hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形観測による推定の新展開

統計力学的手法に非線形観測の理論と深化に関する研究課題群について以下のような結果を得た.圧縮センシングに関する研究では,非線形変換をした場合の影響について解析を行った.反復推定アルゴリズムに減衰項を導入したアルゴリズムの性能評価を行なった.また,L1ノルム最小化において,観測行列の要素が従う確率分布の平均が0でない場合に,スパースなベクトルが正しく推定できるための観測数の条件を解析した.ブロックスパースなベクトルを推定する手法として知られている混合L2/L1ノルム最小化について,相転移条件を解析的に評価した.また,圧縮センシングのための学習可能な反復アルゴリズムを提案し,従来の深層学習法よりも少数のパラメータで高い推定精度の疎信号復元が可能となった.ランダムグラフに関する解析においては,3体相互作用をもつ疎結合イジング模型の動的な特性を解析した.また,ランダムグラフの連結性に関する解析を行った.平面上に定義されるランダム幾何グラフを対象として,確率的にノード故障が発生する場合のグラフの連結確率の近似式を提案し,連結性の相転移現象を解析した.有限ノード数での連結確率の近似式を導いたほか,近似式の漸近解析から,平均次数がノード数の対数に比例する領域に相転移の閾値が存在することを予想した.計算機科学に関する課題においては,ネットワーク上を自律的に移動するモバイルエージェントによるグラフ探索の領域計算量を改善をはじめとし,受動的モバイルネットワークにおいては計算機群を等しいサイズのグループに分割するアルゴリズムや,最小次数制限全域木問題について全域木を発見する分散アルゴリズムを提案した.また,個体群プロトコルモデルにおいて,O(log n)期待時間,O(log n)状態数の厳密リーダ選挙問題を提案するなどした.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。統計力学的手法に基づく非線形観測の理論の深化については、グループテスト、非線形観測の問題と同様の数理的な構造を持つ疎結合イジング模型に関する解析を始めとし、関連する問題群の研究を進めた。グループテストについては,アニール平均距離分布を用いたプール行列の最適化の検討,及びクエンチ平均距離分布の評価をした.疎結合イジング模型では、経路積分法から定常状態を取り出した。また,制約充足型の非線形をもつ空間結合数独の解盤面数の上界を与えた。圧縮センシングについては、小規模の問題に対するAMPの性能低下の原因を明らかにした。ポアソンノイズを含む線形モデルに対するAMPの性能評価等を行った。その他、ブロック構造をもつランダム行列の漸近的な固有値分布を評価や、説明変数の置換に関して不変な回帰モデル構成方法を提案した。現代符号理論に基づく非線形観測の理論の深化については、グループテストや2値圧縮センシングと関連する問題群の研究を進めた。グループテストについては、典型系列を用いて距離分布から復元誤り率を評価した.その他、分割制約条件付きLasso回帰を用いたスパース重ね合わせ符号の性能の評価、自己符号化器に基づいた非可逆圧縮手法の提案、ニューラルネットを用いたスパース信号推定、2値圧縮センシングのニューラルネットを用いた信号推定法を検討した。計算機科学等の諸問題への展開については、木構造低競合ショートカットの汎用的な構成方法の提案、及び木幅あるいは種数が制限されている場合の効率的な構成方法を示した。また、CONGESTモデルにおいて世界で初めて三角形の発見および列挙を準線形時間で行う分散アルゴリズムを示した。その他の活動として、定期的なセミナーや符号理論に関するシンポジウムを開催し、多くの研究者との意見交換の場を提供できた。次年度以降の研究を円滑に進めることが期待される。概ね順調に進展していると考えている。主な理由として、統計力学的手法に基づく非線形観測の理論の深化については、グループテストの観測信号の距離分布のクエンチ平均の評価、及びアニール平均に関してプール行列の最適化についての評価が一段落したことが挙げられる。非線形観測を符号として捉えた場合、その距離分布がその系における推定アルゴリズムの推定誤り率と密接に関連する。非線形符号の情報理論的解析の枠組みの整備については、推定問題に関する誤り率の漸近的挙動を定性的・定量的に捉えるために、非線形符号の距離分布の指数部係数の漸近挙動について検討を進めた。今年度、距離分布の指数部係数を用いた推定誤り率の上界の評価が完了している。引き続いて,非線形符号からのベイズ推定の解析的な評価へと展開している。また、計算機科学等の諸問題への展開については、まず基礎的な研究基盤となる課題について進めており、平行してゴシップアルゴリズムの挙動の平均的評価の解析手法についても議論を進めている。その他、年度毎の計画が前後しているが,制約充足型の非線形性をもつ数独について,空間結合数独の解盤面数の上界を評価が完了しており、次年度への進展が期待できる。このため、実施する順序の入れ替えが一部にあるが、計画はほぼ順調に進展していると判断できるのではないかと考えている。統計力学的手法に非線形観測の理論と深化については,圧縮センシングおよび非線形観測と同様の数理的な構造をもつ疎結合イジングも系に関する解析を始めとして,関連する問題群の研究を進めた.

