hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミトコンドリア異常症の分子基盤とモデル動物開発に関する研究

神経筋疾患領域での難病ミトコンドリア病は、ミトコンドリアの機能障害を特徴とし、ミトコンドリアDNAの異常に起因する遺伝病である。現在では人の遺伝病としては最も頻度の高い疾患と考えられている。ヒトのミトコンドリア異常症の病態を、分子レベルで解明し、その遺伝的背景、および遺伝子治療の試みを行う上で、モデル動物の作成は不可欠である。本研究の目的は、その分子病態を明らかにし、遺伝子治療的検討を行う為のモデル動物を作成することである。最近、京都大学医学部腫瘍医学研究講座(鍋島陽三研究室)で開発されたklotho遺伝子ノックアウトマウスは、単一遺伝子の欠損によるヒトの老化モデルと考えられている。我々は、klotho遺伝子ノックアウトマウスにおけるエネルギー代謝機構にミトコンドリア関連遺伝子がどのような役割を担っているのか研究を開始した。これは、ミトコンドリアにおけるエネルギー代謝と老化の関係で、興味深いと考えられ、広義のミトコンドリアモデル動物といえる。我々はこの老化モデルにおけるるエネルギー代謝関連の研究を独占的に開始した。また、ミトコンドリア脳卒中の原因にミトコンドリアの血管障害が関与することを見出し、L-アルギニンを使用した新しい治療法を開発報告した(Neurology 2002 58:827-828)。また、ミトコンドリア脳筋症における血管内皮機能障害を発見報告中である。これは、ミトコンドリアにおけるエネルギー代謝と老化の関係で、興昧深いと考えられ、広義のミトコンドリアモデル動物といえる。我々はこの老化モデルにおけるエネルギー代謝関連の研究を独占的に開始した。また、ミトコンドリア脳卒中の原因にミトコンドリアの血管障害が関与することを見出し、L-アルギニンを使用した新しい治療法を開発報告した(Neurology 2002 March in press)。
インプラント周囲炎とE-cadherinの関連性について

歯科用インプラントの普及に伴い、インプラント周囲炎に罹患する患者は増加しており、罹患部に対して良好な予後を得ることは困難である。さらに、インプラント周囲上皮の防御機能は接合上皮よりも低く、インプラント周囲上皮による上皮性封鎖は脆弱ではないかと考えられている。したがって、インプラント周囲上皮の防御機能と上皮性封鎖を向上させることが、インプラント周囲炎に対する抵抗性の向上につながるのではないかと考えられる。外来刺激に対するインプラント周囲上皮の抵抗性には、タイトジャンクションが関与している。E-cadherinはカルシウムイオン依存的な細胞間接着分子として細胞接着に不可欠であり、タイトジャンクションに重要な役割を果たしている。つまり、E-cadherinの発現は口腔上皮の外来刺激に対する抵抗性に重要であると考えられる。申請者は、ヒト口腔由来上皮細胞をチタンとジルコニア上で培養した場合、ジルコニアにおけるE-cadherin遺伝子の発現量がチタンと比較して有意に多いことを報告した。また、インプラント体用材料として用いた場合、ジルコニアへのカルシウムイオン導入は生体活性を向上させることが報告されている。しかし、アバットメントやインプラント上部構造として用いた場合、カルシウムイオン導入によりインプラント周囲上皮に対する生体活性が同様に向上するかは不明である。以上の学術的背景から、E-cadherinがカルシウムイオン依存的であることに着目し、カルシウムイオン導入を施したジルコニアでの生細胞数を比較検討した。その結果、カルシウムイオン導入を施したジルコニアと施していないジルコニア各試料上で、2時間および24時間培養したヒト口腔由来上皮細胞の、生細胞数に有意な差は認めなかった。インプラント周囲上皮の防御機能は接合上皮よりも低く、インプラント周囲上皮による上皮性封鎖は脆弱ではないかと考えられている。本研究では、インプラント周囲炎を想定した状態における、チタンとジルコニア周囲上皮の応答を検討することを目的にしているが、インプラント周囲粘膜が付着するインプラント体およびアバットメントは研磨してあることが前提となる。そこで、まずin vitroで用いる試料の作製を行った。純Tiは直径15mmの棒より厚み1mmに切断し調製した。Ce(セリア)安定化ジルコニア・アルミナナノ複合体(P-NANOZR,パナソニックヘルスケア)、Y(イットリア)安定化ジルコニアである(ZiREST CAD,京セラ)と(Cercon, DeguDent)は各ブロックより焼結収縮を考慮し所定のサイズに切り出し、各々1450°C,1350°Cで2時間焼成し、最終的に直径15mm,厚さ2mmになるように調製した。調製した試料は多結晶ダイヤモンド懸濁液(粒度9μm、3μm)、コロイダルシリカ液体研磨剤(粒度0.6μm)を用いて鏡面研磨を施した。鏡面研磨を施した試料の表面荒さを計測し、それぞれの試料において有意差がないことを確認した。次にアセトン、エチルアルコールおよび蒸留水で各10分間超音波洗浄を行い、室温にて自然乾燥させ、0.5mol/Lに調製した酢酸カルシウム溶液を塗布、自然乾燥、1100°Cで30分間加熱処理を行いカルシウムイオンの導入を行った。当初の予定では各試料の厚みが1mmであったが、ジルコニアは焼成前に各ブロックから切り出すため破折するケースが多くなってしまった。そのため予定枚数に達するのに要する時間が予定より多くなってしまった。また、鏡面研磨により各試料の表面荒さを統一するのに時間がかかったため、現在本研究課題の進捗状況はやや遅れている。カルシウムイオン導入を施したチタンとジルコニア試料上でヒト口腔由来上皮細胞を2時間、24時間および48時間培養し、細胞増殖能を比較した。その結果、チタンとジルコニア間に有意差は認められなかった。また。カルシウムイオン導入を施した試料と未処理の試料間にも有意差は認められなかった。ジルコニアとチタンを直径15mm、厚さ1mmに作製し、鏡面研磨を施す段階で予定より多くの時間を費やした。また、細胞培養後は再度、鏡面研磨を施す必要があるため研究の進捗状況はやや遅れている。

以上の学術的背景から、E-cadherinがカルシウムイオン依存的であることに着目し、カルシウムイオン導入を施したジルコニアでの生細胞数を比較検討した。その結果、カルシウムイオン導入を施したジルコニアと施していないジルコニア各試料上で、2時間および24時間培養したヒト口腔由来上皮細胞の、生細胞数に有意な差は認めなかった。本研究において最も時間を要する段階が試料の調製および鏡面研磨である。そのため、今後の研究は比較的スムーズに進行すると思われる。各試料上で細胞培養した後、付着した細胞を剥がす必要があるが、コロイダルシリカ液体研磨剤(粒度0.6μm)による研磨を一層施すものとする。実験の進捗状況がやや遅れているため次年度使用が生じた。今後実施予定の最も費用のかかる遺伝子発現解析にあてる。qPCR解析のプライマーや試薬を購入する。また、in vitroの実験が終わった後、in vivoにおける実験動物(SDラット)を購入する。
反芻家畜におけるタンパク質合成の栄養制御

