hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラン藻ATP再生系を用いるグルタチオン生産

1.大腸菌グルタチオン生合成遺伝子(gshI,gshII)の取得および生合成能強化大腸菌株の作成:配列既知の大腸菌gshI,gshII遺伝子の両端をプライマーとしてオリゴヌクレオチドを合成し,PCR法により両遺伝子を増幅し,発現ベクターpuc18へ挿入後,MV1184株へ形質転換し,グルタチオン生合成能強化大腸菌株を作製した。作製した強化株は野性株と比べてGSH-Iで21.5倍、GSH-IIで475倍にまで活性が上昇した。2.生合成能強化大腸菌株の膜透過性付与: 0-10%トルエン中,25°C,1hrで強化大腸菌株を処理し,グルタチオン蓄積能を検討した結果,4%前後で蓄積能は最大となった。処理菌体は-20°Cで約1.5年間は安定であった。3.異種生物共役系(グルタチオン生合成系強化大腸菌-好温性ラン藻混合系)の構築:大腸菌gshI,gshII強化株の混合比は重量比で30:1(活性比で1:3)が最適であり、また大腸菌とラン藻生菌の最適混合比(重量)は1:1であった。最適条件下でのグルタチオン生産能は6時間でラン藻湿重量当たり約7μmolに到達した。これは、現在工業的に用いられている酵母からの抽出系と比較して約1.5倍高い生産量である。しかも生成したグルタチオンの大部分は菌体外に分泌されており、生産系として極めて好都合な特性を示した。4.大腸菌グルタチオン生合成遺伝子のラン藻細胞への導入の試み:ラン藻細胞内での自己共役系によるグルタチオン生産系を確立するために、大腸菌グルタチオン生合成遺伝子gshI,gshIIをラン藻(Synechococcus sp. PCC7002)-大腸菌シャトルベクターpQCxを用いてラン藻細胞内への形質導入を試みた。集菌直前に浸透圧ショックを与えることにより高い形質転換率が得られることが判明したその他,グルタチオン構成アミノ酸の生合成系に関する検討を行うために,これら代謝系に関与している酵素群の基礎的解析も行った。1.大腸菌グルタチオン生合成遺伝子(gshI,gshII)の取得gshI,gshII共にDNA塩基配列が明らかにされているので、これら遺伝子の両端をプライマーとしてそれぞれデザイン・合成し、大腸菌MV1184株より調製した染色体DNAをテンプレートとしたPCR法により両遺伝子(2.1kb,1.5kb)を増幅した。それぞれの遺伝子の確認はダイレクトシーケンスにより行った。発現ベクターへの挿入を容易にするために、gshI用のプライマーにはSacI,XbaIリンカーを、gshII用の両プライマーにはHindIIIリンカーを付加した。2.グルタチオン生合成を強化した大腸菌株の作製増幅した両遺伝子をpUC18へ挿入した後、大腸菌MV1184株ヘクローニングした。取得したgshI,gshIIクローンともに0.1-1.0mMIPTGによる発現誘導が認められ、野生株と比べてgshIで21.5倍、gshIIで475倍にまで活性が上昇した。gshIの活性上昇率が低いのは、開始コドンがTTGのためであると思われる。

現在、部位特異的変異によりATGへの変換を試みている。3.クローン化大腸菌の膜透過性付与今回は、酵母グルタチオン生産系でよく行われているトルエン処理を中心に検討した。0-10%トルエン中、25°C、1hrでクローン化大腸菌を処理し、グルタチオン生合成速度を測定した。無処理ではまったく菌体外へのグルタチオン生成が認められなかったが、トルエン添加処理により生成が起こり、その効果は4%トルエンで最大となった。処理菌体は、4°Cで1ヵ月程度は安定であった。1.異種生物共役系(グルタチオン生合成系強化大腸菌-好温性ラン藻混合系)の構築前年度取得したグルタチオン生合成系強化大腸菌株と好温性ラン藻生菌との異種生物共役系によるグルタチオン生産能の検討を行った。反応系のバッファーとして50mMリン酸バッファーpH7.0が最適であり、原料アミノ酸の最適濃度についてはシステインが5mM、グルタミン酸、グリシンはそれぞれ20mMであった。大腸菌gshI,gshII強化株の混合比は重量比で30:1(活性比で1:3)が最適であり、また大腸菌とラン藻生菌の最適混合比(重量)は1:1であった。これらの最適反応組成下、37°C,2000luxでのグルタチオン生産能は6時間でラン藻湿重量当たり約7mMに到達した。これは、現在工業的に用いられている酵母からの抽出系と比較して約1.5倍高い生産量である。しかも生成したグルタチオンの大部分は菌体外に分泌されており、生産系として極めて好都合な特性を示した。しかしながら、ラン藻生菌単独の生産系で最適温度47°Cでは強化大腸菌添加による共役効果がほとんど見られなかった。これは、大腸菌グルタチオン生合成酵素が47°Cで不安定になったためと思われる。2.大腸菌グルタチオン生合成遺伝子のラン藻細胞への導入ラン藻細胞内での自己共役系によるグルタチオン生産系を確立するために、大腸菌グルタチオン生合成遺伝子gshI,gshIIをラン藻-大腸菌シャトルベクターを用いてラン藻細胞内への形質導入を試みた。ラン藻宿主として自然形質転換能を有するSyncchococcus sp.PCC7002株をシャトルベクターとしてpQCxを用いて基礎的な形質転換条件の検討を行った。その結果、通常よりも5倍高い塩濃度でラン藻を培養し、集菌直前に一晩浸透圧ショックを与えることにより高い形質転換効率が得られることが判明した。
非侵襲的生理学的手法による大脳内神経伝導に関する研究

