hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機能的結合fMRI、拡散テンソル画像による抗てんかん薬の反応性の検討

拡散テンソル画像は白質の異常を捉えることができる画像解析法として側頭葉てんかん(TLE)の病態解析に広く応用されている。側頭葉てんかん(TLE)の大脳白質線維の変化を健常群との比較で明らかにし、この変化と罹病期間との関係を検討した。TLE群は健常群に比べて両半球での辺縁系領域、側頭葉領域とそれに接続する白質領域だけでなく、遠隔の白質領域においてFA値の低下、MD値の上昇、RD値の上昇が認められた。罹病期間と全脳の平均FA値は有意な負の相関、全脳の平均MD値、RD値にはそれぞれ有意な正の相関を示した。罹病期間と拡散テンソル指標との相関がある脳側頭葉てんかんでのnetwork inhibition hypothesisに基づくネットワーク、特に視床の外側腹側核と海馬の連結性の証明2)同ネットワーク、神経連絡の変化の相関を特定し、抗てんかん薬の発作抑制の予測が本研究の目的である。本年度は、対象患者のリクルートとfMRI,DTIの画像解析手法の確立、研究の前提となる倫理委員会での承認、QOL解析についての研究発表を行った。対象の目標は、研究に同意した健常対象30名(患者群に年齢性別をマッチ)、側頭葉てんかん患者30名(年齢18歳以上60歳未満、中等度以上の精神遅滞・神経疾患の合併は除く)を目標としたが、健常対象はほぼ目的に達したが、てんかん患者は10名台となっている。この研究について当院での和歌山県立医科大学倫理委員会に課題名「機能的MRIおよび拡散テンソル画像によるてんかんの脳部位間結合障害の解明」として2014年1月20日提出し、同年3月31日和歌山県立医科大学倫理委員会(2014年2月21日)より許可の判定を得た。この研究の評価法の1つであるQOLについて、2013年12月14日第18回日本神経精神医学会シンポジウムにて、「てんかん患者の精神症状とQOL」を発表した。側頭葉てんかん(TLE)でのnetwork inhibition hypothesisに基づくネットワーク、特に視床の外側腹側核と海馬の神経連絡の変化の相関を特定し、抗てんかん薬の発作抑制の予測が本研究の目的である。本年度は、特に、神経連絡の変化の相関をtract-based spatial statistics (TBSS)、Tract-based ROI法による眼窩前頭皮質、前頭葉、頭頂葉、後頭葉、側頭葉を結ぶ脳梁白質各領域の測定を用いて、結果を発表した。2014年10月3日第48回日本てんかん学会にて「側頭葉てんかんにおけるてんかん性精神病の拡散テンソル画像の検討」にてTBSSによりTEL群では右前視床放線、右上縦束、右鉤状束が、精神病群では前視床放線/放射冠前部、上縦束、鉤状束、脳梁、帯状束が、健常群よりも有意にFA値が低下、および精神病群にて、脳梁の7領域の検討では、上部頭頂葉、側頭葉、後頭葉に放射する脳梁領域のFA値と精神病症状を呈した期間には負の相関する傾向を示した。2015年3月7日第37回Fmθ研究会「側頭葉てんかんにおける脳梁での拡散テンソル画像の検討」にて両側の後頭葉をつなぐ脳梁のFA値がTLE群にて健常群より有意に低下し、両側前頭葉、後頭葉、側頭葉をつなぐ脳梁のFA値と罹病期間に有意な相関があった。これらから両側前頭葉・後頭葉・側頭葉をつなぐ脳梁の白質線維の変化と罹病期間に相関があり、てんかん発作の反復等による可能性を考慮した。側頭葉てんかん(TLE)のnetwork inhibition hyothesisに基づくネットワーク、特に視床の外側腹側核と海馬の神経連絡の変化を特定し、抗てんかん薬の発作抑制の予測が本研究の目的である。本年度は、神経ネットワークの変化の相関をTract Specific Analysis(TSA)を用いて、眼窩前頭皮質、前頭葉、頭頂葉、後頭葉、側頭葉を結ぶ脳梁皮質の拡散異方性(Fractional Anisotopy,FA)を測定し、罹病期間・発症年齢・年齢との相関をみた。2015年7月2日、第17回脳機能マッピング学会にて「側頭葉てんかんにおけるTract-Specific Analysisによる拡散テンソル画像脳梁のFA値と罹病期間の検討」および10月31日第49回日本てんかん学会にて「側頭葉てんかんにおける脳梁での拡散テンソル画像の検討」にて発表を行った。その結論は、TLEでは後頭葉をつなぐ脳梁の白質線維の変化があり、側頭葉だけにとどまらず、周囲の領域におよぶ白質線維の変化がある可能性が示唆された。また、前頭葉・後頭葉・側頭葉をつなぐ脳梁の白質線維の変化と罹病期間に相関があり、両側頭頂葉、後頭葉をつなぐ脳梁のFA値と発症年齢に有意な相関があった。この結果からてんかん発作の反復等てんかんの病態の進展により白質線維の障害が生じている可能性が示唆された。この結果により、TLEによる大脳皮質間のネットワークの障害の存在を裏付ける根拠の1つとなった。統計解析の手法に、修正を加えており、その技法の習得と計算、および解釈に時間を要している。

本年度は、特に、神経連絡の変化の相関を全脳探索解析法のTBSS(tract-based spatial statistics)による全脳の白質領域とTract-Specific Analysis (TSA)による脳梁白質各領域の測定を用いて、結果を発表した。2016年11月12日第20回日本精神保健・予防学会学術集会にて「側頭葉てんかんにおけるTract-Based Spatial Statistics (TBSS)による拡散テンソル画像の検討」にてTLE群にて両半球での辺縁系領域、側頭葉領域とそれに接続する白質領域だけでなく、遠隔の白質領域においてFA値の低下、MD値の上昇、RD値の上昇が認められた。罹病期間と全脳の平均FA値は有意な負の相関、全脳の平均MD値、RD値にはそれぞれ有意な正の相関を示した。2017年1月21日第46回大阪てんかん研究会にて「側頭葉てんかんにおける脳梁でのTSA, TBSSによる拡散テンソル画像の検討」にてTSAではTLE群と健常群で脳梁7領域のDTI指標に有意な差はなかった。その一方で、TBSSではTLE群は健常群に比べて大部分の脳梁においてFA値が有意に低下し、MD値、RD値が有意に高かった。TLEにおける脳梁の白質線維の慢性期にみられる障害が全脳梁に存在する可能性がある。これらはそれぞれ、学会誌への論文投稿を予定している。側頭葉てんかんのある群は白質の異常が側頭葉領域とそれに接続する白質領域だけでなく、遠隔の領域にも広がっており、罹病期間との相関もみられることから、繰り返す発作による白質障害の可能性が示唆されていた。拡散テンソル画像は白質の異常を捉えることができる画像解析法として側頭葉てんかん(TLE)の病態解析に広く応用されている。側頭葉てんかん(TLE)の大脳白質線維の変化を健常群との比較で明らかにし、この変化と罹病期間との関係を検討した。TLE群は健常群に比べて両半球での辺縁系領域、側頭葉領域とそれに接続する白質領域だけでなく、遠隔の白質領域においてFA値の低下、MD値の上昇、RD値の上昇が認められた。罹病期間と拡散テンソル指標との相関がある脳被験者のリクルートにやや時間がかかり、十分な数が集まらない状況にあるため。現在までに集まっているデータから、新たな手法で統計解析を行い、その結果の解釈を行ったうえで、論文作成にあたる。精神神経医学現在集まっているデータの解析を進めて、拡散テンソル画像における研究を進展させる。fMRIの解析は、拡散テンソル研究が一区切り後の予定とする。症例のリクルートはやや遅延している。合併症状のない症例のリクルートは予想よりも時間がかかっている。測定法の開発については予想ぞ折に進んでいる。統計手法の確立に時間がかかり、新たな手法による解析方法を準備しその習得に時間がかかったためである。予定していた学会発表が、データ解析が遅れたため発表できなかったため、予定していた旅費と発表用の機材の購入がなかったため。新たなPC、コンピュータソフトによる統計手法の確立、論文制作での英文校閲等を行う予定である。症例のリクルートは、合併症症状のある患者にも拡大し、引き続き行う。それにより、解析する際の対照群が、てんかんのみではなく、てんかんおよび精神症状、精神遅滞、神経症状などの合併症ももつ群にも拡大することになる。
老人ホーム内における人の移動行動に関する解析モニタリング

