hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
輸送機等の乗員保護装置(緩衝機構)に関する研究

(2)スプリット破壊に関して、エネルギー吸収能を算定するために必要な圧壊荷重の予測式を導出することができた。従来の予測式では荷重は亀裂本数とともに増大するがこれは実験事実と異なっていた。本予測式によればこの矛盾点が解決され精度のよい予測が可能となった。(3)円管の座屈を利用する機構については、素材単位重量あたりのエネルギー吸収能は高い反面、崩壊時の荷重変動が大きい。円管の座屈過程の崩壊荷重予測は数値解析により可能である。(4)ハニカム材を利用する機構については、素材単位重量あたりのエネルギー吸収能は円管の座屈に次いで高く、荷重変動はパイプのスプリット破壊と同様小さく安定している。ハニカム材の崩壊荷重を予測する理論式は現状ではまだ得られておらず今後の課題である。
日本における高啓詩受容についての研究

高啓(こう・けい1336-1374)は元末明初に活躍した中国の詩人である。日本における受容例としては森鴎外による「青邱子歌」の文語訳がよく知られるが、夏目漱石や芥川龍之介といった著名な文学者にも愛読の跡が見られ、これは江戸期から明治期にかけて高まった高啓詩愛好の流れを汲むものと考えられる。本研究では、いつごろ何をきっかけに高啓の詩が受容され、なぜ江戸後期から明治期にかけて愛読されたのか、また江戸漢詩人や近代文学者の作品に高啓の詩がいかに摂取されたのかについて、網羅的かつ具体的に明らかにする。中国における高啓評価の影響等を考慮しつつ、日本文学における高啓詩受容の様相と意義について考察したい。
骨疾患の病態発症機構に果たす肥満細胞の役割の解析と新しい薬物治療方法の開発

コラーゲン誘発関節炎モデルマウスを用いて肥満細胞の増殖活性化と関節炎の発症進展との関連性を明らかにし、更に肥満細胞を標的にした関節炎の新しい薬物治療方法を開発する事を目的に研究を実施した。関節炎を発症したマウスに、肥満細胞脱顆粒抑制薬を8週間、あるいはキマーゼ阻害薬を4週間投与すると、肥満細胞と破骨細胞の増殖活性化が抑制され、関節炎の発症進展が著明に抑制された。これらの結果から、肥満細胞の増殖活性化が、関節炎の発症機構に重要な役割を果たしていることが明らかに出来た。また、肥満細胞の増殖活性化を抑制する薬物が、関節リウマチの新しい治療薬として有効であることが証明出来た。平成24年度は、骨粗鬆症発症モデルラットを用いて肥満細胞の増殖活性化と骨粗鬆症の発症進展との関連性を明らかにし、更に肥満細胞を標的にした骨粗鬆症の新しい薬物治療方法を開発する事を目的に研究を実施した。当初はマウスモデルを使用して研究を実施する予定であったが、骨解析にはラットの方が好都合であり使用動物をマウスからラットに変更した。ラットに低カルシウム食を持続的に投与すると、1週間経過頃より大腿骨の骨密度の低下が始まり、8週間経過後には著明な骨密度の低下を認めた。正常のラットの大腿骨の骨髄中には、成熟型の肥満細胞が少数存在しているが、骨粗鬆症を発症した大腿骨の骨髄中では、破骨細胞の増殖活性化と同時に、肥満細胞の著しい増殖活性化が認められた。増殖した肥満細胞は、破骨細胞の近傍にも多数存在し、肥満細胞から分泌放出された因子が、破骨細胞の機能に直接的に重要な影響を及びしている可能性が示唆された。次に、肥満細胞の増殖活性化を抑制出来るトラニラストを8週間経口投与したところ、骨髄中での肥満細胞の増殖が顕著に抑制されたのと同時に骨パラメーターの改善も認められた。以上の結果より、骨粗鬆症の病態発症機構に肥満細胞が重要な役割を果たしている可能性を明らかにすることが出来た。この結果は、薬理学会で発表する予定である。前年度までの解析で、肥満細胞の活性化が、骨組織のオメオスタシスに影響を及ぼし、特に破骨細胞の活性化を誘導することで、関節炎や骨粗鬆症の発症進展に重要な役割を果たしている可能性を明らかにした。しかしながら、肥満細胞から分泌されるどの因子が主体的な役割を果たしているのかは不明であった。そこで、肥満細胞から分泌されるタンパク分解酵素の一つであるキマーゼに注目して、コラーゲン誘発関節炎マウスを用いたキマーゼ阻害薬の治療効果を解析した。キマーゼは様々な細胞外マトリックスを分解し、更に多様な活性因子の作用を改変する肥満細胞の特異的プロテーゼである。このキマーゼの阻害薬を関節炎を発症したマウスに4週間投与したところ、関節炎の進展を有意に抑制できた。また肥満細胞数も顕著に減少した。関節炎組織中のTNF-alpha、Chymase、SCF、及びIL-6mRNAレベルは減少した。更に、キマーゼ阻害薬の投与により破骨細胞数も有意に減少した。以上の結果より関節炎の病態発症機構において、肥満細胞が関節炎の発症進展と破骨細胞の増殖活性化に重要な役割を担っていることを始めて明らかに出来た。関節炎の治療のために現在使用されている薬物は、ある程度の有効性は確立されいるが、必ずしも全ての症例に有効性を発揮出来るわけではなく、また副作用の問題から十分な治療効果が得られない事例も多い。将来的に、肥満細胞の活性化を抑制出来る治療薬を臨床の現場で使用することが可能になれば、新しい観点から関節炎の治療効果を高めることが期待出来ると考えている。平成23年度は、コラーゲン誘発関節炎マウスを用いて肥満細胞の増殖活性化と関節炎の発症進展との関連性を明らかにし、更に肥満細胞を標的にして、関節炎の新しい薬物治療方法を開発することを目的に研究を実施した。肥満細胞脱顆粒抑制薬であるトラニラストをコラーゲン誘発関節炎マウスに、関節炎発症後3週間の時点より8週間連続経口投与した結果、関節炎の進展を有意に抑制できた。また関節炎が発症すると、炎症性肥厚滑膜組織中にTNF-alpha陽性の肥満細胞数が著明に増加するが、トラニラスト投与により肥満細胞数は顕著に減少した。更にトラニラスト投与により、関節炎組織中のTNF-alpha、Chymase、Tryptase、SCF、及びIL-6mRNAレベルは減少し、一方でIL-10のmRNAレベルは増加した。重要な事に、トラニラスト投与により破骨細胞数も有意に減少し、Cathepsin-K、RANK、及びRANKLのmRNAレベルも有意に低下した。