新しい非侵襲的な脳機能測定装置である脳磁計を用いて、ヒトの脳内の神経伝導経路を明らかにする研究を行った。ある刺激が脳に入力されると脳内では大脳皮質の各部位に信号が伝播していく。その過程では興奮系と抑制系の神経活動があり加齢や疾患によってそのバランスも異なる。本研究では、大脳内神経伝導経路を誘発脳磁場を測定する手法を用いた。体性感覚刺激では抑制系の反応が加齢によって減少し、感覚処理系が過興奮となっていることを明らかにした。平成25年度は、若年者および高齢者、慢性痛を有する神経疾患患者について、体性感覚誘発脳磁場による脳内神経伝導をrecovery functionの手法を用いて明らかにした。平成26年度に向けて成果報告を準備している。第43回日本臨床神経生理学会学術大会「脳磁図を用いた若年者と高齢者における連続痛覚刺激に対する抑制反応」新しい非侵襲的な脳機能測定装置である脳磁計を用いて、ヒトの脳内の神経伝導経路を明らかにする研究を行った。本研究が明らかにする「非侵襲的生理学的手法による大脳内神経伝導」について平成24年本研究が明らかにする「非侵襲的生理学的手法による大脳内神経伝導」について平成24年度は、1)視覚と聴覚刺激の伝導に関する研究を脳磁計を用いて行い、視覚情報と聴覚情報の相互干渉が側頭葉下面で生じていることを明らかにし、国際英文専門雑誌に報告した(Jomori, Hoshiyama et al., Cogn Neurosci, 2013; Nakagawa, Hoshiyama et al., Neurophysiology, 2012)。本結果から複数の刺激モダリティーによる脳内伝導が刺激後150200msまでには生じていることから、直列的な脳内伝導を追っていくことができるのは刺激後100ms程度までであろうことが考えられた。平成26年度は、若年者、高齢者およびパーキンソン病患者、手根管症候群(末梢神経障害)を有する患者において、体性感覚誘発脳磁場(SEF)による脳内神経伝導について平成25年度までに得られた知見からrecovery functionの手法を用いて明らかにした。被験者は、高齢健常者18名、パーキンソン病患者11名、手根管症候群を有する患者10名を対象とし、正中神経を手首で2連続刺激し、刺激間隔(interstimulus interval : ISI)を10ms, 20ms, 40ms, 60ms, 80ms, 100ms, 200msとしてSEFの最初の成分(N20m)の回復曲線を算出した。高齢者健常者は若年者健常者に比較し、SEF成分(N20m)の回復はISIの短い時点から認められ、高齢者での皮質内における抑制性の神経活動は若年者に比較して相対的に少ないと考えられた。また、手根管症候群を生じている正中神経刺激で得られた回復曲線は、年齢対照群のそれよりも、抑制性神経活動はさらに少なかった。末梢神経障害による皮質入力信号の減少が皮質での脱抑制反応を生じているものと考えた。臨床神経生理学正常被験者および神経疾患のデータも蓄積されつつあり、解析を推進している。成果を質的に高める段階に入っている。当該年度において達成すべき基礎的研究として、体性感覚の反応記録を健常高齢者と疾患まで進めており、基礎的研究の成果として初年度の2編の英文論文掲載が達成できたことを含め、研究は概ね順調に経過していると考えている。しかし、研究結果の解析により、本研究の範囲を越える新たな知見も得られているため、本研究での目的に特化して研究成果を整理して報告していくことが必要である。本研究の中心解析手法である誘発脳磁場のJitteringの解析については当初の予定よりも膨大な時間を要することが明らかとなったため、初年度に論文成果が報告できていない点が部分的に遅れている点である。次年度に成果を報告できるように推進したい。最終年度は、データ解析および論文作成に主たる研究活動を移している。現在までの結果により新知見の報告が期待されている。平成25年度の研究も刺激後100msまでの各感覚刺激による反応の解析を詳細に行う。既に、視覚刺激による一次視覚野における刺激後50msの早期反応を安定して測定する手法を得ており、解析を進める。また、体性感覚の伝導には表在感覚伝導が温痛覚伝導の減衰を生じる干渉が存在することが報告されているが、本研究の過程で、逆に温痛刺激が体性感覚の抑制を生じることが観察され、この点についても脳内伝導の視点および病態との関連を明らかにしていく。特に、誘発脳磁場反応のJitteringについては大容量の連続記録データ(加算平均波形ではない原波形データ)を解析する必要があり、電算機の能力が低かったために読み込みに時間がかかった。この点を改善して解析のスピードを高めたい。解析装置の供給およびバージョン更新が当該年度から次年度に行うこととなったため、主に物品費の次年度使用額が生じた。物品費の支出は概ね順調に遂行されており、研究機関内に全て支出の予定である。

平成24年度中に課題となったデータ処理速度を改善するため、高機能の電算機を購入し、解析にあたる。時間的に正確な聴覚刺激を行うためのオージオメーターの購入、連続脳反応記録の解析に必要なソフトの購入、も同時に行う予定である。平成24年と同様に機器使用料に支出予定であり、平成24年度に行った計測分も含めたデータ保存媒体の購入も必要である。
フレイル予防漢方薬の開発とパーソナライズ化

昨年度までは生薬人参の主成分であるGinsenoside Rb1(Rb1)に性ホルモン様作用があるかについて血管平滑筋細胞(VSMC)、筋肉細胞系細胞株(C2C12)、ヒト前立腺がん細胞株(LNCaP)を用いて、性ホルモンと比較検討を行った。その結果、Rb1はVSMCにおいて、アンドロゲンと類似した血管保護作用が認められたが、C2C12やLNCaP細胞においてはそれぞれアンドロゲンと異なる作用やアンドロゲン作用に対する拮抗作用があることが認められた。平成30年度はこれらの結果を踏まえて、動物モデルを用いて、Rb1の血管および骨格筋に対する影響を検討した。具体的には血管老化病態である大動脈瘤の誘導モデル(塩化カルシウムの局所刺激とアンジオテンシンIIの持続投与)を用いて、瘤の形成および進行に対するRb1の抑制効果をアンドロゲンの作用とともに検討した。まず、アンドロゲンによる大動脈瘤の形成および進行に対する抑制効果を確認したところ、テストステロンの補充により血中テストステロンの上昇とともに瘤の形成が濃度依存的に抑制されることが分かった。次に、大動脈瘤の誘導マウスにRb1を補充したところ、一定の濃度で瘤形成の抑制効果が認められた。また、補気剤であり、Rb1が含まれている漢方薬である補中益気湯を廃用性筋萎縮のモデルである後肢懸垂マウスに経口で投与を行い、骨格筋に対する影響も検討した結果、腓腹筋において、補中益気湯の投与により筋萎縮関連因子であるatrogin-1の発現が有意に抑制され、腓腹筋重量の低下が軽減された。これらの結果から培養系で確認されたRb1の作用は病態モデルのマウスにおいても、特に血管や骨格筋などのフレイル関連臓器の病態および機能に対する改善効果が確認でき、フレイル予防漢方薬の開発に一助となることが期待できる。平成28年度は補気剤の「四君子湯」と補血剤の「四物湯」に注目し、主な生薬である人参(主成分:Ginsenoside Rb1;Rb1)と芍薬(主成分:Paeoniflorin;P)を用いてフレイル関連臓器である血管での作用、特に性ホルモン様作用について検討を行った。また、血管老化病態である石灰化に対して、性ホルモンと類似した抑制作用があるかについて検討を行った。ヒト大動脈平滑筋細胞を用いて、Rb1およびPの性ホルモン様作用についてはandrogen response element (ARE)やestrogen response element (ERE)の活性を検討した。その結果、Rb1はアンドロゲン同様にAREを濃度依存的に活性化したが、ERE活性に対する影響はなかった。一方、Pはエストロゲン同様にEREを活性化することが分かった。このようなRb1とPの性ホルモン様作用が血管老化病態の抑制に寄与するかについて、血管石灰化モデルを用いて検討した。Rb1とPいずれも性ホルモン同様に血管石灰化を濃度依存的に抑制し、さらに、Rb1の抑制作用はAR阻害剤bicalutamideにより、Pの抑制作用はERaの阻害剤MPPにより打ち消されることから、血管において、Rb1とPはそれぞれアンドロゲン様作用とエストロゲン様作用により保護的に機能することが明らかになった。次に、性ホルモン作用として懸念される発がん作用について、ヒト前立腺がん細胞株(LNCaP)とヒト乳がん細胞株(MCF-7)を用いて検討を行った結果、Rb1とPはいずれも性ホルモンとは異なりAREおよびEREの活性や細胞増殖に対する影響がなかった。したがって、Rb1およびPの性ホルモン様作用には組織特異性があり、血管に対する保護作用とがん細胞に対して増殖能をもたないことから高齢者の心血管疾患の新たな治療戦略になると考えられる。本研究では臓器予備能の改善に寄与する補剤生薬の作用機序を解明・分類することを目的として、補気剤「四君子湯」と補血剤「四物湯」の主な生薬である人参(主成分:Ginsenoside Rb1;Rb1)と芍薬(主成分:Paeoniflorin; P)を用いて検討を行っている。特にフレイル関連臓器である血管でのRb1とPの性ホルモン様作用、また、血管老化病態である血管石灰化に対して、性ホルモンに類似した抑制効果があることを明らかにすることができた。さらに、性ホルモンとは異なり、がん細胞に対する増殖能をもとないことから臓器特異性があることもわかり、今後、筋・骨、神経のようなフレイル関連臓器でのRb1とPの老化要因や臓器機能に対する作用を検討することで、高齢者個人に合わせたpersonalized漢方薬のブレンド剤の開発につながることが期待できる。それによって、東洋医学の虚証改善という根本的な治療策を打ち出し、疾患治療と虚証改善といった西洋医学と東洋医学の融合による新たな治療戦略が提案できる。平成29年度は生薬人参の主成分であるGinsenoside Rb1(Rb1)の性ホルモン様作用について、フレイル関連臓器である血管および骨格筋の細胞を用いて性ホルモンと比較検討を行った。さらにRb1が性ホルモンと同様、がん細胞の増殖を促進する作用があるかについても比較検討を行った。血管においては、昨年度までの研究で明らかにしたRb1の血管平滑筋細胞の石灰化に対する抑制作用がアンドロゲンによる抑制作用と類似した機序によるものであるかを検討した。その結果、Rb1はアンドロゲン同様にアンドロゲン受容体を介して応答遺伝子であるGas6(growth-arrest specific gene 6)の転写を活性化することでアポトーシスを抑制し、石灰化を抑制することが明らかになった。

