hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
AEマルチプレットを用いた貯留層リアルタイムモニタリングシステムの開発

本研究ではリアルタイム貯留層モニタリング/イメージングシステムについて以下のような成果を得た。(a)周波数領域でのマルチプレット逐次クラスタリング法を開発した(e)リアルタイム貯留層モニタリング/イメージングシステムを開発した本研究ではリアルタイム貯留層モニタリング/イメージングシステムについて以下のような成果を得た。(a)周波数領域でのマルチプレット逐次クラスタリング法を開発した(e)リアルタイム貯留層モニタリング/イメージングシステムを開発した(a)周波数領域でのマルチプレット逐次クラスタリング法の開発-各国の地熱フィールドで取得したAEについて,コヒーレンスを評価する周波数帯域・時間窓長・閾値を変化させ,クラスタリングを行った。DD法により高分解能相対位置マッピングを行い,これらのパラメータとAE源時空間分布の関連性を検討した。-AE波形から震源モーメントの情報を抽出するアルゴリズムを検討した。-マルチプレットの最適なクラスタリング法を検討した。-バーゼルおよびソルツ地熱フィールドで記録したAEについて,水圧刺激時の送水記録とAEマルチプレット源位置の時空間分布,震源半径,コーナー周波数,震源メカニズム解等を比較・検討し,本フィールドでの貯留層形成プロセスを推定した。-バーゼルおよびクーパー盆地地熱フィールドで記録したAEについて,大マグニチュードAE源付近でのAEマルチプレットの発生時系列,マルチプレットが作る構造,震源半径等を解析し,空白域,前震,余震に対応するAEマルチプレットの有無を検討した。(d)AEマルチプレットを音源とする水圧刺激領域内部の反射イメージング/トモグラフィ法の開発-ソルツ地熱フィールドで記録したAEについて,類似性が高いマルチプレットを検出し,それらの差分波形を観察することにより,反射体,散乱体に関する情報を抽出可能か検討した。-実データおよび合成波形を対象として,ウェーブレットスペクトル行列解析,3次元時間-周波数コヒーレンス解析法,3成分ディコンボリューション法等の多成分弾性波信号処理法を適用することにより反射波を検出可能か検討した。-高精度に相対震源位置が決定されたマルチプレットをソースアレイとみなして解析を行う手法を検討した。本研究はAEマルチプレットの特徴を利用した一連の解析技術をリアルタイムモニタリング技術として実用化するための手法,およびシステムの開発を目的として実施している。本年度の成果は以下の通りである。(a)周波数領域でのマルチプレット逐次クラスタリング法の開発-マルチプレットに分類されないイベントの物理的意味について検討した。-マルチプレットの逐次クラスタリングアルゴリズムを検討し,コード化を行った。-帯域制限がマルチプレット検索結果に与える影響を検討した。-貯留層形成プロセスのリアルタイムモニタリングのために必要な情報の視覚化手法について検討し,基本的なコードを作成した。B10-AEマルチプレットを用いた大マグニチュードAE発生リスクの評価法を検討するとともに,コード化のための具体的アルゴリズムを検討した。コードを試作した。-バーゼルで取得した実データを解析し大マグニチュードAE発生前後におけるマルチプレットの発生状況を検討した。(d)AEマルチプレットを音源とする水圧刺激領域内部および近傍の反射イメージング/トモグラフィ法の開発-平成21年度に開発したAE反射法の性能をシミュレーションにより評価した。これにより本手法が標準的な手法であるデフラクションスタック方に比して高い分解能および信頼性を有していることが明らかになった。本手法をソルツ,バーゼル地熱フィールド,アネスCCSフィールドで記録したデータへ適用し,反射イメージングを行った。得られた反射イメージと坑井データ,検層データ,地質データ等を比較し,本手法の有効性について検討した。本研究はAEマルチブレットの特徴を利用した一連の解析技術をリアルタイムモニタリング技術として実用化するための手法,およびシステムの開発を目的として実施している。本年度の成果は以下の通りである1.AEマルチプレット源の時空間解析による水圧刺激プロセス評価法の開発-EU,オーストラリア,スイスの能動的地熱開発フィールドで得られたデータを平成22年度までに開発した手法により解析し,臨界間隙水圧,断層面解,応力降下量等の時空間分布を視覚化し,相互の関連性を検討した。2.AEマルチプレットと大マグニチュードAEとの関連性の解明-統計地震学の分野で用いられているETASモデルにAEマルチプレットの発生を定式化して組み込み,それによりマグニチュード評価するソフトウェアを試作した。3.AEマルチプレットを音源とする水圧刺激領域内部および近傍の反射イメージング/トモグラフィ法の開発-AEマルチプレットを音源として用いる反射法について,時間-周波数3次元コヒーレンス関数を用いて反射波の絶対・相対到達時刻を検出可能な手法を開発した。また,反射波の相対到達時刻情報を用いてインバージョン時に反射体の位置を限定可能であることを示した。4.リアルタイム貯留層モニタリング/イメージングシステムの開発-本システムが有する機能,GUI等について概念設計を行った。データ転送部,バッファメモリ,主メモリ,CPU等ホストコンピュータの使用を決定した。-データフォーマット,ユーザ定義関数等,システムで共通に使用する部分の仕様を策定し,メインメニュー,AD変換制御・データ転送部分,AE/ノイズ判別部分等の主要な機能をコード化した。本研究を通じて開発した解析手法をコード化し,一部メインプログラムとリンクさせた。平成24年度の研究成果は以下の通り。*データフォーマット,ユーザ定義関数等,システムで共通に使用する部分の仕様を策定した。ここでは代表者らが開発・使用してきたMainAEフォーマットに準拠した仕様を策定した。*メインメニュー,AD変換制御・データ転送部分,AE/ノイズ判別部分等の主要な機能をコード化した。

過去3年間の研究で開発した,マルチプレット自動クラスタリング法,マルチプレット反射法などの解析手法を本システムに合わせてコード化し,メインプログラムとリンクさせた。シミュレーションを通じて,本システムが当初予定していた性能を有することを確認した。*ソルツ,クーパー盆地,柳津西山地熱フィールドでデジタルデータレコーダーに連続記録されたデータを用いて,本システムの動作を確認した。これにより,本システムの動作確認を行うとともに問題点を抽出し,それらに対する対策を講じた。*インドネシア,Kamojang地熱フィールドに本システムを設置し,既存の地震モニタリングシステムからの信号を4日間入力し,本システムの有効性の実証,性能評価を行なった。本フィールドでの観測期間中の地震活動が低かったために十分な数の地震を取得できなかったが,本システムの基本機能には問題がないことを確認した。平成22年度末の時点では多少の遅れが見られたものの,平成23年度末までの成果は,当初,研究計画書に記載した研究計画と整合していることから,おおむね順調に進展していると判断している。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は平成24年度が最終年度であり,そこでは,当初研究計画にあるように,AEを用いた貯留層リアルタイムモニタリングシステムの完成を目指す予定である。一方,本研究を通じて明らかになった,大マグニチュード誘発AEの発生特性やAEマルチプレットとの関連性については,本補助金による研究期間終了後に新たな研究課題としての展開を図ることを考えている。
室温ゆらぎを利用した確率共鳴ナノ材料の創出