本研究は、人の位置検知システムの確立を基礎とした老人ホーム内における人の入出実証実験を目的としている。本研究では、人に個別タグ(RFID約20グラム)を保持させてアンテナ内蔵リーダーを設置してある箇所を通過することによって個別タグに振られた認証番号により誰が通過したかがわかるシステムである。しかしながら、この一つのアンテナ内蔵のリーダーが4メートル範囲内にかぎられるという条件であった。上記条件で制限されるが、その範囲内であればその個別のタグが認証可能であった。このアンテナ内蔵リーダーにRS232Cケーブル経由でパソコンにつなぎ、そのデータを無線ラン使用して、タグを保持している人間が通過することにより、データの取得解析が可能となった。その時点でどの人が通過したかの判別ができた。これらのプログラムはC言語で作成した。現実的には、一つのリーダーが4メートルの範囲をカバーするので、人が移動する範囲にそのアンテナ内臓リーダーをすべてに場所を設置して、人の行動を網羅することは、不可能である。必要な出入り口に設置することにより識別が可能となる。最初の年度では、上記のシステムの基本的な部分に着手することによる、個別タグの認識が可能となった。次年度では、実際のフィールド場面を想定した。老人ホームに依頼をして、アンテナ内蔵のリーダーを実際に設置して、その認証実験をおこなった。そのためには、比較的、外出の多い住人に依頼をした。玄関にアンテナ内蔵のリーダーを設置して、その脇にパソコンをおいた。実験は、ほぼ、数週間にわたった。その結果、老人ホームからの外出、また、帰ってきた際の玄関口に出入りに関しては、その認証度は、大変良好であった。この解析結果から、このような老人ホームにおいて、このシステムの設置はホームの職員が入居者の行動を管理面からモニタリングとしての利用が有効であると結論づけられる。本年度は、人の位置検知システムの確立を目的とした実証実験をおこなった。これは人に個別タグ(RFID約20グラム)を保持させて、実験室の入り口にアンテナ内臓リーダーを設置し、人の出入りの検知に関する個別IDタグ実験をおこなった。このアンテナ内臓リーダーとコンピュータはRS232Cに繋がれており、認識のためのソフトウエアをC言語にて作成した。その結果、人の出入りはこの個別IDタグによるコンピュータによる検知が可能となった。このアンテナ内臓リーダーは、現有2台しかないために、一台のアンテナ内臓リーダーの受信範囲が半径4メートルであることが実験の結果明らかとなった。すなわち、8mに一台のアンテナ内臓リーダーを設置すればよいことになる。このことにより、この実験の展開としては、格子状にこのアンテナ内臓リーダーを設置すれば、どのアンテナ内臓リーダーで検知したか判るためにどの位置にいるかの検索が可能となる。また、現在では、有線のケーブルでコンピュータに接続されているが、計画では、無線ルーターを使用することで、データの取得に有線での制限がなくなることになる。これは、建物の位置情報(緯度・経度・高度)を事前にコンピュータに入力しておくことにより、どの位置に誰(どの個別タグ)がいるかが、図示されることになる。人の3次元的な位置の把握が可能となろう。このシステムは、次年度以降の課題となる。次年度には、老人ホーム等で実際のフィールドで実験および、データの取得をおこなう予定である。本研究では、主として室内におけるひとの行動解析モニタリングシステムについておこなった。このシステムは、RFIDという無線タグを人が保持してそのIDを個別に認証するものである。これらは、廊下等にRFIDリーダーがそのIDタグを認証するものである。研究は、1年目は、実験室内でシステムの稼動についておこなった。プログラムは、ビジュアルベーシック(6.0)で作成した。このRFIDリーダーは、ほぼ5m範囲内でのタグの認証が可能であった。

すなわちこのリーダーを人が移動する5m四方に設置せねばならず、1年目は、そのシステムの稼動に研究を費やした。2年目は、実際の現場である老人ホームにて実験をおこなった。老人が、ホーム内での移動の日常活動として確認ができた。本研究の範囲内では、2台のRFIDリーダーの使用のみであったために、データ取得の範囲が限定されてしまった。すなわち、全員につけることにより個人個人のホーム内移動に関しての把握が可能となった。また、無線ランを利用することによりデータ取得の範囲の拡大が可能である。本研究から、室内における人の移動行動の解析モニタリングが可能となった。無線ランの併用により広く室内をカバーが可能である。将来的には、GPS携帯との組み合わせにより、室内外での人の行動解析が可能となる。さらにまた、老人ホームなどの入退室へもこのシステムの応用が可能である。
放射線がん治療時の治療効果を細胞微小環境依存性のレドックス制御により向上させる

