hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食道がん侵襲手術におけるM2 type単球の誘導とT細胞性免疫能低下機序の解明

【目的】食道がんの手術侵襲、また担癌状態はT細胞性の免疫能低下をもたらすと考えられる。癌患者におけるT細胞機能不全の機序として、腫瘍浸潤マクロファージがcontact dependentにT細胞のsignal transducingTCR zeta分子を障害し、apoptosisを惹起することを報告してきた。このcontact dependentなmediatorのひとつとしてH2O2が関与している。そこで、さらに担癌での単球・マクロファージ系の変動を検討する目的で、単球の表面抗原、H2O2産生能、細胞内cytokineを測定し、担癌での単球の変動を評価した。【方法】健常人、早期胃癌患者、進行胃癌患者の末梢血より単球を分離し表面抗原(HLA-DR、MAC-1)の発現、H2O2産生能、細胞内IL-10,IL-12をflow cytometerで測定した。さらに健常人より分離した単球を患者血清と混合培養し単球の細胞内IL-10,IL-12を測定、さらに患者血清に抗VEGF抗体、抗TGF-β抗体、抗IL-10抗体を加え、健常人単球にVEGF,TGF-β,IL-10を加え同様に測定した。【結果】健常人(n=14)、早期胃癌患者(n=17)、進行胃癌患者(n=14)の間に、表面抗原の発現、H2O2産生能において、有意差は認められなかった。単球細胞内IL-10,IL-12は健常人と進行胃癌患者間、早期胃癌と進行胃癌患者間で有意差を認めた。その現象は患者血清を健常人単球に添加することで再現され、抗VEGF抗体で阻害され、健常人単球にVEGFを加えることでもこの現象は再現された。【結語】胃癌患者では、癌の進行とともに単球細胞内cytokineのレベルにおいて機能的差異が存在し、この機序として、患者血清中の因子、特にVEGFが関与していることが示唆された。そこで手術侵襲が及ぼす影響を検討する前に術前の担癌状態での単球をまず検討した。癌患者におけるT細胞機能不全の機序として、腫瘍浸潤マクロファージがcontact dependentにT細胞のsignal ransducmgTCR zeta分子を障害し、apoptosisを惹起することを報告してきた。このcontact dependentなmediatorのひとつとして活性酸素H2O2が関与している。そこで、今回、さらに担癌での単球・マクロファージ系の変動を検討する目的で、単球の表面抗原H2O2産生能、細胞内サイトカインを測定し、担癌での単球の変動を評価した。さらに健常人の単球を患者血清と混合培養し・単球細胞内サイトカインを測定し、担癌状態での単球と比較した。【方法】健常人、早期胃癌患者、進行胃癌患者の末梢血より単球を分離し表面抗原(HLA-DR、MAC-1)の発現H2O2産生能、細胞内サイトカイン(IL-10,IL-12)をflow cytometerで測定した。さらに健常人より分離した単球を患者血清と混合培養し、単球の細胞内サイトカイン、(IL-10,IL-12)をflow cytometerで測定した。【結果】

健常人(n=11)、早期胃癌患者(n=17)、進行胃癌患者(n=12)の間に、表面抗原(HLA-DR、MAC-1)の発現、H202産生能において、有意差は認められなかった。単球細胞内サイトカインIL-10は48.8±26.25、早期胃癌患者は54.0±29.3、進行胃癌患者は101.7±71.0で、健常人と進行胃癌患者間、早期胃癌と進行胃癌患者間で有意差を認めた。また単球細胞内サイトカインIL-12は20.6±6.4、早期胃癌患者は22.4±8.1、進行胃癌患者は52.2±46.5で、同様に有意差を認めた。また、健常人単球と患者血清の混合培養にて細胞内IL-10、IL-12ともに上昇を認めた。【結語】胃癌患者では、癌の進行とともに、単球細胞内サイトカインのレベルにおいて機能的差異が存在し、この機序として、患者血清中の因子が関与していることが示唆された。【目的】食道がんの手術侵襲、また担癌状態はT細胞性の免疫能低下をもたらすと考えられる。癌患者におけるT細胞機能不全の機序として、腫瘍浸潤マクロファージがcontact dependentにT細胞のsignal transducingTCR zeta分子を障害し、apoptosisを惹起することを報告してきた。このcontact dependentなmediatorのひとつとしてH202が関与している。そこで、さらに担癌での単球・マクロファージ系の変動を検討する目的で、単球の表面抗原、H202産生能、細胞内cytokineを測定し、担癌での単球の変動を評価した。【方法】健常人、早期胃癌患者、進行胃癌患者の末梢血より単球を分離し表面抗原(HLA-DR、MAC-1)の発現、H202産生能、細胞内IL-10,IL-12をflow cytometerで測定した。さらに健常人より分離した単球を患者血清と混合培養し単球の細胞内IL-10,IL-12を測定、さらに患者血清に抗VEGF抗体、抗TGF-β抗体、抗IL-10抗体を加え、健常人単球にVEGF, TGF-β,IL-10を加え同様に測定した。【結果】健常人(n=14)、早期胃癌患者(n=17)、進行胃癌患者(n=14)の間に、表面抗原の発現、H202産生能において、有意差は認められなかった。単球細胞内IL-10,IL-12は健常人と進行胃癌患者間、早期胃癌と進行胃癌患者間で有意差を認めた。その現象は患者血清を健常人単球に添加することで再現され、抗VEGF抗体で阻害され、健常人単球にVEGFを加えることでもこの現象は再現された。【結語】胃癌患者では、癌の進行とともに単球細胞内cytokineのレベルにおいて機能的差異が存在し、この機序として、患者血清中の因子、特にVEGFが関与していることが示唆された。
核融合炉事故シーケンスに照らした放射化ダストハザード研究

