hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ＦＥＭによる超高強度ＲＣ部材の鋼繊維補強効果の解明と損傷評価型耐震設計法の提案

超高強度コンクリートに圧縮靭性を付与するための横補強筋量を減らすために鋼繊維を混入した新構法が開発されている。既往の柱部材実験では、1%の鋼繊維混入によりひび割れ分散や必要耐力を確保できる事が報告された。鋼繊維補強には、コンクリートの引張強度、塑性能力の向上によるひび割れ分散効果があるが、実験的解明には限界がある。そこで、鉄筋、鋼繊維、コンクリート、鉄筋の付着の非線形性も考慮するFEM解析モデルを作成し、さらに鋼繊維補強を吸収エネルギーで評価することで、鋼繊維補強の超高強度RC部材・架構の耐力上昇機構を明らかにし、鋼繊維補強超高強度RCの耐震安全性の向上に貢献した。超高層RC建物に必要な超高強度コンクリートの信頼性向上のために鋼繊維補強が重要であり、その補強効果として、コンクリートの引張強度、引張塑性能力の向上によるひび割れ分散効果が考えられ、FEM解析による抵抗機構の合理的な理解が求められている。本研究では、鋼繊維補強の部材の耐力劣化、変形能力への寄与度とその抵抗機構をFEM解析により検討し、実験結果と比較、検証した。1)立体架構での部材間の相互作用1多方向加力時の柱・梁接合部等の単体挙動と立体架構内の各部材の挙動の差異の検討:1方向加力や2方向同時加力(45度加力)と対比させて、多方向加力の場合の曲げ降状や圧縮破壊の発生順や進行度等を比較し、また部材間相互作用の基準加力時の場合との相違点や、損傷領域の拡大の進行度の差異も検討した。(担当:野口、和泉、柏崎)2単体と立体架構内での偏心柱・梁接合部の偏心接合の影響度の解析検討:偏心柱・梁接合部単体と立体架構内との違いを検討した。立体架構では、周辺部材の拘束により単体の場合よりも偏心の影響が緩和されることも想定される。(担当:和泉、柏崎、院生)2)円弧周回型多方向水平加力時の立体架構の耐力劣化と塑性変形、部材損傷度の解析1立体架構での多方向水平加力時の部材の耐力劣化、塑性変形の加速機構の検討:2層2スパンの立体架構において、1方向加力、2方向同時加力、円弧周回型のような多方向水平加力の順に3次元FEM解析により検討し、既往の実験結果とも比較し、解析モデルの検証を行った。単純な1方向や2方向同時加力に比べ、多方向加力の場合の曲げ降状や圧縮破壊の発生順や進行度等を比較し、損傷領域の拡大の進行度の差異も検討した。(担当:野口、和泉、柏崎)超高強度コンクリートに圧縮靭性を付与するための横補強筋量を減らすために鋼繊維を混入した新構法が開発されている。本研究では、鋼繊維補強の部材の耐力劣化、変形能力への寄与度とその抵抗機構をFEM解析により検討し、実験結果と比較、検証する。1.FEM解析モデルの高度化:(1)鋼繊維補強のモデル化:基礎実験に基づく引張特性の改善により、ひび割れの分散性の再現を可能とした。(2)応力センサー付き付着モデル:柱・梁接合部、梁、柱等の主要部材で重要となる付着モデルを抜本的に見直し、鉄筋周辺のコンクリートの3次元応力状態を刻々付着特性に反映するセンサー付きの付着モデルを新たに開発している。2.解析結果の視覚化と損傷度評価:解析結果の圧縮主応力は凡そのひび割れ方向を示すので、実験でのひび割れと対比させる。又、圧縮歪集中部と実験での圧縮破壊部を対比して、圧縮損傷度を検討する。鉄筋やコンクリート、鋼繊維、付着要素の累積吸収歪エネルギーを求め、総和としてのRCの全歪エネルギーの推移と、鉄筋、コンクリート、鋼繊維、付着要素、個々の素材の集中度の推移の評価により、RC部材の損傷度の総合的な定量的評価を可能とする。3.立体架構での部材間の相互作用:立体架構の中での部材間相互作用に着目した3次元FEM解析を行った。(1)1方向加力時柱・梁接合部等の単体挙動と、立体架構内各部材挙動の差異の解析、(2)2方向同時加力時の柱・梁接合部の単体挙動と立体架構内各部材の挙動の差異の解析超高層RC建物に必要な超高強度コンクリートの安全性・信頼性向上のために鋼繊維補強が重要であり、その補強効果として、コンクリートの引張強度、引張塑性能力の向上によるひび割れ分散効果が考えられ、FEM解析による抵抗機構の合理的な理解が求められている。1)架構での部材間の相互作用:

1多方向加力時の柱・梁接合部等の単体挙動と立体架構内の各部材の挙動の差異の解析検討:1方向加力や2方向同時加力(45度加力)と対比させて、多方向加力の場合の曲げ降状や圧縮破壊の発生順や進行度等を比較し、また部材間相互作用の基準加力時の場合との相違点や、損傷領域の拡大の進行度の差異を検討した。2)部材の耐力劣化が部材の損傷度に与える影響:横補強筋量(間隔とディテール)の拘束効果、かぶりコンクリートの剥離、圧縮鉄筋の座屈等どの解析モデルを組込んだ3次元FEM解析モデルにより部材の損傷度の定量化の合理的な根拠を示した。3)部材の耐力劣化・損傷度が建物全体の損傷度に与える影響の検討を行った。4)鋼繊維補強効果を陽に取り込んだ損傷度評価型耐震設計法の開発と提案:解析モデルの高度化と損傷度評価により、鋼繊維補強効果を陽に取り入れた損傷度評価型のより合理的な耐震設計法の開発と提案を行った。5)研究成果の公開:解析及び部材から建物までの損傷度定量化の研究経過・成果報告を発表し、研究者との共有化を図り、内外の研究者や社会に研究成果を発信した。建築構造学、耐震工学、鉄筋コンクリート構造鋼繊維補強の部材の耐力劣化、変形能力への寄与度とその抵抗機構をFEM解析により検討し、実験結果と比較により、解析モデルの信頼性が検証できた。1)立体架構での部材間の相互作用1多方向加力時の柱・梁接合部等の単体挙動と立体架構内の各部材の挙動の差異の検討:1方向加力や2方向同時加力(45度加力)と対比させて、多方向加力の場合の曲げ降状や圧縮破壊の発生順や進行度等を比較した。また部材間相互作用の基準加力時の場合との相違点や、損傷領域の拡大の進行度の差異も検討できた。2単体と立体架構内での偏心柱・梁接合部の偏心接合の影響度の解析検討:偏心柱・梁接合部単体と立体架構内との違いを検討できた。立体架構では、周辺部材の拘束により単体の場合よりも偏心の影響が緩和されることも示せた。2)円弧周回型多方向水平加力時の立体架構の耐力劣化と塑性変形、部材損傷度の解析1立体架構での多方向水平加力時の部材の耐力劣化、塑性変形の加速機構の検討:2層2スパンの立体架構において、1方向加力、2方向同時加力、円弧周回型のような多方向水平加力の順に3次元FEM解析により検討し、既往の実験結果とも比較し、解析モデルの検証が行えた。単純な1方向や2方向同時加力に比べ、多方向加力の場合の曲げ降状や圧縮破壊の発生順や進行度等を比較し、損傷領域の拡大の進行度の差異も検討できた。鋼繊維補強のモデル化については、基礎実験に基づく引張特性の改善により、ひび割れの分散性の再現を可能とした。鋼繊維補強を鉄筋、コンクリート、付着とともに吸収歪エネルギーで評価し、より高い合理性を追求した。応力センサー付き付着モデルの開発については、柱・梁接合部、梁、柱等の主要部材で重要となる付着モデルを抜本的に見直し、鉄筋周辺のコンクリートの3次元応力状態を刻々付着特性に反映するセンサー付きの付着モデルを新たに開発している。解析結果の視覚化と損傷度評価については、解析結果の圧縮主応力は凡そのひび割れ方向を示すので、実験でのひび割れと対比させている。又、圧縮歪集中部と実験での圧縮破壊部を対比して、圧縮損傷度を検討している。鉄筋やコンクリート、鋼繊維、付着要素の累積
無線エネルギー送受電システムから発生する電磁環境の安全性評価

