hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非定常流れ場における砂州の変形過程と移動床系の予測に関する研究

本研究は,砂州の発達および変形過程を混合砂河床と一様砂河床を対比して,それらの特性を抽出するとともに,非定常流れ場における砂州の変形過程と移動床系の応答予測を行うことを目的としている.本年度は正弦波状に流量が変化する場を対象として,砂州の発達・変形過程,水深,流砂量の変化過程および流量変化に対するこれらの応答特性等について検討した.以下に得られた結果を要約する.1)平坦床からの砂州の発達過程では,流量周期が短い場合は流量の変化速度が大きいため河床変動が流量変化に追随できず,砂州の発達は抑えられる.一方,周期が長くなると砂州の発達に要する時間が確保され易くなるため,流量に見合った砂州が形成される.2)砂州の発達・変形過程を通じて,流量周期が短い場合は砂州の波長,波高は流量の変化速度に対応した変化過程を示すが,周期が長い場合は砂州の波長,波高に及ぼす流量の変化速度の影響は相対的に小さく,当該流量の下で得られる平衡状態の砂州の波長,波高に近い値を示す.3)通水期間を通じて混合砂河床の砂州波高は一様砂の場合よりも小さく抑えられる.これは混合砂の場合は砂粒子の分級によって深掘れ部に粗砂が堆積し,洗掘が抑制されることによる.また,混合砂の場合はピーク流量付近で反砂堆が発生し,これによって砂州は消滅する.ただし,流量が減少すると砂州は再形成される.4)砂州は流量の増水期に減衰し,減水期に成長するような変形過程を示すため,流量変化に対して波長,波高は右廻りのループを描き,水深は左廻りのループを描く.また,混合砂の場合のループの幅は一様砂の場合よりも小さく,流れの変化に対して追随しやすい.5)砂州の変形過程を考慮した抵抗則を用いて予測された水深および流砂量の時間的変化は実験結果の傾向をおおむね説明し得ている.本研究は,砂州の発達および変形過程を混合砂河床と一様砂河床を対比して,それらの特性を抽出するとともに,非定常流れ場における砂州の変形過程と移動床系の応答予測を行うことを目的としている.本年度は平坦河床から平衡状態に至る砂州の発達過程とこれに接続する流量増加および流量減少による砂州の変形過程に着目して検討を行った.以下に得られた結果を要約する.1)発達過程では混合砂河床の方が一様砂河床よりも早く平衡状態に達する.平衡状態の砂州波長は両河床ともほぼ同程度であるが,混合砂の場合の砂州波高は一様砂の場合の約2/3程度に抑えられた.これは混合砂の場合は砂粒子の分級によって深掘れ部に粗砂が堆積し,洗掘が抑制されたことによる.2)流量が増加すると砂州は減衰する.混合砂の場合は減衰過程で反砂堆の発生を伴うが,砂州が消滅することはない.一様砂の場合は反砂堆の形成によって砂州は消滅した.この反砂堆は不安定で,通水を続けると再び砂州が形成された.発達過程における残存砂州の減衰過程では,波長は混合砂,一様砂とも同様な減衰傾向を示すが,波高は混合砂の方が減衰速度が遅く,流れ場への追随性は緩慢であるといえる.3)流量を減少させると砂州は成長する.これは流水の蛇行がより顕著になり,洗掘を促進させるためである.この傾向は一様砂河床に顕著に現れ,混合砂河床では粗砂の堆積に伴う深掘れ部の洗掘抑制によって波高の増加は一様砂よりもかなり抑えられた.4)発達,減衰,成長の各過程を通じて,堆積高は一様砂河床,混合砂河床とも顕著な差異はないが,洗掘深は混合砂の方が低く抑えられ,これが両河床における砂州波高の差に現れている.また,流砂量はおおむね混合砂河床の方が大きい.これは砂州の形状抵抗は一様砂河床の方が大きいためであると考えられる.形状抵抗を考慮した抵抗則を用いて流砂量を予測したところ,おおむね実験結果を説明することができた.本研究は,砂州の発達および変形過程を混合砂河床と一様砂河床を対比して,それらの特性を抽出するとともに,非定常流れ場における砂州の変形過程と移動床系の応答予測を行うことを目的としている.本年度は正弦波状に流量が変化する場を対象として,砂州の発達・変形過程,水深,流砂量の変化過程および流量変化に対するこれらの応答特性等について検討した.以下に得られた結果を要約する.1)平坦床からの砂州の発達過程では,流量周期が短い場合は流量の変化速度が大きいため河床変動が流量変化に追随できず,砂州の発達は抑えられる.一方,周期が長くなると砂州の発達に要する時間が確保され易くなるため,流量に見合った砂州が形成される.2)砂州の発達・変形過程を通じて,流量周期が短い場合は砂州の波長,波高は流量の変化速度に対応した変化過程を示すが,周期が長い場合は砂州の波長,波高に及ぼす流量の変化速度の影響は相対的に小さく,当該流量の下で得られる平衡状態の砂州の波長,波高に近い値を示す.3)通水期間を通じて混合砂河床の砂州波高は一様砂の場合よりも小さく抑えられる.

これは混合砂の場合は砂粒子の分級によって深掘れ部に粗砂が堆積し,洗掘が抑制されることによる.また,混合砂の場合はピーク流量付近で反砂堆が発生し,これによって砂州は消滅する.ただし,流量が減少すると砂州は再形成される.4)砂州は流量の増水期に減衰し,減水期に成長するような変形過程を示すため,流量変化に対して波長,波高は右廻りのループを描き,水深は左廻りのループを描く.また,混合砂の場合のループの幅は一様砂の場合よりも小さく,流れの変化に対して追随しやすい.5)砂州の変形過程を考慮した抵抗則を用いて予測された水深および流砂量の時間的変化は実験結果の傾向をおおむね説明し得ている.
小児固形腫瘍の根治を目指した腫瘍幹細胞標的療法の開発研究

