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強相関電子系における共鳴X線散乱の理論的研究

強相関電子系における共鳴X線散乱および関連するX線分光スペクトルを、詳細な電子構造を取り入れた模型を基礎に研究した。空間反転対称性の破れた系においては、磁気電気効果に起因する特徴的なスペクトルが共鳴弾性散乱、X線吸収、光吸収、二次高調波発生等において観測されている。その詳しい計算を行い、機構を解明するとともに実験結果をよく説明した。また、LaMnO_3におけるMn-K端非弾性散乱における波数に依存するスペクトルの計算を行い、中間状態における内殻正孔を遮蔽するために生じた電荷励起から生じている機構を明らかにし、実験事実をよく説明した。共鳴X線散乱は弾性散乱と非弾性散乱に大別される。それらの散乱スペクトルの理論的解析を進めて、以下の成果を得た。1.マグネタイトのAサイトにあるFe原子は、時間反転対称性および空間反転対称性が破れた環境にある。このようなとき、pre-K端領域で、電気双極子(E1)-電気四重極子(E2)干渉項による寄与が存在し、弾性散乱スペクトルは顕著な磁場依存性を示す。微視的立場からFeO6クラスター模型を導入し、スペクトルの計算を行い、その機構を解明した。2. Hoはヘリカル磁性状態を低温で示し、この相において、Ho-M吸収端を用いた実験が行われ、対応するサテライト点において、入射X線のエネルギーの関数として弾性散乱強度が観測されている。我々は、局在電子描像に基づき、散乱強度のエネルギープロファイルを計算する便利な定式化を提唱している。この定式化に基づきスペクトルの計算を行い、実験とよい一致を示す結果を得た。3. La2NiO4におけるNi-K吸収端を用いた非弾性散乱スペクトルを、tight-binding模型を用いて詳しく解析し、La2CuO4のスペクトルと比較して議論した。共鳴過程の中間状態に存在する正孔ポテンシャルを遮蔽するため、Ni-3d電子系に電荷励起が引き起こされ、終状態に残ることからスペクトル強度が生じるという機構を明らかにした。電子相関としてRPAまで考慮した詳しい計算を行い、エネルギー損失の関数として実験をよく再現するスペクトルを得た。共鳴X線散乱に関連する分光学の理論的研究を行い、以下の成果を得た。1.強誘電性でフェリ磁性体であるGaFeO3においては、空間反転対称性と時間反転対称性が同時に破れているため、光吸収スペクトルの可視光領域で特異な外部磁場依存性があらわれる。FeO6クラスター模型を用い、Fe-3d状態が4p状態と混成することに注意をはらい、ミクロな立場からの計算を行った。実験スペクトルをよく再現するとともに、電気双極子(E1)-磁気双極子(M1)干渉項から特異なふるまいが生じる機構を明らかにした。2.GaFeO3のFe-K吸収端のpre-edge領域において、X線吸収スペクトルは非相反方向二色性や特異な磁場依存性をしめす。FeO6クラスター模型を用いたミクロな立場からの計算を行った。実験スペクトルをよく再現するとともに、電気双極子(E1)-電気四重極子(E2)干渉項から特異なふるまいが生じる機構を明らかにした。3.X線光電子分光(XPS)スペクトルの第一原理計算プログラムの開発をすすめ、強磁性Fe、CoおよびNi3s内殻XPSスペクトルの解析を行い、実験結果をよく説明するとともに、非磁性金属のV及ひRuについても計算を行い比較を行い、スペクトル構造の機構を解明した。この方法の特徴は、光電子の生成により内殻正孔ができたときのポテンシャルのもとで、1電子波動関数をバンド計算により求め、その結果をもとに電子分布を変えることで励起状態を構成し、内殻正孔のない1電子波動関数との重なり積分を計算することにより、XPSスペクトルを求める点にある。内殻正孔1個を含むスーパーセルを用いたAPW法によりバンド計算を行い、波動関数を求める。この成功により、多くの内殻XPSスペクトルの第一原理計算への道が開けたと考えられる。共鳴X線散乱(RXS)とそれに関連する分光学の理論的研究を行い、以下の成果を得た。1.反強四重極秩序を示すCeB_6におけるCe-L_3吸収端を用いたRXSスペクトルの解析を行った。中間状態におけるCeの2p正孔と4f電子および内殻から励起された5d電子間のクーロン相互作用を考慮した局在電子描像に基づき、外磁場のもとで磁場反転にともなうスペクトルの変化を計算し、四重極秩序と磁場誘起された奇数次ランク多重極秩序のクロス項からスペクトル変化が生じることを見出した。また、Pre-edge領域ではE2(電気四重極)遷移のみなんらずE1(電気双極子)遷移とのクロス項が寄与することわかった。計算結果は最近の実験結果と定量的にも良い一致を示しており、磁気誘起多重極秩序の存在を示すのにRXSが有効なことを示すとともに、定量的な評価への道をひらいた。

2.強誘電性でフェリ磁性体であるGaFeO_3においては、空間反転対称性と時間反転対称性が同時に破れているため、二次高調波発生(SHG)スペクトルが観測され、特異な偏光依存性が期待される。FeO6クラスター模型を用い、Fe原子内クーロン相互作用を考慮し、Fe-3d状態が周りの酸素2p軌道を介してFe-4p軌道と混成することに注意をはらい、ミクロな立場から計算を行った。3次の摂動を用い、2光子が吸収され1光子が生成される遷移確率を計算し、発生光子のエネルギーが1-4.5eVの領域での実験スペクトルをよく再現する結果を得た。M1(磁気双極子)遷移は小さな寄与しか与えないことや、入射および発生光子の偏光がすべてa軸に平行な場合には局所磁場の反転に際して遷移振幅の符号が変わること、等の結論を導いた。後者の結果は、長距離秩序の消失に伴って、SHGスペクトルの消失を意味しており、実験結果をよく説明する。
環境有害因子のヒト神経および腎機能に及ぼす非顕性影響に関する研究

