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母親の子ども表象と子どものアタッチメント：妊娠期から生後6歳に亘る縦断的検討

本研究では、妊娠期における母親の子どもについての表象が生後1歳半及び6歳の子どものアタッチメントとどのように関連するのかについて実証的検討を行った。その結果、妊娠期において子どもについての表象が「安定型」であった母親の子どもは、「非関与型」や「歪曲型」であった母親の子どもよりも、生後1歳半時点でのアタッチメント安定性が有意に高かった。しかし、生後6歳時点においては、こうした有意差は見られず、妊娠期における母親の子ども表象の長期的予測力は認められなかった。妊娠期における母親の子ども表象が子どものアタッチメント発達に及ぼす長期的影響力については今後さらに詳細に検討を加えていくことが必要である。本研究は、妊娠期における母親の子どもについての表象が生後6歳の子どものアタッチメントとどのように関連するのかについて実証的検討を行うことを目的としたものである。研究協力者は妊娠期からの長期縦断研究に参加している母子約50組であった。妊娠期に「Working Model of the Child Interview」(Zeanah & Benoit, 1996)を用いて母親の子どもについての表象に関して評定を行った。生後6歳頃に家庭訪問を行い、約2時間程度の子どもの行動観察を行い、アタッチメントQソート法を用いて子どものアタッチメント安定性について評定を行った。現時点でデータ収集およびデータ分析を終えている母子19組に関して分析を行ったところ、妊娠期において子どもについての表象が「安定型」(子どもについての描写が豊かで一貫しており、子どもへの情緒的関与や受容が高い)であった母親の子どもは、「非関与型」(子どもについての描写が乏しく、情緒的関与が低く拒否的である)や「歪曲型」(子どもについての描写が一貫しておらず、まとまりがなく、表象内にある種の歪みが認められる。(特にネガティブな)感情表出が顕著である)であった母親の子どもよりも、生後6歳時点での母親に対するアタッチメントの安定性がより高い傾向にあったが、統計的な有意差には至らなかった。統計的有意差には至らなかったものの、今後サンプル数を増やして分析を行うことで、妊娠期における母親の子どもについての表象が生後6歳における子どものアタッチメント安定性と有意に関連する可能性も出てくると考えられる。さらにデータ収集およびデータ分析を進めることで、妊娠期における母親の子どもについての表象が生後の子どものアタッチメントに及ぼす長期的影響について最終的結論を得ることが今後の課題といえる。本研究は、妊娠期における母親の子どもについての表象が生後1歳半及び6歳の子どものアタッチメントとどのように関連するのかについて実証的検討を行うことを目的としたものである。生後1歳半及び6歳頃に家庭訪問を行い、約2時間程度の子どもの行動観察を行い、アタッチメントQソート法を用いて子どものアタッチメント安定性について評定を行った。その結果、妊娠期において子どもについての表象が「安定型」(子どもについての描写が豊かで一貫しており、子どもへの情緒的関与や受容が高い)であった母親の子どもは、「非関与型」(子どもについての描写が乏しく、情緒的関与が低く拒否的である)や「歪曲型」(子どもについての描写が一貫しておらず、まとまりがなく、(特にネガティブな)感情表出が顕著である)であった母親の子どもよりも、生後1歳半時点でのアタッチメント安定性が有意に高かった。しかし、生後6歳時点においては、子ども表象が「安定型」であった母親の子どもは、「非関与型」や「歪曲型」であった母親の子どもよりも、アタッチメント安定性がより高い傾向にあったものの、統計的有意差には至らなかった。妊娠期における母親の子ども表象が子どものアタッチメント発達に及ぼす長期的影響力については今後さらに詳細に検討を加えていくことが必要であると考られる。26年度が最終年度であるため、記入しない。発達心理学26年度が最終年度であるため、記入しない。現在まで生後6歳の調査データの収集をほぼ終えており、残り数ケースに関して調査を実施するのみである。データ分析はこれから集中的に行う予定であり、おおむね当初の計画通り進行していると考える。現在までデータ収集はほぼ完了していることから、今後はデータ分析を中心に進めていく。特に、母親の子ども表象の評定については、トランスクリプト作成を迅速に進め、早急に分析に取り掛かることができるように準備を進めていく予定である。全サンプルに関して分析を終え、本研究の最終的結論を得ることを目標とする。また、得られた実証的知見について国内外の学会で発表し、主要ジャーナルに論文投稿する予定である。
生体内における亜硝酸由来NO生成因子の解明

1.内因性および外因性抗酸化物質による、中性環境下での亜硝酸由来NO生成の検討亜硝酸は強酸条件下でNOを生成するが、亜硝酸の酸解離定数(pKa)が3.3であることから中性環境(pH7.4)では酸分解によるNOを生成しない。しかしながら、これらの還元剤のうち、フラボノイドの1つであるquercetinと鉄の1:1錯体は、微酸性中性環境下でも亜硝酸からのNO生成を促進することを見いだした。2.内因性抗酸化剤による、亜硝酸との反応性に関するin vitroでの実験亜硝酸は酸性条件下、quercetinによってNOへと還元されるのみならず、2価鉄が直接亜硝酸をNOへと還元することを見いだした。3.内因性抗酸化剤による、亜硝酸との反応性に関するin vivoでの実験1晩絶食させたラットに亜硝酸(3mg/kg体重)を経口投与すると血中の亜硝酸は投与5分で最大となり、その後経時的に低下するが、血中のNO濃度をニトロシルヘモグロビン(HbNO)量として電子スピン共鳴(EPR)法にて計測したところ、亜硝酸単独投与では血中NO濃度は15分後に最大となり、その後徐々に低下することが明らかとなった。ところでin vitroの結果より亜硝酸からのNO生成はquercetinによって増大することが示されているが、絶食させたラットに亜硝酸とquercetinを併用したところ、血中亜硝酸濃度および血中NO濃度は併用による影響を受けないことが明らかとなった。一方、亜硝酸を2価鉄+quercetin(1:1)と共にラットに経口投与したところ、血中の亜硝酸濃度の有意な低下と、速やかな血中NO濃度の上昇が観察された。しかしながら、血中HbNO濃度一時間曲線の曲線下面積を比較したところ、亜硝酸単独群と亜硝酸と2価鉄+quercetin(1:1)併用群では血中の総NO量は同等であった。このことは、経口摂取された亜硝酸は胃粘膜から吸収され、血中でデオキシヘモグロビンと反応することでNOを生成する一方、2価鉄により亜硝酸は胃内でNOガスを生成し、これが胃粘膜から吸収されることで速やかな血中NO濃度の上昇がもたらされるが、NO生成の総量は変化しないことが判った。2.生体内における、亜硝酸由来NO生成に対するフラボノイド鉄錯体の影響In vitroの系で亜硝酸からのNO生成はquercetin-鉄錯体の共存で促進されるということを見いだしたが、in vivoにおいて、これら還元性物質の寄与は不明である。そこで窒素原子の安定同位体である^<15>