最近、腫瘍幹細胞の存在が注目されている。化学療法や放射線療法を中心としたこれまでの治療は腫瘍中のすべての細胞を平等に標的とした治療であり、腫瘍を作り出す責任細胞である腫瘍幹細胞が治療に抵抗性を示し生き残ってしまい、治療後にその残った腫瘍幹細胞が再び増殖を開始し、再燃が生じるものと理解される。従って、難治性腫瘍の根治を可能にするためには、この腫瘍幹細胞を同定し、それを標的とした新しい治療法の開発が重要と考えられる。Hoechst 33342というDNAに結合する蛍光色素を用いたFACS (fluorescence activated cell sorter)によるsidepopulation (SP)細胞分離法は多能性を持つ幹細胞を分離同定する非常に有用な手段である。本研究では、小児固形腫瘍におけるSP細胞の分離同定を目的として、FACSによる解析を行った。【方法】神経芽腫7株(SK-N-AS、SK-N-DZ、GOTO、LAN1、LAN5、NB16、NB19)、横紋筋肉腫4株(RMS、RD、SCMC-RM-2、KYM-1)、ユーイング肉腫5株(ES-1-OT、UTP-ES-1、SCMC-ES-1、RD-ES、SK-ES)を用いて、SP細胞の有無を検討した。細胞浮遊液にHoechst 33342を加えベクトンデッキンソン社のFACSVantage SEを用いて解析を行った。さらに、ABCトランスポーター阻害薬のVerapami1を加えて解析を行った。【結果】検索した16株のうちユーイング肉腫の1株(RD-ES)でSP細胞は認められなかったものの、それを除く他の15株ではVerapami1感受性のSP細胞の存在が確認された。SP細胞の割合は0.02814.6%であった。【結語】腫瘍細胞株に存在するSP細胞は腫瘍を作り出す責任細胞である腫瘍幹細胞の訂能性が高く、ABCトランスポーター様の抗がん剤を細胞外へ排・出する機構を備えているものと思われた。今後、腫瘍の中にごくわずかに存在するこの幹細胞を標的にした新たな治療法の開発により難治性小児固形腫瘍の根治が可能になるものと期待される。以前から腫瘍は組織の幹細胞から発生するという概念が存在し、最近、腫瘍幹細胞の存在が注目されている。化学療法や放射線療法を中心としたこれまでの治療は腫瘍中のすべての細胞を平等に標的とした治療であり、腫瘍を作り出す責任細胞である腫瘍幹細胞が治療に抵抗性を示し生き残ってしまうと、治療後にその残った腫瘍幹細胞が再び増殖を開始し、再燃が生じるものと理解される。Hoechst33342というDNAに結合する蛍光色素を用いたFACS(fluorescence activated cell sorter)によるsidepopulation(SP)細胞分離法は多能性を持つ幹細胞を分離同定する非常に有用な手段である。本年度は、神経芽腫におけるSP細胞の分離同定を目的として、FACSによる解析を行った。【方法】神経芽腫の3つの細胞株(GOTO,SK-N-AS,SK-N-DZ)を用いて、SP細胞の有無を検討した。細胞浮遊液にHoechst33342を加えベクトンデッキンソン社のFACSVantage SEを用いて解析を行った。さらに、ABCトランスポーター阻害薬のVerapamilを加えて解析を行った。【結果】細胞株3つのすべてにおいて少量ながらSP細胞の存在が確認された。また、Verapamilの添加により、これらのSP細胞分画は著減することが示された。【結語】神経芽腫におけるSP細胞は腫瘍を作り出す責任細胞である腫瘍幹細胞の可能性が高く、ABCトランスポーター様の抗がん剤を細胞外へ排出する機構を備えているものと思われた。今後、腫瘍の中にごくわずかに存在するこの幹細胞を標的にした新たな治療法の開発により難治性神経芽腫の根治が可能になるものと期待される。

さらに、ABCトランスポーター阻害薬のVerapami1を加えて解析を行った。【結果】検索した16株のうちユーイング肉腫の1株(RD-ES)でSP細胞は認められなかったものの、それを除く他の15株ではVerapami1感受性のSP細胞の存在が確認された。SP細胞の割合は0.02814.6%であった。【結語】腫瘍細胞株に存在するSP細胞は腫瘍を作り出す責任細胞である腫瘍幹細胞の訂能性が高く、ABCトランスポーター様の抗がん剤を細胞外へ排・出する機構を備えているものと思われた。今後、腫瘍の中にごくわずかに存在するこの幹細胞を標的にした新たな治療法の開発により難治性小児固形腫瘍の根治が可能になるものと期待される。
心筋梗塞の動脈圧受容体反射機能に与える影響(高血圧症における検討)

ダール食塩感受性ラットに、高塩分食(4%NaCl)を8週間投与したとろ,血圧の上昇を認めた.このラットにアンジオテンシンIIタイプ1受容体拮抗薬(E4177)を静脈内に投与したが,平均血圧(145±5mmHgより144±5mmHg),心拍数(394±18bpmより399±17bpm)および腎交感神経活動(100±0%より97±5%)に有意な変化はみられなかった.さらに,心拍数を指標とした動脈圧受容体反射の感受性に関してもE4177投与は有意な変化をもたらさなかった(1.6±0.1bpm/mmHgより1.7±0.2bpm/mmHg).アンジオテンシンI変換酵素阻害薬(cilazaprilat)をこのラットに静脈内投与しても,平均血圧(146±5mmHgより143±4mmHg),心拍数(391±30bpmより384±22bpm),心拍数を指標とした動脈圧受容体反射の感受性(1.5±0.1bpm/mmHg)は変化しなかった.ダール食塩感受性ラットに、高塩分食(4%NaCl)を4週間投与した後に心筋梗塞を作成したところ,ラットは1匹を除いて全て死亡した.以上の通り,ダール食塩感受性ラットにおける食塩負荷による高血圧症においては,アンジオテンシンIIは血圧,心拍数および動脈圧受容体反射の感受性の調節に関与しないこと,食塩負荷による高血圧症に心筋梗塞を合併すると予後が極めて不良であることが示唆された.ダール食塩感受性ラットに、高塩分食(4%NaCl)を8週間投与したとろ,血圧の上昇を認めた.このラットにアンジオテンシンIIタイプ1受容体拮抗薬(E4177)を静脈内に投与したが,平均血圧(145±5mmHgより144±5mmHg),心拍数(394±18bpmより399±17bpm)および腎交感神経活動(100±0%より97±5%)に有意な変化はみられなかった.さらに,心拍数を指標とした動脈圧受容体反射の感受性に関してもE4177投与は有意な変化をもたらさなかった(1.6±0.1bpm/mmHgより1.7±0.2bpm/mmHg).アンジオテンシンI変換酵素阻害薬(cilazaprilat)をこのラットに静脈内投与しても,平均血圧(146±5mmHgより143±4mmHg),心拍数(391±30bpmより384±22bpm),心拍数を指標とした動脈圧受容体反射の感受性(1.5±0.1bpm/mmHg)は変化しなかった.ダール食塩感受性ラットに、高塩分食(4%NaCl)を4週間投与した後に心筋梗塞を作成したところ,ラットは1匹を除いて全て死亡した.以上の通り,ダール食塩感受性ラットにおける食塩負荷による高血圧症においては,アンジオテンシンIIは血圧,心拍数および動脈圧受容体反射の感受性の調節に関与しないこと,食塩負荷による高血圧症に心筋梗塞を合併すると予後が極めて不良であることが示唆された.
苔類およびキノコ類よりコレステロール排出に関与する核内受容体活性化物質の探索

