hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
混相複雑乱流DNSのための非線形コンパクトスキームの適用に関する研究

コンパクトスキームの特徴である高解像度性と位相誤差の微小である特徴を複雑流動DNSに活用する手法を研究した。なめらかな流れ場と比べ物理量の不連続性が存在する流れ場においては、スペクトル法で用いられる有限フーリエ級数による導関数の近似法ではギブス現象が発生し収束性が極めて悪くなる。そのため、高波数にのみ散逸誤差をもつコンパクトスキーム系は計算をロバストにする効果が期待できる。一方、ENOスキームに見られるように、物理量の不連続性をとらえることに優れている計算スキームは比較的大きな散逸誤差(数値散逸)をもち、音波の伝播を捉えるのには一般に散逸が大きすぎる。コンパクトスキームは伝播する音波を捉えることにはきわめて優れた特性を持つ有限差分スキームである。このスキームの特徴をいかす手法を研究するため、(1)鈍頭物体まわりの高いマッハ数流れにおける外部からの微小かく乱受容性に関する問題、(2)超音速流れから発生する音波に関する問題、そして(3)混相流における気泡変形と崩壊現象について研究を行った。その結果、問題(1)については、鈍頭物体により離脱衝撃波をもつマッハ数M=10の流れの上流から平面音波が進入する場合は、エントロピーと渦度変動が発生する様子をシミュレートすることができた。問題(2)では、移流マッハ数が1.17の超音速矩形ジェットから発生する音波の様子は、風上バイアススキームによってジェット乱流微細構造とマッハ波を同時に捕らえることができる。問題(3)においては、気液二相流れにおいて、気体と液体を表す状態方程式を用いることによって、液体中の気泡に衝撃波を衝突させ気泡が崩壊する際に音波とマイクロジェットを捕らえることができた。高次精度コンパクトスキームを適用するために、数値フラックスの凸結合補間、そして混相流に見られる物理量の非常に大きな不連続性による振動を抑えるために非線型フィルターを用いた。これらの手法の組み合わせによって、数値振動を抑え、混相流に見られるような大きな物理量ジャンプと微小音波を同時にとらえることが可能となった。コンパクトスキームは少ないステンシルで高い解像度を持つ事によって、乱流計算などの場の情報が豊富な流体計算に用いられる。一方、高次TVD・ENOスキームは物理量のジャンプがある条件に用いる事ができる。本研究では、高解像度の特徴を生かし、物理量の大きな不連続性があっても使用できる非線型コンパクトスキームを開発した。基本的な考え方は、コンパクト補間の線形結合によって少ないステンシルのままで高次精度を達成する事ができることである。このアイデアを凸結合補間または重み付きENOスキーム(WENO)とも呼ぶ。この手法に最近いくつかの提案があった:Journal of Computational Physics(2000-2001)。WENOの手法に3次精度陽解法補間を組み合わせて5次精度補間にする方法が提案された(Deng&Zhang)。本研究では、この補間に7次コンパクトや9次コンパクトスキームを用いる事によって陽解法スキームを用いた彼らの方法と比較して、解像度の格段の向上が見られた。本スキームを使って、まず極超音速(M=10)先頭衝撃波を通過する音波に対する境界層の受容性に関するシミュレーションを行った。このシミュレーションは大きな密度変化を伴う先頭衝撃波の背後にどのように微小撹乱が受容されるかを調べることができ、計算手法の優劣が定量的にわかる。

その結果、先頭衝撃波と鈍頭形状の間に発生する衝撃波モードと呼ばれる圧力・密度・温度撹乱が高解像度で見出す事ができた。これらの撹乱は壁面温度条件によっても大きく変わる。さらに、導入した音波周波数にも影響されることがわかるなど、受容した微細な撹乱構造の変化もとらえる事ができた。コンパクトスキームの特徴である高解像度性と位相誤差の微小性を複雑流動DNSに活用する手法を研究した。なめらかな流れ場と比べ物理量の不連続性が存在する流れ場においては、スペクトル法で用いられる有限フーリエ級数による導関数の近似法ではギブス現象が発生し収束性が極めて悪くなる。そのため、高波数にのみ散逸誤差をもつコンパクトスキーム系は計算をロバストにする効果が期待できる。一方、ENOスキームに見られるように、物理量の不連続性をとらえることに優れている計算スキームは比較的大きな散逸誤差(数値散逸)をもち、音波の伝播を捉えるのには般に散逸が大きすぎる。コンパクトスキームは伝播する音波を捉えることにはきわめて優れた特性を持つ有限差分スキームである。このスキームの特徴をいかす手法を研究するため、(1)鈍頭物体まわりの高いマッハ数流れにおける外部からの微小かく乱受容性に関する問題、(2)超音速流れから発生する音波に関する問題、そして(3)混相流における気泡変形と崩壊現象について研究を行った。その結果、問題(1)については、鈍頭物体により離脱衝撃波をもつマッハ数M=10の流れの上流から平面音波が進入する場合は、エントロピーと渦度変動が発生する様子をシミュレートすることができた。問題(2)では、移流マッハ数が1.17の超音速矩形ジェットから発生する音波の様子は、風上バイアススキームによってジェット乱流微細構造とマッハ波を同時に捕らえることができる。最後に、気液二相流れにおいて、気体と液体を表す状態方程式を用いることによって、液体中の気泡に衝撃波を衝突させ気泡が崩壊する際に音波と衝撃ジェットを捕らえることができた。物理量の非常に大きな不連続性による振動を抑えるために非線型フィルターを用いた。
タンパク質内部空間への金属錯体の導入による新規触媒反応の開発

