hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
病理組織診断支援のための標本スライド3次元解析手法の研究

2次元的核密度と核面積の分散の代わりに核面積のヒストグラムを特徴量として用いることにより推定精度を改善し,40倍,20倍,10倍の対物レンズを用いた場合で,それぞれ±16%,±9%,±6%の推定精度(90%信頼区間幅)が得られることを明らかにした.(2)病理組織画像から核面積のヒストグラムを得る労力を軽減するためにGUI(グラフィカルユーザインターフェイス)のプロトタイプを作成した.(3)標本スライドの3次元データを構築する手法(Blind Deconvolution)の改善を試みた.従来手法で用いられていた空間周波数領域での拘束条件をより厳密に改善すると共に,対物レンズのNAが高いことに対する補正を行った.その結果,従来法で見られていた光軸上の不自然な周期的パターンが軽減されると共に,標本が存在する領域における吸収量が増加し,結果は改善された.また,改善された手法を用いて構築した標本の3次元データより標本の厚さを非破壊測定する手法について検討し,ガラス面に接する標本の下面については高い精度で推定できる目途を得た.今度は,厚さが既知の試料を利用することで,推定精度を評価する予定である.【目的】病理組織の標本スライドを3次元の対象物として解析する手法について研究し,最終的には標本の厚さに依存しない特徴量を算出することにより病理組織診断を支援するシステムを実現する.【研究成果】H18年度の研究成果を以下にまとめる.病理医が通常観察している病理組織画像1枚から3次元的核密度を推定する手法について,改善を行った.具体的には,特徴量として用いるヒストグラムの階級幅の最適化や,ヒストグラムの一致を判定する条件の改善を行った.また,核に関する3つのパラメータ(3次元的核密度,核の平均半径,半径の分散)を同時に推定するため(同時推定),3つのパラメータの全ての組み合わせについて確率密度の算出が必要となり,計算時間がかかる問題があった.そこで,3つのパラメータを一つずつ順番に推定する手法(順次推定)を新たに考案した.シミュレーションの結果,同時推定で4時間かかった推定が順次推定では6分で実行でき,計算時間を大幅に短縮できることが明らかとなった.推定結果に関しては,期待値についてはほぼ同じ結果が得られたものの,信頼区間幅については順次推定の方が小さくなった.この原因は3つのパラメータの独立性が不十分なためと思われ,順次推定の結果を利用する際には算出された信頼区間幅を少し大きめに想定する必要があることが明らかとなった.実現した推定手法を利用するためのGUI(グラフィカルユーザインターフェイス)を実現した.GUIは,肝病理組織標本画像からの核位置の自動抽出,修正,核輪郭の自動抽出,修正,輪郭情報を元にした核のパラメータの自動推定などの機能を持つ.核位置や輪郭の修正はマウスを用いて容易に行えるようになっており,これにより,標本の厚さに依存しない核密度の算出が可能な支援システムが実現された.
プロテオグリカンの共通四糖橋渡し構造および糖鎖結合部位の一斉解析

本研究ではピラゾロン試薬共存下でのβ脱離反応を利用した糖鎖および脱修飾化ペプチド解析法の基盤技術を発展させ、「プロテオグリカンの共通四糖橋渡し構造および糖鎖結合部位の一斉解析法」の開発を目的として研究を遂行した。まず、マイクロ波支援BEP反応を検討し、糖タンパク質からのO結合型糖鎖の切断およびピラゾロン試薬による標識効率が向上し、反応条件の最適化を行うことで、これまで16時間必要とした反応が2時間で完了した。また、ペプチドグリコサミノグリカンのエンリッチ法およびグライコブロッティング法と併用することでプロテオグリカンの共通四糖橋渡し構造、GAG二糖構造、および糖鎖結合部位の同定法を確立した。本研究ではピラゾロン試薬共存下でのβ脱離反応(BEP反応)を利用した糖鎖および脱修飾化ペプチド解析法をさらに進展させ、セリン残基修飾の一つであるプロテオグリカンの共通四糖橋渡し構造および糖鎖結合部位の一斉解析を目的とし研究を遂行している。申請者は、新規高感度ピラゾロン試薬の開発と糖鎖標識反応機構の解明を目的として引き続き研究を進めた。特に蛍光基を導入した新規ピラゾロン化合物の合成が達成されることで、1)β脱離糖鎖および脱グリコシル化ペプチド/タンパク質の定量解析、2)蛍光標識化合物の選択的な回収、が可能となり、本研究の研究計画に挙げている両方が達成できる。昨年度より引き続き様々なピラゾロン誘導体の合成について検討を進めているが、環化反応の効率が悪いため、前年度購入したマイクロ波合成装置や亜鉛錯体を触媒に用いた環化反応について検討した。また、アミノ基を持つピラゾロンを糖鎖と反応させた後、イソシアネート等の試薬を用いることで、二段階反応によって誘導化できることが明らかとなった。さらに、ピラゾロンは糖鎖の還元末端に二つ導入されるが1つを選択的に切断でき、HPLC解析への適用が示唆された。本研究課題のエンリッチ法の開発の一環としては、グリコサミノグリカンを有するプロテオグリカンについて検討を行い、プロテアーゼ等の酵素消化後にエタノール沈殿等を行うことで多糖を有する糖ペプチドを効率よくエンリッチすることができることが判明している。本年度はさらにゲル濾過などを用いた精製法についても検討を開始した。最終年度は新規試薬によるBEP反応条件や多糖を有する糖ペプチドの精製条件を最適化し、プロテオグリカンの共通四糖橋渡し構造および糖鎖結合部位の一斉解析法を確立する。本研究ではピラゾロン試薬共存下でのβ脱離反応を利用した糖鎖および脱修飾化ペプチド解析法の基盤技術をさらに進展させ、有用な新規ピラゾロン試薬の開発、さらにはセリン残基修飾の一つである「プロテオグリカンの共通四糖橋渡し構造および糖鎖結合部位の一斉解析法」の開発を目的としている。申請者はまず、新規高感度ピラゾロン試薬の開発と糖鎖標識反応機構の解明について研究を進めた。複数のピラゾロン誘導体合成を開始し、定量性を目的とした蛍光基を導入した新規ピラゾロン化合物の合成を完了した。得られた化合物は、これまでに使用していたピラゾロン共存下β脱離反応溶液には難溶性であり、種々反応条件の検討の結果、DMSO等の溶媒中でも同様に反応が進行することが確認された。合成した試薬と糖鎖との反応性については、合成ピラゾロン試薬のサイズ等が重要であり、得られた知見をもとに新たな試薬の設計・合成を進めている。O-結合型糖鎖のエンリッチ法の開発の一環としては、本研究課題である多糖を有するプロテオグリカンについて検討を行い、プロテアーゼ等の酵素消化後にエタノール沈殿等を行うことでペプチドグリカンを効率よくエンリッチすることがでることが判明した。また、得られたペプチドグリカンをピラゾロン共存下β脱離反応を行うことでプロテオグリカンの糖鎖結合部位を同定できた。また、ムチン糖タンパク質であるブタ胃ムチンを用いて高温条件下におけるピラゾロン共存下β脱離反応の条件を検討した結果、O結合型糖鎖の回収量が高効率化され、反応時間も16時間から2時間へと大幅に短縮することができた。本研究ではピラゾロン試薬共存化でのβ脱離反応(BEP反応)を利用した糖鎖および脱修飾ペプチドの解析法をさらに進化させ、セリン残基修飾の一つであるプロテオグリカンの共通四糖橋渡し構造および糖鎖結合部位の一斉解析を目的として研究を遂行した。申請者は1)プロテオグリカンを含むO結合型糖鎖のBEP反応における効率化を目指し、マイクロ波を用いた反応について検討した。マイクロ波支援BEP反応では、ピラゾロン修飾およびβ脱離反応による糖鎖の切断がともに効率化でき、これまで16時間必要な反応時間を2時間まで短縮でき、さらに二倍以上でO結合型糖鎖を回収できる反応条件を確立するに至った。

