hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コンピューター・モデリングによる腐植物質の成分別化学構造モデル

本研究は疎水性樹脂DAX-8を用いる吸着クロヤトグラフィーによって分別された土壌腐植酸の構成成分について平均化学構造モデルを推定するものである。灰色低地土から抽出した腐植酸の芳香族成分(カルボキシル性成分)と脂肪族成分について,元素分析,官能基分析(カルボキシル基,フェノール性水酸基,カルボニル基,アルコール性水酸基),^1H-NMR,^<13>C-NMR(日本電子LA-400)分析を行った。^<13>C-NMRのDEPT法によりCH, CH_2,CH_3サブメペクトルを,QUAT法により4級炭素サブスペクトルを求め、各サブスペクトル毎に各種形態炭素の割合を計算した。^1HNMRスペクトルから各種形態水素の存在割合を求めた。芳香族成分の芳香族炭素とフェノール炭素の合量は、全炭素の55.6%であり,脂肪族成分の21%に比べ非常に高い。芳香族成分では,末端官能基であるCH_3,CH_3O, COOHの総量が全炭素の11%と少なく,脂肪族4級炭素,O-C4級炭素および,脂肪族3級炭素の総量が3%と少ないため,分岐の少ない構造である。一方,脂肪族成分は,末端官能基の炭素が29%と多く,かつ分岐に必要な脂肪族性の3級および4級炭素が22%と多いことから分岐の多い構造となる。また,脂肪族鎖の中間の官能基であるCH_2,CH_2Oも28.4%と多いため脂肪族鎖が長い。構造単位の分子量を1500として,元素組成から組成式を求め,'官能基分析値から官能基数を計算し,残りの炭素,水素数を^<13>C-NMRと^1H-NMRスペクトルから求めた各種形態の炭素数と水素数に割り振り,全てのデータを満足する平均化学構造モデルを提案した。腐植物質の各種生態系における役割の重要性について,近年,環境化学,水質化学等の分野で注目されている。腐植物質は芳香族系化合物の同族体からなる高分子物質の混合物であるため,研究代表者は平均的な組成,構造を理解する手法を提案してきた。シカシ,腐植物質を混合物のままで,平均化学構造を推定する手法には限界がある。研究代表者の開発した疎水性樹脂を用いる吸着クロマトグラフィーによって,腐植酸を,構造タイプの類似した成分(カルボキシル性成分,フェノール性成分,脂肪族性成分)に分別し,その化学構造を,NMR法とPy-MS法によるデータを基にコンピューター・モデリングによって明らかにしようとするものである。本年度の成果は以下の通りである。1腐植酸の成分組成が異なる代表的な土壌,黒ボク土壌,沖積水田土壌から,国際腐植物質学会の方法に従って腐植物質を抽出し,腐植酸を分離精製した。2疎水性樹脂XAD-8を用いた段階溶出吸着クロマトグラフィーによって,腐植酸を,カルボキシル性成分,フェノール性成分,準脂肪族性成分,脂肪族性成分の4成分に分別した。分析に必要な試料量を得るまで,超大型カラムを用いて,この分別処理を繰り返した。3各成分を凍結乾燥試料として得,元素分析,官能基分析(カルボキシル基,フェノール性水酸基ガルボニル基,アルコール性水酸基,メトキシル基),^1H-NMR分析を行った結果,いずれの腐植酸についても,カルボキシル性成分は芳香族性に富み,カルボキシル基,カルボニル基含量が多く,脂肪族性側鎖の長さは短い。脂肪属性成分は芳香属性が低く,長い脂肪族性側鎖を持つことが明らかとなった。

腐植物質の各種生態系における役割の重要性について,近年,環境化学,水質化学等の分野で注目されている。腐植物質は芳香族系化合物の同族体からなる高分子物質の混合物であるため,研究代表者は平均的な構造を理解する手法を提案してきた。しかし,腐植物質を混合物のままで,平均化学構造を推定する手法には限界がある。研究代表者の開発した疏水性樹脂を用いる吸着クロマトグラフィーによって,腐植物質を構造タイプの類似した成分に分別し,その化学構造をNMR法によるデータを基にコンピューター・モデリングによって明らかにしようとするものである。本年度は水中の腐植物質を濃縮精製し,平均構造モデルを推定するとともに,土壌腐植酸について開発した成分組成分析法を土壌フルボ酸に適用し,再検討を行った。1水中の溶存有機物から腐植物質を抽出するため,琵琶湖湖水1tを1μフィルターでろ過した後,疎水性樹脂DAX8を用いてフルボ酸を濃縮精製した。2水成フルボ酸について,元素分析,官能基分析,^1H-NMR,^<13>C(DEPT,QUAT法)分析,平均分子量測定を行い,各種形態の炭素数,水素数を求め,平均構造モデルを推定した。3 4種の土壌から抽出したフルボ酸について,疏水性樹脂DAX8を用いた段階溶出吸着クロマトグラフィーを行い,pH4で溶出する画分が非常に多いことを見出した。これは,カルボキシル性成分のうち強酸性カルボキシル基を多く含む画分であり,腐植酸ではこの画分は非常に少ない。フルボ酸のフェノール性成分,準脂肪族性成分,脂肪族性成分は腐植酸に比べ非常に少ない。4成果の一部を,第9回国際腐植物質学会(開催地,オーストラリア・アデレード)で報告した。本研究は疎水性樹脂DAX-8を用いる吸着クロマトグラフィーによって分別された土壌腐植酸の各構成成分について平均化学構造モデルを推定するものである。灰色低地土から抽出した腐植酸のカルボキシル性成分(A成分)と脂肪族性成分(D成分)試料について,元素分析,官能基分析,^1H-NMR,^<13>C-NMR(日本電子LA-400)分析を行った。^<13>C-NMRのDEPT法によりCH,CH_2,CH_3サブスペクトルを,QUAT法により4級炭素サブスペクトルを求め、各サブスペクトル毎に各種形態炭素の割合を計算した。^1H-NMRスペクトルから各種形態水素の存在割合を求めた。A成分の芳香族炭素とフェノール炭素の合量は、全炭素の55.6%であり,D成分の21%に比べ非常に高い。A成分では,末端官能基であるCH_3,CH_3O,COOHの総量が全炭素の11%と少なく,脂肪族4級炭素,O-C4級炭素および,脂肪族3級炭素の総量が3%と少ないため,分岐の少ない構造である。一方,D成分は,末端官能基の炭素が29%と多く,かつ分岐に必要な脂肪族性の3級および4級炭素が22%と多いことから分岐の多い構造となる。また、脂肪族鎖の中間の官能基であるCH_2,CH_2Oも28.4%と多いため脂肪族鎖が長い。構造単位の分子量を1500として,元素組成から組成式を求め,官能基分析値から官能基数を計算し,残りの炭素,水素数をNMRスペクトルから求めた各種形態の炭素数と水素数に割り振り,全てのデータを満足する平均化学構造モデルを提案した。
眠気と脂質代謝：カルニチンの効果

