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太陽光発電システムの高密度連系時の高調波電流増加現象と補償法に関する研究

本研究は,太陽光発電システムなどの分散電源が配電系統に大量に導入されることによって生じる低圧配電系統内の高調波電流の増加とそれに起因して生じる電圧ひずみの補償について研究を行った。本研究期間を通して得られた研究概要は以下のように要約される。1.低圧配電系統の高調波ひずみの現状調査商業用ビルディング等の建造物内における三相4線式低圧配電系統において,電圧ひずみの調査を行い,3次高調波成分が支配的であることを実測により明らかにした。さらに,その支配的な要因について理論解析とシミュレーションにより検討を行った。2.低圧配電系統の電圧ひずみの抑制を目的とした電力用アクティブフィルタの開発電圧高調波成分の中で支配的な成分である3次高調波成分を抑制するために,一台の単相インバータから構成される電力用アクティブフィルタの開発を行った。本研究で提案するアクティブフィルタを用いることによって三相4線式配電系統の電圧高調波を効果的に低減できることをシミュレーションと模擬配電系統を用いた実験により明らかにした3.中性線用アクティブフィルタの設置点と制御法に関する研究本研究課題で提案した電圧ひずみを低減するための中性線用アクティブフィルタの設置点としては,建造物内部における受電用変圧器の近傍に設置することが最も有効であることを解析結果と実験により示した。さらに,中性線電流の抑制法とアクティブフィルタの直流電圧制御法についてシミュレーションと実験により動作確認を行った。本研究課題で得られた成果は,太陽光や風力などの自然エネルギーを利用した発電システムを配電系統と連系運転する場合に問題となる電源の高調波ひずみの影響を低減することが可能である。また,新しい概念に基づく電力用アクテイブフィルタの提案により今後の高調波対策に大きく寄与できると考えることができる。本研究は,太陽光発電システムなどの分散電源導入によって生じる高調波電流増加現象とその補償を目的としている。配電系統に存在する高調波成分の影響により,系統と連系運転される太陽光発電用インバータの制御性能の悪化や効率低下の問題が生じる恐れがある。本年度は,既存の配電系統における高調波ひずみ率を実測し,その要因について詳細に検討した。さらに高調波補償装置を提案した。平成13年度の研究期間を通して得られた研究成果の概要は以下の様に要約される。1.配電系統の高調波ひずみの現状調査日本の配電系統は単相3線式の変圧器を用いて各需要家に給電されるが,欧米などでは三相4線式が一般的である。また,日本においても将来的には三相4線式配電系統システムとなる可能性が十分に大きい。そこで,これらの電気方式の相違と高調波ひずみ率の現状調査を行った。その結果,負荷電力に応じて高調波ひずみが大幅に異なり,また三相4線式では3次高調波成分が支配的であることを明らかにした。一方,住宅地区配電系統においては単相100Vの電圧ひずみは5次高調波成分が他の高調波成分に比べて十分に大きいことを実測により明らかにした。2.三相4線式低圧配電系統の電圧ひずみ補償法三相4線式配電系統の特徴は,中性線に過大な3次高調波成分が流入することである。本研究では,この点に着目し中性線と直列に単相電圧形インバータ一台から構成される電力用アクティブフィルタを挿入し,負荷端で生じる電圧ひずみ抑制法を提案し,計算機シミュレーションによりその有効性を明らかにした。これは,従来のアクティブフィルタに比べて,省スペース・低コストで構成される点に特長があり,また既設の建造物に設置可能である。本年度の研究成果を基に,来年度の研究では太陽光発電システムなどの分散電源の導入による影響を考慮し,詳細に検証を行う。
微分方程式の解の構成と応用

微分方程式の研究は多岐にわたるが、本研究組織はそれらの中で特に物理、工学とのかかわり、あるいは応用を意識して、課題達成に努めた。そのために組織内の研究交流にとどまることなく、代表者,分担者および関数方程式分科会メンバーによる研究集会を企画、運営また援助してきた。このなかで我々は次の3点に留意し、これらの研究集会が本組織の研究目的に沿う成果をあげるように努めた。1.応用数学,応用物理,数値解析,情報科学等の関連分野の研究者連との交流をすすめる。2.若手の研究者,特に大学院生,の研究発表を歓迎し,そのための支援を行う。3.日本に滞在中の外国人研究者に研究会参加を積極的に呼びかける。この2年間に23の研究集会が行れたが、その多くは関連他分野の研究者との交流の場となり、300を越える研究発表が行れたが。そのうち大学院生,滞在外国人研究者のものがそれぞれ30に及んでいる。その他にも本研究組織は日本数学会主催のInternational Research Instituteなどの研究集会への参加支援や,個別の研究連絡等に対する支援なども、若手研究者を中心に可能なかぎり行った。これらの活動を通して「微分方程式の解の構成と応用」にかかわる実ある研究成果が得られたが,それらについては研究成果報告書に細述した。この2年間の代表者・分担者の研究成果も30を越える論文となっているが、その中にはプラズマ物理,量子論,流体,力学系,化学反応など応用上も興味深い結果が得られている。本年度は主に下記の研究集会に対して旅費の補助を行った。3.非線形偏微分方程式の最近の話題から,東北大理,10月14日,4講演4.複素領域における微分方程式の解の構成と応用,神戸大理,11月1719日,12講演5.符号理論と微分方程式,箱根静雲荘,12月1214日,10講演6.微分方程式と数理物理,びわこロッジ,12月13日,12講演7.微分方程式の総合的研究,日大理工,12月2022日,16講演8.非線形拡散方程式の解の挙動,東京都立大理,1月22,23日,8講演9.金沢作用素論シンポジウム,金沢兼六荘,1月2729日,8講演10.線形及び非線形の諸問題,館山静海荘,2月46日,15講演11.微分方程式と数理物理,KKR稲取,2月1820日,13講演また東京工業大学等において研究連絡を行った。これらを通して来年度に完結する本研究の目標達成のための研究成果が蓄積されている。ここでは代表者及び分担者倉田和浩の研究発表のみを記す。前者のものは非線形波動方程式,非線形放物型方程式の解の挙動に関するもので,後者のものは線形の楕円型方程式,放物型方程式の解の性質に関する研究である。微分方程式の研究は多岐にわたるが本研究組織はそれらの中で特に物理,工学とのかかわり、あるいは応用を意識した課題を掲げ、その構成に努めた。そのために組織内の研究交流にとどまることなく、代表者,分担者及び関数方程式分科会メンバーの主催する研究集会を企画,運営また援助してきた。この中で我々は次の3点に留意し、研究集会が本組織の目的に沿う成果をあげるよう努めた。1.応用数学、応用物理、数値解析、情報等関連分野の研究者との交流をすすめる。2.若干の研究者、特に大学院生の研究発表を歓迎し、そのための支援を行う。ほぼすべての企画でこれらの留意点が配慮され,我々の意図は満たされた。2年間で行われた23の研究集会の多くが関連地分野の研究者との交流の場になり、300を越える講演のうち院生、滞在外国人の講演がそれぞれ30に及んでいる。その他本研究組織は日本数学会主催のInternational Resecuch Instituteなどの研究集会への参加支援や、個別の研究連絡等に対する支援も可能なかぎり行った。
医療用医薬品の高齢患者向け安全性情報提供ツールの開発

