hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腸内細菌と腸管上皮細胞の相互作用メカニズム解明のための新規培養法の確立

我々の腸管内には約1000種類以上の100兆個にも及ぶ細菌群が高密度に生息しており,これまでの研究成果により,これらの腸内細菌のバランスが宿主の恒常性維持に重要であることが明らかとされている.最近,成体腸管上皮幹細胞(オルガノイド)培養法により正常上皮細胞が培養可能になったことから,腸内細菌が宿主に及ぼす生理活性の理解が進んでいるが,現行のオルガノイドは上皮細胞の頂端側が内側に存在する管腔構造を保有する3次元構造体であるため,腸内細菌との相互作用の研究を遂行する上でボトルネックとなっている.本研究では,既存のオルガノイド培養技術を発展させ,生体内の腸管構造と同様の3次元構造を保ちつつ,かつ管腔構造を持たない新規3次元オルガノイド培養法"mini-gut on dish"の確立を目指す.【平成28年度:計画1】申請者は,トランズウェルを用いたヒトの正常大腸上皮由来オルガノイドの2次元培養のプロトコルの作製を試みた.2次元培養に最適な細胞外基質を探索するために,ゼラチンや各種コラーゲンをコートしたトランズウェルで2次元培養を行った結果,I型コラーゲンが最も適していることを見出した.さらにヒト正常大腸上皮だけではなく,ヒト正常小腸,大腸腺腫,大腸がん,マウス小腸・大腸由来の上皮細胞をI型コラーゲンでコートしたトランズウェル上で2次元で培養できることを確認した.【平成28年度:計画2】生体内の腸管は平面的に存在しているのではなく,3次元に折りたたまれた構造(陰窩)が存在する.そこで,シャーレ上でin vivoにおける陰窩構造の作製を試みた.そのためにマウス線維芽細胞と腸管上皮細胞の共培養を行い,その後幹細胞培地の組成を改良することで,シャーレ上で陰窩様構造が観察された.しかし現時点での培養方法では,上皮細胞の細胞増殖が停止してしまい,全体的に萎縮した不完全な状態の培養である.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
EUS-FNA(膵穿刺)検体を用いた免疫組織・細胞化学染色と遺伝子的検査法の開発

【研究目的】近年では膵癌患者の治療法の一つである化学療法を行うためにはSurgical evidenceを得ることが必須となり、それを得る目的から、当院では超音波内視鏡下穿刺吸引法(EUS-FNA)を用いた膵臓穿刺吸引細胞診または生検組織診断を積極的に行っている。しかし、EUS-FNAで採取されている細胞量が少ない場合や、形態的に異型が乏しく診断に苦慮する例も少なくない。そこで今回我々は膵癌のマーカーとして有用性が報告されるmaspinに注目し、診断補助の目的から生検検体または細胞診標本を用いた抗maspin抗体の免疫組織・細胞化学染色とmaspin遺伝子発現検索を取り入れた補助診断を検討した。【研究方法】EUS-FNA(膵臓穿刺)にて採取された20症例(通常型膵管癌:15例、扁平上皮癌:1例、内分泌腫瘍:2例、転移性癌:1例(乳癌)、慢性膵炎:1例)について検討した。細胞診塗抹標本から細胞転写後、抗maspin抗体の免疫染色を行い上皮性細胞におけるmaspin蛋白発現量を染色態度で0陰性,1+(核のみ陽性),2+(核+細胞膜),3+(核+細胞質)の4段階に分類した。また、それぞれの検体採取時に得られた少量の組織片を用いTotal RNAを抽出後、cDNAを生成し、β-actinチェックにてsampleの質を確認後、maspin特異的プライマーを用いてreal time PCRを行い、maspin mRNAの発現を定量し染色性と比較検討した。【研究成果】免疫染色において通常型膵管癌15例中のmaspin染色強度は0:1例、1+:4例、2+:4例、3+:6例であった。扁平上皮癌3+、転移性癌1+の陽性像をみるも、内分泌腫瘍、慢性膵炎では陽性像を認めなかった。また、1+以上の陽性像を得られた通常型膵管癌14例中、7例でmaspin mRNAの発現を認めたが、転移性癌、内分泌腫瘍、慢性膵炎ではmaspin mRNAの発現は認めなかった。染色態度とmaspin mRNA発現量の関係を解析したところ、1+以下の9例中全てにおいてmRNAは低発現、2+以上の11例中9例で高発現であった。染色態度とmaspin mRNA発現の相関係数は0.6019と、相関関係が得られた。染色態度とmaspin mRNA発現の関係から、通常型膵管癌の細胞学的推定においてmaspin染色陽性と判定するには、核のみの陽性像ではなく、細胞膜、細胞質の陽性像の確認が必要であると考えられた。しかし、通常型膵管癌症例中で染色態度が2+以上の症例においてもmaspin mRNA発現が低値であった症例も少数ながら見られ、その解釈については今後、更なる検討が必要と考えられた。

しかし、通常型膵管癌症例中で染色態度が2+以上の症例においてもmaspin mRNA発現が低値であった症例も少数ながら見られ、その解釈については今後、更なる検討が必要と考えられた。
糖代謝からみる口腔Bifidobacteriumの齲蝕関連性について