本研究は、核融合の安全解析に関して不確定要素の一つである炉内で生成、放射化されたダストのソースタームの評価に関して、特に、ダストの炉外放出機構を明らかにすることを目標とする。従来の研究が1個粒子の飛散をモデル化していたのに対し、堆積層からの飛散、特に凝集体としての飛散挙動に着目して、飛散モデルに必要なデータを集積した。粒径、初期堆積層、流入空気湿度などを変化させて、真空破断実験における粒子飛散挙動を測定した結果に対し、従来モデル予測結果はいずれの粒径に関しても大きく過小評価した。従来モデルは飛散率は一定であるのに対し、実際には凝集体として粒子が飛散し飛散率が変化することがその原因と考えられる。本研究の目的は、核融合炉安全性解析に関して不確定要素の一つとなっている核融合炉内で生成、放射化されたダストのソースタームの評価法の確立である。特に、本研究では、事故シーケンスに沿った条件で、ダストの炉外放出の機構を明らかにすることを第一義的な目標とする。本研究では、ダスト群の流動不安定性による濃度・温度分布変化および水蒸気を伴うダスト群の挙動に着目し、実験によりシーケンス毎の爆発危険性を予測・評価するためのデータベースおよび物理モデルを構築する。本年度は、“非湿潤状況での破断口近傍のダスト群挙動の解析"を以下の計画に基づく研究を行う。1.実験装置の改造:(1)(計画)申請者が先行研究で用いた、真空境界破断事象(LOVA)を模擬したダスト挙動実験装置を本研究の目的に応じて改造を行う。本研究では、真空容器内部からのダスト流出を想定するため、真空容器内部に粒子供給部を設置する。:(2)(実績)計画に従って装置に改造を施した。また、下記2.で用いる壁面せん断応力測定装置を新たに製作した。2.真空境界破断時のダスト挙動測定:(1)(計画)上述の装置改造を施した後、非湿潤状態での各事故シーケンスに関する真空境界破断時のダスト挙動の測定を行う。測定には、高速度赤外線カメラを用いて測定する。この実験は、次年度中期にわたって行う。(2)(実績)当初計画では、高速度赤外線カメラによりダスト飛散時の温度分布測定を計画していたが、予算削減に伴い、温度測定には通常の赤外線カメラを使用し、ダスト飛散時の流体挙動の詳細測定に重きを置くこととした。ダスト飛散モデル化には、ダストが同伴される気流の挙動把握が重要である。特に壁に付着しているダストの挙動は、気流の壁面でのせん断応力が大きく影響するため、予測される衝突噴流型流れ場の壁面せん断応力を応力感応液晶を用いて測定した。これらの実験データはこれまでにない。本研究の目的は、核融合を安全解析に関して不確定要素の一つになっている核融合炉内で生成、放射化されたダストのソースタームの評価法の確立である。特に、本件急では、事故シーケンスに沿った条件で、ダストの炉外放出の機構を明らかにすることを第一義的な目標とする。従来の研究が、1個粒子の再飛散挙動をモデル化することによってダストの飛散率(飛散量)を評価しようとしていたのに対し、本研究では、より実際の事故シーケンスに即して、ダスト集合体(堆積層)からのダスト飛散、特にダスト凝集体としての飛散挙動および流体(乱流渦)と粒子凝集体の相互作用に着目して、飛散率モデルに必要なデータを集積した。実施項目:真空境界破断時のダスト(群)挙動測定:(1)(計画)昨年度に引き続き、事故シーケンスLOVAおとびICEを想定し、真空環境内にあるダストとそこに吹き込む空気および湿潤空気との相互作用を測定する(2)(実績)真空容器内にダスト堆積層を設置し、そこへ真空容器外部からノズルより湿度を調整した空気を吹き込み、飛散挙動を高速度カメラで測定、画像解析により、飛散率を計測した。結果、従来のモデルでは飛散率を過小評価しており、また、従来のモデルには考慮されていない流体の湿分の影響も大きいことを明らかにした。事故シーケンスLOVAおよびICEを想定し、真空環境内にあるダストとそこに吹き込む空気および湿潤空気との相互作用を測定する計画に対し、可視化可能な真空容器実験装置を製作し、当初の予定通り、湿分をコントロールした流体(空気)とダスト堆積層との相互作用(飛散挙動)を測定することができた。また、測定結果と従来モデルによる予測との比較を行い、従来モデルの問題点、新しいモデル構築のためのインパクトパラメータを抽出することができた。可視化のために真空容器をアクリルで製作したため、計画していた高温ダストの飛散挙動測定は行っていない。これは、ダストの集団的挙動が従来予想していたよりも高濃度であることが判明し、これによる粉塵爆発を避けるためでもある。本研究の目的は、核融合炉安全性解析に関して不確定要素の一つとなっている核融合炉内で生成、富者化されたダストのソースタームの評価手法の確立である。特に、事故シーケンスに沿った条件で、ダストの炉外放出の機構を明らかにすることを第一義的な目標とする。本研究では、ダスト群の流動不安定性による濃度・温度分布変化および水蒸気を伴うダスト群の挙動に着目し、実験によりシーケンス毎の飛散挙動予測を行うためのデータベースおよび物理モデルを構築する。本年度は、粒子径、初期粒子堆積層高、粒子体積層湿度、流入ガス湿度に関して詳細にその飛散挙動への影響およびその機構を明らかにした。

さらに、本研究で行った実験結果と、従来核融合炉内ダスト飛散の評価モデルとして用いられてきたVainshtein Ziskind Fichman Gutfinger(VZFG)モデルの予測結果を比較して、VZFGモデルがが堆積層からの飛散量を大きく過小評価することを明らかにした。本研究の知見から、1付着壁面と粒子間の付着力に加えて、粒子-粒子間の付着力(凝集力)を考慮する、2実際にはモデルのように流体到達後に瞬時に飛散されるのではなく、流体と粒子の位置関係の変化に伴い飛散速度が時間変化するため、時間毎に変化する流体に接する粒子層の実質的な表面積を導入し、せん断応力と実効面積から導かれるせん断力を用いて評価する、3粒径が小さい場合は、流体の湿度が飛散率に影響する湿度の閾値が存在する、4飛散率は、初期堆積層高に大きく依存し、層高が高くなると飛散速度が増大する、を考慮したダスト飛散数理モデルを構築する必要があるという指針が得られた。本研究は、核融合の安全解析に関して不確定要素の一つである炉内で生成、放射化されたダストのソースタームの評価に関して、特に、ダストの炉外放出機構を明らかにすることを目標とする。従来の研究が1個粒子の飛散をモデル化していたのに対し、堆積層からの飛散、特に凝集体としての飛散挙動に着目して、飛散モデルに必要なデータを集積した。粒径、初期堆積層、流入空気湿度などを変化させて、真空破断実験における粒子飛散挙動を測定した結果に対し、従来モデル予測結果はいずれの粒径に関しても大きく過小評価した。従来モデルは飛散率は一定であるのに対し、実際には凝集体として粒子が飛散し飛散率が変化することがその原因と考えられる。本年度の研究目的1.既存の実験装置の改造に関しては、おおむね改造が終了し、また、ダスト飛散モデル化に重要な真空破断時の気流、特に壁面でのせん断応力測定装置を新たに製作した。研究目的2.真空境界破断時のダスト挙動測定に関しては、当初より平成27年度中期までを計画していたため、現時点ではおおむね順調に進展している。当初計画では、高速度赤外線カメラによりダスト飛散時の温度分布測定を計画していたが、予算削減に伴い、温度分布測定は既有の赤外線カメラにより測定することとした。それに代わり、第一義の目的であるダスト飛散モデルに重要な気流の壁面挙動、特に壁面せん断応力の測定を行うこととした。この変更は本来の研究目的を変更するものではない。これまで壁面近傍の気流測定は多くあるが、ダストは壁面に付着するものであり、本来は壁面のせん断応力が重要となる。そのため、応力感応液晶を用いて、真空破断時に予測される流れ形態(非一様流れ場)における壁面せん断応力を測定した。これまでに非一様流れ場における壁面せん断応力測定の例はない。当初予定していた課題をほぼ計画通り実施してているが、微粒子群と流体乱流渦との相互作用が大きいことが明らかになったため、計画通り飛散挙動のモデル化に移る前に、今年度抽出した重要パラメータの影響を追加実験によりより詳細に調べる。28年度が最終年度であるため、記入しない。核融合炉工学本年度から開始した非湿潤状況での真空境界破断時のダスト挙動測定を当初計画とおり、平成27年度中期まで行う。具体的には、壁面せん断応力を測定した後、高速度カメラと赤外線カメラを用いて、真空破断時に予測される気流流れ場に対するダスト(群)のmobilityを測定しモデル化を行う。
放線菌由来新規トロイの木馬抗生物質の生合成と作用機構の解析

