hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Gタンパク質を介する神経細胞死モデルを用いた情報伝達分子の解析

本研究の目的は、三量体G蛋白質の下流にプログラムされた神経細胞死のメカニズムを解明することにある。我々はPC12モデル神経細胞に活性型Gqを発現させる実験から、Gq経路の活性化が神経突起の成長(細胞分化)--神経細胞死を誘導することを見い出した。本年度はまず、1)Gq、Gq連関受容体の下流のシグナルの分析、2)Gq発現によってもたらされる細胞生存に不利な機能素子修飾の検索、を行った。2)モデル細胞として頻用されるXenopus oocyte遺伝子発現システムを用い、Gq経路がIP3受容体のdown regulationを通して種々の受容体からのカルシウムシグナルを完全に遮断することを見い出した(Honda,et al.J.Biol.Chem.in press)。各種増殖因子受容体の発する増殖シグナルには細胞内カルシウムが重要な役割を果たすことがよく知られている。Gq--IP3受容体消失というメカニズムは上記の三量体G蛋白質の下流にプログラムされた細胞生存に不利な機能素子修飾の一部を説明する可能性が高い。
種々の不均等な肺病態における肺がス運搬分布の基礎研究

本研究は、人工呼吸の肺ガス運搬分布をPETなどの最新の画像定量法を用いて測定し、種々の人工呼吸の肺内換気分布の特徴を明らかにすることを目的とした。人工呼吸の肺内換気分布の決定に最終的に大きく関与するのは肺病変の不均等性であるから、種々の不均等肺傷害の動物モデルを作成し,従来の換気法・高頻度換気法(HFV)を含む広い範囲で換気条件を変化させ,そのときの肺胞換気分布を検討することを試みた。それと同時に、換気力学パラメ-タの局在と各換気様式に特異的な肺ガス交換メカニズムとを結合した肺胞換気理論の構築を,実験デ-タをもとに試みることを目的とした。PETの肺ガス運搬分布の研究はHFV、定常流換気法(CFV)などの特徴的換気分布パタ-ンを見いだし、人工呼吸の不均等の不均等VA分布の形成に、局所換気フロ-分布・局所VD分布・ガス交換メカニズムが深く関連しあっていることを明らかにした。さらに不均等肺病態は人工呼吸の様式・換気条件に応じて局所換気フロ-(VT)分布を変化させ、人工呼吸の分布はVT分布から解離して均等化し、特異なガス交換メカニズムの役割を強く示唆した。不均等肺病態における局所換気フロ-分布とVA分布を同時に評価する方法を開発し両者の関連を明確にしたことは、本研究の重要な成果である。人工呼吸の肺内換気分布はガス交換を決定する重要な因子であるから、本研究の成果は、臨床の肺障害において人工呼吸の新しいモ-ドの開発や換気条件の合理的な選択を行うために必要な基本的情報を提供する。本研究を継続・発展させ詳細な解析を行うことは、病態生理学の基礎的知見を深める上でも、臨床医学に資する上でも意義深いことと考える。実験対象である10kg超の犬を、3-15H_2の広範囲な呼吸数において正常換気するのに十分な出力を持つHFOベンチレーダ試作器を購入した。このベンチレーダの出力特性を、テスト肺のインピーダンスを種々に変化させて調べた。結果はベンチレーダの出力は、負荷コンプライアンスの変化にはほとんど影響されず、一方負荷抵抗の変化には呼吸器内部インピーダンスが低いときに大きく影響された。ついでHFO試行中の気道内の動圧と一回換気量を3-15H_2の範囲で歪みなく測定する手法をMillarのカテ先圧トランスデューサ・熱線流量計を用いて確立した。この基礎実験に基づき、正常肺での適正換気条件および気道内動圧と肺胸郭系の共振周波数との関係を検討するため、平均気道内圧を5cmH_2Oに固定し呼吸数を3,6,9,15H_2と変化させノルモカプニアを得るのに必要な一回換気量を10分後のPaCO_2およびVCO_2測定から決定した。同時に肺胸郭系の複素インピーダンス周波数スペサトルを犬に正弦波振動(2-20H_2Swecp)を加元圧・流量を測定しフーリエ解析して求めた(89年日本麻酔学会総会発表予定)。ついでオレイン酸を大量静注して急性肺水腫を起こした時の肺胸郭系インピーダンス周波数スペクトルの変化を調べた。このオレイン酸肺傷害において、従来の換気法(CMV)とHFOの比較を、気道内動圧と血液ガスの点から行った。pulsatile sustained inflationを導入した。気道内の不均等分岐による局所死腟の分布と局所のガス運搬メカニズムの分布とを組み合わせて正常肺におけるHFVガス運搬の数学モデルを構築し、J.Appl. Physiol.64(5).2108ー2118,1988に発表した。

体重12kg前後の犬においてオレイン酸肺水腫(オレイン酸0.2ml/kg)を作成し、通常の持続陽圧換気(CMV)と高頻度換気法(HFO)を平均気道内圧を一致させて比較した。両者とも換気条件はノルモカプニアが得られるように設定した。気道内圧波形の十分な周波数特性を得るため6Frのミラ-のカテ先トランスデュ-サを直接気管内に挿入するという手法を用い、HFOの一回換気量は熱線流量計の非極性流量シグナルを積分して求めた。F_<IO2>をCMVとHFOとも1.0とし、平均気道内圧も15ー16cmH_2Oで一致していたが、CMVの場合、吸気ピ-ケ圧(PIP)33cmH_2O,Pao_290mmHgであった。HFOは換気数9H_2と15H_2を試みたが、PIP20cmH_2O,Pao_2175と210mmHgと、CMVに比べ有意にPIPが低くPao_2が高かった。この結果はHFOの臨床応用を新生児ばかりでなくより大きなサイズの対象へと、またサ-ファクタント欠乏肺ばかりではなくより一般的な血管透過性亢進型肺水腫などの病態に拡大する可能性を示唆したものである。肺ガス交換と肺胸部メカニクスの関連を検討するため、同じ人このモデルにおいて正弦波スウィ-プの強制振動を加えFFT解析を行い、肺胸部インピ-ダンスの周波数スペクトルを得た。肺水腫が進行すると共振周波数が高くなる結果が得られ、HFOにおいて換気数を増すことの有利性が示された。PETによる肺ガス運搬分布の測定を正常肺の犬および人において行い、基本的な分布パタ-ンと体位の影響を検討した。正常人において腹臥位における肺ガス運搬分布が仰臥位よりも均等であるという新しい知見を得た。不均等な肺病態の作成に着手し、(1)片側部オレイン酸肺水腫、(2)片側肺ラバ-ジュを試みた。これらの不均等な肺病態と換気モ-ドとの相互関係を、局所肺メカニクスと肺ガス運搬の両面から検討している。人工呼吸の肺内換気分布は、換気数・一回換気量(VT)などの条件によって決定されるが、肺病態が一様でないために生じる換気力学パラメ-タの不均等分布が大きく影響する。抵抗(R)およびコンプライアンス(C)優位の片側性肺傷害の実験モデルを作成し、IPPV・高頻度換気法(HFV)を含む広い範囲で換気条件を変化させ、左右別VT分布の変化に対する影響を検討した。同時に左右別CO2呼出量(VCO2)、呼気CO2分圧、動脈血ガスを測定し、VT分布と肺胞換気(VA)分布の関係を検討した。[方法]麻酔下の成犬に対し、気管切開孔から、インピ-ダンスが最小になるように考案したダブルル-メンチュ-ブを挿入した。HFVの定常流を排気するために左右の先端から2.5cm手前に小孔がある。1)コントロ-ル、2)片側性気道狭窄、3)片側性ラバ-ジュによるC低下の状態において、IPPV10/min、HFV3、9、15Hzを施行した(VTは各々PaCO2が35mmHg前後となるように設定)。各10分間の換気後、Pawの振幅(ミラ-カテ-テル)、左右別VT(熱線流量計)、左右別VCO2、動脈血ガスを測定し比較した。[結果]左肺気道狭窄において、HFVではCMVに比べ左右肺へのVT分布は不均等であり、換気数(f)が高くなる程その程度は悪化した。左肺コンプライアンス低下状態では、逆にHFVの方がCMVよりもVT分布は均等であり、fが高いほどVT分布は均等化した。VCO2分布はHFVの高周波数領域で逆に均等化した。このVT分布とVCO2分布の解離は、HFVにおいてVTの大きさによらない加増拡散的ガス運搬機序がfが高くなるにしたがい増強することを示す。
尿細管上皮の増殖、構造・機能分化に与える脂肪組織の影響の解析および再生機構の解明

