hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小型帆走船の実船性能総合計測システムの開発と性能推定法の改良

小型帆走船の実船計測を行うため、航走姿勢と、運動、および風と波浪のデ-タを同時に計測するシステムを開発し、これを全長10.6mの外洋帆走船に適用して種々の風、波のもとで測定を行った。本年度は、昨年度完成したバ-チカルジャイロを含めた各種の測定デ-タ処理システムに、波高計と加速度計を加えてより高度な測定を行った。本年度の補助金が購入したDC/ACインバ-タは、これらの計器の電源用として用いている。本年度の研究内容は以下のとおりである。1.能登半島七尾湾北湾において、昨年度にひき続いて定常帆走試験を繰り返し、種々の風、波のもとで風向、風速、艇速、横流れ角、ヒ-ル角、舵角等を測定し、性能推定計算結果と比較した。これによりこれまでの帆走性能推定計算法に含まれていた問題点が明かとなり、より精度の高い性能推定が行えるようになった。2.波高計を試験海域に設置し、その周囲を機走および帆走で航走することによって、波高と船体運動を同時に測定してこれらの相関を調べた。この結果はストリップ法による数値計算結果と比較され、また4.の模型実験結果とも比較されて、帆走船の波浪中動特性に関する貴重な成果が得られた。3.各種の操舵試験とタッキング試験を行い、帆走船の操縦性能を調べた。この結果は4.の模型試験結果を用いた数値シミュレ-ションと比較され、帆走船の操縦性能を判断する上で重要な知見が得られた。4.供試船の1/4.275模型を完成し、大阪大学工学部船舶試験水槽において各種の曳航試験を行った。以上、本研究によって動的な特性を含めた帆走船の性能推定法はほぼ確立されたものと考えられ、今後より高性能な帆走船の開発や、知能化操船システムの開発に向けて研究をおしすすめていくことが可能となった。小型帆走船の実船計測を行うため、帆走姿勢と、運動、および風と波浪のデ-タを同時に計測するシステムを開発し、これを全長10.6mの外洋帆走船に適用して種々の風、波のもとで測定を行いつつある。本年度は、科研費補助金によって購入したバ-チカルジャイロを含めた各種の測定装置から出力されるデ-タを同時に計測して、パ-ソナルコンピュ-タにて処理を行うシステムを完成した。またこれを試験船に搭載して平成元年9月から11月にかけて能登半島七尾湾北湾において実船試験を行った。本年度は直進曳引抵抗試験と定常帆走試験を行い次のような点が明かとなった。(1)直進曳引抵抗試験により、ヨット船型の推進抵抗の詳細が明らかとなった。特にFn数0.60.9の領域で抵抗値が不安定となる領域があり、これが半滑走状態での前後トリム角の違いによって生ずることを明らかにした。(2)定常帆走試験では、種々の風、波のもとで風向、風速、艇速、横流れ角、ヒ-ル角、舵角等を測定し、性能推定計算結果と比較した。これにより帆走性能推定計算法が改良され、精度の高い性能推定が行えるようになった。平成2年度は定常帆走状態の測定精度を高めるとともに、波浪デ-タの計測を完全なものとして波浪中の動的特性を明らかにする。また各種の操舵試験を行って操縦性能を調べる。

また1/4模型を用いた曳航水槽試験(平水中および波浪中)を行って実船試験結果と比較検討し、波浪と船体動揺影響を含めた性能推定計算法を確立する予定である。小型帆走船の実船計測を行うため、航走姿勢と、運動、および風と波浪のデ-タを同時に計測するシステムを開発し、これを全長10.6mの外洋帆走船に適用して種々の風、波のもとで測定を行った。本年度は、昨年度完成したバ-チカルジャイロを含めた各種の測定デ-タ処理システムに、波高計と加速度計を加えてより高度な測定を行った。本年度の補助金で購入したDC/ACインバ-タは、これらの計器の電源用として用いている。本年度の研究内容は以下のとおりである。1.能登半島七尾湾北湾において、昨年度にひき続いて定常帆走試験を繰り返し、種々の風、波のもとで風向、風速、艇速、横流れ角、ヒ-ル角、舵角等を測定し、性能推定計算結果と比較した。これによりこれまでの帆走性能推定計算法に含まれていた問題点が明かとなり、より精度の高い性能推定が行えるようになった。2.波高計を試験海域に設置し、その周囲を機走および帆走で航走することによって、波高と船体運動を同時に測定してこれらの相関を調べた。この結果はストリップ法による数値計算結果と比較され、また4.の模型実験結果とも比較されて、帆走船の波浪中動特性に関する貴重な成果が得られた。3.各種の操舵試験とタッキング試験を行い、帆走船の操縦性能を調べた。この結果は4.の模型試験結果を用いた数値シミュレ-ションと比較され、帆走船の操縦性能を判断する上で重要な知見が得られた。4.供試船の1/4.275模型を完成し、大阪大学工学部船舶試験水槽において各種の曳航試験を行った。以上、本研究によって動的な特性を含めた帆走船の性能推定法はほぼ確立されたものと考えられ、今後より高性能な帆走船の開発や、知能化操船システムの開発に向けて研究をおしすすめていくことが可能となった。
歯牙侵害刺激によるc-fosとpreprodynorphinの誘導に関する解析