体内におけるタンパク質、炭水化物、脂質の代謝は相互に関連し、バランスを取りながら恒常性を維持している。したがって、反芻家畜の効率的な生産のために、タンパク質代謝と他の栄養素代謝との関係が互いにどのように影響し合っているのかを明らかにすることは重要な課題である。そこで本研究では、この点を明らかにするために、炭水化物からのエネルギー給与量、形態を変え、その時のグルコース、アミノ酸代謝、タンパク質合成速度およびこれらの相互関係を解明することを目的とした。実験動物にはヤギを用い、基礎飼料としてアルファルファ乾草、トウモロコシおよび大豆粕を用いた。本研究では、血液アミノ酸、グルコース代謝およびタンパク質合成に及ぼすエネルギー給与量および形態の影響を明らかにするために、(1)デンプン添加(2)非タンパク質摂取量(3)炭水化物の給源の影響というの3種類の実験を実施した。いずれの実験においても、飼料に馴致後、[U-^<13>C]グルコース、[^2H_5]フェニルアラニン、[^2H_2]チロシンの同位元素希釈法を実施し、それぞれの代謝回転速度を算出した。さらに、チロシンに酸化されるフェニルアラニンの代謝回転速度を測定し、フェニルアラニンの代謝回転速度からチロシンに酸化されたフェニルアラニンの代謝回転速度を差し引き、タンパク質合成速度を算出した。その結果、(1)、(2)ではエネルギー給与量の増加により血液フェニルアラニン、チロシン、グルコース代謝回転速度はいずれも増加し、全身のタンパク質合成速度も増加した。(3)では炭水化物給源の相違によっていずれもほとんど変化しなかった。以上の結果より、ヤギにおいてタンパク質合成量および血液代謝産物の代謝動態はエネルギー給与量によって影響されるが、エネルギー給与形態にはほとんど影響されないことが示唆された。(目的)反芻動物において採食量の増加は、グルコース代講回転速度、全身タンパク質合成速度を増加させることが知られているが、タンパク質摂取と非タンパク質栄養素摂取の効果を区別した研究は非常に限られている。本実験ではヤギにおいて、タンパク質摂取量が一定の条件下でエネルギー摂取量の増加を炭水化物のみでまかなった場合のグルコースおよびタンパク質代謝に対する影響を安定同位元素を用いた同位元素希釈法により検討した。(方法)ザーネン種雄ヤギ4頭に維持の代謝エネルギー(ME)、維持の1.5倍量の粗タンパク質を含む基礎飼料(アルファルファ乾草、トウモロコシ、大豆粕)、基礎飼料にトウモロコシデンプンを添加した維持の1.5倍、2.0倍のMEを含む飼料を給与した。各飼料において19日目に、採食後2.5時間より4時間にわたり、[U-^<13>C]グルコース、[^2H_5]フェニルアラニン、[^2H_2]および[^2H_4]チロシンを用いた同位元素希釈法によりグルコース代謝回転速度、全身タンパク質合成速度を測定した。(結果) ME接収量の増加に伴い、血漿尿素態窒素、遊離脂肪酸は低下し、血漿総アミノ態窒素は増加したが、血漿グルコース、乳酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、インスリンは有意に変化しなかった。グルコース、フェニルアラニンおよびチロシンの代謝回転速度はME摂取量の増加に伴いいずれも増加したが、フェニルアラニンの水酸化速度は維持の1.5倍のME摂取で最も低く、維持の2.0倍のME摂取で最も高かった。全身タンパク質合成速度はME摂取量の増加に伴い増加した。以上の結果より、ヤギにおいて炭水化物によるME摂取量の増加は、血漿グルコースおよびインスリン濃度に大きな影響を与えることなく、血漿尿素態窒素濃度の低下と総アミノ態窒素濃度の増加を伴って、グルコース代謝回転速度および全身タンパク質合成速度を増加させることが示唆された。(目的および方法)昨年、ヤギにおいてデンブン添加によるエネルギー摂取量の増加が全身

グルコース代謝回転速度およびタンパク質合成速度を増加させることを明らかにした。本年度は反芻家畜のグルコースおよびタンパク質代謝に対する摂取エネルギーの量および質の効果をさらに検討するために、ヤギを用いてタンパク質摂取量が一定の条件下で以下の2つの実験を行った。実験1)非タンパク質エネルギー摂取量の増加の影響乾草、トウモロコシ、大豆粕からなる飼料を用い、粗タンパク質摂取量を維持の1.5倍量で一定にしつつ、これらの配合割合、給与量を変えることによってエネルギー摂取量を維持量、維持の1.5倍量、維持の2.0倍量とした。実験2)炭水化物の給源の違いの影響エネルギー摂取量および粗タンパク質摂取量を維持の1.2倍量とし、エネルギー摂取量の30%をデンブン、デンブンとショ糖(1:1)、ショ糖で給与した。いずれの実験においても処理切り替え後17日目に、採食後3時間より4時間にわたり[U-^<13>C]グルコース、[^2H_5]フェニルアラニン、[^2H_2]および[^2H_4]チロシンを用いた同位元素希釈法を行い、全身グルコース代謝回転速度およびタンパク質合成速度を測定した。(結果)実験1において非タンパク質エネルギー摂取量の増加は全身グルコース代謝回転速度および全身タンパク質合成速度の両者を直線的に増加させた。これに対し、実験2では炭水化物給源の違いはこれらのいずれの速度にも有意な影響を及ぼさなかった。以上の結果および昨年度の結果から、反芻家畜の全身におけるグルコース代謝回転速度およびタンパク質合成速度は、1)粗タンパク質摂取量が一定であってもエネルギー摂取量の増加に伴い増加すること、2)摂取した炭水化物の種類による影響は受けないことが示唆された。
肝臓-骨格筋連関を標的とした運動効果増強薬の開発