間質細胞である脂肪細胞が、増殖因子(アディポサイトカインと総称)を産生し、生体内で様々な影響を及ぼすことを示唆する報告が増加している。我々は、尿細管上皮細胞(MDCK)と腎周囲に豊富に存在する脂肪組織の混合培養し、MDCK細胞の分化を誘導することを、組織学的、生化学的に、あるいは微細構造の変化にて確認した。一方、MDCKとの混合培養で、脂肪細胞も未分化な間葉細胞が減少し、アディポネクチン(アディポサイトカインの一つ)が増加した。このことから、腎周囲の脂肪組織は尿細管上皮の増殖・分化に影響を与えるだけでなく、尿細管上皮の発育における、周囲の脂肪組織の分化・間葉系幹細胞の制御への関与が示唆された。【目的】腎臓はその周囲に豊富な脂肪組織を有する。近年、脂肪組織は内分泌臓器および間葉系幹細胞の共給臓器であることが解明された。それ故に、他臓器や他の細胞機能、および再生に関して、脂肪組織に由来する生理活性物質のパラクライン効果やエンドクライン効果が重要と考えられる。本研究では、脂肪組織が尿細管上皮の増殖・分化に与える影響について検討した。【方法】尿細管上皮細胞として、犬腎臓由来のMDCKを用いた。生後1週ラットの皮下から採取した脂肪組織を1mm大に細切し、三次元コラーゲン・ゲル培養法にて培養した。その上にMDCKを播種して1週間培養した。【結果】脂肪組織片はMDCKの増殖、アポトーシスを抑制した。MDCKには細胞肥大が見られ、極性化が促進された。電子顕微鏡では、微絨毛の発達が見られた。また、タイトジャンクション構成分子であるZO-1、細胞膜局在イオン輸送分子であるペンドリン、細胞極性化関連分子であるaPKC,cdc42の発現が促進された。【考察】脂肪組織片は、MDCKの構造・機能分化を促進した。このことから、腎周囲脂肪組織は腎尿細管上皮の分化維持機構に関与することが示唆された。一方、脂肪組織は成熟脂肪細胞、前脂肪細胞、血管内皮細胞、間葉系幹細胞などから構成されている複合細胞集団である。そのため、今後は脂肪組織片のみならず、単離成熟脂肪細胞、間質血管分画細胞においても、MDCKとの相互作用の検討を行う。MDCKの機能評価として、今後、極性化関連分子の発現をリアルタイムPCRにて解析する予定である。予定していた実験のうち、Wistar ratsから採取した脂肪組織片とMDCKを1週間コラーゲン培養して、MDCK細胞の変化に焦点を置いて検討を行った。ヘマトキシリンエオジン染色、電子顕微鏡による形態学的な変化の検討を行い、免疫組織学的、生化学的手法を用いて細胞分化の蛋白発現を検討した結果、脂肪細胞が、以下のごとく尿細管上皮の増殖と分化に重要な役割を示すことが示唆された。(1)形態学的検討で、単独培養のMDCKの細胞の高さが5.9±1,5μmであったのに比べ、脂肪組織片と混合培養したMDCK細胞は高さが9.5±1.4μmと高円柱状となり、核は基底層よりに局在して極性を示した。電子顕微鏡で微絨毛や基底膜の形成が確認できた。(2)BrdU、ssDNAによる検討では、脂肪組織片がMDCK細胞の増殖能、アポトーシスは共に有意差(P<0.05)をもって抑制された。(3)細胞極性化関連分子のうち、MDCK細胞内のaPKCとcdc42は発現が強調される一方,PAR3とPTENの発現には影響は見られなかった。(4)細胞膜局在イオン輸送分子、ペンドリンは、脂肪組織片との混合培養により発現が誘導された。(5)タイトジャンクション構成分子であるZO-1も、混合培養により発現が促進された。次年度は、引き続き脂肪組織周囲に出現した間葉系幹細胞もしくは前脂肪細胞由来の紡錘形細胞を免疫組織化学で同定し、培養体中めアディポサイトカインの変化を比較検討する。本研究の目的は、脂肪組織が、腎組織の主要な機能担当細胞である尿細管上皮細胞の増殖・分化に与える影響とその制御機構を解明することである。昨年までの本研究において、尿細管上皮細胞(MDCK)と脂肪組織片との混合培養系を用いた解析により、脂肪組織がMDCK細胞の細胞肥大を誘導し、遊離面に微絨毛と基底側に基底板を有する細胞極性化を促進することを明らかにした。本年度は、これらの間質細胞とMDCK細胞との相互作用、アディポサイトカインの影響について免疫組織学的検討を追加した結果、以下の項目の知見を得た。MDCKの変化

(1)脂肪組織片との混合培養で、ウリジンの取り込み、すなわちMDCKの増殖が抑制された。(2) ssDNAの形成が抑制され、アポトーシスも抑制されることを確認した。MDCKが脂肪組織に与える影響の解析混合培養により脂肪組織preadipocyteとCD44+/CD105+の間葉系幹細胞は減少し、アディポネクチンの産生は増加した。以上の結果から、腎周囲の脂肪組織は尿細管上皮の増殖・分化に影響を与えるだけでなく、尿細管上皮の発育が、周囲の脂肪組織の分化・間葉系幹細胞の制御に関与していることが示唆された。
昆虫複眼のマスターコントロール遺伝子eyelessによる器官特異性の決定機構

