hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リンパ球分化機構の研究:遺伝子の再構成と抗原による選択的細胞死の分子機構

本年度は、in vitroにおいて、胚性幹細胞からストローマ細胞との共生培養によってリンパ血球系細胞への分化誘導系を確率した。B細胞はストローマ細胞との共生細胞によって中胚葉系の細胞を経て、やがて血球系のすべての系列への分化をすることが可能となった。この系ではM-CSF遺伝子欠失ストローマ細胞を用いることによってリンパ球系への分化誘導をも可能にしたことが大きな特色である。この細胞系に様々な抗体を加えるか、あるいは遺伝子欠失ES細胞を用いて血球分化系の機能解析を精力的に展開している。またシグナル-クエンストラップ法を用いてさらに多数の遺伝子の単離を行ない、現在その機構を解明するために蛋白質を発現させ、in vitroの血球系細胞分化系への投与実験を行いつつある。クラススイッチの分子機構の解析に関して非常に高頻度にクラススイッチを起こすCH12F3株を単離し、この系にIL-4、TGFβ及びCD40Lを加えることによって常に50%以上の細胞がIgAにクラススイッチを起こすことを示した。リンパ球の選択機構の研究に関して、本年度は細胞死に関わる遺伝子をsubtraction hybridizationにより精力的に単離しMA3と名付けた未知の遺伝子を単離した。この遺伝子はこれまで単離した遺伝子と全く相同性がなく未知のものであるが、現在その機構については明らかではない。RBP-Jκ遺伝子の解析を続け、この遺伝子がショウジョウバエにおける抹消感覚神経系の細胞の運命決定に関わる一方、EBウイルスBリンパ球腫瘍化に際して不可欠なEBNA2蛋白質と協調して多数の遺伝子の転写制御を行なうことを明らかにした。RBP-Jκの機能を調べるためにマウス胚性幹細胞での遺伝子破壊を行ない、その細胞をマウス胚に注入してF1マウスの作製に成功した。現在、homozygousマウスにおける機能異常の解明を進行中である。RBP-Jκの認識塩基配列の再検討を行ない、今回、PCR法を用いた解析により、以前に考えられた認識配列よりもより狭い明確な配列の決定に成功した。さらに、RBP-Jκ蛋白質変異導入体を多数作製し、この蛋白質のDNA結合能に関与する領域の決定を行なった。class-switch組換えに関与する蛋白質の同定を行なうためにSμ領域に結合する蛋白質を検索し、単鎖DNAでSμモチーフに似た塩基配列に結合する蛋白質SμBP-2の同定を行なった。このcDNAの塩基配列から蛋白質の構造を類推したところ、helicaseモチーフを持つ蛋白質であることが明らかになった。この遺伝子のgenetargetingを行ない、class-switchへの機能の関与を検索する予定である。リンパ球におけるprogrammed cell deathの分子機構を調べるためにsubtraction cDNAライブラリーから単離したPD-1遺伝子の機能を調べるためにIL-2 receptor α鎖遺伝子との融合蛋白質を数種類作製し、現在、この蛋白質の発現によりprogrammed cell deathへの影響を検索中である。マウス赤血球に対する抗体を発現するtransgenicマウスを作製し、このマウスが腹腔内に自己反応性のCD-5 positive B細胞を蓄積し、ポリクロナル刺激によって自己免疫を引き起こすことを明らかにした。このマウスの腹腔内に自己抗原である赤血球ら投与することにより、programmed cell deathを誘導することを発見し、同時に自己免疫病の治療が可能であることを示した。in vitroで、抗原刺激による細胞死とその細胞死を防ぎB細胞を活性化する刺激として、CD-40からの刺激が有効であることを発見した。CD-40からの刺激の共存によりclass-switchが可能であることが報告されており、細胞死とB細胞の活性化、class-switchの機構が極めて密接に関係することが明らかになった。1.RBP-Jκ遺伝子破壊マウスが得られ、このホモマウスの解析を行なったところ、胎生8日前後に死亡することが明らかとなった。特に体節の後部に著しい成長遅延が見られ、また高頻度で神経管の閉鎖不全も見られた。このような結果からRBP-Jκ

遺伝子はマウスの発生初期においてきわめて重要な役割をしていることが明らかとなった。一方、ショウジョウバエにおけるRBP-Jkの機能を詳細に解析した結果、感覚母細胞の運命決定とソケット細胞とシャフト細胞の分化決定の少なくとも二段階で末梢神経系の発生を制御することが明らかとなった。RBP-JκはまたE(spl)遺伝子の転写制御に関わり、Hairless遺伝子と競合することが明らかとなった。2.クラススイッチの分子機構を明らかにするためにin vitroにおけるクラススイッチ誘導細胞株のクローニングを行ない。IL4存在下においてIgAに10パーセント程度の細胞がすみやかにスイッチする系を確立した。この系においてIα領域のメチル化、転写制御がこれまでの報告とは必ずしも一致せず、I領域の転写誘導がクラススイッチ誘導と必ずしも並行しないことを明らかにした。3.リンパ球におけるprogrammed cell deathの分子機構本年度はsubtraction libraryやdifferential display法により、細胞死やその阻止に際して新たに発現される未知遺伝子を合計5個単離し、現在その機能解析をanti-sense oligo nuculeotideや強制発現法によって検索している。4.新たにES細胞からストローマ細胞との同時培養により、骨髄系の各種細胞への分化誘導系を確立し、この系を用いてリンパ球の分化制御機構が明らかになるものと期待される。本年度は、RBP-Jκ遺伝子がマウスBリンパ球の腫瘍化を引き起こすEpshtein Barウイルスの感染に際して、ウイルスゲノムにコードされた腫瘍化に必須の因子EBNA2と会合して多数のEBウイルス、および宿至遺伝子の転写制御に関わることを明らかにした。また、RBPJκはNotchレセプターと直接会合し外来情報伝達を直ちに細胞核に伝え、転写制御に関わることも明らかにした。この結果、RBP-Jκは、神経系および免疫系における細胞の分化と増殖に必須の役割をする情報伝達兼転写制御因子としてのまったく新しい機能分子であることが明らかになった。また、クラススイッチ分子機構の研究において、CH12細胞株はIL-4のみならずTGFBおよびCD40リガンドの三者の混合により高頻度にクラススイッチを引き起こし、この細胞にミニ染色体を導入しin-vitroにおけるクラススイッチ組換えの制御機構の研究を開始するシステムの構築を完了した。細胞死の機構については、細胞死に際して誘導されるCPT-1遺伝子の発現上昇を多数の細胞死関連系において確認し、現在この生理学的意義を検索中である。Bリンパ球細胞株
食塊の易変形性に基づく食品の被嚥下特性評価法の開発

