hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脊椎動物胚の体軸形成過程における個体ゆらぎを含む反応拡散型システムの数理解析

脊椎動物の左右軸決定過程を記述する反応拡散型システムにおける個体ゆらぎの影響を考察するために,現象のモデル化と,個体ゆらぎを含む反応拡散型システムの数理解析手法ついて議論した。また形態形成過程ダイナミクスの理論に関連して,反応拡散方程式の時間大域解とアトラクタ構造に関する研究を進め,アトラクタのフラクタル次元の評価に関する結果を得た。本年度は,本研究課題に先行して実施した文部科学省科学研究費補助金(若手研究(B))による研究課題(課題番号17740058)の成果を整理し,本研究課題の遂行に必要な情報の収集と,コンピュータシミュレーションシステムの構築を行った。マウス胚の左右軸形成過程に見られる個体ゆらぎを先行研究で開発した反応拡散型モデルにどのように組み込むかについて,大阪大学生命機能研究科・濱田博司教授,中村哲也助教らと学内において議論を重ねた。またゆらぎ要素を含む数理モデルの挙動について,大阪大学情報科学研究科・森田浩教授,八木厚志教授,宇部工業高等専門学校・大崎浩一准教授らと情報交換を行った。あわせていくつかの学会や研究集会に出席し,さまざまな研究者と意見交換を行った。並行して数値解析面からの関連研究を継続した。反応拡散方程式の陽的差分解法に見られる不安定振動パターンの分岐現象に関する研究成果を京都大学数理解析研究所講究録にて公表した。さらに無限次元非線形力学系のアトラクタの理論についてドイツ・生物学統計学研究所・M. Efendiev教授,ドイツ・シュトゥットガルト大学・W.L.Wendland教授,宇部工業高等専門学校・大崎浩一准教授らとの共同研究を継続した。走化性方程式が有するグローバルアトラクタおよび指数アトラクタのフラクタル次元に対する評価について, Osaka Journal of Math誌およびGlasgow Math Journal誌にて公表した。また走化性方程式に対する風上型有限要素近似について検討を行い,近似解が正値性を継承すること,グローバルアトラクタのフラクタル次元が近似の影響をほとんど受けず,元の系のものと同程度のオーダで評価できるという結果を得て,学術雑誌に投稿,現在審査甲である。本年も昨年度に引き続いて,マウス胚の発生過程の個体ゆらぎを考慮した反応拡散型モデルの可能性について検討を進めた。左右軸形成以前の段階にも目を向け,大阪大学生命機能研究科・濱田博司教授,同・中村哲也助教らと,彼らのマウス実験と連携しながら,データ解析,現象の理解とモデル化の可能性について議論を重ねた。個体ゆらぎのモデル化およびそれを含む反応拡散系の解析手法について,大阪大学情報科学研究科・八木厚志教授,関西学院大学理工学部・大崎浩一准教授らと情報交換を行った。形態形成過程における個体・細胞・分子ゆらぎの制御については,本年度より所属する東京医科歯科大学教養部の服部淳彦教授らからも情報収集を行った。形態形成過程ダイナミクスに関連して,走化性方程式の解の時間大域的存在の条件等について,前出の大崎准教授と共同研究を進めた。走化性方程式を構成する拡散項,走化性項,増殖・減衰項,誘引因子分泌項のバランスによっては,解が有限時間で爆発する可能性がある。どのようなバランスであれば爆発せずに時間大域的に解を構成できるか,その一部を明らかにし,目下投稿準備中である。また,前年度にまとめた,走化性方程式の風上型有限要素近似系に対するグローバルアトラクタのフラクタル次元評価に関する結果を,Journal of Mathematical Analysis and Applications誌にて公表,京都大学数理解析研究所研究集会にて講演した。本年度も引き続き,マウス胚の発生過程の個体ゆらぎを考慮した反応拡散型モデルの可能性を探った。大阪大学生命機能研究科・濱田博司教授,同・中村哲也助教らとともに,彼らのマウス実験と連動しながら,データ解析,現象の理解と,ゆらぎのモデル化の可能性について議論を重ねた。携帯形成過程における個体ゆらぎの制御について,東京医科歯科大学教養部・服部淳彦教授とも意見交換した。大阪大学情報科学研究科・八木厚志教授,関西学院大学理工学部・大崎浩一准教授らと情報交換を重ね,個体ゆらぎを含む反応拡散型モデルの構築と理論解析,計算機による数値実験を行った。しかしこれらの成果を纏めるにはもうしばらく時間が掛かりそうである。形態形成過程ダイナミクスに関連して,走化性・増殖方程式の解の時間大域的存在に対する方程式の指数等の条件について,前出の大崎准教授と,ドイツ・デュイスブルク・エッセン大学・M.Winkler教授と共同研究を進めた。線形の走化性感応関数を持つ方程式について,個体増殖・減衰項,誘引因子分泌項の次数のバランスを調べ,個体増殖・減衰が誘引因子分泌より強い場合に,時間大域解を有することを示した。その成果はNonlinear Analysis誌に公表し,あわせて日本数学会年会,神楽坂解析セミナー等で口頭発表した。今後は,方程式が生成する無限次元力学系に対してこの各項のバランスがどのように影響を与えるかを,検討する予定である。
格子QCDにおけるクォーク・グルーオン・レベルでのハドロン構造の研究

