hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サルコペニアと深部静脈血栓症の関連性

【研究目的】わが国は世界でも有数の超高齢化社会を迎えており,これに伴い運動器障害が増加し,将来的な要介護状態の増加が懸念されている.加齢による加齢に伴う筋肉量,筋力の低下を示す状態をサルコペニアと呼び,転倒や寝たきりなどの虚弱の要因として重要である.一方,深部静脈血栓症(DVT)は肺塞栓症や脳塞栓症の原因となるため,早期に診断し適切な治療や予防を行うことが重要である.また, DVTは下肢に多く発生し,高齢者や寝たきり患者はハイリスクであるが, DVTとサルコペニアの関連性については明らかにされていない.本研究の目的は,超音波検査(US)を用いて下肢筋を画像評価し,サルコペニアとDVTとの関連性について検討することである.【研究方法】当院生理検査室にDVTスクリーニング検査として下肢静脈US検査の依頼があった患者42名84肢(平均年齢65.7±15.5歳)と, DVTを認めない健常ボランティア29名58肢(平均年齢61.2±19.9歳)の合計142肢を対象とした.これらをDVTを認めたDVT陽性群(平均年齢68.0±12.7歳)とDVT陰性群に大別し,陰性群ではさらに年齢により3群に分類した. 45歳未満を若年群(平均年齢28.9±7.5歳), 45歳64歳を中年群(平均年齢55.7±5.9歳), 65歳以上を高齢群(平均年齢75.1±5.9歳)とした.【研究成果】腓腹筋厚は加齢に伴い低下し,男女ともにDVT陽性群と高齢群で有意に低値を示した.筋エコー輝度も加齢に伴い高値となり,男女ともにDVT陽性群と高齢群において若年群と比較し有意に高値を示し,高齢群およびDVT陽性群の男性では中年群と比較し有意に高値を示した.高齢群の女性では中年群に比較し有意に高値を示した.USの前後一週間以内に腹部computerized tomograph検査が確認出来た24例についてDVT有無によるサルコペニアの陽性率を比較した結果, DVTあり群では100%, DVT無し群では60%であり, DVTあり群において有意に高値であった(P=0.041).本研究では, US画像を用いて下腿筋を評価し加齢に伴う変化やDVTとの関連性について報告した.今回の検討においてUSによる下腿筋厚および筋輝度評価は, DVTリスクマネージメントやサルコペニアを評価するための有用な検査法になりうると考えられた.【研究目的】わが国は世界でも有数の超高齢化社会を迎えており,これに伴い運動器障害が増加し,将来的な要介護状態の増加が懸念されている.加齢による加齢に伴う筋肉量,筋力の低下を示す状態をサルコペニアと呼び,転倒や寝たきりなどの虚弱の要因として重要である.一方,深部静脈血栓症(DVT)は肺塞栓症や脳塞栓症の原因となるため,早期に診断し適切な治療や予防を行うことが重要である.また, DVTは下肢に多く発生し,高齢者や寝たきり患者はハイリスクであるが, DVTとサルコペニアの関連性については明らかにされていない.本研究の目的は,超音波検査(US)を用いて下肢筋を画像評価し,サルコペニアとDVTとの関連性について検討することである.【研究方法】当院生理検査室にDVTスクリーニング検査として下肢静脈US検査の依頼があった患者42名84肢(平均年齢65.7±15.5歳)と, DVTを認めない健常ボランティア29名58肢(平均年齢61.2±19.9歳)の合計142肢を対象とした.これらをDVTを認めたDVT陽性群(平均年齢68.0±12.7歳)とDVT陰性群に大別し,陰性群ではさらに年齢により3群に分類した. 45歳未満を若年群(平均年齢28.9±7.5歳), 45歳64歳を中年群(平均年齢55.7±5.9歳), 65歳以上を高齢群(平均年齢75.1±5.9歳)とした.【研究成果】腓腹筋厚は加齢に伴い低下し,男女ともにDVT陽性群と高齢群で有意に低値を示した.筋エコー輝度も加齢に伴い高値となり,男女ともにDVT陽性群と高齢群において若年群と比較し有意に高値を示し,高齢群およびDVT陽性群の男性では中年群と比較し有意に高値を示した.高齢群の女性では中年群に比較し有意に高値を示した.USの前後一週間以内に腹部computerized tomograph検査が確認出来た24例についてDVT有無によるサルコペニアの陽性率を比較した結果, DVTあり群では100%, DVT無し群では60%であり, DVTあり群において有意に高値であった(P=0.041).本研究では, US画像を用いて下腿筋を評価し加齢に伴う変化やDVTとの関連性について報告した.今回の検討においてUSによる下腿筋厚および筋輝度評価は, DVTリスクマネージメントやサルコペニアを評価するための有用な検査法になりうると考えられた.
地球表層環境での鉱物‐微生物‐水相互作用

地球表層環境での珪酸塩鉱物の溶解に及ぼす微生物の影響を定量的に評価することを目的として、バクテリアを含む反応系での種々の鉱物(スメクタイト、カオリナイト、アモルファスシリカ)の溶解実験を行った。これらの実験から、各鉱物の溶解速度をバクテリア細胞数をパラメータとすることで、溶解速度に対するバクテリアの見かけの影響を定量的に評価し、さらに、バクテリア細胞から放出される有機分子の反応サイト数を用いた実質的な影響の定量を行った。通常、バクテリアの関与する溶解反応では、バクテリア細胞から外界に放出される種々の有機分子による配位子促進溶解が支配的な反応機構となる。そのため、配位子としての有機分子の反応性を数値化し、それらをパラメータとすることで、溶解速度に及ぼす実質的な影響の評価は可能となる。そこで、本研究では、バクテリア細胞から放出される主要有機分子であるタンパク質と多糖の配位子としての反応性を官能基の解離によって生じる電荷サイト(反応サイト)数をパラメータとすることで溶解速度へのバクテリアの実質的な影響を評価した。実験ではアルブミンおよびキサンタンを用い、これらの有機分子との反応によるスメクタイトの溶解速度を測定した。また、これらの有機分子の反応サイト数を酸塩基滴定データのFITEQL解析から求め、反応サイト数をパラメータとする溶解速度式を導いた。その結果、鉱物の溶解に及ぼすバクテリアの影響を反応機構に基づいて定量的に評価することが可能となった。地球表層環境での鉱物-微生物-水相互作用を明らかにするため、微生物の表面電荷特性、微生物表面への金属イオンの吸着、さらに珪酸塩鉱物の溶解に及ぼす微生物の影響について検討した。表面電荷特性の解析にはB. subtilisを用い、酸/塩基滴定後の溶液pHの変化からB. subtilis細胞表面の総電荷量を求め、平衡定数最適化プログラムFITEQLを用いて、カルボシル基、リン酸基、水酸着の解離定数と電荷サイト数を計算した。その結果、微生物細胞表面のPZCはpH4付近で、pH>4領域ではマイナス電荷、pH<4ではプラス電荷をもつことが明らかとなり、その電荷量も定量的に求めることができた。これらの電荷特性を明らかにした後、B. subtilisへの金属元素(Pb, Al, Fe, Si, As)の吸着実験を行った結果、これらの元素の溶液pHに対するスペシエーション状態とB. subtilis表面の電荷特性を考慮することで、B. subtilisのイオン吸着特性を定量的に評価することができた。また、珪酸塩鉱物の溶解に及ぼす影響についてアモルファスシリカとB. subtilisを用いて検討した結果、B. subtilisはアモルファスシリカの溶解を数倍以上促進することが明らかとなった。実験はバッツチ法で行い、アモルファスシリカ0.1gを含む0.1mMNaCl溶液に10の59乗cells/mlのB. subtilisを添加し、25°C30日間の反応を行った。その結果、反応系のB. subtilisの添加量に対応して溶解速度の急激な増加が認められた。また、溶液中の有機酸濃度の測定を行ったところ、同様にB. subtilisの添加量に比例して増加することが分かった。このことは、微生物の放出した有機酸によりアモルファスシリカの溶解速度が促進されている可能性を示唆している。地球表層環境での鉱物-微生物-水相互作用を明らかにするため、微生物を含む反応系でのベーマイト(AlOOH)の溶解実験と微生物細胞表面へのAlイオンの吸着実験を行った。実験には、市販のベーマイト(商品名:活性アルミナ)とPseudomonas fluorescensを使用した。溶解実験にはポリエチレン製反応容器を用い、0.1mMNaCl溶液100mlにベーマイト1.0gを加え、次の3つの反応系について検討した。