興味深い事に、増殖した肥満細胞が破骨細胞の近傍に位置している組織学的所見も認められた。以上の結果より関節炎の病態発症機構において、肥満細胞が関節炎の発症進展と破骨細胞の増殖活性化に重要な役割を担っていることを始めて明らかに出来た。関節リウマチの治療方法は近年大きく進歩しているが、未だに重症例に対する治療方法が確立されておらず、また治療薬の強い毒性や極めて高い薬価が大きな問題になっている。私の研究成果により、関節リウマチの薬物治療方法の選択肢が広がり、既存の治療薬と肥満細胞脱顆粒抑制薬を組み合わせることで、より有効性と安全性の高い薬物治療方法を構築出来ると期待している。この成果は、平成24年3月に日本薬理学会総会で発表した。平成24年度は、骨粗鬆症モデルラットを用いて肥満細胞の増殖活性化と骨粗鬆症の発症進展との関連性を明らかにし、更に肥満細胞を標的にした骨粗鬆症の新しい薬物治療方法を開発する事であった。当初、予定していたマウスからラットを用いた研究に変更したが、実質的な影響は何も無く、むしろ解析がよりし易くなり好都合であった。研究の結果から、骨粗鬆症の病態発症機構に肥満細胞の増殖活性化が重要な役割を果たしている事を解明でき、またトラニラストが骨粗鬆症の新しい治療薬になる可能性を明らかに出来た。現在、肥満細胞由来の多様な因子の中のどの因子が重要な役割を担っているかを解析中である。平成23年度の目標は、コラーゲン誘発関節炎マウスを用いて肥満細胞の増殖活性化と関節炎の発症進展との関連性を明らかにし、肥満細胞を標的にした新しい薬物治療方法を開発することであった。実際に平成23年度に、コラーゲン誘発関節炎マウスを用いて肥満細胞の活性化が滑膜組織の炎症と増殖を惹起し、また破骨細胞の活性化を介して骨破壊を促進することを明らかに出来た。また肥満細胞脱顆粒抑制薬であるトラニラストが関節炎の新しい治療薬になることも明らかにした。また、成果の一部を既に24年3月に日本薬理学会総会で発表できた。以上に結果より、目標はおおむね達成出来ていると考えている。平成24年度の研究計画により、トラニラストを8週間連続経口投与して肥満細胞の増殖活性化を抑制すると、骨粗鬆症の発症進展を抑制出来ることを明らかにした。このことから、肥満細胞が骨粗鬆症の病態発症機構に関与する可能性を明らかにすることは出来たが、肥満細胞は多様な因子を産生する多機能炎症細胞であり、肥満細胞の中のどの因子が主体的な役割を果たしているかを解明することが必要である。現在、肥満細胞由来のプロテーゼの一つであるキマーゼに注目して、キマーゼの酵素活性を阻害出来るキマーゼ阻害薬を骨粗鬆症モデルラットに投与する研究計画を実施中である。平成23年度は、コラーゲン誘発関節炎マウスを用いて、肥満細胞脱顆粒抑制薬であるトラニラストが関節炎の新しい治療薬になることを解明出来た。トラニラストは肥満細胞の増殖活性化を抑制する薬剤であり、肥満細胞の機能全体を抑制することで、関節炎の進展を抑制したと考えられた。肥満細胞は多様な因子を産生する多機能炎症細胞であり、次の課題として、肥満細胞用来の多様な因子の中で、どの因子が主体的な役割を担っているのかを明らかにすることも重要である。現在、肥満細胞由来のプロテアーゼの一つであるchymaseに注目して、chymase特異的阻害薬の関節炎に対する治療効果を検討中である。この解析により、肥満細胞が関節炎の病態発症機構に果たす役割を更に明確に出来ると期待している。
光学化学センサーを用いた構造物表層の劣化モニタリング

酸素濃度によって発光強度が変化するりん光・蛍光センサー色素を構造物塗膜に設置し、酸素の二次元分布をから、表面のき裂を検出するセンサーコーティングとして開発した。非破壊でリアルタイムに応答する新しい構造物劣化モニタリング手法として提案している。土木構造物環境に対する色素候補として、耐久性高いフッ素置換ポルフィリン金属錯体を選択し、センサー層とガスバリア層を積層し、センサー色素を封入することで、コーティングの破壊劣化を可視化した。センサー層とガスバリア層の材料と積層方法を検討した結果、計測用CCDカメラだけではなく、目視あるいは一般的なコンパクトデジタルカメラでも表層のき裂を検出し、破壊劣化を動的に観測できた。酸素濃度によって発光強度が変化する燐光・蛍光色素を構造物塗膜や部材表面に分散させて得られる酸素の二次元分布をから、非破壊で繰り返し応答可能な、新しい構造物劣化モニタリング手法の開発を目的とした。土木構造物表層に設置する色素候補として、紫外光、高温、水、酸、アルカリに耐久性高いフッ素置換ポルフィリン金属錯体を選択した。それぞれの色素はフッ素系、ウレタン系のクリアエラストマーに安定に分散され、硬化反応の影響を受けず、架橋後、薄赤色の強靭な塗膜として得られた。励起光(405nm)照射下、一連の酸素濃度0-21%(大気)において発光強度が変化し、酸素濃度と発光強度から算出したStern-Volmer式は一次の直線関係を示し高い酸素感度を示した(例えばフッ素クリア色素分散膜で、センサー用途の指標発光強度比I_0/I_<100>=3.0よりも大きな値8.6)。得られた塗膜をSEM観察したところ、刷毛塗布法であっても均質な表面を形成していることが明らかとなった。励起光と発光をフィルターで分離し、計測用CCDカメラを用いて酸素濃度分布すなわち塗膜や基板のき裂が可視化できることが示された。これらの知見から発展させ、計測用CCDカメラではなく、目視あるいは一般的なコンパクトデジタルカメラでも塗膜や構造物の剥離・き裂を検出可能であるか検討した。気体透過性が極めて高いポリトリメチルシリルプロピンに発光色素分子を分散させ、気体バリア性の高い高分子を積層して封止し、いくつかの組合せでバリア層の剥離を検出することができた。各種気体バリア性ポリマーの相溶性、成膜性、積層法を検討し、より現実的に実用に供する積層塗膜への適用を今後検討する。また、気体バリア膜を検討する過程で気体透適性をコントロールする全く新しい方法を見出した。これまでにない化学的安定性と気体バリア性が両立する新しい高分子膜の設計の指針となることが期待できる。酸素濃度によって発光強度が変化する燐光・蛍光色素を構造物塗膜や部材表面に分散させて得られる酸素の二次元分布をから、リアルタイムで応答する新しい構造物劣化モニタリング手法の開発を目的とした。色素を気体透過性が極めて高いポリトリメチルシリルプロピンに分散させ、センサー層とした。気体バリア性の高い高分子候補、ポリアクリロニトリル誘導体、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン誘導体と上記センサー層との積層条件を検討し、最適な膜厚で成膜・封止することで強靭な塗膜試験片が得られた(センサー層5um,パリア層200um程度)。励起光(405nm)照射下、室温大気下で塗膜は強く発光し、気体バリア層の有効性が示された。バリア層に(あるいは塗膜を貫通するように)物理的に破壊すると、破壊部位を中心として発光像に消光が観察され、塗膜のき裂が実時間・同位置で可視化された。それぞれの高分子膜を気体透過測定に供し、酸素、窒素の気体透過係数を算出した。バリア層とセンサー層の酸素透過係数比が105程度で高感度のき裂センシングが示唆された。これらは目視あるいは一般的なコンパクトデジタルカメラでも塗膜や構造物の剥離・き裂を検出可能であることを示している。LED光源と市販のCCDカメラといったコンパクトで低コストな設備で人が入れない橋桁の内部や裏側を乗じヘルスモニタリングすることが期待できる。今後、母材への設置方法、母材の破壊に対する応答性、耐候性について検討し、実構造物への適用を目指す。
溶液反応化学に立脚したニオブ酸ナトリウムナノキューブの単一粒径化

