hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コンビナトリアル技術を援用した薄膜金属ガラスの内部応力測定とその制御

本研究では,ナノからマイクロメートルオーダの膜厚を有する薄膜金属ガラスの内部応力を体系的かつ効率的に解明し,それを制御可能か?を研究課題の核心をなす学術的「問い」として,以下の研究目的にて本研究を進める.1)薄膜金属ガラスの内部応力を体系的に調査するためのコンビナトリアル技術の確立2)上記コンビナトリアル技術を用いて,膜厚10 nm10 umのRu系およびTi系薄膜金属ガラスの成膜条件,アニール条件と内部応力の関係解明3)実証とし薄膜金属ガラスの内部応力を±200 MPaの範囲,精度±2 MPaにて自在に制御された直径400 nm800 umのダイアフラム構造を製作本研究では,ナノからマイクロメートルオーダの膜厚を有する薄膜金属ガラスの内部応力を体系的かつ効率的に解明し,それを制御可能か?を研究課題の核心をなす学術的「問い」として,以下の研究目的にて本研究を進める.1)薄膜金属ガラスの内部応力を体系的に調査するためのコンビナトリアル技術の確立2)上記コンビナトリアル技術を用いて,膜厚10 nm10 umのRu系およびTi系薄膜金属ガラスの成膜条件,アニール条件と内部応力の関係解明3)実証とし薄膜金属ガラスの内部応力を±200 MPaの範囲,精度±2 MPaにて自在に制御された直径400 nm800 umのダイアフラム構造を製作
地図・航空写真の3Dアーカイブ化技術を用いた国際化時代の研究資源共有化手法の構築

本研究は、ICTテクノロジーの発達によって地図・航空写真の利用可能性が広がった近年の状況を背景に、研究資源の共有化の新しい手法を総合的な形で開発することを試みた。具体的な方法としては、京都大学東南アジア地域研究研究所の地図・資料室が保管する第二次世界大戦期の航空写真コレクションWilliam Hunt Collectionから、カンボジアのアンコール遺跡地域を撮影した約80葉を抽出し、カンボジアの研究者とともに、デジタル画像アーカイブを作成した。そしてそれを、20世紀半ば以降の地域の景観変容を研究する共同研究に活用するなかで、国際化時代の研究資源の共有化がもつ可能性を検証した。本研究は、地図・航空写真のデジタルデータを用いた3D地図画像アーカイブ化技術の構築と整備を、東南アジアとくにカンボジアの研究機関と共同で進め、研究資源のグローバルな共有という国際化時代の人文社会科学の課題を実現するしかけを考案することをねらいとする。本年度は、当初の計画通り、京都大学東南アジア地域研究研究所が所蔵するWilliam Hunt Collectionsのデジタル画像のなかからカンボジアで撮影された約100枚を抽出し、それを対象とした共同研究を現地の研究機関とともに立ち上げた。同コレクションのカンボジア関連の写真は、アンコールワット遺跡群の周辺地域に集中している。よって、同遺跡群一帯の総合的な調査と開発を目的に設立されたカンボジア政府機関であるAPSARA Authorityにカウンターパートを依頼することにした。具体的には、2016年7月に代表者がカンボジアのAPSARA Authorityを訪問し、William Hunt Collectionsのカンボジア関連の航空写真データを紹介し、それをもとにした地域景観の変容に関する共同研究の開始を発案し、受理された。11月には、デジタル化された航空写真データのモザイク画像の作成および同画像を用いた3D地図画像アーカイブの作成能力を持つ専門家を、APSARA Authorityに派遣し、アーカイブ構築のための技術的要件について意見交換を行った。さらに、2017年1月には、同専門家を再びAPSARA Authorityへ派遣し、同機関の若手スタッフを対象に1週間のアーカイブ技術習得ワークショップを実施した。また、アンコール遺跡群周辺地域を訪問し、アーカイブ化した画像類を用いた景観変容調査の実施のための予備的情報を収集した。研究の目的に最適な現地カウンターパートを選び、共同研究を立ち上げることができた。カウンターパートとは3度にわたる計2週間弱の時間を利用して、地図・航空写真のデジタルデータの新しい利用法について意見を交換し、カンボジア・シエムリアップ州にあるアンコール遺跡群周辺地域の景観変容の調査に向けた準備を行うことができた。また、共同研究の推進のためには、現地のカウンターパート機関のなかに、地図画像のアーカイブ化処理技術をもつ人材を育成する必要があるため、現地の若手スタッフを対象とした技術移転のためのワークショップも行うことができた。William Hunt Collectionsの航空写真コレクションがカンボジアの他にカバーするタイ、ミャンマーなどの研究者との本格的な交流までは発展させられていないが、研究を実施する上では不足のない共同研究体制を整えることができている。本研究は、国際化時代の研究資料の共有化と活用に資する挑戦的活動として、京都大学東南アジア地域研究研究所地図室が収蔵する第二次世界大戦期の大陸部東南アジアの航空写真コレクションWilliam Hunts Collectionの新たな利用方法を、カンボジアの研究機関との共同研究の形で検討した。航空写真は、従来印画紙のまま専用のボックスに収納されてきたが、高解像度のスキャンを経てデジタル画像化することで、複数の機関に跨がる研究者による共同利用の便宜を開くことが出来る。本研究はさらに、そのデジタル画像を、コンピューター上で3D画像アーカイブ化することにより、航空写真が秘めた地域情報の広汎な利用可能性を開くことを試みた。具体的には、William Hunts Collectionの8000葉あまりの航空写真のなかから、カンボジアのアンコールワット遺跡群を中心とした地域を撮影した約200葉を限定的に抽出し、アンコール地域を管理するカンボジア政府機関であるThe APSARA Authorityの研究者をパートナーとして、その画像を有効に利用する方法を共同で研究した。昨年度は、AutoCADソフトウェアを利用した3D画像アーカイブ構築の専門家をThe APSARA Authorityに派遣して技術講習を2度実施した。今年度は、現地の短期訪問とメールでの連絡を通じて画像データのモザイク化の作業を進めた。そして、2018年2月28日に京都大学に関係者を集め、総括のセミナーを開催した。セミナーでは、ArcGISを利用して完成させた1940年代のアンコール遺跡地域のモザイク画像が初披露され、地域の景観変容研究における活用の可能性などを討議した。次年度はまた、コンピューター上に構築した第二次世界大戦前後の時期のアンコールワット遺跡周辺地域の景観を携えて、実際の現場を現地の研究者とともに踏査し、景観変容に関する調査を行う。そして、地図画像データの構築から、現地のフィールドワークまでの一連のプロセスを再検討し、問題点を含めて、研究成果として公開する。地域研究本年度は、京都大学東南アジア地域研究研究所が所蔵するWilliam Hunt Collectionsの航空写真デジタルデータを用いて研究体制づくりと、共同研究の推進をおこなった。

