hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
耐熱性ハイブリッドRNaseHによるRNAの配列特異的分解

本研究の目的は、安定な高次構造を形成するRNAでも配列特異的に効率よく分解するハイブリッド酵素を開発することである。これまでの研究の結果、15-merDNAを連結した好熱菌RNaseHIは、15-merDNAを連結した大腸菌RNaseHIが活性を示さない高温でも15-merRNAを効率よく配列特異的に分解することが明らかにされている。そこで今年度は、DNAを連結した好熱菌BNaseHIを用いて安定な高次構造を形成するMS2RNAを配列特異的に分解することを試みた。バクテリオファージ由来MS2RNAは3569塩基から成り、複雑なstem-loop構造を有する安定な高次構造を形成する。MS2RNA塩基配列の2781番目から2796番目までの塩基配列に相補的な16-merDNAを好熱菌RNaseHIに連結したハイブリッド酵素d16-TRNHと大腸菌RNaseHIに連結したハイブリッド酵素d16-ERNHを構築し、様々な温度でMS2RNAとインキュベートした。もしMS2RNAが目的の位置でのみ切断されるならば、800塩基から成るRNA断片と2800塩基から成るRNA断片が生じるはずである。これらの断片を8M尿素を含む3.5%ポリアクリルアミドゲルを用いるゲル電気泳動で解析したところ、MS2RNAとD16-TRNHを65°C以上の高温でインキュベートした時だけ800塩基から成るRNA断片が生成することがわかった。このRNA断片は、MS2RNAだけを電気泳動した時も、MS2RNAとD16-ERNHをいかなる温度でインキュベートした時も検出されなかった。以上の結果は、好熱菌RNaseHIを用いて構築したハイブリッド酵素は安定な高次構造を形成するRNAでも高温で配列特異的に分解することを示唆する。今後は、逆転写酵素によるプライマー伸長法などにより切断点の同定を行う予定である。
小型マイクとＬＥＤを利用した手軽で正確に音場を可視化する新しい物理教材の開発

本研究によって次のことが明らかになった。1.音の干渉を視覚化する新しい実験装置を開発し、教育的に有効であることが分かった。音の強弱を光の強弱に変換する小型装置を開発し、これを多数並べることで、これまで聴覚に頼るしかなかった音の干渉を視覚的に観察できる新しい実験装置をつくった。この装置を高校物理の授業で用いたところ、音の干渉を光と同様に理解ができ、音と光は同じ波の性質を有するということがよく分かる、といった生徒の評価を得た。また、この装置で得られる実験結果は見た目にも美しく、生徒の興味を引く上でも大きな効果があることが分かった。2.変換装置を安価に小型化するメリットとその限界が明らかになった音を光に変換する装置を小型化すればするほど、より正確な観察を行うことができる。しかし、小型化に伴う部品数の制限等により、要求されるOPアンプの増幅率やコンデンサーの静電容量等の精度が上がるため、結果的に変換装置1つが部品代だけで5千円以上の高価になり、全体では数万円以上になってしまうことが分かった。そこで、高校の物理学で求められる実験精度とのバランスから調整を続け、最終的には、一般的に市販されている部品12点を用いて、3.5cm×1.8cmのサイズ、材料費270円の変換装置を開発し、実験装置全体では¥3000程度に抑えることができた。最終的に完成した実験装置は、例えば干渉縞から音の波長を測定するといった定量的な観察は難しい。しかし、音の波長や波源の位置などによって干渉縞が変化する、といった定性的な観察を行うには十分な性能をもち、安価に制作できて手軽に実験できるため、高校現場に受け入れやすい性能と特性を持っていると考えられる。
植物病原細菌Erwinia chrysanthemiの病原性に必須遺伝子の解析

Dickeya dadantiiのゲノム情報をもとに、各種σ因子の候補をコンピューターによって探り、これまでに数種のσ因子をクローニングした。次に、プラスミド上で欠損変異株を作成し、マーカーエクスチェンジ法によって、プラスミド上の変異を染色体に導入することを試み、病原性が著しく低下する変異株を得ることが出来た。次に、本変異株の表現型、特に、ストレスに対する耐性、生態系における寿命、植物病原性に果たす役割について検討を行い、このσ因子が植物細胞との遭遇において、そのごく初期反応に必須の因子を制御するものであることがわかった。特に、この因子の制御下流には、鉄取り組み関連の制御遺伝子、さらに毒性物質耐性を付与するバイオフィルムの生成遺伝子が存在することが解り、植物の病原性発現機構に新たな視点を提供するものとして注目されている。σ因子は、RNApolymeraseのコア酵素を特定の配列に導くために必要なものであり、結合領域の解析を行うことによって、詳細な制御機構が明らかになる。まず、Erwinia chrysan themiにおいて、σ因子の候補をコンピューターによって探り、溶菌関連σ因子をクローニングした。これより、プラスミド上で欠損変異株を作成し、マーカーエクスチェンジ法によって、染色体に変異を導入することを試みたが.恐らくその致死性によると考えられたので、化学変異原を用いて、高温感受性の突然変異隊を分離することにした。次に、本変異株と野生型菌の高温と低温培養条件より分離した全RNAについて、マクロアレー解析を開始している。また、本変異株の表現型、特に、ストレスに対する耐性、生態系における寿命、植物病原性に果たす役割について検討を行っている。なお、これに関連して、鉄取り組み関連の制御遺伝子についても、解析を行っており、植物の病原性発現機構として重要な役割を果たしていることを章にした。
ルーメン絨毛組織の分化・増殖・成長に関わる分子機序の解析と応用戦略の確立

