hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オットー光学配置を利用したペーパープラズモニックセンサの構築

金に無修飾の場合のプラズモン共鳴角との変化量は、明確に検出することが出来なかった。ビオチン修飾分子の膜厚が平均的に1 nm以下と想定され、ラフネスが大きめな紙上の金表面では、この程度の膜厚の有機膜の吸着・結合は、検出が困難であることが示された。次に、リン酸緩衝液中にストレプトアビジンを分散した液をセンサシート上に曝露し2時間静置した後、水でリンスし、再び反射率の入射角分散測定を行ったところ、プラズモン共鳴角が高角度側にシフトした。これは、ビオチンにストレプトアビジンが吸着したために、センサシート金表面の誘電率が変わったため、プラズモン共鳴条件が変化したことを示す。本研究の系では、53 kDa程度のサイズのタンパク質の検出は可能であることが示された。一方、紙上への金堆積時を細かく検証している段階で、10 nm以下の金の堆積時に局在プラズモン共鳴による発色が確認されており、この局在モードでのセンシングも次年度以降に検討したいと考えている。紙を基材としたOtto光学配置用のセンサシートがタンパク質のセンシングをできる程度の感度を担保できることは明らかにした。また、紙の特性を生かした折り曲げ流路の作製とセンシング時に流路の使用を試みた。金が堆積されている部分を折り曲げると、金が剥離するコトが分かった。そこで、金が堆積されていない部分だけ折り曲げて流路を作製し、センシングを行う際に使用する液体の導入することができた。また、センサシート裏面から注射器の針を刺してそのまま液体注入をすることも可能であり、この方法はガラスなど硬質基材では不可能な方法で、非常に簡便である。紙の上に形成された金属表面で表面プラズモン共鳴が発現することを示し、「紙」を化学・バイオセンサ用のチップ基材とするペーパープラズモニックセンサの構築を研究目的とする。紙は、安価で軽量、加工性に優れるほか、センサ基材として使用後容易に裁断、焼却などの処分が可能である。本研究では、Otto光学配置を利用し紙をセンサシートとする物質のセンシングの可能性について検討を行った。塗工紙表面に金の連続膜を蒸着したものをプラズモン場を発生させるセンサシートとし、プリズムと紙との間にギャップを形成、赤外および近赤外のp偏光を入射光としてOtto光学配置を構築した。反射率の入射角依存性を計測したところ、伝搬型表面プラズモン共鳴が紙上の金表面で発現することを確認した。金表面でタンパク質が特異吸着する系を導入した場合、タンパク質吸着後に共鳴角シフトを確認することができた。紙表面に形成した金のパターンアレイにおけるCCDカメラでのタンパク吸着イメージングについては、プラズモン場となる金表面が基材の紙表面のラフネスを追随し共鳴角が各パターン位置によってずれるため、金パターン間におけるタンパク質吸着前の像の濃淡が不均一となり、吸着の有無を判断できる像の取得には至らなかった。一方、平成29年度に見出した、10nm以下の膜厚の紙上の金不連続膜が室温でもマイグレーションし、局在表面プラズモン共鳴による発色および色相変化を起こす挙動について、温度条件や紙の表面ラフネスなどの条件を振って検討を行った。その結果、マイグレーション挙動は、紙ー金、金ー空気、空気ー紙の3つの界面における自由エネルギーの総計が最小となるよう金がその形状を変化させる「固体脱濡れ」現象によるものと推定した。室温よりも高い温度で固体脱濡れが促進する一方、ラフネスが大きくなると脱濡れが阻害されることも分かった。
従来の試験は子供達に課題や質問を提示し、それに対する解答・回答を評価する。この方法では子供達の受動的な能力と主に記憶力しか評価できない。そこで従来の方法を反転させ、受験者からの質問を測定するルーブリックと試験環境を構築する。質問は対象に対する好奇心や関心などの積極性・主体性が反映され、質問対象に対する理解度合いも把握でき、表現力をも測定できる。さらに、質問は相手から問題解決に必要な情報を引き出すという協働力にも繋がる。日本では大学入試が初等中等教育に与える影響は大きい。このような試験を開発し、現在進められている入試改革に導入することにより、高度科学技術社会を切り拓く人材を育成することを目指す。
FDG―PETによる発症前アルツハイマー病診断の有用性に関する研究

慶應義塾大学病院予防医療センターでスーパー癌ドック(全身FDG-PET検査)を受診した症例のうち、文書にて同意が得られた35例に対して脳FDG-PETを追加撮像し、MRI検査、認知機能検査、心理検査等を実施した。35例中4例においてFDG-PET上でpreclinical ADを疑う所見(陽性所見)が認められた。陽性であった4例いずれの対象者も、MRI検査や神経心理学的検査上で検査所見の特記すべき異常はなく、認知機能低下を示唆する訴えもなかった。陽性4例中の1例については、告知後の気分・不安評価尺度において心理状態の悪化が認められた。慶應義塾大学病院予防医療センターでスーパー癌ドック(全身FDG-PET検査)を受診した症例のうち、文書にて同意が得られた10例に対して脳FDG-PETを追加撮像し、MRI検査、認知機能検査、心理検査等を実施した。気分・不安の評価尺度であるCES-D,IES,STAIについては、FDG-PET検査や認知機能検査の結果の告知後6週間後、6ヶ月後(さらに1年後の予定)に再実施し、検査結果告知後の気分・不安の変化を評価した。脳FDG-PET、認知機能検査ともに明らかな異常を示した症例はいなかった。結果告知は全例で希望されたが、告知後の気分・不安について、現時点では有意な心理的変化は認められていない。また、認知症の診断をテーマとした研究として、慶應義塾大学病院メモリークリニック受診者を対象に新規の手指模倣検査を実施し、アルツハイマー病(AD)、軽度認知障害(MCI)を対象に、模倣検査の診断的価値の検証を行った。ADではMCI・健常者と比べて、またMCIは健常者と比べ模倣検査の成功率が低かった。また模倣検査ができなかったADはうまくできたADと比較して、MMSE、記憶、遂行機能検査などの検査成績に差がなかったが、頭頂葉領域での血流低下が認められた。さらにメモリークリニックでは、受診者を対象とした認知機能検査の結果からMCIからADへの進行リスクに関する検討も行った。いくつかの認知領域の機能検査や心理検査の中で、MCIにおける視覚性記憶の検査成績の低下がADへの進行と最も関係が深いことが示された。以上の結果等について、国内外の専門学会や専門誌で発表を行い、認知症の診断等に関して専門家間での意見交換を行った。慶應義塾大学病院予防医療センターでスーパー癌ドック(全身FDG-PET検査)を受診した症例のうち、文書にて同意が得られた29例(2015年3月まで)に対して脳FDG-PETを追加撮像し、MRI検査、認知機能検査、心理検査等を実施した。気分・不安の評価尺度であるCES-D,IES,STAIについては、FDG-PET検査や認知機能検査の結果の告知後6週間後、6ヶ月後、1年後に再実施し、検査結果告知後の気分・不安の変化を評価した。29例中3例においてFDG-PET上でpreclinicalADを疑わせる所見(検査陽性)が認められた。結果告知は全例で希望された全例に対して行った。陽性3例中の1例については、告知後の気分・不安評価尺度において心理状態の悪化が認められており、さらなる長期評価が必要であると考えられている。上記結果について、国内の専門学会で発表した。また、当院メモリークリニックを受診した軽度認知障害(MCI)を対象に、受診時に実施された認知機能検査の結果から、アルツハイマー病(AD)への進展リスクの検討を行った。少なくとも2年以上(平均3年)追跡できた健忘型MCI患者56名中、46.4%がADへ移行した。進展予測には視覚性記憶検査における遅延再生課題が最も鋭敏であり、レイの複雑図形検査カットオフ値9の時に、感度84.6%、特異度70%であった。さらにメモリークリニックでは、軽度認知症患者を対象に、ADとレビー小体型認知症(DLB)の認知機能障害の差異に関する検討を行った。DLBではADと比べて視覚構成に関する課題や遂行機能に関する課題において成績低下がみられた。一方で、DLBでは論理性記憶課題の成績が良好であった。メモリークリニック患者を対象とした調査については、国内外の専門学会や専門誌で発表を行い、認知症の診断等に関して専門家間での意見交換を行った。慶應義塾大学病院予防医療センターでスーパー癌ドック(全身FDG-PET検査)を受診した症例のうち、文書にて同意が得られた35例(2016年3月まで)に対して脳FDG-PETを追加撮像し、MRI検査、認知機能検査、心理検査等を実施した。35例中4例においてFDG-PET上でpreclinicalADを疑わせる所見(検査陽性)が認められた。結果告知は全例で希望されたため、全例に対して行った。そのうちの29例、陽性3例に関しては、これまでに結果の統計解析を行った。陽性者の1例については、告知後の気分・不安評価尺度において心理状態の悪化が認められており、さらなる長期評価が必要であると考えられている。29例の結果については、2016年4月の第112回日本内科学会で報告を行った。また、当院メモリークリニックを受診した認知機能正常者、軽度認知