我が国を含めた先進国では、高齢化に伴い糖尿病や骨格筋量と骨格筋力の低下(サルコペニア)が増大しており、運動効果を高める治療が求められている。申請者は、肝臓から分泌されるセレノプロテインP(SeP)が、骨格筋での受容体LDL receptorrelated protein 1(LRP1)を介して運動抵抗性を誘導することを明らかにした。そこで本研究の目的は、肝臓由来SeP-骨格筋受容体LRP1系を標的とした運動効果増強薬を開発することである。具体的には、SePプロモーター下分泌型ルシフェラーゼを安定発現する肝細胞株を評価系とした、既存臨床薬のスクリーニングと分子間相互作用解析システム(Biacore)を用いた受容体結合阻害薬のスクリーニング、さらにSeP中和抗体のスクリーニングを行い、候補となった薬剤を用いてin vivoで機能実験を行う。これらの系によって、優れた運動効果増強薬が得られれば、2型糖尿病、肥満症、脂肪肝といった運動療法が効果を有する多くの疾患に対しての新しい治療になる。さらに運動療法が持つ寿命延長効果を増強する健康寿命延長薬の開発につながる。今年度はSePプロモーター下分泌型ルシフェラーゼを用いたスクリーニングを行った。薬剤ライブラリーは、東京大学創薬支援センター提供の低分子化合物(既存臨床薬1500種類)を使用した。その結果、SePプロモーターによる発現を強く制御する50種類の薬剤を同定することができた。さらに、スクリーニング系とは異なる細胞系、マウス初代培養肝臓細胞やヒト肝臓細胞株を用いて、SePの遺伝子発現量やタンパク質量の変化、インスリンシグナルへの影響を精査した。また、マウス個体への投与も行い、血中SePタンパク質濃度や血糖値の変化を調べた。これらの結果、最終的にSeP抑制薬として、3つの薬剤に絞り込むことができた。初年度にして既存臨床薬1500種類から3種類の薬剤に絞り込むことができた。また、分子間相互作用解析システムを用いた受容体結合阻害薬のスクリーニング、SeP中和抗体のスクリーニングも進めている。先行して進んでいる既存臨床薬スクリーニングによって得られた3種類の薬剤については、既存の作用、副作用の除去、SeP抑制の増強、および新たな知財としての価値を高める目的のため、大阪大学薬学研究科構造展開ユニットの協力を得て、構造的に類似性のある薬剤のスクリーニング、加えて薬剤の構造展開を実施し、ツール化合物や開発候補化合物を創製する予定である。端数が生じたので繰り越したが、ほぼ計画通りに執行している。
高密度過冷却液体酸素のキャビテーション不安定流動に関する研究

大気圧沸点以下に過冷却し高密度化した液体酸素のキャビテーション流動試験を行い、混入した異種気泡核がキャビテーションの熱力学的効果に及ぼす影響を定量的に把握した。その結果、過冷却状態では気泡の成長比率が急激に増加することを定量的に確認するとともに、この領域ではヘリウムガス混入によりキャビテーションの成長抑制効果が高くなることが判明した。また、下流部で発生する不安定流動への影響も定量的に明確化した。本研究では、レイノルズ数が10^5オーダの高密度過冷却液体酸素の管内流を主対象にして、配管中に設けた絞り部で生じる静圧降下によりキャビテーションを発生させ、その発生状態を観測するとともに、供試流体を配管系に供給するための加圧ガスの種類と暴露時間を変えることで、高密度低温流体中に混入する異種気泡核量をパラメータとしたキャビテーション流動試験を行い、その影響の定量的な解明を目的とする。本年度は、試験部上流に熱交換器を設け、77Kの液体窒素で所定の温度に冷却した過冷却液体酸素をオリフィス絞り部に供給する配管系を構築し、過冷却液体酸素キャビテーション流動に及ぼすオリフィス径の影響と加圧ガスの影響を実験的に検討した。その結果、オリフィス径の影響はキャビテーション数の増加に伴って解消する傾向を示すが、加圧ガスの影響は高キャビテーション領域で明確化することが判明した。さらに、オリフィス径と流速を考慮した熱力学的パラメータとオリフィス流出係数との関係は、加圧ガスの種類を主パラメータとした場合とオリフィス径を主パラメータとした場合で反対の傾向を示すことが分かった。また、過冷却状態の特異な現象として、Bパラメータがゼロ以下に低下すると下流圧力の変動幅が急激に増加する不安定性の存在が確認された。さらに、高密度過冷却液体酸素の可視化流動試験を行い混入気泡核がキャビテーションの発生・進展状況に及ぼすメカニズムを究明するために、本年度は真空断熱した可視化オリフィス試験部の整備を進め、液体酸素を用いた可視化流動試験を安全に実施できることを確認した。本研究では、レイノルズ数が10^5オーダの高密度過冷却液体酸素の管内流を主対象にして、配管中に設けた絞り部で生じる静圧降下によりキャビテーションを発生させ、その発生状態を観測するとともに、供試流体を配管系に供給するための加圧ガスの種類と暴露時間を変えることで、高密度低温流体中に混入する異種気泡核量をパラメータとしたキャビテーション流動試験を行い、キャビテーションの熱力学的効果の影響を定量的に解明する。本年度は、試験部上流の熱交換器で77Kの液体窒素により、所定の温度に冷却した過冷却液体酸素をオリフィス絞り部に供給するキャビテーション試験装置を用いて、オリフィス流動試験と可視化流動試験を行った。過冷却液体酸素キャビテーション流動に及ぼすキャビテーションの熱力学的効果について検討した結果、無次元熱力学的パラメータΣ^*で整理すると、オリフィス下流部の温度降下量を無次元化したBファクタやオリフィス流出係数に及ぼす基本特性が明確化し、オリフィス径や加圧ガスの影響を定量化できることが判明した。しかも、試験部の形状が大きく異なるオリフィス流動試験と可視化流動試験で互いに矛盾する結果は得られず、本実験結果が試験装置に固有な結果ではないことが確認された。さらに、キャビテーションの熱力学的効果を定量的に評価するために、解析結果と実験結果の比較から求めたオリフィス出口のボイド率と、Bファクタから求めたオリフィス下流のボイド率を比較・検討することで、高密度過冷却液体酸素キャビテーション流動においても、熱力学的効果が無視できないことを定量的に確認することができた。本研究では、レイノルズ数が10^5オーダの高密度過冷却液体酸素の管内流を主対象にして、配管中に設けた絞り部で生じる静圧降下によりキャビテーションを発生させ、その発生状態を観測するとともに、供試流体を配管系に供給するための加圧ガスの種類と暴露時間を変えることで、高密度低温流体中に混入する異種気泡核をパラメータとしたキャビテーション流動試験を行い、キャビテーションの熱力学的効果に及ぼす影響を定量的に把握する。今年度は、所定の温度に冷却した過冷却液体酸素をオリフィス絞り部に供給するキャビテーション試験装置を用いて、主に可視化流動試験を行い、オリフィス流動試験結果と比較するとともに、熱力学的効果の定量化を図るため測定結果に基づく解析結果と比較、検討した。その結果以下のことが明らかとなった。(1)高速度撮影画像より、Bファクタとグレースケールで表すキャビテーション存在割合との定量的な相間性が確認された。(2)Bファクタから求めたオリフィス下流ボイド率α_2と、気液二相流の音速計算から求めたオリフィス出口ボイド率α_0との比α_2/α_0を、Σ*に基づいて整理することで、過冷却状態の低Σ*領域では気泡の成長比率が急激になることが定量的に確認された。また、この領域では加圧ガスの影響が明確化し、ヘリウムガス混入によりキャビテーションの成長抑制効果が高くなることが分かった。