ハドロンの系を支配する強い相互作用を、その基礎理論のSU(3)ゲージ理論であるQCDから直接理解すべく、格子QCD計算を行った。格子QCDは、強い相互作用に対する強力な第一原理計算としてその地位を確立している。この研究の一環として、我々は、SU(3)ゲージ相互作用に従う、スカラー粒子の性質を調べた。本来は質量ゼロのクォークは強い相互作用の結果、カイラル対称性の自発的破れを引き起こし、数百MeVという大きな構成子的質量を獲得するのであるが、特別な対称性を持たないスカラー粒子を調べることにより、この質量獲得のメカニズムを理解するのが目的である。その結果、スカラー粒子も同様に、1GeV以上の大きな有効質量を獲得することを示した。これは、QCDの強結合性によりスカラー粒子がグルーオンの衣をまとい、その結果大きな質量を獲得したと考えられる。このようなことから、SU(3)ゲージ相互作用に従う粒子は、普遍的に、大きな有効質量を獲得すると予想している。また、我々は、カイラル対称性の自発的破れのメカニズムを微視的に理解するために、(QCDと性質が似ている)compact QEDの系を調べた。その結果、カイラル対称性の自発的破れに直接関与するディラック演算子のゼロ固有値付近のモードは、真空中に存在するモノポールカレントと負の相関があることを示した。これは、カイラル対称性の破れにはモノポールの自由度が重要な役割を果たしていることを意味する。モノポールの自由度は、カラーの閉じ込めにも重要な役割を果たしており、「カイラル対称性の自発的破れ」「カラーの閉じ込め」の両者は密接に関係していることが予想される。「格子QCDにおけるクォーク・グルーオン・レベルでのハドロン構造の研究」の一環として、強い相互作用の第一原理計算である格子QCD計算を用いて、クォーク4体、5体における静的ポテンシャルの計算、ペンタクォークバリオンのパリティの決定を試みた。2003年のクォーク5体系と考えられるθ+(1540)の発見以来、多数(4体以上)のクォークを含む系への興味が集まっている。現在までにおいて、θ+(1540)の性質、量子数、狭い崩壊幅の起源についてはほとんどわかっておらず、理論的な研究の進展を待っている状況である。中でも、クォーク間ポテンシャルはクォーク多体系の性質に直結する非常に重要な物理量であることが予想されるが、その非摂動的な振る舞いを解析的に求めることは、現在においても非常に困難な問題として残されており、格子QCD計算を用いた解析が望まれる。申請者はクォーク4体、5体ポテンシャルの計算を行い、その結果、遠距離においてはクォーク同士がY型の結合点を複数持つフラックスチューブによって結合されている描像が非常によく機能することを突き止めた。また、近距離領域におけるグルーオン交換により引き起こされる力は、摂動論の予言と一致することも突き止めた。この時、フラックスチューブの組み替えである「フリップ・フロップ」も確認した。また、複数の演算子を用意し、相関行列を対角化することによってペンタクォークの質量を求めた。この時、核子とK中間子の散乱状態と区別するために、その質量の体積依存性等を調べることにより、共鳴状態と区別した。その結果は、スピン1/2、負パリティのチャンネルの閾値の少し上に共鳴状態があることを確認した。前年度に引き続き、「格子QCDにおけるクォーク・グルーオン・レベルでのハドロン構造の研究」の一環として、強い相互作用の第一原理計算である格子QCD計算を用いて、クォーク4体、5体におけるポテンシャルの計算、ペンタクォークバリオンθ+(1540)の研究を継続し、最終的なまとめを行い、論文誌への投稿を行い、掲載に至った(3報)。要旨は、1)複数の演算子を用い、適切に状態を分離し、ペンタクォークのパリティの決定を試みた。この時核子とK中間子の散乱状態と区別するために、その質量の体積依存性等を調べることにより、共鳴状態と区別した。その結果、クエンチ近似の範囲内で、スピン1/2、負パリティのチャンネルの閾値の少し上に共鳴状態があることを確認した。(Physical Review D 71(2005)114509)2)クォーク4体、5体ポテンシャルの計算を行い、遠距離においてはクォーク同士がY型の結合点を複数持つフラックスチューブによって結合されている描像が非常によく機能することを突き止めた。(Physical Review D 72(2005)014505,Physical ReviewLetters 94(2005)192001)また次の研究のステップとして、格子QCDを用いた核力の研究も開始した。湯川秀樹の提唱した中間子論以来、核子間相互作用(核力)における中間子交換描像は、現象を非常によく記述し、多大な成功をおさめてきた。しかしながら、近距離領域での相互作用は中間子の自由度では記述できないクォークレベルの物理だと考えられ、クォークの従う力学である量子色力学(QCD)に基づいた核力の研究が望まれる。そこで、申請者は格子QCD計算を用いて、核力をQCDのレベルから理解すべく、現在、研究を進めている。

格子QCDは、強い相互作用に対する強力な第一原理計算としてその地位を確立している。この研究の一環として、我々は、SU(3)ゲージ相互作用に従う、スカラー粒子の性質を調べた。本来は質量ゼロのクォークは強い相互作用の結果、カイラル対称性の自発的破れを引き起こし、数百MeVという大きな構成子的質量を獲得するのであるが、特別な対称性を持たないスカラー粒子を調べることにより、この質量獲得のメカニズムを理解するのが目的である。その結果、スカラー粒子も同様に、1GeV以上の大きな有効質量を獲得することを示した。これは、QCDの強結合性によりスカラー粒子がグルーオンの衣をまとい、その結果大きな質量を獲得したと考えられる。このようなことから、SU(3)ゲージ相互作用に従う粒子は、普遍的に、大きな有効質量を獲得すると予想している。また、我々は、カイラル対称性の自発的破れのメカニズムを微視的に理解するために、(QCDと性質が似ている)compact QEDの系を調べた。その結果、カイラル対称性の自発的破れに直接関与するディラック演算子のゼロ固有値付近のモードは、真空中に存在するモノポールカレントと負の相関があることを示した。これは、カイラル対称性の破れにはモノポールの自由度が重要な役割を果たしていることを意味する。モノポールの自由度は、カラーの閉じ込めにも重要な役割を果たしており、「カイラル対称性の自発的破れ」「カラーの閉じ込め」の両者は密接に関係していることが予想される。
『阿娑縛抄』を中心とした天台密教次第の基礎的研究

