hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地震時の斜面災害に対する緊急輸送道路の復旧性に関する研究

本研究では,同地形において山地形の地盤増幅率を解析的に検討するにあたり,観測記録と3次元解析結果の地震動増幅特性を比較した.結果,3次元のモデル化を行う際に,地表面以深の領域が小さいと,底面境界に近い箇所の計算結果が過小評価される.また,短周期成分の増幅は堆積層の影響が大きいことを確かめた.科研費申請時の平成29年度の研究計画では,1熊本地震時の斜面崩壊規模と土砂流動量,流動域の測定,2熊本地震で被災した斜面の崩壊シミュレーション,3簡易な斜面耐震性評価手法の検討,4緊急車両通行可能復旧日数と道路防災カルテとの相関分析,であった.1において,ドローンによる斜面崩壊地点の標高測量は,計画していた被害地点20か所が空港に近く,飛行申請が認可されず,崩壊後の高精度な標高が得られなかった.しかし,検討対象を新潟県中越地震,岩手宮城内陸地震,熊本地震に広げ,831件の斜面崩壊被災データから崩土の到達距離推定式を提案した(研究実績1参照).2も同様に熊本県庁が復興で多忙なため,詳細な地盤・標高データが得られない.そのため,岩手・宮城内陸地震に対して斜面の崩壊シミュレーションの高度化を実施した(研究実績2参照).3は,当初の計画になかった先行降雨を考慮して簡易な斜面崩壊確率評価式を提案した(研究実績3参照).4については,道路の規制要因を盛土被害として,7地震の崩壊箇所111について,詳細なデータを収集し,規制期間の統計的分析を行った(研究実績4).さらに,研究費申請時には計画していなかった,山地形における地震動の増幅特性について,計測と解析を通じて検討を行った(研究実績2参照).また,当初の計画通り台湾国立成功大学の呉教授と研究打ち合わせを行い,大変形解析手法の問題点を共有するとともに,それぞれの解析手法の改良の材料として,台湾と日本の斜面崩壊事例に対する詳細なデータを相互に提供した.1粒子法の一種であるSPH法により,2008年岩手・宮城内陸地震の際の荒砥沢地すべりの再現解析を行った.砂岩・シルト岩が地震時の間隙水圧に伴いせん断強度が低下したことが考えられ,残留内部摩擦角を見かけのせん断抵抗角まで低減することにより,実被害の流動量・残留変形の特徴が良好に再現された.人工粘性の値を適切に設定することで,荒砥沢地すべりの様な大変形を伴う問題に対してもSPH法が適用可能であることを示した.2各自治体の斜面カルテに加え,実行雨量,地質図,土壌図,植生図等を使用するとともに,斜面の安定性に関する地質学的な知見を反映させることで,斜面崩壊発生の因子の把握,共分散構造分析に基づいた検討を行った.既往の理学的研究成果と整合する傾向がみられたが,適合度が必ずしも十分ではなく,パス図の改良が必要である.3中山間地域の道路ネットワークにおいて,地震時斜面崩壊によって引き起こされる道路閉塞の発生確率を考慮した集落の孤立に関わる冗長性の評価手法を検討した.実在する道路ネットワークを対象とした場合,星谷・山本(2002)のRedundancy Indexを用いた評価では,連結確率に基づく評価に対する優位性は見いだせなかった.4道路盛土に甚大な被害を受けた111箇所の地震被害データを基にしてディープラーニングを用いた分析と予測を行った.その際,過学習を防ぐためのDropoutと,効率化と学習率の設定が不要なAdamを導入,交差検証による評価を用いた改良モデルで検証をした.結果,データが少なく実用できるモデルは構築できなかったが,将来的には有効性があることが確認された.5法政大学,鳥取大学,台湾成功大学,京都大学の研究者によるミニシンポジウムを実施した.また,近畿地方整備局道路部,東日本大震災時に陣頭指揮にあたった調整官から災害対応,復旧時の状況について聞き取り調査を実施した.申請時は平成30年度に,1地震時における斜面の崩壊解析の感度分析による簡易耐震性評価手法の改善と崩壊規模の検討2崩壊規模と道路復旧期間との相関分析,を計画していた.
インセンティブと組織構造の行動契約理論分析

本研究では、行動契約理論によるインセンティブ設計問題を分析した。まず、エージェントが成果の立証可能性が異なる二つの職務に従事するモデルを考えた。立証不可能な職務に貢献できるもう一人のエージェントを加え、エージェント間でその職務に関してシグナリング・ゲームを行う。その結果、プリンシパルは立証可能な職務のインセンティブを高めることで、立証不可能な職務への貢献を高める均衡が存在することを示した。次に、損失回避性向をもつ複数エージェントのモラル・ハザード問題を分析した。チームの一定数のメンバーが高い成果を収めた場合、個々の成果に関わりなく全てのメンバーに同額の報酬を与えることが最適であることを示した。平成27年度は、ミドルのリーダーシィップに関する契約理論モデルの構築を中心に研究を進めた。モデルの概要、及び、そこから得られる主たる結果は次の通りである。成果に応じて報酬が与えられるタスク1、及び、部下と協力することで組織全体に(立証不可能な)利益を生み出すタスク2にミドルが従事して、タスク2の生産性がミドルの私的情報であるケースを考えている。通常は、タスク2の努力を引き出すためにはタスク1のインセンティブを弱める必要があるが、それとは逆に、タスク1へのインセンティブを高めることがタスク2における努力をむしろ引き出す可能性があることを示している。これは、ミドルがタスク1の高い期待報酬を犠牲にしてタスク2の努力を高めることが、その生産性が高さを示すシグナルとして機能し部下の努力を引き出しやすくするためである。この他に以下のような研究も進めた。(1)組織内におけるプロジェクト選択に関する情報取集、プロジェクト選択に関する権限の在り方、プロジェクトの実施に伴うモラルハザード問題を、情報伝達の構造の観点から分析するモデルの構築へ向けての準備を行った。なお、このモデルはプロジェクト選択だけでなく、組織の不正に関する洞察を得ることを目指した。(2)チームインセンティブと参照点依存型選好に関する論文の出版へ向けた作業を行った。(3)チームインセンティブと参照点依存型選好に関する理論結果を検証するための、実験研究のデザインに関して研究を進めた。(4)組織設計の問題に関する理論モデルの構築を進めるにあたり、日本企業の事例や官僚組織の特徴などに関する調査も進めた。平成27年度は、本研究の中心課題の一つとして掲げていたミドルのマルチタスク問題に関して、モデルの構築を行い、基本的な結果を得られたという点で、おおむね順調に研究が進展していると考えている。また、情報伝達とプロジェクト選択に関する研究に関しても、サーベイを行い簡単なモデルとそこから得られる結果の推測も行い、平成28年度に向けた準備も進んでおり、その点でも順調な経過をたどっていると考えている。平成28年度は、ミドルのリーダーシップに関する契約理論のモデル分析を進めた。また、すでに出ている結果を研究会で報告し、モデルを再考した。当初は、プリンシパル-ミドル-エージェントという三層構造の組織を念頭に置いて分析を進めていた。そこでの結果は、ミドルが成果に応じた報酬を与えられる職務とそうでない職務に従事し、後者の職務はエージェントの協力も必要であるが、その生産性がミドルにしかわからない状況を考えていた。その場合、前者の職務により高いインセンティブをプリンシパルがリーダーに与えることにより、ミドルとエージェントが後者の職務で協力する可能性がむしろ高まる均衡が見いだされるという、既存研究の結果からは得られない結果を得ていた。これは、前者の職務に与えられている高いインセンティブを犠牲にしてミドルが後者の職務で努力することが、その職務の生産性の高さエージェントに示すシグナルとして機能するためである。しかし、この結論は、三層構造でなく、プリンシパル-エージェントモデルでも、引き出せる可能性があると考えられる。この点に関する分析を現在進めている。この他にも、以下のような研究も進めた。(1)上記の理論結果を研究するための実験デザインの構築を検討した。(2)上記の理論結果を日本企業のデータを利用して説明する可能性を模索した。(3)組織内の情報伝達の観点から組織不正の問題を分析するためのモデル構築を検討した。平成28年度は、本研究の中心課題であるマルチタスクとシグナリングの研究に関して一定の結果を出し、研究会で報告を行うことができた。また、そこで得られたフィードバックに基づき、よりよいモデルの構築へ向けての方向性を見出すこともできた。また、平成29年度に開催される、SIOE2017で報告することも決定している。この学会は、組織の経済学に関する著名な研究者も多く参加するため、そこで報告することで本研究をより多くの人に知ってもらうことができると考えている。以上の点から、順調な経過をたどっていると考えている。本年度は、昨年度までに進めたモデルの改訂を行い、これまでに得られた主要な結果に至る論理を維持しつつ、より簡潔かつ一般的なモデルで同様のことを示した。具体的には、プリンシパルーエージェントモデルで、エージェントが複数(二種類)の職務に従事するスタンダードなマルチタスクモデルを考える。そこで、ある職務(職務1)の成果は立証可能であるが、もう一方の職務(職務2)の成果は立証可能でないと想定する。この状況で、職務2の成果が重要な場合、エージェントによる職務2への努力を引き出すために、プリンシパルは職務1に対するインセンティブを弱くする必要があるということを既存研究の結果は示している。本研究では、職務2の重要性に関して、エージェントがプリンシパルの知りえない私的情報を持つという状況を新たに考える。また、職務2の成果に対して、エージェントだけでなく、プリンシパルも貢献できる可能性があると想定する。