これにより、組織等の生体試料におけるO結合型糖鎖の解析が可能となった。次に2)グリコサミノグリカンを有するペプチドグリコサミノグリカンの効率的なエンリッチ法を確立を目的とし、プロテオグリカンの一つである尿トリプシン阻害剤(Urinary Trypsin Inhibitor)のペプチドグリコサミノグリカンをトリプシン消化とエタノール沈殿を組み合わせることで効率的にエンリッチでき、さらに共通四糖橋渡し構造をふくむ六糖構造およびグリコサミノグリカン繰り返し二糖構造の一斉解析を達成した。3)蛍光基を導入した新規ピラゾロン試薬の合成は達成しているが、合成試薬の溶解性や立体障害などの問題から目的とするピラゾロン二置換体のO結合型糖鎖の生成効率が低い問題点が残されているが、本研究によりプロテオグリカンの一斉解析およびマイクロ波支援BEP反応による効率化が達成できた。分析化学ピラゾロン合成については、最終的な環形成が進行しにくいため、マイクロ波を利用した無溶媒反応や亜鉛錯体を用いた環形成反応などについての検討を進めた。また、アミノ基をもつピラゾロン試薬での糖鎖標識についても検討を開始し、イソシアネート試薬などを用いることで二段階反応によりアミノ基を選択的に修飾できることが明らかとなり、目的物への新たなルートが示された。また、ピラゾロン共存下β脱離反応によって、ピラゾロン試薬は糖鎖に二つ導入されるが、選択的にピラゾロンひとつを切断でき、合成している試薬の立体障害により二つの導入が困難な場合においても、最終的にモノピラゾロン誘導体へと変換することで、HPLC解析へ適応可能である。また、実際のサンプルのエンリッチ法としてはゲル濾過(superdex75)について検討を進め、糖ペプチドを回収する系についても概ね目処がついている。以上より、本研究はおおむね順調に進展している。新規に合成したピラゾロン試薬については反応溶媒における溶解性や糖鎖との反応性などの知見を得ることができ、より有用なピラゾロン試薬の設計および合成を順調に進めることができている。またプロテオグリカンについてはエタノール沈殿法により効率よくエンリッチすることが可能であったため、本計画を十分に遂行することが可能となった。さらには高温条件下におけるピラゾロン共存下β脱離反応により、O結合型糖鎖の回収量が大幅に向上し、反応時間が大幅に短縮できる新たな方法が確立できたことは、セリン/スレオニン残基に修飾された様々な糖鎖解析に応用できるだけでなく、エンリッチ法を開発するうえでも鍵となる反応であると考えられる。最終年度は、蛍光基を導入したピラゾロン試薬を合成を完了し、新規ピラゾロン試薬によるBEP反応の最適化を行う。またプロテオグリカンの一つであるシンデカンをトリプシンなどの酵素消化後、これまでに検討を行ったエタノール沈殿やゲル濾過などにより目的とする多糖を有する糖ペプチドを回収した上で、目的であるプロテオグリカンの四糖橋渡し構造および糖鎖結合部位の一斉解析を行い、本課題を目的としたプロトコールを確立する。今年度は、蛍光基を有する新規ピラゾロン試薬の合成および評価を引き続き進めていく。またエタノール沈殿によるエンリッチ法を利用してプロテオグリカンの共通の四糖橋渡し構造および糖鎖結合部位の同定についての研究を進める。解析法についてはMALDI-TOF MS以外にLC MSによる検討を開始する。
１分子から心臓への階層縦断的計測を用いて高速自励振動の心拍への役割を解明する