歯科領域の慢性的歯髄炎などの後に発生する難治性疼痛疾患の多くが求心路遮断性疼痛に類似した病態を示していることから、疼痛刺激時に脊随後角に発現するとされる癌遺伝子であるc-fosを新たな侵害刺激マーカーと考えて研究を開始した。まず予備実験群としてデーターを対照群及び基準値とし、マウスおよびラットを用い以下の3つの実験系モデルを製作した。全身麻酔下で上顎神経を露出し、(1)末梢神経切断モデル、(2)末梢神経絞扼モデル、(3)上顎前歯歯髄を露出しホルマリンを貼付仮封した歯髄慢性刺激モデルの3群である。(1)末梢神経切断、(2)末梢神経絞扼の各モデルはモデル完成を待った後に実験に供し、(3)歯髄慢性刺激モデルは作成と同時に実験を開始した。(1)(2)においては視床のtrigeminal nucleuscaudalis(TNC)と後角C1にタングステンマイクロエレクトロードを挿入し、前歯歯髄の電気刺激を、1mA,20HZ,2msとした。各々実験開始後30分ごとに、ホルマリンによる灌流固定を行い、最長3時間経過モデルまでの脊髄・脳を摘出し凍結標本として供した。その結果、侵害刺激投与後各標本群において、c-fosの観察にはRT-PCR法を用い観察したところ、C1およびTNCにあるc-fosの発現が経時的にやや増加してゆく傾向見られた。また(3)においてはモデル作成当日、1日目、3日目、1週間目、その後1週間単位で2ヶ月まで観察した。この群でのc-fosの発現は全く認めないもの、経時的に増加傾向をうかがわせるもの、また発現が著明でないものなど種々であった。観察は蛍光抗体法により行なったが、第I層、第II層に主に認められており脊髄後角複合三叉神経核や傍核に観察されたものの、モデルの別、や、経時的要素との相関関係を確定するには至らなかった。歯科領域の慢性的歯髄炎などの後に発生する難治性疼痛疾患の多くが求心路遮断性疼痛に類似した病態を示していることから、脊随後角に発現する癌遺伝子であるc-fosを新たな侵害刺激マーカーと考えて研究を開始した。予備実験としてc-fosに対するRT-PCR法におけるprimer選択とanneal温度及びその時間決定を行なった。末梢血からtotal-RNAを抽出・精製し、分光光度計を用いてその収量と純度基準を確認し、このtotal-RNAをoligo(dT)primerと逆転写酵素を用いて作成した一本鎖cDNAをPCR thermal cyclerで増幅し、電気泳動装置にかけ、UVtransilluminator写真撮影装置で撮影し、観察した。予備実験データーを対照群及び基準値とし、下記の条件下で脳およびC1からC3までの三叉神経脊椎後角のc-fos発現の観察を行った。全身麻酔下で上顎神経を露出し、(1)末梢神経切断モデル、(2)末梢神経絞扼モデルを、また(3)上顎前歯歯髄を露出しホルマリンを貼付仮封した慢性歯髄刺激モデルの3群3時間まで30分ごとに、ホルマリンによる灌流固定を行い、脊髄・脳を摘出し凍結標本として供した結果、侵害刺激投与後、30分後から多少の発現をみ、1時間後には顕著なmRNAの発現が見られた。

歯科領域の慢性的歯髄炎などの後に発生する難治性疼痛疾患の多くが求心路遮断性疼痛に類似した病態を示していることから、疼痛刺激時に脊髄後角に発現するとされる癌遺伝子であるc-fosを新たな侵害刺激マーカーと考えて研究を開始した。まず予備実験群としてデーターを対照群及び基準値とし、マウスおよびラットを用い以下の3つの実験系モデルを製作した。全身麻酔下で上顎神経を露出し、(1)抹消神経切断モデル、(2)末梢神経絞扼モデル、(3)上顎前歯歯髄を露出しホルマリンを添付仮封した歯髄慢性刺激モデルの3群である。(1)末梢神経切断、(2)末梢神経絞扼の各モデルはモデル完成を待った後に実験に供し、(3)歯髄慢性刺激モデルは作成と同時に実験を開始した。(1)(2)においては視床のtrigeminal nucleuscaudalis(TNC)と後角C1にタングステンマイクロエレクトロードを挿入し、前歯歯髄の電気刺激を、1mA, 20HZ, 2msとした。各々実験開始後30分ごとに、ホルマリンによる灌流固定を行い、最長3時間経過モデルまでの脊髄・脳を摘出し凍結標本として供した。その結果、侵害刺激投与後各標本群において、c-fosの観察にはRT-PCR法を用い観察したところ、C1およびTNCにあるc-fosの発現が経時的にやや増加してゆく傾向見られた。また(3)においてはモデル作成当日、1日目、3日目、1週間目、その後1週間傾向をうかがわせるもの、また発現が著明でないものなど種々であった。観察は蛍光抗体法により行ったが、第I層、第II層に主に認められており脊髄後角複合三叉神経核や傍核に観察されたものの、モデルの別、や、経時的要素との相関関係を確定するには至らなかった。
脂溶性基質の高効率変換を可能にする新規バイオ酸化反応プロセスの構築

酸化反応は、有機化合物を合成する上で欠かせない反応の一つである。これまでに、分子内に複数の反応点を有する場合の位置選択性や、穏やかな反応条件の達成等を目的として、多様な酸化触媒について様々な工夫がなされてきた。一方、酵素は基質選択性に優れた天然触媒であり、特にシトクロムP450(P450)は、基質分子内に多数存在するC-H結合を位置選択的に直接酸化することができる重要な酵素であることから、その応用範囲は極めて広い。しかし、P450による酸化反応は、触媒酵素であるP450の他に、P450の活性中心(ヘム)へ電子を供給する電子伝達タンパク質を必要とする複雑な反応系からなり、また、電子供給源として補酵素を必要とするため、その工学的利用は限定されている。従って、P450を実用的な合成触媒として利用するには、複合酵素反応を効率よく促進する系を構築し、さらに補酵素の供給システムを組み込む必要がある。本研究では、P450の更なる可能性を引き出し、その有用性を実証するため、二段階補酵素再生系と連動したシトクロムP450BM3反応場の構築について検討した。P450BM3は、補酵素としてNADHではなくNADPHを利用するため、NADHとNADPH間での水素転移を媒介する酵素(STH)を利用して、GLDとSTHを組み合わせた二段階補酵素再生系の構築を行い、そのP450BM3反応への応用を検討した。その結果、STHとGLDと組み合わせた二段階補酵素再生反応によるNADPHの再生に成功した。さらに、二段階補酵素再成系と連動したP450BM3の酸化反応では、非常に効率よく反応が進行することを明らかにした。また、二段階補酵素再生系において、STHの初期濃度の増加に伴ってNADPHの生成速度が増大したことから、STHによるNADPHの再生が二段階補酵素再生系における律速段階であることが示された。CytochromeP450は、様々な種類の化合物の酸化反応を触媒し、その特長からバイオレメデイエーションや薬剤開発など様々な分野でその応用が期待されている。しかしながら、P450の触媒反応は、その多くが数種類の酵素を必要とする複合酵素系でかつ高価な補酵素が必要であり、効率的な反応を行うためには、適切な反応場および連続的に補酵素を供給するプロセスが必要である。本研究では、補酵素の再生を触媒する酵素をP450酵素群として連動させることによって、限られた補酵素量で継続的な酸化反応を可能にする反応系および効率的な複合酵素反応系の構築を行う。これまでの検討により、CYP101(P450cam)の触媒する酸化反応に、安価な犠牲試薬(グリセロール)を利用して補酵素再生を行うグリセロールデヒドロゲナーゼ(GLD)を大腸菌内でP450cam酵素群と共存させることにより、継続的かつ効率的な基質の酸化反応系を達成した組換え大腸菌の構築に成功している。これまでの結果を踏まえ、補酵素再生系を連動させたP450cam酵素群による有用物質生産およびP450cam酵素群とGLDとの融合酵素の構築を行った。具体的には、遺伝子組換えを行うことによって、インジゴを生産できるよう基質特異性を変異させたP450cam変異体(F87W-Y96F)を構築し、GLDの共存下におけるインジゴ生産量についての検討、およびP450cam融合酵素の構築とその活性の検討を行った。F87W-Y96Fを含む大腸菌は、GLDの共存下で大量のインジゴを生産できることが明らかとなり、他の微生物によるインジゴの生産量と比較して、同等以上の結果であった。また、P450cam融合酵素は、多くの融合タンパク質がその活性を失う一方で、その酸化活性を保ったまま融合させることに成功した。これらの検討は、今後様々な有用物質生産に対する応用が可能であり、また多機能な融合酵素と組み合わせることで新たなバイオプロセスの構築とその応用という観点から非常に興味深い。Cytochrome P450 (P450)は、常温・常圧下で空気中の酸素を利用して多様な酸化反応を効率良く触媒するため、省エネルギー型の物質生産・変換プロセスを実現するバイオ酸化反応プロセスの構築において、様々な分野での利用が期待されている。しかしながら、P450が触媒する酸化反応は、非常に高価な補酵素NAD(P)Hを反応の化学量論必要とし、反応を継続的に行うためには、連続的に補酵素を供給する酸化反応と連動した補酵素再生系の導入が必要である。これまでの結果を踏まえ、異なるP450との補酵素再生系の構築を行った。具体的には、電子伝達ドメインを分子内に配置することで触媒活性を示すことから、単離酵素としての利用が期待されているP450の一種であるP450BM3を用いた。今回、NAD(P)+とNAD(P)Hの間の水素転移反応を触媒する水素転移酵素(STH)を導入し、GLDによるNADHの再生とSTHによるNADPHの再生を共役させたGLD/STH連動型補酵素再生系の構築を行った。