眠気と脂質代謝:カルニチンの効果主観指標を用いたL-カルニチン過眠改善効果について、奏功基盤を動物での基礎検討と客観指標を用いた臨床研究で検討した。L-カルニチンは中枢・末梢ともにCPT1活性指標を改善させ、ドパミン系などの脳内の遺伝子発現や代謝産物を変化させ、実際に休息期特異的に睡眠の増加をもたらした。臨床研究と共通し睡眠段階遷移指標での睡眠安定化作用が示唆された。4割程度にL-カルニチン反応群が存在し、その判別法を検討した。強度な眠気を呈するナルコレプシーには脂肪酸代謝異常が存在し、L-カルニチン補充で脂肪酸代謝を賦活すると、睡眠日誌に記載される日中居眠り時間の有意な短縮が臨床研究で確認された。本研究では脂肪酸代謝賦活が眠気の改善をもたらす機序を、基礎検討と臨床研究を組合せて解明することを目的とする。本年度はまず多数例の臨床血液検体を用いた横断的なCPT1機能指標の解析を行い、ナルコレプシー群および関連過眠症群でCPT1機能が低下していることを確認した。さらにL-カルニチン補充臨床研究を見直し、有効例の3割で自覚的な夜間睡眠が改善することを見出し、特に重度の夜間睡眠の持続障害をもつ例では、CPT1機能が悪いことを見出した。そこで、L-カルニチンの眠気改善効果の主な作用点は夜間睡眠の改善にあるとの仮説をたて、野生型およびナルコレプシーモデルマウスであるオレキシンアタキシン3マウスを用いた基礎研究を開始した。8週間のL-カルニチン経口投与後のマウス視床下部を用いてmicroarrayを行った所、明期(マウスの休息期)特異的な遺伝子発現の変化が見いだされた。これについて定量的RT-PCRで確認実験を進めている。また本年度はfree moving mouseでの持続脳波測定の実験系を確立し、マウスの睡眠脳波の変化についてpilot studyを行った。L-カルニチン急性投与が、休息期の睡眠改善効果をもたらす可能性が示唆された。平行して、8週間のL-カルニチン服用の前後での睡眠脳波の変化を検討するpilot臨床研究を、3例のナルコレプシー症例を用いて開始した。1例の解析結果では夜間睡眠の著明改善が示されており、少なくともL-カルニチンが有効な症例が存在することが確認された。強度な眠気を呈するナルコレプシーには脂肪酸代謝異常が存在し、L-カルニチン補充で脂肪酸代謝を賦活すると、眠気が改善する(睡眠日誌に記載される日中居眠り時間が有意に短縮する)。その奏功機序としてL-カルニチンに睡眠持続性の改善があるとの仮説を検証した。動物を用いた睡眠脳波測定では、L-カルニチン投与による脳内遺伝子発現変化はあるものの、睡眠脳波改善効果より個体差が大きい状況であり、正常睡眠を示す若年マウスでは明確な効果が示されない可能性が考えられた。現在解析法や動物数について引き続き検討中である。臨床研究ではまず3例のナルコレプシー患者を対象とし、終夜睡眠ポリグラフ(PSG)検査での睡眠状態を評価して、L-カルニチン服用効果を検討した。睡眠ステージ遷移確率を用いて睡眠持続性を評価すると、特に睡眠後半におけるレム睡眠の安定性改善が全例で共通してみられた(レム睡眠から覚醒への移行確率が減少し、レム睡眠からレム睡眠への移行(継続)確率が増加する)。またパイロット研究の際に、入院PSG検査と平行して簡易脳波計での睡眠ステージ判定を行ったところ、簡易脳波計による睡眠判定はPSG検査と平均して88.6%(83.2-88.8%)という一致率を示し、通常のPSG検査における評価者間一致率と同程度であった。そこで夜間中途覚醒を示す20例の過眠症患者を対象とし(L-カルニチン有効例の特徴を抽出するため、ナルコレプシー以外の過眠症を対象として含めた)、簡易脳波計を用いて睡眠脳波を測定しつつ、L-カルニチン補充効果を検証する臨床研究を行った。現時点で予定通り全例のエントリーが終了している。これまでのところ、主観的な症状変化についてのコメントでは、ナルコレプシー症例に「中途覚醒が減少した」、「間食せずに熟睡できる」等と話す著効例が多く見られている。過眠症(ナルコレプシーおよび近縁過眠症)23症例に対するL-carnitine有効性を、主観的改善(生活/活力改善、情動脱力発作改善)および客観的指標(睡眠脳波変化)について検証し、さらにL-carnitineに反応性を示す群の特徴を明らかにした。対象は外来通院中の過眠症患者23例(睡眠障害国際分類第2版に基づく診断分類により、情動脱力発作を伴うナルコレプシー18例、情動脱力発作を伴わないナルコレプシー5例、男/女=10/13、35.8±7.3歳)である。8週間のL-カルニチン680mg経口投与の前後(baseline期とcarnitine期)において、質問紙による主観的評価(症状および日常生活での体調)と、簡易型脳波計(SleepScope)[一部入院終夜睡眠ポリグラフ検査を平行して行う]を用いた睡眠脳波での評価を行った。L-カルニチンは23例中9例(39%)で日常生活における主観的な日常生活での体調を改善した。体調改善がみられる例では、QOL尺度(SF36)の活力subscaleの有意な改善がみられ(p<0.001)、また客観的指標として睡眠効率も改善傾向を示した(p=0.07)。