これらの結果から血管細胞において、Rb1はアンドロゲン様作用をもち血管石灰化を抑制することが分かった。筋肉細胞C2C12筋菅では、アンドロゲンが無血清条件下で上昇する筋萎縮関連因子(MuRF1, atrogin-1)の発現を濃度依存的に抑制する一方、Rb1では明らかな抑制効果が認められなかったことから、筋肉細胞に対するRb1の作用はアンドロゲンと異なる可能性が示唆された。さらに、ヒト前立腺がん細胞株(LNCaP)においてはアンドロゲンが応答遺伝子であるPSA(prostate-specific antigen)の転写を活性化するのに対して、Rb1単独ではPSAの転写活性への影響が認められなかった。しかしながら、アンドロゲンとRb1の同時添加の条件下ではアンドロゲンによるPSAの転写活性がRb1により打ち消されることから、LNCaPにおいて、Rb1はアンドロゲン作用を抑制する働きがあることが示された。血管、骨格筋、前立せんがんの細胞で検討を行った結果からRb1には臓器別異なる作用機序があることが示唆された。本研究では臓器予備能の改善に寄与する補剤生薬の作用機序を解明・分類することを目的として、今年度は生薬人参の主成分であるGinsenoside Rb1(Rb1)の性ホルモン様作用を血管、骨格筋などのフレイル関連臓器で検討した。具体的に血管老化病態である血管石灰化に対して、Rb1は性ホルモンと類似した抑制効果が認められ、その作用機序はアンドロゲン同様にアンドロゲン受容体を介した応答遺伝子Gas6の転写活性化によるアポトーシス抑制であった。しかしながら、筋肉細胞における比較検討ではRb1のアンドロゲン様作用は認められなかった。前立腺がん細胞では性ホルモンと同様、アンドロゲン受容体を介して応答遺伝子であるPSAの転写を制御するものの、アンドロゲンによるPSAの転写活性を打ち消す作用があることが明らかになった。これらの結果から、Rb1の性ホルモン様作用は臓器細胞によって異なるものであり、臓器特異性による分類ができると考えられる。今後、Rb1の抗炎症作用やエネルギー産生作用についてもフレイル関連臓器細胞を用いて検討を行うことで、臓器別作用機序を明らかにし、東洋医学の虚証改善という根本的な治療策を打ち出すことを目指す。昨年度までは生薬人参の主成分であるGinsenoside Rb1(Rb1)に性ホルモン様作用があるかについて血管平滑筋細胞(VSMC)、筋肉細胞系細胞株(C2C12)、ヒト前立腺がん細胞株(LNCaP)を用いて、性ホルモンと比較検討を行った。その結果、Rb1はVSMCにおいて、アンドロゲンと類似した血管保護作用が認められたが、C2C12やLNCaP細胞においてはそれぞれアンドロゲンと異なる作用やアンドロゲン作用に対する拮抗作用があることが認められた。平成30年度はこれらの結果を踏まえて、動物モデルを用いて、Rb1の血管および骨格筋に対する影響を検討した。具体的には血管老化病態である大動脈瘤の誘導モデル(塩化カルシウムの局所刺激とアンジオテンシンIIの持続投与)を用いて、瘤の形成および進行に対するRb1の抑制効果をアンドロゲンの作用とともに検討した。
プロテオミクスによる膵癌特異抗原に対する新規自己抗体の同定

本研究は膵癌発現蛋白と特異的に結合する患者血清中の自己抗体を標的として膵癌特異抗原を選択的に検索・同定することを目的とした。次に述べる(1)(4)までの4段階に沿って研究を進める計画とした。(1)2次元電気泳動法、ウェスタンブロットおよびプロテオーム手技を用いて汎用性株細胞ヒト膵臓癌(PANC-1:(株)大日本住友製薬)発現蛋白に特異結合する新規自己抗体を膵癌患者血清中より同定する。(2)自己抗体に対する抗原蛋白のmRNAを細胞株より抽出、cDNAを合成し大腸菌に導入する。抗原蛋白を大量合成しELIZA法を確立する。(3)膵癌、膵炎(非膵癌疾患)および健常者を対象に測定し、新たな癌マーカーとしての有用性を検討する。(4)臨床へのフィードバックを目的に外科切除された膵癌標本(癌部、非癌部)を用いて遺伝子発現、免疫染色等により抗原蛋白の機能解析を行い検出された自己抗体の治療への応用も検討する。まず前記(1)の予備研究として、ヒトゲノム・遺伝子解析研究に関する倫理指針(平成13年3月29日文部科学省・厚生労働省・経済産業省告示第1号)及びヒトゲノム・遺伝子解析研究に関する倫理指針の施行等について(平成13年3月29日付け文部科学省研究振興局長・厚生労働省大臣官房厚生科学課長・経済産業省製造産業局長連名通知)を遵守して採取保存された健常人および食道癌患者の血清を用いて、2次元電気泳動法、ウェスタンブロットおよびプロテオーム手技による検討を行った。その結果、食道癌患者血清において新たな癌マーカー候補「ペルオキシレドキシン6」を見出し報告した。引き続いて、汎用性株細胞ヒト膵臓癌(PANC-1)発現蛋白に特異結合する新規自己抗体を膵癌患者血清中より同定するマーカー候補検索を行なった。しかし研究代表者が病気のため長期療養に入ることになるため、平成18年10月1日より研究廃止とした。
ワイル反強磁性体における磁気スピンホール効果の解明