心拍は最も頑強な生体リズム現象の一つである。この心拍は、心筋細胞のカルシウム濃度の変動に伴った収縮振動によって生み出されている。近年、代表者は、新生児ラットの生きた心筋細胞を3842°Cに温めると、温めている間だけ可逆的に、カルシウム濃度変動と独立した振動数の収縮振動、HSOs (Hyperthermal Sarcomeric Oscillations)が発生することを発見した。この現象の発見は、深部体温が従来考えられていた以上に心拍にとって重要であることを示唆すると共に、心拍にとって、カルシウム濃度非依存な収縮特性が重要である可能性を強く示唆するものであった。そこで、上記の温めた心筋細胞に生じる収縮振動、HSOsの特性に関して、高時間分解能(500frame/sec)のサルコメア長のnm精度計測を行なった。結果、HSOsが発生している状態のサルコメアの振動は、カルシウム濃度変動と同じ振動数の成分と、その数倍高い振動数のHSOs成分の2成分を持っていること、このHSOs成分の振動は、振動の振幅や収縮・伸展の時間が、カルシウム濃度変動の影響を受けて変化する一方で振動周期(収縮時間と伸展時間の和)は一定の値を保つ、収縮リズム恒常性と呼べるような性質を備えていることが明らかとなった。ミオシン等の分子の状態遷移から心臓の拍動までを繋げたマルチスケールモデルから、心筋細胞モデルを取り出し、上記の実験事実の再現を試みたところ、ミオシンの挙動が、ミオシンのおかれた化学力学状態(状況)によって変わる、多機能性を意味するような仮定を置かないと現象を再現できないこと、そのミオシンの仮定を取り入れた心臓拍動のシミュレーションは、従来モデルよりも心拍のエネルギー効率がよくなることが明らかとなった。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、新たに発見した心筋細胞の高速筋節振動がどのような分子メカニズムで実現し、心拍やその破綻とどう関わるのかを明らかにすることである。昇温操作の出来る実験系をパーツから自作し、心筋細胞内の筋収縮系の筋節(収縮ユニット)の計測精度に関しても、高速筋節振動計測時の画像取得レートを33frames/secから500frames/secに大幅に上げながらも筋節長の位置精度を5 nm (25 frames/secなら1 nm)とできるように装置を改良した。筋節長はα-actinin-GFPを発現させたZ線の輝度中心推定によって計測した。この実験系で高速筋節振動を計測すると、約1Hzの自発的なカルシウム変動に伴う筋節の収縮に応じて、同じ筋節が同時に行う約8Hzの高速筋節振動は、その振動振幅を約6倍も変調させていること、それにもかかわらずその高速振動の振動数は一定に保たれていることが明らかとなった。モーター分子の化学力学反応シミュレーションでその挙動の再現を試みることにより、振動を生み出し特徴付ける分子の挙動が理解できるようになった。すなわち、ナノメートルスケールの分子振動とマイクロメートルスケールの筋節振動を関係付けることに成功した。低侵襲化を進めているラット心臓表面の計測においてCa wave依存と考えると説明がつかないメカニカルオシレーションを捉えることに成功しており、この話も含めると、ナノメートルスケールの分子振動からミリメートルスケールの心臓までを「振動」という切り口で繋ぐ道筋を得ることに成功した。シミュレーションも数値実験と考えるのであれば、1年目で1分子から筋節、心臓までの各階層での振動現象を捉え、筋節の高速振動現象という切り口で階層縦断的考察を行えるように出来たことは良い進捗状況であると分析する。しかし、筋節内1分子挙動の実計測と、心臓と細胞のそれぞれの実験系で捉えた振動現象の関連性の明確な提示は未だ十分に出来ていない。この2点の解決は実験手法の開発という研究進展を促す目標でもある。現在の研究ペース配分がこの2点の解決のために十分であったかは1年目の現時点では未だ判断できないので、「(2)おおむね順調に進展している」と判断した。本研究は、新たに発見した心筋細胞の高速筋節振動がどのような分子メカニズムで実現し、心拍やその破綻とどう関わるのかの解明を目指すものである。今年度は、昨年度に開発した実験系による昇温誘起の高速筋節振動の振動特性を解析すると、振動周期が非常に頑強であることが明らかとなった。心筋細胞の自発的なカルシウム濃度変化に伴って、筋節は高速振動も続けながら、カルシウム濃度依存の収縮・弛緩も同時に行う。このとき、平均筋節長はもちろんのこと、振動振幅や、収縮・伸展時間も変化する。しかし、収縮時間と伸展時間の合算値である振動周期は一定に保たれる。関係性が示唆される結果として、振動周期の頻度分布が急峻な分布となることなど、共振・共鳴の仕組みの存在を示唆する結果が得られている。モデル計算による現象の再現としては、筋節集団の構造とアクトミオシンの反応およびカルシウム制御を考慮したモデルのシミュレーションで、強い振動周期の安定性、以外の再現に成功した。モデルの詳細から独立的な、実験結果への示唆として、カルシウム濃度に応じて筋節内部で働くミオシンの総数が変わり、筋節が生み出す力が大きくなる一方、個々のミオシンに掛かる力や環境があまり変わらないことが、カルシウム濃度応答と固有周期の維持を両立させているという示唆が得られた。これらの成果に関して、日本時間生物学会から優秀ポスター賞を頂いた。また、上記のモデル計算に関して、一定のカルシウム濃度において、ミオシン集団を起源とする筋節振動が発生する仕組みの仮説をPhys.Rev.E.に掲載した。

ここでは、首を振ったミオシンが、首を振る前の状態に戻る逆反応が起こることを仮定している。その妥当性の実験検証も、環境が許すなら行ないたいと考えている。発見した筋節振動を詳細に観察したからこそ見出せたと思われる、筋節の振動特性の頑強性を示す実験事実を得ることが出来た。また、分子のレベルから考えたモデル計算との比較検証を行うことで、破綻しない現象の説明が出来るようになった。すべての実験結果の説明は出来てないが、周期の頑強性と、カルシウム濃度応答性の両立の説明は、概要の項目に書いた通り可能になった。このモデルの話など、本研究に関連する、または結びつきうる研究成果を8本、論文掲載することが出来た。しかし、主たる研究の内容はまだ投稿準備中である。よって、「概ね順当に進展している」と自己評価する。心拍は最も頑強な生体リズム現象の一つである。この心拍は、心筋細胞のカルシウム濃度の変動に伴った収縮振動によって生み出されている。近年、代表者は、新生児ラットの生きた心筋細胞を3842°Cに温めると、温めている間だけ可逆的に、カルシウム濃度変動と独立した振動数の収縮振動、HSOs (Hyperthermal Sarcomeric Oscillations)が発生することを発見した。この現象の発見は、深部体温が従来考えられていた以上に心拍にとって重要であることを示唆すると共に、心拍にとって、カルシウム濃度非依存な収縮特性が重要である可能性を強く示唆するものであった。そこで、上記の温めた心筋細胞に生じる収縮振動、HSOsの特性に関して、高時間分解能(500frame/sec)のサルコメア長のnm精度計測を行なった。結果、HSOsが発生している状態のサルコメアの振動は、カルシウム濃度変動と同じ振動数の成分と、その数倍高い振動数のHSOs成分の2成分を持っていること、このHSOs成分の振動は、振動の振幅や収縮・伸展の時間が、カルシウム濃度変動の影響を受けて変化する一方で振動周期(収縮時間と伸展時間の和)は一定の値を保つ、収縮リズム恒常性と呼べるような性質を備えていることが明らかとなった。ミオシン等の分子の状態遷移から心臓の拍動までを繋げたマルチスケールモデルから、心筋細胞モデルを取り出し、上記の実験事実の再現を試みたところ、ミオシンの挙動が、ミオシンのおかれた化学力学状態(状況)によって変わる、多機能性を意味するような仮定を置かないと現象を再現できないこと、そのミオシンの仮定を取り入れた心臓拍動のシミュレーションは、従来モデルよりも心拍のエネルギー効率がよくなることが明らかとなった。シミュレーション結果という仮説を得たことで、筋節内部の分子動態の実験計測を試みた際、nm精度の筋節長だけでなく、分子の時系列変化や瞬間の状態分布から計測の成否を判定できるようになった。このことを武器に、実計測での高速振動時の筋節内分子挙動の可視化を目指す。また、心臓計測の実験系は、現時点では低侵襲とは言い難い。実験系の低侵襲化を目指していく。これまでに、筋節の話を、実験とモデル計算の両軸で進展させることに成功した。
14員環マクロライドはカニクイザルの高病原性鳥インフルエンザウイルス感染に有効か