本研究は環境中の有害因子(鉛、カドミウム、メチル水銀等)による神経系および腎機能への非顕性影響を明らかにすることを目的とした。1、鉛曝露による神経運動機能への影響を明らかにするために、鉛曝露作業者群121名と非曝露対照群60名の身体重心動揺を測定した。開眼時前後方向を除く全ての指標が曝露群で有意に大きかった。ベンチマークドース法により身体重心動揺に影響する鉛の臨界濃度を算出したところ、血中鉛濃度として12.1-17.3μg/dlと推定された。2、毛髪、爪および尿中水銀濃度の関連と、メチル水銀摂取による腎機能影響を明らかにするために、秋田に住む女性59名(1920歳)の尿中の総水銀濃度、α1-ミクログロブリン(AMG)、β2-ミクログロブリン(BMG)、N-アセチルグルコサミニダーゼ(NAG)等を測定した。毛髪および爪の総水銀濃度も測定し、かつ半定量食事摂取頻度調査を用いて魚介類による水銀摂取量を推定した。水銀曝露指標間には有意な正の相関があり、尿中AMGとNAG活性は全ての水銀曝露指標と有意な正の関連が見られた。以上より、食事摂取による水銀曝露は腎尿細管機能に無症候性影響を及ぼすことが示された。3、職業性の金属水銀蒸気曝露による神経運動機能影響を明らかにするために、中国紀州の水銀曝露群27名(水銀鉱夫と精錬作業者)と性・年齢、住所地がマッチした非曝露群52名を対象として手のふるえと身体重心動揺を測定した。水銀曝露群の手の総ふるえ強度および1-6Hzおよび10-14Hzのふるえ強度は非曝露群と比べ有意に大きかったが、尿中水銀濃度との間に有意な関連は見られなかった。対照的に、身体重心動揺は曝露群と非曝露群に有意差は見られなかったが、開眼時左右方向の揺れが曝露群の尿中水銀濃度と有意な関連があった。以上より、金属水銀蒸気は身体重心動揺と手のふるえに影響することが示された。環境中有害物質の高濃度ないし急性曝露による健康影響に関する知見は古くより集積されているが、低濃度長期曝露のヒトへの影響は必ずしも十分に解明されていない。本研究は、地域住民および職域労働者を対象として環境中の有害因子の低濃度慢性曝露による非顕性の神経系機能および腎機能影響を客観的方法で検討し、個々の有害因子の低濃度曝露による神経および腎機能への悪影響を起こし始める濃度(臨界濃度)を明らかにする。(1)鉛の神経影響の解析と臨界濃度の推定東北地方にある鉛再生工場では、鉛の作業環境管理が産業医の下で十分に行われているが、まだ過去の曝露により血中鉛濃度が50μg/dlを超える作業者が何人かいる。この事業所の作業者121名を対象として、鉛の特殊健康診断時に身体重心動揺の検査を実施した。これら検査成績および採血した血中鉛濃度(689、平均40μg/dl)と健常対照群60名の身体重心動揺検査成績を用いて解析した。鉛作業者群の開眼前後方向を除く全ての重心動揺指標が対照群と比べ有意に大きかった。

また前後方向のロンベルグ指数が鉛作業者群で有意に高かった。鉛作業者群の血中鉛濃度は開眼時の1-2Hzおよび2-4Hzの前後方向の揺れの大きさ、また閉眼時1-2Hzおよび2-4Hzの前後および左右方向の揺れの大きさと有意に関連した。さらに、身体重心動揺に影響する鉛の臨界濃度をベンチマークドース(BMD)法により推定すると、血中鉛濃度12.117.3(平均14.4)μg/dlであった。以上より、鉛作業者の神経運動機能障害は、従来影響がないとされていた血中鉛濃度(3040 μg/dl)よりも低い濃度で現れ始めることが示された。また、鉛曝露による身体重心動揺の特徴は、閉眼時の高い周波数の前後方向の揺れであると考えられた。(2)カドミウムの健康影響の解析秋田県内には旧鉱山および旧精錬所が多数あり、このためこれらの近くにあった地域では「カドミ米」が出ていた。本研究ではこれらの地域に住む人々約60名(女性)の尿中カドミウム濃度、尿中水銀濃度、尿中α1-ミクログロブリン、β2-ミクログロブリン、N-アセチルグルコサミニダーゼ(NAG)等を測定した。さらに、これらの人々より、毛髪および爪を採取し、併せて食事摂取頻度調査も実施した。次年度、これらのデータ解析を行う予定である。(3)メチル水銀の神経影響の解析メチル水銀中毒患者(水俣市の胎児性水俣病患者)14名を対象として、神経行動学的検査(身体重心動揺および前腕部ふるえ)、聴性脳幹誘発電位、心電図RR間隔変動の測定を実施した。次年度、同市における対照群の測定を行うことになっている。環境中の有害因子の低濃度慢性曝露による非顕性の影響を客観的方法で検討し臨界濃度を明らかにする目的で研究を行った。1、カドミウムおよびメチル水銀の腎影響の解析食事由来の微量カドミウムおよびメチル水銀への曝露による腎機能影響を明らかにするため、秋田に住む女性59名(1920歳)の尿中のカドミウム濃度、総水銀濃度、α1-ミクログロブリン(AMG)、β2-ミクログロブリン(BMG)、N-アセチルグルコサミニダーゼ(NAG)等を測定した。毛髪および爪の総水銀濃度も測定し、かつ半定量食事摂取頻度調査を用いた魚介類による水銀摂取量を推定した。水銀曝露指標間には有意な正の相関があり、尿中AMGとNAG活性は全ての水銀曝露指標と有意な正の関連が見られ、また尿中カドミウム濃度はAMGと有意な正の関連が見られた。以上より、カドミウムおよび水銀は腎尿細管機能に無症候性影響を及ぼすことが示された。2、金属水銀蒸気の神経運動機能に及ぼす影響現行の金属水銀蒸気のリスク評価は手のふるえ毒性に基づいてなされている。そこで、同様の神経運動機能検査の1つである身体重心動揺検査も加え、どちらの検査が金属水銀蒸気曝露に鋭敏であるのかを中国紀州の水銀曝露群27名(水銀鉱夫と精錬作業者)と性・年齢、住所地がマッチした非曝露群52名を対象として検討した。水銀曝露群の手の総ふるえ強度および1-6Hzおよび10-14Hzのふるえ強度は非曝露群と比べ有意に大きかったが、尿中水銀濃度との間に有意な関連は見られなかった。対照的に、身体重心動揺は曝露群と非曝露群に有意差は見られなかったが、開眼時左右方向の揺れが曝露群の尿中水銀濃度と有意な関連があった。以上より、身体重心動揺は金属水銀蒸気によって影響されるが、手のふるえほど水銀曝露に対し鋭敏な指標と言えないと考えられた。
パルス発生する負性抵抗素子カーボンナノチューブネットワークの脳型情報処理への応用