Nを含む亜硝酸ナトリウム(Na^<15>NO_2)を用い、電子スピン共鳴装置にて、経口摂取された亜硝酸ナトリウムからのNO生成を検討すると共に、亜硝酸ナトリウム単独および亜硝酸ナトリウム+quercetin、及び亜硝酸ナトリウム+quercetin+iron共存下における、血中NOおよびNOx濃度の違いを実験動物を用いて検討した。その結果、7週齢のSD系雄性ラットに単回経口摂取した亜硝酸ナトリウムは、血中のヘモグロビンと結びついたα-ニトロシルヘモグロビン(Hb^<15>NO)として亜硝酸投与5分以内に血中に出現し、さらに半減期40分で消失することを見いだし、胃からNOが吸収されていることが示された。次いで7週齢のSD系雄性ラットにquercetin、およびquercetin-鉄錯体共存下、亜硝酸ナトリウムを摂取させたところ、HbNO濃度には有意な影響は見られなかったが血中の亜硝酸、硝酸濃度には有意な差が見いださた。このことから、亜硝酸の血中動態に一部quercetin-鉄錯体が影響を与えていることが示された。1.内因性抗酸化剤による、亜硝酸との反応性に関するin vitroでの実験亜硝酸は酸性条件下、quercetinによってNOへと還元されるのみならず、2価鉄が直接亜硝酸をNOへと還元することを見いだした。2.内因性抗酸化剤による、亜硝酸との反応性に関するin vivoでの実験前年度の検討によって、quercetin-鉄錯体を亜硝酸と併用投与したラットにおいて、血中の亜硝酸・硝酸動態に影響があることが示された。そこで本年度は更にこの機構について詳細な検討を行った。1晩絶食させたラットに亜硝酸(3mg/kg体重)を経口投与すると血中の亜硝酸は投与5分で最大となり、その後経時的に低下するが、血中のNO濃度をニトロシルヘモグロビン(HbNO)量どして電子スピン共鳴(EPR)法にて計測したところ、亜硝酸単独投与では血ENO度は15分後に最大となり、その後徐々に低下することが明らかとなった。ところでin vitroの結果より亜硝酸からのNO生成はquercetinによって増大することが示されているが、ラットに亜硝酸とquercetinを併用したところ、血中亜硝酸濃度および血中NO濃度は併用による影響を受けないことが明らかとなった。一方、亜硝酸を2価鉄+quercetin(1:1)と共にラットに経口投与したところ、血中の亜硝酸濃度の有意な低下と、速やかな血中NO濃度の上昇が観察された。しかしながら、血中HbNO濃度一時間曲線の曲線下面積を比較したところ、亜硝酸単独群と亜硝酸と2価鉄+quercetin(1:1)併用群では血中の総NO量は同等であった。このことは、経口摂取された亜硝酸は胃粘膜から吸収され、血中でデオキシヘモグロビンと反応することでNOを生成する一方、2価鉄により亜硝酸は胃内でNOガスを生成し、これが胃粘膜から吸収されることで速やかな血中NO濃度の上昇がもたらされるが、NO生成の総量は変化しないことが判った。
植物の器官脱離現象における離層の形成と崩壊の分子機構の解明

イネの種子は、登熟すると脱粒する性質(脱粒性)があり、種子の拡散により繁殖戦略に影響を与える植物の重要な性質である。脱粒性の喪失は、穀物の栽培化(野生種から作物としての種への進化現象)の過程で選抜の対象であり、収穫方法にも影響を与えることから、今日でも重要な農業形質の1つである。申請者らは、これまでに、脱粒性遺伝子qSH1を単離し、qSH1遺伝子が離層形成に必須であることを明らかにしている(Konishi et al.,Science,2006)。論文発表後、脱粒性遺伝子qSH1の準同質遺伝子系統NIL(qSH1)を用いて、レーザーマイクロダイセクション法を利用した離層部位特異的なマイクロアレイ解析を行い、qSH1遺伝子の下流で働く候補遺伝子の探索を行い、遺伝学実験、相補性試験により、OSH15遺伝子が脱粒性に関与することを明らかにしている(小西ら、未発表データ)。そこで、本研究では、OSH15遺伝子の機能解析および下流の候補遺伝子の組織特異性の発現解析を行った。また、qSH1遺伝子とOSH15遺伝子の遺伝学的材料、すなわち、脱粒性遺伝子qSH1とOSH15を両方ともに機能型に固定した実験材料NIL(qSH1)OSH15および、qSH1遺伝子は機能型でOSH15遺伝子は機能欠損型に固定した実験材料NIL(qSH1)osh15を用いて、経時的な離層部位のフロログルシノール染色やトルイジンブルー染色、UV照射による蛍光顕微鏡観察といった詳細な形態観察を行った。その結果、qSH1遺伝子は、イネの脱粒性において初期のステップで、種子の基部の離層の形成に関与し、OSH15遺伝子は、初期のステップでは離層の形成に関与し、後期のステップには、離層の崩壊に関与していることが示唆された。
エナメル質形成におけるprimary ciliaの役割