生体機能に重要な役割を果たしている「確率共鳴」の原理を用いることで、環境ゆらぎを利用した究極の低消費電力生体模倣型デバイスの実現が期待されているが、従来のエレクトロニクス技術でこれを達成することは困難である。本研究では、生体特有の環境変化に柔軟に対応し頑強性を備えた超低消費電力型電子情報システム構築のための確率共鳴ナノ材料開発を目的とする。確率共鳴素子はコンパレータとノイズジェネレータから構成されるが、両素子の大幅な簡素化と小型化を可能にする巨大非線形特性を持つ酸化物材料のナノ微細加工プロセスを確立したことによって、ゆらぎ自立型低電圧駆動の実現に成功し、将来のオンチップ確率共鳴素子の要素を築いた。ノイズに埋もれた微弱信号の検出ができるVO2確率共鳴素子の創出に向け、本年度は、去年度の問題点であった、VO2ナノ薄膜への電極アライメント、及びナノ構造の電気抵抗増大(前年度の報告では、電極-VO2間での接触抵抗と記載)の問題を解決し、電気伝導測定可能なVO2ナノ構造体の作製に成功した。また、VO2ナノ構造体の電気計測を行い、微弱ノイズによって動作する確率共鳴素子応用への道筋をつけた。1.VO2ナノ構造薄膜への電極アライメントプロセスの確立前年度に解決していなかったVO2ナノ構造薄膜への電極アライメント、及びナノ構造の電気抵抗増大の問題点を解決した。まず、電極アライメントに関しては、ナノインプリント時に用いるモールドに位置調整するマーカーを付与し、その後の電極パターンを作製するためのレーザーダイオード(LED)リソグラフィー装置で確認できるようにしたところ、精度±1μmで、位置調整することができ、十分なアライメント精度を確保することができた。また、電気抵抗が増大する問題では、その後のサンプル評価で、TiO2(001)基板上のVO2では、無数のクラックが入っていることが分かった。ナノ構造体においては、このクラックが電気伝導を阻害していることが分かり、基板をAl2O3(0001)に変えることによりこの問題を解決することができた。2.VO2ナノ構造体の電気伝導測定細線幅200nmのナノ構造体に電圧を印加し、金属-絶縁体相転移の閾値電圧を調べたところ、23ボルトで相転移することが分かった。当初十数ボルト必要であった閾値電圧を一桁下げることに成功したが、微弱な環境・熱ノイズを用いた確率共鳴素子を実現するためには、もう一桁低い(数百mV)閾値電圧が必要である。現在は、この閾値電圧を実現するため、数十nmクラスの微細加工を進めている。ノイズに埋もれた微弱信号の検出ができるVO2確率共鳴素子の創出に向け、本年度は、VO2ナノ微細加工プロセスの確立とリアルタイム非線形電気応答を測定するための計測システムを立ち上げた。1.VO2薄膜のナノ微細化プロセスの確立ナノインプリントリソグラフィー法を用いて、VO2薄膜の微細加工プロセスの確立を行った。VO2薄膜は、酸・アルカリ溶液に容易に溶け、またプロトン性溶媒においても反応するため、微細加工時のウエットプロセスにおいてVO2が残存できるようなレジストを使う必要があった。このことを鑑み、VO2が反応しない限られたエッチング溶液でリフトオフできる適切なレジストを選定した。また、O2反応性イオンエッチングのレートが異なるレジストを重ねた「2層レジストナノインプリント法」により、従来のモールドサイズ以下のナノ構造体の作製に成功し、幅30nmのVO2ナノワイヤーを作製できるようになった。2.リアルタイム非線形電気応答計測・評価システムの立ち上げリアルタイムにμ秒ステップで電気伝導計測を行える測定システムを立ち上げた。このシステムの特徴として、電気伝導測定と同時に1μm程度までの大きさの金属ー絶縁体ドメインの振る舞いを光学顕微鏡で観測できることである。顕微鏡画像を電気伝導測定結果と照らし合わせることにより従来では窺い知りえなかった詳細な物性評価ができるため、確率共鳴デバイスの高効率化に向けたサンプル形状等へのフィードバックが可能となる。VO2ナノ微細加工技術の確立については、当初見込みの100nmクラスを超えて、30nmまでの微細化ができたこと、及びリアルタイム非線形電気応答測定・評価システムの立ち上げについては、電気伝導測定と顕微鏡観察の同時測定が可能となったことから、当初の見込み以上の進展があった。一方で、1μmサイズ以下のVO2薄膜とPt電極との重ね合わせ位置がずれることや電極との接触抵抗が問題となり、VO2ナノ構造体での電気伝導測定ができていない。

このことから、当初予定していたナノサイズのVO2薄膜を用いた低閾値電圧(数百ミリボルト)で動作するVO2コンパレータの作製・評価、及び不均質ナノドメインゆらぎを電気的に検出するには現在のところ至っていないが、すでに上記問題を解決できる方策を見出しており、当初通りの研究計画を遂行できる目途が立っている。前年度、研究を遂行する上で問題となった1μmサイズ以下のVO2薄膜とPt電極との重ね合わせ位置がずれることについては、VO2ナノ構造体形状の工夫により、電極位置のアライメントをしやすくし、歩留まりを高めることができるようになってきた。また、電極とVO2との接触抵抗が大きい問題に対しては、原因が、電極とVO2との段差とVO2表面上の残留レジストであることがわかってきた。電極とVO2の膜厚のコントロールを行うことによってVO2上と基板上とのPt電極の段差の解消をするとともに、VO2表面に残留したレジストを完全除去するため、微細加工プロセスの改良を行っており、解決できる目途がついている。このことからも、当初予定通り研究を遂行していく。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
低水素供給培養法を利用した低エネルギー環境からの未知メタン生成菌の分離

本研究では、金属鉄が無酸素溶液中での自然酸化反応(腐食反応)に伴い緩やかに水素を発生するという知見に着目し、低濃度水素を継続的かつ簡便に供給可能な微生物培養システムを構築する。さらにその培養システムを使用し、地下圏・海洋底泥・湿原(泥炭)などの低エネルギー環境から低水素環境を好む/要求する新規メタン生成菌を集積・分離培養することを目的とする。
タンパク質輸送を制御する　－場の環境変化を利用した膜による能動制御－（国際共同研究強化）