本研究課題では、無線エネルギー送受電システムから発生する電磁環境の安全性評価を目的としている。400kHz帯域の磁界共鳴送電下における細胞影響評価に必要となる共鳴送電細胞ばくろ装置の伝送効率の向上に取り組み、ばく露装置の細胞培養安定性を評価し、細胞培養が適正であることを確認した。平成30年度は、ワイヤレス電力伝送(WPT:Wireless Power Transmission)システムに使用される電磁波により、生体にどのような影響が見られるかを検索するため、電波の生体表面からの深度を考慮して、ヒト角膜由来上皮細胞(HCE-T細胞)を用い、400kHz帯域電波ばく露による遺伝毒性指標である小核(Micronucleus: MN)形成頻度、コメットアッセイ(DNA鎖切断)試験および生理的影響評価の1つとして熱ショックタンパク(Heat shock protein: Hsp)発現試験を実施した。その結果、400kHz帯域ばく露(条件:160A/m、国際非電離放射線防護委員会(ICNIRP)の職業者ガイドライン80A/mの2倍、1時間)を行ったHCE-T細胞において、有意な小核形成上昇が観察された。ただ、DNA鎖切断の指標であるTail Momentの上昇は観察されなかった。また熱ショックタンパク、Hsp-70に関して、ばく露による発現量の増加は認められなかった。以上のことから、HCE-T細胞において、400kHz帯域電波ばく露によるストレスタンパク発現誘発への影響はないか極めて低いものと考えられるが、細胞遺伝毒性について、特に小核形成増加を示す結果が得られたことから、遺伝毒性への影響を及ぼす可能性が考えられる。ただし、DNA鎖切断の指標では影響は認められなかったため、他の指標を用いた評価研究を進め、総合評価する必要がある。送電特性向上の取組に少々時間を費やしたものの、すでにCO2インキュベータ内への装置システム構築を完了し、細胞培養安定性評価を終えている。平成30年度にはコイルへの通電により共鳴送電を実施した状況下でに細胞影響評価に取り組んできた。ワイヤレス電力伝送(WPT:Wireless Power Transmission)システムに使用される電磁波により、生体にどのような影響が見られるかを検索するため、電波の生体表面からの深度を考慮して、ヒト角膜由来上皮細胞(HCE-T細胞)を用い、400kHz帯域電波ばく露による遺伝毒性指標である小核(Micronucleus: MN)形成頻度、コメットアッセイ(DNA鎖切断)試験および生理的影響評価の1つとして熱ショックタンパク(Heat shock protein: Hsp)発現試験を実施した。世界保健機関や国際がん研究機関は、電磁波の発がん性や他の健康影響を評価する際に主要な細胞レベル指標として認めている細胞遺伝毒性、つまり、細胞内DNA鎖切断・損傷を評価するため、小核形成試験ならびにコメットアッセイを推奨している。主として、平成30年度には400kHz帯域電磁波ばく露の細胞遺伝毒性を評価した。無線エネルギー伝送において、電波ばく露の可能性が高い皮膚表皮での反応がどのような影響を及ぼすか検討する必要がある。そこで、平成31年度には、表皮における細胞である角化細胞(ケラチノサイト)を用い、皮膚免疫応答の測定を行う。ケラチノサイトは、皮膚への刺激により種々のサイトカインを産生する。サイトカインは、様々な免疫応答によって産生される多種多様な機能を持った体内物質で、ホメオスタシスに非常に重要な役割を果たしている。これらのサイトカインのバランスが崩れるとアレルギーなどの免疫疾患につながることから、400kHz帯域電波ばく露によるサイトカインの変化を検索することは非常に有意義である。平成30年度に実施した発がん性評価以外に、WHOが研究推奨している1つの分野である400kHz帯域電波による免疫応答について解析する。また、皮膚アレルギー反応に関与するヒスタミンへの影響について検索する。なお、これらの評価実験は、生体への安全性を評価することを目的としており、国際非電離放射線防護委員会(ICNIRP)のガイドライン相当の曝露条件を考慮に入れて行う。400kHz帯域の磁界共鳴送電下における細胞影響評価に必要となる共鳴送電細胞ばくろ装置の伝送効率の向上に取り組み、スパイラル型コイルの巻数や巻間隔、それらコイル設置のための架台(テフロン樹脂製、一部アクリル材を使用)の構造、寸法等の調整を踏まえ、ネットワークアナライザによる計測により、その送電特性は、自己共振周波数445kHz、伝送効率は83%超に向上させることができた。続いて、CO2インキュベータ内でのコイル再構築および細胞培養皿の適切な温度管理を実施するための細胞培養台の構築に取り組んだ。温度制御には恒温水循環方式を採用することとし、アクリル材加工による中空の円筒を送受電コイル間に設置する構造とした。