【方法】(実験1)ウシの第一胃、二胃、三胃、四胃およびそれら以外の全組織のそれぞれの遺伝子発現頻度をNCBI内のDDDを用いて検索および比較することにより、第一胃において遺伝子頻度が高い遺伝子を、ルーメン上皮発達に関連する候補遺伝子として選別した。(実験2)候補遺伝子の発現を解析するために、黒毛和種牛(離乳前区;3頭15週齢、離乳後区;6頭15週齢)の第一、二、三、四胃において、Q-RT-PCR法により候補遺伝子の発現量を解析し、実験1のDDDによる結果と比較した。【結果・考察】(実験1)DDDによる遺伝子発現頻度の検索を実施し、3つの基準を設けて第一胃において高い発現を示す遺伝子を110個選別することができた。その中の11個の遺伝子について実験2において遺伝子発現解析を行った。(実験2)DDDから選別した11個の遺伝子頻度比較の結果は、Q-RT-PCRによる発現パターンは概ね一致した。また、11個中の3個の遺伝子(HMGCS2、AKR1C1およびFABP3)の遺伝子発現量が離乳前後に有意に変化した。HMGCS2とAKR1C1については離乳後に遺伝子発現量が増加したが、FABP3は減少した。以上の結果から、1)Digital Differential Displayは、ウシルーメンの発達に関連する候補遺伝子をIn silico同定する有用な手法であり、2)HMGCS2、AKR1C1およびFABP3は離乳前後のルーメン発達に関与している可能性が示唆された。これまで計画とおり、Digital Differential Display (DDD)方法によりルーメン発達に関連する候補遺伝子を選別し、11個の遺伝子については発現量を検証した。その中でも離乳前後で発現量に変動する遺伝子を同定した。このように多くの知見を得ることが出来たため、当初の計画とおり進展していると判断した。本研究の目的は、黒毛和種牛ルーメンの離乳前後における絨毛組織の形態的および機能的発達に関連する因子を同定することである。離乳前後の絨毛組織に関して次世代シークエンサーによる網羅的な遺伝子発現解析を行い、離乳前後のルーメン絨毛組織における遺伝子発現の変動を比較、検討した。離乳前区(n=5, 3週齢)および離乳後区(n=5, 15週齢)の去勢黒毛和種牛より採取したルーメン絨毛組織からRNAを抽出し、RNA-Seqによりライブラリ作製およびシークエンス解析を行った。得られたシークエンス情報を用いて、解析ソフトのCLCにより離乳前後における遺伝子発現量の比較を行い、発現量に差があったものについてパスウェイ解析を行った。離乳前後で遺伝子発現に変化がみられたものは871個の遺伝子であり、その内423個の発現が離乳後に上昇、395個が減少していた。パスウェイ解析の結果により次のような結果を得た。1.ケトン体生成に関与する遺伝子の発現が離乳後に上昇することから、ルーメン発達のマーカーとしてこれらの遺伝子は利用できる可能性が示唆された。2.PPARαが離乳後に活性化しているレギュレーターとして同定され、その標的遺伝子群の中に離乳前後におけるルーメン発達関連遺伝子が存在する上流因子解析の結果、ビタミンA誘導体であるトレチノイン(オールトランスレチノイン酸)が離乳後に機能しているレギュレーターとして同定され、その標的遺伝子群の中に離乳前後におけるルーメン発達関連遺伝子が存在する可能性が示唆された。可能性が示唆された。平成27年度の結果を踏まえ、平成28年度は次世代シーケンサーを利用してRNA-Seqを行い、離乳前後と育成期におけるルーメン発達に関連する遺伝子の選別と発現量を検証する予定である。動物生命科学
クラヴィコードの演奏法を基本としたハイドンのクラヴィーア作品演奏法研究

フォルテピアノ、チェンバロ、クラヴィコードの3種鍵盤楽器は、発音原理が全く違うのにもかかわらず、ハイドンが活躍した18世紀後半において共に演奏されていたことが知られている。本研究の課題は、この18世紀後半の実態に即したハイドンのクラヴィーア作品の演奏法の確立である。3種鍵盤楽器の演奏法と音楽上の着想との関係に言及しながら11回行われたクラヴィーア作品全曲演奏会による演奏研究の結果、クラヴィコードの演奏テクニックと音楽上の着想は、ハイドンの全クラヴィーア作品に敷衍されるべきであるという結論に達した。本研究は、18世紀後半に共存していた3種鍵盤楽器、すなわちフォルテピアノ、チェンバロ、クラヴィコードによって、ハイドンの全クラヴィーア独奏作品の演奏研究を行うものである。本年度はクラヴィコードを主要な研究楽器とし、計6回演奏による研究発表を行った。その内容は、Vol.1フォルテピアノへの転換期から18世紀器楽曲の終焉へ、Vol.2クラヴィコードとハイドン、Vol.3チェンバロによる響きの再考、Vol.4ハイドンの疾風怒濤、VoL.5偽作真作、Vol.6円熟への道のり、である。この6回の研究発表により全クラヴィーア独奏作品の7割程度となる計53曲を演奏した。各発表までの演奏研究においては、3種楽器による強弱法、アクセント奏法、スタッカート奏法、ポルタート奏法、レガート奏法の演奏効果の検証を行った。その結果、1.晩年の作品までクラヴィコードによる演奏表現が有効である、2.クラヴィコードによる演奏においては、チェンバロやフォルテピアノで演奏する場合よりもテンポの設定を遅めにすることが相応しい、の2つの表現上の新たな可能性を見出すことができた。テンポの選択に関しては、音を出している間中弦の振動を指先に感じることができるというクラヴィコードの発音機構が密接な関係にあると考えられる。音の振動を指先に感じることができると次の音への移行に独特の間合いが生じるのだ。これに対しチェンバロは発音の直後、フォルテピアノに至っては発音の直前に振動する弦から指先の触感は切り離されてしまう。次年度はこの断絶感がハイドンのクラヴィーア作品の演奏解釈に与える影響を明らかにするとともに、チェンバロやフォルテピアノによって演奏する際、クラヴィコードによる演奏解釈を基本とする場合としない場合を比較し、テンポのみならずその音楽的特徴の相違を明らかにする考えである。本研究は、18世紀後半に共存していた3種鍵盤楽器、すなわちフォルテピアノ、チェンバロ、クラヴィコードによって、ハイドンの全クラヴィーア作品の演奏研究を行うものである。本年度はクラヴィコードを主要な研究楽器とし、計3回の演奏会を行った。その内容は、Vol.7クラヴィコードで聴くハイドン初期傑作、Vol.8強弱記号の不思議、Vol.9偽作真作IIである。これまでの9回の演奏会により全クラヴィーア作品の9割程度となる計67曲のクラヴィーア作品を演奏した。各演奏会において本年度は、強弱記号の年代ごとの出現状況を整理し、クラヴィコード、チェンバロ、フォルテピアノの3種鍵盤楽器によって強弱の記譜と実際の演奏効果との関係を検証した。その結果、初期および中期作品の強弱記号はクラヴィコードによる演奏においてもっとも効果的であり、チェンバロやフォルテピアノで演奏する場合よりも劇的な効果が得られる事が分かった。つまりこれはハイドンのクラヴィーア作品全体を俯瞰した時、チェンバロからフォルテピアノへの転換と捉えるのではなく、クラヴィコードからフォルテピアノへの転換と捉えるべきである事を意味している。今後はこの考え方をさらに発展させ、フォルテピアノを想定していると考えられる後期作品をクラヴィコードによって演奏し、ハイドンのクラヴィーア作品全体がクラヴィコードによる演奏観によって貫かれている事を、演奏によって立証していく予定である。本年度は計2回の演奏会を行い、ハイドンの全クラヴィーア作品の演奏研究を完結させた。その内容は、ハイドンクラヴィーア作品大全「Vol.10ハイドンのレトリック」および「Vol.11 3種類の楽器による聴き比べ」である。研究当初はハイドンの1790年代のイギリスソナタがフォルテピアノを想定して作曲されていることから、この少し前にクラヴィコードからフォルテピアノへの演奏テクニックの変換が起きたと予想し、この変換がハイドンに与えた影響を探る予定であった。しかしハイドンのクラヴィーア独奏曲の全作品を公開演奏し終えた現在、クラヴィコードの演奏テクニックあるいはクラヴィコード的な着想は、予想に反しハイドンの全クラヴィーア作品に敷術されるべきであるという結論に達した。

