hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地震時におけるエレベータロープの自己給電式アクティブ振動制御

一方で、エネルギの検討のうち、収支に関する部分がまだ十分といえないため、平成30年度に引き続き行う予定である。【最終年度に実施した研究の成果】平成30年度は、かご室から上端の滑車までのメインロープと、かご室から下端の滑車までのコンペンロープの振動制御についてA.構造とB.制御の両面からアプローチした。かご室位置と付加張力の分類:かご室の位置により、2つのロープの長さが変動するため、それぞれのロープの固有周期も変動する。前年度までにアクティブ制御には、コンペンロープ下端に設置された滑車を下方に引き、張力を加える制御器を用いることとしたが、この付加張力によりさらにロープの振動特性が変化する。この特性変動について、正弦波を用いた解析により定量的に分析し、張力付加が有効となる条件を抽出した。制御理論の拡張・検証解析:建物が受ける地震動の特性(卓越周期が長周期か短周期か)により、励起されるロープの振動モードが異なる。そのため、地震動の特性に対応させるべく、制御パラメータの最適化を行った。また、昇降開始時のロープ振動の位相(初期条件の一つ)が各種ロープの最大振動振幅に影響を与えるかを、入力振動数ごとに確認した。地震動の特性による制御パラメータの切り替え方法については、昇降中のエレベータモデルを用いた場合、非線形性や励起されるモードの多様さの影響を考える必要があるため、議論をシンプルにするべく、ロープと同じく長周期の1自由度振動体を対象として制御の提案を行った。地震動のスペクトルを用いた面積計算から制御力を切り替える方法により、制御対象物の応答によらない切り替え制御を実現した。【研究期間全体を通じて実施した研究の成果】超高層建物における避難にエレベータを活用するための振動制御方法を示した。当初、地震中は昇降停止を考えていたが、地震(建物が被害を受けるレベルの地震は除く)中に避難活動が開始できることが、長周期揺れの継続時間の長さや余震の多さを考えた場合重要と考え、研究期間中に制御対象を拡大した。エネルギー面の検討を次年度以降に行う予定である。また、平成28年度に行った地震動特性に対する検討のデータを拡充し、データベース(緊急地震速報や国内に多く設置された加速度計のネットワーク)との連携方法について提案をまとめる予定である。具体的には以下のとおりである。平成29年度:エレベータロープの振動制御を制御からアプローチする。5地震動の特性ごとに適切なかご位置を抽出する。6対象の物理的制約・エネルギ回生の制約の調査を行う。7制御理論の構築を行う。8検証解析を行う。9エレベータの振動対策計画(パッシブで応答が最小となるかご位置の場合)を纏める。平成30年度:エレベータロープの振動制御を構造と制御の両面からアプローチする。10かご位置のパターンを分類する。11制御理論の拡張(フェイルセーフ)を行う。12検証解析を行う。13エレベータの振動対策計画(パッシブで応答が最小となるかご位置以外の場合)を纏める。14[総括]超高層建物におけるエレベータを用いた避難計画を纏める。最終年度である平成30年度は、エレベータロープの振動制御を構造と制御の両面からアプローチする。
外部環境と相互作用する神経回路網モデルの非線形動力学的研究

ニューラルネットワークのモデルに関する研究は、フィードフォワード結合から、フィードバック結合を持つものに移行してきている。しかし、ホップフィールドモデルに代表されるように、外部入力は考慮されておらず、入力が時間的に変化する場合についての研究はほとんどない。これは、非線形ダイナミクスの理論的取り扱いの難しさに起因しているが、脳のモデルとして発展させて行くためには、外部入力を考慮することは避けて通れない。本研究では、このような観点から、外部環境とネットワークの相互作用を、ネットワークに対する外部入力に着目して、非線形動力学系^<(1)(2)>の観点から一般的に考察した。そして、ネットワークの機能を時空間パターンの入出力変換を実現することであると捉え、それが実現できるための条件について結論を得た。
末梢静脈内留置カテーテルのアセスメント能力を向上させる教育プログラムの開発と評価

本邦において静脈内留置カテーテル針を用いた末梢静脈からの輸液療法は、病院で頻繁に行われる医療行為であり、看護師が診療の補助業務として穿刺・留置する機会も多い。本研究では実態調査と実験研究により、(1)病棟に勤務する看護師の穿刺技術を向上させるためには、適切な静脈を選択する血管アセスメントに関する知識と練習の必要性が高いこと、(2)具体的操作の練習には熟達者の実践を動画教材を用いて視聴することが効果的であること、(3)穿刺予定血管を中心として、40±2°C、15分間の温熱刺激を皮膚表面に加えることにより、穿刺を容易にする血管拡張作用がもたらされることを示した。輸液療法は、薬物や栄養素を経静脈的に点滴注射するために頻繁に行われる医療行為であり、静脈留置カテーテル針を用いた末梢静脈からの輸液療法は、看護師が診療の補助業務として患者に適用することも多い。輸液療法に関する知識や静脈留置カテーテル針の穿刺・留置の手順を示す教材は多いが、実際の穿刺・留置場面で必要となるような生きた知識や技術を表出化し、体系化しようとする試みはない。そこで今年度は、優れた技術が求められる診療の場で実際に行われる静脈留置カテーテル針を用いた末梢静脈からの輸液療法の適用場面を、カテーテル針の穿刺・留置に焦点を当ててビデオカメラで撮影し、撮影画像の教育への活用について検討を行った。ビデオカメラによる撮影は2012年89月の期間に行い、10場面を撮影し、分析の結果3場面の動画を教育に用いることとした。教育効果に関しては、看護師としての就職が内定している看護系大学4年次生16名の協力を得て2013年23月(看護師国家試験受験後)に検証を行った。検証方法は、静脈穿刺練習用モデルを使用した動画教材を視聴後、同様のモデルおよび穿刺針等を用いて練習し、一連の操作を習得後に撮影した動画と、さらにそれらの練習材料を1週間貸与し、練習後の穿刺操作を撮影した動画とを比較した。その結果、一連の操作に係る時間は短縮し、実際の穿刺場面の映像の視聴は、モデルを使用した動画教材より具体的イメージを与えるため、練習への動機づけを高めることが示唆された。静脈留置カテーテル針を用いた末梢静脈からの輸液療法は、病院で頻回に行われる医療行為であり、看護師が診療の補助業務として穿刺・留置することも多い。この穿刺・留置技術は侵襲が大きいため、基礎教育の段階で具体の手技を練習することはなく、入職後の現任教育に委ねられているという現状がある。そのため各病院では安全で安楽な輸液療法の実施に向けて、基礎的知識と手順を記した教材を作成し、医師や看護師が円滑に技術を習得できるよう工夫をこらしている。新採用の看護師は、施設ごとに用意された教材を利用しながら集合教育や個別指導によって基本的な手技を習得した後に、実際に患者に実施しながら経験を重ね上達していく。この上達に至る過程を短縮させ、失敗による患者の苦痛を減らすためには、熟達者のすぐれた技術をイメージしながら、いつでも、どこでも、ひとりで練習が可能な用具の活用が望まれる。熟達者の技術をイメージできる視覚教材は既に現場で撮影した10場面から適切な資料を準備した。そこで、練習用具について探索し、候補となる用具を比較検討し、目的に合致した練習キットを準備することができた。なお、当初、2台のビデオカメラによる撮影を予定していたが、現場の撮影環境による制限から1台のみでの撮影とした結果、2台目の購入経費が未使用額となったため、次年度まで事業期間を延長することとしたので、診療現場での穿刺・留置成功率以外で教育効果を検証する方策を検討する予定である。末梢静脈内留置カテーテル針による輸液療法(以下、IV)は頻繁に行われる医療行為であり、診療の補助業務として看護師が穿刺・留置を行うことも多い。穿刺や留置の成否には、穿刺前の血管アセスメント能力が大きく影響し、的確なアセスメント能力に基づく穿刺技術が重要となる。Infusion Nurses SocietyによるIVナースの養成課程で触知による血管認識の訓練が繰り返し行われていることから、看護師が血管状態(太さ、走行、深さ)を確実に判断できることが静脈留置カテーテル針の穿刺技術向上に必要である。そこで今年度は、病棟看護師による血管アセスメントの実態を明らかにすることを目的として、病棟看護師16名を対象に血管アセスメント能力について超音波診断装置を使用して調査した。その結果、経験年数が5年未満の看護師は、経験年数が5年以上の看護師と比べ、静脈留置カテーテル針の穿刺・留置に不適切な血管を選ぶ傾向が認められた。