カーボンナノチューブ(CNT)とナノ粒子とのランダムネットワークを作製し、脳型情報処理に必要なノイズ・パルス発生デバイスを実現するために、新奇ポリ酸(POM)を合成し、そのSWNTランダムネットワークを作製し、パルス発生挙動を調べた。周りにポルフィリンを配位させたPOMからパルスが発生した一方、ピロールやブチルを配位したPOMからは発生しなかった。POMへの配位分子からの電子の移動が、パルス発振を促しているとみられる。また、シミュレーションからパルス発生のメカニズムが分かったうえ、脳型コンピューティング演算に利用できる可能性が示された。本研究は単層カーボンナノチューブ(SWNT)のポリ酸(POM)微粒子複合体をランダムネットワークにした際に、非線形電動の相乗効果によりパルスを発生することを基に、パルス発生機構の解明やパルス発生条件の制御などを目指すものである。これまでPOM微粒子としてMo12O48を用いた時には1mm間隔の電極の両端に150Vを印加した際にパルス発生が見られた。これをPOMの濃度を3倍4倍と増やした際には各々パルス発生間隔がログスケールで増加した。これによりパルス発生にはPOMの容量が関係していることが示唆された。そこでPOMの濃度を精密に増減させるためにPOMに末端に平面分子のピレンを有するアルキル鎖を付加し同様の実験を行ったところ、SWNTに吸着するPOMの量が増加し、パルス発生間隔が広がることが確認され、前出仮定が裏打ちされた。同様にPOMの上下をポルフィリン分子でサンドイッチしたPor-POM分子を用いた。この分子はポルフィリンがドナーでPOMに電子を供給するためにパルス発生にパルス発生に必要な印加電圧が低くなったことから、パルス発生には各POMジャンクション部のキャパシターに電子が充てんされている必要があるという経験則が正しいことが確認された。以上の結果から、POMに充てんされている電子数がパルス発生に非常に密接に関連していることが分かったため、今後はさらに精密に電子数を制御しつつ自在にパルス発生ができる条件を見つけ出す予定である。今年度はパルス発生機構の解明のため、POMの濃度変化、POMのSWNTへの吸着数制御、電子数を制御したPOMなどを用いてランダムネットワーク中のPOMジャンクションに充てんされる電子数がパルス発生に密接に関連していることが分かった。また、得られた結果を基にパルス発生機構のシミュレーションを行い、隣り合うPOMジャンクション同士の電子のやり取りが重要であることが分かった。以上から本研究課題が計画通りに進行している。今後はパルス発生の自在制御を目指す。脳型情報処理技術はニューラルネットワーク(NN)の発展により進歩を遂げている。近年注目を浴びている深層学習では、入力層にノイズを導入したデノイジングオートエンコーダ(DAE)や確率的ニューロンを導入した制限付きボルツマンマシン(RBM)など、ノイズを積極的に利用したNNが用いられる。DAEやRBMを実チップで直接実行する脳型回路を考える上で、ノイズ発生デバイスは必要不可欠である。これまで論理回路による疑似乱数回路やアナログカオス素子などが利用されていたが、簡便に作製でき精密にノイズを発生させることが可能なデバイスが実現出来れば、飛躍的な低消費電力化や高集積化が可能となる。また、学習プロセスにより得られた荷重値を記憶する記憶素子が必要である。現状それには電荷、抵抗メモリなどが使われているが、情報量を増加させるためにパルス間隔メモリが求められている。よってパルスを希望通りに発生するデバイスの作製が必要であり、同様にカーボンナノチューブ(CNT)ランダムネットワーク(RN)を用い、最適条件を探索した。申請者は従前、負性抵抗性分子ナノ粒子やCNTを用い、RN構造からノイズ発生・制御に成功しているが、酸化還元反応(Redox)を用いるために、全ての物質が酸化側、還元側に寄ってしまうとデバイスの動作が終了するという欠点も存在した。本研究では、さらに材料系や作製条件を検討し、永続的に動作する素子を作製し、かつ脳型プロセシングに適応を以下のように行った。1.CNTとソフトマテリアルナノ粒子とのRNを作製し、脳型情報処理に必要なノイズ・パルス発生デバイスを実現した。2.そのために必要な多様なRedox性を有する材料のナノ粒子の電気特性を明らかにした。また、シミュレータによる解析を行った。3.パルス発生の様子をリターンマップ解析し、脳型情報処理システムへの応用を模索した。今後はパルス発生精密制御のため、これまで得られた結果に基づき行ったシミュレーションをさらに精密に行なうことを考えている。また、シミュレーション結果に基づき、パルス信号のカオス性を解析し、CNTランダムネットワークデバイスのマクロ的挙動を理解し、カオスニューラルネットワークなどがCNTのみで再現可能かを検討することを目指す。ナノ電気伝導本年度計画していた低温プローバーで行う実験について、次年度に移したのでその周辺機器代として計上した約95万円について次年度で使用することとした。
ハブ毒成分の毒腺組織特異的発現調節機構の解明

ハブ毒腺は出血因子や筋壊死因子等多くの生理活性成分を毒腺組織特異的に発現する。これまで毒腺組織特異的な発現機構に関する分子レベルでの研究は、毒腺培養細胞が存在せず定法での解析は困難なため、ほとんど進んでいない。そこで、本研究では、ハブ毒腺の転写・翻訳の分子機構を解明するのに、次のような実験を行った。1)毒腺組織で発現する遺伝子(産物)の網羅的解析:毒腺で発現する遺伝子(産物)を転写及び翻訳レベルで網羅的に解析し、その中から発現調節に関わる遺伝子を発見するために、毒腺のトランスクリプトミクス及びプロテオミクスを行った。前者については奄美大島ハブ毒腺から完全長cDNAライブラリーを作製して、約1万クローンについて配列解析を行い(進行中)、これまでにいくつかの新規な転写・翻訳に関わると思われる興味深い遺伝子を発見した。また後者については、ハブ毒は棲息地域(奄美大島、徳之島、沖縄)3島間でその組成が異なっていることがこれまでに示唆されていたため、3島のハブ粗毒各々について2次元電気泳動を行い、各スポットをESI-Q-TOF質量分析計を用いて同定を行った。この結果、各島のハブ毒腺に固有に発現する毒成分や未同定の成分の存在が明らかとなった。2)毒腺組織特異的転写因子の同定:毒腺組織特異的転写因子の同定を試みた。複数の毒成分遺伝子のプロモータ配列から候補配列を5カ所選出し、そのうちの一つは奄美大島ハブ毒腺抽出液と相互作用することを見いだした。この配列と結合するタンパク質の同定をESI-Q-TOF質量分析計を用いて解析している。その他、新規な毒腺アイソザイム及びそれらの阻害剤の分子進化学的知見並びに翻訳機構に関わる新規な分子等に関する研究成果も得た。毒腺は、毒タンパク質の宝庫であり、それらの種類や量は極めて多いが、その発現機構に関する知見はほとんどない。そこで、ハブ毒腺組織特異的な発現機構を明らかとすることを目標に実験を行った。1.毒腺組織特異的転写因子の解析(1)転写因子結合部位の配列の特定ヘビ毒腺組織で発現しているアイソザイムの遺伝子データベースから候補となるプロモータ配列の比較を行い、候補となる転写因子の候補配列を選出し、2つの候補配列を見いだした。(2)毒腺組織抽出液の調製ハブ毒腺組織を2通りの方法を用いて抽出液を調製し、2次元電気泳動で多くのスポットの得られた方を用いて以後の操作に用いた。(3)ハブ毒腺組織特異的転写因子の探索ハブ毒腺組織特異的に発現する毒タンパク質以外の成分を同定するため、毒タンパク質と毒腺組織抽出物の双方をもちいた2次元電気泳動解析を行い、差分析した。毒腺組織特異的な因子のバンドが複数弱いながら得られた。現在、タンデムマス質量分析計を用いて同定を試みている。また、(1)で得られた配列をビオチン標識したオリゴヌクレオチドの磁気ビーズによる固定し、それと相互作用する因子の同定も進めている。2.毒腺組織のEST解析(1)毒腺組織のcDNAライブラリーの構築奄美大島毒腺組織の毒腺を用いてcDNAライブラリー構築した。(2)毒腺組織のcDNAライブラリーからの毒腺アイソザイムの網羅的解析(1)で作成したcDNAの配列を解析し、687のクローンについて配列解析を行い、プライベートデータベ一スを構築した。現在までのところ、新規な配列を有するクローンは得られていない。ハブ毒腺は出血因子や筋壊死因子等多くの生理活性成分が、毒腺組織特異的に発現している。これまで毒腺組織