その大きな要因は「Vol.11 3種類の楽器による聴き比べ」においてクラヴィコードによって演奏されたソナタ第62番:E sに収斂されよう。このソナタはハイドンのクラヴィーア作品の中でも、最も現代のピアノで演奏するに相応しい作品としてピアニストたちに受け入れられている。しかし今回クラヴィコードによって演奏されたことにより、むしろこの作品の本質である弦楽オーケストラ的側面が顕在化したのである。これはハイドンがイギリス式のフォルテピアノで演奏される事を意図して作曲していたのにもかかわらず、彼自身がクラヴィコードで培った演奏テクニック、および鍵盤音楽における作曲法から終生脱却する事がなかったことを意味している。
オロチジン一リン酸脱炭酸酵素の基質の歪みを利用した反応触媒機構の解析

オロチジン一リン酸脱炭酸酵素(ODCase)は、オロチジン一リン酸(OMP)をウリジン一リン酸(UMP)に変換する脱炭酸反応を、酵素の非存在下に比べて10の17乗倍加速する酵素である。この酵素の反応触媒機構を解明するために、いくつかの基質アナログや変異体を用いた解析や、計算機による反応シミュレーションなどを行った。今回の研究とこれまでの知見を統合して、ODCaseは一般の酵素反応でよく見られる遷移状態安定化だけでなく、反応基底状態の不安定化も利用して、反応を触媒していることがわかった。オロチジン一リン酸脱炭酸酵素ODCaseは、オロチジン一リン酸(OMP)をウリジン一リン酸(UMP)に変換する反応を10^<17>倍に加速する酵素である。この酵素は、結合した基質の炭素結合を歪ませることが知られている。本年度は、この「歪み」の反応触媒機構との関係を解明するために、まず、歪みの詳細な分析に取り組んだ。まず、基質OMPの誘導体である6-methyl-UMPや6-amino-UMP,またOMP-methyl-ester, OMP-ethyl-esterなどとODCaseの複合体構造を精密化した。6-methyl-UMPのメチル基は、そのメチル基がピリミジン平面から大きく外れた歪んだ構造で、ODCaseに結合していた。6-amino-UMPとODCaseの複合体の基質結合部位はダブルコンフォメーション構造をとっており、基質と活性残基であるLys72のアミノ基が、別の活性残基であるAsp70との結合を取り合っていた。OMP-methyl-esterとOMP-ethyl-esterは、そのエステル基がピリミジン環から回転した状態でODCaseに結合していた。これらの構造を基に、MD, QM/MM計算を共同研究により行ったところ、OMPはそのカルボキシル基が歪んだ状態でODCaseに結合していることや、Asp70が酵素基質複合体を不安定化していることが示された。現在この成果を論文にまとめている。また、H23年6月の学会で発表する予定にしている。オロチジンーリン酸脱炭酸酵素(ODCas)は、基質中の炭素結合を歪ませることが知られている。この「歪み」が、「なぜ生じるのか」「触媒活性にどのように利用されるのか」の分析を通して、この酵素の10の17乗倍にも及ぶ反応触媒機構に関する知見を得ることを目指した研究を行った。実際の研究にはMethanothemobacter thermoautotrophicus由来ODCaseを用いた。基質のピリミジン環を上下から挟みこむことで、基質構造の歪みに貢献していると考えられたPro180やI1e76の変異体について、X線回折データの精密化を行った。これらの変異体に結合した基質アナログは、野生型のものと比べてわずかに移動しており、Pto180やI1e76と基質の接触が、反応の触媒に一定の貢献をしていることを示唆している。これは、野生型と比べてこれら変異体のkcatは低く、KMは高くなる傾向と矛盾しない。また、これまでに公表されているODCaseと基質アナログ複合体の座標データと比べて、更に高分解能のX線回折データについて精密化を進めた。これにより、反応に直接関わると考えられているLys72が、ダブルコンフォメーションをとっていることが示された。このLys72は、ODCaseの基質で歪みが知られている炭素結合の直近に位置する。現在、別の基質アナログとODCase複合体の高分解能での構造精密化を進めることで、Lys72の役割に関する新たな知見を得ようとしている。更に、産業技術総合研究所の石田豊和研究員と協力して、反応途中の酵素基質複合体構造の計算機シミュレーションを行い、基質構造の歪みの反応への関わりを分析した。
複素固有値問題による高次高調波発生と時空コヒーレンス転換ダイナミクス

高強度入射レーザー場と電子との非線形相互作用による高次高調波発生に対して、レーザー場による電子の励起から高調波発生までを一連の量子散逸過程として捉え、電子の散逸過程と放射光の複合的な運動をコンシステントに扱う高次高調波発生の理論を構築している。不可逆過程を力学的に基礎づける拡張ヒルベルト空間における複素固有値問題に更にフロケーの方法を適用し、高調波発生過程の解析を行っている。2018年度においては、時間的にエネルギーが変調される2準位系からの自発放射過程を、フロケーハミルトニアンの複素固有値問題を解くことによりスペクトル解析を行った。この自発放射過程が、近年実験的に得られている半導体における高次サイドバンド放射の特徴を捉えていることを明らかにした。この解析では、励起パルスとしてはデルタ関数型の短パルス照射を想定していたため、入射光と放射された高次高調波光との相関について論じることはできなかったため、励起パルスの時間幅を考慮した理論定式化を行い、励起パルス幅に依存した高次高調波発生の理論解析を行った。そこでは、電子系のエネルギー駆動範囲に入射光パルスの中心エネルギーが入ったときには、高調波スペクトルは入射光エネルギーに依存しないルミネッセンス的な特徴を示し、入射光エネルギーが駆動エネルギー幅から外れたときに、入射光と発光のエネルギー相関が現れるラマン的な振る舞いに転じることを明らかにした。ラマン的な成分とルミネッセンス的な成分は、複素固有値を持つ共鳴状態成分の寄与によっていることを明らかにした。さらに、電子系と輻射場が強い相互作用をする系に対して、回転は近似を超え仮想遷移の効果を考慮しフロケーリウビリアンの複素固有モードを求める理論を構築している。研究成果は、国際会議、日本物理学会、での講演発表、また、Symmetry誌での論文発表により公表している。1年目の研究の主たる目的は、レーザーによって駆動される電子輻射場強結合系の基礎理論を構築することであった。そのためには、状態の発展を記述するフロケーハミルトニアンダイナミクスの解析からさらに発展させ、回転波近似を超え、仮想遷移の効果を考慮した、フロケーリウビリアンの複素固有値問題を解き、時間に依存する系での固有モードを求めなければならない。研究計画では、調和振動子の平衡点が移動する時間駆動系と振動数がパラメトリック変調する系の2つの場合に対して複素固有モードを求めることを目的とした。第1の系に対しては、固有モードを求めることに成功し、目的を達成したが、第2の系に対しては、注目振動子系に対する固有モードを求める手法を開発したが、散逸輻射場系との相互作用の効果を取り入れるに至っていない。これまでの成果に関しては学会発表を行い成果の公表を行なっているが、論文発表を行うに至っていないため、今後現時点での成果を論文発表する予定である。現在までで、基礎となる理論定式化は完成しつつある。今後の中心課題は、この理論を用いて研究の最大の目的である時空コヒーレンスの転換のダイナミクスを明らかにし、また、高次高調波発生の実験結果の解析を行なっていくことである。また、現在までの解析においては、1次元系に対する解析にとどまっているが、回転自由度を考慮し、入射レーザー場の偏光(スピン)自由度が、電子系との強い相互作用を通して放射光の軌道角運動量(光渦)に転換するダイナミクスを明らかにする研究へと発展させていく予定である。また、実験研究者との共同を強めて実験結果の解析に適用する予定である。具体的には、強い円偏光レーザー照射によって駆動される電子運動から放射されるガンマ線領域の光渦放射に関する量子論を構築していく予定である。

