hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
親電子シグナルを機軸とした心筋レドックス恒常性制御基盤の構築と心不全治療への応用

我々は硫化水素(H2S/HS-)が心筋梗塞後に生成される親電子物質を求核置換反応により直接消去し,慢性心不全を抑制する可能性を明らかにした.しかし,H2S/HS-が求核シグナルとして働く分子実体かどうかについては不明であった.本研究では、内因性活性硫黄の分子実体を明らかにし,硫黄蓄積を主眼とした慢性心不全治療法の有効性を確立させることを目的とした.その結果,タンパク質などに含まれるシステインのポリ硫黄鎖が活性硫黄の分子実体として働くことが明らかとなった.さらに,ポリ硫黄を多く含む食品をマウスに摂取させることで,H2S/HS-よりもはるかに強い心筋保護効果が得られることを確認した.我々は硫化水素(H2S/HS-)が心筋梗塞後に生成される親電子物質を求核置換反応により直接消去し,慢性心不全を抑制する可能性を明らかにした.しかし,H2S/HS-が求核シグナルとして働く分子実体かどうかについては不明であった.本研究では、内因性活性硫黄の分子実体を明らかにし,硫黄蓄積を主眼とした慢性心不全治療法の有効性を確立させることを目的とした.その結果,タンパク質などに含まれるシステインのポリ硫黄鎖が活性硫黄の分子実体として働くことが明らかとなった.さらに,ポリ硫黄を多く含む食品をマウスに摂取させることで,H2S/HS-よりもはるかに強い心筋保護効果が得られることを確認した.我々は、硫化水素アニオン(HS-)がその求核性の高さによって活性酸素由来の酸化生成物(親電子物質)を消去し、慢性心不全を改善する可能性を初めて明らかにした。しかし、揮発性の高いH2S/HS-が具体的にどのような機構で心筋レドックス恒常性維持に寄与するかについては全く不明である。そこで本研究では、レドックス感受性タンパク質の酸化修飾の可逆性・不可逆性を指標に、硫黄循環による新奇生体レドックス恒常性制御基盤を構築し、これを元に硫黄蓄積を主眼とした慢性心不全治療法の有効性を確立させることを目標に解析を行っている。具体的には、ヒト組み換えH-Rasタンパク質を用いて、H-Rasと最も特異的に反応する親電子物質(8-nitro-cGMP)の修飾(S-グアニル化)の可逆性・不可逆性について調べた結果、2-mercaptoehtanol (2-ME)グアニル化が50%以上減少することを新たに見出した。また、ポリ硫黄化タンパク質と特異的に反応するSSP2試薬を用いてH-Rasタンパク質と反応させた結果、確かに蛍光強度の増加が観察された。これらの結果は、H-RasのS-グアニル化修飾の標的部位であるCys184のSH基がポリ硫黄(Cys-S(n)H)を形成している可能性を示している。そこで、HEK293細胞にflag-H-Rasタンパク質を過剰発現させ、化学修飾薬を用いてパルミトイル化に対する2-MEの効果を検討したところ、H-Rasのパルミトイル化修飾については2-MEで減少するという結果は得られなかった。H-Rasのパルミトイル化部位は2か所あるため、現在、レドックス活性の低いCys181をLeuに置換した変異体を用いた検討も進めている。我々は,硫化水素イオン(HS-)が心筋梗塞後に生成される親電子物質を求核置換反応により直接消去し,慢性心不全を抑制する可能性を世界に先駆けて提案した。しかし,H2S/HS-が親電子物質を消去する分子実体であるかどうか,もし内因性の求核性シグナル分子であれば,H2S/HS-が心臓のレドックス恒常性維持に寄与するかどうかについては不明であった。そこで本研究では、内因性活性硫黄物質の分子実体を同定し,活性硫黄による心筋レドックス恒常性制御基盤を新たに構築することで,硫黄蓄積を主眼とした慢性心不全治療法の有効性を確立させることを目的とした。大腸菌から生成したヒト組み換えH-Rasタンパク質に親電子物質(8-nitro-cGMP)を処置すると,化学的には,システインのチオール基(Cys-S-)に8-nitro-cGMPが付加し,還元剤耐性のC-S共有結合(S-グアニル化修飾)を形成すると考えられる。しかし実際には,H-RasのS-グアニル化修飾が2-mercaptoethanolやTCEPなどの強還元剤処置によって抑制されることが確認された。また,sulfane sulfur(-S-S-)を特異的に検出する蛍光化学試薬を組み換えH-Rasタンパク質と試験管内で混ぜ合わせたところ,それだけで強い蛍光強度の増加が観察された。この結果は,タンパク質が翻訳・生成される過程でCysにポリ硫黄鎖を形成しており,これが活性硫黄の実体として働く可能性を示している。さらに,食品中にポリ硫黄を多く含むニンニクを混ぜた餌をマウスに1ヶ月間投与した後、心筋梗塞を行ったところ,心筋梗塞後の左心室リモデリングと心機能不全が有意に改善されることがわかった。以上の結果は,内因性ポリ硫黄を増やすことが慢性心不全の軽減につながることを強く示唆するものである。薬理学平成25年8月付で九州大学・准教授から現所属・教授に着任し、ラボの移動と立ち上げ、特に測定機器の新規購入・搬入に時間を要したことから、上記テーマ研究を十分に進めることができなかった。活性硫黄と高い反応性を持つ親電子物質(メチル水銀)をマウスに投与し、活性硫黄の枯渇が血行力学的負荷に対する心臓の適応・不適応に及ぼす影響を検討する。この際、高濃度のメチル水銀は神経毒性をもつことから、毒性を発揮しない微量のメチル水銀を継続的に投与することにする。

予想では心臓はストレス適応が十分に行えず、速やかに不適応(形態構造改変)に傾く可能性が考えられることから、心肥大や線維化、微小血管数の減少などを指標に評価を行う。さらに、得られた臓器サンプルまたは血液サンプル中からビオチンマレイミドと高親和性に結合するタンパク質を指標に、メチル水銀投与によって標的タンパク質が不可逆的な親電子修飾を受けやすくなっているかどうか検討する。不可逆的修飾の増加が認められた場合、標的タンパク質を免疫沈降により濃縮し、質量分析法を用いてその親電子修飾様式を特定する。平成25年8月付で九州大学・准教授から現所属・教授に着任したことで、ラボの移動・立ち上げ、ならびに遺伝子改変動物の搬入措置、測定機器のセットアップに時間を要し、本研究テーマを十分に進める時間を得られなかった。平成25年度にできなかった研究も含めて次年度は実験を行う。そのため、次年度の研究経費のほとんどは物品費として使用する。
四国地方におけるネットワーク居住の成立形態と住機能の再編成