障害患者(MCI)、軽度アルツハイマー病患者(AD)を対象に、受診時に実施された認知機能検査の結果から、MCI、軽度ADを診断するのに、どのような神経心理学的検査が鋭敏であるかを調査し、言語性記憶検査と論理性記憶検査の結果が鋭敏であることを論文にて報告した。さらにメモリークリニックを受診した自覚的もの忘れを訴える患者(かつ他覚的な記憶障害はない患者)に対して、アミロイドPET検査および詳細な認知機能検査・心理検査を実施した。2016年3月現在、27例に対してアミロイドPETを実施している。今後、精神的な症状を訴えて病院を受診する患者に於けるADの発症前診断方法の確立、および診断結果告知の心理的影響に関する新たな知見が得られることが期待される。慶應義塾大学病院予防医療センターでスーパー癌ドック(全身FDG-PET検査)を受診した症例のうち、文書にて同意が得られた35例に対して脳FDG-PETを追加撮像し、MRI検査、認知機能検査、心理検査等を実施した。35例中4例においてFDG-PET上でpreclinical ADを疑う所見(陽性所見)が認められた。陽性であった4例いずれの対象者も、MRI検査や神経心理学的検査上で検査所見の特記すべき異常はなく、認知機能低下を示唆する訴えもなかった。陽性4例中の1例については、告知後の気分・不安評価尺度において心理状態の悪化が認められた。平成26年度のスーパー癌ドックにおけるFDG-PET研究の目標は40症例以上に対する調査実施であったが、同意を得て諸検査を実施できた症例は29例であった。症例リクルートが予定通りに進行していない理由として、スーパー癌ドックには多数の症例が集まったが、本研究に参加する条件として脳器質性疾患に対する不安を有する脳ドックを同時受診した症例のみを対象とすることを求められたため、対象者が予想数を大きく下回ったことが挙げられる。対象者の中で同意が得られた症例は約半数程度であった。登録された症例については、ほぼ全例で認知機能検査・心理検査ともに問題なく実施されたが、一部対象者からは結果告知の影響に関する予後調査で協力を得られていない。当院のメモリークリニック受診患者を対象とした研究では、MCIからADへの進展に関する検討、およびDLBの臨床像に関する検討を行った。これらの検討には、平成25年度以前に得られた患者データも合わせて利用できたため、26年度中に比較的多数例からなるデータベースを構築することが可能であり、データの解析の結果、新たな知見を得ることができた。MCIから認知症への進展予測については海外の専門学会で発表し、現在論文投稿中である。DLB研究については海外専門学会で発表を行った。しかし本研究の第1の目的はFDG-PET検査によるAD診断方法の確立にあるため、研究目的の達成度はSlightly Delayedとした。精神神経科学平成27年度の目標は、さらに脳FDG-PETの新規症例を組み入れ、認知機能・心理検査・MRI検査等を追加実施し、発症前診断方法の確立を目指すことである。さらにデータの蓄積によるFDG-PET検査の健常データベースの作成を目指す。結果告知後の追跡(心理検査の実施)も継続し、告知による心理変化に関する検討を行う。平成27年度も26年度同様にデータ解析を行い、現状に関する学会報告を行う。
免疫細胞におけるインテグリン活性化シグナルの制御機構と免疫反応調節

1 LFA-1によるT細胞と抗原提示細胞の接着形成メカニズとT細胞の活性化T細胞としてHEL抗原特異的3A9またはOVA特異的T細胞クローンを用い、抗原特異的におこるT細胞とAPC接着の形成とT細胞活性化のシステムを確立した。T-APC接着はLFA-1/ICAM-1依存的であり、抗原によるTCRからの刺激依存性に起る。またIL-2の産生はLFA-1/ICAM-1によるT-APC接着が必要であった。LFA-1の接着性上昇はRap1依存的である。Rap1の活性化を阻害すると、T-APC接着やIL-2の産生は著しく阻害されたが、抗体によるTCRとCD28架橋ではIL-2産生は正常に起った。またRap1にGFPを付けT細胞に導入したところRap1-GFPはT-APC接着面に集積した。T細胞にRap1を導入してRap1の活性化を増強するとT-APC接着の増強、TCRのdown-regulationの亢進が起り、IL-2の産生が早期に起ってくる。しかし18時間後にFas/FasLによるapoptosisに陥るというactivation-induced cell deathを引き起こした。以上の結果よりRap1はLFA-1/ICAM-1によるT-APCの接着を調節することによりT細胞活性化の大きな影響を与えることが明らかになった。2ケモタキシスにおけるLFA-1の接着性調節ケモカイン刺激(SDF-1,SLC)によるICAM-1上での細胞移動を経時的ビデオ撮影する系を確立した。リンパ球系細胞株にGFPをつけたLFA-1を導入し、細胞移動に伴い、LFA-1がゴルジ体周辺、leading edgeに分布することが分かった。また活性化型Rap1V12を導入すると細胞接着だけでなく、細胞移動も亢進することがわかり、そのメカニズムについて解析中である。
ヒト血漿中グランザイム3は炎症反応のマーカーとなるか