本研究の目的は、溶液反応化学に立脚してペロブスカイト型構造を有するニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)ナノキューブを合成することである。ナノキューブとは、ナノレベルの大きさを有する立方体の単結晶粒子である。本研究は3年計画で実施し、1年目は出発原料であるニオブ酸化物のナノ粒子合成を行い、2年目はそのナノ粒子を用いてNaNbO3の合成を行った。2年目の課題として、粒径がやや大きく、凝集が見られたことから、3年目は再び出発原料の粒子形態の検討を行ってNaNbO3のナノキューブ合成を行った。3年目に実施した主な検討内容として、ニオブ金属を加水分解することによって得られたニオブ酸化物ナノ粒子に対して、焼成を行った。焼成温度に関する情報を得るために、熱分析(TG-DTA)を行って、重量減少や発熱・吸熱反応に関する知見を得た。焼成温度を変えることにより、異なる結晶系(六方晶系、斜方晶系、単斜晶系)の酸化ニオブ(Nb2O5)が得た。また、粒子の形状や大きさがことなるNb2O5(出発原料)を得ることができた。これらの酸化ニオブを原料としてソルボサーマル合成を行うと、NaNbO3粒子を得られた。とくに800°Cで焼成した出発原料を用いてソルボサーマル合成を行うと、NaNbO3が得られ、電子顕微鏡観察によりナノキューブであることを確認した。このNaNbO3ナノキューブは、電子回折により単結晶粒子であることを確認した。また、エネルギー分散型X線分析(EDX)より、ナトリウム(Na)、ニオブ(Nb)、酸素(O)で構成されている粒子であることがわかった。本研究の目的は、高性能小型電子デバイス等の新規誘電材料を開発するために必要なナノキューブを創製することである。対象は、反強誘電体のニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)である。ナノ粒子は、一般に界面活性剤や有機分子で表面修飾をして合成している。しかし、本研究はナノキューブの界面を利用した材料設計なので、粒子の表面を有機分子で修飾せずに、粒径が均一なナノキューブ合成を実現しようとしているところが、従来の研究と大きく異なり、本研究の独創的な点である。本研究は3年計画で実施し、ソルボサーマル反応を駆使してNaNbO3ナノキューブの単一粒径化に重点を置く。1年目である本年の研究計画は、NbNbO3ナノキューブ合成に必要なニオブ酸化物ナノ粒子(粒径:20 nm以下)の合成であった。原料であるニオブ酸化物をナノレベルの大きさになるように合成し、それを用いることによって目的物質のNaNbO3がナノキューブ化すると考えたためである。酸化ニオブナノ粒子は、ニオブ金属を加水分解することによって合成し、酸化ニオブナノ粒子の生成を電子顕微鏡観察により確認し、計画通りの成果を得ることができた。そのため、2年目以降の研究計画として挙げているNaNbO3の合成も本年実施した。その結果、NaNbO3ナノキューブを得ることができた。これらの知見をもとに、2年目ではNaNbO3ナノキューブの単一粒径化や分散性の向上に主眼を置き、研究を遂行する。1年目の到達目標は、原料である酸化ニオブのナノ粒子化である。その合成がおおむねできているので、「(2)おおむね順調に進展している」を選択した。また、この酸化ニオブナノ粒子を用いて、ソルボサーマル法によりNaNbO3を合成したところ、NaNbO3ナノキューブを得ることができたので、最終到達目標に向けて順調に進んでいる。溶液反応化学に立脚したニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)のナノキューブ化を行い、高性能小型デバイス等の新規誘電材料を開発につなげていくことが狙いである。はじめに出発原料であるニオブ化合物を合成し、その後、ソルボサーマル反応を用いてNaNbO3のナノキューブ化を行っている。本研究は3年計画で実施し、1年目は出発原料であるニオブ酸化物ナノ粒子(粒径:20nm以下)の合成を行った。ニオブ金属を加水分解を行うことによって、ニオブ酸化物ナノ粒子を得て、計画通りの成果を得ることができた。2年目は、このニオブ酸化物ナノ粒子を原料として用いて、目的物質のNaNbO3のナノキューブ化に関する検討を実施した。ソルボサーマル法を用いて合成を行った結果、NaNbO3の生成が確認され、形状はキューブ状であった。その一方、粒径がやや大きく、凝集がみられることから、さらなる検討が必要であるであることがわかった。そこで、再度、出発原料であるニオブ化合物の粒径や分散性を吟味し、NaNbO3ナノキューブ合成を行うこととした。これまでに使用したニオブ化合物の原料は、市販品ではなく、自らが合成してきた原料である。この原料を調製する際、焼成温度を変えると、さまざまな物質(ニオブ化合物)が得られることがわかっている。また、物質(ニオブ原料)の種類を変えて、ソルボサーマル合成の粒子形態も異なることも確認している。これらの知見をもとに、3年目はソルボサーマル合成の条件も検討して、均一なNaNbO3ナノキューブ合成を成し遂げる。1年目の到達目標は、原料である酸化ニオブのナノ粒子化であり、その合成はおおむねできている。2年目と3年目の目標はNaNbO3のナノキューブの合成方法を確立することである。