近年、ワイル反強磁性体と呼ばれる物質に電流を印加した際に、物質表面に生じるスピン蓄積ベクトルの向きが外部磁場によって変化するという磁気スピンホール効果が発見され、磁気的な秩序とスピンホール効果との相関に注目が集まっている。しかし、その詳細な関係は実験的に明らかにされていない。そこで、本研究では、ワイル反強磁性体の表面近傍に現れるスピン蓄積ベクトルが、同磁性体のスピン配列の変化に対してどのように応答するかを測定することにより、ワイル反強磁性体における磁気スピンホール効果の原理を解明する。本研究は、反強磁性体を用いたスピン流の新たな生成・検出手法確立への学術的基盤となる。
泡沫流体応用による鋼材熱処理過程の制御

鋼材の焼き入れ,焼き戻しなどの高温熱処理工程において,冷却速度の管理・制御は鋼材の最終的な品質を決定する重要な因子のひとつである.本研究では,界面活性剤水溶液を発泡することにより空気と水分の構成比を広範囲に可変できる,即ち空気と水の冷却特性を併せ持つ泡沫流体の広範囲の温度条件での熱伝達特性を実験的に明らかにして鋼材熱処理における冷却速度制御の一資料を得る事を目的としている.そこで,線鋼材などの熱処理に対応させて,高温水平円筒周りの泡沫流体の熱伝達特性と,2本の高温水平円筒を流れ方向に対して垂直と平行に配置した場合の相互干渉を伴う熱伝達特性について実験的に明らかにした結果を以下に述べる.(1)100°C900°Cまでの広い加熱温度での実験により円筒伝熱面から泡沫流体へ伝わる熱流束は過熱度に関わりなく約10^5W/m^2程度となる事を明らかにした.これより鋼材の熱処理において泡沫流体を用いる事により冷却速度の制御の可能性が示され,一定に近い冷却速度が期待される.(2)過熱度10°C前後までは加熱円筒面に泡沫流体は接した状態で流動しており,一見高Pr数流体の対流熱伝達挙動に対応している.過熱度100°C200°Cでは加熱部に接した泡沫が速やかに液部を蒸発させて破泡して不安定な流れとなる.ここでは,液膜の蒸発潜熱と液の蒸発による蒸気流による対流熱伝達の複合状態にある.過熱度500°C以上では泡沫流体と加熱面の間に蒸気で満たされた空間が形成され,高温面からの放射伝熱による蒸発破泡と蒸気流の対流伝熱の複合常態にある.(3)2本の高温円筒が泡沫流体中にある場合の相互干渉効果としては,流れ方向配置においては過熱度の大きな領域において流れの下流に位置する円筒伝熱面からの熱流束は上流側伝熱面からの蒸発蒸気やこれに起因する泡沫径の不均一の影響を受けて不安定で上流部に比べてやや低い熱流束となることが示された.しかし,低い過熱度領域においてはこれらの影響が小さくなり,それぞれの伝熱面からの熱流束に顕著な差異は認められない.(4)水平配列の場合,本実験条件の範囲において相互干渉の影響は認められなかった.鋼材の焼き入れ,焼き戻しなどの高温熱処理工程において,冷却速度の管理・制御は鋼材の最終的な品質を決定する重要な因子のひとつである.本研究では,界面活性剤水溶液を発泡することにより空気と水分の構成比を広範囲に可変できる,即ち空気と水の冷却特性を併せ持つ泡沫流体の広範囲の温度条件での熱伝達特性を実験的に明らかにして鋼材熱処理における冷却速度制御の一資料を得る事を目的としている.そこで,線鋼材などの熱処理に対応させて,高温水平円筒周りの泡沫流体の熱伝達特性と,2本の高温水平円筒を流れ方向に対して垂直と平行に配置した場合の相互干渉を伴う熱伝達特性について実験的に明らかにした結果を以下に述べる.(1)100°C900°Cまでの広い加熱温度での実験により円筒伝熱面から泡沫流体へ伝わる熱流束は過熱度に関わりなく約10^5W/m^2程度となる事を明らかにした.これより鋼材の熱処理において泡沫流体を用いる事により冷却速度の制御の可能性が示され,一定に近い冷却速度が期待される.(2)過熱度10°C前後までは加熱円筒面に泡沫流体は接した状態で流動しており,一見高Pr数流体の対流熱伝達挙動に対応している.過熱度100°C200°Cでは加熱部に接した泡沫が速やかに液部を蒸発させて破泡して不安定な流れとなる.ここでは,液膜の蒸発潜熱と液の蒸発による蒸気流による対流熱伝達の複合状態にある.過熱度500°C以上では泡沫流体と加熱面の間に蒸気で満たされた空間が形成され,高温面からの放射伝熱による蒸発破泡と蒸気流の対流伝熱の複合常態にある.(3)2本の高温円筒が泡沫流体中にある場合の相互干渉効果としては,流れ方向配置においては過熱度の大きな領域において流れの下流に位置する円筒伝熱面からの熱流束は上流側伝熱面からの蒸発蒸気やこれに起因する泡沫径の不均一の影響を受けて不安定で上流部に比べてやや低い熱流束となることが示された.しかし,低い過熱度領域においてはこれらの影響が小さくなり,それぞれの伝熱面からの熱流束に顕著な差異は認められない.(4)水平配列の場合,本実験条件の範囲において相互干渉の影響は認められなかった.1.泡沫流体を用いた円筒伝熱面上の伝熱現象に関する実験を広い温度範囲,含有水分量範囲において行うことにより,円筒伝熱面から泡沫に伝わる熱流速の過熱度に対する傾向はほぼ一定であるという結果を得た.このことより,高温物体の安定した冷却を行うには泡沫流体を利用することが有効であり,泡沫流体による熱伝達制御の可能性について確認できた。しかし,水の沸騰現象におけるバーンアウト点に相当する過熱度付近の伝熱特性の測定に関しては,現象が不安定であり得られた伝熱特性は必ずしも十分とは言えず,再実験を要するとともに,データ整理法に新たに工夫が必要である.2.複数の円筒伝熱面が泡沫流体中にあるときの相互干渉効果について注目し,その伝熱特性および円筒周りの泡沫の流れを観察する実験を行った.