大腸菌に産生させたヒトグランザイム3を用いてモノクローナル抗体を作成し、それらを用いて新しい測定法(サンドウィッチELISA法)を確立した。一方、ヒトのリンパ球が試験管内において産生するグランザイム3が、不活性型前駆体であることが明らかとなったため、前駆体に特異的なモノクローナル抗体を新たに作成し、活性型と前駆体を分別定量することを可能にした。健常人血漿中のグランザイム3の濃度は非常に低く、ELISA法の検出限界以下であった。1.ヒトグランザイム3に対するサンドウィッチELISAの改良ELISAに用いるモノクローナル抗体を再度選択し、従来約500pg/mLであった活性型グランザイム3の検出限界を約5pg/mLにすることに成功した。2.ヒト血漿中グランザイム3の検出8名の健常人より血漿を採取し、上記ELISAを用いて検出を試みた。数名の血漿には、ヒト抗マウス抗体が存在したため、ブロック剤や、非特異的マウスモノクローナル抗体を添加してその影響を除去した。その結果、健常人血漿中のグランザイム3は、活性型グランザイム3に対するELISAにおいては、検出限界に近いレベルであると推定された。3.ヒト末梢血リンパ球によるグランザイム3の産生上記の結果を受け、ヒト末梢血に存在するグランザイム3の性状を明らかにするため、末梢血リンパ球にIL-2を加えて最大7日間培養した。その結果、培養時間に応じて多量の不活性型グランザイム3前駆体(Progranzyme 3)が培養上清中に現れた。この結果は、ヒト末梢血に存在するグランザイム3は、その大半が不活性型前駆体であり、これまでのELISAでは検出が困難である可能性を強く示唆した。4.グランザイム3不活性前駆体の検出既に確立したELISAは、活性型グランザイム3に対しては高感度だが、不活性型グランザイム3前駆体に対する反応性は低い。そこで、本研究の目的のためには、不活性型グランザイム3に対する抗体を調製し、高感度ELISA法を確立する必要があると考えられた。平成22年度は、まずこの点から研究を始めたいと考えている。1.ヒト不活性型グランザイム3前駆体(Progranzyme3)に対するモノクローナル抗体の作製昨年度の結果に基づき、Progranzyme3に対する高感度ELISA法を確立するため、新たにモノクローナル抗体を作製した。既報に従い、活性型Granzyme3を調製したのと同様の方法を用いて、Progranzyme3を大腸菌に発現させ、イオン交換、ゲルろ過、ヒドロキシアパタイトの各カラムクロマトグラフィーを用いて精製した。次に、精製したProgranzyme3をBALB/cマウスに免疫し、既報に従ってモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマ株を10株確立した(G3HP01-12)。2.Progranzyme3に対するサンドウィッチELISAの確立上記で作製した抗Progranzyme3モノクローナル抗体と、以前作製した抗活性型Granzyme3モノクローナル抗体の中からいくつかを選択して組み合わせ、Progranzyme3に対するサンドウィッチELISA系を作製した。それらの一つ、G3H61とG3HP08抗体を用いたELISAは、活性型Granzyme3にはほとんど反応せず、Progranzyme3に特異的であった。また、検出限界は約20pg/mLであった。これまで、Progranzyme3に対するモノクローナル抗体やサンドウィッチELISAの報告は無く、今後の応用が期待される。3.ヒト血漿中Progranzyme3の検出昨年度の活性型Granzyme3に対するELISAと同様にして、8名の健常人より採取した血漿について、上記ELISAを用いて検出を試みた。その結果、健常人血漿中のProgranzyme3は、検出限界に近いレベルであると推測された。しかし、ELISAを妨害する物質が血漿中に含まれている可能性が考えられ、平成23年度は、まずこの点から研究を進めたいと考えている。1.ヒト不活性型グランザイム3前駆体(Progranzyme 3)に対するサンドウィッチELISAの確立昨年度に確立したProgranzyme 3に対する新しいモノクローナル抗体(G3HPO1-12)を用いて、Progranzyme 3に対するサンドウィッチELISA系を作製した。さまざまな組合せを用いて試験した結果、G3H61とG3HPO8抗体を用いたELISAが、最も性能が良いことが明らかとなった。G3H61抗体を固相に、ビオチン化G3HPO8抗体を検出抗体に用いたsandwich ELISAは、活性型グランザイム3にはほとんど反応せず、Progranzyme 3に特異的であった。8名の健常人より採取した血漿について、上記ELISAを用いて検出を試みた。その結果、健常人血漿中のProgranzyme 3は、検出限界に近いレベルであると推測された。

