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科学的根拠に基づく栄養学の脆弱性に関する理論的研究

これは医療や看護でも同様にみられる現象だが、新体制も「先入見」に囚われている点では旧体制と同じであり、「権威争い」と一蹴される体のものに過ぎなかった。しかし、他方で旧体制も「科学」に囚われ、実践との融合を果たしていたはずの過去を忘却して新体制に迎合したようにみえる。その結果、従来の「自然科学とその実践」という佐伯栄養学の実践モデルによって安定が保たれていた栄養学は、極めて不安定な時期を迎えることになった。現在もこの混乱は続いている。繰り返して言うが、栄養学はずっと科学的根拠に基づいていた。科学のないところに栄養学は存在しえなかった。これは医療や特に看護とは本質的に異なる部分であるが、新体制はこの違いをなぜか問題にしなかったようである。これが「科学的根拠に基づく栄養学の脆弱性」の本質だと思われる。栄養学の全体を俯瞰するべく人文社会科学としての視点を導入しこのような結論にいたったことは、本研究の最大の成果だと考える。栄養情報に関する理論的な背景を考察した「EBIS栄養情報学」およびその実践的成果物である「リンクDEダイエット」がある。どちらも申請者が管理運営しているものである。栄養情報学理論構築はおおむね順調に進展しているが、論文化とサイト構築が遅れており、本格的なサイトの公開にこぎつけなかったため、この評価とした。本研究の第一の目的は、本研究は、栄養教育等の実践栄養学の基礎理念としてのEBN(科学的根拠に基づく栄養学)の原理的な脆弱性を詳らかにすることであり、研究実績の概要からも明らかなように、基本的な検討項目についてはほぼその目的を達成したと思われる。目的の第二は、栄養情報学的観点からのシステマティックな見直しを行なうことによって、栄養(学)全般にわたる指導原理としての真のEBNの基盤を確立することができるであろう、ということだが、これは25年度以降の検討項目である。ウェブサイトの構築については、字数の都合で実績では触れずに済ませたが、基本ソフトのインストールと枠組みはほぼ完了している。以上のことから、おおむね順調に進展しているとの自己評価を行った。栄養情報学を基本としたEBIS(仮)の全体像を詳細に描き出す必要がある。またこれを公開するためのサイト構築が必要である。栄養情報学の基盤として、従来の人間栄養学における科学的根拠との整合化が図られることで、栄養学の全体像に内包される曖昧さや齟齬が解消され、単に栄養情報学としてのみならず、栄養学全体の論理的基盤が確立されると思われる。これらの作業によって、栄養(学)全般にわたる指導原理としての真のEBNの基盤を確立することができるであろう、という仮説の検証が終了する。さらに、これらの論理的吟味を、栄養情報学インターネットサイトの内容物として落とし込み、この新たなEBNと栄養情報学の普及啓発を同時に行っていく。EBMとは異なる独自の方法論として新たに再構成されるべきEBNの明確な全体像の見取り図の作成を推進するために必要な書籍等資料の収集とウェブサイトの構築に使用する。平成24年度に得られた結果を基にして、EBMとは異なる独自の方法論として新たに再構成されるべきEBNの明確な全体像の見取り図の作成を推進する。このEBNは現在あるEBNとはもちろん異なるものであり、構想中の栄養情報学の基盤となるものである。
C型慢性肝炎に特徴的に認められるC3d結合免疫複合体とその免疫調節作用

慢性C型肝炎で高頻度に認められるC3d結合性免疫複合体の臨床的意義、その構成成分の解析、免疫学的作用について検討し、以下の新たな知見が得られた。尚、検討には経過観察中に採血が必要と思われた際に得た血清の一部を用いたが、その際に採取した血清の一部を本検討に用いることを患者さんに説明し承諾を得た。1.慢性C型肝炎患者血清C3d結合免疫複合体値は慢性B型肝炎患者や健常人に比し有意に高値で、血清IgG値と正の相関を示した。しかし血清C3d結合免疫複合体値とHCV-RNA量およびHCVジェノタイプとは相関を認めなかった。3.インターフェロン治療中の血清C3d結合免疫複合体値の変動はインターフェロン有効群、無効群間で有意差を認めなかったが、無効群では治療終了後にC3d結合免疫複合体値が再上昇するのに比し、有効群では治療終了後もさらに低下を認めた。5.血清C3d結合免疫複合体がB細胞活性化機能を有し血清IgG値を上昇させている可能性を考え、慢性C型肝炎症例のB細胞のC3d受容体であるCR2の表出、およびCR2を介した情報伝達系の異常の有無について現在検討中である。以上より慢性C型肝炎ではC3d結合免疫複合体が高値を示し、その病態形成、特に液性免疫の動態にHCV-RNAを含有するC3d結合免疫複合体が関与している可能性が示唆された。
確率過程の表現と極限定理

標題の「確率過程の表現と極限定理」を中心として、総合的に数学解析の研究を組織し、広い分野にわたり成果を得ることができた。主な内容は中心課題である確率論および確率過程論については、〔1〕ガウス過程の表現、〔2〕無限個の粒子の運動、〔3〕ディリクレー形式によるマルコフ過程の解析、〔4〕データ解析などがあげられよう。周辺分野からは、〔5〕常微分方程式の大域的研究とその数式処理、〔6〕楕円型非線形微分方程式の優劣解の研究の方面に成果を上げることができた。〔1〕および〔2〕は主として代表者が担当したが、その概要を述べる。確率過程は時間経過とともに新しい情報を生成して行くが、特にガウス過程に的をしぼると、L【e! ́】vy-Hida-Cramerの表現定理により、高々可算個の独立増分をもつガウス過程によって標準的に表現されることが知られている。本研究では初年度には与えられた共分散関数からHida表現を得ること、つまりイノベイションを取り出すことを目標にした。ある条件の下に1個のブラウン運動に関して標準表現されることが判明した。本年度は、より具体的なガウス過程に対して判定条件をより自然な形にしようと試みた。これは信号十雑音のモデルとも考えられ工学的に意味が深い場合である。この場合1個のイノベイションとしてブラウン運動が表れるが、これにつきるか否かは未完成であった。一方、L【e! ́】vyの非漂準表現について、その構造が解明できた。〔2〕については超関数室問上の発展方程式を導くことができた。
ニッケル1価錯体を高活性鍵中間体とする均一系触媒開拓研究

本研究は、従来提唱されている均一系ニッケル触媒における0価と2価の酸化還元過程とは異なる、新たな1価と3価の酸化還元を経由する触媒プロセスの創生、すなわちニッケル1価⇔3価触媒サイクルに特徴づけられる新たな有機合成反応開発を目指します。均一系触媒反応へのニッケル1価錯体の関与は、国内外を問わず活発に議論がされていますが、実験的な論拠は未だ明確なものはありません。鍵となるのは3価中間体の関与の実験的な証明とニッケル0価錯体では実現の難しい触媒反応の発見であると考えています。従って、本研究では、まず既存の触媒反応における機構解明を推進し、併せて反応開発研究に取り組みます。
ノックアウトマウスによる減数分裂及び精子形成メカニズムの解析

