hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
In vivo遺伝子導入による糸球体腎炎モデルの作製

単一の成長因子の糸球体内過剰発現により免疫学的機構を介さない糸球体腎炎のモデルを作製するため以下の実験を行った。まず糸球体腎炎の発症、進展においてその関連が注目されているPDGF,TGF-βのcDNAを含む発現ベクターを作製した。このプラスミドを核蛋白HMG-1とともにリポソームに封入し、その表面にHVJ(センダイウイルス)を配したHVJリポソームを作製し、ラット左腎動脈より注入してin vivo遺伝子導入を行った。そして遺伝子導入後3、5、7および28日後に腎を摘出し、固定後組織学的検討を行った。その結果、まず蛍光抗体法にて導入したPDGF,TGF-β蛋白の発現が糸球体に確認された。TGF-βのcDNAを導入したラットでは3日目から7日目まで糸球体の細胞外基質の有意の増加と軽度の細胞増殖を認めた。またPDGFのcDNAを導入したラットでは3日目より糸球体細胞の著明な増加を認め7日目で細胞数の増加は最高に達した。糸球体は一部分葉化し軽度の細胞外基質の増加を認めた。硬化の程度をあらわすmatrix indexは遺伝子導入後5日目でコントロールの0に対してTGF-β群で46.4、PDGF群で20.8であった。増加した細胞外基質は特異的な抗コラーゲン抗体を用いた免疫組織化学法によりIV型コラーゲンの他I型およびIII型コラーゲンを含むことが確認された。これらの間質型コラーゲンは通常の糸球体にはなく、ヒトの硬化糸球体において増加することが知られていることから、PDGF,TGF-β遺伝子導入により惹起された組織変化はヒトの糸球体硬化に質的にもきわめて類似し、実験モデルとしても役立つことが示された。そこでこの遺伝子導入モデルを用いて、糸球体硬化の増悪因子として臨床的にも注目されているレニン-アンギオテンシン系について糸球体への効果を検討した。ラットの腎にヒトレニンおよびアンギオテンシノーゲンの遺伝子を導入した。遺伝子導入した糸球体でメサンギウム基質の増加を認め、またメサンギウム細胞の形質転換の指標の一つとされているαsmooth muscle cell actinの発現を確認した(現在論文準備中)。以上のようにin vivo遺伝子導入法を用いた新しい実験モデルを開発し、それを用いてサイトカイン、血管作働性物質の糸球体への直接効果を検討することに成功した。
津波および高潮による橋梁構造物の被災メカニズムの解明に関する研究

本研究では、津波や高潮による橋梁の流失被災メカニズムの解明および橋梁の被害軽減策の提案を目的に、被害事例の分析、模型による水理実験、シミュレーション解析を実施した。これらの結果、事例分析により橋梁被害の実態が明らかになり、水理実験では実橋の被害状況が再現でき、橋梁への作用力に関する基礎データを得た。また、シミュレーション解析では水理実験の再現、移動制限装置を用いた被害軽減策の検証ができた。津波や高潮による橋梁の流失被災メカニズムを解明するとともに、橋梁の被害を軽減するための対応策に資することを目的として、既往の津波、高潮、高波による橋梁構造物の被害事例を収集・分析するとともに、橋梁被害に基づく力学モデルの構築の検討を行い、被災メカニズムを検証するための水理実験と被災橋梁のシミュレーション解析を実施した。平成18年度の主要な成果は下記のとおりであった。1)インドネシア人研究者2名及び米国ルイジアナ州政府橋梁技術者1名を招聘し、既往の津波、高潮、高波による橋梁の被害事例の詳細なデータを収集した。2)収集した橋梁被害の分析によれば、上部構造が流失した橋梁あるいは大きな残留変位を生じた橋梁では下部構造の沓座に上部構造を載せただけの構造であること、支承部で下部構造と剛結した構造あるいはせん断キーを有する橋梁の場合はほとんど被害が生じていなかったことが明らかになった。被害から見た力学的な作用としては、浮力、揚圧力とともに、横力が影響することが考えられた。3)収集した被災橋梁の情報をもとに、津波被害を受けたインドネシアのコンクリート橋1橋、鋼橋1橋の1/50の模型、高潮被害を受けたコンクリート橋1径間の1/25の模型を作製し、津波あるいは高潮襲来時の海象条件を再現した水理実験を実施した。その結果、被災地で見られたような橋桁の移動や流失現象を再現することができ、また津波あるいは高潮襲来時に橋梁に作用する抗力や揚力に関する基礎実験データを得ることができた。4)被災橋梁と水理実験模型を対象に、個別要素法による津波あるいは高潮を受けた橋梁のシミュレーション解析を実施し、被害及び実験結果を定性的には再現できた。津波や高潮による橋梁の流失被災メカニズムを解明するとともに、橋梁の被害を軽減するための対応策に資することを目的として、既往の津波、高潮による橋梁構造物の被害事例を収集・分析するとともに、橋梁被害に基づく力学モデルの構築の検討を行い、被災メカニズムを検証するための水理実験と被災橋梁のシミュレーション解析を平成18年度から平成20年度まで実施している。平成19年度は、津波被害を受けたコンクリート橋1橋、鋼橋1橋及び高潮被害を受けたコンクリート橋1橋について水理実験を実施した。また、津波が作用した際の橋梁の挙動を解析するために粒子法(MPS法)を用いた津波のシミュレーション解析を実施し、水理実験における抗力、揚力および波圧に関する測定結果との比較を行った。主な成果は以下の通りである。1)平成18年度に実施した津波の水理実験と異なる津波高さおよび水深条件を対象に、津波衝突時に橋梁に作用する抗力、揚力および波圧に関するデータを蓄積するとともに、津波による橋梁への作用外力を評価するための基礎資料を得た。2)平成18年度に実施した高潮の水理実験と異なる波高および周期を対象に、波浪衝突時に橋梁に作用する抗力、揚力および波圧に関するデータを蓄積するとともに、高潮による橋梁への作用外力を評価するための基礎資料を得た。3)粒子法(MPS法)を用いた津波のシミュレーション解析により、水理実験の結果を定性的・定量的に概ね再現することができた。平成20年度は、高潮被害を受けたコンクリート橋1橋について粒子法(MPS法)を用いた高潮のシミュレーション解析を実施し、水理実験における抗力、揚力および波圧に関する測定結果との比較を行った。また、津波被害を受けたコンクリート橋1橋について同じくシミュレーション解析を実施し、津波が作用した場合の橋梁の挙動と被害軽減対策の効果を確認した。1)高潮のシミュレーション解析について、水理実験の結果を定性的には概ね再現することができた。また、粒子径を小さくしてシミュレーション精度を高めることで、定量的にも再現できる可能性が得られた。2)津波のシミュレーション解析について、津波が作用した場合の橋梁上部構造の流失挙動を解析的に再現できたほか、被害軽減対策として考案した移動制限装置(せん断キー)の有効性について検証できた。
分散型環境制御システムを基盤にした施設園芸生産ソフトウェアの構築