反応系(1):微生物を含まずHCl及びNaOHでpH調整をした反応系、反応系(2):微生物10^5、10^6、10^7、10^8、10^9cells/mlを含み栄養成分無添加の反応系、反応系(3):同量の微生物を含みグルコースを添加した反応系。溶解実験の結果、微生物を含まない反応系(1)では、反応期間数日以内にギブサイトの飽和(log(IAP/K)=0)に達し、その後ギブサイト飽和状態が維持された。微生物を含む反応系(2)では、微生物量に応じてギブサイト過飽和(log(IAP/K)=02.1)が維持された。一方、微生物とグルコースを含む反応系(3)では、反応系(2)とは逆にギブサイト不飽和状態(log(IAP/K)=0-3.0)が維持される結果が得られた。溶液pHの変化は、反応系(2)では微生物細胞の分解に伴うNH4生成により若干の上昇(pH78)が認められ、反応系(3)ではグルコース代謝に伴う有機酸生成により急激は低下(pH35)が確認された。このことから、反応系(2)でのAl濃度の増大は、細胞分解によって放出された有機分子とAlイオンとの錯体形成に起因し、反応系(3)でのAl濃度の低下は細胞表面への吸着によるものと考えられる。酸/塩基滴定によるP.fluorescens細胞表面の反応サイト数の定量と解離定数の最適化を行うとともに、Alイオンの吸着挙動を解析した結果、反応系(3)では細胞表面へのAlイオンの著しい吸着が進行していることが示唆された。地球表層環境での鉱物-微生物-水相互作用を明らかにするため、スメクタイト(クニピアP)およびカオリナイト(KGa-1)の溶解速度に及ぼす微生物(Pseudomonas fluorescens)の影響を検討した。その結果、いずれの鉱物の場合にも微生物による著しい溶解速度の増大が確認された(10^9 cells/ml系でのスメクタイト溶解速度:約23倍の増大、10^9 cells/ml系でのカオリナイト:約10倍の増大)。これらの反応系での溶液中の有機分子を定量した結果、微生物細胞から遊離したタンパク質と多糖が高濃度に検出された。これらの有機分子の影響を評価するため、アルブミン(市販のタンパク質)およびキサンタン(市販の多糖)を用いてスメクタイトとカオリナイトの溶解実験を行った結果、微生物系の場合と類似した溶解速度の増大が確認された。このような溶解速度の増大は溶液中の有機分子に存在する電荷サイト(反応サイト)による鉱物表面との反応が主要溶解機構であると想定される。そのため、各有機分子表面の反応サイト数を酸塩基滴定データのFITEQL計算で最適化し、この反応サイト数を用いて各鉱物の溶解速度の規格化を行った。その結果、鉱物の溶解速度は有機分子の反応サイト数に依存して変化することが明らかとなった。これにより、溶液中に存在する有機分子の総反応サイト数を用いることで微生物による鉱物の溶解速度への影響の定量的評価の可能性が示された。
精神健康法の効果メカニズムの脳科学的体系化と効果予測技術の開発

精神的な健康を自己管理するために、日常生活で容易に実践可能な「精神健康法」への注目が高まっている。健康法の効果には大きな個人差があり、その背景には精神機能の不全状態の質的個人差が想定される。申請者らは心理・認知神経科学的理論に基づいて、(1)精神状態の機能不全メカニズムが自己意識作用の悪循環のいくつかのパターンに分類される、(2)それぞれのパターンに対応して異なるタイプの精神健康法が異なるメカニズムによって効果を発揮する、と仮説を置いた。これに基づいて精神機能不全と精神健康法の効果の関係性と各脳メカニズムを体系化し、質問紙と脳活動計測を用いて事前に健康法の効果を予測するツール開発を試みた。そのために、主要な「不全ー効果系」を網羅すると期待される数種類の異なるタイプの精神健康法を、MRIスキャナ内で実施可能な「介入課題」に改変し、課題実施中の脳活動を機能的MRIを用いて計測した。また介入前後の精神状態を質問紙と脳活動(安静時及び「評価課題」実施中の脳活動)によって計測してきた。本年度はこれまで2年間で解明・開発を進めてきた、不全ー効果系・メカニズム・予測ツールの検証・改良を目指し、介入課題と精神状態評価を用いた行動・脳計測実験を、対象を高齢者も含めた多様な被験者群に拡張し、研究の次フェーズへの展開を準備した。具体的には回想法(学会発表5件、発表賞受賞)や感謝介入(学会発表2件)、褒め言葉(学会発表、発表賞受賞)の精神効果の神経基盤、健康に重要な食行動に身体イメージ(学会発表4件)や気温(論文発表)の与える影響、顔(論文発表)や身体同調性(学会発表3件)、職業価値(学会発表3件)など多様な入力が健康な社会知覚・行動に及ぼす影響、高齢者を対象とした死の恐怖(学会発表2件)や芸術活動(学会発表2件)が認知・行動に及ぼす影響について、認知神経科学的な業績を挙げた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。これに基づいて本研究では精神機能不全と精神健康法の効果の関係性と各脳メカニズムを体系化し、質問紙と脳活動計測を用いて事前に健康法の効果を予測するツール開発を試みる。そのために、主要な「不全ー効果系」を網羅すると期待される数種類の異なるタイプの精神健康法を、MRIスキャナ内で実施可能な「介入課題」に改変し、課題実施中の脳活動を機能的MRIを用いて計測する。また介入前後の精神状態を質問紙と脳活動(安静時及び「評価課題」実施中の脳活動)によって計測する。効果(介入前後の質問紙・脳活動変化)の個人差から23の不全ー効果系を抽出し、効果と介入前・介入時脳活動との関連から各「系」の不全・効果メカニズムを解明する。さらに効果を予測する質問紙・評価課題・モデルを選抜する。本年度は大学生を対象とした作業仮説の整理として、介入課題セットと精神状態評価ツールの準備、介入前後に精神状態評価を行うための質問紙と脳計測用の評価課題開発を実施した。具体的には、介入課題として作業記憶、感謝課題、写真撮影、「他者との憩い経験」の回想、匂い(アロマ)等を検討した。また新しい精神状態評価の指標開発のために、生理指標として瞬目計測、質問紙・行動指標として身体像の歪み・エージェンシー感・対人行動選択、脳活動指標として自己価値・自尊心・随伴性エラーについて検討を行った。介入課題セットと精神状態評価ツールの準備、介入前後に精神状態評価を行うための質問紙と脳計測用の評価課題開発が順調に進んでいる。うち一部は脳活動計測を実施しその論文化が達成できた。これに基づいて精神機能不全と精神健康法の効果の関係性と各脳メカニズムを体系化し、質問紙と脳活動計測を用いて事前に健康法の効果を予測するツール開発を試みる。最終的に不全ー効果系の抽出と脳メカニズムの解明、効果予測質問紙・評価課題・モデル開発を目指す。本年度は介入課題セットと精神状態評価ツールを調整し、介入fMRIデータを取得・解析、不全ー効果系・メカニズム・予測ツールを検証した。

