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日本に越境汚染するススの降下量評価と化学的特徴

ススの化学的特徴と降下量を、毎週集められた降雨に対しイオンクロマトグラフによって、そして濾過したススに対して重量天秤によって評価した。我が国に降下するススの量はいままでほとんどわかっていなかった。試料は青森県弘前市で一年間集めた。ススの降下量は、いままで黄砂に対して報告されていた降下量にほぼ相当する量を測定できた。毎週集めた降下物試料中の塩化物イオン濃度と試料中ススの降下量の間に関係が見られ、海から運ばれる海塩の量と大陸から運ばれるススの量が比例している。このことは冬の西寄りの季節風によってススと塩化物イオンの両者が運ばれ、すなわちススが中国大陸から由来していることを示している。この観測結果の考え得る理由についてさらに詳細に議論していかなければならない。ススの降下量と風向きの関係を検証するためには日本海上でスス試料を採取するべきであろう。本研究室では以前から酸性雨の影響評価を行っており、雨のみならず土壌や河川水にも影響が及んでいることを示してきた。その中で残雪中のスス量が無視できない量で存在することは以前から把握していたところであった。しかし、我が国に降下する冬期越境汚染物質であるススの降下量はほとんど調査されておらず、その詳細については、いままでほとんどわかっていなかった。そこで、ススの化学的特徴と降下量を、毎週集められた降雨に対しイオンクロマトグラフを用いることによって評価した。さらに濾過したススに対して重量天秤によって評価した。なお、これら分析に用いた試料は、青森県弘前市周辺のいわゆる津軽地域のいくつかの地点において、一年間にわたって収集したものである。また、冬期においては降雪および積雪を同地域において採取し、同様の評価を実施した。この冬期間の試料採取作業については、本学が東北地方の多雪地域に立地しているという地理的条件が有利に働き、豊富な試料を得ることができた。以上の分析結果から、ススの降下量は、いままで黄砂に対して報告されていた降下量にほぼ相当する量を測定できた。また、降下物中の塩化物イオン濃度とスス試料の降下量の間に関係が見られている。採取地点から西側の我が国には明らかなススの発生源がないことから、このことは季節風によって海から運ばれる海塩の量と、大陸から運ばれるススの量が比例していることを示している。
ケニア農村地域における女性高齢者ケアに関する人類学的研究

本研究は、将来急激な高齢化を迎えるとされるアフリカ社会において、現在の高齢者ケアの実態を解明することを目的として、現地での調査を行った。本調査では、2つの地域(西ケニアのキシイ県、東ケニア・海岸部のクワレ県)での女性の高齢者を対象に、人類学的手法を用いた質的な調査と、運動量や歩数をカウントするライフコーダという運動習慣測定器を用いて高齢者の生活を量的に把握するという二つの手法を用い、データ収集を行った。クワレ県においては60歳以上の女性高齢者30名に対して継続的に訪問を行うことで、高齢女性に対するケアの実態を把握することができた。これら研究成果については、論文や国内外の学会にて報告された。今年度は二つの地域で調査を開始した。一つはキシイ県(ケニア西部)、もう一つはクワレ県(ケニア海岸部)である。両地域で高齢者(60歳以上)の女性を対象に世帯調査、聞き取り調査を行った。またキシイ県では調査対象の5名の女性の協力を得て、試験的に運動量測定器(ライフコーダ)を用いる量的調査を試み、1週間の生活記録を追った。クワレ県では約20名の女性に対し、聞き取り調査を行い、運動量測定は来年度に実施予定である。ケニアにおける調査許可書取得に時間がかかるようになり、当初の予定よりも調査開始がやや遅れたが、おおむね順調に調査は進んでいる。本調査では、女性高齢者の生活についての状況を把握するために、本人への聞き取りの他にも実際にケアをしている家族にもインタビューを行った。ケニアにおける調査許可書取得の方針が2014年に大きく変更になったため、今回の調査申請にもかなり時間がかかることとなった。しかし8月、3月とケニアの現地調査を実施することができ、おおむね順調に進展している。調査の基礎となるとなるのがHDSS(Health Demographic Surveillance System:人口登録・動態追跡調査システム)であるが、当初はビタ県を想定していたがそれが困難となり、クワレ県に変更をした。両地域にて調査実施が可能となっており、ケニア国内における二か所の地域にて高齢者女性の生活状況の把握ならびに比較を行う点では、大きな問題は無い。本研究では、二ヵ所(クワレ県、キシイ県)における高齢女性を対象とし、昨年度の課題だった調査許可書も大統領府ならびに各県でも取得することができた。クワレ県ではライフコーダ(生活習慣測定器)を用いた本調査を終えることができ、キシイ県では予備調査を終え、概ね順調に進展している。クワレ県での調査からは、農村部における女性の健康問題、社会問題を把握することができた。例えば娘や息子が都会や海外に出稼ぎに行き、一人住まいをしている高齢女性や、寝たきり高齢者の世話を女性(娘や嫁)が行い、彼女らの身体的負担にもなっている。高齢者のケアは家族が行うべき、という社会的な認識があるものの、現実的には、高齢者の増加に伴って、ケニアでも徐々にケアの課題があることが浮かび上がってきた。研究成果の点では、クワレ県における調査結果を国内外の学会等で発表をし、論文についても執筆することができた。文化人類学における高齢者を対象とする研究も少なく、またアフリカにおける高齢者対策はまだ進んでいないことから、本研究の発表(アフリカフォーラム/於:ウガンダ・マケレレ大学等)によって、アフリカ各国の研究者の関心を集めることとなり、今後のアフリカ諸国における研究者との連携に寄与した。本研究では二ヵ所を対象としており、クワレ県ではライフコーダ(生活習慣測定器)を用いた量的調査を実施できた。しかしキシイ県では、調査許可書を取得するのに時間がかかり、予備的調査しか実施できなかった。クワレにおけるライフコーダを用いた調査では、この器具の特性から約2週間程度の日数が必要であり、また毎日装着についてチェックをする必要があった。クワレ県での経験から、ケニアで実施する際の注意点について把握できたため、キシイ県での実施の際には、それら注意点に留意し実施する。本研究では、急激に起こることが予想されているアフリカでの高齢化に対して、現状の人々の生活状況把握のために、特に農村部の女性にターゲットを当てながら、人類学的な調査研究を行った。特徴としては、農村への女性のインタビューや参与観察といったフィールドワークを行う一方で、ライフコーダという生活習慣測定器を用い、運動量や歩数、強度などを測る量的な調査を並行して行い、女性たちの生活を質的・量的に分析することを試みた点であった。本研究の対象地域は、東アフリカ・ケニアのクワレ・カウンティという海岸部の農村と、キシイ・カウンティというケニア西部の内陸の農村の二つのエリアであった。クワレの方は、現地で行われているHDSS(Health Demographic Surveillance System:人口動態登録システム)をベースに行ったため、約30名の高齢女性(60歳以上)にスムーズにアクセスできた。またライフフコーダについてもデータ収集を行うことができた。しかしキシイの方は調査許可書取得に時間がかかり、ライフコーダについても当初予定していた数(30名)よりも少ない数となり、データ収集や分析はクワレを中心に行った。これまでケニアでは、特に農村においては伝統的には家族が高齢者のケアをすると考えられていた。しかし今回の調査からは、近年の都市化や出稼ぎなどの社会現象もあり、独居状態にある高齢者や、物理的や経済的なサポートがないなどのケースもあった。