本研究は、『阿娑縛抄』写本、とくに全冊揃いで伝わっている写本の調査を中心に行い、書写年・書写者・書写した場所を中心に写本の系統整理をおこなった。写本の多くは江戸時代以後のものであったが、中世の写本が新たに数点確認できた。また、書写の系統整理により、西教寺の写本が近世の写本に大きく影響していることが判明した。また、『行用抄』という密教修法のテクストが、『阿娑縛抄』の内容と密接で、『阿娑縛抄』の内容理解を補うものであること、中世の『阿娑縛抄』の書写と同様の形がみられることが明らかになった。今年度は、基礎調査として、『阿娑縛抄』の諸本の調査としては、成菩提院の中世写本、鹿児島大学、東洋文庫、大谷大学、龍谷大学、京都大学の近世写本の調査を完了し、継続調査としては、宮内庁書陵部、東京芸術大学、西教寺の近世写本を継続している。これにより、従来知られていなかった、近世における書写の実態が明らかとなるとともに書写の前後関係などの推測が可能となるものも確認され、結果的に現在の活字本(大蔵経図像部・仏教全書)のテキストの書写状況が明確となってきた。また、現在の調査結果から、近世写本の比較一覧表を構築中である。加えて1巻ごとの諸尊法の名で伝来する「阿娑縛抄』についても、継続調査中である。また、古記録にみる修法データベースの準備として、個々の史料を拾い、データ化している。本年は活字本で閲覧しやすいものを中心に入力作業をすすめている。しかしながら、史料採用の基準や、修法の開始・終了などのデータが判断のつきにくいものもあり、現在これらの問題は再検討の必要が出てきた。中世写本については、成菩提院本の継続調査と確認、そして『行用抄』の内容確認などを夏の調査でおこなった。『阿娑縛抄』本文テキストについては、中世写本の残るものから入力中であったが、天台宗典編纂所により、『阿娑縛抄』本文テキスト公開がなされたので、活字本については、これをもとにして対校することを検討中である。本年度は昨年からの継続として、1.成菩提院蔵阿娑縛抄の整理2.近世写本の調査として宮内庁書陵部、東京藝術大学、内閣文庫、東大史料編纂所、西尾市立岩瀬文庫、叡山文庫、西教寺正教蔵の調査とその書写奥と巻次構成についての整理、データ入力と系統整理3.古記録にみえる修法史料の検索と採集の3つの作業をすすめていった。1については、昨年度の調査の継続をおこない、とくに『行用抄』、『持受要集』を中心に整理を行った。その結果とくに『行用抄』のみならず、『持請要集』も『阿娑縛抄』の「行法事」との関係が密接で両者の関係を検討する必要が出てきた。2については、活字本の底本に使用したものについては、活字本で点検ができるのでその実物調査は叡山文庫本を除いて着手していないが、他の近世写本については、岩瀬文庫本を一部残すものの、おおむね調査を終了した。現段階においては近世写本の書写系統については解明しつつある。しかし複数の近世写本のなかには明らかに『阿娑縛抄』ではないものが収録されているものが存在していることが判明した。この問題についても、他本との比較で現段階で解決できると考えているが、実際には内容検討を行う必要がある。3については、現段階では、「年月日」「修法名」「修法場所」「参加僧」「祈願者」「祈願内容」といった項目を基礎にして、入力してデータ化していくところまで進んだ。しかし、鎌倉時代までの古記録の調査は全体の半分程度を終えたところで、来年度は少し研究補助者を増員してすすめていかねばならないかもしれない。また、データベース化の準備については来年度の検討課題である。また上記の3つの作業以外に個別の修法名のみの『阿娑縛抄』諸本については、所在一覧を作成する予定であるが、網羅的な現物の確認までには至っていない。また成果の中間報告としては、I AHRの2010年度トロント大会と文化史学会2010年度大会において口頭報告を行った。本年は最終年にあたったため、調査と追加調査と冊子の報告書作成の三点を行った。調査については、叡山文庫・京都三千院でおこなった。叡山文庫では、天海蔵『阿娑縛抄』の調査をおこない、すでに公刊されている奥書集成の点検を行い、若干の誤りをただすことができた。また、図像のある本についても、特定の書写年のものに集中していることが確認できた。

また法曼院蔵の写本のなかに、中世写本二十一本を新たに確認できた。三千院では『行用抄』二十三帖の調査を行い、前年までに調査を終えていた諸本との比較検討が可能となり、『阿娑縛抄』の次第にかかわる内容を補完できるようになった。また、修法史料としての『行用抄』の伝授の問題や『阿娑縛抄』との関係についても検討する材料としても重要であると考えられる。とくに伝授の問題については、西山流との関わりが明らかとなった。古記録にみえる修法史料データベースの作成については、鎌倉時代を中心とする古記録から、修法に関わる記事を検索して、作成した。はじめ平安時代からのものを計画したが、諸般の事情で鎌倉時代を中心とするものにとどめざるをえなくなった。しかしながら、修法名・修法に参加した僧侶・修法を行った場所・修法目的についてはほぼ網羅的なものを作成した。このような総合的なデータベースは管見のかぎりいまだ作成されていないと考えるが、本来は古記録本文も入力する予定であったが、それは完成しなかった。今後にその作業を継続して部分的にでも公開をしたいと考えている。本文テクストについては、ファイルメーカーを使用して作成をした。以上を含む三カ年の研究成果については、冊子体の報告書を年度内に公刊する。以上三カ年の研究成果については冊子体の研究報告書を刊行する。
カーボンナノリング・カーボンナノベルトの精密合成と応用

当研究の目的は、カーボンナノリング・ナノベルトをいかにして合成するかに重きを置いている。受け入れ研究室である伊丹研究室ではこれまで、ベンゼンの合成等価体であるシクロヘキサンL字型ユニットをして用いた合成戦略によって、ベンゼン環がパラ位で環状に繋がれたシクロパラフェニレン(CPP)の合成を達成している。本研究者はこれらの知見を活かしつつ、新しい合成法によってシクロパラフェニレン以外の未だ達成されていない多種多様なカーボンナノリングとカーボンナノベルトの精密合成が可能となるのではないかと考え、研究に着手した。カーボンナノチューブの部分骨格とみななせる筒状π共役分子をカーボンナノリング・ベルトと定義しているが、そのうちこれまで合成されてきたものはCPPを含むごくわずかの分子である。本研究が成功した暁には分子構造・分子量が定まった正解初のカーボンナノベルト合成への応用も期待でき、合成化学・材料化学界にもたらす影響は計り知れない。平成24年度の研究において、本研究者はアルキンを用いたカーボンナノリングの新規合成法の開発に成功した。cis-1,4-ジエチニルシクロヘキサンL字型ユニットを用い、Glaser-Hayカップリングによる環化オリゴマー化、1,3-ブタジイン部位のチオフェン化、シクロヘキサンの芳香族化によって、含硫黄カーボンナノリングであるパラシクロフェニレン-2,5-チオフェニレン(CPPT)の合成を世界で初めて達成した。CPPTは更なる分子変換によって様々なカーボンナノリング・ナノベルトへと誘導することができる合成中間体であるが、それ自体が電子豊富な芳香環であるチオフェンを含んだ筒状π共役化合物であり、大変興味がもたれる。実際に、CPPTは台形錐型構造をとることや特徴的な光物性を有することがあきらかとなった。当初の予定であったシクロパラフェニレンにアルキン分子を組み込んだ合成法を検討する傍らで、アルキンL字型ユニットによる新規合成法の開発に成功し、シクロパラフェニレンチオレニレン(CPPT)合成を達成できたことからも想像以上の進展を見せたといえる。今後、シクロパラフェニレンチオフェニレンを足がかりとしたカーボンナノリング・ベルト合成を検討する一方で、アルキンの分子変換によるナノリングの新規合成法についてもさらなる研究を進める予定であったが、平成25年4月より名古屋大学教養教育院の講師に就任するにあたり、平成25年度交付申請を辞退することとなった。
在宅療養患者コミュニケーション支援システムの構築