Bifidobacteriumは腸内細菌として知られているが、近年、齲蝕病変からも検出されることが明らかになった。そこで本研究では代表的な齲蝕関連細菌であるStreptococcus mutansと比較分析し、糖代謝の側面から齲蝕関連性について検討した。その結果、Bifidobacteriumは、グルコースを代謝し酢酸を産生したことから、乳酸が主要な代謝産物であるS. mutantsとは異なる機序で齲蝕に関与していることが推察された。またグルコースをグリコーゲンの形で菌体内に蓄積していたことから、齲蝕病巣のような外部からの糖供給が少ない環境でも代謝活性を維持し酸を産生し続けることが示唆された。Bifidobacteriumは腸内細菌として知られているが、近年、選択培地の開発により、ヒト口腔内、主に齲蝕病巣から特徴的に検出されることが明らかになってきた。口腔内に存在するBifidobacteriumは、その酸産生能・耐酸性能により、齲蝕が発生しやすい環境作りに寄与していることが予測される。しかし、これまでに口腔内を模した環境での糖代謝の様相、また、炭素源(糖)の違いによる代謝機構の変化については検討されておらず、口腔環境におけるBifidobacteriumの役割は不明である。そこで本研究では、口腔疾患に対する口腔Bifidobacteriumの影響について、糖代謝の側面から検討した。口腔内から検出されることが確認されているB. dentium JCM1195株, B. longum subsp. longumJCM1217株と主要な腸内BifidobacteriumであるB. bifidum JCM1255株を用いて、グルコース、希少糖(D-Psicose、D-Allose)とオリゴ糖(ガラクトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖)を添加した場合の、増殖能について検討した。その結果、希少糖ではいずれの菌株でも増殖が見られず、増殖に対し何らかの抑制作用があることが示唆された。希少糖の細菌増殖抑制機序については不明で、今後検討が必要である。B. dentiumとB. longumは、グルコース、ガラクトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖で同じ増殖能を示したことから、炭素源の違いは増殖に影響を与えないことが分かった。一方でB. bifidumはフラクトオリゴ糖で増殖が見られず、またガラクトオリゴ糖では増殖が非常に遅く、腸内と口腔内に存在するBifidobacterium属では性質が異なることが示唆された。当初の計画では初年度に各種細菌の増殖能、酸産生能の測定を終了し、次年度に代謝産物の解析を行う予定にしていたが、実験の一連の流れを把握するために、酸産生能の測定後、すぐに代謝産物の解析行うように計画を変更した。増殖能の検討は対象菌全て終了したが、酸産生の測定および代謝産物の解析は、予想よりも一菌種の解析に時間がかかることが分かった。予定していた菌種を全て解析することは困難な可能性を考え、現在、解析する菌種を選定し、幅広く行うよりも絞って実験を進めていく方向で考えている。【目的】Bifidobacteriumは腸内細菌として知られているが、近年、ヒト口腔、主に齲蝕病変からも高頻度で検出されることが明らかになってきた。そこで、口腔を模した環境におけるBifidobacteriumの糖代謝活性及び最終代謝産物について分析し、その齲蝕関連性について検討した。またBifidobacteriumは外来性糖がなくとも酸を産生することが報告されていることから、菌体内多糖についても分析した。【方法】B. longumJCM1217、対照としてStreptococcus mutans NCTC10449を用い、実験は全て嫌気条件下で行った。pH-statによりpH 7.0及び5.5でのグルコースからの酸産生活性を2時間測定した。得られた最終代謝産物は高速液体クロマトグラフィーにて定量した。菌体内多糖は通法により単離し、ヨウ素呈色による吸収スペクトラムを用いて解析した。【結果】グルコース添加後10分間の酸産生活性は、S. mutansがB. longumよりもpH 7.0で2.2倍、pH 5.5で1.7倍高かった(p < 0.001)。さらにB. longumは2時間後も酸産生活性を保ち、グルコース非添加でも酸産生活性が見られた。B. longumの主要な最終代謝産物は酢酸で、pH 5.5では乳酸の割合が増加した。またB. longumは菌体内多糖を持ち、その構造はグリコーゲンと類似していると推察された。【考察】B. longumは、S. mutansよりも酸産生活性が低かったものの、酸性環境での酸産生活性が相対的に高く、また大量のグリコーゲン様菌体内多糖を蓄積できることから、齲蝕病巣のような外部からの糖供給が少ない酸性環境で酸を産生し続けることが考えられた。これらのことからBifidobacteriumは齲蝕病巣環境を維持・悪化させる可能性が示唆された。計画していた実験は終了したが、これから論文の投稿、および追加実験を行う予定である。【目的】Bifidobacteriumは主要な腸内細菌として知られているが、近年、口腔内からも分離・同定されることが明らかとなってきた。これまでの我々の研究から、口腔Bifidobacteriumは、環境中に糖が無い状態でも酸を産生し続ける性質を持つことが明らかになっている。

そこで、菌体内多糖を抽出・同定し、さらにその合成過程を明らかにすることで、酸産生に関わる機構の一部を明らかにし、口腔Bifidobacteriumのう蝕関連性について検討することを目的とした。【結果・考察】各種細菌の菌体内多糖は、カキ由来のグリコーゲンとピークが一致していたため、グリコーゲンタイプであると考えられた。また糖が無い環境下において、BifidobacteriumはS. mutansよりもG1Pの量が多く、さらに低pH環境(pH 5.5)の方がより多くなった。したがって、Bifidobacteriumは低pH環境でも代謝を行い酸産生活性を持続できることが推察された。以上のことから、口腔Bifidobacteriumは菌体内に蓄積されたグリコーゲンをG1Pを経由して分解し、代謝活性を維持することで、酸を産生し続けることが推察された。Bifidobacteriumは腸内細菌として知られているが、近年、齲蝕病変からも検出されることが明らかになった。そこで本研究では代表的な齲蝕関連細菌であるStreptococcus mutansと比較分析し、糖代謝の側面から齲蝕関連性について検討した。その結果、Bifidobacteriumは、グルコースを代謝し酢酸を産生したことから、乳酸が主要な代謝産物であるS. mutantsとは異なる機序で齲蝕に関与していることが推察された。またグルコースをグリコーゲンの形で菌体内に蓄積していたことから、齲蝕病巣のような外部からの糖供給が少ない環境でも代謝活性を維持し酸を産生し続けることが示唆された。各種細菌の増殖能の測定は終了したので、今後は酸産生能および代謝産物の解析を進めていく予定である。予定している細菌種の内一つはすでに終了しており、実験手技については同様に行えば良いため、今年度はより迅速に進めることが出来ると考えている。今後は、論文の投稿、および追加実験を行う予定である。口腔細菌当初の計画では初年度に各種細菌の増殖能、酸産生能の測定を終了し、次年度に代謝産物の解析を行う予定にしていたが、実験の一連の流れを把握するために、酸産生能の測定後、すぐに代謝産物の解析を行うように計画を変更した。初年度は設備備品として自動滴定装置(pH-stat)を購入予定であったが、上記の理由により酸産生能の測定が次年度をメインに行うこととなりまだ購入していないため、計上していた予算とは異なる支出形態となり、次年度に繰り越すこととなった。また、次年度に行う代謝産物の解析のため有機酸分析計(HPLC)で使用する、カラムや消耗品等が高価なため、予算配分を考え直す必要もあった。おおよそ計画通りに研究を進めていたが、予想し得なかった新たな知見が得られたために、当初の計画を変更する必要があった。加えて、その他の業務の多忙により、研究成果発表(学会発表、論文投稿)が期間内に終了出来なかった。次年度は、設備備品として自動滴定装置(pH-stat)を購入し、酸産生能の測定を迅速に進める。酸産生能の測定後は、代謝産物の解析のため有機酸分析計(HPLC)を使用するため、カラムや消耗品等の購入に充てる。また研究成果論文発表および国内外での学会発表を行う計画である。
糖尿病性腎症の新規バイオマーカー、メガリンの尿中逸脱機序の検討