つまり、スタンダードなマルチタスクモデルに、立証か不可能な成果を生み出す職務に関して、プリンシパルーエージェントがシグナリング・ゲームを行っている状況を考えていることになる。このモデルを分析することによって、職務2の努力を引き出すために、(情報の非対称性がないベンチマークに比べて)職務1に対するインセンティブをむしろ高くした方がよくなる均衡が存在する、という既存研究では得られていない新たな結果を示すことができた。本研究では、行動契約理論によるインセンティブ設計問題を分析した。まず、エージェントが成果の立証可能性が異なる二つの職務に従事するモデルを考えた。立証不可能な職務に貢献できるもう一人のエージェントを加え、エージェント間でその職務に関してシグナリング・ゲームを行う。その結果、プリンシパルは立証可能な職務のインセンティブを高めることで、立証不可能な職務への貢献を高める均衡が存在することを示した。次に、損失回避性向をもつ複数エージェントのモラル・ハザード問題を分析した。チームの一定数のメンバーが高い成果を収めた場合、個々の成果に関わりなく全てのメンバーに同額の報酬を与えることが最適であることを示した。平成28年度は、まず、平成27年度に進めた研究に関する論文の初稿を完成させ、その後、各種研究会、学会での報告を進めていく。次に、情報伝達とプロジェクト選択の問題に関する研究を進め、論文として完成させることを目指す予定である。上記のような理論モデルを論文として完成するにあたり、企業の事例の調査を進める必要がある。平成27年度に引き続き、経営学などの文献の調査、また、専門家との議論を通して事例調査を進める。それを通して、理論モデルとその結果をサポートする事例を見つけることが論文の貢献度を高めるものと考えている。最後に、組織やインセンティブ設計に関する理論研究の結果を検証する実験のデザインに関する研究も進める。それを通して、理論モデルの妥当性を十分考慮しながら研究を進めていきたいと考えている。平成29年度は、これまでに進めてきた研究を国際学会等で報告しながら改訂を進め、論文の形に仕上げたいと考えている。また、それ以外の研究に関しても、研究会等で報告できるように、一定の結果を導き出したいと考えている。昨年度からの課題として、理論研究で得られた結果が、どういった現実の事例を説明しているのかという点を確認出来ればと考えている。そうすることで、すでに得られた結果に関する学術的な価値も高まると考えている。そのために、文献をあたるだけでなく、経営学者など他の分野の専門家の意見を聞く機会をこれまで以上に模索したいと考えている。上記の点とも関連するが、組織やインセンティブに関する理論結果を検証するための実験デザインについても研究を進めたい。その作業を通じて、より頑健な理論モデルの構築を進めたいと考えている。
蛍光制御分子の化学デザインと生体イメージング