病気に罹患しても住み慣れた場所で生活を送ることを希望する人は多い.在宅医療はこのような患者の希望をかなえ,生活の質の向上を図る手段である.しかし,効率を優先した在宅医療の導入が促進されると,それに伴って患者と医療従事者のコミュニケーションが減少し,患者の精神的ケアがないがしろになってしまう危険性がある.本研究では,在宅療養患者およびその家族が,在宅療養中でも見守られているという安心感を得ることができる仕組みを構築することを目的としている.治療時に患者の状態を自動的に取得して可視化し,その情報を患者やその家族,医療受持者などの関係者で共有できるコミュニケーションシステムの研究開発を行った.病気に罹患しても住み慣れた場所で生活を送ることを希望する人は多い.在宅医療はこのような患者の希望をかなえ,生活の質の向上を図る手段である.しかし,効率を優先した在宅医療の導入が促進されると,それに伴って患者と医療従事者のコミュニケーションが減少し,患者の精神的ケアがないがしろになってしまう危険性がある.本研究では,在宅療養患者およびその家族が,在宅療養中でも見守られているという安心感を得ることができる仕組みを構築することを目的としている.治療時に患者の状態を自動的に取得して可視化し,その情報を患者やその家族,医療受持者などの関係者で共有できるコミュニケーションシステムの研究開発を行った.本研究は,遠隔地の在宅療養患者に安心感を与えるコミュニケーションの支援が目的であり,今年度は医療関係者,患者の情報取得技術についての研究を主として行った医療関係者については,現場ヒアリングにより医師のコミュニケーションはバーバルなものが主であると判明したため,マイクやカルテなど既存メディアでの情報収集が可能と判断した.看護師については現役の看護師による行動取得実験を実施した.実験は患者とのインタラクションが多いものとして,バイタル測定と点滴実施行動を題材とした.結果,看護師の行動が高い識別率で識別でき,高精度な情報取得が可能であることが示唆された.今後は,個人属性によらない識別率向上を目指す.また,リハビリ分野では介護療法士・理学療法士と患者との接点が多いことが判明し,ここでのコミュニケーションも検討対象と考え,今後専門病院と共同して情報取得実験を行う予定で進めている患者については,在宅療養患者がベッドやイスなどの上で多くの時間を過ごすことから,それらに圧力センサを装着し,行動を識別する研究を行った.結果,いくつかの患者の状態が推定できるが,不十分であることが分かった.今後は詳細な情報取得のため,他センサとの融合を検討する.また,患者の存在場所により行動が限定されることを考慮すると,場所情報も有用であると考え,屋内で使用可能な位置確認システムを試作した加えて,患者が自発的に情報を発信できる装置を目指して,患者の制約下での操作を考慮し,ベッド自体を情報発信装置とする方法について検討した.ベッドにマイクを取り付け,ベッドの一部をタップすることで情報発信できる装置を考案した.4隅にマイクを設置したテーブルをタップすることで,音の発信位置やこする方向などを判別できる情報入力装置を試作し,基礎実験を行った以上のように,概ね当初の研究目的,研究計画に沿って研究が進捗している本研究は,遠隔地の在宅療養患者に安心感を与えるコミュニケーションの支援が目的である.本年度は,(1)在宅医療現場における多様なコミュニケーションの洗い出しを行なう.(2)在宅医療現場において患者が見守られている感覚を得るコミュニケーションを明らかにする.(3)コミュニケーションモデルにプライバシ疎外感がある場合に,本人の意思に応じてプライバシ開示量をコントロールできるプライバシ情報アクセス管理機構について検討する.(4)上記を考慮し,患者が安心感を得ることができるシステムのプロトタイプを作成する.ことを計画としていた.(1),(2)については在宅療養患者が医療従事者とのコミュニケーションによって,確実に状況を把握され,それにあった治療計画に基づいて治療が行われているという確信を持てることが見守られ感につながることがわかった.そこで,在宅療養患者が在宅化する以前に入院状態で行われる回復期リハビリ段階で接点が多い,介護療法士・理学療法士とのコミュニケーションを検討対象とすることとした.回復期リハビリ専門病院と共同実験契約を締結し,現場での精神的ケアに関する情報収集,及びそれと同等な精神的ケアを在宅療養環境下で行うための仕組みづくりについて検討した.その結果,長期にわたり継続的に患者の行動を取得し,そこに内在する危険行動を的確に指導できるシステムが必要と判断し,試作を進めた.(3)については,ある患者の映像を他の患者の指導に用いることについては抵抗が多いだろうとの推定が医療従事者によりなされたが,確認が必要である.(4)については,在宅療養患者はベッドやイスなどの上で多くの時間を過ごすものの,その間を移動する車いすからの移乗行為やトイレへの移乗行為で危険が多いことが分かった.そこで,新たに病院で日常的に使用される車いす,及びトイレの手すりにセンサを装着する試作を行い,患者の行動が取得可能な仕組みを構築した.本年度は最終年度であるため,下記に示すように治療状況可視化システムを医療現場に導入することによる安心感醸成の評価を主として行った.またそれ以外に在宅療養患者見守りシステムの構築などを行い,研究結果につき特許申請,研究成果発表等を実施した.患者が計画通りに治療が進んでいることを理解するための治療状況可視化効果の評価については前年度までに構築した立ち上がりバランス可視化システムを用いた.

共同実験を行う医療機関におけるプレ実験結果から機能追加を行い,病院の入院・通院患者10名に対して評価実験を実施した.実験結果からは,治療結果の可視化がもたらす安心感と患者の性格分析結果との間にいくつかの有意な相関が観測され,患者に対する治療結果の可視化レベルが患者の性格によって調整されるべきであることが示唆された.また,治療状況可視化については,在宅患者の日常生活動作として重要な位置を占める車の運転における行動の可視化技術にも取り組んだ.富山県内のリハビリ医療機関との共同研究として,センサーを身体に装着した高次脳機能障がい患者による運転教習コースでの運転行動を13例取得した.その分析結果から,障がい者の障がいの特徴を可視化できる見込みを得た.この結果については国内の福祉関連研究会,及び国際会議でポスター発表した.在宅療養患者向けに開発を進めた見守りシステムについては,行動識別機能を追加し,その機能によって行動結果検索機能を実現した.これによって,医療従事者が患者の危険行動を検出・検索できるようになり,これらについては国際会議・国内全国大会で発表した.前者はポスター発表であり,best poster awardを受賞している(ICAT 2013).医療現場での実用試験については機器設置コスト等の問題があり,現段階では計画できていないが,共同研究を進める医療機関と今後可能な範囲で実施していく.本研究は,遠隔地の在宅療養患者に安心感を与えるコミュニケーションの支援が目的である.昨年度までに,この目的を達成するためには,在宅療養患者が医療従事者によって確実に状況を把握され,それにあった治療計画に基づいて治療が行われているという確信を持てることを支援するシステムを構築するべきであることがわかった.本年度はその達成に向けて,1把握すべき患者の治療状況の整理と治療進捗を把握するための患者行動識別部の検討,2治療進捗等を共有することにより,医療従事者,家族などの患者関係者がコミュニケーションできるシステムの試作,3コミュニケーションシステムへのプライバシ保護制御機構の搭載を行った.このうち1については,把握すべき患者の治療状況について共同実験契約を締結した回復期リハビリ専門病院の協力の下,介護療法士・理学療法士等の医療従事者と検討し,そのなかから実現可能と判断した以下の3件に決定した.A)立ち上がり行動におけるバランス情報,b)足麻痺患者の装具圧力情報,C)患者の日常行動中に生じる,車いすからのベッドやトイレへの移乗行動などの危険行動.また,昨年度までに試作した医療補助具(車いす,ベッド,トイレ)を用いて継続的に患者の行動を取得したデータから,患者の行動要素を抽出し,その組合せや組合せ制約によって,C)に示す危険行動を自動識別する手法について検討した.
sgRNAを用いた新規骨形成誘導法の開発