圧縮センシングにおいては,非線形変換をした場合の影響について解析を進めた.また,L1ノルム最小化において,観測行列の要素が従う確率分布の平均が0でない場合に,スパースなベクトルが正しく推定できるための観測数の条件を解析した.レプリカ法による解析の結果,得られた条件は推定対象のベクトルのスパースさ,および観測行列の要素の平均に依存するのに加えて,推定対象のベクトルの非ゼロ要素の符号の偏りにも依存することがわかった.また,推定をlassoで行う場合の推定誤差への影響を評価した.圧縮センシングに対する反復的アルゴリズムであるISTAを,ニューラルネットワークにより表現することによって,アルゴリズム内のパラメータを学習可能なTrainable ISTAを提案した.提案手法は既存の学習可能アルゴリズムと比較して高速であり,多くの種類の事前分布,観測過程に適用可能である.疎結合イジング模型では,零温度だけでなく有限温度で定常状態を評価する方法について検討を進めた.計算機科学の諸問題への展開については,空間中を移動しながら通信を繰り返すエージェント群からなる受動的モバイルシステムに対して,その理論モデルのひとつである個体群プロトコルモデル上での分散アルゴリズムの研究を中心に行い.特に集合通信操作,メッセージ消失に対する故障耐性に関する結果を得た.また,計算機ネットワークトポロジ上でサイズ3の閉路を検出,列挙する問題に対する高速な分散アルゴリズムを得た.その他の活動としては,情報理論に関するワークショップを開催して,多くの研究者との意見交換の場を得た.これによって最終年度の研究を円滑に進めることが期待される.概ね順調に進展していると考えている.主な理由として,統計力学的手法に基づく非線形観測の理論の深化については,圧縮センシングに関する性能評価を行い,線形観測を非線形に変換する非線形性について解析を進めている.非線形符号の距離分布は評価ができている.観測からの推定についても,反復推定法を時間方向へ展開して,深層学習と類似する回路構成とすることによって,アルゴリズム内のパラメータを学習可能できる手法を提案した.この手法は,多くの事前分布および非線形観測を含む多くの観測過程に適用可能である.また,計算機科学の諸問題への展開についても,受動的モバイルシステムに対して,その理論モデルのひとつである個体群プロトコルモデル上での分散アルゴリズムについて,特に集合通信操作,メッセージ消失に対する故障耐性に関する結果を得ていることや,計算機ネットワークトポロジ上で閉路を検出,列挙する問題などに関して研究が進んでいる.このため,解析手法の確立の面で順序の入れ替えがあることや,追加して行った研究課題があることなど,部分的に計画を変更をしている箇所があるものの,概ね計画に沿って進展していると判断できるのではないかと考えている.統計力学的手法に非線形観測の理論と深化に関する研究課題群について以下のような結果を得た.圧縮センシングに関する研究では,非線形変換をした場合の影響について解析を行った.反復推定アルゴリズムに減衰項を導入したアルゴリズムの性能評価を行なった.また,L1ノルム最小化において,観測行列の要素が従う確率分布の平均が0でない場合に,スパースなベクトルが正しく推定できるための観測数の条件を解析した.ブロックスパースなベクトルを推定する手法として知られている混合L2/L1ノルム最小化について,相転移条件を解析的に評価した.
塩化物法によるAlGaAs原子層エピタキシーの成長機構

有機金属を原料とするALE(MOALE)では、SPA信号の解析から、GaAs表面はMonomethyl Gaで覆われていることが、ほぼ確定的となっている。一方、塩化物を用いたALEでは、NECはGaCl/H_2が供給された瞬間にGaAs表面はGaで覆われ、塩素は付いていないと主張しており、農工大では初め表面は塩化物で覆われているが、水素パージ中に塩素が脱離してGa面になると述べている。我々の詳細なSPA信号の測定及び解析結果では、我々のALEの原料が彼らのものと異なるために、GaCl_3を供給した直後にはGaAs表面にGaClとGaCl_3が配位結合した塩化物が吸着しているが、水素パージ中に結合の弱いGaCl_3が脱離し、最終的にはGaAs表面はGaClで覆われるとの結論に達した。このGaCl_3の脱離は流速に依存し、かつ分単位の時間を要する。昨年報告したリブォルバー型のALE成長装置では、流速も遅く(約6cm/s)、パージ時間も15秒程度であったため、配位結合したGaCl上のGaCl_3が十分脱離しない内にAsH_3が供給され、1Mono Layer以上の成長が起こったと考えれば、前の結果も理解できる。ちなみにSPA測定用装置で十分パージ時間を長くして成長を行ったところ、パージ時間45秒で約1ML/cycle,90秒で0.9ML/cycleであった。パージ後の信号レベルは明らかにGa面とは異なっており、表面はGaClで覆われていると考えられる。
子育て世代のがんサバイバーのコミュニティ・エンパワメントモデル開発

本研究は、子育て世代のがんサバイバーがコミュニティ・エンパワメントしていく過程を行政の保健師が支援するモデルを開発することを目的としている。研究方法は、子育て世代のがんサバイバーのニーズ調査や海外先進地調査等である。
胎児環境汚染のリスク評価に有用なバイオマーカーの同定

1.胎児期PCB曝露のリスク評価に有用なバイオマーカーの同定対象は、インフォームドコンセントの得られた正常妊娠経過母体52例で、その正常新生児の臍帯血について高感度ガスクロマトグラフ質量分析計を用いPCB濃度を測定した。測定値の上位5例を高濃度群、下位5例を低濃度群として抽出し、これら10例の臍帯血検体について蛋白量を測定後、等電点と分子量からなるアガロース2-DEを行った。蛋白染色したゲル上で、複数の症例に共通して高濃度群と低濃度群間に発現の違いが認められるスポットを選別し、トリプシンによるインゲル消化後、イオントラップ型LC-MS/MS装置にて蛋白の同定を行った。その結果、臍帯血PCB濃度(ng/g-wet)は、最低値16から最高値390までに分布していた。高濃度群で染色強度が明らかに高値を示したスポットは、計5個(分子量:60KD、40KD、40KD、35KD、35KD)存在した。逆に低濃度群の方が高値を示したスポットは計1個(分子量:35KD)であった。蛋白同定によって絞り込まれた候補蛋白の中には、α-fetoprotein、fibrinogen β-chain、apolipoprotein Eが含まれていた。2回目の蛋白同定では、β2-microglobulin、fibrinogen α-chain、fibrinogen γ-chainが候補蛋白として抽出された。以上より、アガロース2-DEとLC-MS/MS法を用いたプロテオーム解析によって、臍帯血中にPCB曝露と関連する蛋白が複数存在することを明らかにし、さらに蛋白同定することができた。2.今後の課題・展望妊娠時母体血中のバイオマーカー候補蛋白の含有量と、分娩時検体中の内分泌撹乱物質、農薬・有機溶剤、必須元素・重金属の含有量の関連を、目標対象数を500例に設定した上で前方視的に解析し、バイオマーカーとしての有用性を検証する。1)プロテインチップ法による胎児特異的血清蛋白群の網羅的解析「方法」対象は、インフォームドコンセントの得られた正常妊娠経過母体の末梢血血清と、その正常新生児の臍帯静脈血ならびに臍帯動脈血血清の組み合わせ、計20組である。血清中の蛋白発現パターンをプロテインチップ法により、母体血清/新生児血清間、臍帯静脈血/臍帯動脈血間で比較検討した。候補蛋白分子の検索には、Swiss-Prot protein sequence databaseを用いた。「結論」プロテインチップ法によって胎児特異的血清蛋白が複数存在することが明らかとなり、本法の有用性が確認された。「方法」2000年から2003年にかけてインフォームドコンセントを行ない、了承が得られた妊婦合計56人について、帝王切開時に臍帯、臍帯血、母体血を採取、それぞれを1検体として、PCB類の濃度測定を行なった。「成績」測定した全ての臍帯、母体血からPCB類が検出された。200003年、臍帯中のPCBを測定した23例(2144歳)では、脂肪重量あたりのtotal PCB(ng/g-fat)は14160、中間値は73、また母体血中のPCBを測定した52例(2143歳)では、脂肪重量あたりのtotal PCBは23580、中間値は88.5であった。母体血中のPCB濃度が臍帯中のPCB濃度を上回る結果となった。

