hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
身体の機械力学的特性に基づく歩行開始および停止動作の制御メカニズムに関する研究

本研究では,ヒト二足運動の神経制御メカニズムを明らかにすることを目的として,歩行開始動作と歩行停止動作の数理モデルの構築および運動計測実験を行っている.二足歩行運動と立位姿勢の遷移過程であるこれらの動作の制御メカニズムを明らかにすることにより,歩行運動および立位姿勢維持の神経制御メカニズムの理解の深化も期待される.本年度は,ヒト静止立位姿勢の神経-筋骨格系モデルの構築,歩行開始動作の神経-筋骨格系モデルの構築を目指した歩行運動モデルの改良,および超低速条件下における歩行計測実験を行った.ヒト静止立位姿勢の神経-筋骨格系モデルは,神経反射系を基盤とした既存の歩行モデルにVirtual Model Controlを付与することにより実装した.構築されたモデルの足-膝-股関節間の協調的ダイナミクスは,静止立位姿勢の計測実験時に見られる身体ダイナミクスの特徴の一部を再現した.また,安定した歩行開始動作および歩行停止動作を実現するためには,歩行中の遊脚を適切に制御できるメカニズムが必要である.既存の歩行モデルには,遊脚のダイナミクスを制御するメカニズムが十分に備わっていない.本年度は,歩行開始動作を実現可能な神経-筋骨格系モデルを構築する準備段階として,その遊脚の制御メカニズムを実装した.立位姿勢と歩行運動はともに二足運動であり,同一の枠組みで議論されることがしばしばある.歩行開始動作および歩行停止動作は,超低速での歩行運動とみなされることもあり,超低速条件下での二足運動制御メカニズムを理解することは,上記運動の制御メカニズムを理解する上で重要な知見をもたらすことが期待される.本研究では,超低速条件下における歩行計測実験を行い,身体ダイナミクスを解析した.これにより,ある値を下回る速度で実施した歩行運動の制御メカニズムは通常歩行の制御メカニズムと大きく異なることが示唆された.本研究では,ヒト歩行開始動作および歩行停止動作の制御メカニズムを,神経-筋骨格系モデルの構築および数値シミュレーション,および運動計測実験から明らかにすることを目標としている.昨年度に行った,バネ-質点モデルの解析および数値シミュレーションを用いた歩行停止動作の解析により,歩行停止動作をよりロバストに実現するための本質を明らかにした.本年度は,モデルとしてより現実に近い神経-筋骨格モデルを採用し,ヒト歩行停止および歩行開始動作を実現可能な神経-筋骨格系モデル構築の第一段階として,ヒト静止立位姿勢の神経-筋骨格系モデルを構築した.その数値シミュレーション結果はヒト静止立位の計測実験で見られる身体ダイナミクスの特性の一部を再現できている.また,本年度は神経-筋骨格モデルの遊脚の制御メカニズムの実装を行った.ヒト歩行開始動作および歩行停止動作に適切なパラメータの探索が行われれば,構築した神経-筋骨格モデルが安定した歩行開始動作および歩行停止動作を実現できることが期待される.また,本年度は超低速条件下での歩行運動計測実験を行った.これにより,ある閾値を下回る速度条件下では,通常の歩行運動制御メカニズムとは異なる制御メカニズムで運動が実施されていることが示唆された.計測された身体キネマティクスから推定される関節トルクおよび筋活動の様子をより詳細に解析することにより,速度に依存した制御メカニズムの変化が明らかになることが期待される.以上のように,ヒト歩行開始動作および歩行停止動作を理解することを目的とした研究を推進する上で必要なモデルの構築,およびデータの収集が進んでいる.このため,「課題はおおむね順調に進展している」と言える.本研究では,ヒト二足運動の神経制御メカニズムを明らかにすることを目的とする.これまでの研究で,ヒト静止立位姿勢の神経-筋骨格モデルの構築,歩行運動の遊脚制御メカニズムの改良を行った.これらを組み合わせることにより,歩行開始動作および歩行停止動作を実現可能な神経-筋骨格モデルを構築する.先行研究において,ヒト静止立位姿勢の神経制御メカニズムとして,身体の機械力学的な特徴を巧みに利用した神経制御メカニズムが,柔軟かつ安定な静止立位姿勢維持の本質であることが明らかにされつつある.構築した歩行開始動作および歩行停止動作の神経-筋骨格モデルの数値シミュレーションおよび解析により,身体の機械力学的な特徴がこれらの遷移動作を円滑に行うために有効に利用されていることを明らかにする.超低速条件下での歩行計測実験により,閾値を下回る速度条件下での歩行運動の制御メカニズムは通常の歩行運動制御メカニズムとは大きく異なることが明らかにされつつある.すでに得られている超低速条件下での歩行運動のキネマティクスから関節トルクを推定し,また筋活動度との相関解析を行うことにより,超低速条件下での運動制御メカニズムの本質的な理解を目指す.また,歩行開始動作および歩行停止動作において得られている知見と組み合わせることにより,これらの運動制御の本質が身体の機械力学的な特性の有効な利用であることを計測実験データからも明らかにする.歩行開始および歩行停止動作は,立位姿勢と歩行運動という異なる運動状態を遷移する過程であり,高齢者の転倒リスクが高い.これまで,歩行開始動作に関する研究は広く行われている一方で,歩行停止動作に関する研究は十分に行われていない.また歩行停止動作に関する研究の多くは運動計測実験に基づくものであり,数理モデルを用いた数値シミュレーションや解析的な研究は稀である.本研究では,ヒトが定常的な歩行運動から静止立位姿勢へ遷移する過程をバネ-質点モデルを用いてシミュレート・解析した.これまでに行われた歩行停止動作の計測実験により,定常歩行と歩行停止動作の差異は以下の三種類に大別される:

1.歩幅の短縮(step length control),2.足関節底屈動作の増大(ankle control),3.膝関節の伸展(knee control).本研究ではこれらの制御をバネ-質点モデルに実装し,それぞれの制御がバネ-質点モデルのダイナミクスへ及ぼす影響を調査した.結果として,ankle controlは歩行中の前方への運動を十分に減衰させられるが,step length controlおよびknee controlはその能力を持たないことを明らかにした.つづいて,定常歩行中のバネ-質点モデルにこれら三種類の制御を同時に作用した場合のダイナミクスの変化を調べた.これにより,バネ-質点モデルおよびこれらの制御メカニズムによりヒト歩行停止動作における身体ダイナミクスの様々な特徴を再現できることを示した.さらに,バネ-質点モデルのサドル型状態空間に存在する安定多様体に依存した間欠性をankle controlに持たせることにより,より安定して歩行停止動作を成功させられることを示した.本研究で構築した歩行停止動作モデルを皮切りに,歩行停止動作における身体制御メカニズムの理解の深化が期待される.本研究では,身体の機械力学的特性と脳・神経系の制御戦略の相互作用(ニューロメカニクス)に注目して,ヒト身体運動の基盤である立位姿勢,歩行運動,およびそれらの遷移過程(歩行開始動作および歩行停止動作)における神経制御メカニズムを明らかにすることを目指す.ヒト身体運動の神経制御メカニズムを理解するうえで,モデルを用いた数値シミュレーション・解析は,運動計測と同程度に重要な役割を果たす.本研究では,これまでにヒト歩行停止動作のバネ-質点モデルを構築することに成功した.バネ-質点モデルは比較的単純なモデルであるが,単純なモデルの利用は制御の本質を知るうえで大変重要な役割を果たす.バネ-質点モデルを用いて得られた知見をもとに運動計測実験,およびより詳細なモデルの構築・数値シミュレーションを行うことで,ヒト身体運動における神経制御メカニズムのより詳細な理解が期待される.以上より,本研究は一定の成果をあげており,おおむね順調に進展している.本研究では,ヒト二足運動の神経制御メカニズムを明らかにすることを目的として,歩行開始動作と歩行停止動作の数理モデルの構築および運動計測実験を行っている.二足歩行運動と立位姿勢の遷移過程であるこれらの動作の制御メカニズムを明らかにすることにより,歩行運動および立位姿勢維持の神経制御メカニズムの理解の深化も期待される.本年度は,ヒト静止立位姿勢の神経-筋骨格系モデルの構築,歩行開始動作の神経-筋骨格系モデルの構築を目指した歩行運動モデルの改良,および超低速条件下における歩行計測実験を行った.ヒト静止立位姿勢の神経-筋骨格系モデルは,神経反射系を基盤とした既存の歩行モデルにVirtual Model Controlを付与することにより実装した.構築されたモデルの足-膝-股関節間の協調的ダイナミクスは,静止立位姿勢の計測実験時に見られる身体ダイナミクスの特徴の一部を再現した.また,安定した歩行開始動作および歩行停止動作を実現するためには,歩行中の遊脚を適切に制御できるメカニズムが必要である.既存の歩行モデルには,遊脚のダイナミクスを制御するメカニズムが十分に備わっていない.
コロイド結晶の応力変形

粒子径がナノからミクロンメートルサイズの単分散微粒子を周期配列させた構造体は、コロイド結晶と呼ばれる。外部応力によって引き起こされるコロイド結晶材料の構造、物性変化は、コロイド粒子、および応力の種類、大きさ、向き等の複数のパラメーター等に影響を受ける。今後、多様な機能性コロイド結晶材料の実用化研究が発展する中で、理論解析により、コロイド結晶の応力変形による構造、物性変化を予測できるようにすることは意義がある。本研究では、外部応力が、コロイド結晶を形成する粒子自身の形状および粒子の配列構造に与える影響を、実験的および理論的に明らかにした。本研究では、外部応力が、コロイド結晶を形成する粒子自身の形状および粒子の配列構造に与える影響を、実験的および理論的に明らかにすることを目的としている。平成25年度は、平成24年度に実験的に取得した2次元コロイド結晶フィルムに加えられる引張応力とコロイド結晶の形状変化の相関関係に対し数値解析を行うことで、コロイド結晶の変形メカニズムの解明を試みた。応力変形前の微粒子の投影形状を六角形とし、数値解析を行ったところ、微粒子の変形は3次元的なアフィン変形として捉えられることが明らかになった。数値解析の結果、ブロック形状の変形に対しては、実験結果が良い一致を示すことを明らかにした。また、釣りの浮き形状の変形に対しては、引張応力の方向に関して、一部実験結果より数値解析の結果が大きく出てくることがわかった。これは、コロイド結晶中の粒子間、粒子ーマトリックス間の様々な相互作用を考慮に入れることで説明が可能であり、非平衡な変形構造を維持するための制御因子を明らかにすることに成功した。本研究内容について、公益社団法人高分子学会第62回年次大会の開催に先立ち記者会見で発表すると共に、同大会で依頼講演を行い、高分子科学技術の普及活動を行った。平成24年度は、まず、モデルサンプルとして、真球形状を有する高分子微粒子の2次元配列体を熱可塑性高分子であるポリビニルアルコールマトリックス中に固定化したコロイド結晶の作製を試みた。その結果、分散重合法により光学顕微鏡による形状観察が可能なミクロンメートルサイズの高分子微粒子の合成に成功し、さらに気液界面への粒子の吸着現象および界面における自己組織化現象を利用することで、センチメートルサイズの構造が固定化された2次元コロイド結晶フィルムの作製に成功した。生成フィルムの構造を光学顕微鏡、電子顕微鏡を使用し評価した結果、多結晶のコロイド粒子配列体が得られ、その結晶ドメインは数平均で約40個の高分子微粒子から形成されていることを明らかにした。次いで、2次元コロイド結晶フィルムを引張試験機を用いて変形させることで、外部応力がコロイド粒子の形状変化に与える影響について検討を行った。ポリスチレン粒子を使用した系において、ポリスチレンのガラス転移温度以下で応力を加えたところ、粒子形状はほとんど変形せず、粒子間距離が広がると共に粒子の配列構造が崩壊する様子が確認できた。一方、ガラス転移温度以上の120度で応力を加えたところ、粒子配列構造は保たれたまま、粒子が主に3つの形態(ブロック形態、釣りの浮き形態、さやえんどう形態)に変形することを明らかにした。当初の研究計画において、平成24年度は下記の2点を課題として掲げていた。【課題1】コロイド結晶の作製、および構造・物性評価:2次元コロイド結晶フィルムを合成するための条件の最適化を目的とし、2次元コロイド結晶フィルムの構造に影響を与える作製条件の因子と、それによって変化する構造との相関について系統的に検討を行う。(達成度)気液界面におけるコロイド結晶の作製条件(温度、湿度、粒子展開方法)を精査することで、高効率で2次元コロイド結晶フィルムの合成が可能な条件を見出した。さらに、走査型電子顕微鏡、光学顕微鏡を用いて、ナノメートルからミクロンメートルの範囲でコロイド結晶のモルフォロジィ評価を行い、コロイド結晶作成条件と粒子の配列状態との相関関係を明らかにした。【課題2】外部応力がコロイド結晶の構造・物性に与える影響の実験的検討:2次元コロイド結晶フィルムに加えられる外力が、コロイド結晶の構造に与える影響を考察する。