本研究では,ヒト体内環境下においてタンパク質の物質輸送現象を能動制御でき得る機能性透過膜の実現を図ることを目的としている.機能性透過膜の提供を受けるにあたって,渡航先外国機関と綿密な打ち合わせを行い研究を進めてきた.交付申請書に記載した研究実施計画では平成30年度秋季に渡航を予定していたが,準備のために夏季に1か月滞在し,11月から本格的な長期滞在を行った.本年度は主として渡航先外国機関にて機能性透過膜を用いたタンパク質の束縛拡散観察実験をパラメトリックに行い,広範な条件下におけるタンパク質の膜透過量の評価を行ってきた.昨年度中に基課題研究課題で得た実験結果を整理し,周囲環境条件として定義してきた温度条件やpH条件等がタンパク質拡散現象にどのような影響を及ぼすかについて渡航先の研究者と複数回議論し,仕様決定した代表孔径とその許容孔径分布を満たしている機能性透過膜,および隔壁の材質の違いによる電荷チャージ量の異なる仕様の透過膜の提供を受けた.これらの透過膜を用いて実験を行い,膜の厚さは0.5mmで一定とした.また,これらの機能性透過膜の他に代表孔径が510マイクロメートルのミリポア膜も用いて実験を行った.これらの実験結果を比較することで,孔径サイズが物質拡散に及ぼす影響について評価した.また,実験の合間に海外共同研究者のS&eacute;bastien Livi研究員およびJean-Yves Cavaille教授と,今後の機能性透過膜の使用についても議論を行った.相手先の機関では本年度中にも多くの新たな機能を有する膜材質を開発しており,これらの新材料がどのように本研究に利用できるかについても検討し,機能性透過膜の膜壁の濡れ性について制御可能かどうかの意見交換を行った.一旦は本研究は終了するが,今回の渡航で築いた国際研究コミュニティを維持し,引き続き研究を進めていくこととした.当初の研究計画を前倒しして準備のための渡航を設けたことで,渡航先外国機関にて効率的に実験を実施することができた.交付申請書に記載した研究実施計画に照らし合わせて,おおむね計画通りに研究を進められたと判断することができる.昨年度構築したシステムに不具合も生じず,また相手先からの透過膜提供も滞りなく進み,計画に沿った進展となった.予定していた実験パラメータ範囲を網羅するデータの取得もでき,各実験においてもデータの確度向上のため5回の測定を行い,定量評価が行えるデータを取得した.また,渡航期間中は次のステップに向けた議論を海外共同研究者とともに行うことができた.以上の理由により,本年度の進捗状況は「おおむね順調に進展している」と判断できる.本年度の長期渡航をもって,当該研究の海外滞在における部分は概ね終了した.今後は取得した実験データの解析に集中し,必要に応じて追加実験を実施することとする.実験データの解析にはある程度の時間を要し,また場合によっては詳細な高精度観察実験を行う必要があることから,本研究で構築した可視化観察装置は1年ほど現状維持をしておき,いつでも利用できるようにしておく.また,昨年度までに得られた実験成果を発表するための論文作成を加速させる.相手先機関滞在時に海外研究協力者とは打ち合わせを行っており,論文構成の概要は同意できている.翌年度初頭に初稿を基に会合を持ち,論文を完成させていく.今回の国際共同研究加速基金プロジェクトでは,海外研究機関との国際共同研究コミュニティの形成とその盤石化を行った.今後も海外共同研究者との国際共同研究を組織的に行えるように定期的な研究コミュニティの開催を行い,研究結果・成果の共有化を図る.研究代表者が所属している機関でも,フランス国INSA-Lyonとの間で部局-部局間の研究フレームワークを有しており,今後は研究者間の連携ではなく,フランス側の研究グループと情報を共有することで研究の推進を図っていく.内定年度:2015交付申請書に記載した研究実施計画では,本年度は渡航をせず,主として基課題研究において取得した実験データ群の処理を行い,基課題研究における3基軸の研究テーマの確立を図ることとなっている.この計画に基づき物質移動量と周囲環境の関連性を評価した.基課題研究における1基軸である「in vivo条件下での実験実施と透過膜の性能評価」に基づき,これまでの基課題研究における束縛拡散観察実験結果を整理し,周囲環境条件として定義してきた温度条件やpH条件等がタンパク質拡散現象にどのような影響を及ぼすかについて議論を始めるデータ整理を開始した.また,物質移動能動制御の可能性を模索した.タンパク質の自由拡散は10の-10乗程度であるが,膜を介することでその値は1/10程度となり,併せてそこから周囲条件を変えることで1/51/20程度になるという基課題研究の研究成果から,本研究課題で行う諸種機能性透過膜のデザインに向けた実験事実のデータ整理を行った.本研究課題は平成29年3月24日に交付があったため,本年度としての研究活動は実質8日間のみであったが,渡航予定先の研究者と基課題における実験データを共有化し,次年度の渡航準備を整えた.具体的には渡航時期を平成30年の2月以降とし,そこに焦点を合わせた実験計画を立案した.この案は先方との協議に基づくものである.長期渡航に必要な査証申請に係る書類の準備は,今夏以降に日仏両サイドで順次進めていくこととなった.研究計画では,本年度は渡航をせず,基課題研究における研究にて取得したデータの処理を集中して行うこととなっており,渡航先研究者と密に連携を取って,次年度に必要なデータの整理を行った.

これまでの基課題研究で取得したデータは温度範囲およびpH範囲において広範であるため,今後はin vivo条件下における実験条件においてのデータ分けと整理が必要となる.この点においてはまだ進めておらず,今後の早急の課題となる.またそのデータは,次年度以降の渡航の際に必要であることから,渡航先での実験的研究が速やかに遂行されるよう,取り扱いの容易なデータとして纏め上げることも要求される.以上の理由により,本年度の進捗状況は「おおむね順調に進展している」と判断できる.交付申請書に記載した研究実施計画では,平成30年2月中旬より渡航を開始することになっていたが,移設する予定の簡易実験装置の準備に時間を要し,3月3日より渡航を開始した.今年度は主として日本滞在時に,基課題研究課題で得た実験結果を整理し,周囲環境条件として定義してきた温度条件やpH条件等がタンパク質拡散現象にどのような影響を及ぼすかについて,渡航先の研究者とSkype等を通して複数回議論した.なお,交付申請書では渡航先の主な共同研究者をJean-Yves Cavaille教授としていたが,今後はポリマー製作レベルで多くの議論を進めていくことから,製作に関してより知見を有している同研究グループのAssistant Professor Sebastien Livi氏に変更し,Cavaille教授には定期的な議論にのみ加わってもらうこととなった.これらの議論の結果から,フランス側から提供を受ける機能性透過膜の仕様を決定し,渡航時にはこれらの膜を用いて実験を進めていくこととなった.滞在前に一度渡仏し,フランス側での観察実験がどの程度まで可能か確認を行い,装置の移設準備を進めた.平成30年3月3日より渡航を開始し,本年度末までにフランス側の研究室に小型位相シフト干渉計をくみ上げ,観察実験の準備を整えた.なお,本装置に関しては基課題研究で使用したものを一部そのまま利用し,本研究課題で購入計画をしていた光学装置は購入しないことで,経費の有効利用に努めている.装置立ち上げにおいては,得られる実験データの信頼性評価が必須となる.本年度は提供を受ける機能性透過膜を使用しての観察実験に先立ち,文献値が豊富である塩化ナトリウムおよびリゾチームの自由拡散における物質拡散係数を導出し,文献値との比較を行うことで簡易実験装置の性能評価を行った.これにより実験の準備が整った.研究計画から半月ほど遅れての渡航開始となったのは事実であるが,日本滞在時に基課題研究における研究にて取得した多くの実験データを整理し,問題点・議論点を纏め上げた状態で渡航先研究者と複数回遠隔会議を行ったため,遠隔会議は効率的に進行することができ,渡航前にフランス側での実験開始に向けた手順を明確にすることできた.結果として,渡航後の研究活動を速やかに進めることができた.また,第一期渡航時において行うべき観察実験のパラメータは決まっており,その実験に向けた環境の整備,特に実験装置の妥当性評価まで今年度内に終えることができたのは,大きな進展であるといえる.以上の理由により,本年度の進捗状況は「おおむね順調に進展している」と判断できる.本研究では,ヒト体内環境下においてタンパク質の物質輸送現象を能動制御でき得る機能性透過膜の実現を図ることを目的としている.機能性透過膜の提供を受けるにあたって,渡航先外国機関と綿密な打ち合わせを行い研究を進めてきた.
カンピロバクターのバイオフィルム形成機構とその生物学的機能に関する研究