体細胞に発現せず精子形成過程にのみ特異的に発現する遺伝子は,減数分裂あるいは精子形成に重要な役割を担っていることが推測される。よって、今回、我々がクローニングした精子形成特異的に発現する遺伝子{解糖系酵素であるhexokinase遺伝子(Hkl-s)とheat-shock proteinのひとつであるHsp70-2遺伝子}の機能を解析するために、「ノックアウトマウスによる減数分裂及び精子形成メカニズムの解析」に関する研究を進めた。我々は,精子形成過程に特異的に発現する4つの遺伝子のクローニング及び発現様式の解析に成功し報告してきた。報告した4つの遺伝子は,解糖系酵素であるhexokinase遺伝子(Hkl-s)とglyceraldehyde3-phosphate dehydrogenase遺伝子(Gapd-s),精子尾部の繊維鞘構成蛋白質であるFsc1遺伝子,heat-shock proteinのひとつであるHsp70-2遺伝子である.Hk1-s,Gapd-s,Fsc1遺伝子は主にpostmeiotic phaseである半数体のspermatidの発生段階に発現し、Hsp-70-2遺伝子は精母細胞を中心としてmeiotic phaseに発現している。これらの遺伝子の機能を解析するために、まず我々は、HK1-s遺伝子の構造を明らかにし(Mori et al.,Mol Repiod Dev,1998),そのノックアウトマウスを作成するためのtarget vector作りをおこなっている。また、Hsp70-2遺伝子に関しては、Hsp70-2ノックアウトマウスの作製に成功しているので、減数分裂におけるHsp70-2遺伝子産物の機能,apoptosisとの関連を検索した(Mori et al.,1997)。さらに、精巣におけるapoptosisのメカニズム及び検出方法の関連を行い(Nakagawa et al,1997; Mori,1997)、現在、減数分裂との関係や精子形態形成の関係とを検討中である。我々は,精子形成過程に特異的に発現する4つの遺伝子、解糖系酵素である
生体筋骨格の有用性を利用した視覚を有する剛性可変腱駆動アームのモーション制御

人間と共存する環境で安全に様々な作業を行えるロボットを開発することを目的に、視覚を有し生体筋骨格と同じ特性を持つアームの制御に関する研究を行った。軽量で安全性が高く、剛性を調節可能な非線形バネを用いた腱駆動アームに対して、位置制御時の剛性値に関する解析を行った。さらに、2関節アームに対して腱の張力制限を考慮したアーム姿勢決定手法を開発した。一方、視覚を用いたアーム制御に関しては、画像を扱う空間に人間の空間知覚に関係の深い視空間座標系を用いる。その上で、視空間、作業空間、関節空間、腱空間の間の簡易な変換を基に様々なセンサ情報を融合した柔軟な制御系を開発した。以前に開発した柔軟・非線形・高剛性の3モード非線形バネSAT(以下、SAT)はコンパクトながら構造が複雑であったのに対して、新しく開発した機構は少ない部品点数かつシンプルな仕組みであるためメンテナンス性に優れる。平成26年度はSATのモデル化と解析、特性測定実験を行い、動作原理を明らかにした。並行して、2関節筋アームに搭載するための回転関節への適用を試み、SATの原理を応用した新しい関節剛性調整機構を提案、定式化および実機実験を行った。視覚を含む生体筋骨格アームに関しては、これまでのアーム関節角度と視空間座標系での手先位置との変換の線形近似を、生体筋骨格腱駆動アームの腱空間と視空間との関係に拡張し、それがどのような関係式で表現されるのかを調査した。生体筋骨格は粘弾性を可変にできるため、作業空間での粘弾性楕円体を検討した。その結果、視空間における粘弾性は全ての変数を角度で表現するため、カメラとアーム先端との距離が近くなるほど粘弾性が大きくなることが判った。一方、腱駆動アームの制御においては、関節空間から腱空間への座標変換が必要である。拮抗する腱の張力の差が関節トルク、和が剛性となるため、腱張力を拮抗する腱の腱張力の和と差に変換する。本変換により腱張力が正という制約を考慮する必要がなくなり、腱張力の和と差の二次乗和を最小化する問題とすることが可能である。リアルタイム制御で実装可能なように疑似逆行列を用いた最適化問題の解法を利用する。さらに、モータトルクの上限にかかりにくくするために、重みを用いた疑似逆行列を利用し、本手法の有効性を腱駆動アームにおいて実験的に確認した。これにより、モータトルクの上下限に最大限収まるような、関節トルクと剛性から腱張力への変換が可能となった。本研究では腱駆動機構に網チューブ内にシリコンゴムスポンジを挿入したバネSATを用いる。SATは単純構造、軽量、安価等の利点を持つが、張力-伸び量特性において伸展時と収縮時で特性が変化するヒステリシス特性を持つため、正確なモデリングが困難であるという特徴を持つ。本機構では関節角度と関節剛性の二つの指令を制御に用いるが、関節剛性制御において近似モデルを用いてフィードフォワード的に制御を行っている。そのため、従来法のバネモデルでは剛性制御性能の劣化を招く。そこで、SATの伸展時と収縮時それぞれで近似モデルを作製する手法を提案した。1リンク2本腱駆動機構において関節剛性が変化するパターンは、片方のSATが伸展、もう一方のSATが収縮するように異なる動作を同時に行う場合、2本のSATが同時に伸展、または収縮するように同じ動作を同時に行う場合がある。実機実験により取得したSATの張力-伸び量特性を基に、ヒステリシスの伸展部分を通るようにパラメータを決定した伸展モデル、ヒステリシスの収縮部分を通るようにパラメータを決定した収縮モデルを作製した。この二つのモデルを組み合わせることによりSATが有するヒステリシス特性を表現する。従来法と提案手法の関節剛性制御の精度検証を実機実験で行った。さらに、非線形バネの特性を生かした制御法とするため、オープンループ力制御時のバネ剛性変化による特性解析と制御法の提案を行った。また、視空間による簡易な座標変換を用いた腱駆動アーム制御に関しては、これまでシミュレーションで行っていたのを、実機実験により性能評価を行った。一方、二本のワイヤーと二本のバネからなる三モードバネ機構を開発し,その実用性を確認するための下肢装着型姿勢保持装置を開発した.非線形バネSATの特性を基に、剛性制御性能を向上する手法を提案した。さらに、剛性可変特性を生かした制御手法の開発をおこなった。まず、制御対象として3対6筋剛性可変駆動アームに用いる剛性調整機構として旧来のSATに代えて新しい構造の非線形バネ機構を考案、実機を製作して特性を解析した。3対6筋剛性可変アームの構想設計を終え、詳細設計を行った。さらに、SATを用いた3次元空間内での3関節アームの製作を行い、実験を行った。1関節剛性可変腱駆動アームの位置制御系に関して検討を行った。非線形バネの剛性とコントローラパラメータの関連を解析し、実験との対比を行った。これにより、剛性指令値の決定に対する指針が得られた。2関節剛性可変腱駆動アームに作業空間での作業を行わせるために必要な、作業空間からから腱空間への座標変換手法を考案した。ここでは、重みを付加したヤコビ行列の零空間を用いた手法を提案し、各腱の張力の上下限を考慮して、各腱の最大力までを利用可能とする手法を実現した。これにより、本制御手法の実用化に近づいた。上記作業空間アーム制御系に対する剛性や先端発揮力指令値を達成可能とするアーム姿勢決定法を開発した。これにより、作業に適したアーム姿勢を自律的に決定可能となった。

