hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クロフィブラートのIL-1Ra産生と実験的歯周炎抑制効果に関する研究

歯周病の発症と進行に炎症性サイトカインが深く関与している。そこで、間接的に抗炎症性サイトカインの一つであるIL-1Ra産生に働くことが報告されている高脂血症治療薬クロフィブラートのIL-1Ra産生について、マウスマクロファージ細胞を用いて検討した。IL-1βとTNF-αは有意に発現の亢進が観察され、SOCS3については多少発現に増加傾向が観察されたが、IL-1Ra、IL-6、IL-1α、IL-1レセプター(IL-1R1)の発現はコントロールと同程度であった。以上より、クロフィブラート単独では歯周組織構成細胞では炎症の亢進に作用する可能性が示唆された。歯周病のように局所の炎症性骨吸収を伴うリウマチ性間接炎に対して,生物製剤(抗サイトカイン抗体など)を応用され良好な治療成績が得られるようになった。しかし,生物製剤はコストが高く,歯周病患者には医療経済的に応用することは不可能ではないか。近年,高脂血症治療薬クロフィブラートをマウスに経口投与したところ、間接的に抗炎症性サイトカインの一つであるIL-1Ra産生に働くことが報告されている。そこで申請者はクロフィブラートの抗炎症作用(IL-1Ra産生)に着目し歯周治療応用の可能性を細胞実験と動物実験により検討したいと考え,マウスマクロファージRAW 264.7細胞の培地中にクロフィブラートを添加したところ、添加したクロフィブラート濃度に依存して有意にIL-1Ra遺伝子発現上昇することが明らかとなった。そこでマクロファージ細胞をポジティブコントロールとして他の細胞を使って調べているところである。28年度に実験的歯周炎マウスに対するクロフィブラートの抗炎症作用を調べられるよう動物ならびにクロフィブラート含有資料の準備を行っている。またこれまでの細菌感染による実験的歯周炎モデルの作製において、近交系マウスでは困難な場合が考えられるため、臼歯に縫合糸を結紮することによる歯周炎モデルの作製も検討している。27年度は研究成果として、IL-1Raは歯周炎局所において、炎症性骨吸収の抑制だけでなく、上皮の歯との接着において、コラゲナーゼー3の産生をも制御し、間接的に細胞外マトリックスタンパクであるラミニンー5の産生に重要であることを明らかとし、公表した。細胞実験については、計画通り進められているが、実験的歯周炎を惹起するマウスが現在の飼育環境で計画通り繁殖していないため、下記の対応策を実施することにより当初の計画通り研究を進めたいと考えている。1.マウスの系統を近交系に変更し、縫合糸の結紮による歯周炎モデルの可能性を検討する。2.使用予定の遺伝子改変マウスを追加供給できるよう手配中である。(実験可能匹数を確保するのに時間がかかることが懸念される)高脂血症治療薬であるクロフィブラートの新たな歯周病治療薬としての可能性を探るため、炎症性骨吸収における破骨細胞分化、活性化にクロフィブラートが抑制効果を示すかどうか、ddyマウス骨髄細胞培養系に歯周病原細菌A.actinomycetemcomitansLPS,活性型ビタミンD3,プロスタグランディンE2を添加したところ、活性型ビタミンD3,プロスタグランディンE2により有意な破骨細胞形成の増加が観察され、同時にクロフィブラートを添加することにより活性型ビタミンD3による破骨細胞形成は抑制される傾向が認められた。そこで、培養上清中の各種サイトカイン産生量と骨髄細胞からのmRNA発現について解析を実施している。縫合糸結紮による実験的歯周炎ddyマウスに対し、クロフィブラート含有飼料によるクロフィブラート経口投与群と浸透圧ポンプによるクロフィブラート全身投与群について、歯周組織中でのクロフィブラート濃度はいずれの投与法によっても、クロフィブラート濃度の上昇が観察され、クロフィブラートにより、局所でのIL-1Ra濃度についても上昇しているかどうかについて解析を行っている。発表実績として、骨吸収はsclerostinの発現低下を介して骨形成を促進することと、W9ペプチドはOPG遺伝子欠損マウスの歯槽骨吸収を改善することについて日本歯周病学会学術大会にて公表した。さらに、IL-1Ra欠損マウスでは破骨細胞形成と炎症性骨吸収が亢進する。第2回日本骨免疫学会ウインターセミナーにて発表を行った。遺伝子改変マウスが予定どおりの繁殖していない。細胞培養実験系において遺伝子発現結果にばらつきがある。歯周病の発症と進行にサイトカインが深く関与している。リウマチ性間接炎に対して,生物製剤を応用され良好な治療成績が得られるようになった。しかし,生物製剤は高く歯周病患者には医療経済的に応用することは不可能ではないか。一方,高脂血症治療薬クロフィブラートをマウスに経口投与したところ、間接的に抗炎症性サイトカインの一つであるIL-1Ra産生に働くことが報告されている。そこでクロフィブラートの抗炎症作用(IL-1Ra産生)に着目し歯周治療応用の可能性を探ることとした。当初細胞培養実験と動物実験の2つの実験系により仮説の証明を試みたが、細胞培養実験では参考とした先行研究とは全く逆の結果が得られ、動物実験の実施は今後の課題とすることとした。平成29年度はマウス上皮細胞からのIL-1Ra遺伝子発現を調べたところ、発現の亢進は認められなかった。

そこで、使用細胞をマクロファージ系の細胞に変更し、実験を継続して行ったところ、クロフィブラート単独刺激の場合、炎症性サイトカインであるIL-1βとTNF-αは有意に発現の亢進が観察されたが、IL-1Ra、IL-6、IL-1α、IL-1レセプターの発現はコントロールと同程度であった。またSOCS3については多少発現に増加傾向が観察された。以上より、高脂血症治療薬クロフィブラートは単独で歯周組織構成細胞では炎症の亢進に作用する可能性が示唆された。そこで、歯周組織中で活性化したマクロファージでは異なる動態を示す可能性を考え、細菌の内毒素(LPS)刺激したマクロファージにクロフィブラート添加した場合、LPSのみで発現上昇したTNF-α、IL-6、SOCS3の発現は、クロフィブラート添加により、やや発現の低下を見せたものの、IL-1Ra遺伝子発現も低下したことから、TNF-α、IL-6の発現低下はIL-1Ra以外の分子による現象であることが明らかとなった。歯周病の発症と進行に炎症性サイトカインが深く関与している。そこで、間接的に抗炎症性サイトカインの一つであるIL-1Ra産生に働くことが報告されている高脂血症治療薬クロフィブラートのIL-1Ra産生について、マウスマクロファージ細胞を用いて検討した。IL-1βとTNF-αは有意に発現の亢進が観察され、SOCS3については多少発現に増加傾向が観察されたが、IL-1Ra、IL-6、IL-1α、IL-1レセプター(IL-1R1)の発現はコントロールと同程度であった。以上より、クロフィブラート単独では歯周組織構成細胞では炎症の亢進に作用する可能性が示唆された。基本的に当初の研究計画通り進める予定である。研究計画ではクロフィブラートのみを対象として研究を進める予定だが、高脂血症治療薬として、もっとも臨床応用されているスタチンについても抗炎症可能性を探りたいと考えている。実施計画にある細菌感染による実験的歯周炎から、縫合糸結紮による実験的歯周炎を近交系マウスに惹起することに実験計画を変更して実施する。細胞培養実験系の材料・方法を見直しばらつきの原因を究明する。歯学購入消耗品に関わる、振込手数料ならびに郵送費等について使用予定にしていたが、使用しなかったため。消耗品の購入に充てる
次世代高性能中性子検出器の開発