特異的な発現機構に関する分子レベルでの研究は、毒腺培養細胞が存在しないこともありほとんど進んでいない。そこで、本研究では、まず転写・翻訳の分子機構を解明を目指したパイオニア的研究と位置づけ次のように研究を行った。1)毒腺組織特異的転写因子の同定:毒腺特異的転写因子の同定を試みた。複数の毒成分遺伝子のプロモータ配列から候補配列を選出し、試行錯誤しながら、奄美大島ハブ毒腺抽出液中から約40塩基の配列と結合するタンパク質を得た。現在、量的なことも考慮しながら、ESI-Q-TOF質量分析計を用いて同定中である。2)毒腺組織で発現する遺伝子(産物)の網羅的解析:別のアプローチとして、毒腺で発現する遺伝子を転写及び翻訳レベルで網羅的に解析し、その中から発現調節に関わる遺伝子を発見しようと、毒腺のトランスクリプトミクス及びプロテオミクスを行った。前者については奄美大島ハブ毒腺から完全長c DNAライブラリーを作製して、約1万クローンについて配列解析を行い(進行中)、これまでにいくつかの新規な転写・翻訳に関わると思われる興味深い遺伝子を発見した。また後者については、ハブ毒は棲息地域(奄美大島、徳之島、沖縄)3島間でその組成が異なっていることがこれまでに示唆されていたため、3島のハブ粗毒各々について2次元電気泳動を行い、各スポットをESI-Q-TOF質量分析計を用いて同定を行った。この結果、各島のハブ毒腺に固有に発現する毒成分や未同定の成分の存在も明らかとなった。
５つの翼運動と脚による短距離離着陸を実現する羽ばたき飛行ロボットの開発

鳥は翼の関節を連動的に動かすことで,羽ばたき動作だけでなく,滑空,帆翔,ホバリングなどの優れた飛行を行っている.また,鳥は2本の脚を持ち,短距離の離着陸ができる.本研究では,鳥の翼運動および脚による離着陸の実現を目指し,平成27ー29年度の3年間で以下の研究成果を得た.1両翼で12自由度の羽ばたき動作のシミュレーションモデルの構築,2翼の断面形状の検討と揚力・推力への影響の調査,35つの翼運動を実現する両翼10自由度の羽ばたき翼を持つ飛行ロボットの開発,4鳥の筋肉構造の知見を取り入れた揚力増幅装置の開発,5短距離離陸を実現するための脚機構の開発と離陸の達成鳥類は羽ばたき動作だけでなく,滑空,旋回,ホバリングといった様々な飛行を実現できる.平成27年度は両翼で12自由度の羽ばたき翼を持つ飛行ロボットの設計・開発を目指し,研究に取り組んだ.平成27年度は2つの内容について検討した.1つ目は12自由度の羽ばたきロボットの開発,2つ目は翼の形状の検討についてである.1つ目の12自由度の羽ばたきロボットの開発では,まず,片翼6自由度のシミュレーションモデルを構築した.翼のサイズは中型の鳥であるノスリを参考にした.ホバリング飛行時のノスリの翼運動の動画を基に各関節の動きを求め,シミュレーションに反映させた.次に,シミュレーション結果を基に各関節の運動に必要となるトルクを求め,実際の羽ばたきロボットのモータの選定と設計に反映させた.フラッピング,リードラグ,フェザリング,スパニング,フレクション,デビエーションを実現する羽ばたき飛行ロボットを設計した.シミュレーションおよび設計から,スパニング運動は推力・揚力の増加よりも重量の増加が多くなることから,片翼5自由度として実機を製作した.製作した実機の動作実験を行い,揚力と推力の発生を確認したが,設計よりも小さな力と遅い動作となったことから,設計を見直し,重量は増加するがハイパワーのモータに変更し,製作し,動作確認を行っている.2つ目の翼形状の検討では,翼の断面形状の比較を行った.これまでの研究では,薄い膜翼を用いてきたが,より大きな揚力を得るために,翼の断面形状の違いによる力の変化を検討した.飛行機の翼は羽ばたきを行わない固定翼であるが,翼に風をうけることで揚力が発生し,飛行できる.鳥も翼の断面は飛行機と同様に翼形状をしており,風を受けることで揚力を増加させている.3種類の翼断面形状を作成し,揚力と推力を計測することで,羽ばたきに適した翼形状を選定した.シミュレーションモデルの構築の際に,反力や摩擦,部材の振動を十分に考慮できていなかったため,製作した実機との間に差が生じ,想定した力とスピードで羽ばたきロボットを動作させることができなかったことが遅れの原因である.現在は,再計算と再設計を行い,想定した動きを実現できている.今後は体幹部を構築し,飛行実験に取り組む.鳥類は羽ばたき動作だけでなく,滑空,旋回,ホバリングといった様々な飛行を実現できる.平成28年度は両翼で10自由度の羽ばたき翼を持つ飛行ロボットの製作と短距離離陸の実現を目指し,研究に取り組んだ.1つ目の10自由度の羽ばたき翼を持つ飛行ロボットの製作では,前年度の取り組みで製作した片翼5自由度(フラッピング,リードラグ,フェザリング,フレクション,デビエーション),両翼10自由度の羽ばたき翼について,動作の確認と推力・揚力の発生を実験により確かめた.前年度の取り組みで問題となった発生力の不足と遅い動作速度については,ハイパワーモータに変更することである程度改善されたが,力が強くなり,初期の設計では各部の強度が不足したため,実験と再設計を繰り返し,10自由度羽ばたき飛行ロボットの改善に取り組んだ.目標とする羽ばたき周波数にはまだ届いていないため,再度,モータ選定,および,ばねを用いた増力装置の開発に取り組み,持続飛行の実現を目指す.2つ目の短距離離陸の実現では,鳥の離陸の際に見られる脚による跳躍を再現するために,トーションばねを用いた脚機構を設計・製作し,跳躍実験を行った.複数回の跳躍が実現できるように,連続的にばねの伸縮・開放ができる機構を考案した.離陸に十分な高さの跳躍を実現できることを確認したが,跳躍機構の重量が羽ばたき飛行ロボットの積載可能重量を上回っているため,このままでは離陸後すぐに墜落してしまう.そのため,機構の軽量化に取り組み,脚機構による離陸を目指す.前年度の研究で浮かび上がったパワー不足という問題を補うためにハイパワーなモータを選定したが,羽ばたきの揺動運動に部材が耐えられず,実験のたびに想定していない箇所が破損した.再設計・修復に時間を要したことが遅れの原因である.再設計・修復・再実験を繰り替えすことで破損個所の目途がつき,強度の改善に取り組んだことで,破損は少なくなった.今後は改善した機体を用いて実験を進める.鳥類は羽ばたき動作だけでなく,滑空,旋回,ホバリングといった様々な飛行を実現できる.平成29年度は両翼で10自由度の羽ばたき翼を持つ飛行ロボットの増力装置の開発と脚機構の軽量化および跳躍による離陸の実現に取り組んだ.