光照射により蛍光を制御できる分子は、RESOLFTと呼ばれる超解像イメージング技術への応用が期待されている。これまでにこのような分子として、蛍光蛋白質が用いられてきたが、蛍光蛋白質は、光安定性が低く、光安定性の高く光制御可能な合成色素の開発が期待されてきた。しかしながら、そのような分子で実用的なものは、いまだに開発が進んでいないのが現状である。そこで、この状況を打破することを目的として、本研究では、蛍光色素の蛍光を直接光制御するのではなく、消光基の消光能を制御できる分子を利用し色素の蛍光を制御するという新たなコンセプトに基づき、蛍光制御分子を開発する。昨年度の研究で、アゾ色素の一つが、光照射により異性化すること、熱異性化がほとんど起こらないこと、異性化に伴い平面性が崩れることから、光制御可能な消光基として機能することを見出した。そこで、本年度の研究では、引き続き、この色素により消光制御可能な蛍光色素の探索を行った。その結果、BODIPY誘導体とフェノキサジン誘導体が、このアゾ色素により蛍光制御可能であることが判明した。そこで、これらの蛍光色素のアゾ色素による消光メカニズムを明らかにするために、Stern-Volmerプロットを取った。その結果、フェノキサジン誘導体の場合、光照射前のアゾ色素により静的消光を引き起こし、光照射後では動的消光を引き起こすことが判明した。一方、BODIPY誘導体の場合は、Stern-Volmerプロットによる解析では、明確なメカニズムが分からなかったものの、静的消光と動的消光が混在していることが示唆された。29年度が最終年度であるため、記入しない。RESOLFTは、蛍光スイッチングを利用する超解像イメージング技術の一つである。この手法では、フォトクロミックな蛍光分子を用いて、その分子の光励起に続きドーナツ状の抑制光を照射することで、実質的に励起範囲を微小化し、その結果、分解能を向上させる。これまでに、様々な蛍光スイッチング蛍光蛋白質でRESOLFTが達成されている。これに対し、蛍光色素では、種々のフォトクロミックな蛍光プローブが開発されているものの、大量のチオールを用いるシアニン系スイッチング分子と光安定性の低いジアリルエテン誘導体以外には、生体試料のRESOLFTの報告例がないのが現状である。一方、蛍光色素は、蛍光蛋白質に比べ、輝度の高さや光安定性に優れているといった利点が多くあり、蛍光色素を用いた方法の開発が望まれる。そこで本研究では、光スイッチング蛍光色素の開発に取り組んだ。光照射により、光スイッチングできる分子を設計する予備検討として、最適な蛍光色素の探索を行った。まずは、蛍光色素の蛍光を制御できる分子を化学合成し、その制御能を蛍光分光計にて検討した。その結果、光照射に伴い蛍光強度を変化させる複数の分子系を発見した。光照射に伴う分子の構造状態が変化しているかどうかを紫外・可視分光測定、NMR、及びHPLCによって行った。その結果、光照射により構造が変化していることが確認された。以上の結果から、光スイッチング可能な分子の構造に関する知見が得られた。本研究では、光照射に伴い蛍光スイッチングが可能な分子系を構築することが当初の目的であった。化合物探索を行い、蛍光を制御する分子を化学合成し、各種分光学的測定及びHPLCにより、光照射により分子構造の変化を伴い、蛍光を制御できる分子について知見が得られた。以上の結果は、当初の目的を概ね達成しているといえる。これまでの研究で、光照射により蛍光強度を変化させる複数の分子系を発見している。今後は、これらの分子系を一つの蛍光スイッチングプローブとして分子設計し、蛍光強度を制御できるかを検討する。また、プローブを蛋白質に結合させ、蛋白質上でも同様の蛍光スイッチングが起きるかを明らかにする。この後に、超解像イメージングへと展開する。
がんの免疫遺伝子治療への応用をめざしたEBウイルスベクターの開発

腫瘍特異抗原遺伝子を挿入したEBウイルスを作製するための前段階として、本年度は、約170キロベースものサイズを持つEBウイルスゲノムを目的に応じて自在に改変するためのシステムの確立を目標とした。この目的でバーキットリンパ腫由来の細胞株であるAkata細胞内に存在するEBウイルスゲノムにBAC(Bacterial Artificial Chromosome、大腸菌人工染色体)ベクター配列を挿入したBACクローン(AK-BAC)を利用した。AK-BACは大腸菌内で増殖させることが可能であり、また大腸菌内で相同組換え法により迅速に改変できるという特徴を有している。実際に大腸菌内における相同組換え法を用いて、GFP遺伝子をAK-BACのB95-8株欠失領域に正確に組み込むことに成功した。この際に、EBウイルスゲノムのリピート配列などはコピー数が変化することなく安定に維持された。得られたBACクローン(AK-BAC-GFP)のDNAを大腸菌で大量調製し、Akata細胞に電気穿孔法により再導入することにより、ウイルス産生細胞を作製した。この細胞を抗イムノグロブリン抗体で処理することにより、GFP遺伝子が組み込まれた組換えEBウイルスを産生し、Bリンパ球に感染させた。その結果、Bリンパ球は不死化して、GFP蛋白質を発現する不死化Bリンパ球細胞株(lymphoblastoid cell line、LCL)が樹立された。得られたLCLのウイルス遺伝子発現パターンは、野生型と同様であった。以上の結果より、AK-BACを用いたウイルスゲノム改変システムにより、腫瘍特異抗原を発現するLCLを作製し、これを用いた免疫遺伝子治療へと応用していくことが可能と考えられた。
糸状菌による機能性Single Cell Oilの生産とその応用

M. alpina 1S-4はグルコースを含む単純な培地によく生育し、著量の油脂を蓄積する。菌体の脂質含量は約500mg/g菌体に達し、全脂肪酸の約70%がAAで占められるユニークな油脂(トリグリセリド)が得られる。DGLAからAAへの変換に関与する△5不飽和化酵素欠損変異株を用いるとDGLAを選択的に生産できる。オレイン酸からリノール酸への変換を触媒する△12不飽和化酵素の欠損変異株ではω6経路が遮断され新たにオレイン酸を親脂肪酸とするω9経路が誘導される。従って、本変異株を用いるとミ-ド酸が生産できる。EPAの生産は、低温下で親株を培養し、ω3位の不飽和化反応を活性化することで可能となる。あるいは、ω3経路の親脂肪酸であるα-リノレン酸を含む油脂(アマニ油)を培地に加え、これをEPA含有油脂へと変換することもできる。また、これらの生産研究を通じて不飽和化酵素の特異的阻害剤を多数見いだすことができた。そのほとんどは動物の系でも同様の阻害作用を示す。中でもゴマ種子に含まれるセサミンは天然の不飽和化酵素阻害剤としては最初のものであり、△5不飽和化酵素を特異的に阻害する。これらの阻害剤は脂質代謝の調整や改善に利用できる可能性があり、興味深い薬剤である。(1)PUFA生産菌の改良とPUFA含有油脂の生産条件の設定(清水、秋元、片岡、小林)アラキドン酸高生産菌M.alpina 1S-4の胞子を変異処理し、本菌に存在すると考えられている全ての不飽和化酸素(Δ5,Δ6,Δ12,Δ9,ω3(Δ15))に対応する欠損変異株を既に得ている。これらの変異株の脂肪酸組成は、親株とは著しく異なり、以下のPUFA含有油脂の生産に利用できると考えている。収量増大と大量生産のための条件設定を検討し、目的とする脂肪酸の生産量を3-10g/1程度に引き上げることに成功した。ω6系PUFA含有油脂:主に親株を用いアラキドン酸生産を効率化するファクターを検討し、培養の高密度化と培養時間の短縮をはかることで、実用的な生産量(5-10g/1/5days、アラキドン酸含有量30-60%)を達成した。特に、溶存酸素の枯渇がPUFA含量の低下をもたらすことを認め、通気攪拌方式の改良、空気-酵素混合気の通気などが効果的であった。これによって得られた成果をΔ5不飽和化酵素欠損変異株(S1)の培養に適用し、ジホモ-γ-リノレン酸高含有油脂の生産も可能となった。ω9系PUFA含有油脂:Δ12不飽和化酵素欠損変異株(Mut48)はオレイン酸(18:1ω9)からリノール酸への変換が出来ず、オレイン酸を著量蓄積する。培養時間を長くすると、蓄積したオリイン酸はω9経路へ流れ、最終的にはミ-ド酸へ変換されることを認めた。よって、ω9PUFAのみで構成される新規な油脂の生産が可能となった。(生産量約3.5g11)(2)機能性リン脂質及び過酸化リン脂質の立体選択的合成と生成物の生化学的評価(馬場、清水、秋元)リノレン酸のエステルを出発基質としてリパーゼによるアシル化反応とリポキシゲナーゼによる過酸化反応をキ-ステップとする合成法を開発している。アラキドン酸、ミ-ド酸、ジホモ-γ-リノレン酸を中心に同様のリン脂質類の合成が可能なことを示した。M.alpina 1S-4はグルコースを含む単純な培地によく生育し、著量の油脂を蓄積する。DGLAからAAへの変換に関与するΔ5不飽和化酵素欠損変異株を用いるとDGLAを選択的に生産できる。