新しい放射線検出器であるガス電子増幅器(GEM)を用いて、高計数率に耐えられ、しかも、高位置分解能で高時間分解能な中性子画像検出器を開発した。この開発において、(1)多数の孔のあいた金属箔板にボロンを付加した新しい中性子コンバーター、(2)高抵抗素材を利用して単純な両面基板の表裏にX-Yストリップを配置する方式、(3)特殊用途集積回路(ASIC)、デジタル処理行う集積回路(FPGA)、データを1次的に格納するメモリー等をを実装した読み出し基板を開発した。さらに、開発した検出器で実際のパルス中性子源からの中性子を利用した中性子波長別ラジオグラフィーへの応用試験を行って、その有効性を示した。ボロンを付加したGEMをより安定的に製作するために2つのことを行った。1つ目がボロンを付加する前に、ニッケルを中間層として極く薄く付加する。2つ目のことは両面にボロンを付加する際に問題になることに関連することである。単なる薄板にボロンを両面に付加する際は問題にならなかったがGEMのように大量の穴があいているとボロン膜の密着性が低下する問題があった。これは、片面にボロンを付加している際に発生するガス等が穴を通して反対側の面を劣化させるという問題であることがわかり、片側の作業中に反対側の面をきちんと養生しておく方法をとった。この2つのことにより、ボロン膜の密着性が向上した。中性子を荷電粒子に変換するボロンを付加したGEMの部分はガス増幅度は必要ない。そこで高価なGEMを使用せずに、別の方法で穴付きの多層構造を製作することを試みた。まず、水溶性フィルムとアルミ薄板とを積層し、穴あけを行った後に、水溶性フィルムを水に溶かして取り除く方法を試みた。穴の部分が狭く積層が少ない場合にはうまく不要なフィルムを取り除くことが出来たが、穴の範囲が広く、多層にするとフィルムを十分に取り除くことが出来なかった。現在、別の方策で同じ構造が得られるものを試そうとしている。GEM検出器で発生する微弱信号を増幅、波形整形、波高弁別を行う特殊用途集積回路の設計を開始した。多数のストリップからの信号を小さな領域で取り扱うために1チップに32チャンネル分を実装できるように設計を進めた。平成24年度内には、回路設計と回路シミュレーションまで行うことが出来た。シミュレーション上は、ノイズレベルが十分小さく、GEM検出器で得られるガス増幅度で、中性子の信号を十分なS/Nで測定できることが分かった。前年度に設計した高密度実装された特殊用途集積回路(ASIC)を製作して性能試験を行った。このチップにはGEMチェンバーから発生する微弱信号を増幅、波形整形、波高弁別する機能をもった回路が32チャンネル分実装されていて、そのすべてが予定された性能を示すことを確認した。その後、このチップを8個とFPGAと呼ばれるゲートアレイが多数実装された集積回路を搭載した256チャンネル対応の高密度実装電子回路基板の開発・製作を行った。この回路基板を使用することによって、高速データ収集が実現可能となっている。また、前年度から継続して行っている中性子検出効率を向上させる新しいアイデアであるボロン付き多孔コンバーターを製作した。前年度までの方式ではうまく製作することができなかったが今年度は仮積層してから穴あけを行い、その後、スペーサーを入れて金属板間の空間を確保する方式にして、うまく製作することができた。多孔コンバーター、GEM、読み出し電子回路基板を組み合わせて、新しい薄型の中性子検出器を製作して、北海道大学工学部が所有するパルス中性子源を用いて性能試験を実施した。その結果は、よい位置分解能で欠けのない2次元画像を取得することに成功し、同時によい時間分解能で時間情報も取得することができた。多孔コンバーターで積層枚数に応じて、中性子検出効率が向上することを確認すると同時に、従来のボロンを付加したGEMと同程度の位置分解能が得られることも確認した。これによって、安価に信頼性のある中性子コンバーターを製作する道筋が見えてきた。中性子検出の効率を向上させる新方式である多孔コンバーターの開発を継続して行った。前年度までの実績を踏まえて、26年度はコンバーターの平面性を重視した試みを行った。試作機を製作して検出効率を中性子ビームを用いて測定したが、十分な成果を得ることが出来なかった。詳しく解析すると、平面性を重視したために板厚が厚過ぎて、発生した電子の透過率が十分でないことが分かった。そこで板の材質を変えて、SUS薄板を用いて、エッチング加工で孔構造を製作し、十分な張力をかけることによって、平面性を確保する方式に切り替えた。現在、試作機が出来上がった段階で、試験は、27年度に行う予定である。メモリーを搭載した新しい読み出し基板を製作して、試験を行った。データ取得レートが、前年度までの1.6MHzを超えて、2.2MHzまで達成した。同時に行った各種の改良点(シンプルな電源供給、各チャンネルのオフセットばらつきの簡便な調整方法の確立、ヒットストリップ数の最適化など)が正常に動作していることを確認して、より使いやすいシステムとなっていることを示した。中性子感度を向上させるための研究開発を継続して行った。前年度の作成したボロンを付加した多孔コンバーターを配置したチェンバーを製作してビームテストを行った。その結果、これまで使用してきたボロンを付加したGEMを用いたチェンバーと同程度の性能を得ることが可能であることが確かめられた。

