hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
C/C複合材料の耐酸性被膜接着力評価技術の開発

炭素繊維強化炭素基(C/C)複合材料の表面に施したSiCの耐酸化コーティングに関して、新たに提案したプランジャー法による測定を試み、さらに知見結果に対して解析的な検討を行った。また、今年度導入した試験装置微少硬度計を用いた実験的な予備検討を行った。新提案のプランジャー法によれば、SiCコーティング/C/C複合材料間の界面に良好な被面を形成できることが確認された。この方法は従来より接着強度評価に使われてきたRap-shear法に比べて、微少なサンプルでも評価できる点にメリットがある。ただし、プランジャー法では界面に鋭い応力分布と応力上の特異点が現れ、破壊基準を明らかにするために、何らかの解析的検討が必要になる。本研究では、有限要素法(FEM)を用い、この界面の破壊現象に対しての破壊力学的な解析を行った。その結果、エネルギー開放率を破壊基準に用いれば、コーティング厚さや処理温度の異なる広範な材料系に対して、コーティング接着層の破壊の生起が評価・予測可能であることが確認された。さらに局所的な界面強度とコーティング層内の応力分布を評価するために、新規に導入した微少硬度計を使った予備検討を行った。圧子にビッカース用やヌープ等様々なものを使用し、圧子押し込み試験を行いコーティング層の応力及び界面強度の評価が可能であるとの見込みを得るにとどまった。炭素繊維強化炭素基(C/C)複合材料の表面に施したSiCの耐酸化コーティングに関して、新たに提案したプランジャー法による測定を試み、さらに試験結果に対して解析的な検討を行った。新提案のプランジャー法によれば、SiCコーティング/C/C複合強度評価に使われてきたRap-shear法に比べて、微小なサンプルでも評価できる点にメリットがある。本研究では、有限要素法(FEM)を用い、この界面の破壊現象に対して破壊力学的な解析を行った。圧子にビッカース用やヌープ等様々なものを使用し、圧子押しこみ試験を行いコーティング層の応力及び界面強度の評価が可能であるとの見込みを得るにとどまった。ただし、圧子の形状に対してはさらなる最適化の余地がある。この件に関しては来年度の主要課題としたい。炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)は、高耐熱性・軽量・高強度・高靭性を併せ持つ希有な材料である。しかしながらC/C複合材料には、高温で容易に酸化され揮散するという大きな欠点があり、この欠点を克服する方法として、C/C複合材料表面に耐酸化被膜を施す技術が提案されている。耐酸化被膜は通常50100mm程度の厚さで用いられるが、どのような界面を形成させれば良いかを評価するために、脆く薄い薄膜界面の評価技術、とりわけ耐酸化被膜・C/C複合材料間の界面接着力の評価技術の確立が必要になる。しかしながら、これまで厚く靭性の高い材料系に対しては、界面接着力評価技術の検討は進められてきたが、本研究のように脆い薄膜に対する評価技術は提案されていない。本研究の目的は、計測装置実用化のための基礎データを蓄積し、硬質薄膜の接着強度の測定技術を確立することにある。本年度は以下の二検討課題を実施した。1.接着力評価試験機の試作。(1)直接剪断法:ビッカース硬度計を改造し応力ー歪み関係を計測可能にすると共に、前年度試作した精密位置決めジグをその中に組み込み、改良を加えて試験装置として完成させた。

(2)遠心力法:前年度の結果を基に、最適とされたロータ及び供試材料の取り付けジグを試作し、これらをスピンテスターに設置してモードIの接着力評価を可能にした。2.上記2種類の試験機における荷重負荷状態及び破壊過程を計算機シュミレーションし、ひずみエネルギ開放率夜評価の妥当性を検証した。炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)は、高耐熱性・軽量・高強度・高靭性を併せ持つ希有な材料である。しかしながらC/C複合材料には、高温で容易に酸化され揮散するという大きな欠点があり、この欠点を克服するために、C/C複合材料表面に耐酸化被膜を施す技術が提案されている。耐酸化被膜は通常50100mm程度の厚さで用いられるが、どのような界面を形成させれば良いかを評価するために、脆く薄い薄膜界面の評価技術、とりわけ耐酸化被膜・C/C複合材料間の界面接着力の評価技術の確立が必要になる。しかしながら、これまで本研究のように脆い薄膜に対する界面接着力評価技術は提案されていなかった。そこで本研究では、新たな薄膜の界面接着力評価技術としてプランジャー法を提案するとともに、計測装置実用化のための基礎データを蓄積し、硬質薄膜の接着強度の測定技術を確立した。具体的には、プランジャー法の計測ジグを新たに設計・試作し、測定を繰り返すことによりプランジャー法による界面接着力評価のための最適条件を見い出し、本研究の方法の有効性を明らかにした。さらに、プランジャー法により求まる臨界エネルギ開放率による評価により、界面破壊荷重が解析的に予測可能になることを実証した。即ち、臨界エネルギ開放率を一旦求めれば、各種膜厚やコーティング処理温度が異なる耐酸化コーティングに関しても界面破壊荷重が推定可能であることを様々な条件下で明らかにした。
国際的な環境変化に伴う我が国の高等教育システムの機能別分化と規模適正化