(3)過冷却状態において、キャビテーション数σ_<p1>>1.05、B<0となると下流圧力の変動が大きくなる不安定流動が発生し、その発生温度は加圧ガスの種類によって異なることが分かった。さらに、発生温度に及ぼす加圧ガスの影響は、(2)の結果から合理的に説明できることが判明した。本研究により、高密度過冷却液体酸素のキャビテーション不安定流動に対する緩和策の定量化に資するデータを蓄積することができた。
小児急性白血病におけるBH3 onlyの解析とその臨床的意義

小児急性リンパ性白血病(Acute lymphoblastic leukemia ; ALL)とBH3 onlyの関与については、t(9;22)転座型であるKOPN30, KOPN55, KOPN57の3細胞株、11q23転座型であるKOCL33, KOCL44, KOCL45, KOCL69, KOPN1の5細胞株、pre-B ALLであるKOPN32, KOPN35、NALM6の3細胞株を用いて、BH3 only発現解析をRNase Protection AssayとWestern blotting法を用いて行った。BH3 onlyのうち、Bad, Blk, Hrk, Bikの発現はいずれの細胞株でも低値であった。新規抗癌剤の候補の一つであるHDAC inhibitorをこれらの細胞株に投与したところ、すみやかにアポトーシスが誘導された。そこでHDAC inhibitor投与後のBH3 only遺伝子の発現解析を行ったところ、Bad, BikのmRNAの発現がすみやかに上昇した。しかしながら蛋白レベルではBadの発現変化はほとんどみられなかったが、Bik蛋白はHDAC inhibitorでアポトーシス誘導時に発現が増加した。これは血清除去後にKOPN30で発現増加がみられたのと同様の結果であった。またHDAC inhibitor添加後、BH3 onlyであるBidの活性化が認められた。しかしながら、その上流であるCaspase-8の活性化、もしくはTNF-receptor familyの発現増加は観察されなかった。以上により、小児のB-precursor ALLにおける血清除去、薬剤刺激などによるアポトーシス機序の一因としてBH3 onlyであるBik, Bidの活性化が関与している可能性が高いと考え、現在これら遺伝子のantisenseなどによる発現抑制実験を進行している。小児急性リンパ性白血病(Acute lymphoblastic leukemia ; ALL)とBH3 onlyの関与について、t(9 ; 22)転座型であるKOPN30, KOPN55の2細胞株、11q23転座型であるKOCL33, KOCL45, KOCL69, pre-B ALLであるKOPN32, KOPN35を用いて、まずBH3onlyの発現解析を行った。RNase Protection Assayを用いた解析で、BH3 onlyのうち、Bad, Blk, Hrkの発現はいずれの細胞株でも同様に見られていたが、そのうちHrkの発現は非常に低値であった。しかしながら、BlkはKOCL69では比較的強く、他の細胞株では弱く発現が見られ、細胞株毎に発現が異なっていた。Badに関してはWestern blotting法による蛋白レベルの解析も行なったが、いずれの細胞株でも同様の発現であった。これら細胞株の血清除去24時間後のアポトーシス細胞をAnnexinV/PI二重染色法で測定したところ、KOCL69が最もアポトーシス細胞が多く、次にKOCL45, KOPN30, KOPN32であり、KOPN55, KOCL33, KOPN35は48時間後でもアポトーシス細胞はほとんど見られなかった。さらにこの血清除去によるアポトーシス誘導後のBH3 onlyの発現の誘導をRNase Protection assay法で解析したが、Bad, Hrk, Blkではほとんど血清除去前後でいずれの細胞株でも発現に差は見られなかった。しかしながらBlkのみKOPN30で血清除去後に発現の上昇が見られた。このようにアポトーシス耐性株ではBlkの発現が抑制、もしくは欠損している可能性があり、さらにBim, Bidに関する解析も追加したうえで、Bikを中心に臨床検体を用いた解析やBH3 onlyの強制発現の系を確立しながら解析を進めていく予定である。
ジシランを軸とするプロペラ型環状化合物およびその誘導体の化学

1,6-ジゲルマ[4.4.4]プロペランの合成.四塩化ゲルマニウムを出発原料として,フェニルグリニヤ・ル反応剤を用いるカップリング反応,引き続く脱フェニルトリフラート化とビスグリニヤール反応剤との反応による三つのメチレン鎖の段階的導入により,通し収率4%で合成した.1,6-ジゲルマ[4.4.4]プロペランの光物性.3-メチルペンタン中のUVスペクトル測定により,220nm付近に肩状の吸収を観測した.さらに,磁気円二色性スペクトルにおいて負のコットン効果が見られ,214nmに吸収極大を持つことが明らかになった.これは,環構造を有していないヘキサエチルジゲルマンと比較して,12nm長波長側にシフトしている.1,6-ジゲルマ[4.4.4]プロペランおよびその誘導体の反応.ジゲルマプロペランと種々のハロゲン化剤との反応により,対応するビスハロゲルマンを良好な収率で合成した.ビスフルオロゲルマンについては,ジゲルマプロペランとフッ素化剤との反応では合成できなかったので,ビスブロモゲルマンとフッ化銀との反応により合成した.ビスブロモゲルマンのリチウムによる還元的カップリング反応では,分子内でゲルマニウム-ゲルマニウム結合が再生し,ジゲルマプロペランが高収率で生成した.また,ビスブロモゲルマンとメチルリチウムとの反応ではゲルマニウム原子上で求核置換反応が進行し,ビスメチルゲルマンが高収率で生成したのに対し,t-ブチルリチウムとの反応では,トリシクロ骨格を有し,さらにグルマニウム原子上にt-ブチル基が導入された化合物が生成した、後者の反応は,ゲルマニウムのα-位のプロトンが引き抜かれ,続いて渡環炭素-ゲルマニウム結合生成反応が進行したものと推定した.1,6-ジゲルマ[4.4.4]プロペランの合成.四塩化ゲルマニウムを出発原料として,フェニルグリニヤ・ル反応剤を用いるカップリング反応,引き続く脱フェニルトリフラート化とビスグリニヤール反応剤との反応による三つのメチレン鎖の段階的導入により,通し収率4%で合成した.1,6-ジゲルマ[4.4.4]プロペランの光物性.3-メチルペンタン中のUVスペクトル測定により,220nm付近に肩状の吸収を観測した.さらに,磁気円二色性スペクトルにおいて負のコットン効果が見られ,214nmに吸収極大を持つことが明らかになった.これは,環構造を有していないヘキサエチルジゲルマンと比較して,12nm長波長側にシフトしている.1,6-ジゲルマ[4.4.4]プロペランおよびその誘導体の反応.ジゲルマプロペランと種々のハロゲン化剤との反応により,対応するビスハロゲルマンを良好な収率で合成した.ビスフルオロゲルマンについては,ジゲルマプロペランとフッ素化剤との反応では合成できなかったので,ビスブロモゲルマンとフッ化銀との反応により合成した.ビスブロモゲルマンのリチウムによる還元的カップリング反応では,分子内でゲルマニウム-ゲルマニウム結合が再生し,ジゲルマプロペランが高収率で生成した.また,ビスブロモゲルマンとメチルリチウムとの反応ではゲルマニウム原子上で求核置換反応が進行し,ビスメチルゲルマンが高収率で生成したのに対し,t-ブチルリチウムとの反応では,トリシクロ骨格を有し,さらにグルマニウム原子上にt-ブチル基が導入された化合物が生成した、後者の反応は,ゲルマニウムのα-位のプロトンが引き抜かれ,続いて渡環炭素-ゲルマニウム結合生成反応が進行したものと推定した.
冷却中性原子気体のボーズ、フェルミ凝縮体の理論研究