これによって、放電による破壊がなく、しかも、安価に高検出率のチェンバーの製作への道を開くことができた。しかし、問題点も見出された。シミュレーションでは、少なくとも4枚程度までは積層しても検出効率の改善が期待できるのであるが、実験では3枚以上で改善が見られない結果となった。この問題を解決するために、孔径を改善したものを製作した。簡単なテストでは、よい結果得られそうであるところまでは確かめられたが、ビームテストは今後の課題として残った。2つ目の問題は、1個の信号が時間的に長くなってしまって、時には2つの別々の信号としてとらえられることがおこることが分かった。これは、多孔コンバーター間にかけられている電場が弱すぎることによって発生する問題であるとわかった。検出効率の観点からは弱い方がよいので、それとの兼ね合いでよい解を見つけていかないといけない。1つ目の問題と合わせて最適なパラメーターをビームテストで検証しなければならない。新しい放射線検出器であるガス電子増幅器(GEM)を用いて、高計数率に耐えられ、しかも、高位置分解能で高時間分解能な中性子画像検出器を開発した。この開発において、(1)多数の孔のあいた金属箔板にボロンを付加した新しい中性子コンバーター、(2)高抵抗素材を利用して単純な両面基板の表裏にX-Yストリップを配置する方式、(3)特殊用途集積回路(ASIC)、デジタル処理行う集積回路(FPGA)、データを1次的に格納するメモリー等をを実装した読み出し基板を開発した。さらに、開発した検出器で実際のパルス中性子源からの中性子を利用した中性子波長別ラジオグラフィーへの応用試験を行って、その有効性を示した。当初予定した多孔コンバーターの製作方式では、うまく中性子検出効率を上げることが出来なかったので、方式を変更して新規に試作機を製作しなけければならなくなった。読み出し電子回路はうまく製作できているので、今後、多孔コンバーターができれば、組み合わせてよい検出器となる予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。数物系科学26年度に製作した新方式の多孔コンバーターを完成させる。これをメモリー付の256チャンネル読み出し電子回路と組み合わせて、パルス中性子源を用いたビームテストを行って、中性子波長別ラジオグラフィ用検出器として十分によい性能を発揮することを実証する。特にJ-PARCのMLF棟の新イメージングビームラインであるBL22において、高速データ収集、高時間分解能、低ガンマ線バックグランド性能が要求される高速中性子の共鳴吸収断面積のラインシェープの正確な測定を行って、物質の温度測定が可能であることを示す。これらの結果を踏まえて、国際会議での発表、学術論文への投稿を目指す。GEM以外を用いた穴付き多層構造が、当初予定していた方法ではうまく製作できないことがわかったので、現在、別の方策で行うことを進めている。高密度実装した特殊用途集積回路の設計に予想以上に時間がかかり、回路シミュレーションまで進めることができたが、実際にチップを製作するまでにはいたらなかった。中性子の検出効率を向上させるための多孔コンバーターの製作がなかなか難しく、予定よりも時間を要してしまった。
膵幹細胞分化誘導因子のスクリーニング

現在のインスリン注射に替わる糖尿病の治療法のひとつとして、膵島移植があげられる。移植に用いる膵島細胞には同種あるいは異種動物の膵島を用いる方法の他に、ES細胞や体性幹細胞を分化誘導させた膵島細胞を考えられるが、2001年にNIHのMcKayらのグループがES細胞からインスリン分泌細胞の作製に初めて成功したと報告された。しかしこの分化させた膵島様細胞は初代培養膵島と比較してグルコース応答性インスリン分泌が不良であることから実用化には更なる検討が必要と考えられている。まず我々は、McKayらの手法の再現性について検討した。マウスES細胞をハンギング・ドロップ法を用いて3次元的に培養することにより、正常の発生に酷似した胚様体(Embryoid Body)を形成させ、分化増殖因子(bFGF、ニコチナマイド)を培養液中に加えることにより、抗インスリン抗体で染色されるインスリン陽性細部への分化誘導を再現することができた。しかし、インスリン陽性細胞への分化効率は悪く、グルコース応答性インスリン分泌細胞をより効率良く分化誘導させるためには新たな方法の開発が求められる。一方、転写因子PDX-1の遺伝子を欠損させたマウスでは膵の形成が認められなくなることから、膵島の形成にはPDX-1の発現誘導が必須であると考えられている。そこで我々は、ES細胞から膵島へより高率に分化誘導させるためにPDX-1の発現誘導をより詳細に検討することが必要であると考えた。そのためにマウスPDX-1遺伝子をファージライブラリーから単離し、相同組換えを行うことによって、PDX-1遺伝子のExon2の部位にEGFP(enhanced green fluorescence protein)遺伝子(SA・IRES・EGFP・pA)をノックインしたES細胞株を樹立した。このESを用いて膵島へ分化させることにより、あるいはノックインマウスを樹立することによって、EGFPの検出により内在性PDX-1の発現機構をより厳密に検討することや、PDX-1陽性細胞のみを単離することが可能になる。さらに、PDX-1の発現誘導因子の単離・同定が可能になると考えている。グルコース応答性インスリン遺伝子転写制御の分子機構に関しては不明な点が多い。細胞内Ca^<2+>の上昇に伴って活性化されるカルモデュリンキナーゼ(CaMK)IVによって転写因子ATF-2のThr^<69>、Thr^<71>、Thr^<73>の3ヵ所のアミノ酸残基がリン酸化される結果、インスリン遺伝子の転写を制御していることを明らかにした(Diabetes 49:1142-1148:2000)。また、転写因子CREMのアイソフォーム(CREM-17X:抑制因子)を単離同定し、糖尿病でその発現が増強している事を明らかにした(J. Biol Chem. 274:21095-21103:1999)。さらに、膵β細胞でTGF-βスーパーファミリー受容体に属するALK-7を単離同定し、これがSmad3を特異的に活性化することにより膵β細胞の発生・分化に関与することを明らかにした(Biochem. Biophys. Res. Commun. 254:707-712:1999)。また、若年性発症の糖尿病であるMODY3の原因遺伝子HNF-1αは転写共役因子p300と直接結合し、糖輸送単体GLUT2の遺伝子発現調節を行っていることを明らかにした(Diabetes 51:1409-1418:2002)。また、消化管ホルモンGIPシグナルの生理的役割を詳細に検討する目的で、GIP受容体欠損マウスを作製した。その結果、このマウスが早期インスリン分泌障害と共に耐糖能異常をきたすことが明らかになった(Proc Natl Acad Sci USA 96:14843-14847:1999)。また、高脂肪食で飼育すると野生型マウスでは肥満を呈しインスリン抵抗性を来たすが、GIP受容体欠損マウスではそのような病態を示さないことから、高脂肪食による肥満やインスリン抵抗性の獲得にGIPが関与している可能性を示した(Nat. Med. 8:738-742:2002)。

そこで我々は、ES細胞から膵島へより高率に分化誘導させるためにPDX-1の発現誘導をより詳細に検討することが必要であると考えた。そのためにマウスPDX-1遺伝子をファージライブラリーから単離し、相同組換えを行うことによって、PDX-1遺伝子のExon2の部位にEGFP(enhanced green fluorescence protein)遺伝子(SA・IRES・EGFP・pA)をノックインしたES細胞株を樹立した。このESを用いて膵島へ分化させることにより、あるいはノックインマウスを樹立することによって、EGFPの検出により内在性PDX-1の発現機構をより厳密に検討することや、PDX-1陽性細胞のみを単離することが可能になる。さらに、PDX-1の発現誘導因子の単離・同定が可能になると考えている。
下流域に生息する小型通し回遊魚の遊泳能力解析と魚道設計への適用