同デジタルデータは、第二次世界大戦前後の時期の地域景観の検討を可能とする。本研究は、景観の変容の解明を目的とするため、上記のデータと比較に耐える現代の航空写真デジタルデータを入手し、比較作業を行うことが必要である。この点は、カウンターパートとするAPSARA Authorityのイニシアチブで進めるよう準備をしたが、今年度中に必要なデータの購入にまで至らなかった。景観変容を分析する上で必須となる、調査対象地域の近年の航空写真データ類の購入に必要とされる諸経費として使用する計画である。
インプラント周囲炎に対するプロバイオティクス・アプローチの確立

インプラント周囲炎に対する治療法は未だ確立しておらず、歯周病治療と同様のアプローチが行われている。これらの治療法はインプラント周囲炎が細菌感染症であるという前提に基づく。申請者はチタン微細顆粒がインプラント周囲骨吸収を引き起こすことを示した。この結果から細菌学的要因と生体異物反応の両方を考慮する必要があると言える。本研究では、乳酸菌を用いたプロバイオティクスの応用を検討する。マクロファージがチタン顆粒を貪食した際の炎症性サイトカイン放出に抑制的に作用する乳酸菌種を同定し、同定された乳酸菌をプロバイオティクスとして用いた際のインプラント周囲骨吸収抑制効果を検討する。
アルファ線スペクトロメトリによる水中ラドン濃度の測定法の開発

この研究では液体シンチレーションスペクトロメトリにより、ラドンの崩壊により放出されるα線を測定し、水中ラドン濃度を測定する方法を開発した。オルデラ社製8100ABシンチレーションカウンターを使用するにあたり、ラドンの液体シンチレータへの抽出率、最適な抽出条件、検出効率を実験的に決定した。その結果、水1000mlに液体シンチレータ3mlの割合がよいことがわかった。このことは、従来の液体シンチレーション法で使われる20-100mlと比べて非常に少量の液体シンチレータでラドンの定量が可能であることを意味する。α腺およびγ線スペクトロメトリにより、広島県内の21箇所の湧水中のラドン濃度を測定した。測定結果の一部には測定方法による違いが見られた。その原因は主として採水時のラドンの散逸が考えられるので、今後、湧水の状況を考慮に入れた採水方法も検討する必要がある。ラドンの濃度は10-400Bq/Iであり、鉱泉基準を(13.56Bq/I)超える湧水が多くあることが示された。ラドン濃度と地質については花崗岩質の地域において高かった。特に、広島県北西部の花崗岩質で断層地帯および東南部の断層帯で高いことが示された。
中国語および韓国語を母語とする日本語学習者の共起表現の習得に関する比較研究

日本語学習者の総合的な日本語能力および共起表現のテストを作成し,これを中国の西安外国語大学で日本語を専攻とする学生(3年生と4年生)に対して実施した。このデータを構造方程式モデリング(Structural Equation Modeling : SEM)の手法によって分析した。その結果,慣用句には語彙知識の影響が認められた。それに対してオノマトペは語彙とは直接の影響は見られず,慣用句の影響が見られた。つまり,語彙→慣用句→オノマトペという順序での影響関係が見出された。この成果は,研究代表者が主催となってワークショップを実施し,構造方程式モデリング(SEM)の手法・知見を日本語教育関係者および日本語学習者と共有した。また,一連の研究成果を,日本語教育学会,第二言語習得研究会,日本言語科学会等で発表した。また,日本語学習者による共起表現の習得状況を明らかにするための基準として実施した日本語母語話者における共起表現の使用状況についての調査結果は,論文にまとめ日本言語学会の査読付き学術誌である『言語研究』に採択された。日本語学習者の言語習得に何が最も貢献しているかについては、多くの関心が寄せられている。本研究は、日本語学習者の共起表現の習得に何が影響しているかについて、中国語母語話者と韓国語母語話者を対象に比較研究を行うものである。本研究は、中国語母語話者と韓国語母語話者の日本語学習者を対象として、まず語彙と文法の知識のどちらが共起表現の習得に強く影響しているかを明らかにした上で、共起表現の理解が総合的な言語理解(聴解と読解)にどのくらい貢献するかを明らかにすることを目的としている。共起表現として、本研究では慣用句とオノマトペの二種類に焦点を置くこととした。本研究の実施初年度に当たる平成20年度には、日本語学習者の総合的な日本語能力および共起表現のテストを作成し、これを中国の西安外国語大学で日本語を専攻とする学生(3年生と4年生)に対して実施した。このデータを構造方程式モデリング(Structuring Equation Modeling:SEM)の手法によって分析した。その結果、慣用句には語彙知識の影響が認められた。それに対してオノマトペは語彙とは直接の影響は見られず、慣用句の影響が見られた。つまり、語彙→慣用句→オノマトペという順序での影響関係が見出された。この結果について、またSEMによる日本語習得研究の分析手法に関して、研究代表者がワークショップを企画し、この手法を広めるとともに様々な専門分野の聴衆からコメントを得た。韓国語については、ニーパスを利用してオノマトペと共起する動詞を調査した。本科研の研究では,外国人の日本語学習者が,共起表現を習得するにあたり何が強く影響しているか,家た共起表現間の習得順序について,中国語母語話者と韓国語母語話者を対象に比較研究を行ってきた。そして,日本語学習者の総合的な日本語能力および共起表現のテストを作成し,中国の武漢および西安で実施した。平成21年度はさらに天津外国語大学で追加調査を行った。これら一連のデータを構造方程式モデリング(SEM-Structural Equation Modeling)およびパス解析(重回帰分析を繰り返すタイプ)の手法により分析した。その結果,慣用句やオノマトペといった共起表現は、語彙と文法の両方の要素にまたがって機能するものであるが,習得には特に語彙知識の影響が強いことを明らかにした。さらに,同じ句構造を作るにしても慣用句,オノマトペ,一般的な動詞句の習得に順序があり,語彙の習得から,慣用句の習得へ,さらにオノマトペ,さおして一般的な動詞句の習得へと因果関係を伸びていることが分かった。この共起表現の習得の流れは,中国語母語話者と韓国語母語話者で共に同じであることが分かった。現在,語彙と文法の知識のどちらが共起表現の習得に強く影響しているかを明らかにした論文,共起表現の習得順序の論文,さらに,韓国語母語話者と中国語母語話者の両日本語学習者の共起表現の習得を比較した論文など,これまでに得られたデータを基にして,研究成果を出すべく執筆中である。本研究は,中国語母語話者と韓国語母語話者の日本語学習者を対象として,まず語彙と文法の知識のどちらが共起表現の習得に強く影響しているかを明らかにした上で,共起表現の理解が総合的な言語理解(聴解と読解)にどのくらい貢献するかを明らかにすることが目的であった。共起表現として,本研究では慣用句とオノマトペの二種類に焦点を置くこととした。