糖尿病性腎症における近位尿細管エンドサイトーシス受容体メガリンの尿中排泄機序について検討した。2型糖尿病患者のアルブミン尿の増加に伴って、尿中細胞外小胞の排泄およびそのエクソソーム分画の全長型メガリン(C-メガリン)量が増加していた。培養近位尿細管細胞において、C-メガリンの排出は糖化終末産物の取り込みによるリソソーム負荷に関連しエクソサイトーシスを介して増加した。メガリンを介する腎症モデルである高脂肪食負荷マウスにおいても、尿中C-メガリン排泄は細胞外小胞を介して増加していた。以上より、尿中C-メガリン排泄はメガリンを介する糖尿病性腎症の発症・進行機序と関連していることを明らかにした。糖尿病性腎症の早期診断と予後予測においては尿中アルブミンの測定が重要であるが、様々な問題点も指摘されており、新しいバイオマーカーの開発が求められている。メガリンは近位尿細管腔側に高発現し、多種の糸球体濾過蛋白質の再吸収・代謝と細胞内シグナル伝達に関わるエンドサイトーシス受容体である。これまでに研究代表者は、ヒト尿中メガリンELISA測定系を開発するとともに、メガリンの尿中排泄量の測定が、糖尿病性腎症患者の重症度や病態評価に有用であり、既存のバイオマーカーとは異なる新しいマーカーになり得る可能性を報告してきた。しかし、メガリンの尿中への排泄機序についての詳細は未だに不明である。一方で、全長型メガリンの尿中排泄はエクソサイトーシスに関連することが示唆されるため、その機序について検討を行った。糖尿病性腎症患者の尿から分離した尿エクソソームをナノ粒子解析システム(ナノサイト)にて解析したところ、健常者の尿に比較して総数が増加していた。さらに、ウエスタンブロットによる解析により、健常者に比較して、糖尿病性腎症患者の尿中エクソソームはメガリン含有量が多く、したがってその多くが近位尿細管由来であることが分かった。また、培養近位尿細管細胞において、終末糖化産物(AGE)化アルブミンの取り込みにより、メガリン含有エクソソームの排泄が増加した。以上より、近位尿細管由来エクソソームの尿中排泄動態は糖尿病性腎症の発症および進展機序に関係しており、尿中全長型メガリンはそれを示すバイオマーカーとして有用であり、その解析を継続することは有意義であると考えられた。糖尿病性腎症患者の尿から分離した尿エクソソームをナノ粒子解析システム(ナノサイト)にて解析したところ、健常者の尿に比較して総数および巨大サイズのものが増加していた。さらに、ウエスタンブロットによる解析により、健常者の尿に比較して糖尿病性腎症患者尿においてメガリン含有量が多いこと、またその多くが近位尿細管由来であることが分かった。また、培養近位尿細管細胞において、終末糖化産物(AGE)化アルブミンの過剰取り込みにより、メガリン含有エクソソームの排泄が増加した。

以上より、近位尿細管由来エクソソームの尿中排泄動態は糖尿病性腎症の発症および進展機序に関係しており、尿中全長型メガリンはそれを示すバイオマーカーとして有用であり、その解析を継続することは有意義であると考えられた。糖尿病性腎症における近位尿細管エンドサイトーシス受容体メガリンの尿中排泄機序について検討した。2型糖尿病患者のアルブミン尿の増加に伴って、尿中細胞外小胞の排泄およびそのエクソソーム分画の全長型メガリン(C-メガリン)量が増加していた。培養近位尿細管細胞において、C-メガリンの排出は糖化終末産物の取り込みによるリソソーム負荷に関連しエクソサイトーシスを介して増加した。メガリンを介する腎症モデルである高脂肪食負荷マウスにおいても、尿中C-メガリン排泄は細胞外小胞を介して増加していた。以上より、尿中C-メガリン排泄はメガリンを介する糖尿病性腎症の発症・進行機序と関連していることを明らかにした。研究計画では、糖尿病性腎症患者の尿中エクソソームにおけるメガリンとその関連分子の動態の検討および、糖尿病性腎症モデルマウスにおける尿中全長型メガリン排泄機序の検討を行う予定であった。糖尿病性腎症患者における検討では、予定していたメガリンおよびその関連分子の解析に加えて、ナノ粒子解析システム(ナノサイト)による解析を行うことができ、より詳細な検討が可能であった。糖尿病性腎症モデルマウスにおける検討では、現在、モデルマウスを作成中であり、近日中に検討を行う予定である。研究計画では、細胞外ドメイン切断型メガリンの逸脱機序の検討を行う予定である。培養細胞系で、酸化ストレスの亢進状態でその逸脱が増加するかについて検討する。また、糖尿尿性腎症患者の尿検体において、還元処理による細胞外ドメイン切断型メガリン測定を行い、腎症の病期や酸化ストレスマーカーとの関連を検討する。医歯学系研究計画では、細胞外ドメイン切断型メガリンの逸脱機序の検討を行う予定である。国内旅費が予想より低額であったため、次年度使用額が生じた。現在、モデルマウスを作成中であり、その解析のための抗体などの試薬を購入する予定である。
水産物の季節変化と嗜好性の関係

水産物は一年のうちで最もおいしい時期いわゆる旬のあることが知られている。一般に「水産物に脂がのっている」といわれ、脂質含量の多い時期といわれている。しかし、脂質含量の少ない貝類にも旬があることから、脂質以外の呈味成分さらにテクスチャーの影響も考えられる。また、近年、生産量の増大している養殖魚については、天然魚に比べ脂質含量の多いことが、嗜好性の劣る原因の1つとされている。しかし、養殖魚にも天然魚と同様に季節変化があるかどうかは充分調べられていない。そこで、クロアワビとハマチ、マダイ、ヒラメをとりあげ、成分の季節変動を検討した。先ず、クロアワビについて、呈味成分の分析と、物性測定を行った。試料は神奈川県水産試験場において一定飼料で少なくとも2ヶ月間飼育したものを、2、4、6、7、8、10、11、12月に3個体ずつ、活きたまま実験室に運び、直ちに分析を行った。殻つき重量は300450gであった。水分量は旬といわれる68月に最も少なく、産卵期である112月に多くなり、タンパク質量、炭水化物量とは逆の関係にあった。脂質は0.30.8%であった。ATPおよびATP関連化合物の総量は68月に多く、11月には最低となった。遊離アミノ酸の総量の変化も同様であった。物性測定の結果、保水性は68月に高く、破断強度は68月に小さく、夏にはジューシ-で軟らかいテクスチャーとなることが確かめられた。以上のように、クロアワビは旬といわれる夏にはうま味成分であるAMPや遊離アミノ酸量も多く、テクスチャーも軟らかいことが確かめられた。ハマチ、マダイ、ヒラメの一般成分およびテクスチャー特性の季節変化は天然魚と養殖魚についてほぼ同様であると思われる。一般にクロアワビは夏期が最も美味とされているが、その実態は未だ明確でない。そこで本年度は、クロアワビ筋肉を対象に、食味の総合的評価に重要な要因である呈味、テクスチャーにつき、周年変化を調べた。クロアワビ殻付き重量350g前後は三浦半島地先で採集したものを、アラメ・カジメを餌として神奈川県水産試験場で少なくとも2ケ月以上飼育し、2、4、6、7、8、10、12月に各3個体ずつ、これらの筋肉中央部を実験に用いた。一般成分は常法により測定した。ATP関連化合物はHPLCで、遊離アミノ酸およびオリゴペプチド態アミノ酸は日立835形アミノ酸分析計で定量した。さらに破断特性をレオナーRE-3305(山電)により測定し、別途ヒドロキシプロリン量から算定したコラーゲン量と比較した。クロアワビ筋肉は水分70-80%、タンパク質13-18%、灰分1.3-1.9%、脂質0.3-1.6%であった。ATP関連化合物は総量3-5μmol/g程度で、ほとんど季節変化しなかった。しかし、遊離アミノ酸およびオリゴペプチド態アミノ酸量は、旬とされている68月に最も高く、それぞれ約3000mgおよび300mg/100gであった。いずれのアミノ酸量も産卵期直前の10月に最も少なかった。同様にオリゴペプチド態アミノ酸量も、冬期には夏期の1/10程度となることから、クロアワビの呈味には遊離アミノ酸のみならず、オリゴペブチド態アミノ酸も関与していることが考えられた。一方、破断応力は冬期に高く、夏期に低かった。