本研究の目的は、我が国の学士課程教育において機関レベルで分化が進行する学習の実態と政府が進めようとする研究の規模に応じた機能別分化との間の整合性を確認することにある。全国調査を用いた量的研究では、我が国の国立大学工学部に10.1%の主体的学習者が存在し、主体的学習者の機関間分布と大学院の規模との間に関連性がないことが明らかになった。また、日米の先進的教育に関する質的研究では、大学関係者が、小規模、学科のない柔軟な構造、平等な人間関係、メンバーの文化的統合、企業との協力関係といった組織の特性を重視していることがわかった。その特性が主体的に行動するエンジニアの育成を可能にしている。本研究の目的は、学士課程教育における機関レベルの戦略的行動とシステムレベルの機能別分化とをつなぐメカニズムの解明にある。まず、我が国の大学の間で潜在的に進行している機能別分化の実態を把握し、分化したサブグループの規模について妥当性を評価する。それに向けて、本研究の領域は、(1)仮説のための理論研究[基礎]、(2)機能別分化に関する実証研究[応用]、(3)エリート校の教育開発と組織戦略に関するケーススタディ[発展]、の3つを含む。理論研究では、文献調査に基づいて政府と大学との関係の日米比較を行い、日本政府がアメリカの州政府と州立大学との関係を改革のモデルとして重視している点とその功罪について考察した。実証研究では、日本の大学の工学分野と経営学分野を事例に、在学生の学習関心によるマーケットセグメントを明らかにした。特に、工学分野では、学習関心は設置者、入試難易度、立地によって十分説明されず、機関特性がそれに影響していると考えられる。エリート校の戦略では、文献調査とすぐれた事例の探索を開始した。アメリカの私立研究大学、州立研究大学、私立リベラルアーツカレッジの間の異なる戦略について仮説を立て、データの解釈に適応することが今後の課題である。次年度は、少人数制と思考力育成をキーワードに、リベラルアーツカレッジの分析に取りかかる。つまり、パイロット調査と研究会によって、リベラルアーツカレッジが未発達である我が国の教育システムの診断には、こうした視点が不可欠であることがわかってきた。本研究の目的は、学士課程教育における機関レベルの組織特性とシステムレベルの機能別分化とを突き合わせ、両者の間の矛盾と一致を確認することにある。そのために、まず、我が国の大学で潜在的に進行している機能別分化の実態を把握し、分化したサブグループの規模の妥当性を検討する。研究計画は(1)仮説のための理論研究、(2)機能別分化に関する実証研究、(3)次世代リーダー育成のための組織戦略に関するケーススタディの3つのプロセスを含んでいる。理論研究では、高等教育レベルにおける革新的教育に関する文献調査を行った。また、実証研究に向けて、革新的教育を可能にする組織マネジメントについて考察した。現在、教育改革の新しい方向性に関する議論を、理工系分野を事例に、産業からの要望と大学の対応という観点からまとめている。実証研究では、高い学習動機を持ち主体的に行動できることが次世代リーダーに強く求められているという前提に立ち、日本の国立大学工学部の教員を学生の主体性育成という観点から4つのグループに分類した。その結果、主体性の育成に熱心な教員グループの規模は、大規模校で5.5%、中規模校で7.7%、小規模校で20.7%であった。つまり、次世代リーダーの育成に熱心な教員は機関の規模が大きくなると比率が減少する一方で、どの機関にも少数分布しており、この結果は、これまで政策提言で行われてきた大学院の規模に基づくシステムレベルの機能別分化と必ずしも一致しない。ケーススタディのためのデータ収集は、日本の国立大学工学部およびアメリカのリベラルアーツカレッジ、工科単科大学を対象に行った。分析からそれぞれの機関が取り組む革新的教育には、プロジェクト型教育、産学連携教育、ティームティーチングによる学際的教育という共通の傾向が明らかになった。まず、我が国の大学で潜在的に進行している機能別分化の実態を把握し、分化したサブグループの規模の妥当性を検討する。研究のプロセスは(1)仮説のための理論研究[基礎]、(2)機能別分化に関する実証研究[応用]、(3)次世代エリート育成に向けた組織戦略に関するケーススタディ[発展]の3つに分かれる。理論研究では、政府と大学との関係に関する日米の文献調査を行った。実証研究に向けて、アメリカにおける大学のガバナンスの特徴と、ガバナンスに関する州のバリエーションを考察した。今後、日本に適したモデルの探索を進めていく。実証研究では、学生の主体性に着目し、日本の国立大学工学部を事例に学習者のセグメントを明らかにした。主体性に着目するのは、それが次世代リーダーの要件だと考えるからである。

主体的な学生は、入試難易度に関係なく、すべての機関に5%-18%の範囲で分布していた。ケーススタディのためのデータ収集は、リベラルアーツカレッジと研究大学の新キャンパスという北米の小規模大学を対象に行った。それらの機関は革新的な学士課程教育を積極的に推進しており、指導方法には、少人数制、チームティーチング、グループ学習、産学連携の課題解決型学習が積極的に取り入れられていた。今後は、革新的教育を可能にする組織的特性や地理的条件の分析に取りかかる。本研究の目的は、我が国の学士課程教育において機関レベルで分化が進行する学習の実態と政府が進めようとする研究の規模に応じた機能別分化との間の整合性を確認することにある。全国調査を用いた量的研究では、我が国の国立大学工学部に10.1%の主体的学習者が存在し、主体的学習者の機関間分布と大学院規模との間に関連性がないことが明らかになった。また、先進的教育に関する質的研究では、特に米国の大学関係者が、エンジニア育成で高い効果を上げるために、大学組織について小規模、柔軟、平等、文化的統合という特性を重視していることが明らかになった。26年度が最終年度であるため、記入しない。教育社会学26年度が最終年度であるため、記入しない。(1)理論研究、(2)機能別分化に関する実証研究、(3)エリート校の教育開発と組織戦略に関するケーススタディ、の3つの領域において、それぞれ調査が進み、一定の成果が得られたため。(1)理論研究、(2)機能別分化に関する実証研究、(3)次世代リーダー育成のための組織戦略に関するケーススタディの3つの領域において、それぞれ調査が進み、一定の成果が得られたため。(1)理論研究、(2)機能別分化に関する実証研究、(3)次世代エリート育成に向けた組織戦略に関するケーススタディの3つの領域において、それぞれ調査が進み、一定の成果が得られたため。次年度は、本年度の調査研究を発展させるために日米比較を中心とする理論研究と実証研究を推進する。マクロレベルでは、州政府のガバナンスの比較、ミクロレベルではケーススタディの開始が課題である。次年度は、在学生、卒業生からデータを得、革新的教育の学習効果と高い学習効果をもたらす組織的要因を機能と規模の観点から分析する。また、これまで進めてきた、理論研究、政府のガバナンスに関するマクロレベルの実証研究、そして革新的教育の実践とその戦略に関するミクロレベルの実証研究を統合し、本研究を通して得られた知見を報告書にまとめる予定である。次年度は、本年度の研究に基づき、さらに北米地域を中心とする理論研究と実証研究を推進する。マクロレベルでは、政府による大学のガバナンスの比較について、ミクロレベルでは革新的教育と組織戦略のケーススタディについてまとめに取りかかる。
ｉＰＳ細胞由来の高純度間葉系幹細胞を用いた新規歯周組織再生療法に関する研究