具体的には、定温型引張試験機を使用し、コロイド結晶に応力を加える際の条件(温度、引張速度)が、粒子規則配列構造、およびコロイド結晶を形成する粒子自身の形状に与える影響を明らかにする。(達成度)コロイド結晶の変形について、走査型電子顕微鏡、光学顕微鏡を用いてナノメートルからミクロンメートルの範囲でモルフォロジィ評価を行い、引張温度・速度と粒子の配列構造・粒子の形状変化の相関関係を明らかにした。年度内に、課題2点の内容について良好に実験を遂行することができ、また実験結果の解析も完了している。外部応力によって引き起こされるコロイド結晶材料の構造、物性変化は、コロイド粒子、コロイド結晶を固定化しているマトリックス材料の組成、および応力の種類(引っ張り、摩擦、衝撃等)、大きさ、向き等の複数のパラメーターに影響を受ける。今後、多様な機能性コロイド結晶材料の実用化研究が発展する中で、理論解析により、コロイド結晶の応力変形による構造、物性変化を予測できるようにすることは意義がある。平成25年度は、コロイド結晶中の粒子間、粒子ーマトリックス間の様々な相互作用を理論モデルとして表し、非平衡な変形構造を維持するための制御因子を明らかにすることで、コロイド結晶の変形メカニズムを解明する。平成24年度、平成25年度で取得する基礎的データを有機的に繋げることで、真に使えるコロイド結晶の材料開発の実現に向けた足掛かりとしたい。■消耗品費:応力変形後の構造、物性評価に適したコロイド結晶材料サンプルを合成する必要があり、この目的のため材料費を計上する。■旅費:国内学会(高分子学会、日本化学会コロイドおよび界面化学部会)での成果発表、情報収集、および共同研究者との研究打ち合わせを実施するために国内旅費を計上する。■謝金等:英文による論文作成のための英文校閲費を計上する。また年に1回、関連分野の専門の研究者に大阪工業大学に来てもらい、講演および研究のディスカッションを行っていただく予定であり、謝金を計上する。■その他:資料整理に必要な印刷費、実験データ・試料を送付するための通信費を計上する。当初購入を計画していた消耗品について、予定より少量で実験が可能であったため、231,820円の繰越が生じた。次年度、繰越分を有効活用し、コロイド結晶材料の変形メカニズムの数値解析を強力に推進する。
戦略的補完性に基づく複数財オークションと競争状況下のリアルオプションの分析

本研究では「不確実性がある競争状況下の投資評価」について成果を得た.まず最初に有限期間のマルコフゲームについて各成分が戦略的補完性を持つ場合に,純粋戦略均衡が存在するための十分条件を明らかにした.次に既存企業と新規企業が参入のタイミングを決定する投資ゲームについて,個人情報を既存企業だけが持つ場合について考察し,均衡を特徴付けし,社会厚生が情報完備なときに比べて歪められる条件について明らかにした.本研究では「不確実性がある競争状況下の投資評価」について成果を得た.まず最初に有限期間のマルコフゲームについて各成分が戦略的補完性を持つ場合に,純粋戦略均衡が存在するための十分条件を明らかにした.次に既存企業と新規企業が参入のタイミングを決定する投資ゲームについて,個人情報を既存企業だけが持つ場合について考察し,均衡を特徴付けし,社会厚生が情報完備なときに比べて歪められる条件について明らかにした.平成21年度においては,戦略的補完性に関する基本的な性質をまとめ,離散環境における理論を整備するとともに,海外の研究動向に関してサーベイを行った.さらに渡辺と山下は,戦略的補完性を有するマルコフゲームに関する研究とその性質をまとめ,それを離散環境に応用するための理論を構築した.この結果は,首都大学東京のDiscussion Paperにまとめ,現在,国際雑誌に投稿中である.平成22年度においては,まず戦略的補完性に関する性質を,動的な環境(マルコフゲーム)に応用し,パラメータ変化における比較静学(例えば,研究開発成果における開発の成功確率や開発費用が変化すると,利益がどのように変化するかなど)を導く理論を構築しようと試みた.この研究については,昨年より大きな進展は見られず,ゲームのクラスも限定されたが,昨年までの成果と合わせ,中国のゲーム理論国際学会などで発表を行い.評価を得たまた,不確実性下における企業投資において,戦略的補完性が存在する条件での評価モデルとして,リアルオプションとゲーム理論を組み合わせた不確実性下における投資競争における「シグナリング」と呼ばれる情報の戦略的顕示の効果について研究を行った.投資競争において,先手と後手の2つの企業があり,先手のみがマーケットに対する情報を持っている場合を考察し,先手が最適なタイミングでオプションを行使するか,もしくは戦略的な情報顕示のため最適でないタイミングで行使するかについて,その条件,及び混合戦略の確率を明らかにし,投資者の期待利益について数値計算を行った.研究成果については,Springer社から出版されるDynamics, Games and Science Iに掲載するとともに,リアルオプション国際学会やヨーロッパOR学会国際会議で発表した本年は,渡辺と山下が各段階の成分ゲームが戦略的補完性を持つ場合のマルコフゲームについての分析を引き続き行った.優対角条件を外して均衡点の唯一性を放棄することで研究を行った.その結果,戦略的補完性の下では均衡点が束構造を持つことから最大元(または最小元)が存在する事を示し,唯一の均衡点の代わりにこの均衡の最大元で同様の性質が得られることを証明した.本成果は,現在,International Journal of Game Theoryに現在投稿中である.また渡辺は,引き続き複数財のオークション(特に組合せオークション)と戦略的補完性の関係についても検討した.本年は,まず財の集合を導出順序(induced order)で順序付けをし,その順序に基づいてオークションが戦略的補完性を持つことを示そうとしたが,その関係は見出せなかった.ただし,この過程において第1価格入札的な組み合わせオークションの均衡に離散不動点定理が応用できる可能性を発見し,離散不動点定理をゲーム理論やオークションに応用する研究を進めている.この研究は現在も継続中である.渡辺は,競争状況下でのリアルオプション分析におけるシグナリングについて考察し,研究成果をまとめた.具体的には.投資の先導者が,投資効果について情報を持っており,先導者の最適な投資タイミングで投資を行うと情報が追随者に顕示してしまうシグナリングの問題を考察した.本研究は,2つのDiscussion Paperにまとめられ,海外の学会などで発表されている.
蛍光タンパク質におけるphoto-modulationの分子基盤と応用