また認知症や寝たきりなどの高齢者も存在するが、公的なケアや家族へのサポートなどは皆無である。ケニアでは2017年より全国に高齢者への年金支給が始められることとなったが、その情報も地方の農村には行きわたっていないなど、情報アクセスの課題も明らかとなった。これら調査結果は、論文や国際学会で発表された。本研究は、将来急激な高齢化を迎えるとされるアフリカ社会において、現在の高齢者ケアの実態を解明することを目的として、現地での調査を行った。本調査では、2つの地域(西ケニアのキシイ県、東ケニア・海岸部のクワレ県)での女性の高齢者を対象に、人類学的手法を用いた質的な調査と、運動量や歩数をカウントするライフコーダという運動習慣測定器を用いて高齢者の生活を量的に把握するという二つの手法を用い、データ収集を行った。クワレ県においては60歳以上の女性高齢者30名に対して継続的に訪問を行うことで、高齢女性に対するケアの実態を把握することができた。これら研究成果については、論文や国内外の学会にて報告された。二つの地域において質的な調査については情報を得られたため、平成28年度はライフコーダを用いた量的調査を展開する。二つの地域にて約30名ずつの協力者にライフコーダの装着、ならびに日々の活動履歴について記述を依頼し、高齢者の生活把握に務める。これら調査データをまとめる。今年度はキシイ県でのライフコーダを用いた量的調査を実施するとともに、インタビューなどの質的な調査を本格的に実施する。またクワレ県でのフォローアップ調査を行う。本年度は最終年度となるため、それら研究成果について学会での発表、論文執筆を進める。社会人類学今年度(平成27年度)は調査許可書取得に時間がかかったことと、初年度のためまだ予備的な調査段階であることから、物品の購入が少なかった。本年度は本格的に量的な調査を始めたため、データ収集のための物品費の購入が多く、ほぼすべての予算を調査関連で支出をした。残額は8,000円であり、来年度の旅費等への支出に充てる。平成28年度からは二つの地域で量的な調査を行うため、初年度の繰り越し分について使う予定。来年度は最終年度であるが、主にフィールド調査、ならびに学会発表等で旅費の支出を予定している。
ガラス基板表面濡れ性のレーザ改質による液滴自己輸送能力を有する表面微細流路加工

本研究では,シランカップリング剤により疎水化された石英基板表面にレーザを照射することにより,濡れ性を選択的,局所的に改質することに成功した.水接触角は約40から100°に分布し,その際の基板の形状やあらさ変化,光学特性変化は見られなかった.この改質はレーザの熱影響による表面官能基の脱離,分解であることを明らかにした.また,基板表面に残留した官能基の量と水接触角には相関が見られた.濡れ性の局所改質を利用し,表面流路を形成した.これは疎水性の表面の一部を親水化し,その部分を疑似的に流路とする技術である.さらに,段階的に濡れ性を変えることで,この表面流路に液滴の自己輸送能力を付与することに成功した.本年度は,本課題のベースとなる,ガラス表面を効果的に改質するレーザ条件の検討および濡れ性の評価,改質メカニズムの解明を行った.レーザは波長9.3μmの炭酸ガスレーザマーカを使用した.基板は,計画ではホウケイ酸ガラスを用いることを予定していたが,熱によるクラックの発生が生じたため,より耐熱性の高い溶融石英基板を併用して使用することとした.最初に洗浄のみのガラス基板にレーザ照射を行いその変化について観察した.1.5Wまでの照射エネルギでは表面形状の変化はみられなかったが,水の接触角を測定したところ,接触角の低下が見られた.また,フーリエ変換赤外分光法により水酸基について分析したところ,照射後には水酸基の増加が見られ,この官能基の変化によりに濡れ性が変化したことが示唆された.一方で,処理前のガラス自身の接触角が安定しないこと,処理後の官能基の状態が不安定であり時間と共に機能が消失するといった問題が明らかとなった.そこで,市販のシランカップリング剤を用い,ガラス基板表面を疎水化処理した後に,レーザによる表面改質を行うこととした.シランカップリング剤は二種類用い,それぞれフルオロ基とジメチル基を付与するものである.シランカップリング後の接触角はいずれも90度前後となり,もとのガラス基板に対し大きい値を安定して示した.その後,レーザを照射したところ,レーザの照射エネルギ,走査速度に応じて20100度までの広い接触角領域を達成することに成功した.また,この改質は1週間以上保持することを確認した.このシランカップリング剤を用いた濡れ性の制御法により,液滴の自己輸送能力を有する流路の形成に成功した.今後,より微細な流路の形成や,マスクレスパターニング法への展開も検討している.本研究は,ガラス基板表面をレーザにより局所改質することで,溝加工を伴わない表面微細流路および液滴の自己輸送を実現することを目的とした.レーザは波長9.3μmの炭酸ガスレーザマーカを使用し,基板は耐熱性の高い溶融石英基板を用いた.石英基板の初期接触角の安定性向上と改質による効果の時間的寿命の向上を目的に,石英基板にシランカップリング剤による表面処理を行った.これは石英表面に疎水性のCF3基または(CH3)2基を導入することで,水接触角100°前後に整える効果がある.ここに炭酸ガスレーザを照射すると,レーザ出力や操作速度に依存し接触角は20100°の幅広い範囲で制御可能となった.さらにこの効果は半年以上の持続性があることも確認した.加熱炉による基板加熱を行うと一定の温度で接触角の減少が見られることから,本改質は熱的な作用によるものと推定した.また,接触角変化が疎水基の減少によるものであることを,X線光電子分光法により確認した.提案する改質法が表面官能基の変化のみに由来し,物理的な加工を伴わないことを,改質後表面の形状測定と可視光透過率測定により示した.走査型プローブ顕微鏡で表面形状を観察した結果,最も接触角変化の大きい試料でも,改質前後の表面形状や表面粗さに有意な差は見られなかった.また,紫外・可視分光光度計で透過率測定を行った結果,波長400900nmの範囲で透過率は約93%であり,改質による影響は見られなかった.濡れ性の制御により,溝加工を伴わない表面微細流路の作製を行った.0.5mmピッチで照射条件を変え,段階的に接触角を変化させることで,液滴の自己輸送能力を発現した.以上より,本研究ではダストフリーで石英基板の特性を維持したまま自己輸送能力を有する微細流路形成に成功し,新しい微細流路形成技術につながる成果が得られた.本研究では,シランカップリング剤により疎水化された石英基板表面にレーザを照射することにより,濡れ性を選択的,局所的に改質することに成功した.水接触角は約40から100°に分布し,その際の基板の形状やあらさ変化,光学特性変化は見られなかった.この改質はレーザの熱影響による表面官能基の脱離,分解であることを明らかにした.また,基板表面に残留した官能基の量と水接触角には相関が見られた.濡れ性の局所改質を利用し,表面流路を形成した.これは疎水性の表面の一部を親水化し,その部分を疑似的に流路とする技術である.