鳥インフルエンザウイルス感染に対する新たな治療薬としてのクラリスロマイシン(CAM)の有効性を、カニクイザルを用いて検証した。H5N1感染ではCAM投与群で早期に解熱傾向を示したが、H7N9感染ではCAMの効果は乏しかった。気管拭い液中のウイルス量はH5N1, H7N9感染ともにCAM投与群で早期に減少した。感染7日目の肺組織内の炎症性サイトカイン産生量は、H5N1感染ではCAM投与群で減少し、H7N9感染でも減少した。以上のことからCAMは、鳥インフルエンザウイルスの感染・増殖を抑制し、生体側の過剰なサイトカイン産生も抑制して、新たな治療薬としての有用性が考えられた。カニクイザルに鳥インフルエンザウイルスを感染させ、14員環マクロライド(クラリスロマイシン, CAM)の内服投与の効果を検証した。1実験に使用するカニクイザルが以前にインフルエンザウイルスに感染していないことをELISA法で確認し、未感染であることを確認できたカニクイザルの腹腔内に体温・心拍計測器を埋め込んだ。2感染1週間前にP3感染動物飼育室に移動させて飼育し、このときから体温・心拍計測を開始した。3鳥インフルエンザウイルスA/Vietnam/UT 3040/2004(H5N1)、A/Anhui/1/2013(H7N9)を,ピペットを用いて鼻腔・口腔内に,カテーテルを用いて気管内に投与した。また感染当日から7日間CAM 15mg/kgを1日1回経口投与した。このとき麻酔下にカテーテルを胃内に挿入し,溶解したCAMを投与する。対照群には生食だけを投与する。4ウイルス投与前から毎日、体温・心拍・体重・食事摂取量を測定した。また連日、血液と鼻腔・口腔・気管拭い液(内視鏡下に細気管支の拭い液)を採取し、拭い液からはウイルス量の測定、血液からは血球算定と、血清中の網羅的サイトカイン解析を行った。5感染7日目に安楽死させ,死亡確認後に解剖した。脳,肺,心臓,肝臓,脾臓,リンパ節,腎臓,腸管などを取り出し,一部は凍結保存,残りはホルマリン固定した。今後組織中のウイルス量を測定するとともに、病理組織標本を作製し病理組織学的にウイルス感染の影響を評価する。カニクイザルに鳥インフルエンザウイルス(H5N1, H7N9)を感染させ、感染当日あるいは3日前からCAMを経口投与し、感染7日目に解剖して、CAM同時投与と前投与の有効性を比較検討した。H5N1感染ではCAM投与群で早期に解熱傾向を示したが、H7N9感染では重症化せず、CAM投与による効果は乏しかった。感染7日目の肺組織内のサイトカイン(IFN-γ, IL-1β, IL-6, IL-8)産生量は、H5N1感染ではCAM投与群でいずれも減少し、H7N9感染ではIFN-γ, IL-8産生が減少した。CAMの前投与群では同日投与群より強い効果が認められた。以上のことからCAMは、鳥インフルエンザウイルスの感染・増殖を抑制し、生体側の過剰なサイトカイン産生も抑制して、パンデミック時の治療薬としての有用性が考えられた。カニクイザルに対する感染実験を行い、おおむね解析できた。(はじめに)近年クラリスロマイシン(CAM)などの14員環マクロライドに、抗炎症作用や抗ウイルス作用があることが注目されている。一方、H5N1, H7N9鳥インフルエンザウイルスは、ヒトに感染すると致死率が高く、パンデミック時には莫大な人的・社会的被害が予測される。そこで、鳥インフルエンザウイルス感染に対する新たな治療薬としてのCAMの有効性を、よりヒトに近いカニクイザルを用いて検証した。(方法)カニクイザルに鳥インフルエンザウイルス(H5N1, H7N9)を感染させ、感染当日あるいは3日前からCAMを経口投与し、感染7日目に解剖して、CAM同時投与と前投与の有効性を比較検討した。(結果)H5N1感染ではCAM投与群で早期に解熱傾向を示したが、H7N9感染では重症化せず、CAM投与による効果は乏しかった。

以上のことからCAMは、鳥インフルエンザウイルスの感染・増殖を抑制し、生体側の過剰なサイトカイン産生も抑制して、新たな治療薬としての有用性が考えられた。予定通りカニクイザルに対する感染実験は行った。実験で得られた検体や組織標本の処理、解析を行っている。解析結果を公表(学会発表、論文)していく予定である。感染免疫つづけて実験で得られた検体や組織標本の処理、解析を行っていく。さらにヒト正常培養気道上皮細胞にインフルエンザウイルスを感染させ、クラリスロマイシンの作用を検討していく。
酵素反応をモデルとした高選択性,高活性酸素酸化触媒の研究

チトクロームP-450モノオキシゲナーゼの示す特異な触媒活性,高い反応性,基質選択性をより高度に利用することを目的として,酵素を凌駕しまたその選択性を自在に調節することのできる人工酵素系の開拓を行った.天然の酵素にみられる基質取り込み部位を再現するため,反応中心のポルフィリン上にビナフタレンにより修飾された"BINAP"ポルフィリンを合成した.この化合物は立体的に強固に固定された芳香環で囲まれた特異な疎水場を有する.この疎水ポケット中で基質の反応を選択的に行なわせるために軸配位子として立体的に嵩高い置換基を有するイミダゾールの共存下に鉄(III)"BINAP"ポルフィリンを触媒としてオレフィンのエポキシ化を行ったところ反応の加速がみられた.他の鉄ポルフィリン類の反応ではイミダゾールが共存すると著るしく反応が抑制されることからこの鉄"BINAP"ポルフィリンでは選択的に5配位錯体を形成していると結論付けられた.また同時に可視吸収スペクトルの測定からもこの新触媒は6配位錯体を形成し難いことが明らかとなった.これを用いて2種のオレフィンの競争的エポキシ化反応を行ったところ,極めて良好な基質選択性(形状選択性)を示し,その基質取込み部位の特異な環境がこの選択性を支配しているものと結論づけられた.次にビナフタレン類は軸不斉化合物であり,そのエナンチオマーを用いて不斉"BINAP"ポルフィリンを合成した.この鉄錯体を触媒としスチレン等の芳香族置換ビニル化合物の酸化をおこなったところ良好な「触媒的」不斉エポキシ化反応がみられた.特に1-ビニルナフタレンの様に疎水場を構成する分子と立体的,電子的に強く相互作用しうる基質では90%以上の光学純度で不斉誘導が達成された.これは単純な構造のオレフィンに対する触媒的不斉誘導の光学収率としてはこれまでの最高の数値である.チトクロームP-450モノオキシゲナーゼの示す特異な触媒活性,高い反応性,基質選択性をより高度に利用することを目的として,酵素を凌駕しまたその選択性を自在に調節することのできる人工酵素系の開拓を行った.天然の酵素にみられる基質取り込み部位を再現するため,反応中心のポルフィリン上にビナフタレンにより修飾された"BINAP"ポルフィリンを合成した.この化合物は立体的に強固に固定された芳香環で囲まれた特異な疎水場を有する.この疎水ポケット中で基質の反応を選択的に行なわせるために軸配位子として立体的に嵩高い置換基を有するイミダゾールの共存下に鉄(III)"BINAP"ポルフィリンを触媒としてオレフィンのエポキシ化を行ったところ反応の加速がみられた.他の鉄ポルフィリン類の反応ではイミダゾールが共存すると著るしく反応が抑制されることからこの鉄"BINAP"ポルフィリンでは選択的に5配位錯体を形成していると結論付けられた.また同時に可視吸収スペクトルの測定からもこの新触媒は6配位錯体を形成し難いことが明らかとなった.これを用いて2種のオレフィンの競争的エポキシ化反応を行ったところ,極めて良好な基質選択性(形状選択性)を示し,その基質取込み部位の特異な環境がこの選択性を支配しているものと結論づけられた.次にビナフタレン類は軸不斉化合物であり,そのエナンチオマーを用いて不斉"BINAP"ポルフィリンを合成した.この鉄錯体を触媒としスチレン等の芳香族置換ビニル化合物の酸化をおこなったところ良好な「触媒的」不斉エポキシ化反応がみられた.特に1-ビニルナフタレンの様に疎水場を構成する分子と立体的,電子的に強く相互作用しうる基質では90%以上の光学純度で不斉誘導が達成された.これは単純な構造のオレフィンに対する触媒的不斉誘導の光学収率としてはこれまでの最高の数値である.
乳幼児の周術期における糖脂質代謝の改善に関する研究