本研究は四国地方の都市を対象に、家族の分散状況及び親族や非血縁との居住関係網(ネットワーク居住)の形成実態を明らかにし、地域性を考慮した居住のあり方を探ることを目的とする。今年度は松山・高知・高松市を対象に、郵送によるアンケート調査(400/400/300部配布、2割回収)及び電話調査(50件程)を実施し分析を行った。以下、結果を述べる。1)調査対象者の基本属性:世帯主が65歳以上の高齢者の比率が3地域共に4割を超え、その3割が「築30年以上」の住宅である。被験者の7割近くが持家。2)居住状況:「不便な空間の有無」について、3割が空間と住まい方のずれを訴えている。高齢者の住宅改造における公的助成制度に対して4割強が知っていると答えているが、実際の利用は少なかった。3)ネットワーク居住の形成実態:他出子供との分散距離は、3地域共に「隣近所」が2割で、「同じ市内」を含めると、高松>松山>高知の順で、日常的援助・交流が可能な地域に住んでいる比率が高く、「孫の世話」や頻繁な訪問等が行われていた。親の住宅には、子供家族のための専用部屋があるケースが多く、収納機能の一部転移も見られた。親族との分散距離は「同じ市内(隣近所含む)」が5割で、特に高齢者の兄弟同士間交流や介護援助等が注目に値する。一方、非血縁(友人・隣人)とは近くに住みながら「子供の預け」「買物援助」「家事協力」等、必要に応じて援助し合う関係を形成していた。四国地方では、子供の分散範囲が広く、親族や非血縁同士のネットワーク居住により家族機能や住機能を再編成し、生活要求を満たしていく様子が浮かび上がった。複数の住宅をネットワークとして相互に関連づけるシステムは高齢化が進んでいる四国地方において特に示唆する点が多く、その充実化を図る努力が必要である。今までの調査結果を踏まえて、今後都市部と過疎地を繋ぐ地域間居住連係や東アジア的視点から分散居住における人的・物的秩序を解明していきたい。本研究は四国地方の都市及び農山漁村地域を対象に、家族の分散状況及び親族や地域との居住関係網(ネットワーク居住)の形成実態を明らかにし、地域性を考慮した居住のあり方を提案することを目的とする。空間的に離散した家族をネットワークとして相互に関連づけるシステムは高齢化社会に示唆する点が多く、その解明は社会的要請に応えるものである。今年度は徳島県の3地域(徳島市・佐那河内村・神山町)を対象に、郵送によるアンケート調査(190部回収/400部配布、回収率47.5%、有効率71.6%)を実施し、高齢者世帯を中心に分析を行った。以下、結果を述べる。1)高齢者世帯率:3地域での高齢者世帯率は、県全体のとほぼ似た結果となった。なお、神山町における高齢単身世帯率は非常に高く、山村地域の高齢化が浮き彫りになった。2)住宅状況・住生活:高齢者世帯の居住する住宅は築年数が古い戸建持家が殆どで、「段差・浴槽・廊下・トイレ」などに不満を持ち、改造を望んでいる。3)ネットワーク居住の成立形態:高齢者を取り巻く「関係範囲(家族・親族・近隣・地域施設)」×「関係内容」を分析した結果、徳島市は「子世帯相互援助型」、「子世帯一方向援助型」、佐那河内村では「子世帯相互援助型」、「子世帯一方向援助型」及び「近隣相互援助型」、神山町においては「近隣相互援助型」、「親族相互援助型」が主に見られ、地域性として捉えることができた。3地域を通して地域施設との関係は希薄であり、充分機能していないことが分かった。4)地域への定住志向:殆どの世帯が住み慣れた地域で住み続けたいと希望している。以上の分析結果から、(1)高齢者の自立を支える住宅造りや住宅改造のための公的援助制度の充実化、(2)必要・状況によって再編成を繰り返すネットワーク居住のあり方を考えていく上で、「動かない」一つの拠点として地域施設の役割、という2つの点が地域居住を支える重要な課題であると考える。以下、結果を述べる。

親族との分散距離は「同じ市内(隣近所含む)」が5割で、特に高齢者の兄弟同士間交流や介護援助等が注目に値する。一方、非血縁(友人・隣人)とは近くに住みながら「子供の預け」「買物援助」「家事協力」等、必要に応じて援助し合う関係を形成していた。四国地方では、子供の分散範囲が広く、親族や非血縁同士のネットワーク居住により家族機能や住機能を再編成し、生活要求を満たしていく様子が浮かび上がった。複数の住宅をネットワークとして相互に関連づけるシステムは高齢化が進んでいる四国地方において特に示唆する点が多く、その充実化を図る努力が必要である。今までの調査結果を踏まえて、今後都市部と過疎地を繋ぐ地域間居住連係や東アジア的視点から分散居住における人的・物的秩序を解明していきたい。
量子線を用いた精密構造解析によるＬＰＳＯ構造の材料特性発現機構の解明

シンクロ型LPSO相の構造,外場による構造変化を解明することを目的として研究を進めた.中性子では,18R LPSO単相がバルクレベルでSTEM観察で提案された結晶構造で記述出来ること,弾性異方性があること,キンク変形が前駆現象を伴う協同現象でその本質は格子回転によるひずみ緩和過程があることを解明した.放射光では,OD構造をとるMgAl3Gd4合金に関してSTEM観察で提案された結晶構造で記述でき濃化層はAl原子の共有結合性を持つAl6Gd8クラスターからなりその中心にMg及びGdの格子間原子が存在すること,18R LPSO単相の熱膨張係数を決定しそれが純Mgよりも小さいことを明らかにした.本計画研究では、世界トップクラスの大型量子線施設J-PARC(中性子)、SPring-8(放射光)の最新鋭装置群(SuperHRPD、匠、大観、BLO2B2、BL13XU、BL40XU)を駆使して世界最高精度で結晶・組織構造解析を行い、シンクロ型LPSO構造の材料特性発現に関する学理構築に貢献することを目的にしている。本年度は、J-PARCにおいては、東日本大震災により中性子実験装置(SuperHRPD、匠、大観)が被災したため、復旧作業及び次年度の研究を進めるための研究基盤の整備を実施した。復旧作業に関しては、年度内に完了させることは、困難であることが予想されたが、完遂した。その結果、新規建設装置の大観に関しては、H24年2月から中性子ビームを使用した装置調整を開始し基本性能を確認した。匠、SuperHRPDに関しては、3月から中性子ビームを使用した装置調整を開始し、両装置の性能が、震災前の状態に回復していることを確認した。SPring-8に関しては、BL40XUに設置されている1ミクロン以下の極微小単結晶の構造解析が可能なピンポイント構造計測装置を利用して、γ相とLPSO相から構成される2相組織中のMg29Al3Gd4結晶の回折実験を実施した。その結果、LPSO相と思われる2.5nm程度の周期構造に起因する回折パターンの取得に成功した。得られた回折強度から、数ミクロン程度のLPSO単結晶を用いれば、充分構造解析が可能であることを明らかにした。研究基盤の整備として、J-PARCにおいては、SuperHRPD、匠で用いる、結晶構造解析においてLPSO合金等の金属試料で問題となる集合組織による回折パターンへの影響を除去するためのガンドルフィカメラ型2軸回転機構を整備した。また匠で用いる、応力負荷実験時の試料観察領域を規定するための1mmラジアルコリメータを整備した。SPringに関しては、変形試験用の窒素吹付高温装置を導入した。上記の予備実験、研究基盤の整備により次年度からの研究を円滑に進めるための準備を完了させた。J-PARCでは、LPSO合金力の変形機構解明を目指してLPSO合金で提案されているキンク変形とMg合金で知られている双晶変形に注目した18R Mg85Zn6Y9一方向凝固材及びAZ31合金のAE同時測定圧縮応力下その場中性子回折実験解析を進めた。AZ31合金に関しては、中性子回折では{1 0 -1 2}<1 0 -1 1>変形双晶が観察されると共にAE信号では、応力負荷直後からすべりのスケールフリー性を表すべき乗に従ったAEエネルギー分布が観測され且つ双晶変形に起因するピークが発生することを明らかにした。Mg85Zn6Y9に関しては、降伏点近傍までAE信号が観測されず且つ中性子回折により、キンク変形前駆現象と考えられる底面ひずみの増加を明らかにすると共にキンク変形に起因する回折ピーク変化の定量的評価に成功した。以上から、LPSO合金のキンク変形とMg合金の双晶変形は、異なる変形機構であることを示した。SPring-8では、精密な結晶構造の解明を目指してBL40XUピンポイント構造計測装置を利用し、18R Mg85Zn6Y9一方向凝固材、14H Mg85Zn1Gd2熱処理材、Mg29Al3Gd4結晶、14H MgZn5Y7一方向凝固材に関して微小単結晶回折を実施し、回折データの収集に成功した。現在、詳細なデータ解析中であるが、Mg29Al3Gd4結晶については、これまでのTEM観察では不明であった各原子位置の微小な変位に関する情報を明らかにした。また、微小領域での力学特性解明を目指して微小試料応力印加試験装置を利用したマイクロラウエ実験を実施し、Mg85Zn6Y9試験片を少しずつ圧縮しながら、マイクロラウエパターンの変化を測定することに成功し、圧縮応力の増加と共に試料片が変形し約6 MPaから塑性変形が始まっている様子を明らかにした。現在、詳細な解析を実施中である。