対応して、コラーゲン含量は冬期に高く、夏期に低いことから、クロアワビの硬さにはコラーゲン含量が寄与していると示唆された。なお、夏期に遊離およびオリゴペプチド態のヒドロキシプロリンおよびプロリン量が増大したが、この変化とコラーゲン量の減少との代謝上の関連性は未だ不明である。生産量が多く脂肪含量の異なる3種の養殖魚、すなわち脂肪含量の多いハマチ、中程度のマダイ、少ないヒラメを選び一般成分、テクスチャー特性の季節変化を天然魚と比較した。三枚おろしにして背肉を用い、一般成分として水分、タンパク質、脂質を常法で測定し、テクスチャー特性を針入度(針入度試験機)、硬さと凝集性(テクスチュロメータ)により評価した。ヒラメは脂肪量が少なく、また脂質を縁側部分に蓄積し、背肉には少ないことから天然魚と一般成分に差はほとんど認められず、テクスチャー特性にもほとんど違いはなかった。しかし、ハマチとマダイにおいては天然魚に比べ養殖魚は脂質が多く、水分が少なく、それに伴って養殖魚の方が肉質は軟らかかった。試料数が養殖魚と天然魚それぞれ10尾前後であったため、季節変化の結論を出すには無理があるものの、本実験結果から養殖魚と天然魚の脂質量とテクスチャー特性の季節変化はほぼ同様であると思われる。
磁気圏尾部低緯度境界層におけるケルビン・ヘルムホルツ渦

速度勾配層である磁気圏境界をまたいだプラズマ輸送を理解するため、MHDスケールのケルビン・ヘルムホルツ(KH)渦を、電子慣性を含む二流体方程式系で数値実験した。計算は2次元であり、計算面内に磁場成分がある場合を解析した。磁場張力が弱く大きな渦が非線形的に巻き上がる場合、巻き上がった渦の内部で磁力線が折り畳まれ、そこで磁気リコネクションが発生することがわかった。このプロセスは、従来の扱いでは電気抵抗を入れたMHD計算で記述されていたのであるが、本研究では、MHDスケールダイナミクス(渦)と薄い電流層中での電子慣性効果との「スケール間結合」という視点から初めて実証したことになる。一方、磁気張力が強い場合については、速度勾配層を隔てて面内磁場が(1)極性を変えない、(2)極性を変える(反平行である)、の2ケースで全く様相が異なることがわかった。(1)磁場成分が符号を変えない場合、速度シアーの効果は弱いので磁力線をわずかに曲げるだけであり、速度勾配を鈍らせる以上の効果は現れない。(2)磁場成分の符号が反転する場合、ケルビン・ヘルムホルツ不安定成長の最初の段階(渦として巻き上がる以前の段階)で、電流層の一部に向かい合う流れが集中し、薄くなる部分ができる。すると、そこで磁気リコネクションが発生し、今度は逆に、それによって作られたジェットが渦流を助長するセンスに働いて結果として大きな渦へと発展する。しかも、その内部には速度勾配層をまたがって混合したプラズマで満たされている、つまり、大きな混合領域が形成される。さらに面白いことに、渦合体まで考えれば「磁場が強く、かつ、反平行」という場合が、大きなプラズマ混合にとって最適であることがわかった。磁気圏尾部低緯度境界層におけるケルビン・ヘルムホルツ渦の成長の有無を考察するには、その3次元構造を含めて考える必要がある。というのは、低緯度においていくら成長に都合が良い条件であっても、高緯度においては強い磁場が流れの方向にあり、それが成長を阻害する可能性があるためである。ここでは、その3次元構造におけるケルビン・ヘルムホルツ不安定の数値計算をMHD方程式系で行なった。その結果、プラズマシートの厚さが渦の波長の1/2よりも大きければ渦は十分に成長して巻き上がった構造が得られることがわかった。これは磁気圏尾部において、巻上がった渦が十分に期待できる、ということを意味する。一方、我々は、巻上がった渦の内部における非MHD効果についても考察した。渦が巻上がれば、その内部では次第に小スケール構造が発達することになり、そこで、非MHD効果が発動して、MHD計算では現れない新しい効果が生まれることが考えられる。ここでは、とくに電子慣性効果を含んだ二流体方程式系で2次元計算を行なった。その結果、(1)流れに磁場が垂直な場合には、渦が巻上がるとその内部で小渦が成長し、それが、元の大渦の崩壊を引き起こす、(2)流れに沿った磁場成分がある場合には、渦の発達にともなってその内部で磁力線が引き伸ばされ、やがて反平行な部分ができて、そこで磁気リコネクションが駆動され、渦の崩壊へと至る、ということがわかった。あわせて、磁気圏尾部低緯度境界層では十分に渦が巻上がっており、その内部で非MHD効果が発動して渦崩壊が起こり、その結果、境界を横切る大規模プラズマ輸送が起きていることが示唆される。MHDスケールのケルビン・ヘルムホルツ(KH)渦を、電子慣性を含む二流体方程式系で数値実験した。計算は2次元であり、磁場に垂直な面で行った。大きな渦が非線形的に巻き上がった後、その内部で小渦が出現し、大渦を崩壊せしめることを発見した。