食塊の易変形性の評価方法を開発し、種々の食品について、易変形性と官能試験による嚥下可否判断の関連を検討した。易変形性は、食品テクスチャー試験機を改造した装置で試験食品を圧搾、変形し、その際の反力の大きさに基づいて評価した。試験食品のうち水の重量比を変化させた即席マッシュポテトでは、水分量の増大に伴い易変形性は単調に増大したが、嚥下可否判断との関連は乏しかった。リンゴでは、フードプロセッサによる加工時間の増大に伴って易変形性は単調増加し、その変化と嚥下可否判断に関連を認めた。市販の即席マッシュポテトの水分量を重量比で6085%の6段階に変えて調製し、4mlの円柱状に成形して、試験食品とした。屠殺直後のウシの食道から筋と粘膜下組織を除いた筒状の粘膜試料のなかに試験食品を入れ、幅20mm、深さ40mmの樋状の溝に入れ、幅19 mm、高さと長さ各20 mmのプランジャーを用いて、粘膜ごと試験食品を高さ5 mmまで圧平し、プランジャーが受けた反力を試験食品の易変形性の指標とした。圧平速度は10 mm/sとした。またウシ食道の筒状の粘膜に試験食品を入れ、1.5 mmの隙間を隔てて平行に配置した直径8 mmの2本のローラーに挟み、粘膜ごと一定の力で牽引して試験食品をローラーでしごき出し、粘膜内の試験食品の移動速度を粘膜に対する試験食品の潤滑性の指標として求めた。牽引力は1.5 Nとした。さらに、10名の若年健常成人の舌上に試験食品を載せ、咀嚼せず直ちに嚥下するよう指示し、嚥下の可否を、1たやすく嚥下できる、2どうにか嚥下できる、3嚥下できないの3段階で評価させた。各被験者は、同一水分量の試験食品3個を含む計18個の試験食品でこの試行を行い、各水分量の評価が1のみか1と2であれば「可」、3のみか2と3であれば「不可」、2のみであれば「中立」、1と3のみか123であれば「混乱」とした。嚥下「可」の主観的評価は、水分量75%では10%、80%で60%、85%では90%と、75%以上で水分量に依存して増大し、これに伴い「不可」は減少した。「中立」は水分量75%で20%、80%で30%であり、「混乱」はなかった。水分量75%以上で嚥下が「可」との評価が増すのと軌を一にして、試験食品の潤滑性は著しく向上したが、易変形性は単調に増し(反力は単調に減少)、嚥下可否の主観的評価との関連は乏しかった。当初計画と異なり、マッシュポテトのみを試験食品としたが、それ以外は計画に基づいて研究を遂行した。概ね順調な進捗である。市販の即席マッシュポテトの水分量を6段階(重量比6085%、5%刻み)に変えて調製し、体積4mlの円柱状に成形して試験食品とした。前年度の健常者を被験者に用いた検討で、これら試験食品のうち水分量6075%の4段階は、それを口腔に挿入したとき、そのままただちに嚥下できると感じられる頻度は10%以下であるのに対し、80%以上の2段階は過半の被験者がそのまま嚥下できると感じることが明らかとなった。またウシ食道から剥離した筒状の粘膜標本を用いた食品と粘膜間の潤滑性の評価から、水分量の増大とともに潤滑性が高まり、75%と80%の間で著しい潤滑性の上昇を認めることも判明した。一方、樋状の溝に置いた試験食品を圧平するのに要する力から求めた易変形性(要する力が小さいほど大きい)は、水分量の増大とともに単調に増大し、嚥下可否判断との関連は乏しかった。本年度は、即席マッシュポテト以外の種々の試験食品を用いて、前年度と同様の検討を実施した。その結果、嚥下可否判断と潤滑性、易変形性の関連は食品によって異なり、フードプロセッサを用いて種々の程度に細分したリンゴなど、むしろ易変形性と嚥下可否判断との関連が強い食品の存在が判明した。一方、嚥下可否判断が潤滑性、易変形性のいずれとも関連しない食品は検索した範囲では見当たらなかった。以上より、嚥下可否判断には潤滑性、易変形性に係る口腔感覚が関与しており、それら両方について嚥下に求められる条件を満たす場合に、嚥下可能と判断される可能性が推察された。

スマイルケア食の各段階に定められた介護食ならびに常食について、一口量を試験食品とし、2014年度、挑戦的萌芽研究、26670899、「食塊の口腔粘膜に対する潤滑性に基づく食品の被嚥下特性評価法の開発」により開発し、本研究にも用いた食塊潤滑性の評価法と、本研究の初年度で開発した食塊易変形性の評価方法を用い、これら試験食品の粘膜に対する潤滑性と易変形性を評価する。また、若年健常成人に試験食を規定回数(5、10、15、20回)咀嚼後に吐出させたものについて、同様に潤滑性と易変形性を評価し、各種食品の咀嚼に伴う潤滑性や易変形性の変化の速やかさを検討する。一方、老健施設入所高齢者のうち、認知症の疑いの低い者10名(改訂長谷川式簡易知能評価スケールにて得点21点以上)に一口量の試験食品を摂取させ、摂取開始から嚥下までの所要時間(秒)を測定するとともに、主観的な摂取難易度を、1たやすく食べられる、2さほど苦労なく食べられる、3食べられるが食べづらい、4食べられない、5嫌いで食べないの5段階で評価させる。各食品3回の試行を行い、嫌いで食べない食品以外について、1に4点、2に3点、3に2点、4に1点を与え、平均得点をその食品の摂取難易度の評価指標とする。以上より、試験食品の潤滑性、易変形性、ならびに咀嚼に伴うそれらの変化の速やかさと、主観的な食品の摂取難易度との関連を明らかにし、これら評価指標を食品の摂取難易度の評価の応用することの是非を検討する。老年歯科学実施計画に従い、研究を実施したが、装置の改変に係る想定外の出費が生じたほか、購入予定であった消耗品の購入が不要になるなど出費の減額があり、年度末時点で1万円強の残金を生じることとなった。翌年度分に合わせて執行する予定である。
切迫早産薬物療法におけるオキシトシン拮抗剤の臨床応用に関する研究