また、IV熟達者の技術の可視化・言語化にむけて、優れた技術が求められる診療の場で実際に行われる静脈留置カテーテル針を用いた末梢静脈からの輸液療法の適用場面を、カテーテル針の穿刺・留置に焦点を当ててビデオカメラで撮影し、複数の撮影画像の分析を通して暗黙知の技術を形式知に変換し、現任教育に活用でき得る知識を創造しようとする研究を計画した。この計画に関しては、研究協力者を得る過程で時間を要し、24年度から実際の撮影に入る予定としている。静脈留置カテーテル針を用いた末梢静脈からの輸液療法は、病院で頻回に行われる医療行為であり、看護師が診療の補助業務として穿刺・留置する機会は多い。この静脈穿刺に係る技術は侵襲が大きいため、基礎教育で具体の行為を実習することはなく、入職後に現任教育を受けながら経験していくことになる。静脈穿刺の成否には血管径の大小が影響しており、血管が太いほど静脈留置カテーテル針挿入の成功率は高くなる。しかし臨床現場での輸液療法の実施に際しては、対象の患者の前腕部に静脈留置カテーテル針挿入に適した太さの皮静脈が確認できないことも少なくない。その際、臨床では経験的に知られ広く実施される対処法として、ホットパックなどを利用して皮膚表面に温熱刺激を加えることがある。これは温熱刺激を受けた血管が、拡張して熱を放散させる機能を利用して体表面の静脈を拡張させて、目視や触知によって確認できるようにしようとする工夫であり、経験の多寡にかかわらず簡便に実施できる行為である。そこで今年度は、穿刺を成功させる一手段としての前腕の温熱刺激による静脈拡張作用について検討することとした。その結果、健康な20歳代から40歳代の女性40名を対象として、40±2°C、15分間の温熱刺激を前腕部に加えることによって、刺激を受けた部位の静脈径が刺激前(刺激前平均径2.8mm)と比して0.4mm0.5mm拡張することを検証し、本法の温熱刺激の安全性についても確認できた。また静脈径は同一環境においても常に一定ではなく、対象者の気分や体調など温熱刺激以外の要因にも反応する。そこで、この度、心拍、自律神経(交感神経、副交感神経)の変動をリアルタイムに測定することができる「心拍変動リアルタイム解析プログラムならびにワイヤレス生体センサー」を用意し、自律神経系の変化と同時に静脈の変化を詳細に観察していく計画としている。基礎看護学本研究は、優れた技術が求められる診療の場で実際に患者に行われる、静脈留置カテーテル針を用いた末梢静脈からの輸液療法の適用場面を、カテーテル針の穿刺・留置に焦点を当ててビデオカメラで撮影し、複数の撮影場面の分析を通して暗黙知の技術を形式知に変換し、現任教育に活用でき得る知識を創造することを目的としている。前年度に種々の手続きを経て、輸液療法の適用場面の撮影に協力する病院・協力者を得ることができ、2012年89月の期間に撮影を行い、10場面を撮影することができた。その中から画像が鮮明で、穿刺目的の皮静脈の怒張も明確に捉えられている3画像を編集し、現任教育への活用可能性を探るために看護師としての就職が内定している看護系大学4年次生を対象とした検証を行った。その結果、実際の穿刺場面の映像の視聴は、モデルを使用した動画教材より具体的イメージを与えるため、練習への動機づけを高めることが示唆された。病院に勤務する看護師を対象とした教育プログラム評価として、静脈留置カテーテル針の穿刺・留置成功率を実際に比較できることが望ましい。しかしながら静脈留置カテーテル針による輸液療法が必要となる医療現場で、その調査を行うことについては通常業務に支障を与える可能性がある。
肝疾患診療における意思決定向上のための適切な保健医療情報の提供方法の検討