具体的には、環境気温介入による情動・報酬系の関与の解明(学会・論文発表)、5分間の面接介入による対人関係意識調整脳メカニズム解明(学会発表)、評価・予測ツールとしての自己特性判断課題の妥当性検証(著書発表)や随伴性エラー課題の関連脳メカニズム検証(学会発表・論文投稿中)、環境気温に対する心理・行動反応の個人差質問紙尺度開発(学会発表)、高齢者を対象とした写真鑑賞介入プログラムの検討(学会・論文発表)、感謝介入の効果(学会発表)や、死の恐怖に対する脳反応(学会発表)検証等の実績を上げた。介入課題セットと精神状態評価ツールの開発については質・量共に当初の予定を凌駕している。一方、そのせいもあって全体の結果を体系化し、検証するスケジュールに関しては予定よりやや遅延が見られている。これは研究の進捗に従って研究対象(健康法の種類と、その効果や背景となる精神機能状態の質的個人差)自体の全体像が明確化してきたことに伴う、研究計画の調整と位置づけるべきと認識している。均して概ね順調な進展と自己評価する。精神的な健康を自己管理するために、日常生活で容易に実践可能な「精神健康法」への注目が高まっている。健康法の効果には大きな個人差があり、その背景には精神機能の不全状態の質的個人差が想定される。申請者らは心理・認知神経科学的理論に基づいて、(1)精神状態の機能不全メカニズムが自己意識作用の悪循環のいくつかのパターンに分類される、(2)それぞれのパターンに対応して異なるタイプの精神健康法が異なるメカニズムによって効果を発揮する、と仮説を置いた。これに基づいて精神機能不全と精神健康法の効果の関係性と各脳メカニズムを体系化し、質問紙と脳活動計測を用いて事前に健康法の効果を予測するツール開発を試みた。そのために、主要な「不全ー効果系」を網羅すると期待される数種類の異なるタイプの精神健康法を、MRIスキャナ内で実施可能な「介入課題」に改変し、課題実施中の脳活動を機能的MRIを用いて計測した。また介入前後の精神状態を質問紙と脳活動(安静時及び「評価課題」実施中の脳活動)によって計測してきた。本年度はこれまで2年間で解明・開発を進めてきた、不全ー効果系・メカニズム・予測ツールの検証・改良を目指し、介入課題と精神状態評価を用いた行動・脳計測実験を、対象を高齢者も含めた多様な被験者群に拡張し、研究の次フェーズへの展開を準備した。具体的には回想法(学会発表5件、発表賞受賞)や感謝介入(学会発表2件)、褒め言葉(学会発表、発表賞受賞)の精神効果の神経基盤、健康に重要な食行動に身体イメージ(学会発表4件)や気温(論文発表)の与える影響、顔(論文発表)や身体同調性(学会発表3件)、職業価値(学会発表3件)など多様な入力が健康な社会知覚・行動に及ぼす影響、高齢者を対象とした死の恐怖(学会発表2件)や芸術活動(学会発表2件)が認知・行動に及ぼす影響について、認知神経科学的な業績を挙げた。今後はこれらの介入課題セットと精神状態評価ツールを調整し、介入効果に基づいて若年成人fMRIデータを取得・解析し、不全ー効果系・メカニズム・予測ツールを検証する。最終年度である30年度はこれまで2年間で解明・開発を進めてきた、不全ー効果系・メカニズム・予測ツールの検証・改良を目指すとともに、研究の次フェーズへの展開に備える。
ウイルスと細胞との膜融合を誘発する細胞性プロテアーゼの発見とその制御因子の解析

外膜糖蛋白を持つウイルスが細胞に感染する過程は、ウイルスが細胞膜上のAdhesion moleculeに結合する過程とウイルス膜と細胞膜が融合しウイルス遺伝子が細胞内に導入される2段階に分けられる。我々はこれまでにインフルエンザウイルスやセンダイウイルスの外膜糖蛋白を限定分解し膜融合領域をアミノ末端に発現させ、ウイルスの膜融合能を発現させる臓器特異的プロテアーゼ(Tryptase Clara)を気道の粘膜上皮に見出してきた。さらにHIVについては、ウイルスがCD4レセプターに結合した後の膜融合プロセスに関与すると推定される細胞膜結合型プロテアーゼ(Tryptase TL_2)をヒトT細胞に見出してきた。本年度研究において、Tryptase Claraの活性を抑制しインフルエンザウイルス感染を抑制する生体内物質の単離に成功した。一次構造決定の結果、この物質は従来エラスターゼの阻害剤として報告のあったAnti-leukoprotease inhibitor(ALP)と同一物であると判明した。ALPは細胞培養系および感染動物実験モデルにおいて、著明な抗インフルエンザウイルス感染作用と抗センダイウイルス感染作用を示した。さらにTryptase Claraに対するALPの阻害作用は、C末端側の半分の領域に局在することが明確となった。現在C末端側のペプチドの種々の偏位体を作成して活性基の同定と、活性の強いALPの作成を試みている。一方Tryptase TL_2(TL_2)の機能解析の結果、TL_2はHIVの外膜糖蛋白質GP120と結合するが、結合後のこの蛋白をV3領域でのみ特異的に解裂することを見出した。TL_2のプロテアーゼ作用は、GMPやAMPで活性化を、GDPやADPで阻害を受けた。またTL_2はプロテアーゼ作用以外にATPase作用を持ち、蛋白質との相互作用でATPase作用が増強されることが判明した。これらのことからTL_2はプロテアーゼとして作用すると同時に分子シャペロンとして膜融合や物質の輸送にかかわっていることが推定された。
最先端のトピックス「配位高分子」を学生実験室へ