さらに,段階的に濡れ性を変えることで,この表面流路に液滴の自己輸送能力を付与することに成功した.当初の計画通りガラス基板の濡れ性の局所制御に成功した.また,計画ではガラス基板にレーザを照射するのみで改質を行う予定であったが,より安定した,かつ濡れ性の制御範囲の広い改質を実現するために,シランカップリング剤を採用しその効果も確認した.改質のメカニズムについてはX線光電子分光法により,詳細に表面の官能基の変化について分析を行い,濡れ性の変化が主に表面の官能基変化に起因する物であることを明らかにした.アプリケーション面でも,単純流路の形成のみならず,27年度に計画していた自己輸送能力を有する流路についても実現に成功した.また,研究結果について,1月にレーザー学会で招待講演を行った.また,来年度9月に機械学会で発表予定,投稿論文についても現在準備中で有り,計画通りに進行している.表面工学,材料加工ガラス基板表面での液滴自己輸送能力まで確認したので,次のアプリケーションとして液滴や微粒子スラリーの自己アライメントについて検討する.これは,蛍光性ナノ粒子スラリーを用いることで検討を進め,将来的には流路応用のみならず,マスクレスパターニング技術への発展に挑戦するものである.また,これまでの検討はすべて純水で行っている.マスクレスパターニングも含め,流路デバイスでは多様な液体に対応する必要があるため,今後は液体の種類による効果の違いについても検討を行う.主に有機溶剤やグリセリンを調整した様々な粘度の液体について実験を行う.より微細な流路やパターニングを実現するには,現在の赤外波長ではなく,より短波長のレーザを使用する必要がある.吸収波長の問題により,ガラスでは可視光波長の適用が難しいため,シリコン基板を用い,微細な濡れ性制御についての研究も実施する予定である.
ウロプラキンIII-delta4を分子マーカーとした間質性膀胱炎の新規診断法の開発

尿路上皮細胞特異的膜蛋白で、尿路上皮粘膜Barrier分子として膀胱粘膜の保護に重要な役割を果たしているuroplakinの分子種の一つであるuroplakinIII(以下UPIII)のexon 4を欠くsplicing variantであるuroplakinIII-delta 4(以下UPIII-d4)の間質性膀胱炎(interstitial cystitis、以下IC)における病因論的意義を明らかにし、診断マーカーとしての有用性を明らかにする目的で本研究は計画された。患者膀胱粘膜を含む組織サンプルにおけるmRNAレベルでの解析では、UPIIIとともにUPIII-d4の高い発現がみられた。UPIII-d4は正常膀胱粘膜には発現していなかった。組織サンプルを採取したIC患者を膀胱内視鏡所見から潰瘍型と非潰瘍型に分けて解析すると、非潰瘍型に有意に発現が高かった。そこで、UPIII-d4特異的配列を使用して複数種類のラット、およびマウス抗体を作成し、その中からUPIII-d4特異性が高く、検出感度の高かったマウスモノクローナル抗体を用いて、タンパクレベルでの解析を行った。その結果、膀胱組織サンプルでは全体の陽性率が26/ 46(57%)、潰瘍型43%、非潰瘍型80%とやはり非潰瘍型ICに有意に高率に発現がみられた。しかし、潰瘍型IC患者から採取した膀胱組織サンプルでは、粘膜の剥脱が目立ったため組織学的評価に供せないサンプルが数多く見られたことから、サンプリングバイアスの可能性があった。次に、IC患者尿中の剥離細胞を採取し、RT-PCR法を用いてUPIII-d4 mRNAの検出を試みた。RT-PCRの感度の問題から陽性率は8/ 33と低かったが、陽性例は潰瘍型5例、非潰瘍型3例とむしろ潰瘍型で多い結果となった。以上の結果から、UPIII-d4の発現は非潰瘍型ICに特化した現象ではないことが明らかになった。UPIII-d4はICの診断マーカーとして有用である可能性が高いが、組織学的診断への応用の際、潰瘍型ICでは偽陰性の可能性が高いことに留意する必要があると考えられた。尿サンプルによる非侵襲的診断の確立のためには、診断感度をさらに上昇させる必要がある。UPIII-delta4の大腸菌リコンビナントをマウス、ラットに免疫し、UPIII-delta4に反応する抗体を多数取得した。その中から全長UPIIIに反応せず、バリアントであるUPIII-delta4に特異的に反応する抗体を選別するため全長UPIIIまたはUPIII-delta4強制発現細胞のサンプルを用いてWesternブロットによる反応性を確認した。その結果、delta4特異的な反応性を示す抗体産生ハイブリドーマがマウスで4種、ラットで33種確認された。単離されたモノクローナル抗体に対して、非潰瘍型間質性膀胱炎患者の膀胱生検組織を陽性検体、正常膀胱粘膜および膀胱癌組織を陰性検体として、一次スクリーニングを行った。その結果、マウスモノクローナル抗体6と14が良好な染色性と識別性を有することが判明した。次に、間質性膀胱炎患者の水圧拡張時に採取した膀胱粘膜51検体に対して免疫組織化学的解析を行った結果、非潰瘍型で92%(23/25)の高率で染色像が確認された。