近年、合成金属触媒をタンパク質内部空間に導入した人工生体触媒が注目されている。この人工生体触媒では、タンパク質を3次元の優れた化学反応場として扱うことで、反応の立体選択性を実現することが可能となる。しかし、立体選択的な炭素ー水素結合の活性化や炭素ー炭素結合形成等、より魅力的で困難な触媒反応を実現した人工生体触媒は殆ど無い。そこで本研究者は、前年度までにユニークなタンパク質空孔を有するニトロバインディンを用いて、約65%のトランス体ポリフェニルアセチレンを得ることを見出し、タンパク質が反応の立体選択性に影響を及ぼすことを示した。本年度は、より高い立体選択性を実現するために、活性中心近傍のタンパク質内部空間に対して、詳細に再設計した10種類の異なる人工生体触媒を調製した。特に得られた人工生体触媒のうちのひとつに関しては、結晶構造解析にも成功し、ロジウム錯体がタンパク質内部空間に堅牢に収まっていることが確認された。さらに、それぞれ10種類の人工生体触媒を用いて、反応条件も最適化したうえで重合反応を実施し、得られたポリマーの立体選択性について評価したところ、トランス選択性を約80%に高めることを達成した。次に、MD計算を用いてタンパク質内部空間における金属錯体の挙動を解析し、人工生体触媒が調製したポリマーの立体選択性と比較検討したところ、ポリマーのトランス選択性の向上には、"ロジウム錯体が安定に位置することが可能で"かつ"モノマーの活性中心へのアプローチをコントロールできる"適切なタンパク質内部空間をもつ人工生体触媒が必要であることが明らかとなった。(抄録なし)立体選択的な反応のための合成金属触媒の開発には配位子の精密設計が不可欠であったが、近年、合成金属触媒をタンパク質内部空間に導入した"人工生体触媒"が注目されている。しかし、立体選択的な炭素一水素結合の活性化や炭素一炭素結合の形成などのより魅力的で困難な触媒反応を実現した人工生体触媒は殆ど無い。そこで本申請者は、昨年度までにユニークなタンパク質空孔を有するニトロバインディンを用いて、約50%のトランス体ポリフェニルアセチレンを得ることに成功しており、タンパク質が反応の立体選択性に影響を及ぼすことを示した。そこで本年度は、トランス選択性の向上を目指し、人工生体触媒の内部空間の再構築を試みた。まずニトロバインディンをさらに最適な反応場として設計するため、MD計算を実施した。そして、得られたMD計算結果と想定される反応機構に基づいて、ニトロバインディンの内部空間を再びデザインした。設計した種々のニトロバインディン変異体にアフィニティタグを導入し、簡便に精製できるような工夫を行なった。さらに得られた変異体に対してロジウム錯体を導入した人工生体触媒を用いてフェニルアセチレンに対する重合反応活性を評価した。結果として、65%のトランス体を生み出す第二世代の人工生体触媒の構築に成功した。そして、よりファインなチューニングを行なうために、第二世代の人工生体触媒の結晶化を達成し、現在はその結晶構造解析について検討している。当初計画していた人工生体触媒の構造解析までは到達することができなかったため。しかし、現在その結晶化には成功している。現在、人工生体触媒の結晶化を達成していることから、今後はその結晶構造解析を行い、金属錯体を含んだタンパク質の構造を明らかとする。そして、結晶構造に基づいて、重合反応におけるトランス選択性を向上させるためのタンパク質内部空間のよりファインなチューニングを実施する。(抄録なし)
励起子・束縛電子に対する超格子効果とその光学的特性

1.電子-正孔分離型(タイプII)量子井戸系における励起子について、その一般的な性格を調べた。無限井戸障壁モデルでは励起子の性格は井戸幅と電子-正孔質量比に強く依存なし、いくつかの極限で次元的な性格を持つが、有限井戸障壁モデルでも似た性格を持つ。光振動子強度は電子、正孔の井戸からのしみ出しに応じて大きくなり、井戸幅や障壁の大きさに敏感である。又量子井戸系(超格子系)を形成している物質の電媒定数が異なることによる。いわゆる電媒定数ミスマッチによる励起子状態への効果を調べた結果、この効果は電媒定数や井戸幅の大小関係に大きく依存し、励起子の束縛エネルギーに重要な効果を与えることがわかった。以上の結果はバンド端の位置関係により生ずる種々のタイプII量子井戸系の励起子を議論する上で非常に有用である。2.タイプII量子井戸系の励起子に対する電場効果を調べた。この系では正孔が電子に対し電場の方向、又は反対の方向の2つの状態が生じ、その振動舞いは大きく異なる。即ち、電場が大きくなるにつれ、励起子エネルギーはお互いに反対方向にシフトし、又、光振動子強度変化も反対になる。この結果はタイプIの励起子の振子舞いと大きく異なり、電場効果はタイプI、IIの判別に非常に重要であることを意味している。3.井戸間のカップリングがあるようなダブル量子井戸構造での励起子状態を調べた。励起子は障壁の大きさ、井戸幅と共に中間のバリア幅に大きく依存する。サブバンド関数の広がりを反映した量子サイズ効果により、単一量子井戸の場合と違った振る舞いを井戸幅の変化に対して励起子が示すことがわかった。この違いを用いたデバイスへの応用も考えられる。
宇宙のパラ水素分子が引き起こす水分子のオルソ／パラ比異常