外国人特別研究員のTapio Simula氏と共同で,前年度に引き続いてボーズアインシュタイン(BEC)凝縮系の理論研究を遂行した.今年度に於いては,量子渦の集団運動について重点的に研究した.従来の理論的,実験的研究において渦の回転面内の集団モードであるTkachenko波について調べられているので,我々は渦糸方向への3次元的な運動モードであるKelvin波を研究した.念頭においている希薄中性原子集団のBEC状態はGross-Pitaevskii(GP)方程式で記述できることが分っている.更にその集団モードもBogoliubov-de Gennes(BdG)方程式を解くことで知ることが可能である.問題は3次元的に閉じ込められたBECを数値計算の上でどのようにコーディングするかという点である.我々はこの問題をクラスター化した計算機群を用意して,OMP-MPI並列プログラミングを書き下し克服することに成功した.このことによってGP方程式の時間発展を直接数値解析することにも成功し,Kelvin波の生成と崩壊過程を詳細に理論的に明らかにした.更にはこのGP方程式での結果をBdG方程式の方法によって再現し,両者の結果の正しさを裏付けた.得られた知見の主なものを以下に記す.1)Kelvin波を生成するためにはレーザー光を渦糸の芯の方向から照射する.その光の波長を生成したいKelvin波の波長に一致させ,またレーザーを充分に集光させ渦芯程度にする.このレーザー照射によって光の運動を渦芯の運動に効果的に移行させることが可能なことを上記の数値計算で実証した.2)これとは別のKelvin波の生成方法も見出した.即ち回転軸とは垂直面の面内に4重極モードを生成させる.この4重極モードは逆方向に伝搬する2つのKelvin波に崩壊することをGP方程式を用いたシミレーションによって明らかにした.これは角運動量とエネルギーの保存した過程であり,実験的にも以前フランスのENSグループによってRb原子の気体でのBECによって観測されていた現象に対応する.今後は面内モードであるTkachenkoモードと縦方向に伝搬するKelvinモードとが結合した3次元的な錬成波を考察していく予定である.共同研究者Simula Tapio氏とともに、冷却中性原子気体のボーズ並びにフェルミ超流動体の理論研究を出発させた。2年間に渡る研究の初年度であるので、次年度のことも考慮しつつ計画を立案した。即ち、まずは今後に計画されている計算を能率よく実行するための基本的な道具である数値計算のためのコーディングに集中した。我々の研究室に既存の複数のコンピューターをネットワークを通して接続し、そのクラスターに対してそれを一体のものとして直接に計算を行うことのできるプログラミング、即ちMPICHコードを開発した。具体的にはボーズ凝縮体を念頭においてこの分野での基礎方程式であるGross-Pitaevskii方程式を3次元的なtrapping potential中で解くことが可能である。このコーディングの応用はいくつにも考えられ、次年度も考慮して研究計画を前倒ししながら研究を遂行した。今年度実行したのは3次元trapping potential中のボーズアインシュタイン凝縮体(BEC)での渦の集団励起モード、即ち、ケルビン波の励起を調べた。楕円体状のtrapping potential中にあるBECを長軸周りに回転する。すると長軸にそって渦が生成する。この状態に更に4重極モードを回転方向とは逆方向に加えると渦糸の振動、つまりケルビン波を励起させることに成功した。以前の我々の計算並びにフランスENSグループによる実験で4重極モードを系に与えればケルビン波の励起できることは分かっていたが、今回はGross-Pitaevskii方程式を3次元系で直接simulateしたもので、より実験に近い条件でその生成を検証できたことが特徴である。更に、我々は励起させたケルビン波の減衰の様子を詳しく調べた。その結果、ケルビン波はフォノンを発射しながらその励起波長を延ばし、そのエネルギーを低下させ消滅することを明らかにした。このように開発したMPICHコードはいままで不可能を考えていた大規模計算を短時間で実行可能なである。来年に向けて新たな問題にこのコードを適用していく予定である。外国人特別研究員のTapio Simula氏と共同で,前年度に引き続いてボーズアインシュタイン(BEC)凝縮系の理論研究を遂行した.今年度に於いては,量子渦の集団運動について重点的に研究した.従来の理論的,実験的研究において渦の回転面内の集団モードであるTkachenko波について調べられているので,我々は渦糸方向への3次元的な運動モードであるKelvin波を研究した.念頭においている希薄中性原子集団のBEC状態はGross-Pitaevskii(GP)方程式で記述できることが分っている.更にその集団モードもBogoliubov-de Gennes(BdG)方程式を解くことで知ることが可能である.問題は3次元的に閉じ込められたBECを数値計算の上でどのようにコーディングするかという点である.我々はこの問題をクラスター化した計算機群を用意して,OMP-MPI並列プログラミングを書き下し克服することに成功した.このことによってGP方程式の時間発展を直接数値解析することにも成功し,Kelvin波の生成と崩壊過程を詳細に理論的に明らかにした.更にはこのGP方程式での結果をBdG方程式の方法によって再現し,両者の結果の正しさを裏付けた.得られた知見の主なものを以下に記す.1)Kelvin波を生成するためにはレーザー光を渦糸の芯の方向から照射する.