また、特に初産婦においては、母体年齢が高いほど臍帯中、母体血中のPCB濃度が高くなる傾向が認められた。2002年の測定では、臍帯と母体血をセットとして測定した。その中で、母体血中PCB濃度と臍帯中PCB濃度との間には正の相関が認められた。「結論」すべての臍帯からPCB類が検出されたことより、胎児は子宮内でPCB類に暴露されていることが示された。また、母体血中PCB濃度と臍帯中PCB濃度の間に相関が認められることから今後母体血中のPCB濃度は胎児暴露における指標となり得る可能性が示唆された。1)胎児期PCB曝露のリスク評価に有用なバイオマーカーの同定「方法」対象は、インフォームドコンセントの得られた正常妊娠経過母体52例で、その正常新生児の臍帯血について高感度ガスクロマトグラフ質量分析計を用いPCB濃度を測定した。測定値の上位5例を高濃度群、下位5例を低濃度群として抽出し、これら10例の臍帯血検体について蛋白量を測定後、等電点と分子量からなるアガロース2-DEを行った。蛋白染色したゲル上で、複数の症例に共通して高濃度群と低濃度群間に発現の違いが認められるスポットを選別し、トリプシンによるインゲル消化後、イオントラップ型LC-MS/MS装置にて蛋白の同定を行った。「成績」臍帯血PCB濃度(ng/g-wet)は、最低値16から最高値390までに分布していた。高濃度群で染色強度が明らかに高値を示したスポットは、計5個(分子量:60 KD、40 KD、40 KD、35 KD、35 KD)存在した。逆に低濃度群の方が高値を示したスポットは計1個(分子量:35 KD)であった。蛋白同定によって絞り込まれた候補蛋白の中には、α-fetoprotein、fibrinogen β-chain、apolipoprotein Eが含まれていた。「結論」アガロース2-DEとLC-MS/MS法を用いたプロテオーム解析によって、臍帯血中にPCB曝露と関連する蛋白が複数存在することを明らかにし、さらに蛋白同定することができた。1)胎児期PCB曝露のリスク評価に有用なバイオマーカーの同定対象は、インフォームドコンセントの得られた正常妊娠経過母体52例で、その正常新生児の臍帯血について高感度ガスクロマトグラフ質量分析計を用いPCB濃度を測定した。その結果、臍帯血PCB濃度(ng/g-wet)は、最低値16から最高値390までに分布していた。高濃度群で染色強度が明らかに高値を示したスポットは、計5個(分子量:60KD、40KD、40KD、35KD、35KD)存在した。逆に低濃度群の方が高値を示したスポットは計1個(分子量:35KD)であった。2回目の蛋白同定では、β2-microglobulin、fibrinogen α-chain、fibrinogen γ-chainが候補蛋白として抽出された。
病態解明および創薬を目標とした小児先天性心疾患患者の赤血球中microRNA解析

昨年度、次世代シーケンサーによる網羅的解析およびvalidation PCRの結果から、Mir-486-3p、mir-486-5p、mir-155-5pがチアノーゼ群で有意に上昇していることが明らかとなった。また、非チアノーゼ群では、Mir-486-5pが有意に上昇し、let-7e-5pおよびmir-1260aが有意に低下していることが明らかとなった。miR-486 (-3p、-5p)、miR-155は血球分化に深く関わることが報告されている。特に、miR-486-3pの上昇は巨核球・赤芽球前駆細胞に作用し、赤芽球系への分化を促進させ、巨核球系への分化を抑制する。また、miR-155の上昇は巨核球系前駆細胞の分化を抑制する。したがって、これらのmiRNAがチアノーゼ先天性心疾患患者の血球異常症の発症メカニズムに強く関与していることが示唆された。本年度は、今後は得られたデータをさらに詳細な臨床データと結びつけること、また、vitro実験系において、低酸素刺激において赤芽球系の細胞でこれらのmiRNA変化が誘導されること、また、動物モデルの構築(左ー右シャント、右ー左シャントあるいは、hypoxic chamberによる低酸素誘導)を模索することを主眼に研究を計画していたが、研究代表者の海外留学に伴う資格喪失のため中断せざるを得なくなった。初めに、チアノーゼ先天性心疾患・非チアノーゼ先天性心疾患・および非心疾患患者(コントロール)各10名ずつの血液から成熟赤血球を分離した。次に、専用のkitを使用し、microRNAを含む、small RNA分画を抽出した。得られたmicroRNAからcDNAライブラリーを作成した。その後、次世代シーケンサーを用いて、その中のmiRNA発現の網羅的解析を行った。統計解析の結果、チアノーゼ群でmir-486、mir-155が有意に上昇し、非チアノーゼ群でmir-1260a、mir-1260b、let-7eの有意な低下を認めた。次に各群20名について、validationのためのrPCRを施行した。その結果、Mir-486-3p、mir-486-5p、mir-155-5pがチアノーゼ群で有意に上昇していることが明らかとなった。miR-486 (-3p、-5p)、miR-155は血球分化に深く関わることが明らかにされている。本研究の結果から、これらのmiRNAがCHD患者の血球異常症の発症メカニズムに強く関与していることが示唆された。赤血球中から充分量のmicroRNAが抽出できたため、質の高いcDNAライブラリ作成が可能であったことが研究を順調に進行させた大きな要因である。今後は得られたデータをさらに詳細な臨床データと結びつけること、また、可能であれば動物モデルを構築し、明らかとなったmicroRNAの発現変化を血球異常症との関係を詳細に解析する方向である。赤血球内から充分量にmiRNAが抽出できたため、質のよいcDNAライブラリーが作成でき、テクニカルエラーが少なかったことが理由である。持ち越し分に関しては、動物モデルの作成に尽力する予定である。
重金属含有有機性廃水のリデュース(廃棄物発生抑制)型高度処理システムの開発