2002年からの肝炎ウイルス検査、2007年より肝疾患診療連携拠点病院指定等による肝疾患診療体制の整備、2010年医療費助成を含む肝炎総合対策の開始、2012年肝炎対策基本法施行等、段階的に肝炎対策が推進されるなか、肝炎ウイルス検査による陽性者検出、治療へ円滑な連携は対策の中心的な目的の一つとなっている。肝炎ウイルス検査は、自治体等おける公衆衛生対策としての機会が提供されているが、一方で診療において手術等を契機とした検査の機会がある。2011年度「肝炎検査受検状況実態把握事業成果報告書」にて、約半数が肝炎ウイルス検査を受けていると推計されたが、自己申告による肝炎ウイルス検査受検は26.2%と低率であり、認識しないで検査を受けていることが問題となった。2018年度厚生労働科学研究における調査において、肝炎ウイルス検査受検率は12-3%増加したが、認識して受けた検査は1-2%増にとどまった。認識していない検査の場合、結果を把握していない可能性、治療へつながらない可能性がある。健康情報入手、活用に関するヘルスリテラシー、また医療現場におけるコミュニケーションについて、米国における健康情報に関する全国調査(Health Information National Trends Survey)の評価項目、Ishikawaらによるヘルスリテラシー評価尺度と肝がんリスクとしての肝炎ウイルスの認識、肝炎ウイルス検査受検との関連を検討する必要性が考えられた。本研究課題の検討をもとに、全国調査を行う他研究班における予備調査が最終年度に実施され、本調査に向け分析、質問項目の再構成を行っている。適切な医学情報の提供を受けた上で、患者自ら医療における意思決定に参加することは、医療への積極的な態度をもたらすことが期待される。特に、肝疾患においては、抗ウイルス療法の開発・治療効果の向上に目覚ましい発展があり、適切な治療方法を患者と共に選択する必要がある。また、肝硬変・肝がんなど重篤な病態へ進行する可能性があるため、長期の医療や生活上の制限など、治療への積極的な患者の意思の持続に際し、動機づけのための継続的な支援が必要である。これまで申請者らは、B型肝炎患者の意識調査において、疾患や治療に対する理解を深めることが満足度の向上に寄与する可能性を見出してきた。一方で、患者と医療者間における認識の違いや時間制約のため、医療の場において提供される情報は必ずしも十分ではない。本研究においては、医師説明および主体的な医学情報獲得における患者の意識、背景因子と活用に至る情報のあり方を検討し、患者ニーズの把握およびヘルスリテラシーの評価に基づいた、適切で効果的な医学情報の提供方法を明らかにする。初年度は、情報内容および提供方法における患者選好(情報因子)、属性・社会的因子・疾患因子・ヘルスリテラシー評価指標等の患者背景因子について、情報の獲得・理解・活用の過程の構成因子を検討し、患者および医療スタッフを対象として半構造的面接法のためのシナリオ(約20項目のからなる面接調査票)を作成した。倫理審査委員会の承認ののち、情報の活用に至る過程についての意見聴取を実施している。情報の獲得・理解・活用の過程におけるヘルスリテラシーの観点から情報提供方法の検討を行ってきたが、病気体験に基づく信念体系等患者の視座からの再検討が必要であったため。情報内容および提供方法における患者選好(情報因子)、属性、社会的因子、疾患因子、ヘルスリテラシー評価指標等の患者背景因子について、情報の獲得・理解・活用の過程の各構成因子を検討し、患者および医療スタッフを対象として半構造的面接法のためのシナリオ(約20項目からなる面接調査票)を作成した。情報の獲得、理解、活用の過程におけるヘルスリテラシーの観点から情報提供方法の検討を行ってきたが、病気体験に基づく信念体系等患者の視座からの再検討が必要であり、また、肝炎対策の方向性の見直し等研究環境の変化も伴ったため。

これまで申請者らは、B型肝炎患者の意識調査において、疾患や治療に対する理解を深めることが満足度の向上に寄与する可能性を見出してきた。一方で、患者と医療者間における認識の違いや時間制約のため、医療の場において提供される情報は必ずしも十分ではない。本研究においては、医師説明および主体的な医学情報獲得における患者の意識、背景因子と活用に至る情報のあり方を検討し、患者ニーズの把握およびヘルスリテラシーの評価に基づいた、適切で効果的な医学情報の提供方法を明らかにする。情報内容および提供方法における患者選好(情報因子)、属性、社会的因子、疾患因子、ヘルスリテラシー評価指標等の患者背景因子について、情報の獲得・理解・活用の過程の各構成因子を検討した。また、肝炎対策の方向性の見直し、所属施設変更等、研究環境の変化も伴ったため、研究計画の見直しを行った。文献精査中米国のヘルスリテラシー調査がHINTSが標準的調査になることが新たにわかり日本へ適用するために、日本に多い肝疾患領域の事項について調査項目の検討に基づいて、現所属施設での調査計画を視野に、質問票の開発を行う予定である。情報の獲得、理解、活用の過程におけるヘルスリテラシーの観点から情報提供方法の検討を行ってきたが、病気体験に基づく信念体系等患者の視座からの再検討が必要であった。また、肝炎対策の方向性の見直し、所属施設変更等研究環境の変化も伴ったため、研究計画の見直しを行った。文献精査中米国のヘルスリテラシー調査がHINTSが標準的調査になることが新たにわかり日本へ適用するために、日本に多い肝疾患領域の事項について調査項目を検討した。2002年からの肝炎ウイルス検査、2007年より肝疾患診療連携拠点病院指定等による肝疾患診療体制の整備、2010年医療費助成を含む肝炎総合対策の開始、2012年肝炎対策基本法施行等、段階的に肝炎対策が推進されるなか、肝炎ウイルス検査による陽性者検出、治療へ円滑な連携は対策の中心的な目的の一つとなっている。肝炎ウイルス検査は、自治体等おける公衆衛生対策としての機会が提供されているが、一方で診療において手術等を契機とした検査の機会がある。2011年度「肝炎検査受検状況実態把握事業成果報告書」にて、約半数が肝炎ウイルス検査を受けていると推計されたが、自己申告による肝炎ウイルス検査受検は26.2%と低率であり、認識しないで検査を受けていることが問題となった。2018年度厚生労働科学研究における調査において、肝炎ウイルス検査受検率は12-3%増加したが、認識して受けた検査は1-2%増にとどまった。認識していない検査の場合、結果を把握していない可能性、治療へつながらない可能性がある。健康情報入手、活用に関するヘルスリテラシー、また医療現場におけるコミュニケーションについて、米国における健康情報に関する全国調査(Health Information National Trends Survey)の評価項目、Ishikawaらによるヘルスリテラシー評価尺度と肝がんリスクとしての肝炎ウイルスの認識、肝炎ウイルス検査受検との関連を検討する必要性が考えられた。本研究課題の検討をもとに、全国調査を行う他研究班における予備調査が最終年度に実施され、本調査に向け分析、質問項目の再構成を行っている。
真核生物でプロテアソームが増殖に必須な理由

26Sプロテアソームは真核生物のタンパク質分解酵素複合体で出芽酵母からヒトにまで高度に保存されている。真核生物において26Sプロテアソームは増殖に必須であるが、その理由は詳しくわかっていない。この理由を知るために1)原核生物のプロテアソームには存在せず、真核生物のプロテアソームにのみ存在するペプチダーゼ活性の解析、2)真核生物細胞に存在するミトコンドリアとの機能的関連、3)機能未知の26Sプロテアソームサブユニットの解析を行った。1)酵母からヒトまで真核生物においては共通に保存されている、タンパク質分解酵素複合体プロテアソームが持つ3種類のペプチダーゼ活性の意義2)ミトコンドリアが正常に機能するために必要とされるプロテアソーム機能3)真核生物にのみ存在する19Sプロテアソーム制御因子の機能解析、以上3点の項目に重点を置いて原核生物においては増殖に必須ではないプロテアソームが、何故真核生物において増殖に必須となったのかということを明らかにすることを目的に研究を行っている。20Sプロテアソームは真核生物のみならず、古細菌と一部の真正細菌にも保存されているが真核生物のプロテアソームはサブユニットの種類を増やすことでその複雑さをまして保存されている。原核生物のプロテアソームはキモトリプシン様活性のみを持つが、真核生物においてはカスパーゼ様活性、トリプシン様活性、キモトリプシン様活性の3種類が保存されている。また、ミトコンドリアは真核生物特有の細胞内小器官であるが、ミトコンドリア機能の維持に、やはり真核生物で保存されているユビキチン-プロテアソームシステムが必要であることが分かってきている。さらに19S複合体は真核生物がもつ20Sプロテアソーム制御因子で19種類のサブユニットからなるが、このように多種多様なサブユニットからなる大きな複合体が20Sプロテアソームと協調してどのような働きを持っているのかよくわかっていない。1)に関してはβ1サブユニットが持つカスパーゼ様活性に注目し、スクリーニングを開始した。過剰発現することによってβ1変異株の増殖を阻害するようなタンパク質を同定する。2)に関してはプロテアソームの変異でミトコンドリアの変異が抑圧されるために必要な遺伝子をさらに同定した。3)に関してはリッドサブユニットの変異株を作製し、その変異を抑圧する多コピーサプレッサーや偽復帰変異を解析中である。1)単細胞の酵母からヒトにまで共通に保存されているプロテアソームが持つ3種類のペプチダーゼ活性の意義2)ミトコンドリアが正常に機能するために必要とされるプロテアソーム機能3)19S複合体サブユニットの機能解析以上3点の項目に重点を置いて原核生物においては増殖に必須ではないプロテアソームが、何故真核生物において増殖に必須となったのかということを明らかにすることを目的に研究を行っている。20Sプロテアソームは真核生物のみならず、古細菌と一部の原核生物にも保存されているが真核生物のプロテアソームはサブユニットの種類を増やすことでその複雑さをまして保存されている。3)に関してはリッドサブユニットRpn8の変異株を作製し、その変異を抑圧する多コピーサプレッサーや偽復帰変異を解析中である。ユビキチン化タンパク質を選択的に分解する真核生物の26Sプロテアソームは触媒活性を持つ20S CP (core particle)と20S CPの活性を調整する19S複合体からなる。古細菌と一部の真正細菌に保存された原核生物の20S CPはキモトリプシン様活性のみを持つが、真核生物ではカスパーゼ様活性、トリプシン様活性、キモトリプシン様活性の3種類が保存されている。また、真核生物特有の細胞内小器官であるミトコンドリア機能の維持にユビキチン-プロテアソームシステムが必要であることが分かってきている。さらに19S複合体は真核生物のみに存在するが、この大きな複合体がどのような働きを持っているのか不明なままである。このような背景を踏まえ1)20S CPの3種類のペプチダーゼ活性の意義