複数の簡易な座標変換を用いた視空間ビジュアルサーボ手法を開発した。本手法においては視空間と同様に、距離と方位を座標系とした極空間を複数用意して、視空間からそれらに対して簡易な変換が可能なことを明らかにした。それを利用した筋骨格ロボット制御手法を開発した。これにより、剛性可変腱駆動アームに視覚機能を追加することが可能となる。研究実績で示したように、多方面に渡って研究を行い、多くの研究成果を得ることができた。その結果、査読あり学術論文1件、査読あり国際会議3件、国内大会2件の論文を公表した。人間と共存する環境で、安全に様々な作業を行えるロボットを開発することを目的に、(1)剛性が可変な非線形バネを用いた軽量で柔軟な腱駆動アーム、(2)人間の空間知覚に関係の深い視空間座標系を含む複数座標系間の簡易な変換を導出し、複数のセンサ情報を融合した腱駆動アームのビジュアルサーボを開発してきた。腱駆動はアーム根元にアクチュエータを配置するため、アームが軽量となり安全性に優れる。また、バネを腱に配置することで、柔軟なアームとなり安全性に寄与する。しかしながら、電磁モータをアクチュエータに用いるとシステム全体としては重くなってしまう。出力重量比の大きい超音波モータ等を用いるとシステムの総重量を低減できるが、トルク制御が出来ないため、バネに起因する振動を抑制するための共振比制御等を用いることが出来ない。そのため、出力重量比の大きなアクチュエータを用いる場合は、本腱駆動アームの制御手法を新たに開発する必要がある。ここではトルク制御系で提案された共振比制御を位置制御系で実現できるように改良を加えた。超音波モータで構成される位置制御系の伝達関数を1と近似して共振比制御を設計し、振動抑制を達成しているさらに、カメラは画像処理による計測遅延が存在し、それによって制御性能が劣化する。ここでは、移動物体への押し込み動作時の動作の保存と再現を実現するシステムにおいて、画像処理遅れを考慮した手法を開発した。人間と共存する環境で安全に様々な作業を行えるロボットを開発することを目的に、視覚を有し生体筋骨格と同じ特性を持つアームの制御に関する研究を行った。軽量で安全性が高く、剛性を調節可能な非線形バネを用いた腱駆動アームに対して、位置制御時の剛性値に関する解析を行った。さらに、2関節アームに対して腱の張力制限を考慮したアーム姿勢決定手法を開発した。一方、視覚を用いたアーム制御に関しては、画像を扱う空間に人間の空間知覚に関係の深い視空間座標系を用いる。その上で、視空間、作業空間、関節空間、腱空間の間の簡易な変換を基に様々なセンサ情報を融合した柔軟な制御系を開発した。研究実績の概要の1番目に関しては装置開発が順調に進んでいる。2番目に関しては、有用性にまでは踏み込めていない。3番目に関しては、研究が順調に進展しているが、当初の計画には含まれていなかった事項であり、総合して「(2)おおむね順調に進展している」と評価した。3次元での非線形バネ腱駆動アームの製作を行う。これまでは2次元空間内で動作するアームを用いていたが、肩関節部分に1自由度追加して3次元空間で運動が可能なアームを設計・製作する。
植物の高親和性硝酸イオン能動輸送体の活性制御と発現調節の機構

1.ヒメツリガネゴケNRT2分子種の機能分化ヒメツリガネゴケの4つの主要NRT2分子種のうち、NRT2;1、NRT2;2およびNRT2;4が高親和性の硝酸・亜硝酸イオン輸送体であり、NRT2;3が低親和性の硝酸イオン輸送体であることを明らかにした。2.窒素条件に応答したヒメツリガネゴケNRT2分子種組成の調節機構窒素欠乏条件下で高親和性の3種のNRT2分子種が優先的に発現するのに対し、十分量の硝酸イオンの存在下では低親和性のNRT2;3がNRT2の主要成分になることを見出した。さらにこの制御が、高親和型NRT2遺伝子と低親和型NRT2遺伝子のフィードバック阻害への感受性と硝酸イオンへの依存性の違いによることを明らかにした。3.PpNRT2;3の構造と機能の解析NRT2;3の推定リン酸化部位をアラニンに置換したST1(S414A)、ST2(S507A)、ST3(S516A)の3種の変異株の性質を調べ、S^<414>がNRT2;3の活性発現に特に重要であることを明らかにした。4.AtNRT2;1遺伝子のプロモーター解析GUS遺伝子をレポーターとしてシロイヌナズナのAtNRT2;1のプロモーターの構造を解析し、窒素への応答に必要なのは翻訳開始コドンから数えて上流側966番目から495番目の領域であり、糖への応答に必要な領域とは異なることを明らかにした。5.LtnTの構造と機能の解析ラン藻で見出された新規の低親和性硝酸イオン輸送体LtnTにランダムな変異を導入し、硝酸イオンに対する親和性を向上させるアミノ酸置換を5種特定し、さらにこれらの変異を組み合わせることで、硝酸イオンに対する親和性を相乗的に向上させることに成功した。1、PpNRT2;3の構造と機能の解析ヒメツリガネゴケの主要NRT分子種であるPpNRT2;3が基質親和性の比較的低い輸送体であることを明らかにした。PpNRT2;3のC末端親水性領域に存在する2つの推定リン酸化配列と輸送活性のフィードバック制御の関係を検証するために、これら2つの一方、あるいは両方を改変したPpNRT2;3をもつ変異株の作製を試み、C末端に近い側のリン酸化部位の改変株を取得した。2、ラン藻のNRT2ホモログの活性制御の有無植物のNRT2に見られるC末端保存領域を欠くラン藻由来のNRT2ホモログ(NrtP)がフィードバック制御を受けないことを明らかにした。3、硝酸イオンへの初期応答に寄与するNRT2分子種の同定硝酸イオンによる誘導時に最も早く発現するPpNRT2;5が、他のNRT2遺伝子群の硝酸イオンへの応答に重要な役割を果たすことを明らかにした。4、NR遺伝子多重変異株の作製ヒメツリガネゴケのNRT2遺伝子群の誘導は二相性を示し、最初は硝酸イオン特異的に活性化され、数時間目以降には硝酸イオンと亜硝酸イオンによって活性化される。この2番目の硝酸イオンへの応答が亜硝酸イオンへの還元を必要とするか否かの判定に用いるため、既知の2つのNR遺伝子の二重変異株を作製した。5、ヒメツリガネゴケPIIタンパク質の機能解析遺伝子破壊株を用いた解析により、窒素同化の制御に関与するとされるPnが硝酸同化、アンモニア同化、およびアルギニン合成の制御には関与しないことを示した。6、新規硝酸イオン輸送体LtnTの活性制御機構の解析SulPファミリーに属する新規の硝酸イオン輸送体をラン藻から発見し、その活性が新奇のシグナル変換因子を含むHis-Aspリン酸基リレー系によって制御されていることを明らかにした。5.LtnTの構造と機能の解析ラン藻で見出された新規の低親和性硝酸イオン輸送体