また情動脱力発作を伴うナルコレプシー18例に限定すると、そのうち4例(22%)でL-カルニチンにより主観的な情動脱力発作の改善が見られた。情動脱力発作改善群では、睡眠段階遷移指数(1時間あたりの睡眠段階移行数)が有意に減少していることが判明した。以上より、L-carnitineは、1.夜間の睡眠効率が改善することに伴って、活力と主観的な体調改善が生じること、2.夜間睡眠における睡眠段階遷移を減らすこと(睡眠段階の持続性安定性が改善すること)に伴って情動脱力発作の改善をもたらすことが明らかとなった。臨床研究は予定通り施行し完了した。簡易型脳波計による測定は、基本的に被験者在宅のまま行われるため、日常生活を反映した記録が収集できる長所がある。しかし一部の症例では様々な事情で生活が不規則となり、夜間睡眠時間が短かったり、中途覚醒時から活動して朝再入眠するという分断睡眠をとるなど、結果の変動がみられた。さらに主要エンドポイントとして設定していた睡眠脳波記録の解析に先立ち、過眠症症例における簡易型脳波計による睡眠段階判定の信頼度の確認が必要となり、終夜睡眠ポリグラフ検査と簡易型脳波計の同時記録による一致率の検証により信頼性の確認を行い、一致率が担保される条件(夜間睡眠障害合併例を除外するなど)を確定したうえで、最終的解析を行う予定である。代表的過眠症であるナルコレプシーには脂肪酸代謝異常が存在し、L-カルニチンで脂肪酸代謝を賦活すると、居眠り時間の有意な短縮が確認された。本研究は脂肪酸代謝賦活の奏功機序(眠気の改善をもたらす機序)を基礎実験と臨床研究を組合せて解明することが目的である。当初の予定研究期間3年間に動物実験での有効性確認と臨床研究を遂行した。臨床研究ではナルコレプシーおよび近縁過眠症23症例に対し、8週間のl-carnitine680mg経口投与の前後における主観的指標と客観的指標である睡眠脳波指標をENDPOINTとした。本年はそのデータ解析を行った。主観的に日常生活の全般的な改善があるとこたえたカルニチン有効群(39%=9/23)では、夜間の睡眠効率の改善があり、情動脱力発作の改善があると応えたカルニチン有効群(22%=4/18)では、睡眠段階遷移指数が改善しており、カルニチンが奏功する場合は、夜間睡眠の持続性安定性の改善が介在して奏功する可能性が考えられた。特にレム睡眠段階遷移指数(レム睡眠段階から別の段階へ移行する数/レム睡眠時間)が、睡眠の持続安定性の指標となること、それがナルコレプシーへの診断特異性を示すことを見出した(アメリカ睡眠学会で発表)。またカルニチン有効群では甘味欲求が高い傾向があることを発見し、甘味欲求群では睡眠の安定性が悪いことも学会発表した(アジアナルコレプシー過眠症学会)。この背景には脂肪酸代謝障害に伴うエネルギー需要を解糖系利用によって解消しようとする生体反応である可能性が考えられた。眠気と脂質代謝:カルニチンの効果主観指標を用いたL-カルニチン過眠改善効果について、奏功基盤を動物での基礎検討と客観指標を用いた臨床研究で検討した。L-カルニチンは中枢・末梢ともにCPT1活性指標を改善させ、ドパミン系などの脳内の遺伝子発現や代謝産物を変化させ、実際に休息期特異的に睡眠の増加をもたらした。臨床研究と共通し睡眠段階遷移指標での睡眠安定化作用が示唆された。4割程度にL-カルニチン反応群が存在し、その判別法を検討した。
シス型アザトリエンおよびアザテトラエンの化学的性質解明

レチナールイミンの異性化反応は視覚認識の立場から精力的に研究され、ホトンの吸収に感応し11-位のシス構造二重結合がトランス構造となり暗反応で回復する過程が重要とされている。本研究は共役イミン部分を切り出したアザトリエンとアザテトラエン構造に関するアザシクロヘキサジエンとその関連化合物の性質を明らかにすることを目的としたもので、これら共役ポリエン系化合物の光応答現象はシス-トランス異性化反応以外に電子環状反応や付加反応とも密接な関係にあるので、本研究を通してアザシクロヘキサジエンの性質を明らかにすることで、直接的間接的にアザポリエンの異性化過程の理解につながると期待される。1)ヒドロピリジンの光開環反応:N-メチル・フェニル・メトキシカルボニル置換ジヒドロピリジンについて検討し、光反応で生成するシス形アザヘキサトリエンの性質を明らかにした。2)フェノキシカルボニル置換体でフェノキシ移動によるイソシアネートの生成を見出した。3)2-置換ジヒドロピリジンの光開環反応:2位に芳香環やビニル基、またかさ高いアルキル置換基を有するジヒドロピリジンでは、置換基の内側に入り込む光開環反応が優先し熱力学的に不安定なアザトリエンの生成することを見出した。4)時間分開IRにより、共旋開環による一次生成物がシン形炭素窒素二重結合をもつと解釈される過渡吸収を観測した。5)光反応生成物の構造解析とTRIRによる短寿命化学種の観測結果は、アザシクロヘキサジエン(ジヒドロピリジン)の光開環反応が同旋(conrotatory)開環でトランス方向の置換基が共に内側に入り込む(inward)回転が優先する新しいかたちのトルク選択性の発現として説明される。1.極性溶媒と極性溶媒中でZ型アザトリエンのメチル・フェニル・メトキシカルボニル置換体の活性化障壁を求め溶媒効果の解析をおこなった。2.トランス型アザトリエンの光照射によるシス体への異性化とジヒドロピリジンへの閉環反応を組み合わせた逐次反応を試み、新しい知見を得た。3.フェノキシカルボニル置換体の特異な閉環反応生成物の構造を明らかにし、この化合物は六員環や八員環への閉環反応をおこさないことを新しく見出した。4.アセチル・ベンゾイル・シアノ置換体へ拡張を試みたが、これらの系では合成段階に種々の障害があり、試みの途中にあるものも幾つか含まれる。5.シアノ置換体で分離したアザテトラエンのZZ,EZ,EE体の化学的性質を検討した。シアノ置換体は、直鎖状構造を反映するNOEが観測され、八員環構造への閉環は進行せず、60度に加温するとC_5-C_6結合部位がトランス構造に異性化し(Z,E)-テトラエンを与える、同時にビニルジヒドロピリジンへの閉環が競争的に進行することが判明した。それぞれの活性化パラメーターは、ベンゼン中それぞれΔH^≠=21.3kcal mol^<-1>,ΔS^≠=-15.0cal K^<-1>mol^<-1>,ΔH^≠=25.4kcal mol^<-1>,ΔS^≠=-2.7cal K^<-1>mol^<-1>と測定された。同じテトラエンは、光照射でC_3-C_4二重結合がトランス構造に変化した(E,Z)-アザテトラエンを優先的に与える傾向があり、光異性化の波長効果と溶媒効果を検討し解析途上にある。エステル置換体は、室温でジヒドロアゾシンに異性化し、ΔH^≠=17.3kcal mol^<-1>,ΔS^≠=-15.1cal K^<-1>mol^<-1>の反応が進行することが明らかになった。

1.非極性溶媒と極性溶媒中でZ型アザトリエンのメトキシカルボニル置換体の熱閉環反応に関する活性化障壁を再測定し溶媒効果の詳細な解析を試みた。2.トランス型アザトリエンの光照射によるシス体への異性化とジヒドロピリジンへの閉環反応を組み合わせた逐次反応の可能性を追跡した。3.フェノキシカルボニル置換体のイソシアネートを与える特異な転位反応を見出した。4.Z型アザトリエンのアセチル・ベンゾイル・シアノ置換体へ拡張を試み、幾つかの新知見を得た。5.シアノ置換体で分離したアザテトラエンのZZ,EZ,EE体の化学的性質を比較検討した。6.1,2-ジヒドロピリジンの2-位にフェニル基を導入し、Z-アザトリエンの生成する光励起状態での共旋型開環過程の方向性に選択性があることを明らかにした。水素原子に比べて圧倒的に置換基体積の大きいフェニル置換基が分子の内側に回転して生成するC_5-C_6二重結合Z構造の生成物が20対1以上の優先性をもって進行する現象が認められた。7.・1,2-ジヒドロピリジンの2-位にフェニル基に電子求引基と電子供与基の導入し、またフェニル基に比べより立体体積の大きいナフチル基の導入し、同様の高い反応選択性がみられることを明らかにした。8.Z型アザトリエンには、室温領域で進行するジヒドロピリジン骨格への逆旋閉環過程(分子内反応)と、共存するアルコール類の炭素窒素二重結合へ求核付加という分子間の競争プロセスが存在する。両プロセスの速度論的解析により夫々の遷移状態の性質に言及することができた。
北海道亜寒帯地域における後期完新世の超高解像度解析による周期的気象現象