乳幼児の周術期に「術前絶飲絶食ガイドライン」に即した術前経口摂取制限を行い、さらに術中にブドウ糖を含有した輸液を行い、乳幼児の周術期の糖脂質代謝および栄養に関連する指標を測定した。また、術前に生体インピーダンス(BIA)法による体組成測定を行い、術中の測定値と比較した。その結果、周術期の水分量および安静時代謝率は安定していた。入室時にはすでにケトン体値は大幅に上昇していることが判明した。また、ブドウ糖輸液を行っても、2時間後にはケトン体値および遊離脂肪酸値はさらに上昇した。血糖値も過剰に上昇しているため、乳幼児の周術期ではブドウ糖の投与方法および量の再検討を要する。小児では、長時間の絶飲絶食は低血糖をきたす危険性があるため、術前の絶飲絶食時間は成人に比較して短く設定されている。7歳未満の乳児や小児では、貯蔵グリコーゲン量が少ないため、長時間の絶飲絶食による低血糖により早期に脂質動員がおこり、ケトン体産生が増加し、ケトアシドーシスの危険性が増加するとの報告がある。一方、4歳以上の小児では十分な量のグリコーゲンが貯蔵されているため、通常の術前絶飲絶食を行い、術中はブドウ糖を含まない輸液を行ってもケトン体産生は見られないことから、ブドウ糖投与の必要性はないとの報告もあり、また、11ヵ月未満の乳児ではブドウ糖を含む輸液を行わないと、ケトン体産生が亢進するとの報告もあり、意見の一致はみられていない。口腔外科領域における乳幼児の手術としては、3ヵ月時に口唇形成術、1024ヵ月時に口蓋形成術を行うことが多い。これらの時期の乳幼児の手術時に、米国麻酔科学会の「小児術前の絶飲絶食ガイドライン」に基づき術前飲水制限を行い、麻酔中の血中ケトン体量を測定すると、3ヵ月児ではケトン体量の異常上昇は見られないのに対し、1024ヵ月児では36%の患児にケトン体量の異常上昇がみられ、特に午後の麻酔症例では51%と高い発生率を示す。本研究の目的は、3ヵ月児および1024ヵ月児に通常の術前絶飲絶食を行い、Bioelectrical Impedance Analysis(BIA)法を用いて、乳幼児の体水分量、蛋白量、グリコーゲン量などの体成分値の変化を測定するとともに、血液中の代謝の指標となる項目【ケトン体(βヒドロキシ酪酸、アセト酢酸)、遊離脂肪酸(FFA)、インスリン、レチノール結合蛋白、レプチン、血糖など)を測定し、現在の術前絶飲絶食が糖脂質代謝へ与える問題点を解明する。7歳未満の乳児や小児では、貯蔵グリコーゲン量が少ないため、長時間の絶飲絶食による低血糖により早期に脂質動員がおこり、ケトン体産生が増加するとの報告がある。しかし、4歳以上の小児では十分な量のグリコーゲンが貯蔵されているため、通常の術前絶飲絶食を行い、術中はブドウ糖を含まない輸液を行ってもケトン体産生は見られないことから、ブドウ糖投与の必要性はないとの報告もあり、意見の一致はみられていない。口腔外科領域における乳幼児の手術としては、3ヵ月時に口唇形成術、10から20ヶ月時に口蓋形成術を行うことが多い。そこで、これらの時期の乳幼児の手術時に、米国麻酔科学会の「小児術前の絶飲絶食ガイドライン」に基づき術前飲水制限を行い、血中ケトン体量を測定すると、血中ケトン体量の異常上昇した割合は、3ヶ月児では異常はほとんどんみられないのに対し、10から20ヶ月児では高率ににケトン体の異常上昇がみられた。しかし、この原因については解明されていない問題である。また、ケトン体発生を抑制する方法についても、まったく検討されていないのが現状である。本研究の目的は、3ヶ月児および10から20ヶ月児の周術期に、ガイドラインが定める術前絶飲絶食を行い、Bioelectrical Impedance Analysis(BIA)法を用いて乳幼児の体水分量や蛋白質量、筋肉量、グリコーゲン量、体脂肪量などを測定するとともに、血液中の代謝の指標となる項目(ケトン体、遊離脂肪酸、インスリン、rapid turnover proteinなど)を測定し、各月齢群における従来の術前絶飲絶食および輸液が糖脂質代謝へ与える影響および問題点を解明することである。一方、4歳以上の小児では十分な量のグリコーゲンが貯蔵されているため、通常の術前絶飲絶食を行い、術中はブドウ糖を含まない輸液を行ってもケトン体産生は見られないことから、ブドウ糖投与の必要性はないとの報告や、11ヵ月未満の乳児ではブドウ糖を含む輸液を行わないと、ケトン体産生が亢進するとの報告もあり、意見の一致はみられていない。口腔外科領域における乳幼児の手術としては、3ヵ月時に口唇形成術、10から20ヵ月時に口蓋形成術を行うことが多い。