1年目の研究の主たる目的は、レーザーによって駆動される電子輻射場強結合系の基礎理論を構築することであった。そのためには、状態の発展を記述するフロケーハミルトニアンダイナミクスの解析からさらに発展させ、回転波近似を超え、仮想遷移の効果を考慮した、フロケーリウビリアンの複素固有値問題を解き、時間に依存する系での固有モードを求めなければならない。研究計画では、調和振動子の平衡点が移動する時間駆動系と振動数がパラメトリック変調する系の2つの場合に対して複素固有モードを求めることを目的とした。第1の系に対しては、固有モードを求めることに成功し、目的を達成したが、第2の系に対しては、注目振動子系に対する固有モードを求める手法を開発したが、散逸輻射場系との相互作用の効果を取り入れるに至っていない。これまでの成果に関しては学会発表を行い成果の公表を行なっているが、論文発表を行うに至っていないため、今後現時点での成果を論文発表する予定である。現在までで、基礎となる理論定式化は完成しつつある。今後の中心課題は、この理論を用いて研究の最大の目的である時空コヒーレンスの転換のダイナミクスを明らかにし、また、高次高調波発生の実験結果の解析を行なっていくことである。また、現在までの解析においては、1次元系に対する解析にとどまっているが、回転自由度を考慮し、入射レーザー場の偏光(スピン)自由度が、電子系との強い相互作用を通して放射光の軌道角運動量(光渦)に転換するダイナミクスを明らかにする研究へと発展させていく予定である。また、実験研究者との共同を強めて実験結果の解析に適用する予定である。具体的には、強い円偏光レーザー照射によって駆動される電子運動から放射されるガンマ線領域の光渦放射に関する量子論を構築していく予定である。外国人研究者(バトラー大学:米国)を招聘し、謝金を支出する予定であったが、当該研究者の事情により謝金を支出する必要がなくなった。次年度に繰り越した分は、8月に行われる国際会議参加のための費用に充当する予定である。
燃料電池構成材料の疲労強度に及ぼす水素雰囲気の影響

燃料電池システム用材料の合理的疲労設計の指針を得るために、数種の候補材料について大気中、1MPa以下の水素ガス中および窒素中で疲労試験を行った。水素による疲労強度の低下の有無というマクロデータのみでなく,そのメカニズムを明らかにするために疲労過程の詳細な観察を行った。主な成果は以下のとおりである。1.オーステナイト系ステンレス鋼SUS304、SUS316Lを用いた試験からは、以下のことが明らかになった。(1)ひずみ-寿命特性からでは水素の影響が明確にならない。水素の影響を明確にするには、疲労き裂発生過程とき裂伝ぱ過程を分けて評価する必要がある。(2)き裂発生寿命は大気中に比べ、水素中や窒素中では長くなる。水蒸気や酸素の有無が関係していると思われる。(3)水素ガスの影響でき裂伝ぱは加速する。加速の程度はSUS316LよりSUS304の方が大きい。(4)SUS304では水素中で脆性的なファセットが増加するが、粒内延性破壊が支配的であり、粒内延性破面においても加速が起こっていると考えられる。SUS316Lでは水素によるファセットの増加は明瞭でない。(5)破面のストライエーションの観察、き裂先端での変形の観察から、水素中においてはき裂先端にすべりが集中しやすくなっていることが明らかになった。このことがき裂伝ぱの加速に大きな役割を果たしていると思われる。(6)疲労限度に対する水素の影響はの水素ガスでは明瞭でない。2.アルミニウム合金A6061-T6について大気中で予ひずみの影響を調べた結果、以下のことが明らかになった。(1)予ひずみによって、すべり帯、き裂が発生する。(2)予ひずみが疲労寿命に与える影響は明瞭でない。(3)予ひずみはき裂発生およびき裂伝ぱ挙動に影響を与える。水素の影響は今後の課題である。燃料電池車の実用化がいよいよ現実のものになろうとしているがその燃料は水素である。水素が金属の強度を低下させることはよく知られたことであるが、本研究のような大量水素環境下の疲労強度評価法はまだ確立していない。本研究では、疲労試験その場観察システムを構築し、マクロデータのみでなく、水素の影響に関するメカニズムの検討もおこない、大量水素環境下での疲労強度の合理的評価法を確立する。本年度の主な成果は次の二点である。1.水素環境下でのその場観察システムの構築実環境で想定される水素ガスの圧力、温度、流量および荷重周波数など条件の調査をおこない、研究上の水素環境および疲労試験機の仕様を決定した。水素環境としては、圧力は大気圧で、温度は実環境に対応できるようにし、流量は実環境よりは少ないが可変とした。水素ガスチャンバーは、ガス置換を安全かつ精度よく行うため、真空ポンプ、ガスのパージ用に窒素ガスの利用も可能なものを選んだ。なおチャンバーには、観察用の覗き窓があり、顕微鏡観察が可能となっている。疲労試験機は、最大曲げモーメントが5Nm、試験周波数が最大10Hzの曲げ疲労試験機を自作した。SUS304試験片を作製し、疲労試験機のテストを行った。2.配管の疲労試験装置の製作と疲労試験実機で使用される予定の継手を有する配管の試験装置を自作した。その試験装置を用いて、実機での使用が想定されるSUS304配管について、空気中における疲労試験を行った。これにより、種々の荷重レベルにおける疲労寿命データ、破壊挙動、破面解析のデータを得た。低応力では配管ろう接部で高応力ではパイプ側で破壊することがわかった。これらの結果は水素環境下での試験条件の決定および比較するデータとして有用である。