オキシトシンは陣痛発来に強く関与し、これは低出生体重児の分娩で医学的、かつ社会的に問題になっている早産陣痛発来のメカニズムも同様に考えることが出来る。一方、産科臨床において、周産期の児の死亡や疾病の大きな原因に、早産によるいわゆる未熟児の出生があるのも周知の事実である。その早産を予防するために、現在、切迫早産症例の薬物療法として塩酸リトドリンや硫酸マグネシウムの投与が主流となっている。しかしながら、それらの薬剤では効果が不十分な症例も多く、新たな薬剤の開発が望まれてきた。そこで本研究では、それらの薬剤とは作用機序が全く異なるオキシトシン拮抗剤の臨床応用への道を拓くために、その可能性を明らかにすることを目的とした。妊娠ラットにおける妊娠進行に伴う変化を観察すると、子宮筋のオキシトシン結合部位数は妊娠22日(分娩日)に急速に増加し、反対に血中プロゲステロンは急速に減少した。血中オキシトシンは同日の陣痛発来時に急速に増加したが、早産モデルラットにおいても同様の変化が認められた。そこで、オキシトシン拮抗剤は、構造的に(1)ペプチド型、(2)環ペプチド型、(3)非ペプチド型に分けられるが、今回は(1)と(3)の妊娠ラット子宮収縮への効果を検討した。その結果、共に妊娠末期の自発性子宮収縮やオキシトシン誘発収縮は抑制し、早産モデルラットにおいても陣痛発来を遅延させた。さらに(3)においては、高濃度で直接的に子宮筋に作用して収縮を抑制した。(1)は合成費用が高いことや胃内で分解されることが知られているが、この研究で得られた事実より、内服投与のできる(3)の臨床応用の可能性が示唆された。一晩の交尾によって作成した妊娠ラットは、翌朝の膣スメアで精子を確認した日を妊娠0日とすると、妊娠21日の午後に大部分のラットが分娩する。そこで、次のような方法で、正常妊娠ラットおよび早産陣痛発来ラットを用いて、妊娠進行に伴う血中アキシトシン濃度の推移とオキシトシン拮抗剤の分娩に対する影響について検討した。方法は、(1)血中オキシトシンの定量:妊娠ラットの血漿よりSEP-PAK C18ミニカラムを用いてオキシトシンを抽出し、PIA法にて測定した。(2)分娩遅延作用:エーテル麻酔した妊娠18日目のラットの両側卵巣を摘出し、直後より12時間ごとにエストラジオール(1μg/body)を4回投与して早産モデルとした。オキシトシン拮抗剤(L-366,509:10,20,50mg/kg)は正常陣痛発来時より,また早産モデルにおいては術後30時間より4時間ごとに6回背部皮下に注射した。(3)In vivo子宮収縮:ウレタン麻酔した妊娠19および21日目のラット子宮内圧変化をバルーン法にて測定した。結果は、正常妊娠19および21日目前半の血中オキシトシン値は非妊娠ラットの値と大差はなかったが、妊娠21日目後半では有意に上昇し、第一仔分娩時には非妊時の約2.7倍に達した。早産発来時の血中オキシトシン値も非妊時および妊娠19日目より、有意に高値であった。オキシトシン拮抗剤の投与により、正常陣痛や早産陣痛の発来が、明らかに遅延した。さらに、麻酔ラットの自発性子宮収縮に対して、オキシトシン拮抗剤は妊娠19日は無効であったが、21日目後半では明らかな抑制作用が認められた。オキシトシンは、下垂体後葉から放出されるペプチドホルモンであり、強力な子宮収縮作用がある。

従って、産科臨床においては陣痛の誘発や促進に日常使用されていて、その効果については多くが体験している事実である。作用機序に関しては、子宮筋細胞膜のカルシューム(Ca^<2+>)チャンネルを介した細胞外から細胞内へのCaイオンの流入や、細胞内貯蔵部位からCaイオンの遊離により収縮を惹起すると考えられている。一方、オキシトシンは陣痛の発来にも強く関与し、これは未熟児の出生で医学的、かつ社会的に問題になっている早産陣痛発来も同様に考えることが出来る。そこで本研究では、ラットをモデルとしてオキシトシンの正常および早産陣痛発来に関連した機能的役割を明らかにし、同時にそれらの陣痛に対するオキシトシシ拮抗剤の効果について検討した。ラット早産モデルは、両側卵巣摘出後にエストラジオールを投与する事によって作成した。結果は次の通りであった。1,正常陣痛発来ラットにおいて、子宮筋の[^3H]オキシトシン結合部位数は妊娠22日に急速に増加した。2、血液中のプロゲステロンは反対に急速に減少した。3、循環血中のオキシ1・シンは陣痛発来時に急速に増加した。4、早産モデルにおいても、血漿中のオキシトシン濃度と受容体量は正常陣痛発来と同様の変化を見た。5、非ペプチド型オキシトシン拮抗剤のL-366509は濃度依存性に正常および早産陣痛発来を遅延させた。以上の結果より、正常および早産陣痛発来において、オキシトシンの重要な役割が生化学的にも薬理学的にも確認できた。さらに、オキシトシン拮抗剤は正常および早産陣痛発来を遅延させ、この事実は同薬剤の切迫早産治療薬としての可能性を示すものであり、将来臨床応用が期待出来る。オキシトシン拮抗剤は、大きくペプチドタイプと非ペプチドタイプに分類される。われわれの妊娠ラット子宮におけるin vivoおよびin vitro実験結果によると、双方共に血中オキシトシン濃度が高い妊娠末期の子宮やオキシトシン誘発子宮収縮は著明に抑制した。しかしながら、前者は自発収縮やPGF_<2a>誘発収縮には無効であったが、後者は比較的高濃度で両者を抑制した。また、前者は内服すれば胃内で分解されるが、後者は分解されずに内服投与が可能である。そこで、非ペプチドタイプオキシトシン拮抗剤であるL-366509の臨床応用を前提として、今年度は妊娠ヒト子宮筋の収縮に及ぼす効果について検討した。筋切片は、同意を得た後帝王切開時に切開創上縁から採取し、等尺性収縮を記録した。L-366509は10^<-7>-10^<-4>Mの濃度を使用した。その結果、自発収縮や高カリウム収縮は低濃度では抑制せず、10^<-4>Mの高濃度で20-30%の抑制が認められた。しかしながら、オキシトシン誘発収縮は3×10^<-6>M位から抑制し始め、10^<-4>Mでは完全に抑制された。これらの結果から、L-366509には子宮筋への直接作用によると思われる収縮抑制作用があるものと思われる。今後の切迫早産の薬物療法への臨床応用が期待できる。
膜結合性ATPoseからみたリソゾ-ムとペルオキシゾ-ムの蛋白質輸送機構

リソゾ-ム膜より,Mono Qカラム及びTSK-gel G4000SW_<XL>を用いてH^+ーATPaseを精製することに成功.本酵素はSDSーPAGEで空胞系H^+ーATPaseに共通にみられるサブユニット構造を示し,至適pHは7.0ー8.0、CI^-,Br^-,F^-が活性化し、NO_3^-は強く阻害した。また,16kDaサブユニットに対するcDNAの単離,抗16kDa抗体の調製にも成功した。単クロ-ン抗体も調製できたが,インムノブロットには成功していない。更に,可溶化H^+ーATPaseを希釈法でリポソ-ムに組み込み,プロトン・ポンプ再構成に成功した。一方,ATPaseII(360kDa)と細胞膜上のectoーATPaseの両者を単離して比較した結果,至適pHとCa^<2+>/Mg^<2+>要求性が若干異なるものの,その他の性質(二価金属要求性,基質特異性,薬剤感受性等)は両酵素で極めて類似していることが確認された。しかし,NEM感受性のATPaseI(550kDa)共々リソゾ-ムの内部に存在することが判明,顆粒運動(キネシン様ATPase),膜融合(NSF),蛋白質輸送との関係は否定された。一方,クロフィブレ-トを投与したラットの肝臓ペルオキシゾ-ム膜上には,NEM感受性ATPaseとNEM非感受性ATPaseの2種類のATPase活性が誘導される。NEM感受性ATPase(520kDa)はATPに対するKm値が780μMで,DIDS,STA,DCCD,TBT,quercetinに感受性を示した。一方のNEM非感受性ATPase(450kDa)は,STA以外の阻害剤に非感受性であった。NEM感受性ATPase(約270ー360kDa)はproteinaseーK耐性であり,また, NEM感受性ATPaseも抗PMP70IgGにより免疫沈降できないことから,両ATPaseともPMP70とは異なることが判明した。NEM感受性ATPaseはその薬剤感受性から基質輸送に働いている可能性が高い。これらのATPaseのが蛋白質の輸送に如何に関与するか,今後その可能性を明らかにしていきたい。
キノリノラト系混合配位子金属錯体の新しい異性体の合成と無機蛍光体への利用