オレイン酸からリノール酸への変換を触媒するΔ12不飽和化酵素の欠損変異株ではω6経路が遮断され新たにオレイン酸を親脂肪酸とするω9経路が誘導される。従って、本変異株を用いるとミ-ド酸が生産できる。EPAの生産は、低温下で親株を培養し、ω3位の不飽和化反応を活性化することで可能となる。あるいは、ω3経路の親脂肪酸であるα-リノレン酸を含む油脂(アマニ油)を培地に加え、これをEPA含有油脂へと変換することもできる。また、これらの生産研究を通じて不飽和化酵素の特異的阻害剤を多数見いだすことができた。そのほとんどは動物の系でも同様の阻害作用を示す。中でもゴマ種子に含まれるセサミンは天然の不飽和化酵素阻害剤としては最初のものであり、Δ5不飽和化酵素を特異的に阻害する。これらの阻害剤は脂質代謝の調整や改善に利用できる可能性があり、興味深い薬剤である。
職域コホート長期追跡による生活習慣病発症要因の解明

都市部勤労者世代からなるコホートを長期間追跡し、特有の危険因子や新規マーカーを明らかすることを目的に、某職域従業者男女6,648名の追跡調査を実施し、冠動脈疾患59例、脳卒中47例、糖尿病430例、高血圧1,599例の発症を観察した。統計解析の結果、BMIが25 kg/m2以上の肥満(ハザード比:1.9)、I度高血圧(2.1)、II・III度高血圧(4.1)、現喫煙(2.5)は統計学的有意にCVD発症リスクの上昇と関連した。また、アディポネクチン低値、CRP高値、喫煙あり、朝食欠食、家族歴ありが糖尿病発症率の増加と関連していることを示した。また、生活習慣等の再調査を6,046名に実施した。愛知職域コホート研究は、長期間にわたって対象者を追跡し、我が国における心血管疾患・生活習慣病の発症要因の解明に有用な情報を得ることを目的としている。それを達成するために、本計画では、正確な発症情報を継続的に把握するための基盤づくりに特に注目した。研究開始時に勤労者であった対象者で、研究年度にも在職中の者(在職者)を対象に発症スクリーニングのためのアンケート調査を実施した。この調査においては、標的疾患の発症の有無とともに、通院中(通院していた)病医院名、主治医名を把握した。これらの情報を用いた詳細な発症登録調査を来年度以降実施予定である。また同じ調査用紙を用いて、対象者が退職した後にも、生存確認と継続的な発症スクリーニングが可能になるように、自宅住所、電話番号、電子メールの情報の提供を依頼した。対象者の研究協力への理解を深めるため、研究成果を日本語でわかりやすく説明したダイジェスト(冊子)を作成し、職場に配布した。研究対象者が対象職域から既に退職している者(退職者)については、これらの者が在職中に同様の調査を実施して把握している住所等の情報を整理し、今後の円滑な調査に備えた。また、退職者互助会と打ち合わせを行い、互助会を通した情報還元、情報提供の可能性について検討するとともに、今年度退職を予定している者に対して、退職後の協力を改めて対面で依頼した。さらに、長期間にわたるコホート研究を実施している研究者が多く参加する学会に参加し、情報や意見の交換を行った。なお、本研究計画は名古屋大学医学部生命倫理審査委員会において承認され、定期的な経過報告も経たものである。本研究の特徴は、バイオマーカーを含め詳細な曝露情報を把握した上で、大都市圏に居住する勤労者層を長期間追跡することによって、我が国における心血管疾患発症リスクの予測に有用な情報を明らかにすることである。また、食事、飲酒、喫煙、社会心理的因子など、文化や体質等の影響がある要因についても繰り返し測定を実施し、その変化を含め、疾患発症への影響を検討することである。今年度(平成23年度)は、平成22年度に実施した自記式質問紙による標的疾患の発症の有無を尋ねる調査結果の入力とデータクリーニングを行い、次いで、疾患発症の申告のあった者については、その病歴の正確性や病型などの詳細な情報について、主治医への確認調査、医療機関における採録調査を実施した。また、対象者の追跡情報(死亡、退職や転居等による追跡不能、追跡継続など)を整理し、コホート捕捉率(77%)を把握した。なお、追跡打ち切り例のほとんどが退職によるものであった。さらに今年度は、長期追跡コホート研究に関する実績が著しい米国ミネソタ大学を訪れ、追跡の実施方法、追跡期間中の追加調査の実施等について研究協力者と打ち合わせを行うとともに、地域における動脈硬化リスク研究(Atherosclerosis Risk in Cummnities Study : ARIC Study)の追跡25年重点的評価(第5次調査)の実際を視察したり、コホート対象者にインタビューを行った。25年間の追跡を経たARIC第5次調査では、心不全や認知機能の評価に重点を置いており、本職域コホートを長期にわたって追跡する計画を立てる上で参考になると考えられた。心血管疾患の発症登録を継続する傍ら、蓄積されつつある糖尿病や高血圧の発症例を用いた分析を実施した。例えば、アディポネクチン低値と糖尿病発症に関する研究成果を専門誌に発表、高感度CRPと糖尿病発症、魚介類摂取や加糖清涼飲料水摂取を含む米国理想的食事摂取指標と糖尿病発症との関連を学会で発表した。これら成果をわかりやすく解説したニュースレターを発行したり、ホームページにまとめた。なお既に対象職域を退職した者も多いため、郵送による情報還元も行った。