本年度は,宇宙に豊富に存在するパラ水素分子を反応物とした化学反応によって生成した分子のオルソ/パラ比(Ortho-to-para ratio, OPR)を調べるための実験装置の設計をおこなったともに,分子の核スピン状態を制御するための手法を模索したところ,興味深い結果が得られたのでここに報告する.ヘリウム冷凍機によって6 Kに冷却したアルミニウム基板にネオン(Ne)と水(H2O)を1000:1で混合したガスを蒸着すると,ネオンの結晶の中にH2O分子が単離された状態の固体を作製することができる(Neマトリックス).このNeマトリックスを6 Kのまま8時間ほど放置しておくと,Neマトリックス内でH2O分子のオルソ-パラ転換がおき,そのOPRは核スピン統計重率比である3からほぼパラH2Oのみ(OPR = 0.03)へと変化する.その後,Neマトリックスを6 K/minで11 Kまで加熱すると,Neのみが昇華(熱脱離)し,アルミニウム基板上に残されたパラH2O分子が凝集して氷が生成した.この「パラH2O分子を用いて作製した氷」に157 nmエキシマーレーザーを照射することで氷からH2O分子を光脱離させ,そのOPRを共鳴多光子イオン化法により測定したところ,そのOPRは3(核スピン統計重率比)であることがわかった.また「パラH2O分子を用いて作製した氷」を145-160 Kまで加熱し,氷から熱脱離したH2O分子のOPRを測定したところ,光脱離と同様にOPRは3であることがわかった.H2O分子の核スピン状態を制御して(パラH2O分子を用いて)氷を作製したにもかかわらず,その氷から光脱離・熱脱離したH2OのOPRは3(核スピン統計重率比)になったことから,氷内でH2Oのオルソ-パラ転換は速やかにおきており,H2OのOPRは氷内で核スピン統計重率比になっていることが明らかとなった.実験装置の設計はおおむね予定通り進んでいるため.また,核スピン状態が制御された分子(例:パラH2O分子)を用いて固体(氷)を作製し,その固体から光脱離・熱脱離した分子のOPRを測定する手法の開発にも成功したため.今後は,パラ水素分子を用いた化学反応によって生成したH2O分子のOPRを調べるための実験装置の構築・完成を目指す.実験では,まず「共鳴多光子イオン化法」を用いてH2O分子の検出を試みる.万が一うまくいかない場合は「レーザー誘起蛍光法」を用いた実験についても検討する.また,当初の予定とは異なるアプローチである「Neマトリックス」を用いて,核スピン状態が制御された分子を用いて固体を作製する手法が確立したので,この手法を用いて新しい研究ができないか模索する.本年度は,宇宙に豊富に存在するパラ水素分子を反応物とした化学反応によって生成した分子のオルソ/パラ比(Ortho-to-para ratio, OPR)を調べるための実験装置の設計をおこなったともに,分子の核スピン状態を制御するための手法を模索したところ,興味深い結果が得られたのでここに報告する.ヘリウム冷凍機によって6 Kに冷却したアルミニウム基板にネオン(Ne)と水(H2O)を1000:1で混合したガスを蒸着すると,ネオンの結晶の中にH2O分子が単離された状態の固体を作製することができる(Neマトリックス).このNeマトリックスを6 Kのまま8時間ほど放置しておくと,Neマトリックス内でH2O分子のオルソ-パラ転換がおき,そのOPRは核スピン統計重率比である3からほぼパラH2Oのみ(OPR = 0.03)へと変化する.その後,Neマトリックスを6 K/minで11 Kまで加熱すると,Neのみが昇華(熱脱離)し,アルミニウム基板上に残されたパラH2O分子が凝集して氷が生成した.この「パラH2O分子を用いて作製した氷」に157 nmエキシマーレーザーを照射することで氷からH2O分子を光脱離させ,そのOPRを共鳴多光子イオン化法により測定したところ,そのOPRは3(核スピン統計重率比)であることがわかった.また「パラH2O分子を用いて作製した氷」を145-160 Kまで加熱し,氷から熱脱離したH2O分子のOPRを測定したところ,光脱離と同様にOPRは3であることがわかった.H2O分子の核スピン状態を制御して(パラH2O分子を用いて)氷を作製したにもかかわらず,その氷から光脱離・熱脱離したH2OのOPRは3(核スピン統計重率比)になったことから,氷内でH2Oのオルソ-パラ転換は速やかにおきており,H2OのOPRは氷内で核スピン統計重率比になっていることが明らかとなった.実験装置の設計はおおむね予定通り進んでいるため.また,核スピン状態が制御された分子(例:パラH2O分子)を用いて固体(氷)を作製し,その固体から光脱離・熱脱離した分子のOPRを測定する手法の開発にも成功したため.今後は,パラ水素分子を用いた化学反応によって生成したH2O分子のOPRを調べるための実験装置の構築・完成を目指す.実験では,まず「共鳴多光子イオン化法」を用いてH2O分子の検出を試みる.万が一うまくいかない場合は「レーザー誘起蛍光法」を用いた実験についても検討する.また,当初の予定とは異なるアプローチである「Neマトリックス」を用いて,核スピン状態が制御された分子を用いて固体を作製する手法が確立したので,この手法を用いて新しい研究ができないか模索する.
島嶼環境における生物群集の成立機序と適応進化のゲノミクス

本研究は、伊豆諸島、伊豆半島のシマヘビとオカダトカゲの系をモデルとして、捕食者ー被食者関係の成立機序を分子系統地理学的手法を用いて推定し、捕食者と被食者の適応進化に関して、以下の研究成果を得た。オカダトカゲは、日本本土の集団から約500万年前に分岐したが、現在の島々に拡散し、各島嶼集団が分化したのは新しく、約30万年前意向であると推定された。一方、シマヘビは、東日本の系統と西日本の系統からそれぞれ独立に、約30万年前に伊豆諸島に分布するようになったと推定された。シマヘビが捕食者として定着した島では、オカダトカゲの生活史、色彩に捕食回避に資する適応的な形質が発達したことが明らかになった。本研究の目的は、島嶼生態系における食物連鎖の成立機序に対応した捕食者と被食者の適応進化を遺伝子レベルで解明することである。具体的には、捕食者の色彩パタンの適応進化に関わる生態学的情報が十分に得られている伊豆諸島、伊豆半島のシマヘビとトカゲ類を主な対象として、ゲノム及び候補遺伝子の分子遺伝学的解析を行い、島嶼環境における捕食者ー被食者関係の成立機序を詳細に再現するとともに、捕食者の色彩パタンを進化させた自然選択の強さと時期を推定し、ゲノムレベルと行動・生態レベルでの適応進化を実証する。25年度の成果を、4つの研究項目ごとに記述する。1)捕食者-被食者系の成立機序とその年代推定:懸案であったオカダトカゲの系統地理学的解析を完了し、論文を投稿し採択された。本土の餌生物の代表としてモリアオガエルを選び、その系統地理学的解析に取り組み、予備的には十分な成果を得た。H26年度に完了させる見込みがついた。2)捕食者の色彩を認知し、回避する行動の解析:まだ成果が上がっていない。H26年度夏季の重要なテーマである。3)シマヘビの色彩パタンの地理的変異、色素細胞の構成、遺伝様式:シマヘビの色素胞を組織学的手法で検討し、黒化型は真皮層の黄色素胞と虹色素胞が欠如する遺伝的変異個体であること、ストライプ型と非ストライプ型は、黒色素胞の量と配置の仕方の違いによることを解明し、その成果を投稿論文にまとめ、採択された。ストライプ型と非ストライプ型は不完全優性遺伝であるとの仮説を立て、各色彩型の出現様式と頻度から、仮定した遺伝様式の可否を判定して、その成果を論文にまとめて投稿し、採択された。4)候補遺伝子と核ゲノムの分子集団遺伝学的解析による自然選択の検出:mRNAの発現解析を行い、色彩型の違いを生み出す遺伝子の候補を絞り、いくつかの遺伝子の配列を決定した。シマヘビから採取した体組織(筋肉と肝臓)から抽出したDNAを次世代シーケンサによる解析とデータマイニングを行う。それにより、SSRマーカーになりうる配列の検索とPCRプライマーの設計、他のモデル生物で明らかになっている遺伝子と相同な配列の検索とユニバーサルプライマーの設計を行い、25年度に行うべき集団遺伝学的解析に備えた。伊豆大島のシマヘビは全て黒化型であるが、同じクレードに属する伊豆半島集団では約90%がストライプ型で、約10%が黒化型であった。黒化型が劣性ホモ接合型であれば、黒化型の雌もストライプ型の雌も交尾相手の遺伝子型に応じてストライプ型と黒化型の子を産む。一方、ストライプ型と非ストライプ型が不完全優性ならば、中間型が存在し、ストライプ型は決して非ストライプ型の子を産まず、非ストライプ型はストライプ型の子は産むことはない。伊豆大島、伊豆半島、新島と神津島で採取した雌ヘビを産卵させ、子ヘビの色彩パタンを判別し、同様に遺伝様式を解析した。シマヘビの色彩型は、表皮及び真皮層の色素細胞の構成と配列によって決まっているため、色彩型を決める遺伝子は、色素細胞の分化に関わる遺伝子群の中に存在すると仮定できる。そこで、ゲノムレベルでの解析では、可能な限り同じクレードに属する3つのホモ接合色彩型(ストライプ型、非ストライプ型、黒化型)個体のゲノムを読み、相互に相同な配列の検索を行う。色彩型以外の表現型形質では差がない個体同志のゲノムを比較するため、マッチングの強さを基準にして、色彩型の違いをもたらす遺伝子領域を絞り込む。そのため、ストライプ型と黒化型のヘビの皮膚からRNAを抽出し、転写発現解析のための配列解析を次世代シーケンサを用いて行った。バイオインフォマティクス解析は平成25年度に行う予定である。本研究の究極目標は、島嶼生態系における食物連鎖の成立機序に対応した捕食者と被食者の適応進化を遺伝子レベルで解明する事である。