2018年度は、リスクの1つとして認知機能や視覚障害などによる自動車運転への影響を取り上げ、警告表示について調査を行った。警告表示のツールとして視覚記号(ピクトグラム)の警告表示の効果について調査した。まず、薬の適正使用協議会によって作成され、公開されているピクトグラムを調査対象とし、検討を行った。情報の提供者である東京都内の薬局薬剤師に対するアンケート調査、インタビュー調査では、医療用医薬品の注意喚起の方法としてピクトグラムの潜在的な有用性、利用可能性が示唆されたものの、ピクトグラムの認知度が非常に低いことが明らかとなった。次に自動車運転に影響を及ばす医療用医薬品について海外の事例と比較し、日本の薬局薬剤師の認識、対応についてもインタビュー、アンケート調査を実施した。都内においては、自動車を使用せず、来局する患者も多いことから、地域性についても検討する必要性が認められた。これらの結果についてまとめ、国内学会で研究報告を行った。さらに。情報の消費者である患者について、ピクトグラムの認知度、理解度、行動変容に結び付くか否かについてインターネット調査を実施した。本調査について国内学会報告を行い、調査結果を分析し、英文雑誌に論文を投稿中である。現在のところ、本邦において警告表示に関する視覚記号(ピクトグラム)の利用可能性に関する研究は限られているのから、視覚記号の普及のためにも学会報告、学術誌の掲載による情報公開の意義は大きい。2018年の調査結果をもとに自動車運転に影響を及ぼす医薬品について文献調査によって国ごとに相違があることが明らかになったことから、ユニバーサルデザインを目指した複数のピクトグラム(視覚記号)を共同研究者、研究協力者とともに開発した。2018年度前半は、医薬品を服用中の人を対象とした利用者調査と情報の提供者である薬局薬剤師に対する情報提供者調査を同時に実施し、ピクトグラムの指向性が把握することができた。2018年度後半は、これらの調査結果をもとにさらに研究責任者、研究分担者、研究協力者が研究会や会議を開き、ピクトグラムの改良を進めた。2018年後半には、調査研究のまとめとして日本社会学会、日本医療安全学会、セルフメデイケーション協議会等,いくつかの学会報告を行い、他の研究者、医療従事者との情報交換、意見交換を行うことができた。また、国内外の学術誌への投稿準備を進めている。医療従事者へのインタビュー、アンケートでは、対象とした薬局薬剤師が都内に限定されているという制限があるものの、おおむね計画通りに進んでいる。2018年度に改良した複数のピクトグラムの有用性、利用可能性について利用者側(患者側)、情報提供者側から評価を行うため、インタビューやアンケート調査を実施する。個人属性や居住地などの影響についても分析を行う。情報提供者として2018年度は、都内の薬剤師を対象としていたが、地域性の影響も考慮し、地方の薬剤師についても調査対象として実施し、他の交通手段の有無や高齢化率などの要因とピクトグラムの指向性との関連性について検討を行う。調査の分析結果をまとめ、国内外の学会に報告するとともに学術誌に投稿し、情報を他の研究者と共有したい。本邦では、視覚記号を利用した情報提供という考え方が医療従事者の間で十分に浸透していないことから医師や薬剤師、看護師などを含めた多職種のワークショップを開催予定である。調査対象者を地方都市、首都圏などから集め、分析し、地域の問題、都市の問題と比較検討を行う予定である。研究遂行で課題となるのは、研究参加者数であるが、研究参加者を統計的に解析可能なだけ、集めることができるよう学会その他で協力を求めていく。医薬品のリスクをいかにわかりやすく伝え、情報の受け手がリスクを回避できるような行動につなげていくか、行動変容を起こす動機付けとするのかは喫緊の課題である。高齢患者は、視力や認知機能の低下などの問題が生じやすい。医薬品副作用情報提供が医薬品に対する恐れやアドヒアランスの低下を招き、適正使用や副作用の早期発見、受診行動に結びつかない場合もある。患者自身の社会的経済的、心理的背景、阻害要因の解明が喫緊の課題となる。また、複数の診療科を受診したり、複数の医薬品を服用している場合もあり、医療者は、情報提供の在り方を検討する必要がある。そこで、研究代表者は、高齢者など認知機能の低下している患者に対し、医薬品のリスクコミュニケーションツールに関する海外の事例や法制度についてまず、先行研究の文献調査を行った。海外文献の調査により、リスクコミュニケーションツールの1つとして誰が見てもひとめで分かりやすい絵文字(ピクトグラム)の活用の可能性が示唆された。医薬品警告表示の事例として国内外において高齢者の自動車運転事故が増加し自動車運転に影響のある医薬品を高齢者が服用していることから、自動車運転に影響のある医薬品の注意喚起、リスクコミュニケーションツールとしてピクトグラムの使用に焦点を当てることとした。先行研究調査により、アメリカ、欧州においてピクトグラムを自動車運転の影響のリスクに応じたピクトグラムを使用することが義務づけられていることが明らかとなった。そこで、共同研究者とともに日本版自動車運転の警告表示のためのピクトグラムを新規に作成、開発し、その有用性と活用法について情報の発信者からの評価と情報の受け手からの評価を検討中である。平成29年度に高齢者向け医薬品情報提供文書の作成のための先行研究調査をPubmedデータベース、医中誌データベースを用いて国内外の副作用情報提供手法に関する先行研究調査により、研究動向、現状の把握した。国内外の文献資料による調査が順調に進められた。また、学術交流、ヒヤリング等による情報収集、先行研究をもとにFDA、EUにより作成が義務付けられている患者向け警告表示をもとに新規の警告表示の作成を行った。

