hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タクロリムスにおける体内動態の性差及び年齢差に対する性ホルモンの影響

1.研究目的:群馬大学医学部附属病院の全身性エリテマトーデス(SLE)及び関節リウマチ(RA)における若年層の女性患者について、免疫抑制剤タクロリムス(TAC)の血中濃度が上昇しないケースが見られた。これを受けて申請者は、CYP3A5失活群(CYP3A4代謝群)の女性患者において、平均的な閉経年齢である5(歳よりも若い群においてTAC血中濃度が有意に低くなることを明らかにした。性ホルモンは閉経前後で大きく変動することが知られている。そこで本研究では、TACの体内動態における性差・年齢差にはCYP3A4に対する性ホルモンの影響が関与している可能性を考え、問診票による月経周期や閉経の有無、性ホルモンの測定を行うことでTACの体内動態における性差・年齢差の要因を解明し、RA及びSLEの女性患者における薬物治療の個別化医療を目指すことを目的とした。2.研究方法:(1)群馬大学医学部倫理審査委員会、及びヒトゲノム遺伝子解析研究倫理委員会での承認事項に基づき、十分インフォームドコンセントを行い患者から了解が得られた場合、本研究の参加登録、問診、採血を行なった。問診内容:月経周期、閉経の有無、婦人科系疾患の既往歴等、別途作成した問診票に準じ行った。(2)匿名化:参加登録を行なった患者の血液検体及び個人情報データ等について連結可能匿名化を行い第三者が管理を行った。(3)匿名化した血液検体より、遺伝子多型測定、ELISAキットによる性ホルモン測定(Estrogen、Androgen)を行なった。3.研究成果:CYP3A4代謝群の女性患者について問診票に基づいた閉経の有無で群を分けたところ、閉経群と比較し未閉経群においてTAC血中濃度が有意に低くなることが明らかとなった。よって、50歳付近の閉経の有無が不明確であった層について明確に群を分けた場合においても、以前の研究と同じ結果が得られたことにより、TACの体内動態における性差・年齢差にCYP3A4に対する性ホルモンの影響が関与していることが示唆された。今後、TACの体内動態におけるCYP3A4に対する性ホルモンの影響についてより詳細な検討を行うため、性ホルモン測定について解析を進めていく予定である。
Lrigファミリ―による角膜上皮幹細胞の恒常性維持機構の解明

角膜の恒常性、透明性維持は視覚にとって必須の要素である。本研究で、Lrig1はHolocloneタイプの角膜上皮幹細胞において発現が亢進しており、マウス眼表面上皮基底細胞において局所特異的に発現していた。Lrig1 KOでは角膜の創傷治癒過程が障害され、炎症を伴って角膜の透明性が徐々に失われて角化して失明した。また、Lrig1はSTAT3を抑制的に制御することにより創傷治癒機構をコントロールし、STAT3の阻害剤によりLrig1 KOの表現型をレスキューできた。以上よりLRIG1は、角膜の恒常性や創傷治癒機構を制御している事が明らかとなった。幹細胞を用いた角膜再生医療の臨床基盤技術開発を念頭に、角膜上皮幹細胞の恒常性維持機構を分子レベルで解明することを主目的とし、EGFRシグナル伝達系に注目し、その主要関連遺伝子であるLrig1に焦点を当てて研究をすすめた。前年度に生体創出に成功したLrig1KOマウスを用いて機能解析を進めた。角膜の表現型に関して経時的に詳細な観察を行った結果、生後6カ月以降にKOマウスの角膜において、炎症を伴う角膜混濁を認めた。その細胞生物学的特徴を考察するため、上皮細胞に特徴的な細胞骨格マーカー(ケラチン等)、骨髄由来細胞マーカー(CD45, CD3, F4/80等)、炎症性サイトカイン(TSLP, IL8等)、細胞増殖関連分子(BrdU, Ki67等)の発現をRT-PCR法、免疫組織化学染色法を用いて比較検討し、細胞分化に関する情報を集積した。KOマウスの角膜では、角膜上皮細胞マーカーであるケラチン12の発現が消失し、表皮細胞マーカーであるロリクリンの発現が認められた。組織像では、20ー30層の重層化した上皮層が観察され、病的角化状態を呈していることがわかった。また、WTマウスと比較して、KOマウス角膜ではTSLPをはじめとする炎症性サイトカインの発現レベルも亢進していた。また、KOマウスの角膜実質内には、多数の骨髄由来細胞が集積しており、角膜実質構造のremodelingが認められた。以上、今年度の結果より、Lrig1は角膜における恒常性維持機構に重要な役割を担っている事がわかった。今年度は、Lrig1 KOマウスを用いて機能解析を進めた。角膜創傷モデルを用いて、Lrig1(+)組織幹細胞による上皮修復過程を解析した。同時に、創傷前後での炎症性サイトカインの発現をPCRで比較検討した。その結果、KOではWTと比較して角膜上皮の創傷治癒過程が障害され、明らかな遅延が認められた。またKOではWTと比較して創傷刺激により角膜における炎症性サイトカインの発現が有意に亢進し、いわゆるpro-inflammatory state(前炎症状態)を呈していた。本病態の細胞内シグナルとの関連性を検討するため、既報の報告を含めたPathwayを網羅的に解析した。その結果、Lrig1がJAK-STATシグナルの主要関連分子であるSTAT3と密接な関連をしていることを見出した。そこで、角膜創傷モデルを用いて解析した結果、Lrig1 KOマウスの角膜にのみSTAT3の活性化が認められた。また、STAT3阻害剤(STA-21)点眼により、創傷刺激によるLrig1 KOマウスの角膜の表現型創出がレスキューされた。以上、結果より、Lrig1は、JAK-STAT Pathwayを介して炎症を制御し、角膜の恒常性維持に極めて重要な役割を担っていることがわかった。本年はまず、既報の手法によりLrig1遺伝子欠損マウスの作成を試み、生体創出に成功した。胎生期から経時的に眼球をサンプリングして、角膜の形態発生を肉眼的・組織学的に観察した。その結果、胎生期生後8週においては、WTおよびKOマウスの角膜ならびに角膜周辺組織(結膜、眼瞼、マイボーム腺等)における組織学的な差異は認められなかった。走査型・透過型電子顕微鏡等を用いて細胞レベルでの詳細な形態学的観察を行った結果も同様の結果であった。