腫瘍内のレドックス状態と関連の深い微小環境因子と、放射線による生物効果との相関関連を明らかにすべく、評価法の作成を行った。並行して、その評価法を用いて放射線の細胞に及ぼす効果の比較検討を行った。平成29年10月より平成31年4月まで、出産・育児にかかる休暇により研究を中断し、平成31年4月より研究を再開した。ゆえに昨年度は研究中断していた。中断前までの期間、または再開後における進捗は概ね順調である。中断していた評価法の確立、微小環境因子下での放射線効果の変化の検討を引き続き行う。腫瘍内のレドックス状態に影響を及ぼす微小環境因子と放射線の生物効果との関連を明らかにすべく、評価法の作成を試みた。並行して、その評価法を用いて放射線の細胞に及ぼす効果の比較検討を始めた。異なる微小環境因子下での放射線効果の変化を検討するため、ごく微小な放射線感受性の変化を感知できる評価法の確立を目指す。生体の中でも特に放射線や薬剤に感受性の高い胸腺細胞を用いることで実験の精度を上げる。蛍光色素とプレートリーダーを用いることで、多くの条件を一度に検討できるようなハイスループット化を念頭に置く。平成29年10月より出産にかかる休暇により研究を中断している。それまでの期間において、評価法の作成を行い概ね確立した。平成29年10月より現在まで、出産にかかる休暇により研究中断中。中断前までの期間における進捗は概ね順調である。現在中断中の研究を再開後は、評価法の確立、微小環境因子下での放射線効果の変化の検討を引き続き行う。出産に係る産休(産前休業・産後休業)、育児休業取得のため、平成29年10月12日より現在まで研究を中断しているため中断:2017年10月12日2019年4月25日出産・育児に係る休暇取得のため
魚卵アレルギーにおける交差性成立機構の解明

魚卵の主要アレルゲンである卵黄タンパク質(β'-c)のアレルゲン解析と交差性調査を行なった。(1)シロザケβ'-c分子のアミノ酸配列上に5カ所のIgEエピトープを見出した。このうち3カ所は,多くの魚類β'-c間でアミノ酸配列が類似した領域に存在していた。これら魚類共通エピトープが,魚卵アレルギーの交差性成立に関与していると思われる。(2)ボラ卵にはシロザケβ'-cとの間でIgE交差性を示す6種類のβ'-cアイソフォームが存在した。(3)性成熟したシロザケの筋肉には1μg/gを超えるβ'-c様タンパク質が存在したので,このような魚肉の摂取が魚卵アレルギーを惹起する可能性がある。魚卵アレルギーは日本の食習慣と密接に関わる食物アレルギーである.我々は,イクラ(シロザケ卵)の主要アレルゲンが卵黄蛋白質の一種β'-compornent(β'-c)であることを特定し,一次構造の決定を進めてきた.本研究では,シロザケβ'-cのヒトIgEに対する結合部位(エピトープ)を探索し,他魚種卵と共通するエピトープの存在を検討した.得られた成果は次の通りである:1.シロザケβ'-cを限定消化して得た消化ペプチド群の中から,イクラアレルギー患者の血中IgEと反応する4種類のペプチドを見いだした.これらのアミノ酸配列は(1)YPVNMPLSCYQVLAQDCTIELK,(2)DHASEQNHINVK,(3)GEGVSLYAK,(4)VVDWMKであった.また,同じ配列を持つ合成ペプチドにおいても,血中IgEとの反応性が確認された.以上の結果は上記4つの配列中にエピトープが存在することを示している.2.前述の各ペプチド配列を15種類の魚類ビテロジェニン(Vg)の配列と比較した.まず全Vg中に,(1)のN末端4残基を除いた部位と相同性の高い部分が見出された.次に(2)および(3)に関しては,ニジマスとイワナのVg中に相同性の高い部位が存在したが,他のVgでは5割程度の配列が一致する配列しか確認できなかった.一方,ニジマスとイワナのVg中には(4)と一致する配列がみいだされ,その他の魚類Vgでも,1-2残基のみが類似アミノ酸に置換した相同性の高い配列を含んでいた.以上の結果より,(2)と(3)はサケ科魚卵間の抗原交差性に関与するエピトープを含んでいると考えられる.一方,(1)と(4)は,広範囲の魚種間の抗原交差性に関わるエピトープを含んでいる可能性が高い.【内容】魚卵アレルギーは日本の食習慣と密接に関わる食物アレルギーである。我々はこれまで,イクラ(シロザケ卵)の主要アレルゲン,β'-component(β'-c)について,その一次構造決定とヒトIgE結合部位(エピトープ)の解析をおこない,また,魚卵間のアレルゲン交差性と共通アレルゲンの同定を進めてきた。平成22年度は,β'-cの限定消化と合成ペプチドを用いた実質的なエピトープの絞り込みを実施した。また,魚卵間のアレルゲン交差性情報を充実させるため,イクラとカラスミ(ボラ卵)およびタラコ(スケトウダラ卵)間の交差アレルゲンを検討した。【結果】(1)シロザケβ'-cの消化ペプチド群から,イクラアレルギー患者の血中IgEと反応する4種類のペプチド(YPVNMPLSCYQVLAQDCTIELK,DHASEQNHINVK,GEGVSLYAK,およびVVDWMK)を得た。これらのN末端とC末端の欠損程度を変化させた合成ペプチドを用いてIgE反応性の有無を比較したところ,IgE結合部位を含む5カ所の配列(LSCYQV,LAQDCTIEL,DHASEQNHIN,GVSLY,およびVVDWMK)を明らかにできた。(2)シロザケとスケトウダラのβ'-c間に共通するエピトープを,2カ所見いだした。これはアレルゲン交差性成立に関与するエピトープの存在を初めて示した知見である。(3)生鮮ボラ卵の卵黄タンパク質中に,イクラアレルギー患者の血中IgEと反応する6種類のβ'-cアイソフォームを見出した。そして,ボラβ'-cとシロザケβ'-c間に抗原交差性が存在する事を阻害ELISAによって確認した。(4)今年度明らかにしたシロザケβ'-c中のIgE結合部位と酷似する3配列を,データベース上のボラ卵黄タンパク質(ビテロジェニン)中に見出した。【内容】魚卵アレルギーの研究では,アレルゲンの構造解析と同時に,交差魚種の網羅的解析が必要である。

申請者らは昨年度までの研究において,シロザケβ'-cの2種類のIgE結合部位が,さまざまな魚類卵黄タンパク質間で相同性の高い領域に存在することを確認した。また,各種のデータベース検索において,魚肉成分や魚類以外の卵黄タンパク質中には,決定したIgE結合部位と相向性の高い部位は確認されなかったため,β'-cの交差性は魚卵間にのみ存在する可能性が高いと推測した。しかし一方では,魚卵と魚肉間における抗原交差性の存在を示唆する報告がなされている。そこで今年度は,抗β'-c抗体を用いたサンドイッチELISAを用いてシロザケの筋肉および内臓に含まれるβ'-c様成分を定量し,魚卵と魚肉間の抗原交差性に対する血中ビテロジェニンの関与について検討した。【結果】まず,性成熟したシロザケの筋肉および内臓(肝臓,腎臓)各1gから,雄で00.17μg(n=10),雌で0.171,700μg(n=15)相当量のβ'-c様成分が検出された。また,抗β'-c抗体を用いたイムノブロッティングにより,雌の筋肉と内臓中には分子量が14k90kの範囲に分布する複数のβ'-c様成分の存在が確認された。一方,雄サンプルでは,含有するβ'-c様成分量が少なく,明確な反応は確認されなかった。以上の結果より,検出されたβ'-c様成分はVgであると推測した。また,β'-cサブユニットの分子量は16-18kであることから,今回検出された成分の多くは,Vgがβ'-cへと開列する途上の成分,あるいは個体の死亡後に体内酵素による分解で生じた産物であると推測した。本研究により,魚肉や内臓にもβ'-c様成分が存在し,それによって魚卵との抗原交差性様の挙動が見られることが示された。また,雄においてもβ'-c様成分が検出されたことは,いくらアレルギー患者は,魚体の雄雌を問わず,魚肉や内臓の摂取により,アレルギー症状を惹起する可能性があることを示唆している。
火山近傍テフラの残留磁化の基礎研究：磁化獲得過程と古地磁気記録としての信頼性