放線菌Streptomyces sp. HOK021は、ミコール酸含有細菌Tsukamurella pulmonis TP-B0596との複合培養時に、特異的に新規「トロイの木馬」型抗生物質harundomycin(HDM)を生産する。HDMは脂肪酸合成酵素FabF阻害剤・platensimycin(PTM)が、シデロフォア・enterobactin(ENT)様の構造とユニークなチオエステル架橋によって連結したハイブリッド抗生物質であった。本研究では、全HDM生合成遺伝子の同定、ハイブリッド化に関与する生合成機構の遺伝学的・生化学的解析、HDM作用機構の解析、マスフラグメンテーションパターンを指標にした新規シデロマイシン類の探索、そしてハイブリッド化機構を応用した新規アナログ生産を目指す。HDM生産・作用機構の解明は、抗生物質にシデロフォアを連結した新規な「トロイの木馬」型抗生物質の生物生産に応用展開できる可能性がある。本年度はHOK021株のゲノム解読を試みた。次世代シーケンス(HiSEQ)によりショートリードシーケンスデータを取得し、de novoアッセンブリにより得られたコンティグ中に、既知のplatensimycinとenterobactinの生合成遺伝子の一部を同定した。またHDMが抽出や、精製の行程で生成したシャント化合物ではなく、細胞内において合成されていることを確認するために、推定生合成中間体であるThioPTMをHOK021とCorynebacterium glutamicumの複合培養液から単離精製し、精製化合物とdehydroENTと混合し、インキュベートしてもHDMが生成しないことを確認した。HDMが抽出や、精製の行程で生成したシャント化合物ではなく、細胞内において合成されていることを確認するために、推定生合成中間体であるThioPTMをHOK021とCorynebacterium glutamicumの複合培養液から単離精製し、精製化合物とdehydroENTと混合し、インキュベートしてもHDMが生成しないことを確認した。このことから、何からの細胞内の因子がPTMとENTとこ架橋形成を触媒している可能性が強く示唆された。そこで、PacBioRSIIなどの次世代シーケンサーを用いてHOK021株ゲノムの完全解読を試みる。また細胞抽出液中に触媒活性を示す画分がないかを調べる。RNA-seqを用いて活性化される蛋白質遺伝子を探索し、架橋構造形成に関与する因子の同定を目指す。

HDMが抽出や、精製の行程で生成したシャント化合物ではなく、細胞内において合成されていることを確認するために、推定生合成中間体であるThioPTMをHOK021とCorynebacterium glutamicumの複合培養液から単離精製し、精製化合物とdehydroENTと混合し、インキュベートしてもHDMが生成しないことを確認した。このことから、何からの細胞内の因子がPTMとENTとこ架橋形成を触媒している可能性が強く示唆された。そこで、PacBioRSIIなどの次世代シーケンサーを用いてHOK021株ゲノムの完全解読を試みる。また細胞抽出液中に触媒活性を示す画分がないかを調べる。RNA-seqを用いて活性化される蛋白質遺伝子を探索し、架橋構造形成に関与する因子の同定を目指す。
準安定酸化物薄膜の合成とスピン機能の創出

本研究では、準安定遷移金属酸化物を主な対象として薄膜あるいはバルクを合成し、安定相とは異なる結晶構造や電子構造に基づく特異な磁気的相互作用を実現して、スピンと電気双極子が強くカップリングした系であるマルチフェロイクスならびにスピンと紫外・可視光の相互作用に基づく短波長磁気光学に関連した新物質を開拓することを目的として研究を遂行した。その結果、Nb添加EuTiO3薄膜における強磁性の実現、大きな磁気光学効果を示すBi3Fe5O12薄膜ならびにアモルファスFeO-SiO2薄膜の合成、高い磁気ならびに誘電転移温度を持つ新規のニオブ酸リチウム型鉄酸化物の合成などに成功した。本研究は特にマルチフェロイック材料ならびに磁気光学材料として有用な準安定酸化物薄膜を創出することを目的としている。初年度は新たな物質探索に焦点を当てた。まず、準安定相に新規化合物を見いだす目的で、高温高圧合成を利用して酸化鉄系の新物質合成を試みた。特にマルチフェロイクスを意識してScFeO3の合成に注力した。この化合物は常温常圧でビクスバイト型構造を取るが、高圧下でコランダム型に転移することが知られている。本研究では従来よりも高い圧力での処理を施し、高温高圧でのペロブスカイト型を経てニオブ酸リチウム型のScFeO3を得ることに成功した。加えて、この化合物が室温以上にキュリー温度を有する弱強磁性体となることを明らかにした。また、準安定酸化物薄膜としてNb添加EuTiO3薄膜の合成に成功し、Nb濃度が低い場合にはこの固溶体は反強磁性半導体であり、Nb濃度が高いと強磁性金属に転移することを見いだした。この系に関連して、これまでに合成されていないペロブスカイト型EuNbO3の固相反応法による作製を試み、原料ならびに合成条件に工夫を施すことで単相のEuNbO3を合成することに成功した。さらに、ミストCVD法を用いて多結晶ならびにエピタキシャル成長したY3Fe5O12薄膜を合成し、磁気光学効果の一つであるファラデー効果測定を行い、作製した薄膜が短波長領域で大きなファラデー効果を示すことを明らかにした。準安定相ではないが、ルドルスデンーポッパー型酸化物において、Bサイト回転という新しい機構によって圧電性を示す酸化物を得ることにも成功した。第一原理計算で理論的にフォノンの状態を考察して安定な結晶構造を導き、それがシンクロトロン放射光を用いた精密なX線回折測定の解析結果と一致することを明らかにし、結晶構造の対称性に基づいて生じる圧電性と2次非線形光学効果の存在を実験的に証明した。本研究はマルチフェロイック材料ならびに磁気光学材料として有用な準安定酸化物薄膜を創出することを目的としている。平成26年度は、初年度に得られた成果を着実に公表するとともに、その成果に基づいて、新たな物質探索、構造解析、物性測定を実施した。まず、準安定相に新規化合物を見いだす目的で、初年度に引き続き高温高圧合成を利用して酸化鉄系の新物質合成を試みた。初年度に合成に成功したScFeO3を受けて、マルチフェロイクスを意識しながらInFeO3の合成を試みた。ScFeO3と同様の方法でニオブ酸リチウム型のInFeO3を得ることに成功し、この化合物が室温以上にキュリー温度を有する弱強磁性体となることを明らかにした。これにより、ScFeO3、InFeO3ならびに類似のペロブスカイト型構造を持つ希土類オルソフェライトの磁気的相互作用を結晶構造の観点から系統的に説明することが可能となった。また、準安定酸化物薄膜としてEuNbO3薄膜の合成に成功し、この化合物が強磁性金属であることを見いだした。これは初年度に合成に成功した多結晶体のEuNbO3では得られなかった知見である。さらに、ミストCVD法を用いて多結晶ならびにエピタキシャル成長したBi3Fe5O12薄膜を合成し、この薄膜が短波長領域で大きなファラデー効果を示すことを明らかにした。Bi3Fe5O12は初年度に合成に成功したY3Fe5O12と比較して、より優れた磁気光学特性を示すことを見いだした。初年度に見いだした新しい機構で生じる圧電体の関連では、種々のルドルスデンーポッパー相を対象として元素選択を注意深く行いながら新規化合物の探索と合成を試みた。結果として、Phys. Rev. Lett.誌において公表したNa系のみならず、他のアルカリ金属からなる化合物の合成に成功し、その薄膜化も進んだ。平成27年度は、これまでと同様に新たな物質探索、構造解析、物性測定を進めた。まず、準安定相に新規化合物を見いだす目的で、高温高圧での反応を利用してペロブスカイト型あるいはニオブ酸リチウム型新規酸化物の合成を試み、その構造解析と物性測定を行った。これまでに合成に成功し結晶構造や磁性・誘電性を明らかにしてきたScFeO3、InFeO3を参考にすることにより、今年度はScCoO3およびInCoO3の高圧合成に成功した。結晶構造解析から、これらの化合物はニオブ酸リチウム型となる鉄酸化物系とは異なりペロブスカイト型構造となること、磁化率測定から室温以下ではCo3+は低スピン状態であることを明らかにした。初年度に合成に成功していたEuNbO3について詳細な結晶構造解析を進めた。