Mg85Zn6Y9に関しては、降伏点近傍までAE信号が観測されず且つ中性子回折により、キンク変形前駆現象と考えられる底面ひずみの増加を明らかにすると共にキンク変形に起因する回折ピーク変化の定量的評価に成功した。以上から、LPSO合金のキンク変形とMg合金の双晶変形は、異なる変形機構であることを示した。SPring-8では、精密な結晶構造の解明を目指してBL40XUピンポイント構造計測装置を利用し、18R Mg85Zn6Y9一方向凝固材、14H Mg85Zn1Gd2熱処理材、Mg29Al3Gd4結晶、14H MgZn5Y7一方向凝固材に関して微小単結晶回折を実施し、回折データの収集に成功した。現在、詳細なデータ解析中であるが、Mg29Al3Gd4結晶については、これまでのTEM観察では不明であった各原子位置の微小な変位に関する情報を明らかにした。また、微小領域での力学特性解明を目指して微小試料応力印加試験装置を利用したマイクロラウエ実験を実施し、Mg85Zn6Y9試験片を少しずつ圧縮しながら、マイクロラウエパターンの変化を測定することに成功し、圧縮応力の増加と共に試料片が変形し約6 MPaから塑性変形が始まっている様子を明らかにした。現在、詳細な解析を実施中である。本年度は、中性子による構造解析では、一方向凝固18RLPSO単相のAE同時測定圧縮応力下その場中性子回折解析を進めると共に、200°C及び300°Cで鋳造18R LPSO単相の高温圧縮応力下その場中性子回折実験を実施した。一方向凝固材の中性子回折の解析から、キンク変形は、前駆現象として底面すべりがあり、その後降伏点応力で格子回転によりひずみが緩和する変形であることを明らかにした。また圧縮応力負荷に対してAE信号絶対エネルギー度数分布は、特徴的な4領域に分割でき、全領域で対数正規分布的であることを明らかにした。このことは、一方向凝固18R LPSO単相の圧縮応力変形過程が微視的な応力場を反映したある種の乗算過程であることを示唆していると考えられる。またキンク発生は、発生間隔が揃う協同現象的な現象であることを明らかにした。鋳造18RLPSO合金の高温圧縮応力下その場実験により、格子再配列の結果から、LPSO相の圧縮変形モードは、室温では、底面すべりとキンク変形が活動するのに対して、高温では、柱面すべりも活動することを明らかにした。更に、また変形温度が上昇するにつれてキンク変形が抑制されることが明らかにした。本年度は、放射光による構造解析では、OD構造が得られることが最近報告された10HのMg75Zn10Y15合金の結晶構造測定、18R LPSO単相の格子定数精密化による熱膨張係数決定等を実施した。Mg75Zn10Y15合金の構造解析では、P6/mmmでピークの強度積分ができ、格子定数も10Hに相当するa = 11.20188(68)、c = 26.17636(156)と決定することが出来た。また18R LPSO単相熱膨張係数決定では、a軸とc軸方向で熱膨張係数が異なること及び純Mgに比べて、18R LPSO単相では、熱膨張係数が小さいことを明らかにした。シンクロ型LPSO相の構造,外場による構造変化を解明することを目的として研究を進めた.中性子では,18R LPSO
ＡＴＬＡＳ実験におけるタウ粒子対を用いた標準模型を超える新粒子の探索