共同研究者、研究協力者との研究会、会議により、患者のための情報提供ツールの検討を行い、新規の警告表示・注意喚起のためのピクトグラムの原案を作成、開発中である。ピクトグラムの作成や検討は、試行錯誤を繰り返し、より良いものとするため、時間を要したが、おおむね警告・注意喚起に有用な基本となるものを作成することができたと考えられる。2018年度は、リスクの1つとして認知機能や視覚障害などによる自動車運転への影響を取り上げ、警告表示について調査を行った。警告表示のツールとして視覚記号(ピクトグラム)の警告表示の効果について調査した。まず、薬の適正使用協議会によって作成され、公開されているピクトグラムを調査対象とし、検討を行った。情報の提供者である東京都内の薬局薬剤師に対するアンケート調査、インタビュー調査では、医療用医薬品の注意喚起の方法としてピクトグラムの潜在的な有用性、利用可能性が示唆されたものの、ピクトグラムの認知度が非常に低いことが明らかとなった。次に自動車運転に影響を及ばす医療用医薬品について海外の事例と比較し、日本の薬局薬剤師の認識、対応についてもインタビュー、アンケート調査を実施した。都内においては、自動車を使用せず、来局する患者も多いことから、地域性についても検討する必要性が認められた。これらの結果についてまとめ、国内学会で研究報告を行った。さらに。情報の消費者である患者について、ピクトグラムの認知度、理解度、行動変容に結び付くか否かについてインターネット調査を実施した。本調査について国内学会報告を行い、調査結果を分析し、英文雑誌に論文を投稿中である。現在のところ、本邦において警告表示に関する視覚記号(ピクトグラム)の利用可能性に関する研究は限られているのから、視覚記号の普及のためにも学会報告、学術誌の掲載による情報公開の意義は大きい。2018年の調査結果をもとに自動車運転に影響を及ぼす医薬品について文献調査によって国ごとに相違があることが明らかになったことから、ユニバーサルデザインを目指した複数のピクトグラム(視覚記号)を共同研究者、研究協力者とともに開発した。2018年度前半は、医薬品を服用中の人を対象とした利用者調査と情報の提供者である薬局薬剤師に対する情報提供者調査を同時に実施し、ピクトグラムの指向性が把握することができた。2018年度後半は、これらの調査結果をもとにさらに研究責任者、研究分担者、研究協力者が研究会や会議を開き、ピクトグラムの改良を進めた。2018年後半には、調査研究のまとめとして日本社会学会、日本医療安全学会、セルフメデイケーション協議会等,いくつかの学会報告を行い、他の研究者、医療従事者との情報交換、意見交換を行うことができた。また、国内外の学術誌への投稿準備を進めている。医療従事者へのインタビュー、アンケートでは、対象とした薬局薬剤師が都内に限定されているという制限があるものの、おおむね計画通りに進んでいる。
サイコシンの細胞毒性発現機序

サイコシン(ガラクトシルスフィンゴシン)は, UDP-ガラクトースとスフィンゴシンより生成され,ガラクトシルセラミダーゼにより分解される.この分解酵素欠損症(Krabbe病)においては,脳中に著明なサイコシンの蓄積が起り,これがKrabbe病の病態発生に重大な関与をしていることが推測されている.それは,サイコシンが「細胞毒」であることが以前より知られているためである.しかし,その細胞毒性発現機序は今まで明らかにされていない.そこで本研究では,このことを解明することを目的とした.まず,ラット肝臓よりミトコンドリアを分離し,それに対するサイコシンの影響をみた. β-ヒドロキシブチレートを基質として,無機リン取込みとアセトアセテート生成への影響をみると,サイコシンはこれらのいずれをも抑制した.又,この時,還元型シトクロームCが増加することが認められた.これは,サイコシンが電子伝達系において,複合体IVの段階で電子の伝達を阻害していることを示唆するものと考えられた.そこで,還元型シトクロームCを基質としてシトクロームCオキシダーゼ(COX)を測定すると,サイコシンがCOXを強く抑制(5μM以下で50%抑制)することが見出された.一方,この抑制は完全に可逆性であった.すなわち,終濃度1%となるようヒト血清アルブミンを加えると,完全な酵素活性の出現が認められた.これは,サイコシンによるCOX抑制が非特異的な蛋白変性作用等によるものではないことを示している.更に, COXを精製し,これに対するサイコシンの影響をみたところ,サイコシンは精製COX活性を抑制しなかった.一方,ミトコンドリア内膜の生理的構成脂質の1つであるレシチンを超音波処理し活性化(再構築)したCOXに対してはサイコシンは明らかな抑制作用を示した.これらから,サイコシンはCOXの膜環境を障害し, COX活性を抑制することが考えられた.サイコシン(ガラクトシルスフィンゴシン)は, UDP-ガラクトースとスフィンゴシンより生成され,ガラクトシルセラミダーゼにより分解される.この分解酵素欠損症(Krabbe病)においては,脳中に著明なサイコシンの蓄積が起り,これがKrabbe病の病態発生に重大な関与をしていることが推測されている.それは,サイコシンが「細胞毒」であることが以前より知られているためである.しかし,その細胞毒性発現機序は今まで明らかにされていない.そこで本研究では,このことを解明することを目的とした.まず,ラット肝臓よりミトコンドリアを分離し,それに対するサイコシンの影響をみた. β-ヒドロキシブチレートを基質として,無機リン取込みとアセトアセテート生成への影響をみると,サイコシンはこれらのいずれをも抑制した.又,この時,還元型シトクロームCが増加することが認められた.これは,サイコシンが電子伝達系において,複合体IVの段階で電子の伝達を阻害していることを示唆するものと考えられた.そこで,還元型シトクロームCを基質としてシトクロームCオキシダーゼ(COX)を測定すると,サイコシンがCOXを強く抑制(5μM以下で50%抑制)することが見出された.一方,この抑制は完全に可逆性であった.すなわち,終濃度1%となるようヒト血清アルブミンを加えると,完全な酵素活性の出現が認められた.これは,サイコシンによるCOX抑制が非特異的な蛋白変性作用等によるものではないことを示している.更に, COXを精製し,これに対するサイコシンの影響をみたところ,サイコシンは精製COX活性を抑制しなかった.一方,ミトコンドリア内膜の生理的構成脂質の1つであるレシチンを超音波処理し活性化(再構築)したCOXに対してはサイコシンは明らかな抑制作用を示した.これらから,サイコシンはCOXの膜環境を障害し, COX活性を抑制することが考えられた.サイコシン(ガラクトシルスフィンゴシン)は、UDP-ガラクトースとスフィンゴシンより生成され、ガラクトシルセラミダーゼにより分解される。この分解酵素欠損症(Krabbe病)においては、脳中に著明なサイコシンの蓄積が起り、これがKrabbe病の病態発生に重大な関与をしていることが推測されている。それは、サイコシンが「細胞毒であることが以前より知られているためである。しかし、その細胞毒性発現機序は今まで明らかにされていない。そこで本研究では、サイコシンの細胞毒性発現機序を解明することを目的とした。ラット肝臓よりミトコンドリアを分離し、それに対するサイコシンの影響をみた。LehningerとSmithにほぼ従って、β-ヒドロキシブチレートを基質として、無機リンとりこみとアセトアセテート生成へのサイコシンの影響をみると、サイコシンはこれらのいずれをも抑制することが認められた。又、この時、反応液中でサイコシン存在下では還元型シトクロームCが増加することが認められた。これは、サイコシンが電子伝達系において、複合体【IV】の段階で電子の伝達を阻害していることを示唆するものと考えられた。そこで、還元型シトクロームCを基質としてシトクロームCオキシダーゼ(COX)を測定すると、サイコシンがCOXを強く抑制(5μM以下で50%抑制)することが見出された。更に、この抑制は完全に可逆性であった。すなわち、100μMサイコシンで完全なCOX抑制がかかった状態に終濃度1%となるようヒト血清アルブミンを加えたところ、完全な酵素活性の出現がみられた。このことはサイコシンによるCOX抑制が非特異的な蛋白質変性作用等によるものではないことを示している。
脳損傷者の認知機能評価と神経心理学的コンサルテーションの明確化