最近、核内受容体であるヒト肝臓Xレセプター(liver X receptor ; LXR)およびFarnesoid X receptor(FXR)の活性化によるコレステロールの排出機構が見出されている。苔類およびキノコ類より、LXRおよびFXR活性化物質の検索を行った。苔類ウスバゼニゴケから、LXRα選択的アゴニストとして、大環状ビスビベンジル化合物、riccardin C(RC)が見い出された。マウスにRCを経口投与すると、血中トリグリセリドレベルを増加することなく、血中HDLレベルを上昇させた。苔類ゼニゴケから、FXRアゴニスト活性を示すmarchantins AおよびEが見出された。苔類およびキノコ類より核内受容体であるヒト肝臓Xレセプターα(Liver X receptor;LXR)およびFamesoid X receptor(FXR)の活性化によるコレステロール低下薬の開発を目的として実験を行った。日本,ベトナムおよびドイツなどで採集した200種以上の苔(コケ)類およびキノコ類をエーテル,酢酸エチル,メタノールなどを用いて抽出した。それらの抽出エキスについて,核内受容体LXRおよびFXRに対する活性化作用を調べたところ,苔類ゼニゴケ,フタバネゼニゴケ,ウスバゼニゴケなど,ニンギョウタケモドキ科キノコ,ニンギョウタケ,コウモリタケ,アオロウジ,ニンギョウタケモドキ,ハナビタタケなどの抽出エキスが,強い活性を示した。抽出エキスから,シリカゲルカラムグラフィー,高速液体クロマトグラフィーなどの単離操作により,核内受容体LXRおよびFXR活性化物質の単離を行った。苔類ウスバゼニゴケから単離された大環状ビスビベンジル化合物riccardin C(RC)がLXRα部分アゴニストとして作用すことが明らかになった。そこで西日本各地で大量に採集したウスバゼニゴケより,約2.0gのRCを単離した。マウスにRCを経口投与したところ,中性脂肪を上昇させず,善玉コレステロール(HDL)を上昇させる作用を示した。苔類ゼニゴケ,フタバネゼニゴケより得られるmarchantin A(MA)およびmarchantin E(ME)が,FXRアゴニスト作用を示すことが明らかになった。ニンギョウタケモドキ科キノコ,ニンギョウタケからはFXR活性化物質として,鍔rifblinが単離された。そこでgrifolinの化学変換および微生物変換により,誘導体の合成を行った。苔類およびキノコ類より核内受容体であるヒト肝臓Xレセプターα(Liver X receptor; LXR)およびFarnesoid X receptor (FXR)の活性化によるコレステロール低下薬の開発を目的として実験を行った。日本などで採集した200種以上の苔(コケ)類およびキノコ類の抽出エキスについて,LXRおよびFXRに対する活性化作用を調べたところ、苔類ゼニゴケ、フタバネゼニゴケ、ウスバゼニゴケ、ニンギョウタケモドキ科キノコ、ニンギョウタケ、コウモリタケの抽出エキスが、強い活性を示した。抽出エキスのシリカゲルカラムグラフィー、高速液体クロマトグラフィーなどの単離操作により、核内受容体LXRおよびFXR活性化物質の単離を行った。すでに苔類ウスバゼニゴケのriccardinC (RC)がLXRα選択的アゴニストを示すことを報告した,そこでRCのメチルエーテル化などにより8種の誘導体の合成を行い,LXR活性化試験を行ったが,すべての誘導体にはアゴニスト活性が認められなかった.RCのLXRαアゴニスト活性には,3つの水酸基が重要であることが明らかになった.RCのプロドラッグとしてRCの配糖化を検討中である.苔類ゼニゴケ、フタバネゼニゴケより大量に単離されるmarchantin A (MA)およびmarchantin E (ME)が、FXRアゴニスト作用を示すことが明らかになった.これまでに天然から得られているFXRアゴニストは胆汁酸関連化合物であり,今回活性を示したMAおよびMEは,芳香族化合物であることから,その構造活性相関に興味が持たれた.そこでMAおよびMEを大量に単離・精製し,誘導体の合成を行った.それらの生理活性については現在検討中である.最近、核内受容体であるヒト肝臓Xレセプターα(liver X receptor ; LXR)およびFarnesoid X receptor(FXR)の活性化によるコレステロールの排出促進機構が明らかになり、これら核内受容体の活性化によるコレステロール低下薬の開発が最近注目されている。四国を中心に西日本各地で100種以上の苔類およびキノコ類を採集した。採集した苔類およびキノコ類はメタノールなどを用いて抽出し、抽出エキスを得た。すでに我々は苔類ウスバゼニゴケよりLXRα選択的アゴニストであるRiccardin C(RC)を単離している。FXRアゴニストとして、ゼニゴケ類より大環状ビスビベンジル化合物、Marchantin A(MA)が得られている。

コハネゴケ、フタバネゼニゴケ、ジンガサゴケ、シダレゴヘイゴケより大環状ビスビベンジル化合物25種を単離し、さらにアセチル化、メチル化などにより誘導体の合成を行い、構造活性相関を行った。現在までに、RCより強いLXRアゴニストは見出されていない。RCは、徳島文理大学薬学部の福山愛保教授のグループとの共同研究により全合成が行われた。活性にはRCの3個のフェノール基の存在と大環状構造がコンフォメーションが重要であることが示唆された。動物実験を進めるために、大量のウスバゼニゴケを採集し、RCをgオーダーで単離した。LXRアゴニストとしては、Plagiochin A, Ptychantol Aが見出された。キノコ類については、ニンギョウタケモドキ科キノコのコモリタケ、ニンギョウタケからFXRアゴニストであるGrifolin類が得られた。さらにホシアンズタケより4種の新規セスキテルペン、フルイタケより3種の新規トリテルペン、ハナビラタケより3種の新規フタリド化合物を単離した。これらの生理活性については現在検討中である。
MRSAの薬剤耐性アンチバイオグラム進化パターンのグローバル調査解析