これまでに昆虫の主な成虫器官である複眼,触覚,翅,肢を用いて,器官の特徴を決める多種の遺伝子の発現を,より上位で制御するそれぞれのマスターコントロール遺伝子の発現が,Notchシグナリングを中心とした共通の機構で制御されていることを明らかにしている.本研究では,この共通機構からどのようにして器官の特異性が確立するのか明らかにするために,複眼を決定するeyeless(ey)遺伝子に着目し,(1)異所的発現系を用いて,複眼と触角をそれぞれ決定するey遺伝子と,Dll遺伝子・Exd遺伝子同士による相互の発現抑制が,複眼と触角の特異性を決めることを明らかにした.そしてこの特異性発現へ向けて、背側と腹側からのシグナル(dppとDorsal)が最初の違いを生むと予想していたが、活性化型dppレセプターを用いた実験から,背側と腹側からのシグナルだけでは、その特異性発現に不十分であることを示唆した.(2)ey蛋白には,二つのDNA結合部位,ペアードドメイン(PRD)とホメオドメイン(HD)が存在するが,ミュータントey蛋白の異所的発現系を用いて、それらには機能的な違いがあり,PRDが複眼への特異性発現を誘導し,HDが他の器官への特異性発現を抑制する働きを持つことを示した.これまでに昆虫の主な成虫器官である複眼,触覚,翅,肢を用いて,器官の特徴を決める多種の遺伝子の発現を,より上位で制御するそれぞれのマスターコントロール遺伝子の発現が,Notchシグナリングを中心とした共通の機構で制御されていることを明らかにしている.本研究では,この共通機構からどのようにして器官の特異性が確立するのか明らかにするために,複眼を決定するeyeless(ey)遺伝子に着目し,(1)異所的発現系を用いて,複眼と触角をそれぞれ決定するey遺伝子と,Dll遺伝子・Exd遺伝子同士による相互の発現抑制が,複眼と触角の特異性を決めることを明らかにした.そしてこの特異性発現へ向けて、背側と腹側からのシグナル(dppとDorsal)が最初の違いを生むと予想していたが、活性化型dppレセプターを用いた実験から,背側と腹側からのシグナルだけでは、その特異性発現に不十分であることを示唆した.(2)ey蛋白には,二つのDNA結合部位,ペアードドメイン(PRD)とホメオドメイン(HD)が存在するが,ミュータントey蛋白の異所的発現系を用いて、それらには機能的な違いがあり,PRDが複眼への特異性発現を誘導し,HDが他の器官への特異性発現を抑制する働きを持つことを示した.
人物行動を伝えるための映像文法を用いた知的映像撮影・編集システムの構築

自動映像撮影・編集・提示に関して,映像編集規則の調査とその有効性の確認を行い,編集規則の再設定を行った.さらにより広い範囲に適用できるシステムの検討と構築を行った.その具体的項目を以下にあげる.(1)会話シーンの自動撮影・編集システムのための映像編集規則昨年度までに構築してきた会話シーンでの人物行動観測,映像撮影・編集を行う自動化システムを種々の面から評価し,それによる映像編集規則の再設定を行った.具体的には,このシステムに与える評価関数や制約を変えた場合の視聴者の主観評価を比較し,各評価関数や制約の効果を確認した.これにより,通常の視聴を想定した場合に妥当となるパラメータの範囲とその場合の主観的な印象を見積もることが可能になった.(2)プレゼンテーション映像の編集方法の調査と自動編集の検証視聴者の注目を集めるために話者が行う行動(注目喚起行動)に基づいてショットを切り換える編集モデルを提案してきたが,他の手法によってショット切り替えを行う場合との比較実験を行い,その長所短所等を明らかにした.あらかじめ想定された内容を説明する場合には,注目喚起行動によるショット切り替えが最も良い評価を得ること,質疑応答などのように突発的な説明をしなければならない場合には補助的なデバイス(足踏みスイッチ等)を用いた場合が良い評価を得られる場合もあることを確認した.(3)自動撮影システムの改良,汎用化これまで構築してきた自動撮影システムを様々な場所での撮影に利用できるものとするために,画像による精密な手や物体の計測を行うシステムを試作した.また,室内の広い範囲を撮影する環境カメラによるデータ取得も行い,より一般的な場面で自動撮影が可能になるようにシステムを汎用化する検討を行った.現在は,その有効性を確認している段階である.本研究では,情報学的な見地から,「効果的に情報を提示するために,どのような映像部品(単語)を用意し,どのような映像編集規則(文法)にしたがって提示すればよいか」という問題を自動化システムを構築しながら実証的に探ることを目的としている.本年度は自動映像撮影・編集・提示に関して,2種類の研究を,また,映像編集規則の調査とその有効性の確認について3種類の研究を行った.その具体的項目を以下にあげる.1.自動映像撮影・編集・提示について会話シーンの自動撮影・編集システム:昨年度までに引き続き,人物行動観測,映像撮影・編集を行う自動化システムの構築・拡張を行った.作業支援のための映像提示とユーザインタフェース:作業を支援・教示するためのマルチメディアシステムの基礎的な部分について設計した.ユーザの作業状況の認識や作業教示映像(シナリオ)とのアライメントについて研究を行い,この手法の可能性を簡単な実験により示した.2.映像編集規則の調査と有効性の確認プレゼンテーション映像の編集方法の調査と自動編集の検証:視聴者の注目を集めるために話者が行う行動(注目喚起行動)に基づいてショットを切り換える編集モデルを提案してきたが,種々の実験によって,この考え方の妥当性を検証した.プレゼンテーション映像編集方法のユーザインタフェースとしての調査:記編集の問題について,プレゼンテーションの話者がショット切り替えのトリガを出すことによって自動編集を行うという手法の妥当性を検証した.生理的計測による映像編集規則の効果の検証:脳波による視聴者の反応計測を始めた.現在のところ,テスト映像の撮影,映像試料を見せた場合の脳波計測を試行的に行い,得られた脳波計測結果の解析を行っている段階である.自動映像撮影・編集・提示に関して,映像編集規則の調査とその有効性の確認を行い,編集規則の再設定を行った.さらにより広い範囲に適用できるシステムの検討と構築を行った.その具体的項目を以下にあげる.(1)会話シーンの自動撮影・編集システムのための映像編集規則昨年度までに構築してきた会話シーンでの人物行動観測,映像撮影・編集を行う自動化システムを種々の面から評価し,それによる映像編集規則の再設定を行った.具体的には,このシステムに与える評価関数や制約を変えた場合の視聴者の主観評価を比較し,各評価関数や制約の効果を確認した.これにより,通常の視聴を想定した場合に妥当となるパラメータの範囲とその場合の主観的な印象を見積もることが可能になった.(2)プレゼンテーション映像の編集方法の調査と自動編集の検証視聴者の注目を集めるために話者が行う行動(注目喚起行動)に基づいてショットを切り換える編集モデルを提案してきたが,他の手法によってショット切り替えを行う場合との比較実験を行い,その長所短所等を明らかにした.あらかじめ想定された内容を説明する場合には,注目喚起行動によるショット切り替えが最も良い評価を得ること,質疑応答などのように突発的な説明をしなければならない場合には補助的なデバイス(足踏みスイッチ等)を用いた場合が良い評価を得られる場合もあることを確認した.(3)自動撮影システムの改良,汎用化これまで構築してきた自動撮影システムを様々な場所での撮影に利用できるものとするために,画像による精密な手や物体の計測を行うシステムを試作した.また,室内の広い範囲を撮影する環境カメラによるデータ取得も行い,より一般的な場面で自動撮影が可能になるようにシステムを汎用化する検討を行った.現在は,その有効性を確認している段階である.
水中溶存有機物の組成解析のためのバイオレスポンスプレートの開発

