hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CVD炭化珪素基inーsitu複合セラミックスの極局所構造解析

セラミックスに要求される特性はますます高度化し,複合化によって新しい高機能材料を得ようとする試みに関心が高っている.特に, nm(=10^9m)程度のきわめて微細な分散構造を有する複合材料,いわゆるナノ・コンポジットは新しい材料として注目を集めている.本年度はSiーTiーC系に着目し, SiCとTiCがnmの大きさで分散,複合化した材料を合成し,その構造および特性を明かにすることを目的とした.本研究では, SiCl_4,TiCl_4,CCl_4およびH_2ガスを原料とし,CVD法により黒鉛基板上に板状のSiC/TiC複合セラミックスを合成した.合成温度(Tdep)は13001800°C,炉内全圧力(Ptot)30760Torrとし,原料ガスの濃度比を種々変化させた.SiC/TiC複合セラミックスの得られる最適合成条件を明らかにし, SiC/TiCの組成比が0から1の範囲の任意の値を有するものが得られた.特に, Tdep=1573k, Ptot=300Torrで合成されたTicをマトリックスとし,10μm程度の大きさのSiC分散相を約20wt%含む複合セラミックスではIM(Indentation Microfracture)法による破壊靭性値K_<IC>が10MMP^<1/2>以上の値を有することがわかった.この値はホットプレス法で成形されたSiC/TiC複合セラミックスの34倍の値である.従ってこの複合セラミックスは新しい高靭性セラミックスとして有望である.また, Tdep=1573K,Ptot=30Torr,SiCl_4/(SiCl_4+TiCl_4)=0.60.7の条件では, SiCとTiCが互いに数nmの大きさで複合化していることが,透過型電子顕微鏡観察および微小部分析の結果から明かになった.このSiC/TiCナノ・コンポジット中ではTiCのCが3倍周期で規則的に抜けた長周期構造が認められ, SiCの格子定数も0.0005nm収縮していることがわかった.このSiC/TiCナノ・コンポジットは優れた電気伝導性を有する反面, SiC/TiC界面での構造の乱れから熱伝導が小さい.これらの性質を利用して新しい熱電素子としての応用が期待されることがわかった.新しい機能の発現を複合化によって求める場合、マトリックス(M)と分散相(F)の界面は重要な働きをする。従来のセラミックスにおける複合化では、Fの大きさは粒界の大きさのレベル即ち数μm程度が限界であり、この場合その機能にはMとFの各性質には加成性がみられ、複合則が成り立つ。しかし、Fの大きさが数100Å程度になると複合則では予期されないような機能が現われる。これはM/F界面の効果である。本研究では通常行なわれているMとFを混合する複合化ではなく、原料に気体を用いる化学気相析出(CVD)法によりFの大きさが数10数100Åの均一な分散構造を有する複合セラミックス(in-situ複合セラミックス)を合成することを試みた。本年度試みた系は、Si-C系,Si-C-Ti系,Si-C-B系である。いずれの系でもマトリックスはSiCであり、分散相はそれぞれC,TiC,Bである。合成に用いた原料はSi【Cl_4】蒸気,【H_2】ガス,Ti【Cl_4】蒸気,B【Cl_3】蒸気である。分成温度(Tdep)は1300°1800°C、炉内全圧力(Ptot)は30760Torrの範囲で変化させ、原料ガスの濃度比も種々変化させた。SiCにわずかなCを複合化したSiC-C系in-situ複合セラミックスでは、耐摩耗特性が一般のSiCより特に優れていることを見い出し、セラミックエンジン用シリンダー内壁材料として有望であることを明らかにした。この材料の微細構造については高分解能TEMで調べ、他に見られない積層欠陥が多量に存在することを認めた。またSiC-B系in-situ複合セラミックスでは、破壊靭性値がBを含まないものと比べて約2倍の値(約6MN/【m^(3/2)】)が得られ、高強度高靭性セラミックスとしての応用が期待される。しかしこの材料中でのBの存在状態についてはまだ確定されるには至っていない。SiC-TiC系in-situ複合セラミックスではTiC粒が微細分散していることを見い出し、各々の結晶格子間の整合性について検討を行なっている。近年セラミックスに要求される性能はますます高度化し、単一相からなる材料によってそれらの要求を満足するのは困難になりつつある。そこで、複合化によって新しい高機能材料を得ようとする試みに関心が高まっている。新しい機能の発現を複合化によって求める場合、マトリックス(M)と分数相(F)の界面は重要な働きをする。従来のセラミックスにおける複合化では、Fの大きさは粒界の大きさのレベル(数μm程度)が限界であり、この場合その機能にはMとFの各性質には加成性が認められ複合則が成り立つ。しかし、Fの大きさが数100【A!゚】程度になると複合則では予期されないような機能が現われる。これはM1F界面の効果である。本研究ではCVD法により、Fの大きさが数10数100【A!゚】の均一な分散構造を有する複合セラミックス(in-situ複合セラミックス)の合成を試みてきた。

本年度は主に、Si【Cl_4】Ti【Cl_4】,C【Cl_4】,【H_2】グスを原料としてSiC-TiC複合セラミックスの合成を行ない、その生成機構の熱力学的解析,微細構造の解明,諸性質の測定に関する研究を行なった。まず、生成機構の熱力学的解析では、コンピューターシュミーレーションにより、種々の合成条件でどの様な生成物が得られるかを予測し、実験との対応関係を調べた。その結果、コンピューターによる計算は実験結果とよく対応し、CVDによるSiC-TiC複合セラミックスの生成機構の解明に有効であるとともに、新らたなSiC基複合セラミックスを合成する際の最適合成条件の選定に有効な知見を与えてくれることがわかった。また、SiC-TiC複合セラミックスの微細構造を、X線回析,WDX,TEMなどを用いて調べ、SiC基中に分散するTiC相の構造、形状及びSiC-TiC界面の構造を明らかにした。さらに、SiC-TiC複合セラミックスの破壊靭性値の測定を行ない、SiCの高靭化にとってTiCの添加が有効であることを明らかにした。セラミックスに要求される特性はますます高度化し,複合化によって新しい高機能材料を得ようとする試みに関心が高っている.特に, nm(=10^9m)程度のきわめて微細な分散構造を有する複合材料,いわゆるナノ・コンポジットは新しい材料として注目を集めている.本年度はSiーTiーC系に着目し, SiCとTiCがnmの大きさで分散,複合化した材料を合成し,その構造および特性を明かにすることを目的とした.本研究では, SiCl_4,TiCl_4,CCl_4およびH_2ガスを原料とし,CVD法により黒鉛基板上に板状のSiC/TiC複合セラミックスを合成した.合成温度(Tdep)は13001800°C,炉内全圧力(Ptot)30760Torrとし,原料ガスの濃度比を種々変化させた.SiC/TiC複合セラミックスの得られる最適合成条件を明らかにし, SiC/TiCの組成比が0から1の範囲の任意の値を有するものが得られた.特に, Tdep=1573k, Ptot=300Torrで合成されたTicをマトリックスとし,10μm程度の大きさのSiC分散相を約20wt%含む複合セラミックスではIM(Indentation Microfracture)法による破壊靭性値K_<IC>が10MMP^<1/2>以上の値を有することがわかった.この値はホットプレス法で成形されたSiC/TiC複合セラミックスの34倍の値である.従ってこの複合セラミックスは新しい高靭性セラミックスとして有望である.また, Tdep=1573K,Ptot=30Torr,SiCl_4/(SiCl_4+TiCl_4)=0.60.7の条件では, SiCとTiCが互いに数nmの大きさで複合化していることが,透過型電子顕微鏡観察および微小部分析の結果から明かになった.このSiC/TiCナノ・コンポジット中ではTiCのCが3倍周期で規則的に抜けた長周期構造が認められ, SiCの格子定数も0.0005nm収縮していることがわかった.このSiC/TiCナノ・コンポジットは優れた電気伝導性を有する反面, SiC/TiC界面での構造の乱れから熱伝導が小さい.これらの性質を利用して新しい熱電素子としての応用が期待されることがわかった.
非定常燃料噴霧の自己着火過程の2次元可視化