その光の波長を生成したいKelvin波の波長に一致させ,またレーザーを充分に集光させ渦芯程度にする.このレーザー照射によって光の運動を渦芯の運動に効果的に移行させることが可能なことを上記の数値計算で実証した.2)これとは別のKelvin波の生成方法も見出した.即ち回転軸とは垂直面の面内に4重極モードを生成させる.この4重極モードは逆方向に伝搬する2つのKelvin波に崩壊することをGP方程式を用いたシミレーションによって明らかにした.これは角運動量とエネルギーの保存した過程であり,実験的にも以前フランスのENSグループによってRb原子の気体でのBECによって観測されていた現象に対応する.今後は面内モードであるTkachenkoモードと縦方向に伝搬するKelvinモードとが結合した3次元的な錬成波を考察していく予定である.
主翼・車輪・外殻の一体化による高効率な空陸両用移動ロボットの開発

本研究は、車輪・外殻・主翼を一体化する着想により,主翼による長い航続距離を持ちながら,高効率な地上走行性能と頑健な着陸能力を併せ持つ飛行ロボットの開発を目的とする.従来研究では,飛行ロボット本体を球体の外殻で囲うなどの技術やマルチコプターに翼を付加するなどの技術により,本研究が目指す三つの性能のどれか一つか限定的な二つのみしか実現されていなかった.本研究では,外殻形状の工夫により翼を内蔵させ、さらにそれを車輪として利用できるようにすることにより、これを実現する.本年度は本着想を設計図面に作図し,搭載機器の検討を行った.本研究は、車輪・外殻・主翼を一体化する着想により,主翼による長い航続距離を持ちながら,高効率な地上走行性能と頑健な着陸能力を併せ持つ飛行ロボットの開発を目的とする.従来研究では,飛行ロボット本体を球体の外殻で囲うなどの技術やマルチコプターに翼を付加するなどの技術により,本研究が目指す三つの性能のどれか一つか限定的な二つのみしか実現されていなかった.本研究では,外殻形状の工夫により翼を内蔵させ、さらにそれを車輪として利用できるようにすることにより、これを実現する.本年度は本着想を設計図面に作図し,搭載機器の検討を行った.
研究文献生産性分析の基盤構築:その動態の解明とシミュレーションモデル

本研究は、研究文献の発生状況に関するデータを構造的かつ定量的に分析することによって国内における研究文献の生産動態を実証的に明らかにする分析基盤の構築を目的としている。この分析基盤は情報源(書誌や研究助成データ等)からのデータ収集環境や収集データから作成される分析用基礎データから構成される。これまで検討した結果、分析用基礎データに求められる要件は(1)研究者情報の豊富さ、(2)それらの継続的取得可能性、(3)高い研究者数カバレッジの主に3点である。これらを考慮し、全分野的な助成金データから研究計画への参加研究者らの属性やbibliographyを継続的に収集する環境を整備した。これを用いて助成金に紐づく範囲では研究者別の基礎データが蓄積されたが、各研究者におけるbibliographyのカバレッジはまだ低い。この対策として書誌情報(CiNii等)からの集約やSNS(researchマップ)からの収集を検討することを基本方針として本年度の計画を進めた。まず書誌情報を研究者別に集約してbibliographyを構成する方法を試みたが、単純な集約では名寄せに対処できないこと、また研究者毎のカバレッジに差があることが判明した。次にresearchマップからbibliographyを収集する方法を検討した。この場合、登録研究者数が問題となるのでアクティブなユーザ数(国立大86校)を調査したところ約47000人であった。一方、総務省調査による国立大の研究本務者数は136200人であり上記ユーザで約1/3がカバーされる。そこで上記ユーザのbibliography収集環境の整備に着手した。また並行して公開データの提供が文献生産に与える影響も分析した。近年Open Scienceが注目されていることから公開データの影響を分析する手法を提案し、分析結果について研究会で発表を行って議論を交わした。本年度計画の中心は分析用基礎データの作成である。これまでの検討で得た要件(関連情報の豊富さ・継続取得可能性・研究者数カバレッジ)から判断してJSPS研究課題データに含まれる情報を継続的に収集してきた(データ収集環境はKAKENデータベースを利用して構築、2017年度末時点の収集規模は約25万人分)。収集データに含まれる代表研究者、その共同研究者、その属性、成果文献、成果物、助成金等の明示的なデータ項目は相互に関連付けられており、また明示的に細分化されていない項目の抽出作業も可能な限り続けている。しかし研究者のbibliographyという点では助成金に紐づいた範囲以外の捕捉も必要である。そこで書誌情報源からのデータ集約や研究SNSからのデータ収集を検討した。まず書誌情報を研究者別に集約してbibliographyを構成する方法を試みたが、名寄せ済み書誌情報が少ないために単純な集約では対処できないこと、また既存の著書目録から情報源を照合した場合にも収録雑誌の偏りにより研究者によるカバレッジの差が大きいことが判明した。この場合には研究者数カバレッジが問題となるためユーザ数を調査した。対象は国立大学86校で直近1年半の間に情報を更新したユーザとしその数は約47000人(兼務含む)であった。一方、平成29年3月末で国立大学の研究本務者数は13万6200人(総務省調べ)なので約1/3は上記ユーザでカバーされている。そこでこれらのユーザの一部からbibliographyを実験的に収集した。なおresearchマップのシステム更新が令和元年中に予定されている。そのため平成30年度はデータ収集を実験に留め、bibliography収集環境の本構築は翌年度に延期した。これによって計画に遅延が発生している。令和元年度は、引き続き研究者のbibliography収集環境を拡充する。これまで整備した環境に加えてresearchマップからのデータ収集にも対応できるようにする。researchマップはシステム更新が令和元年中に予定されているため、平成30年度のデータ収集は実験に限定している。本格的な収集環境構築はシステム更新の完了を確認してから開始する。構築完了後には約5万人弱のユーザ情報を順次収集し、その内容を精査して評価を行う。このデータ収集環境については今後も継続してデータ収集できるような形に整備する予定である。またこれまでに収集したデータの整理・データクリーニング等も時間の許す限り継続する。最後に、この分析基盤を用いた生産性要因などの分析を行い、その分析例を学会発表や論文化によって公表する。本研究は、研究文献の発生状況に関わるデータである文献書誌やプロジェクト情報などを定量的に分析することによって国内研究文献の生産動態を実証的に明らかにする分析基盤の構築を目的としている。この分析基盤はデータ収集環境や分析用基礎データ(それらの作成ノウハウを含む)から構成される。本年度は、まず基礎データを作成するために諸文献データの収集環境の整備を進めた。次に可能なものからデータ収集とデータクリーニングを開始し、さらにそれらを統合して作成する基礎データの形式について検討を行った。またこれらと並行して作成過程のデータの一部を用いて行った研究領域の現況に関する分析結果をシンポジウムで発表し、論文化も行った。分析用の基礎データ作成のために、具体的には学術文献検索サービス(NII学術コンテンツサービスやJ-GLOBAL等)を活用し、文献書誌および研究プロジェクト情報の収集を行う。それに必要な環境を順次構築してデータ収集にも着手した。収集しているデータの内容を検討した結果、属性情報や関係情報が比較的豊富に得られるプロジェクトの研究主体を分析対象の中心に定めた。