2016年、LHC-ATLASは約32/fbのデータを取得した。本研究課題では、その内10/fbと前年に取得した約3/fbのデータを用いて、2016年夏の国際会議であるICHEPで公表した。公表結果には、本研究課題で開発した手法を用いた。その結果、重いヒッグス粒子が予測される領域について、従来の方法に比べて約50%の探索感度改善に成功した。残念ながら観測データに新粒子の兆候は見られなかったが、その時点で世界で最も厳しい制限を与えた。また全データの解析が進行中であり、現在は最終チェックを実験グループ内で行っており、夏の国際会議までに論文として公表できると考えている。本研究課題の鍵であった重いヒッグス粒子の信号は、比較的消失横運動量が大きい。これを利用した。ATLAS実験のバレルミューオントリガーの検出効率は60-70%と低く、重いヒッグス粒子の探索感度を下げていた理由であった。そこで、大きな消失横運動量に注目したトリガーを初めて利用し、特に重い領域に特化した信号領域を新たに導入した。その結果従来に比べて50%程度改善し解析結果に大きなインパクトを与えた。またもう一つの鍵である背景事象、本来タウ粒子ではないものを間違えて再構成してしまうフェイク事象の見積もりに関して、従来の手法を改良した独自の手法を考案した。その結果、解析結果に対して最も大きな影響を与えていた系統誤差を、約30%減らすことに成功した。この方法はタウ粒子がいない事象に対しても有効であり、他の解析にも影響を与えるものと考える。28年度が最終年度であるため、記入しない。2015年5月より大型ハドロン衝突型加速器LHCは陽子衝突実験(Run2)を再開した。Run2より重心系エネルギーを13 TeVに増強して、主にヒッグス粒子や他の標準模型の精密測定と、標準模型を越える新しい物理現象の探索が精力的に行われている。本研究では、超対称性模型や2HDMから予測される重いヒッグス粒子の探索を行ってきた。特に2015年では重心系エネルギーの増強に伴う生成断面積の増大から、その兆候が期待された。LHCの運転は当初の予定通りとはいかなかったが、陽子衝突実験で約3.2/fbのデータを取得することが出来た。本研究者はこのデータを用いて、2015年末に開催された、LHC 4実験の成果報告会議に、解析結果を報告することができた。これの結果はATLAS実験と同じ汎用目的実験であるCMS実験の結果や過去のATLAS実験の結果をしのいで、世界最高感度を記録した。現在は、2016年5月より予定される陽子衝突実験に向けて、トリガーシステムの稼働状況の確認、コントロールルームにおけるシフトや物理解析の最適化や新しい手法の開発を行っている。2016年は瞬間ルミノシティが約2倍となるため、2015年に用いた同じトリガーは使えず、新しいトリガーストラテジーの開発と評価が重要となるが、本研究者は解析グループ内でこれを主導している。現在までに得られた改善で2015年データを再解析した結果、約2倍の感度改善が見込まれる。本研究のゴールはタウ粒子対に」崩壊する新しい粒子の発見である。2015年がLHCが衝突実験再開と史上最高エネルギーでの運転ということもあり、予定されていたデータ量が得られていない。しかし、本研究者は新しい解析手法の開発を行い、世界最高感度で結果を報告することが出来たことから、本研究の進捗状況は計画以上である。これを利用した。2015年のLHC稼働状況から、2016年の陽子衝突実験では約20/fbのデータが取得できると予測される。これに合わせて、物理解析に用いるトリガーの開発と評価が重要となってくる。

現在は、2016年夏に行われる国際会議に向けて評価方法を開発しており、5月より始まる陽子衝突実験の準備を進めている。本研究の最終結果を2016年末に行われる報告会に提出する計画である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
地域(沖縄県浦添)における慢性腎臓病患者診療の実態:自然歴、治療経過に関する研究

浦添市は人口約11万人で、毎年30人前後の透析導入患者が発生していると考えられる。浦添市内の全透析施設(6か所)の参加を得て研究組織を立ち上げ、定期的な会議を開催し各協力施設のCKD患者コホートについてデータの整備を進め透析導入に至る経過の検討を行っている。また2008年度の特定健診受診者についても国保連合会、協会健保沖縄支部の協力がえられており、今後多面的な解析が可能となることが期待される。浦添市内の全透析施設(浦添総合病院、同仁病院、牧港中央病院、徳山クリニック、浦添医院、みやさと内科)の参加を得て研究組織を立ち上げ、定期的な会議を開催しデータ収集および研究の進捗状況の報告を行った。さらに、沖縄県人工透析研究会および日本透析医学会統計調査委員会の協力を得て、浦添市内の透析導入患者の登録・確認を行った。浦添市医師会では全会員を対象に年に2回、CKD啓発講演会を開催し、日本腎臓学会の診療ガイドの普及に努めている。市内の「かかりつけ医、非腎臓専門医」で管理しているCKD患者の予後調査である「腎疾患重症化予防のための戦略研究」にも医師会単位で参加している。保存期CKD患者の登録データベースを市内の腎臓病専門施設である徳山クリニック(N=3141)、睡眠障害患者を中心に診療している名嘉村クリニック(ポリソムノグラフィ施行患者、N=4000)および浦添総合病院健診センターの3施設の協力を得て作成した。現在、これら登録患者の予後(生死、透析導入の有無)を調査中である。浦添総合病院健診センターでは年間約2万人の浦添市民の受診者があり、約半数では尿アルブミン・クレアチニン比(ACR)を測定している。浦添市は人口約11万人であり、毎年30人前後の透析導入患者が発生していると考えられる。現在、各コホートデータの整備、重複などを進めて統合する予定である。透析導入に至る経過を種々のコホートと突合することにより検討する予定である。浦添市内の全透析施設(浦添総合病院、同仁病院、牧港中央病院、徳山クリニック、浦添医院、みやさと内科)の参加を得て研究組織を立ち上げ、定期的な会議を開催しデータ収集および研究の進捗状況の報告を行っている。さらに沖縄県人工透析研究会および日本透析医学会統計調査委員会の協力を得て浦添市内の透析導入患者の登録・確認を行っている。2012年3月には30回大会(参加者656人)を記念して国際シンポジウムも開催した。過去40年間の透析患者約1万例のデータベースの整備中である。保存期CKD患者の登録データベースを市内の腎臓病専門施設である徳山クリニック(N=3141)、睡眠障害患者を中心に診療している名嘉村クリニック(ポリソムノグラフィ施行患者、N=4000)および浦添総合病院健診センターの3施設の協力を得て作成している。健診センターでは年間約2万人の浦添市民の受診者があり、約半数では尿アルブミン・クレアチニン比(ACR)を測定している。現在、予後調査を実施している。とくに2008年度の特定健診受診者についても国保連合会、協会けんぽ沖縄支部の協力がえられており、多面的な解析が可能となると期待される。さらに沖縄県全体の健診受診者と透析導入患者を突合した論文はKDIGOのCKD再分類およびメタ解析のコホートとして採用され、多くの論文がすでに発刊されている浦添市医師会では全会員を対象に年に2回、CKD啓発講演会を開催し、日本腎臓学会の診療ガイドの普及に努めている。現在、予後調査を実施した。

浦添市は人口約11万人であり、毎年30人前後の透析導入患者が発生していると考えられる。各コホートについてデータの整備(重複、必須項目の有無など)を進めて統合する予定である。透析導入に至る経過を種々のコホートと突合することにより検討する予定である。2010年度末までの過去40年間のコホートを作成し整備を行っている。また2008年度の特定健診受診者についても国保連合会、協会けんぽ沖縄支部の協力がえられており、多面的な解析が可能となると期待される。厚生科研(難治性疾患等克服研究事業(腎疾患対策研究事業)の分担研究者として「死亡個票を用いた特定健康診査受診者の慢性腎臓病(CKD)関連死亡リスク評価研究」にも着手した。さらに沖縄県全体の健診受診者と透析導入患者を突合した論文はKDIGOのCKD再分類およびメタ解析のコホートとして採用され、多くの論文がすでに発刊されている。引き続き透析導入の予測因子の解析を行っている。日本腎臓学会編の「CKD診療ガイド2012」にも多く引用されている。沖縄県のデータがわが国の代表的コホートとして認知され、国際的評価が高い。浦添市に限っての分析結果は途中の段階であるが、都市部と農村部との相違が想定される。24年度が最終年度であるため、記入しない。従来通りの方針で作業を進める。名嘉村クリニックの受診者(対象者約1万人)の予後調査はほぼ終了し約6割が判明している。
始原生殖細胞運命決定を司るカスケード上流因子の制御機構