1つ目の増力装置の開発では,前年度に取り組んだ10自由度の羽ばたき翼を持つ飛行ロボットの揚力不足改善について,鳥の筋肉構造の知見を取り入れた機構を開発した.鳥類は翼の振り下げ時に大きな力を必要とすることから,振り下げの筋肉が振り上げの筋肉に比べて格段に大きい.これを模擬するために,翼の関節部にバネ材を組み込み,翼の振り上げ時に弾性エネルギーを蓄積し,蓄積したエネルギーを翼の振り下げ時に開放することで大きな力を発生させる.開発した機構を羽ばたき飛行ロボットに組み込み,揚力および推力の増加を確認した.2つ目の脚機構の軽量化および跳躍による離陸の実現では,前年度に取り組んだ脚部構造を大幅に軽量化するために,脚部に組み込んだ複数のトーションバネを一体成型し,バネ材だけで脚部を構成することとした.羽ばたき飛行ロボットの積載重量以内に脚部を収めることに成功した.脚部に蓄えられた弾性エネルギーにより,羽ばたき飛行ロボットを跳躍・離陸させ,羽ばたき飛行に遷移させることに成功した.3年間の研究期間においては,両翼で10自由度を有する羽ばたき翼を持つ飛行ロボットを開発し,羽ばたき方の検討を行い,羽ばたきと力の発生の関係について調べた.また,翼の断面形状の違いおよび翼の駆動方法の違いによる飛行特性の変化について調べた.さらに,トーションバネを用いた脚機構を開発し,羽ばたき飛行ロボットの跳躍による離陸に成功した.鳥は翼の関節を連動的に動かすことで,羽ばたき動作だけでなく,滑空,帆翔,ホバリングなどの優れた飛行を行っている.また,鳥は2本の脚を持ち,短距離の離着陸ができる.本研究では,鳥の翼運動および脚による離着陸の実現を目指し,平成27ー29年度の3年間で以下の研究成果を得た.1両翼で12自由度の羽ばたき動作のシミュレーションモデルの構築,2翼の断面形状の検討と揚力・推力への影響の調査,35つの翼運動を実現する両翼10自由度の羽ばたき翼を持つ飛行ロボットの開発,4鳥の筋肉構造の知見を取り入れた揚力増幅装置の開発,5短距離離陸を実現するための脚機構の開発と離陸の達成平成28年度は当初の計画通り,鳥類の短距離の離着陸が可能な脚機構の設計・開発に取り組む.また,同時に,前年度からの羽ばたき飛行ロボットの開発と飛行実験に取り組む.脚機構は離陸直前の動作であり,羽ばたきロボットの飛行は離陸後の動作であるため,これらは途中までは独立して進めることが可能である.平成29年度は当初の予定通り,多目的・切替制御手法の開発に取り組み,並行して,多自由度羽ばたき飛行ロボットの改善と短距離離着陸機構の軽量化を図る.これらを統合し,地上からの飛び立ちと飛行形態を切り替えながらの目的地までの飛行および着地動作を実現する.生物規範型ロボット当初の予定よりも安く物品を購入できたため.消耗品の購入に充てる.
緑内障の発症機序および治療に関する分子生物学的研究

1.副腎皮質ステロイド薬の投与で産生されるTIGR蛋白の、正常隅角および緑内障眼の隅角組織における分布、また他の細胞外マトリックスとの関係を免疫組織化学的に調べた。その結果、TIGR蛋白は正常隅角および緑内障眼隅角の線維柱帯の細胞内および細胞外マトリックスに分布することが明らかになった。さらに二重免疫染色によりTIGR蛋白とある種の細胞外マトリックスが類似の分布することが示された。2.落屑症候群におけるの細胞外マトリックスについて形態学的、組織化学的,免疫組織化学的に調べた.その結果,落屑物質にプロテオグリカンやその他の高分子化合物が沈着すること、虹彩の血管に変化があること示された.3.家兎の隅角発育異常緑内障の実験モデル眼を組織学的に調べ、ヒトの隅角発育異常緑内障と同様に隅角の線維柱帯の発達が悪いことが緑内障の発症に関与することが示された。4.ヒトの血管新生緑内障の隅角組織、および家兎眼に実験的に起こした前眼部新生血管の組織を、組織学的、免疫組織化学的に調べた。その結果,前眼部の新生血管の発症に血管内皮細胞増殖因子(VEGF)が関係すること、緑内障の発症に新生血管の線維柱間隙への侵入が関与することが明らかになった.5.正常隅角組織の各種の細胞外マトリックスの分布を免疫組織化学的に調べた。その結果、ラミニンやIV型コラーゲンが隅角線維柱帯に広く分布することが明らかになった。6.虹彩母斑症侯群の隅角および虹彩の手術時の摘出標本を光学顕微鏡、電子顕微鏡を用いて形態学的に検討した。その結果、本症候群では、虹彩血管の血液房水関門が障害されていることが分かった。7.家兎を使用して、各種薬剤の脈絡膜の血流に及ぼす影響をレーザードップラー法で調べた。その結果、フマル酸ブロビンカミンやチモロールマレイン酸を血管内投与しても脈絡膜血流は増加しないことが明らかになった。1.副腎皮質ステロイド薬の投与で産生される特異的な蛋白で,家族性の緑内障でこの蛋白の産生に関与する遺伝子異常が報告されているTIGR蛋白の隅角組織における分布を免疫組織化学的に調べた。その結果,隅角発育異常緑内障晩発型および落屑緑内障眼で,隅角線維柱帯に陽性所見が見られ,TIGR蛋白がこれらの緑内障眼の隅角線維柱帯に存在することが明らかになった。2.腎不全患者に対する血液透析中に眼圧が上昇する症例があることが知られているが、その眼圧上昇の機序は不明である。そこで,血液透析中の眼圧,血漿浸透圧,血液炭酸ガス分圧,血圧の変化を経時的に調べた。その結果,房水流出障害が存在する眼で,透析中に血漿浸透圧が低下すると眼圧が上昇した。高浸透圧利尿薬を点滴しながら透析を行って,血漿浸透圧の低下を防ぐと眼圧は上昇しなかった。房水流出障害がない眼では,血漿浸透圧が低下しても眼圧は上昇しなかった。血液炭酸ガス分圧および血圧の変化と眼圧変化との間に相関は見られなかった。以上の結果から,血圧透析中の眼圧上昇は,房水流出障害がある眼において,血漿浸透圧が急激に低下することで起こる。