過去の研究により、巨大噴火によって広域テフラの残留磁化方位(堆積残留磁化の方位)は、同時に噴出した火砕流堆積物の溶結部から得た残留磁化方位(熱残留磁化の方位=古地磁気方位)と一致することが報告されている。本研究では,より小規模な噴火で形成された火山近傍の火山灰層の残留磁化が古地磁気記録としてどの程度の信頼性(確度・精度)があるかを評価するために,近年噴出した火山灰層の古地磁気方位測定を行い,地磁気方位との比較を行っている。本年度は,阿蘇中岳で採取した2016年10月噴火で噴出・堆積した粘土質火砕物(火山灰),雲仙火山の1991-1992年の噴火によって畑に堆積した火山灰試料の古地磁気学的測定を行った。これまでに得たデータによれば,火山灰の残留磁化は,地球磁場方向に,ほぼ一致する場合といくらか伏角が浅くなる場合があるようである。残留磁化の偏角については,当時の値にまずまず近い値をもつ。このような違いの原因は不明であるが,火山灰は地球磁場方向に残留磁化をもつが,磁化獲得後の火山灰層の経年変化(たとえば火山灰層の圧縮)の影響を多かれ少なかれ受けるのかもしれない。このような記録媒体の経年変化は,火山岩にはない性質であり,火山灰の残留磁化の確度・精度を検討するのに重要であることが明確になった。今後は露頭における火山灰堆積物の記載や火山灰粒子の構成についても検討しながら,残留磁化データの解釈を進める必要がある。当初計画では,火山近傍の火山灰層についても,広域テフラと同様に,地球磁場方位に一致する残留磁化を保持していると推察していたが,話はそう単純ではないようである。火山灰層そのものの経年変化の可能性に注意を払いながら,試料採取・測定を進める必要がある。火山灰層の堆積後の経年変化が残留磁化方位に影響を与えている可能性があるので,同一の火山灰を複数の露頭で採取して,その影響の程度を把握したい。本研究では,火山灰の磁化獲得過程を調べるため,阿蘇火山・雲仙火山において,噴出後1年および26年の火山灰層を採取した。阿蘇火山中岳では,火口近傍(火口縁まで10m程度)において数十cmの穴を掘り,2016年10月噴火で噴出・堆積した粘土質火砕物(火山灰)を採取した。雲仙火山権現脇遺跡の露頭では,1991-1992年の噴火によって畑に堆積した火山灰層を採取した。火山灰試料は,既に開発済みの治具を火砕物層の露頭に固定した上で,プラスチックキューブを用いて,定方位で採取している。阿蘇中岳の火山灰試料は,自然残留磁化強度が弱く,0.01 A/mのオーダーであった。自然残留磁化方位もそれほどまとまっていないが,今後初生磁化の抽出を試みる。一方,雲仙火山の火山灰試料の自然残留磁化強度は,0.1 A/mのオーダーであった。各試料の自然残留磁化方位の偏角は当時の地球磁場にほぼ同じであるが,伏角は30-50度であり,当時の地球磁場(46.5度)より浅い傾向がある。段階交流消磁の結果によれば,2次的な磁化の影響ではないように見える。試料に与えた非履歴性残留磁化強度の比較に基くならば,磁化獲得効率は水平方向に10%大きいが,この程度の異方性では,浅い伏角を説明できない。今回採取した1991-1992年火山灰層は,畑のうねとうねとの間のくぼみに堆積したものであり,くぼみを流れる雨水が火山灰粒子の配列に影響を与えた可能性もある。特殊な堆積環境の火山灰層を採取してしまったようで,今後の検討が必要である。当初,阿蘇中岳で平成26年あるいは28年噴火の火山灰層を採取する計画であったが,火口近傍は,28年噴火時の礫まじりの火砕物で厚くおおわれ,繰り返し採取可能な良い露頭がなかった。29年度11月の調査では,数十cmの穴を人力で掘り,28年10月噴火の粘土質火砕物(火山灰)をなんとか4試料採取した。当初の計画のように数か月おきに繰り返し採取するのは難しい。採取間隔を1年程度に変更し,その他の測定・実験に注力したい。

このような違いの原因は不明であるが,火山灰は地球磁場方向に残留磁化をもつが,磁化獲得後の火山灰層の経年変化(たとえば火山灰層の圧縮)の影響を多かれ少なかれ受けるのかもしれない。このような記録媒体の経年変化は,火山岩にはない性質であり,火山灰の残留磁化の確度・精度を検討するのに重要であることが明確になった。今後は露頭における火山灰堆積物の記載や火山灰粒子の構成についても検討しながら,残留磁化データの解釈を進める必要がある。当初計画では,火山近傍の火山灰層についても,広域テフラと同様に,地球磁場方位に一致する残留磁化を保持していると推察していたが,話はそう単純ではないようである。火山灰層そのものの経年変化の可能性に注意を払いながら,試料採取・測定を進める必要がある。本研究では,火山灰が磁化獲得する過程を数年スケールで天然試料で観察しようとしていたが,前述のように,阿蘇中岳においては良質な露頭の確保が難しい。近年噴火している他の火山においても同様と予想される。まずは,伊豆大島Y1テフラ(1986年)や開聞岳Km12テフラ(885年)の採取と残留磁化測定に注力し,古地磁気記録としての信頼性を検討したい。火山灰層の堆積後の経年変化が残留磁化方位に影響を与えている可能性があるので,同一の火山灰を複数の露頭で採取して,その影響の程度を把握したい。本年度の消耗品費として,ヘルムホルツコイルの購入費を計上していたが,分担者が所有しているものを借りることにしたので購入していない。当初の計画にはなかったが,火山灰試料中の磁性鉱物やその分布を電子顕微鏡観察により把握する必要があると考え,研磨機を購入した。一方,伊豆大島調査を本年度内に行わなかったため,必要な経費を次年度に繰り越して使用することにした。当初計画で予定していた調査は,次年度に実施する。
イネ突然変異誘発遺伝子の機能に関する分子遺伝学的解析