マウス着床後胚において始原生殖細胞は、胚体外外胚葉から分泌されるBmp4シグナルによって一部のエピブラスト細胞が運命決定されて出現する。Bmp4下流のシグナル伝達経路は比較的良く解析されているものの、上流カスケード、即ち、胚体外外胚葉におけるBmp4遺伝子発現のメカニズムはほとんど明らかになっていなかった。本研究では、Bmp4遺伝子が核内受容体型転写因子Esrrbの直接的標的因子であることを見出した。また、新規に樹立した遺伝子改変マウスの解析から、EsrrbによるBmp4遺伝子発現制御の破綻は、着床後胚における始原生殖細胞の形成不全をもたらし、成獣期の妊孕性の低下に繋がることを示した。我々は先行研究において、マウス個体および培養細胞を用いた解析により、Bmp4遺伝子が核内受容体型転写因子Esrrbの主要な直接的標的遺伝子である可能性を見出した。Bmp4タンパク質は始原生殖細胞の運命決定に必須であることが知られている。そこで本研究では、Esrrb遺伝子が始原生殖細胞運命決定の上流因子として機能するか明らかにする。本年度はまず、栄養膜幹細胞を材料として抗Esrrb抗体を用いたChIP-seq解析を実施した。その結果、Bmp4遺伝子上流領域にEsrrb結合領域を同定した。同領域の活性を栄養膜幹細胞を用いたルシフェラーゼレポーターアッセイにより検証したところ、強いエンハンサー活性が検出された。一方、同領域からEsrrb結合モチーフを欠失させた場合には、エンハンサー活性が認められなかった。次に、CRISPR/Cas9法を用い、栄養膜幹細胞内でBmp4内在性遺伝子座上のエンハンサー領域を欠失させた。Real-time qPCR法による解析の結果、エンハンサー領域の欠失によってBmp4遺伝子の発現が顕著に低下することが明らかになった。以上の結果から本研究で同定したエンハンサー領域は、胚体外外胚葉においてBmp4遺伝子発現を制御する重要なシスエレメントである可能性が強く示唆された。さらに、同エンハンサーの機能をマウス個体内で検証するため、CRISPR/Cas9法を用いてエンハンサー領域のノックアウトマウスを樹立することに成功した。本年度は研究計画通り、培養細胞を用いたエンハンサー領域の同定・活性の検証を実施することが出来た。また、CRISPR/Cas9法によるノックアウトマウス作製の実験系がスムーズに確立出来たため、当初の計画より早くノックアウトマウスの作製に成功した。一方、Esrrb遺伝子ノックアウトマウスの繁殖が難航し、計画していた表現形の詳細な解析を実施出来なかった。以上の結果から、全体としておおむね順調に進展していると判断した。今年度はまず、Esrrbノックアウトマウスにおける始原生殖細胞(PGC)の発生分化に着目して表現形解析を行なった。抗AP2-gamma抗体を用いて着床後胚(7.75日胚)の免疫染色を行ないPGC数をカウントしたところ、ホモホックアウトマウスでは野生型と比較して有意に数が減少していることが明らかになった。前年度の解析において我々は、着床後胚、および、栄養膜幹細胞においてEsrrbがBmp4遺伝子の上流因子であることを見出しており、Bmp4遺伝子の発現抑制がPGC数の減少の原因であることが強く示唆された。次に、前年度に樹立したEsrrb結合性Bmp4エンハンサーノックアウトマウスの表現形解析を行なった。まず、ホモノックアウトマウスの着床後胚におけるBmp4発現量をReal time PCR法によって解析したところ、野生型と比較して有意に減少していることが明らかになった。従って、同定したエンハンサーは生体内においてBmp4遺伝子発現制御を担うことが示された。Bmp4タンパク質は発生段階のあらゆる局面で重要な因子であるが、エンハンサーホモノックアウトマウスは各発生過程で外見上の異常は認められず、正常に出生され成獣まで成長した。しかし、ホモノックアウトマウスの雄は交尾能力はあるものの、不妊傾向の表現型を呈することが明らかになった。また、精巣重量は野生型と比較して有意に減少しており、完全不妊の個体について精巣組織切片を作製したところ精子細胞がほとんど認められなかった。精子の欠乏がPGCの発生分化異常に起因するか確認するため、着床後胚のPGC数を免疫染色法によってカウントしたところ、有意に減少していることが確認された。以上の結果から、着床後胚の胚体外外胚葉においてEsrrbは、Bmp4遺伝子の直接的発現制御を介して、胚体における生殖細胞の分化制御を担うことが明らかになった。繁殖が難航したEsrrbノックアウトマウスについては、解析個体が得られつつある。当初の研究計画に従って、Esrrbホモノックアウトマウス着床後胚内で始原生殖細胞が正常に発生するか、蛍光免疫染色法やレポーターマウスとの交配により解析する。

異常が認められた場合には、培地へのBmp4添加によって表現形がレスキューされるか検証する。本年度に作製したBmp4エンハンサーノックアウトマウスについても、同様の解析を実施する。28年度が最終年度であるため、記入しない。発生生物学28年度が最終年度であるため、記入しない。
明示解の導出を重視した繰り返しゲーム理論の分析

明示解の導出可能性を基本軸として繰り返しゲームの理論を再構築し、「解けるモデル」と「解ける均衡概念」を提示するとともに、組織の経済学や産業組織論などの経済学的応用に繋げるという本研究の目的に照らして、以下のような研究成果を得た。1.フォーク定理の前提条件を満たさない不完全観測モデルにおける均衡分析と応用研究について、準備的成果を得た。具体的には、Radner-Myerson-Maskinの古典的研究によって提示された繰り返しチーム生産モデルについて、(i)全員が熱心に働くのが総利得最大化になるとは限らないケース(収穫逓減チーム生産モデル)、(ii)チーム生産によって得られた収入の分け方(シェアリングルール)を選べるケース、特に過去の結果に複雑に依存するシェアリングルールや、状況次第で収入を敢えて捨てるシェアリングルールを選べるケースを分析した。これらの研究成果は、契約理論や組織の経済学で有用な「解けるモデル」を提示している点で重要である。2.最先端のフォーク定理が成立する環境における特定の均衡概念による明示解の導出に関連して、三角貿易型のチーム生産モデルを私的観測の環境下で計算科学的に分析した。このモデルは、その2プレーヤー版が囚人のジレンマに帰着するため、社会的ジレンマの自然なモデルだが、私的観測下での均衡解析は容易ではない。いわゆる信念不問均衡による分析を行い、囚人のジレンマのケースでその有用性が知られている処罰行動の追加がここでも強い協力促進効果を持つことを明らかにした。3.繰り返しゲームモデルの分析手法を援用して、動学コーディネーションゲームの均衡利得の特徴付けを詳細に行い、ネットワーク外部性のある財の独占的価格付けという産業組織論の問題に応用する研究を行った。繰り返しゲーム理論の多様な論点について、順調に準備的成果を積み上げている。また三角貿易型の私的観測繰り返しゲームモデルに関する計算科学的な研究成果は、計算科学分野で上位の査読付き国際会議で採択となり同会議のProceedingsに掲載され、学際的研究として価値あるものになっている。更に、動学コーディネーションゲームの均衡利得の特徴付けとその産業組織論への応用に繰り返しゲーム理論の手法を援用する研究は、研究開始時点では予想できなかった成果である。以上のことから、本研究は当初の計画以上に進展していると評価する。初年度は重要な研究成果を積み上げることができたが、取り組む予定だった研究プログラム全てを実行できたわけではない。例えば不完全観測のチーム生産モデルについての研究プロジェクトでは、全員を熱心に働かせるインセンティブコストが高すぎるので一部メンバーのみを熱心に働かせる均衡を考察すべきケースの分析が遅れている。また、多市場接触のカルテル促進効果という産業組織論の重要トピックについての研究プロジェクトは、計算科学や実験経済学の視野からのアプローチも企図しているところであるが、この点については十分な進展を見ていない。今後はこれらの研究プログラムに重点的に取り組む。必要に応じて、関連研究の専門家を研究分担者に加え、研究のスピードアップを目指す。