本研究では、iPS細胞からの間葉系幹細胞(MSC)作製を目的としたが、そのMSCを得ることができなかった。そこで新規歯周組織再生療法開発にMSCを使用した。我々はチタンインプラント表面への歯周組織構築を目指し、歯根発生期に重要なエナメルマトリックスタンパク(EMD)を用いた。EMDを固定したチタン(Ti-EMD)上では、MSCのVEGF産生が亢進した。Ti-EMD上ではセメントマーカーのCEMP1の遺伝子発現が亢進した。EMD刺激のMSCではCEMP1タンパクの発現を認めた。EMD刺激で石灰化物の沈着も確認された。本研究では、MSCからCEMP1陽性細胞へと分化させることができた。本研究では、脱分化脂肪細胞の作製手技を模倣し、iPS細胞を成熟脂肪細胞へ分化させ、そこから高純度の間葉系幹細胞を得ることを目的としていた。iPS細胞から成熟脂肪細胞への分化についてはフィーダー細胞を用いることで、効率よく分化させることに成功した。しかしながら、分化した脂肪細胞を脱分化脂肪細胞の作製手技に準じて脱分化を試みたが、間葉系幹細胞様細胞を得ることはできなかった。また、いくつかの論文で紹介されていたiPS細胞から間葉系幹細胞様細胞へ分化させる方法を試みたが、我々の研究室ではこれらの方法をもってしても間葉系幹細胞様細胞を得ることはできなかった。iPS細胞から高純度の間葉系幹細胞を得るためには別のアプローチをとり、これは今後も継続していくこととする。本研究の最終目標である歯周組織再生を間葉系幹細胞を用いて行うこととした。我々はチタンインプラント表面への歯周組織構築を目指し、歯周組織再生型インプラントの開発を行う。チタン表面への歯周組織構築には、歯根の発生期を模倣し、エナメルマトリックスタンパクを用いる。トレシルクロリドにてチタンを処理することで、エナメルマトリックスタンパクをチタン上へ固定した。そこへ間葉系幹細胞を播種しその細胞の解析を行った。まず、Cell viabilityについては全く問題はなかった。次に、エナメルマトリックスタンパクを固定したチタン上では播種した間葉系幹細胞のVEGF産生が亢進した。さらにその細胞の遺伝子解析を行ったところ、未処理のコントロール群と比較して、セメント芽細胞のマーカーとして知られる、CEMP1やCAPの発現が亢進していた。本研究は、iPS細胞をもとに高純度の間葉系幹細胞(MSC)への分化法を確立し、分化誘導された間葉系幹細胞(iMS細胞)を用いた歯周組織再生療法への応用の基盤を築くことを目的とする。現在我々は、脂肪組織に由来する脱分化脂肪細胞(De-differentiated fat cells:DFAT)を用いた歯周組織再生に関する研究にも取り組んでいる。DFATは成熟脂肪細胞から天井培養と呼ばれる方法で培養することにより生じる細胞群で、高い増殖能と多分化能を有しており骨髄由来間葉系幹細胞や脂肪由来幹細胞に比べ、非常に純度の高い幹細胞が入手可能である。この技術をiMS細胞作製に応用することで高純度の細胞集団を得ることができると考えた。すなわち、iPS細胞を脂肪細胞へ分化させ、その成熟脂肪細胞を天井培養することで非常に純度の高い幹細胞集団を得ることを試みた。まずは従来の方法に従い、iPS細胞から胚様体をつくり脂肪分化培地で培養することで、脂肪滴を有したOil red O染色陽性の脂肪細胞を得ることでできた。しかしながら、この分化させた脂肪細胞は生体由来の成熟脂肪細胞のように培養液上に浮遊することができないため、天井培養ができなかった。次に、ROCKインヒビターを脂肪分化に用いることで効率よく分化し、分化期間の短縮もできた。しかしこの方法で分化させた脂肪細胞も天井培養はできなかった。これまでに報告されている脂肪細胞分化法では、生体にある成熟脂肪細胞のような大きな脂肪滴を有した脂肪細胞への分化は困難であることが分かった。そこで、我々はフィーダー細胞上で脂肪細胞へ分化させたところ、従来の方法で得られる脂肪細胞と違い、非常に大きな脂肪滴を有した脂肪細胞を得ることが可能となった。本研究では、iPS細胞を間葉系幹細胞(MSC)へ分化させることを目的としていた。結果的には様々な分化方法を試みたものの、我々の研究室ではiPS細胞からMSCへ分化させることは出来なかった。そこで、本研究の最終目標である「歯周組織再生」に、MSCを用いることとした。我々はチタンインプラント表面への歯周組織構築を目指し、歯周組織再生型インプラントの開発を試みた。チタン表面への歯周組織構築には、歯根の発生期を模倣し、エナメルマトリックスタンパク(EMP)を用いた。

EMPを固定したチタンディスク(EMPチタン)上では、MSCは有意にVEGFの産生が亢進し、細胞障害性はなかった。歯根最表層に形成されるセメント質に着目し、セメント芽細胞のマーカーについて解析した。EMPチタン上ではセメントマーカーのCEMP1、CAPいずれも遺伝子発現が亢進しており、Nogginの添加でCEMP1の発現は更に亢進した。CAPについてはNogginの影響は見られなかった。Alizalin Red染色によりEMP添加で石灰化物の沈着が確認されたが、Nogginの添加でやや石灰化の抑制が見られた。CEMP1のタンパク発現解析を細胞免疫蛍光染色法にて行ったところ、EMP刺激のMSCでは細胞質内にCEMP1の発現を認めた。さらに、歯根形成や歯周組織形成が低酸素状態で起こることが報告されていることから、EMP存在下にて低酸素模倣剤であるDFOを添加することで、CEMP1の発現が亢進することが示された。本研究では、MSCからCEMP1陽性細胞へと分化させることができた。しかしながら、その細胞がセメント芽細胞であることは証明されていないため、さらなる検討が必要である。歯周病学本研究では、脱分化脂肪細胞の作製手技を模倣し、iPS細胞を成熟脂肪細胞へ分化させ、そこから高純度の間葉系幹細胞を得ることを目的としていた。iPS細胞から成熟脂肪細胞への分化についてはフィーダー細胞を用いることで、効率よく分化させることに成功した。しかしながら、分化した脂肪細胞を脱分化脂肪細胞の作製手技にて脱分化を試みたが、間葉系幹細胞様細胞を得ることはできなかった。また、いくつかの論文で紹介されていたiPS細胞から間葉系幹細胞様細胞へ分化させる方法を試みたが、我々の研究室ではこれらの方法をもってしても間葉系幹細胞様細胞を得ることはできなかった。iPS細胞から脂肪細胞への分化については容易にできるが、生体の成熟脂肪細胞のような大きな脂肪滴を有した脂肪細胞への分化には至っていないため、研究計画にある天井培養ができていない。しかしながら、これまでの脂肪細胞への分化法とは違い、われわれは新規の脂肪細胞への分化法を確立しつつある。iPS細胞から間葉系幹細胞を得る別のアプローチとして、共培養系を試みる。その一方で、歯周組織再生に関する研究として、チタンインプラント表面への歯周組織構築を目指し、歯周組織再生型インプラントの開発を行う。トレシルクロリドにてチタンを処理することにより様々な蛋白をチタン上に固定することができる。我々はチタンにエナメルマトリックスタンパクを固定し、そこへ間葉系幹細胞を播種することでセメント質マーカーの発現が亢進した。今後はそのシグナル解析とラット顎骨への埋入実験を予定している。我々の新規脂肪細胞分化法にさらなる改良を行い、生体にある成熟脂肪細胞と同等の脂肪細胞への分化法を確立する。その方法が確立したら天井培養が可能となり、iPS細胞から高純度の間葉系幹細胞が得ることができると思われる。当該年度に動物予備実験を予定しており実験動物の費用を計上していたが、in vitro実験の進行が予定より若干遅れ、動物実験を行えなかったことが当該助成金が生じた理由である。in vitro実験の進行を加速させ、動物実験を予定している。
スナネズミにおける妊娠黄体のプロジェステロン産生に関する研究