潰瘍型は17%(1/6)であった。非潰瘍型間質性膀胱炎の膀胱粘膜では非常に高率にUPIII-d4が上皮全体もしくは上層優位に発現が認められたが、潰瘍型検体においては、陽性発現は1/6と低率であった。潰瘍型では上皮剥脱のため、評価できない検体が20例あったため、潰瘍型に関して判定可能なサンプル数を増やし、現在解析中である。また、間質性膀胱炎患者尿中剥離細胞より抽出したmRNAに対してUPIII-delta4特異的プライマーを用いたRT-PCRによる検出系の開発を開始した。21例の潰瘍型患者膀胱組織検体を追加採取し、サンプル6のマウスモノクロ抗体で解析した。その結果、上皮剥脱がなく判定可能であった13例中7例でUPIII-d4陽性、6例が陰性であった。これまでのすべての症例のUPIII-d4抗体による免疫染色結果を総括すると、73症例の膀胱組織サンプルを解析し、46症例で上皮剥脱なく判定可能で、判定不能例は非潰瘍型1/26、潰瘍型26/47であった(潰瘍型では正常に見える粘膜にも水圧拡張後に粘膜を採取すると上皮剥脱が高頻度であった。)UPIII遺伝子のエクソン4周辺について一塩基多型の有無の解析を試みたがその後中断した。免疫染色による組織サンプルの解析結果を踏まえ、患者尿中に剥脱する細胞の解析を遺伝子解析に先んじて進める必要があると判断し、間質性膀胱炎(IC)患者尿、健常人尿、膀胱がん患者尿、尿路感染症患者尿を採取し、RT-PCR法にてmRNA検出を試みた。その結果、IC患者29症例の尿中剥離細胞からmRNA抽出に成功し、うち7例(24%)でUPIII-d4陽性細胞を検出した。陽性率は非潰瘍型13%(2/15)、潰瘍型36%(5/14)であった。これらの結果を要約すると、UPIII-d4は蛋白レベルでもIC患者膀胱上皮に発現しており、非潰瘍型で陽性率が高いものの潰瘍型でも陽性例が見られ、決して非潰瘍型特異的とは言えないと考えられた。尿中の剥離細胞におけるUPIII-d4を指標とした診断はICの確定診断のための有力なマーカーになりうると期待された。)このような結果から、患者尿中には相当量の剥離細胞が含まれていると想定されたため、水圧拡張前の患者尿を採取し、UPIII-d4特異的プライマーを用いたRT-PCR法でUPIII-d4 mRNAの検出を試みた。尿サンプルは、自然尿以外に水圧拡張前の膀胱内を生理的食塩水で洗浄したサンプルも使用した。これまでに50症例で尿サンプルの採取を行い、内因性コントロールの発現の良好であった33例でUPIII-d4のRT-PCRを行い、8例(24%)でUPIII-d4 mRNAが検出された。
非侵襲センシングによる細胞シート結合度評価

当該研究課題では、細胞シート工学をベースとした再生医療を推進する上で欠かせない、細胞シートの結合度評価手法の構築とその応用について研究を実施した。当該年度は以下の2つの課題を実施した。1.口腔粘膜上皮細胞シート空気暴露後の液体培地挙動と粘膜形成解析当該年度までに構築した空気噴流を用いた結合度評価手法の口腔粘膜シート上皮細胞シートの濡れ性評価への応用性を検討した。空気噴流によって一時的に液体培地を除去した後、再度、細胞シート表面を液体培地が覆う際の挙動を観察し、濡れ回復の速さと細胞シートの組織学的解析結果と比較した。細胞シートは、ラット口腔から採取した粘膜上皮細胞を温度応答性セルカルチャーインサート上で培養し作製した。培養条件として無血清培養系と血清培養系を準備した。実験の結果、無血清培養系の細胞シートでは濡れの回復挙動が遅く、血清培養系では逆に濡れの回復が高速であった。これまでの研究で粘膜形成の有無がその要因であることはわかっていたものの、原因となるタンパク質や遺伝子が不明であった。DNAマイクロアレイによる遺伝子解析の結果、血清培養系では粘膜を構成するmucin4 (MUC4)の発現量が無血清培養系に比べて100倍以上高いことが分かった。この結果をもとに、MUC4に対する細胞シート切片の免疫組織化学を行ったところ、血清培養系の細胞シートの表側のみにMUC4の発現が認められた。以上から、血清の有無に起因するMUC4の発現の違いが細胞シートの濡れ性の違いにつながったと考察している。2.細胞シート移植デバイス当該年度までに構築した空気噴流印加手法を細胞シートの移植デバイスに応用した。本デバイスは、真空吸着によって細胞シートの脱落を抑制し、移植時には空気噴流によって細胞シートを噴射し移植するものである。ミニブタを対象とした実験結果から、本デバイスを用いることで、従来法のPVDF膜での移植と比べて、移植作業にかかる時間を半分以下にできることを明らかにした。(抄録なし)本課題では,再生医療で用いられる細胞シートを取り扱う際に重要な指標となる細胞シートの結合度評価を行うことを目的として,本年度は以下の3つの研究課題を実施した.1.顕微鏡下非侵襲弾性計測システムの開発細胞シートを構成する細胞同士の結合や細胞と培養基材との結合度を評価するためのシステムを構築した.本システムは空気噴流を使って非接触力印加を行い,シート表面に生じた変位を顕微鏡の対物レンズの焦点面変位から計測することで,細胞シートに一切触れることなく弾性計測が可能であるという特徴を有する.予備実験としてPDMSを対象として弾性計測実験を行っている.2.細胞シートの弾性計測実験開発した顕微鏡下非侵襲弾性計測システムを用いてラット口腔粘膜上皮細胞シートを対象として実験を行った.実験結果から,細胞シートを覆っている液体培地を非接触的に操作可能であること,力印加時に発生した10μm程度の細胞シート変形を計測したこと,100kPaの圧力で細胞シートが培養皿表面からはがれ破壊することをそれぞれ明らかにした.3.パターン構造を有する細胞シートの作製一般的に細胞シート作製に用いられる細胞は無方向性に増殖するため,細胞シートの弾性や強度に異方性は無いと考えられる.一方,実際の生体組織では部位にとって力学的,化学的な作用により特定の方向にのみ増殖が生じる場合や複数の細胞がパターン構造を作る場合などが見られる.このような部位は細胞間の結合度にも方向性があると考えられる.そこでマイクロコンタクトプリントと呼ばれる手法を用いてパターン構造を有する細胞シートの作成を行った.生体内で弾性繊維を作り出す線維芽細胞のパターニングに成功した.細胞シートの品質評価とその応用を目的として,以下の3つの研究課題を実施した.1.口腔粘膜上皮細胞シート空気暴露後の液体培地挙動と粘膜形成解析本研究では、空気噴流によって一時的に液体培地を除去し、再度、細胞シート表面を液体培地が覆う際の挙動を観察し、濡れの速さと細胞シートの組織学的解析結果と比較した。空気噴流の最大圧力は、初年度の強度試験結果をもとに14kPaとしている。実験の結果、濡れが速かった細胞シート表面は粘膜形成が陽性であり、逆に濡れがほとんど回復しなかった細胞シート表面には粘膜が形成されていなかった。2.経内視鏡的細胞シート移植デバイス内視鏡先端にφ1mm程度の通気口が設けられた10×8mmの楕円状のデバイスを取り付け、真空吸着によって細胞シートの脱落を抑制し、移植時には空気噴流によって細胞シートを噴射し移植を行う手法を開発した。細胞シートの強度試験結果をもとに空気噴流の圧力を設定した。本デバイスを用いることで、従来法のPVDF膜での移植と比べて、移植作業にかかる時間を平均して半分以下にできることを明らかにした。3.パターン構造を有する共培養細胞シートの作製複数細胞の共培養環境においては、単一種類細胞の培養環境とは異なり、細胞間の相互作用が生じることが知られている。このような共培養環境における力学的特性への影響を評価するために、複数種類の細胞のパターンを有する細胞シートを作製するための基礎研究を行った。複数の細胞接着分子のパターンが10μmオーダの位置精度で塗布された培養基材の開発に成功した。1.口腔粘膜上皮細胞シート