その細胞生物学的特徴を考察するため、上皮細胞に特徴的な細胞骨格マーカー(ケラチン等)、細胞間接着分子(ZO1,デスモプラキン等)、基底膜構成分子(インテグリン、ラミニン等)、細胞増殖関連分子(BrdU, Ki67等)、アポトーシス関連分子(Tunel法等)、幹細胞マーカー(p63、ABCG2等)等の発現をRT-PCR法、免疫組織化学染色法を用いて比較検討し、細胞分化に関する情報を集積した。生後8週以降に、KOマウスのTailでは表皮細胞の肥厚化が徐々に観察され始めた。また、角膜上皮細胞層はWTマウスと比較してKOマウスでは重層化の程度が亢進している傾向が認められた。また、我々がすでに確立している羊膜基質を用いた上皮幹細胞の3次元培養モデルを用いて、Lrig1遺伝子欠損マウス角膜上皮の増殖、分化に関してin vitroにおける機能解析の条件検討を終了した。計画の予定通り、EGFRの主要ターゲット分子であるLrig1に注目し、創出したLrig1遺伝子改変マウスを用いて、経時的な角膜の表現型の詳細な観察を行い、その組織学的、細胞生物学的特徴の解析を終了した。また、次年度に計画予定のin vitroモデルにおける機能解析や、創傷誘導モデルによる角膜の機能解析の条件検討を終了した。以上より、現在までの研究の達成度としては、おおむね順調に進展していると考えられる。計画の予定通り、本年度にEGFRの主要ターゲット分子であるLrig1に注目し、研究解析の主要ツールとなる遺伝子改変マウスの創出に成功した。また、創出したLrig1遺伝子改変マウスを用いて、胎生期からの組織学的、細胞生物学的特徴の解析を終了した。また、in vitroにおける機能解析の条件検討を終了した。Lrig1が角膜の恒常性維持機構に重要な役割を担っている事が明らかとなった。そこで今後は、創出した遺伝子改変マウスを用いて、in vitro機能解析モデル、創傷誘導モデルを用いた角膜における組織学的、細胞生物学的考察を加えて、Lrig1の角膜における恒常性維持機構の分子レベルにおける機能解析を行う。また、Lrig1遺伝子欠損マウス角膜上皮に関してもDNAマイクロアレイを用いた網羅的な遺伝子発現解析を行い、in vivoならびにin vitroにおけるLrig1の細胞動態を把握する。今後は、創出した遺伝子改変マウスを用いて、より高年齢のマウスを用いた角膜における組織学的、細胞生物学的考察を加えて、Lrig1の角膜における恒常性維持機構の解明に迫る。また、Lrig1遺伝子欠損マウス角膜上皮に関しても網羅的な遺伝子発現解析を行い、in vivoならびにin vitroにおける細胞動態を把握する。次年度研究費の使用計画としては、Lrig1遺伝子欠損マウスを用いた各種細胞生物学的、分子生物学的考察、Lrig1のin vivoおよびin vitroにおける機能解析に要する研究試薬、研究消耗品、実験動物に関するための研究費を使用する予定である。次年度研究費の使用計画としては、Lrig1遺伝子欠損マウスを用いた分子生物学的考察、Lrig1のin vivoおよびin vitroにおける機能解析に要する研究試薬、研究消耗品、実験動物に関するための研究費を使用する予定である。
熱帯荒廃地の有機物蓄積プロセスを活用した土壌修復シナリオの最適化

熱帯林の火災後に拡大した草原や人工林で深刻化している土壌酸性化を緩和できる土地利用技術を提案するため、中和剤として働く土壌有機物量に対する土地利用変化の影響を解明した。インドネシア・東カリマンタン州の熱帯林において異なる土地利用条件を比較した結果、短期的にはチガヤ草地、長期的には二次林における土壌有機物量の回復が最も大きいことを解明した。土壌中の窒素の形態変化(硝酸化成)に伴う酸発生量は、アカシア二次林、油やし農園で高かった。以上の結果をもとに土地利用シナリオを検討し、短期的にはチガヤ草地、長期的には自然二次林(アカシアを除く)が最も土壌酸性化の緩和に有効な休閑植生であることを解明した。本研究では、火災や伐採によって攪乱を受けたインドネシアの熱帯林において、1植生変化に伴う土壌酸性化・有機物量の変動メカニズムを解明するとともに、214Cトレーサーを用いた有機物蓄積量のモデル化と酸中和機能の検証を行い、植生変化プロセスを活用した土壌修復シナリオを提示する。現地調査は、MOUを締結したインドネシア東カリマンタン州・ムラワルマン大学・ブキットスハルト演習林において実施した。演習林周辺の天然林、マカランガ二次林、アカシア二次林、チガヤ草原およびアブラヤシ農園において、有機物の分解速度に対する土地利用変化の影響を解析するためにセルロース分解試験およびリターバック試験を実施した。さらに、土壌酸性化速度に対する土地利用変化の影響を解析するため、パンライシメーター法によって深度別に土壌溶液を採取したこの結果、セルロースの分解速度はアブラヤシ農園>チガヤ草原>マカランガ二次林>アカシア二次林>天然林の順であった。天然林およびアカシア人工林においては土壌酸性度が有機物の分解を制限することを解明した。土壌炭素動態モデルを構築するにあたって必要となる分解速度パラメーターの抽出に成功した。また、土壌溶液組成を解析した結果、有機物の分解の速いアブラヤシ農園および窒素固定を行うアカシア二次林では硝酸化成によって土壌溶液は多量の硝酸を含んでおり、土壌酸性化が進みやすい傾向が観察された。研究成果の一部はEcological Research誌に論文として発表するとともに、日本森林学会において報告した。火災・伐採後の熱帯林は土地利用が急激に変化し、土壌劣化(土壌酸性化や有機物の減耗)が進行している。そこで、異なる土地利用条件における土壌炭素および酸性度の変動を観測し、有機物量を増加させ酸性化を緩和できる土地利用体系を抽出することを目的としている。インドネシア東カリマンタン州のムラワルマン大学ブキットスハルト演習林周辺の天然林、マカランガ二次林、アカシア二次林、チガヤ草原およびパームオイル農園において土壌中の有機態炭素の蓄積量、植物体リター(葉・根)の分解速度を観測した。また、土壌酸性化速度および要因を調べるため土壌溶液を採取・分析し、酸性化要因を解析した。この結果、土壌有機物炭素量はマカランガおよびアカシア二次林で最大となることを発見した。葉リター、根リターともに分解速度はチガヤ草原>マカランガ二次林>アカシア二次林>天然林の順であった。森林の草原化は初期に土壌炭素蓄積量の増加を引き起こすと考えられていたが、草原リターは分解しやすいために長期的な土壌炭素の蓄積量は小さいことが示された。さらに、土壌溶液の解析によって、アカシア二次林では草原条件よりも30年後の土壌pHが低下することを発見した。パームオイル農園では施肥窒素の硝酸化成によって、マメ科樹木であるアカシア二次林では硝酸化成によって土壌酸性化が急速に進行することが示された。以上の結果から、マカランガ二次林が土壌の有機物蓄積と酸性化緩和を両立しうることが示された。これまでの土壌酸性化に関する研究内容が評価され、日本土壌肥料学会の奨励賞を受賞した。また、日本生態学会では熱帯林の植物・土壌の相互作用に関するシンポジウムを開催し、海外の研究者とともに熱帯土壌の劣化に関する著書を執筆した。すでにフィールドにおけるサンプル採取を完了し、分析も順調に進んでいる。これによって、熱帯荒廃地の土壌劣化・回復プロセスにおける土地利用条件の解明が進んでいる。また、日本生態学会では熱帯林の植物・土壌の相互作用に関するシンポジウムを開催し、熱帯土壌の劣化に関する著書『大地の五億年』を執筆した。熱帯林の火災後に拡大した草原や人工林で深刻化している土壌劣化(栄養塩の溶脱・酸性化)を緩和できる土地利用技術を提案するため、中和剤として働く土壌有機物量に対する土地利用変化の影響を解明し、土壌の酸性化緩和を最大化できる土地利用シナリオを策定することを目的とした。土壌酸性化を緩和できる土壌有機物管理法を提案するため、インドネシア・東カリマンタン州の熱帯林の伐採・火災跡地において異なる土地利用条件(天然林、自然二次林(マカランガなど)、アカシア二次林、チガヤ草地、油やし農園)の土壌サンプル・土壌溶液を採取し、土壌有機物量および土壌酸性度に対する土地利用変化の影響を解析した。この結果、チガヤ草地では短期的に土壌有機物量が回復するものの長期的には継続しないこと、長期的には二次林における土壌有機物量の回復が最も大きいことを解明した。土壌中の窒素の形態変化に伴う酸発生量は、天然林、自然二次林、チガヤ草地で小さく、アカシア二次林、油やし農園で高かった。