この現象の誘因は、巻き上がった大渦内部での有限電子慣性による電流駆動型不安定性であることを把握した。次に、実際の磁気圏尾部低緯度境界層では、その高緯度側に強い磁場がつまったローブ領域があってKH不安定の成長を阻害する可能性があることを考慮し、KH不安定条件が有限な幅でしか満たされない状況でのKH渦の3次元MHD計算を行った。その結果、不安定領域の幅が波長程度あれば、渦が巻き上がることを把握した。これらの結果、(1)巻き上がったMHDスケールのKH渦が渦内部の電子スケールダイナミクスと結合することで崩壊すること、(2)現実的な状況を考えても尾部低緯度境界でKH渦が巻き上がっていることが十分に期待できること、を受けて、巻き上がった渦の兆候を捜索するべくESAの磁気圏プラズマ編隊観測衛星Cluster-IIのデータ解析を行った。編隊観測の特長を最大限に生かすこと、3次元数値実験結果を参照すること、を通じて、世界で初めて渦が実際に巻き上がっていることを実証した。このときの磁気圏尾部プラズマシートは太陽風が低緯度境界層から直接侵入していると思われる低温高密度状態にあったが、ここにある結果をすべてあわせれば、巻き上がった渦の崩壊を通じてこの直接侵入が起きている可能性を示唆することができる。磁気圏境界とは、流れていない磁気圏プラズマと太陽から吹き出している太陽風プラズマが接する境界層であり、それは速度勾配層であると同時に、密度勾配層であり、電流層でもある。速度勾配のため、この境界ではケルビン・ヘルムホルツ不安定が励起されることが期待され、さらにその非線形発展にともなって境界をまたいだプラズマ輸送が発生することが期待される。しかし、輸送のためには、渦運動そのものを支配するMHD的ダイナミクスとなんらかの理由で発動する非MHDダイナミクスの結合が起きねばならず、その結合様式の理解と「実存証明」はなされていない。本研究では、渦が巻き上がった状態では、その内部で小スケールの電流層が形成されること、そして、そこでは非MHDダイナミクスの発動が期待できることに着目した。具体的には(1)渦が発達して磁力線を巻き込むプロセスを、電子慣性効果(非MHD効果)を含む二流体方程式系で数値実験した。その結果、渦内部では磁気リコネクションが発生し、それにともなって境界層をまたがったプラズマ輸送が発生することがわかった。(2)数値実験において得られる巻き上がった渦構造の解析を行う中から、巻き上がった渦を衛星観測データの中に同定するスキームを見出した。そして、それをジオテイル衛星データに適用したところ、巻き上がった渦は太陽風磁場が北向きの期間中に限ればそれほど稀な現象ではないこと、巻き上がった渦は常に境界層をまたがったプラズマ輸送を伴っていること、合わせて、巻き上がったケルビン・ヘルムホルツ渦による太陽風プラズマの磁気圏内への輸送は、太陽風磁場北向き時における主要な磁気圏形成過程の一つと結論されること、がわかった。
サイバーがれきフィールド：レスキューロボット性能評価と操作訓練の統合環境の構築

本研究では地震災害等での倒壊家屋による「がれき」に関するサイバーフィールド環境を構築し,レスキューロボット等の機器開発や操作訓練の支援を行う.がれきのサイバーフィールド環境の構築に関して,がれきの仮想フィールドの機能拡張,模擬がれき実フィールドの仮想化,模擬がれき仮想フィールドでの計画に基づく実フィールドでの実施,サイバーフィールド環境における総合的な計画・評価・訓練のコンセプト提示を行い,その有効性と実用化の課題を示す.本研究では地震災害等での倒壊家屋による「がれき」に関するサイバーフィールド環境を構築し,レスキューロボット等の機器開発や操作訓練の支援を行う.がれきのサイバーフィールド環境の構築に関して,がれきの仮想フィールドの機能拡張,模擬がれき実フィールドの仮想化,模擬がれき仮想フィールドでの計画に基づく実フィールドでの実施,サイバーフィールド環境における総合的な計画・評価・訓練のコンセプト提示を行い,その有効性と実用化の課題を示す.
都市成長管理計画のもとでの土地利用計画策定・評価に関する研究

本研究の目的は、州成長管理計画という広域的な都市計画の枠組みの中での個別自治体の土地利用計画策定の実態を、代替案の策定/評価とデータベースの要件から検証してみることにある。アメリカの州計画、地域計画、自治体計画という計画体系のもとでの土地利用計画の評価、データベース構築のあり方を調査した研究はなされていない。本年度の研究実施計画は、(1)昨年度、収集した資料を分析する過程において、土地利用計画の評価という観点に加えて土地利用規制の法的根拠ということが重要と確認された。したがって、昨年度に収集した資料をもう一度その観点より見直すと共に、本年度、新たに関連資料を収集する。(2)特に、交通需要管理政策との関連性が重要と考えられるため、日本とアメリカにおける各々の事例に関する情報を収集し、計画体系における土地利用と交通の関連性について考察する。(3)1)および2)の結果を整理し、国際会議、国内での学会で発表する。成果としては、(1)実施計画の(1)の成果として、昨年度の研究で収集した資料を分析、考察を行った。(2)実施計画の(2)の成果として、日本国内での交通需要管理政策の関連資料の収集を行い、アメリカでの事例と比較検討した。(3)実施計画の(3)の成果として、日本計画行政学会第22回全国大会論文集に投稿し、研究成果を発表した。本研究の目的は、州成長管理計画という広域的な都市計画の枠組みの中での個別自治体の土地利用計画策定の実態を、代替案の策定/評価とデータベースの要件から検証してみることにある.アメリカの州計画、地域計画、自治体計画という計画体系のもとでの土地利用計画の評価、データベース構築のあり方を調査した研究はなされていない。本年度の研究実施計画は、(1)州成長管理計画および州計画に関する最新の動向を把握すべく、関連学会誌、研究機関、当該行政機関での情報収集、調査を行なう.(2)州法(成長管理関連法)に基づく総合計画および土地利用計画策定状況と、社会経済指標を用いての定量分析に基づく都市成長度(市街化度など)から、対象とする州と自治体の選定を行なう。(3)選定した州および自治体より、総合計画/土地利用計画/都市基盤整備計画/土地利用計画評価結果報告書/GIS整備報告書などの資料を収集する。(4)適当な時期に、2)、3)の結果を整理し、継続作業計画(平成11年度)の確認および取りまとめの結果を適当な国内学会および国際会議で発表する。ということであった。成果としては、(1)実施計画の(1)、(2)、(4)の成果として、「地域開発」(10月号)、および、「1998年度都市計画学会学術研究論文集」にて発表した。(2)実施計画の(3)の成果として、本年度はフロリダ州の自治体を対象に資料を収集した.フロリダ州だけを対象とした理由は、聞き取り調査の段階で他州に比べて土地利用計画、都市基盤整備計画策定に係わるデタベース整備が進んでいるという情報を得たためである。来年度の継続研究として(1)本年度の発表論文で対象としたワシントン州の自治体についても資料を収集する。(2)収集した資料をもとに整理、分析を行い、国内外の学術雑誌への投稿および国際会議で発表する。
Stem Cell Factor遺伝子の転写調節機構の解析