具体的には、捕食者の色彩パtンの適応進化に係る生態学的情報が十分に得られている伊豆諸島、伊豆半島のシマヘビとオカダトカゲの系をモデルとして、捕食者ー被食者関係の成立機序を分子系統地理学的手法を用いて詳細に再現するとともに、捕食者と被食者の色彩パタンの適応進化させた自然選択の強さとタイミングを推定し、ゲノムレベルと行動・生態学レベルでの解明を目指した。3か年(24-26年度)の研究成果は以下の通りである。1)シマヘビの系統地理学的解析を2011年に論文公表後、本研究の主要な成果として、2014年にはオカダトカゲの系統地理学的解析結果を論文公表した。2014年には、日本本土におけるシマヘビの重要な餌生物であるモリアオガエルの系統地理学的解析を実施し、その成果を論文公表に向けてとりまとめ中である。2)2014年度に新島と神津島において、シマヘビの各色彩型を模したモデルを野外に設置し、オカダトカゲの回避行動を評価する野外実験を実施した。その結果、オカダトカゲは、各島のシマヘビ個体群に固有な色彩型を選択的に回避し、見慣れない色彩型を警戒しないことが示された。3)シマヘビの色素細胞を組織学的に調べ、ストライプ型と非ストライプ型は、黒色素胞の量と配置の仕方によること、不完全優性の遺伝様式であることを解明し、それぞれを論文として公表した。2014年には、ストライプ型と黒化型の胚発生を調べ、黒化型が単純な劣性形質ではなく、黄色素胞、虹色素胞の分化・発現を制限する優性形質である可能性を示唆する証拠を得た。4)色彩型の分化を規定する候補遺伝子の探索をmRNAの発現解析によって試みた。遺伝子の同定をかなり進めたが、まだ候補遺伝子の絞り込みには至っていない。生態学シマヘビの色彩型に関する組織学的研究の成果が上がったことで、その遺伝様式の解明、mRNAの発現解析から候補遺伝子の配列決定など、目標とした成果をほぼ予定通りあげることが出来ているから。色彩型の違いを生み出す色素細胞の構成を明らかにしたうえで、ストライプ型と黒化型の皮膚から遺伝子転写産物であるmRNAを抽出し、その配列解析に取り掛かることができたのは大きな成果であった。本来25年度に予定した内容であったが、先駆けることができた。また、遺伝様式の解明のため、異なる色彩型のメスが産んだ卵から孵化した幼体の色彩型を判別する方法論を確立することができた。一方、行動学的解析が遅れているので、予定していた野外実験を実施することが課題である。当初の計画に沿って平成26年度の研究を進めていく。色彩パタンの適応進化を解明していく上で、ゲノムの解明は不可欠な課題であることが次第に鮮明になったため、平成26年の課題として、mRNAの発現解析に集中し、色彩変異に関与する遺伝子の候補を絞り込むことで、成果を上げる計画である。ストライプ型と黒化型のに加え、非ストライプ型の皮膚からも遺伝子転写産物であるmRNAを抽出し、その配列解析に取り掛かりたい。それによって、色素細胞構成の違い(黒化型は黄色色素胞と虹色素胞欠失型)をもたらす遺伝子と、ストライプの強弱にかかわる遺伝子の探索につなげていく。さらに、色彩型以外の表現型形質では差がない個体同志のゲノムを比較するため、マッチングの強さを基準にして、色彩型の違いをもたらす遺伝子領域を絞り込む。さらに、すでに開発され、染色体上へのマッピングがなされているシマヘビESTマーカー配列、モデル生物、ゲノム解析の進んでいる非モデル生物との相同性検索を進め、関連する遺伝子領域を絞り込んでいく。
横断調査による軽度認知障害患者を対象とした認知症と口腔機能低下の関連因子の解明