アカシア二次林、油やし農園では、それぞれ窒素固定、窒素施肥によって土壌酸性化が加速することが示された。以上の結果をもとに、土壌の酸性化緩和を最大化できる土地利用シナリオを検討し、短期的にはチガヤ草地、長期的には自然二次林(アカシアを除く)が最も土壌酸性化の緩和に有効な休閑植生であることを解明した。この研究成果の一部を反映し、Springerから出版された熱帯林と土地利用変化に関する書籍の一章を執筆した。また、第十五回日本農学進歩賞を受賞した。熱帯林の火災後に拡大した草原や人工林で深刻化している土壌酸性化を緩和できる土地利用技術を提案するため、中和剤として働く土壌有機物量に対する土地利用変化の影響を解明した。インドネシア・東カリマンタン州の熱帯林において異なる土地利用条件を比較した結果、短期的にはチガヤ草地、長期的には二次林における土壌有機物量の回復が最も大きいことを解明した。土壌中の窒素の形態変化(硝酸化成)に伴う酸発生量は、アカシア二次林、油やし農園で高かった。以上の結果をもとに土地利用シナリオを検討し、短期的にはチガヤ草地、長期的には自然二次林(アカシアを除く)が最も土壌酸性化の緩和に有効な休閑植生であることを解明した。インドネシアでの現地調査は、東カリマンタン州・ムラワルマン大学とMOUを締結し、ブキットスハルト演習林において実施することができた。天然林、マカランガ二次林、アカシア二次林、チガヤ草原およびアブラヤシ農園の調査地を設置し、有機物の分解速度および土壌酸性化速度に対する土地利用変化の影響を解析する現地観測を開始した。研究成果の一部はEcological Research誌に論文として発表するとともに、日本森林学会において報告した。現場で収集したサンプルの分析の終了後、土壌有機物量と酸性化速度の関係を解析・予測し、有機物量を増加させ酸性化を緩和できる土地利用体系を抽出する。森林土壌学継続して現場観測を実施し、年間の有機物動態および土壌酸性化を定量評価するとともに、14Cトレーサーを用いた室内培養試験によって有機物分解パラメータを異なる条件で求め、有機物動態-土壌酸性化の予測モデルの構築に発展させる計画である。見積額と実際の金額に開きがあったため。インドネシア現地調査の期間を短縮し、次年度に研究内容の一部を繰り越した。このために次年度へ予算の一部を繰り越した。実験に用いる試薬購入の一部に充てる。インドネシアにおける土壌調査のための現地滞在期間を延長する旅費に充てる。
ニホンザル種内変異の形態学的研究

本研究においては、化石に見られる形態的変異の評価の参考とする事を目的に、日本国内において標本の豊富なマカク属のサル、そのなかでも野生由来の標本をかなり利用することのできるニホンザルを対象にして、化石として残りやすい歯牙及び顎の形態的変異を観察した。観察にもちいた資料は、主に京都大学霊長類研究所骨格資料室に保管されているニホンザルの骨格標本である。この資料の構成は、同研究所で飼育されていた個体の割合が多いが、屋久島や小豆島その他、日本各地で採集された野生由来のニホンザル標本も相当数含まれている。これらを対象にして、歯帯の発達、C6,C7などの副咬頭の出現、エナメルの異常などを観察した。たとえば、歯帯の発達などは、化石類人猿の研究でよく言及される特徴であるが、現生の同一種内でも、ほとんど現れない状態から明瞭に刻印された状態まで、かなりの変異が見られた。大臼歯の咬頭のエナメルがほとんど全面にわたって形成不全をおこしているような異常も幾つか観察された。また、歯牙以外にも、硬口蓋の前方にある切歯口などは、中新世類人猿と現生大型類人猿の関係を論じるさいに注目されている形質であるが、ニホンザルー種のなかでも、広く開口しているものから、前顎骨が口蓋突起とほとんど重なるくらいまで延びていて狭い隙間を通してしか口蓋側から鼻腔内が見えないものまで、相当の変異が存在することがわかり、化石でこの形質を解釈する際には慎重さを要する事が示唆された。霊長類進化の解明において,化石の研究は大きな役割を果たしているが,化石資料の中には,しばしば様々な形態的変異が含まれている。その変異が果たして種の違いを示してしるものなのか,あるいは単に種内変異にとどまるものなのかを決めるのは,しばしば難しい。たとえば,ケニア共和国ルシンガ島から発見された初期類人猿プロコンスル属の資料はサイズの点でいちじるしい変異を含んでおり,伝統的にはサイズの違う2種が認められているものの,オスとメスのあいだの性差のひじょうに大きい1種しかないと主張する研究者もいる。このような状況を考えると現生霊長類に見られる種内変異の研究が重要になるのである。化石としてもっとも残りやすいのは歯牙であるため,歯牙形態の種内変異を押さえることが肝要である。ヒト以外の霊長類のなかでもっとも多くの標本が使用できるのはニホンザルであることから,本研究ではニホンザルの歯牙形態に重点をおいて種内変異を調べることにした。本年度は,京都大学霊長類研究所に保管されているニホンザル(Macaca fucata)の骨格標本を対象にして,マカカ属の他種もときおり参照しながら,主として歯牙の非計測項目の観察をおこなった。副次的咬頭の出現,舌側歯帯・頬側歯帯の発達,異常な咬頭や歯の出現,萌出の以上などを観察対象とした。本年度はまだ非計測的形質の評価基準を検討する段階にとどまったが、観察の過程で,第四大臼歯の萌出など興味深い事例も得られた。次年度は,本年度の作業をもとに,ニホンザル歯牙形態の変異の調査を非計測・計測の両面から進める予定である。
レーザー照射象牙質面に対する歯根膜由来線維芽細胞の付着に関する研究

