しているものと推察してきた。そこで本研究では本菌の細胞接着機構を明らかにするとともに、このような性質を持つ乳酸菌が腸管毒素原性大腸菌(ETEC)の細胞接着を阻害する能力を持つか否か検討することとした。本菌はヒト消化管由来Int-407細胞へ高い付着性を示した。そこで、ビオチン標識したInt-407細胞膜タンパク質画分を得た後、菌体タンパク質への結合性を調べると、菌体表面に発現されている52kDa、58kDaのタンパク質に結合した。また、菌体表層タンパク質画分はInt-407細胞膜タンパク質画分の47kDaタンパク質に強く結合したが、細胞膜タンパク質画分を過ヨウ素酸処理するとその結合性は消失した。これらのことから、本菌の菌体表層に見いだされた52kDaおよび58kDタンパク質が47kDaの細胞表層糖タンパク質糖鎖に結合することによってInt-407細胞に付着していることが明らかとなった。また、本菌はETEC ATCC31705株のInt-407細胞への付着を約85%阻害することが示された。阻害メカニズムについては今後明らかにする予定ではあるが、レクチン活性を有する乳酸菌の感染症起因菌の予防効果の可能性が示唆された。
軸流による渦輪の制御

断面画像から再構築された3-D画像を観察することによって,軸流の強さが適切な渦輪は,軸流が渦構造を保持するため,流れ場の外乱の影響を受けにくいことが確認された.しかし,特徴的な流体の放出現象(Peeling offと呼ぶ)が現れ,渦輪の循環が低下する.このPeeling offが現れるメカニズムは,数値計算によって明らかにされた.また,軸流を伴う渦輪列による流体輸送の特徴がまとめられた.さらに,実用化を踏まえ,湾曲ブレードを取り付けたノズルから軸流を伴う渦輪を形成し,その特性が調査された.断面画像から再構築された3-D画像を観察することによって,軸流の強さが適切な渦輪は,軸流が渦構造を保持するため,流れ場の外乱の影響を受けにくいことが確認された.しかし,特徴的な流体の放出現象(Peeling offと呼ぶ)が現れ,渦輪の循環が低下する.このPeeling offが現れるメカニズムは,数値計算によって明らかにされた.また,軸流を伴う渦輪列による流体輸送の特徴がまとめられた.さらに,実用化を踏まえ,湾曲ブレードを取り付けたノズルから軸流を伴う渦輪を形成し,その特性が調査された.一般に,層流渦輪は一定距離直進すると波状変形し,その構造が崩壊して急激に並進速度を失う.軸流を伴う渦輪を形成すると,適切な条件の場合には急激な渦構造の崩壊を伴う乱流遷移が抑制でき,渦輪による流体の輸送距離の増大が期待できる.そこで,H21年度の研究では,次の3項目についての研究を遂行し,このメカニズムを調べた.1.三次元的な可視化レーザーライトシートを捜査する装置を製作し,20枚前後の静止画像から渦輪の立体像を構成した.これを利用して渦輪の過渡的な様子,特に,形成後に循環を含む流体をその経路に多く取り残す段階と乱流遷移する段階を詳細に観察した.前者では,後方に取り残される流体は渦度を持つが,シート状ではなく棒状になって渦輪の周りを螺旋状に取り巻き,その先は渦輪の前方に回りこみ,対称軸中心につながっている様子が観察された.これをPeeringと呼ぶ.後者では,波状変形を抑制する効果が裏付けられた.2.数値計算空間解像度を抑えて広い範囲のパラメータで計算したところ,軸流の強さと渦輪の移動距離の関係が定性的に実験と同じになることが示された.また,計算条件を絞り,空間解像度を上げて計算したところ,定量的に実験結果と近い値が得られるようになった.3.ノズルとフード付きノズルの試作これまでの研究では,噴出形状にはオリフィスを採用してきた.これをノズルに変更したところ,同じ条件ではPeeringが小さくなることが判った.その他,噴出孔に関係していくつか試行を実施したが,実験の目的に合う結果はまだ得られていない.層流渦輪は一定距離直進すると波状変形し,その構造が崩壊して急激に並進速度を失う.軸流を伴う渦輪を形成すると,適切な条件の場合には急激な渦構造の崩壊を伴う乱流遷移が抑制でき,渦輪による流体の輸送距離の増大が期待できる.そこで,このメカニズムを調べるため,H22年度の研究実施計画に基づいて,次の2項目について研究をすすめた.1)連続的な三次元的可視化とPIV測定渦度のx成分(ω_x)とθ成分(ω_θ)の詳細な空間的構造をPIV測定によって調査し,渦輪形成直後にHead & Tailの渦構造が現れていること,また,これがPeelingと呼ばれる渦放出現象の原因となっていること分かった.そして,蛍光染料と改良されたレーザーライトスキャナーを用いた三次元的可視化によって,これらの渦構造の時間的な変化と渦放出過程が連続的に捉えられた.