1.研究の目的:バイオフィルム(BF)とは、菌体外に放出される粘液性物質によって菌が集合体を形成することによりできる生物膜である。我々はCampylobacter jejuniがBFを形成することを観察し、運動性がBF形成に重要な役割を果たすことを明らかにしてきた。しかしながら本菌のBFの生物学的な意義や構成成分などは明らかにされていない。そこで本研究では、BF形成能を欠いた変異株を用い、BFの性状や機能について調べた。2.方法:C.jejuni 81-176株からmotA遺伝子をノックアウトした変異株を作出した。集合体ではないplanktonic菌は、野生株のBFをピペッティング処理によって調整した。機能解析は、パルプディスク上での乾燥抵抗性試験、加熱抵抗性試験、消毒剤に対する抵抗性試験、抗生物質に対する感受性試験について調べた。また、野生株のBFを用いて、トリプシン、プロテナーゼK、リパーゼの酵素処理によってBF形成阻害の程度を調べた。さらに、野生株、motAおよび莢膜多糖を欠損したkpsM変異株をプロテナーゼKで処理した後、SDS・PAGEを行い、銀、アルシアンブルー、PAS、ルテニウムレッドの各染色法を行った。3.結果及び考察:C.jejuniのBFは、実施した物理化学的処理に対してBF形成能を欠いた変異株やplanktonicな状態に比べ低抗性を示した。またBFはリパーゼ処理で形成阻害がみられることから、BF形成には脂質が関与していると考えられた。糖を検出する種々の染色法を行ったが、高分子量の成分は検出されなかった。一方、リポオリゴ糖とは異なる低分子領域部位に各染色法で染まるバンドが認められた。以上の結果から、C.jejuniは集合体を形成することで環境中における生残性や薬剤抵抗性に抵抗性を示し、環境中での生残性に重要な役割を持つことが示唆された。Campylobacter jejuniはわが国の主要な食中毒の原因菌であり、腸管外感染としては麻痺を主徴とするギランバレー症候群との関連性が問題となっている。しかしながら、それらの発症希序や環境中における生存様式の解明には至っていない。本研究では、我々が以前より観察してきたC.jejuniのバイオフィルム形成能に着目し、分子生物学的手法を用いて生体や環境中でのバイオフィルム形成の制御機構を明らかにし、その生物学的意義を明らかにすることを目的としている。平成16年度は、バイオフィルム形成能を客観的に評価するため、定量的な測定系を確立し、フィルム形成に影響する要因を調べることとフィルムの構成成分を推定することを主眼におき、研究を実施した。24穴マイクロプレート内に円形のカバースリップを入れて菌を培養し、カバースリップ表面に付着した菌を剥し、その吸光度をマイクロプレートリーダーにより測定したところ、良好な結果が得られた。この方法を用いて、C.jejuni 81-176株とその鞭毛欠損株、運動性欠損株、莢膜多糖欠損株のフィルム形成能を比較したところ、鞭毛欠損株と運動性欠損株で有意にフィルム形成能が減少した。次にバイオフィルム形成に及ぼす培地pHの影響について調べたところ、pHが6以下の酸性領域ではフィルムを形成しなかったが、中性からアルカリ領域ではフィルムの形成が観察された。さらにバイオフィルムの構成成分(接着成分)を調べるため、ガラス表面にバイオフィルムを形成させた後に、トリプシン、プロテナーゼKおよびリパーゼを添加したところ、リパーゼの添加によりフィルムが消失したが、蛋白分解酵素処理では変化がなかった。多くの細菌が形成するバイオフィルムの構成成分は多糖体を含んでいる。

C.jejuniのバイオフィルム中の多糖体を検出するため、野生株とバイオフィルム非形成株の蛋白分解酵素処理後のサンプルの銀染色性をSDS-PAGEで比較したところ、野生株には染色され、欠損株には染色されない低分子の糖が検出された。以上の結果から、C.jejuniのバイオフィルムを形成する構成成分あるいは接着成分として、糖と脂質を含んでいることが示唆された。さらにフィルム形成には菌の鞭毛による運動性が必要であり、培地pHが影響することがわかった。1.研究の目的:バイオフィルム(BF)とは、菌体外に放出される粘液性物質によって菌が集合体を形成することによりできる生物膜である。我々はCampylobacter jejuniがBFを形成することを観察し、運動性がBF形成に重要な役割を果たすことを明らかにしてきた。しかしながら本菌のBFの生物学的な意義や構成成分などは明らかにされていない。そこで本研究では、BF形成能を欠いた変異株を用い、BFの性状や機能について調べた。2.方法:C.jejuni81-176株からmotA遺伝子をノックアウトした変異株を作出した。集合体ではないplanktonic菌は、野生株のBFをピペッティング処理によって調整した。機能解析は、パルプディスク上での乾燥抵抗性試験、加熱低抗性試験、消毒剤に対する抵抗性試験、抗生物質に対する感受性試験について調べた。また、野生株のBFを用いて、トリプシン、プロテナーゼK、リパーゼの酵素処理によってBF形成阻害の程度を調べた。さらに、野生株、motAおよび莢膜多糖を欠損したkpsM変異株をプロテナーゼKで処理した後、SDS・PAGEを行い、銀、アルシアンブルー、PAS、ルテニウムレッドの各染色法を行った。3.結果及び考察:C.jejuniのBFは、実施した物理化学的処理に対してBF形成能を欠いた変異株やplanktonicな状態に比べ低抗性を示した。またBFはリパーゼ処理で形成阻害がみられることから、BF形成には脂質が関与していると考えられた。糖を検出する種々の染色法を行ったが、高分子量の成分は検出されなかった。一方、リポオリゴ糖とは異なる低分子領域部位に各染色法で染まるバンドが認められた。以上の結果から、C.jejuniのBFの構成成分を明らかにすることはできなかったが、集合体を形成することで環境中における生残性や薬剤抵抗性に重要な役割を持つことが示唆された。
糖尿病合併重症虚血肢における血管吻合部関存性に関する研究