空気暴露後の液体培地挙動と粘膜形成解析当該年度までに構築した空気噴流を用いた結合度評価手法の口腔粘膜シート上皮細胞シートの濡れ性評価への応用性を検討した。空気噴流によって一時的に液体培地を除去した後、再度、細胞シート表面を液体培地が覆う際の挙動を観察し、濡れ回復の速さと細胞シートの組織学的解析結果と比較した。細胞シートは、ラット口腔から採取した粘膜上皮細胞を温度応答性セルカルチャーインサート上で培養し作製した。培養条件として無血清培養系と血清培養系を準備した。実験の結果、無血清培養系の細胞シートでは濡れの回復挙動が遅く、血清培養系では逆に濡れの回復が高速であった。これまでの研究で粘膜形成の有無がその要因であることはわかっていたものの、原因となるタンパク質や遺伝子が不明であった。DNAマイクロアレイによる遺伝子解析の結果、血清培養系では粘膜を構成するmucin4 (MUC4)の発現量が無血清培養系に比べて100倍以上高いことが分かった。この結果をもとに、MUC4に対する細胞シート切片の免疫組織化学を行ったところ、血清培養系の細胞シートの表側のみにMUC4の発現が認められた。以上から、血清の有無に起因するMUC4の発現の違いが細胞シートの濡れ性の違いにつながったと考察している。2.細胞シート移植デバイス当該年度までに構築した空気噴流印加手法を細胞シートの移植デバイスに応用した。本デバイスは、真空吸着によって細胞シートの脱落を抑制し、移植時には空気噴流によって細胞シートを噴射し移植するものである。ミニブタを対象とした実験結果から、本デバイスを用いることで、従来法のPVDF膜での移植と比べて、移植作業にかかる時間を半分以下にできることを明らかにした。当初の計画どおり,細胞シートを対象とした非侵襲計測実験を完了し,加えて新たな計測対象としてのパターン構造を有する細胞シートの作製のための基礎実験を完了しているため.当初の計画どおり,細胞シートの非侵襲品質評価法を構築し、加えて細胞シートの強度評価データをベースとした細胞シートの移植デバイス開発に発展しているため。現在の問題点とその対応策を以下に示す.・変位計測分解能細胞シートレベルの大きさから,細胞骨格などの細胞内小器官の変形までも取り込んで細胞シートの結合度を評価するためには現在のシステムよりもサブマイクロメートルオーダの分解能と精度に高める必要がある.対応策として,共焦点レーザ顕微鏡の利用を考えており,細胞シート変形挙動の高分解能計測と3次元構造解析を予定している.当初の計画のとおり、研究を推進する。細胞シートの移植(非臨床、臨床)を行う場合は、倫理審査等を受けた上で、医師や生物学の研究者の協力を得て実施する。(抄録なし)
肝癌、膵癌におけるアンドロジェンレセプターシグナリングの解析

1)膵癌細胞においてインターロイキン6(IL6)によりSignal transducerand activator of transcription 3 (STAT3)を介したアンドロジェンレセプターシグナル伝達経路の活性化が認められた。膵癌においてIL6はアンドロジェンレセプター活性化を介して発癌進展に関与している可能性が示唆された。2)B型肝炎ウイルス増殖およびB型肝癌の肝発癌進展にアンドロジェンレセプターおよびヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)が深く関与していることが明らかとなった。これらの阻害剤はB型肝癌の治療に有用である可能性が示唆された。【背景・目的】男性の膵癌罹患率は女性の約1.2-1.5倍とされている。男性ホルモンandrogen receptor (AR) signaling pathwayにはandrogenをligandとするandrogen-dependent pathwayおよびJak/Stat3などが関与するandrogen-independent pathwayが知られている。炎症性サイトカインIL6の上昇している膵癌は予後不良であることが知られている。IL6/STAT3/ARシグナル伝達経路を検索することにより進行膵臓癌に対する分子標的療法の標的を明らかにすることを目的とした。【方法】(1)ARの発現の比較的少ない膵癌細胞株MIAPaCa-2ほか培養膵癌細胞を使用した。ARのリガンドとしてDihydrotestosterone(DHT)を用いた。(2)DHTおよびIL-6の存在および非存在下にAR発現ベクターpSG5-ARおよびAR responsive elementを含むレポーターベクターpARE4-Lucを共に細胞内にCo-transfectionし、Luciferase assayにてARの活性化を検討した。(3)MAPK (ERK)およびJAK-STAT3の特異的阻害剤としてそれぞれUO126およびAG490を用いた。STAT3およびARはsiRNAにてKnock-downした。(4)各mRNAおよび蛋白発現の検討はReal-time RT-PCRおよびWestern blotを用いた。(5)またWound-Healing-Scratching Assayを用いて細胞浸潤能を評価した。【成績】(1)膵癌細胞株では様々なレベルでARおよびIL6 receptor (IL6R)の発現が認められた。(2)ARの活性化にSTAT3およびMAPK(ERK)の関与が考えられた。DHTの存在下でIL6により705Tyr-STAT3のリン酸化およびERKのリン酸化が増強し、ARの活性化も増強した。(3)更にARおよびIL6Rを発現しているKP-2細胞ではDHTおよびIL6の存在下で浸潤能の亢進が認められた。【結論】膵癌細胞にてIL6によりSTAT3を介したARシグナル伝達経路の活性化が認められた。特に癌発育進展への関与が示唆された。【背景・目的】肝細胞癌はその原因に関わらず発生頻度に男性優位という性差が存在する。男性ホルモンアンドロジェンレセプターシグナル伝達経路にはアンドロジェンをリガンドとするアンドロジェン依存性経路およびアンドロジェン非依存性経路が知られている。後者にはJak/STAT3,mitogen-activated protein _kinase(MAPK),phosphahtidylinositide3 kinase(PI3K)/Aktシグナル伝運経路などが含まれている。Jak/STAT3およびMAPK pathwayの上流はIL-6 receptorである。これまでの研究でC型肝癌および膵臓癌細胞においそIL6はSTAT3を介してアンドロジエンセセプター活性化を増強することを明らかにした。B型肝癌におけるアンドロジェンレセプターシグナル伝達経路活性化について検討した。【方法】(1)B型肝癌のモデルとしてB型肝炎ウイルス(HBV)感染粒子を産生するHepG2.2.15細胞を使用した。(2)HepG2.2.15および親細胞HepG2におけるアンドロジェンレセプターシグナル伝達経路をはじめとする核内レセプターシグナル伝達経路関連分子をReal-timeRT-PCRarrayを用いて網羅的に解析した。(3)更に機能解析を行なうことによりHBV増殖、肝発癌に関与するシグナル伝達経路を検討した。【成績】(1)HePG2と比較しHepG2.2.15では核内レセプター関連84遺伝子中40遺伝子(47.6%)の発現がmRNAレベルで2倍以上亢進していた。(2)HepG2,2.15ではアンドロジェンレセプターシグナル伝達経路関連遺伝子のうちNR113、THRAP5、MED4、CRSP6、THRAP4、THRAP1、PPARBPの7遺伝子のmRNAレベルが有意に上昇し、この経路の重要性が示唆された。(3)Negative regulators oftranscriptionの中ではHistone deacetylase(HDAC)6、HDAC4、HDAC5、Other transcriptonal factorsの中ではB型肝癌への関与が報告されているHDAC2の上昇を認めた。