前年度の研究において,千葉県印旛沼流域から回収した起源の異なる有機物を湖沼水に添加した系から細菌を単離した。今年度は,これらの単離株を用いたバイオレスポンスプレートの試作を行い,溶存有機物解析への適用可能性を評価した。バイオレスポンスプレートは,酸化還元指示薬を予め添加したマルチプレートの各ウェルに,基質利用特性の異なる単離株を植種して作成した。各ウェルにろ過滅菌した試料を添加し,単離株が試料中の溶存有機物を利用して呼吸すると,酸化還元指示薬が赤く発色することから,その発色パターンに着目して,溶存有機物の特性を生物学的視点から評価することを試みた。まず,段階希釈したR2A培地を用い,バイオレスポンスプレートの感度を評価したところ,有機物濃度5mgC/lであっても良好な発色が得られた。しかし,RO膜濃縮した流入河川水試料(ウェル内濃度10mgC/l)では,(1)試料の添加によってウェル内に白色沈殿が生成し,低吸光度領域での測定が不安定になる,(2)対照系と試料添加系との差異が不明瞭,などの問題が生じた。白色沈殿は,濃縮試料中の硬度成分が,酸化還元試薬と反応して生成することが判明したため,陽イオン交換樹脂による脱塩で解決した。環境試料中の溶存有機物に対する単離株の呼吸活性を高めるために,細胞内貯蔵物質・細胞外ポリマーを消費させるスタベーションを事前に試みた。この結果,β-Proteobacteriaに属する一部の株では,環境試料に対する応答を検出できたが,全体的には呼吸活性は依然として弱く,流入河川水を添加した系列から単離した株であっても呼吸活性を示さない等の問題点が残った。今後の研究開発の方向性としては,単離株の代謝特性に基づいたバイオレスポンスプレートの改良と平行して,有機物利用に関わる機能遺伝子等に着目した遺伝子ベースのバイオレスポンスプレートの作成などが考えられる。千葉県印旛沼流域から回収した起源の異なる有機物を湖沼水に添加し,PCR-DGGEによる微生物群集構造の解析と菌株の単離を行った。また,単離株の基質利用特性を調べた。DGGEの結果からは,以下のことが明らかとなった。1)異なる流入河川水有機物を添加した3種類の系列では,DGGEのバンドパターン変化が類似していたことから,外来性有機物に対する初期の微生物群の利用には共通性があることが推測された。2)アシの腐植質を添加した系列では,河川水有機物の系列とは異なるバンド(Comamonadaceae科の細菌の配列に近縁)が確認され,有機物の種類に応じて特定の細菌が代謝を担うことが示唆された。3)市販フミン酸を添加した系列のDGGEバンドパターンは,対照系と大きな差異がなく,短期間では微生物群に影響を与えないことがわかった。単離操作により,合計74種類の菌株を得ることができた。単離された細菌のいくつかはDGGEゲル上の特徴的なバンドに対応していたが,単離元の系列とDGGEゲル上の出現系列とは必ずしも一致していなかった。また,これらの単離株の基質利用特性をBIOLOG GN2プレートを用いて評価した結果,同じ系列から単離された株の基質利用特性は類似している場合もあったが,全体としては必ずしも明瞭に対応しているわけではなかった。高濃度基質条件下にあるBIOLOGプレートにより評価されるものは,潜在的な基質利用能であって,実際の代謝特性を反映していない可能性がある。今後は現場に近い有機物レベルにおけるこれらの細菌の代謝特性を利用して,生物学的視点から溶存有機物の評価を試みる予定である。

今後の研究開発の方向性としては,単離株の代謝特性に基づいたバイオレスポンスプレートの改良と平行して,有機物利用に関わる機能遺伝子等に着目した遺伝子ベースのバイオレスポンスプレートの作成などが考えられる。
低英語力の大学生に対するアクティブ・ラーニング型教授法の構築とその効果の検証