その結果、STH、GLD、グリセロールを共存させた反応系では、NADPHの再生が行われることを確認した。また、STH/GLD二段階酵素系と組み合わせたP450BM3の酸化反応では、酸化型のNAD(P)+を加えたにもかかわらず、反応は継続的に進行した。本検討によって、STH/GLD連動型補酵素再生系とP450BM3による酸化反応の効率的な連動、および還元型の補酵素よりも安価な酸化型の補酵素をより少ない量用いた経済的な酸化反応を達成した。これらの検討は、今後様々な有用物質生産に対する応用が可能であり、また多機能な融合酵素と組み合わせることで新たなバイオプロセスの構築とその応用という観点から非常に興味深い。酸化反応は、有機化合物を合成する上で欠かせない反応の一つである。これまでに、分子内に複数の反応点を有する場合の位置選択性や、穏やかな反応条件の達成等を目的として、多様な酸化触媒について様々な工夫がなされてきた。一方、酵素は基質選択性に優れた天然触媒であり、特にシトクロムP450(P450)は、基質分子内に多数存在するC-H結合を位置選択的に直接酸化することができる重要な酵素であることから、その応用範囲は極めて広い。しかし、P450による酸化反応は、触媒酵素であるP450の他に、P450の活性中心(ヘム)へ電子を供給する電子伝達タンパク質を必要とする複雑な反応系からなり、また、電子供給源として補酵素を必要とするため、その工学的利用は限定されている。従って、P450を実用的な合成触媒として利用するには、複合酵素反応を効率よく促進する系を構築し、さらに補酵素の供給システムを組み込む必要がある。本研究では、P450の更なる可能性を引き出し、その有用性を実証するため、二段階補酵素再生系と連動したシトクロムP450BM3反応場の構築について検討した。P450BM3は、補酵素としてNADHではなくNADPHを利用するため、NADHとNADPH間での水素転移を媒介する酵素(STH)を利用して、GLDとSTHを組み合わせた二段階補酵素再生系の構築を行い、そのP450BM3反応への応用を検討した。その結果、STHとGLDと組み合わせた二段階補酵素再生反応によるNADPHの再生に成功した。さらに、二段階補酵素再成系と連動したP450BM3の酸化反応では、非常に効率よく反応が進行することを明らかにした。また、二段階補酵素再生系において、STHの初期濃度の増加に伴ってNADPHの生成速度が増大したことから、STHによるNADPHの再生が二段階補酵素再生系における律速段階であることが示された。
低磁場駆動高性能中性子偏極ミラーの開発とその磁化特性の精密評価

磁気多層膜は中性子の磁気散乱ポテンシャルを制御することにより、中性子のスピン状態を選別する偏極素子としても使用できる。磁気多層膜を中性子偏極デバイスとして使用するためには、磁性膜が飽和している必要があり、外部磁場が必要となる。この外部磁場を小さくするには磁性的にソフトであることが重要で、最近純鉄(純度99.99%)を用いてその界面に0.5nmだけシリコンをスパッタすることで磁化特性が良くなることを発見し、m=4.9で偏極率94%以上、反射率70%以上の磁気多層膜スーパーミラーの開発に成功し、我々の装置の限界(φ200mm)まで再現性良く製作出来る成膜プロセスのレシピを確立した。またビームラインを変更しない透過型偏極ミラーの開発の開発にも着手し、m=4の透過型偏極スーパーミラーの開発に成功し、そして実際の分光器への適用、特に新しい分光法であるMIEZE分光器のキーパーツの一つとして適用し、実際に製作した偏極ミラーの有用性を示した。本研究の第1の目的は、J-PARCやアメリカのSNS計画等、大強度中性子源の建設が進行中である現在、低磁場で機能する高性能中性子偏極デバイスの作成手法を早期に確立することである。我々はイオンビームスパッタ(IBS)装置を用いて、世界最高性能のm=6 NiC/Ti多層膜中性子スーパーミラーの開発に成功したが、磁気多層膜では磁性的に非常にハードなものしか作れなかった。この外部磁場を小さくするには磁性的にソフトであることが重要で、最近純鉄(純度99.99%)を用いてその界面に0.5nmだけシリコンをスパッタすることで磁化特性が良くなることを発見した。そこでまず今年度はこの低磁場駆動偏極ミラーの実現を目指して成膜プロセスのレシピを確立した。また実際の分光器への適用を検討した。ここで既設の装置へ反射型偏極ミラーを導入する場合、反射によるビームラインの変更が問題となる。そのため、ビームラインを変更しない透過型偏極ミラーの開発を行い、m=4で実用可能な透過型偏極スーパーミラーの開発に成功した。この外部磁場を小さくするには磁性的にソフトであることが重要で、最近純鉄(純度99.99%)を用いてその界面に0.5nmだけシリコンをスパッタすることで磁化特性が良くなることを発見し、m=4.9で偏極率94%以上、反射率70%以上の磁気多層膜スーパーミラーの開発に成功した(この成果は2008年9月に東海村で開催された偏極中性子の国際会議「PNCMI2008」において、Plenary talkを行ったPSIのPeterBoni教授からも理論的限界に近い性能の世界最高性能偏極スーパーミラーとして紹介された)。またビームラインを変更しない透過型偏極ミラーの開発の開発にも着手した。そしてm=4の透過型偏極スーパーミラーの開発に成功し、今年度まででにこの成膜プロセスのレシピは確立した。そして実際の分光器への適用、特に新しい分光法であるMIEZE分光器のキーパーツの一つとして適用し、有用性を示した。さらに、日本原子力研究開発機構JRR-3のC3-1-2-3(MINE2)ポートの冷中性子スピン干渉計の入射偏極モノクロメーターミラーの高度化を行い、λ=0.88nm、波長分解能2.7%という単色ではあるが、偏極率99%まで達成した。この偏極解析システムを用いて、作成した偏極スーパーミラーの偏極率の精密測定を行い、全体としては偏極率が95%程度のミラーにおいても、それぞれの膜厚で最高の偏極率が異なり、膜厚依存性が明確にあることを確かめ、更なる低磁場駆動化への指針を得た。
細胞融合による高収率パルプの光褪色抑制能を有する菌の作出