卵巣除去実験:スナネズミ妊娠中期以降の血中P_4量の低下から、妊娠中後期の妊娠維持に黄体の関与の小さいことが推察された。そこでこの時期の黄体機能を追究するために卵巣除去を行った。妊娠20日の卵巣除去で全胎子が死亡した。毎日4mg P_4皮下投与群の生存胎子の割合は偽手術群と同等となったが、1mg群での割合は有意に低下した。黄体組織培養実験:妊娠期(妊娠9,18,22日)の卵巣を採取し、黄体を卵巣から分離した。96穴プレートを使用し、1個ごとにRPMI1640(+5%FSC)液中で培養した。黄体を4時間培養後洗浄し、さらに24時間培養した。培養液中のP_4レベルは、妊娠が進むにつれて減少した。個体ごとの全黄体の合計P_4量では、妊娠9日が18と22日より有意に多かった。血清中P_4レベルは妊娠の経過とともに減少した。血中と培養液中のP_4レベルに有意な相関が示され、スナネズミ妊娠中の血中P_4は黄体に依存することが示唆された。スナネズミ黄体細胞の単離と培養:スナネズミ黄体細胞の機能をさらに解明するため、黄体細胞を分離し培養した。コナゲナーゼ0.05%、DNase0.005%、BSA0.1%中で37°C、15分間振とう培養による細胞分離法で良好な細胞の得られた。そして、妊娠9日には大型と小型細胞が存在し、妊娠18日では大部分が小型細胞であった。細胞培養では、LH投与群は妊娠9日と18日において無添加群に比べP_4放出量が有意に上昇した。しかし、妊娠期の間での差は認められなかった。PGF_2α投与群においては無添加群との間に明瞭な差は見られなかった。ステロイドホルモン合成系酵素の遺伝子発現:PregnenoloneからP_4を合成する3β-HSD活性についてRT-PCR法を用いて検討した。スナネズミ3β-HSDに対するプライマーがないことから、ラットとマウスのプライマー5種を用いた。その結果、ラット用プライマー1種から単一のバンドが検出され、ラットと同様の移動位置を示した。このプライマーを用い妊娠9日と18日におけるスナネズミ黄体の3β-HSD発現量を比較したところ、両者の間に明瞭な差は見られず、黄体組織・細胞からのP_4放出量の結果と異なるものだった。卵巣除去実験スナネズミ妊娠中期の血中P4量の低下から、妊娠中期および後半における妊娠維持に黄体の関与の小さいことが推察された。このことから妊娠中期以降の黄体機能を追究するために妊娠20日に卵巣除去手術およびP4の代償性投与を行い、妊娠継続および胎児への関与を調べた。

その結果、卵巣を除去すると妊娠個体の体重は術後1日で有意に減少し、妊娠24日の剖検時まで回復することはなく、また全胎児の死亡が明らかとなった。除去個体にP4を毎日4mg皮下投与すると、剖検時の生存胎児の割合は偽手術対照群と同等となった。しかし、1mg投与群ではその割合は有意に低かった。4mgP4とともにE2を投与した群では、4mgP4投与群と比較すると生存胎児割合のわずかの減少と胎児重量の低下が認められ、他の齧歯類動物で報告されているような、E2の維持増強効果はみいだせなかった。黄体組織培養実験本研究室の研究結果から、スナネズミ妊娠期における血中P4濃度のパターンがラットやマウスと異なることが示されている。そこで妊娠期の黄体を培養し、その機能を追究することとした。黄体をin vitroで培養し、P4の放出パターンを調べる実験を行うため、培養システムを構築することから着手した。その後、妊娠前期(妊娠9日)と中・後期(妊娠18日)の卵巣から黄体を分離し、培養液へのP4の放出量を測定するため、現有のステロイドホルモン測定システムを用いた。その結果、これまでの報告と同様、血中P4濃度は妊娠9日のほうが妊娠18日より高いことが確認された。そして、妊娠9日黄体における24時間後の培養液へのP4放出量は、妊娠18日のものより多いことが明らかとなった。この結果から、今後は黄体細胞を単離し、培養することを試みることとした。黄体組織培養(甲斐)と放出プロジェステロンの測定(園田)妊娠期(妊娠9,18,22日)の卵巣を採取し、黄体を卵巣から分離した。96穴プレートを使用し、1個ごとにRPMI1640(+5%FSC)溶液中で培養した。血清中や培養液中のP_4レベルは市販のEIA測定キット(Cayman社)を用いて測定した。黄体は4時間培養後洗浄することで培養液を更新し、さらに24時間培養した。培養後の培養液中のP_4レベルは、9,18そして22日と妊娠が進むにつれて減少した。個体ごとの全黄体の合計P_4量では、妊娠9日は18と22日より有意に多かった。血清中P_4レベルはこれまでの報告同様、妊娠の経過とともに減少した。血中と培養液中のP_4レベルには有意な相関が示され、スナネズミの妊娠中の血中P_4は黄体に依存することが示唆された。黄体細胞培養(甲斐)と放出プロジェステロンの測定(園田)妊娠期(妊娠9,18,22日)の卵巣を採取し、分離した黄体をコラゲナーゼにより分解し、パーコール比重液により細胞を単離した。共焦点レーザー顕微鏡による観察で20μm程度の大型細胞と10μm程度の小型細胞が認められ、大型細胞の割合は妊娠9日のほうが多かった。大型細胞集団の存在はフローサイトメーター解析でも認められた。単離細胞を4x10^4個ごと96穴プレートに播種し、24時間培養した。培養液だけの対照群の培養液中のP_4量では、妊娠9日が18日よりほぼ2倍多く、LH(1-1000ng/ml)を培養液に添加した場合、その放出量は上昇した。これに対し、PGF2α(0.1-100pmol/ml)を培養液に加えた場合には、無添加群とほぼ同等かより低下した。ラット妊娠16日の同数の細胞と比較すると、無添加群とLH添加群のいずれも、スナネズミのほうが有意に多くのP_4を放出することが明らかとなった。これらのことから、スナネズミでは妊娠中のP_4産生において黄体が重要であることが示された。スナネズミ黄体細胞の単離と培養:スナネズミ黄体細胞の機能の解明を行うために、スナネズミ黄体細胞の分離法を検討すると共に、黄体細胞のサイズおよびLHやPGF2 αに対する反応性をP4放出を比較することにより検討した。
抗癌剤が腫瘍特異的免疫反応を増強するメカニズムの解析と臨床応用に関する検討