施設園芸生産の情報化・高度化を図る目的で、普及が進む低コストで自律分散型の環境制御システムであるユビキタス環境制御システムを導入した園芸施設で活用できる生産支援ソフトウェア開発の研究を実施した。開発と普及を促進するためソフトウェアが扱う情報を規格化した。環境データの組み合わせによる病害好発条件や生育好適条件を検出して、その期間をマーキングし、生産者に注意を促すソフトウェアなどを開発した。施設園芸のための生産ソフトウェアを構築し、環境制御システムに連携させる目的で、低コストで自律分散型の新しい環境制御システムであるユビキタス環境制御システム(UECS、http://www.uecs.info/)を用いた、ソフトウェア開発のための基盤的開発研究を実施した。まず、生産支援ソフトウェアなどの植物生産に関する各種応用ソフトウェアへの情報入力の形式を標準化し、1作の植物性生産の全ての情報を一つに集約が可能な、植物生産情報交換規格(BIX-pp、http://w3.fb.u-tokai.ac.jp/bix-pp/)の形式に、UECSで扱われている環境計測制御に関する情報通信パケット(CCM)を変換するソフトウェア(BixFromUecsConverter)をWindowsアプリケーションとして開発した。そして、対象施設として、長野県でイチゴの周年生産を実施している園芸施設であるこもろ布引いちご園に本ソフトウェアを設置し、動作試験を実施した。その結果、気温、湿度、暖房機稼働時間などのコスト計算や環境診断の情報をBIX-ppに変換でき、それをBIX-pp用のアプリケーションソフトウェアを使って処理可能なことが確認できた。これにより、施設園芸の生産現場でUECSを動作させるだけで、別にデータロガーなどの情報収集機器を必要とせず、LANに接続したパソコンにより植物生産環境等に関する情報の収集が容易かつ自動的に収集可能になり、それらの情報を、他の生産量・労務などの情報と統合して環境制御に活用できる総合的な施設園芸生産ソフトウェアの構築が可能になった。今後、さらに開発ソフトウェアを改良し有用性を高め、Webページで公開し、提供するなど、開発した技術の普及を推進したいと考える。施設園芸のための生産ソフトウェアを構築し、環境制御システムに連携させる目的で、低コストで自律分散型の新しい環境制御システムであるユビキタス環境制御システム(UECS、http://uecs.jp/)を用いた、ソフトウェア開発のための基盤的開発研究を実施した。昨年度開発した、植物生産情報交換規格(BIX-pp、http://w3.fb.u-tokai.ac.jp/bix-pp/)の形式に、UECSで扱われている環境計測制御に関する情報通信パケット(CCM)を変換するソフトウェア(BixFromUecsConverter)について、本年度は、実用化という観点から動作検証を実施し、いくつかの改良を加えた。本ソフトウェアの機能を含んだUECS用アプリケーションソフトウェアは、ユビキタス環境制御システム対応ハウスモニタとして平成23年度の市販が予定(http://www.hortplan.com/products_soft.html)されている。また、ハウスモニタから出力されたBIX-pp形式の時系列データについて、複数の組み合わせ条件が合致した部分を図示するBixEnvionmentMakerをJavaアプリケーションソフトウェアとして開発した。たとえば、相対湿度95%以上の状態が6時間以上継続し、気温が15°C以上20°C以下の条件を指定すれば、作物に病害発生の危険がある環境条件を図示すしたり、PPFが100μmol m-2 s-1以上で気温が15°C以上を示すことで、光合成による物質生産可能な条件を図示したりできるようになった。このソフトウェアにより、環境が植物生産に与えると予想される影響を可視化することができるようになり、各種の判定条件をデーターベース化すれば、植物生産現場で生産者が有効に使用できるソフトウェアになると考える。施設園芸のための生産ソフトウェアを構築し、環境制御システムに連携させる目的で、低コストで自律分散型の新しい環境制御システムであるユビキタス環境制御システム(UECS、http://uecs.jp/)を用いた、施設園芸の生産支援ソフトウェアの開発研究を実施した。これまで開発してきた植物生産情報交換規格(BIX-pp)の形式に、UECSで扱われている環境計測制御に関する情報通信パケット(CCM)を変換するソフトウェア(BixFromUecsConverter)の研究成果は、UECSの環境データを記録する市販のアプリケーションソフトウェア「UECSモニタソフト」の一機能(BIX-pp形式出力機能)として組み込まれた(http://www.stella-green.co/business/components_uecs.htm1)。一方、環境が植物生産に与えると予想される影響を可視化する目的で、各種環境計測制御のトレンドグラフの任意の条件が合致した部分をマーキングし注意を促すJavaアプリケーションソフトウェア(BixEnviommentMaker)のプロトタイプ版を改良した。UECSで計測した実際の環境データを使用して動作検証を実施しプログラムの動作不具合を修正した。また、プロトタイプ版では2個までだった条件の組み合わせ数を増やし、設定した判定条件を保存して、必要に応じてワンタッチで呼び出せるようにするなど、機能とユーザインターフェースの改善による操作性の向上を達成した。また、取扱説明書も整備され、研究成果のソフトウェアをダウンロードできるWebページ(http://bix-pp.info/samples/software/index-j.htm)を公開し、UECSを利用する施設植物生産者などが自由にダウンロードして使用できるようにした。
水素結合に基づく多点分子認識場の設計と極性有機化合物の精密識別

1.アミノ酸の多点分子認識場の設計と多点分子認識の熱力学水素結合部位を有するRhーポルフィリンとOーアミノ安息香酸エステルとの二点(金属配位ー水素結合)錯形成の選択性を詳細に検討し、多点相互作用の熱力学的な側面を明らかにした。2.ジカルボン酸の二点捕捉における鎖長選択性レゾルシンーアルデヒド環状四量体とジカルボン酸との二点水素結合においては分子模型より予想されるとうりの極めて大きな鎖長選択性が発現することを明らかにした。3.二点水素結合にもとずくポルフィリンーキノン構造体の構築二つの水素結合部位を有するポルフィリンはpーキノンとの二点水素によりこれを固定し、faceーtoーface型のポルフィリンーキノン錯体を形成する。安定性は水素結合の強さ(NMR.IRのシフトより評価可能)の他、ポルフィリンとキノン間の電荷移動型の相互作用が重要である。このような錯体においては光動起ポルフィリンからキノンへの電子移動が容易に起こり、光合成モデルの観点からも興味深い。4.二点水素結合にもとづくジオ-ルのとりこみと立体選択性レゾルシンーアルデヒド環状四量は多点ではあるが二次元的な結合場を有しており、、環状ジオ-ル(例えばシクロヘキサンジオ-ル)の捕捉においては三次的な立体選択性が発現することを明らかにした。5.超分子錯体により立体化学の解明レゾルシン環状四量体と光学活性のゲスト(糖やステロイドを含む)との錯体は誘起円二色性が認められる。そのコットン効果の符号はゲスとの立体構造を反映すること,換言すればコットン効果の符号より立体構造が判明することを認めた。
能動的触覚センシングによる連想記憶が可能なロボットシステムの開発に関する研究