1機械パルプの光褪色抑制能の高い木材腐朽菌PhanerochaetechrysosporiumとStereum roseumの細胞融合により数種の融合菌を作出した。これらの菌を還元性の指標色素を利用したスクリーニング法で2種の菌を選抜した。この2種の融合菌のアイソザイム分析を行った結果、親株P.chrysosporiumとS.roseum由来のバンドの他に、両親株由来ではないアイソザイムが出現した。融合菌から得られた菌体外粗酵素液とメトキシ-p-キノンの反応性、およびパルプの粗酵素処理を行った結果、親株より高い光褪色抑制能(抑制率42%)を持つことが見出されたが、ここで得られた融合菌の安定性は継代を重ねるごとに抑制能が著しく低下した。親菌の安定性が必要と考えられた。そこで、安定した親菌を天然からスクリーニングした結果、高い光褪色抑制能(抑制率70.1%)を有する糸状菌を1種見出した。この菌は何代継代を重ねても抑制率を保持していた。2 1で見出した天然から得られた1種の菌の菌体外粗酵素液から酵素の分画を検討した。硫安分画、イオン交換クロマトグラフィーで6フラクションに分画した。Fr1からFr6についてメトキシ-p-キノンとの反応性、およびパルプ処理を行った結果、分画された酵素はいずれも色戻りに関与することが見出された。なかでもFr3が70%の抑制率を示した。また、これら分画した酵素群に補酵素(NADPH_2、s-アデノシルメチオニン)を添加してパルプ処理すると光褪色抑制率が上昇することが見出された。以上から機械パルプの光褪色抑制には数種の酵素が関与することが推測される。3 2で分画された酵素について色戻りに寄与する官能基を含むリグニンモデル化合物(グアイアシルグリセロール-β-コニフェリルアルデヒドエーテル)との反応性については現在検討中である。現在、この酵素の精製を進行中である。今後、単離精製した酵素と色戻りに寄与する官能基を含むリグニンモデル化合物との反応性を検討し、光褪色抑制のメカニズムを明らかにする予定である。
水道圧駆動を可能とするローラー圧接式モータの開発とそのロボット駆動系への適用

本研究では、機械可動部が流体と直接接触することなく、流体エネルギーから回転運動を取得できる流体圧モータ(IP Motor-I)を開発した。ドラム内壁に巻かれた柔軟チューブ内部に流体を流すと、柔軟チューブを摺動するローラーが高圧側から低圧側へ自転しながら公転し、回転トルクを生成できる構造である。また、柔軟チューブを2本対向して使用することにより、1本のみでは生じるローラー不動状態の特異点を回避することもできる。このような駆動方式は、漏れ防止のパッキンが不要なため低圧駆動が可能なうえに、錆や腐食の懸念もないため、いまだ実用化されていない家庭用水道圧モータとして適している。開発したIP Motor-Iは直径120[mm]の円筒形をなし、水道圧で動かした結果最大で15[W]の出力を生成できた。70kgfの人間の持ち上げ動作においては、20[mm/s]の移動が可能となる。このような状況でも容易に使える速度制御用の弁も開発した。さらに、直径60[mm]の円筒形状に小型化したIP Motor-IIの開発も行った。これは、ドラム内部において軸と平行に柔軟チューブを配置することによって実現できた。動作はステッピングモータのような間歇的回転運動を生成し、切換え弁の代わりに自励振動による切換え機能を開発中に発見した。これら水道圧駆動モータは、今後さらに進化を遂げ、家庭内における新たな市場の発展につながるものとなろう。内部に水を通すチューブを挟み込むようにローラーを配置すると、ローラーは高圧側から低圧側にむけて駆動される。平成12年度に開発したローラー圧接式モーターは、この基本原理を用いて水道圧によって回転運動を生成できるものであった。本年度はさらに応用させ、本年度はローラーの圧接具合を自動的に調整できる機構を開発した。これは厚みの変化するチューブに対しても、常に一定のローラー押しつけ力を生成できる機構である。具体的には、ローラーとモータ回転中心とをトグル機構で連結し、その中間点をばねで押しつけることにより、ある範囲においてはローラーの変位にかかわらす、一定の押しつけ力を生成できる。この機構の導入により、出力効率の向上が図れることを実験により確認できた。
液体水素強制冷却高温超電導導体設計のための過渡冷却特性と過渡伝搬特性の解明