また、多市場接触のカルテル促進効果という産業組織論の重要トピックについての研究プロジェクトは、計算科学や実験経済学の視野からのアプローチも企図しているところであるが、この点については十分な進展を見ていない。今後はこれらの研究プログラムに重点的に取り組む。必要に応じて、関連研究の専門家を研究分担者に加え、研究のスピードアップを目指す。(理由)平成30年度は、専ら準備的成果の導出に注力したため、論文作成手伝いなどの院生への謝金を多くは必要とせず、また所属機関のリサーチアシスタント経費を充当することもできた。中間成果発表のための旅費についても、所属機関の運営費を充当することができたため、次年度使用額が発生した。(使用計画)平成30年度の研究の順調な進展を受け、研究プロジェクトの一部が国際共同研究を含む複数の共同研究に発展する可能性がある。このため、当初予定していなかった研究者招へいや研究会開催を行うべく、次年度使用額を含めた助成金を使用する。
ナノカーボンの表面ナノコーティングと太陽電池への適用に対する基礎検討

本研究の要点は,(1)ナノポア構造に似たナノカーボン材の全表面への3次元ナノコーティングと,(2)それを用いた新しい原理に基づくトンネル効果型色素増感太陽電池の可能性を探ることである。主目的は,カーボンナノチューブ等のナノカーボンを用いたトンネル効果型色素増感太陽電池の実現可能性を探索することである。具体的には次の内容を明らかにする。(1)個々のナノカーボンの表面へ薄膜コーティングが可能かどうか。ナノカーボンと薄膜の接合状態。(2)提案する太陽電池を高効率で駆動できる色素と色素保持層の選択に関する知見を収集するとともに,色素からの光励起電子注入機構を追究する。本年度の具体的項目として以下の実験を行った。(i)ナノカーボン合成【triple bond】カーボンナノホーン(低圧アーク法)の合成。カーボンナノツイストおよびカーボンナノコイル(多元触媒CVD法)の合成。ナノカーボンへの金属触媒担持。(ii)ナノコーティング【triple bond】反応性真空アークイオンプレーティング法を用いて3次元のナノ形状を呈するナノカーボンの表面全体にワイドバンドギャップ半導体薄膜(TiO2,ZnOなど)を形成する。(iii)ナノカーボン色素増感太陽電池セルの試作と適用性評価以上の結果,(i)と(iii)の結果から,カーボンナノチューブの陰極への適用については困難であることが分かったが,陽極への適用可能性が見出された。また,現在の技術では(ii)の実現は困難であった。本研究の要京は,(1)ナノポア構造に似たナノカーボン材の全表面への3次元ナノコーティングと,(2)それを用いた新しい原理に基づくトンネル効果型色素増感太陽電池の可能性を探ることである。初年度の具体的項目として以下の実験を行った。(i)ナノカーボン合成...分散配向性カーボンナノチューブ(トーチアーク法),カーボンナノコイル(多元融媒CVD法),カーボンナノホーン(キャビティアークジェット法)の合成。(ii)ナノコーティング...反応性真空アークイオンプレーティング法を用いて3次元のナノ形状を呈するナノカーボンの表面全体にワイドバンドギャップ半導体薄膜(TiO2,ZnOなど)を形成する。(iii)ナノカーボン色素増感太陽電池セルの試作と予備実験以上の結果,(i)については,それぞれ,量産化の目途をつけた。(ii)については,分散配向性カーボンナノチューブにコーティングを行ったが,ナノチューブ全体へのコーティング技術はまだ未完成である。(iii)については,(ii)の結果が不十分であるため,光発電ができなかった。
pH応答性に基づいた腫瘍内でのみ光化学活性を示す光増感型がん治療薬の創製