(2)予ひずみが疲労寿命に与える影響は明瞭でない。(3)予ひずみはき裂発生およびき裂伝ぱ挙動に影響を与える。水素の影響は今後の課題である。平成14年度に製作した、走査型レーザー顕微鏡を用いたその場観察装置付き環境疲労試験システムを用いて、SUS304鋼の水素中、空気中の疲労き裂伝ぱ特性を調べ、以下の結果を得た。1.水素ガス環境下の疲労き裂伝ぱ速度は空気中のそれより高い。2.SLMによる疲労き裂伝ぱ挙動のその場観察の結果、き裂伝ぱ速度が同じ場合、水素中のき裂開口は変位量が小さく、鋭い特徴を有している。3.疲労破面は粒内型が支配的であるが、水素中の破面の方が荒い。4.疲労破面をSEMで観察した結果、空気中、水素中で試験した両者に粒界型の破面が点在するが、その数は水素中の方が多い。5.水素中で試験した破面にはストライエーションが形成されにくい。形成されても明瞭でないものが多い。また高圧用配管の疲労試験を行った結果,以下のことが明らかになった。1.前年度行った直径が大きい低圧用の配管同様高応力では、接合部より離れたパイプ側で、低応力では接合部付近で破壊することが分かった。2.水素を導入した試験では、空気中と寿命の差が見られなかった。これは試験条件によると思われるので、試験条件の工夫が必要である。1.SUS304ステンレス鋼平滑材の疲労特性を大気中,絶対圧1MPa程度の水素ガス雰囲気および窒素ガス雰囲気で試験した結果以下の結果を得た.(1)水素ガス雰囲気中の疲労き裂発生寿命は,大気中のそれに比べ長い傾向にある.窒素中も同じ傾向にあり,水素中には酸素や水分が存在しないことが原因と考えられる.(2)水素中のき裂伝ぱ速度は,大気中および窒素中に比べて速い.(3)水素中の破面は,大気中より平坦なファセットが増加するが,延性破面が支配的である.(4)破面には,不明瞭ではあるがストライエーションが存在する.(2)の結果はストライエーション間隔が広くなることでも確認された.2.SUS304ステンレス鋼の疲労き裂伝ぱ特性に及ぼす水素ガス雰囲気の影響に関して,大気中,絶対圧0.15MPa程度の水素雰囲気および窒素ガス雰囲気下で疲労試験を行った結果,以下のことが明らかになった.(1)水素中におけるき裂伝ぱ速度の加速は,き裂先端にすべりが集中することによる.このことは,すべりを観察することで確認された.(2)水素中破面では平坦なファセットが増加する.この破面がき裂伝ぱ曲線に及ぼす影響は,一時的な加速と続いて起こる減速として現れる.ファセットの破面率は低く,水素中でのき裂伝ぱ加速の主因ではない.(3)大気中において微小穴から発生したき裂は停留挙動を示した.水素中においても,同様であったが,停留に至るメカニズムは両者で異なるようであった.3.配管疲労試験においては,水素曝露後の疲労試験を行った.水素侵入特性,破面観察から,水素の影響を検討したが明確には認められなかった.さらに,工夫が必要である.1.SUS316Lステンレス鋼の疲労特性を大気中,絶対圧1MPaの水素ガス雰囲気および窒素ガス雰囲気で調べ、以下の結果を得た.(1)水素ガス雰囲気における疲労き裂発生寿命は,大気中のそれに比べ長い傾向にある。
都市圏における環境計画の体系化ー基礎班ー

研究の経過、成果および考察基礎班ではN3小領域の研究進行管理に加えて、シンポジウムの企画、N3小領域総括報告書の企画・編集・刊行、および研究発表会の主催を行った。更に、N3小領域の研究支援システムの開発と、特に今年度はN3小領域3カ球の総括に当たる「都市圏環境計画の考え方」をとりまとめたのである。都市圏環境計画の体系化の考え方21世紀初頭の大都市圏の諸課題に有効に対処していくために求められる都市圏環境計画の体系について検討を行った。この検討の過程で、大都市圏への人口、諸機能の過密集中の中での生態系と人間の物的、社会的環境の相互関係の変化、産業公害から生活都市公害への変質、地球環境問題への認識の深化といった環境問題の様相が変化していること。そうした中で、健全さ、快適さ、美しさといった価値も重視し、環境計画独自の視点のもとに、総合的で、地域性、空間性を備えた環境計画の体系が必要となっていること。さらに、卓越した情報提供機能の重要性、環境へのただ乗りにならない関係者の環境配慮義務の確認や経済的仕組みの必要性、環境計画の基本としての土地利用計画の重要性、法制度の整備の必要性等が明らかになった。これらの検討結果を、(1)都市圏環境計画の理念(必要性、役割、視点、性格)(2)計画体系が有効に機能するための条件(計画の対象、情報提供、環境配慮等の計画内容、空間対象範囲、主体、法制、進行管理システム等)(3)計画系のイメージ(計画の役割に応じた策定主体と内容についての複数の計画構成の具体的イメージ)という内容で、広く論点を整理し、総括研究成果報告書に提示した。
複数のリズムが絡んだ局所神経回路の解析と機能的意味の検証