しかし、標準物質(精製ヒトProgranzyme 3)を血漿に添加したのち、sandwich ELISAを行っても、想定した回収率が得られない。従って、ELISAを妨害する物質が血漿中に含まれていることは明らかとなった。それが何かを明らかにし、その影響を除去する方法を確立しない限り、血漿中のProgranzyme 3や活性型グランザイム3の測定は極めて困難であると考えられた。3.ヒト血液細胞におけるグランザイム3の発現とその性質Progranzyme 3に対するモノクローナル抗体G3HPO8を用いてヒト末梢血の細胞を染色し、フローサイトメトリーで分析したところ、予備実験の結果ではあるが、顆粒球が染色された。また、G3H69を用いても顆粒球が染色され、末梢血中のグランザイム3の起源として、顆粒球を考慮しなければならない可能性が示された。1血漿(血清)中の妨害物質の影響の解析、除去:単に血漿を希釈するだけや、透析を行っても、妨害物質の影響を排除することは困難であった。そこで、新たに数種類の添加物を用い、測定を可能にできるかを検討した。標準Progranzyme 3を血漿サンプルに加えて添加回収試験を行うことによって確認した。その結果、EMPIGEN BB(界面活性剤)、EDTA、ラット血漿および特異性の異なるマウスモノクローナル抗体を加えることにより、添加回収試験において良好な結果を示す手順を確立した。2血漿(血清)中Progranzyme3濃度の測定:上記の系を用い、教室員を中心に、同意の得られた数名の血漿を採取し、Progranzyme 3濃度を求めた。しかし、健常人においては、その濃度は検出限界付近の低濃度であった。3ヒト末梢血細胞群におけるGranzyme 3の発現とその性質の解析:少なくとも数名の血漿中のGranzyme 3の濃度が検出限界程度であることが考えられたため、代わりに末梢血細胞によるGranzyme 3の産生能を解析することにした。すなわち、ヒト末梢血より単核球画分を得、Interleukin-2を加えて7日間培養し、培養上清中のGranzyme 3およびProgranzyme 3を測定した。その結果、血漿中では検出限界以下であっても、培養上清には数ng/mLの濃度でProgranzyme 3が存在し、その濃度には個人差があることが明らかとなった。特異的抗体の作製、ELISA系そのものの確立については、順調に進行している。しかし、血漿(血清)中のグランザイム3の濃度が当初の想定よりも低い、また、血漿中の何らかの成分によるELISAの妨害が想定よりも強い。特に後者により、測定自体が困難になっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。血漿中のグランザイム3については、その測定に向けて実験を進めるが、たとえ測定が困難であっても、グランザイム3と炎症反応との関係についての検討を行うという目的は変更しない。血漿中のグランザイム3の代わりに、末梢血中の細胞集団におけるグランザイム3および不活性前駆体の発現の様子や、これらの細胞をin vitroで培養した際のグランザイム3産生能などを指標とし、CRPなどの炎症マーカーとの関係を明らかにしたいと考えている。
フォトニック結晶ファイバモジュール用カプラの開発

フォトニック結晶ファイバ(PCF)は,クラッドに空孔を設けた構造のファイバであり,ファイバ設計の自由度が高く,さまざまな機能性ファイバ実現の可能性があることから,近年,注目を集めている.PCFを機能性ファイバとして用いる際には,通常のシングルモードファイバ(SMF)と接続してモジュール化することが必要である.通常の機能性ファイバモジュールでは,SMFとの接続に融着またはV溝を用いている.しかし,PCFをSMFと接続する際,融着ではファイバ端面の変形による反射損失が大きく,V溝では高強度光を入射したときの接続部破損が懸念される.これらの問題の解消には,PCFとSMFでファイバカプラを形成して接続することでモジュール化する方法が考えられ,低損失かつ機械的強度に優れたPCFモジュールの実現が期待できる.今年度はPCFカプラ(PCFC)の特性向上を図った.はじめに,PCFの設計を見直しPCFの低損失化を行った.次に,CO_2レーザ照射型カプラ作製装置におけるテンション機構の導入および延伸プログラムの見直しを行うことで,PCFCの損失を低減することできた.また,PCFC作製時にカプラテーパ部の空孔を残した場合には平坦な波長特性,潰した場合には急峻な波長特性になることを明らかにした.さらに,機能性ファイバとしても用いられる偏波保持PCF(PM-PCF)の設計およびそれを用いたカプラ作製を行い,カプラテーパ部の空孔を残すことで,偏波分離特性が得られることも明らかにした.フォトニック結晶ファイバ(PCF)は,クラッドに空孔を設けた構造のファイバであり,ファイバ設計の自由度が高く,さまざまな機能性ファイバ実現の可能性があることから,近年,注目を集めている.PCFを機能性ファイバとして用いる際には,通常のシングルモードファイバ(SMF)と接続してモジュール化することが必要である.通常の機能性ファイバモジユールでは,SMFとの接続に融着またはV溝を用いている.しかし,PCFをSMFと接続する際,融着ではファイバ端面の変形による反射損失が大きく,V溝では高強度光を入射したときの接続部破損が懸念される.これらの問題の解消には,PCFとSMFでファイバカプラを形成して接続することでモジュール化する方法が考えられ,低損失かつ機械的強度に優れたPCFモジュールの実現が期待できる.今年度は,PCFモジュール用のSMF/PCFカプラ開発の準備として,PCFカプラの設計・作製を行った.PCFカプラの設計においては,空孔配置による光結合特性の変化を明らかにした.一方,PCFカプラ作製においては,照射レーザパワーによりカプラテーパ部の空孔の有無が制御できることを明らかにするとともに,光結合が得られることを確認した.さらに,SMF/PCFカプラの試作も行い,光結合が得られることを明らかにした.その結果,SMF/PCFカプラを用いることで,PCFとSMFを低損失で接続できる可能性を示した.フォトニック結晶ファイバ(PCF)は,クラッドに空孔を設けた構造のファイバであり,ファイバ設計の自由度が高く,さまざまな機能性ファイバ実現の可能性があることから,近年,注目を集めている.PCFを機能性ファイバとして用いる際には,通常のシングルモードファイバ(SMF)と接続してモジュール化することが必要である.通常の機能性ファイバモジュールでは,SMFとの接続に融着またはV溝を用いている.しかし,PCFをSMFと接続する際,融着ではファイバ端面の変形による反射損失が大きく,V溝では高強度光を入射したときの接続部破損が懸念される.これらの問題の解消には,PCFとSMFでファイバカプラを形成して接続することでモジュール化する方法が考えられ,低損失かつ機械的強度に優れたPCFモジュールの実現が期待できる.今年度はPCFカプラ(PCFC)の特性向上を図った.はじめに,PCFの設計を見直しPCFの低損失化を行った.次に,CO_2レーザ照射型カプラ作製装置におけるテンション機構の導入および延伸プログラムの見直しを行うことで,PCFCの損失を低減することできた.また,PCFC作製時にカプラテーパ部の空孔を残した場合には平坦な波長特性,潰した場合には急峻な波長特性になることを明らかにした.さらに,機能性ファイバとしても用いられる偏波保持PCF(PM-PCF)の設計およびそれを用いたカプラ作製を行い,カプラテーパ部の空孔を残すことで,偏波分離特性が得られることも明らかにした.
ｉＰＳ細胞由来肝細胞を用いた肝不全治療法の確立