2)ミトコンドリアが正常に働くために必要なプロテアソーム機能3)19S複合体サブユニットの機能解析、以上3点の項目に重点を置き原核生物では増殖に必須でないプロテアソームが、何故真核生物において増殖に必須となったのかを明らかにすることを目的に研究を行った。最終年度において1)に関してはカスパーゼ様活性を担うβ1サブユニットの変異株内で過剰発現させた時に、β1変異株の増殖を阻害するようなタンパク質を4つ得ており、生理的な条件においても基質となっているかどうかの確認中である。2)に関してはプロテアソームの変異でミトコンドリアの変異が抑圧されるために必要な遺伝子を同定し、この遺伝子産物の増加によってミトコンドリアの変異が抑圧される仕組みの解明に取り組んでいる。3)に関してはリッドサブユニットRpn8とRpn3の変異株を作製し、その変異を抑圧する多コピーサプレッサーや偽復帰変異の解析を行っていた。今年度は新たに19S複合体サブユニットRpn2に関する変異を単離同定した。分子遺伝学真核生物のプロテアソームに保存されている3種類の活性に関する実験においてはβ1の活性部位に変異を持つ出芽酵母のβ1変異株を作製し、遺伝子過剰発現プラスミドライブラリーを用いて、その株内で出芽酵母の遺伝子を網羅的に過剰発現させる系を作製出来た。そして、野生型株内で過剰発現させても増殖抑制がかからず、β1変異株内で過剰発現させた場合にのみ増殖が遅延するものを単離中である。プロテアソームとミトコンドリアとの関係に関する実験においてはプロテアソーム変異によってミトコンドリア変異が抑圧されている状態からさらにスクリーニングを行った。増殖の良くなった株が再び増殖不全となるような変異を探索した結果、ミトコンドリア融合に関わるタンパク質などを同定出来た。これらの遺伝子産物はプロテアソームの変異によってミトコンドリア変異を抑圧するのに必要なタンパク質と言える。真核生物にのみ存在する19Sプロテアソーム制御因子の解析に関してはリッドサブユニットであるRpn8の変異株以外にRpn3に対しても変異体を作製し解析を行った。この株を用いてマルチコピーサプレッサーの単離、合成致死を示す変異の単離を行いRpn3と遺伝学的関連を持つ遺伝子を得ることが出来た。1)に関しては最初に予定していたβ1β2の変異と合成致死を示すような変異の単離を試みたが、残念ながら目的に沿う変異は単離出来ていない。遺伝子破壊株ライブラリーを用いてスクリーニングを行ったため、増殖に必須な遺伝子はこのスクリーニングからは除外されており、目的の変異が得られなかった可能性がある。2)に関しては計画を前倒ししてプロテアソーム変異によってミトコンドリア変異が抑圧されている状態からさらにスクリーニングを行った。増殖の良くなった株が再び増殖不全となるような変異を探索し同定した。3)に関してはリッドサブユニットであるRpn8の変異株を作製し解析を行った。この株を用いてマルチコピーサプレッサーノ単離、合成致死を示す変異の単離を行いRpn8と遺伝学的関連を持つ遺伝子を広く得ることが出来た。
DNAブラシ界面間における特異な相互作用の発現に対する水和状態の寄与評価