LtnTにランダムな変異を導入し、硝酸イオンに対する親和性を向上させるアミノ酸置換を5種特定し、さらにこれらの変異を組み合わせることで、硝酸イオンに対する親和性を相乗的に向上させることに成功した。
光励起蛍光(OSL)地質温度計による断層ガウジの到達温度推定

断層活動中に断層ガウジが到達する温度を見積もるため、SAR法を用い、熱でOSLの感度が変化する性質の利用を検討した。花崗岩基盤岩石英の加熱実験では、室温から440°Cまで加熱し、温度に対する感度変化を明らかにした。その結果、石英が320°Cに加熱されたとき、OSLシグナルは完全に消失し、感度変化(T6)は0.85まで上昇した。感度変化の範囲、0.2-1.2を用いるとこの値から断層ガウジの到達温度の推定が可能である。感度変化の程度は阿寺断層帯であっても試料による依存性が大きい。また、同じ地域の花崗岩基盤石英の感度変化は天然加熱がされていないにも関わらず、等価線量に応じた感度変化を示す。岐阜県中津川市田瀬に位置する阿寺断層を対象に断層ガウジおよびその基盤岩についてOSLの感度変化を利用した到達温度の推定方法を開発する目的で以下の実験を進めた。1)源岩石英を用い、室内実験による加熱を行い、OSL感度変化が起こるかどうかの検討、2)野外露頭から採取した岩石中の石英を用いて、OSL感度変化が実際に天然状態で起こっているかどうかの評価。である。その結果、1)断層活動として最も可能性のある温度領域である180-420°Cまでの加熱実験を行った。その結果、OSL感度は260°C以上で上昇をはじめ、420°Cまで連続的な感度変化の上昇が見られた。一方、これとは別にアレニウスプロット作成のための加熱実験を行い、τ値の検討を進めた。その結果、300°Cの場合、40秒でOSLシグナルはリセットされることが明らかとなった。また、断層活動で推定されている10秒程度の活動時間の場合、320°C程度でリセットすることが明らかとなった。加熱実験とτ値を比較した場合、両者のOSLシグナルのリセット条件はほぼ一致した。断層活動において、粘土鉱物生成や希土類元素の挙動から推定される到達温度は300ー350°Cである。OSLシグナルの消失温度はこれに極めて近いため、OSLシグナルの減衰やリセットが断層活動の到達温度推定に極めて有効であることが強く示唆された。2)についてはガウジ内の石英の感度変化はレイヤーによって異なることが明らかとなった。場ガウジ内での感度変化分布は幅広い値(0.4-1.4)を示し、1)の実験結果に基づくと、加熱を強く受けた石英と受けていない石英が混在することが示唆された。また、特に高い値(1.0-1.4)を示すレイヤーが存在することが示され、このレイヤーがより強い熱を受けたことが示唆された。中津川市阿寺断層より実験に用いる良好な試料が採取でき、実験に必要な石英も確保できた。OSL装置も光励起部、線源電源の改良、OSL受光感度の向上に加え、動作プログラムの基本設計も変更したことにより、格段の装置の改良を進めることができた。加熱実験では、加熱による感度変化が確実に確認され、断層活動に最も関連すると見られる温度領域での実験に前進を図ることができた。最も重要な実験目的が達成された。また、断層ガウジおよび周辺基盤岩については基礎データが得られた段階で、ガウジで固有のやや高い感度変化が示された点で、一定の成果の達成があったが、いっそうのデータ蓄積が必要である。中津川市宮脇横川谷沿いの花崗岩石英を用いて、到達温度の推定方法について検討した。加熱実験(試料名:YT、YTB1)では最大180ー440°Cまで加熱を加えた。その結果、いずれの試料でも加熱温度の上昇にともない、感度は上昇した。YTBでは、未加熱の場合、感度は1.7程度であるが440°Cで3.2程度まで上昇する。また、YTB1では未加熱の0.95が370°Cで1.2程度まで上昇した。このことからOSL感度は加熱により確実に上昇するが、その程度は試料の依存性が大きいと考えられる。また、横川谷から採取した試料について、OSL感度変化の測定を行った。その結果、基盤花崗岩で感度変化値は高く0.95程度を示し、カタクレサイトでは0.6ー0.7程度であった。また、粘土帯では、0.7ー0.9程度であった。実験結果を基準とすると、天然試料のOSL感度の違いは、粘土帯がカタクレサイトより高い点で、粘土帯が加熱を被ったことを示唆している。しかし、基盤花崗岩の値がカタクレサイトより高い点は実験結果とは一致しない。これは試料のもつ感度変化の固有値に差があるためかもしれない。また、同一試料内で加熱による熱評価を感度値に基づいて行うことは可能であるが、異なる試料間では、充分に留意する必要があることを示す。また、横川沿いの花崗岩体のOSL等価線量についても検討した。その結果、基盤花崗岩、カタクレサイトおよび粘土帯で顕著な差異が見られた。つまり、基盤花崗岩で5ー30Gy、カタクレサイトで30ー95Gy、粘土帯で30ー80Gyである。最も高い等価線量が期待される基盤花崗岩で低い値を示す原因は、フェーディングによることが示された。同時に、OSL成分は、MおよびS成分が中心であることが示された。