本研究は,ハゼ科魚類のシロウオ・ウキゴリやワカサギなどといった小型の通し回遊魚を対象とした魚道の設計技術の向上に資するため,これら魚類の遊泳能力に関する遊泳実験を行ったものである.その結果,これらの魚の魚道設計に必要な水理要因である流速条件に対応した遊泳速度,遊泳可能距離との関係を我が国で初めて明らかにした.遊泳能力の解析結果は,緩勾配タイプ魚道の粗度配置と水理条件,あるいは,隔壁を有するプールタイプ魚道の水理条件を決定するための一つの指針として適用できる.標記研究課題について、本年度の研究概要は以下の通りである。小型回遊魚の遊泳能力を実験的に明らかにするため、現地の河川水をそのまま実験装置に通水する方法で実施した。遊泳実験は,青森県内の岩木川下流の芦野頭首工地点と蟹田川河口地点の2箇所で行った。実験は、対象魚(イトヨ、ワカサギ、ウキゴリ、ヨシノボリ、シロウオなど)の遡上時期に合わせて行い、おもに5月に集中して行った。実験装置は,内径横5.0cm×縦3.0cm,長さ230cmの長方形透明アクリルパイプで、供試魚を長方形パイプ内に挿入する傾斜型スタンドパイプと流速調節用バルブ,フレキシブルホースから構成されている。遊泳速度の計測方法は,内径横5.0cm×縦3.0cm,長さ230cmの長方形透明アクリルパイプで遊泳速度の計測方法は,長方形管内に流速を与え一定距離の遊泳時間を計測するととに高速度カメラを併用して尾ひれの動きを解析した。供試魚採取は各関係機関と地元河川漁協の協力を得た。今年度の実験から、シロウオの突進速度と遊泳限界流速、イトヨと小型のワカサギの遊泳速度と遊泳運動特性、ウキゴリの遊泳行動に関して、全長と遊泳速度,および尾ひれの振動数に関する図が得られた。遡上時期での実験のため、次年度以降もデータをさらに蓄積する予定である。実験は、対象魚(イトヨ、ワカサギ、ウキゴリ、ヨシノボリ、シロウオなど)の遡上時期に合わせて行い、おもに4月下旬と5月、および7月、8月に集中して行った。遊泳速度の計測方法は,内径横5.0cm×縦3.0cm,長さ230cm350cmの長方形透明アクリルパイプで遊泳速度の計測方法は,長方形管内に流速を与え一定距離の遊泳時間を計測するととに高速度カメラを併用して尾ひれの動きを解析した。今年度の実験では、1シロウオに関して、水路区間を長くした条件での突進速度と遊泳限界流速、2イトヨと小型のワカサギの遊泳速度と遊泳運動特性、3ウキゴリの遊泳行動に関して、全長と遊泳速度,および尾ひれの振動数に関する図が得られた。対象魚種の遡上時期での実験のため、最終年度もデータをさらに蓄積する予定である。2か所での現地実験に際し、気象条件にも幸いして供試魚の遡上時期にあたる4月下旬、5月上旬、7月中旬、8月中旬に集中してじっしすることができた。供試魚の採取については各関係機関と地元漁協の協力を得ることができた。とくにシロウオの泳力については、かなり明らかにすることができた。なお、今年度の実験で得られた研究成果の一部を、農業農村工学会応用水理研究部会講演会で発表した。ハゼ科魚類のシロウオ・ヨシノボリ・ウキゴリやワカサギ・イトヨをはじめとする小型の通し回遊魚は,日本の河川に広く生息している.魚類相の河口から上流への連続性を保持し、小型回遊魚の生息場環境を保全・維持するため河川横断構造物には魚道が設けられている.しかし、現状でのこれら小型通し回遊魚に対する魚道設計は、経験的技術に依存しており、科学的根拠による高度な魚道整備が必要である.したがって、本研究は小型通し回遊魚の遡上環境を整える上で必要な遊泳能力について詳細に検討・解析し、下流域における魚道設計技術の向上に資するものである.対象とした小型通し回遊魚を現地で供するため、フィールド的現地観測として河川水をそのまま実験装置に通水し、長方形管内に流速を与え一定距離の遊泳時間を計測する方法を採用した.研究対象とした魚は、青森県内の下流河川域から遡上する小型回遊魚のシロウオ・ワカサギ・ウキゴリ類である.最終年度は,データをさらに蓄積するため実験を継続した。遊泳実験は青森県内の岩木川下流の芦野頭首工地点で、対象魚(ワカサギ、ウキゴリなど)の遡上時期に合わせて行い、おもに5月、および7月、8月に集中して行った。最終年度のデータを加えて3ヵ年の実験研究を整理した結果,1シロウオの突進速度と遊泳限界流速、2ワカサギの遊泳能力、3小型ウキゴリ類の遊泳能力を明らかにすることができた。

これらの遊泳能力を明らかにしたことにより、小型通し回遊魚を対象とした魚道設計に必要な水理諸元を提示することができた。本研究成果の一部は、水工学論文集72巻に掲載、平成27年度農業農村工学会応用水理研究部会、平成27・28年度農業農村工学会大会講演会で発表した。本研究は,ハゼ科魚類のシロウオ・ウキゴリやワカサギなどといった小型の通し回遊魚を対象とした魚道の設計技術の向上に資するため,これら魚類の遊泳能力に関する遊泳実験を行ったものである.その結果,これらの魚の魚道設計に必要な水理要因である流速条件に対応した遊泳速度,遊泳可能距離との関係を我が国で初めて明らかにした.遊泳能力の解析結果は,緩勾配タイプ魚道の粗度配置と水理条件,あるいは,隔壁を有するプールタイプ魚道の水理条件を決定するための一つの指針として適用できる.2か所での現地実験に際し、気象条件にも幸いして供試魚の遡上時期にあたる5月に集中して実施することができた。供試魚採取は各関係機関と地元河川漁協の協力を得ることができた。今年度の実験で得られた知見の一部については、農業農村工学会応用水理研究部会講演会で発表した。次年度は、最終年度にあたるので、青森県岩木川の芦野頭首工地点で現地遊泳実験を継続する。実験に際し、供試魚の採取については各関係機関と地元漁協の協力を得る。また、実験装置を改良しながら、個体数を蓄積して3ヵ年の実験研究で得られた知見を取りまとめる予定である。地域環境工学・計画学次年度以降も、青森県岩木川の芦野頭首工地点と同蟹田川の河口地点の2か所で、現地遊泳実験を継続する。実験に際しては、供試魚の採取も今年度と同様に実績のある関係機関と地元河川漁協の協力を得る。実験装置を改良しながら供試魚の個体数を蓄積して、データの解析精度を向上させる。現地実験に必要な物品と実験装置改良にかかる費用が予定額より少ない額になったことがおもな理由である。現地実験に必要な物品と実験装置作成にかかる費用が当初予定額より少ない額になったことがおもな理由である。次年度では、実験装置の改良などに必要な費用に充てる計画である。次年度では、今年度の実験を踏まえて実験装置に改良を加える予定をしていることと、現地実験の回数を増やす予定であり、これらに必要な費用に充てる計画である。
カーボンナノウォールの超高速・超精密形成と次世代燃料電池デバイスへの応用