本研究は,象牙質面へ各種レーザー照射を行ったのち,照射象牙質面への線維芽細胞の付着について観察することにより,根尖切除術への応用の有用性を検討することを目的としている.まず,う蝕や歯周疾患のないヒト抜去臼歯の根中央部歯根膜を滅菌メスで擦過し,得られた歯根膜をDMEM添加コラーゲン中で初代培養した.一方,抜去歯は抜髄根管拡大を施した後,歯根軸に垂直に23mm厚でスライスした象牙質ディスクを作製した.その切断面をダイヤモンドF,G(F204)で仕上げ研磨した.細胞の播種は,象牙質ディスクの上部に線維芽細胞入り培養液を注いで行い1,2,4,7日の培養を行った.象牙質ディスクを取り出して固定後,凍結乾燥,蒸着の後,ディスクに付着した線維芽細胞をSEMにて観察,計測しコントロールとした.実験群はレーザー照射を象牙質ディスクに非接触下にて行い,Nd:YAGレーザー(歯科用Nd:YAGレーザー手術装置Opelaser Nd2;株式会社ヨシダ・吉田製作所)群では100mJ 10pps 1w 1秒,20pps 2w 1秒,30pps 3w 1秒およびC0_2レーザー(炭酸ガスレーザー装置Panalas C10;松下産業機器社製)群ではモードSP,1w3秒,2w3秒の照射を行った.この照射ディスクを用い同様に培養を行ったところ,コントロール同様細胞の付着増殖を認めた.現在コントロールとの比較を詳細にわたり行っており,今後結果総括するとともにレーザの照射条件をさらに増やして検討を継続する予定である.本研究は、レーザーを象牙質面に照射した場合、歯根膜由来線維芽細胞が付着する数や状態の相異を非照射象牙質と組織学的に比較するものである。さらにレーザー各種の相違を調べることにより、各レーザー特有の創傷治癒と機能的な組織再生の違いを知り、根尖切除術等への応用の有用性を検討することを目的としている。今年度はヒトのう蝕や歯周疾患のない新鮮抜去歯(臼歯)を入手し、抗生剤含有培養液中で実験開始まで4°Cで保存した。その後、根中央部1/3の歯根膜を滅菌メスにて剔削して得られた歯根膜を10mmディッシュに静置し、DMEM-FBS中にて初代培養を行った。outgrowthした細胞を同様の培養で継代培養を行い、45継代のものを実験に供した。歯は抜髄を通法に従って行い、根管拡大まで行った後、EXAKT製バンドソーにて歯軸に直角に2mm厚でスライスし象牙質ディスクを作製した。その後ダイヤモンドで切削したもの(ダイヤモンドFG204:松風)、切断面を仕上げ研磨したもの(ダイヤモンドFGF204:松風)の2群を設けた。その象牙質ディスクを24well plateに入れ、線維芽細胞を1×105/ml浮遊した溶液を上部から注いだ。その後週3回の培地交換を行い、1,3,7,14日の培養を行ったのち、10%中性緩衝ホルマリンにて固定し、そのスライスした歯根に付着した線維芽細胞数を顕微鏡にて測定観察した。これをコントロールとした上で、次年度はNd : YAGレーザーおよぴCO_2レーザーを象牙質面に照射した場合のものを比較検討する予定である。本研究は,象牙質面へ各種レーザー照射を行ったのち,照射象牙質面への線維芽細胞の付着について観察することにより,根尖切除術への応用の有用性を検討することを目的としている.まず,う蝕や歯周疾患のないヒト抜去臼歯の根中央部歯根膜を滅菌メスで擦過し,得られた歯根膜をDMEM添加コラーゲン中で初代培養した.一方,抜去歯は抜髄根管拡大を施した後,歯根軸に垂直に23mm厚でスライスした象牙質ディスクを作製した.その切断面をダイヤモンドF,G(F204)で仕上げ研磨した.細胞の播種は,象牙質ディスクの上部に線維芽細胞入り培養液を注いで行い1,2,4,7日の培養を行った.象牙質ディスクを取り出して固定後,凍結乾燥,蒸着の後,ディスクに付着した線維芽細胞をSEMにて観察,計測しコントロールとした.実験群はレーザー照射を象牙質ディスクに非接触下にて行い,Nd:YAGレーザー(歯科用Nd:YAGレーザー手術装置Opelaser Nd2;株式会社ヨシダ・吉田製作所)群では100mJ 10pps 1w 1秒,20pps 2w 1秒,30pps 3w 1秒およびC0_2レーザー(炭酸ガスレーザー装置Panalas C10;松下産業機器社製)群ではモードSP,1w3秒,2w3秒の照射を行った.この照射ディスクを用い同様に培養を行ったところ,コントロール同様細胞の付着増殖を認めた.現在コントロールとの比較を詳細にわたり行っており,今後結果総括するとともにレーザの照射条件をさらに増やして検討を継続する予定である.
下肢慢性浮腫を有する高齢者へのケア支援機器のトランスレーショナルリサーチ

長時間座位保持高齢者にみられる下肢慢性浮腫に対して振動を加えることによる浮腫軽減効果を検証した。特別養護老人ホーム入居中の高齢者を対象とした。介入群には15分/回の加振を1日3回2週間継続した。介入群(7名)において浮腫の程度が対照群(7名)と比較して軽減した者は2名、不変の者は4名、増悪した者は1名であった。軽減した2名において他の5名と比べて介入前の浮腫の重症度が高いという特徴がみられた。下腿から足部にかけて皮下組織に組織間液の貯留がみられる圧痕性の明らかな浮腫がある対象において、振動による浮腫軽減効果が得られやすい可能性がある。本研究は、加齢に伴う現象であり、緩和ケアの必要がない症状として放置されている高齢者の下肢に発症する慢性浮腫軽減を目指して、振動条件を決定後、臨床評価を行うことを目的にしている。平成26年度は振動の加振条件の決定と看護工学の手法を用いた慢性浮腫の非侵襲的・リアルタイム評価法を健康成人を対象として検討した。健康成人5名を対象に加振器(47Hz-15分)の振動方向の違いが、加振後30分間の下腿大伏在静脈環流に及ぼす影響を超音波診断装置にて検討した。その結果、安静臥床のみ(対照)と比べ、加振すると静脈環流は増加することが明らかになった。その一方で、振動の方向(縦方向・横方向)による違いは認めなかった。以上から、臨床評価における加振器の配置は、対象の好み、またはその場の環境によって選択しても良いとした。続いて、加振後前後の浮腫の軽減を示す超音波診断画像を用いて組織間液を評価する方法を、核磁気共鳴画像の緩和速度(R2)と比較することで明らかにした。R2はすでに身体の水分の客観的測定法として広く使用されている。下腿に浮腫がある健康女性13名を対象に行った。加振前後に超音波画像、核磁気共鳴画像を取得し、浮腫軽減状態と浮腫状態の値の変化を求め、その相関係数を求めた。その結果、超音波画像では、介入前後で皮下組織のエコー輝度の変化が観察され、エコー輝度48-144諧調の範囲のみで⊿R2と相関があった(r=-0.63 and p< 0.01)。以上から、臨床における皮下組織の組織間液評価を超音波診断画像のエコー輝度48-144諧調で行うことを可能とした。本研究は、加齢に伴う現象であり緩和ケアの必要がない症状として放置されている高齢者の下肢に発症する慢性浮腫軽減を目指して、振動の効果を臨床評価することを目的にしている。平成27年度は特別養護老人ホーム入居中の65歳以上の高齢者を対象として2つの調査を実施した。対象の適応基準は、下肢に2週間以上の持続した浮腫を有し、1日の起床から就寝までの時間のうち座位で過ごす時間が長い65歳以上の高齢者とした。1夜間を含めた変化の縦断的観察研究では、朝、夜、翌朝に浮腫の観察を行い、評価項目は下肢周囲径、圧痕の程度、皮下組織の組織間液貯留状態とした。各測定時点の評価項目の変化を検討した。夜間臥床による浮腫の程度変化に関して高齢者13名を対象とし調査した結果、下肢周囲径相対値は全測定部位において日中増加し夜間臥床により減少した。足背、足関節、下腿遠位では全測定で圧痕2+以上の浮腫がみられ、半数以上で皮下組織に組織間液貯留が観察された。2振動による浮腫軽減効果に関するランダム化比較試験では、介入群には振動周波数47Hz、水平振動加速度1.78m/s2、15分/回の加振を1日3回2週間継続した。その結果、振動による浮腫軽減効果に関して、介入群(7名)において浮腫の程度が対照群(7名)と比較して軽減した者は2名、不変の者は4名、増悪した者は1名であった。軽減した2名において対象特性に特徴は見られなかったが、他の5名と比べて介入開始前の浮腫の重症度が高いという特徴がみられた。また、加振により活動性の向上や睡眠の改善が本人または施設職員から報告された高齢者もいた。以上から、下腿から足部にかけて皮下組織に組織間液の貯留があり圧痕性の明らかな浮腫がある高齢者においては、振動による浮腫軽減効果が得られやすい可能性があることが示唆された。