8-キノリノールと2-メチルー8-キノリノールを配位子とするトリス型錯体,トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)とトリス(2-メチルー8-キノリノラト)ガリウム(III),及び混合配位子錯体,ビス(8-キノリノラト)(2-メチルー8-キノリノラト)アルミニウム(III)と(8-キノリノラト)ビス(2-メチルー8-キノリノラト)アルミニウム(III),の合成と性質について検討を行った.トリス型錯体については従来黄色のものが報告されているが,その他に緑色のものも存在することが本研究において新しく見いだされた.さらに混合配位子錯体についても始めて合成を試みたところ,トリス型錯体と同じく,黄色と緑色の両種が存在することが判明した.吸収スペクトル, ^<13>C-NMR(核磁気共鳴吸収)スペクトル,その他によるキャラクタリゼーションの結果,黄色異性体は8-キノリノラト部分がmeridional型に配位した(中心金属に対して)normalな錯体であるのに対し,緑色異性体は中心金属のまわりにmeridional型に配位した2座配位子の複素環窒素原子と中心金属との間に電荷移動が生じ, 8-キノリニウムオラトの形で存在するbetaine型の錯体であることが分った.黄色異性体と同じく,新しく見いだされた緑色異性体蛍光スペクトルを発し,いずれも励起極大波長は380390nm,蛍光極大波長は500520nmに生じる.蛍光は緑色系統でかなり強く,無機蛍光体としての利用可能性が示唆される.これらの金属錯体の蛍光スペクトル特性は,配位子の複素環への電子供与性置換基または電子吸引性置換基の導入,中心金属の電気陰性度の変化などを組み合せることにより制御することができることが判明した.8-キノリノールと2-メチルー8-キノリノールを配位子とするトリス型錯体,トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)とトリス(2-メチルー8-キノリノラト)ガリウム(III),及び混合配位子錯体,ビス(8-キノリノラト)(2-メチルー8-キノリノラト)アルミニウム(III)と(8-キノリノラト)ビス(2-メチルー8-キノリノラト)アルミニウム(III),の合成と性質について検討を行った.トリス型錯体については従来黄色のものが報告されているが,その他に緑色のものも存在することが本研究において新しく見いだされた.さらに混合配位子錯体についても始めて合成を試みたところ,トリス型錯体と同じく,黄色と緑色の両種が存在することが判明した.吸収スペクトル, ^<13>C-NMR(核磁気共鳴吸収)スペクトル,その他によるキャラクタリゼーションの結果,黄色異性体は8-キノリノラト部分がmeridional型に配位した(中心金属に対して)normalな錯体であるのに対し,緑色異性体は中心金属のまわりにmeridional型に配位した2座配位子の複素環窒素原子と中心金属との間に電荷移動が生じ, 8-キノリニウムオラトの形で存在するbetaine型の錯体であることが分った.黄色異性体と同じく,新しく見いだされた緑色異性体蛍光スペクトルを発し,いずれも励起極大波長は380390nm,蛍光極大波長は500520nmに生じる.蛍光は緑色系統でかなり強く,無機蛍光体としての利用可能性が示唆される.これらの金属錯体の蛍光スペクトル特性は,配位子の複素環への電子供与性置換基または電子吸引性置換基の導入,中心金属の電気陰性度の変化などを組み合せることにより制御することができることが判明した.
超音波画像転送時に添付する説明図(対象臓器スライス位置と模式図)表示装置の開発

他医へ患者を紹介する際に超音波画像を添えることが増えているが、撮影された断面が何処かを如何様に切ったのか分かりにくいことが多い。腎と前立腺を対象に臓器と超音波ビームとの関係を三次元表示し、断面を模式図かするシステムをパソコンで構築することを試みた。1.腎での研究実績:腎では体表に加え肋骨との位置関係がよい目安になると思われたが、客観的な再現性のある位置と角度の設定方法を開発する必要性が認められた。また、病変と正常部位の境界が必ずしも明確でない場合に模式図の表示方法に工夫が必要であると考えられた。代表的疾患の多数例を記憶させた画像データベースを作成しておき、個々の症例に応用する際その中から最も近いものを選ぶという方法は、選び出す基準を如何に設定するかが問題となり、症例の蓄積も不十分なため具体的な進展は得られず今後の課題となった。2.前立腺では経直腸的超音波断層像のbiplane planim-etryによる体積測定が模式図作成に応用できないか検討した。既に市販のソフトによる三次元表示の試みは行っており(木村明、他:超音波医学、22:703-710、1995)biplane planimetryの症例蓄積が始められている。臨床的には前立腺癌と前立腺肥大症の鑑別および両疾患の治療法選択の一助となる情報の提供が可能となれば大きな意義があるものと考えられる。前立腺疾患は多様性が少なくデータベースから検討症例に最も近いものを選ぶ基準作りは比較的容易と思われ、自己学習にも役立つプログラムの実用化が期待できると考えている。1.腎での研究実績:正常人のCT像より腎と体表の三次元像を作成し、接触子を当てる位置と角度を指定することにより超音波ビームが腎のどこを通過するのかを表示する試みは、三次元人体マップにより正常腎の体内における基本的な位置を想定して行うものであるが、体表に加え肋骨との位置関係がよい目安になると思われた。次いで三次元人体マップに超音波画像の走査面を書き込み模式図として表示する試みは、実際に得られた超音波画像と入力した位置や角度がどの程度よく一致するかが模式図の有用性を高めるために重要であると考えられ、観客的な再現性のある位置と角度の設定方法を開発する必要性が認められた。腫瘍、結石、嚢胞等の異常所見を模式図の上に書き込む試みは、更に精度の向上を期すこととした。特に腫瘍等において病変部位の境界が必ずしも明確でない場合に、断定的な病変部位を指定することは誤解を生ずる可能性もあり、所見の記載方法の工夫が必要であると考えられた。もう一つの断層像の模式図の作成方法として、代表疾患につき多数の画像を予め記憶させておき、その画像データベースの中から実際の断層像に近いものを選ぶという方法も考えられ、今後症例を積み重ねて更なる検討を行いたい。2.前立腺での研究実績:当教室での前立腺超音波検査では、最大横断像を基に回転楕円体で近似した前立腺重量を求めている。用いている接触子はハンドスキャナのため横断像と尿道が直交するとは限らず、横断像が冠状断像に近いことも起こりうる。ストックされた前立腺三次元像の中からその症例に近いものを選び出し、横断像および縦断像の走査面から横断面の尿道に対する傾きが得られ、それから回転楕円体近似法の誤差を計算し補正重量を表示するシステムを構築し、模式図の作成を試みた。更にこのソフトをCD-ROMに書き込み検査者の自己学習にも役立たせるためのプログラムを考案中である。1.腎での研究実績:正常人のCT像より腎と体表の三次元像を作成し、探触子を当てる位置と角度を指定することにより超音破ビームが腎のどこを通過するのかを表示する試みは、前年度までの研究で体表に加え肋骨との位置関係がよい目安になることが考えられた。