高等動物の大脳新皮質から昆虫や軟体動物などの神経系には,しばしばリズミックな神経活動が見られる.しかし,その機能的役割や発生メカニズムは十分に解明されているとは言えない.本研究の目的は,局所神経回路のレベルでリズムがどのような意義を持つのか数理モデルを用いて解明することである.そのために実験的知見に基づき具体的な神経回路のモデルを構築し理論的に検証を行った.我々は,まずリズムを持った神経集団が3体間シナプス相互作用することで,複数のアナログ情報を保持できることを示した.具体的には,複数ニューロン間のスパイク間の同期の度合い(同期度パラメータで定量可能)に,連続量をコード可能なこと示した.更に,リズミックな神経活動の実データからリズム力学系を推定する手法の開発も,予備的な試みであるが,行った.メゾ神経回路にはLFPなどのリズミックな神経活動がしばしば観測されるが,それらのデータを解析する手法は,特にリズムというダイナミクスの視点で,十分に研究されているとは言えない.今回我々は,リズミックな神経活動のデータをリミットサイクル振動子の相互作用集団と見なし,それらの結合関数などを推定する統計的手法の開発に着手した.この手法は,ベイズ統計の枠組みを用いている.人口データによるパフォーマンスの検証では,データ数の増加に応じて推定結果が正解に近づいていくことを確認した.この手法の特徴は,詳細モデルを経由せずに,神経データから直接縮約した力学系を推定する点である.特に協調したい利点として,未知の生理学的機構があったとしても,それを織り込み済みの力学系に立脚した数理モデルが得られ,元の神経系の特徴を捉えることが可能である点である.24年度が最終年度であるため、記入しない。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、大脳新皮質から昆虫や軟体動物等の幅広い脳・神経システムに見られる複数のリズムが絡む神経活動に着目し、局所神経回路のレベルでどのような意義を持つのか数理モデルを用いて解明することである。最近の実験ではγ振動は局所的かつボトムアップの、βやθ振動はより大局的でトップダウンの情報処理に関わっているとの報告もある。そこで、機能とリズムの関係を明らかにするため幾つか研究を行った結果、本年度は以下の結果を得た。周期的活動を示す神経細胞が3体相互作用を行うような神経ネットワークは,アナログ情報(連続量)のワーキングメモリーとして機能し得ることを示した。現実の神経細胞間の結合は、空間的に複雑な構造やダイナミクスを持つことが知られている。その結果、神経細胞への入力が他の2つ以上の細胞の状態に同時に依存する、すなわち本質的に多体間の相互作用を含む場合も多い。しかし、従来の神経回路モデルでは、2体相互作用しか考慮していない場合が多い。リズミックに活動するニューロン間の多体間相互作用を含む複雑な神経回路網の機能を理解する第一歩として、3体相互作用するモデルを構成し,その振る舞いを詳細に調べた。結果として、同期度がある範囲で連続的に変化する状態全てがアトラクタとなっている、いわゆる線状アトラクタと呼ばれる構造が生じることを示した。更に、複数の位相パターンを記憶させると、それぞれに対応する線状アトラクタが存在することも示している。このことから、連続値を保持可能なワーキングメモリーが、従来のモデルのような発火率符号化ではなく、時間的符号化の枠組みでも実現でき、更に単一の神経回路で複数の連続値を同時に保持可能であるという従来モデルにない優れた特長を備えた神経メカニズムであるとがわかった。以上の研究は、リズミックに活動しているニューロン集団が、多体相互作用をすることにより、複数の発火パターンにアナログ情報をコードできる点が興味深い。その際には、発火パターンにはアナログ情報の内容(振動数、眼球の視野位置等)を、同期度に値をコードするものである。これにより、従来不明瞭な同期度と切り捨てられた実験データの中にも、何らかの意味が有るかも知れず、実験データの解釈などに一石を投じる結果であると考えている。高等動物の大脳新皮質から昆虫や軟体動物などの神経系には,しばしばリズミックな神経活動が見られる.しかし,その機能的役割や発生メカニズムは十分に解明されているとは言えない.本研究の目的は,局所神経回路のレベルでリズムがどのような意義を持つのか数理モデルを用いて解明することである.そのために実験的知見に基づき具体的な神経回路のモデルを構築し理論的に検証を行った.我々は,まずリズムを持った神経集団が3体間シナプス相互作用することで,複数のアナログ情報を保持できることを示した.具体的には,複数ニューロン間のスパイク間の同期の度合い(同期度パラメータで定量可能)に,連続量をコード可能なこと示した.更に,リズミックな神経活動の実データからリズム力学系を推定する手法の開発も,予備的な試みであるが,行った.メゾ神経回路にはLFPなどのリズミックな神経活動がしばしば観測されるが,それらのデータを解析する手法は,特にリズムというダイナミクスの視点で,十分に研究されているとは言えない.今回我々は,リズミックな神経活動のデータをリミットサイクル振動子の相互作用集団と見なし,それらの結合関数などを推定する統計的手法の開発に着手した.この手法は,ベイズ統計の枠組みを用いている.人口データによるパフォーマンスの検証では,データ数の増加に応じて推定結果が正解に近づいていくことを確認した.

この手法の特徴は,詳細モデルを経由せずに,神経データから直接縮約した力学系を推定する点である.特に協調したい利点として,未知の生理学的機構があったとしても,それを織り込み済みの力学系に立脚した数理モデルが得られ,元の神経系の特徴を捉えることが可能である点である.24年度が最終年度であるため、記入しない。以上で説明したように、神経のリズミックな活動は、神経修飾物質や複雑な樹状突起の性質などによる多体相互作用を考慮すると、複数のアナログ情報を保持するワーキングメモリとしての機能を担い得る点を示した。これは数値計算だけでなく、平均針論による解析の結果でもあり、成果は論文の形で発表している。また,最終年度の目標に向けて、実験データの解析手法も検討を開始している。以上の点から、計画はおおむね順調に進展していると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。リズムが絡む局所神経回路の研究において、本年度の研究結果を補完する(3)数値実験による結合力学系のデータからの推定手法の検討をおこなう。特に、複数のリズムがある場合、どのようなデータ解析手法が可能か、ベイズ推定やモンテカルロ法の手法を用い、更に非線形力学系の縮約理論も念頭に、研究を進める予定である。この研究は、必然的に非線形力学系のパラメーター推定となり、多くの局所解が存在する困難な問題となると予想されるが、パラレルテンパリングなどのモンテカルロ法を基礎とした最新の手法を用いることで、克服可能と考えている。
摂食・生体情報のライフログコンテンツ化による生活習慣改善支援