ソルボサーマル法を用いて、NaNbO3の単一相を合成することができ、さらに形状はキューブ状を示している。そのため、「(2)おおむね順調に進展している」を選択した。本研究の目的は、溶液反応化学に立脚してペロブスカイト型構造を有するニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)ナノキューブを合成することである。ナノキューブとは、ナノレベルの大きさを有する立方体の単結晶粒子である。本研究は3年計画で実施し、1年目は出発原料であるニオブ酸化物のナノ粒子合成を行い、2年目はそのナノ粒子を用いてNaNbO3の合成を行った。2年目の課題として、粒径がやや大きく、凝集が見られたことから、3年目は再び出発原料の粒子形態の検討を行ってNaNbO3のナノキューブ合成を行った。3年目に実施した主な検討内容として、ニオブ金属を加水分解することによって得られたニオブ酸化物ナノ粒子に対して、焼成を行った。焼成温度に関する情報を得るために、熱分析(TG-DTA)を行って、重量減少や発熱・吸熱反応に関する知見を得た。焼成温度を変えることにより、異なる結晶系(六方晶系、斜方晶系、単斜晶系)の酸化ニオブ(Nb2O5)が得た。また、粒子の形状や大きさがことなるNb2O5(出発原料)を得ることができた。これらの酸化ニオブを原料としてソルボサーマル合成を行うと、NaNbO3粒子を得られた。とくに800°Cで焼成した出発原料を用いてソルボサーマル合成を行うと、NaNbO3が得られ、電子顕微鏡観察によりナノキューブであることを確認した。このNaNbO3ナノキューブは、電子回折により単結晶粒子であることを確認した。また、エネルギー分散型X線分析(EDX)より、ナトリウム(Na)、ニオブ(Nb)、酸素(O)で構成されている粒子であることがわかった。今後の研究の指針について、最終目的物質であるNaNbO3のナノキューブ化を実施し、単一粒径化や分散性を向上させることである。これを実現するためには、原料の酸化ニオブの粒径を均一化させ、分散性を向上させる必要がある。1年目で酸化ニオブのナノ粒子化を行うことができたが、粒径や分散性について検討を継続する必要がある。また、酸化ニオブの結晶系や構造も重要であると考えている。そのため、さまざまな形態を有する酸化ニオブを合成し、これを原料として用いてNaNbO3ナノキューブを合成する。今後の研究の指針について、最終目的物質であるNaNbO3のナノキューブ合成を成し遂げるために、出発原料やソルボサーマル合成の条件最適化を行う。とくに、粒径の均一化や分散性の向上に力点を置いて、NaNbO3ナノキューブの合成を実施する。
非線型シュレジンガ-方程式のアトラクタ-について

線型微分方程式のコ-シ-問題とグルサ-問題に対して、その係数とデ-タがあるジェブレ族に入るとき、どの様な条件があれば解がどのジェブレ族に入るかという問題について考えた。常微分方程式についてはマルグランジュ、ラミス、ジェラ-ル等が解いた。特にラミスはその条件を幾何学的な条件であるニュ-トン多角形の辺の傾きの条件で求めた。偏微分方程式に対しては米村氏、三宅紙の結果があるが、橋本はこの三宅氏の結果を三宅氏との共同研究で負のジェブレ指数をもつ族までこめた結果に拡張した。そしてそれを名古屋大学教養部数学教室で出しているプレプリントシリ-ズに出した。これらの文献調調査にあたり、名市大の岩橋、宮原、梅田、岡野の各氏に協力をお願いした。また論文を書くにあたり、数学論文清書用のソフトAMSーTEXとそのテキストファイルを作るためのワ-プロソフト一太郎を使うに当たり、名市大の小島、山本各氏に協力して頂いた。この研究の歴史的背景を詳しく調べるために3月12日、13日に名市大で研究集会を行ない、上智大の田原さん、東京大の石村さんに講師をお願いした。小人数の研究集会であったが、時間をゆったりとったため、有効に討議が出来た。田原氏は三宅ー橋本の結果との関連も深く、歴史特にジェラ-ル氏との共同研究の結果のマイエの定理について詳しく話してもらった。もう一人の石村氏はこの科研費のテ-マとの関連で、その方法が利用出来ないか、数値解析が出来ないかという点、参考となった。なおこの研究集会の記録はノ-トにまとめ、参加出来なかった近隣の方に配布する予定で、その資料整理、研究集会の補助にバイトを依頼した。
エネルギー損失最小化を実現する燃料電池電極触媒層の設計解の解明と実証

本研究では,固体高分子形燃料電池におけるエネルギー損失を最小化する電極触媒層の設計解を明らかにした上で実証することを目指している.そのために,燃料電池内反応輸送解析と数理科学的手法を融合し,電極触媒層内のアイオノマー,白金担持カーボン,空隙の体積分率分布が燃料電池性能に及ぼす影響を解析し,最適解を導出する.その上で,電極触媒層の多孔質構造形成技術と断面分析手法を適用することで,電極触媒層の設計解の実現と燃料電池性能の向上を目的としている.本年度は,電極触媒層中のアイオノマー,白金担持カーボン,空隙の体積分率に加えて,気液二相流挙動が電気化学反応と物質輸送へ及ぼす影響を考慮した固体高分子形燃料電池の3次元数値解析モデルを構築した.その上で,次年度以降の電極触媒層の設計解の導出に向けて,電極触媒層の構造因子とエネルギー損失(反応過電圧,抵抗過電圧,濃度過電圧)の関係についての検討を開始した.多孔質構造形成技術については,電極触媒インク作製において高圧分散法を導入することで,マイクロプリンティングにおける吐出安定性を向上した.同時に,分散促進により電極触媒層が緻密化することを示す結果を得た.さらに,イオンビーム二段階加工による断面分析からアイオノマー厚さの統計分布を算出する手法を開発し,熱分析測定の結果とあわせて,ドクターブレード法により作成された従来の電極触媒層とマイクロプリンティング法で作成された電極触媒層では空隙構造が異なり,電池性能にも違いが生じることを明らかにした.本研究では,次の研究開発項目を推進することとしている.(1)燃料電池反応輸送解析と大規模数理解析手法の統合による電極触媒層の「設計解」の解明,(2)マイクロプリンティングと断面分析による電極触媒層の構造制御と「設計解」の実証.初年度においては,それぞれ次の研究開発を推進するとした.1電極触媒層の「設計解」を導出する数理最適化モデルの研究開発,2マイクロプリンティングによる電極触媒層の局所構造制御の研究開発.現在までに,固体高分子形燃料電池の電極触媒層構造について数理最適化を実施する基盤となる3次元数値解析モデルを構築できている.電極触媒層の構造制御については,マイクロプリンティング技術の適用範囲を拡大する知見に加えて,アイオノマー厚さを定量的に評価する手法の確立することができた.これらの成果は本研究で目的とする,固体高分子形燃料電池のエネルギー損失を最小化する電極触媒層の設計解の解明と実証,に向けて基盤となるものであり,研究開発は順調に推移しているものと考えている.本研究では,次の研究開発項目を推進することとしている.(1)燃料電池反応輸送解析と大規模数理解析手法の統合による電極触媒層の「設計解」の解明,(2)マイクロプリンティングと断面分析による電極触媒層の構造制御と「設計解」の実証.研究開発の二年目においては,それぞれ次の研究開発を推進する.1電極触媒層の「設計解」を導出する数理最適化手法の研究開発:固体高分子形燃料電池の電極触媒層における白金担持カーボンとアイオノマーの体積分率分布を汎関数として,反応過電圧,抵抗過電圧,濃度過電圧を最小化する解析手法についての検討を行う.出力電流密度,供給ガス条件などが各過電圧に及ぼす影響について考察し,最適化に用いる評価関数に関して検討する.その上で,白金担持カーボンとアイオノマーの体積分率分布について独立して最適化を行い,設計変数分布としての解の導出を行う.2電極触媒層の局所構造制御の研究開発:マイクロプリンティング法およびドクターブレード法を融合した電極触媒層内の白金担持カーボン,アイオノマー,空隙の局所体積分率の制御手法と空間分布の構築手法を確立する.その際,固体高分子形燃料電池の流路部とリブ部のそれぞれに適合した電極触媒層の構築についての検討を行う.そのために,固体高分子形燃料電池電極インクの作成手法に関して,従来の遠心分散法,超音波分散法に加えて,高圧分散法をマイクロプリンティングに適用し,固体高分子形燃料電池の発電性能を最大化するプロセス条件を明らかにする.その際,マイクロプリンティング法およびドクターブレード法で構築した電極触媒層について,イオンビーム二段階加工による断面分析手法を適用した構造評価を行う.本研究では,固体高分子形燃料電池におけるエネルギー損失を最小化する電極触媒層の設計解を明らかにした上で実証することを目指している.そのために,燃料電池内反応輸送解析と数理科学的手法を融合し,電極触媒層内のアイオノマー,白金担持カーボン,空隙の体積分率分布が燃料電池性能に及ぼす影響を解析し,最適解を導出する.その上で,電極触媒層の多孔質構造形成技術と断面分析手法を適用することで,電極触媒層の設計解の実現と燃料電池性能の向上を目的としている.本年度は,電極触媒層中のアイオノマー,白金担持カーボン,空隙の体積分率に加えて,気液二相流挙動が電気化学反応と物質輸送へ及ぼす影響を考慮した固体高分子形燃料電池の3次元数値解析モデルを構築した.その上で,次年度以降の電極触媒層の設計解の導出に向けて,電極触媒層の構造因子とエネルギー損失(反応過電圧,抵抗過電圧,濃度過電圧)の関係についての検討を開始した.多孔質構造形成技術については,電極触媒インク作製において高圧分散法を導入することで,マイクロプリンティングにおける吐出安定性を向上した.同時に,分散促進により電極触媒層が緻密化することを示す結果を得た.