認知機能評価は患者の認知障害を発見することにあるのではない,残存された認知機能を客観的に把握することで,患者が脳損傷を煩いながらも,いかにしてQOLを保ちながら生活していけばいいのか,その指針を医者と患者をはじめとした医療従事者とその家族に適切にアドバイスできるための資料を提供すること。そのことが認知機能評価の最大の目的であると考える。本研究の目的は,そのための機能評価システムとその評価方法を検討することである。本研究では,RBNBによる患者自身の認知機能評価と主たる介護者による評価を,前頭葉障害者を中心に評価した。その場合,病巣性による認知機能障害と脳全体に依存した認知機能評価の両側面から評価した。また,評価する道具としての,琉大式簡易神経心理・認知機能検査バッテリー(RBNB)による認知機能評価について,バッテリーで用いられる下位検査項目を,標準化,測定方法の工夫,検査結果の解釈法などの観点から再吟味し,RBNBのecological validityについて検討した。本研究の主たる目的は、サイコメトリック検査に新しい観点をとり入れた評価システムの構築と、脳外科、神経内科、放射線科、リハビリ科の医師へpsychometric心理検査の有用性について、神経心理学的コンサルテーションの施策を設計することにある。サイコメリックス検査が、脳障害者の認知機能評価の有効な診断と治療に有効な道具であることを医療従事者に理解を促がし、その社会的貢献を目差す。本年度は,神経心理・認知機能検査バッテリーの開発を行い,このバッテリーの下位検査項目の標準化を行なった。今回行なった,標準化は,前頭葉性の実行機能系の成分を捉える, Stroop検査の標準化であった。そのために各年代毎の健常成人の検査結果を基に,年代別の標準化表を, WAIS-3の心理検査と同様な方法で標準化した。その結果は,紀要論文として発表した。さらに,本検査バッテリーの他の下位検査の評価方法について分析し,特に,記憶機能障害の評価について,その分析と評価方法について検討した。このことは,日本心理学会で発表した。さらに,本検査バッテリーによる前頭葉損傷患者の評価を行なった。この結果については,脳神経外科医の専門家によって,投稿論文として外国雑誌に記載された。本研究の主たる目標はサイコメトリックス検査に新しい観点を取り入れた評価システムの構築と,脳外科,神経内科,放射線科,感染症内科(HIV)の医師へpsychometrics心理検査の有用性について,神経神学的コンサルテーションの施策を設計することにある。さらに本研究はサイコメトリックス検査が、脳障害者の認知機能評価の有用な診断と治療に有効な道具であることを医療従事者に理解を促し,その社会的貢献を目指す。今年度は,昨年同様に我々が開発した神経心理・認知機能検査バッテリーを上述した科に入院・通院している患者群に実施し,その検査結果とMRIやSPECT画像などの脳画像に見られる脳障害の部位や程度との関係性について検討してきた。また,その結果を神経心理学的所見としてどのように記述することが,神経心理学的コンサルテーションに繋げることができるかという,その明確化を模索し,その結果を日本生理心理学会,九州心理学会,沖縄心理学会で発表してきた。さらに,その診断評価にもとづいた,脳損傷者の認知リハビリテーションの応用的基礎研究を作業療法ジャーナル学会誌に発表した。本研究の主たる目標はサイコメトリックス検査に新しい観点を取り入れた評価システムの構築(認知心理学的解釈モデルとMRIなどの神経画像の知見)と,脳外科,神経内科,放射線科,感染症内科(HIV)の医師へpsychometrics心理検査の有用性について,神経神学的コンサルテーションの施策を設計することにある。さらに本研究はサイコメトリックス検査が、脳障害者の認知機能評価の有用な診断と治療に有効な道具であることを医療従事者に理解を促し,その社会的貢献を目指す研究であった。多くの患者群に同一の検査バッテリーを施行することで,データの合理的な整理が重要になり,そのため,コンピュータによる検査結果のデータベース化をはかることが必要となり,そのソフト開発も同時に今回行ってきた。その結果,今までの検査結果をデータベース化することか可能となり,被験者の診断名・検査試行回数などの被験者変数と神経心理検査バッテリーの種々の側面との関係から,多くの検査データの分析が可能になった。

さらに,その結果を神経心理学的所見としてどのように記述することが,神経心理学的コンサルテーションに繋げることができるかという,その明確化を模索し,その結果を日本生理心理学会,日本神経心理学会,日本エイズ学会,九州心理学会,沖縄心理学会等で発表してきた。
熱帯地域の生物発光物質及び天然有機物質の化学研究

生理活性物質や構造の知見は最近では、海洋化学としてより新規な化合物の探索が行われ、きわめて大きな成果を挙げている。本研究では、海洋生物発光物質の新発光素子の探索・沖縄の発光イカ・ギボシムシなどの発光素子と発光機構の解明を目的としている。H10年度は、年度当初から合計5名の共同研究が来学し、熱帯地域で強い活性をもつ微生物起源の異常ペプチドについて構造研究を進めた。特にペプタイボールの分離困難な混合物をトリプルマススペクトル(Q-TOF)を用いて構造解析を進めた。発光物質に関連して発光ウミエラの成分として緑色蛍光物質を抽出し、発光タンパクの探索を行った。南タイのアンダマン海の海洋調査に合流して、深海の発光生物の調査と採集を行った。熱帯特有の発光生物(発光イカ・ヒカリウミエラなど)を調査し、発光器官の採取方法を検討した。調査船にCCDスペクトルメーターや携帯型液体クロマトグラフ装置などを持ち込んで、海ホタルや発光ウミエラ、ヒトデの発光スペクトル測定を行い、その他多数の発光生物種を確認した。沖縄南西海域のトビイカなど発光生物の発光物質との比較のため沖縄での調査・採集も行った。本研究を通じて総合的な共同研究ネットワークを形成することができた。本研究では、海洋生物発光物質の新発光素子の探索・沖縄の発光イカ・ギボシムシなどの発光素子と発光機構の解明を目的とし、熱帯地域の発光物質としてマレーシア・タイで採集したシロヒカリタケ・発光カタツムリ・ヒカリウミエラや発光昆虫を抹索した。タイ・マレーシアの大学・研究所の専門家6名を招へい(内3名が本研究予算)し、生物発光物質の発光素子及び強い活性を持つ物質の化学的研究を推進した。本年度はキノコからジアセチレンカルボン酸を新物質として構造決定でさた。またペプタイオボールについて構造解析を進めている。発光物質に関連して発光ウミエラの成分として緑色蛍光物質を抽出した。これは、不安定のために分離するには至っていない。南タイのアダマン海の海洋調査に合流して、深海の発光生物の調査と採集を行った。熱帯特有の発光生物(発光イカ・ヒカリウミエラなど)を調査し、発光器官わ採取方法を検討した。調査船にCCDスペクトルメーターを持ち込んで、海ホタルや発光クモヒトデの発光スペクトル測定を行い、その他多数の発光生物種を確認した。現在進行柱の沖縄南西海域の発光生物の発光物質との比較のため沖縄での調査・採集も行った。本研究初年度として、これまで散発的であった各研究を、総合的な共同研究ネットワークとしての方向性をつけつつある。発光物質に関連して発光ウミエラの成分として緑色蛍光物質を摘出し、発光タンパクの探索を行った。本研究を通じて総合的な共同研究ネットワークを形成することがでた。
昆虫類のグラウンドプランの解明-最原始系統群イシノミ目への分子発生学の導入-