我々は線維芽細胞をIL-6にて刺激すると、線維芽細胞内のSTAT3を介してStem Cell Factor (SCF)が産生されることを明らかにしてきた。さらにSCFの転写調節機構を解析する目的でSCFのプロモーター解析を行った。SCF遺伝子の上流-500-1をルシフェラーゼ発現ベクターにサブクローニング後、マウス線維芽細胞NIH3T3に遺伝子導入した。IL-6ファミリーサイトカインであるIL-6,OSM, LIFと、IL-4にて刺激し、ルシフェラーゼ活性を測定したところ、OSM>IL-6>LIFの順で強い活性の上昇が確認されたが、IL-4刺激による活性の上昇はみられなかった。次にSCF遺伝子の上流-450-1、-405-1、-360-1、-300-1,-250-1、-200-1,-100-1をそれぞれPCRで増幅し,ルシフェラーゼ発現ベクターにサブクローニングした。同様の方法でルシフェラーゼ活性を測定した結果、-450-1、-405-1、-360-1、-300-1のみに活性がみられた。さらに-500-386、-500-288、-500-198、-500-103のベクターで同様にルシフェラーゼ活性を測定すると、-500-198、-500-103のみに活性がみられた。以上の結果から-288-250の領域がIL-6ファミリーサイトカイン刺激において重要な領域であることが明らかになった。SCFのプロモーター領域にはSTAT3の結合配列はないが、-288-250の領域には転写因子ELK1の結合配列があることより、IL-6ファミリーサイトカイン刺激によりSTAT3とELK1が協調的に働いてSCFのプロモーター活性を上昇させることが示唆された。マスト細胞は,皮膚,肺,消化管などの結合組織や粘膜内に広く分布し,ヒスタミンなどケミカルメディエーターを産生,放出することにより炎症反応におけるエフェクター細胞として重要な役割をはたしている。皮膚ではアトピー性皮膚炎の苔癬化病変や尋常性乾癬,扁平上皮癌などの表皮のケラチノサイトの増殖を伴う疾患において真皮内のマスト細胞の増加が報告されており,ケラチノサイト由来の因子によりマスト細胞が増殖する可能性が示唆されていた。また,強皮症やケロイドなどの線維芽細胞が活性化された病態においてもマスト細胞の増加が指摘されている。これまでの検討より,ケラチノサイトが産生するIL-6ファミリーサイトカインが線維芽細胞を刺激して,活性化した線維芽細胞からマスト細胞増殖因子であるStem Cell Factor (SCF)が産生されることを明らかにした。さらにSCFの転写調節機構を検討する目的のために,SCF遺伝子のプロモーター領域の検討を行った。SCF遺伝子の上流約500塩基をルシフェラーゼベクターにサブクローニングした後,線維芽細胞(NIH/3T3)に遺伝子導入した。この細胞をIL-6で刺激したところ非刺激の細胞と比べてルシフェラーゼ活性が上昇していた。さらにSCF遺伝子の上流-300,-200,-100塩基をそれぞれPCRで増幅し,deletion mutantベクターを作成した。上述の方法でルシフェラーゼ活性を測定したところ-200,-100では活性がみられず、-500、-300のみに活性がみられた。以上からSCF遺伝子の上流-200から-300までの間にIL-6により誘導された転写因子が結合してSCF遺伝子の翻訳を促進する可能性が示唆された。
バイオフィルム生成超初期における金属材料表面への細菌の付着性の評価

各種材料表面上への浮遊細菌の付着性やバイオフィルム形成能を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価し、細菌やバイオフィルムが付着しにくい材料についての知見を得ることが目的である。その結果、グラッシーカーボン、各種プラスチック、各種金属上のへの緑膿菌や海洋性ビブリオ菌の付着量やそれらの菌が形成するバイオフィルム付着量や形態をAFMを用いて評価することに成功した。またこれらの付着挙動が基板により異なる理由について明らかにするために、バイオフィルム含有成分を含む水溶液とこれら基板上への付着仕事についても評価を行い、各種細菌やバイオフィルムの付着量や形態と付着仕事の関係についても考察を行った。微生物誘起腐食(MIC)が水環境下での構造材について問題となってきている。MICの防止・抑制には原因となるバイオフィルム生成の抑制が必要であり、そのためには浮遊細菌の金属材料への付着を抑制する必要がある。従来、MICの防止・抑制の指標として、主に材料の「抗菌性」が用いられてきたが、抗菌性のみでは説明できないケースが多数存在することがわかってきた。この理由の一つには、「抗菌性」と「浮遊細菌の付着性」が一致しない場合があるためと考えられる。そこで、各種材料表面への浮遊細菌の付着性を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価し、細菌が付着しにくい材料についての知見を得るのが本研究の目的である。今年度は、各種材料を緑膿菌を含んだ溶液(溶液1mm3あたり約1000万個)に一定時間浸漬し、緑膿菌がどのように付着しているかについてAFMにより観察した。その結果、グラッシーカーボンで観察に成功し、以下のことがわかった。1.緑膿菌溶液に1時間浸漬したグラッシーカーボンの表面には、緑膿菌が殆ど観察されず、1時間程度では緑膿菌が殆ど付着しないことがわかった。2.緑膿菌溶液に2時間浸漬したグラッシーカーボンの表面には、凝集せずに孤立した状態で基板に付着したと思われる緑膿菌が複数観察され、2時間程度で緑膿菌が付着し始めることがわかった。3.緑膿菌溶液に4時間浸漬したグラッシーカーボンの表面には、大小さまざまな緑膿菌の凝集塊が観察でき、また分泌物も見られたため、4時間程度でバイオフィルムが形成し始めることがわかった。4.緑膿菌溶液に6時間浸漬したグラッシーカーボンの表面には、緑膿菌の凝集がより進行するとともに、分泌物の量も増加しており、6時間程度でバイオフィルムの形成がより進行することがわかった。MICの防止・抑制には原因となるバイオフィルム生成の抑制が必要であり、そのためには浮遊細菌の金属材料上への付着を抑制する必要がある。従来、MICの防止・抑制の指標として、主に材料の「抗菌性」が用いられてきたが、「抗菌性」と「バイオフィルム生成能」が一致しないケースが存在することがわかってきた。その理由の一つには「抗菌性」と「浮遊細菌の付着性」が一致しない場合があるためと考えられる。そこで、各種材料表面への浮遊細菌の付着性やバイオフィルム生成能を原子間力顕微鏡等を用いて評価し、細菌が付着しにくい材料、バイオフィルムが付着しにくい材料についての知見を得るのが本研究の目的である。昨年度はグラッシーカーボン上への緑膿菌の付着性について評価を行い、観察手法の確立に成功した。今年度は、各種プラスチック基板(塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、6ナイロン、66ナイロン)への緑膿菌の付着性やバイオフィルム生成挙動について原子間力顕微鏡を用いて評価を行った。その結果、以下のことがわかった。1.緑膿菌バイオフィルムの生成試験を行ったところ、塩化ビニル、6ナイロン、66ナイロン上で付着した緑膿菌の観察に成功したが、同じ浸漬条件でもポリプロピレン上では緑膿菌が観察されなかった。また、塩化ビニルについて、浸漬時間の増加につれ付着する緑膿菌の数も増えることが分かった。2.実験室的バイオフィルム加速生成試験機を用いて、空気中の雑菌によるバイオフィルムの生成試験を行ったところ、浸漬時間が増加するとバイオフィルムのラフネスは増加すること、成長したバイオフィルムのラフネスは、フッ素ゴム上が一番大きく、次いで、6ナイロンや66ナイロンであり、その他の基板上のバイオフィルムのラフネスはそれらより小さかった。MICの防止には原因の1つであるバイオフィルム生成の抑制が必要であり、そのためには浮遊細菌の金属材料への付着を抑制する必要がある。従来MICの防止・抑制の指標として、主に材料の「抗菌性」が用いられてきたが、「抗菌性」と「バイオフィルム生成能」が一致しないケースが存在することがわかってきた。その理由の1つとして「抗菌性」と「浮遊細菌の付着性」が一致しない場合があるためと考えられる。そこで各種材料表面への浮遊細菌の付着性やバイオフィルム形成能を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価し、細菌が付着しにくい材料、バイオフィルムが付着しにくい材料についての知見を得ることが目的である。初年度は、グラッシーカーボン上への緑膿菌の付着性についてAFMを用いて評価を行い、観察手法の確立に成功した。2年目は、AFM評価により、異なる複数の樹脂材料上への緑膿菌の付着性やバイオフィルムの付着形態の違いを明らかにした。