(1)追跡期間中発症した57例の心血管疾患(CVD:冠動脈疾患33例、脳卒中24例)とベースラインの肥満度:BMIが25以上、血圧:正常高値(130-139/85-89)、I度高血圧(140-159/90-99)、II・III度高血圧(160-/100-)、喫煙状況:禁煙、現喫煙の3つの危険因子について年齢と性を補正したハザード比(95%信頼区間)を求めた。その結果、BMI25以上、I度高血圧、II・III度高血圧、現喫煙は統計学的有意にCVD発症リスクの上昇と関連した(ハザード比と95%信頼区間は順に1.9 (1.1-3.2)、2.1 (1.1-4.2)、4.1 (1.8-9.0)、2.5 (1.4-4.7))。(2)潜在性動脈硬化のバイオマーカーとして、AlphaLISAで複数のタンパク質、ペプチド抗原を測定し、心血管疾患ならびに糖尿病発症との関連を検討した。(3)追跡中コホートの生活習慣等に関する再調査を、新規対象者を追加して実施した。対象職域に所属する10,748名に対して、生活習慣アンケート、病歴アンケート、健診成績の提供、遺伝子解析を含む血液及び尿の寄付、バイオバンク提供の各項目について協力の可否を尋ねる同意書を配布し、9,251名(配布数の86.1%)から回収した。それぞれの同意者数は、生活習慣アンケート:6,046名(回収数の65%)、病歴アンケート:5,622名(同61%)健診成績提供:5,555名(同60%)、血液及び尿の寄付:4,546名(同49%)、バイオバンクへの提供:4,188名(同45%)であった。生活習慣アンケートに同意するとした6,046名に、後日アンケートを配布し、5,630名(配布数の93%)から回収した。アンケート記載内容のチェック後、入力を完了した。そして、対象者への情報還元として、栄養計算結果およびがん・循環器疾患リスク推定結果を返送した。また、血液検体は、3,379名(同意者のうち実際に健診を受診した3,516名の96%)から提供を受けた。愛知県内某自治体に勤務する男女6,648名からなるコホートの追跡調査を実施し、冠動脈疾患59例、脳卒中47例(計104例、重複あり)、糖尿病430例、高血圧1,599例の発症を観察した。また、退職による打ち切りなど追跡に関する情報、ならびに健診成績を研究補助者を雇ってデータベース化した。次いで、追跡調査によって把握された糖尿病と全身性低炎症状態のバイオマーカーであるC-reactiveタンパク(CRP)濃度との関連に関する統計解析を研究補助者とともに実施した。解析対象者は、必要なデータに欠損がなく、研究開始時には糖尿病に罹患していなかった3,040名(男性:2,346名、女性:694名)である。CRP濃度が10 mg/L以上の者は解析から除外した(24名)。CRP分布の四分位により対象者を4群に分け、糖尿病発症リスクとの関連を調べた。解析象者(平均年齢:47.7歳)のCRPの平均値は0.36 mg/Lであった。CRP濃度が高いほど、年齢、肥満度、喫煙者の割合が高かった。CRP濃度が高くなるにつれて糖尿病発症率が高くなる傾向があり、第4四分位において最も高くなった。また、CRP濃度と糖尿病発症率との関連は喫煙習慣、肥満がない群でのみ認められた。喫煙や肥満に独立して、CRP濃度が糖尿病発症に関係していることを示した本結果は、全身性低炎症状態そのものが糖代謝異常の出現に関与することを示唆していると考えられた。研究結果は専門誌に発表し、研究対象者にも情報還元した。
スピントラップNO検出法による血液細胞熟成に伴い変化するNO生成の定量測定

本研究では、マクロファージの成熟過程に於ける、生体防御機能に重要な役割を表す一酸化窒素(NO)の生成能力を調べる目的で、インターフェロンγ、リポポリサッカライド(LPS)、ラクトフェリンによる成熟過程によるNO合成酵素(iNOS)の誘導とその活性を評価した。方法はiNOSの誘導はwestern blotting法、NOの測定は生じたNOをMGD-Feと反応させることにより、NOを安定化させ、電子スピン共鳴法により測定した。またグリース反応も用いて定量した。チオグリコレートで誘導したマウスの腹腔マクロファージを単離し、大腸菌由来のリポポリサッカライド(LPS)とインターフェロンγ(Inf-γ)存在下で培養したところ、経時的に培養液中にNOの蓄積を示すNO_2^-+NO_2^-の増加が刺激後24時間まで時間依存的に増加することが示めされた。更にMGD-FeでNOを直接測定してもNO_2^-+NO_2^-とパラレルに増加することが示され、このMGD-Feを用いたスピン捕捉法がNOの定量に用いることが可能であることが示された。またiNOSの特異的抗体を用いたウェスタンブロッティング法によりiNOSの発現そのものを調べたところ、時間依存的に蛋白質としても発現していることが明らかとなった。炎症の際に顆粒球よりラクトフェリンが差生されるが、この免疫学的意義を検索するためにLFのマクロファージからのNO生成に及ぼす影響を評価した。すると、LF単独ではNO生成には影響は無いが、Inf γでのNOの生産量をLF共存下では約1.5倍にも増強することが明らかになった。また鉄を含まないアポラクトフェリンではこうした効果が無いことが見いだされた。これらの結果はLFは炎症部位でのマクロファージの成熟を促し、殺菌能を高めるNO生成能を導く作用があることが明らかとなった。マウスのマクロファージはC57Black/6マウス(12ケ月齢)にTGC(チオグリコレート)をマウス当たり2mL腹腔投与し、5日間飼育後、ヘパリン5u/mL、ストレプトマイシン100μg/mL、ペニシリン300u/mLを含む1mMのPBS(-)510mLをマウス腹腔に入れ、回収したものを使用した。生細胞を合わせたサスペンドに刺激剤としてLPS(リポポリサッカライド)を0.1mg/mL、NOのトラップ剤としてメタルキレーター化合物[(MGD)_2/Fe]を8mMになるよう加え、ESR測定用フラットセルに入れ(約200μL)、適宜インキュベートした後、生成されるNO(一酸化窒素)をESR(電子スピン共鳴)法による測定した。牛マクロファージは、採血後グラジエント遠心法により分離した単球を得、プラスチック培養皿に撒き、CO_2インキュベータ-中、37°Cで1時間インキュベートし後、非吸着細胞を取り除き、5%FCSと0.2%EDTAを含むPBS中でインキュベーションを続行し、形態学的にマクロファージへ変化したものを使用した。マウスマクロファージでは、LPSを添加しインキュベーションを続けると2日後に生成の最高値が見られ、その後一旦減少するが、4日後から再び生成が上昇することが明らかにされた。LPS添加と同時にスーパーオキシド除去剤であるSODを添加すると、NO生成がさらに上昇した。このことはマクロファージはLPS刺激時にNOと同時にO_2^-(スーパーオキシド)も生成しており、両者の反応を通してNO生成量がレギュレートされていることが推察された。