2018年度は,研究目的に沿った4つのサブテーマのうち3つを行い,それらを総合的に考察した.サブテーマ1.湖水濁度調査:セジメントトラップが行方不明のため,春季から夏季までの短い期間のデータしか取れていない.来年度はサイドスキャンソナーを用いて地形調査を行うとともにセジメントトラップの回収に務め,最終まで観測を続ける.湖沼および流域の珪藻群集調査:藻琴川の中流から下流までの複数の地点で,採水を行い,懸濁態有機炭素量と珪藻の群集解析を行なった.想定した大量発生は起っていないが,藻琴川の珪藻が藻琴湖に堆積していることが明らかとなった.ラミナのパターンの地域的変化,洪水イベントによるラミナ形成過程:藻琴湖と網走湖のコアを,ラミナ解析などを行なった.その結果,2015,2016年に藻琴湖で見られた特徴的な洪水性高密度層は網走湖では見られなかった.流域の状態によって高密度層の特徴が異なることが明らかとなった.サブテーマ2.前年度末に藻琴湖において得られた18Mk-8Cコアおよび20m級のボーリングの分割処理,記載および分析を行なった.その結果,年縞と思われるラミナのある年代は少なくとも中期完新世まで連続的に見られることが明らかとなった.コアの解析についてはコアトップ付近において超高解像度分析を行なった.その結果,近年に堆積環境が著しく変化し,河川から供給される堆積物が増加していることが示唆された.これは継続的な現世調査の結果からも支持されている.また,ある種の珪藻について太陽活動に見られる11年周期で変化するものが見られることが明らかとなっている.サブテーマ3.昨年度に引き続き網走湖のコア解析を行なった.これらで得られた成果は,日本地質学会やJpGUなどの個別講演,AGU,EEIWの国際学会,汽水域研究会のスペシャルセッションで発表を行なうとともに,一部が国際詩に掲載された.本研究課題の進捗状況は,概ね当初の計画通り進んでいると考えている。初年度は主にサブテーマ1(ラミナの形成過程,ラミナ解析手法の確立,年層としてのラミナの定義に関する研究)を中心に調査研究することを目標とし,サブテーマ2(藻琴湖におけるラミナ解析および古環境解析)および3(網走湖におけるラミナ解析および古環境解析)は,サンプリングあるいは分析を継続的に行なうことを目標としていた。サブテーマ1では,継続して行なう調査・研究を除いて一応の成果を出している。その成果やそれに関連したテーマで,15th EEIW,AGU Fall Meeting 2018などで発表している。継続的に行なうものに対してもほぼ予定通り調査研究を行っている。サブテーマ2においては20m級のボーリングの分割処理,記載,分析も行った。これらは来年度も継続して,分析や解析を行なう予定である。その成果は,汽水域研究会のスペシャルセッションなどで発表している。サブテーマ3については現在分析中であるが,ロングコアのため時間を必要とする。そのため,当初から今年度まで継続して分析するように計画していた。その計画に沿って進んでいるものと考えている。今後の研究の推進方策としては,当初の計画通り進めていきたいと考えているが,若干の修正は行ないたい。サブテーマ1-1(湖水濁度調査)に関しては,セジメントトラップが行方不明となったため,サイドスキャンソナーなどを用いてトラップの探索とともに地形調査を行う.セジメントトラップが回収されたら,冬まで継続する予定である。サブテーマ1-2(湖沼および流域の珪藻群集調査)においては,当初,調査は初年度だけ行なう予定であったが,来年度も同様な調査を行い,年ごとの違いを比較検討を行う予定である。サブテーマ2に関しては,来年度中に成果を出す予定であったが,当初の想定以上に長いコアを採取できたので,もう1年延ばして解析を行ないたいと考えている。サブテーマ3に関しては,引き続き分析を行なっていく予定である。来年度前半には分析を終了し,来年度に予定していた解析を行なう予定である。サブテーマ4について,サブテーマ3の結果をまとめ,総合的に周期的気候変動を含めて,解析を行なう.これらの調査研究で得られた成果は,ほぼ計画通り地球惑星連合大会,日本地質学会,INQUA2019,16thEEIW,AGU Fall Meetingや汽水域研究会等で発表する。また,論文の執筆も計画通り行ないたいと考えている。亜寒帯気候に属する北海道東部オホーツク海沿岸の藻琴湖,網走湖には,年縞と考えられるラミナセットが見られる。この形成過程や年レベルの環境変遷を明らかにするため,設定したサブテーマに沿って調査・研究を行なった。サブテーマ1;湖水濁度調査(1-1):セジメントトラップとメモリ式濁度計等を藻琴湖に設置して観測中である。湖沼および流域の珪藻群集調査(1-2):藻琴湖および流域の20地点において,採水・水質調査を行った。上流に向けて汚濁が減少する傾向が見られた。また,高塩分汽水の藻琴湖も含めて淡水に特徴的な珪藻群集が認められた。ラミナパターンの地域的変化(1-3):藻琴湖,網走湖のコアにおいてラミナ解析及びCNS元素分析を行なった。降水イベントによるラミナ形成過程(1-4):2015年と2016年において起った洪水イベントについて,17Mk-4SCコアを採取し,2.5mmまたは5mm間隔で解析した。藻琴湖では,2015年と2016年に特徴的な高密度ラミナセットが形成されている。