超高齢社会にある我が国において,認知症高齢者の割合は増加傾向にある.この認知症の発症には,口腔衛生状態低下・歯周病の発症・残存歯数減少・咀嚼能力低下など様々な口腔因子が影響している可能性が報告されている.しかしながら,認知症高齢者に対して積極的な歯科介入を行うことは困難を伴う.このため,認知症発症前から,良好な口腔環境・機能を維持することは非常に重要であるが,認知症の前段階として着目されている,Mild cognitive impairment (MCI)患者の口腔機能・環境は明らかとなっていない.そこで,本研究においては,MCI患者の口腔環境・機能を明らかにすることを目的として,横断的調査を行うことと,その参加者を継続的に追跡することによる,口腔環境・機能と認知機能低下との関連の検討を目的とした縦断的研究を行うこととしている.2018年度は,MCI患者の口腔環境・機能の実態解明を目的とした,横断的研究を継続して行った.本研究においては,口腔環境の評価として,舌苔付着・プラーク付着・歯肉の状態・機能歯数・顔貌・粘膜病変・義歯の質・plaque index・gingival index,口腔機能の評価としてオーラルディアドコキンネシス・口腔乾燥度・舌圧・口唇圧・デンタルプレスケール・咀嚼能力・嚥下能力,以上の項目をアウトカムとしている.また,研究参加者の認知機能については,CDR,MMSE,HSD-R,ADAS,Wechsler Memory Scale-R Logical Memoryを用いて総合的に評価を行い,認知症専門医が,MCIの診断を行うこととしている.2018年度は,本研究のフィールドである認知症専門クリニックにおいて,研究参加者のリクルートを開始し,49名の研究参加者のリクルートが終了し,認知機能評価および口腔環境・機能の評価を行っている状態である.2018年度は,本研究領域に対する最新の知見を得ることを目的に国内外の関連学会への参加や関連施設への訪問を行った.また本研究のフィールドである認知機能専門クリニックにおいて,研究参加者のリクルートを開始している.リクルート開始当初は,研究参加希望者が想定通りに集まらなかったが,研究フィールドであるクリニックの担当医と研究進行状況についてミーティングを継続して行うことにより,担当医からの研究参加に対する説明(強制ではなく自由意思による)や,研究に関するフライヤーの設置や貼付を行うことにより,リクルート体制を強化したところ,2018年度終了時点において,49名の研究参加者リクルートが終了できている状態である.研究参加者の認知機能状態の内訳は,健常者31名,MCI18名であった.2018年度において集まっているデータについての中間解析を行ったところ,プラークの付着,歯肉の問題,Plaque index,Gingival index,オーラルディアドコキネシスのタ音などの項目において,健常者とMCI患者との間に有意な差が認められ,かつ歯科受診を必要とする割合も,MCI患者の方が有意に高いということが示唆された.しかし,これはあくまで中間解析による結果であるため,MCI患者の口腔環境・機能の大まかの傾向は示唆されているものの,実態について正確に表しているわけではない.そのため,今後も研究参加者を増やしていくことで,より正確なMCI患者の口腔環境・機能の評価が必要となるといえる.2018年度においては100名の研究参加者リクルートを目標としていたため,達成度としてはやや遅れていると考えられる.また,想定していたよりもMCIと診断される研究参加者数が少なかったため,MCI患者数も目標数には達していないことから,今後もリクルートを継続して行う必要があると考えられる.今後は,研究参加者200名(健常者100名,MCI患者100名)を達成するために,患者リクルートを継続して行い,口腔環境・機能の評価を継続して行う予定である.2018年度途中から,確立したリクルート体制を継続することにより,この目標は十分に達成可能であると考えられる.また,2018年度において,認知機能評価および口腔環境・機能の評価を行った研究参加者に対する,1年後の予後評価として,横断的調査と同一のアウトカム(舌苔付着・プラーク付着・歯肉の状態・機能歯数・顔貌・粘膜病変・義歯の質・plaque index・gingival index・オーラルディアドコキンネシス・口腔乾燥度・舌圧・口唇圧・デンタルプレスケール・咀嚼能力・嚥下能力)を行うことにより,認知機能の変化と口腔環境・機能の変化との関連を検討する縦断的調査を開始していく予定でいる.なお,この縦断的調査については,MCI患者に対して,適切な介入を行わないと1年で約10%,4年で約半数が認知症に移行する可能性があることが報告されていることから,4年予後まで,調査を継続していく予定である.超高齢社会にある我が国において,認知症高齢者の割合は増加傾向にある.この認知症の発症には,口腔衛生状態低下・歯周病の発症・残存歯数減少・咀嚼能力低下など様々な口腔因子が影響している可能性が報告されている.しかしながら,認知症高齢者に対して積極的な歯科介入を行うことは困難を伴う.このため,認知症発症前から,良好な口腔環境・機能を維持することは非常に重要であるが,認知症の前段階として着目されている,Mild cognitive impairment (MCI)患者の口腔機能・環境は明らかとなっていない.そこで,本研究においては,MCI患者の口腔環境・機能を明らかにすることを目的として,横断的調査を行うことと,その参加者を継続的に追跡することによる,口腔環境・機能と認知機能低下との関連の検討を目的とした縦断的研究を行うこととしている.

2018年度は,MCI患者の口腔環境・機能の実態解明を目的とした,横断的研究を継続して行った.本研究においては,口腔環境の評価として,舌苔付着・プラーク付着・歯肉の状態・機能歯数・顔貌・粘膜病変・義歯の質・plaque index・gingival index,口腔機能の評価としてオーラルディアドコキンネシス・口腔乾燥度・舌圧・口唇圧・デンタルプレスケール・咀嚼能力・嚥下能力,以上の項目をアウトカムとしている.また,研究参加者の認知機能については,CDR,MMSE,HSD-R,ADAS,Wechsler Memory Scale-R Logical Memoryを用いて総合的に評価を行い,認知症専門医が,MCIの診断を行うこととしている.2018年度は,本研究のフィールドである認知症専門クリニックにおいて,研究参加者のリクルートを開始し,49名の研究参加者のリクルートが終了し,認知機能評価および口腔環境・機能の評価を行っている状態である.2018年度は,本研究領域に対する最新の知見を得ることを目的に国内外の関連学会への参加や関連施設への訪問を行った.また本研究のフィールドである認知機能専門クリニックにおいて,研究参加者のリクルートを開始している.リクルート開始当初は,研究参加希望者が想定通りに集まらなかったが,研究フィールドであるクリニックの担当医と研究進行状況についてミーティングを継続して行うことにより,担当医からの研究参加に対する説明(強制ではなく自由意思による)や,研究に関するフライヤーの設置や貼付を行うことにより,リクルート体制を強化したところ,2018年度終了時点において,49名の研究参加者リクルートが終了できている状態である.研究参加者の認知機能状態の内訳は,健常者31名,MCI18名であった.2018年度において集まっているデータについての中間解析を行ったところ,プラークの付着,歯肉の問題,Plaque index,Gingival index,オーラルディアドコキネシスのタ音などの項目において,健常者とMCI患者との間に有意な差が認められ,かつ歯科受診を必要とする割合も,MCI患者の方が有意に高いということが示唆された.しかし,これはあくまで中間解析による結果であるため,MCI患者の口腔環境・機能の大まかの傾向は示唆されているものの,実態について正確に表しているわけではない.そのため,今後も研究参加者を増やしていくことで,より正確なMCI患者の口腔環境・機能の評価が必要となるといえる.2018年度においては100名の研究参加者リクルートを目標としていたため,達成度としてはやや遅れていると考えられる.また,想定していたよりもMCIと診断される研究参加者数が少なかったため,MCI患者数も目標数には達していないことから,今後もリクルートを継続して行う必要があると考えられる.
全二重中継伝送におけるブラインド干渉抑圧法の開発