(4)特にアンドロジェンレセプターおよびHDACに注目し、アンドロジェンレセプターのsiRNAおよびHDAC阻害剤であるTrichostatin Aを併用することにより強力にB型肝癌細胞の増殖抑制が得られることを明らかにした。【結論】HBV増殖およびB型肝癌の肝発癌進展にアンドロジェンレセプターおよびHDACが深く関与しでいることが明らかとなった.これらの阻害剤はB型肝癌の治療に有用である可能性が示唆された。
増殖因子受容体の細胞接着部位特異的な局在化の分子機構

増殖因子やホルモンがその受容体に結合して下流へ効率よくシグナルを伝達するためには、これらの受容体がクラスタリングする必要がある。私共は、すでに、肝細胞増殖因子(HGF)受容体や上皮細胞増殖因子(EGF)受容体が上皮細胞などの極性をもつ細胞において細胞間接着部位に局在化することを明らかにしているが、この局在化の分子機構は未だ十分明らかでない。そこで、本研究では、この増殖因子受容体の細胞接着部位への局在化の分子機構をはじめて明らかにしようと試みた。その結果、私共は、HGF受容体チロシンキナーゼの基質蛋白質であるGab-1が、接着分子カドヘリンを介した細胞間接着によってチロシンリン酸化を受けることを見い出した。Gab-1は、HGF受容体に直接結合しチロシンリン酸化を受け、これに会合するシグナル分子を介して下流にHGFのシグナルを伝えるいわゆるドッキング蛋白質である。しかし、カドヘリンを介した細胞間接着によるGab-1のチロシンリン酸化には、細胞質型のチロシンキナーゼSrcが重要であることを明らかにした。Gab-1は、Pleckstrin-homology(PH)ドメインを持ちこのドメインを介して細胞膜リン脂質に結合し細胞膜近傍に局在化すると考えられている。すなわち、本研究結果からHGF受容体はGab-1と複合体を形成し、さらに何らかの未知の分子機構によりカドヘリン系と連関することが予想される。この未知の機構こそが、HGF受容体の細胞間接着部位への局在化に寄与する可能性が高いと考えている。Gab-1はHGF受容体のみならず、EGF、FGF、IGF-I、インスリンなどの増殖因子の受容体チロシンキナーゼの基質でもあることが知られており、Gab-1がこれらの増殖因子受容体の細胞接着部位への局在化に普遍的に関与している可能性が想定される。また今後、Gab-1とカドヘリン系との連関に関与する分子機構を詳細に検討する予定である。
東南アジアにおける社会学的・生物学的解析を用いたイネウンカ類の防除に向けた研究

イネウンカ類は、季節風により越境することで、アジアの広範囲に分布する稲の重要害虫である。近年、複数の殺虫剤に対して感受性を低下させたウンカによる被害が問題視されている。インドシナ半島に位置するカンボジアおよびベトナム南部は、通年稲が大規模に栽培されウンカの常発生地域となる。しかし、ウンカ類の防除体制構築に必要なウンカの移動経路や殺虫剤感受性の状況に関しては、不明な点が多い。本研究は、同地域におけるウンカの飛来時期および移動経路の推定と、農家に使用される殺虫剤に対するウンカおよびその天敵類の殺虫剤感受性の現状を明らかにする。初年度は、同地域でのイネウンカ類の飛来個体数変動を明らかにするため、カンボジアのベトナム国境沿いに位置するタケオ州およびスバイリエン州、タイ国境沿いに位置するバッタンバン州、ベトナム南部に位置するドンタップ省およびティエンザン省において、ネットトラップ(直径1m,高さ10m)を設置し、日別のサンプル採集を開始した。また予備調査として農家および農薬販売店に対して、ウンカ防除に使用する殺虫剤に関する聞き取り調査を行ったところ、既存の調査により使用が確認されていたサイパメスリン、アバメクチンに加え、地域によって新規薬剤の使用が確認された。来年度以降に、これらの使用が確認された殺虫成分を用いた生物検定を行うため、カンボジアの3地点においてトビイロウンカを採集し、飼育体制を整えた。ネットトラップの設置に想定以上に時間を要したため、調査の開始時期が遅れた。また、本年度に予定していたイネの作付時期および栽培品種の地図化に関しては、特にカンボジアにおいて地方農業政府の所持する情報が乏しく、二次データの取得が難しいことが判明した。州以下の地方行政区における農業関連部局への問い合わせ、もしくは農家への聞き取りによる関連情報の収集を検討する予定である。昨年度までに、ネットトラップ調査、殺虫剤使用に関する聞き取りの予備調査、トビイロウンカの飼育を開始した。本年度は、上記の調査によるデータの取得および解析をすすめる。具体的には、ネットトラップにより採集したサンプルの計数を行い、ウンカ類およびウンカの天敵のうちカスミカメ類の個体数の変動を明らかにする。また、農家に対して殺虫剤使用に関する聞き取り調査を行う。飼育しているトビイロウンカを用いて、農家による使用が確認された殺虫剤に対する生物検定を行う。現地での調査準備に時間を要したため旅費が想定より多くかかったが、ネットトラップの購入費が抑えられたため、次年度使用額が生じた。次年度、現地調査にかかる消耗品等により、執行予定である。
ホルマント合成音の品質改善を目的とした低ビット・パラメータ制御方式

ホルマント分析・合成システムの品質改善を目的とした新しい方式として、声帯音源微分波のパラメータを制御する方式を提案し、合成音声の評価を通して、パラメータの選択と品質の関係について検討した。研究成果は、次のように要約される。1.声帯音源微分波のパラメータ制御と無声子音区間における乱数の挿入により、殆んどすべての音声を不自然でなく合成出来ることが、予備的聴取テストの結果として理解された。2.声帯音源微分波のパラメータは、声門体積流波形において意味のある時点(例えば、体積流の増加,減少における変化速度最大の時点や声門閉鎖の時点等)から選別されるが、音声波形に対する録音再生系の位相歪を補償した方が安定したパラメータを得るのに良い結果をもたらす。3.声帯音源微分波の1ピッチ毎に、10次多項式近似を行って平滑化すると、その正ピーク,負ピーク(声道の励振点に相当)等の大きさと周期は、単語や文章の発話において、非常に連続的な変化を示し、パラメータの連続性が自然な音声の生成に重要な影響を与える要素であると推定される。4.声帯音源微分波の各パラメータ間の相関々係は、励振点周期(ピッチ)と他のパラメータ,正ピークの大きさ(声門体積流の増加速度の最大値)と負ピークの大きさ(同減少速度の最大値)等に顕著である。前者の相関を利用して、回帰直線からパラメータ推定を行って合成した場合、情報伝送速度は750bits/s迄圧縮出来て、しかも、品質は全パラメータを用いた場合と殆んど変らないことが分った。5.本方式における最も重要なパラメータ、励振点周期の推定は、零点と遮断周波数が同時に制御される逆フィルタと低域フィルタにより抽出された、声帯音源微分波から精度良く行える。
計測融合シミュレーションの理論的枠組みの構築