研究Iではアクティブ・ラーニング授業の形成にリフレクションカードを複数クラスに導入した。学習者は学期を通して学習進捗を記録し、教師はフィードバックを記載して返却した。結果、カードがないクラスより相乗的に向上しようとする意識、教え合おうとする姿勢が高いことが判明した。個々の学習を促すことを意図した教育的介入がクラス全体のアクティブ・ラーニングに繋がることが推察された。研究IIでは新しい質的研究法のTEMを用いて、教師のフィードバックが学習者の自己調整学習の促進に影響を与えていることが明らかとなった。初期は特に認知方略に、そして時間経過とともにその効果は動機づけ方略に波及したことが捉えられた。本研究は英語力の低い大学生(LP)に対するアクティブ・ラーニング型(AL型)の教授法の枠組みを構築することを目的としている。H26年度は、これまでの研究によってLPに対するAL型授業を効果的にすると推測された5つの仕掛けを授業で実行するために、協同学習の技法を導入した講義を5クラスで各30回実施した。LPに対する授業において、意欲の維持に効果的であると考えられたフィードバックカードの効果を確かめるために、同学年、同レベル、同教科書使用の2クラスのうち、1クラスには当該カードを使用しなかった(カードを除く他の条件-進度、指導法、課題内容など-はすべて同一)。また、AL型が教師の独善的なものではなく、学生(間)において自主性、積極性が生じているかを測るために、協同学習が成立する要素(相互依存、相互交流、個の2つの責任、振り返り、平等性)を基にしたアンケートを作成し実施した。アンケートに関して、予備調査(AL型ではないクラスにも実施)のデータでの因子分析では、1要素が別の要素に統合され4要素が抽出されたが、AL型を実施したクラスでは2要素(平等性のある相互交流、相互向上意識)に集約された。良い協同学習では5つの要素が密接に関連する必要があるので、AL型を導入したクラスではその作用が起こり、2因子に集約されたと考えることができる(相関係数.89)。フィードバックカードの有無に関して、使用しなかったクラスでは、上記で見出された両方の2因子に対して否定的姿勢を取る学生の割合が使用クラスよりも高く、当該カードのLPに対する必要性が再確認された。英語力については、年度初め、年度末の公開テストにおいて、カード未使用クラスのみ低下する結果であった。直接的な因果関係は現段階では言及できないが、LPに対するAL型授業におけるフィードバックカードの重要性を推定する事象の1つとなったと考える。本研究は、英語力と動機づけの低い大学生に対するアクティブ・ラーニング型の英語教授法の枠組みを構築することを目的としている。H26年度に引き続き、英語力と動機づけの低い大学生で構成される2クラス(1クラス平均27名構成)に対して、年30回のアクティブ・ラーニング型の授業を行った。昨年度の研究において、英語学習に消極的な学習者を前向きの姿勢で授業に参加させるには、学習活動の技法をどのように導入、工夫するかということよりも、どれだけ自分で振り返らせ、学習を前に進めさせるかという教授的介入の方が大きく作用することが見出されたため、今年度は振り返りを促すためのフィードバックカードを2種類試した。カードに記入するように指示した内容によって、また教師からフィードバックの有無によって、振り振り返りの内容および学習への積極的参加の姿勢が変わるのかを調べた。前者および後者のカードにおいて、学習者の記載内容にはそれぞれ特徴が見受けられたが、カードの内容に関わらず、当該対象者は学習を効果的に進めるために必要な振り返りの方法に慣れていないことが推測された。そこで、10回目の授業以降、振り返りの方法について教師が介入的に指導し、また1クラスにおいては、教師からのフィードバックコメントをカードに毎週記載することにした。年度末に、両クラスから無作為に2ペアずつ、計8人のカードを選び、学生のコメント内容をグラウンディッド・セオリー・アプローチによって分析したところ、教師コメントが介入したペアの方が、ペア間の協同学習が活発になり、また次週に向けての自主的学習が促進されたことが確認された。本研究が対象とするような学習者群に対しては、振り返り自体への教師の介入が、学習者の授業における学習の活動性を高め、自主的学習を誘因するのではないかという推察を得るに至った。1年目の研究結果によって、当初予定と着目する点が多少異なってきたため、調査内容に変更が生じ、そのため新規に文献調査等する必要があり、計画よりはやや遅れているが、最終的に目指すゴールは同じであり、そこに向かって進捗しているため、(2)おおむね順調に進展していると判断する。本研究は、英語に苦手意識を持ち実際に英語力が高くない大学生学習者に対して、アクティブ・ラーニング型の英語授業を通じて自己効力感を感じさせ、動機づけを高めることを目的として行われた。過去の研究において、AL型授業を通じての動機づけ向上には、学生自身がフィードバックカード(FBカード)を用いて友人と振り返り活動を行うことが有効だと示唆されたため、初年度はAL型授業の実施に際して、FBカードの有無による学生間の自主的、積極的学習態度の変化を調査した。結果、FBカード有りのクラスの学習者間には、平等性のある相互交流と相互的に向上する意識の所持が見られたのに対し、無しのクラスでは大変の学生にそのような変化は見られなかった。学生がAL型授業を受講したとしても、視覚的、継続的な振り返りの機会が不足していると、自ら積極的に学習に取り組む姿勢は低いことが推測された。次年度は、FBカードに提示する振り返り項目内容によって、学生の振り返りの内容や程度に差があるかを調査した。

その結果、提示の項目内容に関わらず英語が苦手な学習者の振り返り方法は未熟であることが判明した。しかしながら、その状況は振り返り方法に対する教師の教育的介入により改善することと、振り返り力の向上と共に、学生は授業でより自主的にAL型の学習活動に取り組むことが確認された。最終年度は学生の学習への自主的従事を意図し、教師からの形成的なフィードバックの影響を調査した。学習目標設定、学習方法の計画などに定期的に教師が関わることにより、学生の自己調整学習力が漸次的に向上することが判明した。またそれにより、自己効力感と内発的な動機づけも相乗的に上がることが確認された。本研究は今後、学生の自己調整学習力に対する形成的フィードバックの観点からの研究に発展させ、学生に真のアクティブ・ラーニング力をつけさせる指導方法の開発を行いたいと考える。研究Iではアクティブ・ラーニング授業の形成にリフレクションカードを複数クラスに導入した。学習者は学期を通して学習進捗を記録し、教師はフィードバックを記載して返却した。結果、カードがないクラスより相乗的に向上しようとする意識、教え合おうとする姿勢が高いことが判明した。個々の学習を促すことを意図した教育的介入がクラス全体のアクティブ・ラーニングに繋がることが推察された。研究IIでは新しい質的研究法のTEMを用いて、教師のフィードバックが学習者の自己調整学習の促進に影響を与えていることが明らかとなった。初期は特に認知方略に、そして時間経過とともにその効果は動機づけ方略に波及したことが捉えられた。研究過程において観察された事象、測定された結果により、当初計画と実行順序が入れ替わる、また新規に調査する事項が生じたが、3年間における計画スパンで見れば大きく遅滞するものではないため、おおむね順調に進展していると評価する。英語力と動機づけの低い大学生英語学習者が積極的姿勢で授業に臨むかどうかは、毎回の授業における目標を学習者自身がいかに明確に認知し、授業内の学習活動がそれに連動していることを理解するかが鍵であることが分かってきた。よって、当初計画では、授業中のどのような仕掛けやアクティブ・ラーニングを促す学習活動・技法が学習者の学習活動を高めるかという観点から研究が出発したが、仕掛けの中の特に「振り返りを促す介入」に焦点を当てて研究を進めていくこととする。来年度は研究の最終年度であるため、振り返りを促す教育的介入の視点から、低英語力の大学生に対するアクティブ・ラーニング型の授業法に関して、調査し、効果を検証し、研究成果をまとめることとする。英語教育学計画書に記したように、H27年度もAL型での大学英語授業を実施し、その効果を測定する。H26年度の実践を踏まえ、修正すべき点等は改善を図る。計画書では本研究の授業形態をAL型という用語で集約していたが、より具体的な教授法の提示を図るため、昨年度に引き続きAL型に含まれる協同学習を主に実践することとする。計画にあるように、LPを対象とした授業で有効なアクティビティ(協同学習の技法)を確かめ、1授業のモデルフローの原案を立てることにする。
ユビキタス環境における統合型日本語教育支援システムの地球規模の公開実験と評価