担癌患者において抗癌剤が免疫系に与える影響を、術前化学療法前後の食道癌、膵癌切除検体を比較し検討したところ局所に浸潤する免疫細胞が変化する事が明らかになった(CD4,CD8,CD45ROの増加、Tregの減少)。各種celllineが抗原提示能を増強(Immunogeniccelldeath)させる至適抗癌剤濃度を検定し、マウス片側背部に免疫原として皮下注射し、一定期間後に反対側に癌細胞を移植し腫瘍の増殖状況を解析したところ腫瘍の発育を抑制した。腫瘍周囲間質にはリンパ球、樹状細胞浸潤数が増えていた。現在、浸潤リンパ球内の分画や腫瘍抗原特異性を解析中である。抗癌剤が免疫系に与えるメカニズムを解析するために、マウスモデルでの実験系を新たに構築した。抗癌剤暴露により、抗原提示に関わる細胞内タンパクの一つであるCalreticulinが細胞表面へ移行し、癌細胞の抗原提示する事実(Immunogenic cell death)に着目し、in vitroの系でcell lineが抗原提示能を増強させる至適抗癌剤濃度を検定した。マウス細胞株としてCT26細胞16細胞、LLC細胞、マウスはBalb/cAJclを使用した。抗癌剤はMitoxantron、Camptothecin、Mitomycin C、Fluorouracil、Cisplacin、Gemcitabinの6種類を使用した。細胞増殖Assay、Flow cytometryにてImmunogenic cell deathを誘導する至適抗癌剤を決定し、抗癌剤暴露後の細胞膜表面でのCalreticulinの発現を調べた。次に24時間抗癌剤を暴露したマウス癌細胞株をBalb/cAJclの左脇に注射し免疫した。7日後に対側にマウス癌細胞株を移植し、腫瘍の生着状況、腫瘍体積を計測し、細胞膜表面でのCalreticulin発現量と腫瘍体積の関係を調べた。また生着した腫瘍は抗CD3抗体を用いた免疫染色により腫瘍浸潤Tリンパ球(TIL)数を計測し、細胞膜表面でのCalreticulin発現量との関係を調べた。これらの実験の結果、抗癌剤の種類により細胞膜表面でのCalreticulinの発現に違いが認められ、移植モデルにおいてB16細胞、LLC細胞で細胞膜表面でのCalreticulinの発現量と腫瘍体積はそれぞれR2=0.58,R2=0.57と強い逆相関が認められた。またCalreticulinの発現量とTIL数においてもB16細胞、LLC細胞でそれぞれR2=0.36と強い相関が認められた。この一年間に各種癌切除切片におけるHLAの発現率とリンパ球浸潤の関係を主に食道癌について解析した(Tsuchikawa T, et al. Clin Exp Immunol. 2011)。さらに、担癌患者において抗癌剤が免疫系に与える影響を、NAC前後の食道癌切除検体を比較することにより検討したところ、術前抗癌剤投与によりHLA発現が亢進されリンパ球浸潤が促進されることが明らかとなった(Tsuchikawa T,et al. Ann Surg Oncol. 2011)。この抗癌剤が免疫系に与えるメカニズムを解析するために、マウスモデルでの実験系を新たに構築した。抗癌剤暴露により、抗原提示に関わる細胞内タンパクの一つであるCalreticulinが細胞表面へ移行し癌細胞の抗原提示能が増強するする事実(Immunogenic cell death)に着目し、in vitroの系でいろいろなcell lineが抗原提示能を増強させる至適抗癌剤濃度を検定した。次にImmunogenic cell deathを誘発する至適抗癌剤濃度で前処置した細胞を、マウス片側背部に免疫原として皮下注射した。一定期間後に反対側に癌細胞を移植し腫瘍の増殖状況を解析した。この結果、至適抗癌剤濃度でImmunogenic cell deathを起こした細胞は、免疫原性を増強し、マウス反対側背部に移植した腫瘍の発育を抑制することが確認された。さらに発育抑制された腫瘍周囲間質にはCD3陽性リンパ球浸潤数も増えていることが判明した。現在、浸潤リンパ球内のメモリーT細胞数や腫瘍抗原特異性を解析中である。当初計画では平成23年度においては、(1)in vitroおよびin vivoの系でのcalreticulin発現検索(2)各種抗癌剤による、培養癌細胞の細胞表面calreticulin発現の変化の解析平成24年度に予定した研究計画は、(3)抗癌剤処理培養細胞の免疫原性の検討と特異的免疫誘導の有無の解析(4)術前化学療法施行前後の局所免疫環境の変化の検討(5)食道癌切除切片におけるcalreticulin発現の局在変化の検討(6)他癌腫、他種抗癌剤に応用範囲を検討であったが、臨床検体の解析が予想以上に進み、論文投稿アクセプトという形で研究結果が形になった。

上記6項目の内、(3)(5)(6)に関して、移植腫瘍細胞による特異的免疫誘導能の評価を今後は進めていきたい。また抗癌剤による免疫系の活性化が、他の癌腫、他の抗癌剤でも誘導し得るかどうかも検討したい。
非線形波動方程式の解の特異性の伝播の研究

1.小川卓克氏,E.Kaikina氏,P.I.Naumkin氏とともに,Benjamin-Ono方程式の解が時空間変数に関して解析的になるための十分条件について研究を行った。初期値について原点に特異性をもつことが可能なある条件の下で,時間が少しでも経つと時空間変数に関して解析的になることがわかった。3.非線形波動方程式の解の特異性伝播の研究を行った。具体的には、非線形項がKlainermanの意味の零条件を満たすとき、そうでないときに比べて特異性伝播の定理が改善されることがわかった。この問題に関しても、現在、論文を準備中である。2.小松彦三郎氏,韓国・ソウル大のKim Dohan氏とともに,非線形偏微分方程式の広義の解についての研究を開始した。しかしながら,まだ発表するだけの成果は得ていない。この研究のため,Kim Dohan氏を韓国・ソウルより招聘した。3.KdV方程式や非線形Schroedinger方程式に対しては非常に有効であったJ.BourgainによるFourier ristriction normの方法は,従来,Benjamin-Ono方程式に対しては有効でなく,今まで得られていた以上の結果は得られないとされていた。しかしながら,通常の形ではなく,少し変形した形のFourier ristriction normを用いれば,Benjamin-Ono方程式に対しても有効である可能性があることがわかった。ただし,この研究も現在継続中であり,まだ,発表するに足るだけの成果は上げていない。1.昨年度に引き続きBenjamin-Ono方程式の解の存在についての研究を行った。KdV方程式や非線形Schroednger方程式に対しては非常に有効であったJ.BourgainによるFourierristriction normの方法は,従来,Benjamin-Ono方程式に対しては有効でなく,今まで得られていた以上の結果は得られないとされていたが,通常の形ではなく,少し変形した形のFourier ristriction normを用いれば,Benjamin-Ono方程式に対しても有効であることがわかった。この話題に関して,東北大学,熊本大学で講演を行った。現在,この問題に関する論文を執筆中である。2.非線形波動方程式の特異性伝播の研究を行った。単独の非線形波動方程式に対し,非線形項がNull条件を満たす場合には,今まで得られている結果より弱い条件で特異性が伝播することがわかった。ただし,まだ発表する段階にはいたってはいない。2.非線形波動方程式の解の特異性伝播の研究を行った。
代替燃料を対象とした広域空間火炎・圧力波面挙動に関する研究