高齢者の誤嚥性肺炎病巣ならびに口腔咽頭からは,黄色ブドウ球菌が高頻度に分離される.黄色ブドウ球菌は,抗生物質の頻用に伴い耐性化が進みMRSAと称され,難治性の細菌種として認識されている.採取したMRSA菌を用いて細菌遺伝子の解析実験を行った.その結果,従来の定説であったMRSA耐性進化の主要因,すなわち「外来遺伝子の取り込みによる薬剤耐性の高度化」に加えて,「MRSA菌自身の染色体DNAレベルでの変異」も耐性化に関与する示唆を得た.また,耐性の進化に一定のパターンがあり,アンチバイオグラムで図説できることを示唆した.高齢者社会が進行するわが国では肺炎が年々増加し,毎年約10万もの死者を出すに至っている.高齢者で特に多く発症し,かつ口腔を感染起点とする誤嚥性肺炎は,「歯科第三の感染症」と称されることもある.しかし,医科と歯科の狭間に位置するため,医学・歯学双方の研究領域のエアポケットとなっていた.その結果として,細菌学的・疫学的解析結果に基づく科学的な予防・治療のクリティカルパスの立案が遅れている.多くの歯科医療従事者が驚くことに,70歳を超えた高齢者の誤嚥性肺炎患者の病巣からは,黄色ブドウ球菌が最も高頻度に分離される.黄色ブドウ球菌は,抗生物質の過剰使用に伴い耐性化が進み(=MRSA),院内感染の主因ともなり治療も困難になるとされている.しかしながら,臨床現場からは,同じ抗生物質療法を行っても,患者ごとにMRSAの耐性化の進行パターンが異なるとの症例報告も散見される.そこで,本申請研究では,日/米/欧/アジア/アフリカを統合するネットワークを構築し,世界規模でMRSA治療歴と細菌DNAを解析調査し,抗生物質使用前後のMRSA薬剤耐性の変化をパターン分析する.そして,同解析結果を基盤としたMRSA治療法のクリティカルパス確立を目指した.高齢化社会の到来と共に,人口に占める易感染性宿主の比率が高まっている.また,グローバル化の拡大に伴い,ヒトとモノの世界規模移動が増加してきている.そうすると,小規模な感染起点が直ちに大流行へと転じることとなる.それらの大きな問題としては,初めての感染症(=新興感染症)や,長期間流行らなかった久々の感染症(=再興感染症)に対して,現在のヒトは免疫を有さないため重症化しやすく,かつ治療法も予防法も無いか流行遅れになっていることがあげられる.高齢者社会が進行するわが国でも肺炎が年々増加し,毎年約10万もの死者を出すに至っている.高齢者で特に多く発症し,かつ口腔を感染起点とする誤嚥性肺炎は,医科と歯科の共通懸案である.しかし,医科と歯科の狭間に位置するため,医学・歯学双方の研究領域のエアポケットとなっていた.その結果として,細菌学的・疫学的解析結果に基づく科学的な予防・治療のクリティカルパスの立案が遅れている.多くの歯科医療従事者が驚くことに,70歳を超えた高齢者の誤嚥性肺炎患者の病巣からは,黄色ブドウ球菌が最も高頻度に分離される.黄色ブドウ球菌は,抗生物質の過剰使用に伴い耐性化が進み(=メチシリン耐性黄色ブドウ球菌; methicillin-resistant Staphylococcus aureus; MRSA),院内感染の主因ともなり治療も困難になるとされている.しかしながら,臨床現場からは,同じ抗生物質療法を行っても,患者ごとにMRSAの耐性化の進行パターンが異なるとの症例報告も散見される.そこで,本申請研究では,日/米/欧/アジア/アフリカを統合するネットワークを構築し,世界規模でMRSA治療歴と細菌DNAを解析調査し,抗生物質使用前後のMRSA薬剤耐性の変化をパターン分析する.そして,同解析結果を基盤としたMRSA治療法のクリティカルパス確立を目指す.本プロジェクトで採取したMRSA菌200400株を用い,細菌遺伝子のMLST解析実験を行った.現段階での実験データからは,MRSA菌自体の染色体DNAが,「外来耐性遺伝子を組込み易い型=高度耐性移行型」と「外来遺伝子を受容しにくい型=耐性進化しにくい型」に大別できるのではないかと仮説を立てるにいたっている.収集菌株の抗生物質耐性試験と治療履歴を照会することで,遺伝系統学的な検証と実際のMRSAの薬剤耐性進化パターンの相関付けを行った.さらに,仮説検証したMRSA進化パターンの結果に基づき,研究室内で薬剤感受性の黄色ブドウ球菌や耐性進化初期のMRSAに対し,各種抗生物質を滴下して実験上の「MRSA耐性進化パターン」を確認した.そうして得られた「MRSA耐性進化パターン」のうち,分離菌200400株のみを用いた『MRSAの治療経過に伴う薬剤耐性変化パターン=アンチバイオグラム』は,次のようであった.臨床分離した200400株は,治療前の抗生物質耐性検査で(A)(E)と定義した5型に分かれた.そのアンチバイオグラムは,各種の抗生物質に対する耐性度をブロットし,レーダーチャートを模して描くと,多角形のパターンを構成する.治療による抗生物質暴露で,(A)(E)の5型は,それぞれ一定の抗生物質耐性能を獲得したが,それ以上の進化パターンは存在しなかった.具体例として,元々高度耐性であった(C)パターンのMRSAは,レボフロキサシン(LVFX)を使用してもLVFX耐性にはならなかった.

一方で,(B)パターンのMRSAは,治療前は耐性度が低かったにも関わらず,LVFXをはじめとして種々の抗生物質に対して次々と耐性を獲得していった.高齢者社会が進行するわが国では肺炎が年々増加し,毎年約10万もの死者を出すに至っている.高齢者で特に多く発症し,かつ口腔を感染起点とする誤嚥性肺炎は,「歯科第三の感染症」と称されることもある.しかし,医科と歯科の狭間に位置するため,医学・歯学双方の研究領域のエアポケットとなっていた.その結果として,細菌学的・疫学的解析結果に基づく科学的な予防・治療のクリティカルパスの立案が遅れている.研究代表者の寺尾は,平成1719年度厚生労働科学研究「長寿医療研究受託研究事業」において「難治性の高齢者肺炎に対する安全で有効な治療法に関する研究」を担当し,国立長寿医療研究センター附属病院医師チームと共同で,70歳以上の高齢者の誤嚥性肺炎病巣ならびに口腔咽頭からは,黄色ブドウ球菌Straphylococcus aureusが最も高頻度に分離されることを報告した.黄色ブドウ球菌は,抗生物質の頻用に伴い耐性化が進みメチシリン耐性黄色ブドウ球菌,すなわちMRSAと称され,難治性の細菌種として認識されている.そのため,除菌に使用できる抗生物質の選択範囲が狭いほか,将来の更なる耐性化を避けるために有効と目される抗生物質の使用を躊躇する事例も生じている.しかしながら,臨床現場からは,同じ抗生物質療法を行っても,患者ごとにMRSAの耐性化の進行パターンが異なるとの症例報告も散見される.そこで,本申請研究では,日/米/欧/アジア/アフリカを統合するネットワークを構築し,世界規模でMRSA治療歴と細菌DNAを解析調査し,抗生物質使用前後のMRSA薬剤耐性の変化をパターン分析する.そして,同解析結果を基盤としたMRSA治療法のクリティカルパス確立を目指すこととした.本研究開始前の既存の細菌学テキストや各国の感染症診療指針においては,「MRSAは抗生物質の過剰使用により耐性度が高まり,治療がさらに困難となる」と記載されていた.そのため,医療従事者は,使用する抗生物質の選択に慎重になる反面,有効な薬剤の使用さえも躊躇したり,患者が抗生物質に悪印象を抱き「飲み控え」等を起こす事例も認められている.その結果として,治療が遅延・予後不良となり,患者側に不利益をもたら懸念も生じていた.以上のことから,MRSAに抗生物質を暴露した際の薬剤耐性度の変化をグローバルかつ詳細に解析する必要性があると考えた.「MRSAの抗生物質耐性には特定の進化パターンがある」との仮説や検証は国内外に報告が無く,上図の予備実験結果が唯一のものとなっている.したがって,本申請研究は,世界に先駆ける唯一の研究テーマであり,かつ歯科および医科領域の臨床現場にフィードバックできる効果は極めて高いと推察される.MRSA性の誤嚥性肺炎は高齢者に多いため,患者自身の免疫力による自然治癒は青年壮年層に比べて期待できない.そのため,正しい抗生物質による治療指針の策定が必須と思われた.本プロジェクトにて採取したMRSA菌株を用いて,網羅的な細菌遺伝子の解析実験を行った結果,従来の定説であったMRSA耐性進化の主要因,すなわち「外来遺伝子の取り込みによる薬剤耐性の高度化」に加えて,「MRSA菌自身の染色体DNAレベルでの変異」も耐性化に関与する示唆を得ている.現段階での実験データからは,MRSA菌自体の染色体DNAが,「外来耐性遺伝子を組込み易い型=高度耐性移行型」と「外来遺伝子を受容しにくい型=耐性進化しにくい型」に大別できるのではないかと仮説を立てることができている.そのため,概ね計画通りの進捗と判定した.
津波・高潮・洪水氾濫の複合ハザードマップ