その結果,流れの下流側に位置する円筒伝熱面からの熱流速は,過熱度の大きな領域において,上流側円筒伝熱面近傍における沸騰現象による蒸気発生やこのことに起因する泡沫径の不均一性の影響を受け,上流側のそれと比べ若干不安定になることが認められた.一方,過熱度の低い領域において円筒表面近傍における蒸気発生が少なくなるため,上流,下流側,それぞれの円筒伝熱面からの熱流速に顕著な差異は見られない.また,このような傾向は円筒間の距離が離れるほど見られなくことが確認されたが,円筒間距離の設定が十分ではなかったため,おおよその傾向を得るにとどまった.3.小型高温伝熱装置を作成し,伝熱面表面における泡沫流体の挙動を観察することにより,泡沫流体を用いた高温伝熱現象における伝熱機構の解明を試みた.その結果,ビデオ映像の解明化などが若干不十分ではあったが,泡沫に含まれる水分量の多寡による伝熱機構の差異などについておおよその傾向が明らかとなった.鋼材の焼き入れ,焼き戻しなどの高温熱処理工程において,冷却速度の管理・制御は鋼材の最終的な品質を決定する重要な因子のひとつである.本研究では,界面活性剤水溶液を発泡することにより空気と水分の構成比を広範囲に可変できる,即ち空気と水の冷却特性を併せ持つ泡沫流体の広範囲の温度条件での熱伝達特性を実験的に明らかにして鋼材熱処理における冷却速度制御の一資料を得る事を目的としている.そこで,線鋼材などの熱処理に対応させて,高温水平円筒周りの泡沫流体の熱伝達特性と,2本の高温水平円筒を流れ方向に対して垂直と平行に配置した場合の相互干渉を伴う熱伝達特性について実験的に明らかにした結果を以下に述べる.(1)100°C900°Cまでの広い加熱温度での実験により円筒電熱面から泡沫流体へ伝わる熱流束は過熱度に関わりなく約10^5W/m^2程度となる事を明らかにした.これより鋼材の熱処理において泡沫流体を用いる事により冷却速度の制御の可能性が示され,一定に近い冷却速度が期待される.(2)過熱度10°C前後までは加熱円筒面に泡沫流体は接した状態で流動しており,一見高Pr数流体の対流熱伝達挙動に対応している.過熱度100°C200°Cでは加熱部に接した泡沫が速やかに液部を蒸発させて破泡して不安定な流れとなる.ここでは,液膜の蒸発潜熱と液の蒸発による蒸気流による対流熱伝達の複合状態にある.過熱度500°C以上では泡沫流体と加熱面の間に蒸気で満たされた空間が形成され,高温面からの放射伝熱による蒸発発泡と蒸気流の対流伝熱の複合常態にある.(3)2本の高温円筒が泡沫流体中にある場合の相互干渉効果としては,流れ方向配置においては過熱度の大きな領域において流れの下流に位置する円筒伝熱面からの熱流束は上流側伝熱面からの蒸発蒸気やこれに起因する泡沫径の不均一の影響を受けて不安定で上流部に比べてやや低い熱流束となることが示された.しかし,低い過熱度領域においてはこれらの影響が小さくなり,それぞれの伝熱面からの熱流束に顕著な差異は認められない.(4)水平配列の場合,本実験条件の範囲において相互干渉の影響は認められなかった.
シンバスタチン徐放による直接覆髄モデルラットの修復象牙質促進効果評価

難水溶性のシンバスタチン(ST)を徐放するために、まず、乳酸オリゴマーグラフトゼラチンを使用しシンバスタチンミセル(ST Mi)を作製した。また、ST Miをゼラチンハイドロゲル(GH)に内包し、シンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲル(ST Mi/GH)を作製した。この時、架橋度をコントロールすることで分解性と徐放性の異なる多様なST Mi/GHを作製した。最も象牙芽細胞分化に効果的なST MI/GHを検討するためin vitroの歯髄細胞との共培養実験を行ったところ、2週間分解性で最も高い分化能を示した。現在2週間分解性のST Mi/GHを用いてラット直接覆髄モデルで評価を行っている。シンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルの作製のために、まず既報告の方法に基づいて乳酸オリゴマーグラフトゼラチンを作製した。次に作製した乳酸オリゴマーグラフトゼラチンを用いて難水溶性のシンバスタチンを水可溶化しシンバスタチンミセルを作製した。シンバスタチンの水可溶化には分子量1000の乳酸オリゴマーと等電点5.0の牛骨由来ゼラチンで作製した乳酸オリゴマーグラフトゼラチンを使用した。その後、シンバスタチンミセルを等電点9.0豚皮由来のゼラチンに内包しグルタルアルデヒドで化学架橋をすることでシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルを作製した。この時、グルタルアルデヒドの濃度を変化させることによってシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルの分解性をコントロールした。このさまざまな架橋度のシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルをin vitroでコラゲナーゼを用いて評価したところ、シンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルの分解とともにシンバスタチンミセルが徐放されていることが確認された。またグルタルアルデヒドの濃度によってシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルの分解性ならびにシンバスタチンの徐放性がコントロールをされていることも確認した。この時のシンバスタチンの定量はシンバスタチンの定量は吸光度計ならびに高速液クロマトグラフィーを使用し行った。これらのシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルを用いてマウス歯髄細胞からの象牙芽細胞分化に最適なシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルの分解性を検討した。シンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲル作製のために、既報告に基づいて分子量1000の乳酸オリゴマーと等電点5.0の牛骨由来ゼラチンで作製した乳酸オリゴマーグラフトゼラチンを使用し、難水溶性のシンバスタチンを水可溶化することでまずはシンバスタチンミセルを作製した。その後作製したシンバスタチンミセルを等電点9.0の豚皮由来ゼラチンに内包することでシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルを作製した。この時、架橋剤であるグルタルアルデヒドの濃度を変化させ、シンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルの分解性をコントロールし、4種類の異なる分解性および徐放性を持ったシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルを作製した。分解性および徐放性の評価は既報告に基づいてin vitroでコラゲナーゼを用いた分解性試験と徐放試験で行った。そして、作製した4種類のシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルを分化培地中で歯髄細胞と共培養することで歯髄細胞から象牙芽細胞への分化に最適な分解性と徐放性を持つシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルを検討した。歯髄細胞はマウスの下顎臼歯部より単離したものを使用した。コントロール群はゼラチンハイドロゲルを含まない分化培地のみとした。培養7、14、21および28日後にDNA数、ALP活性およびBMP-2濃度を測定し分化評価を行った。その結果グルタルアルデヒド濃度0.25vol.%において最も高い分化能を示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題における当初のエフォート率よりも低くなってしまったため。今後は当該年度までの予定であったシンバスタチンミセル含有ゼラチンハイドロゲルを用いた歯髄細胞培養実験を速やかに遂行し、今期の課題である直接覆髄モデルラットを用いた修復象牙質の形成促進効果の評価に移行する。
単層カーボンナノチューブにおけるゼーベック効果の実践的理解