またそれらを基礎データのコアとすることでデータ収集もより効率的になることが見込まれる。この方針に沿って文献データの収集は進められている。並行して進めている収集データ精査の過程では、有用な未構造化データの存在も判明したため、当初予定作業のクリーニング作業にデータの標準化や構造化の作業も加えることになった。初年度計画の中心は、文献情報の収集および分析用基礎データの作成である。まず検索サービス等から公開データを収集するための基盤構築は一部委託する予定であったが、昨今の人件費高騰によって必要なスキルをもつ人材の確保が難しくなっている。また収集データのクリーニングや標準化を行うための人材確保についても同様である。そのためこれら作業に遅延が発生している。次に実際に収集したデータの内容を精査した結果、有用な未構造化データが含まれていることが判明したため、これらを基礎データ化するための作業が追加で必要となった。本研究は、研究文献の発生状況に関するデータを構造的かつ定量的に分析することによって国内研究文献の生産動態を実証的に明らかにする分析基盤の構築を目的としている。この分析基盤は情報源(文献書誌やプロジェクトデータ等)からのデータ収集環境や収集データから作成される分析用基礎データ(作成ノウハウ含む)から構成される。前年度に基礎データの構成や作成方法について検討した。このデータに求められる要件は(1)研究者情報の豊富さ、(2)それらの継続的取得可能性、(3)高い研究者カバレッジの主に3点である。これらを考慮した結果、過去データの十分な蓄積があり今後も継続して蓄積が見込まれる総合的助成金のデータを主要な情報源として、そこからプロジェクト参加研究者らの属性情報やbibliographyを収集すること、得られた情報をナレッジGraphのような形式に統合することを作成方針として本年度の計画を進めた。まず基礎データを作成するためにデータ収集環境の整備を進め、プロジェクトデータ(学振科研)とその研究者データ約25万人分(2017年度末時点)の収集を完了した。これらに含まれる規格化されたデータ項目は構造化され統合される。しかしローデータ中には自由記述部分があり、この形式が不統一な部分の項目識別が課題となっている。つまりデータクリーニング、標準化や名寄せ等がさらに必要である。これらのうち簡易な処理で対応可能なものから順次作業を進めている。次にプロジェクトデータから得られたbibliographyのカバレッジをより向上させるために、他の情報源(Jグローバルやリサーチmap等)を活用した情報の取得方法を検討した。また上記と並行し、作成過程のデータの一部を用いてプロジェクト成果物としてのデータ類の公開状況に関する分析を行った。その結果についてポスター発表を行い議論を交わした。
走査電子顕微鏡法における二次電子像表面ポテンシャルコントラスト原理の解明

近年,半導体基板を有する数nmの薄膜試料のSEM二次電子像は,薄膜の形状ではなく,表面ポテンシャルを反映したコントラストを示し,また,二次電子の中でも特に低エネルギー成分が像形成に寄与しているとの報告がなされている.これに関して,半導体-薄膜接合を考慮したモデルが提唱されているが,充分な検証はなされていない.そこで本課題では,(1)SEM装置における二次電子検出特性測定の高度化,(2)組成傾斜をもったモデル薄膜試料を用いたコントラスト原理の検証を行った.モデル薄膜試料では,表面ポテンシャルよりもバルクとしての性質が強調された二次電子像が得られ,像形成モデルの妥当性について疑問が示された.近年,半導体基板上に置かれた厚み数nmの薄膜試料のSEM二次電子像では,薄膜の形状ではなく,表面ポテンシャルを反映したコントラストが観察されるという報告がなされている.これに関して,半導体-薄膜接合を考慮したモデルが提唱されているが,充分な検証はなされていない.そこで,本課題では,走査電子顕微鏡(SEM)よる薄膜の二次電子像形成原理の解明を目的とした研究を行った.平成24年度には,(1)SEM装置における二次電子検出特性測定の高度化,(2)組成傾斜をもったモデル薄膜試料の作製,(3)モデル試料の評価,(4)モデル試料のSEM観察を実施した.本研究で作製したモデル薄膜試料(2nm厚)では,表面ポテンシャルよりもバルクとしての性質が強調された二次電子像が得られた.これは当初の予想に反するものであり,像形成モデルの妥当性について疑問が示された.平成25年度においてもこの問題に取り組んだが,試料表面状態制御の難しさから解決には至っていない.この他,前年までに評価を行った二次電子検出特性を踏まえ,(5)実試料としてのRuO2ナノナノシート観察を行い,材料評価に本手法が有効であることを示した.さらに,(6)電子分光実験から二次電子に加え,低エネルギー損失電子がナノ薄膜の可視化に有効であるとの知見が得られ,低エネルギー損失電子を用いた分光的SEM像観察の基礎的データを取得した.この知見は,SEMの可能性をさらに広げるものであり,早期に発展的な研究を進めるべきである.近年,半導体基板を有する数nmの薄膜試料のSEM二次電子像は,薄膜の形状ではなく,表面ポテンシャルを反映したコントラストを示し,また,二次電子の中でも特に低エネルギー成分が像形成に寄与しているとの報告がなされている.これに関して,半導体-薄膜接合を考慮したモデルが提唱されているが,充分な検証はなされていない.そこで本課題では,(1)SEM装置における二次電子検出特性測定の高度化,(2)組成傾斜をもったモデル薄膜試料を用いたコントラスト原理の検証を行った.モデル薄膜試料では,表面ポテンシャルよりもバルクとしての性質が強調された二次電子像が得られ,像形成モデルの妥当性について疑問が示された.近年,半導体基板上に置かれた厚み数nmの薄膜試料のSEM二次電子像では,薄膜の形状ではなく,表面ポテンシャルを反映したコントラストが観察されるという報告がなされている.これに関して,半導体-薄膜接合を考慮したモデルが提唱されているが,充分な検証はなされていない.そこで,本課題では,走査電子顕微鏡(SEM)よる薄膜の二次電子像形成原理の解明を目的とした研究を行っている.平成24年度には,(1)SEM装置における二次電子検出特性測定の高度化,(2)組成傾斜をもったモデル薄膜試料の作製,(3)モデル試料の評価,(4)モデル試料のSEM観察を実施した.以上の結果より,今回作製したモデル薄膜試料(2 nm厚)においては,表面ポテンシャルよりもバルクとしての性質が強調された二次電子像が得られた.これは当初の予想に反するものであり,像形成モデルの妥当性について疑問が示された.今後系を変えながら類似試料を作製し,検討を進めていく必要がある.また,バルクと薄膜との境界がSEM観察においてどこに存在するのか,という研究課題も見いだされた.以下,各研究ステップの概要を記す.(1)金属多層膜の二次電子像コントラストの加速電圧依存性を調べ,参照スペクトルのデータと比較することで,二次電子検出器に捕らえられる二次電子エネルギー評価を行った.(2)コンビナトリアル・イオンビームスパッタデポジション法により,平面方向に組成傾斜をもった金属薄膜をp-およびn-Si基板上に製膜した.金属種はPt, Crである.SEM観察をおこなうため,膜の大きさは組成傾斜方向に対して2 mmとした.(3)上の通り調製した薄膜の厚さ分布をAFM,組成分布をXPSにて評価し,設計通り製膜がなされていることを確認した.(4)通常真空のSEM装置を用いて,二次電子検出条件の異なる複数の二次電子検出器で像観察を行った.モデル試料作製およびモデル試料評価については概ね計画通りであるが,SEM観察について遅れが生じている.当初利用を予定していた超高真空SEM装置が長期間の故障が生じたためである.代替装SEM置による観察も行ったが,二次電子検出系の特性が明らかでない為,参考データとしての位置づけにとどまっている.平成24年度に生じた超高真空SEM装置の故障により,一時研究が中断した.