前年度までの研究で実施した有限要素法による解析結果と拡大モデルによる実験結果に基づき,小形の3軸触覚センサの1次試作を行った.既に製作した拡大モデルが0.5m×0.5m×1.2mの据置形であるのに対し,本センサはロボットへの装着を目的とした可搬形で縦横高さの長さが各部とも約1/10の小形化を目標とした.また,認識実験に必要なため処理速度の高速化も併せて必要である.そこで,本試作においては特に次の項目を達成することに留意した.(1)小形の触覚検出部(ゴムシート)のための鋳型の設計と製作.(2)小スペースへの光源装置の組み込み方の実現.(3)システムの動作安定性の確認.(4)処理速度高速化のためのソフトウェアの改良.開発コストを押さえる目的から市販品のアルミケースを用いたため,センサのサイズとしては40×80×180mmと若干大きいものとなったが,ロボットマニピュレータに搭載するには十分であった.このセンサを5軸制御のロボットマニピュレータに搭載して実験システムを構成した.さらに,物体表面の触知覚実験を行った結果,摩擦係数分布から母材と材質の異なる部分の形状が抽出できることを確認した.この実験システムを用いて,現在連想記憶モデルによる認識の研究を進めている.前年度までの研究で実施した有限要素法による解析結果と拡大モデルによる実験結果に基づき,小形の3軸触覚センサの1次試作を行った.既に製作した拡大モデルが0.5m×0.5m×1.2mの据置形であるのに対し,本センサはロボットへの装着を目的とした可搬形で縦横高さの長さが各部とも約1/10の小形化を目標とした.また,認識実験に必要なため処理速度の高速化も併せて必要である.そこで,本試作においては特に次の項目を達成することに留意した.(1)小形の触覚検出部(ゴムシート)のための鋳型の設計と製作.(2)小スペースへの光源装置の組み込み方の実現.(3)システムの動作安定性の確認.(4)処理速度高速化のためのソフトウェアの改良.開発コストを押さえる目的から市販品のアルミケースを用いたため,センサのサイズとしては40×80×180mmと若干大きいものとなったが,ロボットマニピュレータに搭載するには十分であった.このセンサを5軸制御のロボットマニピュレータに搭載して実験システムを構成した.さらに,物体表面の触知覚実験を行った結果,摩擦係数分布から母材と材質の異なる部分の形状が抽出できることを確認した.この実験システムを用いて,現在連想記憶モデルによる認識の研究を進めている.
小学校社会科における一般概念の適用による社会認識の形成を目指した授業研究

本研究では,小学校社会科における概念探究過程の役割を見つめ直し,獲得した知識を児童が意味あるものと感じ,将来使える知識として育むための授業方法を考え実践することを目的とした。社会科において概念とは,概念の意味や説明としての理論,つまり概念的知識を指し,それを問題解決的に学習し習得することが社会科の授業の柱である。しかし,概念の意味内容である概念的知識だけでなく,概念の名辞そのものを児童がとらえ意識できるようにしていくことも重要だと考える。例えば「特産物」は,児童に地場産業や地域の活性化など,地域を学ぶ意味を深めることができる。またそれは,関連するこれまでの学習や経験をつなげまとめるカテゴリーにもなりえる。まずは,社会の重要なキーワードとして概念の名辞をとらえながら,社会の仕組みとしての知識を獲得する授業方法論を構成することで,児童が必要性を感じながら知識を獲得できる授業となるよう仮説を立て研究に取り組んだ。次に,概念の定義を言語により表現された名辞とし,その意味内容,説明原理である概念的知識と区別して用いることとした。そして認知心理学における認知機能としてのカテゴリー化に着目し,ロッシュの分類学的水準における階層カテゴリーの存在を示す研究成果,マーフィンとメディンの理論ベースの概念観の考え方を基に,社会を構成する上で必要な一般概念を1つのキーワードとして社会事象をとらえながら,その概念が果たす社会的役割や意味を考える授業モデルを構築した。それは,学習材をカテゴリー事例とし,一般概念の適用により他の事例と同定する。さらにその一般概念をカテゴリー事例とし,新たな一般概念の適用により別の事例と同定していくという過程を辿る。これは複数にわたる包括的なカテゴリー化といえる。1度目の概念をカテゴリー化し,新たな概念をとらえるという意味で,この過程を本研究では「概念のカテゴリー化」と定義づけた。最後に「概念のカテゴリー化」の授業方法理論を基に,小学5学年「やめられないかわらない!?かっぱえびせん♪」と「東日本大震災から見る情報化社会」の2単元を開発実践し,考察を行った。その結果「概念のカテゴリー化」は,カテゴリーの階層性を利用し,それを繰り返しカテゴリー化することで,児童同士の話し合いを中心に,学習材を通して上位カテゴリー(上位の概念)を導きだすことができた。さらに学習材の説明原理を上位概念の説明原理へと一般化することもできた。結論として,この授業方法理論は,児童が社会に必要かつ重要な概念をとらえながら,その説明原理を学習材という具体を基に導き出せるという点で,有効な学習方法論といえる。
自発性瞬目を指標とする覚醒・活動水準に関する心理生理学的研究