生活習慣病は,不適切な食生活,運動不足,喫煙など不健康な生活習慣の積み重ねによって引き起こされる,そこで本研究課題では,ライフスタイル(生活習慣)を摂食・生体情報として恒常的に収集(ライフログコンテンツ化)し,医学的・栄養学的知見により解析・診断し,その結果を健康改善のための指標としてユーザの生活改善としてフィードバックするヘルスケアシステムの構築し,被験者実験を通じて提案手法の有効性について検証を行った.生活習慣病は,不適切な食生活,運動不足,喫煙など不健康な生活習慣の積み重ねによって引き起こされる,そこで本研究課題では,ライフスタイル(生活習慣)を摂食・生体情報として恒常的に収集(ライフログコンテンツ化)し,医学的・栄養学的知見により解析・診断し,その結果を健康改善のための指標としてユーザの生活改善としてフィードバックするヘルスケアシステムの構築し,被験者実験を通じて提案手法の有効性について検証を行った.本研究課題では,現在喫緊の課題となっている肥満症(生活習慣病)を在宅にて管理・改善するために,摂食・生体情報を簡便に取得するインタフェースシステムを開発し,個人の運動習慣ならびに食習慣と体脂肪量変化との相関関係を解明し,運動習慣ならびに食習慣改善を図ることのできる,テイラーメイドなヘルスケアシステムを実現する.摂食・生体情報を恒常的に収集(ライフログコンテンツ化)することにより,医学的・栄養学的知見によりライフスタイル(生活習慣)と肥満症との関係を解析・診断し,個々のユーザの運動習慣・食習慣の改善を促す生活習慣改善支援システムの構築を行う.平成21年度は,以下のシステム開発ならびに研究を実施した.(1)摂食・生体情報のライフログコンテンツ化インタフェースの開発携帯電話を摂食情報入力端末装置として,また(株)タニタの体重体脂肪計,血圧計,運動量計を生体情報入力装置とし,これらの情報をDBに蓄積(コンテンツ化)できるシステムを開発した.被験者実験により,安定して日々の摂食・健康情報を取得できることを確認した.(2)健康状態解析システムの開発被験者より取得される摂食・生体情報をデータマイニングならびに統計情報処理することにより,摂取カロリーと運動による消費カロリーの収支差と,量体脂肪量の変化の相関を解析した.2カ月間のモニタリング期間において取得されたデータを解析した結果,両者に相関があることを確認した.また,その後の2カ月間のモニタリング期間において取得されたデータを解析した結果,体脂肪率の増減を予測できる見通しを得ることができた.本研究課題では,現在喫緊の課題となっている肥満症(生清習慣病)を在宅にて管理・改善するために,摂食・生体情報を簡便に取得するインタフェースシステムを開発し、個人の運動習慣ならびに食習慣と体脂肪量変化との相関関係を解明し,運動習慣ならびに食習慣改善を図ることのできる,テイラーメイドなヘルスケアシステムを実現する摂食・生体情報を恒常的に収集(ライフログコンテンツ化)することにより,医学的・栄養学的知見によりライフスタイル(生活習慣)と肥満症との関係を解析・診断し,個々のユーザの運動習慣・食習慣の改善を促す生活習慣改善支援システムの構築を行う.平成22年度は,以下のシステム開発ならびに研究を実施した.(1)摂食・生体情報のライフログコンテンツ化インタフェースの開発携帯電話を摂食情報入力端末装置として,また(株)タニタの体重体脂肪計,血圧計,運動量計を生体情報入力装置とし,これらの情報をDBに蓄積(コンテンツ化)できるシステムを開発した.被験者実験により,安定して日々の摂食・健康情報を取得できることを確認するとともに,被験者実験を行い,実データを収集した.(2)健康状態解析システムの開発被験者より取得される摂食・生体情報をデータマイニングならびに統計情報処理することにより,摂取カロリーと運動による消費カロリーの収支差と,量体脂肪量の変化の相関を解析した.2カ月間のモニタリング期間において取得されたデータを解析した結果,両者に相関があることを確認した.また,その後の2カ月間のモニタリング期間において取得されたデータを解析し,体脂肪率の増減を予測できる見通しを得た.また,肥満症を未病とすべく,個々人の嗜好を勘案して,日々の運動を促進するインタフェースのプロトタイプを開発した.本研究課題では,現在喫緊の課題となっている肥満症(生活習慣病)を在宅にて管理・改善するために,摂食・生体情報を簡便に取得するインタフェースシステムを開発し,個人の運動習慣ならびに食習慣と体脂肪量変化との相関関係を解明し,運動習慣ならびに食習慣改善を図ることのできる,テイラーメイドなヘルスケアシステムを実現する.摂食・生体情報を恒常的に収集(ライフログコンテンツ化)することにより,医学的・栄養学的知見によりライフスタイル(生活習慣)と肥満症との関係を解析・診断し,個々のユーザの運動習慣・食習慣の改善を促す生活習慣改善支援システムの構築を行う.平成23年度は,以下のシステム開発ならびに研究を実施した.(1)摂食・生体情報のライフログコンテンツ化インタフェースの開発スマートフォンを摂食情報入力端末装置として,また(株)タニタの体重体脂肪計,血圧計,運動量計を生体情報入力装置とし,これらの情報をDBに蓄積(コンテンツ化)できるシステムを開発した.被験者実験により,安定して日々の摂食・健康情報を取得できることを確認するとともに,被験者実験を行い,実データの収集を行った.(2)健康状態解析システムの開発被験者より取得される摂食・生体情報をデータマイニングならびに統計情報処理することにより,摂取カロリーと運動による消費カロリーの収支差と,量体脂肪量の変化の相関を解析した.2カ月間のモニタリング期間において取得されたデータを解析した結果,両者に相関があることを確認した.また,その後の2カ月間のモニタリング期間において取得されたデータを解析し,体脂肪率の増減を予測できる見通しを得た.
カーボンナノファイバーの大量合成に向けたナノ触媒の設計とナノ触媒リアクターの開発

本研究では、カーボンナノファイバーの大量合成に向けたナノ触媒の設計とナノ触媒リアクターの開発に関する基礎的研究を行った。ニッケル鉄層状複水酸化物を銅粒子に担持させた複合粒子を共沈法により調製し、流動層での使用に適した触媒の設計を行った。また、高温場で高遠心力を利用する回転式流動層を試作し、カーボンナノファイバーの合成を行ったところ、純度の高い生成物を高効率で生成できることを明らかにした。回転式流動層を触媒リアクターとして用いる場合、均一な気固接触、すなわち反応原料ガス中で触媒粒子が均一に流動化することが極めて重要であるが、ナノ粒子は物性や周囲の環境によって凝集構造が変化し、これにより流動化特性が著しく変化することが予想される。そこで、ナノ粒子の流動化特性の制御因子を明らかにするために、凝集構造が異なるナノ粒子のモデルとして比表面積径が異なる数種類の親水および疎水性シリカナノ粒子を用い、回転式流動層における流動化実験を行った。その結果、比表面積が小さい、すなわち密に凝集したナノ粒子では大きな凝集体を形成するため、これを均一に流動化するには流動化ガス流速を大きくする必要があることがわかった。また、親水および疎水性シリカナノ粒子を用いた実験より、疎水性シリカナノ粒子では親水性の場合に比べて低いガス流速で均一に流動化できることがわかり、ナノ粒子の流動化ではナノ粒子と装置の容器壁面との間の静電気的相互作用が極めて重要な役割を果たすことが明らかとなった。一方、ナノ触媒の開発では、原料コスト低減の観点から鉄とニッケルからなる複合酸化物を採用した。触媒粒子内でこれらの元素が均一に配置するように触媒前駆体として鉄ニッケル系層状複水酸化物に着目し、これを焼成することでナノ触媒を合成した。固定層型反応器を用い、アセトニトリルを炭素源とする化学気相成長法でカーボンナノファイバーを製造したところ、触媒中の鉄とニッケルの組成により、生成するカーボンナノファイバーの形状が調整でき、とくに鉄とニッケルが同程度含まれる触媒を用いた場合には、均一なコイル形状のカーボンナノファイバーを得ることができた。本研究では、ナノ触媒の流動化と反応を可能とする高温回転式流動層型反応器を開発した。本装置は1073 Kの高温環境下において運転することが可能である。回転容器内に触媒粒子を投入し、容器を回転させながら炭素源を含む流動化ガスを流入させ、触媒粒子を高温かつ高遠心力場において流動化させる。反応器に流入した炭素源は熱分解し炭素中間体となり、これが触媒粒子表面で反応し、CNFとして析出・成長する。触媒粒子としては、担持粒子であるAl2O3粒子上に活性金属成分としてNi化合物が析出した平均粒子径1.8μmの微細なNi/Al2O3粒子を用いた。高温回転式流動層型反応器において得られた生成物を観察したところ、得られた生成物は、粒子径が100から300 μmの球形粒子であり、直径が約60 nm程度のカーボンナノチューブ(CNT)が密に凝集した状態であった。また、得られた生成物の熱分析を行ったところ、生成物中の多層CNTの質量割合は約93 wt%であった。従って、生成物のほとんどは多層CNTであることが確認された。さらに、各種運転条件が生成物物性に及ぼす影響についても検討を行った。NF合成用のナノ触媒として、共沈法により調製したニッケル鉄層状複水酸化物を銅粒子に担持させた複合粒子を合成した。合成した複合粒子は、水中で超音波照射しても剥離せず、流動層反応器で流動化させた場合も剥離することなくCNFが合成できる可能性が示された。また、固定層反応器を用いて合成した複合粒子からCNFを合成し、最適な成分比および温度条件などを決定した。最後に、ナノ触媒を高温回転式流動層型反応器に投入しCNFの合成を行ったところ、CNFの生成速度は通常の固定層型反応器と比較して約5倍に増加し、触媒単位質量あたりのCNF生成速度としては世界最高水準に達していることを確認した。平成24年度は、回転式流動層を用いたカーボンナノファイバー(CNF)のCVD合成プロセスの構築に向けた基礎検討として、触媒粒子の調製および最適反応条件の探索を行った。まず、調製した触媒粒子および生成するCNFの流動化挙動を回転式流動層型反応器のコールドモデルを用いて可視化し、その流動化特性について検討した。Ni/Al2O3触媒粒子を含侵法により調製し、固定層型CVD反応器内でCNFを合成した結果、反応初期においてCNFの生成量は急激に増加し、生成物のバルクの比容積も飛躍的に増加するが、比較的短い反応時間(5分以内)でCNFの生成量増加は飽和に達することが分かった。反応温度・反応時間・Ni担持量などの各種条件が生成量や生成物物性に及ぼす影響についても明らかにした。また、回転式流動層型反応器のコールドモデルを用いて、調製した触媒粒子およびCNFの流動化実験を行った。