高温超伝導体の液体水素冷却は、従来の液体窒素冷却の場合に比べて、電気・磁気的性能の向上と超伝導状態が破れた際の冷却安定性の向が期待される。本研究では、高温超伝導線材の液体水素による強制流動方式を提案し、その実用化に向けて液体水素強制流動下の過渡熱伝達特性データを既存の装置を用いて取得した。さらに、開発した遠心式ポンプと既存の実験装置を組み合わせて、長時間安定に液体水素を流動できる循環ループを開発した。これにより、これまで得られなかった高流速域でのデータの取得に成功し、広範囲の流速域で定量的に評価できる熱伝達の相関式を導出した。また、超伝導線材の過渡電流分流特性を提案し、その妥当性を検証した。H25年度は、高温超伝導導体の設計に必要不可欠であるが、これまでになかった液体水素の強制冷却下での定常熱伝達および過渡熱伝達特性のデータを取得した。供試体はBi系線材を模擬するために、マンガニン製平板発熱体を矩形ダクト流路内の片側に設置した。さらに、MgB2線材の直接冷却のためのCICC導体を模擬するために、円管流路内に直径1.2mmのPtCo線材発熱体を製作した。加熱長さと管径の影響を明らかにするために3種類の円管流路を製作した。H25年度は矩形ダクト型供試体と管径8mm、加熱長さ120mmの円管流路を使用して強制流動下における非沸騰域から膜沸騰至るまでの定常熱伝達特性を圧力(0.4MPaから超臨界圧の1.5MPa)、液温(21Kから飽和温度、超臨界圧の場合は32Kまで)の条件下で、流速をパラメータとして測定した。この円管内のワイヤヒータのDNB熱流束は、同程度の水力的等価直径を有する円管流路ヒータの実験結果に比べて、はるかに大きくなるという結果が得られた。しかし、加熱等価直径で整理すると、研究代表者らが提示した相関式でよく表せることがわかった。さらに、計測系の一部を改良し、指数関数状の発熱上昇率を変化させることにより、強制流動下における過渡熱伝達特性データも取得した(圧力0.7MPa、液温21Kのサブクール液体水素、流速:0.8m/sから5.7m/s)。同一流速の場合、加熱速度が速くなるにつれて、過渡DNB熱流束は大きくなり、実験結果は、定常状態のDNB熱流束からの上昇分として整理できることがわかった。今後、他の供試体や圧力・温度条件での実験を計画している。液体水素小型の循環ループの詳細設計および安全設計も実施した。さらに、制御システムの設計を実施し、液体水素ポンプの常温のヘリウムガス中で試運転を実施し、性能を確認した。最近、高い熱伝導率や比熱を有する液体水素は、高温超伝導機器の冷媒として注目されている。本研究では、「冷却特性」と「超伝導特性」の観点から、液体水素冷却高温超伝導導体の設計や安定性評価に必要不可欠であるが、これまでになかった液体水素の強制冷却下での過渡熱伝達特性と高温超伝導線材の過渡特性(過電流特性、過渡常伝導発生・伝搬特性)に関するデータを蓄積することを目的としている。H26年度は、CICC(ケーブルインコンジット)導体のような直接冷却方式の超伝導導体内の冷却特性を解明するために、直径1.2mmのPtCoワイヤ発熱体の長さを60mm, 120mm, 200mmと変化させ、それらをそれぞれ直径5.7mm, 8mm, 5mmのの円管流路内中心軸上に支持した供試体を用いて、圧力0.4 MPaから1.5MPa、液温20Kから飽和温度、流速16m/sまでの条件下で、飽和およびサブクール強制対流沸騰熱伝達および指数関数状の発熱率を上昇周期をパラメータとして強制対流過渡熱伝達特性を測定した。実験結果に基づき、飽和沸騰強制流動における臨界熱流束表示式を導出するとともに、過渡沸騰熱伝達の発熱率上昇周期の影響を明らかにした。さらに、循環装置用オリフィス流量計の設計を実施した。ヘリウムガスを用いた校正(コリオリ式流量計)により、設計通りの流量特性を示すことを確認した。さらに、ポンプにより強制流動可能な装置の一部にこのオリフィス流量計とワイヤ直径1.2mm、長さ200mm、流路直径5mmの供試体を設置し、24Kから臨界温度の範囲での強制対流熱伝達を測定し、これまでの装置で得られなかった臨界温度付近における熱伝達データを取得することができた。本研究では、冷却特性と超伝導特性の観点から液体水素冷却高温超伝導導体の設計や安定性評価に必要であるが、これまでになかった液体水素の強制冷却下における過渡熱伝達特性と高温超伝導線材の過渡特性に関するデータを取得することを目的としている。

平成27年度は、平成26年度に引き続き、CICC(ケーブルコンジット)導体のような直接冷却方式の超伝導導体内の冷却特性を解明するために、直径1.2mmのPtCoワイヤ発熱体の長さを60mm、120mm、200mmと変化させ、それらをそれぞれ直径5.78mm、8mm、5mmの円管断熱流露内の中心軸上に支持して、圧力を0.4MPaから1.5MPaの超臨界圧に至るまでの圧力条件下において、液温を20Kから飽和温度まで広範囲に変化させて、飽和およびサブクール液体水素強制冷却下における沸騰熱伝達を指数関数状の発熱率を与えて連続的に熱伝達を測定した。本実験では、発熱率上昇周期をパラメータとして過渡熱伝達特性を測定した。導出した表示式の精度向上させるため昨年と同様の供試体を用いて、新たな圧力、温度、流速条件下でのデータを取得した。さらに、提案した液体および超臨界圧水素の循環試験装置を完成させた。新たにポンプユニットを導入し、既存の実験装置を断熱真空配管で連結することにより長時間安定に液体水素を循環できる実験装置である。循環ループ性能試験では、設計どおり最低到達温度は22K、7時間の長期連続運転を安全に実施することができた。昨年度不具合のあったオリフィス流量計を改良した。循環ループの一部にワイヤ1.2mm、長さ200mmのPtCoワイヤ発熱体流路を設置し、これまでに測定できなかった高流速域と擬臨界付近での定常および過渡熱伝達を測定することができた。これまでに習得したデータを基に液体水素の過渡熱伝達特性相関式を導出することができた。高温超伝導体の液体水素冷却は、従来の液体窒素冷却の場合に比べて、電気・磁気的性能の向上と超伝導状態が破れた際の冷却安定性の向が期待される。本研究では、高温超伝導線材の液体水素による強制流動方式を提案し、その実用化に向けて液体水素強制流動下の過渡熱伝達特性データを既存の装置を用いて取得した。さらに、開発した遠心式ポンプと既存の実験装置を組み合わせて、長時間安定に液体水素を流動できる循環ループを開発した。これにより、これまで得られなかった高流速域でのデータの取得に成功し、広範囲の流速域で定量的に評価できる熱伝達の相関式を導出した。また、超伝導線材の過渡電流分流特性を提案し、その妥当性を検証した。世の中のヘリウム不足による液体ヘリウムの高騰および入手困難なため一部計画の変更が必要となった。さらに、改良する液体水素循環ループのポンプユニット部の断熱性能劣化による不具合対策のため、液体水素の強制流動下で高温超伝導線材の過渡特性に関する実験は、H27年度に実施することにした。27年度が最終年度であるため、記入しない。熱工学これまでの研究成果から、強制流動下における液体水素の熱伝達特性は、水力等価直径だけでなく、加熱等価直径も重要なパラメータであることがわかった。H26年度に引き続き、さらに、直径1.2mmのPtCoワイヤ発熱体の長さを120mm, 200mmを用いて、流路径をパラメータとして実験データをさらに収集し、強制流動下におけるサブクール沸騰臨界熱流束および過渡沸騰熱伝達特性相関式を導出する。また、CICC導体を模擬した導体モデルを高温超電導線材を用いて製作し、液体水素の強制流動下における過電流通電特性や過渡的な常伝導の発現過渡特性試験を実施する。H25年度は、4種類の供試体を製作し、液体水素の熱流動実験は予定通り2回実施できた。実験では2種類の供試体での液体水素強制流動下における定常熱伝達特性を取得し、この実験結果は、加熱等価直径を用いて整理すると、これまでに提示したDNB熱流束相関式で実験結果を記述できることがわかった。次年度に実施する熱伝達相関式の導出に向けて見通しを得ることができた。さらに、過渡熱伝達特性データを取得するために、指数関数状の速い加熱ができるように計測制御系の一部を改良した。圧力0.7MPa、温度21Kの条件での液体水素の強制流動下における過渡熱伝達データを取得することができ、次年度以降の研究の見通しを得ることができた。液体水素の小型循環ループの増設に関しては、高圧ガス保安法に基づき、基本設計から詳細設計まで実施した。
幾何学的フラストレート磁性体における相転移現象とその動的ダイナミクスの検証