活性汚泥法は良好な処理水が確保でき世界的に普及している処理法である。しかしながら、多くの工場・事業場廃水である重金属を含む有機性廃水の場合、現在行われている活性汚泥法では、重金属による処理効率の低下等の問題が生じている。海洋細菌と銅ゴケを用いた本システムでは、重金属耐性のある海洋細菌を用いるので、重金属による処理効率の低下はほとんどない。また、活性汚泥法そのものには余剰汚泥発生の問題が生じている。本処理システムでは、処理効率の効率化とともに、ほとんど余剰物質(廃棄物)は発生しない。昨年度は、海洋細菌及び銅ゴケ原糸体細胞の増殖特性の検討とバイオリアクターの開発を行い、本年度では浄化後の植物体からの有価金属回収と資源化プロセスの開発およびシステムの総合評価を行った。有価金属回収プロセスは、電気分解法を用いて行った。陽極材料はPt/Ti、電圧24V、5vol%の硫酸溶液中などの条件で行った。1kgの浄化後植物体には、銅が75mgと亜鉛507mgが含まれていたが、この電気分解法を用いた有価金属回収によって、銅64mgと亜鉛475mgが回収された。回収率は銅が85%と亜鉛が93%であり、非常に高い回収率で有価金属回収プロセスが行えることがわかった。資源化プロセスでは、1kgの浄化後植物体からメタンが56L、リグニン樹脂が80g生産されると推算できる。本システムの実用化にはまだ種々の検討が必要であるが、昨年度の廃水処理能力評価と今年度の有価金属回収・資源化プロセスの効率的評価から、海洋細菌と銅ゴケを用いた環境負荷の少ない低コストの処理が実現可能であることがわかった。生物処理のみで重金属と有機物質の処理を行う本システムの開発・構築は、未来の水処理研究に一石を投じ、貢献することができた。この研究が行うことができたのは本科学研究費補助金によることが大きく、深く感謝する次第である。製鉄業、石油工業など多くの工場・事業場廃水は、フェノールなどの有機物質と重金属を含む重金属含有有機性廃水であり、効率的な処理に苦慮している。活性汚泥法は、良好な処理水が確保でき世界的に普及している処理法であるが、現在行われている活性汚泥法には、余剰汚泥の発生や重金属による処理効率の低下等の問題が生じている。海洋細菌と銅ゴケを用いた本システムでは、処理効率の効率化とともに、ほとんど余剰物質(廃棄物)は発生せず、重金属耐性のある海洋細菌を用いるので、重金属による処理効率の低下はほとんどない。本研究で考案するリデュース型処理システムは、上記2つの問題を解決できる可能性が非常に高い。本年度は、海洋細菌及び銅ゴケ原糸体細胞の増殖特性の検討とバイオリアクターの開発を行った。海洋細菌は、Cobetia sp.以外に2種類のフェノール資化性菌の単離に成功し、16SrDNA解析などの同定実験の結果、Acinetobacter sp.とSerratia sp.であることがわかった。重金属(銅イオン)を含むフェノール廃水の処理実験を行ったところ、3種の海洋細菌のいずれも実用菌の約10倍以上の重金属耐性をもつことが明らかになった。特に、Acinetobacter sp.は、約1mg/Lの銅イオン存在下(実用菌の耐性の100倍)でも100mg/Lのフェノールをほぼ完全に分解処理できることがわかった。銅ゴケを用いた重金属吸収処理は、採集してきた銅ゴケの原糸体のスクリーニングを行い、銅ゴケ原糸体液体培養に成功した。1L容量の銅ゴケ用バイオリアクターを製作し、100mg/Lの銅イオンを4日で銅排水基準3mg/L以下の約1mg/Lまで吸収処理できることがわかった。本年度得られた知見は、海洋細菌と銅ゴケ原糸体細胞が、重金属含有有機性排水の処理に非常に有用であることを明らかにし、廃水の生物的処理分野に一石を投じたと思われる。

本システムの実用化にはまだ種々の検討が必要であるが、昨年度の廃水処理能力評価と今年度の有価金属回収・資源化プロセスの効率的評価から、海洋細菌と銅ゴケを用いた環境負荷の少ない低コストの処理が実現可能であることがわかった。生物処理のみで重金属と有機物質の処理を行う本システムの開発・構築は、未来の水処理研究に一石を投じ、貢献することができた。この研究が行うことができたのは本科学研究費補助金によることが大きく、深く感謝する次第である。
アバカビルによる過敏症発症機構の解析

HLA-B*5701保因者におけるアバカビル過敏症では、従来の知見より想定されたプロテインアダクト由来のペプチドではなく、アバカビルそのものが異常抗原として抗原提示されている可能性が示唆された。同様の機序により副作用が発生する場合、従来のプロテインアダクト量に基づいたスクリーニング系では、リスク評価が不能であり、HLA多型特異的に薬物(もしくは代謝物)が提示されるか否かを判別する評価系を組み合わせることにより、予測精度が向上する可能性が期待されるHLA-B*5701保因者におけるアバカビル過敏症では、従来の知見より想定されたプロテインアダクト由来のペプチドではなく、アバカビルそのものが異常抗原として抗原提示されている可能性が示唆された。同様の機序により副作用が発生する場合、従来のプロテインアダクト量に基づいたスクリーニング系では、リスク評価が不能であり、HLA多型特異的に薬物(もしくは代謝物)が提示されるか否かを判別する評価系を組み合わせることにより、予測精度が向上する可能性が期待される薬物の副作用は、中毒性機序と特異体質性機序によるものに大別できる。中毒性の副作用に関しては基本的に動物モデルの構築と評価が可能であるが、特異体質性副作用に関するモデルは確立されていない。近年、幾つかの特異体質性副作用とHLA遺伝子多型の間に、密接な相関が見出されてきており、その関連性を説明可能なスキームとして、(1)薬物の反応性代謝物が細胞内タンパク質に付加し、(2)生成した異常タンパク質の分解物が、特定の遺伝子型のHLAでのみ抗原提示され、(3)免疫系の活性化が生じて副作用発症につながる、という一連の反応が仮説として提唱されている。(1)に関しては、共有結合性のタンパク質付加物を多く生成する薬物ほど、特異体質性副作用が発現する傾向にあると報告されており、また(3)に関しては、アバカビルに対する過敏症発症は、細胞障害性T細胞の活性化を介することが報告されている。しかしながら、(2)に関して解析に成功した例は存在しない。本申請研究では、特にこの点に焦点を絞り、「何故特定のHLA多型でだけ、免疫系の活性化が生じるのか?」という最も肝要な部分の分子メカニズム解明を目的として検討を行う。平成22年度は、アバカビルの反応性代謝物が付加したタンパク質あるいはペプチドを、選択的に回収する方法の確立を中心に行った。回収手法として水中での反応選択性が極めて高い反応手法として、クリック・ケミストリーを採用した。アバカビルは核酸アナログの塩基部分にシクロプロパンが付加した構造を取っているため、このシクロプロパン部分をアルキンへ変換した化合物を合成することで反応に用いることができ、かつ物性やその他の性質をアバカビルから大きく変動させないことが可能であると考えられた、このアバカビル誘導体の合成検討を行い、目的の化合物を得ることに成功した。また、この化合物が付加したタンパク質を特異的に回収するために、還元剤処理によって切断可能なS-S結合を介して、アジド基を表面に固相化した樹脂の作成を行った。複数のスペーサー候補を検討し、3種類のアジド基固相化樹脂を作成することに成功した。平成23度はこれらの樹脂およびアバカビル誘導体を用いて、アバカビルの反応性代謝物が付加したタンパク質の同定を試みる。薬物の副作用は、中毒性機序と特異体質性機序によるものに大別でき、特異体質性副作用に関してはその発症機序に不明な点が多い。近年、幾つかの特異体質性副作用とHLA遺伝子多型の問に、密接な相関が見出されてきており、その関連性を説明可能なスキームとして、(1)薬物の反応性代謝物が細胞内タンパク質に付加し、(2)生成した異常タンパク質の分解物が、特定の遺伝子型のHLAでのみ抗原提示され、(3)免疫系の活性化が生じて副作用発症につながる、という一連の反応が仮説として提唱されている。本申請研究では、現在までほとんど情報が無い(2)の部分に焦点を絞り、「何故特定のHLA多型でだけ、免疫系の活性化が生じるのか?」という最も肝要な部分の分子メカニズム解明を目的として検討を行った。平成23年度は前年度に合成法を確立した、アバカビルのシクロプロパン環をアルキンに変換した誘導体を用い、アバカビルの反応性代謝物が付加したペプチドを回収することを目的に検討を開始した。その結果49種類のアバカビル付加ペプチドが検出されたが、HLA-B*5701によって特異的に細胞表面に提示されると考えられるものは見いだされなかった。そこで本研究計画の前提条件となっている、上記(1)の学説自体が成立しない可能性も含めてさらに検討を進めた。その結果、未変化体のアバカビル自体がHLA-B*5701によって特異的に細胞表面へ提示されることが明らかとなった。この点は細胞表面の酸洗浄法および精製HLAからの抽出法の2つの方法で確認され、従来の説を覆す大きな進展となった。HLA-B*5701がアバカビルを単独で提示しているのか、何らかの共提示されるペプチドが存在するかを明らかにする検討を現在進めており、この結果と併せて論文報告する予定である。
変形性関節症における関節軟骨破壊制御機構の解明