NZW-rabbitに対し、run-off不良状態を生じさせ、腹部大動脈を人工血管で置換したモデルの確立を試みた。しかし、置換した人工血管の早期閉塞とこれに起因する死亡例が高頻度で発生し、本モデルの確立が容易でないことが判明した。このため糖尿病を発症させる以前に血行再建術後の長期経過観察による検討、評価を行うための実験系の確立が肝要と考えられ以下の方法を試みた。一側の大腿動脈結紮例(A)、両側の大腿動脈結紮例(B)、一側は大腿動脈対側は腸骨動脈結紮例(C)、両側腸骨動脈結紮+自家静脈を使用(D)の4群で検討した。(A)群では術後の長期生存を得たが、血行動態上はrun-off良好群と同等の所見しか得られず、結果的には十分なrun-off低下群とはならなかった。(C)群および(D)では煩雑な手術術式と侵襲の大きさのため術死が多く妥当なモデルとして両側大腿動脈鍔結紮例を採用した。B)二期的手術による時間的経過に派生した慢性的病態の変化術後の早期死亡例が多いのは、動脈結紮術と人工血管置換術を同時に行ったことによると考え、まず両側の大腿動脈結紮術を施行し、一定の回復期間を置いた後人工血管置換術を行った。回復期間については、1週間、2週間、4週間を設定して比較した。この結果、2週間以上の期間をあけると生存率は向上するが、間隔が長期になるに従い、側副血行路の発達が著しく進行していた。従って長期生存とrun-off低下を併存させるモデルとして、二期的手術の間隔は2週間が適当と判明した。NZW-Rabbitに対し、run-off不良状態を生じさせ、腹部大動脈を人工血管(ePTFE)での置換をおこなった。通常の状態では良好な開存性と長期生存が得られた。しかし、run-off不良モデルでの置換では、置換した人工血管の早期閉塞とこれに起因する死亡例がかなりの高頻度で発生した。アロキサン投与に関しては手術侵襲からの回復を待った時期の投与が良いことが判明した。本粘度の研究経過前年度の経過から侵襲を押さえた上で末梢側のrrun-offを低下させる術式の確立が容易ではないことが判明した。糖尿病を発症させる以前に血行再建術後の長期経過観察による検討、評価を行うための基礎的実験系の確立が肝要と考えられ、この対策のために以下の2種類の方法を試みた。2)run-offは以前と同様に低下させるが、開存性の向上のため自家静脈を使用する。1)では両側の大腿動脈結紮例、一側の大腿動脈結紮例、一側は大腿動脈対側は腸骨動脈結紮例の3通りに分け最適モデルを追求した。一側の大腿動脈のみの結紮では術後の長期生存が得られることは判明したが、犠死での標本でrun-off良好群と同等の所見しか得られず、結果的に十分なrun-off低下群とはならなかった。また一側の大腿動脈と対側の大腿ないし腸骨動脈の結紮群は手術侵襲が大きく早期死亡例が多く現在十分な症例数が得られていない2)では煩雑な手術術式と侵襲の大きさのため術死が多く数例の試行に止まっている。以上より本研究による実績は実験系の確立が困難なため現段階ではそれに相当する結果は出ていない。前年度の研究経過NZW-Rabbitに対し、run-off不良状態を生じさせ、腹部大動脈を人工血管で置換したモデルの確立を試みた。しかし、置換した人工血管の早期閉塞とこれに起因する死亡例が高頻度で発生し、本モデルの確立が容易ではないことが判明した。

このため糖尿病を発症させる以前に血行再建術後の長期経過観察による検討、評価を行うための実験系の確立が肝要と考えられ、この対策のために以下の2種類の方法を試みた。2)run-offは以前と同様に低下させるが、開存性の向上のため自家静脈を使用する。1)では両側の大腿動脈結紮例(A)、一側の大腿動脈結紮例(B)、一側は大腿動脈対側は腸骨動脈結紮例(C)の3群で検討した。(A)群では術後の長期生存を得たが、血行動態上はrun-off良好群と同等の所見しか得られず、結果的に十分なrun-off低下群とはならなかった。また、(B)群(C)群および2)では煩雑な手術術式と侵襲の大きさのため術死が多くモデルとして確立できなかった。今年度の研究経過前年度の結果をふまえ、今年度も引き続き実験モデルの確立を試みた。術後の早期死亡例が多いのは、動脈結紮術と、人工血管置換術を同時に行ったことによると考え、今年度は、まず両側の大腿動脈を結紮術を施行し、一定の回復期間をおいた後人工血管置換術を行った。回復期間については、1週間、2週間、4週間を設定し比較した。この結果、2週間以上の期間をあけると生存率は向上するが、期間が長期になるに従い、側副血行路の発達が著しく進行していた。現在はこの系を用いて、糖尿病を発症させるべく、アロキサンの投与時期、量等を検討中である。以上より、本研究は現段階において実験モデル確立の最終段階に達したが、血管吻合部および細胞組織科学的検討にまでは至っていない。
誘導電流測定を基礎とした水面上単分子膜の配向制御と有機超薄膜(LB膜)の電子機能

本研究では、誘導電流法の理論的基礎の確立をすること、この電流計測システムを開発すること、作製したシステムを用いて水面上分子の動的な素過程を計測すること、さらに電界により水面上分子の配向制御の実現を目指した。また、ポリイミドLB膜を用いてトンネル接合素子の試作を試みた。主な成果は以下の通りである。1.誘導電流法の原理の理論的検討本研究以前に既に、平行平板電極の系については解析を終了していたが、より現実的なシステムを作るためにその一般化を行なった。その結果、水面に対して平行な電極でなくてもラプラス場が計算できれば水面上に誘導される電荷量が理論的に算出できる事が明かとなった。これにより、より一般的な誘導電流を測定するシステムの基礎を確立することができた。2.誘導電流計測システムの開発本研究の以前には、誘導電流を計測することは可能であったが、圧縮時に原因不明の急激な電流変化が認められた。本研究ではこの原因が、トラフ端の水面の影響である事が実験的、理論的に明かとなった。そこで、水面上部電極をシ-ルドすることでその影響をさけ、水面上単分子膜本来が持つ動的挙動に起因した電流スペクトルを得ることに成功した。3.誘導電流による単分子膜の動的挙動の検出水面上単分子膜の研究に最も一般的に用いられる直鎖飽和脂肪酸を用いて誘導電流の測定を試みた。ステアリン酸単分子膜の測定により、単分子の動的挙動が感度よく捉えられる事が明らかとなった。4.水面上単分子膜の配向制御電極と水面間に直流電界を加え、分子の配向制御を試みた。現在の測定系ては分子を配向制御するためには、大きな永久双極子能率を持った分子を選ぶこと、あるいは電極を水面に近づける工夫が必要てあることが理論的、実験的に明かとなった。5.ポリイミドLB膜を用いたトンネル接合素子の試作昨年度は作製プロセスに問題があり、ポリイミドを絶縁層とするジョゼフソン接合素子の試作に成功しなかったが、今年度はこの目標を達成できた。ただし、本研究では理想的なトンネル形の素子の成功にまではいたらなかった。また、トンネル伝導機構の解明に向けた足掛をえた。
擬微分作用素論とシュレディンガ-方程式