この化合物は過去の研究により室温では立方晶になると結論されていたが、この解釈は誤りで、結晶構造は20 Kから360 Kまでは直方晶、360 Kから440 Kまでは正方晶、440 K以上で立方晶となることが明らかとなった。磁気光学の関連では、高濃度に鉄イオンを含むFeO-SiO2系アモルファス薄膜が可視域で示す異常に大きなファラデー効果について、その原因を明らかにするために電子顕微鏡観察ならびにX線分光法を利用して原子レベルでの構造解析を行った。その結果、Feは大部分が+2の酸化状態であるものの、Fe0の状態も少なからず存在し、特にFe濃度が最も高い試料ではきわめて小さいFeナノ結晶が局所的に強磁性を担うことにより大きなファラデー効果が観察されるというモデルを提案した。新しい機構の圧電体の関連では、ルドルスデンーポッパー相であるNaYTiO4のエピタキシャル薄膜を合成し、2次非線形光学効果を利用して圧電性を定量的に評価することによって空間群を決定したところ、当初予想された空間群とは異なる結論が得られた。これは、薄膜が基板からの応力を受けて準安定相として存在するためであると考えられる。平成27年度の研究成果は、いずれも最終的な研究目的を達成するための重要な知見をもたらすものである。たとえば、ペロブスカイト型ScCoO3とInCoO3は高圧下で安定な相であり、応力の印加による構造変化は薄膜と基板の格子不整合を利用して導くことも可能である。磁気光学材料の関係では、異常に大きなファラデー効果を示すアモルファスFeO-SiO2薄膜に関して原子レベルでの構造解析が進んだ。その結果、Feの原子価が通常のアモルファス酸化物には見られないような0価の状態となり、これが異常な磁性や磁気光学効果に寄与していることが示唆された。これは、この系のアモルファス相が紛れもなく他の酸化物ガラスを凌駕する大きなファラデー回転角を示すことを実証したものであり、従来は磁化率が小さく磁気光学効果も小さいとされていたアモルファス酸化物の特性を向上させる指針を提供する大きな成果である。この成果は現在、論文としてまとめているところであり、インパクトファクターの高い学術雑誌に投稿する予定である。EuNbO3結晶の構造解析でも予想外の成果が得られた。従来の報告とは異なり、この化合物が低温から高温にかけて直方晶、正方晶、立方晶と順次、相転移を起こすことを明らかにした。結晶構造が変われば特性も変わるため、また、薄膜化により応力の影響で結晶構造が変わる可能性もあるため、薄膜の高機能化に向けた指針が得られたことになる。この成果は間もなく固体化学の専門誌であるJournal of Solid State Chemistry誌に掲載される予定である。ルドルスデンーポッパー型酸化物に関しては、新規な化合物の合成と構造解析、空間群の決定とその温度依存性の明確化に成功しており、さらに誘電性の評価を行うことで構造と物性の相関を明らかにできれば新機構での圧電体、強誘電体の発見として大きなインパクトのある成果になることは間違いない。最終年度である平成28年度は、これまでと同様に新たな物質の探索、構造解析、物性測定を進めるとともに、これまでに得られた結果を整理し、公表することに努めた。平成28年度に得られた具体的な研究の成果は以下のとおりである。高温高圧での固相反応を利用して新規酸化物の合成を試み、構造解析と物性測定を行った。
線虫脳における自発活動の動作基盤の遺伝学的解析