<研究成果の内容>Rb_4Mn(MoO_4)_3については、これまでの巨視的かつ微視的な立場からの研究により、低温でのスピンダイナミクスが徐々に明らかになってきた。中性子散乱実験では、2.8Kと2.4Kでにある逐次相転移点付近で、散乱強度の温度依存性が傾きを変えることから、異なったスピン状態をとることが推測され、さらなる解析によりそのスピン状態を明らかにしたいと考えている。また、近年、幾何学的フラストレーションが金属物質においてもその物性に重要な役割を果たしているという結果から、興味深い物理現象を示す金属物質の探索も行った。具体的には、磁性と超伝導が微視的に共存する初めての物質であるErNi_2B_2Cとその関連物質について、主にアーク溶解法とフローティングゾーン法を用いて大型単結晶の育成に励み、育成条件の最適化を行った。さらには、中性子小角散乱実験を行い、磁束格子の観測を試みた。現在、これらの研究成果をまとめ、論文を執筆中である。<研究意義,重要性>擬二次元三角格子反強磁性体の典型物質であるRb_4Mn(MoO_4)_3については、巨視的かつ微視的観点から包括的な研究が行われることより、本系の教科書的な知見が得られるという点で重要である。また本研究は、中性子散乱実験の新しい測定手法の開発という点でも重要な役割を担っており、今後様々な研究に活用されうるという点で非常に有意義であると考える。また、新物質の探索と開発は、新しい物理現象の発見とその機構解明に繋がることから、基礎研究だけでなく応用の分野でも非常に重要と考える。Rb_4Mn(MoO_4)_3の巨視的物性測定の結果については、一通りの実験が行われ、まとまった研究成果が得られている。しかしながら、中性子散乱実験の実験結果が複雑であり、解析に時間がかかっていまい、論文の投稿まで時間がかかっている。また、新物質探索を含む物質合成については、様々な物質を作成と物質評価を行っており、おおむね順調に進んでいる。採用終了までの4か月間で、現在執筆中の幾何学的フラストレート磁性体についての論文を仕上げ、投稿する。その為には、磁化・比熱測定などの巨視的物性測定と中性子散乱実験の微視的物性測定、両者からの相補的・総合的な知見を得る必要がある。また、現在取り組んでいる物質LaNic_2における中性子小角散乱実験の実験結果の解析を進め、研究成果をまとめて論文の投稿を目指す。論文の投稿に向けて必要なデータがある場合には、追加で実験を行う。本実験は、実験的に未だ実証されたことのない「自発的磁束格子」現象の観測を目的としている。まだ、実験手法が確立されていないこともあり、その確立の為にも、様々な方法を試して実験を行う必要がある。<研究成果の内容>大型単結晶を必要とする中性子非弾性散乱実験に向けて,S=5/2をもつハイゼンベルグ型擬二次元三角格子反強磁性体Rb_4Mn(MoO_4)_3の単結晶の大型化と純良化を行った.これまでRb_4Mn(MoO_4)_3は,吸水性がある為に,試料の作成が難しく,最大で1×1×0.5mm^3程度の単結晶しか出来なかった.今回,結晶作成過程において可能な限り水分を排除出来る様にグローブボックスなどを用いて育成を行った結果,中性子実験を行える程度にまで成長してきた.また,面間がファンデルワールス結合で隔てられている為,非常に良い二次元性をもつ擬二次元三角格子反強磁性体MAl_2S_4(M=Mn^<2+>,Fe^<2+>,Co^<2+>)について,単結晶育成を行い,その構造と低温物性を調べた.その結果,幾何学的フラストレーションをもつ低次元性と,磁性イオンとAlイオンのmixingによるサイトの乱れの為に0.4Kの低温に至るまで,磁気秩序は見られないことが分かった.この他,Rb_4Mn(MoO_4)_3の関連物質である一次元反強磁性体K_4Cu(MoO_4)_3の構造と低温物性を調べ,この物質が非常に良い一次元性を有するこの系のモデル物質になり得ることを明らかにした.<研究意義,重要性>擬二次元三角格子反強磁性体の理論的研究は1980年代から盛んに行われてきたが,実験的には,モデル物質の欠如から幾何学的フラストレーションが基底状態に与える影響や基底状態に多くの課題が残されている.これらの解決の為には,不純物などの乱れのないクリーンな系におけるモデル物質が必要不可欠である.我々が現在取り組んでいる上記の物質は,二次元三角格子反強磁性体や一次元反強磁性体の典型例となる可能性を大いに秘めており,それらの普遍的性質を解明する上で重要となる物質であるといえる.〈研究成果の内容〉大型単結晶を必要とする中性子非弾性散乱実験に向けて,スピン大きさ、9=5/2をもつハイゼンベルグ型擬二次元三角格子反強磁性体Rb_4Mn(MoO_4)_3の単結晶の育成に励んだ.これまで行ってきたフラックス法に加え、フローティングゾーン法での単結晶育成を行った。この物質の吸水性の問題が残っており、現在まだ育成条件を探している段階ではあるが、作業の迅速化や効率化を図ることにより、今後より大きな単結晶の育成に期待が持てる。