昆虫類については古くから数多くの比較形態学的研究が行われてきたが、昆虫類の基本的体制、グラウンドプランの理解は未だ不十分であり、頭部体節制など、重要な課題が残されている。分子発生学は、発生現象の遺伝子メカニズムをよく説明してきたが、その複合的最終産物である体制の理解を進展させてはいない。本研究課題では、祖先的形態をよく残していると想定される昆虫類の最原始的分類群、イシノミ目を材料とし、形態形成の過程を厳密な比較発生学的方法で検討すると同時に、分子発生学的手法を導入し、形態形成遺伝子の発現パターンからも相同制に基づく比較議論を行うことにより、昆虫類のグラウンドプランの解明を目指すものである。今期はイシノミのengrailed相同遺伝子(enホモログ)の発現解析を、各発生段階を追って行った。イシノミ胚では円盤状の初期胚帯においてはenホモログの発現は確認されず、胚がわずかに伸長した段階において間挿体節で最初の発現が見られた。その後間挿体節の前後の体節である触角体節と大顎体節で発現し、続いて小顎体節以後の各体節で前から順に発現が見られた。また小顎体節における発現が現れる時期に前触角領域に一対の短い「ハ」の字型発現が現れ、その後発現領域が拡大、前胸体節の発現が現れる時期には触角体節の発現パターンと連続相同的な「ハ」の字型縞状パターンが観察された。短胚型の体節形成についての詳細な報告は乏しく、特に頭部前方の体節形成についてはほとんど知見がない。今回昆虫類の最原始系統群であるイシノミで観察された体節形成のパターンは、胴部とは異なる形成様式があることが示唆されていた頭部体節について、本来的に胴部体節と異ならない可能性を示したという点において、昆虫類の体節形成を理解するための重要な新知見である。また前触角体節について分子発生学的なアプローチによって検討できる可能性を示した。本年度は、体節形成をテーマとし、イシノミ目への分子発生学的手法の導入を行った。イシノミ目は前方から順に体節を形成していく短胚型の体節形成を行うので、体節形成期初期の検討によって頭部体節制についての議論が可能になるだろう。各体節の後半部で発現することが節足動物各群で知られているengrailed(en)ホモログ(相同遺伝子)をイシノミ目でクローニングし、in situハイブリダイゼーション(ISH)によって遺伝子の発現領域を可視化した。クローニングの過程で、イシノミには2つのenホモログがあることが判明し、その片方でISHに成功した。enホモログに特徴的な体節反復的な発現パターンを確認し、複数ステージの胚の観察から、このホモログの発現が、形態的な体節形成に先立って始まることが示唆された。このことは体節形成過程のより詳細な検討にenホモログの発現パターンが有用であることを示している。もう1つのホモログについては、適切なISHの条件が見つからず発現パターンを観察することができていない。現在、引き続きISHの条件検討を進めている。本年度は初年度に引き続き、イシノミの2つのengrailed(en)ホモログの発現解析による体節形成の検討を進めた。まずin situハイブリダイゼーション(ISH)の条件検討を進め、前年度失敗した片方のホモログのISHに成功した。さらに体節形成の始まっていないごく初期から体前半部の体節が形成される時期までを集中的に解析し、(1)イシノミの間挿体節の形成が、他の昆虫類とは異なり、前から後ろへ順に形成されていくという基本的な体節形成のパターンに従うこと(他の昆虫類ではより後方の体節が形成された後に現れる)、(2)イシノミの前触角領域において、他の体節におけるパターンと類似した縞状発現がみられる(他の昆虫類ではスポット状)ことが明らかになった。(1)についてはイシノミが昆虫類以外のより原始的な節足動物の特徴を残していると考えられる。(2)は昆虫形態学の長年の大問題である頭部体節制の問題を考察する上で、前触角領域の体節制を検討するための重要な情報となり得る。

今後、孵化に至るまでの発生過程についても連続的に解析すること計で、イシノミの体節制を検討し、昆虫類の基本的体制の考察を行っていく。昆虫類については古くから数多くの比較形態学的研究が行われてきたが、昆虫類の基本的体制、グラウンドプランの理解は未だ不十分であり、頭部体節制など、重要な課題が残されている。分子発生学は、発生現象の遺伝子メカニズムをよく説明してきたが、その複合的最終産物である体制の理解を進展させてはいない。本研究課題では、祖先的形態をよく残していると想定される昆虫類の最原始的分類群、イシノミ目を材料とし、形態形成の過程を厳密な比較発生学的方法で検討すると同時に、分子発生学的手法を導入し、形態形成遺伝子の発現パターンからも相同制に基づく比較議論を行うことにより、昆虫類のグラウンドプランの解明を目指すものである。今期はイシノミのengrailed相同遺伝子(enホモログ)の発現解析を、各発生段階を追って行った。イシノミ胚では円盤状の初期胚帯においてはenホモログの発現は確認されず、胚がわずかに伸長した段階において間挿体節で最初の発現が見られた。その後間挿体節の前後の体節である触角体節と大顎体節で発現し、続いて小顎体節以後の各体節で前から順に発現が見られた。また小顎体節における発現が現れる時期に前触角領域に一対の短い「ハ」の字型発現が現れ、その後発現領域が拡大、前胸体節の発現が現れる時期には触角体節の発現パターンと連続相同的な「ハ」の字型縞状パターンが観察された。短胚型の体節形成についての詳細な報告は乏しく、特に頭部前方の体節形成についてはほとんど知見がない。今回昆虫類の最原始系統群であるイシノミで観察された体節形成のパターンは、胴部とは異なる形成様式があることが示唆されていた頭部体節について、本来的に胴部体節と異ならない可能性を示したという点において、昆虫類の体節形成を理解するための重要な新知見である。また前触角体節について分子発生学的なアプローチによって検討できる可能性を示した。
Wee1キナーゼのドメイン解析と相互作用因子の同定