さらに,イオンビーム二段階加工による断面分析からアイオノマー厚さの統計分布を算出する手法を開発し,熱分析測定の結果とあわせて,ドクターブレード法により作成された従来の電極触媒層とマイクロプリンティング法で作成された電極触媒層では空隙構造が異なり,電池性能にも違いが生じることを明らかにした.本研究では,次の研究開発項目を推進することとしている.(1)燃料電池反応輸送解析と大規模数理解析手法の統合による電極触媒層の「設計解」の解明,(2)マイクロプリンティングと断面分析による電極触媒層の構造制御と「設計解」の実証.初年度においては,それぞれ次の研究開発を推進するとした.1電極触媒層の「設計解」を導出する数理最適化モデルの研究開発,2マイクロプリンティングによる電極触媒層の局所構造制御の研究開発.現在までに,固体高分子形燃料電池の電極触媒層構造について数理最適化を実施する基盤となる3次元数値解析モデルを構築できている.電極触媒層の構造制御については,マイクロプリンティング技術の適用範囲を拡大する知見に加えて,アイオノマー厚さを定量的に評価する手法の確立することができた.これらの成果は本研究で目的とする,固体高分子形燃料電池のエネルギー損失を最小化する電極触媒層の設計解の解明と実証,に向けて基盤となるものであり,研究開発は順調に推移しているものと考えている.本研究では,次の研究開発項目を推進することとしている.(1)燃料電池反応輸送解析と大規模数理解析手法の統合による電極触媒層の「設計解」の解明,(2)マイクロプリンティングと断面分析による電極触媒層の構造制御と「設計解」の実証.研究開発の二年目においては,それぞれ次の研究開発を推進する.1電極触媒層の「設計解」を導出する数理最適化手法の研究開発:固体高分子形燃料電池の電極触媒層における白金担持カーボンとアイオノマーの体積分率分布を汎関数として,反応過電圧,抵抗過電圧,濃度過電圧を最小化する解析手法についての検討を行う.出力電流密度,供給ガス条件などが各過電圧に及ぼす影響について考察し,最適化に用いる評価関数に関して検討する.その上で,白金担持カーボンとアイオノマーの体積分率分布について独立して最適化を行い,設計変数分布としての解の導出を行う.2電極触媒層の局所構造制御の研究開発:マイクロプリンティング法およびドクターブレード法を融合した電極触媒層内の白金担持カーボン,アイオノマー,空隙の局所体積分率の制御手法と空間分布の構築手法を確立する.その際,固体高分子形燃料電池の流路部とリブ部のそれぞれに適合した電極触媒層の構築についての検討を行う.そのために,固体高分子形燃料電池電極インクの作成手法に関して,従来の遠心分散法,超音波分散法に加えて,高圧分散法をマイクロプリンティングに適用し,固体高分子形燃料電池の発電性能を最大化するプロセス条件を明らかにする.その際,マイクロプリンティング法およびドクターブレード法で構築した電極触媒層について,イオンビーム二段階加工による断面分析手法を適用した構造評価を行う.
電気防食による塩害環境下のPC構造物の総合維持・補修システムの構築に関する研究