今年度は上記緑膿菌の付着性やバイオフィルム付着形態の違いが何によるかについての知見を得るために、模擬バイオフィルム溶液(緑膿菌バイオフィルムに含まれる成分を含有)の各種基板への濡れ性について明らかにした。具体的には、緑膿菌バイオフィルム主成分の1つであるアルギン酸塩や界面活性成分として含まれているラムノリピッドの水中への添加の有無が、濡れ性にどのような影響を与えるかについて調査した。また、新たに海洋性ビブリオ菌についても同様にAFMで観察が可能なことが明らかになり、本手法は菌種によらず使用可能であることが示唆された。現在、これらの成果についての論文執筆を行いつつ、AFM以外の走査型プローブ顕微鏡を用いてのより詳細な観察といった新たな展開に挑戦している最中である。各種材料表面上への浮遊細菌の付着性やバイオフィルム形成能を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価し、細菌やバイオフィルムが付着しにくい材料についての知見を得ることが目的である。その結果、グラッシーカーボン、各種プラスチック、各種金属上のへの緑膿菌や海洋性ビブリオ菌の付着量やそれらの菌が形成するバイオフィルム付着量や形態をAFMを用いて評価することに成功した。またこれらの付着挙動が基板により異なる理由について明らかにするために、バイオフィルム含有成分を含む水溶液とこれら基板上への付着仕事についても評価を行い、各種細菌やバイオフィルムの付着量や形態と付着仕事の関係についても考察を行った。各種材料表面への浮遊細菌の付着性やバイオフィルム生成能を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価し、細菌が付着しにくい材料、バイオフィルムが付着しにくい材料についての知見を得るのが本研究の目的である。初年度までに、浮遊細菌の付着性やバイオフィルム生成能をAFMを用いて評価する方法について確立し、2年目(今年度)は各種基板を用いて観察を行うことにより、基板種による浮遊細菌の付着性やバイオフィルム生成挙動の違いを観察することに成功している。界面制御工学本研究課題の今後の推進方策は以下の通りである。・基板種による違いが見られる理由について明らかにするために、バイオフィルムの付着仕事について求める。・より詳細なバイオフィルム形態観察のため、AFMと同じく、走査型プローブ顕微鏡の一種である走査型イオン電導顕微鏡を用いてのバイオフィルム観察を試みる。各種材料表面への浮遊細菌の付着性を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価し、細菌が付着しにくい材料についての知見を得るのが本研究の目的である。現在までに、各種材料表面への浮遊細菌の付着性を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて評価する手法については、ほぼ確立した。平成25年度はバイオフィルムを観察する基板を色々と検討したが、グラッシーカーボンでの観察に成功し、その結果、検討する基板種が予定より少なくて済んだため、次年度使用額が生じた。平成26年度は、材料種によるバイオフィルム付着挙動の違いを詳細に調査するため、当初予定していた以外の基板にも対象を広げ、次年度使用額はこれらの基板の購入費にあてた結果、次年度使用額は昨年に比べて大幅に減少したものの、まだ若干残っている。今後は、材料の違い(材料種や前処理、表面ラフネス、材料の抗菌性等)による浮遊細菌の付着性を明らかにし、細菌が付着しにくい材料についての知見を得たいと考えている。
ポリマーファイバ中の非線形現象を用いた安心・安全のための分布型センシングシステム

ポリマー光ファイバ(POF)を用いた高機能計測技術の確立に向け、本年度は、1、POF中の誘導ブリルアン散乱の観測、2、コア径縮小によるブリルアン散乱光の強度向上、3、音速実測によるブリルアン特性推定法の確立、4、シリカファイバとPOFの高効率な結合手法の開発、5、POF端におけるフレネル反射の特性解析、6、ファイバ端の誘電体多層膜を用いた屈折率センサの開発、などを行った。1:昨年度、全フッ素化屈折率傾斜型POF中の自然ブリルアン散乱光の観測に世界で初めて成功し、従来不可能であった歪に依存しない高精度な温度センシングへの応用可能性を示した。しかし実用のためには、POFからのブリルアン散乱光の強度を向上させる必要があった。そこで、ポンプ・プローブ法を用いて自然ブリルアン散乱を誘導ブリルアン散乱に遷移させることで、その強度を大幅に向上させることに成功した。2:従来の120μmよりも小さい62.5μmのコア径を持つPOFを入手し、特性を調査することにより、POFのコア径および長さのブリルアン信号への影響を解明した。3:全フッ素化されていない一般のアクリルで構成されたPOFは、低損失となる波長帯が可視光領域にあるためブリルアン散乱光を直接観測することは困難である。そこで、POF中の音速を実測し、その結果からブリルアン周波数シフトを推定する手法を提案、確立させた。4:シリカファイバとPOFの高効率な結合を、ブリルアン散乱による反射光強度のモニタリングにより実現した(特許申請済)。5:POF端のフレネル反射はシリカファイバよりも大きく、ブリルアン散乱スペクトルに与える影響が大きいことを実験的・理論的に示した。6:ファイバ端に蒸着した誘電体多層膜の反射中心波長が外部の屈折率に依存することを利用し、液体・気体・固体に対して利用可能な屈折率センサを開発した(特許申請済)。これらの研究成果の一部は、ドイツ連邦材料試験研究所においてKrebber博士の指導の下行った。当初、極めて困難と思われていた多モードのポリマー光ファイバ(POF)中のブリルアン散乱光の観測と制御に成功し、世界中の関連研究機関から興味を持って頂いている。そのため、本年度は、招待論文執筆2件と国際会議での招待講演1件を依頼された。また、ドイツ連邦材料試験研究所のKrebber博士のチームから共同研究を依頼され、2ヶ月弱の間現地に赴き、POFのブリルアン散乱のセンサ応用に関する研究を進めた。今度は、実際に分布型計測を実現することが一番の課題である。そのためには、まず、ブリルアン光時間領域反射計(BOTDR)の実験系を構築し、POFを用いた場合にどの程度の性能が得られるかを検証する必要がある。また、空間分解能やSN比など各種性能を向上させるために、ブリルアン光時間領域解析法(BOTDA)やブリルアン光相関領域解析法(BOCDA)を導入することも併せて検討している。そのためには、ロックイン検波を用いないポンプ・プローブ法による誘導ブリルアン散乱への遷移の実現や、単一モードのPOFの入手が求められる。さらにこれらと並行して、POFが可塑領域になるほどの大きな歪を印加した場合のブリルアン特性について解明する必要がある。ポリマー光ファイバ(POF)を用いた高機能計測技術の確立に向け、本年度は、1、POF中の自然ブリルアン散乱の初観測、2、温度・歪センシング特性の解明、3、ブリルアン散乱光の強度向上、4、シリカファイバとPOFの高効率な結合手法の開発、などを行った。1:全フッ素化屈折率傾斜型POFと通信波長帯の光源を利用し、ヘテロダイン検波を実装することで、従来困難であるとされていたPOF中の自然ブリルアン散乱光の観測に世界で初めて成功した。同時に、周波数シフトや線幅、利得係数などの基本的な物理量を解明し、従来のシリカファイバに対するセンシング応用上の優位性を明らかにした。2:POF中の自然ブリルアン散乱による周波数シフト量が、シリカファイバに比べ、歪に対しては極めて小さく、温度変化に対しては極めて大きいことを発見した。これは、従来不可能であった歪に依存しない高精度な温度センシングへの応用可能性を示唆している。3:実際に高精度温度センサに応用するためには、POFからのブリルアン散乱光の強度を向上させる必要がある。位置分解機能を導入し、分布型センサを実現するのが今後の課題である。4:システム全体をPOFで構成するのは一般に困難であるため、シリカファイバとPOFの高効率な結合は必要不可欠な技術である。従来は透過光強度のモニタリングやCCDカメラを用いて両者のコアの位置合わせを行っていた。しかし今回、ブリルアン散乱による反射光強度をモニタリングする手法の方が、より広い応用範囲を持つことを実験的に示した。現在、特許申請の準備中である。これらの研究成果は、東京大学の保立研究室、慶應義塾大学の石榑研究室、ドイツ連邦材料試験研究所のKrebber博士のチームなど、複数の機関に興味を持って頂き、共同研究を進めている。