その期間中,研究費使用を見合わせていた為,研究費の繰り越しが生じている.超高真空SEM装置の修理の目処がついた為,平成25年度はSEM観察の遅れを取り戻しつつ,実施計画に沿って研究を進めていく.また,研究代表者の所属機関が物質・材料研究機構から産業技術総合研究所に異動になったが,引き続き物質・材料研究機構には客員研究者として研究環境を確保している.産業技術総合研究所の研究環境と併せて,柔軟に自由度の高い実験を進めていく予定である.平成24年度に発生した超高真空SEM装置故障による研究中断により,平成24年度に使用予定であった設備費を中心に繰り越しが生じている.超高真空SEM装置は平成25年5月には復旧する見通しがたったので,本年度はこれらの物品を早急に配備した上で,当初の計画に沿って研究費を使用する予定である.
成人T白血病細胞株に認められたアルギニノコハク酸合成酵素遺伝子発現の異常亢進;ーその白血病診断マ-カ-としての意義ー

アルギニノコハク酸シンテタ-ゼ(ASS)は尿素サイクルを構成する5つの酵素のうちの1つで、尿素サイクルの律速段階を仲介している。このASSはおもに肝臓において高い活性を示し、組織非特異的に広く存在する。本研究では、このASS遺伝子発現が白血病の診断マ-カ-として有用であるかどうかを検討した。その根拠はヒトの正常リンパ球では殆どASS遺伝子の発現が認められないが、一部の白血病患者できわめて高いASS遺伝子の発現が検出されたことによる。方法は半定量的なASS遺伝子のRTーPCR法が用いられた。24例の種々の白血病患者及び15例の健常人の末梢血リンパ球について検討した。内訳は、急性リンパ性白血病(ALL)3例、急性骨髄性白血病(AML)4例、慢性骨髄性白血病(CML)の急性転化例2例、成人T白血病(ATL)7例、慢性リンパ性白血病(BーCLL)2例、CML3例、真性赤血球増加症1例である。その結果、健常人に比較し、AML,ALL及び急性転化したCMLで1030倍のASS遺伝子の発現亢進が認められた。以上の結果から、1)ASS遺伝子発現が単に細胞のトランスフォ-メ-ションや細胞増殖のメカニズムによるのではなく、ALLやAMLの白血病化の分子機序と関連していること、および2)「ASS遺伝子マ-カ-」はCMLからの急性転化を予知する方法として有用である可能性が示された。分子生物学的予知法としては初めてのものである。
ため池堤体内の透水性の不均一性と浸透破壊現象に関する研究

ため池堤体の破壊原因の一つにパイピングなどの浸透による破壊があるが、有効な評価手法がないのが現状である。本研究では堤体の浸透破壊の危険度を評価することを目的として、堤体内の透水性の不均一性に着目し、浸透破壊のメカニズムを解明した。模型土槽や実物大の盛土堤体を用いて、透水性の不均一性の測定を行った。その結果、連続的な浸透の継続により、初期の不均一性が平均化され、より全体的な不均一性へと進展することが分かった。さらに、局所的な浸透破壊と変形が繰り返すことにより、パイピングが進行するメカニズムを明らかにした。1.小型アクリル土槽(88×10×50(H)cm)を用いて、透水性のばらつきを測定する実験を行った。笠間土を用い、締固め土80%、仕上がり層圧10cmで模型地盤を作製した。模型地盤中には電気伝導度センサーの測定孔(9点)を設置している。模型の片側から浸透させ、各測定孔間の平均間隙流速および水頭を測定するとともに、模型解体の際に間隙率を測定した。これらの値から作成した模型地盤の横方向透水係数の変動係数を算出した結果、0.28となった。相関距離は対象地盤の1/10程度といわれているが、今回は模型長の約1/4の23cmとなった。以上の結果から、透水性のばらつきの測定手法が確立された。2.実際のため池において、ボーリング孔を利用した現場定水位透水試験を行い、透水性のばらつきを測定した。この結果、堤体の透水係数の変動係数は0.7となった。強度などの土質定数の変動係数は0.050.3程度といわれていることから、他の定数と比較して透水係数のばらつきは非常に大きいことが分かった。3.野外に大型の実験土槽(400×100×150(H)cm)を作成した。流速の測定孔は147点設置されている。本実験では、予備実験と同様の方法で、間隙流速のばらつきを測定し、透水性のばらつきが対数正規分布に従うことを確認するとともに、変動係数および相関距離を求める。更にばらつきの分布が時間とともに、どのように変化するかを計測する。4.次年度に実施する遠心模型実験の予備試験を実施した。高さ約50cmのため池堤体模型を作成し、貯水および降雨による浸透を発生させ、間隙水圧の不均一性を測定する実験方法について確認を行った。1.野外に作成した大型の実験土槽(400×100×150(H)cm)を用いて、間隙流速および間隙水圧のばらつきを測定した。流速の測定孔は147点である。測定の結果、浸透開始初期には、締固め層でそれ以外の部分と比較して10倍程度の速い流速分布が確認された。一方、浸透を継続することによって、締固め層の浸透の集中が緩和されることが分かった。また、浸透の継続に伴い、土槽の上流側の透水係数が上昇し、下流側の透水性が減少していく現象が見られた。これは、土の細粒分が上流から下流に移動し、下流側の土の間隙に目詰まりが発生するためであると考えられる。このような透水性の変化により、土槽全体の浸潤線が上昇する結果となった。2.透水性の空間分布のモデル化大型土槽の浸透実験の水頭の計測結果から、逆解析を実施して、土槽内の透水係数を算出して、土槽の透水性の空間分布を求めた。ここでは、変水位法を用いるとともに流線理論により移動距離を求めて透水係数を算出した。計測によって求めた流速分布と比較して、解析結果はおおむね実験の浸透の状態を推定できてきることが分かった。3.パイピングに関する遠心模型実験カナダの遠心模型実験装置を用い、クイーンズ大学の研究者らと共同で、浸透破壊の再現試験を行った。遠心模型実験装置内にため池堤体の模型を作成し、貯水を作用させて、堤体内部の水圧および流速を測定した。実験の結果、定常浸透状態になった後も、徐々に下流側の水位が上昇し、法先の安定性が低下して、浸透による崩壊が発生した。浸透の継続とともに、細粒分の移動にともなう目詰まりと崩壊を繰り返しながら、最終的には堤体全体の崩壊につながることが分かった。1)ため池等の土質貯水構造物の浸透に関する不均一性と浸透破壊に対する安定性を調べるために、野外に設置された堤高3.5m、堤頂長約30mの盛土堤体を用いて、貯水および降雨により浸透を発生させて、盛土堤体内の間隙水圧および変位を測定した。