擬微分作用素の理論を様々な物理数学の方程式特にシュレディンガ-方程式等に応用するのが本研究の目的である。この手はじめとして、磁場における量子化ハミルトニアンの本質的自己共役性について、代表者等はすでにいくつかの結果を得ていたが、これ等の結果を擬微分作用素論の立場で一般化することに成功し、6月に西独オ-ベルヴォルファッハ研究所で行われた国際シンポジウム及びカナダオタワ大学において発表した。更に、磁場における相対論的量子化ハミルトニアンと非相対論的ハミルトニアンの関係についての一定理を得て、これは12月に、台北のシンポジウムで、代表者の共同研究者が発表した。また、磁場における相対論的量子化ハミルトニアンの擬微分作用素論的扱いについて、本年中に発表予定である。擬微分作用素論的扱いにより、定数磁場を含む一般的な磁場ベクトルポテンシャルの場合あるいは、ディラック方程式の場合等を包括的に、取り扱っている。幾何学的な立場での偏微分方程式論も、本研究においては、様々な角度で研究がなされてるが、とくに正のリッチ曲率を持つアインシュタイン・ケ-ラ-計算の研究等に多く結果を得ている。更に、双曲型偏微分方程式に対する初期値問題に対しても、特性多様体の幾何学的考察などを行った。また、代数的な研究としては、量子代数のハリシュ・チャンドラ同型などについて結果を得ている。更にリ-環とシュレディンガ-方程式の関係等についても考察した。
ドクロリー・メソッドによるカリキュラム開発と教師の能力形成に関する比較史的研究

本研究では、ドクロリー自身の教育思想や実践改革構想、ドクロリー・メソッドによるプロジェクト型カリキュラムの実践的特質を把握し、1920年代に日米両国にもたらされたドクロリー・メソッドの実践情報が、当時の教師たちにどのように伝わったのかを解明した。その上で、日米の教師がどのような研究態勢や開発条件のもとでドクロリー・メソッドの影響を受けていたのかを比較した。最終年度においては、補充調査を実施し、以下の文献を収集した。1.ヨーロッパ・アメリカにおいてプロジェクト型カリキュラムの開発に関わった教師とその実践に関する資料。2.大正新教育運動においてドクロリー・メソッドの影響を受けたプロジェクト型カリキュラムの開発過程に関する資料。以上の事項に関して、国立国会図書館、国立教育政策研究所教育図書館、東京大学、上智大学、神戸大学、奈良女子大学、広島大学、広島県立図書館、佐賀県立文書館などが所蔵する資料の調査を実施し、関係資料の収集を行った。上記に加えて、ドクロリー・メソッドを導入していた日本の実践者の自伝、回想録、インタビュー記録など個人文書等についても補充調査を行い、これまでに収集した全ての資料を整理し分析した。日本とアメリカにおけるドクロリー・メソッドによるカリキュラム開発の実態とその普及に関する資料調査を実施した。今年度は、先行研究と一次資料に関する資料所在調査を中心に行った。日本とアメリカの両国において以下の調査を実施し、関係資料の発掘・収集を行った。特に、事例としてとりあげる教師に関しては、実践記録や自伝、回想録、インタビュー記録などの収集に力を入れた。1.ドクロリーの教育思想およびドクロリー学校におけるカリキュラム理論とその開発過程に関する先行研究の検討、および開発に関わった教師に関する資料。この事項に関する先行研究の収集および資料の発掘のために、国立国会図書館、東京大学総合図書館、シカゴ大学レジェンステイン図書館を訪問して調査を実施した。2.日本においてドクロリー・メソッドの影響を受けたプロジェクト型カリキュラム開発過程の実態調査(ドクロリー名を冠していなくても影響を受けたとみられる以下の事例)。1師範学校附属小学校幼稚園におけるプロジェクト型カリキュラム開発の実態と中心的役割を果たした教師に関する調査、2児童の村小学校におけるプロジェクト型カリキュラム開発の実態と中心的役割を果たした教師に関する調査、3戦前期の成城小学校、東京市富士小学校における低学年教育のカリキュラム開発。この事項に関する先行研究および資料収集のために、国立国会図書館、東京大学、奈良女子大学、京都大学の各附属図書館のほか、実践家の子孫宅等を訪れて、関係資料に関する調査を実施した。ほぼ研究計画通りに研究を遂行しているため。前年度から実施している先行研究と一次史料の調査を継続し、以下の文献を収集した。1.ドクロリーの教育思想およびドクロリー学校におけるカリキュラム理論とその開発過程に関する国内外の先行研究。加えて、ヨーロッパ・アメリカにおいてプロジェクト型カリキュラムの開発に関わった教師とその実践に関する資料。2.戦前期の日本においてドクロリー・メソッドの影響を受けたプロジェクト型カリキュラムの開発過程に関する資料。この事項に関して、国立国会図書館、国立教育政策研究所教育図書館、東京大学、お茶の水女子大学、上智大学、奈良女子大学などが所蔵する関係資料の調査を実施し、資料収集を行った。今年度からは、さらに「アメリカの二大教育大学以外においてドクロリー・メソッドの影響を受けたカリキュラム開発の事例」に関する調査を実施した。事例としてとりあげた学校の教師に関しては、実践記録や自伝、回想録、インタビュー記録などの収集を行った。なお、ドクロリーの名は冠していなくても「作業単元」の影響下にある以下の学校での実践についても調査を行った。1ニューヨーク都市田園学校(The City and Country School)、2ニューヨーク州立大学の教員養成校、3イリノイ州立大学の教員養成校、4サンフランシスコ州立大学の教員養成校収集した資料を整理分析して、研究成果の一部を日本カリキュラム学会第27回大会において報告した。概ね計画通りに研究を遂行し、予定通り資料収集が進んでいる。研究計画に沿って先行研究と一次史料の調査を継続し、以下の文献を収集した。この事項に関して、国立国会図書館、国立教育政策研究所教育図書館、東京大学、上智大学、神戸大学、奈良女子大学、広島大学、福井県立文書館、広島県立図書館などが所蔵する関係資料の調査を実施し、資料収集を行った。上記に加えて今年度は、ドクロリー・メソッドを導入していた学校の実践記録や実践者の自伝、回想録、インタビュー記録などを収集するため、旧東京市の公立小学校や奈良女子大学附属小学校、および同校旧職員の子孫宅を訪問調査し、資料調査とインタビュー調査を実施した。収集した資料を整理分析して、研究成果の一部を教育思想史学会第27回大会において報告するとともに、橋本美保編著『大正新教育の受容史』(東信堂)に収載して刊行した。かねてより闘病中であった父の病状が悪化し、8月以降は看病のため必要な予備調査を行うことが困難となった。本年1月に父が死去したことにより、前年度までに収集した資料の整理および分析も予定通り進められなかった。