本研究は、覚醒水準と瞬目活動の関係を検討することを目的とした。実験制御とデータ処理の自動化をめざしてパソコンを用いたシステムを開発したうえで、2つの実験を行った。実験1では、覚醒下監視作業のもとで、瞬目活動に及ぼす心的負荷、発生および課題従事時間の効果を検討した。49名の大学生被験者に、2秒に1回コンピュータ画面上に提示される平仮名文字を監視し、標的文字をカウントするよう要求した。標的文字の種類により、心的負荷を3水準、カウント結果を刺激提示の都度発生するか否かで2水準を設け、3×2の要因配置計画のもとに6条件を設定した。その結果、瞬目率は課題中減少し、休息期に回復する特有のパターンを示しつつ、時間経過につれてほぼ直線的に増加した。脳波は時間経過につれて除波化が進み、心拍率は減少した。視覚監視作業に長時間従事することによって、覚醒水準が徐々に低下し、瞬目率は増加することがわかった。さらに、心的負荷が増すと刺激提示後の初発瞬目潜時には延長し、ゆるやかな立ち上がりで低振幅の波形と変化したが、瞬目率には影響しなかった。また、標的文字試行で瞬目潜時は、100250ms延長した。短時間で推移する覚醒水準の変動に対応して、瞬目発生のタイミングと波形が変化することがわかった。なお、発生条件では瞬目率の増加傾向が認められた。実験2においては、催眠誘導によって操作的に覚醒水準を低下させた睡眠群(n=12)における瞬目率変化を検討した。実験1と同様の課題下で、実験群(催眠群)と催眠誘導を行わない統制群の瞬目率を比較した結果、催眠誘導によって瞬目率は約50%に減少した。また催眠深度尺度(SHSS)と瞬目率との間に有意な負の相関が認められた。催眠誘導による覚醒水準の低下によって、瞬目率が低下することがわかった。以上の結果は、覚醒水準の指標として瞬目活動が有効な生理心理学的指標であることを示す。本年度の目的は,瞬目反応が覚醒水準の指標になり得るかどうかの可能性を検討するために,催眠と覚醒条件における変化を,容積脈波そして脳波の変化とあわせて,特に瞬目の反応を検討することであった.これらの問題を検討するために,大阪と秋田の間での何回かの打ち合わせに基づいた緊密な連携のもとで,すでに実験は合計3系列行われた.まず,統制条件としての通常の覚醒水準における瞬目の変化の検討として長時間にわたる看視作業に関する実験が44名の被験者について行われた.この結果に基づいて,次の催眠条件における看視作業実験を12名の被験者について遂行した.この結果はまだ完全に解析が終わってはいないので,正確な報告はできないが,概要としては思ったほど著名な催眠の効果が得られず,比較がしにくいことが知られた.そこで,第3実験として実験条件よりは催眠条件に忠実な実験としてイメージの実験を12, 3名の被験者について遂行中である.この結果もまだ整理が終わっていないので,はっきりしたことは結論できないが,一般的には当初予想したような結果が得られそうな印象を得ている.つまり,催眠には二つのスタイルがあり,これらの事実は瞬目頻度の変化のみならず瞬目波形の変化をも視野にいれないと充分には説明できない.

言い換えれば, EOG波形における振幅,面積,あるいは立ち上がり・立ち下がりの勾配などの分析がかなり豊富な情報を提供するこが明らかになると思われる.なお,補助金によって購入したいくつかの機器はいづれも予想以上に活躍し,実験制御と資料解析の効率を飛躍的に上げた.その技術的な成果はすでに論文として専門誌に投稿して受理された.残りの3つの実験の結果についてもデータの整理が終わりしだい,いくつかの専門誌(外国誌も含めて)に投稿する準備を進めている.本年度は、前年度に実施した覚醒水準と瞬目活動の関係を検討した2つの実験のデータを詳細に分析するために、データ処理プログラムの開発を行い、瞬目潜時の計測援助プログラム、瞬目波形自動解析プログラム、ならびに脳波解析プログラムを完成した。これらの処理プログラムを用いてデータ解析を進め、以下の知見を得た。覚醒監視作業下瞬目活動に及ぼす心的負荷、発声および課題従事時間の効果を検討した実験1の資料について、瞬目潜時と瞬目波形を分析した結果、心的負荷が増すと刺激提示後の初発瞬目潜時は有意に延長し、また、標的文字施行での瞬目潜時は非標的施行での潜時を100250ms上回った。短時間で推移する覚醒水準の変動に対応して、瞬目発生のタイミングが変動することがわかった。また、心的負荷が増すと立ち上がり・立ち下がり速度と振幅が有意に低下した。監視作業の課題要求に応じて、瞬目ゆるやかな立ち上がりで低振幅の波形に変化することがわかった。覚醒水準の指標として計測した脳波の周波数分析(FFT)プログラムを開発し、目下覚醒水準の詳細な検討を試みている。また、催眠誘導下監視課題での瞬目活動を検討した実験2についても、実験1と同様のデータ処理を計画しているが、瞬目波形が多様で、データ処理アルゴリズムの再検討が必要な現状である。2つの実験データの詳細な解析から、覚醒水準の指標として瞬目活動は有効な生理心理学的指標となた得ることがわかった。すなわち、本実験のような分離試行課題下の資料では、瞬目潜時が有効な指標となると言える。さらに、連続試行課題下にあっては、従来から多用されている瞬目率測度だけではなく、瞬目波形の各種測度、すなわち振幅、持続時間、ならびに立ち上がり・立ち下がり時間なども分析する必要があることが示唆された。今後催眠イメージ課題を用いた連続試行課題での瞬目波形の検討が期待される。
痛みの発現機構における下垂体-視床下部の役割についての実験的研究

下垂体-視床下部系は、臨床的に除痛に関与しているが、その除痛メカニズムは不明である。我々は視床下部ホルモンの一つであるCorticotrophin relasing factor(CRF)の除痛機構における役割に注目し、ラットを用いて実験を行った。1.無麻酔・無拘束下にラットの静脈内に薬液を注入したり、採血できる方法を使ってラットの静脈内にCRFを注入し、CRFがラットの痛みに及ぼす影響と、血中に分泌されたACTH(β-endと同一のprecursorから生ずる)濃度を測定し、血中ACTHと疼痛閾値との相関を検討した。さらに下垂体摘出ラットを作成し、その影響も検討した。その結果ACTHの血中濃度と疼痛閾値、下垂体摘出には相関がなく、CRF静注による急性実験ではCRFはラットの疼痛閾値に変化影響を与えなかった。2.次に(1)浸透圧ミニポンプをラットの皮下に埋め込み、CRFを長期間持続投与して疼痛閾値を検討した。(2)CRF産生ニュ-ロンの存在する視床下部室傍核Paraventricular nucleus(以下PVN)にCRFを微量注入し、局所のCRFの増加が疼痛閾値に与える影響について検討した。この結果CRFの慢性投与もPVNへの微量投与も疼痛閾値に影響を与えなかった。3.視床下部PVNは疼痛抑制に関与しているかどうか、morphineをPVNに微量注入して検討してみた。また下垂体摘出の影響も検討した。その結果PVN核は、微量のmorphineで著明な疼痛抑制を示し、少なくともPVNは疼痛抑制機構に深く関係していることが示された。従ってPVNにはopiate receptorを介しての抑制機構が存在することが判明したが、その系はCRFを介しての視床下部-下垂体系の疼痛抑制機構とは異なることが示唆された。今後さらにこの点を明らかにする様な実験が必要であると考える。本実験は下垂体系内分泌測定がかなりの役割りを担うので、無麻酔かつ無拘束ラットから、血液や髄液を採取する必要があり、その手技の確立にかなりの期間を要した。疼痛閾値の測定機器としては、熱板形鎮痛効果測定装置を購入し使用した。当初は下垂体摘出前後での血中β-Endorphin(β-End)値を測定し、その値と疼痛閾値との相関を検討する予定であったが、ラットのβ-EndをRIA法で測定することが出来ないと判明し、やむなくβ-Endの指標としてACTHの測定をすることにした。下垂体からのβ-Endの分泌に深く関係している視床下部ホルモンであるCRFをラットに注入し、ラットをコントロール群、下垂体摘出群、sham Operation群の3群に分け、さらにCRF投与を生食、CRF10ug,50ug投与の計7グループに分け、36匹を疼閾値測定した。その結果血中ACTH値は疼痛閾値とは相関せず、CRFは下垂体摘出群の疼痛閾値を低下させる傾向があった。これらの実験結果は、第25回日本定位脳手術研究会(東京)で報告した。これはCRF投与後、短期間での実験であり、さらに長期にCRFを継続投与してその影響を調べ、また下垂体の病理学的変化も併せ検討する様、体内埋め込み式の浸透圧ミニポンプを使用しているが、これはまだ結果が出ていない。