CNS元素分析の結果,両高密度ラミナは洪水性ラミナの特徴を持っている。これらは,今後のキーベッドとして使える。2015年の高密度ラミナセットは,堆積物が厚く堆積しているのも関わらず,TOCを多く含んでいる。これは供給される砕屑物の中にTOCが含まれている可能性がある。その起源は流域の耕作土の可能性が高い。トータルとして2016年の降水量の方が多いが,2015年の方が厚く堆積した。洪水時の堆積は,降水の規模と共に流域の状態も考慮する必要があることを明らかにした。サブテーマ2;2018年の冬季に18Mk-8Cコアを採取し、サブサンプリングおよびマイクロサンプリングを行なった。また,同時期に20m級ボーリングコアを採取した。サブテーマ3;20m級ボーリングコアの13AB-B1コアの化学分析等を継続的に行なった。本研究課題の進捗状況は,概ね当初の計画通り進んでいると考えている。初年度は主にサブテーマ1(ラミナの形成過程,ラミナ解析手法の確立,年層としてのラミナの定義に関する研究)を中心に調査研究することを目標とし,サブテーマ2(藻琴湖におけるラミナ解析および古環境解析)および3(網走湖におけるラミナ解析および古環境解析)は,サンプリングあるいは分析を継続的に行なうことを目標としていた。サブテーマ1では,継続して行なう調査・研究を除いて一応の成果を出している。その成果は,AGU Fall Meetingや汽水域研究会のスペシャルセッションなどで発表している。継続的に行なうものに対してもほぼ予定通り調査研究を行っている。サブテーマ2においては当初の計画通りコアリングを行ない,また,20m級のボーリングも行なえた。これらは来年度,分析や解析を行なう予定である。サブテーマ3については現在分析中であるが,ロングコアのため時間を必要とする。そのため,当初から来年度まで継続して分析するように計画していた。その計画に沿って進んでいるものと考えている。2018年度は,研究目的に沿った4つのサブテーマのうち3つを行い,それらを総合的に考察した.サブテーマ1.湖水濁度調査:セジメントトラップが行方不明のため,春季から夏季までの短い期間のデータしか取れていない.来年度はサイドスキャンソナーを用いて地形調査を行うとともにセジメントトラップの回収に務め,最終まで観測を続ける.湖沼および流域の珪藻群集調査:藻琴川の中流から下流までの複数の地点で,採水を行い,懸濁態有機炭素量と珪藻の群集解析を行なった.想定した大量発生は起っていないが,藻琴川の珪藻が藻琴湖に堆積していることが明らかとなった.ラミナのパターンの地域的変化,洪水イベントによるラミナ形成過程:藻琴湖と網走湖のコアを,ラミナ解析などを行なった.その結果,2015,2016年に藻琴湖で見られた特徴的な洪水性高密度層は網走湖では見られなかった.流域の状態によって高密度層の特徴が異なることが明らかとなった.サブテーマ2.前年度末に藻琴湖において得られた18Mk-8Cコアおよび20m級のボーリングの分割処理,記載および分析を行なった.
陸水域環境評価に資する指標生物DNAタクソノミー情報基盤の確立

前年度に引き続き、新規採集標本のデジタル画像の取得を進め、DNA抽出と標的遺伝子領域の解析を行った。さらに、デジタルデータ(採集日・採集地・採集者・同定者等の情報、DNA配列データ、標本画像)を整理し、インターネットウェブ上で試験的な公開を始めた。大学ウェブサーバー内個人ディレクトリにデータを置いて、準備ができたものから追加公開する形で運用を行っている。2019年2月25日時点で、カゲロウ目12科74分類群、トンボ目8科21分類群、カワゲラ目2科6分類群、トビケラ目13科29分類群について収集済であり、順次公開を進めている。その他の水生生物では、ヘビトンボ目、ハエ目、甲虫目、ダニ目など、水生無脊椎動物を幅広く採集し、撮像とDNA解析を進めている。本研究課題の遂行の要点は、(1)試料個体の採集と同定、(2)DNA配列解析、(3)公開用資料の整備、といった三階層からなる要素課題を効果的に推進することにある。研究開始からの2年間で、山地渓流から中流域、山間部から平地の止水域等、幅広く標本個体を得ている。しかしながら、すべての採集種について雄成虫(分類上の特徴が顕著である)が得られているわけではないので、今後は雄成虫の採集に重点を置いて進める。DNA解析については順調にデータを蓄積している。これらに基づいて、上述のデジタルデータに関して特に分類上の特徴をよく表している標本写真等を充実し、ウェブ上の水生生物博物館を構築する。日本産水生昆虫類のDNAタクソノミー情報基盤として、種判別マーカー遺伝子の配列決定、試料標本の画像データの取得およびそれらのデジタルデータの基となる実物標本の収蔵は順調に進んでいる。当初の目的に掲げた水生昆虫主要4目(カゲロウ、トンボ、カワゲラ、トビケラ)に限らず、あらゆる水生無脊椎動物類(aquatic macroinvertebrates)も併せて収集・解析を進めており、環境DNA解析やマスコレクション試料(未分別の一斉採集)のメタバーコーディング解析に対する有効な参照データの構築を行っている。今年度もさらに採集と解析を進め、DNAタクソノミー情報基盤の充実を図る。現在試験公開中のウェブページ構成を見直し、ユーザーの利便性をより高める(同時に、大学サーバー内に専用サイトを構築し、公開データを大学ウェブサーバー内個人ディレクトリからそちらへ移動する)。水生昆虫主要4目について日本産種を網羅するとともに、その他の水生無脊椎動物についても幅広く解析の対象としていく。本年度当初における実施目標は、試料個体の収集、DNA配列解析、公開用(webなど)資料の準備を効果的に推進することであった。本年度は、主として奈良・和歌山にまたがる紀ノ川水系、京都府の由良川から生体試料を収集し、個体全体および種判別に特徴的な形態部分の写真撮影と、DNA抽出、標的遺伝子の配列解析へと進めてきた。標的遺伝子として、18S rNA, histone H3, COIを選んで解析し、得られた結果は順次国際データベース(GenBank, ENA, DDBJ)に登録している。これまでに、26分類群(18S rRNAを29配列、COIを4配列、H3を70配列)について登録し、さらに23分類群(18S rRNAを21配列、COIを36配列、H3を31配列)が準備中である。現状の種判別DNAデータ(DNAタクソノミー情報基盤)を評価する目的で、奈良県東吉野村を流れる高見川から得たマスコレクション試料(未分別採取)についてhistone H3遺伝子領域を標的とするハイスループットDNAシークエンシング(次世代シークエンサー解析)を行った。その結果を用いたメタバーコーディング(生物相調査)解析によると、カゲロウ目昆虫に関するDNAタクソノミー情報に比べて、その他の水生昆虫類はデータ量が貧弱(次世代シークエンサー解析によって得られた配列のうち、参照データベース配列に登録されていないものが多数であること)であった。その一方で、histone H3遺伝子領域は、汎用プライマーによる網羅的検出能が充分に高く、今後DNAタクソノミー情報の充実が進めば、メタバーコーディングの標的遺伝子として有望であると思われた。DNA配列データの収集状況については【研究実績の概要】に記したとおりである。接写レンズあるいは顕微鏡を介して撮影した画像は、個体標本ごとに整理し、画像とDNA配列データを大学のサーバーにおいてweb公開(デジタルリファレンス)する準備が整ってきている。平成30年度中には試験的公開へと進められるものと考えている。並行して、実物標本(フィジカルリファレンス)を保管する場所の整備を進めている。本研究の推進によって、種判別、生物相調査に資するDNAタクソノミー情報の蓄積が期待される。