我々が独自に開発しphoto-modulationを示す3つの蛍光タンパク質、Kaede、KikGR、Dronpaについて、基礎的および応用研究を行った。Kaede, KikGRは、紫(外)光で緑から赤へ色を変換する蛍光タンパク質である。緑と赤の状態でX線結晶構造解析と分光学的解析を行い、photo-conversionの分子機構の理解を深めた。Kaede,とKikGRのデータの比較から、光吸収によって起こる・脱離反応の詳細な機構に関して新しいモデルを提唱するに至った。フォンクロミック蛍光蛋白質Dronpaの明と暗、両状態の構造を解明し、フォトクロミズム現象に関する、タンパク質独特のメカニズムを新たに提示した。Dronpaにおいては、青色と紫(外)色の光を当てることで明(蛍光)状態と暗(無蛍光)状態を制御することができる。これまで世界の数箇所の研究室でDronpaのX線構造解析が試みられてきましたが、明状態に比べて暗状態の構造決定が難しく、このタンパク質のフォトクロミズムのメカニズムは未詳であった。今回核磁気共鳴法(NMR)解析を試み、暗状態の動的構造の決定に成功した。蛍光タンパク質特有の・バレル構造は固いという通説に反し、Dronpaの暗状態では、・バレル構造の一部および発色団が極端に柔らかく動きやすくなっており、その結果蛍光効率が下がるものと結論された。発色団の柔軟性・可動性の程度によって、明暗すなわち蛍光性が決定されるという見解を支持するデータが得られた。タンパク質独特のフォトクロミズム機構を扱いながら、広く蛍光性分子の構造に関して根本的な問題を提起する成果と言える。またベルギーの研究室と共同で、Dronpaの物理化学を解析し、Dronpaの超分解能光学顕微鏡開発への応用を試みている。1.KikGRのphotoconversionの分子基盤KikGRは、我々が人工的に作製した、photoconvertible蛍光タンパク質である。KikGRの結晶化しやすい変異体を作製し、その緑色状態、赤色状態の結晶を用いて構造解析を行った。解析の結果、以前にわれわれが別のphotoconvertible蛍光タンパク質Kaedeにおいて報告したbeta脱離反応をKikGRにおいても示すことができた。さらに、そのbeta脱離反応がE1反応によることが明らかとなった。海外のグループは同様のbeta脱離反応でE2反応を提唱しており、相反する見解が得られた。現在論文投稿中。2.Dronpaのphotochromismの分子基盤Dronpaは、我々が作製したphotochromic蛍光タンパク質である。このタンパク質の明・暗の制御を明らかにするため、NMR解析を行った。サンプルチューブの中に514.5nmのレーザー光を放射するファイバーを挿入して、Dronpaの暗状態をNMR測定の間保つような工夫を行った。解析の結果、暗状態において、発色団とその近傍のbeta-barrel構造が動きやすくなっていることが示された。海外のグループは同様のphotochromismにおいて発色団の一部の構造のcis-transisomerizationを提唱しており、相反する見解が得られた。現在論文作成中。Dronpaは青色光を吸収し、明るい緑色の蛍光を発する。また、490nmの強い光を照射すると暗状態に移行し、400nmの照射で元の明状態に戻る。我々は、Dronpaにランダムに変異を入れることによって、photoswitchingをより高効率で起こす2つの変異体を得た。Dronpa2とDronpa3である。Dronpa2は159番目のメチオニンがトレオニンに、Dronpa3は157番目のバリンがイソロイシン、159番目のメチオニンがアラニンに変異している。2つの変異体は、Dronpaに比べて青色光でより効率良く暗状態に移行する。

精製したタンパク質をミネラルオイルに封じ込め、顕微鏡で測定した結果、Dronpaの明状態から暗状態への量子収率は3.0x10^<-4>なのに対して、Dronpa2は4.7×10^<-2>、Dronpa3は5.3×10^<-3>で、変異体が遙かに効率よく暗状態に移行することが分かった。また、同様に暗状態から明状態への量子収率を測ろうとしたが、変異体は光による移行だけではなく、温度による移行も大きいため、正確な測定は困難だった。しかし、Dronpaと同程度の効率で暗状態から明状態に移行すると思われる。以上の性質により、変異体はアルゴンレーザー(488nm)で励起するとあっという間に暗くなってしまうため、十分な蛍光シグナルを観察することが出来ない。紫色レーザー(405nm)で励起しても蛍光シグナルは出ない。しかし、488nmと405nmを同時に照射すると、暗状態と明状態を素速く行き来することになり、明るい蛍光シグナルを得るのに十分な明状態の分子の数を保つことが出来る。実際に、HeLa細胞のミトコンドリアと細胞膜にターゲットしたDronpa3の蛍光像を撮影することに成功した。
研究力が低成長・縮小する時代における科学技術政策の在り方の実証的分析

本研究では、研究力が縮小する国における研究戦略の可能性を実証的に明らかにする。海外諸国とのネットワーク・オブ・エクセレンスの構築による研究分野の多様性維持と、それを基にした学際的研究活動の推進により研究の優位性が維持できる可能性について分析する。
成人生体部分肝移植の成績向上のための研究

1)成人生体部分肝移植用に必要な部分肝の安全な摘出方法、保存法の確立について:ラット、ブタ実験モデルで20%50%の大きさの部分肝摘出の手枝をほぼ完成した。肝保存に関しては、これまでのUW液ではラット肝保存は24時間が限界あったが、今回開発したフサンリンス保存液では48時間の保存が可能になった。本液はKが低い細胞外液型の電解質液である点も有利である。2)肝細胞増殖因子の検索及び同所性成人部分肝移植への応用の可能性について:ブタ部分肝切除モデルで作った肝細胞増殖因子は力価がやや不安定で、ブタにおいて適当な増殖因子は見つかっていない。3)異所性成人部分肝移植:子ブタを用いドナーより摘出した50%部分肝を肝動脈、門脈を結紮した肝不全モデルのレシピエントの肝下部に移植し再生肥大し、充分な機能を持つ同体重間の異所性成人部分肝移植モデルを完成した。4)抗接着分子抗体の作製と部分肝移植への応用:部分肝虚血再灌流障害の防止:ウィスター系ラットを用い、90分間の70%部分肝虚血モデルを作製、虚血5分前に抗白血球接着分子抗体(mAb)である抗ICAN-1,CD11a,CD18抗体を静脈内投与した。mAb投与は、好中球浸潤、肝過酸化脂質生成を有意に抑制し、肝ATPを有意に改善しラット生存率を有意に改善した。エンドトキシンショック:ICRマウスにエンドトキシン(LPS:30mg/kg)を腹腔内投与し、同時に抗CD11a,CD11b,CD18,ICAN-1,LECAM-1抗体、メチルプレドニゾロン(MP)30mg/kgを静脈内投与した結果、マウスの生存率は著明に改善し、肝過酸化脂質の上昇は抗CD18抗体及びMP投与により抑制された。これらの成績は、成人部分肝移植臨床に大いに役立つ知見である。●生体よりの成人生体部分肝移植用のグラフトの安全な摘出法、保存法の確立。順調に進展し一部は部分肝移植実験に移っている。1)摘出手技の確立ラット、豚を用い40%,50%部分肝摘出を安全確実なものにしドナーに障害を与えないような手技を完成した。又、犬によるIn situ肝冷却潅流法を試みhio-pumpを用いたv-v bypass法により安全に無刑下に部分肝摘出する方法をほぼ完成した。2)肝保存法の検討肝細胞培養液のアミノ酸組成を一部変えた液を用い、低温肝潅流保存を行いどのような保存液が最も好ましいかラット肝生着成績、肝ATPの変化など指標に検討し、粘調度が低くバッツファー容量の大きなHL sol-utionを作製した。生着率、ATPからみるとUW solutionを越える優れた保存液であることが判明した。●肝細胞増殖因子、抗細胞接着分子抗体の作製とその力価の検討1)豚肝から作製中の細胞増殖因子は特異的でなく力価もいまだ低い。さらに作製方法をラット肝を用いて検討する必要があると考える。(1)抗接着分子抗体の作製と応用ラット抗接着分子抗体は前年度に作製し、既にラットの虚血モデルにおいて応用の段階に入っている。これによるとラット虚血肝モデルおよびマウスエンドトキシンショックモデルで過酸化脂質生成を抑制することにより、肝エネルギー代謝を改善し、生存率を高めることが判明した。現在、豚の肝移植モデルでの効果について検討している。(2)異所性成人部分肝移植