本細胞培養台のサイズは、60mm細胞培養皿を4枚設置することが可能である。恒温水の水流は、円筒中央より上部より入水し、円筒内部を満水しつつ、円筒端部上部より分かれて出水され、恒温循環水槽が接続されている。これで培養細胞の適切な温度管理が可能となった。送受電コイル間への大サイズの培養台の構築により、送電特性の低下が生じ、その結果、自己共振周波数466kHzにおいて伝送効率は66%程度となった。さらに、平成30年度以降の遺伝毒性試験に備え、ばく露装置が正常培養環境を保持しているかについて、本実験の開始前に、細胞基本動態試験を行った。基本動態である増殖能、コロニー形成能、細胞周期分布について調べた。本実験で使用する予定のヒト眼部由来の細胞株HCE-T(ヒト角膜上皮細胞)を用いた。試験の結果は、対照インキュベータとして比較してばく露装置との差は観察されなかった。以上の結果から、H29年度は、400kHz帯域の磁界共鳴送電下における細胞影響評価のために必要となる共鳴送電細胞ばく露装置の開発に取り組み、ばく露装置の細胞培養安定性を評価し、細胞培養が適正であることを確認した。平成29年度に入り送電特性向上の取組に再び時間を費やしたものの、CO2インキュベータ内への装置構築を完了し、細胞培養安定性評価を終えている。平成具体的には、平成29年度研究実績の概要重複するが、(1)400kHz帯域の磁界共鳴送電下における細胞影響評価に必要となる共鳴送電細胞ばくろ装置の伝送効率の向上に取り組んだ。(2)続いて、細胞培養に用いるため、CO2インキュベータ内でのコイル再構築および細胞培養に必要となる細胞培養皿の適切な温度管理を実施するための細胞培養台の構築に取り組んだ。温度制御には恒温水循環方式を採用することとし、細胞培養台として、アクリル材加工による中空の円筒を送受電コイル間に設置する構造とした。細胞培養台により培養細胞の適切な温度管理が可能となったが、送受電コイル間への大サイズの培養台の構築により、送電特性の低下が生じ、結果、自己共振周波数466kHzにおいて伝送効率は66%程度となった。(3)平成30年度以降の遺伝毒性試験に備え、400kHzばく露装置がアーチファクトのない正常培養環境を保持しているかについて、細胞基本動態試験を行った。具体的には増殖能、コロニー形成能、細胞周期分布について調べた。ヒト眼部由来の細胞株HCE-T(ヒト角膜上皮細胞)を用い、対照として、同じ指標の細胞試験を通常のCO2インキュベータを用いて、同時に行った。(4)実験結果として、細胞増殖能は、コロニー形成能、ならびに細胞周期分布のすべてに関して、400kHzばく露装置と通常インキュベータで違いは見られなかった。したがって、本ばく露装置は、中間周波帯影響評価実験に使用可能であることが確認されたので、30年度にはコイルへの通電により共鳴送電を実施した状況下で同様に細胞影響評価に取り組んでいく。
糖尿病の糖毒性に関与するタンパク質リン酸化制御分子の解析

2型糖尿病において、糖毒性とそれに伴うインスリン分泌抑制を制御する情報伝達機構はほとんど分かっていない。我々は、糖毒性状態でのインスリン分泌量の減少に伴って発現量が減少するPKとしてCaMKIVを同定した。CaMKIVは高グルコース条件で培養した細胞抽出液によりCa^<2+>依存的に分解され、カルパイン阻害剤により阻害された。また、INS-1細胞に恒常的活性型CaMKIVを導入することで、インスリンプロモーター活性が4倍上昇した。さらに、糖尿病モデルラットOLETFにおいても、糖毒性状態でCaMKIVの発現量が減少していた。2型糖尿病において、高血糖状態の慢性化はインスリン分泌抑制を伴う糖毒性を引き起こし、病状が重篤化する。しかし、糖毒性とそれに伴うインスリン分泌抑制を制御する細胞内情報伝達機構はほとんど研究されていない。そこで我々は、プロテインキナーゼ(PK)を網羅的に検出できる抗体(マルチPK抗体)を用い、糖尿病のモデル細胞であるINS-1細胞において、インスリン分泌量とリンクして発現量が変動するPKの検出を試みた。その結果、糖毒性状態でのインスリン分泌量の減少に伴って発現量が顕著に減少する63kDaのPKを見出した。このPKは、等電点が約4.6であり、臭化シアン分解とSDS-PAGEを組み合わせた二次元泳動でサブドメインVIBを含む断片が18kDaであったことからCaMKIVであると推測された。抗CaMKIV抗体を用いたウエスタンブロッティングにおいて、CaMKIVの発現量は高グルコース培地での糖毒性状態で減少したが、通常グルコース濃度に戻すと回復した。In vitroでCaMKIVは高グルコース条件で培養した細胞の抽出液によりカルシウム依存的に分解され、この分解はカルパイン阻害剤により完全に阻害された。さらに、糖尿病モデルラットであるOLETFにおいても、糖毒性状態でCaMKIVの発現量が減少していた。これらの結果から、CaMKIVはインスリン分泌量を正に制御しており、糖毒性状態でのCaMKIVの発現量の減少はカルパインでの分解によるものであると示唆される。本研究では2型糖尿病の発症メカニズムを解明するために、プロテインキナーゼ(PK)を網羅的に検出できる抗体(マルチPK抗体)を用いて、2型糖尿病に関与していると考えられるPKを探索した。マルチPK抗体を用いたウエスタンブロッティングにより、2型糖尿病のモデル動物であるOLETFラットとコントロールラットのLETOの各臓器に発現するPKのプロファイリングを行い比較したところ、膵臓に発現する58kDaのPKがOLETFラットでは減少していることが明らかとなった。この58kDaのPKについて、MicroRotoforで等電点を調べたところ、約5であった。分子量58kDaと等電点約5という情報をもとに、該当するPKをExPASy TagIdent toolで検索すると、インスリンシグナル経路に関わっているPKB alphaやストレス応答性キナーゼであるMAPKK5など24種類のPKが候補に挙がった。この58kDaのPKは、OLETFラットが糖尿病を発症する25週齢以降で減少していることから、糖尿病に関与している可能性がある。一方、ラットインスリノーマINS-1細胞の抽出液をマルチPK抗体を用いて解析したところ、インスリン分泌抑制(糖毒性)が起こる22.4mMグルコースで培養したときに発現量が増加する210kDaと170kDaのPKを検出した。これらのPKの分子量と、MicroRotoforにおける等電点(pI=6)に基づいたデータベース検索により、膜貫通型PKであるMRCKとROCKが候補に挙がった。本研究において、OLETFラットの膵臓およびINS-1細胞から2型糖尿病に関与していると思われるいくつかのPKが検出された。今後はこれらのPKを同定し、2型糖尿病の発症との関わりを明らかにする必要がある。
血液流れのせん断応力による血小板活性化のリアルタイ厶計測と血栓形成のモデル構築