本研究課題の遂行の要点は、(1)試料個体の採集と同定、(2)DNA配列解析、(3)公開用資料の整備、といった三階層からなる要素課題を効果的に推進することにある。研究開始からの2年間で、山地渓流から中流域、山間部から平地の止水域等、幅広く標本個体を得ている。しかしながら、すべての採集種について雄成虫(分類上の特徴が顕著である)が得られているわけではないので、今後は雄成虫の採集に重点を置いて進める。DNA解析については順調にデータを蓄積している。これらに基づいて、上述のデジタルデータに関して特に分類上の特徴をよく表している標本写真等を充実し、ウェブ上の水生生物博物館を構築する。日本産水生昆虫類のDNAタクソノミー情報基盤として、種判別マーカー遺伝子の配列決定、試料標本の画像データの取得およびそれらのデジタルデータの基となる実物標本の収蔵は順調に進んでいる。当初の目的に掲げた水生昆虫主要4目(カゲロウ、トンボ、カワゲラ、トビケラ)に限らず、あらゆる水生無脊椎動物類(aquatic macroinvertebrates)も併せて収集・解析を進めており、環境DNA解析やマスコレクション試料(未分別の一斉採集)のメタバーコーディング解析に対する有効な参照データの構築を行っている。本研究において主要な対象としている水生昆虫類において、カゲロウ目、トンボ目、トビケラ目に比べて、カワゲラ目の種特異的DNA配列情報(バーコード情報)は現状では少ない。形態による種判別が困難なグループも多いと思われるが、実物標本と対応付けたDNAタクソノミー情報を整備することで、将来的な分類キー情報の確立が期待できる。今年度はさらに採集回数を増やし、多種多様な試料を網羅的に収集し、DNAタクソノミー情報基盤の充実につとめる。また、デジタルリファレンスの試行的なweb公開を進める予定である。今年度もさらに採集と解析を進め、DNAタクソノミー情報基盤の充実を図る。現在試験公開中のウェブページ構成を見直し、ユーザーの利便性をより高める(同時に、大学サーバー内に専用サイトを構築し、公開データを大学ウェブサーバー内個人ディレクトリからそちらへ移動する)。水生昆虫主要4目について日本産種を網羅するとともに、その他の水生無脊椎動物についても幅広く解析の対象としていく。今年度計画を実施するにあたり必要であった予算の内、物品費については、DNA解析に要する試薬類の購入を抑制できたことが理由である。協力関係にある研究室の厚意で、DNAシークエンサー消耗品の分担(使用頻度に応じて分担する予定であった)を免除されたことで、今年度の使用予定額を下回った。次年度使用額については、最終年度も標本個体を積極的に収集し、少なくとも普通種に関しては網羅するため、これまでに調査をしていない地域を選び、採集調査をする費用とする。また、採集に伴い、DNA解析等に要する試薬類も今年度以上に使用する。標本写真、DNA配列、採集情報をリストした仮設ウェブサイト。データ入力の確認ができた後に別URLに移設予定。
地域子育て支援拠点事業専従保育士の業務分析に関する研究

本研究の目的は、地域子育て支援における保育士の専門性の検討を指向しつつ、地域子育て支援拠点事業専従保育士の業務に関する量的、質的調査、及びその分析を行うことにある。量的調査の結果、地域子育て支援拠点事業センター型の中心的業務は、「ひろばにおける利用者対応業務」であり、拠点事業センター型全体として「地域支援活動」の実施は少ない傾向が認められた。質的調査では、「地域の資源とともに取り組んだ実践事例」を聴取し、従事者の機能を分析した。従事者は、本人を主体としながら、本人に相応しいサポート体制や地域の資源を地域の中に創出していることが捉えられた。本研究の目的は、保育士が担う地域子育て支援拠点事業の業務を定量的に把握分析することにより、地域子育て支援における保育士の専門性を検討することにあり、地域子育て支援拠点事業専従保育士の業務に関する量的、質的調査、及びその分析を行う。第一次年目である平成21年度は、地域子育て支援拠点事業専従保育士の業務分析を観察調査と質問紙調査の二つの方法で実施した。第一に、業務分析指標の項目の内容的妥当性の確認とプレ調査を目的として、5箇所の地域子育て支援拠点実施施設で観察調査を行った。結果、時間帯による業務の頻度は、午前中に「利用者対応」の占める割合が圧倒的に高く、午後になると「管理・運営(連絡調整)」業務が増加した。つまり、地域子育て支援拠点事業の多様かつ広範な業務に時間的枠組みを活用し対応する傾向が認められた。さらに、「地域活動支援業務」(3%)、「相談業務」(2%)は非常に低い割合を示し、実施要綱に示される事業の実施においては一部の事業に偏重する傾向が把握された。平成21年度の第二の研究として、地域子育て支援拠点事業の運営主体3493箇所に質問紙調査を実施した。回収数1391部、回収率39.8%であった。第二次年となる平成22年度は、質問紙調査の分析を行い、保育士による地域子育て支援業務の具体的内容、中心となる業務の実態を確認する。また、地域子育て支援拠点事業全業務における地域資源連携業務が占める割合、連携業務を積極的に展開する保育士への影響要因を把握する。さらに並行して、量的調査にヒアリング調査承諾の意思を示した地域子育て支援拠点専従保育士に対してヒアリング調査を実施する。2010年度は、2009年度に実施した質問紙調査の分析、及びヒアリング調査を実施した。質問紙調査の結果、業務項目(5件法)では、「ひろば対応」、「子ども対応」の項目は平均値が4.0以上に及んでいたのに比して、「地域支援活動」では情報提供以外の項目の平均値は2.0以下に留まった。また、地域支援活動因子の得点が高い群は、住民のエンパワメント、特別なニーズを有する家庭への支援等にも高い意識をもつ傾向が捉えられた。ヒアリング調査では、全国の拠点事業を対象とした質問紙調査により把握された地域支援活動を積極的に展開する拠点(以下地域支援高群)を対象に、その具体的業務および実践事例を聴取し、地域を基盤とした子育て支援実践のあり方を探究した。調査対象は、質問紙調査(2009年実施)により把握された地域支援高群(436箇所)の中から、質問紙調査回答時にヒアリング調査への協力を了解し、連絡先の記載があった5か所従事者計5名であった。調査方法は半構造化面接を採用し、拠点事業に従事するまでの経験と従事してからの経過、拠点事業における具体的業務、拠点事業における地域支援活動の実践事例について聴取した。2011年度は本研究の最終年度であり、地域子育て支援拠点事業専従保育士の業務に関する量的調査の再分析を行い、保育士による地域子育て支援業務の具体的内容、地域子育て支援拠点事業全業務における地域資源連携業務が占める割合等、地域支援業務の実態を確認する。また実践事例の分析から、地域支援業務を積極的に展開する従事者への影響要因、地域支援業務の成立要因について考察を行い、地域子育て支援拠点事業専従保育士の業務について総合的に考察を行う。2011年度は、2009年度に実施した質問紙調査、及び2010年度に実施したヒアリング調査結果の分析を行った。量的調査の分析では、地域支援活動を積極的に実施する拠点事業の業務傾向を捉えた。