子ブタを用いた同体重間の異所性成人部分肝移植モデルを確立した。つまり、レシピエントの肝下部にドナーより摘出した部分肝を移植する。肝静脈-IVC吻合、門脈-門脈吻合、肝動脈-肝動脈吻合を工夫することにより、安全な肝移植が可能となった。すなわち、肝動脈、門脈を結紮した肝不全モデルのレシピエントに部分肝を移植し、再生肥大し充分な機能を持つ異所性成人部分肝移植モデルを確立した。現在、グラフトサイズを5030%と変えて、部分肝グラフトの必要量を検討し、併せて肝細胞増殖因子、抗接着分子抗体の効果について検討している。1.異所性成人部分肝移植モデルにおける研究子ブタを用いた50%部分肝移植モデルにおいてグラフトへの門脈血流及び肝組織ATPが移植後のグラフト機能に相関する事が判明した。肝細胞増殖因子に関しては、ブタ部分肝で作った増殖因子は力価が不安定で検討を重ねているもののこれまで適当なものは見つかっていない。今後、家兎などの別な動物の肝移植モデルなどで再検討が必要である。2.抗接着分子抗体の作製と応用我々は、フリーラジカルが、虚血再潅流およびエンドトキシンショックによる臓器障害において重要な役割を果たしていることを報告してきたが、今回、白血球とその接着分子のこれらの障害への関与について検討した。部分肝虚血再潅流障害の防止:ウィスター系ラットを用い、90分間の70%部分肝虚血モデルを作製、虚血5分前に抗白血球接着分子抗体(mAb)である抗ICAM-1、CD11a、CD18抗体を静脈内投与した。再潅流後24時間まで肝内好中球数は増加し、再潅流後4時間において肝内ICAM-1の発現は増強した。mAb投与は、好中球浸潤、肝過酸化脂質生成を有意に抑制し、肝ATPを有意に改善した。90分の全肝虚血モデルにおいても、mAb投与はラット生存率を有意に改善した。エンドトキシンショック:肝移植後にエンドトキシンショックを合併すれば致命的である。ICRマウスにエンドトキシン(LPS:30mg/kg)を腹腔内投与した。同時に、抗CD11a,CD11b,CD18,ICAM-1,LECAM-1抗体、メチルプレドニゾロン(MP)30mg/kgを静脈内投与した。LPS投与後48時間の生存率は対照群で36%であり、抗CD11a、CD18、LECAM-1抗体およびMP投与により生存率は70%,62%,64%および100%に改善した。肝過酸化脂質は、LPS投与後4時間で約5倍に増加し、抗CD18抗体およびMP投与により低下した。白血球は、肝虚血再潅流およびエンドトキシンショックの肝障害形成に関与し、抗接着分子抗投与はこれらの病態下での肝障害予防薬となりうる可能性が示唆された。以上、これらの成績は、成人部分肝移植臨床に大いに役立つ知見である
鼻咽腔閉鎖不全症に対する新たな手術法を開発するための生理学的研究

鼻咽腔機能とは軟口蓋挙上および咽頭後壁・側壁の運動にて成り立つもので、構音時は気流の調節、嚥下時には食物の鼻への漏出を防止する運動である。鼻咽腔閉鎖不全になると構音・嚥下などに対して不利となる。術後に鼻咽腔閉鎖不全を生じる口腔外科的手術には口蓋形成術や口腔悪性腫瘍(上顎がん・上顎洞がん)切除術がある。従来より鼻咽腔閉鎖不全症に対する手術(咽頭弁移植術)が施行されてきたが、睡眠時無呼吸症候群の原因となることや非常に侵襲が大きいことなどの弱点を持つ。そこで、今回我々は大きな侵襲の手術を使用せずに鼻咽腔を狭小化する方法を新たに開発するために、鼻咽腔閉鎖力に関しての生理学的研究を行うこととした。
段階特異的な胚発生阻害活性を有する新規細胞機能調節物質