繊毛病の一つである口顔指症候群I型(OFD1)は、エナメル質形成不全を示す。Cre-LoxPシステムを利用してOfd1上皮特異的欠損マウスを作成し、Ofd1によるエナメル形成における機能解析を行った。走査型電子顕微鏡(SEM)による観察の結果、Ofd1上皮特異的欠損マウスの臼歯は野生型と比較して非常に強い摩耗を示した。また、qPCRの結果から、Gli1の発現が有意に減少していた。以上の事からOfd1はマウスのエナメル形成においても、重要な機能を有していることが明らかとなった。Ofd1特異的欠損マウスエナメル質形成不全は、分泌期のShhシグナルの低下による可能性の高いことが示唆された。複雑なエナメル形成を培養細胞で再現することは不可能であり、In vivoによる解析がエナメル形成のメカニズム解明には不可欠であった。これまで、エナメル質関連タンパク欠損マウスによる解析は多数行われているものの、エナメル形成メカニズムには未解明な点が多く残されており、従来の単一分子レベルでの解析には限界があると考えられる。一次繊毛primary cilliaは脊椎動物のほぼ全ての細胞に認められるものの、長い間、存在意義の不明な細胞小器官であった。しかし、近年の分子生物学の急速な発展により、一次繊毛が細胞運動、外液移動、化学受容、光受容、機械受容、シグナル伝達等の多機能を有することが明らかにされている。様々な機能を有することが明らかとなってきた一次繊毛のエナメルにおける機能の解明を目的とする。一次繊毛に存在するOfd1とIft88に着目し、その遺伝子改変マウスによる解析で、一次繊毛とエナメル形成の関係を解明する。予備実験で認められたエナメル形成不全が、全てのOfd1上皮特異的欠損マウスとIft88上皮特異的欠損で引き起こることが確認できた。しかし、その欠損のレベルには個体間が存在することが明らかとなった。さらに、同一のマウスでも、上顎臼歯と下顎臼歯間で、エナメル形成不全の程度に差が存在する事が確認できた。また、SEMによる検索の結果、エナメル形成異常が、エナメル形成の分泌期の異常によるものである事が判定された。遺伝子改変マウスで認められるエナメル異常の発現頻度は、実験デザインに大きく影響する。全てのOf1上皮特異的マウスとIft88上皮特異的欠損マウスでエナメル形成不全が認められたことは、全てのマウスが検索可能であることを意味し、今後の実験で非常に有利となる。また、異常を引き起こすステージの同定は、研究の標的ステージを意味する極めて重要な情報であり、その確定は今後の研究遂行に大きな意味を持つ。一次繊毛は胎生初期には左右軸の決定に関わり、その後の様々な場面でも細胞極性の制御に関わると考えられている。本研究の対象であるエナメル芽細胞は時期に応じて核が一端に局在するという非常に極性をもつ細胞である。極性をもつ分泌期のマウス歯胚での一次繊毛の局在を、acetylatedα-tubilinの免疫染色にて確認したところ、WTにて規則性のある配列を認めた。Ofd1上皮組織特異的欠損マウスのエナメル芽細胞におけるacetylatedα-tubilinの発現部位に大きな変化は認められなかった。一方、WTでは線状に認められるacetylatedα-tubilinの発現が、Ofd1上皮組織特異的欠損マウスでは点状に観察された。Ofd1上皮特異的欠損マウスのエナメルの摩耗度を検索するために、wild-typeマウス、Ofd1上皮組織特異的欠損マウス双方の臼歯歯冠の走査型電子顕微鏡(SEM)による観察を行なった結果、Ofd1上皮組織特異的欠損マウスの臼歯には、著しい摩耗が観察された。エナメル形成には、Shhシグナル、Fgfシグナル、Wntシグナルなど様々なパスウェイが関与することが知られている。WTマウスとOfd1上皮組織特異的欠損マウスの分泌期のエナメル芽細胞から抽出したRNAを用いて、qPCR解析を行ったところ、Ofd1上皮組織特異的欠損マウスのエナメル芽細胞におけるGli1(Shhシグナルのマーカー)が優位に減少していることが明らかになった。以上のことより、Ofd1はマウスのエナメル形成においても、重要な機能を有していることが明らかとなった。Ofd1上皮組織特異的欠損マウス形成不全は、分泌期のShhシグナルの低下による可能性の高いことが示唆された。acetylated-a-tubulinの免疫染色により、一次繊毛のエナメル発生期間中の局在部位を特定する。本年度に継続して、Ift88およびOfd1欠損マウスのエナメルにおける分子レベルでの検索を行う。

またダブルノックアウトを作成し、エナメルの表現形の変化を確認し、Ift88とOfd1の相互関係も検索する。organ culture法やrecombination法などによるin vitro、妊娠母親マウスを用いたin vivo実験に、SiRNA、antagonist、agonis、などを駆使することにより、一次繊毛のエナメルの発生における機能解明を試みる。発生学機器の修理等の関係で、使用できなかった旅費、消耗品が若干生じた。次年度は、前述した推進方策にしたがい、必要な実験動物、試薬等の消耗品類を購入する。また、国内外の学会における成果発表の旅費に充てる。
量子揺動の強い系の新しい物性研究(Study on Systems with Strong Quantum Fluctuation)

量子揺動の強い系の新しい物性に関して、量子スピン系や強結合電子系(ハバ-ド模型)での新しい秩序の在り方やその運動形態について研究を進めた。反強磁性ハイゼンベルク模型における空間構造の効果に関して、スピン1と1/2が混在する系において、スピン一重項の配位の取り方によって、いろいろ異なった非磁性相が現われ、それらの間に基底状態と励起状態の間のギャップが消失する相転移が存在することを見出した。[利根川、宮下、ミケスカ]また、本質的に等価な系として梯子格子を希釈した模型などの研究も進めた。[ミケスカ]また、量子スピン系に不純物による磁気秩序への効果としてランダムな結合をもつスピン1の反強磁性ハイゼンベルク鎖の相関関数の研究や、スピン1の一次元鎖にわずかにスピン1/2をドープした系の磁気誘起を量子モンテカルロ法を用いて、その形状や温度変化を研究し、誘起モーメントによる現象の不純物濃度や結合定数依存性、さらにはその温度依存性などを明らかにした。特にこれまで十分希薄と考えられてきた3%程度の不純物でも低温では相当大きな磁気秩序が現れることが見つかり、けっして全くの非磁性物質として解析してはならないことがわかった。そのため低温での準励起の性質などにも新しい特徴が見つかる可能性が出て来た。[ジョリク-ル、ホス、宮下]量子効果と格子希釈効果の相乗作用として現われる量子グリフィス相の特徴を明らかにするため、横磁場イジング模型を希釈正方格子上で調べ、局所帯磁率の発散などを発見した。[池上、宮下、リーガー、ヤング]古典的な基底状態には存在しない量子揺動によるエントロピー効果による新しい相の出現やその相図について詳しく調べた。特に、対角化による研究では調べられる系の大きさが限られているため相転移の場所を明解に決めることが出来なかったが、波動関数の性質を調べることで小さな系でも相の移り変わりが明解に現われることを示した。また、対応する古典系で有限温度でエントロピーのために類似な相転移が起こることを見出した。[宮下、仙田、斯波]また、量子モンテカルロ法や転送行列法、ベ-テ仮設の方法で低温での熱力学的性質も調べた。[利根川、宮下、エバ-ツ、高橋]ハバ-ト模型における強磁性出現機構や磁気秩序の形態について研究し新しいタイプの強磁性出現機構を発見するとともにそこでの秩序の性質を明らかにした。[田崎、渡部、宮下]更に、これらの量子状態のダイナミックスの特徴についても研究を開始するに至った。量子揺動が強い系の新しい物性に関して、低次元反強磁性ハイゼンベルク模型平坦バンドハバ-ド模型などの基底状態および熱力学的性質について研究した。