本研究では、いつでも、どこでも、だれにでも、手軽に、繰り返し利用可能なユビキタス環境における日本語教育支援システムを開発し、地球規模の公開運用実験と評価を行った。このシステムでは、連合漢字学習、手書き漢字入力を用いた辞書検索、漢字文章読解、特殊拍や単語アクセントの聞き取り、日本留学模擬試験、United Linksなどの支援機能を有している。漢字クイズの約1年間の公開運用実験の結果、iPhoneやiPod Touchから約16%の利用があり、ユビキタス環境での学習支援システムが益々重要になってきていることが分かった。本研究では、いつでも、どこでも、だれにでも、手軽に、繰り返し利用可能なユビキタス環境において、日本語教育支援システムを開発し、地球規模の公開運用実験と評価を行った。インターネットを利用した日本語教育支援システムの地球規模の無料公開運用実験として、特殊拍や単語アクセントの聞き取りのLESSON/J、および、日本留学模擬試験のiCampusシステムの公開運用実験を引き続き行った。ユビキタス環境における漢字教育サイトとして、Associative Kanji Learningのサイトを、2008年2月1日から公開実験として開始した。このサイトは、パソコンばかりでなく、Apple社のiPhoneやiPod Touchなどのモバイル環境からもアクセスできるGUIインタフェースとした。次年度は、クイズなどの機能を加えてより学習し易いシステムに改良していく予定である。さらに、iCampusの日本留学試験に加えて、日本語プレースメント試験システムを開発し、留学生のクラス分けに実際に応用した。このシステムは、自動採点機能を有しているため、試験終了の数時間後に能力別クラス分け結果を発表でき、非常に有効であることが分かった。次年度は、試験問題等をより改良すると共に、アチーブメント試験システムへ拡張していく予定である。なお、今年度、日本語特殊拍、単語アクセント、イントネーションなどの発音評価は、プロトタイプシステムの開発が完了したので、次年度は、公開実験による評価へと発展させていく予定である。本年度は、特に、ユビキタス環境における漢字教育支援に重点を置いて研究を行った。また、非漢字圏の日本語学習者が、漢字の読みや意味ばかりでなく、部首や画数も分からない場合でも、漢字や辞書を引き易やすくするため、Ajaxを用いたWeb版手書き漢字認識システムによる漢字や辞書の検索の機能を追加し、2008年12月24日から公開実験を開始した。このシステムは、1日あたり約50漢字の入力に利用されている。なお、従来の日本語教育支援として、特殊拍や単語アクセントの聞き取りのシステムLESSON/J、日本留学模擬試験システムのiCampus、および、世界中の学習支援サイト情報システムのUnited Linksは、昨年度に引き続き公開し利用されている。本年度は、特に、ディジタル世代の学習者に対する漢字学習支援に重点を置いて研究を行った。具体的には、ディジタル世代の学習者は、ポッドキャストなど先進的な学習コンテンツを用いてユビキタス環境で学習することに興味を持っており、また、非漢字圏の日本語学習者は、漢字の成り立ちや構成要素を物語などと組合わせて学習させることが、漢字の定着率が高くなると考えられる。このため、例えば、「母」の漢字では、「女は子供ができて母になります。母は女の字からできています。中の点々は赤ちゃんの頭とおしりです。真ん中の線は子供を優しく抱いている母の手です。意味と使い方は、はは、おかあさんです。」のように、漢字の物語をアニメーションで作成し、物語のナレーション音声とひらがななどの字幕を重畳して再生できるWeb上のオンライン利用と、ポッドキャストのオフライン利用の両方が可能な初級者用の144個の漢字アニメーシオンフコンテンツを作成した。なお、従来の日本語教育支援として、特殊拍や単語アクセントの聞き取りのシステムLESSON/J、日本留学模擬試験システムiCampus、および、世界中の学習支援サイト情報システムのUnited Linksなどは、昨年度に引き続き公開し、地球規模で利用された。
ヒグス粒子探索のためのタウ・トリガーの開発

ヒグス粒子特にSUSYヒグス粒子は大きな分岐比でタウ粒子に崩壊するので、トリガーの段階でタウ粒子を同定することはヒグス粒子探索に非常に有効である。CDFにおいてタウ・トリガーを実現し実際のデータに適用した。ATLASでタウ・トリガーに利用可能なシリコン検出器を開発し、シミュレーションによりタウ・トリガーを開発した。LHCでのATLAS実験用に我々が開発したシリコンストリップ検出器のビームテストを昨年に引き続き行い、タウの娘粒子のインパクトパラメータを測定できると考えられるトラッキング性能を得た。位置分解能のみならず放射線損傷、読み出し速度の面でもタウ・トリガーの要求を満たす。ATLAS検出器は建設途中であるので実際にトリガーを作ることはまだ出来ない。シミュレーションによる開発を進めた。レベル1とレベル2のトリガーにおいては、シリコンストリップ検出器の出力は時間的に間に合わないので、コーンアルゴリズムによりカロリメータの信号を処理してタウ・トリガーを作る。シリコンストリップ検出器の信号は後のレベルのイベントフィルターで用いる。タウ粒子の崩壊の特徴である独立したトラック、有限の崩壊長をシミュレーションにより再現し統計的手法により、タウ粒子崩壊の際のインパクトパラメータ、ジェットの内部構造や形など数種のパラメータを複合的に検討し、タウ・トリガーの最適条件を求めた。この際kTアルゴリズムを用いた。前年度開催した「広島ヒグス研究会」が大変好評でATLAS、CDFの実験グループと理論研究者から是非また開いて欲しいとの要請を受け、また、本研究にも非常に有益であると判断したので、全国のヒグス物理の第一人者を集めて第二回目の「広島ヒグス研究会」を催した。本研究をヒグス物理の中にしっかり位置付けることが出来たと同時に参加者からは高い評価を得た。欧州合同原子核研究機構で建設中のLHC加速器を用いるATLAS実験にタウ・トリガーを実現することを目指して、本研究を開始した。ソフトウエアの面からは、ヒグス粒子がタウ粒子に崩壊するモードに於いてシミュレーションを行い、タウ粒子同定の最適条件またそれがトリガーで実現できるか否かを探った。先行して既に実験が始まっている米国フェルミ国立加速器研究所のCDF実験ではタウ粒子同定に本腰を入れて取り組んでいる。我々は、この成果をATLAS実験のタウ・トリガーに取り入れることが出来るようCDFと協方して研究を進めた。ハードウエアの観点からは、我々が豊富な経験を持っているシリコンストリップ検出器の性能を最大限に発揮させ、トラッキングの質の向上、インパクトパラメータの分解能の向上に主眼を置いた。それはタウ粒子の大きな特徴である独立したトラック、有限の崩壊長をタウ・トリガーに利用するためである。欧州合同原子核研究機構に於いてATLAS実験用のシリコンストリップ検出器のビームテストを行った。放射線損傷を受けた検出器および受けていない検出器をテストした。岩田が主催して「広島ヒグス研究会」を開き全国のヒグス物理の第一人者と研究交流をおこない、本研究に非常に有益であったと同時に参加者からも高評を博した。
H.フロイデンタールの後期数学教育論の形成過程を踏まえた体系的再構成