本研究では,血栓現象を血小板の活性化,活性化された血小板の輸送,血小板の付着と高分子化の3ステップと考え,このうち,特に,血小板の活性化におけるせん断速度依存性を実験によって得ることを目的としている.本研究課題においては(1)血小板に作用するせん断応力(一定せん断応力)による血小板変形挙動と活性化機能変化について,100-200(1/s)までの平均せん断速度を与えた結果,血栓形成が壁面より認められた.また,その成長速度についても,せん断速度が高いほど血栓形成速度(血栓成長の無次元時間変化)が上昇するという傾向にあった(2)一方,機能変化の発光ならびに蛍光観察については,せん断速度が高い流れ場でのイクオリン発光強度がかなり低く,せん断速度を変化させたときの結果が,SIN比で有意差が得られないほど微弱であった.本研究では,血栓現象を(1)血小板の活性化,(2)活性化された血小板の輸送,(3)血小板の付着と高分子化の3ステップと考え,このうち,特に(1)の血小板の活性化におけるせん断速度依存性を実験によって得ることを目的としており,本課題遂行により以下のことが明らかとなった.1.血小板に作用するせん断応力(一定せん断応力)による血小板変形挙動と活性化機能変化については,回転粘度計を改良した微小隙間の2次元クエット流れ生成装置を開発し,この狭い隙間の流れにおいて,100-200(1/s)までの平均せん断速度を与え,これまでの血栓形成実験と同様に,赤血球を除いた血液の流れを可視化した結果,このせん断速度においても,相対的にアクリル樹脂よりも吸着度が高いアルミ金属表面ではあるものの,血栓形成が壁面より認められた.また,その速度についても,壁面の材料依存性(吸着度依存)はあるものの,定性的には,これまでのはく離せん断流れと同様の傾向,すなわち,せん断速度が高いほど血栓形成速度(血栓成長の無次元時間変化)が上昇するという結果が得られた.2.一方,本課題の中での最も挑戦的な部分である機能変化の発光ならびに蛍光観察については,せん断速度が高い流れ場でのイクオリン発光強度がかなり低く,各種実験手法や装置の改良は試みたものの,せん断速度を変化させたときの結果が,S/N比で有意差が得られないほど微弱であった.したがって,一定せん断速度のクエット流れにおいての血小板の活性化そのものの瞬間的な発光・蛍光観察に対しては,今のところバックグラウンド画像に対して,場所や瞬間的な観察像を得ることができていないが,引き続き,光学的経路とカメラの改良を行うことによって,反応係数を求めるためのイクオリン発光と蛍光指標を捕らえる実験を継続中である.本研究では,血栓現象を血小板の活性化,活性化された血小板の輸送,血小板の付着と高分子化の3ステップと考え,このうち,特に,血小板の活性化におけるせん断速度依存性を実験によって得ることを目的としている.本研究課題においては(1)血小板に作用するせん断応力(一定せん断応力)による血小板変形挙動と活性化機能変化について,100-200(1/s)までの平均せん断速度を与えた結果,血栓形成が壁面より認められた.また,その成長速度についても,せん断速度が高いほど血栓形成速度(血栓成長の無次元時間変化)が上昇するという傾向にあった(2)一方,機能変化の発光ならびに蛍光観察については,せん断速度が高い流れ場でのイクオリン発光強度がかなり低く,せん断速度を変化させたときの結果が,SIN比で有意差が得られないほど微弱であった.計画は(A)血小板に作用するせん断応力(一定せん断応力)による血小板変形挙動と活性化機能変化と(B)機能変化(活性化)に基づく血栓予測モデルの作成,の2つのステップで行う.平成23年度には一定せん断応力を作用する回転流路内観察装置の製作を,平成24年度には分析に時間を要するそれぞれの蛍光標識変化からの機能変化(活性化指標)を割り出すことや数理モデルの確立を目標としている.平成23年度においては,一定せん断応力下による血小板の観察を大きな目標としており以下の2つを行った.(1)一定せん断応力の発生装置として2重円筒式の流路観察に適する装置の製作を行った.中心部の速度0(ゼロ)領域となるクエット流れを作る.なお,本段階の観察装置の開発の際に予想される問題として,回転数をせん断速度が最小1(1/s)から最大1000(1/s)程度のため,流れの不安定がおきる可能性がある.(2)直接撮影した映像を特に血小板を中心とした変形挙動の解析を画像処理でおこない,2次元面上での変形やひずみを算出する.これらの内容に対する結果としては以下のようになった.(1)血小板変形挙動のための観察装置として,回転粘度計を改良して,流路部を設計・製作し,そのクエット流れの確立を目指しているが,回転軸と幾何的中心軸のずれなどの工作精度による流れの安定化が年度末の時点では達成できていない.したがって,継続的に改良・製作を進めているところである.

(2)(1)のクエット流れの安定した確立が達成できていないため,顕微鏡下で2次元セル流路を製作し,その中での血小板の観察を行っい,非常に微弱な発光のためわずかな値ではあるが,検知することができていることがわかった.理由回転粘度計の改良による二重円筒流れの製作を行ってきたが,工作精度による軸と幾何的中心のずれにより,安定したクエット流れとなっていない.したがって,平成23年度の実験装置製作の目標である安定した速度0領域のクエット流れの完全な確立がなされていないことが,到達度の低い主な理由である.成果概要でも述べたが,研究計画段階でもこの工作精度による問題はある程度予測されていたため,この二重円筒流れ観察装置の改良は設計・製作の所要時間を考慮に入れて進めつつ,ミクロ系での血小板の観察系の確立を,計画を前倒しで進行させた.この点を加味して,"(3)やや遅れている"とした.今後の推進すべき点として,(1)前年不十分であったクエット流れの観察装置の改良を進める,(2)血小板自身を緑色蛍光で標識させるメパクリンで染色して装置内流路に入れる.(3)装置にせん断応力が生成され,血小板が活性化すると流路内に分散させたカルシウム感受性発光タンパク(エクオリン)を用いてその発光強度を調べることで,活性化の度合いを調べる.(4)その後,血栓形成予測CFDに用いる血小板の活性化モデルの構築を,この発光量の観察によって行う.を中心として研究を推進する.前年度からの二重円筒流れ流路を利用したクエット流れを確立するために,血小板活性化のうちのカルシウムイオンを完治するイクリオンによる蛍光観察を中心としたもの,すなわち,波長の固定したレーザを用いることによる観察に絞り込み,設備備品をチューナブルレーザ購入を中止し,材料費や製作費などの消耗品等に置き換える.この点が,経費使用の大きな変更点となる.
β細胞障害を呈する新規変異マウスを用いた糖尿病発祥機序の解明