脳の自発活動は情報処理に関与していると考えられているが、その働きはよくわかっていない。本研究では線虫C. elelgansの中枢神経系をモデルとして、4Dイメージングシステムを用いて全中枢神経の計測を行うことで自発活動の解析を行った。その結果、複数ニューロンが同期して周期的活動を示し、逆位相の周期性を持つのグループが存在することがわかった。周波数成分の解析より、線虫の前進と後退の切り替えの周期に近い成分が含まれることが示され、行動を制御するパターンジェネレーターの一つとして機能していると思われた。さらにギャップジャンクションの変異体では、活動の頻度が低いことから電気シナプスの関与が推測された。1)4-Dイメージングシステムの高速化:これまで4-Dイメージングシステムの画像取得における最高速度は50fpsであった。この速度は線虫ニューロンの活動を計測するには十分であるが、生きた線虫の多数ニューロンをトラックするには、困難な場合が多いことが判明した。そこで、カメラとレーザーの信号制御系の輻輳や対物レンズピエゾの共振などの高速化における技術的問題を解決することで、95fpsまでの画像取得速度を実現した。2)新型カメラによるmCherryを使った細胞トラッキング:より精度の高い細胞座標位置をトラッキングするため、ランドマークとしてNLSx4を融合したmCherryをニューロンに発現させ、それを本研究予算を一部として購入した高感度高精細カメラでとらえ、得られた各ニューロンの座標位置情報をもとに各ニューロンのレシオ(YFP輝度/CFP輝度)変化を解析する実験系を確立した。3)ニューロンの間での相関解析:上記の方法で計測したニューロンの活動の相関を解析することで、自発的な活動を行う複数ニューロンの中で、正や負の相関を示すニューロンを複数検出することに成功した。また、解析に成功した細胞について各細胞間の相関係数に色を割り当てて、マトリクス表示することで、神経活動の全体像をサンプル間で比較することが可能になった。4)頭部神経活動に対する感覚ニューロンからの刺激: 4-Dイメージングで頭部ニューロン群の活動を計測しながら、感覚ニューロンに匂い刺激を与える実験を行ったところ、感覚ニューロンだけでなく、未同定の複数ニューロンが刺激に対して応答することを見いだした。1)頭部ニューロンの同期自発活動の測定とニューロンの同定線虫頭部において、多数のニューロンの活動を4-D Ca2+イメージングし、自発的に活動するニューロン同定を進めた結果、同一のトランスジェニック線虫株であっても個体によって、Ca2+センサーの発現パターンにばらつきがあること、また、従来の解析システムでは近接したニューロンの細胞体を分離して計測することが困難であることが判明した。これら問題点を解決するために、pkc-1プロモーターに核移行シグナル(NLS)を接続したCa2+センサーNLSYC2.60を作成し、ニューロンの核にNLSYC2.60を発現させて4-D Ca2+イメージングすることで、少なくとも10個以上のニューロンの活動を分離して計測可能な手法を開発した。さらに、UV法を用いて、導入遺伝子を線虫の染色体に挿入させることで、個体ごとの発現パターンの違いを低減させた線虫株を作成した。2)ギャップジャンクション(GJ)変異体における頭部ニューロンの4-D Ca2+イメージング多くの頭部ニューロンで発現が報告されているギャップジャンクションINX-7の変異体(inx-7)に、YC3.60を導入したトランスジェニック株を作成し、頭部ニューロンの4-D Ca2+イメージングを行った。しかしながら、これまでのところ野生株の頭部ニューロンの自発的な活動と大きな違いは見いだされていない。よって、INX-7によって構成されるGJが、同時自発活動に関与する程度は大きくないことが示唆されるが、(1)で述べた技術的問題のためとも考えられるので、新たにinx-7変異体、また、化学シナプスの関与を調べるために、unc-13変異体にNLSYC2.6を導入した線虫株を作成した。1)無麻酔での線虫の全中枢神経の同時計測の実現: 4Dイメージングシステムの高速化と高精度化により、麻酔を使用すること無く線虫のほぼ全中枢神経に近い150個以上の頭部ニューロンの同時可視化と計測を実現することができた。他の研究における類似のイメージングでは麻酔が必要であることが多いが、本システムにより麻酔を使用すること無く、全中枢神経のライブイメージングが可能となった。2)自発的活動の計測と解析: 4Dイメージングを使用することで、無麻酔かつ無刺激条件下において、複数のニューロンの自発的活動を詳細に計測することにより、線虫の中枢神経系の自発的活動は、複数のニューロンが同期した周期的なリズムであること、また、逆位相の周期を示すグループが存在することが、明らかになった。3)自発的活動に対する摂動:線虫が好む匂い(イソアミルアルコール、IAA)

用いて、自発的活動に対する匂い刺激の影響を調べた結果、自発的な発動をしていない感覚ニューロンあるいは、それらに入力を受けている介在ニューロンは、匂い刺激に正常に応答するにもかかわらず、自発的活動のリズムにはほとんど変化がなかった。このことから、自発活動を行っている複数のニューロンは、匂い刺激に対して頑健性を持った活動パターン生成をしていると考えられた。4)ギャップジャンクションを構成する分子の一つであるINX-7の機能喪失型変異体では、自発活動の頻度と大きさが小さい傾向が観察された。このことから、線虫の中枢神経系における自発活動にはギャップジャンクションが関与していることが示唆された。神経科学現在までに4-Dイメージングシステムの高速化を実現したことで、動きのある複数ニューロンをトラックすることが可能となり、これまで以上に多くのニューロンを同時にトラックすることに成功している。また、昨年度からの課題としていた、4-Dイメージングを行いながら感覚ニューロンに刺激を加える実験を行った結果、複数ニューロンが刺激に対して応答することが示されたことなどについて進展があった。一方、昨年度までmCherryを細胞同定のためのマーカーとして使用していたが、細胞トラッキングのための位置情報として使用することになったので、さらに別の波長領域の蛍光タンパク質を使用することが必要になった。この点に関してはCFP,YFP,mCherryと異なる波長域を持つTagBFPとTagRFP675を利用することで解決が可能であると考えている。なおTagBFPとTagRFP675については、すでに線虫頭部ニューロンで発現する発現ベクターの構築が完了している。本年度における研究の結果、多数のニューロンの4-D Ca2+イメージングにおいて、近接したニューロンに関して、それらを分離して計測することが従来の方法では困難であることが判明したが、新たにNLSYC2.6を用いるイメージング手法を開発したことで解決のめどがついている。また、これまで4-D Ca2+イメージングでニューロンの同定に用いてきた赤色蛍光タンパク質mCherryに加え、それとは異なる波長を持つ複数の赤色及び近赤外系蛍光タンパク質(TagRFP, mApple, E2crimson, TurboFP650)の線虫用発現ベクターを作成し、特定のニューロンで発現させることに成功しており、ニューロンの同定に複数の赤色波長のマーカーが使用可能となっている。今後、これら赤色系蛍光タンパク質をNLSYC2.6を線虫染色体に挿入した線虫株に発現させることで、一度により多くのニューロンの同定を行うことが可能になる。以上の理由より、本研究はおおむね順調に進展していると考えている。これまでより安定して多くのニューロンのレシオ変化を捉えられる実験系が整いつつあるので、4-Dイメージングのデータ数を増やすことで、個体ごとの神経活動パターンのデータを蓄積し、神経活動パターンの分類を目指す。また、Ca2+イメージングに使用する蛍光タンパク質とは異なる波長特性を持つ蛍光タンパク質を用いて、細胞同定が可能なシステムを構築する予定である。
コンブ類の繁殖における静的抵抗性解明に関する研究