4日後からの再上昇はO_2^-生成の低下と関連しているもの思われる。一方、牛単球を用いた実験から、単球はNO生成量は低く、逆にO_2^-の生成が高いことが観察された。このように、単球の段階ではO_2^-生成が主となり、NOが抑制され、マクロファージに成熟していくに連れてO_2^-生成が弱くなり、NO生成が主となっていくものと推察された。本研究では、マクロファージの成熟過程に於ける、生体防御機能に重要な役割を表す一酸化窒素(NO)の生成能力を調べる目的で、インターフェロンγ、リポポリサッカライド(LPS)、ラクトフェリンによる成熟過程によるNO合成酵素(iNOS)の誘導とその活性を評価した。方法はiNOSの誘導はwestern blotting法、NOの測定は生じたNOをMGD-Feと反応させることにより、NOを安定化させ、電子スピン共鳴法により測定した。またグリース反応も用いて定量した。チオグリコレートで誘導したマウスの腹腔マクロファージを単離し、大腸菌由来のリポポリサッカライド(LPS)とインターフェロンγ(Inf-γ)存在下で培養したところ、経時的に培養液中にNOの蓄積を示すNO_2-+NO_2-の増加が刺激後24時間まで時間依存的に増加することが示めされた。更にMGD-FeでNOを直接測定してもNO_2-+NO_2-とパラレルに増加することが示され、このMGD-Feを用いたスピン捕捉法がNOの定量に用いることが可能であることが示された。またiNOSの特異的抗体を用いたウェスタンブロッティング法によりiNOSの発現そのものを調べたところ、時間依存的に蛋白質としても発現していることが明らかとなった。炎症の際に顆粒球よりラクトフェリンが産生されるが、この免疫学的意義を検索するためにLFのマクロファージからのNO生成に及ぼす影響を評価した。すると、LF単独ではNO生成には影響は無いが、InfγでのNOの生成量をLF共存下では約1.5倍にも増強することが明らかになった。また鉄を含まないアポラクトフェリンではこうした効果が無いことが見いだされた。これらの結果はLFは炎症部位でのマクロファージの成熟を促し、殺菌能を高めるNO生成能を導く作用があることが明らかとなった。
傾斜機能材料製人工股関節の変形挙動の数理解析法とGAによる材料組成最適化の研究

人工股関節の人工臼蓋と生体骨(骨盤)の接着に使角されるPMMA骨セメントが生体不活性材料であるため、人工臼蓋と生体骨の間にコラーゲン線維膜が生成し直接接合しない。また、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)製人工臼蓋と骨頭との接触に伴って臼蓋内面近傍に生じる大きな接触応力によるポリエチレン摩耗粉が人工股関節と周囲の生体骨(骨盤や大腿骨)の界面近傍に付着し、これが生体骨の融解や壊死を引き起こす。この2つの問題により、人工股関節の弛みと疼痛をもたらし、施術後の10-15年後において15%程度の患者に再手術を余儀なくしている。このような問題を解決するためには、人工臼蓋と生体骨の間の生体適合性の改善と、接触応力をUHMWPEの降伏応力以下に緩和することが必須である。人工股関節と生体骨を一つの不均質中空半球体と見なし、骨頭と接触する中空半球体の内側半球面から骨盤と接合される外側半球面まで半径方向に材料組成を変化させて、即ち傾斜機能材料(FGM)製の人工股関節(臼蓋)として設計することが考えられる。本研究では、UHMWPE、UHMWPEとAW-バイオガラスの傾斜層、多孔質AW-バイオガラスからなる人工臼蓋を生体内に埋入したあと、骨の成長により多孔質AW-バイオガラスの孔内に骨が侵入することを利用して生体骨と接合させるモデル(多孔率の傾斜化によりAW-バイオガラスと生体骨の任意の材料組成分布を持つ傾斜層が生成できる)について、内側半球面に楕円形分布荷重を静的および動的に負荷した場合、さらに骨頭と臼蓋内面の接触問題を解析し、UHMWPEとAW-バイオガラスの傾斜層および多孔質AW-バイオガラスと生体骨の傾斜層の材料組成をバイオガラスリッチにすることにより、相当応力/圧縮強度の比がCharnleyモデルに由来する従来モデルよりオーダー的に見て極端に緩和され、生体活性性を付与したことによる人工臼蓋と生体骨の間の接合の問題の解決と合わせて傾斜機能材料で人工股関節を設計する有効性が材料力学的に明らかになった。これまで材料力学、生体力学の研究者は人工股関節、特に人工骨頭とステムについて応力緩和だけを目指した形状最適化の研究を報告してきた。しかし、最近の整形外科の研究者が指摘しているように、現在も使用されている接着剤としてのPMMA骨セメントは生体不活性材料であるため人工材料製の人工臼蓋と生体骨の接着に使用しても生体骨の異物反応により、人工臼蓋と生体骨の間にコラーゲン線維膜が生成し直接接合しない。また、高血圧の70歳を越える高齢者にPMMA骨セメントを使用して施術した際に、急激な血圧低下に伴うショック死が過去3年間に20数例起こったことが新聞にて報告された。このような人工材料製臼蓋と生体骨の間の生体適合性を解決するために、人工股関節と生体骨を一つの不均質中空半球体と見なし、骨頭と接触する中空半球体の内側半球面から骨盤と接合される外側半球面まで半径方向に材料組成を変化させて、即ち傾斜機能材料(FGM)製の人工股関節(臼蓋)として、その材料組成を最適化することが必須である。

本研究では、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、UHMWPEとAW-バイオガラスの傾斜層、多孔質AW-バイオガラスからなる人工臼蓋を生体内に埋入したあと、骨の成長により多孔質AW-バイオガラスの孔内に骨が侵入することを利用して生体骨と接合させるモデル(多孔率の傾斜化によりAW-バイオガラスと生体骨の傾斜層が生成)について、内側半球面に楕円形分布荷重を動的に負荷した場合を解析し、従来の、UHMWPE製の臼蓋をPMMA骨セメントにより生体骨に接合させる(実際には接合していない)Charnleyタイプと比較することにより、人工臼蓋および隣接する生体骨内に生じる応力比(強度との比)、変形が40%以上緩和され、生体適合性も具備した人工臼蓋が設計できることをFEM解析結果から明らかにし、下記のように学会発表した。次年度は傾斜層の材料組成の最適化を遺伝的アルゴリズムを応用して実現することと、骨頭と臼蓋との接触を考慮した接触問題としての解析を実行する予定である。なお、中空半球体の端面の境界条件の制約から特定の境界条件に関してのみ完成している数理解析法も次年度の始めにその一般化を完成させる。菅野、他4名、生体活性性のある傾斜機能材料製人工股関節の材料設計と動的応力/変形解析、第13回傾斜機能材料シンポジウム、講演要旨集、p.10、平成13年11月29日(大阪大学)。現在行われている人工股関節の施術では、PMMA骨セメントによる人工股関節と生体骨の結合においてPMMA骨セメントの生体不活性性のために、生体骨の異物反応により生体骨の表面にコラーゲン線維膜が形成され、生体骨とPMMA骨セメントが結合せず、施術後の時間の経過とともにゆるみが生じ、このゆるみがひどくなると耐え難い疼痛を伴うようになり、15年程度経過した時点で1020%の患者が再手術を余儀なくされることが問題となっている。また、人工臼蓋材料として使用されるUHMWPEの摩耗粉が人工股関節と生体骨の界面のところに介在することにより、生体骨の融解や壊死を招き、生体骨が痩せ細ることが問題になっている。このようなことに対処するために、人工股関節(臼蓋部)から骨盤までを半径方向に不均質性を持った傾斜機能材料(FGM)からなる不均質中空半球と考えて(接合層を傾斜機能材料で設計して)、次の3つのモデルについて、(1)UHMWPE+UHMWPE/HAp FGM+HAp/Bone FGM+Bone,(2)UHMWPE+UHMWPE/AW-バイオガラスFGM+AW-バイオガラス/Bone FGM+Bone,(3)従来モデルのUHMWPE+PMMA骨セメント+Bone静的・動的両負荷の下でミーゼスの相当応力と変形の数理解析とFEMによる数値解析を行い、次のことを明らかにした。1.従来モデルのモデル3に対して、モデル1,2は人工臼蓋と生体骨の接合層に生体活性性を有するバイオセラミックスからなるFGMを使用しているため、化学的また物理的に強固に接合する。2.モデル1,2ともFGM接合層において応力集中を生じるが、相当応力/圧縮強度の比は従来モデルのモデル3より極端に緩和される。3.人工臼蓋のUHMWPEに発生する動的相当応力は、この材料の単軸引張りの降伏応力を超え、モデル3においてFGM部の材料組成をAW-バイオガラスのlinear, rich, poorなものに変化させても降伏応力以下には設計できない。材料組成以外に幾何学的な最適化も必要である。以上のように、静的・動的両負荷について解析を行い、接合層にFGMを使用することの有用性を明らかにした。また、骨頭と臼蓋の接触応力の数値解析も一部行い、摩耗粉の生成に関して考察を加えた。
高圧中性子トモグラフィー法の開発:マントル中におけるフルイドの三次元分布の解明