カーボンナノウォール(CNW)の超高速・超精密形成技術を確立と、固体高分子型燃料電池への応用に取り組んだ。イオンとラジカルの照射を独立制御可能な装置を用いることで、CNWの初期成長過程における、ナノグラフェンの核発生と垂直成長に対するイオン照射の効果を明らかにした。また、大気圧非平衡プラズマを用いたCNW合成技術を確立した。更に、超臨界流体化学堆積法を用いたCNW表面へのPtナノ微粒子の超高密度担持プロセスにおける、グラフェン表面の欠陥の影響を、プラズマ照射したグラファイト表面との比較から明らかにした。本研究においては、カーボンナノウォールの燃料電池デバイスの触媒層への応用を目指した高速成長および高精度形状制御技術の構築を目的として研究を行い、平成20年度においては下記の研究成果を得た。まずは、従来から製膜を行っているラジカル注入型CVD装置を用いて、高速成長を実現するためのメカニズムを解明するための基礎実験を行った。その際の条件は、H_2/C_2F_6/Ar流量:100/50/1.5sccm、基板加熱温度:930°C、CVD用プラズマ生成VHFパワーおよびラジカル生成表面波プラズマへのマイクロ波電力がそれぞれ500Wと250Wとし、圧力は1.2Torr、そして、バイアス(2MHz)パワーを50Wであった。その結果、カーボンナノウォール成長速度が120nm/minと従来の6倍以上高速化を実現した。さらにこの実験結果から、イオンによるラジカルの付着確率の上昇が高速成長に極めて重要であることが判明した。更なる高速成長を実現するために、ラジカルを高密度に生成可能であるマイクロ波励起非平衡プラズマを用いて、大気圧近傍においてプロセスの構築を試みた。その結果、圧力:400Torr、CH_4/H_2/He:25/25/1000sccm、ヒーター温度:680°C、マイクロ波パワー:500Wとし、基板はTiを堆積させて作製したSi(100)を用いた場合において、カーボンナノウォールの成長を確認することに成功した。しかし、まだ上記ラジカル注入型プラズマを用いたプロセス以上の高速化を実現できていない。そこで更なる条件の最適化と、現在導入中のin-situモニタリングを用いた成長メカニズムの知見を基に、更なる高速成長技術の構築を行う。新規カーボンナノ材料であるカーボンナノウォール(CNW)は、その大きな比表面積から、触媒金属微粒子を担持する燃料電池用電極としての応用が期待されている。しかし、極めて高いアスペクト比を有するナノ構造体であるCNWでは、従来の気相担持や液相担持によって表面全体に触媒金属微粒子を担持することは不可能であった。これに対し、我々は超臨界二酸化炭素を用いた超臨界流体有機金属化学流体堆積(SCF-MOCFD)法により、粒径約25nmの白金微粒子をCNW表面全体に高密度(10^<13>cm^<-2>)に担持することに成功している。しかし、SCF-MOCFD法による白金微粒子担持のメカニズムは末だ解明されてない。そこで本研究では、SCF-MCCFD法における白金微粒子の密度と粒径の時間および圧力に対する依存性を体系的に調査するともに、カーボン構造体(CNW、グラファイト)の表面状態(欠陥など)が白金微粒子の密度に及ぼす影響を明らかにした。二周波容量結合型プラズマ装置(上部電極60MHz、下剖電極2MHz)を用いたAr/H_2プラズマ表面処理を行い、上部電極への投入電力や処理時間を変化させることで表面欠陥密度の異なるグラファイト基板の表面を実現した。また異なる成長条件を用いることにより、表面状態の異なるCNWを準備した。そしてSCF-MOCFD装置に有機金属(CH_3C_5H_4)(CH_3)_3PtとCO_2(圧力10MPa、温度130°C)を導入し、それぞれの基板を180°Cに加熱して30分間、白金を担持した。ラマン分光スペクトルにおけるI_D/I_G比によってカーボン構造体の表面欠陥密度の差を評価し、走査型電子顕微鏡像より白金微粒子密度を算出した結果、プラズマ表面処理したグラファイト基板表面に担持された白金微粒子の粒径は12nmであるとともに、I_D/I_G比が大きいほど、白金微粒子密度が大きくなることがわかった。またプラズマ表面処理を施さず、表面欠陥が存在しないグラファイト表面I_D/I_G=0)では、白金微粒子の担持が確認されず、カーボン構造体の表面欠陥の制御により、白金微粒子密度が制御可能なことがわかった。高アスペクト比、大表面積といった構造的特徴だけでなく、グラフェンシートの物性に起因した高移動度などの優れた電気的特性を有するカーボンナノウォール(CNWs)の特徴を最大限に活かし、燃料電池の電極や電子デバイスなどを実現するためには、CNWsの形態や結晶性を精度よく制御する必要がある。

22年度においては、構造に物理的ダメージを及ぼすイオンを用いないラジカルエッチングに着目し、水素(H)ラジカルや酸素(O)ラジカルの照射によるCNWsの形態や結晶構造に及ぼす影響を考察した。Hラジカル注入型C_2F_6プラズマCVD装置により、Si基板上にCNWsを成長したのち、イオン・ラジカル独立照射型プロセス装置を用いて、CNWsにHラジカルとOラジカルをそれぞれ30分間照射した。H_2及びO_2ガス流量、RF電力、圧力はそれぞれ10sccm、500W、0.3Paである。また基板温度は300°Cとした。ラジカル照射前後のCNWs断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、Hラジカル照射後ではCNWsの高さや形状に大きな変化は見られないのに対し、Oラジカル照射後ではCNWsの高さが半分程度となり、先端形状には顕著な変化が見られた。また、ラジカル照射後のラマンスペクトルでは、Oラジカルの場合はI_G/I_D比がほとんど変化しないが、Hラジカルでは減少することがわかった。この結果から、Oラジカルによる縦方向のエッチングにおいて、積層グラフェン内の六員環構造の乱れが増加しないが、Hラジカル照射ではグラフェンへの水素吸着が六員環構造の乱れを誘起することが明らかとなり、各種ラジカルの効果を有効に活用することがCNWの加工技術には重要であることが示唆された。さらに、上記のHラジカル注入型C_2F_6プラズマCVD装置などにより合成させるCNWsの特性を評価する新技術として、現在注目を集めているテラヘルツ(THz)波を用いたテラヘルツ時間領域分光法を用いた分析システムを構築し、合成条件の異なるCNWsの評価・分析に適用することに成功した。
カルタアプリ利用による小学校英語から中学英語への橋渡し