本研究では、種々の非共有結合性の相互作用を駆使し、単層カーボンナノチューブの安定なn型材料化と、熱電変換特性の高性能化に取り組んだ。とくに、ドープされた荷電状態のカーボンナノチューブとカウンターイオンとの相互作用に着目し、適切な静電相互作用を導入することで、実用レベルの安定性を有するn型カーボンナノチューブからなる熱電変換材料を創出した。またこの概念を筒状ナノチューブへのドーパント内包や有機ドーパントコロイドを用いたドーピングに展開し、従来のナノチューブ材料にない安定性や温度依存性を示す熱電変換材料を実現した。本研究では基本的なCNTの熱電特性解明を目指し、ゼーベック効果を切り口としてキャリア輸送特性の本質的な議論を行う。また、合理的な熱電特性の増強方法を開発する。今年度は実施計画の通り、単層カーボンナノチューブの熱電特性の増強方法を検討した。イオン液体を用いた単層CNTの熱電増強:重合性イオン液体とCNTを用いて、従来の3倍程度の性能を有する高分子複合体を開発した。この成果により、指導学生が第61回応用物理学会春季学術講演会・講演奨励賞ならびに応用物理学会関西支部平成26年度第3回講演会・ポスター賞を受賞した。有機半導体バインダを用いた熱電増強: CNTと特異的に相互作用する一連の配位高分子を見出し、その複合体の熱電特性を評価した(Chem. Lett. 2014)。とくに1次元鎖構造のジピリンワイヤを用いたとき、CNTの熱電出力因子がおよそ3倍増大した。また、絶縁体バインダとCNTの複合化が熱電特性に与える影響についても検討した(Jpn. J. Appl. Phys. 2015)。無機バインダを用いた熱電増強:硫化モリブデンからなるナノコロイドを新規に調製した。これらがカーボンナノチューブに自発的に吸着することを見出した。またこのとき、単層カーボンナノチューブ膜と比べて、複合体の熱電特性が10倍増強することを見出した。本申請課題の目的は分子間間相互作用を介した分子集積化により、大気下で駆動できるn型単層カーボンナノチューブ材料を得るとともに、その学理構築に貢献することである。平成27年度は分子複合化によるカーボンナノチューブ熱電材料の高性能化を検討した。1.層状遷移金属カルコゲナイドの剥離コロイドが自発的にCNTに吸着することを見出した。このことがp軌道ーπ軌道の相互作用に起因していることに着目し、その熱電特性が最大で10倍程度、増強することを見出した(ChemPlusChem (2015))。2.種々のカーボンナノチューブー分子複合系において、優れた熱電特性が発現することを見出した(Chem. Sci. (2015))。とくに高分子電解質に孤立分散したカーボンナノチューブからは、150マイクロボルト/Kを超えるゼーベック係数を見出した(RSC Adv. (2016))。3.クラウンエーテル誘導体をカーボンナノチューブに添加することで、高安定性n型材料が得られることを明らかにした。150°C、大気下において、1ヶ月程度顕著な劣化を示さないn型複合体を開発した(Adv. Funct. Mater. (2016))。種々の構造解析の結果、カチオン性のクラウンエーテルが緩やかに負に帯電したカーボンナノチューブ回りに配位し、静電的に安定化していることが示された。また、分光学的にも、安定なn型ドーピングが進行したことが示された。当初に計画した分子複合系における熱電特性の増強について、数多くの具体例を示すことができた。また、一部は当初の予測を超え、革新的な安定性を示すn型有機材料の開発につながる成果を得た。本申請課題の目的は分子間相互作用を介した分子集積化により、大気下で駆動できる高性能単層カーボンナノチューブ材料を得るとともに、その学理構築に貢献することである。とくにフレキシブル熱電変換材料としてカーボンナノチューブの利用が検討され、その学理体系ならびに制御方法の開拓が待たれていた。平成2628年度の間の代表的な成果として以下が挙げられる。1.超分子ドーパントを用い、大気下、高温下で使用可能なn型カーボンナノチューブを初めて実証した(Adv. Funct. Mater. (2016))。またその方法論が種々のナノ材料に展開できることを見出した(Synth. Met. (2017))。/2.高分子電解質に高分散させた単層カーボンナノチューブ材料から室温で単位温度あたり150マイクロボルトの熱電特性を見出した(RSC Avd. (2016))。/3.種々の分子集合系のうち、特定の分子間相互作用を利用したカーボンナノチューブ複合材料で熱電特性の改善を見出した(二次元遷移金属カルコゲニド/ChemPlusChem (2015);錯体ナノワイヤー/Chem. Sci.(2015))。/4.化合物の内包に基づくドーピングの高効率化現象を見出した(Chem. Asian J. (2016))。/5.水溶性コロイド形成に基づき、分子集合体の吸着によるn型ドーピング法を開発した(Small (2017))。

とくに、ドープされた荷電状態のカーボンナノチューブとカウンターイオンとの相互作用に着目し、適切な静電相互作用を導入することで、実用レベルの安定性を有するn型カーボンナノチューブからなる熱電変換材料を創出した。またこの概念を筒状ナノチューブへのドーパント内包や有機ドーパントコロイドを用いたドーピングに展開し、従来のナノチューブ材料にない安定性や温度依存性を示す熱電変換材料を実現した。いくつかの新たな熱電増強方法を開発した。また、これらに対し、一定の体系化が行われており、当初の目的を達成しつつあるため。本研究を通じて、従来不安定とされたナノカーボン中のカルボアニオン種が適切なカチオン種の存在下、大気下150°C程度まで安定であることが初めて分かった。この成果は材料応用の観点のみならず、有機化学における結合論からも大変興味深い。平成28年度には、安定なカルボアニオン種を有するナノカーボン(ナノカーバイド)の化学を開拓し、低分子化合物や従来な高分子材料では見出されない、導電性ナノカーボンゆえの結合論の開拓につなげる。材料化学残る申請課題として、n型カーボンナノチューブ材料開発の体系化を行う。本申請課題において、従来不可能とされてきた超高性能、高耐久性の炭素系n型熱電材料を開発した。一方で、本研究で性能面は実証できたものの、その安定化メカニズムの証明は十分ではない。また、当事業の研究成果のもと年度途中に関連する研究支援課題が採択され、より効率的かつ効果的に予算を活用するため、当事業の支出計画を見直した。当該課題の高い継続性と波及性、社会要請の観点から、今後の事業のさらなる拡大を見据え、残予算を平成28年度の物品購入に充てることが合理的と考えられる。当初の使用計画に基づき、適切に物品購入費および旅費を支出した。一方、消耗品等の購入のタイミングの都合、次年度に一部使用を持ち越した。上記について、とくに電気化学的な手法を用いた電子状態解析が必須であると考え、平成27年度よりn型カーボンナノチューブ複合体の電位計測を開始した。平成28年度中には研究を引き続き進めるとともに成果をまとめて外部発表に繋げる。これらに係る諸経費を本予算から計上する。消耗品費、旅費および、論文投稿料などに支出する予定である。
小学生ジュニアスポーツにおける傷害実態の解明と傷害予防プログラムの研究