G2期からM期への進行はCdc2/サイクリンB複合体であるM期促進因子(MPF)による制御を受けている。負の制御因子であるWee1キナーゼはCdc2のY15をリン酸化することでMPF活性を抑制している。ツメガエルWee1のN末端側調節領域には生理活性を正および負に制御する調節モチーフ(それぞれNINモチーフおよびTPモチーフと命名)が近接して存在しており、TPモチーフはMPFによってM期特異的にリン酸化される。本研究では、ツメガエル卵を用いてTPモチーフを介したWee1の不活性化機構の詳細を明らかにした。TPモチーフのアラニン置換体(AP)は、野生型(WT)よりも強くM基進行を阻害したが、WTとAP変異体のG2期におけるCdc2 Y5へのリン酸化能に有意な差は見られなかった。さらにin vitro kinase assayの結果から、MPFによるTPモチーフのリン酸化のみではWee1活性が低下しないことが分かった。これらのことから、M期におけるTPモチーフのリン酸化によってWee1の構造に変化が生じ、その結果Wee1のCdc2 Y15に対するリン酸化能が低下かすると考えられた。プロリルイソメラーゼであるPin1でpulldownアッセイを行ったところ、Wee1(WT)はM期特異的にPin1に結合できたのに対して、AP変異体では結合が見られなかった。これらのことより、TPモチーフの異性化によってM期におけるWee1生理活性が低下することが示唆されたので、Pin1のドミナントネガティブ変異体を用いて内在性Pin1の機能を阻害したところ、AP変異体と同程度にWee1(WT)の生理活性が強くなることが分かった。以上の結果より、M期におけるWee1のTPモチーフのリン酸化に伴う異性化(構造変換)がWee1の活性制御に重要な役割を担うことが強く示唆された。細胞の分裂・増殖は、G1/S/G2/M期からなる細胞周期を通じておこる。Wee1キナーゼはCdc2のTyr15をリン酸化することでMPFの負の制御因子として働いている。ツメガエルWee1B(体細胞型Wee1)のNRDには、そのCdc2 Tyr15リン酸化能を正および負に制御する調節部位(それぞれNINモチーフおよびTPモチーフと命名)が近接して存在し、これらの部位がWee1A(母性型Wee1)や他種のWee1でも高度に保存されていることを見いだした。ツメガエル卵無細胞系を用いてこのTPモチーフのリン酸化時期を調べたところ、M期に強くリン酸化されることが分かった。さらにin vitroキナーゼアッセイの結果より、このTPモチーフはCdc2/サイクリンBによって直接リン酸化されることが分かった。TPモチーフのAla置換体(AP)は、野生型(WT)より著しく強いM期阻害活性を示した。しかし、WTとAP変異体の(自己リン酸化能を指標とした)基本酵素活性には有意な差はみられなかった。また、Cdc2/サイクリンBとの結合能においてもWTとAP変異体の間には差がみられなかった。これらの結果から、M期においてWee1はTPモチーフの(Cdc2によるフィードバック)リン酸化で何らかの構造変化を起こし、その結果、Cdc2 Tyr15のリン酸化能(従ってM期阻害活性)が低下すると考えられた。以上の結果より、M期におけるWee1の不活性化は、NRDの負の制御部位であるTPモチーフのMPF自身によるフィードバックリン酸化によって制御されていることが強く示唆された。細胞周期のG2期からM期への進行はCdc2/サイクリンB複合体であるM期促進因子(MPF)による制御を受けており、Wee1キナーゼはCdc2のTyr15をリン酸化することでMPFの負の制御因子として働いている。ツメガエルWee1B(体細胞型Wee1)のN末端側調節領域にはそのCdc2 Tyr15リン酸化能を正および負に制御する調節モチーフ(それぞれNINモチーフおよびTPモチーフと命名)が近接して存在しており、TP (Thr-Pro)モチーフはCdc2/サイクリンBによってM期特異的にリン酸化される。そこで、ツメガエル卵及び無細胞系を用いてTPモチーフのリン酸化によるWee1の不活性化機構の詳細を解析した。TPモチーフのアラニン置換体(AP)は、野生型(WT)よりも強くM期進行を阻害した。しかし、WTとAP変異体のG2期におけるCdc2 Tyr15へのリン酸化能に有意な差は見られなかった。これらのことからM期におけるTPモチーフのリン酸化が何らかの構造変化を起こし、その結果Wee1BのCdc2 Tyr15に対するリン酸化能が低下すると考えられた。そこで、リン酸化されたTPモチーフがプロリルイソメラーゼPin1の結合モチーフでもあることから、Pin1でPulldownアッセイを行ったところ、M期特異的にWee1BとPin1が相互作用しており、結合することが分かった。一方、TPモチーフのリン酸化を受けないAP変異体とPin1は結合できないことが分かった。これらのことより、このTPモチーフのプロリン異性化によってM期におけるWee1の生理活性が低下することが示唆された。以上の結果より、M期におけるWee1の不活性化は、TPモチーフのCdc2によるリン酸化と、それに伴うプロリン異性化によって制御されていることが強く示唆された。

G2期からM期への進行はCdc2/サイクリンB複合体であるM期促進因子(MPF)による制御を受けている。負の制御因子であるWee1キナーゼはCdc2のY15をリン酸化することでMPF活性を抑制している。ツメガエルWee1のN末端側調節領域には生理活性を正および負に制御する調節モチーフ(それぞれNINモチーフおよびTPモチーフと命名)が近接して存在しており、TPモチーフはMPFによってM期特異的にリン酸化される。本研究では、ツメガエル卵を用いてTPモチーフを介したWee1の不活性化機構の詳細を明らかにした。TPモチーフのアラニン置換体(AP)は、野生型(WT)よりも強くM基進行を阻害したが、WTとAP変異体のG2期におけるCdc2 Y5へのリン酸化能に有意な差は見られなかった。さらにin vitro kinase assayの結果から、MPFによるTPモチーフのリン酸化のみではWee1活性が低下しないことが分かった。これらのことから、M期におけるTPモチーフのリン酸化によってWee1の構造に変化が生じ、その結果Wee1のCdc2 Y15に対するリン酸化能が低下かすると考えられた。プロリルイソメラーゼであるPin1でpulldownアッセイを行ったところ、Wee1(WT)はM期特異的にPin1に結合できたのに対して、AP変異体では結合が見られなかった。これらのことより、TPモチーフの異性化によってM期におけるWee1生理活性が低下することが示唆されたので、Pin1のドミナントネガティブ変異体を用いて内在性Pin1の機能を阻害したところ、AP変異体と同程度にWee1(WT)の生理活性が強くなることが分かった。以上の結果より、M期におけるWee1のTPモチーフのリン酸化に伴う異性化(構造変換)がWee1の活性制御に重要な役割を担うことが強く示唆された。
多孔質媒体としての有機アンモニウムイオン修飾粘土フィルムを用いた光機能材料の開発