本研究は、平成22年度から24年度にかけて基盤研究(B)の交付を受けて行ったアプリ開発を中心とする小学校英語のための研究をベースとしながら、かつての中学英語レベルの学習内容が小学校高学年に前倒される移行期間に入った現状を踏まえて一歩進めた研究を行うことを目的とした。学習内容の前倒しをはかるうえでは、生徒と児童の違いを踏まえた移行準備が必要になるが、教育現場でなされる教育内容の見直しが十分に行われていない点を問題視し、その改善に資する研究を行った。具体的には、児童・生徒が理解しやすくなるように英文法のメカニズムを明らかにすることを行った。たとえば、いまだに旧来の規範文法をベースとした説明になっている「文と句」の理解を改めること、あるいは同等比較がなぜ'as ... as'という形になるのかがわかる説明を提示するといった事例について、英語学や理論言語学の知見をベースにした解説を作り上げた。このようにメカニズムを明らかにすることによって、児童や生徒に丸暗記を強いることなく理解させる授業が可能になっていく。その成果は現在制作中の本に盛り込んでおり、出版社と出版に向けて準備中である。この現在準備中の本は、やはり本研究の成果を盛り込んで前年度に出版された語彙の本に対応する文法編という位置づけになる。また、タブレットで利用するアプリについては本研究の初年度においてアンドロイド版をプログラムを作成しており、本研究の初年度と2年目に一般公開した。iOS版についてはOSの大幅改定にともなうアップデートを行い、現在も一般公開中である。平成28年度の研究実績としては、本研究の前半期における最大の柱となる事業である教材アプリケーションの開発と公開を行った。具体的には、平成22年度平成24年度の基盤研究(B)の補助を受けて行った研究において開発した小学校英語用の学習カルタのアプリケーションをベースとして、米アップル社のタブレットであるiPad (iOS)での利用に限定されていたアプリケーションをAndroid OSを搭載した機器向けに移植し一般公開を行った。iPad向けのアプリケーションはアップル社のAppStoreにおいて無料で公開されており現在もコンスタントにダウンロードされているが、今回の成果として国内でも利用者の多いAndroid OSを搭載した機器向けに移植してグーグル社のPlayストアから無料ダウンロードできるようになり、研究代表者がiPad向けのアプリケーションを利用して行った小学校現場での公開授業でのアンケートでもリクエストの多かったAndroid OSを搭載した機器向けのアプリケーション公開という声に応えることができるようになった。また今回公開したAndroid OS版の特徴として、タブレットのみならずAndroid OSを搭載したものであればスマートフォンでもアプリケーションの学習を行うことができるようになった。これによって幅広い利用者に無料で小学校英語のアプリケーションで学習してもらえるようになった。また、これら両OS向けアプリケーションについてウェブサイトでの情報発信を継続している。研究実績の概要にも述べた通り、交付申請書の研究計画において中心的な事業としていたAndroid OS版の開発と無料公開という目的を順調に達成できた。現在は本研究期間の後半で行う予定の研究を進めている。平成29年度は従来中学校レベルで指導されてきた語彙や英文法についての問題点の洗い出しを行った。たとえば基本的な語彙としてacrossを取り上げた場合、(a) The church is acrossfrom the school.のような例は中学の教科書やテスト等でしばしば見受けられるが、実はこの英文に含まれる3つの要素、つまり「教会」、「学校」、そして文中には出ていないものの、教会と学校の間にあると意識されているもの(たとえば道とか公園とか)の位置関係が認識されていないことが多く、指導する教員側にあっても(b) You'll see thechurch across from the park.と(c)You'll see the churchfrom across.の区別がきちんと説明できる人はめったにいないという問題がある。これらの英文に出ているのはいずれも難度の低い語彙と思われているが、「公園と反対側に教会が見えるでしょう」というのと、「公園の向こう側に教会がみえるでしょう」という明確に位置関係の異なる意味内容の差があるという事実に対し、中学の英語の内容を小学校におろすことになると思われる今後の小学校・中学校の英語教育において、どの場でどこまで教えるかということを吟味する前に、そもそも語彙や文法についての理解を指導者側が行っておく必要がある。上記の例についていえば、辞書や参考書をひもといても実はあまり明確な説明のなされていない、いわば盲点のようなところであり、今年度の成果の一部は、平成30年3月に研究代表者が第一著者となって出版した書籍に取り入れた。研究実績の概要にも述べた通り、検討すべき問題の具体的な事例の調査を進めており、すでにその一部は年度内の出版物に成果として取り入れ公表されている。現在さらなる事例研究などを進め、最終年度の準備に取り組んでいる。

たとえば、いまだに旧来の規範文法をベースとした説明になっている「文と句」の理解を改めること、あるいは同等比較がなぜ'as ... as'という形になるのかがわかる説明を提示するといった事例について、英語学や理論言語学の知見をベースにした解説を作り上げた。このようにメカニズムを明らかにすることによって、児童や生徒に丸暗記を強いることなく理解させる授業が可能になっていく。その成果は現在制作中の本に盛り込んでおり、出版社と出版に向けて準備中である。この現在準備中の本は、やはり本研究の成果を盛り込んで前年度に出版された語彙の本に対応する文法編という位置づけになる。また、タブレットで利用するアプリについては本研究の初年度においてアンドロイド版をプログラムを作成しており、本研究の初年度と2年目に一般公開した。iOS版についてはOSの大幅改定にともなうアップデートを行い、現在も一般公開中である。交付申請書の研究目的および研究計画において、本研究の2年目と3年目では小学校英語に前倒しされる中学英語の部分をどう指導するかという問題を抱える現場の教員向けのための研究を行うと述べた。具体的には小学校英語における「チャンク」としてのまる覚えからいかにして脱却するかについて、現在進めている研究によって、一足とびに文法ということではなく語彙指導のなかで意識させていくのが効果的であろうということがわかってきたので、いわゆる中学英語レベルの語彙をどう理解させるかについての研究を進める。その際に、小学校英語の上に乗せるものという観点のみならず、日本人学習者のゴール(たとえば大学入学レベルにおいて修得しておくことが望ましいレベル)を明らかにしたうえで、小学校・中学校の橋渡しとして望ましいものをそこから逆算的に導き出すことも重要であると考え具体的な成果をまとめ始めている。交付申請書の研究目的および研究計画に従い、本研究の2年目と3年目では中学英語の小学校への前倒しと、その後の新しいい中学英語の教授内容のあり方についての研究を行うこととしているが、本年度研究実績にも述べた通り、具体的な事例などに関する知見の蓄積は順調に進んでおり、最終年度も引き続き行っていく。またその成果の公表について最終年度も書籍出版の中で公表する予定である。アプリ開発費用等が想定の範囲内で収まり、また当初からの予定通り年度内の事業において消耗品など比較的少額の支出は発生しなかったため若干の残額が出た。次年度の事業において、当初想定していなかった人件費がかかる予定になったため次年度使用額としての使用を計画している。カルタアプリの画像ダウンロード以外にも英語やカルタ関連の情報を含む一般向けのサイトです。
ベージュ脂肪細胞におけるニューロメジンBの新たな機能の解明