本研究は,代替燃料が漏洩・爆発した際のリスク評価における新しい解析手法の提案を行うものである.これまでは経験的手法を用いて爆発事故被害は予測されてきたが,詳細な物理現象を模擬できる数値解析モデルを利用した評価手法を新たに提案した.代替燃料が漏洩した際の漏洩モデルを構築するために,実験的・解析的アプローチを実施した.また,代替燃料が燃焼した際の詳細化学反応モデルの開発・縮退を実施し,燃焼解析に実装し検証した.本研究は,代替燃料が漏洩・爆発した際のリスク評価における新しい解析手法の提案を行うものである.これまでは経験的手法を用いて爆発事故被害は予測されてきたが,詳細な物理現象を模擬できる数値解析モデルを利用した評価手法を新たに提案した.代替燃料が漏洩した際の漏洩モデルを構築するために,実験的・解析的アプローチを実施した.また,代替燃料が燃焼した際の詳細化学反応モデルの開発・縮退を実施し,燃焼解析に実装し検証した.本研究は、エタノール/ジメチルエーテル/水素といった代替燃料が漏洩・爆発した際のリスク評価の新しい解析手法の提案を行う。これまで経験的手法を用いて爆発事故被害は予測されてきたが、経験の少ない新たな代替燃料に対して安全基準を設けることは長い期間が必要となる。そこで、詳細な物理現象を模擬できる数値解析モデルを開発し、評価手法(漏洩から爆発、圧力伝播まで)を確立する。これにより安全なエネルギー利用の幅を広げることができる。平成22年度作業:1.燃料濃度分布を考慮することができる燃焼モデルの開発大規模空間での燃焼現象には火炎を層流火炎の集まりとして表現するFlameletが有効であると考える。一方で化学反応の速度を無視しているため、化学反応速度に関わる詳細な挙動を追うことができない。そこで、本年度はFlameletモデルの他、laminar finite lateモデルを用いて解析することでモデルの特徴を理解した。Flameletモデルは燃焼速度加速効果を経験的に入れることができる一方、実験式が必要となる。laminar finite lateモデルは、燃料によっては素反応が解明されているが、正確な乱流と反応の相互作用評価のために、非常に大規模な格子点数が必要であり、今回の解析対象では難しいことがわかった。2.LEMによる火炎面不安定性現象の再現当初フロントトラッキング法を用いて火炎面を追跡することにより、火炎面の微細構造を再現し、燃焼加速効果を再現することを想定していた。しかし、ジョージア工科大学のMenon教授とアメリカ航空宇宙学会にて議論し、Linar Eddy Model (LEM)を用いて化学反応に対する乱流の影響を考慮することを検討した。本年は燃焼モデルのLEM部分のコード作成まで終了した。来年度、LEMを流体解析プログラムに組み込み解析を実施しその効果を明らかにする。本研究は、エタノール/ジメチルエーテル/水素といった代替燃料が漏洩・爆発した際のリスク評価の新しい解析手法の提案を行う。これまで経験的手法を用いて爆発事故被害は予測されてきた。経験の少ない新たな代替燃料に対して安全基準をこれまでのように設けることは長い期間が必要となり、代替燃料導入における基準作りが難航することが予想される。そこで、詳細な物理現象を摸擬できる数値解析モデルを開発し、評価手法(漏洩・拡散から爆発、圧力伝播まで)を確立する。平成23年度作業ジョージア工科大学のMenon教授とアメリカ航空宇宙学会およびジョージア工科大学にて議論し、Linar Eddy Model(LEM)を用いて化学反応に対する乱流の影響を考慮することを検討した。本年は基礎的な噴流火炎を用いてテスト解析を実施し、爆発現象再現時に重要となる燃料濃度分布が存在する部分予混合状態において、本手法が有効であることを示した。代替燃料が漏洩・拡散するような場合は混合状態が複雑であることが予想される。そのため、本手法は予混合、部分予混合、拡散火炎といった火炎の形態を選ばず適用できる点で他の燃焼モデルよりも優れている。来年度は火炎不安定現象を再現するために、反応モデル等の影響を確認すると共に、爆発現象への適用を試みる。本研究は、エタノール/ジメチルエーテル/水素等の代替燃料が漏洩・爆発した際のリスク評価における新しい解析手法の提案を行うものである。これまでは経験的手法を用いて爆発事故被害は予測されてきた。そこで、詳細な物理現象を模擬できる数値解析モデルを開発し、評価手法(漏洩・拡散から爆発、圧力伝播まで)を確立する。これにより安全なエネルギー利用の幅を広げることが可能となる。【漏洩モデル作成のための蒸発試験】代替燃料が漏洩した際の漏洩モデルを構築するために、加熱した平板の上に代替燃料を流し、入熱量と蒸発の様子を観察した。加熱量によって蒸発の様子が異なることを理解し、漏洩モデルの開発に利用した。【代替燃料詳細化学反応モデルの縮退と実装】代替燃料の詳細化学反応モデルは化学種の数が非常に多いため、流体とカップリングして燃焼解析を実施するには解析負荷が大きく現実的ではない。そこで、ある圧力条件の範囲で精度を保つことができるよう化学種の数を縮退し、燃焼解析コードに実装した。検証のために、代替燃料の燃焼試験結果を持つドイツ航空宇宙センター(DLR)の研究者に協力を仰いだ。具体的には、DLRのメタン/酸素燃焼試験対応解析を実施し解析と比較した。解析結果は試験結果をよく再現しており、その実績は2013年ヨーロッパの航空宇宙学会にて発表予定である。

また、代替燃料の詳細化学反応モデルの研究も行い、安全性評価で重要な自己着荷現象を明らかにし、ジャーナルに採択された。以上の活動から、漏洩から爆発(燃焼)までの評価手法を確立した。さらなる精度向上が引き続き必要であるが、数値解析を用いた安全性評価手法の確立に大きく貢献した。昨年度適切な燃焼モデルを用いるために計画を一部変更したが、研究協力先にて十分な議論をできたためおおむね順調に研究が進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後も研究協力先と密な情報交換とディスカッションを実施することで研究を推進していく。特に直接訪問してのディスカッションは非常に有効であるため、適宜訪問することを考えている。また、非定常解析データが多くなってきたためストレージを活用する予定である。
翻訳とmRNA動態を制御する新規G蛋白質群の機能