一般的に正常関節軟骨では基質の合成と分解が一定のバランスをもって維持されており、その調和がくずれることで軟骨の破壊が進行する。変形性関節症における関節軟骨破壊の制御機構を解明するために、軟骨分解の強力な因子の1つであるインターロイキン(IL)-1βの作用に対し、軟骨基質の合成促進因子であるインシュリン様成長因子(IGF-I)や、デキサメタゾン、インドメタシンなどの薬剤がどのような作用を示すかを研究した。ヒト軟骨細胞を単層培養および、三次元培養を行なったIL-1βと上記薬剤を単独または同時に添加し、培養液中のIL-6及び基質分解酵素(MMP-3,-9,-13)の濃度をELISA法で測定した。また軟骨細胞よりtotal RNAを抽出しRT-PCR法でプロテオグリカン、コラーゲン、IL-6,各種MMPの発現を調べた。IGF-IはIL-I存在下でもプロテオグリカンやコラーゲンの発現を亢進した。IL-1はIL-6および上記MMPの産生をmRNAおよび蛋白レベルで著しく亢進させた。一方、デキサメサゾンやインドメタシンはこれらの作用を抑制した。しかしIGF-Iはほとんど抑制作用を示さず、両者は異なる機序で軟骨基質の維持に作用していることが考えられた。一般的に正常関節軟骨では基質の合成と分解が一定のバランスをもって維持されており、のの調和がくずれることで軟骨の破壊が進行する。変形性関節症における関節軟骨の破壊どのように制御されているのか知るために、我々は以前より軟骨基質の最も強力な合成促因子の一つであるインシュリン様成長因子(insulin-like growth factor, IGF)-Iに注目研究をおこなってきた。最近、OA軟骨ではこのIGF-Iに対する反応性が低下しているとも報告されているため、今回は軟骨分解の強力な因子の1つであるインターロイキン(II1βの作用に、IGF-1がどのような作用を示すかを研究した。ヒト軟骨細胞を単層培養および、三次元培養を行なった。IL-1βとIGF-Iを単独または同時添加し、軟骨細胞よりtotal RNAを抽出した。RT-PCR法で軟骨基質成分(アグリカン、コラーゲン)、あるいはそれらの分解酵素である各種マトリックスプロテアーゼの発現を調べた。IL-1添加により各種マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP-1-3,-9,-13)の発現がみれれたが、IGF-Iによりこれらの発現はほとんど抑制されなかった。関節破壊に対するIGF-Iの防護作用については今後さらに研究していく予定である。変形性関節症における関節軟骨破壊の制御機構を解明するために、軟骨分解の強力な因子の1つであるインターロイキン(IL)-1βの作用に対し、インシユリン様成長因子(IGF-I)や、デキサメタゾン、インドメタシンなどの薬剤がどのような作用を示すかを研究した。またこれら細胞内情報伝達経路においてMAPKの関与を調べるためにその阻害剤の1つであるPD98059を添加しその影響をみた。ヒト軟骨細胞を単層培養および、三次元培養を行なつた。IL-1βと上記薬剤を単独または同時に添加し、培養液中のIL-6及び基質分解酵素(MMP-1-3,-9,-13)の濃度をELISA法で測定した。また軟骨細胞よりtotal RNAを抽出しRT-PCR法でそれらの発現を調べた。IL-1はIL-6および各種基質分解酵素の産生をmRNAおよび蛋白レベルで著しく亢進させた。一方、デキサメサゾンはほぼ完全にこれらの作用を抑制し、インドメタシン、PD98059も部分的に抑制した。しかしIGF-Iはほとんど抑制作用を示さず、他の機序で軟骨基質の維持に作用していることが考えられた。今後はこれらの薬剤や成長因子を組み合わせることにより変形性関節症の治療に発展させていきたい。
内部および界面現象を考慮した気泡群の力学に関する解析