理研ENU mutagenesisプロジェクトにより、膵β細胞障害による重篤な糖尿病の表現型を示す変異マウス系統が作出された。原因は新規翻訳タンパクの小胞体輸送に重要な役割を果たすSrpr(Signal recognition particle receptor)遺伝子のN425Kのミスセンス変異であった。変異型Srprを発現させたrat insulinoma由来INS-1細胞は、細胞増殖と細胞の生存性とインスリン分泌能が低下した。本研究により、小胞体輸送の異常によるインスリン産生障害とβ細胞の障害が糖尿病を誘発するという、新しい発症メカニズムが示された。化学変異原ENUにより作出した糖尿病モデルマウスである変異系統Mは幼若時から重篤な高血糖を発症し、その原因と考えられる点突然変異は既知の糖尿病原因遺伝子とは異なる遺伝子上に存在する。本系統の詳細な表現型解析と原因遺伝子の細胞レベルでの機能解析を実施した。1.膵β細胞障害の発症・増悪の過程についての解析結果:ラ氏島構成細胞が分泌するホルモン4種それぞれに対する免疫染色を実施し、陽性面積を野生型と比較したところ、変異マウスではインスリン陽性面積が生後3日から減少し1週齢で野生型よりも有意に減少していた。以上より、当変異系統では生後直後よりβ細胞でのインスリン産生機能低下あるいはβ細胞死などの重篤な障害が起こっていることがわかった。2.各種ストレスや細胞死関連遺伝子の発現レベル解析:高血糖の発症前後(生後07日)の膵ラ氏島をレーザーマイクロダイセクションで回収し、ラ氏島における各種ストレスや細胞死関連遺伝子の発現レベルを解析したところ、いくつかの因子において変異系統で発現上昇の傾向が見られた。有意差についてはサンプル数をさらに増やすことが必要と思われた。3.変異遺伝子の細胞内での機能解析:ラット膵β細胞由来のINS-1細胞において変異遺伝子をRNAiにより発現抑制したが、細胞の機能(インスリン分泌能など)への影響・増殖能・細胞死が誘発などについて優位な変化は見られなかった。変異マウスで誘発されている変異はミスセンス変異であり、機能低下ではなく、亢進が高血糖表現型の発症を誘発する可能性も高い。このため、来年度は、レンチウイルスを用いた強制発現系においても細胞増殖・インスリン分泌能・細胞死への影響を解析する計画である。今年度は、原因遺伝子の細胞レベルでの機能解析並びに遺伝的バックグラウンドの影響について検討し、該当変異遺伝子を発現する、TGマウスの作成に着手した。1.変異遺伝子の細胞内での機能解析:昨年度までに、ラット膵β細胞由来のINS-1細胞において変異遺伝子をRNAiにより発現抑制したが、細胞の増殖能や細胞死に関して、有意な変化は見られなかった。今年度は、レンチウイルスを用いた強制発現系において解析を実施したところ、変異型を発言させた細胞では、細胞死が高率に誘導されること、また、この細胞死に先立って、インスリン分泌能が傷害されおり、マウス個体における表現型と一致する結果が得られた。2.マウス表現型の遺伝的バックグラウンドの影響:当変異系統はDBA/2J x C57BL/6JのF1をfounderとして検出し、その後、DBA/2への戻し交配個体煮おいて解析が進められ、各世代において、雌雄共にほぼpenetrance 100%で高血糖を発症し、表現型に有意な差は見られなかった。しかし、C57BL/6Jへの戻し交配ではN2以降で既にpenetranceの低下が見られ、特に♀個体では発症率が10%未満となった。3. TGマウスの作成:当該遺伝子の野生型ならびに点突然変異型を全身で発現、あるいは膵ラ氏島に特異的に発現するTGマウスの作成を目的とし、発現コンストラクトを作成した。現在受精卵へのinjectionによりTG個体を作成しつつある(産仔生産ならびにgenotyping進行中)。
ファイバーグレーティングの加熱経時変化実験とアレニウス解析理論モデル構築

光通信用フィルターデバイスやセンサーデバイス等に広く用いられているファイバーブラッググレーティング(FBG)は、紫外線レーザー光を光ファイバーに照射して作製され、通常、熱処理が施される。この熱処理過程においては、FBG特性の最も大切なパラメータ、すなわちFBG反射波長および反射光強度が変化する。この変化に対しては、FBG作製においては反射波長と反射強度を経験的に予めオフセットさせて作製されていた。本研究では、これらの変化挙動の原因を突き止め、さらにFBG形成の根源の欠陥生成を明確化させることを目標に研究を進め、次の3つの大きな成果を得ることができた。(1)水素ローディングを施した光ファイバにエキシマレーザー光を照射してFBGを形成しアニーリング工程での変化を追跡し、FBG反射波長の変化は、ローディングされた水素分子がアニーリングによる熱拡散で光ファイバーから抜け出て行くことによることを理論計算と詳細に比較して結論づけた。(2)長周期FBGにおいては、その中心波長と透過阻止量は、エキシマレーザー光照射後、時間経過とともに大きく、室温においては約2週間にわたって、変化することが知られている。この動的変化で、透過阻止量は深くなり、あたかも誘起屈折率が大きく成長し続けているように振舞う。この奇妙な現象は、予めローディングして置いた水素ガスH2が紫外線エキシマレーザー光照射で2つの水素原子Hに解離され、解離されたH原子はコアのGeと反応してGe-OH結合を形成し、屈折率変化を誘起する酸素欠陥となる。この過程で水素ガスは一部シリカガラスに取り込まれて消費され、残りの水素原子は再結合で水素分子に戻る。水素が消費されたコア部に向けて、その周りのクラッドから水素ガスが拡散現象で埋められる。水素ガスがコアで増えて行くこの過程で、誘起屈折率が見かけ上増えて、透過阻止量が深くなる。このことを我々は計算機シミュレーションを用いて定量的に証明した。(3)Erdogahの理論は短周期FBGによく用いられているが、減衰型フィルターに用いられる長周期FBGに対してはこれまで適用されていない。短周期FBGで透過光強度から反射光強度を求めるErdoganの手法において、減衰光強度に対応させる新しい手法を長周期FBGに適用するために考案して、この方法で実験データを解析して短周期FBGと比較した。その結果、屈折率上昇の根源となる励起準位から導電バンドへの励起の境界エネルギーは、短周期FBGと長周期FBGとでほぼ同一であることが証明できた。これらの3つの大きな成果のうち、(1)はJournal of Lightwave Technologyに論文掲載された。(2)はApplied OpticsへMay 18,2005に論文投稿した。(3)に関しては、現在、論文投稿準備中である。