交付申請書において、平成26年度は第1段階として、健康成人を対象として振動の加振条件の決定と看護工学の手法を用いた慢性浮腫の非侵襲的・リアルタイム評価法を行い、第2段階として下肢慢性浮腫を有する高齢者に決定した内容をもとに振動を負荷し、その決定内容の妥当性と安全性を評価する予定であった。第1段階は達成したが、第2段階の下肢慢性浮腫を有する高齢者選定に必要な実態調査に時間を要したため、第2段階を実施することができなかった。基礎看護学前述した第2段階の下肢慢性浮腫を有する高齢者選定に必要な実態調査を6月末までに完了する。その後、加振後の安全性が確認できた対象者に対し、加振を負荷する事前事後設定デザインの臨床研究を開始する(n=10)。事前事後設定結果および対象者のリクルート状況により、その後の臨床評価デザインをRCTからクロスオーバー試験に変更するか否かを考慮する。
コア・カリキュラムに準拠したPBLシナリオ作成システムの構築と評価

平成17年度は、偏りの無いシナリオを医学生に提供できるシステムの開発を行い,シナリオ作成の支援をするために,シナリオを作成・蓄積できる環境やシナリオ作成に関するFace to Faceの会議を支援するために,事前にシナリオ作成に関する情報を共有する環境を整えるためのシステム開発を行い,評価を行った.その結果,シナリオ作成・蓄積する環焼に関しては,高い評価が得られた.また,従来のシナリオの作成方法では,シナリオライターが事務に作成したシナリオを渡すときに起きていたトラブルが今回は起こらなくなり事務の負担が軽減できた.しかし,Face to Faceの会議を支援する環境としてシナリオアドバイスを行う掲示板はあまり利用されなかった.今後,利用するための支援を考えていく必要がある.これらの支援により,PBLにおけるシナリオ作成支援を行ったが,まだまだ不十分であると考えられる.そこで,偏りの無いシナリオを作成するために,過去のシナリオから臨床項目辞書を作成し,新たに登録するシナリオにどの臨床項目が足りないかシナリオライターに知らせるシステムの構想について述べた.今後,このシステムを構築し,シナリオライターに実際に使用してもらい,シナリオ作成の負担を減少できるか評価したいと考えている.さらに,今回述べた方法では,臨床項目の抜き出しに誤りが含まれるために,誤りを減らす方法についても検討していきたい.また,過去のシナリオの分析数を増やし臨床項目辞書をブラッシュアップさせていくことも重要であると考えている.平成17年度は、偏りの無いシナリオを医学生に提供できるシステムの開発を行い,シナリオ作成の支援をするために,シナリオを作成・蓄積できる環境やシナリオ作成に関するFace to Faceの会議を支援するために,事前にシナリオ作成に関する情報を共有する環境を整えるためのシステム開発を行い,評価を行った.その結果,シナリオ作成・蓄積する環焼に関しては,高い評価が得られた.また,従来のシナリオの作成方法では,シナリオライターが事務に作成したシナリオを渡すときに起きていたトラブルが今回は起こらなくなり事務の負担が軽減できた.しかし,Face to Faceの会議を支援する環境としてシナリオアドバイスを行う掲示板はあまり利用されなかった.今後,利用するための支援を考えていく必要がある.これらの支援により,PBLにおけるシナリオ作成支援を行ったが,まだまだ不十分であると考えられる.そこで,偏りの無いシナリオを作成するために,過去のシナリオから臨床項目辞書を作成し,新たに登録するシナリオにどの臨床項目が足りないかシナリオライターに知らせるシステムの構想について述べた.今後,このシステムを構築し,シナリオライターに実際に使用してもらい,シナリオ作成の負担を減少できるか評価したいと考えている.さらに,今回述べた方法では,臨床項目の抜き出しに誤りが含まれるために,誤りを減らす方法についても検討していきたい.また,過去のシナリオの分析数を増やし臨床項目辞書をブラッシュアップさせていくことも重要であると考えている.
芳香族類への触媒的重水素導入法の開発と応用