実現象の流れの数値シミュレーションと計測結果との誤差をシミュレーションに適切にフィードバックすることにより、シミュレーションの解析精度と計算速度が飛躍的に向上する。この計測融合シミュレーションは、計測と数値シミュレーション両手法の長所を兼ね備えた第3の研究手法として期待されている。これまで正方形管路内の乱流、一様流中におかれた角柱後流のカルマン渦列、大動脈内の血流の計測融合シミュレーションで、非定常流れの変動成分も含めた実現象の流れ場の再現が可能であることが示されている。しかしながら、流れの普遍的な解析手法として計測融合シミュレーションを用いるためには、その一般理論の構築が不可欠である。本研究は、非圧縮粘性流体を対象として、計測融合シミュレーションの一般的な定式化を行って、その収束性解析および誤差解析のための理論的枠組みを与えるとともに、数値実験により本理論の妥当性を検証することを目的として行った。本研究計画は、計測融合シミュレーションの一般理論の構築と、数値実験による検証の2つの研究項目よりなる。平成18年度に実施した研究は以下のとおりである。計測融合シミュレーションの実用問題への適用に関する検討を行った。臨床現場での血流計測に広く用いられている超音波診断装置では、血流速度の超音波ビーム方向の血流速度成分の血管断面内分布がリアルタイムで得られる。体循環系の血流を模擬できる実験装置を用いて超音波計測による計測を行って実験データを得た。超音波計測データを基に、従来の計測では得られない、血管内の三次元血流構造や圧力分布などを計測融合シミュレーションで高精度に再現するための最適フィードバック則を本理論に基づき決定するための検討を行い、本手法の有効性に関する知見を数値実験と実験の両面から得た。前年度に検討した線形フィードバック則の有効性を具体的な問題に適用し、その有効性を確認するための数値実験を行い、有用な知見を得た。平成17年度は以下の研究を行った。1)計測融合シミュレーションの一般理論の構築の基礎として、計測融合シミュレーションの定式化を行った。非圧縮粘性流体を対象とし、ナビエ・ストークス式と圧力方程式を基礎式とする。速度場の測定結果と数値シミュレーション結果の差にゲイン行列を掛けてフィードバック入力を生成し、これをシミュレーションモデルに加えて、一般的な計測融合シミュレーションの表式を得た。この計測融合シミュレーションと実現象の基礎式の格子点上のサンプル値との差の時間変化を支配する誤差ダイナミクスの線形近似モデルを導出した。2)数値実験による計測融合シミュレーション理論の検証として、正方形管路内の発達乱流の問題について検討した。本研究で導出したフィードバック則を用いて、乱流場の再現性に関する知見を得た。すなわち、流れ場全体の速度誤差ベクトルをフィードバックすることにより、比較的広いフィードバックゲインの範囲で乱流場を再現することができた。また、速度の一部の成分、あるいは一部の格子点の情報をフィードバックする場合、流れに沿った方向にフィードバックの効果が持続することが明らかとなった。これらの知見は、超音波計測融合血流シミュレーションやハイブリッド風洞に応用することが可能であり、次年度に検討する予定である。
アトピー性皮膚炎とそのモデルマウスにおけるケモカインの関与

アトピー性皮膚炎(AD)患者56例と健常人30例より末梢血を採取し、同一血清中のTh2ケモカインおよびTh1ケモカイン濃度をモノクローナル抗体(R&D社)を用いたELISA法によって測定した。AD患者ではTh2ケモカインであるTARC、MDCならびにTh1ケモカインであるMigの血清中濃度が対照と比べて有意に上昇していた(96.36±38.12 VS 0.18±0.06ng/ml、3.27±0.67 VS 0.20±0.04ng/ml、38.69±1.23 VS 24.11±1.14pg/ml)。AD患者の詳細なデータベースをもとに、重症度、各検査異常、合併症、および治療などと各ケモカイン測定値との関連について解析を行ったところ、TARC、MDC濃度は、重症例では中等症、軽症例よりも高値を示し、各患者末梢血中の総IgE濃度や好酸球数と有意に相関していた。また、TARCおよびMDC濃度とMig濃度の間には有意な正の相関を認めた。以上の結果よりTh2とTh1ケモカインの両者がADの病態形成に何らかの役割を果たしている可能性が示唆され、TARCおよびMDC濃度はADの重症度を反映する血清学的なマーカーとなりうることが示された。次に、AD病変部皮膚でのTARC、MDCおよびMigの発現を免疫組織染色によって検討した。その結果、AD病変部の表皮基底層においてTARCの発現増強が観察され、真皮血管周囲にMDC陽性細胞が多数認められた。アトピー性皮膚炎(AD)患者の同一サンプルを用いて、Th2ケモカインであるTARC、MDCとTh1ケモカインであるMigの血中濃度を測定することによって、ADの病態形成におけるTh1/Th2バランスについて検討した。AD患者56例と健常人30例より末梢血を採取し、同一血清中の各ケモカイン濃度をモノクローナル抗体(R&D社)を用いたELISA法によって測定したところ、AD患者ではTARC、MDCおよびMigの血清中濃度は対照より有意に上昇していた(96.36±38.12 VS 0.18±0.06ng/ml、3.27±0.67 VS 0.20±0.04ng/ml、38.69±1.23 VS 24.11±1.14pg/ml)。次に、AD患者の詳細なデータベースをもとに、重症度、各検査異常、合併症、および治療などと各ケモカイン測定値との関連について解析を行った。その結果、TARC、MDC濃度は、重症例では中等症、軽症例よりも高値を示し、各患者末梢血中の総IgE濃度や好酸球数と有意に相関していた。今後は、AD病変部皮膚でのTARC、MDCおよびMigの発現を免疫組織染色によって検討する予定である。
スマートフォンの視覚および自律神経への影響ースマホ内斜視発症のメカニズムを探るー

スマートフォンの普及に伴い、スマホ老眼やスマホ内斜視が増えるなど視機能への弊害が散見される。スマホ視聴距離は眼前約19cmなので、輻湊や調節といった近見反応が酷使された状態で視聴していることになる。さらにHMD型ディスプレイによるVR環境下では更に画面が至近距離となることから、視覚機能への影響が懸念される。本研究における学術的問いは、至近距離で繰り返し・長時間・連続してスマホ画面をみていることにより近見反応が環境適応し、その結果、スマホ内斜視が発症させ得るのかどうか、である。
乱流剥離領域の実験的構造解明、数値流体力学的シミュレーションおよびその制御