ファイバーグレーティングの作製に先立って、光ファイバーに紫外線レーザー光に対する屈折率変化の感度を向上させるため水素ガスを高圧下でローディングする手法が通常取られており、我々も100気圧で10日間保持する水素ローディングを施した。作製するファイバーグレーティングの中心波長と反射強度を安定化させるため、100180°Cの高温に保持する加熱エージングがなされる。我々はこの熱処理過程での中心波長を厳密に60、100、140、200°Cと温度を変えて約100時間追跡し、熱処理による中心波長の変動は事前に施しておいた水素ローディングの水素ガスが熱拡散で光ファイバーから追い出されるためであることを短周期および長周期のファイバーグレーティングで押さえることができた。さらに、水素ガスのローディング圧力を変える実験と、一旦熱処理を終えたファイバーグレーティングに再度水素ローディングを施してその後の中心波長の変化を追跡する実験を行い、中心波長の熱処理による挙動は熱拡散によることを確認した。水素ガスの熱拡散方程式を解いた結果と良好な一致を見ることができ、米国のJournal of Lightwave Technologyに投稿し、本年3月号に掲載されることになった。さらに理論的考察を進めたところ、「光ファイバーにローディングされた水素ガス分子は、紫外線レーザー照射によって容易に解離され原子状に変わり、これがドープGeと反応して屈折率が上昇する。この反応に寄与しない水素原子は再結合で分子に戻り、その後の熱処理による熱拡散につながる」と考えられる。水素ガスが原子状に変化するクエンチングによって、中心波長が変化する過程がきわめて重要であることが分かった。現在、この短い時間の過渡現象を研究中である。光通信用フィルターデバイスやセンサーデバイス等に広く用いられているファイバーブラッググレーティング(FBG)は、紫外線レーザー光を光ファイバーに照射して作製され、通常、熱処理が施される。この熱処理過程においては、FBG特性の最も大切なパラメータ、すなわちFBG反射波長および反射光強度が変化する。この変化に対しては、FBG作製においては反射波長と反射強度を経験的に予めオフセットさせて作製されていた。本研究では、これらの変化挙動の原因を突き止め、さらにFBG形成の根源の欠陥生成を明確化させることを目標に研究を進め、次の3つの大きな成果を得ることができた。(1)水素ローディングを施した光ファイバにエキシマレーザー光を照射してFBGを形成しアニーリング工程での変化を追跡し、FBG反射波長の変化は、ローディングされた水素分子がアニーリングによる熱拡散で光ファイバーから抜け出て行くことによることを理論計算と詳細に比較して結論つけた。(2)FBG反射強度の変化については、Erdoganの理論がよく用いられており、反射型フィルターに用いられる短周期FBGに適用されている報告例は多く見られるが、減衰型フィルターに用いられる長周期FBGに適用された例は見かけない。
半導体マイクロリング共振器を有する超低電圧動作マッハ・ツェンダー光制御素子の開発

特殊な半導体超薄膜構造における巨大な電界誘起屈折率変化効果,マイクロリング共振器における位相変化増大効果,マッハ・ツェンダー干渉計の3つを融合した新しい光変調素子の提案・開発を行った.その結果,上記2つの効果の相乗作用により,動作電圧を従来構造のマッハ・ツェンダー干渉計型変調器よりも動作電圧を10分の1以下に低減することに成功した.本成果は,ますます高度化する光通信ネットワークにおける消費電力低減に大いに貢献するものである.特殊な半導体超薄膜構造における巨大な電界誘起屈折率変化効果,マイクロリング共振器における位相変化増大効果,マッハ・ツェンダー干渉計の3つを融合した新しい光変調素子の提案・開発を行った.その結果,上記2つの効果の相乗作用により,動作電圧を従来構造のマッハ・ツェンダー干渉計型変調器よりも動作電圧を10分の1以下に低減することに成功した.本成果は,ますます高度化する光通信ネットワークにおける消費電力低減に大いに貢献するものである.アーム部にマイクロリング共振器を連結させたマッハ・ツェンダー干渉計型(MRE-MZ)光変調器は,マイクロリング共振器の位相変化の増大効果により動作電圧の大幅な低減が期待できる。平成21年度は,半導体量子井戸を光導波路に用いたMRE-MZの特性の理論解析とデバイスの試作を行った.光導波路のコア層には,これまで開発してきた,透明波長領域で大きな電界誘起屈折率変化が期待されるInGaAs/InAlAs五層非対称結合量子井戸を用いることした.まずは,マッハ・ツェンダー干渉計の片側アームにマイクロリングを設けたMRE-MZ光変調器の特性の理論解析を行い,周長500ミクロンのマイクロリングを用いた場合,約0.2Vまで動作電圧を低減できる可能性を示した.これは,従来の位相変調部長500ミクロンの通常のマッハ・ツェンダー干渉計型光変調器と比較して,動作電圧が6分の1程度に低減されることを意味する.次に,設計したMRE-MZ光変調器を試作した.層構造は分子線エピタキシー法により成長し,ドライエッチング法によりハイメサ導波路を製作した.InPをクラッド層とするpn接合となっており,電圧印加によりマイクロリング共振器部のみの位相を変化させる構造とした.試作したMRE-MZ光変調器のDC変調特性を測定したところ,消光特性および実効位相の変化率dφ_<eff>/dφの増大効果(約2倍)を確認することに成功した.ただし,消光比が約4dBと悪い結果となったが、これらマイクロリング共振器との結合部での損失が大きく,両アームの光電力のバランスが悪かったことが原因と考えられる.本研究の2年目に当たる平成22年度は,以下の成果が得られた.(1)片アームにマイクロリング共振器を有するマッハ・ツェンダー光変調器の特性改善昨年度,単一マイクロリングマッハ・ツェンダー光変調器の特性改善および位相変化増強効果の実証に成功したが,消光比が7dB程度,位相変化増強効果も2倍程度で,必ずしも十分な値ではなかった.そこで,今年度は素子構造の見直しを行った.すなわち,リング導波路とバスライン導波路の結合率等を変更するとともに,両アームの光パワーのバランスをとるためにリング共振器部での損失を考慮して入力側は非対称分岐として(分岐比X=0.84),消光比の改善を図った.その結果,波長1550.1nmにおいて,半波長電圧3.5V,消光比27dBを得られた.同じ位相変調部長をもつ通常のマッハ・ツェンダー変調器と比較して5倍の変調効率が得ら,消光比と位相変化増強効果の大幅な改善に成功した.(2)両アームにマイクロリングを有する光変調器の試作マッハ・ツェンダー光変調器の両アームにマイクロリングを設けることで,プッシュ・プル動作によるさらなる低動作電圧化またはコンパクト化を図ることができる.今年度,素子の再作製を行い,変調特性の評価を行った.片方ずつのリングに電圧を印加し,光変調動作を確認した.現在,両リングに電圧を印加してプッシュ・プル動作の検証を行っているところである.また,コア層に採用している五層非対称結合量子井戸層のコア層残留キャリアによって生じる電界不均一性があることを前提にその構造最適化をさらに進め,コア層の場所によって五層非対称結合量子井戸構造を変えることで,全体として大きな屈折率変化が得られることを明らかにした.この構造について,分子線エピタキシー法によりウエハを成長し,フォトルミネセンスやX線回折による評価を行いを,設計どおり成長されていることがわかった.本研究プロジェクトの3年度目(最終年度)であった2011年度は,単一マイクロリングマッハ・ツェンダー光変調器の特性改善,および両アームにマイクロリングを有する光変調器の試作を行った.前者については,MZ干渉計のアーム長の改善を行って動作点電圧の移動することにより,昨年度の単一マイクロリングマッハ・ツェンダー光変調器と比較して,動作電圧の20%の低減に成功した.また,入力分岐部の光パワー分岐を非対称化し,その分岐比を最適化することにより,消光比を昨年度の同素子に比べ約10dB改善し,DC動作において約27dBの大きな消光比を得ることに成功した.さらに,高周波変調特性の測定を行い,約4GHzまでの動作が可能であることを確認した.この動作速度は,電気回路の容量・抵抗積で決まる時定数で律速されており,更なる高速化が可能である.