慣用句に使われている名詞は,すべて日本語能力試験2級から4級までに配当されているものに限定し,本研究の被験者にとって馴染みのある単語を選んだ。したがって,慣用句を構成する個々の単語の意味は理解できるが,それらが共起して生じたときの意味を知らなければ,正しく回答することはできない課題を設けた。これらの慣用句とともに,日本語学習者の総合的な日本語能力(語彙・文法・読解)を測定するテストを作成し,これを中国の西安外国語大学で日本語を専攻とする学生(3年生と4年生)に対して実施した。このデータについて,構造方程式モデリング(Structural Equation Modeling : SEM)の手法によって分析した。その結果,慣用句には語彙知識の影響が認められた。それに対してオノマトペは語彙とは直接の影響は見られず,慣用句の影響が見られた。つまり,語彙→慣用句→オノマトペという順序での影響関係が見出された。この成果は,研究代表者が主催となってワークショップを実施し,構造方程式モデリング(SEM)の手法・知見を日本語教育関係者および日本語学習者と共有した。また,一連の研究成果を,日本語教育学会,第二言語習得研究会,日本言語科学会等で発表した。さらに,日本語学習者による共起表現の習得状況を明らかにするための基準として実施した日本語母語話者における共起表現の使用状況についての調査結果は,論文にまとめ日本言語学会の学術誌である『言語研究』に採択された。
口腔癌における抗癌剤耐性に関連する遺伝子の解析と耐性克服についての検討

CDDPは抗癌剤化学療法の中心薬剤であるが、症例によって臨床効果にばらつきがあり、治療前から薬剤抵抗性を示すもの(自然耐性)や、再発例などでみられる抵抗性(獲得耐性)が口腔癌の治療において臨床上大きな問題であり、その克服が今後の重要な課題である.本研究では、耐性獲得に関係する遺伝子発現を解析することにより耐性克服法を含めた診断、治療法の開発を目的として行った.当科で新たに樹立したCDDP耐性口腔扁平上皮癌耐性株(H-1R、Sa-3R、KB-R)と各親株を対象に、千葉大学臨床分子生物学講座(丹沢秀樹教授)を中心とするグループとの共同研究によりMicroarray解析を行い、CDDP耐性細胞株における遺伝子発現の変動をそれぞれ検討した.その結果、3種類の細胞株において共通して変動する発現亢進・減弱する遺伝子のうち、何種類かの遺伝子が感受性・耐性を規定する候補遺伝子としてリストアップされた.候補遺伝子群の中から有意差のある遺伝子(5種類)について、CDDPを中心とした術前化学療法(CVP-2経路動注化学療法)を施行した口腔癌症例の生検時検体と対象として免疫組織学的検討を行った.その結果、Microarray解析の結果とほぼ一致する解析結果が得られた.この結果より、CDDP感受性の予測因子としての遺伝子解析、および数種の遺伝子発現を組み合わせた診断方法の有用性が示唆された.CDDPは抗癌剤化学療法の中心薬剤であるが、症例によって臨床効果にばらつきがあり、治療前から薬剤抵抗性を示すもの(自然耐性)や、再発例などでみられる抵抗性(獲得耐性)が口腔癌の治療において臨床上大きな問題であり、その克服が今後の重要な課題である.本研究では、耐性獲得に関係する遺伝子発現を解析することにより耐性克服法を含めた診断、治療法の開発を目的として行った.当科で新たに樹立したCDDP耐性口腔扁平上皮癌耐性株(H-1R、Sa-3R、KB-R)と各親株を対象に、千葉大学臨床分子生物学講座(丹沢秀樹教授)を中心とするグループとの共同研究によりMicroarray解析を行い、CDDP耐性細胞株における遺伝子発現の変動をそれぞれ検討した.その結果、3種類の細胞株において共通して変動する発現亢進・減弱する遺伝子のうち、何種類かの遺伝子が感受性・耐性を規定する候補遺伝子としてリストアップされた.候補遺伝子群の中から有意差のある遺伝子(5種類)について、CDDPを中心とした術前化学療法(CVP-2経路動注化学療法)を施行した口腔癌症例の生検時検体と対象として免疫組織学的検討を行った.その結果、Microarray解析の結果とほぼ一致する解析結果が得られた.この結果より、CDDP感受性の予測因子としての遺伝子解析、および数種の遺伝子発現を組み合わせた診断方法の有用性が示唆された.口腔癌の治療において,抗癌剤に対する耐性獲得は,臨床上大きな問題であり,今後の重要な課題である。本研究では,耐性獲得に関係する遺伝子発現を解析することにより耐性克服法を含めた診断,治療法の開発を目的として行っている。新たに樹立したCDDP耐性口腔扁平上皮癌耐性株(H-IR,Sa-3R,KB-R)とそれぞれの親株を対象に,千葉大学臨床分子生物学講座を中心とするグループとの共同研究によりin-house cDNA Microarrayを含めたMicroarray解析を用いてCDDP耐性細胞株における遺伝子発現の変動をそれぞれ検討した。その結果,DNA修復や,アポトーシス,シグナル伝達に関連する遺伝子群の発現変動が確認されている。3種類の細胞株において共通して変動する発現亢進・減弱する遺伝子のうち,何種類かの遺伝子が感受性?耐性を規定する候補遺伝子としてリストアップされた。候補遺伝子の中から有意差のある遺伝子群(5種類)について免疫組織学的検討を行った。CDDPを中心とした術前化学療法(CVP2経路動注化学療法)を施行した口腔癌症例の生検時検体30例を対象とした。その結果,発現増強・減弱する遺伝子群ともmicroarray解析の結果とほぼ一致する解析結果が得られた。この結果より,CDDP感受性の予測因子としての遺伝子解析および数種の遺伝子発現を組み合わせた診断方法の有用性が示唆された。現在は,Affpietrix社のGene chipを用い,多数の遺伝子を対象とした詳細な遺伝子発現解析を進めている。口腔癌の治療において、抗癌剤に対する耐性獲得は、臨床上大きな問題であり、今後の重要な課題である。本研究では、耐性獲得に関係する遺伝子発現を解析することにより耐性克服法を含めた診断、治療法の開発を目的として行っている。新たに樹立したCDDP耐性口腔扁平上皮癌耐性株(H-1R、Sa-3R、KB-R)とそれぞれの親株を対象に、千葉大学臨床分子生物学講座を中心とするグループ.との共同研究によりin-house cDNA Microarrayを含めたMicroarray解析を用いてCDDP耐性細胞株における遺伝子発現の変動をそれぞれ検討した。その結果、DNA修復や、アポトージス、シグナル伝達に関連する遺伝子群の発現変動が確認されている。3種類の細胞株において共通して変動する発現亢進・減弱する遺伝子のうち、何種類かの遺伝子が感受性・耐性を規定する候補遺伝子としてリストアップされた。その結果、発現増強・減弱する遺伝子群ともmicroarray解析の結果とほぼ一致する解析結果が得られた。