コンブ類の繁殖における静的防御機構(健全な藻体に存在する本来備えている抵抗機構)に関与する新たな化学成分の検索し、防御メカニズムの解明を目指した。その結果、マコンブ胞子体の生殖成長期(子嚢斑と呼ばれる生殖器官形成期)には、ROS生成と制御、ROSとヨウ素の放出に特徴付けられる動的抵抗力と共に、フェノール化合物およびケイ素の蓄積による静的抵抗力を強化し、繁殖を成功に導く機構が働いていることが明らかになった。マコンブ胞子体の栄養成長期と生殖成長期(子嚢斑と呼ばれる生殖器官形成期)にある葉状部組織において、組織化学的観察、フェノール化合物およびヨウ素含有量測定、活性酸素(ROS)生成量とROS消去系酵素活性および抗酸化活性測定を行った。その結果、子嚢斑形成時にROS発生量、フェノール含有量、抗酸化活性および活性酸素消去系酵素4種(アスコルビン酸ペルオキシダーゼ,カタラーゼ,グルタチオンレダクターゼ,スーパーオキシドディスムターゼ)の活性が増加することを見出し、子嚢斑を形成する側糸および遊走子嚢の伸長に活性酸素が必要なことや体内での活性酸素の濃度を制御するために抗酸化物質あるいは活性酸素消去系酵素活性の上昇が起きていることを明らかにした。フェノール化合物は動物の被食等に対する化学的隔壁として作用していることから、成熟に伴い被食動物等に対する抵抗性を向上させていることが分かった。また、子嚢斑形成に伴いヨウ素含量が減少し、ヨウ素放出に基づく酸化防御メカニズムとそれ自身の抗菌作用が抵抗性向上に寄与していることが示唆され、ヨウ素もまた静的抵抗性の化学的障壁の一つとなっていると考えられた。さらに、葉状体ディスクを培養し成熟を誘導したところ、子嚢斑の形成に伴いROSの体外への放出が認められ、過敏感反応に代表される事後的な抵抗性(動的抵抗性)と密接に関連していることが示唆された。以上のことは、コンブ胞子体の成熟過程において繁殖の成功に向けて生物的要因に対する抵抗力を向上させていることを示すものである。コンブ類の繁殖における静的防御機構(健全な藻体に存在する本来備えている抵抗機構)に関与する新たな化学成分の検索を目的とし、マコンブ胞子体の栄養成長期と生殖成長期(子嚢斑と呼ばれる生殖器官形成期)にある葉状部組織のケイ素含有量を測定すると共に組織化学的観察を行った。その結果、子嚢斑形成部位において隣接する未成熟部位に比べ高いケイ素含有量を示した。成熟部位においてケイ素は、子嚢斑を形成する側糸と呼ばれる遊走子(無性生殖細胞)嚢を保護する役割を担うと言われている部分とそれを保護するため側糸先端部に形成される粘液帽に分布していた。また、未成熟部位でもケイ素が含まれ、表皮細胞と皮層細胞の間の細胞間隙に分布し、葉状部の物理的強度の低いと考えられる縁辺部分や先端部分の比較的厚さの薄い部分で高い含有量を示す傾向が認められた。特に、傷害を受けたのち治癒した部分において高いケイ素の含有量を示し、傷害を覆うように分布することが観察された。これらのことから、ケイ素が胞子体が成長していく過程のみならず、コンブ類の胞子体の生殖器官の形成およびその保護に大きく関わり、繁殖の成功に大きく寄与していることが明らかになった。加えて、チガイソ科褐藻の胞子葉(めかぶと呼ばれる生殖器官)でも高いケイ素含有量を示す傾向が認められたことから、生殖器官の保護に寄与するケイ素の役割は、コンブ科褐藻だけでなくチガイソ科褐藻を含めたコンブ類に広く共通するものであると考察された。さらに、大型海藻類においてケイ素の機能や必須性は明らかにされていなかった元素であり、本研究成果は、海藻類の栄養要求における学術的にも貴重な基礎的知見である。栄養成長期と生殖成長期(子嚢斑と呼ばれる生殖器官形成期)にあるコンブ類胞子体の葉状部組織において、組織化学的観察、フェノール化合物含有量測定およびポリフェノール代謝に関与する酵素(フェニルアラニンアンモニアリアーゼおよびポリフェノールオキシダーゼ)活性の測定を行った。また、コンブ類の繁殖における静的防御機構(健全な藻体の存在する本来備えている抵抗機構)に関与するケイ素の吸収速度を、栄養組織部位と子嚢斑形成部位で測定し、比較した。その結果、下記のとおりコンブ類が成熟過程において繁殖の成功に向けて抵抗力を向上させていることが明らかになった。1)子嚢斑の形成に伴いフェノール化合物含有量は増加し、被食動物等に対する抵抗力を向上させる化学的隔壁として作用していることが分かった。加えて、子嚢斑部位のフェニルアラニンアンモニアリアーゼおよびポリフェノールオキシダーゼ活性が子嚢斑に隣接する栄養組織部位に比べ高い値を示したことから、成熟に伴いポリフェノールの代謝が活発になり、抵抗力を強化していることが明らかになった。2)海藻において必須性が不明であったケイ素が、表皮細胞と皮層細胞の間の細胞間隙に分布していた。

特に、生殖器官や傷害治癒組織で高いことから、ケイ素がコンブ類の胞子体の成長過程のみならず生殖器官の形成及びその保護に大きく関わり、繁殖の成功に大きく寄与していることが示唆された。この繁殖におけるケイ素の関与は、子嚢斑形成部位における高いケイ素吸収速度によって支えられていることが明らかになった。3)ワカメやチガイソを含むチガイソ科褐藻の胞子葉(一般的にめかぶと呼ばれる生殖器官)でも高いケイ素およびフェノール化合物含有量を示す傾向が認められたことから、生殖器官の保護に寄与するケイ素の役割は、コンブ科褐藻だけでなくチガイソ科褐藻を含めたコンブ類に広く共通するものであると考察された。マコンブを主たる材料とし、コンブ類の繁殖力を左右する胞子体の成熟過程において、静的防御機構に関与する化学物質の検索と抵抗力の指標を明らかにすることを目的として研究を行ってきた。その結果現在までに、胞子体の成熟過程において活性酸素、フェノール化合物、ヨウ素、さらには新たにケイ素が抵抗性強化や防御に関与していることを明らかにした。そのため礼現在までの達成度を上記のように区分した。。24年度が最終年度であるため、記入しない。一般的に、植物の防御に関わる化学物質は化学的防御と物理的防御の両方を担っていることが知られている。そのため、コンブにおいて明らかにした化学的防御物質間の相互作用や物理的防御機構との関連性を明らかにすることが本研究課題の今後の推進を左右する。加えて、化学防御物質と環境因子との関連解明が、今後の健全な種苗生産や生産管理上有用となる。
超高効率な太陽光水分解反応を可能にする分子性タンデムセルの開発