現在は、Rb_4Mn(MoO_4)_3における2.4Kと2.8Kでの逐次相転移でのスピン構造を調べる為にアメリカのNISTで行った、1×1×0.5mm^3という非常に小さな単結晶試料についての中性子弾性散乱実験の結果について解析を行っている。磁気転移が観測される3K以下で散乱強度の立ち上がりが見られる。しかしながら、逐次相転移点での特異な変化は観測できなかった。また面間の相互作用は反強磁性的な相関が働いていることがわかった。現在これらの研究成果をまとめた論文を執筆中である。<研究意義,重要性>Rb_4Mn(MoO_4)_3は低温まで正確な三角格子を形成する、擬二次元三角格子反強磁性体の典型物質と言える。中性子散乱実験を行うことから、逐次相転移点付近でのスピン構造や磁気構造の変化について詳細に調べることは、この系における普遍的な性質を解明する上で重要である。また、Rb_4Mn(MoO_4)_3の様な不純物などの乱れのないクリーンな物質を開発し、これらを比較することも今後重要になってくると思われる。<研究成果の内容>Rb_4Mn(MoO_4)_3については、これまでの巨視的かつ微視的な立場からの研究により、低温でのスピンダイナミクスが徐々に明らかになってきた。中性子散乱実験では、2.8Kと2.4Kでにある逐次相転移点付近で、散乱強度の温度依存性が傾きを変えることから、異なったスピン状態をとることが推測され、さらなる解析によりそのスピン状態を明らかにしたいと考えている。また、近年、幾何学的フラストレーションが金属物質においてもその物性に重要な役割を果たしているという結果から、興味深い物理現象を示す金属物質の探索も行った。具体的には、磁性と超伝導が微視的に共存する初めての物質であるErNi_2B_2Cとその関連物質について、主にアーク溶解法とフローティングゾーン法を用いて大型単結晶の育成に励み、育成条件の最適化を行った。さらには、中性子小角散乱実験を行い、磁束格子の観測を試みた。現在、これらの研究成果をまとめ、論文を執筆中である。<研究意義,重要性>擬二次元三角格子反強磁性体の典型物質であるRb_4Mn(MoO_4)_3については、巨視的かつ微視的観点から包括的な研究が行われることより、本系の教科書的な知見が得られるという点で重要である。また本研究は、中性子散乱実験の新しい測定手法の開発という点でも重要な役割を担っており、今後様々な研究に活用されうるという点で非常に有意義であると考える。また、新物質の探索と開発は、新しい物理現象の発見とその機構解明に繋がることから、基礎研究だけでなく応用の分野でも非常に重要と考える。本年度は中性子実験用の単結晶育成に重点を置いて研究を行っており,大型単結晶を要する非弾性中性子散乱実験を行えるまでになってきた.また,新しい幾何学的フラストレーションを有するハニカム格子磁性体Ba3CuSb2O9についてESR測定を行い,その研究成果を共著論文としてScienceに投稿し受理された.本年度も中性子散乱実験を行うことを目標に、大型単結晶の育成に励んだ。これまでのフラックス法に加え、フローティングゾーン法を用いた単結晶育成も行っているが、物質の吸水性がある為に苦戦している。この他、鉄系超伝導体BaFe2(As,P)2における中性子小角散乱実験やKFe25e2における中性子非弾性散乱実験を行い、中性子散乱実験の実験技術や解析方法などを習得した。これらの研究成果について、学会などで積極的に発表を行った。Rb_4Mn(MoO_4)_3の巨視的物性測定の結果については、一通りの実験が行われ、まとまった研究成果が得られている。
扁平上皮癌拒絶抗原SART-1の肺癌における発現

1。抗体の作製:アフィニティー精製SART-1_<800>/GSTまたはSART-1_<259>/GSTコンビナント融合タンパクをそれぞれウサギ皮下に注射し、抗血清を作製した。同様に免疫したマウス脾臓細胞とマウス白血病細胞株(NS1)を融合させ、ELISAによりスクリーニングを行なったところ、8種類GSTと反応せずSART-1/GST融合タンパクと反応する抗体産生クローンが得られた。しかし、ウエスタンブロットではいずれも検出できなかった。SDS変性抗原との反応性が弱い可能性も考えられたことから、免疫沈降法でも検討したが検出できなかった。SART-1_<800>タンパク質のアミノ酸配列が、ヒトとマウスで95%と非常に相同性が高いことによると考えられた。2。患者癌組織の抗原の同定:患者癌手術標本を入手し、組織の病理診断を行い、組織型および進行度を決定した。約50mg(湿重量)に細切分注し、超低温漕に保管した。SART-1_<259>の発現はウサギ抗血清を用いたウエスタンブロットで解析した。SART-1_<259>は癌に特異的に発現され、拒絶抗原ペプチドの主供給源と考えられており、アデノカルチノーマ30例中14例(47%)、扁平上皮癌19例中13例(68%)が陽性だった。また、ステージ別ではSART-1_<259>陽性例27例中ステージII以上が16例(59%)に対し、SART-1_<259>陰性例では24例中7例(29%)であった。扁平上皮癌におけるステージII以上の割合は、13例のSART-1_<259>陽性者のうち9例(69%)に対し、16例のSART-1_<259>陰性者では1例(17%)であった。この事から、非小細胞性肺癌でのSART-1_<259>の発現はステージの高いものほど高いことが示唆され、ワクチン療法の適用の候補になり得ると考えられた。[A]抗体の作製:SART-1遺伝子をGST遺伝子とフレームを合わせて発現ベクターに組み込み、大腸菌で融合タンパクを作らせ、精製したものを抗原として用いた。ウサギに対する侵襲をできる限り少なくすいるため、可溶性のGerubu ajubantを用いて、1-2週間おきに合計6回以上、ウサギ皮下に注射した。抗体の特異性は、ウエスタンブロットで確認した。同様に免疫したマウス牌臓細胞と、マウス白血病細胞株、NSlとの融合させ、リコンビナント抗原を用いたELISAによりスクリーニングを行なったところ、8種類GSTと反応せずSART1/GST融合タンパクと反応する抗体産生クローンが得られた。しかし、ウエスタンプロットで確認したところ、いずれも検出できなかった。現在、再度パイブリドーマ作製を行っているところである。[B]患者癌組織の抗原の同定:モノクローナル抗体が未だ作製できていないため、以下の実験はウサギ抗血清を用いて行った。患者癌手術標本を入手し、組織の病理診断を行い、組織型および進行度を決定した。約50mgに細切分注し、超低温漕に保管した。一部の組織切片を、蛋白分解酵素阻害剤を加え、組織を超音波処理によりタンパク質溶液を調整し、SDS-PAGE後、ウエスタンブロットを行い、目的タンパクの解析を行った。SART1遺伝子は、125kd 43kdの2種類のタンパク質をコードするらしいことが示唆されているが、このうち癌に特異的に発現されると考えられ、拒絶抗原ペプチドの主供給源と考えられているSART1_<259>は、アデノカルチノーマ35例中16例(47%)、扁平上皮癌17例中8例(47%)が陽性だった。この事から、非小細胞性肺癌はSARTlのワクチン療法の適用の候補になり得ると考えられた。1。2。SART

-1_<259>は癌に特異的に発現され、拒絶抗原ペプチドの主供給源と考えられており、アデノカルチノーマ30例中14例(47%)、扁平上皮癌19例中13例(68%)が陽性だった。また、ステージ別ではSART-1_<259>陽性例27例中ステージII以上が16例(59%)に対し、SART-1_<259>陰性例では24例中7例(29%)であった。扁平上皮癌におけるステージII以上の割合は、13例のSART-1_<259>陽性者のうち9例(69%)に対し、16例のSART-1_<259>陰性者では1例(17%)であった。この事から、非小細胞性肺癌でのSART-1_<259>の発現はステージの高いものほど高いことが示唆され、ワクチン療法の適用の候補になり得ると考えられた。
水分子の動態解析による特発性正常圧水頭症の病態解明及び画像診断