・ポストテンション方式PC部材に電気防食を適用した場合,今回の実験で取り上げた要因によりPC鋼材とシースの防食効果が大きく異なることがあり,綿密な防食管理を行う必要がある.・シースに欠損が存在することにより,ただちにPC鋼材の防食効果が低下するとは考え難く,防食管理よりは過防食や水素脆化に着目したモニタリングを行うべきである.・暴露環境が防食電流および防食効果に及ぼす影響が大きいことから,暴露環境が異なる構造物に同一回路で電気防食を適用する場合,それぞれの暴露環境ごとにモニタリングする必要がある.・PC鋼材の緊張力の影響については,今回の実験範囲では十分な解明に至っておらず,今後,一つの供試体内に配置した緊張力の異なる複数の鋼材を個々に電位測定するなどし,引き続き検討する必要がある.・電気防食法を適用した際のシースの欠損(配置)や陽極施工状況が防食効果や防食電流に及ぼす影響について定性的に把握できた.・今後,本解析では取扱っていない,コンクリート抵抗,鉄筋の腐食状況(塩化物量,水分量,酸素量),構造物の形状等について加味した解析モデルを構築する必要がある.・ポストテンション方式PC部材に電気防食を適用した場合,今回の実験で取り上げた要因によりPC鋼材とシースの防食効果が大きく異なることがあり,綿密な防食管理を行う必要がある.・シースに欠損が存在することにより,ただちにPC鋼材の防食効果が低下するとは考え難く,防食管理よりは過防食や水素脆化に着目したモニタリングを行うべきである.・暴露環境が防食電流および防食効果に及ぼす影響が大きいことから,暴露環境が異なる構造物に同一回路で電気防食を適用する場合,それぞれの暴露環境ごとにモニタリングする必要がある.・PC鋼材の緊張力の影響については,今回の実験範囲では十分な解明に至っておらず,今後,一つの供試体内に配置した緊張力の異なる複数の鋼材を個々に電位測定するなどし,引き続き検討する必要がある.・電気防食法を適用した際のシースの欠損(配置)や陽極施工状況が防食効果や防食電流に及ぼす影響について定性的に把握できた.・今後,本解析では取扱っていない,コンクリート抵抗,鉄筋の腐食状況(塩化物量,水分量,酸素量),構造物の形状等について加味した解析モデルを構築する必要がある.プレテンション方式PC構造物への電気防食の適用性を確認することを目的とした実験的検討を行った。主にPC構造物への防食効果と、過防食時におけるPC鋼材の水素脆化の問題についての検討を行い、以下の結論を得た。1)-900mV以上の鋼材電位を保持しすれば、PC構造物についても電気防食法は有効な防食手段となり得る。2)鋼材電位が-900mV以下となる過防食状態が長期間継続すると、PC鋼材が水素脆化を起こす可能性が急激に高まるため、鋼材の電位管理が極めて重要である。3)PC鋼材の緊張力を降伏強度の50%80%とした数種類のPC部材を作製し、緊張力の影響を検討した結果、通電量一定の条件では、鋼材に与える緊張力高応力下になるほど、PC鋼材は分極しにくくなることが分かった。従って、PC構造物へ電気防食法を適用する際は、緊張力を考慮した通電量の設定が必要となる。4)コンクリートに塩分が入っている場合、電気防食の副次的効果による鋼材周辺の塩分除去等によって鋼材周辺の環境が変化することが予想されるため、通電量制御で電気防食を適用する場合は注意を要する。1.PC構造物に対する電気防食基準の確立に関する検討(1)PC鋼材の電位が約-900mV(vs Ag/AgCl)より卑となった場合、鋼材内部に水素が吸蔵される。(2)PC鋼材が吸蔵された水素により水素脆化を引き起こす時の限界水素濃度は、PC鋼材の緊張レベルによって異なるが、通常レベル(降伏強度の5070%)の範囲では、水素脆化を引き起こす可能性は非常に小さい。ただし緊張レベルが70%を超えると水素脆化の危険性は急激に高まる。(3)吸蔵された水素は、PC鋼材電位を水素発生領域より貴にすることにより外部に放出され、鋼材内の水素濃度は減少する。従って、鋼材の緊張レベルが局部的に高い範囲が生じた場合についても、定期的な電位調整により水素脆化の危険性を避けることは十分可能である。2.ポストテンション方式PC構造物における電気防食の適用性に関する検討(1)ポストテンションPC部材への電気防食適用に際しては,シースの存在により,プレテンションやRC構造物の場合よりも陽極電流密度を2.53倍程度増加させる必要がある。(2)シースに欠損がある場合,シース自体の分極量には大きな変化が生じないが,欠損付近のPC鋼棒分極量は局部的に増加する。また、シース内に空隙がある場合,空隙付近のシース分極量が局部的に低下する。(3)コンクリートの含水状態によってシースおよびPC鋼棒の通電特性は大きく異なるため,乾燥状態や湿潤状態ではシース欠損等の影響評価ができなくなる場合がある。
特異渦構造の運動を通した流体乱流現象の力学と統計の高次結合

乱流の数学理論構築に向けて,流体運動を記述する偏微分方程式の「散逸的弱解」とよばれる解の性質を,流れ場の回転場を表す渦度とよばれる量が点や線に分布している場合の特異渦構造の力学として調べることで,渦力学を通した乱流理論の可能性を探究した.主な結果として,α点渦系と呼ばれる系のαゼロの極限で得られる自己相似衝突解が二次元乱流理論で重要な性質とされる特異エンストロフィー散逸をうむ散逸的弱解の一つであることがわかった.乱流の数学理論構築に向けて,流体運動を記述する偏微分方程式の「散逸的弱解」とよばれる解の性質を,流れ場の回転場を表す渦度とよばれる量が点や線に分布している場合の特異渦構造の力学として調べることで,渦力学を通した乱流理論の可能性を探究した.主な結果として,α点渦系と呼ばれる系のαゼロの極限で得られる自己相似衝突解が二次元乱流理論で重要な性質とされる特異エンストロフィー散逸をうむ散逸的弱解の一つであることがわかった.本年度の研究実施計画に基づいて以下の研究成果を得た.1.点渦系の非線形力学と統計理論について,(1)点渦平均場近似方程式sinh-Poisson方程式の数値解析手法を確立し,領域の連結性や配置,また点渦極限でのconcentration compactnessの様子などを詳細に調べた.(2)球面三点渦の有限時間衝突解に対して衝突多様体を定義し,その位相的正則可能性について調べた.その結果衝突多様体の近傍では平面三点渦衝突解と力学が同じであることがわかった.2.二次元オイラー方程式と渦層乱流の研究については,近年その存在が指摘されている平面Couette流における非自明定常解の存在について時間発展問題の数値解としてそれを強くサポートする結果を得た.3.超流動乱流とGP方程式については,超流動乱流が我々のターゲットとする枠組みでは扱えない問題であるいうことが次第に明らかになった.一方で,流体粒子の軌道平均をとることで得られる分散項を含む流体方程式(Euler-α,Navier Stokes-α方程式)が本研究課題を扱うモデル方程式として有益であるということがわかり,サブプロジェクトCの対象をこちらに変更することを検討中である.4.「乱流とオイラー方程式の散逸的弱解」に関するサーベイノートは随時連携研究者と議論を進めてきたが,議論の進行とともに非線形偏微分方程式に対する乱流場の数学的定式化に関して確率過程論に基づく公理論的な乱流場の定義の提唱へと理論が深まっている.この概念をより数学的に確かなものとすることに時間がかかり,未だ原稿は完成には達していないが,本概念への到達は本研究課題において極めて重要なものである本年度の研究実施計画に基づき連携研究者(大阪大学・名和範人教授,京都大学・松本剛助教)とともに,特異渦構造の運動と乱流統計の関係に関する研究を行い,以下の成果を得た.(1)乱流と散逸的弱解に関する研究では,乱流流れ場を方程式によらない確率過程論だけに基づく統計的乱流理論として定式化し,現在知られているコルモゴロフの乱流理論や流れ場の滑らかさとエネルギー散逸について述べたオンサガーの予想の数学的記述が可能になった.また,このようなサンプル流れ場を構成する流体方程式の候補としてEuler方程式やNavier-Stokes方程式の研究の現状を捉えることもできた.特に三次モーメントやエネルギースペクトルの統計則に関する関数解析学的な位置づけがあきらかになった.これは従来の視点の大きな転換であり,そのおかげで同じ数学的構造を持つ一次元の乱流モデル(一般化Constantin-Lax-Majda方程式)に取り組む必然性が明らかになった.(2)Euler-α方程式の点渦力学(α点渦系)の研究については,シンプレクティック法にもとづく高精度数値計算法を開発し,Euler方程式の点渦力学における三点衝突解に対応する解の挙動を研究した.その結果,α点渦系の三体問題の解は無限時間で無限遠方に自己相似的に発散していく解となることがわかった.このことは,点渦系の三点衝突解の正則化された解の挙動,また平岡による衝突解の位相正則化の結果と連動して,衝突時間前後におけるエネルギー散逸の可能性とその数学的構造を明らかにする重要な示唆を含んでおり,今後より集中的に研究を行う予定である.(3)渦層のα系については数値コードを開発し現在研究を継続中である.また,22年8月に英国シェフィールド大学大木谷耕司教授を招聘し,本研究課題に関する研究打ち合わせを行った.本年度の研究実施計画に基づき連携研究者(大阪大学・名和範人教授,京都大学・松本剛助教)らとともに研究活動を行った.(1)乱流と散逸的弱解に関する研究では,一様等方乱流の流速差の三次モーメントに関する統計の数学的な仕組みがKarman-Howarth-Moninらによるエネルギー散逸率の数学的な量の取り出し方にあることがわかった.このKHM関係式を公理として採用することで従来とは異なる確率過程論的な乱流理論の合理的記述が可能になった.(2)オイラー方程式の記述する流れのスケールα以下の量を平均化して得られるオイラーα方程式に対して,δ関数の初期渦度(α点渦)を考えた時の時間大域解の挙動をα点渦の時間発展方程式として記述し,その三体問題について解析を進めた.