わが国では,津波,高潮,洪水氾濫の危険地帯が重なっている場合が多い.大阪はこれら3つの災害が,東京や名古屋は高潮と洪水の同時氾濫が心配されている.とくに2005年ハリケーンカトリーナによるニューオーリンズの未曾有の高潮氾濫災害は,先進国でも忘れてはならない災害であることを示した.そこで,従来の紙ベースでのハザードマップの作成では,住民に提供できる情報量に限界があるため,その改良は困難である.それに代わって,シミュレーション結果を動画の形で提供できる動的ハザードマップの試作を行った.たとえば,三重県の尾鷲市を対象とした津波ハザードマップにおいて,住民の防災教育効果の向上が期待できることがわかり,また避難訓練にも活用できることが示された.このようにインターネット上にGIS情報を重ねてハザードマップを住民に提供する方法が開発できた.そして,避難のシミュレーションプログラムを活用できるようにすれば,避難の開始時刻や避難経路の選択の生存可能性に及ぼす影響を定量的に明らかにできて,住民に対する避難の啓発効果が大きいことがわかった.一方,巨大災害の減災の視点から,高潮,洪水,津波のいずれか2つが同時に生起する確率を無視できないことから,その作成方法を検討した結果,長時間にわたって継続する現象によってまず浸水域を与え,そこに短期間の現象の浸水を重ねるという方法が合理的な計算結果を示すことが見出された.前者が津波で後者が高潮に相当し,わが国で初めて両現象の同時生起のハザードマップを試作することができた.わが国では,津波,高潮,洪水氾濫の危険地帯が重なっている場合が多い.大阪はこれら3つの災害が,東京や名古屋は高潮と洪水の同時氾濫が心配されている.とくに2005年ハリケーンカトリーナによるニューオーリンズの未曾有の高潮氾濫災害は,先進国でも忘れてはならない災害であることを示した.そこで,従来の紙ベースでのハザードマップの作成では,住民に提供できる情報量に限界があるため,その改良は困難である.それに代わって,シミュレーション結果を動画の形で提供できる動的ハザードマップの試作を行った.たとえば,三重県の尾鷲市を対象とした津波ハザードマップにおいて,住民の防災教育効果の向上が期待できることがわかり,また避難訓練にも活用できることが示された.このようにインターネット上にGIS情報を重ねてハザードマップを住民に提供する方法が開発できた.そして,避難のシミュレーションプログラムを活用できるようにすれば,避難の開始時刻や避難経路の選択の生存可能性に及ぼす影響を定量的に明らかにできて,住民に対する避難の啓発効果が大きいことがわかった.一方,巨大災害の減災の視点から,高潮,洪水,津波のいずれか2つが同時に生起する確率を無視できないことから,その作成方法を検討した結果,長時間にわたって継続する現象によってまず浸水域を与え,そこに短期間の現象の浸水を重ねるという方法が合理的な計算結果を示すことが見出された.前者が津波で後者が高潮に相当し,わが国で初めて両現象の同時生起のハザードマップを試作することができた.初年度として、まず洪水、高潮、津波ハザードマップを普及するための必要条件を共同して検討した。その結果、つぎのことがわかった。すなわち、いきなりマップの配布をやってはいけないということである。図上演習やワークショップを通して自分自身の問題であるという意識を持たなければいけないということである。これは自主防災組織やまちづくり協議会を通しても良い。要は自助・共助努力とは自己責任の原則を確認するということである。そこで、ハザードマップの作成マニュアル中に示されなければならない住民理解の促進方策を検討した。その結果、地域における高潮・津波に対する避難計画などを検討するにあたっては、きめ細かな地域情報に精通した地域住民の意見を取り入れ、地域の実情に合わせた計画を作り上げることが肝要であることが示された。また、計画づくりに地域住民も参画することは、周知、利活用の促進においても極めて重要であることがわかった。このため、ハザードマップ作成段階において、住民と行政とで実施するワークショップやリスクコミュニケーション等によって、住民に「自分が主体的にハザードマップ作成に参加している」という意識を持ってもらうことが、高潮・津波ハザードマップの利活用促進には不可欠であると言える。なお、住民参加にあたっては、自治体のみならず商工会や青年団等の様々な関係者の参画を得ることが望まれる。その他の住民理解促進方策としては、地域学習会の開催、インターネット等を活用した双方向型電子版ハザードマップの作成・公開、防災啓発ツールの作成(例:ビデオの作成・上映)などが考えられる。具体的にワークショップの開催では、ワークショップのコアメンバーは10人程度を1つのユニットにすればよく、大人数の場合は幾つかの組に分ければよい。これらのコアメンバーと一般参加者より、それぞれの立場から洪水・高潮・津波ハザードマップに記載すべきと考えられる事項などについて意見聴取を行う。ワークショップでの審議内容としては、趣旨説明、ハザードマップの概要理解、事務局作成のハザードマップの説明、その配布・活用方法の提示及びそれらに対する意見聴取が考えられる。ハザードマップにおける住民意見などの適確な反映のため、ワークショップは、複数回行うことが望ましい。まず,これらのハザードマップを普及させるために国土交通省に働きかけて関係省庁の協議の下で,高潮・津波ハザードマップ普及委員会が発足し,研究代表者の河田が座長に就任したほか,今村,片田が委員として参画した.そして審議の結果,自治体がこれらのハザードマップの作成に当って何が障害となっているのかが調査によって明らかにされ,これを解決するための具体的な方法が詳しく記述されたマニュアルが2005年4月に発行されることになった.

そこでは,絵文字をはじめ,推奨されるべき印刷の色についても統一的に取り扱う必要性が新しく盛り込まれた.これと軌を一にして,平成17年度に国土交通省が自治体の津波ハザードマップ作成に補助金を出し,一気に普及に乗り出すことになった.複数のハザードマップを同一紙面上に記載する案は,住民に複雑すぎることから,将来のインターネットの普及を見込めば,動画による提供が現実的であるという結論を得た.これによれば,地震発生とほぼ同時に自主的に避難することの重要性が視覚的に理解することが可能となって,自主避難の早期立ち上げが被害軽減に寄与することが多くの住民に理解できると考えられた.そして,ハザードマップが現行のように,主として住民の避難に活用されると言う消極的な扱いから,津波被害想定結果を前倒しにして,被災前に被災後の都市計画を用意しておくことの重要性を提案できた.これを受けて,2004年12月26日に発生したスマトラ沖地震によるインド洋大津波災害に端を発したわが国の津波防災対策の見直しが研究代表者河田を委員長に設置され,その提言内容に本研究成果が用いられ,2005年3月に閣議に提出・承認された津波防災のロードマップとなった.まず、津波ハザードマップでは、体験型学習,住民参加型ハザードマップ作成,避難訓練が地域住民にどのようにして災害を認知させ,それが知識化し,どの位の期間まで記憶化されるのかを現地調査した.体験型学習経験者は現象に関する知識に対する理解度は高いが、防災対応や行動に関しては,体験の有無の差が無く,教育内容に工夫の余地があることがわかった。つぎに、高潮・洪水ハザードマップに関しては、台風9918号の高潮被害を受けた不知火・松合地区,土砂災害が発生した水俣市および近年重大な被災を受けていない熊本市の3つの地区を対象とし住民意識のアンケート調査を行った.その結果,住民は災害時にはより正確に情報が伝達することを強く求めているが,その希望伝達手段は地域によって異なり、ハザードマップを見たことのある人は約4割を占めるが,詳細に見た人は僅か10%程度と少なく,住民の意識啓発の必要性が伺えた.津波・洪水ハザードマップに関しては、三重県尾鷲市を対象に、東南海地震時の動的ハザードマップを試作し、実際に市民に公開してその効果を確かめたところ、従来よりも格段に避難行動の支援効果が見出された。これらの成果から、津波・高潮・洪水ハザードマップは、GIS(防災地理情報システム)の援用の下に統合可能であるが、そこにはそれぞれの災害特性を体験学習のように、事前にどのように理解するかが重要であることがわかった。
シングルセル解析による霊長類味覚受容機構の解明