特に、格子の空間的構造のため、反強磁性ハイゼンベルク模型の基底状態がシングレットペアの敷き詰めで表わされる特殊な状態の特徴や、異なる配位の間の基底状態相転移について、梯子格子、スピン三量体、三角格子反強磁性体、大きさが異なるスピンが混在している系について研究を進めた。さらに、相互作用の大きさがランダムに分布する反強磁性ハイゼンベルク模型の繰り込みの性質についても明らかにした。また、平坦バンドをもつハバ-ド模型における強磁性出現機構の安定性をいろいろな摂動のもとで研究し、この出現機構が広い範囲で有効であることを確認した。また、平坦バンドの上のバンドに電子が詰まっていく高密度領域でもいわゆる長岡強磁性につながる新しい強磁性の出現を直接数値対角化により発見し、その機構解明を進めている。また、これらの系の有限温度での振舞いについても有限温度ベ-テ仮説や量子モンテカルロ法で研究し、絶対零度付近での異常性を明らかにした。またスピンの動的性質を直接シミュレーションする方法を開発し、量子揺動が強い系の動的性質についても研究した。特に、一軸異方性をもつ磁性体の磁場逆転に伴う運動での非断熱遷移の確率をランダウ・ジーナーの機構で解析し、2つの安定な状態間のトンネル効果によるエネルギーギャップの大きさを評価した。さらに実験的に大きな分子で発見されている量子的ヒステリシス現象における階段的振舞いの機構も明らかにした。また、量子統計力学の基礎となる量子系でのカノニカル分布実現の機構についても数値的な方法と厳密に解ける解析的模型の両方から研究した。量子揺動の強い系の新しい物性に関して、量子スピン系や強結合電子系(ハバ-ド模型)での新しい秩序の在り方やその運動形態について研究を進めた。反強磁性ハイゼンベルク模型における空間構造の効果に関して、スピン1と1/2が混在する系において、スピン-重項の配位の取り方によって、いろいろ異なった非磁性相が現われ、それらの間に基底状態と励起状態の間のギャップが消失する相転移が存在することを見出した。[利根川、宮下、ミケスカ]また、本質的に等価な系として梯子格子を希釈した模型などの研究も進めた。[ミケスカ]また、量子スピン系に不純物による磁気秩序への効果としてランダムな結合をもつスピン1の反強磁性ハイゼンベルク鎖の相関関数の研究や、スピン1の一次元鎖にわずかにスピン1/2をドープした系の磁気誘起を量子モンテカルロ法を用いて、その形状や温度変化を研究し、誘起モーメントにる現象の不純物濃度や結合定数依存性、さらにはその温度依存性なを明らかにした。特にこれまで十分希薄と考えられて来た3%程度の不純物でも低温では相当大きな磁気秩序が現れることが見つかり、けっして全くの非磁性物質として解析してはならないことがわかった。そのため低温での準励起の性質なにも新しい特徴が見つかる可能性が出て来た。[ジョリク-ル、ホス、宮下]量子効果と格子希釈効果の相乗作用として現われる量子グリフィス相の特徴を明らかにするため、横磁場イジング模型を希釈正方格子上で調べ、局所帯磁率の発散などを発見した。[池上、宮下、リーガー、ヤング]古典的な基底状態には存在しない量子揺動によるエントロビ-効果による新して相の出現やその相図について詳しく調べた。特に、対角化による研究では調べられる系の大きさが限られているため相転移の場所を明解に決めることが出来なかったが、波動関数の性質を調べることで小さな系でも相の移り変わりが明解に現われることを示した。
フェムト秒分光法を用いたクラスター内溶媒和ダイナミックスの研究

1.Li(H_2O)_n(n≦20)の光解離スペクトルを検討し、n≦4ではLi原子に由来する電子遷移が大きく低エネルギーシフトし、n≧5ではバルクの水和電子の吸収スペクトルに収束することが実証された。溶媒への電子移動と励起状態の動的挙動の関係を調べるために、フェムト秒(fs)レーザーを用いたポンプ-プローブ実験を行い、1:1錯体の励起状態で100ps以下の非常に速い失活が起こることを見出した。他方、溶媒分子の配向緩和時間を調べるため、マックスボルン研究所と共同で、Na(H_2O)_nのfs秒レーザーを用いた二段光電子分光実験を進めている。またp型の価電子をもつAl原子に研究を拡張し、Al-(H_2O)_nイオンの水和過程を光量子分光法と非経験的分子軌道法を用いて調べた。この結果、水分子はAl-負イオンに水素原子側から配位し、n=3以上では水素結合で環型に集合した水クラスターにAl-が付着した構造をとることが明らかになった。2.金属固体の溶解過程を捉えるために、Na多量体のアンモニアクラスター内での溶存状態をレーザー光電子分光法を用いて検討した。この結果、Na三量体負イオンでは、数分子のアンモニアの配位によりNa二量体と原子に解離が起こり、溶解が始まることを初めて見出した。3.Mg_+(NH3)_nの光解離スペクトルと解離過程の検討を行い、n=1では溶媒分子への電子移動と水素原子の脱離を伴ったMg_+の酸化反応を見出した。大きなクラスターでは、溶媒分子の蒸発過程だけが起こり、反応が抑制されるとともに、Mg_+イオンがMg2_+にイオン化することが明らかになった。また、Mg(NH_3)_nのfs秒レーザー光イオン化過程を調べ、中性のクラスターの励起状態の反応性と気相中での二価イオンの安定性について新しい知見を得た。4.エレクトロスプレーイオン源を備えた光解離分光装置を完成させた。また、ヘミン-ジメチルスルフォキシドクラスターの光解離過程を検討した。光解離および熱解離過程の生成物の解析を行うことにより、溶媒分子の蒸発過程と競争して起こるヘミンのβ-解裂反応の機構を明らかにし活性化エネルギーを求めた。シトクロムcのイオン生成と光解離実験を行い、鉄-ポルフィリン核の励起に伴う光誘起反応を明らかにした。1.アルカリ金属のクラスター内での溶解過程(1)アルカリ金属原子を含む溶媒和クラスターは、溶媒和電子の生成と金属の溶解現象の素過程を段階的に捉えるという点で興味深い。我々は最近、光イオン化法と光電子分光法を用いて、LiやNa原子を含む溶媒和クラスター内での金属原子の微視的溶解過程を明らかにした。本研究では、金属固体の溶解過程を捉えるために、Na多量体のアンモニアクラスター内での溶存状態をレーザー光電子分光法を用いて検討した。