我々は、ルテニウム錯体色素を修飾したTiO2電極(アノード)と白金ポルフィリン水素生成触媒を修飾したTiO2電極(カソード)を導線のみで接続した外部バイアスフリーの分子性色素増感光電気化学セル(分子性DSPEC)において、犠牲還元剤の存在下、アノードに可視光照射を行うと、カソード上において水素生成触媒反応が進行することを報告した。本年度は、この分子性DSPECにおいて起電力が生じる理由、すなわち、高エネルギー電子がアノードからカソードへ移動する理由を明らかにすることを目的として研究を行った。この外部バイアスフリーの分子性DSPECにおいて、両極の電極電位の差(起電力)を観測したところ、暗所下においては電位差が生じていないのに対し、アノードへ可視光照射を行うと、28μV程の電位差が生じることが明らかとなった。この電位差は、可視光照射のオンオフに対して迅速に応答すること、カソードに白金ポルフィリン無しのTiO2電極を用いた場合においても観測されること、そして犠牲還元剤を含まない電解液を用いた場合には観測されないことが明らかとなった。すなわち、この起電力はアノード上における連続的な光化学反応に由来するものであることが判明した。ルテニウム錯体色素を修飾したTiO2電極を犠牲還元剤を含む電解液中に浸漬し、Ar雰囲気下において可視光照射を行ったところ、可視近赤外領域(5001200 nm)に及ぶ非常に広い波長範囲において、吸光度の増大が観測された。この結果は、可視光照射によってTiO2伝導帯に高エネルギー電子が充填されたことを示しており、これに伴ってTiO2のフェルミ準位が上昇することが判明した。従ってこの外部バイアスフリーの分子性DSPECにおいては、アノードのTiO2伝導帯への高エネルギー電子の充填に伴うフェルミ準位の上昇が、起電力として作用していることが明らかとなった。太陽光水分解を志向した色素増感光電気化学セル(DSPEC)に用いられる錯体色素や錯体触媒は、TiO2電極に対するアンカー基としてカルボキシル基やリン酸基を有しており、TiO2表面において化学結合を形成することによって吸着することが知られている。これらの化学結合は有機溶媒中において比較的安定であるものの、水溶液中においては不安定であり、TiO2表面から容易に脱離してしまうことも知られている。DSPECによる高効率な太陽光水分解反応を達成するには、水溶液中においてもTiO2表面に対して強固に結合するアンカーを持つ錯体色素や錯体触媒を開発することが必要不可欠である。本年度は、従来のカルボキシル基やリン酸基などに代わるアンカー基としてピリジン環を有するルテニウム錯体色素(Ru-py)の合成を行った。また、カルボキシアンカーを持つルテニウム錯体色素(Ru-C)、およびリン酸アンカーを有するルテニウム錯体色素(Ru-P)の合成も行い、これら3種類のルテニウム錯体色素のTiO2表面に対する吸着能の比較検討を行った。TiO2電極に対する各錯体色素の吸着量はほぼ同程度であり、ピリジン環がTiO2表面に対するアンカー基として有用であることが明らかとなった。各錯体色素を修飾したTiO2電極を水溶液中(pH 5)に浸漬し、各錯体色素の脱離挙動を調査したところ、Ru-Cは約10分間で全てが脱離したのに対し、Ru-Pは2時間の間に約30%が脱離した。一方、Ru-pyではTiO2表面からの脱離は全く観測されなかったことから、ピリジンアンカーは水溶液中において従来のカルボキシアンカーやリン酸アンカーよりも優れた吸着能を示すことが明らかとなった。本年度は上記の通り、ピリジンアンカーが水溶液中においてもTiO2表面に対して優れた吸着能を示すことを明らかにした。本研究課題の目的である「超高効率な太陽光水分解反応の達成」に向け、錯体色素や錯体触媒をTiO2などの金属酸化物半導体薄膜上に強固に化学吸着させる方法を確立することは極めて重要なステップである。初年度にこれをクリアすることができたことは大きな進歩であると言える。現在までにピリジンアンカーを有する酸素生成錯体触媒、および水素生成錯体触媒の合成とTiO2電極に対する吸着挙動の調査も既に行っており、ピリジンアンカーがルテニウム錯体だけでなく、他の金属錯体のTiO2表面への固定化に対しても非常に有効であることも確認している。また、これらの錯体触媒修飾電極を用いた光化学的、あるいは電気化学的触媒機能の評価も進めている。このうち、ピリジンアンカーを有する白金ポルフィリン錯体を修飾したTiO2電極を用いた水からの電気化学的水素生成反応においては、水素生成反応の過電圧が極めて小さいことや、長時間の定電位電解反応を行っても白金ポルフィリン錯体が安定であることなど、非常に興味深い成果を得ることに成功している。さらに、カソード材料として一般的に利用されるNiOを用いた水素生成錯体触媒修飾電極による電気化学的水素生成反応においては、水の還元反応とNiOのNi2+の還元反応が競合して進行することによってファラデー効率が低いことが知られているが、白金ポルフィリン錯体を修飾したTiO2電極を用いた場合、ほぼ100%のファラデー効率で水の還元反応が進行することも明らかとなっている。本年度は、小さな過電圧でも効率良く水からの水素生成反応を進行させることのできる錯体触媒の開発、これを用いた修飾電極の作製、および修飾電極の触媒機能評価を行った。ピリジンアンカーを有する白金ポルフィリン錯体の合成を行い、これをメソポーラスチタニア薄膜に化学吸着させた修飾電極を作製した。

この修飾電極を用いて、中性水溶液中における白金ポルフィリン錯体の電気化学的水素生成触媒機能の評価を行ったところ、本白金ポルフィリン錯体は50mV以下という極めて小さな過電圧下においても水素生成触媒反応を駆動可能であることが明らかとなった。また、チタニアの伝導帯下端の電位を印加した条件において長時間の定電位電解を行ったところ、白金ポルフィリンによる水素生成触媒反応の電流効率はほぼ定量的であることが判明した。定電位電解後においても白金ポルフィリンの分解などは見られなかったことから、白金ポルフィリン錯体は、50mV以下という極めて小さな印加電圧でも水素生成反応を駆動するとこができる非常に優れた分子性触媒であることが明らかとなった。一方、ルテニウム錯体色素を修飾したメソポーラスチタニア電極をフォトアノード、白金ポルフィリン触媒を修飾したメソポーラスチタニア電極をカソード、犠牲還元試薬を含む水溶液を電解液として用いたモデルセルにおいて、フォトアノードのみに可視光照射を行うと、外部バイアスを印加しない条件においてもカソードからの水素生成反応が進行するという非常に興味深い現象を見出すことに成功した。本年度は上述のように、極めて小さな印加電圧下においても水素生成触媒反応を駆動することのできる優れた水素生成錯体触媒を開発することに成功した。白金ポルフィリンはチタニアの伝導帯下端のポテンシャルを用いて定量的に水素生成触媒反応を進行させることが可能であることから、本修飾電極は水の光分解反応を志向した光電気化学セルにおけるカソードとして理想的であると言える。さらに、メソポーラスチタニア電極をアノード、およびカソードに用いたモデルセルにおいて、外部バイアスを印加することなく、アノードからカソードへ電子が移動するという興味深い現象を発見することにも成功している。すなわち本モデルセルにおいては、フォトアノード上のチタニアの伝導帯に充電された電子は、外部バイアスの印加を必要とせずにカソードへと移動し、白金ポルフィリンによって定量的に水素生成反応に消費される。水からの水素生成触媒反応の進行に対して外部バイアスの印加を必要としないだけでなく、アノードかたカソードへの電子の移動にも外部バイアスの印加を必要としない本モデルセルは、これまでに例のない非常に優れた反応系であると言える。また、カソード材料として広く用いられているp型半導体と比べ、チタニアは非常に安定性が高いことも判明している。以上のように、いくつかの先行研究と比較しても本研究成果の優位性は明白であり、本研究はおおむね順調に進展していると言える。我々は、ルテニウム錯体色素を修飾したTiO2電極(アノード)と白金ポルフィリン水素生成触媒を修飾したTiO2電極(カソード)を導線のみで接続した外部バイアスフリーの分子性色素増感光電気化学セル(分子性DSPEC)において、犠牲還元剤の存在下、アノードに可視光照射を行うと、カソード上において水素生成触媒反応が進行することを報告した。本年度は、この分子性DSPECにおいて起電力が生じる理由、すなわち、高エネルギー電子がアノードからカソードへ移動する理由を明らかにすることを目的として研究を行った。
屋根内表面に対するCGモデル豚の放射伝熱形態係数に関する数値解析的研究