高浸透圧利尿薬の点滴などで血漿浸透圧の低下を防げば,眼圧上昇を予防できることが明らかになった。3.隅角線維柱帯におけるヒアルロン酸の分布を調べる目的で,正常人眼の隅角組織を抗ヒアルロン酸抗体で染色した。その結果は陰性であった。隅角にヒアルロン酸が分布することは知られており,固定法などを検討して再検の予定である。4.前房隅角の線維柱細胞の起源を調べる目的で,ラットの隅角を抗線維芽細胞抗体で染色して,免疫組織学的に調べた。その結果,線維柱帯部に明らかな陽性所見は見られなかった。1.副腎皮質ステロイド薬の投与で産生される特異的な蛋白で、家族性の緑内障でこの蛋白の産生に関与する遺伝子異常が報告されているTIGR蛋白の隅角組織における分布を免疫組織化学的に調べた。その結果、隅角発育異常緑内障晩発型および落屑緑内障およびTIGR遺伝子の異常を有する原発開放隅角緑内障で、光学顕微鏡レベルで隅角線維柱帯の細胞外マトリックス中にABC法、螢光抗体法で陽性所見が見られ、TIGR蛋白がこれらの緑内障眼の隅角線維柱帯の細胞外マトリックス中に存在することが明らかになった。また、電子顕微鏡レベルの免疫組織化学染色で、同様に線維柱帯の細胞外マトリックス中に染色性を認めた。現在、TIGR蛋白と他の細胞外マトリックスとの二重免疫染色を行っている。2.血管新生緑内障の発症機序を明らかにする目的で、家兎8匹の鼻側および耳側の長後毛様動脈を焼灼して閉塞させ、前眼部の虚血を起こした。前眼部虚血発症後、経時的に眼球を摘出して凍結包埋した。各組織のVEGFmRNAの発現をin situハイブリダイゼーションで調べた。しかし、凍結切片で行ったためか組織の破壊が強く、いずれの時期においてもVEGFmRNAの発現は検出は出来なかった。今後、組織をパラフィンに包埋して検討予定である。3.虹彩母斑症候群の隅角および虹彩の手術時の摘出標本を光学顕微鏡、電子顕微鏡を用いて形態学的に検討した。その結果、本症候群では、虹彩血管の血液房水関門が障害されていることが分かった。原因として、虹彩面上に伸展した角膜内皮細胞が収縮する際の機械的な力で血管壁が障害される可能性が考えられた。1.TIGR蛋白は副腎皮質ステロイド薬の投与で産生される特異的な蛋白で、家族性の緑内障ではこの蛋白の産生に関与する遺伝子に異常があることが報告されている。今回、隅角組織におけるTIGR蛋白の分布、および他の細胞外マトリックスとの関係を免疫組織化学的に調べた。その結果、隅角発育異常緑内障晩発型および落屑緑内障の隅角線維柱帯、および正常隅角線維柱帯で、光学顕微鏡の二重免疫染色によりTIGR蛋白とVI型コラーゲンとが同じ部位に分布することが示された。さらに、電子顕微鏡レベルの二重免疫染色を行ったが、TIGR蛋白とVI型コラーゲンとが同じ部位に存在するような所見は現在まで得られていない。2.ステロイド緑内障の発症機序を明らかにする目的で、サルの片眼に副腎皮質ステロイド薬を結膜下注射した。他眼はコントロールとした。投与後、眼圧を経時的に測定した。ステロイド薬を数回投与して約半年経過をみたが、眼圧は上昇しなかった。両眼球を摘出し、組織標本として保存した。今後、線維柱帯組織などを形態学的、免疫組織学的、組織化学的に調べる予定である。3.正常隅角組織の凍結標本を抗ラミニン抗体、抗IV型コラーゲン抗体で染色して、これらの細胞外マトリックスの分布を免疫組織化学的に調べた。その結果、ラミニンおよびIV型コラーゲンが隅角線維柱帯に広く分布することが明らかになった。今後、隅角発育異常緑内障、ステロイド緑内障、開放隅角緑内障眼の隅角線維柱帯におけるこれらの物質の分布を調べる予定である。
16・17世紀の都市言語に関する社会言語学的・文体論的研究-ニュルンベルクを例に

森澤は、同一の書き手による異なる種類のテキスト間の文体的相違を分析する目的で、関係詞の現れ方に関する抜き取り調査を行なった。資料の中心としたのは、16世紀のニュルンベルクを代表する美術家A.デューラーの私的テキスト(書簡など)及び公的テキスト(芸術理論書『人体均衡論四書(Vier Bucher von menschlicher Proportion)』など)である.その結果,デューラーの私的テキストと公的テキストの間には差異が見られるものの,それ以上に『人体均衡論四書』の献辞がそれ以外の公的テキスト及び私的テキストとは異なる文体で書かれていると解釈できるデータを得た.さらに調査を進めた結果,特に語彙や思考の流れの面からみてこの献辞は恐らくデューラーの手によるものではないとする見解が示されていることが分かった.そこで,文体論の立場からその見解の裏づけをし,さらに近世の書き手が公的テキストの文体に対して抱いていた規範意識をさぐることを試みた.17世紀を担当した高田は、ゲオルク・フィリップ・ハルスデルファーが1656年にニュルンベルクで出版した『ドイツ語の書簡便覧』(Der Teutsche Secretarius)を取り上げた。この書には、書簡の書き方の原理と実例が詳細に書かれている。それを分析することで、17世紀中葉のニュルンベルクの都市貴族が、書簡のなかで差出人と受取人との社会的関係がどのように反映されるべきであると見たかをいくつかの点で再構成することができた。例えば、相手への呼びかけとしては名詞よりも形容詞の名詞化のほうが儀礼的であり、また名詞・形容詞・動詞以外に、特定の副詞や語句や統語的組み合わせも儀礼性を高める働きを有していた。さらにまた、社会的身分の違いは冒頭の呼びかけと最後の結びの言語的表現によってだけでなく、文字の大きさの違いによってもマーキングされていた。異なる種類のテキストにおける文体上の相違を分析する目的で、森澤は、同一の書き手による書簡と著作を資料として抜き取り調査を行なった。その際、例えば16世紀のニュルンベルクを代表する市民の一人、A.デューラーに関しては、彼の友人で市参事会員も務めた古典学者W.ピルクハイマー宛の書簡と1528年に出版された芸術理論書『人体均衡論四書』("[...]vier buchervon menschlicher Proportion [...]",一部抜粋)では、関係詞の現れ方に差異が見られた。それにより,この差異がデューラーの書簡と他の著作の間にも見られるかという点をさらに調査することによって、また、デューラーとは異なるレベルの教育を受けたニュルンベルク市民(Ch.ショイルやL.シュペングラーなど)についても同様の分析を進めることによって、近世における書き手たちの「規範意識」、「エリート意識」、「特定の集団への強い帰属意識」に関してより詳細な考察を行う可能性があることが確認された。高田は、調査対象として1656年にニュルンベルク(Wolfgang Endter書店)で出版されたG.Ph.ハルスデルファーの『ドイツ語の書記』("Der Teutsche Secretarius")を取り上げた。これは官房をはじめとする書記事務において礼節をわきまえた上でいかに適切に書簡を書くかを教える文体実践の便覧書である。この文体便覧書における記述(例えば称号の付け方、挨拶文の書き方、女性の心得など)を分析することによって、17世紀当時においてどのような書簡の交流が規範として見なされていたかが再構成できる。それと同時に、宮廷人と市民の間のコミュニケーションのあり方、宮廷人同士また市民同士のコミュニケーションのあり方の断片を収集することで、当時の都市言語の実相に迫ることができることが判明した。森澤は、同一の書き手による異なる種類のテキスト間の文体的相違、また、書き手の受けた教育レベルの高さと文体の関係を分析する目的で、関係詞の現れ方に関する抜き取り調査を行なった。