圧縮点火機関の効率や環境汚染物質の排出特性に大きな影響を与える非定常燃料噴霧の着火過程の解明を目的に,レーザーシート光を用いた2種類の方法により燃料噴霧の着火の様子を2次元可視化した.前年度までに確立したレーザー誘起蛍光法とシリコンオイル粒子散乱光法を急速圧縮装置内の,燃料噴射圧力50-85MPa,雰囲気温度580-790Kの非定常燃料噴霧に適用し,以下の知見を得た.(1)噴霧中に発生したホルムアルデヒドの消失は,発熱反応による熱発生量が燃料の吸熱を上回る時期より遅れて開始する.消失領域は雰囲気温度が580-660Kの範囲では噴霧先端領域の噴霧周辺部であり,790Kの場合には噴霧先端の中央部である.(2)雰囲気温度の増加はホルムアルデヒドの消失開始時期を早める.(3)噴霧内ホルムアルデヒドからのレーザー誘起蛍光強度は雰囲気温度が580-660Kまではほとんど変化しないが,雰囲気温度が660-790Kの間で急激に増加する.(4)噴射圧力の増加は噴霧の着火過程を全体的に早める.(5)シリコンオイル粒子散乱光法で噴霧内に局所的な高温領域が観察される時期は,発熱反応による熱発生量が燃料の吸熱量を上回る時期にほぼ一致し,これはレーザー誘起系光法で噴霧内にホルムアルデヒドからの蛍光が観察され始める時期に相当する.圧縮点火機関の効率や環境汚染物質の排出特性に大きな影響を与える非定常燃料噴霧の着火過程の解明を目的に,レーザーシート光を用いた2種類の方法により燃料噴霧の着火の様子を2次元可視化した.本年度は,本研究で噴霧の着火過程の2次元可視化に用いるレーザー誘起蛍光法とシリコンオイル粒子散乱光法をそれぞれ個別に急速圧縮装置内の非定常燃料噴霧に適用し,それらの手法の確立を行った.まずレーザー誘起蛍光法については,これを燃料噴射圧力50-85MPa,雰囲気温度580-790Kの範囲で非定常燃料噴霧に適用し以下の知見を得た.(1)噴霧中に発生したホルムアルデヒドの消失は,発熱反応による熱発生量が燃料の吸熱を上回る時期より遅れて開始する.消失領域は雰囲気温度が580-660Kの範囲では噴霧先端領域の噴霧周辺部であり,790Kの場合には噴霧先端の中央部である.(2)雰囲気温度の増加はホルムアルデヒドの消失開始時期を早める.(3)噴霧内ホルムアルデヒドからのレーザー誘起蛍光強度は雰囲気温度が580-660Kまではほとんど変化しないが,雰囲気温度が660-790Kの間で急激に増加する.(4)噴射圧力の増加は噴霧の着火過程を全体的に早める.さらに同条件下の非定常燃料噴霧にシリコンオイル粒子散乱光法を適用し以下の知見を得た.(5)シリコンオイル粒子散乱光法で噴霧内に局所的な高温領域が観察される時期は,発熱反応による熱発生量が燃料の吸熱量を上回る時期にほぼ一致し,これはレーザー誘起系光法で噴霧内にホルムアルデヒドからの蛍光が硯察され始める時期に相当する.圧縮点火機関の効率や環境汚染物質の排出特性に大きな影響を与える非定常燃料噴霧の着火過程の解明を目的に,レーザーシート光を用いた2種類の方法により燃料噴霧の着火の様子を2次元可視化した.前年度までに確立したレーザー誘起蛍光法とシリコンオイル粒子散乱光法を急速圧縮装置内の,燃料噴射圧力50-85MPa,雰囲気温度580-790Kの非定常燃料噴霧に適用し,以下の知見を得た.(1)噴霧中に発生したホルムアルデヒドの消失は,発熱反応による熱発生量が燃料の吸熱を上回る時期より遅れて開始する.消失領域は雰囲気温度が580-660Kの範囲では噴霧先端領域の噴霧周辺部であり,790Kの場合には噴霧先端の中央部である.(2)雰囲気温度の増加はホルムアルデヒドの消失開始時期を早める.(3)噴霧内ホルムアルデヒドからのレーザー誘起蛍光強度は雰囲気温度が580-660Kまではほとんど変化しないが,雰囲気温度が660-790Kの間で急激に増加する.(4)噴射圧力の増加は噴霧の着火過程を全体的に早める.(5)シリコンオイル粒子散乱光法で噴霧内に局所的な高温領域が観察される時期は,発熱反応による熱発生量が燃料の吸熱量を上回る時期にほぼ一致し,これはレーザー誘起系光法で噴霧内にホルムアルデヒドからの蛍光が観察され始める時期に相当する.
高靭性複合セラミックスの微視的き裂進展のその場観察による局所破壊靭性の評価