本課題では、マントル鉱物中のH2Oフルイド三次元分布のその場観察を目指して、中性子線を用いた高圧トモグラフィー測定技術の開発を行った。トモグラフィー測定用に新たに製作した加熱・加圧機構を小型プレス導入した。またJ-PARC中性子施設において中性子イメージングの光学系セットアップの最適化を行い、試料種類・サイズによるイメージ変化についても調べた。以上の最適化したセットアップを用いて、含水鉱物と無水鉱物試料を用いた中性子トモグラフィー測定をおこなった。以上より高温高圧下における中性子イメージングおよびトモグラフィー測定が可能となった。本研究では小型プレスを用いた高温・高圧下における中性子トモグラフィー測定の開発を目的とし、装置の開発・測定を行ってきた。昨年度に製作・導入した並進ステージ系や回転動作に対応した加熱・水冷機構を用いて、今年度は中性子線を用いたイメージング測定を行い、中性子イメージング測定の最適化を行った。具体的な内容については下記の通りである。・回転加熱機構を用いた温度校正実験:昨年度に導入した回転動作に対応した加熱ユニットを用いて、実際に使用する試料セルを用いて加熱を行い、電力と温度の関係を調べた。・中性子イメージングに向けた光学系の最適化:中性子ビームラインに設置してある3つの中性子ミラー(スリット)は回折実験用に設計されているため、愛媛大学の井上徹教授と協力して、3つのスリットサイズの組み合わせを変えて、中性子サイズ、空間分解能(ぼけ)、ビーム分布を変化させ、シャープネスやノイズを評価し、中性子イメージングの最適化を行った。・組成・サイズを変えた中性子イメージング条件の最適化:複数種類の含水鉱物と無水鉱物を、実際の高圧セルに入れ、イメージコントラストのチェックを行った。また試料径を52mmに変化させて、コントラストの変化を確認した。試料サイズが2mm径の中性子実験としては比較的小さなサイズにおいてもMg(OH)2とMgOは、はっきりコントラストがついて区別できることが確認できた。さらに試料からカメラ距離を変化させた際の像の変化についても調べた。・中性子トモグラフィー測定:以上の中性子イメージ最適化条件のもと、水平方向に開口角の大きなパリ・エジンバラプレス装置を回転ステージ上に設置し、複数種の含水・無水鉱物を高圧セルに封入して、トモグラフィー測定を行った。測定は、5°刻みで0180°の範囲で撮像した。以上より中性子プローブを用いたイメージング・トモグラフィー測定が可能となった。本研究では中性子プローブをトモグラフィー(CT)測定技術に適用し、小型プレスを用いた高温・高圧下における中性子トモグラフィー測定装置の開発を第一の目的とする。このため本年度は高圧CT測定に必要となる以下に示す装置の設計、製作を行った。・油圧クランプ機構の設計:CT測定において、高圧プレスは油圧ユニットから独立して回転させる必要がある。そのため高荷重を保持しつつ油圧ユニットから切り離し可能なクランプ機構を設計した。・加熱・水冷機構の製作:中性子施設既存の小型プレスには加熱機構は備わっていないため、プレス加圧部を改造して、加熱用電極台の付随した加圧機構を製作した。また同時に加圧部となる超硬アンビル及びプレス自体の高温摩耗防止のため水冷機構をアンビル周囲に設置した。これらの機構はイメージングの視野となるプレス水平方向には干渉せず、かつ加熱用電極と水冷部とは電気的絶縁が保てるように設計がなされている。この機構により小型プレスを用いた長時間の高温高圧実験が初めて可能となった。・回転機構付き加熱ユニットの開発:高温下でCT測定を行う場合、加熱ケーブルをプレスに接続したままプレスを回転させる必要がある。このため、電気的接続を保持したまま回転時にもケーブル位置が動かない回転動作に対応させた加熱ユニットを開発した。・試料位置微調ステージの導入:プレス内の試料位置は加圧に伴い動くため、回転中心に試料位置を合わせてCT測定を行うことが必要となる。そこで試料位置微調用のXYステージ(耐荷重60kg)を回転ステージ上に導入した。以上の装置開発により、高温高圧下での中性子トモグラフィー測定の準備が整った。これは中性子という新しいプローブを用いることで、これまで明らかになっていない高温高圧下での水素やフルイドの三次元情報を得られるという点で非常に意義がある。当初の計画ではトモグラフィー用に回転ステージを導入しステージ制御系の立ち上げを行う計画であったが、中性子施設側から回転ステージ設置までが行われたので、本課題では加えて必要となるトモグラフィー測定用加熱、水冷機構および超硬アンビル部を設計・製作した。また位置微調節用ステージの導入も行った。なお今年度は東日本大震災で被災したJ-PARC中性子施設の復旧作業のため、高圧ビームラインでのユーザータイムは来年度に延長された。このため中性子を使用した予備的実験までは実現できなかった。今後は、まず本課題で製作した加熱・水冷機構およびステージ系をJ-PARCの中性子高圧ビームラインに設置し、小型プレスへの取り付け作業と動作確認を行う。

続いて鉱物片とフルイドの試料を用い中性子カメラを使用して、中性子イメージングのテスト・最適化を行う。さらに試料を加圧し、高圧プレスを回転させてトモグラフィー測定を行い、加圧に伴う中性子イメージのコントラスト変化を調べる。各角度における測定データ解析から試料の任意方向の断面および三次元像を求め、中性子トモグラフィーデータの精度について評価を行う。平成24年度の研究費使用計画としては、まず試料容器として円筒状単結晶ダイヤモンドカプセルを購入する。単結晶ダイヤモンドはフルイド試料を封入するために適しており、これまでのX線を用いた実験でも実績がある。次に圧力媒体やヒーターなど高圧セルに使用するセラミクスおよび金属パーツを購入する。さらに消耗品であるトロイダル形状の超硬アンビル一式を購入する計画である。また中性子実験施設J-PARCでの実験が主となるため、J-PARC出張旅費についても計上する。
廃棄物溶融技術の効率化とスラグ利用新技術の開発