本研究では,全二重無線中継伝送の性能劣化要因である自己干渉を抑圧する手法を開発する.特にパイロット信号を用いないブラインド干渉抑圧法を提案し,移動通信システムにおける周波数利用効率の向上を目指すものである.平成30年度は,(1)OFDM伝送のためのブラインド適応自己干渉抑圧アルゴリズム,(2)シングルキャリヤ伝送のためのブラインド適応自己干渉抑圧アルゴリズム,(3)マルチユーザシステムにおける自己干渉抑圧法,(4)無線電力伝送を行う全二重中継局について検討した.(1)では,前年度に引き続き,全ての通信路が未知であるOFDM伝送について,全二重中継局において線形適応フィルタにより自己干渉を抑圧する手法を検討した.シミュレーションにより,RLSアルゴリズムおよび低ランク一般化固有値分解アルゴリズムの利用により,収束が高速でかつ優れたBER特性を有すること,周波数非選択性および選択性IQインバランスが存在する場合にも干渉抑圧が可能であること,送信非線形アンプの影響によらず干渉抑圧が可能であること,位相雑音の存在によらず干渉抑圧が可能であることを明らかにした.得られた成果をフルペーパーとして投稿準備中である.(2)では,周波数利用効率の劣化を防ぐためにCPを用いない伝送方式について,自己干渉抑圧手法を検討した.これは,線形予測の原理を利用することで自己干渉と符号間干渉を同時に抑圧するものである.シミュレーションにより,提案法の干渉抑圧能力を確認した.(3)では,全二重伝送を行う基地局によるマルチユーザシステムについて,自己干渉を含む種々の干渉を基地局の線形フィルタにより抑圧する方式を考案し,その性能評価を行った.(4)では,全二重伝送を行う中継局へ無線による情報伝送と電力伝送を同時に行う方式について,中継局における線形フィルタ設計を検討し,その性能評価を行った.本研究では,「研究の概要」で述べた研究目的を達成するために,周波数利用効率に優れた自己干渉抑圧法を検討するが,平成30年度は,基礎的検討段階として,OFDMおよびシングルキャリヤ伝送のためのブラインド自己干渉抑圧法を検討した.これはブロック間干渉や符号間干渉も同時抑圧できるものである.さらに発展的検討段階として,送受信回路の不具合が存在する場合の評価を行った.また電力と情報の同時無線伝送についても検討を加えた.現在は,昨年度の成果を踏まえて,OFDMのためのブラインド手法についてフルペーパーの執筆を行い,さらにシングルキャリヤのための手法の性能評価を進めている.またマルチユーザ干渉の抑圧と無線電力伝送への拡張について検討している.今後は,これまでの成果を発展させた形で未検討項目の検討を進めることで,所期の目的が達成可能と考えている.これまでに得られた成果を発展させた形で以下の未検討項目の検討を進める.なお以下における性能評価は購入機器を用いたシミュレーションにより行う.(1)OFDMのためのブラインド手法の性能評価の整理(2)シングルキャリヤ伝送のためのブラインド手法による種々の干渉の同時抑圧法の改良と性能評価(3)種々の性能劣化要因へ対応するための改善策の評価(4)無線電力伝送を行う場合への拡張とその評価さらに,全期間を通じて,研究会等に積極的に参加し情報収集を行うとともに,上記の検討により得られた成果を国内外の学会で発表し,学術誌へ論文を投稿する.本研究は,全二重無線中継伝送の性能劣化要因である自己干渉を抑圧する手法を開発する.特にパイロット信号を用いないブラインド干渉抑圧法を提案し,移動通信システムにおける周波数利用効率の向上を目指すものである.平成29年度は,(1)シングルキャリヤ伝送のフィルタ転送型リレーにおける自己干渉抑圧,(2)OFDM伝送のためのブラインド適応自己干渉抑圧アルゴリズムについて検討した.(1)では,周波数選択性通信路におけるシングルキャリヤ伝送について,全二重中継局において自己干渉と符号間干渉を同時に線形フィルタにより抑圧する手法を二種類考案した.これは,自己干渉を完全に抑圧する拘束条件のもとで受信信号電力対干渉雑音電力比(SINR)を最大化するものと,拘束条件なしで受信SINRを最大化する反復アルゴリズムである.シミュレーションにより,フィルタ長が長くなるにつれて性能が向上することと,半二重中継に比べて約2倍のスループットが得られることなどを明らかにした.さらに,通信路状態情報が一部しか得られない場合や複数の中継局間の干渉が存在する場合への拡張も検討した.これらの結果をまとめてフルペーパーとして投稿した.(2)では,全ての通信路が未知であるOFDM伝送について,全二重中継局において線形適応フィルタにより自己干渉を抑圧する手法を検討した.これは通信路の推定やパイロット信号の送信を必要とせずにブラインド信号処理により干渉を抑圧するものである.シミュレーションにより,提案法により干渉を十分に抑圧できることを明らかにした.またブロック間干渉が存在する場合にも有効であること,IQインバランスが存在する場合にも有効であることを明らかにした.本研究では,「研究の概要」で述べた研究目的を達成するために,周波数利用効率に優れた自己干渉抑圧法を検討するが,平成29年度は,基礎的検討段階として,通信路が既知の場合の自己干渉抑圧フィルタ設計法を主に検討した.その成果をフルペーパーとしてまとめるために時間を要した.さらに,通信路が未知の場合に自己干渉を抑圧するために,ブラインド自己干渉抑圧法を提案し,その自己干渉抑圧能力の解析と評価を行った.さらに,ブロック間干渉が存在する場合の干渉抑圧能力の評価を行った.また,性能劣化要因であるIQインバランスの影響を評価した.現在は,平成29年度の成果を発展させて,中継局のアナログ回路の不具合の影響の解析と改善策の開発を検討している.また複数リレー間の干渉,マルチユーザ間の干渉の同時抑圧についても検討を進めようとしている.

今後は,これまでの成果を発展させた形で未検討項目の検討を進めることで,所期の目的が達成可能と考えている.本研究では,全二重無線中継伝送の性能劣化要因である自己干渉を抑圧する手法を開発する.特にパイロット信号を用いないブラインド干渉抑圧法を提案し,移動通信システムにおける周波数利用効率の向上を目指すものである.平成30年度は,(1)OFDM伝送のためのブラインド適応自己干渉抑圧アルゴリズム,(2)シングルキャリヤ伝送のためのブラインド適応自己干渉抑圧アルゴリズム,(3)マルチユーザシステムにおける自己干渉抑圧法,(4)無線電力伝送を行う全二重中継局について検討した.(1)では,前年度に引き続き,全ての通信路が未知であるOFDM伝送について,全二重中継局において線形適応フィルタにより自己干渉を抑圧する手法を検討した.シミュレーションにより,RLSアルゴリズムおよび低ランク一般化固有値分解アルゴリズムの利用により,収束が高速でかつ優れたBER特性を有すること,周波数非選択性および選択性IQインバランスが存在する場合にも干渉抑圧が可能であること,送信非線形アンプの影響によらず干渉抑圧が可能であること,位相雑音の存在によらず干渉抑圧が可能であることを明らかにした.得られた成果をフルペーパーとして投稿準備中である.(2)では,周波数利用効率の劣化を防ぐためにCPを用いない伝送方式について,自己干渉抑圧手法を検討した.これは,線形予測の原理を利用することで自己干渉と符号間干渉を同時に抑圧するものである.シミュレーションにより,提案法の干渉抑圧能力を確認した.(3)では,全二重伝送を行う基地局によるマルチユーザシステムについて,自己干渉を含む種々の干渉を基地局の線形フィルタにより抑圧する方式を考案し,その性能評価を行った.(4)では,全二重伝送を行う中継局へ無線による情報伝送と電力伝送を同時に行う方式について,中継局における線形フィルタ設計を検討し,その性能評価を行った.本研究では,「研究の概要」で述べた研究目的を達成するために,周波数利用効率に優れた自己干渉抑圧法を検討するが,平成30年度は,基礎的検討段階として,OFDMおよびシングルキャリヤ伝送のためのブラインド自己干渉抑圧法を検討した.これはブロック間干渉や符号間干渉も同時抑圧できるものである.さらに発展的検討段階として,送受信回路の不具合が存在する場合の評価を行った.また電力と情報の同時無線伝送についても検討を加えた.現在は,昨年度の成果を踏まえて,OFDMのためのブラインド手法についてフルペーパーの執筆を行い,さらにシングルキャリヤのための手法の性能評価を進めている.またマルチユーザ干渉の抑圧と無線電力伝送への拡張について検討している.今後は,これまでの成果を発展させた形で未検討項目の検討を進めることで,所期の目的が達成可能と考えている.これまでに得られた成果を発展させた形で以下の未検討項目の検討を進める.なお以下における性能評価は購入機器を用いたシミュレーションにより行う.(1)種々の干渉を同時に抑圧する場合への拡張とその抑圧能力の評価
ヒト培養動脈内皮細胞でのNOS遺伝子多型の蛋白機能への影響に関する分子疫学的研究