銀坊主へのガンマ線照射により、劣性の1細粒遺伝子ととも誘発された突然変異誘発遺伝子(mutator)は、質的形質のみならず重要な農業形質にも多様な変異を誘発するので、新しい水稲育種技術の開発に貢献し得るものと期待される。本研究は、mutatorの育種的利用を可能にするために、mutatorを活性化すると見られる細粒遺伝子およびmutator誘発突然変異遺伝子と密接に連鎖するDNA部位を、RFLP分析およびRAPD分析によって探索し、クローニングに必要な基礎的知見を得ようとしたものである。得られた結果は、以下のとおりである。1)細粒遺伝子座に関する連鎖分析の結果、細粒遺伝子は第7染色体のrfs(rolled-fine-stripe)遺伝子座のごく近傍に座乗することが判明した。このことから、細粒遺伝子のRFLP地図上の位置は、第7染色体のRFLP部位20152の近辺であると推定された。今後は、細粒遺伝子座とこれらRFLP部位との連鎖関係を利用して細粒遺伝子とより緊密に連鎖するRFLP部位の探索を効率的に進めることができると考えられる。なお、本研究の範囲では、細粒遺伝子と緊密に連鎖するRAPDマーカーを発見することはできなかった。2)mutatorによって誘発された濡れ葉突然変異遺伝子座は第9染色体のRFLP部位385のごく近傍にあり、drp-2座と同座である可能性が高いことが判明した。また、トウモロコシのアントシアン合成関連遺伝子のDNAクローンを用いたサザン解析の結果、無着色イネと着色イネとの間に明瞭なRFLPが観察されたことから、トウモロコシのDNAクローンの利用による、mutator誘発着色関連遺伝子座、A座あるいはC座、の単離の可能性が示唆された。イネ突然変異誘発遺伝子(mutator)によって誘発された突然変異遺伝子におけるDNA構造の変化を解析するために、まずイネRFLP連鎖地図上の位置が判明しているDNAクロ-ンの中からmutatorによって誘発された突然変異遺伝子と密接に連鎖しているもの探索することにした。このため、平成2年度にはmutatorによって誘発された突然変異遺伝子でかつ座乗染色体の明らかな、濡れ葉ー2(<drpー2>___ー)、頴花および節間黄金色ー2(<ghー2>___ー)、粗穂(<lax>___ー)、たれ葉(<dl>___ー)、輪枝(<ri>___ー)、およびもつれ(<la>___ー)遺伝子を持つ系統とインデイカ品種Kasalathとの交雑F_2を作出した。また、上記6遺伝子の中のたれ葉遺伝子が座乗する染色体3については、互いに密接連鎖する多数の既知DANクロ-ンがあり、これらの中にはたれ葉遺伝子のごく近傍にあるため、原品種とたれ葉突然変異遺伝子系統との間のDAN構造の差異を検出できるものがある可能性が高い。この点を明らかにするため、原品種銀坊主、たれ葉突然変異系統、たれ葉突然変異を誘発した親細粒系統(mutator活性保有系統)の核DNAを4種類の制限酵素EcoRV、Bgl、HindIII、BamHIで消化して、Southern Blotting法により第3染色体上の11個のDNAクロ-ン(gene No.51,55,62,73,74,129,137,144,232,249,369)によって標識される核DNAの位置を観察した。実験の結果、3系統間には、いずれの制限酵素、DNAクロ-ンの組合せにおいても標識される核DNAの位置に差異はなく、用いたDNAクロ-ンの中にはたれ葉突然変異の影響を受けるほど近くにあるものはないと判断された。

突然変異誘発遺伝子(mutator)の分子遺伝学的解析を行うに当たって必要な基礎的情報を得るため,mutatorの作用発現と強く関連する細粒遺伝子(slg(t)と仮称)の座乗位置の決定を試みた.トリソミック分析(第5,6,8,9,10,11および12染色体)並びに標識遺伝子を用いた連鎖分析(lax;第1染色体,ghー2;第2染色体,bcー1;第3染色体,lg;第4染色体,gー1,Rc,e_1;第7染色体)を行った結果,slg(t)と第7染色体に座乗する標識遺伝子gー1,Rcおよびe_1との間に連鎖関係が検出され,slg(t)の連鎖地図上の座乗位置が明らかになった.上記実験とは別に,細粒系統中の粒型復帰個体に高頻度で出現する〓先着色に関与する遺伝子を明らかにするため,葉身,〓先および果皮にアントシアン(ac)着色のみられる標識遺伝子系統(紫葉T系統)と1細粒系統IM294との交配後代F_3系統を供試し,ac着色形質に関する分離分析を行った結果,葉身,〓先および果皮の着色に関与するac遺伝子間相互作用についてこれまでの報告と矛盾しない結果が得られたほか,IM294のこれら遺伝子に関する遺伝子型を推定することが出来た.この遺伝子間相互作用およびIM294の遺伝子型を基に考察すると,IM294の系統内に出現する粒型復帰個体の内の〓先着色個体は,A^+遺伝子がA遺伝子に変化した結果生じたものであると推察され,A座の遺伝子はmutatorの作用を受けやすい遺伝子の一つであり,A座の遺伝子について分子遺伝学的解析を行うことによってmutatorの作用機構の一端が明らかになることが示唆された.また,紫葉T系統とIM294より抽出したDNAを供試し,トウモロコシのac遺伝子C1,C2およびA1のクロ-ンをプロ-ブとして用い,サザンハイブリダイゼ-ションを行った結果,いずれのプロ-ブを用いた場合にも明瞭なバンドが検出された.さらに,A1遺伝子のクロ-ンをプロ-ブとして用いた場合にはRFLPが観察され,イネac遺伝子座のいずれかが紫葉T系統とIM294との間で多型を示す可能性が示唆された.銀坊主へのガンマ線照射により、劣性の1細粒遺伝子ととも誘発された突然変異誘発遺伝子(mutator)は、質的形質のみならず重要な農業形質にも多様な変異を誘発するので、新しい水稲育種技術の開発に貢献し得るものと期待される。本研究は、mutatorの育種的利用を可能にするために、mutatorを活性化すると見られる細粒遺伝子およびmutator誘発突然変異遺伝子と密接に連鎖するDNA部位を、RFLP分析およびRAPD分析によって探索し、クローニングに必要な基礎的知見を得ようとしたものである。得られた結果は、以下のとおりである。1)細粒遺伝子座に関する連鎖分析の結果、細粒遺伝子は第7染色体のrfs(rolled-fine-stripe)遺伝子座のごく近傍に座乗することが判明した。このことから、細粒遺伝子のRFLP地図上の位置は、第7染色体のRFLP部位20152の近辺であると推定された。今後は、細粒遺伝子座とこれらRFLP部位との連鎖関係を利用して細粒遺伝子とより緊密に連鎖するRFLP部位の探索を効率的に進めることができると考えられる。なお、本研究の範囲では、細粒遺伝子と緊密に連鎖するRAPDマーカーを発見することはできなかった。2)mutatorによって誘発された濡れ葉突然変異遺伝子座は第9染色体のRFLP部位385のごく近傍にあり、drp-2座と同座である可能性が高いことが判明した。
教員養成系大学における数学科担当教員養成コア・カリキュラムの開発