本研究の目的は、マウス尾細胞からiPS細胞を作成し、これを肝細胞へ分化誘導したうえで肝不全モデルに自家移植し、評価することである。これを達成するため、任意のマウス尾切片より線維芽細胞を抽出し、培養する方法を確立した。次いで京都大学で確立されたレトロウイルスベクター法を用いてOct3/4、Sox2、Klf4、c-Myc遺伝子を導し、iPS細胞を樹立した。得られたマウスiPS細胞に添加物を段階的に付与し、肝細胞に類似した遺伝子発現、代謝機能をもつ細胞を得た。この細胞を、免疫不全マウスの門脈内に移植したが、奇形腫が形成された。細胞移植の安全性を高めるため、分化誘導方法の改善を行っている。本研究では、マウス尾細胞からiPS細胞を作成し、肝細胞へ分化誘導したうえで肝不全モデルに自家移植し、各種の評価を行うことを最終目的とする。これを達成するため、1)マウス尾細胞からのiPS細胞の作成・品質評価、2)マウスiPS細胞の肝細胞分化、3)分化細胞のマウスへの移植を平成24年度内に実施予定であった。1)まず任意のマウス尾切片より線維芽細胞を抽出し、培養する方法を確立した。次いで、4種類のリプログラミング因子をもつminicircle DNAおよびレンチウイルスベクター(いずれもシステムバイオサイエンス社製)を用い、iPS細胞の作成作業を行ったが、iPS細胞の樹立に至らなかったため、京都大学で確立されたレンチウイルスベクター(アッドジーン社製)法を採用し、条件設定を行っている状況である。2)iPS細胞から胚様体を形成し、その後胚体内胚葉を経てマウスiPS細胞由来肝細胞を作成した。得られた細胞について、RT-PCR法、定量PCR法にて肝細胞に特異的な遺伝子の発現を確認し、電子顕微鏡およびPAS染色でグリコーゲン貯蔵能があることを確認した。またアルブミン産生、尿素合成、アルファ-1アンチトリプシン産生、ハプトグロビン産生能を有していることを確認した。以上より、マウスiPS細胞から肝細胞に類似した遺伝子発現、代謝機能をもつ細胞を得た。これらの結果については、一部をBiomed Eng Online誌(Iwamuro M, et al. 2012)に発表した。3)上記のマウスiPS細胞由来肝細胞を用いて、SCIDマウスに門脈経由で細胞移植を行った。しかしながら12週間後の時点で奇形腫の形成があり、分化誘導の最終段階においても未分化細胞が残っている可能性が示唆された。奇形腫形成の危険性を除去し、細胞移植の安全性を高めるため、分化誘導方法の改善を行っている状況である。本研究では、マウス尾細胞からiPS細胞を作成し、これを肝細胞へ分化誘導したうえで急性または慢性肝不全モデルに自家移植し、各種の評価を行うことを最終目的とする。これを達成するための当初計画は、1)ウイルスベクターキットを用いたマウス尾細胞からのiPS細胞の作成・品質評価、2)マウスiPS細胞の肝細胞分化、3)分化細胞のマウスへの移植である。1)マウス尾細胞からのiPS細胞の作成・品質評価について、まず任意のマウス尾切片より線維芽細胞を抽出し、培養する方法を確立した。次いで、4種類のリプログラミング因子をもつminicircle DNAおよびレンチウイルスベクターを用い、iPS細胞の作成作業を行ったが、iPS細胞の樹立に至らなかったため、京都大学で確立されたレトロウイルスベクター法を採用した。PLAT-E細胞を利用してOct3/4、Sox2、Klf4、c-Myc遺伝子を有するレトロウイルスベクターを作成し、マウス線維芽細胞に対して遺伝子導入を行い、iPS細胞を樹立した。2)iPS細胞から浮遊培養にて胚様体を形成し、その後胚体内胚葉を誘導、さらに肝細胞へと誘導し、マウスiPS細胞由来肝細胞を作成し、肝細胞に類似した遺伝子発現、代謝機能をもつことを確認した。奇形腫形成の危険性を除去し、細胞移植の安全性を高めるため、分化誘導方法の改善を行った。

これを達成するため、1)ウイルスベクターキットを用いたマウス尾細胞からのiPS細胞の作成・品質評価、2)急性および慢性肝不全モデルマウスの作成を平成23年度に実施予定であった。1)マウス尾細胞からのiPS細胞の作成・品質評価について、まず任意のマウス尾切片より線維芽細胞を抽出し、これを安定して培養する方法を確立した。次いで、4種類のリプログラミング因子(Lin28、NANOG、SOX2、OCT4)と、レポーターとしてGFP遺伝子を組み込んだ環状DNAであるminicircle DNA(システムバイオサイエンス社製)を、マウス尾細胞に電気穿孔法で形質導入し、蛍光活性化セルソーターで抽出したうえでさらに細胞化学薬品による形質導入を行い、iPS細胞の作出作業を行っている。また、4種類のリプログラミング因子(cMyc、NANOG、SOX2、OCT4)をもつ市販のレンチウイルスベクター(システムバイオサイエンス社製)を用い、iPS細胞の作成作業を行っている。これらはいずれも実験が進行中であり、条件設定を行っている状況である。2)急性および慢性肝不全モデルマウスの作成については、障害肝の再生を防ぐため、アルカロイド系薬剤であるレトロルシンを事前投与し、四塩化炭素を8週間(2回/週)連続投与し、慢性肝不全モデルを作成した。このモデルマウスでは、アンモニア値上昇、腹水などの肝不全症状がみられ、組織標本でも肝線維化が確認でき、疾患モデルマウスとして妥当であると考えられた。マウス尾細胞からのiPS細胞の作成について、1)4種類のリプログラミング因子(Lin28、NANOG、SOX2、OCT4)と、レポーターとしてGFP遺伝子を組み込んだ環状DNAであるminicircle DNA(システムバイオサイエンス社製)、2)4種類のリプログラミング因子(cMyc、NANOG、SOX2、OCT4)をもつ市販のレンチウイルスベクター(システムバイオサイエンス社製)を用い、iPS細胞の作成作業を行ったが、iPS細胞の樹立に至らなかった。京都大学で確立されたレンチウイルスベクター法(パッケージング細胞であるPLAT-E細胞およびアッドジーン社製プラスミドを使用)を採用し、条件設定を行っている状況である。iPS細胞コロニーが得られるよう、実験を重ねて至適条件を検索している。分化肝細胞をSCIDマウスに移植したところ奇形腫形成を認めた。分化細胞の安全性を高めるため、奇形腫形成を生じないよう分化誘導方法の改良を行う予定である。マウス尾細胞からのiPS細胞の作成について、1)4種類のリプログラミング因子(Lin28、NANOG、SOX2、OCT4)と、レポーターとしてGFP遺伝子を組み込んだ環状DNAであるminicircle DNA(システムバイオサイエンス社製)、2)4種類のリプログラミング因子(cMyc、NANOG、SOX2、OCT4)をもつ市販のレンチウイルスベクター(システムバイオサイエンス社製)を用い、iPS細胞の作成作業を行っているが、いずれも実験が進行中であり、条件設定を行っている状況である。また肝不全モデルマウスの作成については、部分肝切除を行い急性肝不全モデルを作成する予定であったが、アルカロイド系薬剤であるレトロルシンを事前投与したうえで部分肝切除を行っても、肝不全症状を惹起することができなかった。急性肝不全モデルの作成について、別の方法を検討中である。
品種内発現プロファイリングに基づくゲノム解析によるブタ増体関連マーカーの同定