そこで、これらの時期の乳幼児の手術時に、学会の「小児術前の絶飲絶食ガイドライン」に基づき術前飲水制限を行い、血中ケトン体量を測定すると、血中ケトン体量の異常上昇した割合は、3ヵ月児ではほとんどみられないのに対し、10から20ヵ月児では高率にケトン体の異常上昇がみられた。しかし、この原因は解明されておらず、ケトン体発生を抑制する方法についても検討されていない。本研究の目的は、3ヵ月児および10から20ヵ月児の周術期に、ガイドラインが定める術前絶飲絶食を行い、Bioelectrical Impedance Analysis(BIA)法を用いて乳幼児の体水分量や蛋白質量、筋肉量、グリコーゲン量、体脂肪量などを測定するとともに、血液中の代謝の指標となる項目[ケトン体、血糖、遊離脂肪酸、レチノール結合蛋白、等]を測定し、各月齢群における従来の術前絶飲絶食および輸液が糖脂質代謝へ与える影響および問題点を解明することである。平成26年度に続き、平成27年度も主任研究者が所属施設を移動したため、新たに倫理審査委員会の審査および承認を受けるのに時間を要した。そのため、研究再開時期が遅れたことと、対照患者数が元の所属施設の約1/10と少ないこともあり、研究を遂行できた患者数が少なかった。本年度は、対象者(乳幼児)に対してインピーダンス法を用いた体組成分析および血液検査による代謝ホルモン等を測定した。方法:対象者は、3か月4歳の乳幼児である。術前日にBioScan 920-2を用いて体組成を測定した。術前の絶飲食については、全身麻酔5時間前までに人工乳、2時間前までにブドウ糖液を飲用させた。手術室入室し、緩徐導入にて入眠後、体組成を測定した。24G留置針にて静脈穿刺し、1回目の採血を行い、その後ブドウ糖含有輸液を開始した。麻酔導入1.5時間後に2回目の体組成測定および採血を行った。結果:月齢は平均20.5ヵ月、平均身長80.0cm、平均体重11.0kgであった。前日と比較した入室時の体組成では、総水分量は+4.7%、筋肉量は+0.1%、タンパク質量はー0.1%、グリコーゲン量は+0.2%であった。入室時の血中ホルモン値は、総ケトン体260.3マイクロmol/L↑、アセト酢酸50.7マイクロmol/L、βヒドロキシ酢酸209.7マイクロmol/L↑、遊離脂肪酸0.66mEq/L、レチノール結合蛋白1.73mg/dL↓、レプチン5.37mg/dL、血糖81.3mg/dLであった。1.5時間経過後では、総ケトン体1029マイクロmol/L↑、アセト酢酸177マイクロmol/L↑、βヒドロキシ酢酸852マイクロmol/L↑、遊離脂肪酸1.10 mEq/L↑、血糖183 mg/dL↑であった。考察:現在の術前経口摂取制限のガイドラインに即して、術前のミルクまたはブドウ糖液の飲用にて、水分量、筋肉量、タンパク質量、グリコーゲン量は維持されていた。しかし、入室時にはすでに血中ケトン体値は大幅に上昇し、レチノール結合蛋白は低下していることが判明した。また、ブドウ糖輸液を行っても、1.5時間後にはケトン体値はさらに上昇し、遊離脂肪酸値や血糖値も上昇していた。順調にデータ収集が行えている。本年度は前年度に引き続き、対象者(乳幼児)に対してインピーダンス法を用いた体組成分析および血液検査による代謝ホルモン等を測定した。また、この傾向が成人においても同様に発生するのかは不明であるため、成人を対象にして同様の調査を行った。その成果は、第45回日本歯科麻酔学会総会において発表した。
ヴィクトリア時代後期の英文学における中世主義の研究――ウィリアム・モリスを中心に

本年度は、ウィリアム・モリスの異教趣味が、彼の中世主義思想においてどのような役割を果たしていたのかについて中心的に検討した。2019年はジョン・ラスキンの生誕200年の記念年ということもあり、日本においても関連展覧会等が開催されたが、ラスキンとモリスの大きな違いを生んだ一つの大きな要因として、いわゆる異教趣味、具体的には北方への憧憬を看過することはできない。北方神話がモリスを含むヴィクトリア人たちにおよぼした影響を明らかにすることをつうじて、モリスの中世観の特徴をあきらかにし、それをもとに、モリス自身の詩ないしロマンス作品の制作活動、社会主義活動、芸術活動をつらぬく統合的な思想としての中世主義の実態をとらえることを試みた。本年度は、ウィリアム・モリスにチャールズ・キングズリーが与えた社会・政治的影響について中心的に研究を進めた。両者の関係について本格的に論じようとする研究は現時点ではほとんど見当たらず、またとくに我が国においてはキングズリーについての研究は児童文学論やキリスト教社会主義の概説を除いてはほぼ行なわれていないといってよい。また英国においても、キングズリーの文学について論じた研究は1970年代に集中しており、以来文学分析からの研究が飛躍的に発展したとは考えにくい。そこで、モリスに及ぼされた影響をより精確に把握するために、2014年9月より英国に1ヶ月程度渡航し、大英図書館ほかで資料収集を行なった。とりわけモリスとキングズリーの両者に共通して見られる北欧神話受容の影響を通して、18世紀以降高まる好古趣味の動きとドイツ語圏から輸入された北欧神話研究が「イングランド人」のルーツ探求に果たした役割について考察をすすめた。これにより、当時「神話」(myth)という語が、それまで伝統的に意味してきた「ギリシャ・ローマ神話」のみを指すものでは最早なくなり、理論的にもまったく矛盾することなく、多様な「神話」体系を包含していった過程を明らかにし、さらにキングズリーの理想とする社会像についても一定の手がかりを得た。ここまでの成果は2015年3月15日の「神話研究史における近代『神話学』の特性の解明」プロジェクト第3回研究会において報告したほか、現在、論文投稿の準備を進めている。なおこれに関連して社会思想史分野での意見交換を行なうため、2014年6月7日(土)・8日(日)に沖縄県宜野湾市において開催されたアメリカ学会第48回年次大会に参加した。また並行して、モリス自身の中世主義の実態解明のため、フランス北部でも調査を行ない、主に初期作品中に見られるゴシック建築の影響についても論文化を進めている。本年度は、チャールズ・キングズリーのデモクラシー概念に焦点を当て、おもに講演集・書簡集から分析を進めた。これにより、英国における神話研究の展開をふまえたうえで、北欧神話の受容が異教趣味としてなされたのではなく、アングロ・サクソニズムの形成に大きな役割を果たすものであったことを明らかにした。キングズリーの「デモクラシー」観には、マシュー・アーノルドとも共通した、アメリカ民主主義を単なる衆愚政治とみなす危惧が見られ、19世紀英国における社会思想の一般的な視点を知るうえで重要である。この成果は、2016年3月発行の『神戸大学国際文化学研究科国際文化学研究推進センター2015年度研究報告書』において、論文「「人間が人間である権利」としてのデモクラシー:チャールズ・キングズリーの「古代文明」を読む」として報告した。また昨年度におこなった現地調査の成果を、2015年12月に日本英文学会関西支部大会において「ウィリアム・モリスと石の聖書:『人知れぬ教会の物語』の「歴史」概念を手がかりに」として研究発表し、モリスにとってはゴシック聖堂が、歴史書として読み解かれる「記憶」の集成であり、モリスの青年期のフランス旅行では、すでに明白な「中世」のヴィジョンが、これらの聖堂の姿を通して得られていたこと、また同時に、モリスの初期作品には、その理想が具体的に描写されていることを論証した。なお、欧州の情勢に鑑み、予定していた英国西部への渡航調査は見送った。2016年夏期に、アイスランドへの渡航調査と合わせて、あらためて実施する予定である。欧州情勢の悪化に鑑み、海外への渡航調査を見送ったため、キングズリーの最新の研究概況については未だ文献からの推察にとどまっている。2016年度に振り替えることで対処する予定である。本年度は、ウィリアム・モリスのアイスランド体験が彼のデモクラシーへ及ぼした影響についての調査を中心的におこなった。かねてからの計画通り、夏期にアイスランドへ渡航し、アイスランド文学ひいては「北方」の文学の端を開いたものとされる『エッダ』ほかの伝承文学にかんし、アイスランド国立博物館、レイキャヴィクの市立博物館で調査を実施した。またモリスの二度にわたるアイスランド訪問の回想は、各地に点在する、北欧神話とゆかりの深い景勝地と同様に、当地の民衆の生活の慎ましさ・力強さによっても印象づけられており、アイスランド南部の民族博物館で19世紀当時の生活にかんする資料にあたることができたことが、モリスの芸術観を確認する上で有用となった。こうした民衆生活と伝承文学が、同時に、ありのままに自然の姿の中に溶け込んでいることそのものが、モリスが晩年にかけて著わした理想社会の姿と重なるという点は、昨年度検討したキングズリーにも見られるアングロサクソニズムと民主主義とは、また異なった民主主義観を形成している。この点を中心として、アイスランド調査で得た成果を11月に日本ヴィクトリア朝文化研究学会第16回全国大会において、「ウィリアム・モリスの北方趣味とデモクラシー」として研究発表した。なおこの内容は、年度をまたぐが論文として投稿予定である。