教員養成系大学における数学科のコア・カリキュラムを開発した。コア・カリキュラムの編成においては,学習指導要領における算数・数学教科の内容について分析し,その結果を諸外国のカリキュラムと比較することにより,我が国のカリキュラムの構成について考察した。この考察結果を踏まえて,数学教科においてコアとして重視すべき要素を抽出した。それらの分析を踏まえて,大学教員2人,附属小・中学校の教員1人の計3人で担当する授業科目「初等中等教科教育実践I, II, III」を設けた。初等中等教科教育実践I, II, IIIは,小・中学校の学習指導要領に表れる学習指導方法についての理論,教科の内容についての理論,教育実践を踏まえた指導方法の3分野から構成した。教科内容に関する数学の専門科目と教科教育に関する科目は,互いに補完的な役割を担うように編成した。数学の専門科目においては,数学の論理的・抽象的思考をしっかりと育成することに主眼を置き,内容を厳選した。教科教育科目においては,教育の理論と実践の融合を図ることに主眼を置き,内容を厳選した。また,数学の指導力や指導に対する評価力を育成することに主眼を置いた。構築したコア・カリキュラムは,理論と実践を融合したカリキュラムとなっており,教員として必要な教育実践能力を身に付けることができる内容となっている。開発したコア・カリキュラムについては,シラバスを作成するとともに,本学の学校教育学部で,平成17年度の入学生から実施した。小学校・中学校の教員を希望している教員養成系大学数学科におけるコア・カリキュラムについて,国内外の諸大学・教育現場と研究打ち合わせ・交流を行う中で研究を深めてきた。コア・カリキュラムとしては,教育実践を中核に据え,附属小・中学校の協力を得た授業科目「教育実践研究I,II,III(1・2・3年)」を設けることにした。さらに,数学教育学の分野では,学習指導要領を踏まえた内容の編成・構成を図ること,教材・教具の開発能力を高めること,及び中・高等学校において「数学嫌い」が見られることから学習指導についての能力を高めることを目的とした授業科目の編成・構成を行うことにした。数学内容学の分野では,現代数学の基礎となる線形代数,微分積分学の2本柱について,これまでかなり膨大な内容の講義を行ってきた。しかし,学生が持つ基礎知識の量は,最近著しく低下してきており,特に教員養成系大学においては形式的な計算も身についていない状況である。そのような状況の中で,数学の論理的・抽象的思考をしっかりと育成するには,厳密な理論展開をどの程度まで押さえ,内容をいかに厳選するかが大きな課題であった。これらの課題を考慮しつつ,教員として最低限必要な内容を厳選し再構成することにした。現在,これらの考えに基づき,数学科の各授業科目についてシラバスを作成しており,次年度からの新カリキュラム実施に反映する予定である。それらの分析を踏まえて,大学教員2人,附属小・中学校の教員1人の計3人で担当する授業科目「初等中等教科教育実践I,II,III」を設けた。初等中等教科教育実践I,II,IIIは,小・中学校の学習指導要領に表れる学習指導方法についての理論,教科の内容についての理論,教育実践を踏まえた指導方法の3分野から構成した。
レンズの位相変換作用を利用したフォトケミカル反応による3次元形状の創成

最近マイクロ機械部品の作製に関する研究が注目を浴びている。本研究は、紫外線感光性樹脂表面上をレンズで集光した紫外線レーザビームで所望の形状の輪郭に沿って描画することによってマイクロ機械部品を制作した。この描画によって紫外線感光性樹脂は液体から固体へと硬化する。本研究ではまず最初にこの方法で高いアスペクト比をもつマイクロ部品を制作することを目的とした。そのために集光したレーザビームで樹脂表面上を描画したときに、ビーム波長、レンズ焦点距離、樹脂中での光の吸収、ビーム照射量、樹脂表面とビーム焦点の位置などが樹脂硬化形状に及ぼす影響を理論的に検討した。そして高いアスペクト比をもつ樹脂硬化形状を得るための最適条件を計算した。次に実際に樹脂硬化実験を行い、実際に得られた樹脂硬化形状が計算値とよく一致していることを確かめた。最後に、これらの結果を利用して他界アスペクト比をもつ樹脂製品を製作した。実際に製作した部品は数百ミクロン程度のマイクロギアや数十ミクロン程度の寸法の文字パターン等である。本研究では第二番目の課題として、3次元構造をもつマイクロ部品を製作することを目的とした。その方法は樹脂の塗布と描画を高さ方向に積み重ねて行うことにより、高さ方向に断面形状が異なる形状を製作するものである。この方法で3次元構造を製作するためには、1回の描画では樹脂の深い部分まで硬化しないほうがよい。そこで所望の硬化樹脂の深さを得るための条件を樹脂中での光の吸収を中心にして検討した。そして、3次元構造製作のために適した条件を調べ、その条件に基づいて数百ミクロン程度の寸法のマイクロ部品を実際に製作した。
タンパク質分解系を介したコーヒー成分による生活習慣病予防の分子メカニズムの解析

コーヒーの習慣的飲用が様々な生活習慣病の予防効果があることが、疫学研究などにより示されているが、そのメカニズムについては不明な点が多い。本研究では、特に、多くの生活習慣病のリスク要因となっている肥満と炎症に対するコーヒーの効果を、分子レベルで明らかにすることを目的としている。2018年度では、抗炎症効果について、LPSにより炎症を惹起したマウスマクロファージ様細胞RAW264.7細胞を用いて、コーヒーの抗炎症効果を示す成分の同定を検討した。コーヒーの抗炎症効果はカフェインに活性がなかったので、デカフェコーヒーを用いることとした。LPSにより誘導される炎症マーカーであるNO産生の抑制活性を指標として、深煎りデカフェコーヒー豆抽出液を、有機溶媒で活性を分離後、活性のあった酢酸エチル画分について逆相カラムにより分離を試みた。その結果、3つの活性ピークが認められた。その活性をさらにHPLCで分離し、NO産生抑制活性成分の候補として3種のカテコール(hydroquinone、pyrocatechol、4-ethylcatechol)を同定した。次に、得られた3種のカテコールについて、さらに詳細に抗炎症効果を検討した。その結果、3種ともに、LPSによるNF-kBの核内移行やIκB mRNAの発現誘導を抑制し、LPS刺激後のIκBαの再合成を抑制したことから、LPS刺激によるNF-κBの活性化を阻害することにより、NOやCCL2の産生を抑制すると考えられる。3種のカテコールのうち、ピロカテコールが主成分であることから、コーヒーの抗炎症効果の主体は、クロロゲン酸から焙煎により生成するピロカテコールであると考えられる。今後、ピロカテコールの抗炎症効果についてさらに詳細に検討するとともに、敗血症モデルマウスに対する予防効果を検討する予定である。研究計画書とは異なる方法ではあるが、コーヒーの抗炎症効果を示す活性成分を同定できた。字数の都合で概要には記載していないが、コーヒー活性成分のNrf2活性化についても示すことができている。今回同定した活性成分のうち、ピロカテコールについて、炎症モデルマウスを用いて、コーヒーと同程度の効果があるかどうかを検討する。また。別の研究テーマである抗肥満効果についても、ピロカテコールに活性があるかどうかを調べ、メカニズムを明らかにする。また。予定していた海外での学会発表を取り止めたため。次年度、その分の海外での学会発表を行う予定である。
ヒト抗原提示細胞上に発現しているHsp90受容体の同定と免疫疾患制御