一方、なぜ、カタクレサイトや粘土帯で、比較的高い等価線量値を示すのか不明で、今後の研究課題として残された。断層活動中に断層ガウジが到達する温度を見積もるため、SAR法を用い、熱でOSLの感度が変化する性質の利用を検討した。花崗岩基盤岩石英の加熱実験では、室温から440°Cまで加熱し、温度に対する感度変化を明らかにした。その結果、石英が320°Cに加熱されたとき、OSLシグナルは完全に消失し、感度変化(T6)は0.85まで上昇した。感度変化の範囲、0.2-1.2を用いるとこの値から断層ガウジの到達温度の推定が可能である。感度変化の程度は阿寺断層帯であっても試料による依存性が大きい。また、同じ地域の花崗岩基盤石英の感度変化は天然加熱がされていないにも関わらず、等価線量に応じた感度変化を示す。今後の課題として、以下の点が挙げられる。まず、加熱室内実験をさらに精度を上げて行い、加熱による感度変化の傾向を他地点の試料を用いて比較検討する。また、野外試料のうち、ガウジだけでなく接触基盤岩や断層帯から外れた地点での試料を対象に断層周辺を広域に捉えた視点から、これらのOSL感度の状態を明らかにする。これら試料およびOSL測定から断層に伴い発生する摩擦熱や熱水の影響の有無について検討を進める。また、基本問題として、50Ma以上の年代を持つ花崗岩中の石英がどのようなOSLサイトやトラップ状態にあるかの基本問題について検討が必要である。この点を解明するための新たな実験として、1kGyから10kGyオーダーの放射線に対するOSLシグナルの反応を検討する必要がある。この実験のために、高線量のCo照射を計画する予定である。地球科学OSL年代測定装置のX線管球用高圧電源の入手および電源関係の改修に時間を要した。この部分は初年度の大きな科研費支出のポイントであったので、目的は達成されたものの、装置の試験的な調整に相当な時間を要した。したがって、野外での試料採取やアルバイトによる試料調整などの実験の次段階への取り組みにやや遅れが生じている。上記で述べたように、今年度は本格的な研究に入ることができるので、阿寺断層への試料採取やボーリングデータの収集など、十分な旅費を確保することで、実験材料の確保を行う予定である。また、院生によるアルバイトなどで、研究補助を確保し、実験のペースをあげることができる。
光分解性成分の鉛直プロファイルから読み解く表層混合層の構造

H28年度に実施した海洋観測にて、北太平洋亜寒帯循環域で海洋表面から水深300mの海水を鉛直的に採取し光分解性を有する有機ガス濃度を測定した。さらに、分光放射照度と鉛直拡散係数の測定を行った。H29年度には、光分解性を有する有機ヨウ素ガス種(ジヨードメタンとクロロヨードメタン)の鉛直プロファイルを再現するモデル(光分解と光生成、鉛直輸送、微生物による正味の生成を考慮)を構築した。ジヨードメタンのモデル結果では、微生物による生成に対して、表層混合層内での光分解が卓越するため、混合層内の濃度がモデル開始から数時間内にゼロに収束してしまった。混合層内でのジヨードメタンの濃度を実測値に保つには、日中のみ、ジヨードメタンの光分解を補償するだけの未知の生成過程が存在しなくてはならない。つまり、ジヨードメタンが光分解すると同時に、その減少分を補うだけ光生成していることが示唆された。H29年度の研究では、ジヨードメタンの光生成過程を調べる実験も行ったが、その実験的証拠を得るには至らなかった。そこで、ジヨードメタンの濃度を保つメカニズムは不明のままとして、その濃度が定常状態に保たれていることを仮定し、クロロヨードメタンの鉛直分布モデルを構築した。クロロヨードメタンモデルにおいては、ジヨードメタンの光分解に起因するクロロヨードメタンの光生成の項を加えた(過去の知見を引用)。クロロヨードメタンの光生成項を加えないと、ジヨードメタンと同様に表層での光分解が卓越して表層水中の濃度が速やかにゼロに収束してしまったが、光生成項を加えると実際の濃度をよく再現するモデル結果が得られた。クロロヨードメタンの鉛直プロファイルは、光生成と光分解、鉛直混合により決まることが明らかとなった。これにより、クロロヨードメタンの濃度、光生成と光分解を得れば、鉛直混合を読み解く道筋をつけることができた。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。海洋観測(北海道大学練習船おしょろ丸)海域:北西太平洋亜寒帯循環域、時期:2016年6-7月、観測項目:CTD観測システムによる海洋表面から水深300mまでの鉛直24層採水、波長別の光強度観測(研究協力者:平譯亨博士【北海道大学】)、乱流系による鉛直拡散係数(研究協力者:田中雄大博士【東京大学】)、分析項目(鉛直採水した海水試料):光分解性有機ヨウ素ガス(ジヨードメタン、クロロヨードメタン)をパージ&トラップ・ガスクロマトグラフ質量分析法、栄養塩類をオートアナライザ(比色法)観測結果表層混合層内で光分解性有機ヨウ素ガス濃度が低濃度で比較的一定、混合層以深で濃度が急に増える鉛直プロファイルを示した。濃度プロファイルの濃度極大について、ジヨードメタン(可視光の青色波長より短い波長で分解)の極大深度よりも、クロロヨードメタン(UV-Aより短い波長で分解)の極大深度の方が10mほど深いことが捉えられた。解析波長別の光強度の鉛直プロファイルから、各深度におけるジヨードメタンの光分解速度定数、クロロヨードメタンの光分解速度定数を求めた。各深度の鉛直拡散係数、各深度の光分解有機ヨウ素ガスの濃度勾配から、両ガスの鉛直輸送量(単位時間あたり)を求めた。微生物による有機ヨウ素ガス発生について、正味の発生速度を仮定して、鉛直ボックスモデルを構築した。解析結果光分解性有機ヨウ素ガスの鉛直ボックスモデルを計算したところ、日中の数時間で表層混合層のジヨードメタンが消失する結果となった。実際の観測結果では、表層混合層でも一定濃度のジヨードメタンが存在しており、モデル結果と観測結果に大きな違いがあることが分かった。微生物による正味の生成量では説明できない量のジヨードメタンが表面付近で発生していることが強く示唆された。考察海洋表面付近でジヨードメタンが光化学的に生成されている仮説を提唱するに至った。海洋観測を実施して、亜寒帯循環域の夏場に、光分解性有機ヨウ素ガスのジヨードメタンとクロロヨードメタンの鉛直プロファイルを得ることができた。両化合物の濃度極大の深度に違いがあること、表層混合層で比較的低濃度であることを捉えることができた。有機ヨウ素ガスの鉛直プロファイルと同時に、光強度と鉛直拡散係数の鉛直プロファイルを得ることに成功した。これらの観測結果から、モデルを構築して、光分解有機ヨウ素ガスの鉛直プロファイルを計算したところ、観測結果と大きな違いがあることが明らかになった。光分解性有機ヨウ素ガスの生成過程について、従来考えられていなかった、海洋表面付近における光化学的な生成を強く示唆する結果を得た。この結果をもとに、光分解性有機ヨウ素ガスの光化学生成の仮説を提唱するに至った。今後は、この仮説を検証するとともに、光分解性有機ヨウ素ガスの鉛直プロファイルと海洋混合の関係を明らかにすることが期待される。したがって、当初の計画以上に進展していると判断した。