Na二量体負イオンを含むアンモニアクラスターの光電子分光法では、中性クラスター内でNa二量体は非対称に溶媒和され、アンモニア分子の増加と共にNa原子が逐次イオン化することを明らかにした。またNa三量体負イオンでは、数分子のアンモニアの配位によりNa二量体と原子に解離が起こり、溶解が始まることを初めて見出した。(2)上記の研究と並行して、金属原子から溶媒分子への電子移動の機構を分子レベルで解明するために、Li(H_2O)_nクラスターの光解離法を用いた電子スペクトルの研究を行った。この結果、Li原子とH_2O分子との1:1錯体について、Li原子の^2P-^2S遷移に由来する振電スペクトルを得ることができ、0-0帯の原子からのシフトの大きさ(約0.5eV)から、1:1錯体でも励起状態で電子移動の寄与が非常に大きいことが明らかになった。また、n≧2のクラスターのスペクトル測定を進めると共に、電子移動と励起状態の動的挙動の関係を明らかにするために、フェムト秒レーザーを用いたポンプープローブ実験を進めている。2.エレクトロスプレー型質量分析器を用いた光解離分光法の開発本研究では、溶液中のイオンをソフトに気相に取り出し、電子構造や水和構造を検討する目的で、エレクトロスプレー型質量分析器の試作を行った。また、この装置を用いた水和イオンの分光法を開発するために、光解離分光法の適用の可能性の検討を進めている。1.アルカリ金属原子を含む溶媒和クラスターは、溶媒和電子の生成素過程を段階的に捉えるという点で興味深い。本研究では、金属原子から溶媒分子への電子移動の機構とダイナミックスを解明するため、Li(H_2O)_nクラスター(n≦20)の電子スペクトルを光解離分光法を用いて検討した。この結果、n≦4のクラスターではLi原子(^2P-^2S)に由来する電子遷移が大きく低エネルギーシフトし、逆にn≧5では高エネルギーシフトが始まるとともに、バルクの水和電子の吸収スペクトル(1.79eV)に収束していくことが実証された。これらの結果より、バルクに類似した二中心のイオン対状態が比較的小さなクラスター内で生成することが明らかになった。溶媒への電子移動と励起状態の動的挙動の関係を調べるために、フェムト秒(fs)レーザーを用いたポンプープローブ実験を行い、1:1錯体の励起状態で100ps以下の非常に速い失活が起こることを見出した。2.溶媒分子の配向緩和過程を実時間で調べるため、ドイツ、マックスボルン研究所のI.V.Hertel教授らのグループと共同でNa(H_2O)_nクラスターのfs秒レーザー光イオン化実験を行った。この過程をさらに詳しく検討するために、同レーザーを用いた二段光電子分光実験を進めている。3.気相クラスター中での金属イオンの酸化還元反応のダイナミックスを解明するために、Mg^+(NH_3)_nの光解離分光を行い、光酸化還元反応のダイナミックスの溶媒和依存性について新たな知見を得た。4.溶液中のイオンを質量選別してソフトに気相に取り出し光解離分光を行うため、エレクトロスプレーイオン源と二台の四重極質量フィルター、八重極イオンガイドを備えた光解離分光装置を完成させた。また、気相での電子移動反応のダイナミックスを分子レベルで検討する目的で、鉄-ポルフィリン化合物と三級アミンの錯体イオンを生成し、光誘起電子移動過程を観測した。この過程を実時間で解明するため、fsレーザーを用いた鉄-ポルフィリン錯体のポンプープローブ実験を進めている。他方、上記の装置を生体分子へ応用するために、シトクロムcのイオン生成と光解離実験を行い、鉄-ポルフィリン核の励起に伴う光誘起反応を調べた。
含硫黄金属錯体を活用するπ-電子集積化合物の合成とその機能性の解明

機能性化合物や生理活性化合物など広く有用性が認められている環状ポリスルフィド類など含硫黄化合物のさらなる機能性の向上を目的として含硫黄金属錯体の反応性を活用してベンゼンなどのp-電子集積化合物の合成に着手した。1、ベンゾジチアスタノールからの環状ポリスルフィド類の選択的合成ベンゾジチアスタノールに硫黄源として塩化チオニルを作用させ次いで還元するとベントリチオール類が選択的に得られた。また、塩化メチレン中二塩化硫黄を作用させると不安定なベンゾテトラチインが得られ、塩化硫黄を作用させるとベンゾペンタチエピンが選択的に得られる事を見い出した。2、ベンゾテルラチアチタノールからのベンゾポリカルコゲニド類の合成ベンゾテルラチアチタノールに硫黄源として塩化チオニル、セレン源として塩化セレネニルを作用させるとそれぞれ選択的にベンオジチアテルロールおよびベンゾセレナチアテルロールが得られる事を見い出した。3、ジチアスタノールからのベンゼン環集積化合物の合成ビフェニルやテルフェニルなどの多ベンゼン化合物のスズ錯体を活用して超分子化合物を指向するベンゼン環集積化合物の合成について健闘を開始した。現在多ベンゼン環金属錯体の合成を検討している。
卓球のショット軌跡予測に基づく有効スペースの定量化

本研究では卓球のショットについて分析を行った.まず打球速度の分析を行い,最大速度で打球した場合にボールが卓球台を横切る時間は人間の全身反応時間の限界値(0.1sec)に相当することを見出した.また,無回転(the theoretical spin-free:TSF)ボールの理論的軌跡を算出し,ショット軌跡に対するボールスピンのはたらきを明らかにした.本研究では卓球のショットについて分析を行った.まず打球速度の分析を行い,最大速度で打球した場合にボールが卓球台を横切る時間は人間の全身反応時間の限界値(0.1sec)に相当することを見出した.また,無回転(the theoretical spin-free:TSF)ボールの理論的軌跡を算出し,ショット軌跡に対するボールスピンのはたらきを明らかにした.撮影対象とした卓球の国際大会Japan Open荻村杯は,平成22年度は7月1日4日の日程で神戸総合運動公園体育館グリーンアリーナ神戸に於いて開催されることになっていた.そのために,共同研究者の吉田とともに撮影実施のための用意を行いながら,分析環境の整備に努めた.4,5月は予算執行の手続きをとるとともに,日本卓球協会から正式撮影了承を得るために資料作成,吉田を通じて卓球協会への説明を行った.これら資料を基に,日本卓球協会から国際卓球連盟への説明,承諾を得ることを行った.最終的には6月上旬に撮影許可が得られ,大会実施・運営にあたっている兵庫県卓球協会との連絡・打ち合わせを行った.この間,4月23日にはグリーンアリーナ神戸に赴き,見学および民生用カメラによる呼び撮影等を行い,カメラ設置場所や作業場所の確認,電源確認などを行った.また,吉田に依頼して,撮影補助者の確保も行った.更に,撮影用コントロールポイントや補助器具の作成,高速度カメラ(HSV-500c3, nac社)の借用手続き(東京工業大学社会理工学研究科石井源信教授),配送を6月4日に行った.6月29日に県立広島大学庄原キャンパスから兵庫県明石市市内の宿泊施設に移動し,翌30日にグリーンアリーナ神戸にて撮影補助者と落ちあい,機材搬入,撮影手順等のリハーサルと確認,試合組み合わせの確認などを行った.そして,7月1日から4日までの全日程で撮影を行い,片付けの後撮影チームを解散した.その後,分析環境の整備のため,PCの設置やソフトウェア(Frame-DiasIV, DKH社)の稼働を行った.基礎資料として,男子シングルス決勝について「卓球ゲームにおける打法や状況毎の打球速度」という題目で報告書を作成した.この報告書の公開についてはただいま検討中である.平成23年度は,日本体育学会第62回大会(鹿屋体育大学)において,関連研究成果について発表を行った.楠堀誠司-吉田和人.卓球ゲームにおける打法や状況毎の打球速度.内容:卓球のドライブ,つっつき,ブロックなどの各打法について,その打球速度の比較検討を行った.I.ショットのピーク値:最大値27.17m・s^<-1>,最小値上4.18m・s^<-1>II.フォアハンドショット>バックハンドショットIII.レシーブ後のショット>レシーブIV.打法毎に見た場合,ドライブ≧その他≧ブロック≧ハーフボレー≧フリック≧つっつきの順で高い値を示した.全ショットの平均ピーク値は13.37m・s^<-1>であり,この値を平均速度としてショットが飛来した場合,卓球台2.74mを横切るまでにかかる時間は0.2秒あまりであり,時間ということで考えるとかなり短時間であることが分かる.ラリー中のフォアハンドショットの最大値は27.17m・s^<-1>(97.8km/時)で,0.1secで卓球台を横切ることに相当し,これは人間の全身反応時間の限界値に相当することなどがわかった.また,2012年国際スポーツバイオメカニクス学会(オーストラリア,メルボルン,7月1日6日)での発表を目指し分析を進め,論文の投稿を行い,査読の結果発表することが確定した.この研究では,仮説通り卓球のショット軌跡は二次関数によって近似できることが示され,それに基づきショット軌跡に対するボールのスピンの影響を検討した.今年度は,卓球のショットにおけるスピンのはたらきについて研究を進めた.無回転(the theoretical spin-free:TSF)ボールの理論的軌跡について,本研究ではJinji & Sakurai(2006)と同様の方法で,TSFボールの理論的軌跡を算出した.TSFボールの軌跡と実際のショット軌跡を比較することで,ショット軌跡に対するスピンのはたらきを明らかにすることを目的とした.飛来するボールに掛かる力は,重力およびドラッグの合力とする仮定に基づき,TSFボールの軌跡を算出した.その結果,ドライブでは,すべてのTSFボールは実測値よりも長い軌跡を示し,卓球台をオーバーした.つっつきでは,TSFボールのうち17ショットは実測値よりも短い軌跡を示した.反対にカットでは,すべての実測値はTSFボールよりも長い軌跡を示した.また実測値とTSFボールに置けるX-Y平面でのボール着地点の横変位量は,カット>ドライブ>つっつきの順で有意差が見られた.ショット軌跡の最高点については,ドライブではTSFボール,反対にカットとつっつきでは実測値で優位に高かった.実測値の着地点におけるZ方向の変位量は,ボール回転による飛行中のマグヌス効果による仕事量を反映しているが,ドライブ>カット>つっつきの順で有意差が見られた.