棘皮動物胚の発生を特定の段階で選択的に停止させる活性を指標にして、海洋生物等から有用細胞機能調節物質の探索を行った。その結果、鹿児島県近海で採取した海綿およびエジプト紅海産の軟体サンゴや軟体動物等から新規生理活性物質を単離し、NMRおよびMS等のスペクトルデータならびにX線結晶解析に基づいてそれらの化学構造を決定した。これらのうち、海綿由来のポリアセチレン、アメフラシ由来のハロゲン化合物および軟体サンゴ由来の大環状ジテルペンは白血病細胞等に対して細胞増殖阻害活性を示すことを明らかにした。日本近海で採集した海綿および海洋微生物をメタノール等有機溶媒で抽出して得た抽出物について、段階的に希釈した濃度でイトマキヒトデ受精卵およびバフンウニ受精卵に加えて、初期発生等に対する影響を顕微鏡下で観察し、胚発生阻害スクリーニングを行った。その結果、棘皮動物の胚発生を特定の発生段階で選択的に阻害する活性が、2種の海綿抽出物および1種の海洋細菌抽出物に認められた。活性が認められた有望な検体の1つである奄美大島産未同定海綿のメタノール抽出物をヘキサン、酢酸エチル、ブタノールおよび水の各可溶性画分に溶媒分画した。これらのうち活性が認められた酢酸エチル可溶性画分を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーおよび逆相カラムクロマトグラフィーにより繰り返し分画・精製することにより3種の活性物質を単離した。NMR、MS等によって活性物質の構造を解析した結果、臭素含有インドール誘導体類であることが明らかになった。これら活性物質が結晶性であることがわかったためX線結晶構造解析用の結晶を作成中である。また、胚発生阻害スクリーニングで活性が認められた瀬戸内海産の海綿1種のメタノール抽出物についても溶媒分画により活性を示す水溶性画分を得た。逆相カラムクロマトグラフィーおよびイオン交換カラムクロマトグラフィーにより繰り返し分画・精製することにより、活性物質を得た。両親媒性かつニンヒドリン陽性の本活性物質は、分光学的手法等による構造解析の結果、4員環性複素環骨格を有すると推定されたため、ベンゾイル化等誘導体に導いて構造解析を進めている。さらに、活性が認められた海洋細菌の1種のブタノール抽出物について溶媒分画を行い、活性を示す酢酸エチル可溶性画分を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィーおよび逆相カラムクロマトグラフィーにより活性成分を分画・精製した。棘皮動物の受精卵を用いた胚発生阻害スクリーニングを、海洋生物のメタノール抽出物について実施した。海水で段階的に希釈した海綿のメタノール抽出物中にイトマキヒトデ受精卵を約20個加えて、初期発生等に対する影響を顕微鏡下で観察し、ヒトデの胚発生を特定の発生段階で選択的に阻害する活性が認められた粗抽出物について、順次ヘキサン、酢酸エチル、ブタノールおよび水の各可溶性画分に溶媒分画した。これらのうち活性が認められた溶媒可溶性画分を、各種カラムクロマトグラフィーにより繰り返し分画・精製することにより活性物質を単離し、NMR、MS等によって活性物質の構造を特定した。まず、胞胚形成を阻害した海綿抽出物からは、活性物質としてデメチルルファリオリドが得られた(最小有効濃度3 ppm)。また、別種の海綿抽出物からは、4種の活性物質が得られた。最も活性な4,5-ジブロモ-1H-ピロール-2-カルボキサミドは、最小有効濃度0.08 ppmでヒトデ胚の発生を初期原腸胚の段階で選択的に停止させた。さらに別種の海綿抽出物からは、アラニン、臭素化N-メチルトリプトファンおよびβ-チロシンを構成成分とするデプシペプチドと推定された活性物質が得られ、10 ppm以上の濃度でヒトデの胚発生を初期原腸胚の段階で選択的に停止させることがわかった。また、エジプト紅海で採集されたアメフラシの消化管のアセトン抽出物からは、新規生理活性物質として2種のハロゲン化セスキテルペン類が得られた。これらは、前立腺癌細胞、肺癌細胞、乳腺癌細胞、肝細胞癌細胞、結腸癌細胞に対して10μg/mL以下の濃度で細胞増殖阻害活性を示すことがわかった。さらに紅海産軟体サンゴの酢酸エチル抽出物からは、3種の新規生理活性ジテルペンが得られ、肝細胞癌細胞および乳腺癌細胞に対して弱い細胞増殖阻害活性を示すことを明らかにした。ヒトデ等の棘皮動物の卵を用いて受精阻害スクリーニングならびに胚発生阻害スクリーニングを、各種海洋生物のメタノール抽出物に対して行った。イトマキヒトデ卵を成熟処理した後、海水で段階的に希釈した海綿などのメタノール抽出物を加えて顕微鏡下で観察して受精膜形成の有無を判断した。また、イトマキヒトデの受精卵にも各種海洋生物等のメタノール抽出物を加えて、初期発生等に対する影響を顕微鏡下で観察した。ヒトデの受精または胚発生を特定の発生段階で選択的に阻害する活性が認められた粗抽出物については、順次ヘキサン、酢酸エチル、ブタノールおよび水の各可溶性画分に溶媒分画し、さらに活性試験を実施した。活性が認められた溶媒可溶性画分を、各種カラムクロマトグラフィーにより繰り返し分画・精製することにより活性物質を単離し、NMR、MS等によって活性物質の構造を特定した。

ヒトデの受精には影響を与えず、受精卵に作用させたときに多細胞段階で発生を停止させる活性を示したCallyspongia属海綿抽出物からは、活性物質として長鎖脂肪酸が得られ、ピコリニルエステル誘導体にしてMS測定し、フラグメントイオン解析を行って不飽和結合の位置を決定した。また、別種のフィリピン産海綿抽出物からは、3種の活性物質が得られ、いずれも高度不飽和側鎖を有するトリテルペノイド類と同定された。また、紅海産軟体サンゴのジクロロメタン-メタノール可溶性画分をシリカゲルクロマトグラフィーで分画後逆相HPLCにより活性物質を精製した結果、3種の新規生理活性ジテルペンが得られた。このうち、シクロプロパン環を有する化合物について単結晶X線構造解析を行って絶対配置も含めてその化学構造を明らかにした。選択的胚発生阻害活性を示す海綿などの海洋生物の抽出物を、棘皮動物の胚発生阻害スクリーニングにより選び出し、それぞれの抽出物中に含まれる生理活性物質の分画・単離が進んでいる。それらの化学構造を順次解析しており、数種の新規生理活性物質が特定されてきている。昨年度に引き続き、海洋生物等のメタノール粗抽出物に対して、棘皮動物の1種イトマキヒトデの卵を用いた受精阻害活性試験ならびに胚発生阻害活性試験を行った。海水で段階的に希釈した海洋生物等の粗抽出物に、1-メチルアデニン添加により成熟処理したヒトデ卵を加えて顕微鏡下で受精膜形成の有無を判断した。また、各種海洋生物等のメタノール抽出物に、あらかじめ媒精したあとのヒトデ受精卵を加えて、影響の有無を発生段階毎に顕微鏡下で観察した。ヒトデの受精または胚発生を特定の発生段階で選択的に阻害する活性が認められた粗抽出物については、順次ヘキサン、酢酸エチル、ブタノールおよび水の各可溶性画分に溶媒分画し、さらに活性試験を実施した。活性が認められた溶媒可溶性画分を、各種カラムクロマトグラフィーにより繰り返し分画・精製することにより活性物質を単離し、NMR、MS等によって活性物質の構造を特定した。その結果、エジプトの紅海産Sarcophyton属軟体サンゴのジクロロメタン-メタノール可溶性画分から、4種の既知ジテルペノイド類と1種の既知トリテルペノイドに加えて3種の新規センブラン型ジテルペノイド類を単離・構造決定した。このうちの1種については、X線結晶解析によって化学構造を確認するとともに、絶対配置を決定した。これらの化合物について、ヒトの癌細胞に対する細胞増殖阻害活性を実施した結果、ジテルペノイド類は、弱いかあるいはほとんど阻害活性を示さなかったのに対して、トリテルペノイドであるsardisterolが肺ガン細胞A549に対して増殖阻害活性を示すことが明らかになった。棘皮動物胚の発生を特定の段階で選択的に停止させる活性を指標にして、海洋生物等から有用細胞機能調節物質の探索を行った。その結果、鹿児島県近海で採取した海綿およびエジプト紅海産の軟体サンゴや軟体動物等から新規生理活性物質を単離し、NMRおよびMS等のスペクトルデータならびにX線結晶解析に基づいてそれらの化学構造を決定した。これらのうち、海綿由来のポリアセチレン、アメフラシ由来のハロゲン化合物および軟体サンゴ由来の大環状ジテルペンは白血病細胞等に対して細胞増殖阻害活性を示すことを明らかにした。棘皮動物の胚発生阻害スクリーニングにより、選択的阻害活性を示す海綿などの海洋生物の抽出物を選び出すことができてきている。それぞれの抽出物中に含まれる生理活性物質の分画・単離まで進んできており、それらの化学構造を順次解析しており、数種の新規生理活性物質が特定されてきている。
分割階層型CNNと進化的構造適応学習法による顔表情識別手法の提案