本研究において、小学生ミニバスケットボールおよびジュニアサッカーにおいて、試合時の傷害発生は、練習時より高いことが明らかとなった。また、試合時の傷害タイプは捻挫と打撲が多く、身体接触、ボールやグラウンドなどの接触時に多発していた。特に、ミニバスケットボールにおいて、練習時の傷害発生は米国高校生より約1.61.7倍高いことから、小学生ミニバスケットボールの練習環境に重大な問題がある可能性が推察された。さらには、ミニバスケットボール選手は、ジュニアサッカー選手より練習時および試合時の傷害発生率が高かった。ミニバスケットボール選手の機能的動作において、男女差や傷害既往歴の有無による差はなかった。本研究における平成25年度内の課題は、地域の小学生ジュニアスポーツの傷害発生実態を調査することであった。子どもの競技人口が多いスポーツの中から、屋内スポーツであるミニバスケットボール、屋外スポーツであるジュニアサッカーを選択し、研究代表者の所属機関が位置する愛知県内のジュニアサッカー2チームと、共同研究者の所属機関が位置する兵庫県内のミニバスケットボール3チームに協力を要請し、承諾を得た。傷害調査については、傷害発生件数だけではなく、1人の選手が練習または試合に1回参加した場合を1athlete-exposure(1AE)とし、1000AE当りの傷害発生率(IR)を採用した。この指標は欧米で標準化されているため、国際比較や種目間および年度間比較に用いることができる利点がある。各チームには、毎回の練習記録および傷害記録について、予め配布したチーム日誌と傷害調査シート(傷害記録シート、傷害履歴問診表)を用いて行い、チーム専属の指導者もしくは引率保護者に年間を通して記録してもらった。チームへの協力依頼の承諾後、練習記録および傷害記録は8月頃から始まったため、現在約78ヶ月間のデータが集積されてきている。今年度8月頃で1年間のデータ集積が完了することになるので、引き続きチーム日誌と傷害調査シートによる記録を継続している。現段階での傷害履歴問診表のアンケート回収率は、ジュニアサッカーチームで55.6%、ミニバスケットボールチームで90.7%であり、全体で83.1%である。平成26年度は、平成25年度から引き続き傷害実態データを収集するために、研究代表者の所属機関が位置する愛知県内のジュニアサッカー5チームと、共同研究者の所属機関が位置する兵庫県内のミニバスケットボール7チームから、合計12チームの傷害データを収集し、ジュニアスポーツの傷害実態を1000 Athlete-Hours (AHs)あたりの傷害発生率(Injury Rate、以下IR)で明らかにした。また、傷害に関する外的因子および内的因子について問題点を抽出するために、主な外的因子は、各チームの練習方法、リカバリー期を含む休息の取り方であり、各チームの練習状況や試合状況に関するビデオ撮影等を通して観察分析するとともに、チーム指導者から聞き取り調査を行った。内的因子に関しては、対象者個々の競技開始年齢、競技経験年数、機能的動作評価(FMS)およびPHV相対年齢の情報収集を行った。その結果、本研究の全体の傷害発生率(IR)は、3.83/1000AHsであり、先行研究で示されている米国高校生チームとほぼ同じ値であった。特に、練習時のIR(PIR)は米国高校生より約1.61.7倍高値であった。通常、競技レベルが向上するのに伴って傷害発生率は高くなるため、日本の小学生チームと米国高校生より高いIRを示したことは、日本の小学生ミニバスケットボール選手の練習環境に問題がある可能性が高いことが推察された。また、ジュニアサッカー(U-12, U-11, U-10)では、練習時のIR(PIR)より試合時のIR(GIR)の傷害発生率が4.31倍高値を示した。特に、試合時には下肢傷害の発生率が有意に高く、先行研究で示されている他の年齢カテゴリーと同様の傾向を示した。また、試合時の傷害タイプは捻挫と打撲が多く、身体およびボールやグラウンドなどのその他の接触時に多発していた。本研究において、平成25年度から27年度の3年間を通して、ミニバスケットボール7チーム、ジュニアサッカー5チーム、合計12チームを対象として、小学生ジュニアスポーツの傷害発生実態を明らかにすることを目的として傷害調査を行った。その際に、国際的に標準化されている1000 Athlete-Hours(AHs)当りの傷害発生率(Injury Rate、以下IR)という指標を用いて分析した。また、傷害に関する外的因子および内的因子を抽出するために、各チームの練習状況や試合状況のビデオ撮影を通して観察分析、指導者からの聞き取り調査、および対象者の機能的動作評価やPHV相対年齢等の情報収集を行った。その結果、ミニバスケットボールチームの全体のIRは、3.83/1000 AHsであり、先行研究の米国高校生チームと同様の数値であった。特に、練習時のIR(PIR)は米国高校生より約1.61.7倍高値であったことから、小学生ミニバスケットボール選手の練習環境に重大な問題があると推察された。ジュニアサッカーチームでは、PIRよりGIRの傷害発生率が4.31倍高く、試合時には下肢傷害の発生率が有意に高いことが明らかとなった。また、ミニバスケットボール選手は、ジュニアサッカー選手より練習時および試合時の傷害発生率が高いことも明らかとなった。平成27年度には、これまでの対象チームから典型的な4チームについて介入研究を行った。介入プログラムは、毎回の練習や試合前のウォーミングアップの中に具体的な傷害予防対策のエクササイズを導入し、年間を通した傷害予防効果について練習時および試合時の1000AHs当たりのIRを用いて検証した。

その結果は、対象チームに留まらずジュニアスポーツ全体の傷害予防対策につながる可能性があり、また、ジュニアスポーツの育成ガイドラインを構築することでジュニアスポーツ選手が安心して競技できる環境の提供およびジュニアスポーツのさらなる発展に寄与できると考えられる。本研究において、小学生ミニバスケットボールおよびジュニアサッカーにおいて、試合時の傷害発生は、練習時より高いことが明らかとなった。また、試合時の傷害タイプは捻挫と打撲が多く、身体接触、ボールやグラウンドなどの接触時に多発していた。特に、ミニバスケットボールにおいて、練習時の傷害発生は米国高校生より約1.61.7倍高いことから、小学生ミニバスケットボールの練習環境に重大な問題がある可能性が推察された。さらには、ミニバスケットボール選手は、ジュニアサッカー選手より練習時および試合時の傷害発生率が高かった。ミニバスケットボール選手の機能的動作において、男女差や傷害既往歴の有無による差はなかった。平成25年10月の東海体育学会第62回大会(岐阜大学)において、「小学生ミニバスケットボール選手における傷害発生率」(葛原憲治、柴田真志)、平成25年3月の第19回日本体力医学会東海地方会学術集会(名古屋大学)において、「小学生ジュニアサッカー選手における傷害発生率」(葛原憲治、柴田真志、杉谷正次)の学会発表を2回行っており、当初の予定である研究が概ね順調に進んでいる。アスレティックトレーニング、スポーツ傷害予防平成27年度には、平成2526年度の対象チームから典型的な23チームについて介入を行う。傷害予防の介入プログラムは、毎回の練習や試合前のウォーミングアップの中に具体的な傷害予防対策のエクササイズを盛り込み、年間を通して各チームに実施してもらい、その効果について検討を行う。年間に通して実施される介入プログラムの実施状況および傷害データの集積状況を確認するために、対象チームを定期的に訪問し、その効果について練習時および試合時の1000AHs当たりのIRを指標に用いて検証する。その結果は、対象チームに留まらずジュニアスポーツ全体の傷害予防対策になる可能性があり、また、小学生ジュニアスポーツの育成ガイドラインを構築することでジュニアスポーツ選手が安心して競技できる環境の提供およびジュニアスポーツのさらなる発展に寄与できると考える。特になし年度末の研究の出張予定が急遽変更になったため平成26年度は、平成25年度から引き続き傷害実態データを収集するとともに、ジュニアスポーツの傷害実態を1000AEあたりのIRで明らかにすることである。また、傷害に関する外的因子および内的因子について問題点を抽出する計画である。主な外的因子は、各チームの練習方法、リカバリー期を含む休息の取り方であり、各チームの練習状況や試合状況をビデオ撮影し、動作分析ソフトを用いて詳細に分析するとともに、チーム指導者から聞き取り調査を行う。内的因子は、対象者個々の競技開始年齢、競技経験年数、機能的動作評価(FMS)およびPHV相対年齢であり、外的因子とともに選手個々の内的要因を抽出・特定し、傷害予防について詳細に検討を行う。
ボルツマン方程式の不連続境界条件とすべり境界条件の一般化