翻訳終結は遺伝子発現の最終段であり、合成したポリペプチド鎖をtRNAから切り離す反応過程である。これまで翻訳終結過程はこのような単に翻訳を終わらせるためだけの反応過程と考えられてきたが、我々は翻訳終結因子eRF3/GSPTの機能を解析する過程で、翻訳終結過程が翻訳終結後におこる2つの事象と共役していることを明らかにしてきた。1つはmRNA分解であり、もう1つは翻訳開始である。すなわち、翻訳終結と共役して、翻訳を終えたリボソームは効率良く次の翻訳開始にリサイクルされると同時に、翻訳を終えたmRNAの分解が進行することを明らかにした。従って、翻訳終結は当初考えられていた以上に遺伝子発現において重要な制御部位になりうることを意味している。本研究においては、特に翻訳終結と共役したmRNA分解機構の詳細についてさらに検討を加えた。その結果、翻訳終結はmRNA分解の律速段階であるポリA鎖の短縮化過程と共役しており、このポリA鎖の短縮化を制御する酵素としてPANデアデニレースを同定した。また、これまでモデル系として用いてきた出芽酵母に加えてヒトにおける解析を行い、ヒトにおいてもPANデアデニレースが存在することを明らかにし、実際に細胞内においてmRNAのポリA鎖分解に関わる酵素であることを証明した。PANは翻訳終結因子と同様、mRNAの3'末端ポリA鎖に結合するポリA鎖結合蛋白質PABPと相互作用するが、両者の結合は競合的であり、翻訳の進行に伴って翻訳終結因子からPANへの置換が起る。PANはPABPによって活性化されるため、その結果ポリA鎖の分解が翻訳終結と共役しておこるという分子機構を明らかにした。一方、翻訳終結因子eRF3/GSPTはPABPとの結合部位において切断をうけ、アポトーシス阻害因子であるIAPと結合することでカスパーゼを活性化してアポトーシスを引き起こすことを発見した。このようにeRF3/GSPTはアポトーシスの制御因子として機能すると同時に、翻訳終結過程がアポトーシス時の翻訳阻害のターゲットになる可能性を乱した。G蛋白質GSPTファミリーは、翻訳伸長因子EF1αと相同なC末端側領域に加えて、ファミリー間で相同性の低いN末端領域を有する。先に我々は、GSPRrがC領域を介して終止コドンを認識する翻訳終結因子eRF1と結合しeRF3として機能することを、さらにN領域を介してポリA尾部結合蛋白質であるPABPの機能を制御することを報告した。平成14年度においては、主に酵母を用いた解析から、GSRTファミリーによるmRNAの分解制御についてさらに検討を加え以下の知見を得た。1、mRNA分解の律速段階はポリA尾部の短縮化にあるが、GSPTのN領域欠失変異体ではmRNAのポリA鎖の短縮化が阻害され、引き続くmRNA分解が遅延した。すなわち、GSPTは翻訳終結において、そのC領域を介してeRF1を終止コドンに運搬して翻訳を終結させた後、さらにN領域を介してPABPと相互作用し、翻訳を終えたmRNAの分解を促進するという、GTP蛋白質が介在する新規のシグナル伝達経路が証明された。2、GSPTとeRF1との結合はGPSTへのGTPの結合を必要とし、一方のGSPTとPABPとの結合はGSPTへのヌクレオチド結合に非依存的であった。3、mRNA分解は翻訳終結反応と共役しており、この共役はGSPTによって仲介された。

4、さらにGSPTとPABPとの相互作用は、5'-キャップ構造と3'-ポリA尾部によるmRNAの環状化に依存した翻訳の効率化にも影響を与え、リボソームの再雇用に積極的な役割を果たすことを見出した。5、eRF3と最も相同性の高いG蛋白質eRFSは、そのC末端側領域でeRF1に類似の分子eRFLとGTP依存的に結合し、一方のN末端領域は、解糖系酵素のGAPDHとの結合を介して特定(AU-rich)のエレメントを有するmRNAの動態を制御する可能性を見出した。先に我々はeRF3/GSPTが、翻訳伸長因子EF1αと相同なCドメインにおいて翻訳終結因子eRF1と相互作用し翻訳終結過程を制御する一方で、固有のNドメインにおいてポリA鎖結合蛋白質(PABP)と相互作用し、翻訳終結と共役してmRNA分解過程を制御していることを示してきた。平成15年度においては、この翻訳終結と共役したmRNA分解機構の詳細についてさらに検討を進め、以下の知見を得た。1、出芽酵母eRF3/GSPTの変異株を用いた解析から、eRF3/GSPTの作用点はmRNA分解の律速段階であるポリA鎖の短縮化過程にあることを明らかにした。出芽酵母においてmRNAポリA鎖の短縮化は、PAN複合体とCcr4-Pop2複合体の2種のmRNAデアデニラーゼによって制御されているが、免疫沈降実験により、eRF3/GSPTはPAN複合体と結合することを示した。また両者の変異株の表現型が完全に一致し、Ccr4-Pop2複合体のものとは明らかに異なることを示し、eRF3/GSPTはPANデアデニラーゼを介してポリA鎖分解を制御していることを証明した。2、モデル系である出芽酵母において明らかにしてきたこれまでのシステムがヒトにおいても存在することを示した。まず、ヒトにおけるPAN複合体(PAN2/PAN3)を新たにクローニングし、酵母PANと同様の生化学的特性を有することを証明した。すなわち触媒サブユニットであるPan2はポリAに特異的な3'-5'エキソヌクレアーゼ活性をもち、Pan3を介してPABPと相互作用することでデアデニラーゼとしての活性が促進に制御されていることを示した。また、ドメイナントネガティブ変異体を用いた解析から、eRF3/GSPTと共にPANが細胞内におけるmRNAポリA鎖分解の制御に関わることを証明した。ヒトにおいてはeRF3/GSPTとPAN複合体がPABPに対して競合関係にあり、翻訳の進行に伴って両者が入れ替わることを新たに見い出し、翻訳終結に伴うPABPからのeRF3/GSPTの解離とPAN複合体の結合、PABPによるPANの活性化とポリA鎖の分解といった一連の反応が進行することで翻訳終結と共役したmRNAポリA鎖の分解がおこることを証明した。
気泡流中における円柱周り境界層と気泡の干渉による剥離構造の変化