1.ビニル型塩化物を用いた重水素化反応(基質適用範囲の検討):パラジウムーアレーン相互作用が生じうることに加えてかさ高い構造を有する配位子前駆体の適用が優れた触媒活性の発現に有効であることが明らかとなった。最適な配位子前駆体と反応条件を用いて基質適用範囲の検討を行った。置換基による立体障害や電子的な影響にも収率や選択性が左右されることが少なく、複素環類を含む高難度の基質や生物活性物質の主要骨格を含有する基質などに対して適用可能であった。2.ビニル型ノナフラート対する脱酸素型重水素導入法の検討:アルケンに対する脱酸素型による重水素導入を開発するにあたり反応性に優れるノナフラートを用いて触媒系の検討を行った。その結果、ホスフィン系配位子とパラジウム錯体の組み合わせにおいて重水素導入が円滑に進行することを見いだした。一方、スルファメートを基質とする検討も計画したが、基質合成において良好な結果を得ることが難しく開発を断念した。3.ビニル型ノナフラートを用いた重水素化反応(基質適用範囲の検討):優れた効果を示したホスフィンーパラジウム触媒系を用いて基質適用範囲の検討を行った。本手法においても、置換基による立体障害や電子的な影響により収率や選択性が低下するとはなく、複素環を含む基質や生物活性物質に由来する基質などに対しても優れた効率性で重水素を導入することが可能であった。また、医薬品の合成中間体を基質とした場合にも優れた選択性で目的とする重水素化体を得ることに成功した。1.含窒素複素環カルベンを母核とする準安定型配位子の開発:本配位子群の前駆体開発においては、置換基の種類により合成効率が低下するという事態が生じた為に、合成反応の条件を再度最適化することになった。種々検討を行うことにより、立体障害や電子的影響を与える置換基が存在する場合にも中間体や配位子前駆体を良好な収率で得ることが可能となった。これらの配位子前駆体は、安価ではあるが反応性に乏しい有機塩化物を基質に用いた重水素導入反応の開発に適用した。2.芳香族塩化物を基質とする重水素化反応の検討:芳香族塩化物を基質に用いて準安定型配位子の効果を検証した。基本的には、どのような置換基が付いていても触媒性能の向上が観測された。入念な検討を行うことにより、パラジウムーアレーン相互作用を比較的安定に生じうる構造を持つ配位子前駆体が特に優れた効果を与えることが明らかとなった。ヘテロ原子の配位効果による触媒性能の向上は頭打ちが生じた為に、こちらの効果を主とした改良を主軸におくことにした。3.塩素以外を脱離基とする重水素化反応の検討:豊富に存在するフェノールやアニリン類を基質として用いるべく、それぞれの誘導体を合成して検討を行った。種々反応条件の検討を行ったところ、フェノール類においては脱離能が比較的大きくなるように修飾することにより、所望の反応が進行することを見いだした。また、アニリン類に関しては、高い反応性を有するジアゾニウム塩に誘導しても端緒が得られておらず、さらなる検討が必要な状態にある。準安定型配位子の開発は着実に進行しており、反応の検討も十分に端緒が開けるような結果を得ることに成功している。1.芳香族塩化物を基質とする重水素化反応(基質適用範囲の検討):パラジウムーアレーン相互作用を比較的安定に生じる構造を持つ配位子前駆体を用いて基質適用範囲の検討を行った。多様な官能基が共存可能であることが明らかとなり、複素環骨格をもつ基質に対しても広い一般性が得られた。さらに、多様な官能基を複数有する生物活性物質を基質として用いたときにも問題なく反応は進行し、合成工程の終盤においても十分な活用が可能であることが示された。2.フェノール誘導体を用いた重水素化反応(スルファメート型基質):豊富に存在するフェノール類を活用するために、スルファメートに誘導して重水素化を試みた。スルファメートを足掛かりとする優れた合成的応用が知られているが、パラジウムなどの遷移金属に対して不活性であるためにニッケル触媒を用いて検討を行った。芳香族塩化物に対して用いた配位子前駆体の構造を基盤として構造最適化を行うことにより、スルファメートに対しても有効な触媒系の確立に成功した。3.フェノール誘導体を用いた重水素化反応(ノナフラート型基質):スルファメートに対して有効な触媒系の確立に時間を要したことから、反応性に優れるノナフラートを基質としたフェノール類の活用を平行して試みた。ホスフィン系配位子を用いることによりパラジウム触媒存在下においてノナフラートの良好な変換が可能であることを見いだした。トリフラートの適用も試みたが、基質の分解が観測されたことからトリフラートを用いた反応条件の最適化は断念した。反応条件の最適化が概ね順調に進行しており、目的とする反応の1つについては優れた基質一般性の確立にも成功した。1.フェノール誘導体を用いた重水素化反応(スルファメート型基質:基質適用範囲の検討):高い有効性を示した金属ーアレーン相互作用を生じやすい配位子前駆体を用いて基質適用範囲の検討を行った。本反応系においても優れた官能基共存性を確立することに成功し、還元を受けやすい官能基に加えて複素環骨格を有する基質に対しても有効であることを確認した。

反応機構に関する検討においては、ラジカル捕捉剤共存下においてもニッケル触媒の性能が減ずることはなく、一電子移動型の機構は経ていないことが示唆された。2.フェノール誘導体を用いた重水素化反応(ノナフラート型基質:基質適用範囲の検討):優れた効果を示したホスフィンーパラジウム触媒系を用いて基質適用範囲の検討を行った。種々の検討結果より、オレフィンやエポキシといった還元されやすい官能基から副反応が生じることもなく、多様な官能基が共存可能であることが明らかとなった。また、複素環類や天然物由来の分子骨格を含む基質に対しても広い一般性が得られた。本反応系においても先と同様の検討を行い、一電子移動型の機構は経ていないという示唆を得た。3.ビニル型塩素化物を基質とする重水素化反応の検討:ビニル型塩素化物を基質に用いて種々の配位子を検討したところ、パラジウムーアレーン相互作用を生じうる配位子前駆体を用いたときに優れた収率と選択性で目的物を与えることを見いだした。現時点では、芳香族塩化物を基質とする反応系と類似した傾向が確認されており、さらなる検討により優れた一般性の確立が期待される。今後は、反応条件最適化に加えて基質適用範囲に関する入念な検討を行う予定である。これまでに得た条件最適化の情報を基盤として適用可能な基質の種類を拡張することに成功した。1.ビニル型塩化物を用いた重水素化反応(基質適用範囲の検討):パラジウムーアレーン相互作用が生じうることに加えてかさ高い構造を有する配位子前駆体の適用が優れた触媒活性の発現に有効であることが明らかとなった。最適な配位子前駆体と反応条件を用いて基質適用範囲の検討を行った。置換基による立体障害や電子的な影響にも収率や選択性が左右されることが少なく、複素環類を含む高難度の基質や生物活性物質の主要骨格を含有する基質などに対して適用可能であった。2.ビニル型ノナフラート対する脱酸素型重水素導入法の検討:アルケンに対する脱酸素型による重水素導入を開発するにあたり反応性に優れるノナフラートを用いて触媒系の検討を行った。その結果、ホスフィン系配位子とパラジウム錯体の組み合わせにおいて重水素導入が円滑に進行することを見いだした。一方、スルファメートを基質とする検討も計画したが、基質合成において良好な結果を得ることが難しく開発を断念した。3.ビニル型ノナフラートを用いた重水素化反応(基質適用範囲の検討):優れた効果を示したホスフィンーパラジウム触媒系を用いて基質適用範囲の検討を行った。本手法においても、置換基による立体障害や電子的な影響により収率や選択性が低下するとはなく、複素環を含む基質や生物活性物質に由来する基質などに対しても優れた効率性で重水素を導入することが可能であった。また、医薬品の合成中間体を基質とした場合にも優れた選択性で目的とする重水素化体を得ることに成功した。配位子前駆体をはじめとする反応系の基礎を確立したことを基盤として、効率性や一般性の向上をはかると共に実践的合成を指向した応用的展開へも挑戦する。目的反応のすべてについて広い基質一般性の確立をはかると共に、実践的合成を指向した応用的展開へも挑戦する。官能基共存性等を向上させうる新たな有用知見を基盤として基質適用範囲の拡張と充実をはかる。研究計画の一部が予想外の展開となった為に研究費の繰り越しが生じた。研究計画の一部が予想と異なる展開となったことから研究費の繰り越しが生じた。(次年度への繰り越しの理由)
ロンバート効果を考慮した高レベル雑音環境下での音声認識手法の開発