境界が先端をもつ場合や境界温度が不連続的に変化する場合には,たとえ気体分子の平均自由行程が系の代表長に比べて十分小さい場合でも,「すべりの境界条件」を用いて気体の流れを正しく記述することができない.モデルボルツマン方程式による精密な直接的数値解析と,線形化ボルツマン方程式の対称関係を用いた間接的理論解析を組み合わせ,そのような場合にすべりの境界条件がどのように修正されるかを明らかにした.境界が先端をもつ場合や境界温度が不連続的に変化する場合には,たとえ気体分子の平均自由行程が系の代表長に比べて十分小さい場合でも,「すべりの境界条件」を用いて気体の流れを正しく記述することができない.モデルボルツマン方程式による精密な直接的数値解析と,線形化ボルツマン方程式の対称関係を用いた間接的理論解析を組み合わせ,そのような場合にすべりの境界条件がどのように修正されるかを明らかにした.1.漸近解析(a)流体力学的方程式の導出:静止平衡状態からのずれが小さい系を考え,線形化ボルツマン方程式をもとに,物理量の変化の尺度が気体分子の平均自由行程に比べて十分長い場合について系統的漸近解析を行うことにより,流体力学的方程式を導いた.とくに多成分混合気体に焦点を合わせて研究を行った.この流体力学的方程式は,境界近傍を除いて大域的に成り立つものである.(b)すべりの境界条件の予測:境界温度が不連続である場合のすべりの境界条件の形を予想するために,そのような問題をボルツマン方程式およびそのモデル方程式をもとに,数値的に調べた.とくに,不連続点付近の流れの場が,境界から遠ざかるとどのように変化するかを調べ,境界温度をフーリエ分解して最初の数項を取ったものに通常のすべりの境界条件を適用した結果と比較した.この研究は平成22年度に継続して行う.2.数値解析境界が先端をもつ場合に,先端がどのようにまわりの気体の流れに影響を与えるかの研究に着手した.具体的には,有限領域(箱)の中におかれた平板の両面あるいは片面が,箱より高い温度に保たれている場合を考え,平板の先端付近に誘起される気体の流れを数値的に調べた.数値解法としては,ボルツマン方程式に基づく直接シミュレーションモンテカルロ法(DSMC法),およびモデルボルツマン方程式に基づく差分法,を用いた.本来の目的はクヌーセン数が小さい場合を調べることであるが,その予備段階として,計算がし易いクヌーセン数が大きい場合について数値計算を行い,計算が精度よく行われていることを確認した.本格的計算は平成22年度に行う.1.数値解析昨年度に引き続き,境界が先端をもつ場合に,先端がどのようにまわりの気体の流れに影響を与えるかの研究を行った.具体的には,有限領域(箱)の中におかれた平板の両面あるいは片面が,箱より高い温度に保たれている場合に,平板の先端付近に誘起される気体の流れを数値的に調べた.数値解法としては,ボルツマン方程式に基づく直接シミュレーションモンテカルロ法(DSMC法),およびモデルボルツマン方程式に基づく差分法,を用いた.昨年度に行った予備的計算による情報をもとに,本年度には本格的計算を行った.ただし,本来の目的であるクヌーセン数が小さい場合については膨大な規模の長時間計算(数か月単位の計算)が必要となるため,平成23年度も引き続いて計算を行う2.漸近解析本年度は,静止気体中におかれた扁平な回転楕円体の前半分が高い一様温に,後半分が低い一様温度に保たれている場合に,楕円体に働く力を,漸近理論をもとに調べた(a)間接解法:まず,補助問題,すなわち,遠方の気体と同じ一様温度に保たれた同じ形の回転楕円体にその軸に平行な一様流が当たる問題,を考え,回転楕円体上の気体の熱流分布を求める.これが分かそと,高田によって導かれた公式により,もとの問題の楕円体に働く力が解析的に求められる(b)直接解法:もとの問題の不連続な境界温度をフーリエ分解し,最初の数項を取ったものに通常のすべりの境界条件を適用すると,楕円体まわりの流れの場が求まり,それに働く力が求められる(a),(b)を比較することにより,境界温度のフーリエ分解の第1項のみを取れば,正しい力が求められることが分かった1.数値解析前年度に引き続き,境界が先端をもつ場合について,先端の存在がどのようにまわりの気体の流れに影響を与えるかを,ボルツマン方程式のモデル方程式に基づく直接的数値解析によって調べた.具体的には,有限領域(箱)の中におかれた平板の両面あるいは片面が,箱より高い温度に保たれているときに,平板の先端付近に誘起される気体の流れを,広い範囲のクヌーセン数に対して調べた.平板の両面が加熱されている場合には,先端付近では平板の両側で対称な熱先端流が誘起されるのに対し,片面だけが加熱されている場合には,低温面から高温面に向かって,先端を回り込む流れが起こる.後者は,不連続温度分布によって起こる流れと,先端があることによって起こる流れが合わさったものである.これらの流れを,精密な差分解析によって詳しく調べ,両者の類似性を明らかにした.とくに,先端から発生する速度分布関数の不連続を正確に記述し,先端における物理量の特異性を明らかにした.2.漸近解析前年度に引き続き,境界が滑らかであるが境界の温度が不連続である問題について,ボルツマン方程式の漸近解析および直接的数値解析を試みた.

具体的には,2枚の平面壁間の気体を考え,両方の壁に沿ってその温度がある一定値から別の一定値に不連続的に変化し,さらにもとの一定値に不連続的にもどるという変化を周期的に繰り返すとする.この場合について,(i)壁面温度をフーリエ級数展開し,その最初の数項をとった(粗い)近似的境界温度に対して,通常の滑らかな壁面温度分布に対するすべりの境界条件を適用した場合の速度場,温度場;(ii)DSMC法を用いて,もとのボルツマン方程式を直接数値解析した結果の速度場,温度場を比較し,(i)の有効性を確認した.