その結果,ある条件下でα→0の極限で,α点渦の挙動は無限遠方から自己相似的に原点に近づき衝突した後,再び自己相似的に無限遠点に飛び去っていく解に収束することが証明された.さらに,この特異解にそって超関数の意味でエネルギー散逸率はゼロにエンストロフィーは散逸することがわかった.オイラー方程式の解のエンストロフィー散逸は二次元乱流におけるエネルギースペクトルにおけるエンストロフィーカスケードに対応する慣性領域の出現と関係が深いとされ,α点渦系の特異解のさらなる研究が二次元乱流の理解につながることが示唆される.(本結果は現在投稿中)本研究課題に関連する研究情報の交換および成果発表のためにいくつかの研究集会を実施した.(1)「地球環境流体研究と数理科学ワークショップ」(文部科学省共催)(2)RIMS共同研究「偏微分方程式の背後にある確率過程と解の族が示す統計力学的な現象の解析」(3)「流体乱流の力学と統計-複雑系科学からのアプローチ」合宿型式セミナー(物質・デバイス領域共同研究・ナノシステム科学拠点事業との共催)本年度の研究実施計画に基づき以下の成果を得た.(1)三次元一様等方乱流とオイラー方程式の散逸的弱解の関係について,Karman-Howarth-Monin関係式をエネルギー散逸率の公理として採用することで,これまでに得られている数学的結果を合理的に再構成した.その理論に基づけばオイラー方程式の散逸的弱解が乱流場サンプルの候補になっているという視点を得ることができた.(2)三次元渦度方程式の一次元モデル方程式であるDeGregorio方程式の数値計算を4月に雇用した博士研究員とともに集中的に進めた.その過程で,様々なパラメータ領域で解の爆発が起こりうるという数値的傍証を得たため,その特徴づけに関する数値的研究を進めた.その結果,倍精度数値計算では困難であるとの結論に達し,多倍長計算コードへ拡張することとなった.この数値結果を踏まえた偏微分方程式の弱解と統計則の関係の検討は今後の課題である.(3)オイラー方程式の分散型正則化方程式であるオイラーα方程式に対して,初期渦度がδ関数となっている場合のα点渦系の数値的研究を継続した.まずは,ある特殊な初期値とパラメータ条件で発見した三点渦衝突による特異エンストロフィー散逸現象について,初期値やパラメータを変更した時にもα→0の極限で同じようなエンストロフィー散逸が起こりうることを示した.これは,α=0に対応する点渦系の挙動とは全く異なる挙動であり,α→0の極限解が二次元乱流の統計性質を考える上での二次元オイラー方程式のエンストロフィー散逸弱解として重要であるということがはっきりしてきた.その後,この衝突解をN体問題に拡張して数値計算行っているが,初期値の設定がうまくいっておらず今後の検討課題となった.本計画はこれが最終年度であり,散逸的弱解と乱流の関係について重要な結論を多く得た一方で,さらに研究するべきテーマも多く発見できた.当初の計画通り,本研究課題の最終目標を達成する数学モデルを複数のサブテーマの中から,三次元乱流と散逸的弱解の関係,DeGregoriモデル,さらにオイラーαモデルが有望であることがわかり,それを踏まえて今年度はそれぞれのモデルに対して様々な数学的結果を得た,最終年度に向けて必要な要素は整ったので,これらのモデルを研究することが可能になった.24年度が最終年度であるため、記入しない。
ポルフィロモナスジンジバリスのヘモグロビンからの鉄獲得機構の解析

本研究では、Porphyromonas gingivalisのヘモグロビン利用能を調べるとともに、それらの細菌のヘモグロビンとの結合能を測定して、ヘモグロビン鉄の利用能とヘモグロビン結合能との関連性を調べた。さらに、P.gingivalis菌体表面に存在すると考えられるヘモグロビンの受容体を明らかにすることにより、P.gingivalisによるヘモグロビンからの鉄獲得機構を解明することを目的とした。P.gingivalis 381株の増殖の程度を、ヘミン、ヘモグロビン、トランスフェリンの利用について比較したところ、その1/2最大比増殖速度を示す時の濃度(Ks値)は、ヘミンでは3.85μM、ヘモグロビンでは0.0017μM、トランスフェリンでは4.91μMであり、P.gingivalis 381株は、鉄源としてヘモグロビンに特に親和性が高いことが明らかとなった。さらに、P.gingivalisとトリチウムベルしたヘモグロビンとの結合について定量法を確立した。そして、この結合性について、Scatchard解析を行ったところ、P.gingivalisのヘモグロビンに対するKd値は1.0×10^<-6>Mであり、細胞当りの結合部位数は3.2×10^4であった。結合阻害実験では、各種の鉄結合タンパク質の中でヘモグロビンの阻害が最も強く、ヘミンやプロトポルフィリンによってはほとんど阻害されなったことから、この結合はヘモグロビンのヘム部分以外を認識していることが示唆された。さらに鉄制限培地に連続接種したP.gingivalisの鉄結合能を調べたところ、P.gingivalisの外膜に含有されている鉄量の減少とともに、結合能は上昇した。鉄制限培地に4回連続接種したP.gingivalisのヘモグロビンに対する結合は、鉄含有培地で培養したP.gingivalisに比べて、約2.5倍に増加していた。以上のことにより、P.gingivalisは、その増殖のための鉄源としてヘモグロビンを効率よく利用すること、そして、鉄制限下では、ヘモグロビンに特異的に結合するタンパク質を発現させることを明らかにした。本年度での研究では、Porphyromonas gingivalis(P.g.)や他の黒色色素産生性嫌気性細菌を種々の濃度のヘモグロビンを添加した培地に接種し、増殖の程度を測定し、それらのヘモグロビン利用能を調べるとともに、それら細菌のヘモグロビンとの結合能を測定して、ヘモグロビン鉄の利用能とヘモグロビン結合能との関連性を解明することを目的とした。その結果、P.g. 381、ATCC 33277、Prevotella intermedia ESO-6、P.melaninogenica ATCC 25845、P.loescheii VPI 4190、P.denticolaATCC 33185についてヘモグロビンの濃度を変化させて培養したところ、ヘモグロビンの濃度に依存して増殖することが明らかとなった。P.g. 381株の増殖の程度を、ヘミン、ヘモグロビン、トランスフェリンの利用について比較したところ、ヘミンでは4.0μM、ヘモグロビンでは0.008μM、トランスフェリンでは5.0μMでほぼプラトーに達し、その1/2最大比増殖速度を示す時の濃度(Ks値)は、ヘミンでは5.20μM、ヘモグロビンでは0.0017