これまでの味覚研究は、げっ歯類をモデルに研究が進んできた。しかし、げっ歯類と霊長類とは味覚感度や味覚特異性が異なり、ヒトの食品への応用を考えた場合に霊長類をモデル動物として利用することが望ましい。そこで本研究では、霊長類の味細胞モデルとしてサル味蕾オルガノイドを作製し、単一細胞トランスクリプトーム解析により多様な味細胞のクラスターに分類し、げっ歯類と比較した上で霊長類に特異的な味覚受容機構が存在するかを検証する。本研究により、未だ全容が明らかでない酸味や塩味受容機構や霊長類に独特な味覚感知システムが明らかになれば、味覚の基礎的理解が進む他、新規呈味物質の開発などにも貢献すると考える。
条件の異なる骨孔内に移植された自家腱組織の生物学的固定に関する研究

研究方法日本白色家兎35羽を使用した。膝内側側副靭帯を大腿骨付着部で切離し、同部より外側に向けて直径3.5mm,長さ10mmの骨プラグを採取した。大腿骨内側顆部には内側に開口する骨ソケットが形成される。骨プラグは海綿骨側3mm切除し皮質骨の付いた骨プラグと,皮質骨側を3mm切除し海綿骨のみとなった骨プラグの2種に形成した。移植腱の誘導用に骨ソケットの盲端より大腿骨外側皮質を貫くように直径1mmの骨孔を作製する。ついで,半腱様筋腱を採取した後、折り返しループ状にしてナイロン糸をかけておく。先に形成した骨プラグと接するようにループ状にした腱をナイロン糸を用いて骨ソケット内に骨孔を利用して誘導し、これを外側皮質上にpull out固定した。右膝は海綿骨のみの骨プラグを用い(海綿骨群),左膝は皮質骨を付けた骨プラグを用いた(皮質骨群)。骨外の腱は切離した内側側副靭帯と緊張下に縫合した。両群を組織学的、生体力学的に比較検討した。現在までの成果組織学的には,皮質骨群の方が移植腱と骨とは密に結合しており、正常靭帯付着部に類似する傾向を認めた。力学試験では最大破断荷重は両群ともに経時的に増加した。さらに術後4週では皮質骨群が海綿骨群に比べ有意に大きいことが判明している。成果は平成13年度発表予定である。
高機能次世代超伝導材料と線材の開発

臨界温度が高いことでも知られている酸化物高温超電導体は、その発見後10余年が経過したが、高温において高臨界電流密度(無損失電流密度)を持つ実用材料の開発は著しく遅れている。そこで本研究では、温度50K以上・1Tの高磁場下で、実用レベルである2万A/cm2以上の臨界電流密度を有する高温超伝導長尺線材の開発を目指した基礎研究を行った。具体的には、研究代表者らが先に見いだした、水銀(Hg)系、ビスマス(Bi)系酸化物超伝導体の安定化、および臨界電流特性の改善をはかり、液体窒素温度における各種実用用途に供する線材の作製手法を確立することを目的とした。Hg系超電導体は化学的に不安定で、従来その作製が困難であるとされていたが、レニウム(Re)やクロム(Cr)などの遷移金属の添加により、相が安定化されると同時に臨界電流密度の向上も達成できることを見いだした。溶融凝固法の適用によりRe置換Hg系単結晶を育成することにも成功した。また、様々な厚膜テープの基体材料を検討した結果、Ni/NiO/Hg(Re)1223の3層構造が最適であることを見いだした。実際に作製した短尺テープの臨界温度はゼロ磁場下では119Kでゼロ抵抗、77Kにおける不可逆磁場はテープ面に垂直で5T、平行の時は7T以上と、現在までに報告されている高温超伝導テープ材の中では最高の値であることが確認できた。しかしながら本テープ材においても内部組織は十分c軸配向しておらず、今後の作製プロセスの改良を通じて、さらに高性能な材料が得られると期待できる。いっぽう、高温超伝導材料として現在唯一実用化されているBi系超伝導体は、磁場下での臨界電流密度の向上が課題であるとされていたが、鉛(Pb)を大量にドープすることによりこのことが達成できることを発見した。まず、基礎データを得るために、一連のBi(Pb)2212単結晶を系統的に作製するとともに磁場下での電気抵抗率異方性や、ホール係数、光学反射率測定を通じて、本系ではPbドーピングにより系の電気的異方性が著しく減少し、ピニング特性の改善に寄与していることが確認できた。また、重イオン照射後の磁化特性の評価から、ピニングセンターの材料学的手法による導入もさらに有効であることが示された。添加Pb量、酸素量を調節したBi2212相超伝導体について特性向上の原因を明らかにし、これのテープ材料作製に着手した。実際のテープ材作製にあたっては、Bi(Pb)2212/Ag複合テープ材のドクターブレード法によるプロセスを検討した。溶融凝固法、アモルファス相から結晶相を析出させる方法などを検討してきたが、今だ十分な性能が得られていないものの、引き続き検討を加えていく価値のある有望な材料であることが明らかになった。