我々は自己腫瘍由来の熱ショック蛋白質HSPは、腫瘍特異抗原ペプチドを結合しており(HSP-ペプチド複合体)、これを動物に免疫すると腫瘍特異的免疫を誘導することができ、HSPを用いた癌の免疫治療有効性について世界に先駆け報告してきた。これは樹状細胞などのプロフェッショナル抗原提示細胞(APC)によるクロスプレゼンテーションを介する腫瘍特異的T細胞の活性化によることを明らかにしてきた。なかでもHsp90は細胞質内に最も豊富に存在するHSPであり、クロスプレゼンテーションを介する免疫応答に重要な役割を果たしていると考えた。実際Hsp90-抗原複合体は、樹状細胞に非常に効率良くtargetingできることを示し、癌抗原特異的な細胞傷害性T細胞(CTL)を活性化することを明らかにしてきた。この際、Hsp90-抗原複合体は樹状細胞上に発現していると考えられるHsp90特異的な受容体を介する、エンドサイトーシスにより取り込まれていることを見出した。本研究では、ヒト樹状細胞に発現しているHsp90受容体を同定し、Hsp90によるクロスプレゼンテーションのメカニズムを明らかにすることを目的とした。AlexaラベルしたヒトHsp90をプローブとして、ヒト樹状細胞より調製したcDNAライブラリーを用いて発現クローニング法により、Hsp90受容体の候補分子を同定した。この分子は分子量58kDaの小胞体膜局在分子であった。小胞体に局在すると報告されているが、特異的抗体を用いてマウスおよびヒト樹状細胞(K.G-1)のFACS解析を行ったところ、細胞表面上での発現を確認した。今回同定したHSP結合分子が小胞体局在分子で、樹状細胞でのみ、細胞表面に発現していることは興味深く、この分子がHsp90によるクロスプレゼンテーションの受容体として機能しているかについて検討を行っているところである。【研究の目的】我々はヒトHsp90-ペプチド複合体が樹状細胞上に発現している受容体に結合し、エンドサイトーシスにより取り込まれ、T細胞に結合ペプチドをクロスプレゼンテーションするということを示してきた。しかしこのHsp90に対する受容体はこれまで明らかにはされていない。Hsp90と樹状細胞はTLRおよびその存在が推定されるHsp90特異的受容体を介して自然免疫と獲得免疫を協調性に活性化するという点で、癌免疫の賦活化に必須な分子および細胞である。本研究は未解明である樹状細胞上のHsp90受容体を同定し、Hsp90-Hsp90受容体による免疫反応の分子的な解析を可能にし、免疫疾患の制御、特により有効な癌免疫療法の開発の基礎的な検討を行うものである。【本年度の研究】(1)RTS法を用いてin vitro translationによりビオチン化したヒトHsp90を作成した。しかしこのHsp90は培養樹状細胞に結合しないことが判明した。これはpost-translational modificationがなされないためであると考えている。そこで精製ヒトHsp90をAlexaラベルしたものをプローブとして受容体のクローニングを行うこととした。(2)クローニングにあたり、Hsp90が結合しない細胞を選択する必要がある。スクリーニングの結果、マウスリンパ腫株A20を遺伝子導入細胞とした。現在、Hsp90を結合することが証明されている、GM-CSFによって誘導されたヒト抹梢血単球由来の樹状細胞よりcDNAライブラリーを調整し、これをA20細胞に一過性発現させる。これらの細胞にAlexaラベルHsp90を添加し、セルソーターによりHsp90結合細胞をソーティングする作業を行っているところである。【研究の目的】

我々はヒトHsp90-抗原複合体が樹状細胞上に発現している受容体に結合し、エンドサイトーシスにより取り込まれ、Hsp90結合抗原が特異的T細胞に効率よくクロスプレゼンテーションされることを見出した。Hsp90と樹状細胞はこのHSP特異的受容体を介して獲得免疫系を活性化するという点で、HSPの同定は生体防御機構の理解に大変重要である。本研究はHsp90の特異的受容体を明らかにし、さらにHsp90-Hsp90受容体の樹状細胞における運命・動態を解析することにより、免疫疾患の制御、特により有効な癌免疫療法の開発に資するものである。【本年度の研究】AlexaラベルしたヒトHsp90をプローブとして、ヒト樹状細胞より調製したcDNAライブラリーを用いて発現クローニング法により、Hsp90受容体の候補分子を同定した。この分子は分子量58kDaの小胞体膜局在分子であった。小胞体に局在すると報告されているが、特異的抗体を用いてヒト樹状細胞のFACS解析を行ったところ、細胞表面上での発現を確認した。この分子はマウスの樹状細胞表面にも発現しており、かつこの分子を発現している細胞にHsp90が結合することを確認した。さらに新規のHSPであるORP150もこの分子に結合することが示された。この事実は我々が同定した分子がHSPファミリー分子に共通な受容体である可能性を示している。現在、この分子がHsp90およびORP150によるクロスプレゼンテーションの受容体として機能しているかについて検討を行っているところである。
ＭＥＭＳ技術を利用した単気泡下の限界熱流束（ＣＨＦ）の発生機構の解明