野球の投球におけるボールの横方向への変位量は,18.44mの飛来で0.2m(Jinji & Sakurai,2006)であり,変位量自体は本研究におけるカットと同様の値を示した.しかしながら,ボールの質量が軽いことを考えると,卓球におけるショット軌跡の飛来中の横変位量はそれほど大きくはない.マグヌス効果による仕事量自体はごくわずかであったが,ドライブにおいては最も大きく,順回転がドライブにおいては必要であることを示している.昨年度に公務中(勤務中)に事故により重傷を負い,手術,入院等を余儀なくされ,その後の生活でも支障をきたす時間が長く,現在もリハビリを行っている.これらのことが想像していた以上に重くのしかかり,研究活動を一時期停滞せざるを得ない時間があり,結果としてやや遅れてしまっていると感じている.24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は国際スポーツバイオメカニクス学会での発表と,さらに分析を進めたデータを加えて,国内での発表(発表場所は未定)を計画している.これらの発表をもとに,卓球のショット軌跡に関する研究成果の論文投稿を計画している.プレーヤーのキネマティクス情報とショット軌跡の関連が主要テーマであったが,ショット軌跡そのものを詳細に分析・検討する必要があることが分かったため,まずはショット軌跡そのものに焦点を当てて研究を進める必要があると考えている.24年度が最終年度であるため、記入しない。
周辺有効視野範囲の並列分散処理(PDP)モデルによる検討

視覚系は入力光パタン情報に対し、並列的処理を行なっているが、処理の容量と効率は光パタンの呈示される視野位置によって均一ではない。視野の異質性は生理学的な相違に由来してはいるものの(例えば、中心と周辺視野における空間周波数や時間情報の処理の様相が異なるのはX型、Y型、W型等の神経節細胞の分布密度の違いによる)、「注意を向けることのできる空間の範囲(有効周辺視野)という心理的要因も大きな影響を与えている。空間的注意が一定である場合、その注意を向けることのできる周辺視野の範囲(有効範囲)では、より安定した並列的分散処理が期待されている。本研究では有効視野での並列分散処理の様相を反応時間によって推定される注意の空間的勾配の検討を通して吟味した。モデルとしては有効視野と対応に対応するように重みづけられた並列分散処理的情報処理網が学習習形成されると仮定した。Attention-focusを設定した反応時間による実験では、cue一致条件では反応時間が短く、不一致条件では長くなり、求められた空間勾配から、注意視野の広がりが求められた。つまり、focusに近い空間には注意濃度(勾配から推定される)の上昇が認められ、そこから一定方向への濃度の低下が認められた。これは、いわゆるattention-beamが周辺有効視野内では移動可能なことを示唆している。デ-タから考えられた空間的注意勾配と活性化伝播ル-ルにおける重みづけの原理はうまく一致しなかったものの一応の成果と見直しは得られたと考えられる。現在さらにこの方向での吟味をより高次の情報処理レベルで検討中である。
ライフスタイル,危険因子,循環器病・がんの長期間監視

平成911年度を含む20年追跡期間の脳卒中・心筋梗塞発症調査及び確定診断を終了した。その結果、脳梗塞118名(男性63名、女性55名)、脳出血41名(男性15名、女性26名)、くも膜下出血18名(男性6名、女性12名)、分類不能脳卒中36名(男性16名、女性20名)、心筋梗塞46名(男性23名、女性23名)、24時間以内の突然死35名(男性16名、女性19名)が判明した。これらの結果から20年間の追跡期間に基づいてCox比例ハザードモデルにより、脳卒中(出血、梗塞)の危険因子を分析し、次のことが分かった。(1)脳梗塞で収縮期・拡張期血圧ともに正の関連。脳出血で拡張期血圧と正の関連、(2)脳梗塞でBMIと正の関連、(3)脳出血で身体活動と負の関連、(4)脳梗塞で心房細動と強い正の関連、(5)女性の脳梗塞で糖尿病の既往歴と正の関連、(6)しかし、血清総コレステロールとの関連は男女共にみられなかった。一方、同様にして、半定量食物摂取頻度法による食事摂取量とその後の虚血性心疾患罹患との関連を911年度を含む20年追跡研究により検討し、魚の摂取量が約100g/日を越えると虚血性心疾患のリスクが低下することが示唆された。健康・運動習慣等のライフスタイルモニタリングを実施した。(1)運動・肥満に関する意識の向上あるも、運動不足傾向、(2)余暇の身体活動量の増加、労働の身体活動量の減少、(3)食塩に対する意識の向上、摂取量の減少(11g台)、(4)朝食摂取割合、食品数を多くとる割合の減少、(5〕魚介類を除く動物性脂肪摂取量の増加、脂肪エネルギー比の増加、(6)カルシウム摂取量500mg未満、(7)ビタミンA、C摂取量の低下、(8)肥満・高脂血症の知識の増加あるも、実践には至らず、(9)男性の血清総コレステロール平均値が200mg/dlを越えた、(10)飲酒に関する意識の向上がなく、習慣的飲酒者の割合が高く、γGTP平均値が高値、(11)喫煙及び公共の場での禁煙・分煙に関する意識の向上、習慣的喫煙者の割合の減少、呼気CO濃度平均値の減少、(12)血圧に関する意識の向上がなく、収縮期血圧の上昇、男性5,60代で収縮期血圧140mmHgを越え、高血圧者の増加、がみられた。新潟県新発田市A、I、Y、M地区の40歳以上の住民を対象にして、疫学調査を実施した。全住民の約1/3にあたる男性1,114名、女性1,939名、合計3,053名が調査を受けた。循環器疾患危険因子のうち血圧の平均値は、前回(5年前)と比べて横ばい状態である。血清総コレステロール値は、上昇傾向にあるが、なおも全国平均値(循環器疾患基礎調査成績)よりも低いようである。