この結果より、CDDP感受性の予測因子としての遺伝子解析および数種の遺伝子発現を組み合わせた診断方法の有用性が示唆された。現在は、Affymetrix社のGene chipを用い、多数の遺伝子を対象とした詳細な遺伝子発現解析を進めている。
分割ＲｌｕｃーＶｅｎｕｓを用いたシナプス形成・消失のリアルタイムイメージング

シナプス結合を可視化するための技術としてGFP Reconstruction Across Synaptic Partners (GRASP)が開発されたが、GRASPは時間分解能と可逆性に問題がありリアルタイムにシナプスの結合解離を観察するには不向きであった。これらの問題点を解決するために我々はGRASPにおけるGFPを化学発光タンパク質であるウミシイタケルシフェラーゼ(Renilla Luciferase; RLuc)に置き換える事を着想した。RLucはGFPと異なり再構築に要する時間が短く分割・再構築が可逆的である事がわかっている。しかしながらRLucの発光量子収率は約0.05と非常に低く単純にGFPをRLucに置き換えるだけでは細胞・個体のイメージングは難しいと考えられた。そこで我々は生物発光エネルギー移動(Bioluminescence resonance energy transfer; BRET)を利用しRLucの発光量子収率の増強を組み合わせる事をまず試みた。BRETは励起状態にある発光タンパク質-基質複合体(ドナー)から蛍光分子(アクセプター)に無放射的にエネルギーが移動しアクセプターが蛍光を発する現象である。この結果RLucの10倍以上明るい化学発光タンパク質Nano-lanternを開発することに成功した。Nano-lanternのRLucドメイン内の特定の位置にカルシウムイオン, cAMP, ATP感受性タンパク質を挿入する事でカルシウムイオン, cAMP, ATPそれぞれに対する機能性指示薬を開発した(Saito et al, Nat. Commun., 2012)。次に我々はこれら指示薬作成に使ったRLucドメイン内の挿入位置でNano-lanternを分割し上記のGRASP技術への適用を進めている。24年度が最終年度であるため、記入しない。分割GFPを応用しシナプス結合をGFP蛍光で検出する技術“GFP Reconstitution Across Synaptic Partners(GRASP)"は時間分解能と可逆性に問題がありリアルタイムにシナプスの結合解離を観察するには不向きであった。これらの問題点は分割GFPに起因する。そこで申請者はGRASPにおけるGFPを化学発光タンパク質であるウミシイタケルシフェラーゼ(Renilla Luciferase; RLuc)に置き換える事でリアルタイムに可視化するプローブを作成するために明るい発光タンパク質の開発を進めてきた。そこで申請者は生物発光エネルギー移動(Bioluminescence resonance energy transfer; BRET)を利用しRLucの発光量子収率の増強を組み合わせる事を試みた。RLucをBRETのドナー、蛍光タンパク質VenusをBRETのアクセプターとして両者のリンカー配列や配向を変える事を試みた。また、RLuc自体を明るくする変異をスクリーニングによって発見した。これらの結果を組み合わせることで、元のRLucに対して10倍以上明るく発光するタンパク質を開発することに成功した。この新規開発発光タンパク質を用いる事で、単一細胞レベルでミトコンドリア、微小管、アクチン、細胞核等の細胞小器官をイメージングすることが可能となった。平成23年度は計画に関する諸条件(計画の変更)のために計画がやや遅れたが、BRETによる発光量子収率の増強はうまく進み次年度以降の研究につながる結果を残すことができた事は評価できる。次年度は今年度開発した新規発光タンパク質の動物個体レベルへの応用と、分割発光タンパク質作成を行う。発光タンパク質の分割予定位置に例えばカルシウムイオンと結合して構造変化するタンパク質を組み込む事で機能性指示薬を作成する。この機能性指示薬がうまく働く場所を見出す事で最終目標としているシナプス検出プローブの分割位置として使用する事が可能となる。
オステオン構造の組成観察に基づいた骨折リスク低減法