地域支援活動に関連する21項目の因子分析の結果、把握された地域支援活動の具体的業務は、「専門職との共催」「地域住民との連携」「社会資源への橋渡し」「地域への情報発信」「日常における関係構築」の5つであった。5つの業務の因子得点を用いて高群と低群に分類し、地域支援活動の高群、低群と他項目の関連を把握した。結果、「ひろば対応業務」は、高群、低群共に積極的に実施されていた。ただし高群では、「ひろば対応業務」を含む多様な業務において「つなぐ」ことが意識される傾向が把握された。さらに高群は、ボランティアの受け入れ、活動の準備、他機関との連絡調整を含め間接援助を積極的に行い、多様な活動の展開において慎重に吟味し、準備する様子がうかがえた。高群と低群に共通して、困難事例への対応、アウトリーチによる相談業務の実施は少なかったが、高群では、個別援助事例の他機関との連携が重視されていた。保育業務に関しては、両群に差が認められずあまり重視されていない傾向が把握された。質的調査では、地域支援活動を意識的に実施し、かつ調査協力に了解が得られた拠点事業センター型の従事者を対象とした。結果、「業務の認識」として、業務における支援意識、業務において意識される働き、業務遂行における課題が把握された。また、「地域の資源とともに取り組んだ実践事例」の分析結果からは、本人や当事者に相応しいサポート体制や地域の資源を本人や当事者を主体者としながら地域の中に創出していくことが、地域支援活動の内実であると捉えられた。カテゴリとしては、「支援姿勢」「本人を含む支援システムの形成」「地域における資源創出」の3つが生成された。
潰瘍性大腸炎末梢血CD14+CD16+単球分画の組織移行性と局所炎症評価

IL-10非産生性のDP単球局所遊走がUC局所炎症持続への関与を検討するため、末梢血中のDP・SP単球比率の検討がなされた。UC/Crohn病/健常者から末梢全血を採取しDP単球比率が検討され、同時に大腸内視鏡検査を施行し組織学的検討を加えた。体内での薬物によるDP・SP比率による影響を検討するため、単球を分離しデキサメサゾン(DEX)・サラゾピリンにて48時間培養しその比率の変化を検討した。半球血管内皮接着実験はMeerschaertらの方法に基づき施行した。UCにおける末梢血DP比率は、健常人に比し有意に低下していた。組織学的検討では、DP単球比率は、大腸粘膜におけるLPL浸潤と負の相関の傾向を示した。DP単球比率に最も関連のあった臨床因子はプレドニゾロン(PSL)投与量であり有意の負の相関を示した。末梢血単球に対してDEX添加培養を施行したところ、DEXは末梢血単球の成熟を有意に早め、DEXの投与はDP単球比率を増加させる方向に働くと思われた。この現象を解析するため末梢血DP・SP単球の血管内皮接着性の違いを検討した。DP・SP単球における血管内皮との接着性は、IL-1b0.2ng/mlでの血管内皮刺激でDP単球はSP単球に比し有意に血管内皮との接着を見せるが、2ng/mlの血管内皮刺激ではDP・SP単球の両者が接着することが判明した。このことはPSL投与による局所炎症の軽度の改善傾向は、DP・SP単球の血管内皮との接着性の違いからDP単球比率の低下を引き起こすが、局所炎症の完全な消退は両分画の単球遊走量の低下からDP単球比率が再度増加する仮説が考えられた。UCにおけるDP単球比率の低下は、UC患者に対するPSL投与の影響を大きく受けていた。しかし、DP単球比率の低下は局所における軽度の炎症持続が原因であると考えられ、低下の持続は慎重なPSLの減量が必要であると考えられた。潰瘍性大腸炎(UC)患者において末梢血より組織内遊走してきた単球が、炎症の持続に関与していることが想定されている。近年ヒト末梢血単球はCD14+DC16+(DP)とCD14+CD16-(SP)の二つに分画されることが報告され、DP単球は組織内へ遊走し組織Mphiに分化すると考えられるようになった。[方法]インフォームドコンセントを得たUC33例、CD6例、腸管ベーチェット(BD)3例、感染性腸炎(IC)1例、健常人16例より、末梢全血をEDTA採血した。このうち7例に大腸内視鏡検査を施行し、大腸各部位より得られた生検組織に対しHarvey and Bradshawらの基準に従い組織学的検討を加えた。DP単球比率は、CD14;M3 FITCCD16;Leu-11cPEを用い全血染色法を用いてFACS解析により検討された。単球血管内皮移入実験は、Meerschaert J.(J Immunology 1994)らの方法に基づき、血管内皮を2、0.2、0ng/mlのIL-1bで刺激し、UC/健常人におけるDP・SP各単球分画の血管内皮遊走性を検討した。[結果](1)UCにおける末梢血DP比率(Mean±SD,4.33±4.06)は、健常人(11.49±8.45)に比し有意に低下していた(p=0.001)。CD,BD,ICでは活動性の炎症状態にも関わらずDP単球比率に明らかな変化は認めなかった。(2)組織学的検討では、DP単球比率は、大腸粘膜におけるLPL浸潤と負の相関の傾向を示したが、一方で好中球浸潤や腸上皮の脱落及び陰窩膿瘍の程度とは関連を認めなかった。(3)単球遊走試験におていは、UC・健常群双方においてDP単球はSP単球に比してすべてのIL-1b濃度で有意に遊走性が高かった。[考察]DP単球は活性化血管内皮に反応し炎症組織中に素早く遊走する事実に加え、粘膜内LPMC浸潤がDP単球比率と負の相関傾向にあることにより、DP単球の組織内遊走がUC末梢血におけるDP単球比率の低下を引き起こしていることが示唆された。現在IBD大腸粘膜内単球分画の解析と、各単球分画におけるIL-10産生能に関して継続して検討を加えている。

DP単球比率に最も関連のあった臨床因子はプレドニゾロン(PSL)投与量であり有意の負の相関を示した。末梢血単球に対してDEX添加培養を施行したところ、DEXは末梢血単球の成熟を有意に早め、DEXの投与はDP単球比率を増加させる方向に働くと思われた。この現象を解析するため末梢血DP・SP単球の血管内皮接着性の違いを検討した。DP・SP単球における血管内皮との接着性は、IL-1b0.2ng/mlでの血管内皮刺激でDP単球はSP単球に比し有意に血管内皮との接着を見せるが、2ng/mlの血管内皮刺激ではDP・SP単球の両者が接着することが判明した。このことはPSL投与による局所炎症の軽度の改善傾向は、DP・SP単球の血管内皮との接着性の違いからDP単球比率の低下を引き起こすが、局所炎症の完全な消退は両分画の単球遊走量の低下からDP単球比率が再度増加する仮説が考えられた。UCにおけるDP単球比率の低下は、UC患者に対するPSL投与の影響を大きく受けていた。しかし、DP単球比率の低下は局所における軽度の炎症持続が原因であると考えられ、低下の持続は慎重なPSLの減量が必要であると考えられた。
亀裂進展モデルと移動境界問題の融合的研究