水溶液中で2つの向かい合ったブラシ状のDNA二重鎖(DNAブラシ)の間に生じる相互作用を、コロイドプローブ原子間力顕微鏡を用いたフォースカーブ測定により物理的な力(界面間力)として実測することに成功した。相補的な塩基対(GCペア)を表層に提示したDNAブラシ界面間では、NaCl濃度の上昇に伴なって界面間力が斥力→引力へと徐々に変化することがわかった。一方、非相補的な(CCミスマッチ配列)表層のDNAブラシ界面間では、NaCl濃度と関係なく斥力が支配的であった。このDNAブラシ界面間力の違いは、ブラシ表層の局所的な水和状態が反映されていることが示された。申請者は最近、DNAブラシ間に働く界面間力が、表層のごく僅かな塩基対構造の差によって、斥力的⇔引力的に変化することを示唆する興味深いコロイド界面現象を報告した(例えば、Chem. Eur. J., 19 (2013) 10794.)。この界面現象が、DNAの脱水和が進行すると考えられる比較的高塩濃度の水溶液で顕著化した点に鑑み、申請者は、「DNAブラシ表層の塩基対構造に対応した異なる水和構造が存在し、これが特異な界面間力発現の主たる要因となっているのではないか」と考え、その検証を目的とする本研究を計画した。初年度は、DNAブラシの僅かな表層構造の差が水和状態に与える影響を評価するためのプラットフォームとして、均一な表層構造を有するDNAブラシの構築法を確立した。具体的には、ステムループ型の自己構造を形成する配列のオリゴDNA鎖(SL-DNA)を採用し、ループ部位に固体材料表面へのアンカーとなる官能基を導入することによって、従来法では困難であった構造の均一性を確保した。例えば、チオール基をループ部位に導入したSL-DNAでは、完全二重鎖構造のステム部位を表層に提示した均一な構造のDNAブラシを金表面に形成した。また、このSL-DNAブラシは、1本のSL-DNA鎖あたり約8 nm2の分子専有面積を有する比較的密なブラシ構造であることが蛍光定量法より明らかになった。金基板表面に形成させたSL-DNAブラシに関して、NaClを含む緩衝液中における気泡接触角測定を行った。その結果、未修飾金基板に対する気泡接触角は、緩衝液中のNaCl濃度に関係なく一定の値を示すのに対し、SL-DNAブラシを形成させた金基板表面では、緩衝液のNaCl濃度の上昇に伴い僅かに疎水性に変化した。これは、緩衝液中のNaCl濃度上昇に伴うSL-DNAブラシの脱水和を反映しているものと考えられる。本年度は、従来、DNAナノ粒子の表層塩基対合に依存した特異な分散挙動が確認されてきたのが高塩濃度の水溶液であることに鑑みて、昨年度から採用しているステム・ループ配列のDNA(SL-DNA)に関して、高濃度の塩がその高次構造に及ぼす影響をCDスペストル測定より評価した。SL-DNA水溶液は、245 nm付近に負のコットン効果、275 nm付近に正のコットン効果を示す典型的なB型DNA二重らせんのCDスペクトル形状を与えたが、DNAナノ粒子の分散挙動変化が惹起される0.5 Mから1.0 MのNaCl濃度範囲では、NaCl濃度の上昇に伴って275 nm付近の正のコットン効果だけが選択的に低下する傾向が確認された。過去の報告から、このCDスペクトル変化は、DNA鎖の脱水和が進行して二重らせん構造がB型からC型へと変化する過程で観測される特徴的なものであることがわかった。即ち、DNAナノ粒子の表層塩基対合に依存した分散挙動変化が惹起される状況では、系中の高濃度の塩によってDNA鎖の部分的な脱水和が進行し、二重らせん構造に変化が生じていることが実験的に明らかとなった。しかしながら、ステム部位の末端が相補的な配列(G-C)の場合とミスマッチ(C-C)の場合を比較したところ、両者のCDスペストル変化には有意な差はみられず、本アプローチではステム部位末端の局所的な水和状態に関する情報を得ることはできなかった。本年度までの検討で、従来、確認されてきたDNAナノ粒子の特異な分散挙動とDNA鎖の水和状態の関連性を実験的に明らかにできつつある。本年度は、コロイドプローブ原子間力顕微鏡(AFM)法によるフォースカーブ測定により、2つの向かい合ったDNA二重鎖ブラシの間に発生する相互作用を界面間力として計測した。末端塩基対合の影響を評価するため、本課題で手法を確立したステム・ループ型DNAを用いて、相補的(G-C:塩基対合あり)あるいは非相補的(C-C:塩基対合なし)な表層構造をもつ完全二重鎖構造のDNAブラシを測定対象とした。金蒸着処理を施したコロイドプローブ、およびシリコン基板表面に同様のDNAブラシを形成させ、AFMにより200 nm/secの速度でDNAブラシ同士を水溶液中で接近させた際に観測される表面力と距離の関係(f-d曲線)を、溶液中のNaCl濃度を変えながら測定した。その結果、相補的な(G-C)表層のDNAブラシ同士を接近させた場合、NaCl濃度が100 mM以下では斥力が支配的であったが、250 mM以上では約8 nm以下の距離において引力が支配的となり、NaCl濃度が500 mM以上では100 pN以上の明瞭な引力ピークがf-d曲線上に確認された。

一方,非相補的な(C-C)表層のDNAブラシ同士を接近させた場合は、NaCl濃度に関わらず斥力が支配的であり、相補的な表層のDNAブラシの場合とは全く異なるf-d曲線のNaCl濃度依存性を示した。以上の結果は、従来、我々が報告してきたDNAブラシの末端塩基対合に連動したDNAナノ粒子の特異な分散挙動が高塩濃度下で惹起されるDNAブラシ間相互作用に起因すること、さらに、この相互作用は表層(末端)特異的に働くものであることを強く示唆している。DNAナノ粒子において見られる、表層塩基対合に依存した特異な分散挙動が、DNAナノ粒子表層における末端構造依存的なDNAブラシ間相互作用に起因するものであることを実験的に証明することができた。最終年度は、表面特性の異なるガラス基板上へのDNA修飾金ナノ粒子の吸着挙動を暗視野顕微鏡(DFM)法により評価した。本検討で使用したガラス基板は、未修飾(Bare)およびアミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)処理したものであり、それぞれの接触角およびゼータ電位の値は、Bareガラス基板(16.8°、-56.6 mV),APTESガラス基板(48.9°、+60.4 mV)と、濡れ性と表面電荷が異なる。これらのガラス基板でスペーサー材を挟み、液体サンプル観察用セルを作製した。DNA修飾金ナノ粒子の分散液をセルに封入し、一定時間静置した後に、ガラス基板上にDNA修飾金ナノ粒子が吸着していればDFM観察画像に吸着粒子が散乱した光に起因する輝点が現れる。500 mMNaClを含む一本鎖DNA修飾金ナノ粒子の分散液をセルに封入し、10分後にDFM観察を行った。BareおよびAPTESガラス基板の何れの場合でも、殆ど輝点は観察されなかった。一方、一本鎖DNA修飾金ナノ粒子の分散液に相補鎖を添加した場合、BareおよびAPTESガラス基板の何れの場合も、粒子の吸着に起因する輝点がDFM画像で確認された。Bareガラス基板の場合、DFM像で輝点を確認できた相補鎖の下限濃度は1 nMであったのに対し、APTESガラス基板では100 fMと4桁の差があった.APTESガラス基板の正電荷が負電荷を帯びたDNA修飾金ナノ粒子の吸着を静電的に促進したことが考えられるが、興味深いことに、相補鎖を添加しない場合では粒子の吸着が殆ど確認されていない。以上の結果は、ガラス基板の表面電荷よりも濡れ性がDNAナノ粒子の吸着特性に強く反映される可能性を示唆している。水溶液中で2つの向かい合ったブラシ状のDNA二重鎖(DNAブラシ)の間に生じる相互作用を、コロイドプローブ原子間力顕微鏡を用いたフォースカーブ測定により物理的な力(界面間力)として実測することに成功した。相補的な塩基対(GCペア)を表層に提示したDNAブラシ界面間では、NaCl濃度の上昇に伴なって界面間力が斥力→引力へと徐々に変化することがわかった。一方、非相補的な(CCミスマッチ配列)表層のDNAブラシ界面間では、NaCl濃度と関係なく斥力が支配的であった。このDNAブラシ界面間力の違いは、ブラシ表層の局所的な水和状態が反映されていることが示された。本研究を推進するための基盤技術となる、構造が均一なDNAブラシ界面の構築法(SL型DNAブラシ)を計画どおりに確立できており、その基本的な界面特性の評価の検討まで研究を進められているため。DNAブラシ表層の局所的な水和状態を評価する手段として、周波数変調AFM(FM-AFM)による水和構造の可視化を検討する。
脳・脊髄虚血再潅流障害におけるpostconditioningの保護作用