2.大正新教育運動においてドクロリー・メソッドの影響を受けたプロジェクト型カリキュラムの開発過程に関する資料。以上の事項に関して、国立国会図書館、国立教育政策研究所教育図書館、東京大学、上智大学、神戸大学、奈良女子大学、広島大学、広島県立図書館、佐賀県立文書館などが所蔵する資料の調査を実施し、関係資料の収集を行った。上記に加えて、ドクロリー・メソッドを導入していた日本の実践者の自伝、回想録、インタビュー記録など個人文書等についても補充調査を行い、これまでに収集した全ての資料を整理し分析した。当初の研究計画に沿って研究を進める。当初の研究計画に沿って研究を遂行する。当初の研究計画に沿って、収集資料の分析を行う。必要に応じて補充調査を実施する。研究成果を学会において報告するとともに、論文にまとめて学会誌に投稿する。平成28年度8月に免許状更新講習の担当となったので海外調査に出かけなかったため。海外の資料所蔵機関に連絡を取って、メールによる資料調査および複写依頼を行い、収集予定の資料については入手した。(理由)昨年夏以降父の看病および死去のため、補充調査や収集した資料整理および分析が計画通りに実施できなかった。(使用計画)補充調査旅費および資料の収集(購入・複写)、整理分析(謝金等)、成果報告経費(学会発表経費、印刷費等)のための費用に充てる。次年度の調査旅費および資料収集(購入・複写)のための費用に充てる。
細胞の癌化,分化,プログラム死におけるポリ(ADP-リボース)の役割

1.ポリ(ADP-リボース)シンテターゼ(PARS)阻害剤の発見-溶媒ジメチルスルフォキシド(DMSO)強心剤ベスナリノン,蛋白質の熱分解物Trp-P-1とPhIPに弱中等度のPARS阻害作用を見出した。2.癌細胞の分化におけるポリ(ADP-リボース)の役割の解析-テラトカルシノーマEC細胞にベスナリノンやPhIPを与えると、神経細胞などに効率よく分化誘導されることを見出した。また,EC細胞をレチノイン酸で分化させるとポリ(ADP-リボース)合成が一過性に亢進した後,著明に減少すること,これがPARSの自己修飾と限定分解によることを見出した。3.生死プログラムにおけるPARSの役割の解明-白血病Tリンパ球を高レベルのRIに曝してアポトーシスを惹起させるときPARSがリン酸化され,次いでプロテアーゼ(キャスパーゼ-3)による急速な分解を受けること,この分解が本酵素の核局在化シグナルを破壊し,核からの逸脱を惹起することを見出した。また,リン酸化酵素としてDNA依存性プロテインキナーゼを同定した。4.神経変性におけるポリ(ADP-リボース)変動の解析-アルツハイマー病アミロイドAβペプチドをC-12細胞に与えて変性死を惹起させると,濃度・時間依存性にPARSを促進あるいは抑制することを見出した。5.脳虚血傷害に伴うポリ(ADP-リボース)反応の発見-ラット脳の血流の一部を短時間遮断すると,虚血領域でポリ(ADP-リボース)合成が著明に亢進し,その亢進域が次第に拡がる現象を見出した。この変動は,遅延神経細胞死過程とよく対応していた。以上の研究から,PARSが細胞の基本的生存機能,特にDNA損傷後の生死決定において決定的な役割を果たすことが明らかとなった。1.ポリ(ADP-リボース)の合成阻害による癌細胞の分化誘導-テラトカルシノーマEC細胞の培養系にベスナリノンやPhIPなどの弱いポリ(ADP-リボース)システターゼ阻害剤を与えると,神経細胞などに効率よく分化誘導できることを見出した.2.癌細胞の分化過程におけるポリ(ADP-リボース)代謝系の変動解析-テラトカルシノーマ細胞を誘導剤all-transレチノイン酸で分化させるとポリ(ADP-リボース)合成が著明に減少することが知られているが,これに先立ち,一過性に亢進すること,この亢進がシナテターゼの自己修飾によること,また自己修飾したシンテターゼ(115Kd)が速やかに限定分解され,アポトーシス特有の断片(85Kd)を生じることを見い出した.3.癌細胞の分化に伴うアポトーシスの誘導-テラトカルシノーマ細胞をベスナリノンやPhIP,all-transレチノイン酸などで分化誘導させると,一方で核凝縮と断片化が特徴的なアポトーシス細胞を大量に生じることを見い出した.4.ポリ(ADP-リボース)シンテターゼとDNA-PKの相互作用の発見-培養細胞に[^<35>S]メチオニンを与えたところ,シンテターゼ以外に数種の蛋白質が共沈澱されることを見い出した.さらに,その中にDNAPK (DNA依存性プロテインキナーゼ)が含まれること,また,このキナーゼが免疫沈澱複合体中でシンテターゼをリン酸化しうることを明らかにした.細胞の基本的な機能、特に生死プログラムにおけるポリ(ADP-リボース)の役割について以下の研究成果を得た。(1)アポトーシス過程におけるポリ(ADP-リボース)

シンテターゼの修飾-白血病Tリンパ球を高レベルのRI(^<35>S、^<32>P)で標識する際惹起されるアポトーシスの過程で、ポリ(ADP-リボース)シンテターゼ(PARS)がリン酸化を受け、これが引き金となって本酵素が急速に分解されること、その分解がアポトーシスに特異的なプロテアーゼ(キャスパーゼ-3)によって起き、本酵素の二分節型核局在化シグナル(NLS)の破壊をもたらして、核からの逸脱を引き起こすことを見いだした。(2)アポトーシスにおけるポリ(ADP-リボース)シンテターゼの役割-上記リン酸化を触媒する酵素として、抗体による共沈殿や精製酵素によるin vitroリン酸化の結果から、DNA依存性プロテインキナーゼ(DNA-PK)を同定した。DNA-PKもPARSと同様にDNA断端によって活性化を受ける酵素であり、アポトーシス中の細胞内でポリ(ADP-リボシル)化されることから、DNA損傷時の両酵素の役割分担と相互作用が示唆された。(3)Aβアミロイドによる神経変性過程におけるポリ(ADP-リボース)代謝の変動-アルツハイマー病などの神経変性疾患がアポトーシスによる可能性を調べるため、Aβアミロイドを培養神経系細胞PC-12に与え、惹起される変性死過程におけるポリ(ADP-リボース)代謝を解析した。その結果、同アミロイドが濃度により、また時間によって二相性の促進・抑制効果を与え、PARS活性を著明に変動させることを見いだした。
伝熱制御式・長尺クライオプローブの試作に関する研究