ダイレクトシーケンスによるランドレース種豚増体原因遺伝子の位置的・機能的候補の多型検出および多型タイピング法の確立を行った。さらに、ランドレース種集団を用いた相関解析を行うことで、ミトコンドリアD-Loopハプロタイプ4を規定するD-Loop領域/846 SNPが100kg到達時予測日齢の母系統効果に対して有意な効果を示した。また、相関解析により、核ゲノム上のCOQ3遺伝子のCOQ3/-1623 indel多型が100kg到達時予測日齢の育種価に対して有意な効果を示した。これらの多型はランドレース種系統造成のためのDNA育種技術に有用な分子マーカーとなることが示唆された。TTN、EEF1A2、TSG101、ND1およびND4の多型についての相関解析の結果、DLOOP/288と100kg到達時予測日齢母系統効果との間で有意な関連が認められた。さらにND1、ND4およびDLOOP領域のタイピング結果から5つのハプロタイプが判定され、DLOOP/288のGアリルを有するハプロタイプ4は他のハプロタイプより高い母系統効果を示していた。また、育種価と母系統効果のデータを有する種豚が由来する母系12系統の全てを表す12頭のDLOOP領域全域で検出した多型についてのタイピング結果を用いた相関解析の結果、DLOOP/288、575、846と増体形質との間で有意な関連が認められ、これらのSNPはハプロタイプ4を特異的に規定していた。とりわけ、DLOOP/846のGアリルはヒトのDLOOP領域で転写制御に重要な役割を果たしていると報告されている150bpの領域と最も近傍の位置にあったことから、DLOOP領域/846のGアリルがランドレース種内での増体形質に影響を与えている可能性が高く、増体関連マーカーの最有力候補となることが示唆された。母系13系統の全てを表す13頭についての分子系統解析の結果、ハプロタイプ4、5から構成されるクラスターはその他のハプロタイプ(1,2,3)から構成されるクラスターと遠縁の関係であり、ハプロタイプ4、5から構成されるクラスターとその他のハプロタイプから構成されるクラスターはそれぞれのクラスター内でハプロタイプが分岐するより以前に分岐したと考えられた。ハプロタイプ4を規定するDLOOP/846SNPのGアリルはハプロタイプ4と5が分岐した時点で生じた新規な変異である可能性が示唆された。データベース検索により得られたND1、ND4、TTN、EEF1A2およびTSG101のゲノム配列に基づき、各遺伝子のプロモーター領域および転写領域をカバーするPCRプライマーの設計を行い、ランドレース種集団の中から、増体能力が極めて高い個体群とその能力が極めて低い個体群のゲノムDNAをPCR増幅の鋳型として用いたダイレクトシーケンスを行った。TTNについては、転写開始点上流2243bpの位置にA/TというSNPが、TSG101では、転写開始点上流549bpの位置にT/AというSNPが、EEF1A2では、転写開始点上流2613bpおよび3003bpの位置にG/AおよびT/CというSNPが存在し、高増体能力群と低増体能力群の間でアリル頻度分布に差がみられた。さらに、ND1転写領域、ND4転写領域および転写制御領域をもつDLOOP領域では、それぞれ20個、16個および21個の多型が検出され、4個のハプロタイプから構成されることを明らかにした。これらの多型について、PCRーRFLP法、ミスマッチPCRーRFLP法およびダイレクトシーケンス法によるタイピング法を確立した。昨年度、核ゲノム遺伝子上における増体関連マーカーを同定するために、さらなる発現プロファイリングを行い、ATP5C1、HADHA、COQ3、MYH7、ATB5B、MYH1の6つの遺伝子を増体形質遺伝子の位置的機能的候補として同定していた。さらに、PCRダイレクトシーケンスによりこれらの遺伝子の多型が検出され、多型タイピング法(PCR-RFLP法、ミスマッチPCR-RFLP法およびallele-specific PCR法)が確立されていた。本年度、ランドレース種集団において相関解析を行った結果、ATP5B、MYH7、およびMYH1の多型の遺伝子型については100kg到達時予測日齢育種価との有意な相関は認められなかった。一方、COQ3/-1623についてはP値が0.0468を示し、5%水準で遺伝子型の効果に有意な差が認められた。また、この多型における100kg到達時予測日齢育種価の最小二乗平均値と標準誤差はin/in遺伝子型が1.050 ±0.356で、in/del遺伝子型が-0.862 ±0.8817であり、

ATの挿入がある個体はATがディレッションしている個体よりも100kg到達時予測日齢育種価が有意に高かった。del/del型の個体は今回の解析では存在しなかった。こうして、COQ3/-1623のdelアリルが100kg到達時予測日齢に対してプラスの効果を有していることが分かり、この多型がランドレース種における有用な増体関連マーカーの候補となる可能性が示唆された。昨年度までの相関解析で明らかにされたD-Loop領域/846 SNPとCOQ3/-1623 indel多型を同時に取り込み、それぞれの多型の主効果と多型間の相互作用をすべて母数効果とした相関解析を行ったところ、多型間のエピスタシス効果は有意に検出されなかったが、D-Loop領域/846 SNPとCOQ3/-1623 indel多型の両方において、有意な主効果が検出された。こうして、これらの2つの多型は独立した機構により増体形質に関与しており、ランドレース種系統造成のためのDNA育種技術に有用な分子マーカーであることが示された。農学100kg到達時予測日齢に関する育種価および母系統の効果を算出した後、核ゲノム上の遺伝子であるTTN、EEF1A2およびTSG101の多型については、100kg到達時予測日齢育種価に対する遺伝子型の効果について、ミトコンドリアゲノム上の遺伝子であるND1およびND4の並びにそれらの転写制御に関わるDLOOPの多型については、100kg到達時予測日齢母系統効果に対する多型アリルおよびハプロタイプの効果について相関解析を行うという当初の計画を達成した。この当初の計画に加えて、育種価および母系統の効果のデータを有する種豚が由来する母系12系統の全てを表す12頭のDLOOP領域全域のダイレクトシーケンスを行い、網羅的に多型を検出し、検出した多型についてのタイピング結果を用いて増体形質に対する多型アリルの効果について相関解析を行うという研究成果も得られた。さらに、全ての種豚が由来する母系13系統の全てを表す13頭でのミトコンドリアハプロタイプの遺伝的類縁関係の比較・検討のために、DLOOP領域のハプロタイプを用いて分子系統解析を行うという研究成果も得られた。こうして、当初の計画以上に研究が進展している。また、増体形質原因遺伝子の新規な位置的機能的候補と選定されたATP5C1、HADHA、COQ3、MYH7、ATP5BおよびMYH1について、DNA多型を検出すること、および検出されたDNA多型のタイピング法を確立することを行うことができた。ランドレース種集団において、増体形質と相関を示すDNA多型および組み合わせDNA多型群を明らかにしていくために相関解析を行う必要がある。相関解析に必要なランドレース種個体群の選定、さらにはそれらの個体からのゲノムDNA抽出用サンプルの採取をすでに終了している。また、それらの個体の増体能力を、個体自身の直接効果に関する育種価に加えて、母性効果(母畜の母性効果に関する育種価と永続的環境効果)および母系家系の効果を含む混合モデルのBLUP法により予測および推定することもすでに終了している。さらに、ランドレース種内での発現プロファイリングを引き続き行うことで、高増体能力群と低増体能力群との間で発現パターンが異なる遺伝子をさらに同定しており、その中からATP5C1、HADHA、COQ3、MYH7、ATP5BおよびMYH1を増体形質原因遺伝子の位置的機能的候補として選定している。
多重マイケル反応の開発と天然物合成への応用