また、モリスの中世主義思想にかんし、中世文学、とりわけアーサー王伝説の影響も顕著に見られるため、前述のテーマ(北欧神話にかかる思想的影響)と並行し、神話・伝承文学の復興の意義についても考察をすすめた。やや付随的な成果と言えるが、佛教大学四条センターより市民講演会に招聘頂いたため、本課題にも関わる内容を一部社会に直接還元することができた。当年度の主要なテーマであったモリスのアイスランド体験の検証について、一定の成果を得ることができた。本年度は成果発表に力を入れる予定であったが、年度中に発生した別の研究プロジェクトへの参加もあり、予定に遅れが発生したため、実績はやや限定的な、以下2点に留まる。まず、中世主義思想にかんし、中世文学、とりわけアーサー王伝説の影響が顕著に見られるために進めていた、神話・伝承文学の復興の意義についての考察は、共編著『「神話」を近現代に問う』(勉誠出版)の第三章収録論文「英雄からスーパーヒーローへー十九世紀以降の英米における「神話」利用」の一部として3月末日に書籍として発行することが出来た。また、夏季には国際セミナーJapan-Asia-Europe Comparative Symposium on Migration, Multiculturalization and Welfare in Naples2017の若手シンポジウムのパネリストとして、ウィリアム・モリスの中世主義の今日性に関し、“Whose Lady is she?Representations of Guinevere and Other Arthurian Characters in Recent Films"と題した発表をおこなった。題材としては、やや間接的な視点となるが、モリスらの表象を起点として2010年代までのアーサー王表象を、写本から映画までのメディアの変遷の経過と併せて取り扱ったものである。広義の「文学」におけるモリスを軸に19世紀の中世主義思想の意義を評価するにさいし、21世紀的な社会状況と関連づけて論じたことで、学際的な議論としての有効性を確認することができたと考える。以上、一定の成果は得られたが、ひきつづき論文作成に注力する必要がある。前年度から未だまとめられていない成果とともに、補助事業延長期間中に執筆する予定である。申請者が他の共同研究プロジェクトにも参加しており、科研の研究と並行する形で作業を進めているが、そちらの出張のタイミングの問題で科研のほうの出張をずらさざるを得ず、成果報告にいたるまでもう少し時間を要するため。本年度は、ウィリアム・モリスの異教趣味が、彼の中世主義思想においてどのような役割を果たしていたのかについて中心的に検討した。2019年はジョン・ラスキンの生誕200年の記念年ということもあり、日本においても関連展覧会等が開催されたが、ラスキンとモリスの大きな違いを生んだ一つの大きな要因として、いわゆる異教趣味、具体的には北方への憧憬を看過することはできない。
日本における優生学の障害者教育・福祉への影響とその克服過程に関する研究

本研究は、日本における優生学(その思想と運動)の障害者教育・福祉への影響とその優生思想を批判・克服しようとする思想的営為の遣産を解明することを目的とするものである。具体的な研究内容は、下記のとおりである。1)「大日本優生会」の実証的解明をとおして日本における優生運動の成立過程を明らかし、その研究成果をふまえた独自の日本優生運動史像の概略を示した。(→第1・2章)2)障害者問題関係4分野(医学・心理学・教育・社会事業)への優生学の影響を、各分野の雑誌掲載の優生学論文を手がかりにして、その特徴を明らかにした。(→第3章)3)障害者教育・福祉分野への優生学の具体的影響の現れを、先駆的な知的障害者施設経営者(石井亮一、岩崎佐一、川田貞治郎、三田谷啓、久保寺保久、等)に注月して解明するとともに、知的障害(当時「精神薄弱」)者の断種(優生手術)の実態と諸議論について整理・検討した。(→第4章)4)最後に、障害者教育・福祉分野で優生学の影響を受けつつも、それを相対化し、批判・克服していく志向性を有した人物(吉田圭)の思想的遺産を整理・検討した。(→第5章)5)末尾に、資料編として、上記2)の4分野の優生学資料の目録や年表等を付した。平成14年度は、(a)日本の優生学・優生運動史研究において未解明である「大日本優生会」(1917年設立)から「日本民族衛生学会」(1930年)の発足に至る経緯の解明、(b)その優生運動と優生思想の普及が1920年代に急増する知的障害の特別学級(補助学級)の成立・展開にどう影響しているのか、両者の関係を東京市を例に解明していくための基礎作業(資料目録の作成)、(c)その他に医学・心理学・教育学・社会事業の各分野の雑誌の優生学関係資料の調査・収集作業、に取り組んだ。(a)の研究成果として「大日本優生会の研究」(「長崎大学教育学部紀要-教育科学-」第63号掲載)を発表し、さらに日本民族衛生学会の設立に重要な役割を果たした阿部文夫(台北農林専門学校教授→台北帝国大学附属農林専門部教授)の台湾時代の足跡について現地調査を行った。(b)の作業の成果として「戦前の東京市特別学級(補助学級)関係資料目録」(同第64号掲載)が作成・発表された。平成15年度は、昨年度に引き続き教育・社会事業・心理学・医学の関係各分野の雑誌中の優生学関係資料の調査・収集作業を継続しつつ、主に下記の(1)(4)の課題の解明に取り組んだ。(1)日本民族衛生学会(1930年設立)の戦前における学術大会(計12回開催)において障害者問題に関する優生学的研究と諸議論の具体的な内容と特質の解明(2)同じく日本民族衛生学会の地方支部(名古屋支部、金沢支部、大阪支部、広島支部、福岡支部、熊本支部等)の優生運動の成立・展開とその地域の教育界・社会事業界や障害者教育・保護関係者への影響の解明(3)1940年5月制定の国民優生法が1941年7月に施行されるまでの準備過程で地方ブロック別に開催された協議会・講演会(北海道九州までの全国12ブロックにて開催)での厚生省官僚(高野六郎他)の説明内容と参加した地方当局者(衛生課長・社会課長等)によるその理解度及びその協議会・講演会に関する地方新聞の報道の特徴の解明(4)国民優生法の公布・施行が障害者とその各団体に及ぼした影響の解明(特に身体障害者団体の場合)(5)知的障害者の生存・生活・教育への優生学の影響のさらなる解明上記(1)(4)の研究成果は、平成16年度の関係学会で発表予定であり、(5)については中村満紀男編著『優生学と障害者』(明石書店、2004年3月)に発表した。