目的ジホルミルベンゼン(メタ-体、パラ-体)とN,N-ジアルキルエチレンジアミン(メチル体、エチル体)との脱水反応から得られる4種類のイミン四座連結配位子を合成し、それらと二価銅塩(塩化物塩、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、テトラフルオロホウ酸塩、過塩素酸塩)との組み合わせからなる配位高分子錯体の合成を検討し、学生実験課題として適応可能かどうかを検証することを目的とした。成果各種溶媒中での紫外可視分光測定の結果は、4種類の四座連結配位子は何れの銅塩とも錯体を形成していることを示唆したが、当初計画していたような溶液色調の溶媒依存性(ソルバトクロミズム)は確認できなかった。合わせて、溶媒蒸発法や貧溶媒添加による再結晶法を試みたが、上記の組み合わせからなる錯体を固体として単離するに至らなかった。得られた錯体の高い潮解性のために、固体として単離できなかったと推測している。よって、学生実験に導入しても高い教育効果が得られないと判断した。上記の4種類の連結配位子のイミン部分を水素化し、4種類のアミン四座連結配位子を合成した。それらと二価銅塩との組み合わせからなる配位高分子錯体の合成を検討した。同時に、2,2-ビピリジンや1,10-フェナントロリンといったキレート配位子で配位座の一部を占有させた二価銅塩とアミン四座連結配位子との反応による配位高分子錯体の合成も検討した。何れの組み合わせにおいても、錯体が形成していることが示唆されたが、固体として目的物を単離するに至らなかった。この原因も、恐らくであるが、錯体の潮解性によるものだと考察している。2,2-ビピリジンを用いた系では、溶媒蒸発法や貧溶媒添加による再結晶を行うと、単結晶が得られた。しかしながら、それらは赤外分光や単結晶構造解析の結果から、目的とする配位高分子錯体ではなく、水酸基により連結された二つの銅イオンを持つ多核錯体であることが明らかになった。
微小スケールにおける表面張力に関連する効果を利用した液操作に関する数値解析的研究

手のひらより小さいチップの上でDNA等の分析を行う装置がある.その装置上で簡易に液体を移動させるには表面張力の利用が考えられる.なぜなら,寸法が小さくなると重力や圧力に比べて長さ当たりの力である表面張力が相対的に大きくなるからである.その表面張力に関連する現象として,濡れ性(撥水性や親水性)とマランゴニ効果(表面張力が部分的に下がると引っ張られて流れが起きる現象)を積極的に利用すると効率よく液を動かせる.本研究では,それらの効果を効率よく利用する際の条件について検討できるシミュレーターの開発を行った.また,そのための精密なモデル開発や電気の影響で濡れ性を変化させるモデル開発を行った.本研究は,微小スケールにおける液操作について,特に表面張力と濡れ性に着目して,有効な液操作方法・条件について,数値解析によって解明することを目的としている.流体に作用する力は,長さスケールが小さくなると,体積力(重力・浮力)・面積力(粘性摩擦応力)に比べて,長さ当たりの力である表面張力の影響が相対的に大きくなる.その状況で,界面活性剤の吸着や温度勾配が生じれば,表面張力の不均質による流動(マランゴニ効果)が,また,温度変化や電気的な影響による固体表面の濡れ性変化が大きな影響を及ぼす.本研究では数値解析により,これら表面張力に関連する各要素の相互作用を検討し,実用的な液操作に関する重要な知見を得る事を目的としている.今年度はまず,基本的な濡れモデルの改良を行った.その成果は論文として発表した.次に,物性の温度依存性を考慮した数値解析コードの開発と検証を行った.その結果,以下のことが確認された.(1)温度変化による対流を表現するため,浮力を考慮し計算・比較を行ったところ,mmオーダーの液滴では浮力の影響がほとんど現れなかった.(2)粘度の温度依存性は液移動にほとんど影響はなかったが,密度,比熱及び熱伝導率の温度依存性は,液滴挙動に大きく影響することが分かった.(3)液滴移動距離に差が出る要因として,液滴に作用する表面張力による速度が大きく関係しているということが確認できたが,物性の温度依存により,なぜ表面張力の影響に差が発生するのかは検討中であり,より詳細な検討が必要である.また,Electrowettingを考慮したプログラムコードも作成した.現状では,電極部における電圧と静的接触角の関係モデルを組み込んで濡れ性変化と液滴移動・分裂の再現を確認出来ている.本研究は,微小スケールにおける液操作について,特に表面張力と濡れ性に着目して,有効な液操作方法・条件について,数値解析によって解明することを目的としている.液に作用する力は,長さスケールが小さくなると,体積力(重力・浮力・慣性力)・面積力(圧力・粘性摩擦応力)に比べて,長さ当たりの力である表面張力の影響が相対的に大きくなる.その状況で,界面活性剤の吸着や温度勾配が生じれば,表面張力の不均質による流動(マランゴニ効果)が,また,温度変化や電気的な影響による固体表面の濡れ性変化が大きな影響を及ぼす.本研究では数値解析により,これら表面張力に関連する各要素の相互作用を検討し,実用的な液操作に関する重要な知見を得ることを目的としている.今年度は,昨年度シミュレーションを行った各種物性の温度依存性のうち,特に影響の大きかった「密度の温度依存性」に着目し詳細な検討を行った.密度の温度依存性を考慮したシミュレーションでは,考慮しなかったものの2倍程度の速度で液滴が移動することとなった.その原因を解明するため,液に作用する各力(表面張力による力,圧力,粘性応力)を抽出し,比較・検討を行った.すごく微妙な力のバランスのため,密度場と流れ場の相関をより詳細に調べる必要があるため,引き続き検証を行う.また,壁面の濡れ性表現について,計算格子に沿わない固体面に対しても適用可能な手法も開発し,より適用範囲を広げることが出来た.また,Electrowettingについては,簡易モデルによるコードが完成し,複数の電極を模した境界条件の設定が行えるようになり,他者の実験結果と比較して妥当性を検証している.本研究は,微小スケールにおける液操作について,特に表面張力と濡れ性に着目して,有効な液操作方法・条件について,数値解析によって解明することを目的としている.流体に作用する力は,長さスケールが小さくなると,体積力(重力・浮力)・面積力(圧力・粘性摩擦応力)に比べて,長さ当たりの力である表面張力の影響が相対的に大きくなる.その状況で,界面活性剤の吸着や温度勾配が生じれば,表面張力の不均質による流動(マランゴニ効果)が,また,温度変化や電気的な影響による固体表面の濡れ性変化が大きな影響を及ぼす.本研究では数値解析により,これら表面張力に関連する各要素の相互作用を検討し,実用的な液操作に関する重要な知見を得る事を目的としている.最終年度は,昨年度検討して影響の大きいことが分かった「密度の温度依存性」について再検討した.これについて,ベースにしている数値計算手法が非圧縮性を仮定したものであるのに対し,密度が温度によって変化することは,この非圧縮の仮定に矛盾することになるため,圧縮性に対応できる数値計算手法にシミュレーションコードを大きく変更することを試みた.この件については,コードの作成まで概ね完了したが,まだ動作検証中である.並行して,昨年度完成させたエレクトロウェッティングを模擬できるコードについて,実験結果と比較する等して妥当性の検証を行った.