電荷密度の異なるスメクタイト族の粘土鉱物を用い、陽イオン性のゲストとして各種アルキルアンモニウムをイオン交換により層間に導入したものをホスト物質としてその層間に種々の光機能分子を導入し、さらにその光物性を詳細に検討した。アルキルアンモニウムとして、テトラメチルアンモニウム等の小さなものを用い、アンモニウムイオンのサイズと層電荷により細孔構造の制御を試みた。比表面積や細孔径分布の測定結果は、細孔が制御されたことを示した。また、その細孔内に1.10アントラキノンを吸着させその光過程を検討したところ、アンモニウムのサイズが大きくなるにつれ、層間の環境が変化することが明らかとなった。さらに、細孔内にジアセチレンを導入し、紫外光照射により重合を試みた。重合反応の進行は、有機アンモニウムイオンで交換したサボナイト層間ではほとんど進行せず、層間での立体的要因が反応を制限したものと推定された。一方、アルキルアンモニウムとして、長鎖アルキルアンモニウムを用いた場合は、炭素数12あるいは18のものを用い、アルキル鎖の本数を変化させた。アルキル鎖の配向について検討したところ、2本鎖並びに3本鎖のものでは、他のものに比べアルキル鎖がより垂直に近い形で配向してるものと推定された。層間にピレンを吸着させ、その光過程を検討したところ、ピレンのエキシマー形成は、アルキル鎖長や炭素数ではなく、アルキル鎖の配向状態に支配されることが明らかとなった。また、層間へのアゾベンゼンのインターカレーションを行ったところ、紫外光照射によりアゾベンゼンのトランス体による吸収ピーク強度が減少し、さらに可視光照射によりこの吸収ピーク強度は回復した。これより層間におけるアゾベンゼンの光異性化反応が可逆的に起こることが確認された。また、その挙動は温度及び層間のアルキル鎖の鎖長の違いにより異なることが明らかとなった。平成6年度は、各種有機アンモニウムイオン修飾粘土を作成し、その光機能有機分子の固定化媒体としての可能性を探索した。ホストに電荷密度の異なるスメクタイト族の粘土鉱物(フッ素雲母、モンモリロナイト、サポナイト等)を用い、陽イオン性のゲストとして各種アルキルアンモニウムを用いて合成を行った。マイクロポーラスな構造の構築を目的とした場合、アルキルアンモニウムとして、テトラメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、フェニルトリメチルアンモニウム等を用い、アンモニウムイオンのサイズと層電荷により細孔構造の制御を試みた。また、その細孔内に1,10-アントラキノン(DAQ)を吸着させその光過程を検討したところ、アンモニウムのサイズが大きくなるにつれ、層間の環境が変化することが明らかとなった。一方、アルキルアンモニウムとして、長鎖アルキルアンモニウムを用いた場合は、炭素数12あるいは18のものを用い、アルキル鎖の本数を変化させ、その層間環境の評価を行った。角度可変高感度反射測定装置(設備備品費で本年度申請)をIRと組み合せ、アルキル鎖の配向について検討したところ、2本鎖並びに3本鎖のものでは、他のものに比べアルキル鎖がより垂直に近い形で配向してるものと推定された。さらに、層間にピレン等の光プローブを吸着させ、その光過程を検討したところ、ピレンのエキシマー形成は、アルキル鎖長や炭素数ではなく、アルキル鎖の配向状態に支配されることが明らかとなった。

また、その挙動は温度及び層間のアルキル鎖の鎖長の違いにより異なることが明らかとなった。各種サポナイトの層間にジアセチレン(2,4-Hexadiyne-1,6-diol:DA)をインターカレーションさせ、その際サポナイトの層間カチオンにTMA・Naと大きさの異なるものを用い、吸着させるジアセチレンの環境が層間での重合反応に及ぼす影響を検討した。まず各種サポナイトを純水中に分散させ、超音波処理することにより均一に懸濁させ、この懸濁液を基板(石英、ガラス)上にキャスト、乾燥させることにより可視域でほぼ透明な薄膜を作成した。DAの各粘土薄膜へのインターカレーションは液相から反応させることで行った。すなわち、各粘土薄膜を密閉容器中に封入し、系内を減圧、加熱(150°C,5h)することで脱水処理を行い、その後密閉容器内を窒素雰囲気下で室温まで冷却し、各粘土薄膜表面にDAのエタノール溶液を滴下、エタノールを蒸発させることで反応を行った。得られた各試料薄膜にUV光を照射したところ、合成サポナイトの試料においては吸収スペクトルにおいて可視域に新たな吸収ピークが出現した。このピークは重合体によるものと帰属されることから、層間での重合反応の進行が確認された。一方、TMA型サポナイトにおいては、合成サポナイトの試料とは異なり可視域での新たな吸収ピークは見られず、重合反応は制限されていることが確認された。これらの実験結果は、層間に存在しているカチオンの大きさにより重合反応が立体的に制限されていることによるものと考えられた。平成8年度は、機能有機化合物の固定化手法をさらに探索し、また機能有機化合物の光反応についても検討した。1.有機アンモニウムイオン(Me_4N^+、Et_4N^+)、アンモニウムイオン(NH_4^+)、アルカリ金属イオン(Na^+、Li^+)、でイオン交換したサポナイト薄膜層間にジアセチレンを導入し、紫外光照射により重合を試みた。重合反応の進行は、有機アンモニウムイオンで交換したサポナイト層間ではほとんど進行せず、層間での立体的要因が反応を制限したものと推定された。また、層間のイオンをNa^+に固定して、いくつかの粘土鉱物を用いたところ、粘土鉱物のイオン交換容量が増加するに従って重合反応が容易に進んでおり、Na^+イオンによるジアセチレンの配列制御が重合反応を容易にした可能性が示唆された。2.層状粘土鉱物であるフッ素四ケイ素雲母(TSM)をアルキルアンモニウムでカチオン交換し、その層間へのアゾベンゼンのインターカレーションを行い、さらにこれを薄膜化した。基本面間隔が増大しており、またUV-Visスペクトルでアゾベンゼンの吸収ピークが見られたことから、インターカレーションが確認された。生成物は紫外光照射によりアゾベンゼンのトランス体による吸収ピーク強度が減少し、さらに可視光照射によりこの吸収ピーク強度は回復した。これより層間におけるアゾベンゼンの光異性化反応が可逆的に起ることが確認された。
メカニカルストレス応答分子ペリオスチンの変形性関節症発症への関与