臨床的には、下垂体破壊術は除痛に有効であり、その際下垂体以外の脳内のβ-Endが上昇している可能性が強い。今回の結果は少なくとも、血中β-Endと除痛とは相関が少ない事が判明したので、現在さらに上位の中枢である視床下部、時にCRFを産生している弓状核の刺激と破壊を加え、視床下部-下垂体系のβ-End産生と痛みとの関係を継続研究中である。
紅藻シアニディオシゾンを用いたアブシシン酸シグナル伝達機構の進化の解析

植物ホルモンであるアブシジン酸(ABA)は近年の研究から植物・動物問わず、広い生物種間で発見されている。しかし、陸上植物以外におけるABAの機能やその制御メカニズムを解き明かした例は驚くほど少ない。特に受容体を始めとするシグナル伝達機構は陸上植物以外では不明な点が多く、ABAシグナル伝達の進化における大きな謎である。申請者は、原始紅藻Cyanidioshyzon merolae(シゾン)にもABAが存在し、高塩濃度環境での生存性を高めていることを明らかにした。また、陸上植物のABAシグナル伝達因子の一部がシゾンでも保存され、機能していることも発見した。しかし、シグナル伝達の要である受容体の発見には至っていない。そこで本研究では藻類におけるABA受容体の探索とシグナル伝達系の解明を目的とした。本研究では、以下のストラテジーでABA受容体の探索とシグナル伝達系の解明を行うことを計画している。(1)質量分析によるABAレセプターの探索、(2)酵母2ハイブリッド系によるABAレセプター及びABAシグナル伝達関連因子の探索、(3)陸上植物のABAレセプター候補因子のシゾンでの機能解析、(4)ABA応答遺伝子の特定、(5)ABAシグナル伝達に関わる因子の網羅的スクリーニング、(6)モデルの検証と高等植物への応用。本年度は昨年度からに引き続き(1), (2)について新規に開発したin vivo共発現系にて相互作用を確かめた。また(4)(5)について解析をおこなった。本年度は(1)質量分析によるABAレセプターの探索、(2)酵母2ハイブリッド系によるABAレセプター及びABAシグナル伝達関連因子の探索、(4)ABA応答遺伝子の特定、(5)ABAシグナル伝達に関わる因子の網羅的スクリーニングについて解析を行った。(1)及び(2)では昨年度候補が多すぎ、偽陽性の排除が問題であった。そのため、新たにin vivo共発現系を開発し、候補について検証をおこなった。これにより多くの偽陽性を排除することができた。しかし、未だすべての組み合わせでの検証は完了しておらず、次年度も引き続きおこなう。(4)に関してはマイクロアレイの実験を検討していたが、近年の次世代シークエンスの価格低下から次世代シークエンスの方が安価であり精度も高いため、次世代シークエンスに切り替えた。結果を解析することにより、ABA依存的及びABAと光条件の変化等に応答する遺伝子群を特定した。(5)に関しては2次元泳動法によって分離し、MS解析すする予定であったが、検出感度が低く同定できなかった。次年度は(1)(2)から得られた候補を新規形質転換法により引き続き検証する。また(5)ABAシグナル伝達に関わる因子の網羅的スクリーニングを進め、ABA受容から遺伝子発現までの伝達経路の流れを明らかにする。(5)に関しては従来の方法では検出が難しいことが予測された。そこでABA添加・非添加でサンプルを調整しリン酸化タンパク質を特異的に精製するカラムにより精製したタンパク質群をLC-MSにより網羅的に検出する方法をとる。当大学内にLC-MSによるタンパク質の網羅的解析を専門に行う研究室があり、共同研究する予定である。今後は、当初の予定通り、ABAシグナル伝達に関わる全ての因子を特定するのではなく、主要な経路を滞りなく繋げていくことを優先する。本年度は(1)、(2)、(3)について解析を行った。この内(1)と(2)に関しては予想以上に候補が得られ、従来通りの方法では検証が困難であると考えられた。そこで、新規のin vivo共発現系を開発した。現在この方法でタンパク質間相互作用を検証中である。(3)については陸上植物におけるABAレセプター候補を検証したが、これらはシゾンでは機能していないように見える。次年度以降(1)(2)の検証を進めると共に、(4)以降の解析を行っていく予定である。本年度は(1)質量分析によるABAレセプターの探索、(2)酵母2ハイブリッド系によるABAレセプター及びABAシグナル伝達関連因子の探索、(3)陸上植物のABAレセプター候補因子のシゾンでの機能解析について解析を行った。(1)及び(2)ですべてのコンポーネントに対する候補を得た。予想よりも大量の候補が得られたが、これらは偽陽性の可能性を秘めているため、in vivoもしくはin vitroで検証する必要がある。

組み換えタンパク質や、形質転換体による検証を試みたが、数が多く検証困難であると判断した。そこでより簡便で迅速に相互作用をin vivoで検証する方法を開発した。本方法は、一過的な発現系であり、簡便に細胞内で発現したタンパク質同士の相互作用を検証する。ジョイントPCRにより、標的にプロモーターとエピトープタグを付加した断片を直接細胞内へ導入し標的タンパク質を発現させる。クローニングの必要がないため迅速で低コストであり、2種類以上の異なる断片も同時に発現することが可能である。発現させた細胞からタンパク質を抽出しプルダウン法によりタンパク質間相互作用を検証できる。現在この方法を用いて候補から本当の相互作用を選定中である。(3)に関しては、レセプター候補であるChlHについて遺伝子破壊株の作成を行った。しかし、破壊株は作出できなかったため、過剰発現株、アンチセンス株を作出したが、ABA添加による下流遺伝子発現の変化は確認されなかった。このことから、シゾンではABAシグナル伝達にはChlHは関係していない可能性が示された。もう一方のレセプター候補であるGタンパク共役受容体ファミリーであるシロイヌナズナGCR2, GTG1のホモログCmGCR2も同様に遺伝子破壊株は作出されなかった。現在、過剰発現株、アンチセンス株を作出し、表現型の観察を行っている。植物ホルモンであるアブシジン酸(ABA)は近年の研究から植物・動物問わず、広い生物種間で発見されている。しかし、陸上植物以外におけるABAの機能やその制御メカニズムを解き明かした例は驚くほど少ない。特に受容体を始めとするシグナル伝達機構は陸上植物以外では不明な点が多く、ABAシグナル伝達の進化における大きな謎である。申請者は、原始紅藻Cyanidioshyzon merolae(シゾン)にもABAが存在し、高塩濃度環境での生存性を高めていることを明らかにした。また、陸上植物のABAシグナル伝達因子の一部がシゾンでも保存され、機能していることも発見した。しかし、シグナル伝達の要である受容体の発見には至っていない。そこで本研究では藻類におけるABA受容体の探索とシグナル伝達系の解明を目的とした。本研究では、以下のストラテジーでABA受容体の探索とシグナル伝達系の解明を行うことを計画している。(1)質量分析によるABAレセプターの探索、(2)酵母2ハイブリッド系によるABAレセプター及びABAシグナル伝達関連因子の探索、(3)陸上植物のABAレセプター候補因子のシゾンでの機能解析、(4)ABA応答遺伝子の特定、(5)ABAシグナル伝達に関わる因子の網羅的スクリーニング、(6)モデルの検証と高等植物への応用。本年度は昨年度からに引き続き(1), (2)について新規に開発したin vivo共発現系にて相互作用を確かめた。また(4)(5)について解析をおこなった。
看護実践過程の構造に基づく習熟度に合わせた人工呼吸器ケア教育支援モデルの開発