本研究では主として、二重マイケル反応による1-アセチルシクロヘキセンから1-デカロン誘導体の合成について検討を加えた。またこの反応をトランス-デカリン骨格有するテルペノイド(±)+クシラール、(±)-ε-カジネン,(±)-クシトンの合成に応用した。1.ルイス酸存在下の二重マイケル反応:1-アセチルシクロヘキセンのトリメチルシリルエノールエーテル体と各種マイケル受容体とをジエチルアルミニウムクロリド存在下に反応させると、一挙に1-デカロン誘導体が得られた。生成物の立体化学はシス-ステロイド型と決められた。反応径路は、中間体が得られた事から、二段階の連続したマイケル反応によるものと考えられる。2.塩基性条件下における二重マイケル反応:シリルエノールエーテルをメチルリシウムで処理する事により得られたエノレートにα-トリメチルシリルメチルビニルケトンを加え、低収率ながら1-デカロン誘導体を得た。ま、中間体であるマイケル付加体が単離された事より、反応は、二重マイケル反応により進行しているものと考えられる。3.天然物合成への応用:ε-カジネン,クシトンの合成には、4-アセチル-3-シクロヘキセノン1-エチレンアセタールのシリルエノールエーテル体とメチルビニルケトンとの二重マイケル付加体を出発原料とした。このものを塩基で処理しトランス-デカリン骨格へと異性化させた。2つのカルボニル基には反応性の差が見られたので、これを利用して合成を進めた結果、共に6工程で目的天然物に至った。クシラールの合成には、アクリル酸メチルとの二重マイケル付加体を用いた。塩基でトランス-デカリン骨格へ異性化後、7工程で天然物を得た。本合成により、今迄未定であったビニル基の配向を決定できた。なお、クシトン、クシラールの合成については、本研究が最初の例である。
ヒト細胞DNA中の8-ヒドロキシグアニン除去修復機構に関する研究

活性酸素によって生じる8-ヒドロキシグアニン(oh8Gua)はDNA中でアデニンとも塩基対を形成するため強い突然変異原性を有する。ヒト細胞DNA中のoh8Guaを除去修復する酵素遺伝子として、我々は酵母OGG1のヒト相同遺伝子を短離し、その除去修復機構、発がんへの関与について検討を行ってきた。本年度は、RT-PCR法により、ヒトOGG1の13のアイソフォーム(1a-1h、2a-2e型)を同定し、また、新規に作製した2種類の抗ヒトOGG1抗体を用いたウェスタンブロット法にて、1a型蛋白質が、肺がん腫瘍細胞株、抹消血リンパ球に共通して発現する主要なアイソフォームであることを明らかにした。抗ヒトOGG1抗体を用いた免疫染色では、1a型蛋白質は主に核に検出され、1a型が核DNAのoh8Gua修復に関わることが示唆された。また、この1a型をコードするOGG1遺伝子には、アミノ酸変化(Ser326/Cys326)を伴う一塩基多型が存在し、日本、中国、コーカサス等の人種において頻度の高い多型であることを明らかにした。大腸菌のoh8Gua修復酵素欠損株を用いたcDNA導入による相補性試験では、Cys型はSer型に比べ自然突然変異抑制能が低く、Cys型の低除去修復活性が示唆された。そこで、Cys型の肺発がんへの関与を明らかにするため、沖縄の男性肺がん患者241人と、対照として非がん患者群197人で、Ser326Cys多型分布を比較検討した。ロジスティック回帰分析により年齢、喫煙歴を調整したオッズ比を算出すると、Cys/Cys型のヒトは、Ser/Cys型とSer/Ser型のヒトより肺扁平上皮がんの危険率が高い(オッズ比:3.01)ことが明らかにされた。以上より、Ser326Cys多型が肺扁平上皮がんの発がん感受性を規定する一要因であることが示唆された。
光子と電子の動的スピン量子相関

本課題研究の目的は、光子と電子という異なった量子間の動的量子相関を、共通の自由度で透るスピン量子性に着目して理解し、観測し、制御し、さらにはその根底にある新原理を探求することである。この目的に向け、研究代表者の有する「スピン状態転写」と「スピン状態トモグラフィ」の基礎技術を生かし、電子と光子が互いに及ぼし合うスピントルクを実験的に検証し、電子と光子の間の交換相互作用について探究した。初年度のH21年度は、電子スピンが光スピンへ与えるスピントルク効果について調べた。これに対し最終年度のH22年度は、初年度とは逆に光スピンが電子スピンへ与えるスピントルク効果について調べた。具体的には、初年度の実験において、電子を生成するポンプ光と電子スピンの状態を観測するプローブ光の間に新たに制御光を加え、この制御光により電子スピンの状態を任意に制御することを試みた。この際ポンプ光、制御光、プローブ光の強度、位相はそれぞれ独立かつ任意に波長、時間、偏光を制御できるようにした。その結果、偏光を固定したポンプ光を用いても、制御光の強度および位相によって電子スピンの状態を任意に制御することができることを、実験的および理論的に明らかにした。本効果は光スピンが電子スピンに与えるトルク作用と捉えることができ、電子スピンが与える光スピンペのトルクの反作用と言える。本研究は基底無依存のスピントルク効果を検証し、スピン交換相互作用の光子、電子相互への作用を及ぼすことを明らかにしたものである。本研究では、異種量子間を結ぶ共通の自由度スピンを介した、光子と電子の動的スピン量子相関の新原理を探求する。特に、研究代表者の有する「スピン状態転写」と「スピン状態トモグラフィー」の基礎技術を生かし、電子と光子が及ぼし合うスピントルクを実験的に検証し、電子と光子の間の交換相互作用について探究するのが目的である。本研究目的の達成に向け、初年度となる本年度、電子スピンが光スピンへ与えるスピントルク効果について調べた。GaAs量子井戸構造を用い、光子から電子への「スピン状態転写」の技術を用いて電子スピンを任意の重ね合わせ状態に生成し、これと相互作用する光スピン(反射光の偏光)への影響を、「スピン状態トモグラフィー」技術を用いて観測した。その結果、光子と電子に共通のスピン状態表現空間(ポアンカレーブロッホ球)において、任意に設定された電子スピンの状態ベクトル(ブロッホベクトル)を回転軸として、偏光の状態ベクトル(ストークスベクトル)が一定のトルクを受けたかのように回転することを実験的に検証した。特に今回、位相面内(ブロッホ球の赤道面)のうち、従来不可能であった磁場方向への電子スピン成分も検出することに初めて成功し、電子と光のスピン相互作用が完全に3次元的にコヒーレントであることを明らかにした。本結果は、光子と電子のスピン状態が、半導体中に仮想生成された電子対を介して量子相関することを示唆する。このように異種量子間の動的スピン量子相関を、全位相空間において明らかにした例は他にはなく、今後の動的相関電子系の解明とその活用に大きく貢献するものと期待される。
都市域での流出制御のための集水管付き雨水浸透基盤の効果と最適設計に関する研究