平成18年度1)ヒト変形性関節症の病理学的検索東京大学付属病院で変形性股関節症と診断された大腿骨頭12例を用い、免疫組織化学及びIn situ hybridaizationを用いてペリオスチンの局在を検討した。ペリオスチンは、正常マウス及びヒト関節においては靱帯及び最も荷重がかかる関節軟骨の最表層にのみに局在が認められ、その他の部分の軟骨組織や骨外膜以外の骨組織では発現しないのに対し、変形性股関節症ではすでに関節軟骨の最表層は失われており、その他の骨組織での発現は明らかではなかった。一方、一部の滑膜組織ではペリオスチンの発現が認められた。また、ペリオスチンのレセプターとして知られているインテグリンαvβ3及びαvβ5を検出することを目的として、CD61の免疫染色を行ったところ、骨細胞・軟骨細胞・骨芽細胞・破骨細胞・線維芽細胞をはじめとした多くの細胞で陽性所見が得られた。2)変形性関節症モデルマウスの作製及びその病理学的検討(1)25-35週齢オスで約85%に変形性膝関節症を生じる、STR/Ort近交系マウスの関節炎の病理学的検討を行ったところ、進行した関節炎の状態ではすでに関節軟骨は摩耗しており、ペリオスチンの発現は認められなかった。(2)このため、病態の進行に伴う変化の検討を目的として、ペリオスチン欠損マウスの同近交系への戻し交配を進める予定であったが、産出仔数が著しく少ないことが判明、さらに仔のうち10数%程度しか生存しないことが明らかになった。このため、戻し交配によるペリオスチン欠損マウスの作製は断念せざるを得なくなった。以上の結果より、正常軟骨細胞ではペリオスチンは産生されておらず、関節を構成する滑膜組織等から分泌されたものが、軟骨組織には他の細胞外基質を介して沈着している可能性が高い。今後は関節周囲支持組織に着目をして、検討を進めていく予定である。
赤外ふく射加熱によるブレンドポリマーのモルフォロジ及び材料物性の能動的制御

本年度は,選択ふく射加熱ならびにプロセス条件が与えるブレンドモルフォロジへの影響を定量的に評価することで本研究で提案する手法の有効性/制御性を検討した。実験では母相としてポリスチレンを97wt.%,分散相として炭素粉を含有するポリエチレンを3wt.%含む試験ブレンドを用いた.樹脂可塑化装置の出口部にふく射加熱用の窓を有する試験ダイを接続し,その内部において平均せん断速度255s^<-1>で流動しているブレンド材料に対して選択ふく射加熱を行った.ふく射加熱源にはYAGレーザを使用したが,その発振波長である1063nmにおけるポリスチレンとポリエチレンの吸収係数はそれぞれ46と102,000m^<-1>であることが分光測定により求められた.このような条件下におけるブレンド状態の変化を観察するために,ダイより押し出された試料をウォータバスにより急冷し,そのモルフォロジの固定を行った.次いで母相であるポリスチレンをトルエンに溶出させ除去し,分散相のポリエチレンの形状ならびに大きさを電子顕微鏡を用いて測定した.選択ふく射加熱を行うことで,分散相であるポリエチレン液滴のブレークアップが促進され,平均粒子径が小さくなることが示された.またその促進度合いに対して,本実験で使用した供試材料においては溶融温度やせん断速度といった成形条件よりも,系に供給したふく射強度が大きく影響することが明らかとなった.さらにその影響は単純ではなく,ブレンド材料の分散促進に対して最適なふく射強度が存在することが示唆された.この点を検討するために,樹脂の粘度比に対して分散相の粒子径に成形条件や物性値を加味することで得られる無次元数(キャピラリ数)をプロットすることでマスターカーブを作成し考察を行った.その結果,選択ふく射加熱によるブレンドモルフォロジ(分散相の平均粒子径)の変化は従来のせん断速度や材料の粘度比の変化と同等に議論できることが明らかとなった.以上の知見より,本研究で提案する手法が従来手法とは異なったアプローチであるにも関わらず,同じくブレンドモルフォロジを制御し得る新たな手法として成立することを確認した.本年度は、本研究で提案する樹脂ブレンド材料の選択加熱手法の実現性について、基礎的な検討を計算及び実験解析の両面から行った。まず予備実験として、紫外可視分光光度計及びFT-IRを用いて、候補となる供試樹脂のふく射吸収特性の測定を行った。それとは独立して、様々な溶融温度及び歪み速度における樹脂粘度変化の測定も行った。その結果、ふく射加熱源としてYAGレーザを、試験的なブレンド材料として、ポリスチレンと低密度ポリエチレンを使用することとした。ただし、ふく射吸収係数に十分な差をつけるために、高粘度成分で分散相となるポリスチレンには予め炭素粉を1wt.%で混入した。続いて、二次元の非定常伝熱計算解析により、様々なふく射強度下におけるポリスチレン相とポリエチレン相の温度変化を予測した。その結果、0.10.2秒程度の極めて短いふく射照射により、直径100ミクロンのポリスチレン分散相のみが約20°C加熱されることが示された。この温度予測結果と粘度測定結果より、等温状態では23倍あった供試樹脂間の粘度差がほぼ無くなることが推察された。以上の結果に基づいて、押出成形を模擬した系に対し本手法の適用を試みた。すなわち、押出ダイ壁面の一部をふく射エネルギに対して透明なウインドウに交換し、その部分より190W/cm^2の強度でYAGレーザを導入した。実験では、3wt.%のポリスチレンをポリエチレンの中へ混合したものを用いた。ウインドウを介してポリスチレン液滴の変形を直接観察した結果、選択ふく射加熱により液滴の形状が劇的に変形し、そのアスペクト比は5を上回ることが明らかとなった。また得られた試料のポリスチレン相のモルフォロジを電子顕微鏡により観察した結果、直径200ミクロン程度の液滴が短径30ミクロン程度の細長いファイバーに変形したことが明らかとなった。実験では母相としてポリスチレンを97wt.%,分散相として炭素粉を含有するポリエチレンを3wt.%含む試験ブレンドを用いた.樹脂可塑化装置の出口部にふく射加熱用の窓を有する試験ダイを接続し,その内部において平均せん断速度255s^<-1>で流動しているブレンド材料に対して選択ふく射加熱を行った.ふく射加熱源にはYAGレーザを使用したが,その発振波長である1063nmにおけるポリスチレンとポリエチレンの吸収係数はそれぞれ46と102,000m^<-1>であることが分光測定により求められた.このような条件下におけるブレンド状態の変化を観察するために,ダイより押し出された試料をウォータバスにより急冷し,そのモルフォロジの固定を行った.次いで母相であるポリスチレンをトルエンに溶出させ除去し,分散相のポリエチレンの形状ならびに大きさを電子顕微鏡を用いて測定した.選択

ふく射加熱を行うことで,分散相であるポリエチレン液滴のブレークアップが促進され,平均粒子径が小さくなることが示された.またその促進度合いに対して,本実験で使用した供試材料においては溶融温度やせん断速度といった成形条件よりも,系に供給したふく射強度が大きく影響することが明らかとなった.さらにその影響は単純ではなく,ブレンド材料の分散促進に対して最適なふく射強度が存在することが示唆された.この点を検討するために,樹脂の粘度比に対して分散相の粒子径に成形条件や物性値を加味することで得られる無次元数(キャピラリ数)をプロットすることでマスターカーブを作成し考察を行った.その結果,選択ふく射加熱によるブレンドモルフォロジ(分散相の平均粒子径)の変化は従来のせん断速度や材料の粘度比の変化と同等に議論できることが明らかとなった.以上の知見より,本研究で提案する手法が従来手法とは異なったアプローチであるにも関わらず,同じくブレンドモルフォロジを制御し得る新たな手法として成立することを確認した.