1.局所破壊靭性に関する理論解析とその実験的検証等価介在物法を用いて,第2相介在物による弾性不均一性や残留熱応力がき裂進展開始時の砂壊靭性に及ぼす影響について理論解析を行った。また,多結晶ムライトにアルミナ粒子やジルコニア粒子を分散させた高靭性複合セラミックスを用いて,理論解析の妥当性を実験的に検証した。2.高靭性複合セラミックスの微視的き裂進展挙動のその場観察ガラス,多結晶マグネシア,多結晶アルミナ,C/Cコンポジットの微視的き裂進展挙動のその場観察を行った。ガラスでは,き裂先端に針状の変形領域が観察され,プロセスゾーンが従来考えられているような形状でない可能性が示唆された。多結晶マグネシアでは,負荷時だけでなく除荷時にも顕著なき裂進展が観察され,多結晶マグネシアの繰り返し疲労挙動を説明することができた。多結晶アルミナでは,微視的き裂進展過程にマルコフ性が存在することを見い出すことができた。C/Cコンポジットでは,界面はく離・繊維架橋・繊維引き抜きの過程を直接観察することができた。3.高靭性複合セラミックスの局所破壊靭性の評価局所破壊靭性の変動を評価するために,き裂進展過程での荷重緩和曲線を測定した。その結果,荷重緩和曲線から局所破壊靭性を求めるには,微視的き裂進展過程でのマルコフ性を考慮した解析が必要であることがわかった。そこで,粒径の異なる多結晶マグネシアや多結晶アルミナ,あるいは粒子分散強化多結晶マグネシアの破壊靭性と粒内破面率について検討することにより,粒内破壊靭性と粒界破壊靭性を定量的に評価することができた。1.高靭性複合セラミックスの作製とそのキャラクタリゼーションマグネシア,アルミナ,ムライトをマトリックスとする各種の粒子分散複合セラミックスを作製し、そのキャラクタリゼーションを行った。2.局所破壊靭性に関する理論解析等価介在物法を用いて、第2相介在物による弾性不均一性や残留熱応力がき裂進展開始時の破壊靭性に及ぼす影響について理論解析を行った。その結果、弾性不均一性よりも残留熱応力の方が破壊靭性に大きな影響を及ぼすことがわかった。3.局所破壊靭性評価システムの構築主要設備として購入した高応答性X-Yレコーダを曲げステージに接続し、荷重緩和が測定できるようになった。4.微視的き裂進展挙動のその場観察準静的なき裂進展を実現するために、引張りステージに若干の改良を加え、シエブロン切り欠きを有する曲げ試験ができるようにした。また、ガラス及び多結晶アルミナについて微視的き裂進展のその場観察を行った。その結果、ガラスではき裂先端前方に針状の変形領域(幅20μm×長さ250μm)が観察され、プロセスゾーンが従来考えられているような形状でない可能性が示唆された。また、多結晶アルミナでは結晶粒の大きさや配向により、不連続な微視的き裂進展をしていることがわかった。1.局所破壊靭性に関する理論解析の実験的検証第2相介在物による弾性不均一性や残留熱応力がき裂進展開始時の破壊靭性に及ぼす影響について,前年度に理論解析を行った.そこで,本年度は多結晶ムライトにアルミナ粒子やジルコニア粒子を分散させた高靭性複合セラミックスを用いて,理論解析の妥当性を実験的に検証した.2.ガラス及び多結晶セラミックスの局所破壊靭性の評価局所破壊靭性の変動を評価するために,き裂進展過程での荷重緩和曲線を測定した.その結果,荷重緩和曲線から局所破壊靭性を求めるには,微視的き裂進展過程でのマルコフ性を考慮した解析が必要であることがわかった.

そこで,粒径の異なる多結晶マグネシア及び多結晶アルミナの破壊靭性と粒内破面率の関係について検討することにより,粒内破壊靭性と粒界破壊靭性を定量的に評価することができた.3.高靭性複合セラミックスの微視的き裂進展挙動のその場観察多結晶マグネシア,多結晶アルミナ,C/Cコンポジットの微視的き裂進展挙動のその場観察を行った.その結果,微視的き裂進展過程にマルコフ性が存在することを世界に先駆けて見い出すことができた.4.研究の総括本研究を総括し,クラック・パス・コントロール概念に基づく材料設計手法を提案した.また,本研究に関連する研究代表者の研究成果を取りまとめ,博士論文(工学)を公表・出版(自費)した.
出芽酵母ユビキチンライゲースTom1とシャペロン

出芽酵母Tom1蛋白はC末にHect-ドメインを持つユビキチンライゲースである。欠失株は温度感受性を示し、高温にシフトすると、核分裂の開始、核構造維持、mRNAの核外輸送など、多面的な欠損が観察される。tom1の温度感受性を抑圧する変異株を単離したところ、Hsp70をコードするpdr13,Hsp70スーパーファミリーをコードするsse1や、DnaJ-ファミリーをコードするzuo1変異株であった。sse1とzuo1変異との間では遺伝学的関連は見い出されなかったが、pdr13とzuo1変異株は低温感受性増殖を示し、general stress responseが構成的に発現していた。そこで、Pdr13とZuo1タンパクが、Hsp70-DnaJパートナーであるかを検証した。2者は2-ハイブリド法による結合が確認された。さらに、それぞれにタグを付加し、免疫沈降実験を行ったところ、共沈した。従って、Pdr13とZuo1は、新たなHsp70-DnaJパートナーであり、遺伝子発現に関与していると示唆された。
くい違い２円柱の流力振動および作用する流体力特性に関する数値的研究

2円柱がくい違い配置で設置されたとき、そのくい違いの程度により、2円柱に作用する流体力や2円柱の振動性状がまちまちである。本研究では、くい違い角度の変化に対して、間隔比が2と3を対象に2円柱の流力振動計算を行った。この研究から、角度の変化に応じての流れの性状と2円柱に作用する流体力を数値的に捉えることが出来た。2円柱周りの流れパターンでは、可視化することによって、角度の相違による流れの変化を捉えることが出来た。この研究は、低スクルートン数域に焦点を当て、さらに2円柱が近接配置された状態に限定して行ったが、そのような場合でも十分に数値計算が可能であることが示された。静止した直列2円柱に作用する抗力係数は、間隔比S/D=4(S:2円柱間の間隔、D:円柱直系)付近で急激に変化することが多くの研究から報告されている。この結果から、本年度はくい違い配置2円柱が、間隔比S/Dを臨界間隔比S/D=4より小さいS/D=2と3の2ケースに固定し、くい違い角度θ=10°に対する2円柱のVIV挙動を解析した。2円柱は一様流れの中に設置された状態を想定し、イン・ラインとクロス・フローの2方向にダンパーとバネで支持された剛体モデルとしている。この結果、上流側円柱では層流の中にあるが、下流側円柱は上流側円柱から剥離した渦列の中にあり、いわゆる非定常流れの中に置かれた状態になる。2円柱の運動は、1質点2自由度系である。計算パラメータは、質量比χ=10で与え、スクルートン数Sc=1.0、レイノルズ数Re=20,000で与えた。このスクルートン数では、イン・ラインとクロス・フローの2方向に大きく振動することが知られている。数値計算では、くい違い2円柱まわりの流れ、2円柱の作用する圧力係数、2円柱のイン・ライン方向とクロス・フロー方向の振動振幅を捉える事が出来た。これらの結果は、直列配置の結果と比較すると、僅か10°のくい違い角度にも拘らず、下流円柱でのそれぞれの結果に大きな相違点がみられた。したがって、主流の流れ方向の角度が僅かに変化するだけでも、流力振動に大きな変化がみられることが確認できた。2円柱の間隔を狭く設定し、くい違い角度は直列配置から僅かに傾いた状態を想定した配置に設定し、直列配置における結果との相違点を見出すことを目標に行ってきた。しかし平成27年度では、計算機による計算時間が想定していた以上にかかり、くい違い角度が10°のケースで終わってしまった。平成28年度ではくい違い角度20°においても計算し、くい違い角度の変化による流力振動性状を捉える事にする。2円柱の間隔を狭い範囲に設定し、くい違い角度を30度と60度の2ケースについての流力振動現象の研究を行った。2円柱の配置状況が異なれば、それに対する流れの性状は変化し、さらに円柱の振動性状も異なる。くい違い角度が大きくなると、下流円柱は上流円柱からはく離した渦列の外側に位置するようになるため、上流円柱からの流れの影響は小さくなる。計算手法は、2円柱は胴体モデルでバネとダンパーで弾性支持された状態を想定している。したがって、2円柱は2次元円柱モデルになる。円柱の運動方程式は1質点2自由度モデルを仮定している。流体に関しては、ナビエ・ストークス方程式を解くことによって2円柱まわりの流速や2円柱に作用する圧力を計算する。これらの式は弱連成解析で解かれる。そのため、2円柱に関しては線形加速度法を、流体に関してはクランク・ニコルソン法によって時間積分を行った。今年度の研究では上記の2ケースについて行ったが、計算パラメータはレイノルズ数が20,000、スクルートン数を1に設定した。本研究では膨大な計算量のために換算速度が小さい範囲で行い、インライン振動が卓越する範囲の流力現象の解明がされた。単一円柱や直列配置2円柱では2つのインライン励起振動の発生が確認できるが、くい違い配置では1つの励起振動のみが発生し、性状の異なることが捉えられた。また、くい違い配置のため、2円柱表面の圧力分布の形状は対称にはならないことが示された。今年度は、2円柱の間隔を狭い範囲に設定し、くい違い角度を30度と60度の2ケースについての流力振動現象の研究を行い、2円柱周りの流れや振動性状の相違を明らかにできた。単一円柱と直列配置2円柱の場合は、換算速度が小さい範囲では2種類の卓越したインライン振動が現れるが、くい違い角度が大きい2円柱では、1種類のインライン振動の卓越のみが現れる結果となった。このことによって、くい違い角度の影響すなわち2円柱の配置の違いによって流力振動の相違点を明らかにすることができた。これは、流力振動に関わるメカニズムの詳細な解明に繋がる結果である。本研究は、2つの構造物のくい違い角度を0度から90度までの配置で、2構造物に作用する流体力の評価とその流体力の作用による2構造物の流力振動現象を数値的に解明したものである。数値計算手法としては、流体計算の基礎式に非圧縮ナビエ・ストークス方程式を採用している。