μM、トランスフェリンでは2.07μMであり、P.g. 381株は、鉄源としてヘモグロビンに特に親和性が高いことが明らかとなった。上記菌株とトリチウムラベルしたヘモグロビンとの結合能を測定したところ、ヘモグロビンと特異的に結合することが判明した。しかし、それらのヘモグロビンとの結合能とヘモグロビン利用能との間には明確な関連性は認められなかった。今後、P.g.菌体表面に存在すると考えられるヘモグロビンの受容体の同定、精製を行い、その性質を明らかにすることにより、P.g.によるヘモグロビンからの鉄獲得機構を明らかにする予定である。Porphyromonas gingivalis(P.g.)は生理的濃度の遊離の鉄イオンを利用できないことや、トランスフェリンなどのヘム鉄複合体以外の鉄結合性タンパク室も鉄源として利用できること、さらに、P.g.のトランスフェリン利用能は、本菌のトランスフェリンとの結合能と密接に関連していることを我々が最初に報告した。本研究では、P.g.菌体表面に存在すると考えられるヘモグロビンの受容体の同定を行い、その性質を明らかにすることにより、P.g.によるヘモグロビンからの鉄獲得機構を明らかにすることを目的とした。トリチウムラベルしたヘモグロビンを調製し、これを用いて、P.g.とヘモグロビンとの結合について定量法を確立した。そして、この結合性について、Scatchard解析を行ったところ、P.g.のヘモグロビンに対するKd値は1.0×10^<-6>Mであり、細胞当りの結合部位数は3.2×10^4であった。さらに、各種の鉄結合タンパク質およびプロトポルフィリンやヘミンを用いて、結合阻害実験を行ったところ、ヘモグロビンによる結合阻害が最も強く、ヘミンやプロトポルフィリンによってはほとんど阻害されなかったことから、この結合はヘモグロビンのヘム部分以外を認識していることが示唆された。さらに、鉄制限培地に連続接種したP.g.の鉄結合能を調べたところ、P.g.の外膜に含有されている鉄量の減少ととともに、結合能は上昇した。鉄制限培地に4回連続接種したP.g.のヘモグロビンに対する結合は、鉄含有培地で培養したP.g.に比べて、約2.5倍に増加していた。現在、P.g.の外膜標品をSDS-PAGEおよびウェスタンプロットにより分析し、ヘモグロビン結合タンパク質を同定しようとしている。
地域特性に応じた小規模分散型排水処理システムの構築に関する研究

本研究においては、小規模の集落からなる地域の地形、気候等の自然環境特性や土地及び水利用形態等の社会経済的特性に応じて、閉鎖型処理技術ならびに開放型処理技術から処理方式を選定したり、あるいは処理方式の組み合せ方式を選定するエキスパ-トシステムを構築することを最終的な目的とする。本年度は、主に処理性能評価モデルの作成と処理費用のデ-タベ-ス化を検討した。検討した処理技術は、回分式活性汚泥法、回転円板法、嫌気ろ床法、嫌気・好気ろ床法、嫌気・好気活性汚泥法ならびに水路浄化法、酸化池法、湿地浄化法、土壌浄化法である。実際の生活排水を用いた処理実験結果を主に利用して、各処理技術の処理性能モデルを作成した。各処理技術に対応した処理性能モデルは、実験結果等によってある程度検証されたが、これらの処理性能モデルを比較する際の問題点も明らかにした。処理費用としては、用地費や施設などの建設費と維持管理費について検討した。用地費については、処理に必要な面積や整地に必要な費用の関数とした。施設建設費は、各処理技術ごとにシステム処理に必要な容積の関数として表現した。維持管理費については、主に閉鎖型処理技術においてばっ気に要する電気代と汚泥の引き抜き費用を考慮した。電気代は好気槽の容積と滞留特間の関数としてあらわた。汚泥の引き抜き費用は汚泥発生量の関数で、汚泥発生量は水温やSS除去率、あるいはBOD除去率の関数で表現した。開放型処理技術については、自主的にその地域住民によって行われることが多く、評価が困難であり、今後の課題とした。
金属熱還元反応における電子の移動経路と析出メカニズムの解明

チタンの製造プロセスでは「導電体を介した反応」すなわち"Electronically Mediated Reaction(EMR)"が極めて重要な概念である。しかし、金属熱還元反応における電子の移動経路を解析した例は過去にほとんどなく、さらに、反応生成物の析出形態と電子の動きを関連づけを目的とする研究は、申請者らの知る限りではこれまでに報告されていなかった。この現状を踏まえて、本研究では金属熱還元反応におけるEMRの重要性を実験的に立証し、その反応メカニズムを解明することにより反応生成物の析出形態とEMRの関連を明確にした。具体的には、チタンの還元反応メカニズムの解析に焦点を絞り、金属生産プロセス原理の微視的理解に必要な新しい手法の確立に主眼を置き、金属熱還元におけるEMRすなわち「導電体を介した反応」の重要性を実験的に定量化し、電子の移動経路と析出メカニズムを解明した。具体的には、約600°CのMgCl_2溶融塩中のお互いに独立した部位にそれぞれ原料のチタン塩化物(TiCl_4)及び還元剤の金属マグネシウム(Mg)を投入し反応させた。この反応は、原料(TiCl_4)と還元剤(Mg)が溶融塩中を互いに拡散し反応しなければ還元反応は進行しないと従来考えられてきたが、これらの独立した部位を導電体でつないだ場合、原料(Ti^<4+>)が導電体を通じて電子を受け取ることにより、導電体を介した電子の移動に伴う還元反応(EMR)が可能であることを明らかにした。また、外部電流をモニタすることによりチタンの還元反応におけるEMRの割合を測定した。さらに原料投入部位の電極に付着した析出物を観察することによってEMRと析出形態との関係を定量的に検討した。