実際のテープ材作製にあたっては、Bi(Pb)2212/Ag複合テープ材のドクターブレード法によるプロセスを検討した。溶融凝固法、アモルファス相から結晶相を析出させる方法などを検討してきたが、今だ十分な性能が得られていないものの、引き続き検討を加えていく価値のある有望な材料であることが明らかになった。発見から10余年が過ぎ、当初より産業界から大きな期待がかけられていたにもかかわらず、酸化物高温超伝導実用線材の液体窒素温度における実用化の見通しはまだ立っていない。これは主に、酸化物高温超伝導物質の高温での磁束ピニング特性が不十分であることによる。また、臨界温度が極めて高く良好な臨界電流特性が期待される水銀(Hg)1223系などでは、作製の困難さや劣化など化学的安定性の問題点もある。本研究では、Hg1223系やビスマス(Bi)2212,2223系を中心とした次世代酸化物高温超伝導材料の安定化、および臨界電流待性の改善をはかり、液体窒素温度における各種実用用途に供する線材の作製手法を確立することを目的として研究を行った。Hg系超伝導体は化学的に不安定で、従来その作製が困難であるとされていたが、本研究代表者らは先に、レニウム(Re)やクロム(Cr)などの遷移金属の添加により、相が安定化されると同時に臨界電流密度の向上も達成できることを見いだしており、本研究では溶融凝固法の適用により様々な厚膜テープの作製を行った。特に、テープの基体材料を検討した結果、Ni/Cr/Agの3層構造が最適であることを見いだした。さらに、Re置換Hg系1223,1234,1245など一連の単結晶を育成することに成功し、基礎物性の評価に供することが可能となった。いっぽう、高温超伝導材料として現在唯一実用化されているBi系超伝導体は、磁場下での臨界電流密度の向上が課題であるとされていたが、鉛(Pb)を大量にドープすることによりこのことが達成できることを発見した。添加Pb量、酸素量を調節したBi2212相超伝導体について特性向上の原因を明らかにするため、単結晶を育成し、異方性など電磁物性の詳細な評価を試みた。また、Agを基体材料とするBi(Pb)2212テープ材料の作製プロセス開発を行った。熱処理条件の最適化により良好に結晶配向し不可逆磁場の高いテープ材を得たが、通電特注はいまだ十分でなく、特に粒界接合の向上などを次年度の研究課題とする必要がある。臨界温度が高いことで知られている酸化物高温超伝導体は、その発見後10余年が経過したが、高温において高臨界電流密度(無損失電流密度)を持つ実用材料の開発は著しく遅れている。そこで本研究では、温度50K以上・ITの高磁場下で、実用レベルである2万A/cm2以上の臨界電流密度を有する高温超伝導長尺線材の開発を目指した基礎研究を行った。具体的には、研究代表者らが先に見いだした、水銀(Hg)系、ビスマス(Bi)系酸化物超伝導体の安定化、および臨界電流特性の改善をはかり、液体窒素温度における各種実用用途に供する線材の作製手法を確立することを目的とした。Hg系超伝導体は化学的に不安定で、従来その作製が困難であるとされていたが、レニウム(Re)やクロム(Cr)などの遷移金属の添加により、相が安定化されると同時に臨界電流密度の向上も達成できることを見いだした。溶融凝固法の適用によりRe置換Hg系単結晶を育成することにも成功した。また、様々な厚膜テープの基体材料を検討した結果、Ni/NiO/Hg(Re)1223の3層構造が最適であることを見いだした。
リスク鋭感的確率制御問題の研究

本研究代表者による従来の研究ではリスク鋭感的確率制御問題がブレークダウンしないためのリスク鋭感的パラメーターの大きさに関する条件はかなり強い制約があり、応用上からみても条件を緩和すべき問題が残っていた。今回の本研究により強い勾配ベクトル場をずれの係数に持つ確率微分方程式で定義される制御確率過程のように、よい安定性を制御確率過程が持っている場合には、その問題がブレークダウンしないためのリスク鋭感的パラメータの大きさに関する条件が従来知られたものより大幅に緩和されることが示された。また、その条件の下で、対応するベルマン方程式の解の存在が変分法を用いて示された。一方、一般にエルゴード型ベルマン方程式は解を多数持つことが知られているが、一意性をもっている減価型方程式の解の極限として得られるものが応用上意味のあるものである。この観点から行った次のような研究を行なった。ある特別な場合に限定したとき、リスク鋭感的確率制御問題のエルゴード型ベルマン方程式の解で、減価型ベルマン方程式の解の極限として得られるものがシュレ-デインガー作用素の第一固有関数と第一固有値を使って表現されることを示した。さらにエルゴード型ベルマン方程式の特異極限を考察し、上で得られた解が極限方程式の粘性解に収束すること、並びに極限方程式の粘性解の一意性が、解の増大度(減少度)を規定する条件の下で得られることが示された。またエルゴード型ベルマン方程式の導出と大偏差原理との関連に関する新しい知見を得た。
河川と下水道の連携による雨水管理技術の開発とタイムライン防災への応用に関する研究

1.高知市久万川・紅水川流域に加えて,初月排水区における代表的な下水道内の水位観測システムの設置が完了した.気象専門の佐々教授と連携し,高知大学で稼働中のMPドップラーレーダーによる対象区域でのリアルタイム降雨モニタリング体制が揃え,内水・外水一体型観測システムの構築ができた.降雨時における下水道と放流先河川の流況の把握ができ,排水ポンプの運転状況が下水道及び放流先河川の水位に与える影響を調べた.2.高知大学農林海洋科学部利水工学実験室に導入された内水排水システム模型を用いて,ポンプ排水流量が放流先河川の水位に与える影響に関する水理実験を実施した.ポンプ排水は,排水機場吐水口周辺だけでなく,放流先河川全体の水位に影響を与えることが明らかになった.また,京都大学防災研究所で行った下水道マンホール内の局所流に関するPIV実験結果の解析を行い,エネルギー損失との関係を更に調べ,より一般性のあるエネルギー損失評価式の検討を行った.3.下水道施設の排水能力評価技術の高度化を目指し,地上・地下一体型数値解析モデルにおける主な課題と方向性をレビューし,降雨時における雨水の移動経路をより現実に近いモデルで考慮し,数値モデル改良の試みを行った.4.平成30年7月豪雨に伴う西日本洪水・氾濫災害調査を行い,特に高知県西部宿毛市で発生した様々な内水氾濫災害の調査結果より,豪雨に伴う内水氾濫の発生機構が排水システムの仕組みにより大きく異なることが明らかになり,内水・外水一体型雨水管理・豪雨災害対策の重要性が示唆された.本研究成果の実用化によって,既存排水システムの排水能力評価や放流先河川流況を考慮した内水・外水連携方法の実現が期待される.計画通りに進んでいる.1.代表的な降雨イベントを選定し,XバンドMPレーダーによる降雨情報,圧力式水位計による久万川・紅水川の水位情報と初月排水区下水道マンホール内の水位情報,そして,初月ポンプ場排水流量の時系列データの解析を行い,対象区域における水の動態を把握し,氾濫発生の機構を解明したうえで氾濫リスクの評価を行う.2.数値シミュレーションを行い,内水排水ポンプ操作方法の変化や貯留施設の新規設置等によって,都市水網における流れの変化特性と氾濫リスクを調べ,地上・地下における流れの制御方法を提案する.3.紅水川左岸をモデル地区として,排水ポンプの操作方法の最適化をはじめ,河川と下水道の連携管理方法を検討する.また,超過外力時における氾濫の発生を前提に,豪雨に伴う内水・外水氾濫災害に関する防災タイムラインの作成を行う.豪雨時における河川と下水道の流況を正確に把握するため,信頼性の高い水位観測データの蓄積が非常に重要である.このため本研究では圧力式,超音波式,電波式,接点式や画像式など代表する既存水位観測技術と方法をレビューし,それぞれの特徴や留意事項を考察した.そして,降雨の多い高知市における豪雨災害の歴史,現状及び課題に関する資料や内水外水氾濫対策として整備された既存ストック,雨水管理のための基礎地盤・気象データ等を収集した.また,高知県と高知市の協力を得て,高知市久万川・紅水川流域をパイロット区域として選定し,内水排水先である外水河川における継続的な水位観測機器を設置し現地観測体制を構築できた.複雑な形状を忠実に再現できる非構造格子を用いた地表面・下水道一体型数値モデルを構築し,平成26年台風12号により発生した高知市久万川・紅水川流域の浸水氾濫過程の数値シミュレーションを実施した.地表面では浅水方程式に基づいた平面2次元解析,下水管渠ではスロットモデルを用いた1次元解析を行った.その結果,下水管渠の有無や建物への浸水の有無によって氾濫水の形態が異なることや,実績浸水範囲に近い値を得るために,氾濫水の下水管渠への流入や建物への浸水を考慮することが重要であることが明らかになった.数値モデルの改良を図り,京都大学防災研究所宇治川オープンラボラトリーの下水道管渠流れ模型を用いたマンホール内のエネルギー損失に関する基礎実験を開始した.実験ではマンホールと繋がる流入流出管渠の配置や下水管渠下流側の排水状況が下水管渠内の流れに与える影響を注目した.現地観測体制の構築は,対象区域の選定や観測手法の決定などに時間がかかったため,計画より少し遅れた.一方,数値解析モデルの構築や対象区域における氾濫実績の再現計算については,計画よりも早く着手できた.1.高知市にある二級河川久万川の支川紅水川を対象として,内水排水ポンプの排水過程が外水河川の時間的・空間的な水理特性に与える影響を現地調査及び二次元数値解析により考察した。現地調査では,継続的な水位観測及び降雨・内水ポンプ操作実績データから,ポンプ場から河川への排水がある箇所の上下流では水位変動特性がポンプ稼働時とポンプ停止時で異なることが分かった。数値解析では内水排水ポンプの操作方法を変化させ,外水河川の流速・水位のシミュレーションを実施した結果,河川の水位や流速分布特性が明らかになり,ポンプからの排水が河川の水理特性に与える影響が明らかになった。2.下水道における流れを支配する物理現象と過程に対する認識を深めるとともに,下水道流れモデルの高度化を目指し,下水管渠流れ模型実験装置を用いてマンホール内のエネルギー損失とマンホール内の3次元流れ構造に関する基礎実験を行った。実験では3方向接合型マンホールを対象とし,流量比,主管・支管の接合角度,下流水深がエネルギー損失に及ばす影響を評価し,粒子画像流速測定法を用いてマンホール内の流れ構造の解析を行った。