その結果,電極の変化に対応して接触角が変化して液が変形しながら移動する様子,電極の変更周波数と液滴移動速度,その他,電源電圧・液滴体積の影響について検討し,実験を再現できることを確認した.また,液の粘度を変化させることで,電極の切替に対する液の応答特性についても検討した.手のひらより小さいチップの上でDNA等の分析を行う装置がある.その装置上で簡易に液体を移動させるには表面張力の利用が考えられる.なぜなら,寸法が小さくなると重力や圧力に比べて長さ当たりの力である表面張力が相対的に大きくなるからである.その表面張力に関連する現象として,濡れ性(撥水性や親水性)とマランゴニ効果(表面張力が部分的に下がると引っ張られて流れが起きる現象)を積極的に利用すると効率よく液を動かせる.本研究では,それらの効果を効率よく利用する際の条件について検討できるシミュレーターの開発を行った.また,そのための精密なモデル開発や電気の影響で濡れ性を変化させるモデル開発を行った.研究目的である,液操作に影響を及ぼす要因の検討について,物性の温度依存性が予想外の大きな影響を及ぼしそうであることが分かった.その理由・メカニズムについて,詳しく調べられることが出来れば,設定した研究目的を達したことになるはずで,それを進めている所である.Electrowettingについても,簡易モデルによるシミュレーションコードの妥当性の検討を行えるほど,いろんな条件での計算が可能になっており,現象に大きな影響を与える要因を抽出出来れば,目的達成となる.電場解析のコーディングについて,必要な基礎式の表現,現状の流体計算モデルのどの部分とどのように関連されるのがよいか,等いまだ検討中である.流体工学前年度に引き続き,微小スケールにおける液操作の具体的な条件下でのシミュレーションと,実験では明白でない因子の検証を行う.特に密度の温度依存性を考慮する際に,計算モデルに問題がある可能性も考えられるので,計算モデルの検証に立ち戻って,丁寧に評価・検証を行っていく.界面を表現する要素上での電荷の帯電の様子と電場の方程式の表現方法について,モデルを構築し,コーディングを行う.温度依存性については,プログラムコード作成に困難は予想されず,予定通り行われた.得られた結果が少し予想外であったので,より詳しい検証が必要となっているが,温度依存性の考慮が重要である証拠になりそうであるので,この検証がきちんと行えれば研究目的を達成したことになる.Electrowettingについては,まず,簡易なモデルを組み込んだコードを作成し,基本的な現象が再現できることが確認された.
Fuchs群上の弱正則モジュラー形式の研究

弱正則モジュラー形式とは、上半平面上で正則であって、各カスプでのみ極を許すような保型形式である。弱正則モジュラー形式は、よく知られている楕円モジュラーj関数の一般化であり、整数論では重要な研究対象である。本研究の概要は、第1種Fuchs群上の弱正則モジュラー形式の空間の構造を理解し、それらのフーリエ係数の性質や、零点の性質などを研究することである。
Ｐｈｏ８５サイクリン依存性キナーゼによる環境ストレス応答と細胞周期制御の同調機構

酵母Pho85キナーゼは、環境条件の変化に応答する遺伝子発現を制御している。Pho85がアルカリストレス応答に機能する機構を解析した結果、(i)Pho85-Pho80がアルカリ条件下でのCLN2発現維持に必要であり、Pho81を介してアルカリストレスシグナルが伝達される、(ii)Pho85はその標的であるPho4、Rim101、Crz1およびCLN2発現を抑制するWhi5の活性を抑制する、(iii)Pho4によるCLN2発現抑制にはRpd3が関与していることがわかった。一方、Pho85-Pho4は、WHI5転写を促進するHCM1やSBFを活性化するMSA1の発現には影響しなかった。1. Pho4によるG1サイクリン発現抑制機構アルカリストレス条件下でのCLN2発現制御について、既に(i) Pho4にはWhi5とは独立なCLN2発現制御経路があること、(ii)Ptk2はアルカリ条件下でCLN2転写を活性化する事を明らかにしたが、アルカリストレス条件下でも通常条件に比べCln2の安定性に大きな違いは見られなかったことから、CLN2発現制御は主に転写レベルで行われることが示唆された。Pho4とWhi5の関連をさらに解析した結果、Rim101、Pho4、あるいはCrz1をwhi5欠失株中で過剰発現させるとRim101とCrz1の場合はCLN2発現が野生型レベルであったが、Pho4過剰発現の場合には低下したままであった。HDACであるRpd3を欠失させるとアルカリ条件下でもPho4過剰発現下でもCLN2発現が回復した。このことは、Whi5同様Pho4もRpd3に依存してCLN2を抑制していることを示している。Pho4過剰発現がCLN3転写に及ぼす影響について調べたところ、whi5欠失株中ではCLN3転写量が低下し、rpd3欠失株中では野生型株と変わらないレベルであった。このことは、Pho4による制御がG1サイクリンの種類によって異なる可能性を示している。2.アルカリストレスシグナルの伝達機構既に、CLN2発現を抑制するWhi5もアルカリストレスシグナルによる制御を受けていることを示したが、pho85 rim101 crz1 pho4四重欠失株中でPho85-Pcl9を過剰発現させると、CLN2発現が昂進することを見いだし、このことをさらに確認することができた。これまでにPho85がアルカリストレス応答に機能する機構について、(i) Pho85がその標的であるPho4、Rim101、Crz1およびCLN2発現を抑制するWhi5の活性を抑制することでCLN2発現を制御しており、(ii) Pho4によるCLN2発現抑制にはRpd3が関与していること、(iii)アルカリ条件下でCln2タンパク質の顕著な安定性変化はみられない、という結果が得られている。Rpd3 HDACの関与について、CLN2プロモーター領域のクロマチン構造をPrimer extension法により高解像度で解析したところ、Rpd3の有無、アルカリ条件、Pho4過剰発現のいずれによってもヌクレオソームの配置変化を観察することはできなかった。また、ヌクレオソーム構造の変化に関与するNap1を欠失させてもCLN2発現への影響は見られなかった。Rpd3S複合体のサブユニットの一つであるRco1を欠失させると、CLN2発現上昇がアルカリ条件下でも観察される一方、Pho4過剰発現によるCLN2発現の低下は観察されなかった。一方、Rpd3L複合体のサブユニットの一つであるSds3を欠失させるとCLN2発現には変化がなかったが、Pho4過剰発現によるCLN2発現の低下をRco1欠失よりも更に抑圧することができた。しかしながらCLN2発現回復の程度はRpd3欠失よりも低かった。これらの結果は、Rpd3によるCLN2発現制御には2種の複合体が関与しているが、その機構はクロマチン構造の変化を介していないと考えられる。そこで、CLN2発現制御に関与する可能性が考えられる、WHI5転写を促進するHCM1、MBFおよびSBFを活性化するMSA1、そしてCln3を安定化するAZF1、それぞれの発現に対するPho85-Pho4の影響を調べたが、いずれの場合も顕著な変化は観察されなかった。アルカリストレスによる細胞周期制御にPho85-Pho4の系が関わる機構についての遺伝学的解析を進めることで、ここに記したような新しい知見が得ることができた。ただ、分子機構の解明は今後の課題として残されている。1. Pho4によるG1サイクリン発現抑制機構