多人数臍帯由来のヒト初代培養動脈内皮細胞を用いて内皮型一酸化窒素合成酵素(eNOS)の遺伝子多型Glu298Asp(アミノ酸コドン298におけるグルタミン酸のアスパラギン酸への変異)を同定するとともに、遺伝子多型Glu298Aspがその遺伝子発現やeNOS蛋白質にどのような機能的影響を与えるのか明らかにすることを目的に研究を実施した。ヒト培養血管内皮細胞のeNOS gene polymorphism Glu298Aspの遺伝子型別に、eNOSのmRNA発現と蛋白質発現を測定した。分娩直後のヒト臍帯を無菌的に入手して、collagenase処理によりhuman umbilical vein endothelial cells(HUVEC)を採集し、Glu298Glu遺伝子型(5名の臍帯より)とGlu298Asp遺伝子型(3名の臍帯より)のHUVECを入手した。eNOS遺伝子のmRNA発現量は、リアルタイムPCR/RT-PCR法により測定した。eNOSの蛋白質発現測定は、immunoassay法を用いた。Glu298GluとGlu298Aspの遺伝子型におけるeNOSのmRNA発現と蛋白質発現はともに、Glu298Aspの方がGlu298Gluより高い傾向を示したが、統計的に有意な差は認められなかった。これらの結果は、Glu298GluとGlu298Aspの遺伝子型の違いでは、eNOSのmRNA発現と蛋白質発現に影響を与えないことを示唆した。多人数臍帯由来のヒト初代培養動脈内皮細胞を用いて内皮型一酸化窒素合成酵素(eNOS)の遺伝子多型Glu298Asp(アミノ酸コドン298におけるグルタミン酸のアスパラギン酸への変異)を同定するとともに、遺伝子多型Glu298Aspがその遺伝子発現やeNOS蛋白質にどのような機能的影響を与えるのか明らかにすることを目的に研究を実施している。また、本研究に関する倫理的配慮については当大学の倫理審査委員会の審査承諾を得た。現在、9名の妊婦よりインフオームドコンセントを得て入手した分娩直後の臍帯動脈より初代培養を実施し、ヒト培養動脈内皮細胞を得ている。それぞれの個人由来別のヒト培養動脈内皮細胞は順調に継代培養されており、各代数の細胞は液体窒素に保存し実験に使用できるシステムを確立した。9名の遺伝子形はGlu/Gluのホモ接合体が8名で、1名のみGlu/Aspのヘテロ接合体であった。Glu/GluとGlu/Aspの細胞を用いてRT-PCR(reverse transcription -polymerase chain reaction)法を実施し、eNOS遺伝子のmRNA発現を観察したが有意な差は見られなかった。また、Griess法によりNO産生能も観察したが有意な差は認められなかった。今後、初代培養症例数を増やし、各遺伝子形の症例数を充分数得るように研究を継続する。そして、統計的処理が可能な充分数の症例を用いて、遺伝子多型Glu298Aspがその遺伝子発現やeNOS蛋白質にどのような機能的影響を与えるのか明らかにする分子疫学的研究を遂行したい。現在、20名の妊婦よりインフォームドコンセントを得て入手した分娩直後の臍帯動脈より初代培養を実施し、ヒト培養動脈内皮細胞を得ている。

20名の遺伝子形はGlu/Gluのホモ接合体が18名で、2名のみGlu/Aspのヘテロ接合体であった。Glu/GluとGlu/Aspの細胞を用いてRT-PCR(reverse transcription-polymerase chain reaction)法を実施し、eNOS遺伝子のmRNA発現を観察したが有意な差は見られなかった。また、Griess法によりNO産生能も観察したが有意な差は認められなかった。カルシウムイオノフォアA23187によるmRNA発現への影響は、Glu/Aspヘテロ接合体よりGlu/Gluホモ接合体の方が有意に増強した。今後、初代培養症例数を増やし、各遺伝子形の症例数を充分数得るように研究を継続する。そして、統計的処理が可能な充分数の症例を用いて、遺伝子多型Glu298Aspがその遺伝子発現やeNOS蛋白質にどのような機能的影響を与えるのか明らかにする分子疫学的研究を遂行したい。多人数臍帯由来のヒト初代培養動脈内皮細胞を用いて内皮型一酸化窒素合成酵素(eNOS)の遺伝子多型Glu298Asp(アミノ酸コドン298におけるグルタミン酸のアスパラギン酸への変異)を同定するとともに、遺伝子多型Glu298Aspがその遺伝子発現やeNOS蛋白質にどのような機能的影響を与えるのか明らかにすることを目的に研究を実施している。多人数臍帯由来のヒト初代培養動脈内皮細胞を用いて内皮型一酸化窒素合成酵素(eNOS)の遺伝子多型Glu298Asp(アミノ酸コドン298におけるグルタミン酸のアスパラギン酸への変異)を同定するとともに、遺伝子多型Glu298Aspがその遺伝子発現やeNOS蛋白質にどのような機能的影響を与えるのか明らかにすることを目的に研究を実施した。ヒト培養血管内皮細胞のeNOS gene polymorphism Glu298Aspの遺伝子型別に、eNOSのmRNA発現と蛋白質発現を測定した。分娩直後のヒト臍帯を無菌的に入手して、collagenase処理によりhuman umbilical vein endothelial cells(HUVEC)を採集し、Glu298Glu遺伝子型(5名の臍帯より)とGlu298Asp遺伝子型(3名の臍帯より)のHUVECを入手した。eNOS遺伝子のmRNA発現量は、リアルタイムPCR/RT-PCR法により測定した。eNOSの蛋白質発現測定は、immunoassay法を用いた。Glu298GluとGlu298Aspの遺伝子型におけるeNOSのmRNA発現と蛋白質発現はともに、Glu298Aspの方がGlu298Gluより高い傾向を示したが、統計的に有意な差は認められなかった。これらの結果は、Glu298GluとGlu298Aspの遺伝子型の違いでは、eNosのmRNA発現と蛋白質発現に影響を与えないことを示唆した。
大気中超微小粒子成分を指標とした発生源影響評価とアジア地域におけるフィールド観測