本研究ではロンバート効果により生じる主としてフォルマントの遷移が認識に及ぼす影響を取り除き、かつ一般の低品質音声の高精度認識を行なうための手法の開発を目的としている。本研究で得られた主要成果は以下のようである。1)ロンバート効果によるフォルマントの遷移には一定の傾向がある。それを、考慮して、スペクトルのパターンマッチングを行なうときに周波数領域において一定制限窓内でDPマッチングを行なう手法を開発した。2)本手法によれば、SN比が0dB前後の低品質音声の場合に約5%の認識率の向上が達せられる。3)雑音抑圧の手法として、音声波の自己相関関数の原点を取り除き、両側から外挿し、その自己相関関数に線形予測分析を適用する手法を考案した。本手法により従来の手法に比べて、0dB付近で1020%の認識率の向上を達成した。今後1)と3)の手法を組み合わせ、より耐雑音性に優れた手法を追究する必要があろう。
レーザ加熱により高度なスロットリングを実現する宇宙機用の固体マイクロ推進機

作動の中断と再開を含めたスロットリングをレーザ加熱により実現するマイクロスラスタを提案し,性能評価と現象解明を行った.これまでの研究で,レーザ加熱開始直後の燃焼室圧力が低く,点火遅れが生じたため,本研究では,レーザ透過窓と固体推進薬とを密着させた0.1 N級の試作機を製作した.その結果,1)提案するマイクロスラスタでは,レーザのOn/Offにより作動の開始と中断ができること,2)窓の材質により燃焼の安定に影響すること,3)比推力は最大140秒になることを示した.また,レーザ加熱により燃焼が維持しているときの固体推進薬の温度分布を測定し,窓の材質により燃焼の安定性が影響する原因を明らかにした.当該年度は,提案する推進機,すなわち,作動の中断と再開を含めたスロットリングをレーザ加熱により実現するマイクロスラスタの試作評価を行った.はじめに,スロート直径を0.25平方ミリメートル,設計推力室圧力を0.3 MPaとしてマイクロスラスタを試作した.その結果,簡易真空容器内の実験において,推力生成の中断と再開をレーザ加熱により調整できた.一方で,燃焼が不安定で,12Hz程度の周波数でピーキーな推力生成が繰り返し認められた.この原因を解明するために,レーザ導入窓付きのストランドバーナを用いて,燃焼速度と雰囲気圧力の相関を調べたところ,0.180.5 MPaの領域にて燃焼が不安定となった.そこで,性能と推力が若干低下するが,ノズルのスロート断面積を0.75平方ミリメートルにまで拡大し,設計推力室圧力を0.03 MPaとし,また燃焼室体積を大きくすることにより燃焼の安定化を図った.その結果,不安定性を完全に無くすには至らなかったが,レーザ照射から燃焼の開始までの遅れを短縮し,推力の変動周波数を低下させ比較的安定した推力生成を実現するに至った.なお,以上の成果は,アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼで開催された49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibitと神奈川県相模原市にて開催された宇宙輸送シンポジウムにて発表している.提案する推進機,すなわち,作動の中断と再開を含めたスロットリングをレーザ加熱により実現するマイクロスラスタの実現を目指し,性能向上と燃焼の安定化に資する試作評価を行った.平成25年度において,ノズルのスロート断面積を0.75平方ミリメートル,設計推力室圧力を0.03 MPaとしたところ,不安定であったものの以前の推進機より安定した燃焼が得られていた.これを踏まえ,平成26年度も同じスロート断面積と設計推力室圧力としつつ, 1)ヒートロスと燃焼の反応に関係する特性燃焼室長L*,2)固体推進薬と接し点火に影響を与えるレーザ導入窓の材質,3)レーザヘッドの移動速度,4)推進薬の配合比をパラメータとして推力測定実験を行った.その結果,カーボンブラックを0.5%混ぜた固体推進薬を用いてレーザヘッドの移動速度を0.40.55 mm/sとすることにより安定した燃焼が得られ比推力は96秒となった.カーボンブラックの配合比を0.05%にまで低下させると,着火遅れ時間が増加し燃焼が不安定となるが,比推力は146秒となった.また,レーザ透過窓をアクリルにした場合は安定した燃焼が得られ性能も高くなったが,エポキシにすると性能が低下し燃焼が不安定になった.固体推進薬の場合,燃焼反応が燃焼面近傍で完了するため,長い推力室は不要であり,むしろ燃焼室の大型化はヒートロスを招くため,特性燃焼室長L*は小さいほど性能が高くなると予測された.しかし,推力測定の結果,比推力は,L*=3.0 mのときに107秒,L*=1.5 mのときの85秒と予想に反する結果となった.このことから,提案する推進機のような0.03 MPaクラスの低推力室圧力では,従来の固体推進機とは異なり,燃焼反応が燃焼面近傍で完了していない可能性がある.以上ように,平成26年度において,安定燃焼を実現し性能とその特性を評価するに至っている.作動の中断と再開を含めたスロットリングをレーザ加熱により実現するマイクロスラスタの実現を目指し,性能向上と燃焼の安定化に資する試作評価を行ってきた.平成26年度において,ノズルのスロート断面積を0.75平方ミリメートル,設計推力室圧力を0.03 MPaとしたところ,推進機より安定した燃焼が得られた.そこで,平成27年度も同じスロート断面積と設計推力室圧力としつつ,1)固体推進薬と接し点火に影響を与えるレーザ導入窓の材質,2)サーモグラフィーを用いた推進薬の温度分布測定を行った.カーボンブラックを0.5%混ぜたHTPB/AP推進薬を用いていてレーザヘッドの移動速度を0.31.0 mm/sとした.また,レーザ透過窓には,耐熱性とレーザ透過率の観点からPMMA(アクリル樹脂)とPC(ポリカーボネート)を用いて性能を比較した.推力実験の結果,PMMAもPCも比推力は100130 s程度でほぼ同等であったが,燃焼の安定性が変化した.すなわち,PMMAでは,レーザ照射後5秒程度で点火し,推力室圧力は0.06MPaと設計値より高くなるが,その後約0.04 MPaで安定していた.一方で,PCをレーザ透過窓にすると,燃焼の開始と中断を繰り返し不安定になった.