GAおよびIAを用いた進化的構造適応学習法により,砂時計型ニューラルネットワークの最適化を行った.その結果,ニューラルネットワークの初期結合荷重をランダムに与える場合よりも,収束速度が高速な初期結合荷重の探索に成功した.ネットワーク・インバージョンの局所解問題を解決し,それを砂時計型ニューラルネットワークに適用したDoubleBPを開発した.提案した有効性を検証するために,進化的構造適応学習法を分割階層型CNNに適用し,顔表情の識別を行った.GAおよびIAを用いた進化的構造適応学習法により,砂時計型ニューラルネットワークの最適化を行った.その結果,ニューラルネットワークの初期結合荷重をランダムに与える場合よりも,収束速度が高速な初期結合荷重の探索に成功した.ネットワーク・インバージョンの局所解問題を解決し,それを砂時計型ニューラルネットワークに適用したDoubleBPを開発した.提案した有効性を検証するために,進化的構造適応学習法を分割階層型CNNに適用し,顔表情の識別を行った.Cellular Neural Network(以下,CNN)の問題点として,識別対象となる課題サイズが大規模になった場合,CNNを構成するセル数も多くなり,漸近安定平衡点までの収束には多大な計算量を必要とするとともに,識別能力も低減することが考えられる.そこで当研究代表者は分割階層型CNNの研究に着手した.このときCNNに対して適切な学習パラメタ値を試行錯誤的に割り当てなければならないが,このパラメタ設定の自動化実現が,提案手法一般化の鍵となる.3年間の研究計画の中で,1年目は進化的構造適応学習法の改良,その有効性の再検証を行い,本手法の工学的な位置づけを明確にすることであった.さらに,提案手法の有効性検証の実アプリケーションとして,顔表情の識別実験を行うことを計画した.進化的構造適応学習法は,GAを用いてニューラルネットワークの最適化を行う手法である.従来,小規模のネットワークモデルへの適用例はあったが,小規模モデルではGAが効果的に機能しているか評価することが困難であった.そこで大規模ニューラルネットワークと砂時計型ニューラルネットワークに対して進化的構造適応学習法を適用して,顔表情の学習を行った.顔表情として,喜び,悲しみ,嫌悪,怒り,恐れ,驚きの6つについて4枚ずつと無表情1枚の計25枚の撮影を行った.この撮影を7人に対して行った.撮影した画像は顔部分を切り出し,これらを顔画像データとした.GAが学習に対して効果的に機能しているか調査するため,顔画像の学習に特化した初期結合荷重を探索することを目的として実験を行った.一般的には,ニューラルネットワークの結合荷重は,ランダムに決定するが,進化的構造適応学習法を用いることにより,複数人の顔画像に対して,ランダムサーチで得たものよりも高速に誤差が収束する初期結合荷重を得ることに成功した.Cellular Neural Network(以下, CNN)の問題点として,識別対象となる課題サイズが大規模になった場合, CNNを構成するセル数も多くなり,漸近安定平衡点までの収束には多大な計算量を必要とするとともに,識別能力も低減することが考えられる.そこで当研究代表者は分割階層型CNNの研究に着手した.このときCNNに対して適切な学習パラメタ値を試行錯誤的に割り当てなければならないが,このパラメタ設定の自動化実現が,提案手法一般化の鍵となる. 3年間の研究計画の中で, 1年目は進化的構造適応学習法の改良, 2年目は提案手法の有効性検証を計画した.進化的構造適応学習法は, GAを用いてニューラルネットワークの最適化を行う手法である.従来の小規模モデルではGAが効果的に機能しているか評価することが困難であった.そこで砂時計型ニューラルネットワークに対して進化的構造適応学習法を適用して,顔表情の学習を行った.その結果,進化的構造適応学習法を用いることにより,複数人の顔画像に対して,高速に誤差が収束する初期結合荷重を得ることに成功した.さらに,情報圧縮,特徴抽出を行うための砂時計型NNが考案されているが,砂時計型NNの非線形写像によって形成される特徴空間はユーザにとって扱いづらい側面があり,またその正当性についてはほとんど言及されてこなかった.そこで,形成される特徴空間を調べ,より利便性の高い特徴空間を形成するために,バックプロパゲーションとネットワークインバージョンを組み合わせ,学習中に特徴空間の方向性を指示する手法を提案する.これにより,学習中に特徴空間の方向性を指示することにより,データ間の距離関係を多く反映した特徴空間を得ることに成功した.Cellular Neural Network(以下,CNN)の問題点として,識別対象となる課題サイズが大規模になった場合,CNNを構成するセル数も多くなり,漸近安定平衡点までの収束には多大な計算量を必要とするとともに,識別能力も低減することが考えられる.そこで当研究代表者は分割階層型CNNの研究に着手した.このときCNNに対して適切な学習パラメタ値を試行錯誤的に割り当てなければならないが,このパラメタ設定の自動化実現が,提案手法一般化の鍵となる.3年間の研究計画の中で,1年目は進化的構造適応学習法の改良,2年目は提案手法の有効性検証,3年目はアプリケーションとしての応用を計画した.進化的構造適応学習法は,GAを用いてニューラルネットワークの最適化を行う手法である.従来の小規模モデルではGAが効果的に機能しているか評価することが困難であった.そこで砂時計型ニューラルネットワークに対して進化的構造適応学習法を適用して,顔表情の学習を行った.その結果,進化的構造適応学習法を用いることにより,複数人の顔画像に対して,高速に誤差が収束する初期結合荷重を得ることに成功した.

さらに,情報圧縮,特徴抽出を行うための砂時計型NNが考案されているが,砂時計型NNの非線形写像によって形成される特徴空間はユーザにとって扱いづらい側面があり,またその正当性につてはほとんど言及されてこなかった.そこで,形成される特徴空間を調べ,より利便性の高い特徴空間を形成するために,バックプロパゲーションとネットワークインバージョンを組み合わせ,学習中に特徴空間の方向性を指示する手法を提案した.これにより,学習中に特徴空間の方向性を指示することにより,データ間の距離関係を多く反映した特徴空間を得ることに成功した.さらに,12枚の顔画像で学習したニューラルネットワークから,任意の400枚の顔画像を生成することに成功した.
生体内情報伝達物質一酸化窒素(NO)の有機化学