本年度は、昨年度実施した慣性フィルター(INF)サンプラーを用いた国内移動発生源観測について、大気中超微小粒子(UFP)から微小粒子(FP)への粒子成長挙動についてさらなる解析を進めるとともに、健康影響指標となる多環芳香族炭化水素(PAH)の迅速分析法の開発、さらに海外におけるUFP濃度把握のために、韓国ソウル市内道路近傍でのフィールド観測を実施した。以下に得られた結果を要約する。・道路近傍とバックグラウンド大気においてフィールド観測結果をさらに解析した結果、UFPとFPの主要構成成分はそれぞれ炭素成分ならびにイオン成分であり、UFPならびにFP中のOC1とSoot-ECがバックグラウンド大気で高い相関を示していた。これらは、揮発の少ない冬季に観測できる独特の傾向であると考えられ、OC1成分を核にUFPが発生源から移流拡散しFPへ成長している可能性が示唆された。イオン成分である硫酸塩成分は道路近傍からの距離で凝縮しながらUFPの範囲内で濃度割合を増加させる傾向が示唆されたが、これは大粒径側への成長速度が遅いことを示しており、UFPは成長速度の違いで発生源影響の受け方が異なることが明らかとなった。・韓国ソウル市内において、道路近傍ならびにバックグラウンド大気でのUFPとFPの大気観測を実施した。観測場所は、日本における冬季観測状況と近い条件を設定しその傾向を観察した。その結果、韓国ソウル市ではUFP、FPともに日本よりも高い炭素成分濃度を示したが、UFPの炭素フラクション濃度は近い変動傾向を示した。・標準PAH試料を用いてキューリーポイントパイロライザー(CPP)-GC/MS法を検討した結果、フィルター上のPAH成分に対する簡易分析の可能性が示唆された。この時、最適な熱脱離温度、熱脱離時間、ガス流量はそれぞれ、386°C、10 s、20 mL/minと決定された。24年度が最終年度であるため、記入しない。実施した研究概要本年度は、大気中超微小粒子(UFP)を大気圧に近い条件で均一に分級捕集できる慣性フィルター(INF)サンプラーのアーティファクト評価をまず行った。その上で、国内移動発生源を対象に地点別大気観測を行った。得られた成果INFサンプラーによるガス吸着は3割程度であり、大気観測に十分使用可能なレベルのアーティファクトであることが確認された。このINFサンプラーを用い、道路(交差点)近傍からバックグラウンド大気までのUFPならびにFPの同時観測を行い、これまでの個数濃度観測のみからでは分からなかったUFPの成長と移流について明らかにした。以下にその内容を要約する。・ブラックカーボン濃度は交差点近傍で大きく変動すること、また、交差点近傍においては、バイオマス燃焼の指標とされるChar-ECと近い挙動を示すカーボンが自動車から排出されていることを確認した。・交差点近傍においては、UFP中のSoot-EC(ディーゼル排ガス指標)と個数濃度との相関が悪かった。また、UFP中の有機炭素(OC)成分、Char-EC成分が交差点からの距離に関係なく安定していたにもかかわらず、FPは交差点近傍で特に高かったことから、道路近傍で成分観測的にUFPからFPへの核凝縮成長の可能性が示唆された。・硫酸塩成分は道路近傍からの距離で凝縮しながら濃度割合を増加させる(成長する)傾向があったが、硝酸塩成分は道路からの距離で減衰し、すぐに他の発生源と混合される傾向があった。・道路近傍とバックグラウンド大気の比較でも硫酸塩、硝酸塩で同様の傾向が得られ、また、FPおよびUFP中のOC1成分とSoot-ECがバックグラウンド大気で高い相関を示した。これらは、揮発の少ない冬季に観測できる独特の傾向であると考えられ、OC1成分を核にUFPが発生源から移流拡散しFPへ寄与している可能性が示唆された。

この時、最適な熱脱離温度、熱脱離時間、ガス流量はそれぞれ、386°C、10 s、20 mL/minと決定された。24年度が最終年度であるため、記入しない。多環芳香族炭化水素(PAH)などの特異的な指標物質による発生源影響評価までは行えなかったが、当初計画の通りINFサンプラーの性能評価と発生源近傍観測を順調に終えることができた。次年度は、本年度間に合わなかったPAHなどの指標物質について簡易分析手法の確率と評価を行う。さらに、国内での大気観測を継続しつつ、UFP成分濃度データの少ないアジア地域(海外)において大気観測を実施する。
水和した金属原子、イオン及びそれらのクラスターの構造と動的挙動

本研究では分子軌道計算を中心とした理論的な方法を用い、Li、Be、Na、Mgを対象に(1)金属原子とイオンの溶媒和構造とイオン化ポテンシャル、(2)水和に伴う金属クラスターの分極効果と構造及び反応性の関連、(3)水和金属イオンの配位子交換反応機構と活性化体積の研究を行なった。(1)では、Na原子の水及びアンモニアによる溶媒和構造を中心に研究し、Na原子は水クラスターの表面に結合するのに対し、アンモニアと結合する場合Kは、アンモニア分子にNa原子がとり囲まれた構造をとることを見出した。この構造の違いがNa原子の溶媒和クラスターのイオン化ポテンシャルの溶媒分子数依存性の違いの原因である。Li、Be、Mg原子の水和でも水分子間の水素結合による安定化が全体の構造を決める主な要因になっていることもわかった。(2)ではNa_2の水和を調ベた。水分子は2つのNa原子に等価に結合するより、一方のNa原子に偏って結合する。その結果Na_2は分極するとともにNa-Na結合距離が伸びる。全系の安定化Kは、分極に伴なうNa-水の静電相互作用と水同士の水素結合の両方が重要である。(3)では6配位の水和Al^<3+>イオンの配位水交換反応を取り上げた。ポテンシャル面を詳しく解析すると従来いわれている交換機構型というより解離機構型であることがわかった。遷移構造はまだ見つかっていないが、代りK5配位のAl^<3+>イオンの外側に2つの水が結合した中間体のあることがわかった。6配位のイオンの外側に1つの水がついた反応系からこの中間体への分子の体積変化を、O.H原子のファンデルワールス半径とAl^<3+>のイオン半径を利用してモンテカルロ法で計算したところ、活性化体積の実験値とは符号の異なる値が得られた。さらに検討すべき点も多いが、従来実験の解釈に用いられているモデルクラスターでは、溶液中で観測している活性化体積を説明し切れない可能性が示された。