患者への負担の小さいがん治療法である光線力学療法をさらに発展させるために、薬剤である光増感剤の副作用(光毒性)を低減することを目的とした。光毒性を低減するために、pH変化によってポルフィリン系光増感剤による一重項酸素の生成効率をON/OFFスイッチングする機構の導入を行った。テトラフェニルポルフィリン誘導体のフェニル部位をアニリン誘導体に置換することによって、中性条件下では一重項酸素を生成効率の低いOFF状態、酸性条件下では一重項酸素の生成効率が高いON状態にスイッチングさせることに成功した。またpH応答性の最適化にも成功した。本研究課題の目的は、我々がこれまでに開発してきた高効率シリル型光増感剤に芳香族アミンユニットを導入し、低pHでのみ光化学活性(一重項酸素の光増感効率)を発現する光増感剤を開発することである。pH応答性の原理は、まず中性条件では光増感剤であるポルフィリン骨格が励起されると、隣接する芳香族アミンからの電子移動消光により一重項酸素を生成しないOFFの状態を取ることに基づく。また酸性条件にするとアミノ基がプロトン化し、電子移動消光が抑制され、一重項酸素を生成するONの状態に変化する。まずは量子化学計算によってこの様な分子を設計した。その結果、2,6-ジメチル-4-ジメチルフェニル基をテトラフェニルポルフィリン誘導体に導入すれば上記の性質を発現することがわかった。そこでこの分子の合成を行った。次に合成した光増感剤のpH応答性の評価を行った。pH応答性は励起一重項状態からの電子移動消光に基づくため、まずは蛍光測定によってpH応答性を評価した。中性条件では蛍光は非常に微弱であったが、酸の添加によって蛍光強度が回復することが確認できた。また蛍光寿命測定を行った結果、中性条件では0.5 ns以下の寿命であるのに対し、酸性条件では通常のポルフィリン誘導体と同様、寿命は11 nsであり、中性条件において電子移動消光が起きていたことが確認された。最後に一重項酸素の生成のON/OFF制御について評価を行った。一重項酸素の近赤外リン光測定によって生成効率を評価した結果、中性条件では一重項酸素の生成効率が非常に低かったが、酸性条件では生成効率が向上した。また中性条件と酸性条件における生成効率の比はおよそ25倍であり、高いpH応答性の付与に成功したといえる。本研究課題の目的は、我々がこれまでに開発してきた高効率テトラフェニルポルフィリン誘導体に芳香族アミンユニットを導入し、低pHでのみ光化学活性(一重項酸素の光増感)を発現する光増感剤を開発することである。昨年度までの研究により、テトラフェニルポルフィリン誘導体のフェニル部位の一つにジメチルアミノ基を導入した(A1)。A1を中性条件で光励起すると、芳香族アミン部位からポルフィリン部位への電子移動消光により蛍光放出や一重項酸素の生成が起こらないOFF状態となることを明らかにした。また、酸性条件にするとアミノ基にプロトンが付加し、蛍光放出や一重項酸素の生成が起こるON状態に変化し、酸性度によるON/OFF制御が可能であることを明らかにした。本年度は昨年度の成果を発展させるために、酸応答性の最適化に着手した。まず昨年度に開発したA1の酸濃度依存性を評価した結果、酸濃度が1/100000 M以上では一重項酸素は殆ど生成せず、1/100000 M1/10 Mの領域で酸濃度の増加に従い、一重項酸素の生成効率が向上することがわかった。この結果からA1ではOFF状態からON状態に変化するために10000倍の酸濃度の変化が必要であり、正常組織(pH7.4)と腫瘍組織(pH6.4)あるいはリソソーム(pH5.0)の酸性度の違いでは十分な変化が引き起こせないことがわかった。この問題を解決するために、芳香族アミンの部位数を3(A3)あるいは4(A4)に増やした結果、A3は100倍の酸濃度変化でもOFF状態からON状態への変化が可能であり、十分に鋭敏な酸応答性を得ることに成功した。また、ON/OFF制御とは別に光増感剤本体の高効率化も行った。本研究課題の目的は、我々がこれまでに開発してきた高効率テトラフェニルポルフィリン(TPP)誘導体に芳香族アミンユニットを導入し、低pHでのみ一重項酸素の光増感が起こる光増感剤を開発することである。昨年度までの研究により、TPP誘導体のフェニル部位の一つをジメチルアニリンに置き換えた化合物A1を合成した。このA1は酸濃度変化により一重項酸素の生成をON/OFFスイッチングできる。また、芳香族アミンユニットの数を3(A3)および4(A4)に変化させた化合物も合成し、より少ない酸濃度変化でスイッチングが可能であることを報告した。本年度は酸応答性を最適化するために、新たに2つの芳香族アミンユニットを持つ化合物を新規合成し、芳香族アミン数が14の化合物を揃えて酸応答性に及ぼす効果を系統的に研究した。10倍のON/OFFスイッチング比を実現するために必要はpH変化を求めた結果、芳香族アミンユニットの数を増やすことにより、より少ないpH変化でON/OFFスイッチングが可能になったが、芳香族アミンユニット数が3以上ではそれ以上の効果がないことがわかった。また、スイッチングに必要な酸濃度を調べた。

A1は水中ではpH=5.0で約50%のスイッチングが起こると見積もられ、A1がリソソーム中に取り込まれれば半分程度がON状態にスイッチングできることがわかった。一方、芳香族アミンの数を増やすと、より高い酸濃度がスイッチングに必要になってしまうことがわかった。また、OFF状態とON状態における一重項酸素の生成量子収率の比から、ON/OFFスイッチング比を求めた結果、A1やA4では17倍程度であったが、A3では100倍以上のスイッチング比が得られた。以上の結果を総合的に考慮すると、A3が最も優れたpH応答性を示すと結論付けられた。患者への負担の小さいがん治療法である光線力学療法をさらに発展させるために、薬剤である光増感剤の副作用(光毒性)を低減することを目的とした。光毒性を低減するために、pH変化によってポルフィリン系光増感剤による一重項酸素の生成効率をON/OFFスイッチングする機構の導入を行った。テトラフェニルポルフィリン誘導体のフェニル部位をアニリン誘導体に置換することによって、中性条件下では一重項酸素を生成効率の低いOFF状態、酸性条件下では一重項酸素の生成効率が高いON状態にスイッチングさせることに成功した。またpH応答性の最適化にも成功した。当初のH26年度の計画は、1.H25年度に開発したpH応答性光増感剤の酸応答性の最適化を行うこと、また2.光増感剤の高効率化を進めることであった。計画1に関しては、H25年度に開発したpH応答性光増感剤の酸応答性の詳細を評価した上で問題点を明らかにした。また問題点として浮上した酸応答性の鋭敏性について、芳香族アミン部位数を変化させることにより解決できることを明らかにした。次にpKaの最適化については、計画の一部についてはは実現できたが、完了には至らなかった。現在も計画は進行中である。計画2については光増感剤のπ共役系を拡張することにより高効率化に成功し、その要因の詳細を明らかにした。以上の通り、当初予定していた計画を概ね達成できたため、概ね順調に進展したと考えた。光化学・物理化学今後は、以下の項目について研究を進める。1.本研究で開発を進めているpH応答性光増感剤ではアミノ基のプロトン化を利用している。生体環境中の小さな酸性度の変化でプロトン化を進行させるためには、光増感剤が水中に分布することが必要であり、そのためには高い水溶性が必要となる。これまでに開発したpH応答性光増感剤は主に非水溶性であり、今後親水性置換基の導入が不可欠である。H26年度は開発したpH応答性光増感剤をスルホ化することにより水溶性の付与を試み、水溶性の付与には成功したが、他種類の副生成物が生成したため単離が困難であった。そこで本研究では別の親水性置換基の付与を目指す。具体的には糖やカルボキシ基などの置換基の導入し水溶性の付与を目指す。2.正常組織(pH 7.6)と腫瘍(pH 6.4)あるいはリソソーム(pH 5.0)のpHの差を利用して光増感機能のON/OFF制御を行うためには、アミノ基のpKaを6前後に調整する必要がある。H26年度に合成したジメチルアミノ基を持つスルホ化pH応答性光増感剤では、完全な単離は出来なかったが、大まかにpKaを5.2と決定した。この値は目的値よりも低く、改善の必要がある。アミノ基のpKaはN原子上の置換基を長鎖アルキルに変更するとpKaが大きくなることが知られている。そこでアルキル鎖長を変化させることにより、pKaの最適化を目指す。当初の本年度の計画はpH応答
刺激応答性を有するリオトロピック液晶ポリマーの開発