さらに,コア層残留キャリアによって生じる電界不均一性による量子井戸の電界誘起屈折率変化特性の劣化を抑制するため,多重五層非対称結合量子井戸の構造最適化について検討,試作を行った.その結果,電界誘起屈折率変化量はそれほど改善しなかったものの,残留不純物濃度の悪化によるトレランスの向上を図ることができた.後者については,理論的特性検討を進めるとともに,分子線エピタキシー法により結晶成長したウエハを用いてデバイス試作を行い,その変調特性を評価した.その結果,電界印加時のリング共振器における吸収増加により動作条件が悪化し,理論的に期待された特性は得られなかったが,消光比5dBの動作およびプッシュプル動作が可能であることを示した.
パーキンソン病患者脳内神経細胞の破壊とボルナ病ウイルス感染

最近の研究によりボルナ病ウイルス(BDV)がヒトの脳内に感染していることが明らかとなった。私たちは、パーキンソン病患者の剖検脳にBDVの遺伝子が高率に検出されることを報告してきた。そこで本研究では、パーキンソン病の発症とBDV感染との関連性について検討を行うことを目的として、パーキンソン病のモデル動物の確立に向けたBDVの中枢神経病原性の解明に向けた研究を行った。BDV p24蛋白質はBDVの主要抗原であり、BDVの中枢神経病原性に深く関与していると考えられている。そこで、p24蛋白質を脳内のみに発現するトランスジェニックマウス(p24-Tg)数系統を作出し、その表現型ならびに脳内におけるp24蛋白質の発現について解析を行った。その結果、線条体を含む領域にp24蛋白質を発現した数匹のp24-Tgマウスにおいて、後肢麻痺などの神経症状が観察された。また、Tgマウスは脳内栄養因子(BDNF)の発現低下が認められ、神経症状との相関性が示唆された。さらに、p24蛋白質が神経細胞の機能に与える影響を探るため、p24蛋白質と結合する宿主側因子の同定を行い、p24蛋白質が神経細胞細胞の生存維持に関与していると考えられている神経突起伸張因子(amphoterin)と特異的に結合することを明らかにした。今回の解析により、脳内におけるBDV p24蛋白質の発現が、脳内栄養因子の発現ならびに神経細胞の生存維持に影響を与えている可能性が示唆された。このことは、BDVの感染がドーパミン産生ニューロン変性の促進要因のひとつとなっている可能性も示している。今後さらに、p24蛋白質の神経細胞死への関与を詳細に解析する必要があると考えられる。
崩壊予測手法の解析精度向上のための森林斜面内での雨水の挙動に関する水文学的研究

樹木根系が斜面土層の安定性に関わる地下水位上昇に及ぼす影響を定量的に把握するため,擬似根系を用いた室内散水実験と現地水文観測を行った。その結果,樹木根系の存在が地下水流出開始時間を短縮させ,地下水流出量の増加を促すなど,土層内での雨水の挙動に多大な影響を及ぼすことになるといった興味深い事実が明らかになった。この傾向は,構成地質の相違に関わらず認められ,難透水層境界面が明瞭な砂質片岩地域では境界面付近の樹木根系周辺部からの流出量が卓越するのに対し,深層部まで高い透水性を有している風化花崗岩地域ではすべての深度において樹木根系周辺部からの流出が卓越することが確認された。現地採取土壌と擬似根系を用いた室内散水実験を実施することにより,樹木根系周辺部での雨水の挙動の実態把握を行った。さらに,実際の林地斜面内部に存在する樹木根系周辺部での雨水の挙動を明らかにするため,花崗岩地域において現地水文観測を開始した。1)室内散水実験による樹木根系周辺部での雨水の挙動の実態把握:花崗岩流域より大型不攪乱試料(L=30cm,φ=30cm)を採取し,疑似根系(活性根&腐朽根)を用いた室内散水実験を実施した。その結果,透水性の高い花崗岩地域においても,降雨時には樹木根系周辺部に速い流れが形成され,樹木根系は土層内部での水循環や地下水深の形成に大きな影響を及ぼしている事実が明らかになった。2)現地水文観測による樹木根系周辺部での雨水の挙動の実態把握:長野県与田切川流域内(花崗岩)に現地水文観測用のトレンチ断面(深さ:120cm,幅:150cm)を作成し,樹木根系周辺部での雨水の挙動の観測を開始した。積雪・融雪期を含め,観測期間は6ヵ月間と短いものの,降雨規模の増大とともに根系周辺部に浸透水が集中するようになり,土層内部での雨水の浸透過程において樹木根系は,バイパス的な役割を担っているといった注目すべき事実が明らかになった。3)樹木根系周辺部での雨水の挙動(根系流)のモデル化: 1)で実施した疑似根系(活性根&腐朽根)を用いた室内散水実験結果を用いて,樹木根系周辺での雨水の流れ《根系流》の水理特性(流れの形態)について考察を加えるとともに,根系流のモデル化を行った。その結果,樹木根系の増加とともに樹木根系周辺部への浸透水の集中化が促進されるようになり,その結果として樹木根系周辺部での浸透流量(根系流)が増加する事実が明らかになった。平成25年度研究に引き続き,現地採取土壌と擬似根系を用いた室内散水実験を継続して実施することにより,樹木根系周辺部での雨水の挙動の定量化を行った。さらに,実際の林地斜面内部に存在する樹木根系周辺部での雨水挙動の実態を明らかにするため,花崗岩地域において現地水文観測を行った。平成26年度研究の成果の概要を以下に示す。1)室内散水実験による樹木根系周辺部での雨水の挙動の定量化:花崗岩流域より採取した大型不攪乱供試体(L=30cm,φ=30cm)をを用いて,疑似根系(活性根&腐朽根)の大きさや散水強度と根系部周辺からの流出量との関係を定量化した。また,透水性の高い花崗岩地域においても,降雨時には樹木根系周辺部に速い流れが形成され,樹木根系は土層内部での水循環や地下水深の形成に大きな影響を及ぼしている事実が明らかになった。2)現地水文観測による樹木根系周辺部での雨水の挙動の実態把握:長野県与田切川流域内(花崗岩)に設置した現地水文観測用のトレンチ断面(深さ:120cm,幅:150cm)を用いて,自然降雨時の樹木根系周辺部での雨水の挙動の観測を行った。その結果,降雨規模の増大とともに根系周辺部に浸透水が集中し,土層内部での雨水の浸透過程において樹木根系はバイパス的な役割を担っている事実が確認され,特にこの傾向は土層深度の増加とともにより顕著となるといった注目すべき事実が明らかになった。3)樹木根系周辺部での雨水の挙動(根系流)のモデル化: 1)で実施した疑似根系(活性根&腐朽根)を用いた室内散水実験結果を用いて,樹木根系周辺での雨水の流れ《根系流》のモデル化を行った。さらに,同モデルの現地斜面への適用の可能性について検討を行い,同モデルの実用化に当たっての課題と解決策を整理した。平成26年度研究を継続するとともに,実際の林地斜面内部に存在する樹木根系周辺部での雨水の挙動実態を明らかにすることを目的として,実験水路を用いた室内散水実験をはじめとして,現地散水実験と現地水文観測を実施した。平成27年度研究の成果の概要は以下のとおりである。1)花崗岩地域と変成岩地域で実施した現地水文観測結果を基に,樹木根系周辺部における雨水の挙動に及ぼす影響要因を比較した結果,地質条件の相違により根系周辺部での雨水の挙動に及ぼす支配要因が異なるといった興味深い事実が明らかになった。