H29年度には、光分解性を有する有機ヨウ素ガス種(ジヨードメタンとクロロヨードメタン)の鉛直プロファイルを再現するモデル(光分解と光生成、鉛直輸送、微生物による正味の生成を考慮)を構築した。ジヨードメタンのモデル結果では、微生物による生成に対して、表層混合層内での光分解が卓越するため、混合層内の濃度がモデル開始から数時間内にゼロに収束してしまった。混合層内でのジヨードメタンの濃度を実測値に保つには、日中のみ、ジヨードメタンの光分解を補償するだけの未知の生成過程が存在しなくてはならない。つまり、ジヨードメタンが光分解すると同時に、その減少分を補うだけ光生成していることが示唆された。H29年度の研究では、ジヨードメタンの光生成過程を調べる実験も行ったが、その実験的証拠を得るには至らなかった。そこで、ジヨードメタンの濃度を保つメカニズムは不明のままとして、その濃度が定常状態に保たれていることを仮定し、クロロヨードメタンの鉛直分布モデルを構築した。クロロヨードメタンモデルにおいては、ジヨードメタンの光分解に起因するクロロヨードメタンの光生成の項を加えた(過去の知見を引用)。クロロヨードメタンの光生成項を加えないと、ジヨードメタンと同様に表層での光分解が卓越して表層水中の濃度が速やかにゼロに収束してしまったが、光生成項を加えると実際の濃度をよく再現するモデル結果が得られた。クロロヨードメタンの鉛直プロファイルは、光生成と光分解、鉛直混合により決まることが明らかとなった。これにより、クロロヨードメタンの濃度、光生成と光分解を得れば、鉛直混合を読み解く道筋をつけることができた。光分解性有機ヨウ素ガスの光化学生成の仮説を提唱海洋表面付近で、海水中の腐植様有機物に光があたると励起して電子を放出する。その電子が海水中のヨウ素酸イオンに受け渡され、ヨウ素分子になる。そのヨウ素分子が海水中の有機物と反応してジヨードメタンが発生する。この仮説を検証するため、石英管に海水を流しながら、太陽光を一時的に照射する。石英管の下流を遮光して海水を回収し、光分解性有機ヨウ素ガスを測定する。流す海水に腐植様有機物(標準物質)とヨウ素酸の添加した(もしくは添加しない)実験区を設けて、比較する。海洋表面付近での光分解性有機ヨウ素ガスの発生を考慮したモデルを構築して、有機ヨウ素ガスの鉛直プロファイルを再計算する。実際のプロファイルを再現できるように、モデルパラメタ(微生物による正味の生成と光生成速度)を調整する。各観測ステーションの光分解有機ヨウ素ガスの鉛直プロファイルと海洋混合の関係をケーススタディとする。有機ヨウ素ガスの鉛直プロファイルから、海洋混合の様子を推測する経験則を見出す。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
膵臓癌の増殖転移における血管増殖因子(VEGF family)の役割に関する解析

VEGFは主要な血管新生因子の一つで、多くの悪性新生物でその発現が報告されている。またVEGF familyのひとつであるVEGF-Cが種々の悪性腫瘍においてそのリンパ行性転移との関連が報告されている。今年度は、VEGF-Cの臓癌における発現とその発現制御について検討した。これまでの我々の解析により、ヒト膵癌組織においてVEGF-CmRNAは正常膵組織に比べ有為(約2.2倍)にその発現は高く、また5種のヒト膵臓癌細胞株を用いた解析でもすべての細胞株でmRNAおよび蛋白レベルでのVEGF-Cの発現が確認された。51例の膵癌症例を用いた免疫染色による解析では80.4%にVEGF-Cの高発現が認められ、臨床病理学的因子との関連ではVEGF-Cの発現とリンパ管浸潤(ly)とリンパ節転移(n)との間に有意な相関が認められた。予後との解析ではVEGF-C発現群で非発現群に比べ生存期間が短い傾向が認められた。細胞低酸素を誘導するSNAPとサイトカインの1種であるTNFaによる刺激では、VEGFは強く発現誘導されたが、VEGF-Cに有意な発現誘導は見られなかった。しかし、IL-6による刺激ではVEGF、VEGF-C共に強く発現誘導されさらに膵癌細胞自が強くIL-6を発現していることが確認された。今年度の結果をより膵臓癌の増殖、血行性転移、リンパ行性転移にVEGF, VEGF-CといったVEGF familyの発現が関与し、その発現制御に膵癌組織中の低酸素環境やサイトカインが関与していることが示唆され、今後の治療標的を考える上で有用な知見であると思われる。今年度は、膵臓癌におけるVEGFとreceptorの発現、リンパ管内皮増殖因子であるVEGF-Cの発現を中心に解析を行った。膵臓癌組織において、VEGFとそのreceptorであるKDR、flt-1が共発現していることを免疫染色で確認、膵臓癌細胞株のうちCapan-1,AsPC-1,MIAPaCa-2においてもこれらのligand/receptorの共発現がRNA,蛋白レベルで確認され、VEGF/VEGF receptorの共発現が血管新生を介した系のみならず直接的な細胞増殖を誘導している可能性が示唆された。実際に、Capna-1を用いたbinding assayでこれらのligand/receptorのbindingが確認され、VEGF刺激によりreceptorのリン酸化、mitogen-activated protein kinase(MAPK)の活性化、核内転写因子であるc-fosの発現を介して細胞増殖が誘導されることを証明した。また、MAPKに対する選択的inihbitorを用いた抑制試験で有意にその細胞増殖が抑制されることから、MAPKカスケードをtargetとした治療の可能性も示唆された。これらの結果は、固形腫瘍において腫瘍細胞自身がVEGF ligand/receptorを共発現し、その増殖に関与していることを始めて報告したものである。また、リンパ管内皮増殖因子であるVEGF-Cが同様に膵癌組織で発現され、検索した6種すべての膵癌細胞株でもその発現がRNAレベルで確認された。またその発現がVEGFの発現とは独立したもので、リンパ節転移、リンパ管侵襲と有意に相関していることも確認され、膵臓癌の転移進展形式を考える上で重要な所見と考え、今後さらにreceptorの発現、発現の制御機構について解析を進めていく予定である。今年度は、VEGF-Cの臓癌における発現、anti-angiogenic therapyの可能性について検討した。4例の正常膵組織と7例の膵癌組織を用いたNorthern blot法による解析では、ヒト膵癌組織においてVEGF-C mRNAは正常膵組織に比べ有為(約2.2倍)にその発現は高かった。