上記研究課題に関する研究を以下のごとく行った。球面調和関数展開を用いて,気泡間の相互作用に起因する個々の気泡の3次元並進運動・変化,ならびに気泡内の非凝縮性気体に関する熱の移動(温度勾配)を考慮した気泡群の運動方程式を導出した。本運動方程式を振動圧力場中での気泡群の非線形振動問題に適用し,以下の知見が得られた。(1)気泡の半径方向の振動は,気泡内部および気泡壁での温度勾配の影響を強く受けるため,気泡内気体に断熱変化を仮定して解析することはできない。(2)気泡変形があまり大きくない範囲内では,表面振動(変形)に及ぼす気泡内気体の温度勾配の効果は,気泡の半径方向の振動を介して現れる。(3)気泡の半径方向の振動があまり激しくない範囲内では,気泡内部および気泡壁での温度勾配が気泡の固有振動数ならびに減衰率に及ぼす効果を,線形理論から導かれる有効ポリトロープ指数ならびに有効粘性係数を用いて評価することにより,気泡の半径方向の振動特性をポリトロープ変化を仮定して予測することが可能である。しかし,気泡の表面振動は,半径方向の振動特性に強く依存しているため,有効ポリトロープ指数ならびに有効粘性係数を用いても表面振動特性を正確に予測することは困難である。(4)本理論の適用範囲内では気泡内での温度分布はほぼ球対称と見なせる。現在上記理論を用いて,液体内での温度境界層の効果を検討するとともに,気液界面での物質移動(蒸発・凝縮)の効果を考慮した気泡群の力学理論に拡張しているところである。さらに,球面調和関数展開を用いた本理論では扱えない気泡の大変形を考慮するために,境界要素法とコントロールボリューム法を用いて数値的に解析する手法を開発中である。
東日本大震災後のコミュニティの生活再建プロセスにみる課題解決の方法

宮城県石巻地域を対象として、東日本大震災被災者の生活再建過程について、仮設住宅入居者の生活課題の変化、仮設住宅から復興住宅への移行に伴う生活課題の把握、個々の生活事情の相違による生活再建課題の相違を明らかにする目的で研究をした。その結果、生活支援団体への調査が生活課題の把握に極めて有効であること、生活課題の変化に対応して支援団体の活動内容が変化し、最終的には現地化したこと、避難所や仮設住宅の課題が明らかになった一方で福祉仮設住宅が有効であったこと、復興住宅への移行に伴って、再度孤立化が進んでいること、郡部と市部の生活実態と支援のあり方に大きな差があること等が明らかになった。東日本大震災による巨大地震、津波により生活基盤を失われた被災者、特に仮設住宅に入居している人々の生活復興の過程を、石巻市を調査対象として、生活再建をともに担う協働者として関わりながら、そのコミュニティの生活変化を捉えていくことを目的として、本研究に取り組んだ。本年度は、第1に、石巻市で支援に関わっているボランティア団体、例えば、ピースボートや石巻復興支援協議会、ふるさと復興協議会など16団体のメンバーにインタビュー調査し、震災直後から2年間の間の活動の変遷から、生活支援ニーズの変化の局面を分析した。その結果、支援活動は、仮設住宅への入居により、コミュニティ形成のための支援が中心となり、その後、収入確保のための支援へと移行した。コミュニティ形成を目的としたイベントが内職による収入の確保に結び付く例や、インフラ復旧のための整備が店舗再生などに展開する例もみられた。震災から1年が経過すると、支援団体による被災者雇用や起業支援など被災者の自立・自活を意識した取り組みがみられるようになり、支援団体から地元への活動の引き継ぎや被災者主体の復興まちづくりが課題となっていた。また、災害時の料理提供者および被災者にとって有効な献立を提案するために、炊き出し時の献立分析を行った。第2に、2012年8月に仮設住宅の住民を対象に、現在の生活と将来の移転についての意向を把握して復興に向けた生活ニーズを把握するために「震災後の生活と復興に関するアンケート調査」を実施した。1882枚配布し385枚を回収した。その結果、仮設住宅の住み心地、特に広さ、収納スペース、遮音、暑さ・寒さへの不満が大きいことが明らかになった。また近所との付き合いは、挨拶程度が最も多く、2割ほどの人が親しい人はおらず、4割が入居後に親しい友人ができておらず、孤立している住民も多く、コミュニティ形成が大きな課題であることが明らかとなった。東日本大震災により生活基盤を失われた被災者、特に仮設住宅に入居している人々の生活復興の過程を、石巻市を調査対象としてその生活変化を捉えていくことを目的として本研究に取り組んだ。本年度は、昨年度行った学会発表ならびにその他の研究をもとに『東日本大震災ボランティアによる支援と仮設住宅ー家政学が見守る石巻の2年半ー』(建帛社)を出版した。章構成は、序章・日本家政学会東日本大震災生活研究プロジェクトスタート、第1章・石巻の被災状況と石巻専修大学の取り組み、第2章・ボランティアの生活支援活動から見る被災地の生活実態、第3章・日本家政学会による支援活動、第4章・仮設住宅居住者の生活実態、第5章・支援を通しての今後の課題であり、本研究の成果は主に第2章ならびに第4章に収められている。第2章では、震災から現在までの道程は震災直後の緊急期(直後数日)、復旧期I(数日6ヶ月)、復旧期II(6ヶ月1年後)、復旧期III(12年後)、復興期(2年後)に分けられ、緊急期は着るモノ食べるモノもなく安全な場所を求めてさまよったサバイバル期、復旧期Iは避難所での生活空間とはいえない環境の中で健康な食生活や文化的な衣生活にはほど遠い時期、復旧記IIでは課題の多い住環境の仮設住宅でコミュニティができ始めた時期、復旧期IIIでは復興住宅建設が進まない中、住民の中での格差ができはじめた時期、復興期は復興住宅実現のめどがたたず将来像は見えなくなってきた時期であることを明らかとした。第4章では、大都市型と半島部の小さな集落の2種類の仮設住宅の住民に対するアンケート調査を実施し、市街地の大規模な仮設住宅では安定した生活のために新しいコミュニティ形成が重要であること、一方半島部など小さな集落毎の仮設ではすでにコミュニティができていて生活相互支援が成り立っており、生活が安定し生活課題も少ないという違いを明らかにした。東日本大震災により生活基盤を失われた被災者、特に仮設住宅に入居している人々の生活復興の過程を、石巻市を調査対象とし、その生活変化を捉えることを目的として、研究に取り組んだ。本年度はこれまでの知見を踏まえて、第1に石巻市の復興状況の把握、第2に仮設住宅のコミュニティの課題、第3に市街地と半島部などの特徴の相違する地域の生活復興と生活の課題について、インタビューやアンケート調査を行った。第1では、市役所で所有する石巻市全体の被災状況と復興状況の基礎データを収集するとともに、これまでインタビューを行ったボランティアへ再調査を行い、石巻市全体の復興の状況とその課題を追跡した第2に、仮設住宅のコミュニティ形成の課題に関しては、仮設住宅住民へのアンケート調査を実施すると共に、仮設住宅の自治会長を対象に、その生成過程と仮設住宅住民の生活課題、その解決方法などについてインタビュー調査を行った。アンケート調査は入居1年目から同時期に同住民を対象として継続的に行っており、今年度は3回目となる。今年度の調査の概要について分析を進めたが、今後は経年変化から生活課題の変化と今後の課題について明らかにする予定である。