本研究では,破壊力学における亀裂進展モデルを中心に,関連する様々な移動境界問題について融合的に数理解析・数値解析の研究を行った.これらは全く異なる現象でありながら,幾何学的制約に由来する困難さと変分構造の重要性という共通点がある.本研究において,移動境界問題で成功をおさめている反応拡散系によるフェイズ・フィールド・モデルの亀裂進展問題への適用,及び変分構造を持つ多角形版移動境界問題の枠組みの構築及びその数値解析などを行うことに成功した.本研究では,破壊力学における亀裂進展モデルを中心に,関連する様々な移動境界問題について融合的に数理解析・数値解析の研究を行った.これらは全く異なる現象でありながら,幾何学的制約に由来する困難さと変分構造の重要性という共通点がある.本研究において,移動境界問題で成功をおさめている反応拡散系によるフェイズ・フィールド・モデルの亀裂進展問題への適用,及び変分構造を持つ多角形版移動境界問題の枠組みの構築及びその数値解析などを行うことに成功した.これまで様々な数値計算モデルが提案されながら,数学的に明瞭な数理モデルを欠いていた弾性体内の亀裂進展に関して,移動境界問題において発達した数理手法であるフェーズフィールド法を用いたモデリングを行い,正則化されたエネルギーの勾配系として反応拡散方程式型の数理モデルを導いた.また,アダプティブメッシュ有限要素法を用いて,モードIII亀裂進展の数値シミュレーションを行い,モデルの有効性を確かめた.(T. Takaishi and M. Kimura)いくつかの移動境界問題やパターン形成の問題に関連して,移流項の卓越した楕円型作用素のディリクレ境界条件下での固有値問題を取り上げ,その特異摂動問題をエネルギー評価を用いた手法により解析した.速度ポテンシャルの井戸の深さが,固有値の指数減衰現象の指数に対応することなどを証明した.(S. Jimbo, M. Kimura and H. Notsu)多くの移動境界問題が持つ特徴であり,数値計算上の困難さの元にもなっていた,面積保存性や界面縮小性,法線ベクトル場・曲率項などの幾何学的諸量の数値的取り扱いを簡便にする手法として,多角形版移動境界問題の枠組みを構築し,様々な移動境界問題がその枠組みで扱えることを示した.また,面積保存2次精度の時間方向陰的スキームを開発し,その収束証明を行うとともに,数値例を通して本手法の有効性を確認した.(M. Benes, M. Kimura and S. Yazaki)代表者らが提案している多角形版移動境界問題の枠組みを,ヘレショウ流れおよびナビエ・ストークス方程式の表面張力効果を考慮した移動境界問題に拡張し,自然なエネルギー保存/減少性を持たせることができることを示した.また,もとの移動境界問題が持つ変分構造とほぼ同じ構造を多角形版移動境界問題が持っていることをヘレショウ流れの場合に証明した.(M. Kimura, D. Tagami and S. Yazaki,論文準備中)代表者らが提案している亀裂進展現象を記述するフェーズフィールドモデルを用いて,様々な状況下において亀裂進展の数値計算を行い,モデルの有用性をその数値計算結果を通じて確かめた.また,同様のモデル導出の考え方をバネ質点系を用いた破壊モデルに適用し,バネ切断条件に対して数学的な枠組みを与えることに成功した.(M. Kimura and T. Takaishi (2011))MPS法などのメッシュフリー粒子法で用いられる差分公式について,粒子間距離に関する新たな数学的指標を提案し,その打ち切り誤差の数学的な評価を与えた.(石島清宏,木村正人(2010))亀裂問題に現れるエネルギー解放率に関して,形状感度解析の手法とバナッハ空間における陰関数定理を用いて数学的枠組みを構築し,その変数係数非等方線形弾性体における曲面亀裂のエネルギー解放率の存在証明を与えるとともに,エネルギーの形状変形に関する高階微分可能性を証明した.(M. Kimura and I. Wakano (2011))亀裂問題に現れるエネルギー解放率に関して,形状感度解析の手法とバナッハ空間を用いて代表者らが構築した数学的枠組みを拡張・発展させ,その変数係数非等方線形弾性体における曲面亀裂のエネルギー解放率の存在証明を与えるとともに,エネルギーの形状変形に関する高階微分可能性を証明し(M.Kimura and I.Wakano(2011)),更に,p-Laplacian型の非線形楕円型作用素に対しても拡張できることを示した(K.Ohtsuka and M.Kimura(2012)).体積保存型の非局所項を持つ非等方Allen-Cahn方程式に対し,高精度な数値解法を提案し,その特異極限である面積保存非等方曲率流問題と数値的な比較を行った.それにより,それぞれの解の長時間に渡る挙動が数値的に一致することを確認した.また,この非局所項を持つ非等方Allen-Cahn方程式が,固体の再結晶化現象にも関連していることを示唆する結果を得た(M.Benes, S.Yazaki and M.Kimura(2011)).亀裂進展現象を記述するフェーズフィールドモデルによる亀裂進展の数値計算を更にすすめ,モデルの性質を数値計算および数学的な解析によって調べた.また,同様のモデル導出の考え方をバネ質点系を用いた破壊モデルに適用し,これまで数学的な枠組みが与えられていなかった破壊現象のモデリングに対し,数学的基礎付けを行い様々な性質を調べた.(高石氏,野津氏との共同研究,論文準備中)MPS法などのメッシュフリー粒子法で用いられる差分公式について,粒子間距離に関する新たな数学的指標を提案し,その打ち切り誤差の数学的な評価を与え,その拡張を行った.(木村「粒子法研究会」での研究発表,論文準備中)
オムニホイールを利用した車いす型テニス用ロボットの開発とマシンテニスの提案

世界的に認知され拡大を続ける車いすテニスではあるが、腕力がない人や素人にとっては、敷居の高いスポーツとなっている。そこで、本研究では入門しやすい環境が必要と考え、その環境を実現するため、マシンテニスを提案しロボット技術で実現することをめざした。■研究内容本研究におけるマシンテニスとは、テニス用に特化した電動車いす(マシン)を利用したテニスのことである。今回は、テニス競技中に絶対転倒せず、ボールを追いかけるため様々な方位(全方位)に相手のコートに正対したまま、高速で容易に移動できる一人乗り用の電動車いす(車いす型テニス用ロボット)開発とその評価をおこなった。また、車いす型テニス用ロボットの操作方法と安全性について追究した。■結果と今後今回開発した車いす型テニス用ロボットは、3つの駆動輪を持ち縦横に回転するオムニホイールを有している。関連の研究では、よく福祉に利用されているが今回はスポーツに応用したことに特徴がある。さらに、転倒を防止するため、120度間隔で配置した車輪に加え、3つの補助輪を装着し6点で車いすを安定させた。このことにより、従来に比べ転倒に対する安全性を向上させることができた。操作方法については、一般的ではあるが操作性が優れているジョイスティクを採用した。動作評価では、室内(体育館)で実施し、テニスやバドミントン等の競技に応用できることを証明した。課題は、ジョイスティク操作は左右どちらかの手を操作に要するため、両手でラケットを握りにくいことである。そのため、他の操作方法を検討する必要がある。さらに、車いすの運動性能と関連の安全性を向上させテニスやバドミントンの中上級者向けに対応させる。