本研究の目的は、各領域の患者に必要かつ特化した人工呼吸器ケアを、看護師が継続的に実践するために、「人工呼吸器ケア教育支援モデル」の構築を目指して、以下のことを検討することである。i.人工呼吸器ケア教育支援プロトコール案の作成する。集中治療領域での人工呼吸器ケアの看護実践過程を基盤に、各領域(一般病床、療養病床、介護施設、地域・在宅)に必要かつ特化した人工呼吸器ケアの看護実践過程(観察・判断・実施)を抽出する。各領域で実践される人工呼吸器ケアと看護師の背景要因との関係を検討・分析し、看護師の習熟度に合わせた人工呼吸器ケアの実践内容を明らかにしたプロトコール案を作成する。ii.各領域での人工呼吸器ケア教育支援プロトコール案をもとに、人工呼吸器ケア実践教育モデルを作成し、その効果検証により、人工呼吸器ケア教育支援モデルを構築する。今年度は、基盤となる集中治療領域での人工呼吸器ケアの看護実践過程を思考過程を含めて網羅した質問紙開発し、信頼性・妥当性を担保することができた。各領域(一般病床、療養病床、介護施設、地域・在宅)に必要かつ特化した人工呼吸器ケアの看護実践過程(観察・判断・実施)を抽出するために、質問紙の141項目の看護実践過程をケア内容に分類及び71項目に取捨選択した。一般病棟において、看護師の背景要因(看護師経験年数・所属部署・人工呼吸器装着患者受け持ち人数)による看護実践能力の差を明らかにすることができ、看護師背景別に、それぞれの看護師に対する教育プログラムを作成し、教育実践および教育効果の実施・評価中である。次年度は、一般病床での結果を基に、療養病床、介護施設、地域・在宅に調査範囲を広め、各領域で実践される人工呼吸器ケアの内容抽出と看護師の背景要因についての分析を進めていく予定である。人工呼吸器ケアの看護実践過程を網羅した調査票について、信頼性・妥当性を担保できたことで、今後の各療養領域に対する人工呼吸器ケアの教育プログラム開発の基盤を確立することができた。その第1段階として、急性期一般病棟看護師に対して実態調査を行い、教育プログラムの作成及び実施を遂行することができている。急性期一般病棟看護師に対する調査票(短縮版)の信頼性・妥当性の検討、及び教育プログラム実施の評価。各領域の教育プログラム作成に向けて、次段階では、NICU看護師へ向けた人工呼吸器ケアの看護実践過程に関する調査を実施予定である。人工呼吸器ケアの細分化についても分析を進め、各領域に特化した人工呼吸器ケアの看護実践過程を明らかにできるよう進めていく方針である。今年度は教育プログラム作成のための情報収取を主な目標としていた。その際、必要と考えていた人件費・謝金の支出時期が次年度になった。また、次年度は、人工呼吸器ケア教育の実施に移行するため、必要な備品の購入及び人件費・謝金の支出が見込まれている。
MAbを用いたアフィニティーカラムの作成と迅速単離法の確立及び光学分割への応用

高分子化合物に対するMAbに比べ低分子化合物のMAbの研究は、モルヒネ等の重要な医薬品を除いては殆どなされていないのが現状である。よって本研究では有機化学領域においてMAbの機能拡大をはかることを目的としている。本研究では対象としたのはアデニールシクラーゼを特異的に活性化するフォルスコリンと、近年脳とマクロファーゼジたらレセプターが精製され、神経免疫作働活性を有すると考えられている大麻成分の活性成分、THC等である。フォルスコリンはアシメ炭素を8ケ持つために不斉合成は不可能と目され、植物資源(Coleus forskohlii)に依存するか、合成品の光学分割の手段を取らざるを得ないと考えられる。また、C.forskohliiにはフォルスコリン以外にも数多くのラブタン型異性体を含有するためその精製には多大の労力を必要とする。よってMAbを活性化アガロースゲルと結合しアフィニティーカラムを作成し粗抽出エキスからフォルスコリンのワンステップ単離法を確立した。一方、抗THC MAbはノンスペシフィックな事が明きらかとなった。これを用いて植物培養細胞による大麻成分の変換反応研究において代謝生成物の一斉検出法を構築した。検出された新大麻成分である代謝生成物の構造を各種器機分析により解明した。また、ステロイダルアルカロイド配糖体、ソラマルジンやテバイン、コデイン等の阿片アルカロイドに対するMAbも作成し、ステロイダルアルカロイド配糖体については全く新しいTLC-immunostaining法を開発した。抗フォルスコリン及び抗ソラマルジンMAb産生ハイブリドーマを用いて可変部分のDNAをクローニングし、小型化MAbを大腸菌にて大量に生産するシステムを構築したのでこれらを用いてアフィニティーカラムのキャパシティーを上昇させるべく検討している。本研究で対象としたのはアデニールシクラーゼを特異的に活性化するフォルスコリンと、近年脳とマクロファージからレセプターが精製され、神経免疫作働活性を有すると考えられている大麻成分の活性成分、THC等である。フォルスコリンはアシメ炭素を8ケ持つために不斉合成は不可能と目され、植物資源(Coleus forskohlii)に依存するか合成品の光学分割の手段を取らざるを得ないと考えられる。また、C.oleus forskohliiにはフォルスコリン以外にも数多くのラブダン型異性体を含有するためその精製には多大の労力を必要とする。また、抗フォルスコリンMAb産生ハイブリドーマを用いて可変部分のDNAをクローニングし、小型化MAbを大腸菌にて大量に生産するシステムを構築した(平成8年度日本生薬学会にて発表)のでアフィニティーカラムのキャパシティーを格段に上昇させ得るものと期待している。一方、抗THC MAbはノンスペシフィックな事が明らかとなった。