さらに、仮設住宅の自治会長8名へのインタビューの他、石巻仮設住宅自治連合推進会へのインタビューを行った。仮説入居当初のコミュニティ形成が行われていない段階での自治会運営の困難さと、住民同士の繋がりが確立した現在の、自立復興や復興住宅への移転の時期を迎えた住民同士の繋がりのあり方など、年ごとに変化するコミュニティの課題が明らかとなった。第3は半島部など、市街地とは相違する地域への調査である。蛤浜、雄勝町などの被災者へのインタビューや質問紙調査を行い、住民の減少や加速度的な高齢化が進んでいるが、一方で代々住み続けてきている住民が伝統を守りつつ地域の復興に取り組んでいる状況が明らかになった。東日本大震災により生活基盤を失われた被災者、特に仮設住宅に入居している人々の生活復興の過程を、石巻市を調査対象とし、その生活変化を捉えることを目的として、研究に取り組んだ。本年度はこれまでの知見を踏まえて、第1に長期化する仮設住宅の居住環境の課題、第2に市街地と半島部生活復興の課題と生活コミュニティの把握、第3に被災が子どもの将来に及ぼす影響に関する調査を行った。第1については、5年を経過している仮設住宅の温熱環境調査、睡眠調査等やインタビューを実施し仮設住宅の立地および空間特性を把握し分析し、また、アンケート調査にみる居住性の評価、福祉仮設住宅の実態を課題について調査した。第2については、2013年以降の牡鹿と雄勝の定点的パネル調査ならびに食生活改善委員への郷土食・行事食や「雄勝法院神楽」の衣装に関する聞き取り調査を行い、コミュニティが継承してきた伝統的な食生活や衣生活を媒介にした地域復興の在り方を追究した。住民の減少や加速度的な高齢化が進展する一方で、住民が伝統を守りつつ地域コミュニティの復興に取り組んでいる状況が明らかになった。第3については、石巻市及び近隣地域の高校10校の生徒を対象に質問紙調査を実施し(回収数は1210名)、自宅や学校の被災によって家族や友人などの人間関係が変化し、将来の進路にも影響を及ぼしていることが明らかとなった。報告書は協力校に配付し、協力校が生徒指導に活用した。仮設住宅住民への調査や半島部の調査を実施し、結果を学会で発表するとともに、高校生を対象とした調査も行うなど、計画にそった取り組みができた。平成28年度は1住生活、2食生活、3衣生活、4子どもの生活の4視点から研究分析を行った。1住生活;石巻市の災害復興住宅居住者に対して、生活復興過程の問題についてアンケート調査を行い、被災度や震災前の居住形態と現在の生活の諸課題との関連を分析した。また同意が得られた人を対象として、毎日の生活行動を活動量計で測定した。さらに温湿度自動記録計によって居室・屋外のデータを収集し、災害復興住宅の生活環境を分析した。また、福祉仮設住宅調査、若者に焦点をあてた住まいとまち再生調査、雄勝地区、牡鹿半島で定点的なヒヤリング調査を行った。2食生活:地域社会の産業復興や伝統的な生活文化の伝承を目的として食の専門家から石巻の食生活について聞き取り調査を行い、特産物の特徴、伝統的な料理や料理発祥の背景などを整理し資料を作成した。これを用いて教育,観光,流通などの場で食育や料理教室などを実施し、市民や観光客などに石巻を理解してもらう活動に役立てた。
消え行く熱帯氷河の微生物多様性の解明

昨年度に行ったケニア山の氷河に生息している微生物の多様性に関する予備調査を踏まえ、氷河上での不均一性や同一地点での経年変化、また氷河周辺土壌に与える影響を評価するために、ルイス氷河において観測機器の回収、観測、サンプルの採取を行った。現地に設置したインターバルカメラの結果から、本氷河の融解による表面低下が非常に大きいことがわかり、設置期間中の2017年2月に氷河中流部の岩が露出し、ルイス氷河が上下に分断する様子を記録することができた。DNA分析の結果、同氷河が隣国のウガンダ、ルウェンゾリ山の氷河よりも中国、天山山脈や北極、スバールバードの氷河に生息している微生物の群集構造に近いことがわかり、氷河上の微生物が全球的な粒子の移動と循環の影響を受けている可能性を示した。ケニア山の氷河に生息している微生物の多様性や氷河生態系の現状を把握するため、2015年9月にケニア山のルイス氷河を訪問し、氷河の氷と氷河後退域土壌のサンプル採取を行った。採取したサンプルの次世代シーケンサーを用いた16S rRNA遺伝子(V3ーV4領域)の分析の結果、緯度、高度が類似しているウガンダのルウェンゾリ山の氷河での先行研究と比較して、バクテリアの群集構造が極めて異なり、ウガンダではほとんど検出されなかったシアノバクテリアが多数検出された。これらの種は、北極や中国などでクリオコナイト粒を形成することで知られているPhormidium属に近縁な種であったが、これまでに知られているクリオコナイト形成種とは異なる遺伝型であることがわかった。これらのことから、地理的条件が類似している、熱帯の氷河の微生物生態系が、ローカルな環境要因によって変化し得ることが示された。また菌類とバクテリアの培養を行い、そのうち2種は16S rRNA遺伝子(全長)氷河上に生息していると考えられる好冷性のバクテリアであることがわかった。研究実施計画で予定していたすべての項目:1遺伝子解析による微生物群集構造の解析、2イオン濃度の測定、3培養株の採取とその同定を実施することができた。研究実施計画の予定の通りに再度現地を訪問し、サンプルを採取する。特に氷河の上部と下部では、微生物群集構造に違いが見られたことから、氷河上における微生物群集の地理的分布とその環境要因からの影響に着目し、より多くの地点からサンプルを採取し同様の分析を実施する。本年度は限られた温度での培養しか実施できなかったため、様々なバリエーションの培養条件で培養し、より多くの種類の培養株を単離し、その遺伝的特性を明らかにする。より多くの地点からサンプルを採取し今年度と同様の分析を実施するため、関連する消耗品を購入する必要があるため。次年度採取予定のサンプルから、遺伝子を抽出するための試薬を購入する。
乱流混合と反応の相互効果解明のためのレーザによる瞬間濃度と速度の同時測定技術