ベージュ脂肪細胞はエネルギー燃焼型脂肪細胞であるが、その増殖や分化制御に関する分子機構については不明な点が多い。申請者らが独自に樹立したベージュ脂肪前駆細胞を用いてshRNAライブラリースクリーニング行ったところ、ニューロメジンB(NMB)がベージュ脂肪細胞の分化を抑制することが示唆された。NMBは摂食調節機構やエネルギー代謝機構に関与する分子であることは報告されているが、ベージュ脂肪細胞に対する役割に関しては未だ報告はなされていない。そこで本研究ではNMB遺伝子欠損マウスを作製し、詳細な解析を行うことで、ベージュ脂肪細胞の増殖・分化活性化機構におけるNMBシステムの関与について明らかにする。本研究では独自に作製したNMB遺伝子欠損マウスを詳細に解析することで、ベージュ脂肪細胞の増殖・活性化機構におけるNMBの関与について明らかにすることを目的としている。本年度は、予備実験としてF2世代のマウスを用いて、普通食摂餌下および高脂肪食摂餌下における野生型マウス群とNMB遺伝子欠損マウス群の体重変化について検討を行なった。その結果、通常食摂餌下では野生型マウス群とNMB遺伝子欠損マウス群間において有意な体重差は認められなかった。一方で、高脂肪食摂餌下においては、野生型マウス群に比べNMB遺伝子欠損マウス群では体重増加量の有意な減少が認められた。さらに、高脂肪食摂餌下における両マウス群の褐色脂肪組織、皮下脂肪組織、内蔵脂肪組織および肝臓の組織重量を解析したところ、野生型マウス群に比べNMB遺伝子欠損マウス群において皮下脂肪組織重量が有意に減少していた。また、血清中のレプチン濃度についてもNMB遺伝子欠損マウス群で有意な低下が認められた。一方、摂食量については両マウス群間で顕著な差は認められていない。このことから、NMB遺伝子の欠失によって高脂肪食摂餌による脂肪蓄積の抑制またはエネルギー消費の増大が示唆された。褐色脂肪細胞およびベージュ脂肪細胞の活性化は全身におけるエネルギー代謝量の増加や肥満などの代謝異常を改善する作用を持つことが報告されていることから、NMB遺伝子の欠失によってこれらの熱産生細胞が活性化している可能性が示唆される。今後、NMBと褐色脂肪細胞およびベージュ脂肪細胞との関連をより詳細に検討していく予定である。F2世代を用いた解析により、NMB遺伝子の欠失によって高脂肪食摂餌下における体重増加量および脂肪蓄積量の減少を明らかとし、NMBがエネルギー代謝調節を制御している可能性を示唆する結果を得た。現在、NMB遺伝子欠損マウスのF3世代を得ており、今後の解析には十分な数を獲得している。また、NMB遺伝子欠損マウス由来の褐色脂肪前駆細胞株およびベージュ脂肪前駆細胞株の樹立にも取り掛かっているためおおむね順調に進展していると考える。in vivo実験においては、高脂肪食摂餌下における体重増加量の減少についてさらに個体数を増やして再現性を確認する予定である。また、野生型とNMB遺伝子欠損マウス間で摂食量やエネルギー代謝量、行動量、糖代謝異常について差が認められるかを解析する予定である。さらに、褐色脂肪組織、皮下脂肪組織、内臓脂肪組織の形態を比較し、寒冷刺激によるベージュ脂肪細胞の活性化を熱産生タンパク質であるUCP1の発現を指標に両マウス群間で解析する。さらに、NMB遺伝子欠損マウスにNMBを投与することにより、得られた表現型が消失・減弱するかを解析し、見出した生理機能がNMBの内因性の機能であるか検討を行う予定である。in vitro実験においては、野生型およびNMB遺伝子欠損マウスから、ベージュ脂肪前駆細胞が豊富に含まれているとされる鼠蹊部皮下脂肪組織の間質血管画分(SVF)を単離し、培養後、in vitroにて解析を行い、野生型マウス由来ベージュ脂肪細胞とNMB遺伝子欠損マウス由来ベージュ脂肪細胞間でUCP1などのベージュ脂肪細胞のマーカー遺伝子の発現やミトコンドリアの活性化について検討を行う。さらに、野生型およびNMB遺伝子欠損マウスから不死化ベージュ脂肪前駆細胞を新たに樹立し、分化前と分化後の遺伝子発現を網羅的に解析することで、NMBによって発現が制御されている分子についての解析を行う予定である。

また、血清中のレプチン濃度についてもNMB遺伝子欠損マウス群で有意な低下が認められた。一方、摂食量については両マウス群間で顕著な差は認められていない。このことから、NMB遺伝子の欠失によって高脂肪食摂餌による脂肪蓄積の抑制またはエネルギー消費の増大が示唆された。褐色脂肪細胞およびベージュ脂肪細胞の活性化は全身におけるエネルギー代謝量の増加や肥満などの代謝異常を改善する作用を持つことが報告されていることから、NMB遺伝子の欠失によってこれらの熱産生細胞が活性化している可能性が示唆される。今後、NMBと褐色脂肪細胞およびベージュ脂肪細胞との関連をより詳細に検討していく予定である。F2世代を用いた解析により、NMB遺伝子の欠失によって高脂肪食摂餌下における体重増加量および脂肪蓄積量の減少を明らかとし、NMBがエネルギー代謝調節を制御している可能性を示唆する結果を得た。現在、NMB遺伝子欠損マウスのF3世代を得ており、今後の解析には十分な数を獲得している。また、NMB遺伝子欠損マウス由来の褐色脂肪前駆細胞株およびベージュ脂肪前駆細胞株の樹立にも取り掛かっているためおおむね順調に進展していると考える。in vivo実験においては、高脂肪食摂餌下における体重増加量の減少についてさらに個体数を増やして再現性を確認する予定である。また、野生型とNMB遺伝子欠損マウス間で摂食量やエネルギー代謝量、行動量、糖代謝異常について差が認められるかを解析する予定である。さらに、褐色脂肪組織、皮下脂肪組織、内臓脂肪組織の形態を比較し、寒冷刺激によるベージュ脂肪細胞の活性化を熱産生タンパク質であるUCP1の発現を指標に両マウス群間で解析する。さらに、NMB遺伝子欠損マウスにNMBを投与することにより、得られた表現型が消失・減弱するかを解析し、見出した生理機能がNMBの内因性の機能であるか検討を行う予定である。in vitro実験においては、野生型およびNMB遺伝子欠損マウスから、ベージュ脂肪前駆細胞が豊富に含まれているとされる鼠蹊部皮下脂肪組織の間質血管画分(SVF)を単離し、培養後、in vitroにて解析を行い、野生型マウス由来ベージュ脂肪細胞とNMB遺伝子欠損マウス由来ベージュ脂肪細胞間でUCP1などのベージュ脂肪細胞のマーカー遺伝子の発現やミトコンドリアの活性化について検討を行う。さらに、野生型およびNMB遺伝子欠損マウスから不死化ベージュ脂肪前駆細胞を新たに樹立し、分化前と分化後の遺伝子発現を網羅的に解析することで、NMBによって発現が制御されている分子についての解析を行う予定である。
上部対流圏から下部成層圏における水蒸気分布の変動要因の解明と気候に及ぼす影響評価