また、三次元人体マップに超音波画像の走査面を書き込み模式図として表示する試みは、客観的な再現性のある位置と角度の設定方法を開発することが前提と考えられ、腫瘍、結石、嚢胞等の異常所見を模式図の上に書き込むためには、更なる精度の向上を期す必要が認められた。特に臨床的に最も実用的価値が望まれる癌病変において癌と正常部位の境界が必ずしも明確に示されない場合に、断定的な病変部位を指定することは実際的でないため、表示方法の工夫が必要であると考えられた。また、代表的疾患の多数例を予め記憶させた画像データベースを構築し、個々の症例検討の際にデータベースの中から最も近いものを選ぶという方法は、選び出す基準を如何に設定するかが新たな問題となり、症例の蓄積もなかったため具体的な進展は得られず今後の課題となった。2.前立腺での研究実績:当科では、最大横断像を基に回転楕円体で近似する方法により前立腺体積を求めている。本年度は経直腸的超音波断層像のbiplaneplanimetryによるより正確な体積測定が模式図作成に応用できないか検討した。既に市販ソフトによる三次元表示の試みは行っており(木村明、他:超音波医学、22:703-710、1995)、biplane planimetryの症例蓄積が始められているがデータベースを構築するには至っていない。前立腺疾患はバラエティが少なくデータベースから検討症例に最も近いものを選ぶ基準作りは比較的困難でないと思われ、自己学習にも役立つプログラムの実用化が期待できると考えている。
ヘテロ元素の特性を生かしたリビングラジカル重合によるナノ構造分子の精密制御合成

ヘテロ元素-金属交換反応は炭素アニオン種を調製する手法として重要な反応である。これまで14族のスズ、16族のテルル、セレン、17族の臭素、ヨウ素などのヘテロ元素と金属との交換反応が知られている。一方、15族ヘテロ元素のアンチモン、ビスマスの金属との交換反応は報告例が極めて少なく、その反応性について十分な知見が得られていない。本研究では、アンチモンやビスマスの金属との交換反応を検討した。また本反応を、有機アンチモンやビスマス化合物を用いるリビング重合によって合成した、様々な極性官能基を持つ重合体の重合末端へ応用することで、末端変換重合体の創成についても検討を行なった。ω-重合末端にジメチルスチバニル基を有する分子量と分子量分布の制御されたポリメタクリル酸メチルに対し、n-BuLiをTHF中で作用させた後、重塩酸、二酸化炭素、塩化ベンゾイル、ベンズアルデヒド、ヨウ化アリルといった求電子剤を作用させた。その結果、いずれの場合も対応するω-末端変換重合体が選択的に得られた。さらに、ビスムタニル重合末端基を持つ重合体においても、同様の変換反応に成功した。酸性度の高い水素を有する、ポリアクリル酸エステル、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)、ポリ(2-ヒドロキシエチルメタクリレート)においても、金属試薬としてt-Me4ZnLi2を用いることで、金属交換反応が官能基選択的に進行し、続く求電子剤との反応により望みの末端変換重合体が得られた。さらに、本手法を用いて、ビオチンを末端に持つ重合体の合成にも成功した。さらに、ヘテロ元素-金属交換反応におけるヘテロ元素化合物の反応性の違いを明らかにするために、競争反応を行なった。その結果、ビスマス、アンチモン化合物の反応性が、最も反応性の高いことが報告されていたテルル、ヨウ素化合物よりも高いことが分かった。このビスマス、アンチモン化合物の高い反応性が、本変換反応における高い官能基選択性の起源であることが分かった。リビングラジカル重合(LRP)は、分子量や分子量分布といった重合体の構造を精密に制御できる方法である、そのため、高機能性、高付加価値を持つ次世代材料の創生を狙った様々な分野での潜在的な利用が大きく広がってきている。その一方で、既存のリビングラジカル重合法において一般に重合を制御できるのは、重合度が1000程度よすなわち汎用モノマーでは分子量が10万程度までの比較的低分子量の重合体に限られている。そのためご分子量が数十万に及ぶ高分子量の重合体を制御して合成した例は少ない。しかし、高分子に特徴的な特性が発現するためには、一般に分子量が数十万必要であると考えられている。したがって、この領域の分子量を持つ重合体の構造を精密に制御する重合法の開発は極めて重要であった。そこで、本研究では、当研究員の研究グループですでに開発した有機ビスマス化合物を用いるリビングラジカル重合をより高度に制御することを目的に、新規な有機ビスマス重合助触媒の設計と合成について研究を行った。当研究グループですでに得られている知見を基に、嵩高いアリルスルファニル基を持つビスマス化合物を助触媒として新規に開発した。そして、それを、その重合反応の助触媒として用いることで、高分子量領域まで重合反応を高度に制御することに成功した。すなわち、スチレン類、アクリレート類ではそれぞれ20万、280万程度の分子量を持つ超高分子量重合体の合成を精密に制御できた。さらには、重合反応系中における本助触媒の作用機構についても検討を行い、重合反応中で、助触媒は重合末端ラジカルと交換連鎖反応を起こす二とて、重合の制御に寄与していることを明らかにした。本研究の成果は、LRPを用いた材料設計に新しい手法を提供すると共に、高周期ヘテロ元素化合物の基礎的な反応性に重要な知見を与えるものである。我々はすでに、ジテルリド、ジスチビン、および、チオビスムチンといった高周期15,16族ジヘテロ元素化合物が、有機ヘテロ元素化合物を用いる制御/リビングラジカル重合反応の制御向上に有効であることを明らかにしている。そこで、本年度は、さらなる高度な制御の行える触媒の設計、開発を念頭に置き、その化合物および、類似の15、16、17族ジヘテロ元素化合物のラジカル条件下での反応性について、主に理論計算を用いて、系統的に検討を行った。具体的には、置換反応におけるヘテロ元素の効果を定量的に理解することを目的として、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)由来の炭素ラジカルと15、16、17族のジヘテロ元素化合物の置換反応において、ヘテロ元素の違いが反応座標に及ぼす効果ついて計算を行った。なお、計算はDFT密度汎関数法を用いた。例えば、AIBN由来の炭素ラジカルと16族ジヘテロ元素化合物のジメチルジスルフィド、ジメチルジセレニド、ジメチルジテルリドの反応における活性化エネルギーはそれぞれ56、39、29kJ/molであった。この結果は、高周期のヘテロ元素ほど、ラジカルによる置換反応が速いという既知の報告と良く一致していた。一方、反応前後におけるエネルギー変化は、ジスルフィド、ジセレニド、ジテルリドの反応でそれぞれで22、31、41kJ/molであった。以上の結果、ジテルリドとの反応が最も吸熱性が高いことを示していた。この結果はまた、活性化エネルギーが低いもの