また5種のヒト膵臓癌細胞株を用いた解析でもすべての細胞株でmRNAおよび蛋白レベルでのVEGF-Cの発現が確認された。51例の膵癌症例を用いた免疫染色による解析では80.4%にVEGF-Cの高発現が認められた。また臨床病理学的因子との関連ではVEGF-Cの発現とリンパ管浸潤(ly)とリンパ節転移(n)との間に有意な相関が認められた。予後との解析では有意差は認められないもののVEGF-C発現群で非発現群に比べ生存期間が短い傾向が認められた。VEGF-Cのreceptorのひとつであるflt-4もヒト膵癌組織内のリンパ管組織のみならず癌細胞でもVEGF-Cとの共発現が認められた。またこの発現はVEGFの発現とは独立した発現であり、異なった発現制御を受けている可能性も示唆された。今年度の結果を含め、膵臓癌の増殖、血行性転移、リンパ行性転移にVEGF,VEGF-CといったVEGF familyの発現が関与している可能性が示唆された。これらの知見を基に本研究の最終目標である膵臓癌に対する分子生物学的治療のひとつの方向性が示唆されるものと評価でき、次年度の研究に結びつくものと考えられる。VEGFは主要な血管新生因子の一つで、多くの悪性新生物でその発現が報告されている。またVEGF familyのひとつであるVEGF-Cが種々の悪性腫瘍においてそのリンパ行性転移との関連が報告されている。今年度は、VEGF-Cの臓癌における発現とその発現制御について検討した。これまでの我々の解析により、ヒト膵癌組織においてVEGF-C mRNAは正常膵組織に比べ有為(約2.2倍)にその発現は高く、また5種のヒト膵臓癌細胞株を用いた解析でもすべての細胞株でmRNAおよび蛋白レベルでのVEGF-Cの発現が確認された。51例の膵癌症例を用いた免疫染色による解析では80.4%にVEGF-Cの高発現が認められ、臨床病理学的因子との関連ではVEGF-Cの発現とリンパ管浸潤(ly)とリンパ節転移(n)との間に有意な相関が認められた。予後との解析ではVEGF-C発現群で非発現群に比べ生存期間が短い傾向が認められた。細胞低酸素を誘導するSNAPとサイトカインの1種であるTNFaによる刺激では、VEGFは強く発現誘導されたが、VEGF-Cに有意な発現誘導は見られなかった。しかし、IL-6による刺激ではVEGF、VEGF-C共に強く発現誘導され、さらに膵癌細胞自が強くIL-6を発現していることが確認された。今年度の結果をより膵臓癌の増殖、血行性転移、リンパ行性転移にVEGF, VEGF-CといったVEGF familyの発現が関与し、その発現制御に膵癌組織中の低酸素環境やサイトカインが関与していることが示唆され、今後の治療標的を考える上で有用な知見であると思われる。
おとり遺伝子による血管新生抑制を標的とした癌遺伝子治療法の開発

1)細胞培養実験による各種サイトカイン刺激による血管新生遺伝子の発現状況の解析培養囗腔扁平上皮癌細胞,唾液腺癌細胞を用いて,TNFα刺激による血管内皮増殖因子(VEGF),トランスフォーミング増殖因子β1(TGFβ1)および組織因子(TF)の発現亢進を確認した.2)血管新生因子の産生に関与する転写因子の解明各培養癌細胞において,TNFα刺激および低酸素環境下での培養により,転写因子Sp1およびAP-1がそれぞれ活性化することを,バンドシフトアッセイにより確認した.3)HVJ-リポソーム法による遺伝子導入条件の確立HVJ-リポソーム法により,おとり遺伝子を100%の培養細胞に導入する条件を確立した.また,遺伝子導入により細胞障害が発生しないことを確認した.4)おとり遺伝子導入による血管新生抑制効旺の検討Sp1のおとり遺伝子をHVJ-リポソーム法により培養癌細胞に遺伝子導入すると,TNFαで促進されるVEGF, TGFβ,TFの発現亢進を同時に抑制できることを解明した.1)細胞培養実験による各種サイトカイン刺激による血管新生遺伝子の発現状況の解析培養囗腔扁平上皮癌細胞,唾液腺癌細胞を用いて,TNFα刺激による血管内皮増殖因子(VEGF),トランスフォーミング増殖因子β1(TGFβ1)および組織因子(TF)の発現亢進を確認した.2)血管新生因子の産生に関与する転写因子の解明各培養癌細胞において,TNFα刺激および低酸素環境下での培養により,転写因子Sp1およびAP-1がそれぞれ活性化することを,バンドシフトアッセイにより確認した.3)HVJ-リポソーム法による遺伝子導入条件の確立HVJ-リポソーム法により,おとり遺伝子を100%の培養細胞に導入する条件を確立した.また,遺伝子導入により細胞障害が発生しないことを確認した.4)おとり遺伝子導入による血管新生抑制効旺の検討Sp1のおとり遺伝子をHVJ-リポソーム法により培養癌細胞に遺伝子導入すると,TNFαで促進されるVEGF, TGFβ,TFの発現亢進を同時に抑制できることを解明した.1)細胞培養実験による各種サイトカイン刺激による血管新生遺伝子の発現状況の解析培養口腔扁平上皮癌細胞(SAS,TF,KN,NA),唾液腺癌細胞(ACC,IT-2)を用いて,TNFα刺激による血管内皮増殖因子(VEGF),トランスフォーミング増殖因子β1(TGFβ1)および組織因子(TF)の発現亢進を確認した.また,こられの培養細胞を低酸素環境にて培養すると,VEGFの発現が亢進することを解明した.2)血管新生因子の産生に関与する転写因子の解明各培養癌細胞において,TNFα刺激および低酸素環境下での培養により,転写因子Sp1およびAP-1がそれぞれ活性化することを,バンドシフトアッセイにより確認した.1)細胞培養実験による各種サイトカイン刺激による血管新生遺伝子の発現状況の解析培養口腔扁平上皮癌細胞,唾液腺癌細胞を用いて,TNFα刺激による血管内皮増殖因子(VEGF),トランスフォーミング増殖因子β1(TGFβ1)および組織因子(TF)の発現亢進を確認した.2)血管新生因子の産生に関与する転写因子の解明各培養癌細胞において,TNFα刺激および低酸素環境下での培養により,転写因子Sp1およびAP-1がそれぞれ活性化することを,バンドシフトアッセイにより確認した、3)HVJ-リポソーム法による遺伝子導入条件の確立HVJ-リポソーム法により,おとり遺伝子を100%の培養細胞に導入する条件を確立した.また,遺伝子導入により細胞障害が発生しないことを確認した.4)おとり遺伝子導入による血管新生抑制効旺の検討Sp1のおとり遺伝子をHVJ-リポソーム法により培養癌細胞に遺伝子導入すると,TNFαで促進されるVEGF, TGFβ, TFの発現亢進を同時に抑制できることを解明した.
老年期うつ病とアルツハイマー型認知症の鑑別を目指した血液バイオマーカー研究