アルカリストレス条件下でCLN2発現は低下するが、Δpho85株ではさらに顕著になる。一方、whi5欠失株ではCLN2発現は上昇する。Pho4を過剰発現させると、野生型株、Δptk2株、Δwhi5株のいずれにおいてもCLN2発現は低下した。逆にPtk2を過剰発現させると野生型株、Δpho4株、Δwhi5株のいずれにおいてもCLN2発現は上昇した。これらの結果は、(i) Pho4にはWhi5とは独立なCLN2発現制御経路があること、(ii)Ptk2はアルカリストレス条件下でCLN2転写を活性化することを示している。2.アルカリストレスシグナルの伝達機構Pho85-Pho80が存在すればアルカリ条件下でもCLN2発現が維持されること、Δpho81株およびΔvip1株ではCLN2発現が低下しないことから、アルカリストレスシグナルは低リン酸シグナルと同様、Pho81 CKIを通してPho85-Pho80に伝えられることがわかった。また、Pho85-Pcl9はWhi5の抑制やCLN3の発現に必要であるが、Δpcl9株ではCLN2発現が低下すること、PCL9発現はアルカリ条件下で低下することもわかった。3.アルカリストレスシグナル伝達にはRim101、Pho4、Crz1の3つの転写因子が関与することが報告されているが、これらはどれもPho85によって抑制される。Rim101、Pho4、あるいはCrz1をそれぞれ過剰発現させるとCLN2発現が低下する一方、Rim101、Pho4、Crz1の3つを同時に欠失させることでpho85欠失によるCLN2発現低下が抑圧されたことから、アルカリストレスシグナルはPho85活性を低下させることで、これら3種の転写因子の活性を上昇させてストレス応答を起こしていると考えられる。Pho4によるG1サイクリン発現制御機構についてさらに解析を進め、ストレスによるサイクリン発現制御を通した細胞周期制御の解明につながる結果が得られている。CLN2プロモーター領域のクロマチン構造については、細胞周期によるCLN2発現制御の観点から解析が行われているが、本研究のようにストレス応答の観点からの解析はまだ例がない。また、アルカリストレスシグナルの伝達機構については、Pho85による制御が、Pho85-Pho80がPho4、RIm101、Crz1の3つの転写因子の活性制御を行うことに加え、Pho85-Pcl9がWhi5を抑制することによっても行われることを明らかにし、アルカリストレスシグナルはこれらのCdk-サイクリン複合体の活性を抑えることによってCLN2発現を抑制することを示した。Pho4によるG1サイクリン発現制御機構について、当初の予想とは異なる知見が得られたが、Pho4はCLN2発現を抑制して細胞周期進行を止めると同時に、Ptk2を活性化してH+を放出させ、アルカリ環境への適応を図ることが示唆され、新たなサイクリン発現制御機構およびストレス応答機構の解明につながる結果が得られている。また、アルカリストレスシグナルの伝達
第四紀後半の日本海側多雪気候への植物相・植生の適応過程の解明

越後山脈西側に分布する魚沼層群の約24070万年前の大型植物化石群と花粉化石のこれまで採取した試料を整理し,日本海側の前期更新世植物相変遷のスタンダードの構築を行った.現地での火山灰層序の補足調査に基づいて試料採取層準の編年・対比を行い,補足試料について堆積物の水洗篩分・分別・同定による大型植物化石分析と,化学処理・プレパラート作製・計数による花粉分析を行った.現生植物の分布気温範囲のデータを適用して,大型植物化石群からの古気温推定を行い,古気温曲線を作成した.約180万年前以降の古気温曲線を,海洋酸素同位体曲線で見られる4万年周期の氷期・間氷期変動に対比することができた.越後山脈より東側に分布する山都層群については,予察的な現地調査を行い,花粉化石試料の採取を行った.植物化石群構成種の現生種への同定と,現在の分布気温範囲の特定のための,現生植物の分布調査および果実試料採取を日本各地で行った.特に,カヤツリグサ科スゲ属化石についての形態学的検討を行い,スゲ属アゼスゲ節について種レベルの同定が可能かどうかの検討を行った.日本海側の積雪気候下での古環境復元のために,現生植物の分布データの文献調査をおこなった.植物化石の炭素・酸素安定同位体比に基づく積雪気候および乾燥気候復元のための基礎調査として,東北地方南部の完新世の堆積物中の葉化石の安定同位体分析を行った.多雪地環境における群集レベルでの適応的な進化の歴史を明らかにするための遺伝子解析の材料としてユズリハ属を選び,東北九州までの試料について分析を行ったこれまで採取した魚沼層群の植物化石群資料が膨大で,分類学的検討や現生種への同定,古気候復元のための植物分布調査などに時間がさかれ,山都層群の現地調査があまり進展しなかった.安定同位体の分析については,技術的な問題もあり,予察的な調査に留まった.平成31年度については,山都層群の現地での層序学的調査や植物化石のサンプリング,室内での析調査を中心に進める予定である.魚沼層群の植物化石資料については,論文化の作業を中心に行う.積雪地と寡雪地の現生植物標本を採取し,酸素・炭素同位体の比較を行う.遺伝子解析についてはユズリハ属を含む現生植物試料を,日本各地で採取し,解析を進める予定である.越後山脈西側に分布する魚沼層群の約24070万年前の大型植物化石群と花粉化石のこれまで採取した試料を整理し,日本海側の前期更新世植物相変遷のスタンダードの構築を行った.現地での火山灰層序の補足調査に基づいて試料採取層準の編年・対比を行い,補足試料について堆積物の水洗篩分・分別・同定による大型植物化石分析と,化学処理・プレパラート作製・計数による花粉分析を行った.現生植物の分布気温範囲のデータを適用して,大型植物化石群からの古気温推定を行い,古気温曲線を作成した.約180万年前以降の古気温曲線を,海洋酸素同位体曲線で見られる4万年周期の氷期・間氷期変動に対比することができた.越後山脈より東側に分布する山都層群については,予察的な現地調査を行い,花粉化石試料の採取を行った.植物化石群構成種の現生種への同定と,現在の分布気温範囲の特定のための,現生植物の分布調査および果実試料採取を日本各地で行った.特に,カヤツリグサ科スゲ属化石についての形態学的検討を行い,スゲ属アゼスゲ節について種レベルの同定が可能かどうかの検討を行った.日本海側の積雪気候下での古環境復元のために,現生植物の分布データの文献調査をおこなった.植物化石の炭素・酸素安定同位体比に基づく積雪気候および乾燥気候復元のための基礎調査として,東北地方南部の完新世の堆積物中の葉化石の安定同位体分析を行った.多雪地環境における群集レベルでの適応的な進化の歴史を明らかにするための遺伝子解析の材料としてユズリハ属を選び,東北九州までの試料について分析を行ったこれまで採取した魚沼層群の植物化石群資料が膨大で,分類学的検討や現生種への同定,古気候復元のための植物分布調査などに時間がさかれ,山都層群の現地調査があまり進展しなかった.安定同位体の分析については,技術的な問題もあり,予察的な調査に留まった.平成31年度については,山都層群の現地での層序学的調査や植物化石のサンプリング,室内での析調査を中心に進める予定である.魚沼層群の植物化石資料については,論文化の作業を中心に行う.積雪地と寡雪地の現生植物標本を採取し,酸素・炭素同位体の比較を行う.遺伝子解析についてはユズリハ属を含む現生植物試料を,日本各地で採取し,解析を進める予定である.
HCV母子感染例におけるHCVゲノム分子進化速度とIFN治療効果の関係