骨組織は硬質であるアパタイトを有することで剛性を得るが、アパタイトによる微視的な変形拘束と応力集中により破壊というリスクを背負っている。本研究では骨組織の破壊強度向上方法として、脱アパタイト(脱灰)による組織軟化に注目した。自作の小型シャルピー衝撃試験装置にて骨試料の破壊試験を行い、牛皮質骨から作製した試験片に適切な軟化処理を施すことで、組織の破壊強度が向上することを確認した。また、同様の処理により、表面傷により強度低下した骨試験片の衝撃破壊強度を回復させる事に成功した。2013年度は下記4つの課題を実施した[1]骨折リスク除去処理(藤崎):骨折の起点として、皮質骨表面のマクロな傷や組織内に存在する微細穴、あるいはマイクロクラック部の応力集中を想定し、人工的に切欠きを付与した皮質骨試験片を作製した。また、高齢化などによるアパタイト過多がもたらす骨組織の脆化を改善する方法として、脱ミネラル処理による骨組織内アパタイト量の調整を行った。[2]オステオン構造の観察(藤崎、横田):3次元内部構造顕微鏡システム(理化学研究所所有)を利用し、ハバース管、オステオサイトを含む皮質骨組織のオステオンスケール3次元構造を観察した。また、疲労破壊などに関係の深い内部亀裂の成長過程を観察するため、試験片内部の亀裂発生箇所の特定や亀裂伝播形態を観察するための観察-評価システムを構築した。これを工業用の金属材料の観察に適用してシステムの有効性を確認した。[3]ナノスケール構造変化の調査(藤崎、東藤):骨組織が変形するとナノスケール構造要素であるアパタイト結晶がひずみ、変形が過大となると結晶の破壊や、コラーゲン繊維の断裂が発生する。このナノスケールの破壊挙動を、X線回折法およびラマン散乱を用いて評価する方法を提案し、実際の骨試験片負荷時の挙動観察を行った。[4]破壊試験(藤崎):牛大腿皮質骨から切り出した骨試験片を脱ミネラル処理することで、シャルピー衝撃破壊強度が向上する結果が得られた。この結果を利用し、切欠きを付加した骨試験片を脱ミネラル処理することで、切欠きにより低下した衝撃破壊強度が特定の処理条件下で改善することが明らかになった。当該年度は研究の準備段階として、各種観察・測定装置開発と、実験手法の確認を行った。[1]骨試料作成法の確立(藤崎:研究代表者・弘前大学):骨試料として牛皮質骨を利用し、3×3×約30mmの力学試験用試験片を作製した。試料表面の仕上げ加工精度や、試料成形中の乾燥を抑制するため、湿潤下で精密な成形が可能な低速型切断機(ロースピードダイヤモンドホイールソー)を導入し、高精度な骨試験片成形を実現した。[2]骨組織用3次元内部構造観察システム開発(横田:研究分担者・理化学研究所、藤崎):理化学研究所所有の硬組織対応型内部構造顕微鏡システム(RMSS-003)を利用し、骨組織内部の3次元構造観察を実施した。RMSS-003はシリアルセクショニング観察法に基づいており、試験片のスライスと表面の顕微鏡観察を自動的に繰り返す3次元観察システムである。このシステムを骨組織に適用し、加工時の割れ発生や組織組成の破壊を防ぐための最適な加工条件、ならびに、組織内欠陥を明確に特定するための観察条件を決定した。実際にマウスの皮質骨試験片を多断面にわたってスライス観察し、血管や微小孔といったオステオン構造の観察を実現した。[3]破壊試験機開発(東藤:研究分担者・北海道大学、藤崎):骨組織弾性率測定用の4点曲げ試験治具を作製し、一般的な材料試験機上で牛皮質骨異方性弾性率および、破断荷重の測定を実施した。また、破壊じん性値を測定するため、シャルピー型の小型衝撃試験装置を開発し、高分子材料ならびに牛皮質骨試験片の破壊試験を行った。上記[1]、[3]に関連する成果を国内学会にて報告した。[1]破壊試験複数の条件下で脱灰(アパタイト除去)処理を施した牛皮質骨試験片に対し、小型シャルピー衝撃負荷装置を用いた破壊実験を行い、未処理状態より破壊エネルギが増加する処理条件を見出した。そこで、骨組織が物理的欠陥を有した状態を想定し、微小な切欠きを付与した骨試験片を作製した。切欠き試験片は衝撃破壊強度が著しく低下するが、切欠き部周辺を部分的に脱灰することで衝撃破壊強度の改善がみられた。また、この脱灰処理をより効果的に実施する方法について検討し、臨床に近い温度条件で脱灰処理時間の短縮に成功した。以上の結果から、脱灰が骨の破壊強度改善に有効な手段となりうることを確認した。[2]マルチスケール力学解析皮質骨表面を顕微鏡観察した際のオステオン形態を3次元CAD上でモデル化し、オステオン、非オステオン部に弾性率の異質性を仮定した有限要素モデルを構築した。このモデルについて有限要素法による静力学解析を行い、骨組織内の構造欠陥部に応力集中が生じることを確認した。

また、骨格構造の有限要素解析からマクロな形状に基づく応力集中部を特定した。このような力学解析を行うことで、脱灰処理が有効な部位を特定することができる。[3]結果のまとめと開示これまでの実験・解析結果から得られた知見をまとめ、国内外の学会発表等を通じて成果を公開した。また、関係機関の医学研究者に情報提供を行い、今後の臨床応用に向けた研究計画と各種実験を実行するための協力体制を樹立した。バイオメカニクス2013年度に設定した4つの研究項目に関して順調に進展し、研究者それぞれが学会等での成果公表に至っている。特に研究の最終目標達成に不可欠な研究項目である[4]破壊試験においては、脱ミネラル処理による骨組織強度の改善に成功しており、当該年度中に国内学会での成果報告が実現した。また、関連成果を2014年7月に国際会議で報告する予定である。また、研究者間の連携や必要な設備の導入といった研究環境の整備は完了しており、次年度の実験実施に問題はない。研究の進展に関する個別の打ち合わせは行ってきたが、中間成果報告会が未実施であるため、2014年度の初期に会議を実施し、最終年度の方針確認、次期研究計画の立案を行う必要がある。研究開始当初は研究代表者(藤崎)の所属機関の変更(北海道大学から弘前大学への異動(2012年8月))に伴い、実験装置の整備や設備導入に遅れが懸念されていたが、当該年度に設定した3つの課題、[1]骨試料作成法の確立、[2]骨組織用3次元内部構造観察システム開発、[3]破壊試験機開発に関して当初の設定目標を達成した。また、研究者間の連携も円滑に行われており、各機関での実験実施に必要な共同研究体制が確立している。次年度に実施予定の実験・解析に必要な機器や環境の準備も整っており、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。当初計画に基づき、下記3課題に関する実験・検討を行う。[1]破壊試験(藤崎、東藤):2013年度に引き続き骨試験片の破壊特性評価を行う。これまでに、脱ミネラル処理の有効性が示されていることから、最適な処理条件について、臨床的な可能性を踏まえて検討していく。[2]マルチスケール力学解析(藤崎、横田):骨格構造を考慮し、各部に作用する応力分布から、欠陥存在位置とその除去効果を数値解析により確認する。解析には汎用有限要素解析ソフト、または、理化学研究所にて開発されたフリーウェアV-Struct(VCADシステム研究プログラム)を利用する。骨格構造の応力分布を考慮すると、欠陥部を直接除去するだけでなく、周囲の構造を変化させることで、欠陥部にかかる応力集中を回避できる可能性もある。このような骨構造全体についての骨折リスク軽減方法についても検討する。[3]結果のまとめと開示(全員):本手法の有効性をまとめ、医師、医学系研究者に情報提供する。また、本結果を論文・学会等で広く公開することで、医工学のみならず、生理学、形態学的側面からの意見を集め、臨床適用のための方法論をまとめる。本研究期間内に整形外科の医師との連携を計画する。なお、公開した成果に関しては、各所属機関を通じたプレスリリース(資料配布)やWebサイトへの掲載を行う。当初計画に基づき、下記4課題に関する実験を行う。[1]骨折リスク除去処理(藤崎):破壊の起点となる構造を特定し物理的処理を施す。
十六～十八世紀のメッカ・シャリーフ政権および紅海貿易に関する動態的研究