一般研究B「都市域での流出制御のための集水管付き雨水浸透基盤の効果と最適設計に関する研究」は平成2年度より着手し、本年度で終了した。初年度(1990)は集水管付き浸透基盤の模型「ライシメーター」を作成し人口降雨を降らせる実験せ行い、その成果を取りまとめると共にその流出機構のモデル化を行った。第2年度(1991)はそれを利用して散水実験を行い、観測時間を10秒間隔にすることにより、従来観測精度から類推するしかなかった「ミクロな挙動」の把握に努めた。最終年度(1992)においてはそれらの実験およびシュミレーションでえられた結果について整理し、取りまとめを行った。その結果は第6回の国際雨水排除会議(6tn International Conference on Urban Storm Drainaga)に発表する(会議は平成5年9月カナダで行われる)ことになったのを始め、下水道協会誌、土木学会・水文水資源学会誌等に発表した。本研究により、ライシメーターから実浸透基盤(横6m,長と25mに至るまでの規模での降雨時における湿潤状態のヒステリシスを明らかにすることが出来、実用面に与える影響はきわめて大きなものがある。とくに、リチャードの基本式とモアレムのモデルの有効性の確認とその定量化に必要なパラメーターの同定の手法が確立したことが本研究の大きな成果の一つである。本年度において研究は終了するが、本研究の成果をより一層充実させるために、実際基盤での観測をふやし、各基盤の評価を行っていくことが必要である。都市域の雨水流出のピ-ク量削減のための施設として「集水管つき浸透基盤」を提案し、その効果を定量化するための実験と理論的考察を行った。その成果を踏まえてシミュレ-ションモデルを開発とパラメ-タ-の同定を行い、計画降雨に対する効果の予測を行った。1.ライシメ-タ-の作成:具体的には20CM四方の断面を持ち高さ50CMのライシメ-タ-を2つ作り、礫層及び関東ロ-ム層に対応する粒径の違うビ-ズ玉から成る「模擬土壌」を詰め、その中にテンシオメ-タ-・土中水分計を埋設して、降雨時の水分の挙動を10秒おきに測定した。2.浸透基盤の水分の移動の定式化:基盤内の土中の水分移動をRichardsのモデルを用いて記述し、吸水・排水過程の差によるヒステリシス効果を考慮しに分類し、降雨状況に基づく各時刻の「水分ーポテンシャル関係」をMualemのモデルで記述することの妥当性を検証した。3.シミュレ-ションとその検証:実験の結果を用いてシミュレ-ションモデルの境界条件の設定と、計算に必要なパラメ-タ-の同定を行った。今年度はライシメ-タ-の作成とその計測を中心に行ったので、予備的な段階にとどまったので来年度引続きシミュレ-ションモデルの確立を行う。初年度(平成2年度)に作成した集水管付き浸透基盤の模型「ライシメ-タ-」を利用して人口降雨を降らせて実験を行い、その成果を取りまとめると共にその流出機構のモデル化を行った。特に観測時間を10秒間隔にすることにより、従来観測精度から類推するしかなかった「ミクロな挙動」を把握することが出来たことが今年度のもっとも大きな成果である。その成果が一応取りまとめられたので、論文集として取りまとめを行うとともに下水道協会誌に発表した。本実験に用いた関東ロ-ム層を充填したライシメ-タ-から浸透基盤の湿潤状態のヒステリシスが明らかになり、それを表現するモアレムのモデルの有効性とその定量化に必要なパラメ-タ-の同定が可能となった。また、層状となった地盤を想定した、粒径の異なるビ-ズを用いた実験からは境界層での境界条件が明確に観測され、シミュレ-ションモデルにおける初期条件および連続式の記述が可能となった。

シミュレ-ションモデルについては昨年度と同様リチャ-ドのモデルを利用し、パラメ-タ-の同定とモデルの解の安定性の向上に工夫を図り、上記実験結果の再現を可能とした。来年度(最終年度)においては実際基盤での観測結果に今年度の成果を応用することを考えているがそのために計算精度の高いコンピュタ-を必要とするが、計画年度に決定された予算では賄いきれず苦慮しているところである。一般研究B「都市域での流出制御のための集水管付き雨水浸透基盤の効果と最適設計に関する研究」は平成2年度より着手し、本年度で終了した。初年度(1990)は集水管付き浸透基盤の模型「ライシメーター」を作成し人口降雨を降らせる実験を行い、その成果を取りまとめると共にその流出機構のモデル化を行った。第2年度(1991)はそれを利用して散水実験を行い、観測時間を10秒間隔にすることにより、従来観測精度から類推するしかなかった「ミクロな挙動」の把握に努めた。最終年度(1992)においてはそれらの実験およびシュミレーションでえられた結果について整理し、取りまとめを行った。その結果は第6回の国際雨水排除会議(6th International Conference on Urban Storm Drainage)に発表する(会議は平成5年9月カナダで行われる)ことになったのを始め、下水道協会誌、土木学会・水文水資源学会誌等に発表した。本研究により、ライシメーターから実浸透基盤(横6m、長さ25m)に至るまでの規模での降雨時における湿潤状態のヒステリシスを明らかにすることが出来、実用面に与える影響はきわめて大きなものがある。とくに、リチャードの基本式とモアレムのモデルの有効性の確認とその定量化に必要なパラメーターの同定の手法が確立したことが本研究の大きな成果の一つである。本年度において研究は終了するが、本研究の成果をより一層充実させるために、実際基盤での観測をふやし、各基盤の評価を行っていくことが必要である。