本研究は、超鏡面加工を施された電子回路用シリコンウエハー上に、MEMS技術にて微細な円孔を加工し、この一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムをまず作り上げ、その制御された沸騰気泡による限界熱流束を実験的に検討するものである。すなわち、単純な単一気泡による限界熱流束を取り扱うことで、限界熱流束の本質を捉えるものである。その結果、低圧条件下の沸騰で単気泡での限界熱流束に至る基本的な系での限界熱流束条件の実現に成功し、伝熱面下の二次元温度場計測と沸騰蒸気泡の高速度観測を通し、詳細な伝熱機構を検討した。また、沸騰熱伝達率の促進方法を検討し、約4倍の沸騰熱伝達率の促進の事実を得た。本研究は、MEMS技術にてマイクロメートルオーダーの微細な円孔を加工し、この一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムを作り上げ、その制御下の単一沸騰気泡による限界熱流束を実験的に検討するものである。初年度に引き続く平成25年度は、電子回路用銅薄膜製プリント基板および超鏡面加工を施された電子回路用シリコンウエハーを加熱面として実験的検討を行った。具体的には、マイクロメートルオーダーの傷しかないプリント基板上にウェットエッチングにより、また、ナノメートルオーダーの傷しかないシリコンウエハー上にMEMS技術(ボッシュ加工対応Deep RIE)にて、それぞれ数十μmの円孔キャビティを作り、これを沸騰核として、核沸騰および限界熱流束の実験を行った。つまり、人工的に制御されたキャビティのみから発生する制御された沸騰気泡システムを用いて、沸騰熱伝達および限界熱流束の機構の解明を試みた。なお、加熱面の加熱は昨年度同様、銅薄膜への直接通電加熱により行った。温度計測も、銅薄膜の電気抵抗の温度依存性を利用して行った。その結果、(1)低圧条件(0.01MPa)ではあるが、銅薄膜製伝熱面の場合、制御された沸騰気泡システムにて、単気泡での限界熱流束を確認し、詳細な高速度撮影動画を取得することができた。この画像解析の下、低圧下では、加熱面寸法の数倍の直径を持つ単気泡が離脱後、離脱気泡底部に加熱面と同等の直径を持つ筒状の気泡が生成、上部の気泡と合体し即座に離脱する現象を確認した。つまり、気泡離脱後の過熱液層と次に生成された気泡の成長が限界熱流束のモデル化の鍵となることを示唆した。(2)シリコンウェハー製伝熱面の場合には、周辺から気泡発生が顕著であった。この事実に基づき、プリント基板製伝熱面上に、これより面積の小さいシリコンウェハー製伝熱面を重ね合わせることで、約5倍の沸騰熱伝達の促進の事実を得た。本研究は、MEMS技術にてマイクロメートルオーダーの微細な円孔を加工し、この一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムを作り上げ、その制御された単一沸騰気泡による限界熱流束を実験的に検討するものである。初年度である平成24年度は、前半、まず予備実験として、電子回路用銅薄膜製のプリント基板を加熱面として実験的検討を試みた。具体的には、マイクロメートルオーダーの傷しかないプリント基板上に、ウェットエッチングにより、数十μmの円孔キャビティを作り、これを沸騰核として、核沸騰および限界熱流束の実験を行った。この実験により、沸騰実験のノウハウを蓄積するとともに、MEMS加工技術のノウハウも身につけた。平成24年度の後半からは、本研究の主目的である、超鏡面加工を施された市販の電子回路用シリコンウエハー上に、MEMS技術(ボッシュ加工対応Deep RIE)にて、微細な円孔を加工し、この一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムでの沸騰実験を行った。なお、加熱面の熱供給は、シリコンウエハー製加熱面を銅薄膜製プリント基板に接着することで、前半と同じく銅薄膜への直接通電加熱により行った。温度計測は、前半と同じく銅薄膜の電気抵抗の温度依存性を利用して行った。申請設備備品である、赤外線カメラ(放射温度計)は、主に、加熱面上の有効加熱面積の算出のための較生実験に利用した。その結果、(1)プリント基板製伝熱面の場合、核沸騰開始後の沸騰曲線の勾配は限界熱流束に至るまで,Rohsenowの核沸騰相関式のそれによく一致していること、また、限界熱流束はKutatelazeの式の値とほぼ同等となる。(2)シリコンウェハー製伝熱面の場合は、限界熱流束はKutatelazeの式の値よりも若干高い値となる、キャビティを付与しない場合、沸騰熱伝達機構は自然対流熱伝達に類似した、ことを示した。

本研究は、MEMS技術にてマイクロメートルオーダーの微細な円孔を加工し、この一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムを作り上げ、その制御下の単一沸騰気泡による限界熱流束を実験的に検討するものである。平成26年度は、電子回路用銅薄膜製プリント基板および電子回路用シリコン(Si)ウエハーと透明石英ガラスの各表面に金属スパッタ加工を施した金属箔を加熱面として実験的検討を行った。具体的には、プリント基板上にウェットエッチングにより、数十μmの円孔キャビティを作り、これを沸騰核として、核沸騰および限界熱流束の実験を行った。また、Siウエハーと石英ガラスの表面上に金属箔を加熱面として、ナノメートルオーダーの沸騰核をもつ加熱面で核沸騰および限界熱流束の実験を行った。つまり、人工的に制御されたキャビティのみから発生する制御された沸騰気泡システムを用いて、沸騰熱伝達および限界熱流束の機構の解明を試みた。なお、加熱面の加熱は昨年度同様、銅薄膜への直接通電加熱により行った。また、温度計測には、昨年度同様、銅薄膜の電気抵抗の温度依存性を利用するとともに、赤外線放射温度計を使用して、加熱面裏面からの2次元温度場変動を高速度(200Hz)でも計測した。その結果、(1)伝熱面上の二次元温度場より気泡生成箇所では最も早く温度が上昇、その後最も高い温度に到達し、気泡離脱後は周囲から液の補充がなされるため急激に冷却される、などを解明した。特に、(2)低圧下の沸騰では、蒸気泡の合体を伴い単気泡で限界熱流束に至る基本的な系での限界熱流束条件の実現に成功し、大気泡直下に随伴する小気泡の影響が大きいことを確認し、温度計測も行った。また、(3)熱伝達率が低下する低圧下の沸騰伝熱に対して、伝熱面上にそれよりも小さい寸法の平滑面を塗布することで、離脱気泡径の減少を導き、熱伝達の促進を確認し、最適サイズも導いた。工学・機械工学・伝熱工学交付申請書に記載した「2年目は、圧力が限界熱流束に及ぼす影響を実験的に検討する」ことが達成され(大気圧(0.1MPa)と低圧(0.01MPa)で実験)、一定の成果が得られた。また、本研究の主目的である、『MEMS技術にて、微細な円孔を加工し、この一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムでの沸騰実験』を行うことができ、重要な高速度撮影結果を得た。ただし、基本的な大気圧下条件での『一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムでの沸騰実験』までには至らなかった。この原因としては、未だ、微細なMEMS加工円孔が唯一有効なキャビティとはなっておらず、加熱面周囲から多くの沸騰気泡の発生が認められたためと考えられる。今後、これに関する改善が求められる。ただし、これを利用した、伝熱促進方法は確立しつつある。また、現状では高圧条件での実験結果が不足している。より多くの実験結果の蓄積が求められる。交付申請書に記載した「初年度であるため、市販の銅薄膜製プリント基板を使用した、簡易実験を、まず計画、実施していく」ことが達成され、一定の成果がまとまった。また、本研究の主目的である、『超鏡面加工を施された市販の電子回路用シリコンウエハー上に、MEMS技術(ボッシュ加工対応Deep RIE)にて、微細な円孔を加工し、この一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムでの沸騰実験』も行うことができた。ただし、後者の実験に関しては、現状では、本研究の最大目的である『一点のみから発生する制御された沸騰気泡システムでの沸騰実験』までには至らなかった。