過去の研究から、ナビエ・ストークス方程式の数値解は2次元計算では実験結果と大きな乖離を生じ、3次元計算の必要性が示されている。このことから、本研究でもナビエ・ストークス方程式の計算には3次元計算を採用している。さらに、空間の離散化にはメッシュ生成の自由度が高い有限要素法によって行った。構造物の運動方程式には剛体モデルの2自由度系運動方程式を採用し、流体力には抗力係数と揚力係数が作用するように式の変形を行っている。これによって構造物の運動はインラインとクロスフロー方向の運動のみを計算対象にしている。2つの構造物が直列配置された時と並列配置された時には、2構造物の間隔によって流体力が変化することが過去の研究から知られている。本研究では、その間隔を狭いときに焦点を当てて研究を行った。つまり、間隔が狭いと2構造物間の流れの相互作用が顕著になるためである。数値計算ではスクルートン数が小さい範囲で行った。この結果、2構造物の振動振幅は大きくなる。これはライザー管のような海洋構造物に対応することになり、このような場合の直列配置では換算速度の広い範囲でロックイン現象が生じることが捉えられた。さらに並列配置の間隔が狭い状態では2構造物の衝突現象の発生が捉えられた。さらにくい違い角度が10度の時には、2構造物周りの流れとそれに伴う流力振動性状はより複雑になることが捉えられた。2円柱がくい違い配置で設置されたとき、そのくい違いの程度により、2円柱に作用する流体力や2円柱の振動性状がまちまちである。本研究では、くい違い角度の変化に対して、間隔比が2と3を対象に2円柱の流力振動計算を行った。この研究から、角度の変化に応じての流れの性状と2円柱に作用する流体力を数値的に捉えることが出来た。2円柱周りの流れパターンでは、可視化することによって、角度の相違による流れの変化を捉えることが出来た。この研究は、低スクルートン数域に焦点を当て、さらに2円柱が近接配置された状態に限定して行ったが、そのような場合でも十分に数値計算が可能であることが示された。平成28年度では、前年度に計算が終わらなかったケースのくい違い角度20°に対して研究を進めること、およびくい違い角度が45°に対しての2円柱の流力振動を実施する予定である。これらの研究により、くい違い角度が小さい範囲から比較的大きな角度までの2円柱の流力振動性状を把握することができるので、様々な海域を想定した海洋構造物の設計に有効なデータを与える事が出来る。2円柱は前年度と同様に、ダンパーとバネで支持されたモデルとし低スクルートン数、高レイノルズ数のパラメータを考慮する。今年度まではレイノルズ数を20,000に絞ってくい違い2円柱の流力振動の解明を行ってきた。単一円柱ではレイノルズ数の変化によって流体力特性が異なることが知られている。特に、超臨界レイノルズ数域では単一円柱の抗力係数が急激に低下するが、くい違い2円柱でも同様に抗力係数の低下が予想される。そこで次年度は、くい違い角度が小さい場合のくい違い2円柱を対象にして、超臨海レイノルズ数域の流力振動解析を行い、亜臨界レイノルズ数域の場合との相違点を解明する。さらに、超臨界レイノルズ数域において、くい違い2円柱の流力振動性状と単一円柱の流力振動性状の相違点も含めて明らかにする。数値流体力学本研究ではコンピュータの使用と計算用と画像処理用アプリケーションが必要である。本年度では、多くのケーススタディを予定しており、その結果、膨大な計算および大規模計算になるために、その費用に充てる。本研究ではコンピュータを用いて、くい違い2円柱の流力振動に関しての数値的研究を実施している。
造網性クモ類と盗み寄生者との相互関係