高分子化合物に対するMAbに比べ低分子化合物のMAbの研究は、モルヒネ等の重要な医薬品を除いては殆どなされていないのが現状である。よって本研究では有機化学領域においてMAbの機能拡大をはかることを目的としている。本研究で対象としたのはアデニールシクラーゼを特異的に活性化するフォルスコリンと、近年脳とマクロファージからレセプターが精製され、神経免疫作働活性を有すると考えられている大麻成分の活性成分、THC等である。フォルスコリンはアシメ炭素を8ケ持つために不斉合成は不可能と目され、植物資源(Coleus forskohlii)に依存するか、合成品の光学分割の手段を取らざるを得ないと考えられる。また、C.forskohliiにはフォルスコリン以外にも数多くのラブダン型異性体を含有するためその精製には多大の労力を必要とする。よってMAbを活性化アガロースゲルと結合しアフィニティーカラムを作成し粗抽出エキスからフォルスコリンのワンステップ単離法を確立した。一方、抗THC MAbはノンスペシフィックな事が明きらかとなった。これを用いて植物培養細胞による大麻成分の変換反応研究において代謝生成物の一斉検出法を構築した。検出された新大麻成分である代謝生成物の構造を各種器機分析により解明した。また、ステロイダルアルカロイド配糖体、ソラマルジンやデバイン、コデイン等の阿片アルカロイドに対するMAbも作成し、ステロイダルアルカロイド配糖体については全く新しいTLC-immunostaining法を開発した。抗フォルスコリン及び抗ソラマルジンMAb産生ハイブリドーマを用いて可変部分のDNAをクローニングし、小型化MAbを大腸菌にて大量に生産するシステムを構築したのでこれらを用いてアフィニティーカラムのキャパシティーを上昇させるべく検討している。
マルチボディ・有限要素の統合モデル化に基づくクラックのインテリジェント検出

ロータ系に発生するクラックを検出するために,クラック発生時の振動特性を予測するための物理モデルの提案と有用性を検討した.物理モデルとしては,マルチボディ・有限要素統合モデルおよび伝達関数表現を扱った.両モデルとも現在広く用いられているクラック検討用力学モデルに比べて計算負荷を低減させるためのモデルである.これらのモデルを定式化して実験装置の力学的特性を表現した.また,クラック検出のために機械学習利用の検討を行った.その結果,提案する物理モデルの有効性を確認し,機械学習利用のための特徴量に関する知見を得た.長期間運転する回転機械では疲労によるクラック発生は宿命的であり,早期クラック検知は重要な課題である.現在クラックのオンライン推定は行われているが,クラックの有無の判別のみであり,クラック位置と深さまで検知することは困難である.クラックロータの動的挙動は複雑であるが,マルチボディダイナミクスを活用することで簡易かつ高精度な動的挙動の予測が可能である.本研究では,簡易にクラックロータの動解析を実施するためにマルチボディモデルと有限要素モデルを組み合わせた統合モデルを提案することが目的である.これを実現するために,以下課題IIVを設定した.課題I「柔軟MBDを活用したクラックモデルの構築」,課題II「クラックロータの製作および回転実験」,課題III「提案モデルを用いた疲労進展解析手法の開発」,課題IV「提案モデルを用いたクラック検出手法の構築」これらの課題の中で平成27年度は課題Iと課題IIを実施した.まず課題Iとして,統合モデルを評価するための規範モデルとして,クラックロータの動特性を表現しうる伝達関数表現を構築した.この伝達関数表現は統合モデルの比較対象として有用なものである.つぎに課題IIとして,模擬クラック軸を作成した.この模擬クラック軸を用いて,クラックロータ系の回転実験を実施した.回転実験は軸を加振しながら実施し,軸にオープンクラックがある場合の振動変位を計測した.この計測結果より,振動変位にオープンクラックの影響が生じるには,現在の実験装置で用いている変位計よりも精度の高いセンサを利用しなければならないことがわかった.オープンクラック軸の振動に関する伝達関数表現を構築したが,オープンクラック軸のマルチボディ・有限要素統合モデルは現在構築中である.これは伝達関数表現の構築に時間を要したためである.また模擬クラック軸を作成し,この模擬クラック軸を用いて,クラックロータ系の回転実験を実施した.しかし,当初の見込みよりオープンクラックによる振動の影響が小さく出ており,実験装置の再検討が必要である.長期間運転する回転機械では疲労によるクラック発生は宿命的であり,早期クラック検知は重要な課題である.現在クラックのオンライン推定は行われているが,クラックの有無の判別のみであり,クラック位置と深さまで検知することは困難である.クラックロータの動的挙動は複雑であるが,マルチボディダイナミクスを活用することで簡易かつ高精度な動的挙動の予測が可能である.本研究では,簡易にクラックロータの動解析を実施するためにマルチボディモデルと有限要素モデルを組み合わせた統合モデルを提案することが目的である.これを実現するために,以下課題IIVを設定した.課題I「柔軟MBDを活用したクラックモデルの構築」,課題II「クラックロータの製作および回転実験」,課題III「提案モデルを用いた疲労進展解析手法の開発」,課題IV「提案モデルを用いたクラック検出手法の構築」これらの課題の中で平成28年度は平成27年度に引き続き,課題I「柔軟MBDを活用したクラックモデルの構築」を実施した.これはマルチボディ・有限要素の統合モデルによるクラックロータモデルを回転軸の正常部を剛体要素とばね要素を組み合わせて表現し,かつクラック部に有限要素モデルを用いる回転軸の統合モデルを構築し,クラックを含むロータ軸のモデル化を行った.この統合モデルの妥当性を検証するために,有限要素によるクラックロータモデルと比較した.その結果として,統合モデルによるクラックロータモデルの有効性が確認された.また,平成28年度に研究代表者が大学を移籍したことに伴い実験環境が変化したため,クラックロータ実験装置の構築など実験環境の整備を行っている.実験環境が整備でき次第,課題II「クラックロータの製作および回転実験」,課題IV「提案モデルを用いたクラック検出手法の構築」が実施できるように準備を進めている.研究代表者が大学を移籍したことに伴い研究環境が変化したため,研究にやや遅れが生じたが,オープンクラック軸のマルチボディ・有限要素統合モデルの構築まで完了した.課題I「柔軟MBDを活用したクラックモデルの構築」のテーマに関しては,柔軟MBDの手法により回転軸の正常部を剛体要素とばね要素を組み合わせて表現し,かつクラック部に有限要素モデルを用いる回転軸の統合モデルを構築し,クラックを含むロータ軸のモデル化を行った.回転軸の統合モデルの妥当性を評価するために,この提案モデルを用いたシミュレーションを実施し,回転軸の有限要素モデルと比較することで,統合モデルをクラックロータ軸に適用した場合の振動特性の妥当性を評価した.課題II「クラックロータの製作および回転実験」のテーマに関しては,研究環境が変化しクラック軸の実験装置が新たな所属研究室に配備されていないため,実験装置の構築を行っている.したがって,本年度の実施内容は平成27年度に取得したデータを用いて,データ解析を行うにとどまっているが,課題III「提案モデルを用いたクラック検出手法の構築」を実施に必要な実験データまでは取得できており,次年度実施ずる課題