標的GSK-3βmRNAについて,切断予定部位の塩基配列の解析から5'-half-tRNA型(sgGSKH)及び数種のlinear型(sgGSKL)のsgRNAを設計した.293細胞及びC2C12細胞のGSK-3βは2'-O-メチル修飾したsgGSKHもしくはsgGSKLの導入によって著しく減少した.これらの結果は,sgRNAとtRNaseZLによって標的であるGSK-3βmRNAを有効に切断しノックダウンしたと考えられた.また,培養系においてfluorescein標識したsgGSKLは,リポフェクタミンを使用せず単独で添加しても細胞内に有効に取り込まれることが明らかになった.これらのsgGSKLをマウス頭蓋骨に単独で注入したところ,2週後の骨は有意に増加した.また,このsgGSKLの有効性について,マウス大腿骨骨折モデルを用いて内軟骨性骨形成に対する影響を検討した.マウス大腿骨を骨折させ,仮骨形成する時期に2'-O-メチル修飾したsgGSKLをelectrophorationにより導入した.3日後,1週間後,2週間後における骨折治癒の経過を単純エックス線装置で観察したが,骨折治癒に対する影響は観察されなかった.hydrodynamics gene transfer法を用いて,この2'-O-メチルsgGSKL RNAを全身投与し全身の骨量の検討を行ったが,この投与法では有意な変化が認められなかった.sgRNAの投与方法,投与量等の検討が必要ではあるが,新たな骨・軟骨組織の形成誘導法としての可能性を示唆する成果が得られた.本研究は,申請者らの研究グループが独自に開発した技術であるsgRNA/tRNaseZ法を用いて,効果的な骨・軟骨組織の形成誘導法を見出すものである。標的GSK-3βmRNAについて,切断予定部位の設計を行い,5'-half-tRNA型のターゲットを選択し,sgRNA発現プラスミドを作成した。この発現プラスミドを,tRNaseZLを過剰発現させた293細胞,tRNaseZLをsiRNAによってノックダウンさせた293細胞もしくはintactの293細胞にリポフェクタミン2000を用いてトランスフェクトした。GSK-3βmRNAノックダウンの評価は,まず細胞を可溶化しGSK-3β抗体を用いたウエスタンブロットを行つた.293細胞のGSK-3βはsgGSKHもしくはsgGSKLの導入によって著しく減少した。これらの結果は,sgRNAとtRNaseZLによつて標的であるGSK-3βmRNAを有効に切断しノックダウンしたと考えられた。このsgGSKHをC2C12細胞もしくはMC3T3-E1細胞に導入し,オステオプロテグリン(OPG)量をELISA法で測定した。培地中のOPG量はコントロールに比べて有意に増加した。これらの結果は,このsgRNAは,培養系で有効な骨形成促進活性を有していることを示すものである。上記の有効性が認められたsgGSKLについて,生体内での骨形成促進効果を調べるため,マウス個体を用いた動物実験による評価を行った。局所投与では骨の厚みの有意な増加が観察された.現在,hydrodynamics gene transferなどの方法を用いて,この2'-O-methylsgGSKL RNAを全身投与し全身の骨量の検討を行っている.全身投与では有意な増加が認められず,投与方法,投与量等の検討が必要であることが明らかになった.標的GSK-3βmRNAについて,切断予定部位の塩基配列の解析から5'-half-tRNA型(sgGSKH)及び数種のlinear型(sgGSKL)のsgRNAを設計した.293細胞及びC2C12細胞のGSK-3βは2'-O-メチル修飾したsgGSKHもしくはsgGSKLの導入によって著しく減少した.これらの結果は,sgRNAとtRNaseZLによって標的であるGSK-3βmRNAを有効に切断しノックダウンしたと考えられた.また,培養系においてfluorescein標識したsgGSKLは,リポフェクタミンを使用せず単独で添加しても細胞内に有効に取り込まれることが明らかになった.これらのsgGSKLをマウス頭蓋骨に単独で注入したところ,2週後の骨は有意に増加した.また,このsgGSKLの有効性について,マウス大腿骨骨折モデルを用いて内軟骨性骨形成に対する影響を検討した.マウス大腿骨を骨折させ,仮骨形成する時期に2'-O-メチル修飾したsgGSKLをelectrophorationにより導入した.3日後,1週間後,2週間後における骨折治癒の経過を単純エックス線装置で観察したが,骨折治癒に対する影響は観察されなかった.hydrodynamics gene transfer法を用いて,この2'-O-メチルsgGSKL RNAを全身投与し全身の骨量の検討を行ったが,この投与法では有意な変化が認められなかった.sgRNAの投与方法,投与量等の検討が必要ではあるが,新たな骨・軟骨組織の形成誘導法としての可能性を示唆する成果が得られた.
ショウジョウバエの生殖細胞形成に関与する遺伝子の分裂酵母発現系を用いた機能解析

ショウジョウバエの卵形成に必須のRNAヘリカーゼであるMe31B蛋白質は一次構造がste13と著しく類似しているのみならず、機能的にもste13変異を相補できる。Me13B蛋白質の細胞内機能を解明するため、本年度は次の研究を行った。ste13遺伝子をテンプレートにしたPCR法によりランダムに突然変異を誘起し、有性生殖欠損の表現型を示す多数のミスセンス変異を得た。これらの変異部位を決定したところ、2カ所の変異点がSte13/Me31Bにのみ高度に保存されたN末端領域にあることがわかった。この事実から、両タンパクに保存されたこの領域が蛋白質の機能に必須であることがわかった。in vitroで作製したste13ミスセンス変異株を親株として、この変異を抑圧するサプレッサーの単離と、同じくマルチコピーで相補しうるクローンの単離を並行して進めている。また、ste13変異株と同じ表現型を示す分裂酵母変異株を多数単離した。これらの遺伝解析から、ste13遺伝子とアレリックでない新しい遺伝子を2個(ste14,ste15)同定できた。現在これらの遺伝子のクローニングが進行中である。抗Me31Bポリクローナル抗体がSte13蛋白質を認識しうるかどうかを分裂酵母抽出液のウエスタンブロットにより調べた。野生型分裂酵母では検出できなかったが、Ste13過剰発現株の抽出液を用いた場合は陽性のシグナルが認められた。また、大腸菌で発現させたGST-Ste13蛋白質は抗Me13B抗体と交差反応することがイムノブロット法で確かめられた。
日本における伝統漆芸技法の研究