本研究では,盗み寄生者であるイソウロウグモとその宿主である造網性クモの間の相互関係,およびイソウロウグモ同士の相互関係について明らかにすることを目的とした.調査は,イソウロウグモ類の個体数の多い沖縄県の名護市名護城と今帰仁村諸志,今帰仁城跡で行った.以下に今回の調査から明らかになった主な結果と考察について記す.1.重回帰分析の結果から,宿主の網上におけるアカイソウロウグモの個体数には,宿主の餌条件が関与していると考えらえた.また、アカイソウロウグモを網から除去する野外実験により、網上での個体数は飽和状態に近いと考えられた.2.アカイソウグモの個体間には,網上の特定の位置をめぐる種内競争がみられた.つまり,大型個体が餌捕獲にとって有利な位置を占める傾向があった.また,アカイソウロウグモを除去した網へ侵入してくるアカイソウロウグモは,小型個体が多かった.これは,種内競争によって小型個体が網から締め出されることを示唆している.しかし一方で,こうした種内競争の強さや働き方は,餌条件や密度によって異なることも明らかになった.3.アカイソウロウグモとシロカネイソウロウグモの間には弱い種間競争がみられ,前者の存在が後者の個体数に対して負の影響を与えていることが明らかになった.4.イソウロウグモ類の個体数が,宿主の造網場所の移動頻度に与える影響は認められなかった.一方,アカイソウロウグモが宿主から盗む餌量は,全体の19%程度であると推定された.したがって,イソウロウグモ類が宿主に対して負の影響を与えている証拠は見いだせなかった。本年度は、まず2種類の宿主(ジョロウグモ、オオジョロウグモ)と2種類の寄生者(アカイソウロウグモ、シロカネイソウロウグモ)が生息している沖縄県名護城において調査ルートを設定した。宿主の網を固体識別し、宿主のサイズ・網形質、寄生者の種別固体数、体長、網上での位置を記録し、その日変化を調べた。結果は以下の通りである。1.宿主の網上におけるイソウロウグモの固体数を規定する要因を明らかにするために、宿主の体長、網面積、網上の餌数を独立変数にして、重回帰分析を行った。その結果、宿主の体長と強い正の相関が見られた。2.網が縮小あるいは破れた宿主上では、そうでないものに比べて、イソウロウグモの固体数が日を追って急激に減少した。これは、餌がとれなくなったための移出によるものと思われる。3.小型の宿主の網上では、より大型の寄生者が網の中心に近い位置を占める傾向が認められた。これは、小型の網上では、寄生者間の相互作用が強いことを示唆している。4.大型の宿主の網上では、大型の寄生者が存在することがわかった。これは、大型の宿主の網上で餌条件がよいことを示唆している。5.寄生者の餌盗みの方法は、以下の3種類が認められた。(1)宿主が捕獲しない網にかかった小型餌を盗む、(2)宿主が捕食している大型餌を宿主とともに摂食する、(3)宿主が捕食していた餌を、宿主の隙をねらって盗みとる。このうち、(1),(2)は寄生者の種やサイズにかかわらずみられたが、(3)は大型の寄生者でのみ観察された。これは、寄生者間の相互作用によるものなのか、それともサイズ特異的なものなのかは不明である。本年度はおもに以下の3点について明らかにすることを試みた。1)アカイソウロウグモ(以下アカ)の種内関係およびアカとシロカネイソウロウグモ(以下シロ)の種間関係、2)アカの餌摂食量の評価、3)アカの生活環。1)については、寄主網上におけるアカを全て取り除いた除去区と対照区を設け、それらの比較により種内・種間関係を明らかにした。

除去区ではアカの個体数は急激に増加したが、対照区ではほとんど増減が見られなかった。また、除去区での侵入個体は小型なものが多かった。さらに、低密度の場合と高密度の場合で網内での分布に違いが見られた。したがって、網上のアカの密度は飽和に近い状態にあると考えられ、小型個体が種内干渉によって網から排斥される傾向があることがわかった。また、除去区ではシロの個体数も増加傾向にあったので、種間競争の存在も示唆された。2)については、2時間ごとのセンサスと30分単位の連続観察を行った。その結果、一個体が一日に盗む体長1mmの小型餌の数は、大型のアカで約12匹、小型のアカで約4匹であることが分かった。一方、イソウロウグモに盗まれずに残っている餌の数は、網当たり平均約20匹であった。したがって、大型のアカ1匹により盗まれる餌の数は、寄主が回収できる量の半分以上にもなることが分かった。3)オオジョロウグモを寄主としてアカを野外ゲージで飼育し、生活環を調べた。卵嚢から出現後約1ケ月で成体になり、40日ほどで産卵を開始することが判明した。したがって、アカは餌条件が良ければ急速に増殖可能であることが推察される。以上のことから、イソウロウグモの種間、種内、およびイソウロウグモと寄主の間にはかなり強い相互作用が存在していることが明らかになった。これは、従来クモで報告されてきた結果とはかなり異質なものである。
球面上のランダム幾何とその応用

1.辺数がNの任意のグラフGに対して、その頂点集合をd次元単位球面上にランダムに配置する。Gにおいて辺で結ばれているような頂点対に対応する球面上の点対の間の球面距離の最小値をDとする。N→∞のとき、ND^dの分布は平均がdB(1/2,d/2)の指数分布に収束する。ここでB(p,q)はベータ関数である。2.2次元の単位球面上の有限個の球帽系F={C_1,C_2,...,C_N}に対して、その交グラフをG(F)で表わす。球帽系Fにおいて球帽C_iと交わる球帽の中心がすべてC_iの中心を通るある大円の一方の側にあるとき、C_iは片側球帽という。また、半球面より小さい球帽はプロパーであるという。Fに片側球帽が存在しなければ、交グラフG(F)は連結となる。また、片側球帽が存在せず、さらに、球帽がすべてプロパーなら、G(F)は2連結となる。(3次元以上の球面では、これと類似な結果は成立しない。)これを応用して、ランダム球帽系の交グラフに関する次の漸近的な結果が得られる。こんどは、F={C_1,C_2,...,C_N}を2次元単位球面上のすべて同じ大きさ(4πc/N)log Nのランダムな球帽の系とする。c>1/2なら、N→∞のとき、G(F)が2連結になる確率は1に収束し、c<1/4なら、G(F)が連結になる確率は0に収束する。3.次元空間内の三角形ΔAOBの∠AOBの大きさをωとする。点Pから∠AOBを見るときその見かけの大きさは、ΔAOBを直線POに垂直な平面に正射影して得られる三角形ΔA'O'B'の∠A'O'B'の大きさに等しい。点PがOを中心とする単位球面上のランダムな点のとき、∠A'O'B'の大きさΘ(ω)を∠AOBのランダムな見かけの角という。東海大の前田陽一氏との共同研究により、確率変数Θ(ω)の平均がωに等しいことを示し、また、その分散が容易に数値計算できる2重積分の式を得た。球面上のランダム幾何に関する今年度の研究結果(d+1)次元ユークリッド空間内のd次元単位球面をSとする。任意の単純グラフGに対して、Gの頂点をS上にランダム独立に配置する。Gにおいて辺で結ばれているような頂点対に対応するS上の2点間の球面距離の最小値のd乗をDとする。Gの辺数をNとするとき、次のような結果を得た:N→∞のとき、NDの分布は、平均dB(1/2,d/2)の指数分布に収束する。ここで、B(p, q)はベータ関数である。この結果は、球面上のランダム独立なn点の間の最小球面距離の漸近分布(n→∞)を求める問題をまったく一般的に解決したものである。