PC窓を用いたとき不安定な燃焼になった理由を解明するため,サーモグラフィーを用いて,推進薬とレーザ導入窓の温度分布を測定した.PC窓では, PMMA窓に比して燃焼面の温度が低く,また,推進薬に接している窓が高温になっていた.実験後目視で確認したところ,PC窓には黒色のフレークが付着していた.よって,PC窓では,黒色のフレークによりレーザ加熱が阻害され,燃焼が中断し結果として不安定な燃焼が生じたと考えられる.以上のように,試作機の性能を評価し,安定した作動が可能であることを実証し,サーモグラフィーにより不安定燃焼の原因を明らかにした.作動の中断と再開を含めたスロットリングをレーザ加熱により実現するマイクロスラスタを提案し,性能評価と現象解明を行った.これまでの研究で,レーザ加熱開始直後の燃焼室圧力が低く,点火遅れが生じたため,本研究では,レーザ透過窓と固体推進薬とを密着させた0.1 N級の試作機を製作した.その結果,1)提案するマイクロスラスタでは,レーザのOn/Offにより作動の開始と中断ができること,2)窓の材質により燃焼の安定に影響すること,3)比推力は最大140秒になることを示した.また,レーザ加熱により燃焼が維持しているときの固体推進薬の温度分布を測定し,窓の材質により燃焼の安定性が影響する原因を明らかにした.平成26年度において,1)提案する推進機の安定作動の実現,2)推進薬の配合比,窓材質,燃焼室特性長L*をパラメータとした性能特性の評価,3)固相の温度測定に資するサーモグラフィーカメラの購入とストランドバーナの改良を行ってきたが,順調に推移しているといえる.その理由として以下に挙げられる.1)について,安定作動は本研究において最も困難且つ重要な事項であった.というのも,固体推進機の燃焼ガス中には煤などの固体生成物が存在し,窓に付着することによってレーザを散乱させるためである.この問題に対し,敢えて分解温度が低いアクリルを窓にすることにより,燃焼ガスによってアクリルを分解し汚れをアクリルごと除去することを着想し,実験を行ったところ,安定した燃焼を得ることができた.2)については,本研究のように固体推進薬を低圧力下で燃焼させる前例はなく,特性室特性長L*への比推力の依存性は未知のままであったが,L*が影響することが明らかとなり,低圧力環境下におけるレーザ支援燃焼が従来の高圧下における燃焼と特徴が異なることが示された.これにより,推進機の性能向上に資する指針の一端が詳らかになったと言える.3)の固相の温度測定および燃焼表面観察は,性能向上の指針を得るために不可欠であるが,昨年度までに,サーモグラフィーカメラの選定とストランドバーナの改造など,計測に必要となる準備をほとんど完了するに至っている.以上のように,安定燃焼の実現,試作機を用いた性能評価,温度測定や観察による内部現象解明のための準備を進めることができた.よって,本研究は,おおむね順調に推移していると判断する.27年度が最終年度であるため、記入しない。宇宙推進工学これまでの研究状況に鑑み,平成27年度は,1)推進薬の配合比と形状,2)レーザ透過窓の材質並びに形状,3)ノズル形状,をパラメータとして性能向上を図る.また,点火遅れ,不安定燃焼が生じる原因を明らかにするために, 4)燃焼中の固体推進薬の固相における温度測定,5)燃焼面の高速度カメラによる観察を行う.
輸血適合試験の自動化に向けた誘電泳動と気液二相流による粒子操作手法の開発

昨年度までに、血液を希釈するための基本的な手法は確立しているため、今年度は実際に全血を希釈することと、希釈後に行う種々のプロセスについて検討し、最終的に1枚のチップに統合することでデバイスを完成させた。血液の希釈に関しては、希釈にオレイン酸液滴を使用すると、オレイン酸と赤血球が反応して溶解する現象が確認されたことから、オレイン酸に変わって気泡を使用した。また、希釈後の溶液を時空間的に均質化するために、カオス流を生成するチャンバーを作製した。チャンバーの下流では希釈血液と気泡を分離するためのセパレーター、および希釈血液と試薬を反応させるためのチャンバーを設け、チャンバーには試薬を保持するためのキャピラリーバルブを設置した。さらに、試薬と血液との反応を目視で確認できるようにするために、複数種類のチャンバーを作製し、チャンバー内のスリットにおいて、試薬との反応により凝集した赤血球をトラップする機構を開発・最適化した。血液の希釈度合は、血液・希釈溶液(PBS)・気泡の流量を制御することで変化させ、反応・検出に最適な希釈度合を検討した。その結果、全血を約5倍に希釈することで最適な検出結果を得られることが明らかになった。また、最適化をしたチャンバー内で試薬と希釈血液を反応させた結果、赤血球凝集度が非常に低い場合においても目視で凝集の有無を確認できることを示した。最終的に、開発・検討した各プロセスを1枚のチップ上に統合したデバイスを用いて血液型判定実験を行い、5分程度で、目視で検査結果を得られることを示した。平成28年度は本研究課題の初年度であり、最初に濃厚分散系の基本的な挙動や不均一電場印加による影響、異相界面との接触による影響の見積もりを行った。また、微粒子の挙動は接触する相の化学的・物理的性質の影響や形状的な影響も受けると予想されたことから、サイズの異なる気泡や油滴を様々な流動速度で微粒子と接触させ、その挙動を観察した。以上から得られた知見を基に、赤血球を希釈することが可能なマイクロ流体デバイスを設計・製作し、蛍光色素・蛍光粒子を用いてデバイスの希釈性能および希釈メカニズムの調査を行った。以下に、各実施項目の詳細を記す。濃厚分散系への不均一電場印加:分散している微粒子に誘電泳動力を作用させるため、ガラス基板上に電極を作製したマイクロデバイスを用いて微粒子に不均一電場を印加し、微粒子を集積可能であることを確認した。微粒子と気泡・液滴との接触挙動の観察:ある溶媒中に分散している微粒子と、気泡もしくは油滴を接触させ、微粒子の挙動を観察した。当初の予想に反して微粒子は界面に凝集しないことが明らかになった。ただし、気泡や液滴が衝突することにより微粒子が移動することが確認できたため、マイクロチャネル内における気泡や液滴の流動を微粒子の希釈に利用する方法の検討を行った。分散微粒子の希釈デバイス:単一デバイス内で微小な気泡・液滴の生成およびその流動による分散系の希釈を行った。実験ははじめに蛍光色素を用いて行い、次に蛍光粒子を用いた実験を行った。実験より、気泡・液滴の流動により効果的に分散系を希釈することが可能であることを明らかにした。本年度はマイクロ流体デバイス内において、微粒子の誘電泳動による操作など、基本的な微粒子の挙動を把握することができた。気泡または液滴界面における微粒子の挙動は当初予想していたものとは異なるが、新たに明らかになった性質を利用することにより効果的な希釈を実現することができた。この結果は、先行研究において明らかになっていた気泡・液滴による色素(インク)の混合(希釈)促進と類似のメカニズムにより粒子の混合(希釈)が可能であることを示している一方で、混合(希釈)対象が色素と粒子の場合で挙動に差異があることも示している。色素と粒子では分子(粒子)サイズや濃度が大きく違い、混合(希釈)メカニズムも異なることが予想されることから、精確な希釈を行うためには粒子特有の希釈メカニズムの解明が必要であることが明らかになった。平成29年度は本研究課題の2年目であり、平成28年度に得られた基礎的な知見を基に、混合・希釈の対象である液体に対して混ざり合わない(イミシブルな)流体を様々な条件で混入させた場合の混合・希釈現象を実験的に明らかにした。なお、実験では混合・希釈対象として拡散係数の大きく異なる(すなわち、現象が大きく異なると予想される)、色素および粒子を使用し、イミシブルな流体としてはオレイン酸および空気を使用した。これらの条件において混合・希釈特性を十分に把握した後に、血液を用いた混合・希釈実験を行い、これまでの実験との差異は見られたものの混合・希釈の有効性を確認した。混合・希釈における拡散係数の影響:本研究で開発したマイクロ流体デバイスでは、混合・希釈する2液体とイミシブルな流体が合流部において接触する。本年度は、合流する2液体の流速、イミシブルな流体が合流する頻度(周波数)および流量、合流部の形状を変化させて実験を行った。これらの実験より、イミシブルな流体が合流する頻度が高く、合流部におけるイミシブルな流体の占有率が高いほど混合・希釈が促進し、また、混合・希釈の促進は合流部において顕著であることが明らかになった。