聖地メッカ、そしてその支配者であったシャリーフ(預言者ムハンマドの子孫)による政権の性格分析を通してイスラーム世界の政治文化のダイナミズム(動態)を解明することを目的とし、研究活動を行なった。具体的には対象時期を1618世紀に設定、紅海貿易、メッカ巡礼などに着目し、一次史料の読解および記述内容の分析を行なった。また、あわせて海外における史料・史跡調査を行なった。これらの研究活動により、アラビア半島が前近代近代に至るまで一貫してインド洋世界、地中海世界の結節点として重要な役割を果たしていたことを明らかにした。本年度は16世紀以降へと対象時期を拡大することにより、国際情勢の変化、とりわけ大航海時代の到来がメッカおよびシャリーフ政権に及ぼした影響について考察した。1.コーヒー貿易に関するアラビア語史料の読解、記述内容の分析従来の歴史研究ではアフリカ航路の発見により東南アジアとヨーロッパが直接結びつき、香辛料貿易の中継貿易であった紅海貿易は衰退に向かったとの論が主流であったが、16世紀に新たに興隆したコーヒー貿易に着目し、国際商業とメッカ・シャリーフ政権の関係を解明するべく、コーヒー貿易に関するアラビア語史料の読解、記述内容の分析を行なった。具体的にはアブド・アルアズィーズ・イブン・ファフド(1516没)らによるメッカ年代記およびジャズィーリー・アル・ハンバリー(生没年不詳)の著作を取り上げた。その結果、16世紀前半にはメッカにおいてすでにコーヒー飲用の習慣が広まっていたこと、それに対してメッカのイスラーム学者の間で激しい法学論争が行なわれていたこと、その論争がメッカのみならず当時メッカに政治的覇権を及ぼしていたエジプト・マムルーク朝の対ヒジャーズ政策にまで影響を及ぼしていたことが明らかになった。2.イエメン史料・史跡調査(平成22年2月)1の作業と平行してイエメン各都市(サナア、アデン、タイッズ、モカ、ザビード、バイト・アルファキーフ)におけるコーヒー貿易関連の史料・史跡調査を行ない、あわせてムハンマド・ジャーズィム氏(サナア・フランス研究所、イエメン史)らとの意見交換を行なった。本年度は紅海貿易において港町ジッダが果たしていた機能に着目し史料読解・分析を進めるとともに、世界史におけるメッカ巡礼の意義を明らかにすべく19世紀まで対象時期を拡大し、ヨーロッパ諸国とメッカ巡礼との関わりについて考察した。またオマーンにおける史料・史跡調査を行なった。1.港町ジッダの研究アラビア半島西岸の港町ジッダが紅海貿易において果たしていた機能を解明するため史料読解・分析を行ない、その成果を「港町ジッダと紅海貿易」の題目で報告した(平成23年2月・於早稲田大学)。この結果、前近代近代に至るまで一貫してジッダが国際商業において重要な役割を果たしていたこと、紅海文化圏がインド洋世界、地中海世界の結節点として機能したことが明らかとなった。2.メッカ巡礼の研究世界史におけるメッカ巡礼の意義を明らかにすべく19世紀まで対象時期を拡大、史料読解・分析を行ない、その成果を「19世紀におけるメッカの「中心」性-メッカ巡礼とヨーロッパ-」として論文発表した(『人間文化創成科学論叢』第13巻、2011年)。この結果、メッカ巡礼は旧来のイスラーム世界観を強化する機能を担っていたのみならず、ヨーロッパ諸国によって構築された新しい世界秩序にイスラーム世界を組み込んでいく役割をも果たしていたことを明らかにした。3.以上1、2の作業に加え、インド洋に面したアラビア半島の諸港(マスカット、ソハール、スール、サラーラ、タカ、ホール・ルーリー、ミルバート他)の史料・史跡調査を行なった(平成23年2月・於オマーン)。
遷移金属エノラート配位型シリカートの反応制御に基づく官能基化有機金属化合物の調製

本研究では、銅(I)エノラートが分子内配位した高配位シリカートの特異な反応性を利用し、アルカリ金属アルコキシドでは不可能なsp^2炭素からエノラート酸素へのケイ素原子の転位を実現し、有要な有機合成中間体であるエノールシリルエーテルで官能基化されたアルケニルあるいはアリール銅(I)の簡便で適用範囲の広い新規調製法を確立した。これにより、炭素-炭素結合生成を伴うエノールシリルエーテルの高立体選択的な新規合成法を開発した。本研究では、sp2炭素原子からエノラート酸素原子へのケイ素原子の転位を利用する官能基化有機銅活性種の調製と有機合成への応用を行った。オルトシリルフェニルケトンに銅(I)t-ブトキシドを作用させ銅エノラートへ変換すると、t-ブチルジメチルシリル基の1,4-転位が進行し、エノールシリルエーテル構造をもつアリール銅が立体選択的に生成した。このアリール銅は様々な有機ハロゲン化物と反応しカップリング生成物を与えることを見出した。ケイ素置換基がジフェニルメチルシリル基の場合は転位と共にt-ブトキシドによるケイ素原子上での置換反応が進行し、(ジt-ブトキシメチルシリル)エノールシリルエーテル構造をもつアリール銅化合物が生成した。この有機銅化合物も有機ハロゲン化物と反応し立体選択的にカップリング生成物のエノールシリルエーテルを与えた。この様に、エノラート酸素の分子内配位によるシリカートの生成を経る適応範囲の広いアリール銅種の調製法を確立した。さらに、後者のケイ素上での置換反応の際に生成すると考えられるフェニル銅が有機合成に利用可能であることを、有機ハロゲン化物との反応性生物を確認することで明らかにした。一方、共役エノンへのマイケル付加で生成するエノラートへのケイ素原子の分子内転位についても検討した。α-シリル-α,β-不飽和ケトンにジアルキルクプラートをマイケル付加させた後、ヨウ化銅とDMFを添加すると生成した銅エノラートへの1,3-転位が進行し、エノールシリルエーテル構造をもつアルケニル銅化合物が生成することを見出した。引き続く有機ハロゲン化物との反応により立体選択的なエノールシリルエーテルの生成を伴う炭素-炭素結合形成反応へ展開できる可能性が明らかとなった。本研究では、sp^2炭素原子からエノラート酸素原子へのケイ素原子の転位を利用する官能基化有機銅活性種の調製と有機合成への応用を行った。今年度は、エノラートの調製にケイ素置換不飽和ケトンへの有機金属試薬の共役付加を利用した三成分連結反応について検討した。α-シリル-α,β-不飽和ケトンにジアルキル銅リチウムを共役付加させた後ヨウ化銅とDMFを添加すると、生成した銅エノラートの酸素原子へケイ素原子が1,3-転位しエノールシリルエーテル部位をもつアルケニル銅が生成した。これに種々の有機ハロゲン化物を作用させると、ジアルキルクプラート、不飽和ケトン、ハロゲン化物の三成分が一挙に連結したエノールシリルエーテルが立体選択的に得られた。また、tert-ブタノールとヨウ化銅の混合物にアルキルリチウムを滴下し、モノアルキル銅(I)と銅(I)tert-ブトキシドジの組成比が1:1となるよう予め調製した有機銅試薬を共役付加に用いる改良法では、ジアルキル銅リチウムとの反応に比べて反応収率が向上し、基質適用範囲がさらに拡張できた。この改良法にアルキルリチウムの代わりにグリニャール試薬を利用することで、共役付加する有機銅試薬の有機基の種類を大幅に拡張することができた。さらに、アルキルリチウムの代わりに、硫黄原子で安定化された1,3-ジチアンやチオアニソールのリチオ化体を用いても同様の反応が進行し、1,3-ジチアンとの反応からは1,4-ジケトンの2つのカルボニル基をそれぞれ異なった保護基で保護した化合物が得られた。
コケ植物を指標とした生態系評価手法の開発-生物共生型都市緑地計画を目指して