本研究の目的は、特発性正常圧水頭症(iNPH)における脳内の水分子の動態を直接評価し病態生理を解明することにある。近年、脳髄液の産生・吸収に、Virchow Robin間隙の間質液の流れ(間質流)やその流れを生み出すアクアポリンー4(AQP4)の関与する調節機構(Glymphatic System)に注目が集まるようになった。本研究はこの脳髄液調節機構の障害がiNPHの病態に深く関与しているとの仮説に基づき、間質流がiNPHの病態に及ぼす影響を解析する。最終年度である本年度は新たに1例のiNPH患者の撮像と昨年度追加した患者の術後1年後の追跡調査を行い、合計で5名の患者、そのうち3名で追跡調査を行ったこととなった。その測定結果を、10例の同年齢群の健常ボランティア(60ー70歳代)の測定結果および新たに類縁疾患であるアルツハイマー患者5名(60ー70歳代)の結果と比較した。我々の提唱する水PETを用いた測定法により導き出されたIR(Influx Ratio)は、iNPH患者においては明らかに間質流の低下を示していたが、シャント手術後に臨床症状が改善した例においては3例とも改善し、1年後においても保たれていることが示された。本研究にて、iNPHの病態にGlymphatic Systemの障害が深く関与することが明らかとなり、我々の水PETを用いた定量解析法は今後の臨床現場において有用な情報を与えることが示唆され、今後更なる症例の追加に加え臨床症状の変化の際における解析を行うことでより深い病態解明につながると考える。近年、脳髄液の産生・吸収に、Virchow Robin間隙の間質液の流れ(間質流)やその流れを生み出す調節機構が報告され、それらの脳髄液調節機構の障害がiNPHの病態に深く関与しているとの仮説に基づき行っている。初年度は、水分子の動態を[15O]H2O-PETを用いて直接測定し、2名のiNPH患者及び5名の同年齢群(60-70歳代)の健常ボランティアにて比較検討することからはじめた。2名のiNPH患者は術前及び術後3ヶ月時に水動態の変化を観察するとともに、術前術後の臨床評価を行い、測定結果との相関を解析した。5名の健常ボランティアに対しては、測定時に頭部MRI及び認知機能検査を行い、神経学的に問題が無いことを確認し[15O]H2O-PET撮像を行った。これらの測定の結果、症例数は少ないながらも、患者群の水動態は、健常ボランティア群に比べて、間質流の低下傾向が観察され、さらには術後に改善傾向が認められた。同時に、間質流に深く関与することが示唆されているアクアポリンの分布の測定をAQP-PETを利用して行っているが、現時点では患者群と健常ボランティア群に大きな違いは検出されていない。検出感度及びPET画像本来の空間分解能の問題があることが考えられた。今後は、更なる症例及び健常ボランティアの撮像を積み重ねるとともに、本年度に施行した2名のiNPH患者のフォローアップを続けていく。具体的には、1年後に再度撮像し、臨床症状と比較した経過観察を行う。また、解析方法もさらに検討し、iNPHの病態解明につながる変化を検出していくことを続ける。アクアポリンに関しても同様に症例を重ねて検討し、併せてiNPHの病態解明および新たな検査方法の確立を目指していく。同時に、間質流の元となるアクアポリンの分布の測定を行っているが、現時点では患者群と健常ボランティア群に大きな違いは検出されていない。検出感度及びPET画像本来の空間分解能の問題があることが考えられる。これらの経過は、当初予定していた通りの症例数を検討できていることと、水の動態がiNPH患者と健常ボランティア群との間に違いが確認できたことから概ね順調に推移していると考えられる。更なる研究の必要性を確認できたと言える。本研究の目的は、特発性正常圧水頭症(iNPH)における脳内の水分子の動態をPETにて直接評価し病態生理を解明することにある。近年、髄液の産生・吸収に脳のリンパ系とも言えるVirchow Robin間隙の間質液の流れ(間質流Interstitial flow)をはじめとするGlymphatic Systemやその流れを生み出す脳髄液調節機構が報告され、それの調節機能の障害がiNPHの発生に深く関与している仮説に基づき、iNPHの病態解明を目指し新たな診断方法を確立する。

29年度では、初年度に施行した2名のiNPH患者の術後1年後のフォロースタディ及び新規に2名の患者の撮像を行った。さらに、iNPHとの比較を目的に1名の非交通性水頭症患者と8名の同年齢群の健常ボランティア(60-70際代)の撮像を行い比較検討した。初年度に測定した2名は術後の経過は安定しており、[15O}H2O-PETで測定した間質流は健常ボランティアと比較して低下しているが、術前に比し改善しその状態は1年後も維持されていた。また、本年度に新たに測定したiNPH患者も、同様に明らかに間質流の低下を認め、iNPHの安定した観測結果を認めた。今後、術後の経過を観察し臨床所見との比較を持続する。同時に行っている、アクアポリンの分布解析に関しては、追加した患者群とボランティア群で明らかな違いを検出できていない。これは、従前術後での変化も同様で、アクアポリンPETの検出感度及び空間分解能の問題があることが示唆された。解析方法の更なる検討が求められる。最終年度(30年度)では、さらに症例を重ねると共に、臨床経過との対応を検討していく。初年度に引き続き、症例及び健常ボランティアにての比較検討を引き続き行っている。iNPH患者群での水の動態は、症例を重ねても明らかに低下していることが確認され、さらに術後にはその間質流は改善傾向を示した。一方で、間質流の基と考えられているアクアポリンの評価は、様々の理由から十分な効果をあげられていない。これはアクアポリンPETの検出感度及び空間分解能の問題があることが示唆され、解析方法の検討が必要と思われる。これらの結果から、間質流を評価することは、iNPHの病態理解につながることが示唆され、更なる臨床経過との比較検討することで病態理解が深まることが期待できる。本研究の目的は、特発性正常圧水頭症(iNPH)における脳内の水分子の動態を直接評価し病態生理を解明することにある。近年、脳髄液の産生・吸収に、Virchow Robin間隙の間質液の流れ(間質流)やその流れを生み出すアクアポリンー4(AQP4)の関与する調節機構(Glymphatic System)に注目が集まるようになった。本研究はこの脳髄液調節機構の障害がiNPHの病態に深く関与しているとの仮説に基づき、間質流がiNPHの病態に及ぼす影響を解析する。最終年度である本年度は新たに1例のiNPH患者の撮像と昨年度追加した患者の術後1年後の追跡調査を行い、合計で5名の患者、そのうち3名で追跡調査を行ったこととなった。その測定結果を、10例の同年齢群の健常ボランティア(60ー70歳代)の測定結果および新たに類縁疾患であるアルツハイマー患者5名(60ー70歳代)の結果と比較した。我々の提唱する水PETを用いた測定法により導き出されたIR(Influx Ratio)は、iNPH患者においては明らかに間質流の低下を示していたが、シャント手術後に臨床症状が改善した例においては3例とも改善し、1年後においても保たれていることが示された。本研究にて、iNPHの病態にGlymphatic Systemの障害が深く関与することが明らかとなり、我々の水PETを用いた定量解析法は今後の臨床現場において有用な情報を与えることが示唆され、今後更なる症例の追加に加え臨床症状の変化の際における解析を行うことでより深い病態解明につながると考える。今年度の結果は、水の動態の変化がiNPHの病態と何らかの関連を持つことを示唆している。