本学での研究は日本の伝統漆芸技法を中心として実技的研究をおこないました。特に、本学の美術館に所蔵されている我が国の奈良・平安・桃山・江戸時代の漆芸作品を中心として各時代の技法について調査しました。これらの漆芸作品に使用されている伝統的技法を学ぶことから、各時代による相違と特徴を把握することができました。また、我が国の各美術館に所蔵されている日本古代の重要漆芸作品と韓国の漆芸文化財を調査し、古代の日韓間の漆芸文化財の技法史についても研究を行いました。特に、日韓における螺鈿技法及び材料の特徴を調査しました。日本と韓国の漆芸文化財の技法・材料について体系的調査をし、重要漆芸文化財の修復にも実用化するかについて実技的研究を行いました。さらに日本と韓国の漆芸文化財の調査研究を進め、その研究成果の一部は、我が国の文化財保存修復学会及び韓国美術教育学会に発表され、我が国の学術の向上に寄与するばかりではなく、韓国漆芸文化財の研究の進展にも一助になることができたと考えています。・8C・12C・15C・18Cの日本の重要漆芸技法を調査し、科学的実験を通して実技上で再現するとともに、その技法の特徴を把握した。・日本所蔵の重要な韓国漆芸文化財を調査し、両国間の影響関係と漆芸技法の特徴を把握した。・古代日本・韓国の漆芸技法研究で得た成果を現代漆工芸に実用化することと、日・韓両国に所蔵されている漆芸文化財の修復及び、欧米にある日・韓漆芸文化財の修復に基本的なデータを確保した。・日本国内の博物館・美術館に所蔵されている重要漆藝文化財を調査し、漆芸品技法の調査をもとにして実際に実技の上で再現し、科学的実験を行った。実技においては、漆(日本産・中国産)・顔料・試薬品などを用い、科学的実験においては、走査型電子顕微鏡と成分分析用の付属の電子プローブマイクロアナライザーを利用し、漆塗膜断面をつくるための樹脂包埋器具(シリコン製)と試験管・化学薬品・スライドガラス手板などの器具を使用した。
アライメント-配向変換による新しい分子配向制御法の開発

ArFエキシマー(193nm)を偏光子により偏光させ、これをIBr分子線に照射し、アライメント状態を生成した。このようにして生成したアライメントIBr分子線を強電場中に導くことで配向状態へ変換した。この際に強電場の電場軸を分子線軸に対して45度傾けておく。これにより量子化の対称性がくずれたもとで、強電場中で分子は二次シュタルク効果を受けることになる。この場合アライメント分子線を強電場中に導くと各回転状態ごとの強電場中での歳差運動にともなう位相の重なりの結果、理論的には分子回転状態の配向が実現される。配向度は、強電場長、電場強度、分子線の速度、分子の電気双極子モーメントで表すことができる。本手法では、分子の回転量子数Jごとに異なった電場強度あるいは飛行距離で配向するため回転状態が明確に規定されている。このアライメント配向変換のため、強電場電極及び発光検出のための集光系を新たに製作した。上記の手法で配向したIBr分子線にXe*原子線を交差させ、成成物XeI^*, XeBr^*のエキシマー発光を測定することで反応分岐の配向制御を試みた。残念ながら、現在までのところ、十分な異方性を得るに至っていない。この原因として、回転定数の小さいIBr分子では、超音速分子線中での冷却が十分でなく種々の回転状態が混在すること及び、分子線速度の広がりがあることが考えられる。これらの問題点を解決するため、飛行時間分解による測定の試みと、より冷却効率をあげるための分子線源の改良、及び、より回転定数の大きなHCl分子等への適用を進めている。
内視鏡的肺容量減量術における、肺内気流分布評価の有用性の検討

呼吸音解析を内視鏡的肺容量減量術の効果判定に応用する基礎的な検討として、1健常日本人の呼吸音分布の特徴、2COPDにおける気管支拡張剤投与後の呼吸音解析、3COPDにおける呼吸音分布と肺機能所見、について論文報告し、COPDにおける局所呼吸音の非同期性について学会報告した。成果として、COPDでは閉塞性変化が強いほど上肺野呼吸音の強度が優位であり、これが気管支拡張薬投与により変化すること、健常人と比べCOPDでは局所呼吸音が有意に非同期であること、この非同期性の一因として気腫分布のheterogeneityが考えられることを明らかにした。気管支鏡的肺容量減量術(BLVR)に関しては臨床研究の準備として、オランダのフローニンゲン大学に2か月間短期留学し、症例の選択、チーム編成、手技の実際、術後管理、合併症対策、長期成績などについて有用な情報を得ることができた。その知見は総説として聖マリアンナ医科大学雑誌に投稿し掲載された。当施設におけるBLVRの実施に向けて一方向弁のZephyr Valveの製造企業であるPulmonx社と交渉し、5症例用の機材の無償提供を受けることになり、学内倫理委員会の承認を平成25年12月27日に得て現在患者募集中である。まず正常人におけるVRI所見について把握する必要があることから、108名の健常人のデータを解析し、現在投稿中である。第五回呼吸機能イメージング研究会において、VRIによる解析を中枢気道の閉塞性病変に応用し、診断と治療の効果判定に有用であるという内容の報告を行った。本研究は末梢気道の閉塞性疾患であるCOPD研究の基礎的研究に位置づけられるものである。会場より貴重な示唆を受けることができ、また優秀演題賞を授与された。このテーマについては引き続き国際学会で報告するとともに論文作成中である。COPD患者におけるVRIによる肺内気流分布評価に関する研究についてはCOPD患者に気管支拡張薬(プロカテロール)を投与し、その前後で肺機能の改善に伴う呼吸音分布の変化を検討する研究を行った。CT上比較的びまん性の病変を有するCOPD患者においては気管支拡張剤により呼吸音の分布が上肺より下肺野にシフトすることを観察し、Respiration誌に投稿、accept(in press)された。(1)VRIによる側副換気の評価本研究期間では、健常日本人の呼吸音分布の特徴(Respir Investig.52(1):28-35.2014.)、およびCOPD患者における肺機能、気腫病変および呼吸音分布の関係(PLoS One.doi: 10.1371/journal.pone.0107506. eCollection 2014.)について基礎的な研究を行った。この成果をもとに側副換気と呼吸音の関係については、肺気腫病変と呼吸音分布の非同期性に関する研究を行い、気腫分布のheterogeneityと肺局所の呼吸音非同期性には有意な相関を認め、平成27年4月の日本呼吸器学会総会で報告した。(2)呼吸音による内視鏡的容量減量術(ELVR)後の肺内気流不均衡分布の評価肺内の病変の生理学的評価が呼吸音解析で可能か否かについて、まず中枢気道狭窄変に関する研究を行った。結果として80%以上の主気管支狭窄症例で左右肺の呼吸音の時相のずれの有意な増加を認め、気道拡張術により呼吸困難と呼吸時相のずれが有意に改善することを報告した(PLoS One.doi: 10.1371/journa. pone.0105327. eCollection 2014.)。次にCOPDにおける治療介入が呼吸音分布に与える影響を確認するため、COPD患者の呼吸音分布に対する気管支拡張薬(BD)の効果を二重盲検介入試験で確認した。10名のCOPD患者のうち、肺気腫優位型の7名では上肺野から下肺野への有意な呼吸音強度のシフトが観察され、下肺野の換気増加を示唆するものと考えられた(Respiration.87(1):45-53.2014)。本研究期間においてはELVRの症例を得ることはできなかったが、フローニンゲン大学に短期留学し、一方向弁及びコイルによるELVRを中心に研修し、当施設での治療開始に備えるとともに、成果を総論として報告した(Respirology. 19(8):1126-37.2014)。呼吸器内科現在までの成果として、呼吸音分析の本邦正常人の解析、中枢気道病変評価における有用性、末梢気道病変を有するCOPD患者において治療介入後の肺機能改善に伴う呼吸音変化がVRIでとらえられること、この変化はCT上の病変の分布の影響を受けることが確認された。以上より気管支肺容量減量術(BLVR)による効果に伴う呼吸音の分布変化もVRIで十分とらえられるものと思われた。