孤立緑地におけるコケ植物多様性保全手法の提案を目指して,「都市内復元型ビオトープにおけるコケ植物フロラの変化」と「京都市におけるコケ植物外来種;Tortula pagorum(Milde)De Not.の生育分布に関する研究」の2つの研究を主に行った。以下,これらの研究の要約を示した。都市内復元型ピオトープにおけるコケ植物フロラの変化本研究では京都市内の孤立緑地を調査地として,コケ植物のフロラの変遷に着目して,市街地に新しく造成された緑地が自然性を獲得していく過程を明らかにすることを目的とした.調査地の2002年と2007年のコケ植物フロラを比較したところ,本調査地におけるコケ植物の侵入・消失は,生育基物の種類や面積によって左右されることガまた,コケ植物の生活史やニッチ,無性生殖の有無も関係することが明らかとなった.さらに,コケ植物の初期遷移パターンは,他の植物分類群のものと異なる可能性も示唆された.京都市におけるコケ植物外来種;Tortula pagorum(Milde)De Not.の生育分布に関する研究本研究では京都市内の孤立緑地を調査地として,外来種のコケ植物であるコモチネジレゴケの生育環境,および在来種のコケ植物に与える脅威について考察することを目的とした。その結果,京都市内において本種が広範囲で生育していることが確認され,本種は山地から離れた孤立緑地に侵入している実態が明らかになった。また,本種の在来種への侵入状況を観察した結果から,現段階では在来種のコケ植物の大きな脅威になっていないと判断された。しかし,その脅威を正確に評価するためには,長期的な本種の生育分布動態のモニタリングが必要であると考えられた。コケ植物生育分布と環境要因との関係を定量的に明らかにした一連の研究成果は,コケ植物の生育実態の把握やその多様性の保全に貢献することが期待される。都市化に伴う緑地の孤立・分断化は,そこに生育・生息する生物相に大きく影響することが知られている。しかし,緑地の孤立・分断化が蘚苔類に与える影響については,一部の指標種に関する研究や個別の知見はあるが,体系的な研究に乏しい。そこで博士論文を含む一連の研究では,京都市内にある孤立緑地を調査地として,マクロ・メソ・ミクロの3つの階層的なスケールから蘚苔類生育分布と景観生態学的諸要因とを関連付け,都市緑地における蘚苔類多様性保全区の設定,整備・管理の指針を提案することを目的とした。複数の多変量解析手法を用いて調査地の蘚苔類フロラと生育環境との関係について検討した結果,まず,マクロスケールにおける研究からは,蘚苔類多様性を維持するためには,適度に間伐・伐採された平坦な大面積の緑地と,間伐・伐採されていない斜面の発達した大面積の緑地の確保が重要であることが明らかとなった。次に,メソスケールにおける研究からは,蘚苔類種多様性を高める緑地の整備や管理の指針として,まとまった面積の岩場の整備,石垣・排水路などの人工構造物の配置,蘚苔類への照度を保証する細やかな日常管理(落葉清掃・除草),および踏圧からの保護が示され,ミクロスケールにおける研究からは,胞子・無性芽の定着環境整備の有効性が示唆された。終わりに,以上で考案した階層的な蘚苔類生育モデルと蘚苔類フロラ調査結果に基づいて,蘚苔類生育型や緑地面積,比高などを手がかりとした複数の蘚苔類多様性保全区設定手法の効果を比較・検討した。蘚苔類生育分布と環境要因との関係を定量的に明らかにし,これまでにない階層的な蘚苔類生育モデルに基づいた蘚苔類多様性保全区の設定手法を提案した一連の本研究成果は,都市緑地における蘚苔類の生育実態の把握や保全効果の上昇に貢献することが期待される。

しかし,その脅威を正確に評価するためには,長期的な本種の生育分布動態のモニタリングが必要であると考えられた。コケ植物生育分布と環境要因との関係を定量的に明らかにした一連の研究成果は,コケ植物の生育実態の把握やその多様性の保全に貢献することが期待される。
3次元レーザースペックル法と移動境界解析法との併用による瞬間発熱反応場の可視化