ほ吸熱性が大きいことを示しており、Hammondの仮説より予想される反応座標の傾向とは異なるものであった。さらに、諸熊らによって開発された活性化エネルギーのエネルギー分割を行うことで、それらの反応性の違いの起源を明らかした。ヘテロ元素-金属交換反応は炭素アニオン種を調製する手法として重要な反応である。これまで14族のスズ、16族のテルル、セレン、17族の臭素、ヨウ素などのヘテロ元素と金属との交換反応が知られている。一方、15族ヘテロ元素のアンチモン、ビスマスの金属との交換反応は報告例が極めて少なく、その反応性について十分な知見が得られていない。本研究では、アンチモンやビスマスの金属との交換反応を検討した。また本反応を、有機アンチモンやビスマス化合物を用いるリビング重合によって合成した、様々な極性官能基を持つ重合体の重合末端へ応用することで、末端変換重合体の創成についても検討を行なった。ω-重合末端にジメチルスチバニル基を有する分子量と分子量分布の制御されたポリメタクリル酸メチルに対し、n-BuLiをTHF中で作用させた後、重塩酸、二酸化炭素、塩化ベンゾイル、ベンズアルデヒド、ヨウ化アリルといった求電子剤を作用させた。その結果、いずれの場合も対応するω-末端変換重合体が選択的に得られた。さらに、ビスムタニル重合末端基を持つ重合体においても、同様の変換反応に成功した。酸性度の高い水素を有する、ポリアクリル酸エステル、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)、ポリ(2-ヒドロキシエチルメタクリレート)においても、金属試薬としてt-Me4ZnLi2を用いることで、金属交換反応が官能基選択的に進行し、続く求電子剤との反応により望みの末端変換重合体が得られた。さらに、本手法を用いて、ビオチンを末端に持つ重合体の合成にも成功した。さらに、ヘテロ元素-金属交換反応におけるヘテロ元素化合物の反応性の違いを明らかにするために、競争反応を行なった。その結果、ビスマス、アンチモン化合物の反応性が、最も反応性の高いことが報告されていたテルル、ヨウ素化合物よりも高いことが分かった。このビスマス、アンチモン化合物の高い反応性が、本変換反応における高い官能基選択性の起源であることが分かった。
分散制御における「独立設計」と「逐次設計」の統合

本研究の基本課題は,従来、まったく相異なる分散制御系の設計手順として提案されていた「独立設計」と「逐次設計」を,統一的に扱える理論を構築することである.その第一歩として,分散型安定化制御器のパラメトリゼーションについての成果をまとめた.安定化制御器のパラメトリゼーションは,安定化制御器の本質的な自由度を表現し,制御系の性能限界を明らかにする上でそれ自体重要である.このパラメトリゼーションの結果を基に,「独立設計」と「逐次設計」を統合する「繰り返し独立設計」の基本的な枠組みを提案した.この「繰り返し独立設計」という枠組みにおいて,balancing factorを用いることでサブシステムごとに異なる設計の難易度を考慮できることを示した.さらに,balancing factor→0(あるいは∞)の極限で、「独立設計」と「逐次設計」を統一的に扱えることを理論的に示した.これが本研究課題の主要な成果である.さらに,H∞ノルムを評価指標とした分散制御系の設計において,「繰り返し独立設計」の有用性についても成果をまとめた.また,関連研究として,分散制御系が有利とされる耐故障性を考慮した制御器の構造についても研究を行った.耐故障性を有する制御器は行列としてのランクが許容する故障の数に応じて低下する傾向があることを数値例を通して示した.また,状態フィードバックに限定して、ある条件化で低ランクの制御器が得られることを理論的にも明らかにした.分散制御器は常にフルランクであり,低ランク制御器の構造とは本質的に異なる.耐故障性を有する制御系の低ランク特性は分散制御器の耐故障性における優位性を揺るがす成果でもあり,今後の進展が期待される研究課題である.本研究の基本課題は,従来、まったく相異なる分散制御系の設計手順として提案されていた「独立設計」と「逐次設計」を,統一的に扱える理論を構築することである.その第一歩として,分散型安定化制御器のパラメトリゼーションについての成果をまとめた.安定化制御器のパラメトリゼーションは,安定化制御器の本質的な自由度を表現し,制御系の性能限界を明らかにする上でそれ自体重要である.このパラメトリゼーションの結果を基に,「独立設計」と「逐次設計」を統合する「繰り返し独立設計」の基本的な枠組みを提案した.この「繰り返し独立設計」という枠組みにおいて,balancing factorを用いることでサブシステムごとに異なる設計の難易度を考慮できることを示した.さらに,balancing factor→0(あるいは∞)の極限で、「独立設計」と「逐次設計」を統一的に扱えることを理論的に示した.これが本研究課題の主要な成果である.さらに,H∞ノルムを評価指標とした分散制御系の設計において,「繰り返し独立設計」の有用性についても成果をまとめた.また,関連研究として,分散制御系が有利とされる耐故障性を考慮した制御器の構造についても研究を行った.耐故障性を有する制御器は行列としてのランクが許容する故障の数に応じて低下する傾向があることを数値例を通して示した.また,状態フィードバックに限定して、ある条件化で低ランクの制御器が得られることを理論的にも明らかにした.分散制御器は常にフルランクであり,低ランク制御器の構造とは本質的に異なる.耐故障性を有する制御系の低ランク特性は分散制御器の耐故障性における優位性を揺るがす成果でもあり,今後の進展が期待される研究課題である.制御性能の評価関数を考慮しない安定化問題についての「独立設計」と「逐次設計」を統合する「繰り返し独立設計」の基本的な枠組みについて研究を行った.さらに,制御性能の評価関数としてH_∞ノルムを採用した場合の「繰り返し独立設計」についても研究を行った.特に,下記2点が今年度の成果である.1.基本となる分散型安定化制御器のパラメータ表示において,中心的な役割を果たす仮想対角システムの物理的な性質を明らかにし,雑誌論文としてまとめ,掲載された.2.安定化問題についての「繰り返し独立設計」の基本的な枠組みを完成させ,雑誌論文として投稿した.(現在投稿中)2.において提案した繰り返し設計の枠組みは,従来の二つの設計思想を完全に統合するものであり,大きな成果と考えられる.また,制御性能を考慮した場合の統合に関しては,代表的な制御性能の指標であるH_∞ノルムを評価関数として導入した場合には完全な統合ができず,制約付きの(数学的には条件付の)統合が可能なことも示し,従来提案されていた方法をほぼ包含する設計手順も提案した.また,関連研究として,分散制御系が有利とされる耐故障性について着目し,耐故障性を考慮した制御器の構造についても研究を行った.耐故障性を有する制御器は行列としてのランクが許容する故障の数に応じて低下する傾向があることが数値例を通して確認された.分散制御器は一般にフルランクであり,ランクの低下を生じない.これら結果は分散制御器の耐故障性における優位性に疑問をはさむ内容であり興味深い.制御性能の評価関数を考慮しない安定化問題について、「独立設計」と「逐次設計」を統合する「繰り返し独立設計」の基本的な枠組みについて研究を行った.さらに,制御性能の評価関数としてH_∞ノルムを採用した場合の「繰り返し独立設計」についても研究を行った.特に,下記2点が今年度の成果である.1.サブシステムごとに異なる設計の難易度を考慮するためにbalancingfactorを用いることを提案した.