さらにBLVRについて、ヨーロッパの主要実施施設であるフローニンゲン大学に短期留学し当施設で開始すべく情報収集を行い、その成果を反映して一方向弁によるBLVRに関して学内倫理委員会の承認を得て、BLVR開始の礎ができた。しかしながら今のところ対象患者のリクルートができておらず、実臨床における呼吸音解析の有用性はまだ確認されていない。現在までの成果として、治療介入後の肺機能改善に伴う呼吸音変化がVRIでとらえられること、この変化はCT上の病変の分布の影響を受けることが気管支拡張薬を用いた研究で証明された。内視鏡的肺容量減量術(ELVR)による効果に伴う呼吸音の分布変化もVRIで十分とらえられるものと思われた。しかしながらELVRについては、まだ当施設で実施できていない。BLVR対象患者を登録し、一方向弁によるBLVRに関して、呼吸音分析の有用性を、CTなどの画像や側副換気評価(Chartis Systemによる)と比較し検討を行いたい。現在VRI,HRCT、肺機能を測定したCOPDのデータを収集し、CTおよびVRIによる側副換気検出に関する検討を開始したところである。また今年度ELVRの経験が豊富なオランダグローニンゲン大学に研修に行き上昇を収集し、ELVRの治療開始に向けて準備を推進する予定である。短期留学等旅費のため研究費の増額が必要となり20万円の前倒し請求を行った。今後の研究継続のためにポスター制作など一部実費負担するなど経費の節減に取り組んだ結果、予想よりも多く残額が生じた。前倒し請求時に割愛を検討した国内学会参加時の経費として有効に支弁したい。また論文掲載に関する費用についても予算上可能であれば支弁したい。1グローニンゲン大学研修に関する交通費として使用する予定である。3英語論文校閲や論文用図表作成費用として使用する予定である。4各種事務用消耗品の購入費として使用する予定である。
一分子計測・操作による cAMP 発振回路の構築機構の解明

シグナル伝達回路の構築/作動原理を解明するには、回路構成因子群(cAMP受容体,合成酵素,中間制御因子など)の絶対数計測が必須である。その実現のため、従来は困難であったGFPノックイン細胞株を容易に作成する手法(BMC Biotech, 2016)や、超高感度なcAMP指示薬を開発した(ACS Chem Biol, 2016)。これらの同時計測により、一部の機能タンパク質の保有数が突出した少数個の細胞が存在するすること、こうした細胞がいち早く走化性シグナルを発生させることを明らかにした。細胞内シグナル伝達経路のモデル系であるcAMP発振回路の動作原理を解明するため、次の研究を実施した。発振回路を構成する必須タンパク質群の数量変化を解析するため、これらの蛍光標識を目的としたGFPノックイン株の樹立を行った。cAMP発振回路の構造と機能は時間とともに変化するため、初期状態(振動なし)から最終状態(安定発振)に至る各遷移過程における、構成タンパク質の実数を一分子計測ならびに生化学的手法で明らかにした。具体的には、cAMP受容体やcAMP合成酵素などの膜貫通分子について全反射顕微鏡システムを、細胞質内タンパク質群について斜光照明システムを用いて分子数計測を行った。また全てについて生化学的定量計測を行い、定量結果の信頼性を評価した。その結果、リミットサイクル振動時(最終段階)の細胞においては受容体(50万分子/cell)を筆頭に、正or負の制御因子(10万分子/cell)が豊富に存在する一方で、最終エフェクターであるcAMP合成酵素は最大でも2.5万分子/cellと、受容体に比べると1/20程度しか存在しないことなどを明らかにした。cAMPシグナル伝達を制御する必須5因子(受容体/正負の制御因子3種、最終エフェクター)について、バイアスされたゲノム組成のため従来は極めて困難であったGFPノックイン株を、安定かつ迅速に樹立する新規手法を開発し、その成果を論文発表した。また、機能分子数の計測結果についても論文投稿を終えているなど、順調に成果をあげている。細胞内cAMP発振回路の構築原理を解明するためには、発振回路を構築する機能分子群の定量、操作が有効である。回路構成因子群のGFPノックイン株を用い、その発現量変化についての解析を行ったところ、cAMPパルスに応じて発現増強が起こることが一分子計測によって確認された。しかしながら、どのようなパルス量に、かつ何回のパルス情報によってこうした変化がもたらされるのか不明であったため、これを明らかにするため、パルス量の定量と操作を可能にするための技術開発を行った。細胞外のcAMP濃度を計測するため、超高感度なcAMP指示薬(解離定数:30nM)を開発した。これを用いてパルス量の直接計測を行ったところ25nM-300nMの範囲で細胞外cAMP濃度が変動していることが明らかになった。さらに、cAMPパルスを細胞間で信号伝達遺することは極低濃度のcAMP濃度で十分な一方で、遺伝子発現変動をもたらす有効パルス量は約5倍のパルス量を必要とすることが分かった。パルス濃度への依存性を確認するため、光刺激によりcAMP濃度を局所変動させる技術を用いた操作実験を行った結果、信号伝達、遺伝子発現変化は異なる閾値に加え、パルス回数への依存性を持つことが明らかになった。申請時計画に従って、分子数の人為的増減を可能にする摂動ツールを開発する。機能タンパク質の分子数をLogスケールで変化させるための摂動技術を開発する事を目的に、摂動プロモーターの利用、ならびにポリシストロニック法による複数遺伝子の連動制御を実現する。発振回路の構築過程の初期、中期、後期における発現分子数が、数十、数百、数千、数万ならびに数十万分子以上となる遺伝子を見いだし(分子数計測による)、そのプロモーター配列を同定する。この制御下で標的遺伝子を発現する摂動用ユニットを構築し、ゲノム中に異所挿入される摂動ユニットの種類とコピー数で目的とする機能タンパク質の数を調節できる系を構築する。また、ポリシストロニック法による複数遺伝子の連動制御するため2Aペプチド配列の改変を行う。高等真核細胞では、2Aペプチド配列(手足口病を引き起こすコクサッキーウイルスに由来)で連結した複数の遺伝子をポリシストロニックに翻訳させることができる。時間とともに発現が増加もしくは減少する遺伝子(同定済み)と、解析対象遺伝子を2Aペプチド配列によりゲノム内連結させることで、複数の遺伝子を連動して発現制御できる系を構築する。生物物理順調に成果を上げている一方で、研究成果の公表がH28年度にずれ込んだため、論文掲載にかかる経費の確保が必要になった。平成28年度の研究計画の実施に必要な消耗品の購入と、複数の研究論文の掲載費に用いる。
オゾンマイクロバブルによる難分解物質の処理