HCV母子感染例の小児7例を対象にPEG-IFN単独療法直前、治療後2-4週でのHCV NS5b領域の遺伝子解析を行った。PEG-IFNα-2a 90μgまたは180μgを週1回、24週間または48週間皮下注投与され、6例は治療完遂し、1例は12週で治療中止した。治療4、8週時のHCV-RNA陰性化は、2例(29%)、7例(100%)。治療終了後24週でのHCV-RNA陰性(SVR)は6例(86%)。7例全てにおいて治療後2-4週時点でHCV NS5b領域に変異を認めなかった。対象と方法:対象は当院小児科にてフォロー中のC型慢性肝炎患者7例。年齢は5-16歳。HCV遺伝子型は1b型1例、2a型5例、2b型1例.対象に対してPeg-IFN単独療法を施行した。治療期間は24または48週を予定した。結果:4例が治療終了。3例は現在治療中である。全例で治療開始8週後までにウィルス陰性化を得られた。平成22年度中にHCVの遺伝子解析が可能であったのは1例。この1例においては治療期間中にHCV NS5B領域に遺伝子変異を認めなかった。考察:小児C型慢性肝炎例に対してはPEG-IFN単独療法は高い著効率が期待できる。残り6例については平成23年度中にHCV遺伝子の解析を行う。HCV遺伝子に変異を認めた場合には、臨床経過との関係についても検討する。対象と方法:対象は当院小児科にてフォロー中のC型慢性肝炎患者8例。年齢は5-16歳。HCV遺伝子型は1b型A例、2a型5例、2b型2例。対象に対してPeg-IFN単独療法を施行した。結果:7例は治療完遂し、1例はALT著増のため12週で治療中止した。治療4週時、8週時のHCV-RNA陰性化は、それぞれ3例(38%)、8例(100%)。治療終了後24週でのHCV-RNA陰性(SVR)は7例(88%)であった。治療中止した1例も4年以上HCV-RNA陰性が続いている。平成23年度中にHCVの遺伝子解析が可能であったのは5例。この5例において、治療前と治療開始後23週時点でHCV NS5B領域に遺伝子変異を認めなかった。7例に対してIL28B遺伝子多型解析を施行し、6例がメジャーアレル(TT)、1例がマイナーアレル(TG)だった。考察:小児C型慢性肝炎に対するPEG-IFN単独療法の治療成績は良好である。治療開始後、速やかに血中HCV量は減少することが期待できる。Peg-IFN単独療法により、HCV Ns5b領域は変異をきたさない。
新規エンジイン化合物の活性発現制御と分子設計

エンジイン化合物は,既知天然有機化合物にはない高度に歪んだ中員環エンジイン骨格を有しており,その渡環反応から生成するビラジカルがDNAを切断すること従来の抗癌剤に比べ強い抗腫瘍活性を示すことから世界的に注目を集めている。これらエンジイン化合物のDNA認識機構・切断機構を分子レベルで解明し,高い生物活性を有する新規エンジイン系抗癌剤を開発することを目指した。その結果,エンジイン化合物によるDNA切断の特徴として,塩基配列特異的およびコンホメーション特異的であることに加えて,2本鎖同時切断が顕著であることがわかった。これはエンジイン骨格が芳香環化する際に生成するフェニレンビラジカルによる5'および3'鎖のデオキシリボースからの水素原子の引き抜きに起因しており,この2本鎖同時切断のためエンジイン化合物の強い抗癌活性が誘起されていると考えられる。また,DNAのコンホメーション特異的切断として,ダイナミシンによるB-Z接合領域やバルジ塩基近傍でのDNA切断の著しい増強が挙げられる。この現象は,ダイナミシンのアンスラキノン環がDNAのマイナーグルーブでプリン塩基とインターカーレーションし,他方アンスラキノン環に対し垂直に位置したエンジイン環がその近傍の塩基を攻撃すると推定すると合理的である。このようなDNAの特微的な高次構造は生物学的に重要な機能を担っているので,エンジイン化合物の強い抗癌作用と深く関係していると考えられる。さらに,幾つかの新しいエンジイン化合物の分子設計および合成を行い,強いDNA切断活性を示す化合物を得ることができ,エンジイン化学に新しい展開を与えた。エスペラミシンやダイナミシンなどのエンジイン型抗生物質の高い抗癌活性の作用発現を分子レベルで理解するため、これら化合物による強力なDNA切断反応を追究した。その結果、ダイナミシンはNADPH、チオール系化合物、あるいは可視光線の存在下、顕著なDNA切断活性を与えることを見出した。まずアンスラキノン環のハイドロキノン環への還元によって電子移動が起こりキノンメチド体になり、エポキサイドの開裂が誘起される。次に8位にプロトンが入りSP^3炭素原子になると、エンジイン10員環の歪みが減少して三重結合間の距離が短くなり、バーグマン環化反応が進行する。その際、生成したフェニレンビラジカルがデオキシリボースの水素原子を引抜いて、DNA鎖切断を引起こすものと考えられた。ダイナミシンによるDNA切断は、エスペラミシンやカリケミシンのような明確な塩基配列特異性を示さないが、プリン塩基の3′側の塩基で強い切断が起きている場合が多く、プリン塩基との何らかの相互作用を暗示している。エスペラミシンやカリケミシンも同じ活性種であるフェニレンビラジカルによりDNA切断を引起こすが、これらはオリゴピリミジン領域中のシトシンやチミン塩基を特異的に切断する。それ故、ダイナミシンは明らかに他のエンジイン系抗生物質とは異なった様式でDNAと相互作用していると推定される。種々の修飾DNAを用いた実験結果から、ダイナミシンはDNAのマイナーグループで相互作用し、しかもそのアンスラキノン環によるプリン塩基とのインターカレーションが支配的であることがわかった。このような研究結果は、新しいエンジイン型抗癌抗生物質であるダイナミシンの作用メカニズムを分子レベルで理解する上で、極めて価値ある知見であると考えられる。ダイナミシンやエスペラミシンのようなエンジイン型抗癌抗生物質の新規な化学構造と強力なDNA切断作用との関連性が追究され,幾つかの興味ある知見が得られた。