そしてその有効性だけでなく、balancing factor→0の極限で、従来、まったく相異なる設計手順として提案されていた「独立設計」と「逐次設計」を「繰り返し独立設計」という枠組みで統一的に扱えることを示した.2.H_∞ノルムを評価指標とした設計問題においても、balancing factorが設計において有効であることを示した.上記2点の成果をまとめ、雑誌論文として投稿した.(現在投稿中、条件付採録決定済み)1.において提案した繰り返し設計の枠組みは,従来の二つの設計思想を完全に統合するものであり,大きな成果と考えられる.また,2.においては,代表的な制御性能の指標であるH_∞ノルムを評価関数として導入した場合には完全な統合ができず,制約付きの(数学的には条件付の)統合が可能なことも示し,従来提案されていた方法をほぼ包含する設計手順も提案した.また,関連研究として,分散制御系が有利とされる耐故障性を考慮した制御器の構造についても研究を行った.耐故障性を有する制御器は行列としてのランクが許容する故障の数に応じて低下する傾向があることを従来、数値例を通して示していた.今年度は低ランク性がゲインの低下にも関わっていることを示し、二重の意味で高信頼性を達成することを明らかにした.(国際学会発表済み)制御性能の評価関数を考慮しない安定化問題について、「独立設計」と「逐次設計」を統合する「繰り返し独立設計」の基本的な枠組みについて研究を行った.さらに,制御性能の評価関数としてH_∞ノルムを採用した場合の「繰り返し独立設計」についても研究を行った.特に,下記2点が今年度の成果である.1.サブシステムごとに異なる設計の難易度を考慮するためにbalancingfactorを用いることを提案した.そしてその有効性だけでなく、balancing factor→0の極限で、従来、まったく相異なる設計手順として提案されていた「独立設計」と「逐次設計」を「繰り返し独立設計」という枠組みで統一的に扱えることを示した.2.H_∞ノルムを評価指標とした設計問題においても、balancing factorが設計において有効であることを示した.上記2点の成果は雑誌論文として採録された(2007年4月掲載予定、電子版は公開済み).1.において提案した繰り返し設計の枠組みは,従来の二つの設計思想を完全に統合するものであり,大きな成果と考えられる.また,2.においては,代表的な制御性能の指標であるH_∞ノルムを評価関数として導入した場合には完全な統合ができず,制約付きの(数学的には条件付の)統合が可能なことも示し,従来提案されていた方法をほぼ包含する設計手順も提案した.また,関連研究として,分散制御系が有利とされる耐故障性を考慮した制御器の構造についても研究を行った.耐故障性を有する制御器は行列としてのランクが許容する故障の数に応じて低下する傾向があることを従来、数値例を通して示していた.今年度は状態フィードバックに限定して、ある条件化で低ランクの制御器が得られることを理論的に明らかにした.(国際学会発表済み)
全身疾患と歯周病罹患に関する疫学調査

歯周病と全身疾患、なかでも糖尿病・動脈硬化症・骨粗鬆症・高血圧、の疫学調査の調査項目および調査方法について検討し以下のように決定した。3)糖尿病の検査項目は罹患年数(糖尿病初診からの年数)・HbA_<1C>・空腹時血糖値(FBS)・空腹時インシュリン濃度(FIRI)・随時血糖値・HOMA-R(インシュリン抵抗性の指標)として、血液検査はTNF-αを行う。5)調査検体数はコントロール群と患者群それぞれ1研究機関当り20人とする。6)血液検査項目の各種サイトカインの測定はセンター化するものとし、新潟大学・岡山大学・広島大学が分担して行うものとする。上記の要領で平成14年度から疫学調査を行うことを検討会で決定した。また、疫学調査の実施に関して平成14年度科学研究費補助金への申請を行った。
斑点ぬれ雪の生成メカニズムの解明