透明アクリル樹脂製気泡塔(内径0.10m×高さ1.004.00m)の底部に加圧ポンプと特殊ラインミキサで構成したマイクロバブル発生装置を設置した.液配管には,液温度を一定とするために,熱交換器を備えた.気液には,物質移動性能の測定では空気-水,分解実験ではオゾン含有ガス-ジメチルスルフォン酸(DMSO)水溶液を用いた.塔高およびガス速度を変えて,工業用硬性鏡・UHP高輝度光源装置を組合せて塔内の気泡挙動を高速ビデオで撮影した.得られた画像を図形解析ソフトにて二値化処理して,気泡径分布および平均気泡径を求めた.溶存酸素濃度の経時変化から物質移動容量係数を,分解実験におけるDMSO濃度の経時変化から分解速度定数を測定した.比較のために,ミリバブルを発生する焼結ガラス製ガス分散器も用いた.マイクロバブルが分散している塔内にミリバブルを共存させると,ミリバブルのウェーク(後流渦)にマイクロバブルが吸収され,塔の上方へ向かうほどマイクロバブルの量が少なくなった.本マイクロバブル発生装置での平均気泡径は30-40μmで,ガス速度が高くなるにつれて数百μmの気泡も発生した.同一ガス速度における容量係数は,マイクロバブルの方がミリバブルよりもかなり高くなったが,平均気泡径から求めたマイクロバブルの物質移動係数はミリバブルの1/10程度であり,このことから容量係数の増大は気液界面積の寄与が顕著であることが確認された.DMSOの分解実験では,ストリッピングは全く起こらず,分解速度定数はマイクロバブルの方がミリバブルよりもかなり高くなった.また,分解速度定数は容量係数に強く依存することが明確になった.物質移動律速の領域ではマイクロバブルの優位性が認められ,これはマイクロバブル特有の現象によるものと考えられた.透明アクリル樹脂製気泡塔(内径0.10m×高さ1.004.00m)の底部に加圧ポンプと特殊ラインミキサで構成したマイクロバブル発生装置を設置した.液配管には,液温度を一定とするために,熱交換器を備えた.気液には,物質移動性能の測定では空気-水,分解実験ではオゾン含有ガス-ジメチルスルフォン酸(DMSO)水溶液を用いた.塔高およびガス速度を変えて,工業用硬性鏡・UHP高輝度光源装置を組合せて塔内の気泡挙動を高速ビデオで撮影した.得られた画像を図形解析ソフトにて二値化処理して,気泡径分布および平均気泡径を求めた.溶存酸素濃度の経時変化から物質移動容量係数を,分解実験におけるDMSO濃度の経時変化から分解速度定数を測定した.比較のために,ミリバブルを発生する焼結ガラス製ガス分散器も用いた.マイクロバブルが分散している塔内にミリバブルを共存させると,ミリバブルのウェーク(後流渦)にマイクロバブルが吸収され,塔の上方へ向かうほどマイクロバブルの量が少なくなった.本マイクロバブル発生装置での平均気泡径は30-40μmで,ガス速度が高くなるにつれて数百μmの気泡も発生した.同一ガス速度における容量係数は,マイクロバブルの方がミリバブルよりもかなり高くなったが,平均気泡径から求めたマイクロバブルの物質移動係数はミリバブルの1/10程度であり,このことから容量係数の増大は気液界面積の寄与が顕著であることが確認された.DMSOの分解実験では,ストリッピングは全く起こらず,分解速度定数はマイクロバブルの方がミリバブルよりもかなり高くなった.また,分解速度定数は容量係数に強く依存することが明確になった.物質移動律速の領域ではマイクロバブルの優位性が認められ,これはマイクロバブル特有の現象によるものと考えられた.透明アクリル樹脂製気泡塔(内径0.10m×高さ1.004.00m)の底部に加圧ポンプと特殊ラインミキサで構成したマイクロバブル発生装置,そのやや上方にガラス焼結分散器(ミリバブル発生)を設置した.液配管は,物質移動性能の測定では脱酸素用液タンク(内径0.50m×高さ4.00m)から塔に入り上部から排出するようにし,分解実験では熱交換器を備えた循環系とした.気液には,前者では空気-水,後者ではオゾン含有ガス-ジメチルスルフォン酸(DMSO)水溶液を用いた.塔高およびガス速度を変えて,新規購入した工業用硬性鏡・UHP高輝度光源装置を組合せて塔内の気泡挙動を観察し,高速ビデオで撮影した.溶存酸素計のプローブを移動させて塔内の溶存酸素濃度分布を測定し,溶存酸素差から酸素移動速度を算出した.分解実験では,DMSO濃度の経時変化を測定した.マイクロバブルが分散している塔内にミリバブルを共存させると,ミリバブルのウェーク(後流渦)にマイクロバブルが吸収され,塔の上方へ向かうほどマイクロバブルは少なくなった.本発生器内で酸素が過剰に溶存するので,塔の上方へ向かうほど溶存酸素濃度は減少し,塔内での酸素移動速度は負となった.塔入口におけるガス中の酸素濃度を分析したところ,10%程度であり,塔内で放散が起こっていることが確認された.なお,マイクロバブル発生器も含めた装置全体としての酸素移動速度はマイクロバブルを分散させた場合の方がミリバブルの場合よりも高くなった.DMSOの分解実験では,ストリッピングは全く起こらず,ミリバブルよりもマイクロバブルの場合の方が分解速度は高くなった.また,塔高を変えた結果より,分解は発生器内ではなく塔内で起こっており,物質移動律速である本系に対してはマイクロバブルの高い分解性能が確認された.透明アクリル樹脂製気泡塔(内径0.10m×