眼底検査異常者率(K-WII以上)は、低く、心電図所見異常者率よりもかなり低かった。肥満者の頻度は横ばい状態であった。食事調査は、無作為抽出標本で実施したが、現在、データベース化を行いつつある。身体活動では、高齢者が運動習慣を持つようになってきたが、比較的若い世代では少ない。登録制度に基づいて、脳卒中罹患率を検討してみると、脳出血、穿通枝系脳梗塞の減少傾向が顕著で、皮質枝系脳血栓は若干の増加を示した。脳塞栓は高齢者で増加していた。心筋梗塞の増加は認められなかった。今後、2年間で、受検率をできるだけ高くし、現時点における、実態を明らかにし、過去20年間の成績と比較する予定である。本年度は、近年における脳卒中、心筋梗塞罹患率を検討するために、脳卒中・心筋梗塞発症調査を実施し、かつ新発生患者の確定診断を終了した。その結果1994年1998年の新発生患者(確定診断済)は、脳梗塞31例(累計118例)、脳出血11例(累計41例)、くも膜下出血5例(累計19例)、分類不能脳卒中8例(累計36例)、心筋梗塞17例(累計46例)、24時間以内の突然死8例(累計35例)であった。これらの結果をもとにして、すなわち、20年間の追跡期間に基づいてCox比例ハザードモデルにより、脳卒中(出血、梗塞)および心筋梗塞発生の危険因子を検討する予定である。健康・運動習慣等のライフスタイルモニタリングも終了し、(1)余暇の身体活動量の増加、坐位の労働時間の増加による労働における身体活動量の低下、(2)脂肪特に動物性脂肪摂取量の増加、1日当りの摂取食品数の増加、(3)公共の場所における分煙あるいは禁煙に関する意識の向上、(4)男性におけるBMIの増加、高脂血症用剤服薬者率の増加(血清コレステロールの平均値は不変)、が経年変化として観察された。症例・対照研究で脳卒中とアポ蛋白E遺伝子との関連を検討した。アポ蛋白Eε3を基準にして、脳血栓(n=86)ではアポ蛋白Eε2でオッズ比2.9(95%信頼区間1.1-7.8)が、脳出血(n=52)ではアポ蛋白Eε4でオッズ比3.4(95%信頼区間1.6-7.1)が得られた。このことから、アポ蛋白E遺伝子は、脳血栓と脳出血のリスクを高める遺伝的要因であることが示唆された。新潟県新発田市において、20年間の追跡期間における病型別脳卒中の危険因子を比例ハザードモデルで分析した。脳梗塞では収縮期・拡張期血圧ともに正の関連がみられた(収縮期10mmHgあたりのRR1.21,95%信頼区間1.12-1.31、拡張期10mmHgあたりのRR1.34,1.15-1.56)。脳出血では拡張期血圧と正の関連がみられた(1.41,1.09-1.82)。脳梗塞ではBMIと正の関連がみられた(1kg/m^2あたりのRR1.07,1.01-1.14)。脳出血で身体活動と負の関連が見られた(1 indexあたりのRR0.05,0.01-0.76)。脳梗塞で心房細動と強い正の関連が見られた(3.12,1.41-6.90)。また、女性の脳梗塞で糖尿病の既往歴と正の関連が見られた(1.15,1.03-1.29)。しかし、血清総コレステロールとの関連は男女共にみられなかった。また、同じ追跡期間中に急性心筋梗塞46名、突然死35名の発生が確認された。半定量食物摂取頻度法による食事摂取量とその後の虚血性心疾患罹患との関連を検討し、魚の摂取量が約100g/日を越えると虚血性心疾患のリスクが低下する可能性が示唆された。健康・運動習慣等のライフスタイルモニタリングを今年、前年期調査に引き続き、後期調査を実施した。運動・肥満に関する意識の向上がみられるも、運動不足が依然として目立った。余暇の身体活動量が増加し、労働の身体活動量が減少した。食塩に対する意識の向上がみられ、摂取量は減少した。(11g台)。朝食摂取割合と食品数を多くとる割合が減少した。
医薬品開発における国際競争力の向上に貢献し得るCRCの養成教育プログラムの作成