新学習指導要領(平成29年告示、平成30年告示)の実施に向けて、算数・数学科においては、現実の世界からの数学化と数学の世界における数学化を含む「算数・数学の問題発見・解決の過程」の具体化や、この過程を授業において実現する手立ての具体化が求められている。本研究は、現実の数学化さらには数学の数学化という一連の数学化を数学の特質ととらえ、この活動を数学の学習教授過程において実現する原理や方法を追究したハンス・フロイデンタールの後期数学教授論を体系的に再構成し、その特質を明らかにすることを目的としている。平成30年度は、第1に、フロイデンタールの後期数学教育論における教授原理の解明に取り組んだ。数学の構造をカリキュラム編成の指針としないこと、アルゴリズムの学習について漸進的数学化による統合が目指されていること、フロイデンタールの教授原理の形成に、彼がその初代所長を務めたユトレヒト大学数学教育開発研究所(IOWO)の研究員からの影響がみられることなどが明らかになった。第2に、フロイデンタールの後期数学教育論に基づく"Realistic Mathematics Education"(RME)や「デザイン研究」の意義について検討した。RMEや「デザイン研究」には、「数学的活動」や「算数・数学の問題発見・解決の過程」を実現する算数科・数学科の授業実践の解明と変革を、教育の方法という観点から迫る研究方法論としての今日的意義があることが確認された。第3に、フロイデンタールの後期数学教育論とRMEに基づく教材として、ユトレヒト大学フロイデンタール研究所(FIsme)により開発された教材を分析した。分析した教材は、図形および分数を内容とするものであり、視覚の現象をはじめ現実感のある現象や、記号化や数学化がなされていない問題が扱われていることなどの特質が確認された。フロイデンタールの後期数学教育論における教授原理について、彼の教育論に基づくRMEや「デザイン研究」の意義や教材についてなど、おおむね予定通り実施することができた。フロイデンタールの主著の分析が今後も主な研究活動となるが、RMEやそれに基づく教材等の検討も引き続き行い、フロイデンタールの後期数学教育論とその展開について明らかにしていきたい。次期学習指導要領改訂に向けて,算数・数学を学習する楽しさや学習する意義の実感等についてさらなる充実が求められ,実社会とのかかわりを意識した算数的活動・数学的活動の充実等を図っていくことが求められている.本研究は,実社会とのかかわりを意識した算数的活動・数学的活動を取り入れた算数・数学の授業の原理と方法を追究することをモチーフとし,今日のそのような数学教育の世界的動向の基盤の一つであるハンス・フロイデンタールの後期数学教育論を体系的に再構成しその特質を明らかにすることを目的としている.平成27年度は,フロイデンタールの後期数学教育論の全体像を暫定的であれ捉えることを目指し,関連する文献や資料を収集・整理し分析した.彼の後期数学教育論の解明には,『数学的構造の教授学的現象学』(1983)および『数学教育再訪』(1991)の分析がまずもって求められ,これらの文献をもとに,彼の後期数学教育論においては,数学論がさらに踏み込んで現象学的に展開されていること,教授原理の全体的な整理がさらに目指されたこと,数学教育の理論と実践を踏まえた数学教育学論が展開されていることなどが確認された.また,フロイデンタールの後期数学教育論をなす"Realistic Mathematics Education"(RME)の実践について,ユトレヒト大学フロイデンタール研究所(FIsme)の取り組みをも踏まえて検討した.フロイデンタールの後期数学教育論に関する文献や資料を収集・整理し分析することで,彼の後期数学教育論を暫定的であれ全体的にとらえることができ,当初の予定通り進めることができた.次期学習指導要領の実施に向けて、算数・数学科においては、現実の世界からの数学化と数学の世界における数学化を含む算数・数学の学習過程の具体化や、そうした学習過程を授業において実現する手立ての具体化が求められている。本研究は、現実の数学化さらには数学の数学化という一連の数学化の活動を数学の特質ととらえ、この活動を数学の教授・学習において実現する授業の原理や方法を追究したハンス・フロイデンタールの後期数学教育論を体系的に再構成し、その特質を明らかにすることを目的としている。平成29年度は、第1に、フロイデンタールの後期数学教授論を基礎付ける彼の陶冶観の解明に取り組み、フロイデンタールが新人文主義の陶冶を教育目的とし、数学による陶冶実現を追求していたことを確認した。彼の数学教授論において数学化が重視された背景には、陶冶こそが教育目的であり、自らの活動によってのみ文化を獲得し教育された人になることができるという彼の認識があることが明らかになった。第2に、フロイデンタールの教授学的現象学や、彼の後期数学教育論に基づく"Realistic Mathematics Education"(RME)とその意義について、特にそれらの数学的対象論が算数・数学科授業実践における意義について検討した。教授学的現象学やRMEによって、学習者の多様なモデルを活かした主体的・協働的な学びや、数学学習の意義や数学の必要性の実感につながる数学的活動の充実をもたらしうることが確認された。第3に、フロイデンタールの後期数学教授論とRMEに基づく教材として、ユトレヒト大学フロイデンタール研究所(FIsme)により開発された教材を分析した。現実の世界における判断において数学がその根拠を与えることを探究に基づく学習を通じて学習者が気づき,数学を学ぶ意義や数学の必要性を実感しうる教材であることが確認された。

フロイデンタールの陶冶観について、陶冶観と数学教授論との連関について、教授学的現象学とその意義についてなど、おおむね予定通り実施することができた。平成29年度告示学習指導要領の実施に向け、算数・数学科においては、現実の世界からの数学化と数学の世界における数学化を含む「算数・数学の問題発見・解決の過程」の具体化や、その過程を授業において実現する手立ての具体化が求められている。本研究は、現実の数学化さらには数学の数学化という一連の数学化を数学の特質ととらえ、この活動を数学の学習教授過程において実現する原理や方法を追究したハンス・フロイデンタールの後期数学教育論を体系的に再構成し、その特質を明らかにすることを目的としている。平成29年度は、第1に、フロイデンタールの後期数学教授論を基礎付ける彼の科学観の解明に取り組んだ。フロイデンタールが、科学を、門戸が開かれ現実と関連し一貫した態度でなされる人間活動と認識し、科学をこうした人間活動とみる科学観が彼の数学教授論において数学化が重視された背景にあることなどが確認された。さらに、こうした彼の科学観に基づく数学教育の科学の萌芽を目指す学問論的内容にフロイデンタールの数学教育論の特質があることが明らかになった。第2に、フロイデンタールの後期数学教育論に基づくRMEとその学習教授過程や「デザイン研究」について検討した。RMEは数学教授の6つの原理や学習教授過程構成のための教授設計法である「創発的モデル化」を含んでおり、RMEによる学習教授過程の特質として、学習者が数学を用いるとともに多様な数学的洗練をする機会をもたらすことが確認された。第3に、フロイデンタールの後期数学教授論とRMEに基づく教材として、ユトレヒト大学フロイデンタール研究所(FIsme)により開発された教材を分析した。分析した教材は、運動生理学者がクライアントの身体コンディションを向上させるための心拍数についての統計的手法に関するものであり、数学学習の意義や数学の必要性を実感しうる教材であることなどが確認された。フロイデンタールの科学観や数学教授論について、後期数学教育論に基づくRMEとその学習教授過程や教材についてなど、おおむね予定通り実施することができた。新学習指導要領(平成29年告示、平成30年告示)の実施に向けて、算数・数学科においては、現実の世界からの数学化と数学の世界における数学化を含む「算数・数学の問題発見・解決の過程」の具体化や、この過程を授業において実現する手立ての具体化が求められている。本研究は、現実の数学化さらには数学の数学化という一連の数学化を数学の特質ととらえ、この活動を数学の学習教授過程において実現する原理や方法を追究したハンス・フロイデンタールの後期数学教授論を体系的に再構成し、その特質を明らかにすることを目的としている。平成30年度は、第1に、フロイデンタールの後期数学教育論における教授原理の解明に取り組んだ。数学の構造をカリキュラム編成の指針としないこと、アルゴリズムの学習について漸進的数学化による統合が目指されていること、フロイデンタールの教授原理の形成に、彼がその初代所長を務めたユトレヒト大学数学教育開発研究所(IOWO)の研究員からの影響がみられることなどが明らかになった。
新製品開発のための新型高効率超微粒子噴霧ノズルの開発研究