IVのクラック検出手法に用いる機械学習の教師データとして用いることは可能な状況である.以上の現在までの進捗を踏まえ,平成29年度は課題Iの成果および課題IIの成果を用いて,課題IVのクラック検出手法に用いるための機械学習の教師データを構築し,クラック検出が可能であるかを検証する.長期間運転する回転機械では疲労によるクラック発生は宿命的であり,早期クラック検知は重要な課題である.現在クラックのオンライン推定は行われているが,クラックの有無の判別のみであり,クラック位置と深さまで検知することは困難である.このことから,クラック検出に有効なモデル化手法の構築を目指して研究を実施した.実施者は平成28年度から所属する研究機関を異動したことに伴い,平成2829年度は実験環境の整備および計画変更した内容にて研究を実施した.当初,クラック軸を用いた実験を平成30年度まで実施する予定であったが,平成27年度に取得したデータを用いることとし,シミュレーションモデル構築やシミュレーションの実施に時間を割くことにした.平成29年度は,おもに伝達関数表現を利用して課題I「柔軟MBDを活用したクラックモデルの構築」の実施,および平成27年度に計測した実験データをもとに課題IV「提案モデルを用いたクラック検出手法の構築」の再検討を実施した.課題Iにおいては,平成28年度までに構築したシミュレーションモデルをMATLABに実装し数値シミュレーションを実施した.この結果を元に課題IVにおいて平成28年度に取得した実験データとの比較を行い,提案したシミュレーションモデルの有効性を検証した.その結果,良好なクラック予測モデルが構築できたことが確認できた.研究成果は機械学会論文集に投稿し,掲載決定済である.ロータ系に発生するクラックを検出するために,クラック発生時の振動特性を予測するための物理モデルの提案と有用性を検討した.物理モデルとしては,マルチボディ・有限要素統合モデルおよび伝達関数表現を扱った.両モデルとも現在広く用いられているクラック検討用力学モデルに比べて計算負荷を低減させるためのモデルである.これらのモデルを定式化して実験装置の力学的特性を表現した.また,クラック検出のために機械学習利用の検討を行った.その結果,提案する物理モデルの有効性を確認し,機械学習利用のための特徴量に関する知見を得た.本年度はオープンクラック軸のマルチボディ・有限要素統合モデルの構築に注力する.また,実験装置を再検討し,実験データを取得することで,機械学習の教師データを取得する.平成28年度に研究代表者が大学を移籍したことに伴い実験環境が変化し,クラック軸の実験装置が新たな所属研究室に配備されていないため,クラックロータ実験装置の構築など実験環境の整備を行っている.平成28年度はクラック軸を一定速度で回転させるためのモータとインバータ制御盤を準備した.
加水分解アルミニウムポリマーに対するウイルスの不可逆吸着と不活化

本年度は,セラミックMF膜を用いた凝集MF膜処理について,異なる条件下におけるウイルス除去の比較・検討を行った.また,ウイルス除去のメカニズムについて調べるために,凝集MF膜処理におけるウイルスの物質収支をとることを試みた.PAC添加濃度,凝集時間,膜孔径,流束がウイルス除去に与える影響について検討した結果,凝集MF膜処理においてはPAC添加濃度の影響が最も大きかった.また,1.08mg/L as Al以上のPAC添加濃度では,どの条件下においても5log以上の高い除去率が得られた.原水間の比較では,濁度成分の高い原水の除去率は他の原水と比べて1log程度低くなった.また,ウイルス間においては,QβとMS2で除去率に差が見られた.さらに,全ての実験結果で,処理時間が経過するにつれて除去率が向上するという傾向が見られた.凝集MF膜処理におけるウイルスの物質収支については,逆圧洗浄を行うことによりMF膜エレメント内に保持されていると考えられるウイルス量の13%を回収することができた.また,未回収の87%については,ファウリング物質として膜の表面でなく膜孔内部に不可逆的に捕捉されている可能性,ならびに処理水中に流出されている可能性の二つが考えられた.水処理における凝集処理では,水中の懸濁質やバクテリアなどは,アルミニウムの加水分解過程で生成する水酸化ポリマーによって不安定化し凝集・粗大化される本研究ではアルミニウム凝集剤の加水分解過程で生成されるアルミニウムポリマーに非可逆に吸着することによってウイルスが不活化されている可能性について検討した.凝集剤添加後のウイルスの感染性を,Qβ,MS2,T4,and P1の4種類のファージとPAC,硫酸アルミニウム,塩化アルミニウム,水道用凝集剤液体硫酸バンドを使って調べた.凝集剤添加後の感染性ウイルス濃度は生成したフロックをビーフエキスアルカリ溶液で溶解した後に計測した.感染性ウイルス濃度はフロック溶解時間5秒後は,初期値まで回復せず,さらに5時間まで延長しても添加時の初期値までは回復しなかった.ウイルスの未回収は,水酸化アルミニウムポリマーに対するウイルスの非可逆的吸着であり,これは一つの不活化形態と考えられた.検討したすべてのアルミニウム凝集剤全てにこの非可逆的吸着作用によるウイルスの感染性の喪失すなわち不活化が見られたが,とくにポリ塩化アルミニウム(予め加水分解が進み水酸化アルミニウムポリマーを多く含む)では不活化による感染性ウイルス濃度の減少が著しかった.このウイルスの不活化は純水にウイルスを添加した系では著しかったが,通常の河川水中では不活化は抑制された.この理由は水中の自然由来有機物によるものと思われる.すなわち,自然由来有機物と反応して生成した水酸化アルミニウムポリマーは非可逆的吸着作用が弱いものと推論された.本年度は,セラミックMF膜を用いた凝集MF膜処理について,異なる条件下におけるウイルス除去の比較・検討を行った.また,ウイルス除去のメカニズムについて調べるために,凝集MF膜処理におけるウイルスの物質収支をとることを試みた.PAC添加濃度,凝集時間,膜孔径,流束がウイルス除去に与える影響について検討した結果,凝集MF膜処理においてはPAC添加濃度の影響が最も大きかった.また,1.08mg/L as Al以上のPAC添加濃度では,どの条件下においても5log以上の高い除去率が得られた.原水間の比較では,濁度成分の高い原水の除去率は他の原水と比べて1log程度低くなった.また,ウイルス間においては,QβとMS2で除去率に差が見られた.さらに,全ての実験結果で,処理時間が経過するにつれて除去率が向上するという傾向が見られた.凝集MF膜処理におけるウイルスの物質収支については,逆圧洗浄を行うことによりMF膜エレメント内に保持されていると考えられるウイルス量の13%を回収することができた.また,未回収の87%については,ファウリング物質として膜の表面でなく膜孔内部に不可逆的に捕捉されている可能性,ならびに処理水中に流出されている可能性の二つが考えられた.