本研究では、医薬品開発における日本の国際競争力の強化のため、Clinical Research Coordinator(以下CRC)の業務及び教育内容を国際共同治験の実施経験が豊富なオーストラリアと日本で比較することで、日本のCRC業務に追加が必要な業務内容を明確化した上で、その業務遂行のために必要な教育内容を検討した。その結果、追加が必要な業務は「臨床研究全体のマネジメント」であり、現状のCRC養成カリキュラムには、臨床研究の最初のステップである「リサーチクエスチョンの作成」、最終ステップである「総括報告書の作成・論文化」と、「予算の立案・研究費の管理」の教育が必要であることが判明した。CRC養成教育プログラムの国際比較については、平成26年度厚生労働科学研究費補助金(医療技術実用化総合研究事業)にて「臨床研究コーディネーター養成カリキュラムの標準化に関する研究」が実施されたため、来年度この研究結果を日本のCRCの教育プログラムとして海外と比較・検討することとした。一方で、欧米では、CRCは「研究者主導」「企業主導」の区別なく、ICH-GCP準拠臨床試験のコーディネート業務を実施している。日本のCRCは、企業の支援を受けられない「医師主導治験」のコーディネート業務経験が浅い。この点が適切な臨床試験の運用にどのような影響を与えているのか医師主導治験を題材に検討したところ、実施医療機関スタッフのスキルが医師主導治験を適切に実施する上での「リスク」となっていることが判明した。以上の結果を受け、日本で国際共同治験を適切に実施しうるCRCを養成するためには、企業の支援を受けられないケースにおいても、適切にコーディネートできるような養成教育カリキュラムを作成する必要があると考えられた。厚生科学基盤研究分野医療技術実用化総合研究「臨床研究コーディネーター養成カリキュラムの標準化に関する研究(平成25ー26年度)」が公表した初級・上級CRC養成研修カリキュラムシラバスと、豪州のThe University of Sydney Nursing SchoolのCRC養成コースであるPost graduate studyclinical trials practiceのUnit of study descriptionsと比較した。その結果、日本のカリキュラムには、リサーチクエスチョンの作成、品質保証の観点を踏まえた臨床試験実施プロセスの根拠資料の作成、総括報告書の作成や論文化、予算の立案と研究費管理等が含まれていないことが明らかになった。また、豪州のCRC 3名による日本のCRC実務業務調査を実施するとともに、日本の調査対象施設のCRCを対象に日豪間の業務の違いについてのアンケート調査を実施した。これらの調査結果を踏まえ、2015年9月に神戸で開催された第15回CRCと臨床試験のあり方を考える会議のシンポジウム「CRCの真の役割とは海外との比較から考える」にて日豪間のCRCのrole and responsibilityの違いについて議論を行った。その結果、個々のCRCが実施する業務は同じであるが、日本のCRCは、臨床試験全体をふまえた個々のCRC業務の目的・意義についての理解が十分ではないことが判明した。以上の結果から、現状の日本のCRCの養成教育カリキュラムには臨床研究の立案から結果の報告・臨床現場への応用までを見据えた臨床試験全体の管理・運営に必要な項目の追加が必要であることが明らかとなった。CRC養成教育カリキュラムの比較については、当初用いる予定であった日本臨床薬理学会認定CRCのための研修ガイドラインではなく、平成26年度厚生労働科学研究にて実施された「臨床研究コーディネーター養成カリキュラムの標準化に関する研究」の検討結果を用いることにしたため、実施が平成27年度にずれ込んでいる。また、オーストラリアのCRCによる日本の業務調査については、平成27年3月に実施予定であったが、州の事務手続き上の問題により、平成27年度に実施することになった。臨床試験管理平成26年度未実施のCRC養成教育カリキュラムの国際比較及びオーストラリアのCRCによる日本の業務調査を平成27年度上半期に実施後、当初の予定どおり研究を遂行する。オーストラリアのCRCによる業務調査の、受け入れ施設及び日程調整はほぼ終了している。平成26年度実施予定であったオーストラリアのCRCによる日本の調査を、次年度実施に延期したためオーストラリアのCRCの来日に伴う旅費及びWebアンケート調査構築費として使用予定
宇宙用液体タンクの液量計測に関する研究

微小重力下での密閉タンク内の残留液量計測に空気圧方式を応用し,その場合の問題を検討した.その結果,(1)微小重力下では液体中に多数の気泡が安定に存在できるが,水程度の表面張力の液体では空気圧方式の誤差にはならない.(2)微小重力下では圧力センサおよび体積変化機構が液体中に埋没することがある.この場合センサの周波数帯域が残留液量により狭ばめられる.圧力センサ受圧面バネ定数が低い場合,特にこの影響が大きい.液体で被われたセンサの固有周波数を高く維持するために,バネ定数の大きな受圧面をもつセンサを選ぶか,体積変化の周期を長くする必要がある.(3)気液2相流体で蒸気分圧が大きく,それに伴いポリトロ-プ指数が大幅に変化する場合には補正が必要である.この場合,液体,気体,温度からポリトロ-プ指数を計算し気体の比熱比の代わりに用いる.揮発性の弱い液体の場合,ポリトロ-プ指数は気体の比熱比にほぼ等しく,そのまま比熱比を用いればよい.(4)タンク系の総合熱時定数に比較して体積変化の周期が十分短い場合,この体積変化は断熱変化過程とみなせる.この場合,直接理論式から液量が計算できる.タンク系の総合熱時定数に比して体積変化の周期が十分長い場合,タンク内の気体は等温変化し,比熱比を1として計算する.以上の計測上の問題点を考慮し,飛行機のパラボリックフライトで実現した機内微小重力環境で液量計測実験を行った.結果は直線性,再現性とも優れた液量計測が可能であることが確認された.従って微小重力下における密閉タンク内残留液量計測の手段として,空気圧方式を利用することの有効性,妥当性が確認された.この研究は無重力,あるいは微小重力下にある密閉タンク内の残留液料を精度良く計測する方式を確立することを目的としている。原理はタンク内の気体に理想気体の法則を適用する.テスト信号としタンクの容積を微小に変化させ,それに伴う圧力変化を計測しその大きさから,タンク内の気体体積を計算するのである.平成2年度の計画では,次のような課題を検討することであった.[課題1]理論的に微小重力,無重力密閉タンク内で液体,気体がどのような挙動をするか検討する.[課題2]2次元に限定して模擬的な無重力の状況を作り,液体中の気体を収集する方法の妥当性の実験を行う.[課題3]微小重力の環境を作り,密閉タンク内の液体の挙動の観察の準備を進める.[課題4]上の結果を整理する.次のような結果(成果)得た.[課題1]本計測法は密閉タンク内の気体バネを定数を計測することと等価である.液体中に気泡が残留する場合の気泡の数とバネ定数の関係を求めた.バネ定数は気泡の数には殆ど依存すること無く,気体の全体積のみに依存することが分かった.[課題2]厚みの薄い円筒タンクを作った.液体をその中で回転させることで,気泡に遠心力を作用させ,液体中の気体を収集することができることを確認した.[課題3]無重力飛行実験のための装置を構築した.無重力飛行による基礎実験を行った.[課題4]以上を整理して,IECON'92(国際会議),計測自動制御学会論文を作成中である.微小重力下での密閉タンク内の残留液量計測に空気圧方式を応用し,その場合の問題を検討した.その結果,(1)微小重力下では液体中に多数の気泡が安定に存在できるが,水程度の表面張力の液体では空気圧方式の誤差にはならない.(2)微小重力下では圧力センサおよび体積変化機構が液体中に埋没することがある.この場合センサの周波数帯域が残留液量により狭ばめられる.圧力センサ受圧面バネ定数が低い場合,特にこの影響が大きい.液体で被われたセンサの固有周波数を高く維持するために,バネ定数の大きな受圧面をもつセンサを選ぶか,体積変化の周期を長くする必要がある.(3)気液2相流体で蒸気分圧が大きく,それに伴いポリトロ-プ指数が大幅に変化する場合には補正が必要である.この場合,液体,気体,温度からポリトロ-プ指数を計算し気体の比熱比の代わりに用いる.揮発性の弱い液体の場合,ポリトロ-プ指数は気体の比熱比にほぼ等しく,そのまま比熱比を用いればよい.(4)タンク系の総合熱時定数に比較して体積変化の周期が十分短い場合,この体積変化は断熱変化過程とみなせる.この場合,直接理論式から液量が計算できる.タンク系の総合熱時定数に比して体積変化の周期が十分長い場合,タンク内の気体は等温変化し,比熱比を1として計算する.以上の計測上の問題点を考慮し,飛行機のパラボリックフライトで実現した機内微小重力環境で液量計測実験を行った.結果は直線性,再現性とも優れた液量計測が可能であることが確認された.従って微小重力下における密閉タンク内残留液量計測の手段として,空気圧方式を利用することの有効性,妥当性が確認された.