本研究は,廃棄物溶融技術の効率化と溶融スラグの新利用技術の開発を目的として,実施したものであり,2年間にわたる実験・研究により以下の成果を得た。1.廃棄物溶融技術の効率化に関する研究焼却灰の組成が溶融性,スラグの物理的強度,スラグからの重金属の溶出特性に及ぼす影響について検討し,塩基度により溶融性と重金属の溶出性が変化すること,スラグの密度がスラグの強度を左右するころを明らかにした。これらの結果を基に(1)スラグの強度,(2)溶融性,(3)重金属溶出負荷,(4)塩基度調整による総廃棄物の増減,(5)総廃棄物の増減に伴う処理費(燃料消費)について,これらのトレードオフの関係の総合的評価手法を確立し,溶融操作の効率化・改善方法を提示した。2.スラグの有効利用技術の開発溶融スラグ粉体のハイパフォーマンスコンクリート原料への適用性・配合設計について検討し,考案した水膜モデルにより配合設計手法を確立した。また,スラグ粉体のタイルへの適用についても検討し,従来の原料に比べ,スラグ粉体原料を使用すると焼成温度が低くなることを明らかにし,その有効性を実証した。本研究では,廃棄物溶融スラグの品質改善技術と新利用技術の開発を目的として実験研究を行った。2カ年計画の初年度にあたる本年度は以下の研究成果を得た。1.廃棄物溶融スラグの品質改善技術の開発スラグの化学的安定性に着目し,実験室内で種々の条件で作成したスラグの溶出試験を行った。スラグからの金属類の溶出量は,溶融時間や冷却方法にはほとんど影響されないが,pHおよび主成分組成に大きく左右された。すなわち,両性金属ではアルカリ条件下で溶出量が増加する傾向がみられたが,すべての主成分金属類は酸性条件下で最大溶出量を示した。塩基度(Cao/SiO2)が高いスラグほど溶出量が増大し化学的な安定性が劣る。また,溶出率(含有量あたりの溶出量)は各成分によって異なるが,これは主成分であるCaOやSiO2の溶出量が増大すると溶液中のイオン強度が増大し,イオン化傾向の小さい金属類は溶出が抑えられ,スラグ表面に付着残存したためであることが確かめられた。この溶出傾向は,溶出にともなうスラグと溶出液の物質収支やスラグ表面の元素分析および溶解度積から求めた活量計算によって説明できた。また,溶融スラグの強度は,主成分組成や作成温度条件や結晶度とはあまり相関性がないが,結晶質の違いによって大きく異なることが示唆された。2.有効利用技術の開発ハイパフォーマンスコンクリートへの適用性を検討した。廃棄物スラグを原料として用いたコンクリートは,自己充填性を有していたが,流動停止後に水が分離する傾向があった。廃棄物スラグは,粒度が細かくなるにつれて流動や材料分離に関する性能が高炉スラグやフライアッシュなどの既存の粉体材料に近づいたことから,粉砕時に粒度を適切に調整することにより,自己充填コンクリート用混和材として利用できる可能性が示された。しかし,粉体スラグの粉砕方法や適切な配合比などについてさらに検討する必要があった。本研究は,廃棄物溶融技術の効率化・品質改善技術と新利用技術の開発を目的として実施したものである。2年間にわたる実験・研究により,以下の成果を得た。1.廃棄物溶融技術の効率化に関する開発焼却廃の溶融特性,スラグの物理的強度,スラグからの有害重金属類の溶出特性に及ぼす焼却灰組成の影響を明らかにすると共に、溶融性の向上を目的に行われる調室操作についても経済性の観点から考察し,有効なリサイクル処理の体系化と最適操作手法を定性的に確立した。物理的材料強度の試験方法として,すり減り減量試験を用いる事により,スラグの密度が強度を支配することを明らかにし,1スラグの強度(すり減り減量),2溶融性,3有害重金属溶出負荷,4塩基度調整による総廃棄物の増減,5総廃棄物の増減に伴う処理費(燃料消費)について,これらのトレードオフの関係の総合的評価手法を確立した。2.スラグの有効利用技術の開発溶融スラグ粉体,溶融パウダー等のハイパフォーマンスコンクリートへの適用性,配合設計について検討した。

廃棄物溶融スラグ,パウダーは粒度が細かくなるにつれて流動性や材料分離に関する性能が石粉,フライアッシュなどの既存の粉体材料に近づき,20ミクロン以下で適用されること,また,水膜モデルを考案し,配合設計手法を確立した。窯業製品としてタイルへの適用についても検討し,従来の品質が確保され,焼成温度もかなり低減され,新素材としての有効性を実証した。
有機薄膜のモルフォロジーと薄膜作製時に発生する膜内対流構造との相関

キャスト法あるいは回転塗布法といったウエットプロセスによる有機(高分子)薄膜作製法では、揮発性の溶媒に溶かした薄膜材料を、基板に塗布し、溶媒を自然にあるいは回転乾燥することにより薄膜化を行う。これら乾燥プロセスの際には、液膜内に急峻な温度勾配あるいは濃度勾配が発生し、条件によっては、マラカゴニ効果に基ずく不安定性により対流が発生する可能性があり、有機薄膜形成過程が非常に速い場合、膜内に発生したこの対流の空間構造が凍結され、薄膜のモルフォロジーに影響を与える可能性がある。本研究では、有機薄膜作製時におけるマランゴニ不安定に基づく対流の発生の可能性を探究すべく、高分子溶液の表面張力測定、線形安定性理論による検討を行うと共に、実際に回転塗布法による有機薄膜の作製を試みた。高分子溶液の表面張力を測定するに当たり、滴重法に基づく測定装置を自作した。なお、装置は温度制御(25°C)に加え、高分子溶液が揮発性であることから、周囲雰囲気が飽和蒸気圧に維持さけるよう制御した。対象とした高分子溶液は、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)のモノクロロベンゼン溶液である。測定の結果、PMMA濃度(C=010wt%)の増加に伴い、表面張力(σ)は減少する(dσ/dC<0)傾向を示した。この関係を線形安定性理論に適用すると、本系はマランゴニ的には安定な糸となる。従って、PMMA-モノクロロベンゼン系においては、マランゴニ不安定に基づく対流の発生の可能性が無いことが分かった。これを確認するために、現在回転塗布法により実際に薄膜作製を試みている。しかし、回転塗布法による有機薄膜の作製時に、基板の回転数が小さい場合、凹凸の表面を有する薄膜が形成されると報告があり、上記機構以外の膜内対流によることも考えられ、様々な系に関して今後実験及び理論の両側面から更に検討を行う必要があると考えている。