2015/16年冬季から2017/18年冬季までの3冬季にわたり,北見市,新潟市,金沢市にて斑点ぬれ雪の生成過程の観察を実施した結果,斑点ぬれ雪の生成時には,水飽和した濡れ雪に含まれている小さな気泡はほぼ数分以内に合体して,直径1cm以上の大気泡が形成され,それが白い斑点となることがわかった。この過程では白い斑点は浮いており,数cm程度水平方向に移動することもわかった。また,弾性理論に基づき,白い斑点のパターン形成を検討した結果,白い斑点の間隔は濡れ雪の厚さの3/4乗,濡れ雪のヤング率の1/4乗に比例して長くなり,重力加速度の大きさの1/4乗に反比例することがわかった。本研究では,透水性のない路面などに積もった雪が濡れ雪となった際に生成される白い斑点模様の生成原理と成長メカニズムを解明するとともに,その結果作られる斑点模様の2次元および3次元空間の特徴を明らかにすることで,雪・水・空気という身近な物質に潜む非平衡熱力学現象を解明することを目的とする。具体的には,1.積雪中に白い斑点模様が形成される条件の解明,2.白い斑点模様の成長メカニズムの解明と理論モデルの構築,3.白い斑点模様の2次元分布の特徴の解明,の3つの課題に取り組んでいる。2015年度は,斑点ぬれ雪に関する公開講演会を以下の講演者,講演タイトルで実施した(2015年6月12日に北見工業大学にて実施)。1)斑点ぬれ雪とは何か?亀田貴雄,2)斑点ぬれ雪の平面分布の特徴原田康浩,3)新潟市での斑点ぬれ雪の観察藤野丈志,4)斑点ぬれ雪の人工生成実験納口恭明,5)斑点ぬれ雪の物理小澤久。ここでは各自3040分程度で,話題提供をした。もう一つの2015年度の活動としては,科学研究費で購入したインターバルカメラを北見市,新潟市,金沢市,東広島市に設置し,斑点ぬれ雪の生成過程および消滅課程を調べた。その結果,金沢市および新潟市にて斑点ぬれ雪生成過程と消滅過程を世界で初めて記録することができた。2015年11月27日の金沢市での観測結果では,1)斑点ぬれ雪の白い斑点部は約1時間半程度で生成される,2)斑点生成時には近くの斑点と合体するため,水平方向に移動する,3)斑点消滅時には,水面に浮いている氷が徐々に融け,その結果,内部の空気が抜けて消滅していくこと,が新たに分かった。本研究課題では,1.積雪中に白い斑点模様が形成される条件の解明,2.白い斑点模様の成長メカニズムの解明と理論モデルの構築,3.白い斑点模様の2次元分布の特徴の解明,の3つの課題に取り組んでいる。これらの課題に関して,2015/16年冬季に金沢市および新潟市で撮影された斑点ぬれ雪の形成過程の動画により,かなり明らかにすることができてきている。ただし,この動画の解析が現時点では不十分なので,該当の評価とした。2016年11月末から2017年3月末まで,北見市,新潟市,金沢市,東広島市で斑点ぬれ雪の観測を実施した。得られた結果について研究会を3回開催し,科研メンバーで検討した。その結果,以下のことが新たにわかった。なお,これらの成果は雪氷研究大会(2016・名古屋)で発表した。なお,これらの成果はすべて世界で初めてわかったことである。1.これまでに観測された斑点ぬれ雪はその生成過程,生成に必要な積雪の種類を考慮すると以下に4つに分類できることがわかった。すなわち,A型(積雪堆積直後に生成,比較的広範囲な領域に分布することが特徴),B型(厚さ1cm程度の薄い積雪が融雪していく過程で生成。比較的狭い領域に生成されることが特徴),C型(車の通った跡や足跡など,圧雪された積雪で形成される),D型(いったん形成された斑点ぬれ雪が凍結したもの)。2.金沢市および新潟市で撮影された斑点ぬれ雪の形成時のインターバル画像によると,斑点ぬれ雪を形成する小気泡は1分以内に結合して,大気泡を形成することが新たにわかった。また,このとき,小気泡は路面から浮いていることもわかった。3.斑点ぬれ雪が積雪から形成される過程を1枚の図にまとめることができた。4.小気泡が集まって大気泡になる過程を理論的に調べた結果,大気泡間の距離λは,濡れ雪のヤング率E,濡れ雪の厚さh,水の密度ρ,ポアソン比σ,重力加速度gをつかって表すことができる臨界距離λc以上になることがわかった。2015年度冬季,2016年度冬季に北海道北見市,新潟市,金沢市,広島市にて斑点ぬれ雪の生成過程を調べるためにインターバルカメラ,ビデオカメラなどを利用して観測を実施してきた。その結果,斑点ぬれ雪が生成される瞬間をとらえることができた。これは世界で初めの成果である。また,斑点ぬれ雪の分類および斑点ぬれ雪で生成される大気泡の間隔についての理論的な研究も実施しているが,これらも世界で初めての成果である。2016年11月末から2018年3月末まで,北見市,新潟市,金沢市,東広島市で斑点ぬれ雪の生成過程の観測を実施した。

その結果,以下のことが新たにわかった。得られた成果は雪氷研究大会(2016・名古屋)にて4件,雪氷研究大会(2017・十日町)で2件発表した。得られた以下の成果はすべて世界で初めてわかったことである。また,得られた成果について研究会を3回実施し,メンバー全員で検討した。2017年には新潟市と金沢市にて斑点ぬれ雪観察会を実施した。なお,本研究で得られた成果は,今後論文化していき,世界に向けて発信する予定である。1.これまでに観測された斑点ぬれ雪はその生成過程,生成に必要な積雪の種類を考慮すると以下に4つに分類できることがわかった。すなわち,A型(積雪堆積直後に生成,比較的広範囲な領域に分布することが特徴),B型(厚さ1cm程度の薄い積雪が融雪していく過程で生成。比較的狭い領域に生成されることが特徴),C型(車の通った跡や足跡など,圧雪された積雪で形成される),D型(いったん形成された斑点ぬれ雪が凍結したもの)。2.金沢市および新潟市で撮影された斑点ぬれ雪の形成時のインターバル画像によると,斑点ぬれ雪を形成する小気泡は1分以内に結合して,大気泡を形成することが新たにわかった。また,このとき,小気泡は路面から浮いていることもわかった。3.斑点ぬれ雪が積雪から形成される過程を1枚の図にまとめることができた。4.小気泡が集まって大気泡になる過程を理論的に調べた結果,大気泡間の距離λは濡れ雪のヤング率E,濡れ雪の厚さh,水の密度ρ,ポアソン比σ,重力加速度gをつかって表すことができる臨界距離λc以上になることがわかった。2015/16年冬季から2017/18年冬季までの3冬季にわたり,北見市,新潟市,金沢市にて斑点ぬれ雪の生成過程の観察を実施した結果,斑点ぬれ雪の生成時には,水飽和した濡れ雪に含まれている小さな気泡はほぼ数分以内に合体して,直径1cm以上の大気泡が形成され,それが白い斑点となることがわかった。この過程では白い斑点は浮いており,数cm程度水平方向に移動することもわかった。また,弾性理論に基づき,白い斑点のパターン形成を検討した結果,白い斑点の間隔は濡れ雪の厚さの3/4乗,濡れ雪のヤング率の1/4乗に比例して長くなり,重力加速度の大きさの1/4乗に反比例することがわかった。2015/16年冬季の観測成果の状況報告会を北見工業大学にて開催し,研究メンバー内での観測成果の共有化を図る。また,斑点ぬれ雪の生成過程および消滅過程についての動画の解析を進め,白い斑点模様の生成メカニズムの解明と理論モデルの構築を実施する。また,2016/17年冬季の観測を北見,新潟,金沢にて実施し,斑点ぬれ雪の生成過程の動画をさらに撮影する。2017年度冬季もこれまでの2冬季と同様な観測を実施する予定である。また,2017年度は科研の最終年度なので,これまでの成果を論文としてまとめる。また,斑点ぬれ雪の人工生成実験については実施が遅れているので,これも実施していく。雪氷学斑点ぬれ雪は冬季に形成されるため,2015年度の観測は2015年11月から2016年3月に実施した。そのため,斑点ぬれ雪の画像を解析するためのパソコンの購入が2015年度内に間に合わなくなってしまった。購入した物品が予定よりも安く購入できたため。斑点ぬれ雪の画像解析のためのパソコンを購入予定である。次年度に実施する研究会の旅費の一部として使用する。