本研究では気液二相流回流水槽と新たに設計製作した可視化円柱をもちいて,円柱周り気泡流に関する実験を行った.供試円柱はアクリル製の外円筒と鏡を取り付けた真鍮製の内円筒より構成されている.外円筒は,外径30mm,内径24mmの薄肉円筒に0.5φの静圧孔およびインク吐出口を開けてあり,この孔は外径1φ,内径0.5φのステンレスパイプによって円筒外部までつながっている.内円筒は,円柱表面の鏡面の真上の画像を円柱中心軸上におかれた高速度ビデオカメラで望遠接写できるように作られている.また,静圧孔から引き出されたステンレスパイプはビニールチューブを介して圧力センサーに接続されておりこれを回転させることによって,圧力分布を測定した.圧力分布測定と可視化実験の結果から円柱周り気泡流の特性として以下の知見を得た.1.気泡流では単相流時に層流剥離を示す低レイノルズ域においても,抗力低減が生ずる。低減量はボイド率の増大に伴って増大する.また,単相流とおなじように抗力の急激な減少を示す臨界レイノルズ数をもつ.ただし,気泡流の臨界レイノルズ数は単相流より小さい.2.気泡流の臨界レイノルズ数近くとより低いレイノルズ数域では抗力の低減メカニズムが異なる.臨界レイノルズ数近くでは,気泡は乱れを増大させ乱流化を促進して乱流剥離を早める.しかし,より低いレイノルズ数域においては,気泡は層流境界層と相互作用することによって層流剥離点の間欠的な後方移動を促し,抗力の時間平均値を低減をさせる.3.気泡流臨界レイノルズ数近くの流速では,境界層と相互作用した気泡のほとんどは強い剪断層によって馬蹄形に変形させられた後,微細気泡に分裂し後流に蓄積する.しかし,それ以下の流速においては,気泡の分裂は間欠的であり,主流速度が1m/s以下の剪断層では気泡は分裂せずに後流に蓄積する.このとき,剥離領域内に流れ場が生じ,後方よどみ点に向かって圧力回復する.ただし,圧力回復曲線はボイド率の増大に伴って定常値に漸近する.本研究では気液二相流回流水槽と新たに設計製作した可視化円柱をもちいて,円柱周り気泡流に関する実験を行った.供試円柱はアクリル製の外円筒と鏡を取り付けた真鍮製の内円筒より構成されている.外円筒は,外径30mm,内径24mmの薄肉円筒に0.5φの静圧孔およびインク吐出口を開けてあり,この孔は外径1φ,内径0.5φのステンレスパイプによって円筒外部までつながっている.内円筒は,円柱表面の鏡面の真上の画像を円柱中心軸上におかれた高速度ビデオカメラで望遠接写できるように作られている.また,静圧孔から引き出されたステンレスパイプはビニールチューブを介して圧力センサーに接続されておりこれを回転させることによって,圧力分布を測定した.圧力分布測定と可視化実験の結果から円柱周り気泡流の特性として以下の知見を得た.1.気泡流では単相流時に層流剥離を示す低レイノルズ域においても,抗力低減が生ずる。低減量はボイド率の増大に伴って増大する.また,単相流とおなじように抗力の急激な減少を示す臨界レイノルズ数をもつ.ただし,気泡流の臨界レイノルズ数は単相流より小さい.2.気泡流の臨界レイノルズ数近くとより低いレイノルズ数域では抗力の低減メカニズムが異なる.臨界レイノルズ数近くでは,気泡は乱れを増大させ乱流化を促進して乱流剥離を早める.しかし,より低いレイノルズ数域においては,気泡は層流境界層と相互作用することによって層流剥離点の間欠的な後方移動を促し,抗力の時間平均値を低減をさせる.3.気泡流臨界レイノルズ数近くの流速では,境界層と相互作用した気泡のほとんどは強い剪断層によって馬蹄形に変形させられた後,微細気泡に分裂し後流に蓄積する.しかし,それ以下の流速においては,気泡の分裂は間欠的であり,主流速度が1m/s以下の剪断層では気泡は分裂せずに後流に蓄積する.このとき,剥離領域内に流れ場が生じ,後方よどみ点に向かって圧力回復する.ただし,圧力回復曲線はボイド率の増大に伴って定常値に漸近する.気泡流中における円柱周り境界層と気泡の干渉による剥離構造の変化を明らかにするために,計測システムの構築を行い,気泡の変形過程と圧力分布の変化の関係を明らかにした.計測システムは,境界層と気泡の相互作用を測定することが目的であるので,気泡の壁面近傍の通過時の壁面圧力変動を同時に測定する必要がある.このため,円柱表面近傍の可視化と圧力測定が可能な供試円柱を設計制作した.供試円柱は,外径30φの透明アクリル円筒を使用し,円筒のスパン方向中央部には圧力分布測定用の静圧孔を開け,水を充填した導圧管で圧力センサーまで圧力を導いている.円柱周り圧力分布は,円筒をステッピングモータで回転することにより0.72°毎に測定した.また,円筒表面の静圧孔の中心方向直下には鏡を45°の角度で設置し,静圧孔位置での気泡の映像が外部の高速度ビデオカメラで焦点を結ぶように光路を設定した.さらに,可視化領域に流脈線を流すために,可視化領域上流にインク注入口を設けた.

この円柱を用いて,高速度ビデオカメラと接写リングにより円柱表面を望遠接写して気泡の挙動と流脈線を可視化した.また,圧力信号と気泡の運動を同時測定するために,撮影は信号制御用パソコンからのトリガー信号で開始した.実際の計測に当たっては,圧力・気泡形状・流脈線を平均流速(レイノルズ数)・ボイド率をパラメータにして計測した.まだ,解析途中であるが以下のことが明らかにされた.気泡流では間欠的に流脈線の円柱表面に沿った回り込みが生じ,これが平均として層流剥離点を後方に移動させ,抗力の低減につながっている.また,間欠的な回り込み頻度はボイド率に依存して増大している.本研究では気液二相流回流水槽と新たに設計製作した可視化円柱をもちいて,円柱周り気泡流に関する実験を行った.供試円柱はアクリル製の外円筒と鏡を取り付けた真鍮製の内円筒より構成されている.外円筒は,外径30mm,内径24mmの薄肉円筒に0.5φの静圧孔およびインク吐出口を開けてあり,この孔は外径1φ,内径0.5φのステンレスパイプによって円筒外部までつながっている.内円筒は,円柱表面の鏡面の真上の画像を円柱中心軸上におかれた高速度ビデオカメラで望遠接写できるように作られている.また,静圧孔から引き出されたステンレスパイプはビニールチューブを介して圧力センサーに接続されておりこれを回転させることによって.圧力分布を測定した.圧力分布測定と可視化実験の結果から円柱周り気泡流の特性として以下の知見を得た.1.気泡流では単相流時に層流剥離を示す低レイノルズ域においても,抗力低減が生ずる.低減量はボイド率の増大に伴って増大する.また,単相流とおなじように抗力の急激な減少を示す臨界レイノルズ数をもつ.ただし,気泡流の臨界レイノルズ数は単相流より小さい.2.気泡流の臨界レイノルズ数近くとより低いレイノルズ数域では抗力の低減メカニズムが異なる.臨界レイノルズ数近くでは,気泡は乱れを増大させ乱流化を促進して乱流剥離を早める.しかし,より低いレイノルズ数域においては,気泡は層流境界層と相互作用することによって層流剥離点の間欠的な後方移動を促し,抗力の時間平均値を低減をさせる.3.気泡流臨界レイノルズ数近くの流速では,境界層と相互作用した気泡のほとんどは強い剪断層によって馬蹄形に変形させられた後,微細気泡に分裂し後流に蓄積する.しかし,それ以下の流速においては,気泡の分裂は間欠的であり,主流速度が1m/s以下の剪断層では気泡は分裂せずに後流に蓄積する.このとき,剥離領域内に流れ場が生じ,後方よどみ点に向かって圧力回復する.ただし,圧力回復曲線はボイド率の増大に伴って定常値に漸近する.