本研究の目的は、非切開的に癌や腫瘍を局所的に凍結外科治療して患者の苦痛や危険性を軽減させるため、内視鏡内に設けられた生検鉗子用チャンネルに挿入して用いることができる極細径(3.1mm)かつ長尺1mのクライオプローブを開発することである。本研究で開発したクライオプローブは、本体を3重管で構成し、その先端に冷却端子を設け、外管と中管の環状部を真空断熱したもので、デュワー瓶内で加圧された液体窒素は、直径1mmの内管を通ってプローブ先端部に到達し、内管から噴出して冷却端子の内面に衝突し、冷却端子を高熱流束で冷却するものである。以下に本研究で得られた成果を年度別に示す。(1)平成2年度に行った極細径・長尺クライオプローブの定常冷却実験により、液体窒素の衝突噴流の質量流量や冷却端子の内面形状などがプローブの冷却性能に及ぼす影響を明らかにし、最大冷却性能として約1.5MW/m^2を達成した。(2)平成3年度に行った本クライオプローブの断熱性能実験と非定常冷却実験により、真空断熱層の真空度とスペーサの形状が断熱層を介しての漏洩熱量に及ぼす影響を明らかにし、また冷却端子に働く熱負荷、デュワー圧力、液体窒素の流量などが冷却曲線(冷却速度)に及ぼす影響を明らかにした。(3)平成4年度では、平成3年度までの研究成果に基づき、極細径・長尺クライオプローブの伝熱性能(冷却性能)の制御をデュワー圧力制御方式として、コンピュータによるオンラインシステムを構築し、動的に冷却能力を制御する手法を確立し、研究計画を終了した。以上述べたように、本研究の目標は、ほぼ達成されたということができる。なお本研究の成果の一部は、平成3年11月7日付の新聞4誌によって全国的に紹介されたことを付記する。本研究の目的は,癌や腫瘍などを低温外科治療するため,内視鏡内の生検鉗子用チャンネルに挿入して使用できるような長尺・細径のクライオプロ-ブを開発することにある。初年度では,まず外径3.1mm,長さ1mの液体窒素型クライオプロ-ブの熱設計と機造設計を行ない,初期の開発目標を達成した。すなわち本研究で開発したクライオプロ-ブは,本体を純金の3重管で構成し,その先端に冷却端子を設け,外管と中間の環状部を真空断熱したもので,デュワ-瓶内で加圧された液体窒素は,直径1mmの内管を通ってプロ-ブ先端部に致達し,内管から噴出して冷却端子の内面に衝突し,冷却端子を高熱流束で冷却するものである(以上,主として,東北大学で実施)。前川製作所では,上記の設計仕様に基づくクライオプロ-ブを製作し,気密試験などの機械的性能試験を行った。この極細径・長尺クライオプロ-ブを用いて液体窒素の質量流量を一定の下で定常冷却実験を行い,液体窒素の衝突噴流の質量流量,冷却端子の内面形状などが,プロ-ブの冷却性能に及ぼす影響を明らかにした。得られた結果を要約すれば以下の様になる。(1)液体窒素の質量流量が大きいほど熱伝達率も,最大冷却性能も大きくなる。また,冷却端子の内表面温度と液体窒素の飽和温度との差で定義した過熱度が9K以下の場合は,強制対流の影響を強く受ける。(2)クライオプロ-ブの冷却端子の内面を半球面形状にしたときは,過熱度が11K以上でも最も優れた熱伝達率を示し,平面や突起付き平面に比べて約2倍の優れた冷却性能を示した。

(3)本クライオプロ-ブの最大冷却性能は,約1.5MW/m^2を超え,世界新記録を達成したものと自負している。以上の成果のごとく,総合的な自己評価として,平成2年度の研究目標はほぼ達成したと考えられる。本研究の目的は、癌や腫傷などを低温外科治療するため、内視鏡内の生検鉗子用チャンネルに挿入して使用できるような長尺・細径のクライオプロ-ブを開発することにある。前年度に製作した外径3.1mm、長さ1mのクライオプロ-ブについて、経済的で信頼性が高く、かつ臨床医師が容易に操作できるように、デュワ-瓶を可変圧力式に改造した。このシステムをクライオプロ-ブのオンライン計測システムと結合し、平成2年度に購入した高真空排気装置、油回転ポンプと、平成3年度に購入したクライオポンプ、チラ-ユニット等を使用して、伝熱性能(冷却能力)の制御機構を有するクライオプロ-ブシステムを完成した。上記のクライオプロ-ブシステムについて、まず基本的な定常冷却特性を詳細に測定し、更に非定常特性についても予備実験を行なった。得られた結果を要約すると、以下のようになる。(1)噴流出口と伝熱面間の距離が大きくなると、伝熱面上での蒸発による窒素蒸気の吹き出しや、残存液体窒素の転回流の影響を受け、実効限界熱流束は低下する。(2)実効熱流束と過熱度の関係に及ぼす伝熱面粗さの影響は、通常のプ-ル沸騰と同様な傾向を示し、粗面ほど見掛けの熱伝達率は大きくなる。(3)噴流の質量流量が大きいほど、見掛けの熱伝達率と実効限界熱流束も大きくなる。また、過熱度が約9K以下の領域における実効熱流束は、強制対流の影響を受ける。この領域における実験式も導出した。以上の成果は、昨年11月7日、日刊工業新聞、日本経済新聞、日経産業新聞、河北新報の各紙に先端技術として紹介されており、総合的な自己評価として、本年度の研究目的はほぼ達成されたものと考えられる。本年度は、外径3.1mm、長さ1mの液体窒素型クライオプローブを用い、その伝熱性能(冷却能力)をデュワー圧力制御方式によりオンラインシステムで動的に制御し、生体の温度免疫に対処するための伝熱制御のソフト開発と理論付けを行った。本年度に得られた結果を要約すれば以下のとおりである。(1)クライオプローブの断熱層圧力pが10^<-4>Torr以下では、漏洩熱通過率は圧力変化に対してほぼ一定であるが、p>10^<-3>Torrでは熱通過率が急増し、断熱性能が劣化する。(2)断熱性能が劣化するとクライオプローブの流路内で液体窒素が蒸発し、流動抵抗が増して窒素流量が急減する傾向があり、クライオプローブの断熱層圧力を10^<-3>Torr以下にする必要がある。(3)スペーサとしてポリエステル糸を二重螺旋に交差させて中管に巻いた真空断熱層は、ナイロン糸を二重螺旋に交差させて巻いたスペーサに比べ、10^<-4>Torr以下の高真空域で約3倍の優れた断熱性能を示した。(4)漏洩熱通過率に関する本測定値は、自由分子熱伝導域及び温度飛躍熱伝導域の計算値と極めてよい一致を示した。(5)極細径・長尺クライオプローブの非定常冷却特性に基づき、デューワー圧力をコンピューター制御することにより、生体組織(細胞)の凍結破壊(壊死)に影響を与える主因子の一つである冷却速度や到達温度を制御できるシステム及びソフトを開発した。(6)実用的な観点から、クライオプローブの冷却能力を最大限生かすには、予め無負荷状態で液体窒素を流してクライオプローブを予冷し、プローブ先端温度を100K以下で熱負荷を印加するが良いことが明らかとなった。以上の成果のごとく、総合的な自己評価として、平成4年度の研究目標はほぼ達成されたと考えられる。