資料としたのは、16世紀のニュルンベルクを代表する二人の人物、画家A,デューラーと高等教育を受けたニュルンベルク市書記L,シュペングラーの私的テキスト(私的書簡など)及び公的テキスト(出版物、公的書簡など)である。特にデューラーの私的テキストはごく限られたものしか残されていないが、調査した範囲ではシュペングラーよりも,教育レベルが低いデューラーの方が私的テキストと公的テキストの間で競合する関係詞の現れ方に顕著な差があると解釈できる結果が得られた。17世紀を担当した高田は、ゲオルク・フィリップ・ハルスデルファーが1656年にニュルンベルクで出版した『ドイツ語の書簡便覧』(Der Teutsche Secretarius)を取り上げた。この書には、書簡の書き方の原理と実例が詳細に書かれている。それを分析することで、17世紀中葉のニュルンベルクの都市貴族が、書簡のなかで差出人と受取人との社会的関係がどのように反映されるべきであると見たかをいくつかの点で再構成することができた。例えば、相手への呼びかけとしては名詞よりも形容詞の名詞化のほうが儀礼的であり、また名詞・形容詞・動詞以外に、特定の副詞や語句や統語的組み合わせも儀礼性を高める働きを有していた。さらにまた、社会的身分の違いは冒頭の呼びかけと最後の結びの言語的表現によってだけでなく、文字の大きさの違いによってもマーキングされていた。
NMDA受容体活性に果たすポリアミンの役割

1.ポリアミンはNMDA受容体活性を脱分極時に促進するが、その際のポリアミンの結合部位をsite-directed mutagenesisにより作製した変異NMDA受容体活性を測定することにより同定し、アゴニスト結合領域より更にN末端側にあるこの領域を調節領域(R-domain)と命名した。この約350アミノ酸残基から成るR-domain(His-tag付加)を大腸菌に発現させ、その性質を検討した。NR1Rはスペルミン及びイフェンプロジルと強く結合したが、NR2AR及びNR2BRはスペルミンとは弱く結合したがイフェンプロジルとは全く結合しなかった。現在、このR-domainの結晶化を試みている。2.ポリアミンによるNMDA受容体活性促進にはNR1のGlu181とGlu342が関与している。この2分子のGluをGlnに置換したNMDA受容体がネイティブなNMDA受容体と等量存在すると、ポリアミンによる活性促進が消滅する。このポリアミンによる活性促進の起こらなくなったNMDA受容体cDNAを持つトランスジェニックマウスを作製した。現在、ネイティブと変異NMDA受容体の脳における発現率を検討しており、次いでこのマウスの記憶形成能や運動能力を測定する予定である。3.NMDA受容体活性のポリアミンによる阻害に関与するチャネル形成領域のアミノ酸残基を同定し、サイクリックテトラアミン又はサイクリックペンタアミンがNMDA受容体活性を強く阻害することを見出した。
家族性地中海熱における発作機序解明と新規治療法の開発～月経との関連を通して～

家族性地中海熱(FMF)は反復する発熱・漿膜炎を特徴とする常染色体劣性遺伝病で、原因遺伝子としてMEFV遺伝子が同定されている。全国の医療機関から依頼された、臨床的にFMFが疑われる症例に対しMEFV遺伝子検査を行った。平成30年度は全国から119例の検査依頼があり、多くの不明熱患者の診断、治療に貢献した。対象患者の男女比は53:66で、女性が55.5%とやや多かった。そのうち22例(33.3%)では、発作と月経の間に何らかの関連が認められ、多くの女性患者で月経が病態と関連していることが示唆された。具体的には月経がトリガーとなり発作が誘発される例、妊娠によって月経が停止したことによって発作が起こらなくなった例、などが認められた。そこで、当科でこれまでMEFV遺伝子検査を行い、臨床的にFMFの国際診断基準を満たした426症例で同様に発作と月経の関連を検討したところ、106例(24.9%)で関連が認められた。月経を契機に発作が起こりやすい、症状が増悪する、といった症例が多かったが、中には毎回月経○日目で発熱する、など定型的な症状を呈する症例も少なくなかった。106例中17例(16.0%)では月経困難症の併存があり、中には月経困難症の治療によって発作が出にくくなるといった症例も見られた。また、9例(8.5%)では妊娠によって発作の軽減が得られていた。MEFV遺伝子検査では、28例(26.4%)にexon10のp.M694Iを認めた。当初の予測通り月経は女性FMF患者において重要な位置づけと考えられ、月経以外の発作誘発因子との関連についても検討したいと考えている。発熱発作と月経の間に関連性を認めるFMF症例が一定数存在することが、多数例の解析でも明らかになった。産婦人科医の中でもそのような認識が広がりつつあり、本症を取り上げた学会報告なども増加していることから、疾患や病態の認知度が上昇していることが予想される。最終的には月経に関連して発作を起こしやすい患者に特徴的な遺伝型、変異パターンを解析したい。また、月経以外の発作誘発因子(ストレス、過労など)と比較し、治療反応性との関連も評価を行いたい。成果をまとめ、学会発表から論文作成につなげていきたいと考えている。家族性地中海熱は反復する発熱・漿膜炎を特徴とする常染色体劣性遺伝病で、原因遺伝子としてMEFV遺伝子が同定されている。臨床的に家族性地中海熱(FMF)が疑われる症例に対しMEFV遺伝子検査を行った。FMFの病態解明は近年急速に進んでおり、これまでの当科からの研究発表もそこに大きく寄与しており、全国の医療機関からの患者相談が増加し続けている。平成29年度は全国から146例の検査依頼があり、多くの不明熱患者の診断、治療に貢献することができた。本邦FMFの男女比はやや女性に多く、昨年度疑い症例146例のうち女性が85例(58.2%)を占めた。女性では月経が発作の誘発因子となるため、月経期の発作は子宮内膜症に類似した症状を呈する。当院産婦人科と協力し、月経期の発熱を契機に産婦人科を受診し、FMFと診断された症例を抽出したところ8例が該当した。すべての症例にMEFV遺伝子変異がみられ、コルヒチンが有効であった。8例中5例に子宮内膜症の合併がみられたが、子宮内膜症治療薬であるジエノゲストが投与された4例は、全例ともコルヒチンと同等あるいはそれ以上の発作抑制効果を示した。また、8例中3例で発症後の妊娠を認めたが、妊娠期間中は発作の出現がみられなかった。また、FMFに伴う胸膜炎症状が、月経随伴性気胸として長期にフォローアップされていた症例も存在した。家族性地中海熱は産婦人科通院患者の中にも存在する可能性があり、月経に関連して高熱や腹痛および胸痛を繰り返す場合には家族性地中海熱も鑑別に挙げる必要があると考えられた。以上の内容は共著として和文誌に発表した。発熱発作と月経の間に関連性を認めるFMF症例が一定数存在することを示すことができ、同様の患者や医療関係者に対する啓蒙としても非常に有用であったと考えられる。これまで診断が付かず、月経に関連する一過性の何らかの炎症と考えられていた症例が正しく診断される可能性を示せており、概ね当初の予定通りの進捗状況である。