前年度実施したバングラディッシュ・ダッカにおける高精度湿度計を用いた高層大気観測の解析結果と、衛星観測データとの比較解析の結果を記す。(1)通常プレモンスーン期に頻繁に発生するシビアローカルストーム等の総観規模擾乱が、今回のプレモンスーン期の観測期間中、ダッカ周辺ではほとんどみられなかった。水蒸気プロファイルの特徴は、地表から高度8kmまでは相対湿度が80%以上と高かったが、それ以高は対流圏界面直下に存在していた巻雲に伴う過飽和高度を除き、20%以下と乾燥していた。この特徴はモンスーン期にも見られ、これまで対流圏下層から上層まで高湿度だと考えられていた結果と異なる特徴を捉えることができた。(2)モンスーン期の観測期間中は、数日間隔でモンスーン低気圧がベンガル湾上で発生し、北西進していた。それに伴って、下・中部対流圏で湿度の変動が激しかった。特に中層では数日中に湿度が10%以下から100%近くにまで変動していた。上部対流圏では、湿度センサーのHouse keepingデータが解析に適さない値(不確定性値が高い値)を示すことが多く、これは下層で測器に付着した水蒸気量の影響と推測されるが、原因の詳細は明らかでない。上層の観測データの解析には注意が必要である。(3)衛星観測データとの比較の結果、下・中部対流圏では相対湿度値10%以内で良い一致を示していたが、巻雲が存在する上部対流圏では衛星観測からの湿度が極端(+30%以上)に過大評価していることがわかった。この結果より、衛星観測データを用いた雲域での水蒸気の定量的な議論は慎重に行う必要があることが指摘された。上記の結果を、衛星観測データの利用者が多い、アメリカの地球物理学会で発表した。上部対流圏における水蒸気の気候への影響評価は、観測データの不足から依然大きな不確定性を含んでいる。本研究では、衛星観測データとゾンデを用いた現場観測データを組み合わせることで、科学的に有効な水蒸気データの取得とそれを用いた解析から上層の水蒸気の気候への影響をより定量的に評価することを目的としている。以下に本年度実施した研究項目を記述する。1.衛星観測データの解析:近年アジアモンスーンによる上層の水蒸気場への影響が指摘されている。そこで、アジアモンスーン域における水蒸気変動と、そこでの成層圏対流圏間物質交換過程を明らかにするために、アメリカの高層大気観測衛星(UARS)に搭載されているマイクロ波放射計(MLS)より得られた水蒸気データの解析を行った。その結果、北半球夏季アジアモンスーン域に定在するチベット高気圧の北東部で温位面に沿った水蒸気の下部成層圏への移流と、アジアモンスーンの対流活発域上空において温位面を横切る水蒸気の鉛直移流が確認された。これらの結果を論文にまとめてJournal of Geophysical Research Atmosphereに投稿した。2.現場観測のための準備:上層の水蒸気観測に適したゾンデ搭載用の温湿度計の観測原理の把握とゾンデ観測の準備を行った。また前述の衛星観測データの解析結果を基に、観測候補地の情報を収集した。3.学会への参加と情報収集:上述したアジアモンスーン域上空での水蒸気変動に関する解析結果を議論するためと観測候補地の情報を集めるために、国内外で行われた学会等に積極的に参加した。10月にフランスで開催された上部対流圏・下部成層圏をテーマにしたスクールに参加したことで、上部対流圏から下部成層圏における力学・熱力学・放射・化学・微物理過程に関する最新の知見を得ることができた。また世界各国の若手研究者と意見交換を行い、交流を深めることができた。1.衛星観測データの解析:(1)Aura衛星に搭載されているマイクロ波放射計(EOS-MLS)の水蒸気と氷水量データを用い、アジアモンスーン域における水蒸気変動を定量的に解析した。その結果、プレモンスーン期(36月;乾季から雨季への遷移期)に多く発生する擾乱現象(竜巻を引き起こす小規模な積雲対流活動など)が成層圏に流入する水蒸気量に影響を与えていることがわかった。この結果を踏まえ、高層大気観測を当初予定していた最盛期(79月)からプレモンスーン期に変更した。(2)次に熱帯の上部対流圏から下部成層圏に流入する水蒸気量の指標となる熱帯の巻雲に着目し、中分解能撮像分光放射計(MODIS)の雲データを用いて2002年9月の南半球成層圏突然昇温による熱帯の巻雲分布への影響を調べた。突然昇温により熱帯の下部成層圏より下層の上昇流が強まり、上部対流圏が断熱的に冷却され、巻雲が発生していた。また上昇流強化による積雲対流の形成によって上部対流圏が冷却され(ケルビン波応答)、突然昇温消滅後約2週間巻雲が維持されていた[Eguchi and Kodera,2007]。2.高精度湿度計を用いた高層大気観測の実施:1で得られた衛星データの解析結果をうけ、バングラディッシュ・ダッカにおいて、ラジオゾンデ搭載鏡面冷却型温湿度計(SnowWhite,Meteolabor社)を用いた高層大気観測をプレモンスーン期(35月)に6回、モンスーン期(67月)に4回実施した。測器が正しく作動しなかったプレモンスーン期の1回を除き、高度約25kmまでの水蒸気の鉛直プロファイルデータを9つ取得することができた。

また一般的に用いられている湿度計(H-Humicap, Vaisala社)も同時に放球し、湿度計間の比較を行った。湿度計のデータと2種類の衛星観測データを比較した結果、各衛星測器が得意とする水蒸気データ取得高度で、不確定性範囲以内(±915%)で比較的精度の高いデータが取得されていた。前年度実施したバングラディッシュ・ダッカにおける高精度湿度計を用いた高層大気観測の解析結果と、衛星観測データとの比較解析の結果を記す。(1)通常プレモンスーン期に頻繁に発生するシビアローカルストーム等の総観規模擾乱が、今回のプレモンスーン期の観測期間中、ダッカ周辺ではほとんどみられなかった。水蒸気プロファイルの特徴は、地表から高度8kmまでは相対湿度が80%以上と高かったが、それ以高は対流圏界面直下に存在していた巻雲に伴う過飽和高度を除き、20%以下と乾燥していた。この特徴はモンスーン期にも見られ、これまで対流圏下層から上層まで高湿度だと考えられていた結果と異なる特徴を捉えることができた。(2)モンスーン期の観測期間中は、数日間隔でモンスーン低気圧がベンガル湾上で発生し、北西進していた。それに伴って、下・中部対流圏で湿度の変動が激しかった。特に中層では数日中に湿度が10%以下から100%近くにまで変動していた。上部対流圏では、湿度センサーのHouse keepingデータが解析に適さない値(不確定性値が高い値)を示すことが多く、これは下層で測器に付着した水蒸気量の影響と推測されるが、原因の詳細は明らかでない。上層の観測データの解析には注意が必要である。(3)衛星観測データとの比較の結果、下・中部対流圏では相対湿度値10%以内で良い一致を示していたが、巻雲が存在する上部対流圏では衛星観測からの湿度が極端(+30%以上)に過大評価していることがわかった。この結果より、衛星観測データを用いた雲域での水蒸気の定量的な議論は慎重に行う必要があることが指摘された。上記の結果を、衛星観測データの利用者が多い、アメリカの地球物理学会で発表した。