一酸化窒素(NO)が多様な生理作用を発現することが近年明らかとなり、医学、生物学の分野ではNOの生理作用に関する研究が盛んに行なわれている。しかし、NOの化学的性質に関する研究報告例は少なく、特に有機化合物に対するNOの反応に関する報告例は極めて少ない。筆者はNOの生体内反応を意識し、NOの有機分子に対する酸化活性、および、ラジカル反応性を検討してきた。既に、1,4-ジヒドロ型ピリジン類に対してNOは酸化作用を有することを報告しているが、今回アミド類との反応を検討した。種々の二級アミド類に対して、4当量のNOを20時間反応させたところ好収率(<95%)でN-ニトロソアミド類が得られた。NOの化学量論を調べた結果、NOがラジカル的にアミドの窒素原子上から水素ラジカルを引き抜く機構により反応が進行していることが示唆された。溶媒効果を検討した結果、溶媒分子の電子供与能の高さとNOの不活性化の度合に相関が見られ、ジクロロエタン、ベンゼン中では高収率で反応が進行するのに対して、メタノール、THF、DMF中では全く反応が進行しなかった。また、NOを試薬とするアミドのN-ニトロソ化反応は立体障害の影響を強く受けることが分かった。例えば、グリシン誘導体とフェニルアラニン誘導体の混合物にNOを反応させたところ、グリシン誘導体のみがニトロソ化を受けた。このことは、ペプチド類、更にはタンパク中の特定のアミノ酸とNOが反応することを示唆しており興味ある知見と考えられる。以上、今回NOとアミド類の反応を精査し、NOは溶媒分子の影響を多大に受けること、および、基質特異的に反応することが明らかとなった。このことは、NOは存在環境により反応性がコントロールされること、また、生体有機分子とも基質特異的に反応する可能性があることを示唆する結果である。
急速沸騰気泡付与による高濡れ性液体の沸騰開始温度の制御

電子素子の沸騰冷却に使用される電気絶縁性冷媒は、沸騰開始時の顕著な温度超過が機器の誤動作や破損の要因となりうるため問題となっている。従来より核沸騰促進面の利用などの受動法および超音波照射などの能動法が温度超過の低減化に有効となりうることが示されてきたが、小規模な設備で沸騰開始温度を確実に制御できる方法は未だ確立されてはいない。本研究は、伝熱面近傍の微小ヒータを急速加熱し発生する気泡を伝熱面に付与することにより、既存気泡核を活性化させ、沸騰開始温度を制御する可能性を検討することを目的として研究を行った。平成11年度は電気絶縁性冷媒と同様に濡れ性が高い有機液体であるエタノールを、平成12年度は絶縁性冷媒であるFC-72を実際に用いて実験研究を行った。主な結果は以下の通りである。1.試料液中に垂直配置した銅箔伝熱面垂直上方0.10.2mmの位置に白金細線を張り、これをパルス通電加熱した際発生する急速沸騰気泡を箔伝熱面に衝突させた。このとき、ステップ状に加熱される箔面上に常に低過熱度で沸騰が誘起され、伝熱面に沿って速やかに広がり全面が核沸騰状態となった。ステップ加熱開始後、より速やかに細線をパルス加熱した場合の方が伝熱面最高到達温度は低くなった。また、伝熱面水平上向配置の場合も低過熱度で沸騰が誘起されることが示された。2.白金線と伝熱面の距離を発生直後には急速沸騰気泡が伝熱面に直接衝突しない0.30.7mmにとった場合、また銅箔伝熱面をステップ加熱する前に細線から急速沸騰を発生させても加熱後の箔面上に沸騰が誘起される場合があることが示された。さらに、伝熱面が定常加熱されている場合もある過熱度以上であれば、急速沸騰気泡付与により沸騰が誘起され、全面に広がることが示された。電子素子の沸騰冷却に使用される電気絶縁性冷媒のように高い濡れ性を示す液体は、沸騰開始時の顕著な温度超過が機器の誤動作や破損の要因となりうるため問題となっている。従来より表面に微細構造を有する核沸騰伝熱促進面の利用などが温度超過の低減化に有効となりうることが示されてきたが、沸騰開始温度が素子等の制限値以下になるように発泡を確実に制御できる方法は未だ確立されてはいない。本研究は、伝熱面近傍の微小ヒータを急速加熱し発生する気泡を伝熱面に付与することにより、伝熱面の既存気泡核を活性化させ、沸騰開始過熱度を制御する可能性を検討することを目的として研究を行った。結果は以下の通りである。1.試料液中に垂直配置した銅箔伝熱面垂直上方0.2mmの位置に白金細線を張り、これをパルス通電加熱した際に発生する急速沸騰気泡を箔伝熱面に衝突させた。このときステップ状に加熱される箔面上に常に沸騰が誘起されることが示された。誘起された沸騰は伝熱面に沿って速やかに広がり全面が核沸騰状態となった。伝熱面最高到達温度はステップ加熱開始後、より速やかに細線をパルス加熱した場合の方が低くなった。沸騰開始後の熱伝達の増加は、高過熱度で沸騰が開始した場合は沸騰領域が全面に広がった直後に、また低過熱度で沸騰が開始した場合には沸騰域の広がる過程に対応して比較的緩やかに生じた。

2.銅箔伝熱面をスナップ加熱する数秒前に細線から急速沸騰を発生させても加熱後の箔面上に沸騰沸騰が誘起される誘起されることが示された。このことから急速沸騰気泡衝突の効果が数秒間持続することがわかった。また箔面から細線の距離を遠ざけていくと遠ざけていくと、細線から最初に急速発生する沸騰気泡の最大高さの約2倍程度の高さにした場合でもなお沸騰が誘起され、それ以上の高さでは誘起されなくなることが示された。電子素子の沸騰冷却に使用される電気絶縁性冷媒は、沸騰開始時の顕著な温度超過が機器の誤動作や破損の要因となりうるため問題となっている。従来より核沸騰促進面の利用などの受動法および超音波照射などの能動法が温度超過の低減化に有効となりうることが示されてきたが、小規模な設備で沸騰開始温度を確実に制御できる方法は未だ確立されてはいない。本研究は、伝熱面近傍の微小ヒータを急速加熱し発生する気泡を伝熱面に付与することにより、既存気泡核を活性化させ、沸騰開始温度を制御する可能性を検討することを目的として研究を行った。昨年度は電気絶縁性冷媒と同様に濡れ性が高い有機液体であるエタノールを用いたのに対し,本年度は実際に絶縁性冷媒であるFC-72を用いて実験研究を行った。主な結果は以下の通りである。1.FC-72液中に垂直配置した銅箔伝熱面垂直上方0.10.7mmの位置に白金細線を張り、これをパルス通電加熱した際発生する急速沸騰気泡を箔伝熱面に衝突させた。距離0.1mmの場合、ステップ状に加熱される箔面上に常に沸騰が誘起され、伝熱面に沿って速やかに広がり全面が核沸騰状態となった。ステップ加熱開始後、より速やかに細線をパルス加熱した場合の方が伝熱面最高到達温度は低くなった。また、伝熱面水平上向配置の場合も低過熱度で沸騰が誘起されることが示された。2.白金線と伝熱面の距離を発生直後には急速沸騰気泡が伝熱面に直接衝突しない0.30.7mmにとった場合、また銅箔伝熱面をステップ加熱する前に細線から急速沸騰を発生させても加熱後の箔面上に沸騰が誘起される場合があることが示された。さらに、伝熱面が定常加熱されている場合もある過熱度以上であれば、急速沸騰気泡付与により誘起された沸騰が全面に広がることが示された。