そこで、当科でこれまでMEFV遺伝子検査を行い、臨床的にFMFの国際診断基準を満たした426症例で同様に発作と月経の関連を検討したところ、106例(24.9%)で関連が認められた。月経を契機に発作が起こりやすい、症状が増悪する、といった症例が多かったが、中には毎回月経○日目で発熱する、など定型的な症状を呈する症例も少なくなかった。106例中17例(16.0%)では月経困難症の併存があり、中には月経困難症の治療によって発作が出にくくなるといった症例も見られた。また、9例(8.5%)では妊娠によって発作の軽減が得られていた。MEFV遺伝子検査では、28例(26.4%)にexon10のp.M694Iを認めた。当初の予測通り月経は女性FMF患者において重要な位置づけと考えられ、月経以外の発作誘発因子との関連についても検討したいと考えている。発熱発作と月経の間に関連性を認めるFMF症例が一定数存在することが、多数例の解析でも明らかになった。産婦人科医の中でもそのような認識が広がりつつあり、本症を取り上げた学会報告なども増加していることから、疾患や病態の認知度が上昇していることが予想される。上記のように女性患者では発熱発作と月経の間に関連性を認める症例が少なくないことから、当科で過去に遺伝子検査を施行した患者からも該当患者を抽出し、発作の特徴ならびに臨床像と遺伝型の関連を検討する。また、発作が月経に関連する患者群の特徴を月経に関連がない患者群の特徴と比較検討し、発作を誘発する因子の同定を行いたいと考えている。それらの結果から、患者の特徴に応じた、より適切な治療方法について検討し、得られた結果を本邦における診断、治療指針へ反映させていきたい。最終的には月経に関連して発作を起こしやすい患者に特徴的な遺伝型、変異パターンを解析したい。また、月経以外の発作誘発因子(ストレス、過労など)と比較し、治療反応性との関連も評価を行いたい。成果をまとめ、学会発表から論文作成につなげていきたいと考えている。概ね計画通りに研究を進めたが、想定よりもDNAシーケンスの費用が安価だったため若干の次年度使用額が生じた。次年度使用額は平成30年度請求額と合わせて、遺伝学的検査における試薬代、シーケンス費用、通信費として使用する予定である。計画通りに研究を進めた結果、わずかに次年度使用額が生じた。次年度使用額は平成31年度請求額と合わせて、遺伝学的検査における試薬代、シーケンス費用、通信費として使用する予定である。
エーテル系液体含酸素化合物の間欠燃焼特性とその機構

本研究では、まずエーテル系を軸にカーボネート系、アセテート系あるいはアルコール系など各種含酸素化合物を対象として、その物性、基礎的な燃焼特性、実際の間欠圧縮着火機関での燃焼特性について系統的な解明を行った。(1)各種化合物の基礎的な燃焼特性である含酸素化合物の発熱量、理論空気量、断熱火炎温度、平衡NO濃度などの特性値は、含酸素化合物の種類に殆ど関係することなく、それらの含酸素含有量割合によってほぼ一義的に決定され、酸素含有重量割合の増加にともなっていずれの特性もほぼ直線的に減少することが明らかにした。また、通常のパラフィン系炭素化水素に比較して含酸素化合物の単位発熱量当たりのCO2排出量は、酸素含有割合の増加にともなって減少して低い値となるが、酸素含有割合がほぼ30w%以上では高い値を示すと共に、増加し始める。(2)間欠燃焼における通常燃料への含酸素物質混合により、環境負荷物質の中の特に黒煙およびパティキュレートが著しく低減することを実証した。その低減効果は燃料中の酸素含有割合に強く支配されるが、含酸素物質の物性にも若干影響され、その沸点が低いほど著しくなる傾向があるのに対し、含酸素物質の分子構造の影響を殆ど受けない。(3)その際の黒煙は、含酸素化合物の種類にほとんど関係することなくその酸素含有割合の増加によって直線的に減少し、量論比下であっても、酸素含有割合が38wt-%を越えると完全無煙になる。したがって、完全無煙であることから、間欠圧縮着火機関において三元触媒を利用し超低エミッション燃焼の可能性が示唆された。(4)間欠圧縮着火機関においては、含酸素燃料の使用により通常の燃料に比べて熱効率とNOxが改善されることを明らかにした。前者は、燃焼期間の短縮にともなう等容度の増加と冷却損失の減少とに、また後者は、含酸素化合物における断熱火炎温度の低下にそれぞれ起因する。本研究では、まずエーテル系を軸に、カーボネート系、アセテート系あるいはアルコール系など各種含酸素化合物を対象として、その燃焼特性と炭素微粒子、NOx等の生成特性について系統的な検討を行った。その結果、各種化合物の基礎的な燃焼特性である含酸素化合物の発熱量、理論空気量、断熱火炎温度、平衡NO濃度などの特性値は、含酸素化合物の種類に殆ど関係することなく、それらの酸素含有量割合によってほぼ一義的に決定され、酸素含有重量割合の増加にともなっていずれの特性もほぼ直線的に減少することが明らかになった。また、通常のパラフィン系炭化水素に比較して含酸素化合物の単位発熱量当たりCO2排出量は、酸素含有割合の増加にともなって減少して低い値となるが、酸素含有割合がほぼ30w%以上では高い値を示すと共に、増加しはじめることが分かった。一方、理論当量比で単位混合気重量当たりの発熱量は、化合物の種類に関わらずほぼ一定である。間欠噴霧燃焼における炭素微粒子の生成は、通常の炭化水素の場合とほぼ同様に火炎中においてなされるが、化合物の酸素含有割合の増加にともなって直線的に減少し、量論比であってもその割合が38w%以上では全く生成されない。この結果を実際の間欠燃焼機関に利用することによって、完全無煙で低NOx燃焼の可能性を実証した。なお、含酸素化合物混合の炭化水素燃料において、その単粒の燃焼過程は基本的に粒径Dの2乗則に従って推移するものの、micro-explosion現象とそれによる粒径の一時的な急激減少効果とが発生することを見い出した。

各種含酸素化合物における物性および燃焼に関わる昨年度での基礎的な特性解明を基に、本年度は実際の間欠燃焼における燃焼特性とその機構について検討し、以下の結果を得た。(1)間欠燃焼における通常燃料への含酸素物質混合により、環境負荷物質の中の特に黒煙およびパティキュレートが著しく低減する。その低減効果は燃料中の酸素含有割合に強く支配されるが、含酸素物質の物性にも若干影響され、その沸点が低いほど著しくなる傾向があるのに対し、含酸素物質の分子構造の影響をほとんど受けないことを明らかにした。(2)その際の黒煙は、含酸素化合物の種類にほとんど関係することなくその酸素含有割合の増加によって直線的に減少し、量論比下であっても、酸素含有割合が38wt-%を越えると完全無煙になる。したがって、完全無煙の場合は、間欠圧縮着火機関において三元触媒が利用できるため超低エミッション燃焼の可能性が示唆された。(3)また、間欠圧縮着火機関においては、含酸素燃料の使用により通常の燃料に比べて熱効率とNOxも改善されることを実証した。前者は、燃焼期間の短縮にともなう等容度の増加と冷却損失の減少とに、また後者は、含酸素化合物における断熱火炎温度の低下にそれぞれ起因する。(4)着火性が高く、沸点が比較的低い含酸素化合物を混合した液滴においては、その燃焼過程中において火炎にmicro-explosionと思われる一時的な乱れが生じ、最終的に液滴の燃焼が促進されて燃焼機関は著しく短縮することを実証した。(5)その際の一時的な乱れが生じている場合の平均的な液滴の蒸発速度は沸点の低い含酸素物質のみの速度と一致し、また乱れが生ずる以前と以後における液滴の蒸発速度は通常燃料の速度と概ね一致することから、低沸点含酸素物質の一時的な沸騰機構が示唆された。