ポリマー光ファイバ(POF)を用いた高機能計測技術の確立に向け、本年度は、1、POF中の誘導ブリルアン散乱の観測、2、コア径縮小によるブリルアン散乱光の強度向上、3、音速実測によるブリルアン特性推定法の確立、4、シリカファイバとPOFの高効率な結合手法の開発、5、POF端におけるフレネル反射の特性解析、6、ファイバ端の誘電体多層膜を用いた屈折率センサの開発、などを行った。1:昨年度、全フッ素化屈折率傾斜型POF中の自然ブリルアン散乱光の観測に世界で初めて成功し、従来不可能であった歪に依存しない高精度な温度センシングへの応用可能性を示した。しかし実用のためには、POFからのブリルアン散乱光の強度を向上させる必要があった。そこで、ポンプ・プローブ法を用いて自然ブリルアン散乱を誘導ブリルアン散乱に遷移させることで、その強度を大幅に向上させることに成功した。2:従来の120μmよりも小さい62.5μmのコア径を持つPOFを入手し、特性を調査することにより、POFのコア径および長さのブリルアン信号への影響を解明した。3:全フッ素化されていない一般のアクリルで構成されたPOFは、低損失となる波長帯が可視光領域にあるためブリルアン散乱光を直接観測することは困難である。そこで、POF中の音速を実測し、その結果からブリルアン周波数シフトを推定する手法を提案、確立させた。4:シリカファイバとPOFの高効率な結合を、ブリルアン散乱による反射光強度のモニタリングにより実現した(特許申請済)。5:POF端のフレネル反射はシリカファイバよりも大きく、ブリルアン散乱スペクトルに与える影響が大きいことを実験的・理論的に示した。6:ファイバ端に蒸着した誘電体多層膜の反射中心波長が外部の屈折率に依存することを利用し、液体・気体・固体に対して利用可能な屈折率センサを開発した(特許申請済)。これらの研究成果の一部は、ドイツ連邦材料試験研究所においてKrebber博士の指導の下行った。当初、極めて困難と思われていた多モードのポリマー光ファイバ(POF)中のブリルアン散乱光の観測と制御に成功し、世界中の関連研究機関から興味を持って頂いている。そのため、本年度は、招待論文執筆2件と国際会議での招待講演1件を依頼された。また、ドイツ連邦材料試験研究所のKrebber博士のチームから共同研究を依頼され、2ヶ月弱の間現地に赴き、POFのブリルアン散乱のセンサ応用に関する研究を進めた。今度は、実際に分布型計測を実現することが一番の課題である。そのためには、まず、ブリルアン光時間領域反射計(BOTDR)の実験系を構築し、POFを用いた場合にどの程度の性能が得られるかを検証する必要がある。また、空間分解能やSN比など各種性能を向上させるために、ブリルアン光時間領域解析法(BOTDA)やブリルアン光相関領域解析法(BOCDA)を導入することも併せて検討している。そのためには、ロックイン検波を用いないポンプ・プローブ法による誘導ブリルアン散乱への遷移の実現や、単一モードのPOFの入手が求められる。さらにこれらと並行して、POFが可塑領域になるほどの大きな歪を印加した場合のブリルアン特性について解明する必要がある。
弱視疑似体験の理論化と専門家養成における研修マニュアルの開発

本研究では、弱視疑似体験の理論化を行い、市販のトライアルセットの有効性と限界を明らかにした。また、視覚障害教育・リハビリテーションの専門家を養成する際、指導技術をより具体的に理解する上で疑似体験の手法が有効であることを検証し、疑似体験の手法を用いた研修マニュアルを開発した。以下その概要を示す。(1)疑似体験の理論化a)弱視の見え方・見えにくさの分類と整理:弱視疑似体験は、弱視の見え方や見えにくさを疑似的に体験させるものである。したがって、まず、弱視の見え方・見えにくさを分類・整理ために先行研究の文献研究及び研究協議を実施して検討した。b)弱視疑似体験トライアルセットの特性の検討:まず、入手可能な弱視疑似体験トライアルセットを調査した。その結果、国内では1社、国外では3社から市販されていることがわかった。これらのトライアルセットの中から代表的な3種類を購入し、トライアルセットの特性を明確にした。c)トライアルセットの有効性と限界の検討:トライアルセットの特性に基づいて、それらが弱視の見え方・見えにくさを的確に表現できているか否か、その有効性と限界を検討した。(2)研修マニュアルの試作a)研修プログラムの検討:申請者が従来から実施して来た疑似体験手法を用いた研修講座を基本にして、専門家養成に必要な疑似体験項目を列挙し、研修プログラムを立案した。b)研修プログラムの実施:立案した研修プログラムを各種研修講座、盲学校、弱視特殊学級等で専門家に実施し、プログラムの有効性と限界をVTRによる行動評価と参加者のアンケート調査で検討した。c)マニュアルの作成:弱視疑似体験の理論及び視覚障害教育・リハビリテーションの指導技術を疑似体験の手法を用いて体系化した研修プログラムをマニュアルとしてまとめ、疑似体験を希望する機関に配布した。以下その概要を示す。