ポストコンデイショニングは虚血時の心筋保護作用を示すことが知られている。しかし、脊髄虚血に関する研究データは殆どない。今回脊髄の虚血プレコンデイショニング(Ischemic Preconditioning : IPC)とポストコンデイショニングの併用が脊髄虚血に効果的であるとの仮説を立て、本研究を行った。・ウサギを使用し、経大腿動脈的にバルーン法で30分間の大動脈虚血を作成した。コントロール群(n=7),IPC群(n=7);虚血の20分前に5分間の大動脈虚血を施行、ポストコンデイショニング群(n=7);再潅流後に1分毎に虚血再潅流を施行する(4回連続)、IPC+ポストコンデイショニング群(n=7); IPCとポストコンデイショニングの両方を行う群に分類した。下肢の神経機能障害の程度はTarlovスコアーで判定した。・神経学的障害の程度はIPC+ポストコンデイショニング群で他群に比べ有意に改善した(1日目&2日目: p<0.01,7日目&14日目: p<0.05)。再潅流後の血漿マロニルアルデハイド濃度は全ての群でコントロールより有意に低下し(p<0.05)、白質部の損傷程度も空洞部分の減少を伴い、有意に減少した。蛋白免疫反応で調べたアミロイド前駆物質も減少した(p<0.05)。・IPC+ポストコンデイショニング療法は脊髄の虚血再潅流障害に対して相加的な神経保護作用を有すると言える。
義歯の形態と発音障害との関係

上顎義歯の大連結子の走行(前パラタルバー,中パラタルバー,後パラタルバー,前後パラタルバー,ホースシューバー,斜方向バー)が発音機能に及ぼす影響について分析検討し,中パラタルバー装着時は未装着時と比較してどの被験音についても子音部の適正ラベルの認識率に有意な差が認められなかったが,斜走行バー装着時は,中パラタルバーと比較して認識率は低く,データのばらつきが大きい傾向を示した。行う上で重要な口腔機能であり,欠損補綴処置により回復を図ることができる。しかし不適切な形態の補綴装置の装着で発音機能障害を引き起こすこともある。そこで,簡便な録音機器とノートパソコンにて発音時の音声パターンを符号に変換し,ラベル表示する音声認識システムを導入してチェアサイドで補綴処置の効果を判定可能な評価システムを開発した。これまでに上顎義歯の前歯部被蓋やS状隆起の形態を変えた際の[シ]音の発音の違いを評価し,発音機能に有利な設計について検討を行った。しかし,これまでの研究では、どの程度の認識率に到達すれば,発音機能が十分回復されたと評価してよいかの明確な基準がないのが現状である.そこで発音障害の生じやすい複数の音節を健常歯列者で分析し,義歯装着者と比較して発音機能評価の被験音、被験語が適切か,健常歯列者の数値を評価基準として使用できるかについて検討を行う.また,人工歯の排列位置,被蓋関係,義歯床の形態,咬合高径,口蓋の深さ,義歯の維持・安定性など発音機能に影響を与える因子は様々であるが,すでに現在までに前歯部被蓋の違い,口蓋形態の違いが発音機能へ及ぼす影響については明らかになっているため,他の因子について義歯の形態の違いが発音機能に与える影響を明らかにする.上顎義歯の大連結子の走行(前パラタルバー,中パラタルバー,後パラタルバー,前後パラタルバー,ホースシューバー,斜方向バー)が発音機能に及ぼす影響について分析検討し,中パラタルバー装着時は未装着時と比較してどの被験音についても子音部の適正ラベルの認識率に有意な差が認められなかったが,斜走行バー装着時は,中パラタルバーと比較して認識率は低く,データのばらつきが大きい傾向を示した。発音機能は,ヒトがコミュニケーションを行う上で重要な口腔機能であり,欠損補綴処置により回復を図ることができる.しかし不適切な形態の補綴装置の装着で発音機能障害を引き起こすこともある.そこで,簡便な録音機器とノートパソコンにて発音時の音声パターンを符号に変換し,ラベル表示する音声認識システムを導入してチェアサイドで補綴処置の効果を判定可能な評価システムを開発し,これまでに上顎義歯の前歯部被蓋やS状隆起の形態を変えた際の[シ]音の発音の違いを評価し,発音機能に有利な設計について検討を行った。しかし,これまでの研究では、どの程度の認識率に到達すれば,発音機能が十分回復されたと評価してよいかの明確な基準がないのが現状である.今年度では,発音障害の生じやすい複数の音節を健常歯列者で分析し,義歯装着者と比較して発音機能評価の被験音、被験語が適切か,健常歯列者の数値を評価基準として使用できるかについて検討した.被験語は義歯装着時に発音の影響を受けやすい摩擦音,破擦音,破裂音で,後続母音が舌位の高い[イ]となる[シ], [チ], [キ]音を含む"石川[i/Shi/kawa]","イチロー[i/chi/ro]","沖縄[o/ki/nawa]"を選択し[シ], [チ], [キ]の子音部を分析した."その結果, [チ]については被験語の選定等再検討を要するが, [シ], [キ]については本システムにて健常歯列者データを基準値に設定し,義歯装着者の発音機能を評価することの有用性が示唆された.今後は引き続き,健常歯列者の測定,分析に加えて,義歯装着者にて評価を行い,義歯の形態の違いが発音機能に与える影響を明らかにする.発音機能は,ヒトがコミュニケーションを行う上で重要な口腔機能であり,欠損補綴処置により回復を図ることができる.しかし不適切な形態の補綴装置の装着で発音機能障害を引き起こすこともある.そこで,簡便な録音機器とノートパソコンにて発音時の音声パターンを符号に変換し,ラベル表示する音声認識システムを導入してチェアサイドで補綴処置の効果を判定可能な評価システムを開発し,これまでに上顎義歯の前歯部被蓋やS状隆起の形態を変えた際の[シ]音の発音の違いを評価し,発音機能に有利な設計について検討を行った。しかし,これまでの研究では、どの程度の認識率に到達すれば,発音機能が十分回復されたと評価してよいかの明確な基準がないのが現状である.昨年度では,発音障害の生じやすい複数の音節を健常歯列者で分析し,義歯装着者と比較して発音機能評価の被験音、被験語が適切か,健常歯列者の数値を評価基準として使用できるかについて検討した.今年度では,上顎義歯の大連結子の走行が発音機能に及ぼす影響について分析検討した.被験音は上顎義歯の連結装置の走行する歯頸部から口蓋部に調音点をもつ6種類の子音とし,被験語は被験音を第2音節に有する45音節からなる名詞を選択し,被験音の子音部を分析した.