例えば、Gとして頂点数nの完全グラフをとれば、ランダム独立なn点間の最小球面距離の漸近分布が得られる。面白いことに、NDの漸近分布はグラフGの構造には依存しない。G=K(1,N)としても、G=K(m, N/m)としても、Nが十分大きければ、NDの分布は殆ど変わらないのである。また、この結果を証明する過程で、直積集合の部分集合に含まれる元の個数に関して、次のような興味深い上界を得た:Ωをn個の集合の直積集合W1×W2×...×Wnの有限部分集合とする。添字集合{l,2,...,n}の部分集合Aに対して、Wi達(iはA内に制限)の直積集合へのΩの射影像をΩ(A)で表すことにする。すると{A1,A2,...,Ak}が添字集合{1,2,...,n}の二重被覆となるなら、|Ω|の2乗は積|Ω(Al)|・|Ω(A2)|・...・|Ω(Ak)|以下となる。ここで||は元の個数を表す。球面上のランダム幾何とその応用についての今年度の研究結果1)Fを単位球面上の球帽の系とし、その球帽系の交グラフをG(F)で表わす。Fに属する球帽Cは、他の球帽の中心がすべて、Cの中心を通るある大円の一方の側にあるとき、片側球帽という。また、半球面より小さい球帽はプロパーという。このとき、次のことを証明した。Fに片側球帽が存在しなければ、G(F)は連結である。Fに片側球帽が存在せず、さらに、Fに属する球帽がすべてプロパーなら、G(F)は2連結である。(高次元の球面ではこれと類似の結果は成り立たない例も構成した。)これを利用して、ランダム球帽系の交グラフに関して次の結果を得た。こんどは、Fを、単位球面上の、面積が(4πc/N)log Nの(同じ大きさの)N個のランダムな球帽の系とする。c>1/2ならば、N→∞のとき、G(F)が2連結となる確率は1に収束し、c<1/4ならば、N→∞のとき、G(F)が連結になる確率は0に収束する。2)3次元空間内の三角形AOBの∠Oの大きさをωとする。視点Pから∠Oを見るとき、その見かけの大きさは、ΔAOBを直線POに垂直な平面に正射影して得られる三角形A'O'B'の∠O'の大きさに等しい。視点PがOを中心とする単位球面上のランダムな点のとき、∠O'の大きさΘ(ω)を∠Oのランダムな見かけの角という。確率変数Θ(ω)は明らかにωだけに依存する。東海大の前田陽一氏との共同研究のより、Θ(ω)の期待値と分散に関して、E(Θ(ω))=ω、V(Θ(π-ω))=V(Θ(ω))、および、V(Θ(ω))が容易に数値計算できる2重積分の式を得た。
高齢化社会の新聞--朝日新聞投書欄の投書応募者と投書掲載者の長期的変化の分析--

本研究では、1945年から1990年までの『朝日新聞』の投書欄「声」欄を分析の素材として、投書を寄せた人・投書を掲載された人の年齢による分散の長期的な変化を調査し、もって現代の新聞の高齢化社会に対する対応の解明を試みた。そのために第一に、「今月の投書から」「ことしの投書から」など朝日新聞社の発表した投書応募者の年齢・性別・職業など属性別の投書応募件数を、縮刷版を用いて集計をした。同時に、投稿規定を調べ新聞社の投書応募の条件の変化を調査した。第二に、1960年から1990年までの国勢調査のある5年ごとに、掲載された投書の全数調査をした。調査対象項目は、投書欄に掲載された投書者の年齢・性別・職業であり、これを5歳ごとに区分けし標準コ-ホ-ト表にのせた。この集計結果を、『人口動態統計』の「年次・性・年齢別人口」で割った値によりコ-ホ-ト分析を行った。第三に、朝日新聞社が行った読者分析、新聞紙面に掲載されなかった投書についての資料、高齢化社会についての調査報告などと照合し、調査結果を補強した。これらの結果、次のことを明らかにしえた。(1)60歳代の投書応募者、投書掲載者の単位人口あたりの件数は1960年から1990年に至まであまり変化していない。投書欄における掲載数の増加は、主に高齢者の人口増加を原因とするものである。(2)これとは対照的に、1990年における20歳代の単位人口あたりの投書応募者数は、1965年におけるそれの約半数に減少している。(3)新聞社は、1970年頃、20歳代の投書掲載を抑制し60歳代の投書を優遇して掲載していたが、1990年には年齢により掲載を特に操作している形跡はなく、特別なテーマを投稿規定で設定してもいない。これらの結果から、新聞社は1990年には高齢者からの投書という情報行動の増加を容認し、生涯教育の一つの場としての機能を自認しているという解釈が成り立つ。
近接場増強型光化学反応の空間・時間集積化

本年度は近接場光反応を起こすために必要な光反応場について研究成果を挙げた。今回、本研究では、直径36 nmの金ナノ粒子をアルカンチオール分子で表面修飾した構造を用いることで導電性基板上に近接場光を用いたモデル光触媒構造を作製した。金ナノ粒子を透明電極材料であるITO基板上に配列化させ、可視光照射で金ナノ粒子近傍に強い光(近接場光)を発生させる。金ナノ粒子間の間隙には、光輝度が強いホットスポットと呼ばれる部分があり、集光したレーザー光と同様な非線型現象が生じるため、可視光の光子二個から紫外光に相当する光励起を起こすことが可能となる。この光励起は、二酸化チタンを光触媒として活性化させることが可能であり、ホットスポットと二酸化チタン光触媒を如何に近づけて固定するかが性能向上のポイントとなる。本研究では、疎水性と親水性の性質の異なる結合部位を有する界面活性剤分子、具体的にはTMOS (C8H17Si(OCH3)3)分子を用いることで、触媒の固定化を実現できた。TMOS分子は1 nm程度の分子層を形成し、疎水性部位が金ナノ粒子表面に固定化され、親水性部位が二酸化チタンを結合する足場となる。本研究では、直径3.5 nmの大きさの二酸化チタン微粒子を結合することで、二酸化チタン薄膜層を形成させた。今回実証した光触媒は、溶液中にコロイド状に分散して用いる均一触媒ではなく、取扱いが容易な基板上に固定して用いる不均一触媒8)であるため、貴金属を浪費しない。一平方センチメートルの試料の光触媒能を染色色素(メチレンブルー)の分解反応を用いて調べた。その結果、新型光触媒では、太陽光に近い広帯域可視光照射時の反応速度が二酸化チタン単独の場合の6.5倍であることが分かり、可視光応答型光触媒として優れた特性を持っていることが分かった。25年度が最終年度であるため、記入しない。脂質二重膜に見られるような疎水場では分子の取り込みや輸送が効率良く行われることが一般的に知られている。長鎖のアルキル鎖に代表されるような単純な置換基であっても、高密度に集積化させれば疎水場として機能することが知られており、ドラッグデリバリーや超分子組織体構築において盛んに利用されている。本研究提案においても、同様のアルキル基を集積化させた疎水場を金ナノ粒子表面に構築することで効率的に光触媒反応を促進するための反応場として利用できるのではないかと考えている。この着想が実現するためには、アルキル置換基によって構築された疎水場内部に基質が取り込まれるだけでなく、疎水場内部で反応した生成物が効率よく疎水場から排出されなければならない。我々は金ナノ粒子2次元配列を用いた触媒反応研究の過程において、本研究で提案する疎水反応場と類似したアルカンチオールによって構築される疎水反応場が金表面の触媒反応を非常に効率よく進行させる反応場として寄与することを見出した。以下、触媒反応で明らかになった事を述べる。我々は、直径10ナノメートルの金ナノ粒子をアルカンチオール分子で表面修飾した構造を用いることで金属酵素を模倣したモデル触媒構造を作製したアルカンチオール自己組織化単層膜が内部の疎水空間に反応物質を取り込み、触媒である金ナノ粒子表面に反応物質を近づけることで触媒反応が効率良く進行することを見出した。具体的には、シラン分子とアルコール分子からシラノール分子を生成する反応(アルコホリシス反応)が新型触媒により加速されることを実証した。新型触媒はタンパク質と同様に、反応物質の長さやサイズを認識する機能を持つ。