2)現地散水実験結果より,マトリックス部の透水性の高い花崗岩地域においても変成岩地域と同様に,降雨時には樹木根系部周辺に浸透水が集中し,浅層部に位置するマトリックス部からの流出開始時間よりも,より深部の樹木根系周辺部からの流出開始時間の方が早いといった結果が得られ,土層内部での雨水の浸透過程において樹木根系はバイパス的な役割を担っている事実が確認された。3)上記結果は,実験水路を用いた散水実験結果においても確認され,樹木根系の存在は雨水の鉛直浸透過程のみならず側方流出過程に対しても多大な影響を及ぼしている事実が確認された。実験水路を用いた室内散水実験は終了し,樹木根系周辺部での雨水の側方流出過程を把握するとともに,根系周辺部での流れの状況をモデル化することができた。さらにこのモデルを現地斜面に対して適用し,モデルの改善点が明らかになった。一方,現地斜面に設置していた観測機器内に降雨が侵入したため,トレンチ断面からの流出量計測装置の一部(データロガー)が故障し,平成27年度当初に予定していた現地散水実験の一部を実施することができなかった。平成28年度研究では,地質の異なる2地域で得られた現地水文観測結果を基に,樹木根系周辺部での雨水の挙動に及ぼす地質の影響について考察するとともに,これまでに実施した室内散水実験結果を用いて,根系周辺部での雨水の挙動をモデル化し,同モデルの現地流域への適用の可能性について考察した。平成28年度研究を含めた研究成果の概要は以下のとおりである。1)表層土層内の透水性が鉛直方向に急激に低下する難透水層境界面が明瞭な砂質片岩地域では,境界面付近の樹木根系周辺部からの流出量が卓越し,浸透水の選択的な経路として樹木根系が機能している事実が明らかになった。2)深層部まで高い透水性を有している風化花崗岩地域においても樹木根系周辺部からの選択的な流出は確認され,この傾向は特定の深度には発生せず,深度に関わらずすべての樹木根系周辺部においてマトリックス部よりも卓越した流出が確認された。3)平成27年度までの研究で実施した疑似根系(活性根&腐朽根)を用いた室内散水実験結果を用いて,樹木根系周辺での雨水の流れ《根系流》のモデル化を行い,同モデルを現地斜面に適用したところ,降雨入力条件の設定方法について改良すべき事項が確認されたものの,概ね良好な再現結果が得られた。このように,地質の如何にかかわらず樹木根系は,土層内部での雨水の浸透過程においてバイパス的な役割を担っているといった興味深い事実が明らかになった。本研究は,山腹斜面内のいたる所で見られるごくありふれた現象であるにもかかわらずこれまで水文学上の研究対象として取り上げられることのなかった「樹木根系(活性根&腐朽根)」に着目して実施したものであり,本研究成果は「斜面内での水循環過程の解明を目的とした研究の飛躍的な進展」や「崩壊予知・予測手法による解析精度の飛躍的な向上」に大きく貢献するものと確信される。樹木根系が斜面土層の安定性に関わる地下水位上昇に及ぼす影響を定量的に把握するため,擬似根系を用いた室内散水実験と現地水文観測を行った。その結果,樹木根系の存在が地下水流出開始時間を短縮させ,地下水流出量の増加を促すなど,土層内での雨水の挙動に多大な影響を及ぼすことになるといった興味深い事実が明らかになった。この傾向は,構成地質の相違に関わらず認められ,難透水層境界面が明瞭な砂質片岩地域では境界面付近の樹木根系周辺部からの流出量が卓越するのに対し,深層部まで高い透水性を有している風化花崗岩地域ではすべての深度において樹木根系周辺部からの流出が卓越することが確認された。散水強度と根系の直径を変化させ,これらを種々組み合わせた複数回の現地採取土壌を用いた室内散水実験を実施するとともに,花崗岩地域において自然降雨時の現地水文観測を継続して実施することにより,実際の林地斜面内部に存在する樹木根系周辺部での雨水の挙動のモデル化を行うとともに,同モデルの実用化に向けての課題抽出と改善点を整理することができた。このため,交付申請時に掲げた目的は概ね達成できたものと判断される。
先天性刺激伝導異常の発生病理

ヒト及びラット胎生期心臓において刺激伝導系に選択的にHNK-1が発現していること、さらにアセチルコリンエステラーゼ(ACHE)が胎生期から活性を示すことを見出した事実を基礎にして、本研究では両者の分布の差を明らかにすること及び先天性心奇形と発育遅延心における刺激伝導異常を形態学的に解明することを試みた。1.ACHEのラット胎生期心臓における分布と役割について。ACHEは胎生13日より活性をみとめ胎生16日に最高の活性と分布を示すが、以後活性、分布ともに漸減し胎生後期では神経部にのみ局在する。その分布は洞房結節、房室間伝導路ではHNK-1と同様であるが、心室では心筋全体に、房室結節部では近接心筋に活性を示した。免疫電顕的には、ACHEは核周部、小胞体と筋原線維に活性を示した。以上のことより、胎生期心臓では心室心筋と心房部刺激伝導系がコリン作働性神経の役割を代替していると考えられた。また、胎生期刺激伝導系のマーカーとしてはHNK-1の方が適当であると考えた。ファロー四徴及び総動脈幹遺残では、主に心室中隔欠損が存在することによる房室結節とHis束間伝導路の細長化と延長、偏位、異常路形成がみられた。発育遅延心においても洞房部の吸収遅延に伴う洞房結節および心房内伝導路の異常と房室間連絡の遅延(Q-T延長相当)が起こっているものと考えられた。今後、ラット先天性心疾患など各型の例数を増やして、夫々の型の刺激伝導系異常の形態学的パターンを整理すると共に、その発生病理を解明したい。