反応フロントの可視化結果から,その進行過程は,アトウッド数と無次元反応速度によって分類でき,HCl-NaOH系では鋭角な微小擾乱を伴う反応面進行と水平方向に一様な反応面進行とに分類されることが分かった.一方,CH3COOH-NaOH系では,HCl-NaOH系で観測された鋭角な突起群ではなく,蒲鉾状の突起群が形成された.数値解析により,鉛直上向きの強い浮力対流と鉛直下向きの弱いソルトフィンガーが重畳することによって生じることを明らかにした.この蒲鉾状の突起群生成は,レーザースペックル法による屈折率分布測定結果からも観測された.HCL(上層3.0 mol/L )ーNaOH(下層6.0 mol/L)の場合,反応開始後,反応面が上部に進行しているのが確認された.その後,時間の経過とともに反応面はさらに上昇し続け,t = 300 minでは,スライド面からの距離が約2.2 mmまで進行した.これは,NaOH水溶液の拡散速度がHCL水溶液の拡散速度よりも大きいために起こった現象である.また,化学反応によって密度変化が生じても,安定な密度成層が形成されることにより,反応面は常に水平方向に一様に形成される.よってこの条件は拡散支配であるといえる.次に,HCL(上層3.0 mol/L )ーNaOH(下層1.5 mol/L)の場合,反応開始直後に,反応面がスライド面より下部で波打っている様子が確認された.t = 5 minではこの波がスライド面より約6.7 mm下部に進行した.これは化学反応により反応ゾーンの温度が上昇し,反応ゾーンの密度が初期の上層密度より低下したことで,反応面が不安定な状態となり,自然対流が発生したためである.よってこのパターンは自然対流支配であると言える.HCL ーNaOH系においては反応速度が大きくなるにつれて,より密度差が大きい領域まで自然対流支配となる傾向がみられた.また,この場合,拡散支配,及び自然対流支配(反応面下降)の2パターンのみとなった.一方, CH3COOH ーNaOH系でもHCLーNaOH系と同様に,反応速度が大きくなるにつれて,より密度差が大きい領域まで自然対流支配となる傾向がみられた.自然対流支配条件は2種類存在し,一つは,反応面が下降していく条件,もう一つは,ゆっくりと反応面が進行し,ソルトフィンガーによって上昇する条件である.いずれの発生限界も,無次元反応速度によらず,密度差のみによって決定されるといえる.本年度は,酢酸(CH3COOH)ーNaOH水溶液における反応進行中の可視化実験を行い,1次元数値解析を用いて物質移動について考察を行った.実験に使用するHele-Show Cellは,高さ50 mm×幅65 mm×奥行き20 mmであり,上層と下層の2つのアクリル容器で構成されている.各アクリル中央には,溶液を注入するため,高さ25 mm×幅25 mm×奥行1 mmの空間が設けた.上層CH3COOH水溶液(1.0 mol/L ,1006 kg / m3),下層にNaOH水溶液(0.3 mol / L ,1011 kg/m3)とした場合,時間の経過とともに不安定な蒲鉾状の反応面が形成されていくことがわかった.通常の化学反応流のレーリーテーラー不安定性が生じる系では,反応面は,複数の鋭角な突起形状が発生・消滅を繰り返しながら進行していくことが報告されている.本研究では,この理由について,1次元解析を用いて密度分布を算出し,考察を行った.y = ー25 mmでは,NaOHのバルク密度(1011 kg/m3 )と等しい.yの増加とともに,NaOH濃度の低下が生じるため,密度は減少する.反応面付近を見ると,密度は単調に減少せず,極大値を持つことが分かる.これは,NaOH層側に,CH3COONaが拡散し,それによって密度上昇が生じるためである.したがって,上述した蒲鉾状の反応面は,密度の極大値が出現することによってフィンガー型対流が生じた結果と考えられる.さらに,yが増加すると,CH3COONaおよびCH3COOHの濃度低下により,極小値が現れることが分かった.よって,反応面よりも上部空間においてもフィンガー型対流の存在が予想される.さらにyが増加すると,CH3COOH濃度の増加とともに,酢酸のバルク密度(1006 kg / m3 )に漸近することが分かった.これまで使用してきた2段式Hele-Shaw Cellではセルの境界線やグリースの影によって,実験開始直後の反応面の様子が観察できなかった.本研究では,Y. Shiaらの論文を参考にして,新規にHele-Shaw Cellを作成し,反応初期における対流挙動の可視化を目標とした.多層型Hele-Shaw Cellの全体の寸法は,高さ98 mm×幅80 mm×奥行き21 mmであり,パイレックス板(高さ74 mm×幅55 mm×厚さ3.3 mm)をはめ込むためのアルミ製外部フレーム(2枚),パイレックス板(2枚),液室ならびにスペーサー用のゴム板(1枚,厚さ1 mm)の5層構造として実験を行った.

また,溶液を注入・排出するためにパイレックス板に開けた4つの穴にガラス管を差し込み接着した.このガラス管(外形2 mm,内径1 mm,長さ20 mm)にそれぞれゴムシリコンチューブ(外径3mm,内径1mm)を介してペリスタポンプにより,一様な反応面が観測されるまで,溶液を多層型Hele-Shaw Cellに注入し続けた.HCl-NaOH系については,反応面での濃度勾配が急激になり,主に生成物層の密度がHCl aqの密度よりも小さくなり,鋭角な微小擾乱をともなうフローパターンが形成され,その時系列データの取得に成功した.HCl-NaOH系では,このパターン1の他に反応面が一様に進行するパターン2とが形成される様子を実験開始直後から観察できた.一方,CH3COOH-NaOH系については,反応時間の経過とともに,蒲鉾状の反応フロントが形成されることが明らかとなった.同時に行った,数値解析と照らし合わせると,反応の進行に伴い,反応フロントに局所的に大きな密度低下とわずかな密度増大が現れ,このことが蒲鉾状のフローパターン形成に関与していることが予想された.反応フロントの可視化結果から,その進行過程は,アトウッド数と無次元反応速度によって分類でき,HCl-NaOH系では鋭角な微小擾乱を伴う反応面進行と水平方向に一様な反応面進行とに分類されることが分かった.一方,CH3COOH-NaOH系では,HCl-NaOH系で観測された鋭角な突起群ではなく,蒲鉾状の突起群が形成された.数値解析により,鉛直上向きの強い浮力対流と鉛直下向きの弱いソルトフィンガーが重畳することによって生じることを明らかにした.この蒲鉾状の突起群生成は,レーザースペックル法による屈折率分布測定結果からも観測された.昨年度研究方針を修正したことにより,これまでに理解されていなかった,弱酸ー強塩基の中和反応における物質移動や対流発生のメカニズムが明らかとなった.とくに,この場合は,2段階で化学反応(1段目:遅い解離反応,2段目:中和反応)が生じるため,反応初期においては安定条件でも,時間の経過とともに不安定条件へ遷移していくことが示唆された.さらに,反応中は,密度の極大値および極小値をともない,フィンガー型対流が発生することにより,複数の蒲鉾状の突起形状をもつ反応面が形成されることが明らかとなった.熱工学概ね1次元的な考察は終了した.平成27年度は,熱・物質移動解析を2次元に拡張し,不安定流れを伴う移動現象解析を行う予定である.なお,レーザースペックル法における屈折率分布計測において,現状のHele-Shaw Cellでは,2つのアクリルセルを組み合わせたものであるため,反応初期の検討が難しかった.平成27年度は,Hele-Shaw Cellを改良し,数値解析と比較できるように,1つのアクリルセルからなるHele-Shaw Cellを用いて検討を行う予定である.当初の計画では,レーザースペックル法による屈折率測定を行う予定であった.しかし,肝心の化学反応中に生じるレーリーテーラー不安定性について,国内外をとわず文献調査した結果,不安定性が生じる明確な条件が分かっていないことが判明した.そこで,本年度は,反応の初期条件を変化させ,不安定性が生じる条件がどのように区分されるかという膨大な数の実験を行った.その結果,反応速度と初期密度差を用いることで,化学反応中のレーリーテーラー不安定性が生じる条件が明らかとなった.当初の計画では,レーザースペックル法による屈折率分布計測を行う予定であった.しかし,肝心の酢酸ー水酸化ナトリウム系における反応面不安定の原因が理解できず,原料種の変更,気泡発生計測や温度計測などを用いて様々な原因の追及を行った.また,文献調査も同時進行で行っていった.また,反応進行時における1次元熱物質移動解析も行った.そのため,昨年度は,レーザースペックル法を用いた検討が十分にできなかった.