特に,ダイナミシンによるDNA切断に対するDNA高次構造の影響に関して,(1)ステム・ループ構造DNAに対する切断部位は2本鎖状態のステム部分に集中すること,(2)B型とZ型とを同時に含むDNAにおいては,B-Z接合領域の若干の塩基で著しい切断の増強が認められること,(3)バルジ構造をもつDNAに対しては,バルジ塩基近傍の反対鎖に顕著な切断増強が検出されることがわかった。これらの現象は,ダイナミシンがインターカレーションによってDNAのマイナーグルーブで特にプリン塩基と相互作用していると考えると合理的に説明することができる。DNAの特徴的な高次構造と生物学的機能との関連性が明らかになりつつあるので,ダイナミシンのこのようなコンホメーションに依存したDNA切断は極めて重要である。他方,エンジイン型化合物による高次構造RNAの切断を始めて発見したが,これは今後の展開が期待される。
液状化時における地中パイプラインの耐震設計用パラメータの評価

本研究は、模型実験及び数値解析によって、地盤の液状化発生から終了までの過程における、パイプラインの非線形挙動を明らかにすることを目的とする。とくにパイプラインの耐震設計に必要な地盤剛性や継手剛性などの重要なパラメータ評価の基礎資料を蓄積し、それに基づく合理的な耐震設計用モデルを開発しようとするものである。本年度は、平成7年度に実施した、液状化時の地盤変状特性及び地盤剛性に関する実験結果を踏まえて、継手を含めたパイプラインの液状化過程における非線形挙動について数値解析より検討した。まずパイプラインの埋設される地盤を2次元FEMでモデル化し、有効応力解析に基づく強震時の地盤液状化に関する解析プログラムならびに2次元FEMによる液状化時の地盤永久変位に関する解析プログラムを用いて、側方流動に関するパラメータ解析を実施した。次に、これらの結果より得られる有効応力に対する地盤ばね定数の特性に基づいて、パイプラインを弾性床上のはりとして、液状化時の側方流動を受けるパイプラインの応答解析を実施し、強震時の地盤液状化がパイプラインへ与える影響及び耐震設計の重要なパラメータについて検討した。ここでは、地盤変状として代表的な側方流動の最大値を基盤の傾斜及び地盤剛性のパラメータに対して整理するとともに、パイプラインの軸方向及び軸直角方向の応答解析結果についてもこれら側方流動変位との関係について整理した。さらに、液状化を防止するための地盤改良工法および側方流動防止工法についてもそのシミュレーション解析結果により、それら工法の側方流動抑制効果及びパイプラインの応答抑制に及ぼす効果について検討した。以上のような検討により、特に液状化時の地盤変状に重点を置いてパイプラインの耐震設計用モデルの構築を試みた。しかしながら、設計用モデルを構築するには実測資料との対応などまだ十分ではなく、この点は今後の課題といえる。本年度は特に、液状化時の地盤変化に着目するとともに、地盤剛性に関して重点的に実験を行い、実験結果を踏まえて、継手を含めたパイプラインの地震応答を評価する解析手法を構築した。まず、模型地盤に飽和砂層を用いて、地中パイプライン模型を砂箱中に設置して液状化実験を実施し、パイプライン表面のせん断ひずみと加速度及び間隙水圧などを計測して、液状化過程におけるパイプライン-地盤間の地盤ばねの非線形な復元力特性について等価係数により検討した。また地盤変状の1つとして液状化による側方流動に関する実験も実施した。一方、パイプラインの埋設される地盤を2次元FEMでモデル化し、有効応力解析に基づく強震時の地盤液状化に関する解析プログラムならびに2次元FEMによる液状化時の地盤永久変位に関する解析プログラムを開発した。液状化解析及び側方流動解析プログラムの妥当性については、実験結果との比較により確認した。このような解析に加えて、上記の模型実験の結果より得られる有効応力に対する地盤ばね定数の特性に基づいて、パイプラインを弾性床上のはりとして、液状化時の側方流動を受けるパイプラインの応答解析のプログラムを開発し、強震時の地盤液状化がパイプラインへ与える影響及び耐震設計の重要なパラメータについて検討するとともに、合わせて耐震設計用モデルの構築を試みているが、この点は、次年度以降の課題として残された。

本年度は、平成7年度に実施した、液状化時の地盤変状特性及び地盤剛性に関する実験結果を踏まえて、継手を含めたパイプラインの液状化過程における非線形挙動について数値解析より検討した。まずパイプラインの埋設される地盤を2次元FEMでモデル化し、有効応力解析に基づく強震時の地盤液状化に関する解析プログラムならびに2次元FEMによる液状化時の地盤永久変位に関する解析プログラムを用いて、側方流動に関するパラメータ解析を実施した。次に、これらの結果より得られる有効応力に対する地盤ばね定数の特性に基づいて、パイプラインを弾性床上のはりとして、液状化時の側方流動を受けるパイプラインの応答解析を実施し、強震時の地盤液状化がパイプラインへ与える影響及び耐震設計の重要なパラメータについて検討した。ここでは、地盤変状として代表的な側方流動の最大値を基盤の傾斜及び地盤剛性のパラメータに対して整理するとともに、パイプラインの軸方向及び軸直角方向の応答解析結果についてもこれら側方流動変位との関係について整理した。さらに、液状化を防止するための地盤改良工法および側方流動防止工法についてもそのシミュレーション解析結果により、それら工法の側方流動抑制効果及びパイプラインの応答抑制に及ぼす効果について検討した。以上のような検討により、特に液状化時の地盤変状に重点を置いてパイプラインの耐震設計用モデルの構築を試みた。しかしながら、設計用モデルを構築するには実測資料との対応などまだ十分ではなく、この点は今後の課題といえる。