触媒表面のアルカンチオールとほぼ同じ長さの反応物質が最も高い活性を示した。今回の成果は、金ナノ粒子表面を使って基質取り込み機能を模倣することに成功した初めての例であり、特定の分子を選択的に取り込む機能を完全に獲得した近接場光化学反応を実現するためのブレークスルーとなり、エナンチオ選択性や、より複雑な反応場への応用展開が期待される。この事は研究目的に沿った成果で有る事から、概ね順調に進展していると判断しました。(課題1)タンデム光反応用流体デバイスの開発初年度に引き続き耐溶媒性の高いマイクロ流路の作製法を探索するとともに、複数溶液合成用タンデムマイクロ流路の開発を行う。前年度の試作で高分子樹脂材料利用での探索は難しい事が分かったので、流路材料を石英に切り替える。幅と深さがそれぞれ100-200μm、50-100μm、になるように、流路パターンの形成を行う。流路部分には、流路形成用のリソグラフィ、ドライエッチング後に、流路部分へ金薄膜を蒸着し、その金薄膜表面上に、我々が独自に開発したハイブリッド自己組織化法を用いて、金ナノ粒子のSAM膜(2次元配列膜)を形成する。(課題2)2光子吸収を利用した低エネルギー型タンデム光反応我々の作製した金ナノ粒子SAMによるプラズモン増強反応場は非常に輝度の高い光源として機能し、2光子吸収過程に基づいて光反応を励起できることがすでに明らかになっている。そこで、2年目の目標として、2光子吸収による光反応をタンデム系に組み込むことで、低エネルギーな光化学反応プロセスの開拓を行う。25年度が最終年度であるため、記入しない。
応力場と電場が同時に印加されたときのイオン伝導体における輸送現象

イオン伝導とは、異方性が高く、相互に関係のある力学的な歪みと電気的な歪み(分極)を併せ持つ結晶格子中を(つまり、電場と応力場が同時に印加された状態で)、電荷を持った点欠陥(酸素イオン空孔)が両場の相互作用を受け、構造緩和を行いながら拡散する複雑な輸送現象であり、これまでに導電率は応力誘起拡散(内部摩擦)の大きさ、つまり格子歪みの異方性が大きいほど大きいことを定性的に明らかにしてきた。昨年度までの研究では、これまで全く着目されていなかったカチオンおよび電子がイオン伝導の輸送現象に及ぼす影響について、酸素分圧が大気圧近くのときに関して多くの知見を得た。つまり、応力場の元では10mol%のY_2O_3を安定化剤としてドープしたZrO_2(10YSZ)の時効前後ともに、2種類の点欠陥対による力学緩和があり、その一つは時効前後ともtrigonal対称性を持つ酸素イオン空孔とドーパントカチオン(Y^<3+>)の欠陥対によるものであるが、時効前は、第一近接なのに対して、時効後は第四近接である。もう一つはドーパントカチオン二つからなる欠陥対によるものであり、時効前は[110]orthorhombic対称であり時効後はtrigonal対称(酸素イオンを二つ挟む)に変化することが分かった。今年度は、昨年度の超音波法に引き続きDACによる超高静水圧下でのブリュアン散乱測定により、静水圧応力場下でのすべての弾性定数を決定し、時効により格子歪みの異方性(弾性率の緩和)が低下するだけではなく、時効による体積弾性率の低下、つまり体積縮小による格子歪みそのものの緩和や、弾性定数の異方性の緩和に伴う時効硬化が起こっていること、弾性特性にはY^<3+>の位置は影響を及ぼさないこと、時効に伴いコーシーの関係に近くなりイオン結晶性が増した結果導電率が低下したと解釈できることなどが明らかになった。さらに、カチオンおよび電子がイオン伝導の輸送現象に及ぼす影響をより詳しく調べるため、10^<-40>10^<-50>という超低酸素分圧下、つまりは電子伝導性の増した混合伝導状態の元での、イオン伝導特性および緩和現象をACインピーダンス法により調べた。その結果、電子伝導性の増加により酸素イオン空孔を含む欠陥対に起因する誘電緩和ピークが顕著に減少することが分かり、電子、つまり電子からなるポーラロンによる緩和が、イオン伝導に大きな影響を及ぼしていることが分かった。イオン伝導とは、異方性が高く、相互に関係のある力学的な歪みと電気的な歪み(分極)を併せ持つ結晶格子中を(つまり、電場と応力揚が同時に印加された状態で)、電荷を持った点欠陥(酸素イオン空孔)が両場の相互作用を受け、構造緩和を行いながら拡散する複雑な輸送現象であり、これまでに導電率は応力誘起拡散(内部摩擦)の大きさ、つまり格子歪みの異方性が大きいほど大きいことを定性的に明らかにしてきた。今年度の研究では、酸素分圧が大気圧近くのときに関して多くの知見を得た。まず、これまでに測定した内部摩擦の統計力学的な再解析(緩和時間の連続分布関数を考慮に入れたピーク解析)を行い、平成12年までの奨励研究及び若手研究で報告した結果より更に詳細に10mol%のY_20_3を安定化剤としてドープしたZrO_2(10YSZ)の時効前後の欠陥構造が明らかになった。2種類の点欠陥対があり、その一つは時効前後ともtrigonal対称性を持つ酸素イオン空孔とドーパントカチオン(Y^<3+>)の欠陥対によるものであるが、時効前は、第一近接なのに対して、時効後は第四近接である。もう一つはドーパントカチオンニつからなる欠陥対であり、時効前は[110]orthorhombic対称であり時効後はtrigonal対称(酸素イオンを二つ挟む)に変化することが分かった。また、すべての弾性定数の決定により、時効により格子歪みの異方性(弾性率の緩和)が低下するだけではなく、時効による体積弾性率の低下、つまり体積縮小による格子歪みそのものの緩和や、弾性定数の異方性の緩和に伴う時効硬化が起こっていること、弾性特性にはY^<3+>の位置は影響を及ぼさないことが明らかになった。更に、時効に伴う導電率の低下が、点欠陥の再配列によるものであることをフォトルミネッサンス挙動から再確認した。もう一つはドーパントカチオン二つからなる欠陥対によるものであり、時効前は[110]