これらのデータは,数値シミュレーションとの比較に用いることができた.2)数値計算による研究スペクトル法を用いた渦輪の数値シミュレーションを実施し,128^3の空間解像度で軸流を伴う渦輪の条件を幅広く(Re=1000,2000,4000,渦輪の太さ,軸流の強度,初期外乱の強度を合わせ50run以上)調査することができた.また,Head & Tailの渦構造形成とPeelingと呼ばれる渦放出現象についても,実験結果と同様の傾向で観察されることが確かめられた.さらに,得られた幅広い条件の渦輪の速度場データから,Peelingの発生条件について検討が進められた.H22年度までの研究によって,軸流を伴う渦輪にHead&Tailの渦構造が形成され,これがPeelingと呼ばれる渦度放出の原因であると推測された.また,Head&Tailの構造は流れ方向の渦度成分ω_xの渦度集中によるものと推測されていた.そこで本年度は,実験的に得られた染料によるストリークラインの時間的な変化とPIVによる速度データを詳細に検討したところ,その推測を裏付ける結果が得られた.また,数値シミュレーションによって得られた速度場から,MicroAVSの機能を用い,Tailが形成される位置から渦線を描いたところ,予測通りHeadの構造へとつながった.また,その時間的変化の様子は,実験で得られた展開と同じ様相を呈した.以上のことから,推測された形成メカニズムへの確信が得られた.2)Peelingの発生条件の調査研究計画に沿って,多数の初期条件による速度場のデータ解析を進め,Peelingの形成条件を調査し,次のことが分かった.

渦核の半径(r)と渦輪の半径(R)の比(r/R)が大きいほど,Peelingが顕著に現れる.また,同じr/Rの条件であれば,軸流の速度と渦輪の循環の比に依存して,Peelingによって放出される流体量が変化する.初期の外乱の強度がPeelingよる流体の放出量へ与える影響は,それほど大きなものではなかった.数値計算におけるPeelingによる流体の放出量を実験結果と比較すると,傾向は同じであるが,定量的には一致しなかった.3)可視化実験による高レイノルズ数の軸流を伴う渦輪の実験軸流を伴う渦輪の研究の幅を広げるため,高いレイノルズ数の場合について可視化実験を実施した.その結果,層流渦輪が形成される範囲においては,これまでと同様の現象が観察され,新しい知見は得られなかった.形成直後に乱流渦輪となる範囲においては,渦輪の移動距離が大きくなることはなかった.1)渦輪からの流体放出( Peeling)を抑制する手段の探索:H23年度までの実験および数値計算による研究によって,軸流を伴う渦輪にはHead and Tailの渦構造が形成され,これがPeelingと呼ばれる渦度放出の原因となっていることが明らかにされた。現在の段階では,Head and Tailの構造は流れ方向の渦度成分の渦度集中によるものと推測されている。これを踏まえて,回転円筒の出口形状,回転持続時間,回転角速度,噴出流体のスラグ長をさまざまに組み合わせて,実験的にPeelingが抑制される条件を探した結果,次のことが分かった。回転円筒の出口形状については,同じ条件であればオリフィスの方がノズルよりPeelingが抑制されるが,レイノルズ数が高い場合に乱れ強さが大きくなることも分かった。回転持続時間については,渦輪の性質そのものへの影響はあまり変化しないものの,回転円筒が作り出す流れの影響が大きくなってしまうことが判明した。回転角速度は,予想通り小さいほどPeelingが抑えられる。噴出流体のスラグ長は,主として回転角速度とのバランスで抑制に最適な大きさが決定する。2)数値シミュレーションの改善:Tailが渦輪の進行方向に長く伸び,流れ方向の周期境界の影響が僅かながらある。代表的な初期条件について再度計算を実施し,流れ方向の周期境界の影響の大きさを調査・確認した。3)湾曲ブレード付ノズルによる軸流を伴う渦輪の実験:流体が噴出する際に旋回速度成分が加わるように湾曲ブレードをノズル内部に取り付け,形成した渦輪の移動距離・速度を調査したところ,回転円筒を機構として持つノズルよりは劣るものの有意に流体輸送距離を伸ばすことができた。また,そのノズルを用いた渦輪列についても,回転円筒を機構として持つノズルと同じような効果が得られることを確かめた。一番重要であるHead&Tailの渦構造とPeelingのメカニズムについての解明が進んできた.論文やWebで情報発信するための準備をすすめている.24年度が最終年度であるため、記入しない。高いレイノルズ数の渦輪については,軸流による大きな影響が見られなかった.流体輸送の応用で重要となる移動距離においては,むしろ好ましくない結果となった.そこで,研究の幅を広げる別の方向として,軸流を伴う渦輪の発生装置の改良も取り扱う.渦輪の運動に与える軸流の効果を調査するうえで現在使用している回転円筒を用いた装置は便利であるが,装置のコストやメンテナンスを考えると実用上問題があるためである.24年度が最終年度であるため、記入しない。