本研究の目的は、溶液中で自発的に組織構造を形成するリオトロピック液晶ポリマーに刺激応答性部位を導入し、ある特定の刺激に対する組織構造の変化を応答として取り出せるような新規な系を構築することである。まずナイロン6,6を還元することにより主鎖骨格中にイミノ基を有するポリ(イミノヘキサメチレン)を合成した。一方、刺激応答性分子として環の内側を向いたカルボキシル基を有するクラウンエーテル誘導体である2-カルボキシ-1,3-フェニレン-m-フェニレン-26-クラウン-8を高度希釈法による環化によって合成した。これらをCHCl_3中で混合すると均一な溶液となったが、この溶液をEt_2O中に滴下させたところ白色沈殿が得られた。この沈殿の^1HNMR測定を行ったところ、ポリマーの繰り返し単位とクラウン化合物の比が1.6の混合物であることがわかった。またDSC測定により、この混合物のガラス転移点は51°Cであった。一方、ポリマー単独、およびポリマーとクラウン化合物を1.6:1.0のモル比で機械的に混合したサンプルのガラス転移点はともに30°C付近であった。以上の結果から、ポリ(イミノヘキサメチレン)とクラウン化合物はCHCl_3中では、クラウンエーテルの環の中をポリマーが貫いたような構造、すなわちポリロタキサン構造を有しているものと考えられる。ポリマーのイミノ基とクラウン化合物のカルボキシル基の間で分子間水素結合が形成され、ポリロタキサンのような組織構造が自発的に形成されたものと考えられる。この分子複合体においては、分子間水素結合部位およびクラウンエーテルの環が刺激応答部位であり、それぞれpHおよび陽イオンに対して応答可能である。今後は、ポリロタキサンの周囲の環境(pHやある特定の陽イオン濃度)を変化させることにより、ポリロタキサンの可逆的な構造変化を測定することを試みる予定である。
放電モード制御によるプラズマアクチュエータの性能最大化

本研究課題において見出したプラズマアクチュエータの印加電圧波形,緩急勾配波形(急勾配と緩勾配を組み合わせた波形)は,特定の設計パラメータ(材質,サイズ)において体積力生成を1.4倍,推力電力比を1.5倍に向上できることが実験的に確認できている.緩急勾配波形を拡張し,より一般的に適用可能とするため,様々な設計パラメータのプラズマアクチュエータについて,印加電圧波形の性能特性を調査した.結果,誘電体材料の違いが大きく性能に影響を与えることを明らかにした.比誘電率等の電気的性質は体積力生成に大きな影響を与えておらず,2次電子放出係数が支配的に影響を与えていると予想されるが,今後,より詳細な調査が必要である.AC放電(バリア放電)とDC放電を併用した高出力型の3電極プラズマアクチュエータについて,前年度までの数値シミュレーションによる研究で明らかにした作動メカニズムを実験的に検証することに成功した.すなわち,バリア放電により生成された電子がDC電極へと供給され,それによりDC放電が強化される.このDC放電強化が3電極プラズマアクチュエータが高出力を実現するメカニズムであり,体積力生成を支配的に担うのはDC放電である.3電極プラズマアクチュエータは,一般的な2電極バリア放電型プラズマアクチュエータと異なり,AC放電を補助的に用いたDC放電型のプラズマアクチュエータであると言える.バリア放電の周波数を上げ,電子供給量を増やすことで,3電極プラズマアクチュエータの出力をさらに強化可能である.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。推力(誘起流の反力)と推力電力比の観点からプラズマアクチュエータの性能を向上させることを目的に,実験的なアプローチにより印加電圧波形の改良を試みた.まず,正弦波,三角波,方形波(台形波)の基本波形の特性を調査し,正弦波が最も良い性能を示すことを明らかにした.PIV計測を用いた体積力場の詳細な解析から,印加電圧勾配が急な区間とそれに続く緩やかな区間を持つことが正弦波の高い性能の要因であると推測し,急勾配と緩勾配を組み合わせた新しい印加電圧波形を提案した.実験的なパラメトリックサーベイにより,提案した波形形状を最適化し,結果として60%の推力向上と100%の推力電力向上を達成した.実験的に最適化した波形に対し,放電プラズマと流体運動をカップリングしたシミュレーションを実施し,性能向上のメカニズムが,電圧勾配のコントロールによる放電形態のコントール(急勾配で密な放電を発生させ,緩勾配でストリーマ放電を抑えつつプラズマを加速する)にあることを明らかにした.印加電圧波形の改良と並行して,3電極型のプラズマアクチュエータの開発にも着手した.これは大気中に露出した電極を2つ持ち,片側にAC高電圧を,もう一方にDC高電圧を印加するもので,大きな推力増強を見込める.まず,放電プラズマのシミュレーションによる詳細なプラズマ運動の解析から,作動のメカニズムを明らかにすることに成功した.その知見は,今後の研究開発に大きく役立つものである.次年度からのより正確な実験実施の為,実験装置の拡充を行った.具体的には,高精度PIV計測用の高解像度カメラ,放電電流計測用の高分解能オシロスコープなどを整備した.また,PIV計測した流れ場から体積力場をより正確に推定する新手法の提案と研究も行った.当初の計画通り,プラズマアクチュエータの性能向上を達成できる印加電圧波形を,物理的な根拠をもとに提案することに成功した.実験的な実証にも既に成功しており(推力の60%向上,推力電力比の100%向上),また3電極型プラズマアクチュエータの研究開発にも着手できていることから,研究パートに関していえば当初の計画以上に進展している.次年度以降に重要になる実験環境の整備に関しても,必要な設備は揃ってきており,順調に整備できている.一方で,随伴解析に基づいた最適化手法のプラズマアクチュエータへの適用に関しては,若干計画より準備が遅れており,現在も支配方程式の定式化を実施中である.以上から,総合的に判断して,本研究課題は概ね順調に推移している.前年度に見出した性能向上に有効な電圧波形,急勾配と緩勾配を組み合わせた緩急勾配波形,の形状を更に最適化することを目的に,放電プラズマの数値シミュレーションによるパラメトリックなサーベイを行い,急緩の各勾配区間の相互作用にまで踏み込んだ観点から性能向上メカニズムを解析した.結果,印加電圧が負勾配の区間(負極放電)においては,急から緩へと勾配を変化させることで大きな体積力生成の向上を見込めることが示された.これは,急勾配による密な放電により生成したプラズマを緩勾配で効率よく加速できるためである.一方で,印加電圧が正勾配においては有意な効果が望めない.印加電圧が正勾配の区間(正極放電)においては,そもそも体積力生成が弱く,負極放電を如何に長く持続させるかが体積力生成において重要である.印加電圧波形による放電制御が3電極型プラズマアクチュエータにおいても有効であることを示すため,電圧波形を様々に変化させた3電極型プラズマアクチュエータの放電プラズマシミュレーヨンを実施した.結果,印加電圧の負勾配区間を短くした波形により,3電極目が引き起こす直流放電を強化できることが分かった.これまで,3電極型プラズマアクチュエータは飛躍的な性能向上が見込めるものの,ジェット挙動が不安定であるというデメリットがあったが,この問題をクリアできる可能性が示された.