結果として,マンホール内の流れ構造がマンホール内のエネルギー損失に大きく影響していることが明らかになった。3.外水・内水氾濫による浸水被害を高精度で予測する技術の向上を目指し,排水施設の機能を有する「側溝」を考慮した地上部と下水道部の解析を統合する新しい接続モデルを提案した。また,平成26年度に発生した高知市紅水川と久万川に囲まれた初月排水分区の氾濫再現シミュレーションを行い,モデルの検証を行った。計画通りに進んでいる。1.高知市久万川・紅水川流域に加えて,初月排水区における代表的な下水道内の水位観測システムの設置が完了した.気象専門の佐々教授と連携し,高知大学で稼働中のMPドップラーレーダーによる対象区域でのリアルタイム降雨モニタリング体制が揃え,内水・外水一体型観測システムの構築ができた.降雨時における下水道と放流先河川の流況の把握ができ,排水ポンプの運転状況が下水道及び放流先河川の水位に与える影響を調べた.2.高知大学農林海洋科学部利水工学実験室に導入された内水排水システム模型を用いて,ポンプ排水流量が放流先河川の水位に与える影響に関する水理実験を実施した.ポンプ排水は,排水機場吐水口周辺だけでなく,放流先河川全体の水位に影響を与えることが明らかになった.また,京都大学防災研究所で行った下水道マンホール内の局所流に関するPIV実験結果の解析を行い,エネルギー損失との関係を更に調べ,より一般性のあるエネルギー損失評価式の検討を行った.3.下水道施設の排水能力評価技術の高度化を目指し,地上・地下一体型数値解析モデルにおける主な課題と方向性をレビューし,降雨時における雨水の移動経路をより現実に近いモデルで考慮し,数値モデル改良の試みを行った.4.平成30年7月豪雨に伴う西日本洪水・氾濫災害調査を行い,特に高知県西部宿毛市で発生した様々な内水氾濫災害の調査結果より,豪雨に伴う内水氾濫の発生機構が排水システムの仕組みにより大きく異なることが明らかになり,内水・外水一体型雨水管理・豪雨災害対策の重要性が示唆された.本研究成果の実用化によって,既存排水システムの排水能力評価や放流先河川流況を考慮した内水・外水連携方法の実現が期待される.計画通りに進んでいる.高知市久万川・紅水川流域における河川・下水道での流況実態を昨年度に構築できた観測システムによって把握し,流出や流れの特性を考察するとともに,精度の高い観測データの蓄積を図る.また河川や下水道管理者と協力しながら,研究対象区域における河川・下水道関係のストックの運用実績資料を継続的に収集し,地上・下水管渠における流況との関係を検討する.それらの知見に基づいて,都市水網における流況を支配するパラメータを抽出し,流れを制御する方法や浸水災害発生のメカニズムを検討する.京都大学防災研究所宇治川オープンラボラトリーにある全国共同利用施設を活用し,下水道管渠内の流れ構造やマンホール周辺におけるエネルギー損失等に関する基礎実験を実施する.下水道における流れを支配する基本的物理現象と過程に対する認識を深めるとともに,下記数値モデルの改良と高度化に活かす.昨年度に引き続き,高知市初月排水区を対象とした過去の豪雨災害の再現計算や将来予測結果を踏まえて,数値モデルの改良と高度化を行う.
任意の機能を有する薄膜複合材料開発のための基礎的研究

多種にわたった機能の変換を示す材料の開発のためには,従来と違った材料の設計をおこなう必要がある。そのためには,複合化が必ず必要となる。その過程で,たとえば,異なった機能を有する2つの材料を1つに組み合せるため,2つの材料間の変換効率や界面組織が重要となる。本研究では1つのモデルケースとして磁歪定数が大きい,CoFe_2O^4S圧電特性にすぐれたBaTiO_3とを組み合せ,歪を介して磁化を電圧に変換させるための材料の基礎的特性を調べた。今回は,CoFe_2O^4SとBaTiO_3は共晶を形成することから一方向凝固を用いて,その組織制御をおこなった。その結果,CoFe_2O^4とBaTiO_3が板状にならんだ組織と,BaTiO_3マトリックス中にCoFe_2O^4が柱状に生成する,あるいは,CoFe_2O^4が細かに分散する組織が凝固条件を変化させることによって得ることができた。BaTiO_3の結晶構造は酸素分圧に敏感に反応し,減圧のときにのみ望みの正方晶が得られた。CoFe_2O^4とBaTiO_3の間の界面は原子レベルで直接接合し,機械変換に充分たえうるものであることが明らかとなった。変換特性については,継続して研究を行なっている。