orthorhombic対称であり時効後はtrigonal対称(酸素イオンを二つ挟む)に変化することが分かった。今年度は、昨年度の超音波法に引き続きDACによる超高静水圧下でのブリュアン散乱測定により、静水圧応力場下でのすべての弾性定数を決定し、時効により格子歪みの異方性(弾性率の緩和)が低下するだけではなく、時効による体積弾性率の低下、つまり体積縮小による格子歪みそのものの緩和や、弾性定数の異方性の緩和に伴う時効硬化が起こっていること、弾性特性にはY^<3+>の位置は影響を及ぼさないこと、時効に伴いコーシーの関係に近くなりイオン結晶性が増した結果導電率が低下したと解釈できることなどが明らかになった。さらに、カチオンおよび電子がイオン伝導の輸送現象に及ぼす影響をより詳しく調べるため、10^<-40>10^<-50>という超低酸素分圧下、つまりは電子伝導性の増した混合伝導状態の元での、イオン伝導特性および緩和現象をACインピーダンス法により調べた。その結果、電子伝導性の増加により酸素イオン空孔を含む欠陥対に起因する誘電緩和ピークが顕著に減少することが分かり、電子、つまり電子からなるポーラロンによる緩和が、イオン伝導に大きな影響を及ぼしていることが分かった。
代償性心肥大から心不全への病態進行と心筋エネルギー代謝

本研究では、ダール食塩感受性(DS)ラットにおいて代償性心肥大期から心不全期にいたるまでの心不全進展過程におけるエネルギー代謝について検討した。心筋脂肪酸代謝は^<131>I-iodophenyl-9-methylpentadecanoic acid(9MPA)を用い、グルコース代謝は^<14>C-deoxyglucose(DG)を用いた。心筋の脂肪酸およびグルコースの取り込みとその心筋内分布を定量的autoradiography法(バイオイメージングアナライザーBAS3000)により、また薄層クロマトグラフイー法により9MPAの代謝産物を評価した。インスリンクランプ法により、グルコース取り込み能についても検討した。24時間絶食後の心筋代謝は、代償性心肥大期にはエネルギー基質の相対的な割合は脂肪酸からグルコースへ移行した。しかし、心筋取り込みの絶対量はグルコースのみならず脂肪酸も増加した。一方、取り込まれた脂肪酸がベータ酸化を受ける割合は代償性心肥大期に既に低下していた。心不全期にはグルコースの取り込みが一層増加する一方、脂肪酸の取り込みは低下し、脂肪酸がベータ酸化を受ける割合も心肥大期より低下した。このように心不全期にはエネルギー基質が心肥大期より一層グルコースへ移行しん食塩非感受性(DR)では、加齢とともに主なエネルギー基質がより脂肪酸の方向に移行した。インスリン投与により、DRラットおよび心肥大発症前のDSラットではDG取り込みが約3倍に増加したが、DSラットの肥大期にはその増加は20%であり、心不全期にはインスリン投与にかかわらずDG取り込みはほとんど増加しなかった。本研究により明らかになった点は、1)代償性心肥大期にはエネルギー基質がグルコースへ移行したが脂肪酸の心筋取り込みの絶対量もむしろ増加した。しかし、取り込まれた脂肪酸の代謝能は既に低下していた。2)代償性心肥大期にはインスリン負荷によるグルコース取り込み能の低下が存在した。3)心不全期にはこれらの異常がさらに進行した。今後は心不全治療によりこれらの代謝異常がどのような影響を受けるか検討したい。本研究では、ダール食塩感受性ラットにおいて代償性心肥大期から心不全期にいたるまでの心不全進展過程におけるエネルギー代謝について検討した。心筋脂肪酸代謝は^<131>I-iodophenyl-9-methylpentadecanoic acid(9MPA)を用い、グルコース代謝は^<14>C-deoxyglucoseを用いた。心筋の脂肪酸およびグルコースの取り込みとその心筋内分布を定量的autoradiography法(バイオイメージングアナライザーBAS3000)により、また薄層クロマトグラフィー法により9MPAの代謝産物を評価した。24時間絶食後の心筋代謝は、代償性心肥大期にはエネルギー基質の相対的な割合は脂肪酸からグルコースヘ移行した。一方、取り込まれた脂肪酸がベータ酸化を受ける割合は代償性心肥大期には既に低下していた。心不全期には脂肪酸の取り込みは低下し、ベータ酸化が一層低下した。このように心不全期にはエネルギー基質が心肥大期より一層グルコースヘ移行した。食餌負荷後には脂肪酸の取り込みが抑制されグルコース取り込みが増加するが、そのグルコース取り込み増加率は、心肥大期には食塩非感受性ラットに比べ低下していた。つまり、代償性心肥大期にはベータ酸化が低下するのみならず、最大グルコース取り込み能も低下している可能性が示唆された。これまでの本研究により明らかになった点は、1)代償性心肥大期にはエネルギー基質がグルコースへ移行するが脂肪酸の心筋取り込みの絶対量もむしろ増加している。しかし、取り込まれた脂肪酸の代謝能は低下している。2)代償性心肥大期にはグルコースの取り込み予備能の低下が示唆された。

グルコースクランプ法を用いて心肥大期、心不全期のグルコース取り込み予備能を評価する実験を進行中である。本研究では、ダール食塩感受性(DS)ラットにおいて代償性心肥大期から心不全期にいたるまでの心不全進展過程におけるエネルギー代謝について検討した。心筋脂肪酸代謝は131I-iodophenyl-9-methylpentadecanoic acid(9MPA)を用い、グルコース代謝は^<14>C-deoxyglucose(DG)を用いた。心筋の脂肪酸およびグルコースの取り込みとその心筋内分布を定量的autoradiography法(バイオイメージングアナライザ-BAS3000)により、また薄層クロマトグラフィー法により9MPAの代謝産物を評価した。インスリンクランプ法により、グルコース取り込み能についても検討した。24時間絶食後の心筋代謝は、代償性心肥大期にはエネルギー基質の相対的な割合は脂肪酸からグルコースへ移行した。しかし、心筋取り込みの絶対量はグルコースのみならず脂肪酸も増加した。一方、取り込まれた脂肪酸がベータ酸化を受ける割合は代償性心肥大期に既に低下していた。心不全期にはグルコースの取り込みが一層増加する一方、脂肪酸の取り込みは低下し、脂肪酸がベータ酸化を受ける割合も心肥大期より低下した。このように心不全期にはエネルギー基質が心肥大期より一層グルコースへ移行した。食塩非感受性(DR)では、加齢とともに主なエネルギー基質がより脂肪酸の方向に移行した。インスリン投与により、DRラットおよび心肥大発症前のDSラットではDG取り込みが約3倍に増加したが、DSラットの肥大期にはその増加は20%であり、心不全期にはインスリン投与にかかわらずDG取り込みはほとんど増加しなかった。本研究により明らかになった点は、1)代償性心肥大期にはエネルギー基質がグルコースへ移行したが脂肪酸の心筋取り込みの絶対量もむしろ増加した。しかし、取り込まれた脂肪酸の代謝能は既に低下していた。2)代償性心肥大期にはインスリン刺激によるグルコース取り込み能低下が存在した。3)心不全期にはこれらの異常がさらに進行した。今後は心不全治療によりこれらの代謝異常がどのような影響を受けるか検討したい。