その結果,中パラタルバー装着時は未装着時と比較してどの被験音についても子音部の適正ラベルの認識率に有意な差が認められなかったが,斜走行バー装着時は,中パラタルバーと比較して認識率は低く,データのばらつきが大きい傾向を示した.今後も引き続き,健常歯列者の測定,分析に加えて,義歯装着者にて評価を行い,義歯の形態の違いが発音機能に与える影響を明らかにする.発音機能は,ヒトがコミュニケーションを行う上で重要な口腔機能であり,欠損補綴処置により回復を図ることができる。しかし不適切な形態の補綴装置の装着で発音機能障害を引き起こすこともある。そこで,簡便な録音機器とノートパソコンにて発音時の音声パターンを符号に変換し,ラベル表示する音声認識システムを導入してチェアサイドで補綴処置の効果を判定可能な評価システムを開発した。これまでに上顎義歯の前歯部被蓋やS状隆起の形態を変えた際の[シ]音の発音の違いを評価し,発音機能に有利な設計について検討を行った。1年目に,発音障害の生じやすい複数の音節を健常歯列者で分析し,義歯装着者と比較して発音機能評価の被験音、被験語が適切か,健常歯列者の数値を評価基準として使用できるかについて検討した。2年目に,上顎義歯の大連結子の走行が発音機能に及ぼす影響について分析検討し,中パラタルバー装着時は未装着時と比較してどの被験音についても子音部の適正ラベルの認識率に有意な差が認められなかったが,斜走行バー装着時は,中パラタルバーと比較して認識率は低く,データのばらつきが大きい傾向を示した。3年目である今年度は,下顎義歯の大連結子の形態が発音機能に及ぼす影響について分析検討し,上下顎での比較についても分析を行った。その結果,リンガルバーは発音の観点からも障害は少なく,望ましい傾向を示し,一方リンガルプレートは他装置よりも舌感が良く,段差が少ないためか発音への影響が少なく,後続母音[エ,オ]の被験語において認識率が高い傾向を示した.咬合挙上を想定した切縁被覆タイプでは発音時の呼気流が変わるためか[シ,ヒ,チ,リ]を含む4被験語で発音障害が認められた。今後も引き続き,健常歯列者の測定,分析に加えて,義歯装着者にて評価を行い,義歯の形態の違いが発音機能に与える影響を明らかにする。発音機能は,ヒトがコミュニケーションを行う上で重要な口腔機能であり,欠損補綴処置により回復を図ることができる。平成20年度に,発音障害の生じやすい複数の音節を健常歯列者で分析し,義歯装着者と比較して発音機能評価の被験音、被験語が適切か,健常歯列者の数値を評価基準として使用できるかについて検討した。平成21年度に,上顎義歯の大連結子の走行が発音機能に及ぼす影響について分析検討し,中パラタルバー装着時は未装着時と比較してどの被験音についても子音部の適正ラベルの認識率に有意な差が認められなかったが,斜走行バー装着時は,中パラタルバーと比較して認識率は低く,データのばらつきが大きい傾向を示した。平成22年度に,下顎義歯の大連結子の形態が発音機能に及ぼす影響について分析検討し,リンガルバーは発音の観点からも障害は少なく,望ましい傾向を示し,一方リンガルプレートは他装置よりも舌感が良く,段差が少ないためか発音への影響が少なく,後続母音[エ,オ]の被験語において認識率が高い傾向を示した.咬合挙上を想定した切縁被覆タイプでは発音時の呼気流が変わるためか[シ,ヒ,チ,リ]を含む
His・Aspリン酸リレーによる大腸菌O157病原性遺伝子群の発現調節機構

大腸菌におけるHis・Aspリン酸リレー情報伝達分子機構の解明を目的として、病原性大腸菌O-157特異的ゲノム解析を基にした二成分制御系による病原性遺伝子群解析と、リン酸レギュロンの二成分制御系による遺伝子発現ネットワーク解析により以下のことを明らかにした。腸管出血性大腸菌O-157のゲノム長は5.6M塩基対でK12株と比べ、O-157特異的領域は約1.6Mである。この特異的領域に存在する二成分制御系をホモロジーに基づくコンピュータによる検索と解析をおこなった結果、K12株にはない二組のO-157特異的二成分制御系を発見して、これらの二成分制御系により発現が制御される遺伝子領域を詳細に明らかにした。さらに、二成分制御系のリン酸レギュロンにおけるモデュレーターPhoUのドミナントネガテブなphoU変異体を用いて、モデュレーターPhoUがおこなうリン酸レギュロンの負の調節機構に関して、PhoU側の機能部位を特定した。大腸菌におけるHis・Aspリン酸リレー情報伝達分子機構の解明を目的として、リン酸レギュロンの二成分制御系による遺伝子発現ネットワークの解明と、病原性大腸菌O-157特異的ゲノム解析を基にした二成分制御系による病原性遺伝子群発現の解析を目的とし、以下のことを明らかにした。1)リン酸レギュロンにおけるモデュレーターPhoUの解析リン酸レギュロン遺伝子の発現はPst S,A,B,C(リン酸の能動輸送系)およびモデュレーターPhoUによって間接的に負の調節を受けている。即ち高リン酸状態では、これら遺伝子産物はPhoRのもつフォスファターゼ活性を上昇させ、リン酸化型PhoBからのリン酸基離脱反応に関わる。結果的にPhoBの不活化が起きる。この機構がどのようなものであるか、今のところ十分な解析がなされていない。PhoUの機能を明らかにするため、ドミナントネガティブなphoU変異体を分離し変異部分を明らかにした。2)腸管出血大腸菌O-157特異的二成分制御系の解析O-157ゲノム長は5.6M塩基対(5,600kb)で、K12株と比べO-157特異的領域は約1.6M塩基対である。この特異的領域に存在する二成分制御系をホモロジーを基にコンピュータによる検索を行い、2組のO-157特異的二成分制御系を発見した。また、これら制御系により発現が制御される遺伝子領域を明らかにした。1)リン酸レギュロンにおけるモデュレーターPhoUの解析リン酸レギュロン遺伝子の発現はPst S, A, B,C(リン酸の能動輸送系)およびモデュレーターPhoUによって間接的に負の調節を受けている。PhoUの機能を明らかにするため、ドミナントネガティブなPhoU変異体を分離し変異部分を明らかにした。
画像情報を用いた三次元浮遊物質濃度分布の計測技術の開発