短時間で数ミクロンの微粒子を大量に製造できる新型噴霧乾燥用ノズルの開発を行い、以下の結果を得た。1.直径51mmの新型四流体サークルノズルを開発し、本校開発のナノスパーク光源により空気及び噴霧流を可視化し、噴霧流中に発生する衝撃波と微粒化の進行過程を初めて撮影した。2.サークルノズルの一部(細い扇型)と考えられるフラットノズルと新型のペンシルノズルを開発し、レーザ光散乱式粒度分布測定器により噴霧液滴粒径を測定した結果、以下の特性が得られた。(1)液滴粒径は空液比が大きくなるにつれ、また噴霧空気圧力が高くなるにつれ小さくなる。(2)液滴粒径は噴霧液量が多くなるにつれ、またノズルから離れるにつれ大きくなる。(3)液滴平均粒径(SMD)は最小4ミクロンから任意に大きくできる。また20000cPの高粘度まで噴霧が可能であり、微粒子製造の高効率化が期待できる。(4)新型ノズルは市販の外部混合式ノズルに比べ、粒径、粘度特性において優れている。(5)新型ノズルの粒径分布はシャープである。3.新型噴霧乾燥機を実験室用(蒸発量3kg/h)からプラント用大型機(10300kg/h)まで設計・製作して性能を測定した結果、ノズルエッジ(出口)の形状が同じ場合、ほぼ同じ噴霧特性が得られた。これにより、ノズルの相似則が確認された。4.開発された新型噴霧乾燥機は既に数台市販され、好評である。短時間で数ミクロンの微粒子を大量に製造できる新型噴霧乾燥用ノズルの開発を行い、以下の結果が得られた。1.直径51mmの新型四流体サークルノズル(空気スリット0.12mm、液スリット0.2mm、エッジ長4.8mm、液体流動面長2.3mm)を製作し、本校開発の超高速スパーク光源を使用して、シャドウグラフ法、シュリーレン法により、空気圧力0.350.7MPaGの超音速不足膨張流れを可視化し、ノズル出口におけるエッジ斜面上の斜め衝撃波の発生と、両斜面からの噴流の衝突による衝撃波の発生および液体の微粒化過程を全体写真により観測した。従来の二流体噴霧ノズルで噴霧流中の衝撃波を可視化した例はほとんどない。2.小型のサークルノズル、フラットノズルと新開発のペンシルノズルを製作し、レーザー光散乱式粒子分布測定器により噴霧液滴粒子径を測定した結果、以下の噴霧特性が得られた。(1)液滴粒径は空液比が大きくなるにつれ、また空気圧力が高くなるにつれ小さくなる。(2)空気圧力0.5MPaG、空気流量551/min、液量10g/minの場合、ザウター平均径で5ミクロンの微粒子が得られた。(3)液滴粒径は噴霧液量が多くなるにつれ、またノズルから離れるにつれ、大きくなる。(4)ノズルエッジ(ノズル出口)の形状が同じ場合、ほぼ同じ噴霧特性が得られるので直径の大きなサークルノズルを製作することにより噴霧量を任意に拡大できる。(5)粒径分布はシャープである。3.空気圧力特性より、衝撃波の強さの影響が推測されるが、今後小型フラットノズルとペンシルノズルを使って、噴霧流の超拡大写真を撮影し、衝撃波面を通過するごとに液体がどう微粒化されているかを詳しく調査する。またノズルの相似則を求めることも今後の課題である。今年度は小型のフラット及びペンシルノズルを開発し、その微粒化特性を精密に調査するとともに、昨年度の成果を基に、ノズルの相似性に基づいて種々の容量のノズルおよび噴霧乾燥機の市販用プロトタイプを製作し、以下のような結果が得られた。

1.直径40mmの新型ペンシルノズル(空気スリット0.15mm、液スリット0.25mm、中心気体路φ0.5mm)を製作し、シャドウグラフ法、シュリーレン法により、空気圧力0.20.6MPaGの超音速不足膨張流れを可視化し、ノズル出口におけるエッジ斜面上の斜め衝撃波の発生と、両斜面からの噴流と中心流の衝突による衝撃波の発生および液体の微粒化過程を全体写真により観測した。液体は外エアーにより引き延ばされ、先端の中心流との衝突で微粒化されることが分かった。またノズル先端から約10mmでほぼ完全に微粒化されることも明らかになった。空気圧力0.6MPaG、空気流量100Nl/min、水液量10100g/minの場合、ザウター平均径で47ミクロンの噴霧微粒子が得られた。2.フラットノズルとペンシルノズルを用い、省エネルギー・高効率噴霧乾燥機を念頭に市販最優秀ノズルと比較して高粘度液体の噴霧液滴粒子径を測定した結果、以下の噴霧特性が得られた。(1)低粘度液体(3000cP以下)では新型と市販品の微粒化性能にはあまり差は無かった。(2)高粘度液体(3000cP以上)では新型ノズルの場合、噴霧粒子径は市販ノズルの粒子径より小さく、また液量範囲も広く長時間詰まる、こともなく、20000cPの高粘度まで微粒化できた。高圧ポンプおよび滑らか配管により更に高い粘度の液体も微粒化できる。3.研究と平行して、噴霧乾燥機を実験室用(蒸発液量3kg/h)からプラント用大型機(10300kg/h)まで設計・製作し、一部は既に稼働しており、実用に供している。