その結果、回転式流動層において触媒粒子は流動化不良を起こさず、均一流動化することが確認された。さらに、カーボンナノファイバーを流動層反応器で合成するための触媒粒子として、基材粒子(電解銅粉)に触媒前駆体粒子(ニッケル鉄層状複水酸化物)を担持させた複合粒子を設計した。CVD条件の最適化の指針を得るために、固定層反応器を用いて触媒活性成分の担持量や反応温度等の条件がカーボンナノファイバーの生成に及ぼす影響について基礎的な検討を行った。その結果、カーボンナノファイバーの生成に適した複合粒子の組成と反応温度が明らかとなり、さらにこの複合粒子の流動層反応器での利用可能性を確認できた。本年度の当初目標は回転式流動層におけるナノ粒子の流動化特性の評価・解析とカーボンナノファイバー合成用ナノ触媒の設計であったが、ナノ粒子の流動化特性はその凝集構造によって制御できることが示され、また、触媒の組成によって形状の異なるカーボンナノファイバーが合成できたことから、本年度の目標をほぼ達成できた。25年度が最終年度であるため、記入しない。試作に困難を極めた高温対応の回転式流動層も完成し、回転式流動層を用いたCNFの実験に着手する予備検討が全て終了した。また、平成24年度の研究成果を通じて、各種基本条件が生成するCNFの生成量や物性に及ぼす影響が明らかとなり、次年度に取り組む回転式流動層型反応器を用いた合成実験の際に重要となる基礎的な触媒粒子調製条件および装置運転条件を把握することが出来た。本年度で得られた研究成果に基づいて、次年度以降は当初の研究計画にしたがって回転式流動層型ナノ触媒リアクターの設計・試作・性能評価を行うとともに、本リアクターに適した触媒の設計とその合成プロセスの最適化について検討を行う。とくに、リアクターの設計では使用する触媒の形態(凝集構造)を十分に考慮する必要があるため、研究組織内で情報交換を密に行い、研究目標を実現する。高温RFBを利用したナノ触媒リアクターにナノ触媒粒子を挿入し、CNFの大量合成を実施する。このとき、最適な操作条件の決定を行うとともに、安定した運転を維持するために必要な装置設計や運転の制御などを行う。また、大量生産されたCNFの各種物性を解析してその均質性を評価するとともに、製造コストおよび生産性の観点からプロセスの評価を行う。最終的には、2009年にZhangらが報告したCNFの世界最高生産率50[g-Product/g-metal/h]を遥かに凌駕する100[g-Product/g-metal/h]の達成を目標とする。
干潟評価指標としての底質特性に関する研究

本研究は干潟環境の評価指標として底質特性に着目し、次の2項目を目的として行われた。1.底質特性による干潟環境評価に適した底質特性項目を決定する。2.干潟に於ける底質堆積浸食機構の解明上記1の目的に関しては、底質特性として、粘度分量、強熱減量、COD、酸化還元電位、および硫化物量を取り上げた。また底生動物の量と多様度が大なるほど良好な干潟環境であるとの認識の下に、単位面積当たりの底生動物の湿質量及び個体質量を尺度とした多様度を取り上げ、熊本県沿岸干潟を対象に底質特性とこれらとの関連を分析した。結果として、粘度分量(CC)、COD/CC(または酸化還元電位)および硫化物量が干潟環境評価指標として適正であることが明らかになった。今回は底生動物の種類の変わりに質量を底生動物の定量的尺度として用いたため、若干の精度は落ちたかもしれないが、底生動物の定量的評価が容易になった。また、底質特性および底生動物分布状況の経年変化をも調べ、河川の影響が無視できないことを確認した。上記2の目的に関しては、特定の感潮河川を対象に浮泥の巻き上げ・沈降特性を調べ、シミュレーションモデルを構築した。今後は上記の成果を基に更に研究を進められる事によって、底質特性による干潟評価法の確立と干潟の形成過程の機構解明が期待される。まず資料収集については、運輸省港湾技術研究所、東京都環境科学研究所、および千葉県水質保全研究所で、東京湾の千潟環境に関する資料を収集し、有明海に関しては熊本県資料および既往の論文を資料として収集した。また資料収集と平行して現地調査の準備を行い、秋から冬にかけて熊本市沿岸区(白川河口緑川河口)から域現地調査を実施した。時間の制約上未だ東京湾に関する資料についての検討には至らなかったが、現地調査区域に焦点を絞って底質特性と底生生物の関連および流況について検討を行い、結果として、以下の事実が明らかになった。1.底質の粘土含有量は強熱減量、およびCODとの間に、かなり明確な直線関係が認められる。2.底質の酸化還元電位は粘土含有量に対してある範囲で双曲線的に低下し、それ以上の粘土含有量に対しては、ほぼ一定値に収れんする傾向にあるが、汚染の著しい所では、その収れん値以下を示す。3.河川の流入の外にも、局部的な流況変化が、底質の推積と洗掘にかなりの影響を及ぼしている。2.干潟に於ける底質堆積浸食機構の解明上記1の目的に関しては、底質特性として、粘土分量、強熱減量、COD、酸化還元電位、および硫化物量を取り上げた。また底生動物の量と多様度が大なるほど良好な干潟環境であるとの認識の下に、単位面積当たりの底生動物の湿質量及び固体質量を尺度とした多様度を取り上げ、熊本県沿岸干潟を対象に底質特性とこれらとの関連を分析した。結果として、粘土分量(CC)、COD/CC(または酸化還元電位)および酸化物量が干潟環境評価指標として適正であることが明らかになった。