本研究では,近年技術発展が著しい画像処理技術を適用して,画像輝度情報から浮遊物質濃度の瞬時的・空間的な濃度分布を推定する手法の開発を目指している.最終年度の研究実績を以下に記す.1.レーザースキャニングを用いた可視化画像計測システムにおける輝度分布に対する検討:初年度に作成したレーザースキャン光学系装置を用いて,レーザー光膜を高速で移動させることによって,3次元的な準瞬時の可視化断面計測を行った.その際,精度の良い濃度推定を行うための高質な画像輝度分布を得るために,システムの各部に検討を加え,画像輝度の補正を行った.本年度では,本計測システムによって得られた画像輝度に対して,ウェーブレット変換を用いた画像補正を施すことによって輝度分布のノイズ除去を行っている.2.四流束モデルを用いた画像輝度-浮遊物質濃度関係式の定式化:これまでの研究段階では,放射伝達方程式を用いることによって水中を伝播する光の減衰,多重散乱の影響を輝度-濃度関係式に導入しており,その関係式での多重散乱項を実験により決定する必要があった.ここでは,光の伝播における多重散乱の役割を明確にするために,散乱(多重散乱)の影響を拡散光として取り扱う四流束モデルを用いて輝度-濃度の関係を定式化した.得られた関係式中には,光の散乱係数,吸収係数など8つのモデルパラメータが含まれる.3.輝度-濃度関係式における各モデルパラメータの最適値の同定:得られた輝度-濃度関係式中の各モデルパラメータの最適値を,ほぼ一様な調整濃度場において同定した.それらの係数を用いて一様濃度場に本計測法を適用し,本手法の精度について検討を行った.本研究は,近年技術発展が著しい画像処理技術を適用して,画像輝度情報から浮遊物質濃度の瞬時的・空間的な濃度分布を推定する手法の開発を目指している.初年度の研究実績を以下に述べる.1.可視化実験計測システムの作製:室内水理実験において,水槽中の浮遊物質濃度場における可視化断面画像を得るための計測システムを確立する.レーザースキャン光学系装置を用いて光膜を高速で移動させることによって,3次元的な準瞬時の可視化断面の計測する.高質の画像輝度データを得るために,システムの各部に検討を加え,画像輝度の補正を行った.今後,本計測システムによって得られた画像輝度に対して,ウェーブレット変換を用いた画像補正を施すことによって,輝度分布のノイズ除去を行う予定である.2.画像輝度-浮遊物質濃度関係式の定式化:浮遊物質濃度場における光の伝播特性を考慮した基礎方程式(放射伝達方程式)を用いて,画像輝度-浮遊物質濃度関係式の定式化を行った.その関係式では,画像輝度は濃度場における光の減衰のみならず,光の多重散乱の影響を反映したものとなる.今後,関係式中における多重散乱の影響を表す項のモデルを行う予定である.3.一様濃度場への本計測手法の適用:一様に調整した濃度場において,輝度-濃度関係式を適用することにより,その関係式中に現れる係数の同定を行った.ここでは,1.で確立した画像計測システムを用いて計測した画像輝度と調整濃度の関係から実験的に各係数を決定した.得られた各係数を用いて,一様濃度場に本計測法を適用し,本手法の精度について検討を行った.本研究では,近年技術発展が著しい画像処理技術を適用して,画像輝度情報から浮遊物質濃度の瞬時的・空間的な濃度分布を推定する手法の開発を目指している.最終年度の研究実績を以下に記す.1.レーザースキャニングを用いた可視化画像計測システムにおける輝度分布に対する検討:初年度に作成したレーザースキャン光学系装置を用いて,レーザー光膜を高速で移動させることによって,3次元的な準瞬時の可視化断面計測を行った.その際,精度の良い濃度推定を行うための高質な画像輝度分布を得るために,システムの各部に検討を加え,画像輝度の補正を行った.本年度では,本計測システムによって得られた画像輝度に対して,ウェーブレット変換を用いた画像補正を施すことによって輝度分布のノイズ除去を行っている.2.四流束モデルを用いた画像輝度-浮遊物質濃度関係式の定式化:これまでの研究段階では,放射伝達方程式を用いることによって水中を伝播する光の減衰,多重散乱の影響を輝度-濃度関係式に導入しており,その関係式での多重散乱項を実験により決定する必要があった.ここでは,光の伝播における多重散乱の役割を明確にするために,散乱(多重散乱)の影響を拡散光として取り扱う四流束モデルを用いて輝度-濃度の関係を定式化した.得られた関係式中には,光の散乱係数,吸収係数など8つのモデルパラメータが含まれる.3.輝度-濃度関係式における各モデルパラメータの最適値の同定:得られた輝度-濃度関係式中の各モデルパラメータの最適値を,ほぼ一様な調整濃度場において同定した.それらの係数を用いて一様濃度場に本計測法を適用し,本手法の精度について検討を行った.
メスバウアー分光法による河川底質中の鉄の状態分析を用いた河川環境分析

都市河川の河口域では有機物を多く含む堆積物がたまり、嫌気的環境が形成されている。その中で、海水などを起源とする硫酸イオンが悪臭物質の根源である硫化水素などに還元されることが知られている。一方、底質中の鉄化合物は硫化水素と反応して鉄の硫化物へと化学変化する。本研究では、非破壊で鉄の化学状態を分析できる^<57>Feメスバウアー分光法を用いて、いくつかの都市河川で採取した底質中の鉄化合物の化学状態とその垂直分布について検討を行った。その結果、河口域底質のメスバウアースペクトルは、3種類のダブレットと1種類のセクステットから成り、鉄の化学種は、高スピン3価、高スピン2価、パイライト(FeS_2)、磁気分裂成分の4種類が存在することがわかった。ピークの相対面積から各成分の垂直分布を見ると、多摩川河口域の場合、いずれの季節においてもパイライトは深さ2040cm付近で層状に分布しているのに対し、主に高スピン2価の鉄が相補的に変動していることがわかった。また、東京都内の内部河川である北十間川および竪川においても、パイライトの層状分布が見られた。一方、相模川では、パイライトの検出されない試料が多かったが、排水処理施設の近くでは同様の層状分布が見られた。これらの底質中に含まれるパイライトの生成には、硫酸還元菌が大きく寄与しているものと考え、実際に底質中に生息する硫酸還元菌の菌体数の垂直分布を、平板培養による間接計数法にて測定した。その結果、パイライトの垂直分布と比較的よい一致が見られた。河口域底質中では、海水などを起源とする硫酸イオンが嫌気的環境下で硫化水素などに還元されることが知られている。本研究では、非破壊で鉄の化学状態を分析できる^<57>Feメスバウアー分光法を用いて、多摩川河口域で採取した底質中の鉄化合物の化学状態とその垂直分布について検討を行った。その結果、底質中の鉄化学種は、高スピン3価、高スピン2価、パイライト(FeS_2)、磁気分裂成分の4種類が存在することがわかった。この内の高スピン3価及び2価の成分は、粘土鉱物や造岩鉱物などに由来する常磁性の鉄であり、磁気分裂成分は酸化鉄や鉄の水和酸化物と推定された。ピークの相対面積から各成分の垂直分布を見ると、パイライトは約20cm以深で層状に分布しているのに対し、高スピン2価及び3価の鉄が相補的に変動しているのがわかった。また、底質を塩酸で処理しその残査中の高スピン2価の鉄の量を調べたところ、高スピン2価の鉄の中には、塩酸に可溶な成分と不溶な成分が存在することが明らかになった。この内、塩酸に不溶な成分は造岩鉱物中の鉄と考えられ、可溶な成分は粘土鉱物に含まれる鉄や有機酸と結合した鉄と考えられる。前者の造岩鉱物中の鉄は一般に反応性が低いと考えられるので、後者の成分に含まれる鉄が、パイライトの生成に関与しているものと考えられた。比較のため測定した多摩川最上流の奥多摩湖の底質試料のメスバウアースペクトルには、常磁性高スピン2価および3価の成分のみが見られ、パイライトは検出されなかった。Fe^<2+>/Fe^<3+>比が河口域に比べて非常に高く、深さによってほとんど変化しないことが特徴的であった。現在、パイライトの生成に対する硫酸還元菌の関与を検討するため、河口域底質から分離された菌を純粋培養し、実験室内で自然環境のシミュレーション実験を遂行中である。