1.厚板および鈍頭円柱の前縁に形成される乱流剥離・再付着流れ(剥離泡)の(1)変動速度、変動圧力の時間平均値、乱れ成分、相互相関、エネルギースペクトル;(2)剥離領域内の逆流間欠係数、局所的な流れの方向転換周波数、移動速度などの非定常性;(3)再付着領域における大規模渦の時空間内における位相平均構造を明らかにした。また、二次元および軸対称剥離泡の特性の類似性および差違を実験結果にもとづいて明確にした。2.厚板の前縁を鋸歯状に変形することによって、前縁剥離泡の制御が可能であることを示し、そのときの構造を求めた。また、主流乱れを導入したときの剥離泡の構造変化を明らかにした。3.離散渦法を適用して回転円形翼列の前縁剥離領域の流れを計算し、剥離の発生と理論揚程の変化との関係を求めた。流れの剥離に伴う非定常流れが、揚程の大きさを決定する要因となりうることを明らかにした。4.渦核構造を組みこんだ3次元離散渦法の改良を行い、エネルギースペクトル、エンストロフィー、ヘリシティなどの特性量を与える表示式を求めた。この方法によって複数の渦(渦糸と渦輪、二つの渦輪など)の3次元相互作用を計算し、相互作用の進行とともにこれらの特性量が変化する過程を明らかにした。これによって、剥離泡における縦渦の発生、大規模渦の形成過程、不規則速度変動の発生機構、主流乱れの影響などを解明する手がかりを得た。5.乱流剥離泡内の組織的渦構造の運動・変形にもとづいて、剥離領域内の流れの非定常性、変動圧力、レイノルズ応力の発生機構を明らかにした。大規模渦が再付着領域に衝突するときに生ずる圧力変動が上流側に伝播して、剥離線近くの流れを振動させ、剥離せん断層の巻き上りを強化するフィードバック機構が、剥離泡における擬周期的な非定常性の原因であることが明らかになった。1.鈍頭円柱の前縁に形成される軸対称乱流剥離領域の特性を実験的に研究し、(1)変動速度、変動圧力の時間平均値、r.m.s.値、スペクトル、相互相関などを求めるとともに、(2)剥離領域内の逆流間欠係数、局所的な流れ方向の転換周波数、大規模渦塊の放出周波数、その下流方向への移動速度、などの非定常特性を明らかにした。また、(3)再付着領域における渦塊の運動は、主流方向の二点間の変動圧力の短時間相互相関をとることによって解明できることを示した。2.鈍頭平板の前縁を周期的な鋸歯状に変形することによって、前縁剥離領域を制御する可能性を示した。すなわち、(1)表面流の可視化パターンを剪断応力ベクトル場の節点、鞍部点および剥離線、再付着線の分布を用いて解明し、(2)鋸歯状前縁とすることによって剥離領域の長さを大幅に減少させうること、(3)剥離領域内の流れは鋸歯の角度θがθ【>!】ではスパン方向に軸をもつ横渦によって支配されるが、θ【<!】100°では主流方向に軸をもつ縦渦によって支配されること、などを明らかにした。また、(4)剥離領域内における圧力の分布、変動圧力のパワースペクトルを求め、(5)再付着領域における大規模渦塊の通過周波数がθの減小とともに増加することを示し、その機構を明らかにした。

3.離散渦法を用いて、(1)剥離剪断層および乱流渦のモデルである渦糸および渦輪の相互干渉を数値的に解析し、相互干渉のパターンには大別して置換、合体、巻きこみ、弱い相互作用の四種類があることを明らかにし、これを用いて跨離剪断層に対する主流乱れの効果を論じた、また、(2)大規模渦塊の誘起する流れ場の鞍部点における乱流渦の伸長を解析し、渦度および速度変動の増幅過程を解明するとともに、(3)傾斜よどみ点流れにおける渦系の三次元変形・伸長過程を計算し、実験で観測されるΛ型の渦および渦輪の発生する機構を明らかにすることができた。1.2次元乱流剥離領域(厚板の前縁剥離泡)における3次元渦構造を、水素気泡を用いた流れの可視化法によって研究し、(1)剥離泡の中には渦対状の構造をもつ縦渦が形成されること、(2)これらの縦渦のスパン方向間隔は剥離端からの距離の増加とともに増加すること、(3)したがって縦渦の合体が生ずること、(4)縦渦は主流方向に傾いており、スパン方向に軸をもつ剥離剪断層渦の中間に形成されること、(5)これらの縦渦によって壁面近くの流体が壁から外向きに輸送されるために、再付着点の近くにおいて熱伝達率の増加が生ずること、などが明らかになった。2.2次元乱流剥離領域における平均速度,乱流エネルギー,速度変動スペクトル,逆流間欠係数,流れ方向転換周波数などをLDVによって測定し、すでに求めてあるスプリットフィルムフロープによる実験結果と比較検討し、両者がよい精度で一致することを確認した。この結果、あらたに開発したLDV計測ソフトウェアが信頼してうるものであることが明らかになった。3.鋸歯状の前縁をもつ厚板の3次元剥離領域について、時間平均流れ,乱流エネルギー,壁面近傍における速度ベクトル場を、LDVによって測定し、3次元剥離領域についても、上記のLDV計測ソフトウエアが精度よく機能することを明らかにした。4.3次元離散渦法の基礎方程式に、粘性による渦核を組みこんだ修正を行ない、これに対応するスペクトル,ヘリシティ,エンストロフィの表示を求めた。複数の渦輪の相互干渉、渦輪と渦糸の相互干渉をこの方法によって数値解析し、相互干渉の進行とともにこれらの特性量が変化する過程を明らかにした。これによって剥離泡内の渦の相互干渉を解明する資料がえられた。5.軸対称乱流剥離領域(鈍頭円柱の前縁剥離泡)の時間平均流れ,乱流エネルギー,圧力変動を明らかにした。1.軸対称乱流剥離領域における速度変動と圧力変動を,風洞実験によって研究した.これにより,(1)逆流の間欠係数,流れの方向転換周波数の主流方向分布;(2)時間平均速度・圧力,レイノルズ応力,壁面圧力変動のr.m.s.値,速度ー圧力相互相関の分布を明らかにした;(3)圧力変動スペクトルにもとづいて,再付着領域における大規模渦の牧出周波数,低周波非定常性の中心周波数を確立した;(4)これらの特性は,はく離長さを代表長さ,主流速度を代表速度として無次元的に表示すれば,2次元乱流前緑は(離流のそれとほぼ同一であることがわかった;(5)剥離泡内における速度変動・圧力変動の特性長さ・特性時間,位相速度の分布を明らかにした;(6)圧力変動の周方向相互相関の測定により,10^5程度のレイノルズ数においては,再付着領域において周方向に9個のセル状の構造をもつ大規模渦塊の存在することがわかった.2.2次元前剥乱流剥離泡の渦構造を2方向から同時に観測・記録することによって,剥離せん数層の壁面との千渉,3次元化の過程,再付着領域における大規模渦の構造を求めた.3.剥離泡に対する主流乱れの影響を解明するために,渦輪と渦系,渦輪と渦輪の相互作用を,3次元離秋渦法によって数値解析し,前者について4つの基本的な相互作用モードがあることを示した.