アルツハイマー型認知症の血液バイオマーカー研究を継続し、2018年度は以下の論文をcorresponding authorとして発表した。グレリンは食欲だけでなく認知機能にも影響していることから、グレリンとその関連遺伝子についてアルツハイマー型認知症患者の血中濃度と白血球遺伝子発現を解析した。その結果、アルツハイマー型認知症では血漿中のグレリン濃度が有意に増加しており、GHS-R1bとMBOAT4の遺伝子発現も有意に増加していた。またMBOAT4のプロモーター領域のDNAメチル化率も有意に低下していた(Yoshino Y etal. J Psychiatr Res 2018)。アルツハイマー型認知症の病態にグレリンが関連していることが示唆された。一方、統合失調症でも検討した結果、GHS-R1aは統合失調症で有意に減少していたが、GHS-R1bとMBOAT4は有意に増加していた。統合失調症においてもグレリン系が病態に関与している可能性が示唆された(Nakata S etal.Psychiatry Res 2018)。また炎症に関与するTREM1の白血球遺伝子発現をアルツハイマー型認知症で解析した結果、有意に増加しており、抑うつ症状と有意に相関していた。TREM1遺伝子のプロモーター領域のDNAメチル化率も有意に低下していた(Sao T et al. J Alzheimers Dis 2018)。アルツハイマー型認知症の病態に炎症が関与しており、バイオマーカーとなる可能性が示唆された。基礎研究では3xTg ADマウスと対照マウスは無事52週飼育が終了して、バイオマーカー検索のためのマイクロアレイ解析に取り掛かっている。現時点でマウス血液と海馬に共通して発現が変化している遺伝子をいくつか絞り込めている。ヒト血液を使ったバイオマーカー研究とモデルマウスを使ったバイオマーカー研究ともに当初の予定通り遂行できている。引き続きアルツハイマー型認知症と老年期うつ病の血液バイオマーカーの検索を行う。3xTg ADマウスの解析結果に基づき、ヒト血液における妥当性を検討する。次年度に遺伝子発現解析を行う予定であり、プライマーなどの購入費として使用する予定である。
超音速流中における液体炭化水素系燃料の保炎・着火技術に関する研究

スクラムジェット燃焼器においては,反応速度の低い炭化水素系燃料を利用するに当たっては,超音速流れ場の中で確実に着火および保炎を行う必要がある.本研究においては,燃料にケロシンを用い,燃焼器内にキャビティと呼ばれる機構を設けることにより,スクラムジェット燃焼器内で炭化水素系燃料を用いたときに,燃焼特性にどのような影響が見られるかを風洞実験および数値計算により調べた.風洞実験の結果,保炎性能改善効果が最大となるためのキャビティの長さ(L),深さ(D)およびその比(L/D)の組み合わせが存在することがわかった.数値計算により,それぞれのL, Dを変化させたときのキャビティ内部の流れ場を調べた結果,保炎性能改善が見られた条件においては,キャビティ内部に大規模かつ複雑な渦構造が形成され,流れ場のダムケラ数が大きくなっていることが確認された.この結果より,キャビティを設けることにより,燃焼器内での滞留時間が増大し,保炎に有利に働いていることがわかった.一方で,キャビティ内の温度も速度低下による温度回復により,保炎に有利に働いていることが数値計算から示唆されているが,これを実験的に確認することは熱電対による測定など従来の接触法的な手段では困難であった.そこで,これまで取り組んでいたH2Oをターゲットとしたふく射二色法を燃焼器内の温度測定に適用した結果,キャビティ内部の温度測定を非接触で行うことに成功した.これらの計測値を数値計算の予測値と比較した結果,よい精度で測定されていることがわかり,キャビティの保炎性能に対する有効性と温度計測技術の有用性が確認された.スクラムジェット燃焼器においては,反応速度の低い炭化水素系燃料を利用するに当たっては,超音速流れ場の中で確実に着火および保炎を行う必要がある.本研究においては,燃料にケロシンを用い,燃焼器内にキャビティと呼ばれる機構を設けることにより,スクラムジェット燃焼器内で炭化水素系燃料を用いたときに,燃焼特性にどのような影響が見られるかを風洞実験および数値計算により調べた.風洞実験の結果,保炎性能改善効果が最大となるためのキャビティの長さ(L),深さ(D)およびその比(L/D)の組み合わせが存在することがわかった.数値計算により,それぞれのL, Dを変化させたときのキャビティ内部の流れ場を調べた結果,保炎性能改善が見られた条件においては,キャビティ内部に大規模かつ複雑な渦構造が形成され,流れ場のダムケラ数が大きくなっていることが確認された.この結果より,キャビティを設けることにより,燃焼器内での滞留時間が増大し,保炎に有利に働いていることがわかった.一方で,キャビティ内の温度も速度低下による温度回復により,保炎に有利に働いていることが数値計算から示唆されているが,これを実験的に確認することは熱電対による測定など従来の接触法的な手段では困難であった.そこで,これまで取り組んでいたH2Oをターゲットとしたふく射二色法を燃焼器内の温度測定に適用した結果,キャビティ内部の温度測定を非接触で行うことに成功した.これらの計測値を数値計算の予測値と比較した結果,よい精度で測定されていることがわかり,キャビティの保炎性能に対する有効性と温度計測技術の有用性が確認された.スクラムジェット燃焼器に関しては,1msec程度の非常に短い滞留時間において確実な着火および保炎を行う必要があり,素早い燃料と主流との混合および化学反応が求められる.このため,水素のような反応速度の大きな燃料がこれまで多く研究に用いられてきたが,水素は密度が小さいため航空機燃料として向かない.これに対して,炭化水素系燃料は密度が大きく,体積あたりの発熱量が大きいが,一方で反応速度は水素に及ばず,着火・保炎性能は水素に比べて劣ると予想される.本研究では,代表的な炭化水素燃料であるケロシンを用いて,マッハ2,主流総温1800K2400kの超音速高エンタルピー流れにおける燃焼特性を,燃料の投入形態および燃焼器形状を変えて実験を行った.また数値計算を行うことによって,実験結果の検証を行った.燃料投入形態として,ステップ下流から主流に直接噴射する方式,キャリアガスと衝突させて噴霧状にして噴射する方式,および予蒸発させてガス化して供給する方式の3形態を比較した.その結果,直接噴射に比べ,噴霧化あるいはガス化することにより,混合に必要な距離が短くなることが確認された.この結果,着火限界も低温側へ移行するが,その量はまだわずかであり,混合促進に加えキャビティなどによる滞留時間の増加も必要であることが分かった.また,燃焼器形状としてキャビティを採用した実験結果では,従来のステップ形状と比較して,着火限界などに大きな違いが見られなかった.数値計算で確認したところ,キャビティが機能するための最低深さが存在することが明らかになり,来年度の実験ではこの結果を踏まえてさらにキャビティ深さを深くして実験を行う.これらの結果は,16th ISABE(2003)およびAJCPP(2004)で発表された.超音速流れ場において安定に燃焼を行うためには,保炎領域となる場所を燃焼器内に確保することが重要である.特に,燃焼速度の遅い炭化水素燃料を用いた場合には,意図的にダムケラ数の高い領域を確保することが必須であるが,同時に超音速流れ場に対してあまり大きな圧力損失を与えないことが要求される.