本研究は、二次の化学反応を伴う、乱流場の局所の一点で二つの反応物質の瞬間濃度と速度をコルモゴロフスケールよりも小さな分解能で測定する技術を波長差を利用したレーザ螢光法およびレーザドップラー法を用いて開発し、反応物質の乱流拡散機構と混合反応機構を解明することを目的とした。さらに、この結果及び乱流の直接数値計算結果を用いて、従来の反応乱流に関する乱流モデルの性能を比較し、より正確な実用化モデルの構築に対する知見を与えることを目的とした。本研究では、レーザー螢光法とレーザ・ドップラー法による濃度と速度の同時測定技術を独自に開発し、この技術を用いて二次の化学反応を伴う液相の格子乱流場での乱流濃度フラクッスの直接測定に成功した。この測定により、反応乱流のモデル化に役立つための濃度統計量に関する正確なデータを蓄積した。この結果、反応乱流場に対しては、乱流拡散係数を用いた勾配拡散型のモデルが成立しないことが明らかになった。また、この実験とは別に、乱流の直接数値計算法(DNS)を開発し、液相と気相の両相の反応乱流場での濃度統計量を計算することに成功した。このDNSによる計算結果と本研究で得た液相の反応乱流場での濃度統計量の実測値は良好に一致し、液相と気相の反応乱流場での分子拡散係数の違いの効果が明らかになった。さらに、従来の反応乱流場での濃度変動相関項に対するクロージャ・モデルの性能比較を本研究で得られた実測値を用いて行い、クロージャ・モデルの問題点を明らかにした。その結果、代表研究者らが開発したストキャスティックモデルと3Eモデルと呼ばれるクロージャ・モデルが現時点では優れたモデルであることが明らかになった。乱流場に予混合されていない二つの反応性物質が投入された場合、化学反応は乱流混合により複雑に変形される界面を通して分子拡散により進行する。この化学反応を伴う乱流混合の問題は化学反応器や燃焼器の中の反応速度の正確な評価や制御に関する工学的な問題、あるいは、自動車排気ガス等の大気拡散の予測と制御に関する環境工学の問題と結びつき、その解明が切望されている。これらの反応乱流の問題を工学的に解決する場合には、反応物質の乱流拡散現象、特に、乱流混合と化学反応の相互効果を解明し、これをモデル化することが重要である。しかし、これを行う場合、反応物質の拡散方程式の中に現れる乱流物質フラックスと反応物質の瞬間濃度の積で表される反応項を正確に評価することが重要であり、そのためには、乱流の最小スケ-ルであるコルモゴロフの空間・時間スケ-ルよりも小さな分解能で反応物質の瞬間濃度と速度の同時測定をおこなうことが必要になる。そこで、本研究では、この問題を解決するため、拡散方程式中に現れる乱流物質フラックスを正確に評価することを目的として、そのために必要とされる濃度と速度の同時測定技術の開発を目指した。本年度は、反応の無い乱流場での濃度と速度の同時測定技術を開発した。この方法は、波長の異なるヘリウムネオン、アルゴンレ-ザを利用したレ-ザ螢光法およびレ-ザドップラ-法を用いた測定技術であり、速度に対して約100ミクロン、濃度に対して、20ミクロンの空間分解能を持ち、しかも、非接触で瞬間濃度と速度の同時測定を世界ではじめて可能にした。また、この測定を基にして、物質の格子乱流場での拡散機構を考察し、乱流拡散係数の定量的評価をも行い、次年度の反応乱流場での実験との比較を可能なものとした。

乱流場に予混合されていない二つの反応性物質が投入された場合、化学反応は乱流混合により複雑に変形される界面を通して分子拡散により進行する。この化学反応を伴う乱流混合の問題は化学反応器や燃焼器の中の反応速度の正確な評価や制御に関する工学的な問題、あるいは、自動車排気ガス等の大気拡散の予測と制御に関する環境工学の問題と結びつき、その解明が切望されている。これらの反応乱流の問題を工学的に解決する場合には、反応物質の乱流拡散現象、特に、乱流混合と化学反応の相互効果を解明し、これをモデル化することが重要である。しかし、これを行う場合、反応物質の拡散方程式の中に現れる乱流物質フラックスと反応物質の瞬間濃度の積で表される反応項を正確に評価することが重要であり、そのためには、乱流の最小スケールであるコルモゴロフの空間・時間スケールよりも小さな分解能で反応物質の瞬間濃度と速度の同時測定をおこなうことが必要になる。そこで、本研究では、この問題を解決するため、拡散方程式中に現れる乱流物質フラックスを正確に評価することを目的として、そのために必要とされる濃度と速度の同時測定技術の開発を目指した。本年度は、初年度の反応の無い乱流場での濃度と速度の同時測定技術の開発に続き、瞬間反応の存在する場での濃度と速度を同時測定する方法を開発した。この反応実験では、水酸化アンモニウムとぎ酸の間の瞬間反応を用いた。反応の無い格子乱流場で測定した濃度フラックスと平均濃度勾配とから計算される乱流拡散係数と反応を伴う乱流場に対しで計算される乱流拡散係数とを比較した結果、従来の研究で用いられてきた勾配拡散型の乱流モデルが反応を伴う乱流場に対しては厳密には成立せず、10%程度の誤差をもつことが明らかになった。本研究は、二次の化学反応を伴う、乱流場の局所の一点で二つの反応物質の瞬間濃度と速度をコルモゴロフスケールよりも小さな分解能で測定する技術を波長差を利用したレーザ蛍光法およびレーザードップラー法を用いて開発し、反応物質の乱流拡散機構と混合反応機構を解明することを目的とした。さらに、この結果を用いて、従来の反応乱流に関する乱流モデルの性能を比較し、より正確な実用化モデルの構築のための知見を与えることをめざした。本年度は、本研究の最終年度であり、これまでに確立したレーザ蛍光法とレーザ・ドップラー法による濃度と速度の同時測定技術を用いて二次の化学反応を伴う液相の格子乱流場の乱流濃度フラクッスの直接測定を繰り返し、モデル化に役立つためのより正確なデータを蓄積した。特に、これまでの測定により、反応乱流場に対しては、乱流拡散係数を用いた勾配拡散型のモデルが成立しないことが明らかになったので、これに代わる乱流の直接数値計算法(DNS)を開発し、その適用性を明らかにした。このDNSによる計算結果は本研究で得た液相の反応乱流場での濃度統計量をよく説明し、液相と気相の反応乱流場での分子拡散係数の違いの効果等をよく表現することができた。また、従来の反応乱流場での濃度変動相関項に対するクロージャ・モデルの性能比較を本研究で得られた実測値を用いて行い、既存のクロージャ・モデルの問題点を明らかにした。その結果、3Eモデルと呼ばれるクロージャ・モデルが現時点では定量的な面において最も優れたモデルであることが明らかになった。