屋根内表面に対する豚体の放射伝熱形態係数をコンピュータグラフィックス技法と数値積分法を用いた数値計算で解明するために,生体重が27,65,88kgのサーフェスモデル(体表面が多数の三角形パッチで覆われた3次元多面体コンピュータグラフィックスモデル)を供試豚とし,豚体重,屋根内表面までの距離,屋根内表面の大きさ,屋根傾角を入力データとする形態係数計算プログラムを開発した。計算結果は形態係数算定図としてグラフ化した。傾斜した屋根内表面に対する豚体の放射伝熱形態係数を数値計算で解明するために,豚体の最大幅の中点をX軸の原点,最大高さの中点をY軸の原点,全長の中点をZ軸の原点とする右手系の3次元座標系において,サーフェスモデル豚(体表面が多数の三角形パッチで覆われた3次元多面体コンピュータグラフィックスモデル)がこの座標系の原点を豚体中心としてZ軸の正の方向を向いて立位し,豚体の中心からDだけ離れたY軸上の点を矩形面の頂点とし,この頂点を作る1辺がX軸と平行に,他の1辺がZ軸と傾斜角θで位置し,それらの長さがA,Bである傾斜矩形面を配置することにより,傾斜矩形面すなわち屋根内表面に対するサーフェスモデル豚の形態係数を計算するコンピュータシステムの構築とFORTRANプログラムアルゴリズムを検討した。得られた結果は次の通りである。1.中央処理装置(CPU)4個搭載のパーソナルコンピュータ(PC)1台をサーバーとし,CPU2個搭載PC4台,モノクロレーザープリンタ1台,インクジェットカラープリンタ1台をスイッチングハブでネットワーク化し,プログラム作成用エディタ,コンパイラ,サーフェスモデル形状データを共有ファイル化することにより,プログラムの作成,コンパイル,計算実行,結果出力を研究室内で高速に遂行できる擬似並列化コンピュータシステムを構築した。2.プログラムアルゴリズムは過去に開発した水平矩形面に対する形態係数計算アルゴリズムを傾斜矩形面に発展させ,最新のマルチプロセッサ最適化技術を用いてコンパイルすることにより,傾斜矩形面に対する形態係数が高速かつ高精度に計算可能であることを試行計算から明らかにした。3.体重27kg豚のサーフェスモデルを用いてDが1mから5mまで0.5m間隔,θが5度から60度まで5度間隔,AとBが1mから10mまで0.5m間隔の組み合わせ条件で傾斜矩形面に対する形態係数を計算し,計算結果をグラフ化した。傾斜した屋根内表面に対する豚体の放射伝熱形態係数を数値計算で解明するために,豚体の最大幅の中点をX軸の原点,最大高さの中点をY軸の原点,全長の中点をZ軸の原点とする右手系の3次元座標系において,サーフェスモデル豚(体表面が多数の三角形パッチで覆われた3次元多面体コンピュータグラフィックスモデル)がこの座標系の原点を豚体中心としてZ軸の正の方向を向いて立位し,豚体の中心からDだけ離れたY軸上の点を矩形面の頂点とし,この頂点を作る1辺がX軸と平行に,他の1辺がZ軸と傾斜角θで位置し,それらの長さがA,Bである傾斜矩形面を配置することにより,傾斜矩形面すなわち屋根内表面に対するサーフェスモデル豚の形態係数を,本研究用コンピュータシステムで計算した。1.前年度に構築した擬似並列化コンピュータシステムに,CPU2個搭載PC2台を追加し,さらなる高速化を実現した。2.体重65kg豚のサーフェスモデルを用いてDが1mから5mまで0.5m間隔,θが5度から60度まで5度間隔,AとBが1mから10mまで0.5m間隔の組み合わせ条件で傾斜矩形面に対する形態係数を計算し,計算結果をグラフ化した形態係数算定図を作成した。3.同様に,体重88kgサーフェスモデル豚についても形態係数を計算し,形態係数算定図を作成した。4.以上から,ケージ式単飼型飼養形態を想定した屋根内表面に対する27kg,65kg,88kg豚の形態係数の特性を施設工学的に明らかにした。5.豚が自由に動き回ることができる豚房式群飼型飼養形態を想定し,サーフェスモデル豚がその場で1回転するときの傾斜矩形面に対する豚体の形態係数を計算するアルゴリズムを検討し,FORTRANプログラミングに着手した。傾斜した屋根内表面に対する豚体の放射

伝熱形態係数を数値計算で解明するために,豚体の最大幅の中点をX軸の原点,最大高さの中点をY軸の原点,全長の中点をZ軸の原点とする右手系の3次元座標系において,サーフェスモデル豚(体表面が多数の三角形パッチで覆われた3次元多面体コンピュータグラフィックスモデル)がこの座標系の原点を豚体中心としてZ軸の正の方向を向いて立位し,豚体の中心からD(=1,1.5,2,2.5,3m)だけ離れたY軸上の点を矩形面の頂点とし,この頂点を作る1辺がX軸と平行に,他の1辺がZ軸と傾斜角θ(=-30,-25,...,-5,0,5,10,...25,30°)で位置し,それらの長さがA(=0.5,1,1.5,...,3m),B(=0.5,1,1.5,...,4.5,5m)である傾斜矩形面を豚体後方の右側と左側にそれぞれ配置し,豚体が反時計回りに15°間隔で1回転するときの傾斜矩形面すなわち屋根内表面に対するサーフェスモデル豚(体重27,65,88kg)の形態係数を,本研究用コンピュータシステムで計算した。得られた結果は次の通りである。1.傾斜矩形面に対して豚体が1回転するときの形態係数は豚体回転角が45°,135°,225°,315°において順に極小,極大,極小,極大となる二峰型曲線の変化を示した。2.豚が自由に動き回ることができる豚房式群飼型飼養形態を想定し,豚体が1回転したときの形態係数の平均値を豚体後方の右側と左側それぞれにおいて求め,さらにこれら両者の平均値を全方位形態係数とすると,屋根傾角が-30°から30°に変化するとき全方位形態係数は直線的に減少することが明らかになった。3.27kg豚,65kg豚,88kg豚において計算結果をD,θ,A,Bを変数としてグラフ化し,全方位形態係数算定図をそれぞれ作成した。