平成16年度は、研究の最終年度として下記の諸課題に取り組んだ。(1)戦前日本の医学・心理学・教育学・社会事業の4分野における優生学関係資料の収集・整理作業が完了したことをふまえて、4分野における優生学の影響とその特質を比較検討し、さらに優生思想の克服を志向する批判的言説を整理検討する。(2)日本における優生運動の成立過程を一層解明していくため、日本への優生学の本格的導入者として知られる社会事業学者の海野幸徳の生涯と業績を整理・検討する。(3)日本優生運動史の解明作業の中でも、今年度は日本民族衛生学会(協会)の地方支部等による地方優生運動の成立・展開が地方の教育界・社会事業界に及ぼした影響について明らかにする。(1)の研究成果は、日本特殊教育学会第42回大会(於・早稲田大学、9月)にて発表した。(2)の研究成果は、日本社会福祉学会第52回大会(於・東洋大学、10月)にて発表した。(3)については、九州の支部(福岡、熊本、大分)と愛知県支部、石川県(金澤)支部の資料の調査・収集作業をおこなった。(4)その他に、優生学の影響をセガンの教育思想に依拠して乗り越えようとした障害児教育教師の吉田圭に関する研究(清水寛編著『セガン』日本図書センター、所収)が発表された。上記(1)(2)(3)(4)と過去2年間の研究成果とを合わせて、研究成果報告書にまとめた。
岩石のマイクロメカニックス試験による破壊過程の可視化とシミュレーション

本研究では、構造を把握しやすい微小岩石供試体を用いて、顕微鏡下の載荷試験(マイクロメカニックス試験)を行い、き裂成長の可視化と構造の複雑さとの関係について調べた。また、得られた物性値を用いて個別要素法(DEM)による破壊のシミュレーションを行った。その結果、以下の成果を得た。1.小型載荷試験装置と動画像記録装置を組み合わせたマイクロメカニックス試験システムを構築し、その動作を確認した。2.直交する3方向から切り出し作製した微小供試体(H, G, R供試体)の顕微鏡観察により、それぞれ潜在き裂の分布形態が異なることを確認した。そのき裂の配向性に従い、引張強度、限界ひずみも、H、G、Rの順に大きくなった。3.本実験による引張強度は一般的な圧裂引張試験による引張強度に比較すると、17%程度低い値であった。これは、微小供試体中の潜在き裂の寸法が相対的に大きく、その影響によるものと判断される。4.き裂成長の可視化により、R供試体では潜在き裂が進展して破壊し、G、H供試体では潜在き裂に沿ったせん断すべりが先行して破断に至ることが明らかになった。5.同じ供試体においては、構成粒子のうち軟質な黒雲母の形状が複雑であればあるほど、引張強度が低下することを確認した。形状の複雑さを表現するパラメータとしては、フラクタル次元や繁雑度が有効であった。6.3次元供試体モデルの内部に、H、G、R供試体に相当する潜在き裂を加え、個別要素法による破壊シミュレーションを実施した。その結果、実験と同様に引張強度はH、G、Rの順に大きくなった。7.供試体内部のき裂の配向性により、破壊過程と最終破壊形態が異なることを確認した。本研究では更に破壊強度や破壊形態の温度依存性を調べるために小型加熱チャンバーを試作したが、実験を行うまでには至らなかった。今後は、熱環境下での実験を行う計画である。本研究では、構造を把握しやすい微小岩石供試体を用いて、顕微鏡下の載荷試験(マイクロメカニックス試験)を行い、き裂成長の可視化と構造の複雑さとの関係を明らかにする。また、得られた物性値を用いて個別要素法(DEM)による破壊のシミュレーションを行う。今年度は、1)小型載荷試験装置と動画像記録装置を組み合わせたマイクロメカニックス試験システムを構築し、その動作を確認した。また、本補助金により購入したノンリニアビデオ編集システムにより得られた動画像からき裂成長を解析できることを確認した。2)花崗岩塊から微小供試体(約5x6x1mm)を切出し、整形する手法を確立した。砂岩については、岩塊からの切出し過程で供試体が変形する現象が見られ、現在原因を探っている。3)花崗岩の強度異方性を考慮して、リフト軸と載荷軸が一致したR供試体とグレイン軸と載荷軸が一致したG供試体を作製した。引張試験の結果、潜在き裂が載荷軸に垂直に多く分布するR供試体の強度は低く、限界ひずみも小さいことを確認した。一般的な圧裂引張試験による引張強度に比較すると、17%程度低い値であった。

4)R供試体の引張試験では、破断の前に局所的に供試体の変色が起こり、そこに向かってき裂が成長する現象が共通して観察された。これは、せん断すべりが先行し、破壊の核を形成していると考察される。しかし、未だ明確にはなっていない。一方、G供試体では、このような現象は見られなかった。5)2次元DEMプログラムを作成し、実際の供試体の構造をモデル化して引張試験を実施した。すなわち、長石、石英、雲母の形状に合わせてモデルを作成し、それぞれに異なる物性値を与えた。未だ改善の余地はあるものの、比較的実際と類似した破壊形態を再現することができた。本研究では、構造を把握しやすい微小岩石供試体を用いて、顕微鏡下の載荷試験(マイクロメカニックス試験)を行い、き裂成長の可視化と構造の複雑さとの関係を明らかにする。また、得られた物性値を用いて個別要素法(DEM)による破壊のシミュレーションを行う。今年度は、本補助金により購入した偏光顕微鏡を用い、花崗岩供試体の構成粒子や潜在き裂を事前に観察し、顕微鏡画像の解析により各構成粒子の形状の複雑さを評価した。構成粒子形状の複雑さと破壊強度との関係を調べた。また、破壊強度や破壊形態の温度依存性を調べるために、小型加熱チャンバーを試作したが、実験を行うまでには至らなかった。個別要素法による数値シミュレーションでは、本年度新たに3次元DEMプログラムを開発した。顕微鏡観察を基に、内部にき裂面を有する3次元供試体モデルを作成し、マイクロメカニックス試験と同様の条件下で引張試験を実施した。以下には、今年度得られた成果を示す。1)直交する3方向から切り出し作製した微小供試体(H,G,R供試体)の顕微鏡観察により、それぞれ潜在き裂の分布形態が異なることを確認した。そのき裂の配向性に従い、引張強度、限界ひずみも、H、G、Rの順に大きくなった。すなわち、R供試体では、潜在き裂が進展して破壊し、G、H供試体では潜在き裂に沿ったせん断すべりが先行して破断に至った。2)同じ供試体においては、構成粒子のうち軟質な黒雲母の形状が複雑であればあるほど、引張強度が低下することを確認した。形状の複雑さを表現するパラメータとしては、フラクタル次元や繁雑度が有効であった。3)3次元供試体モデルの内部に、H、G、R供試体に相当する潜在き裂を加え、破壊シミュレーションを実施した。その結果、実験と同様に引張強度はH、G、Rの順に大きくなった。また、それぞれの破壊過程の違いを確認することができた。