hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非平衡性および渦度の効果を取り入れたSGSモデルの開発と検証

本研究の目標は、渦粘性に非平衡性と渦度の効果を取り入れてスマゴリンスキーモデルや一方程式モデルなどのSGSモデルを改良し、一様等方性乱流、乱流混合層、チャネル乱流の計算を行いモデルの検証を行うことである。今年度は通常のスマゴリンスキーモデルを用いて乱流混合層の計算を行い、平均速度や乱流エネルギー、レイノルズ応力などの統計量の空間分布を求めた。また乱流混合層の計算コードを元にチャネル乱流のコードを作成した。本研究で扱う乱流混合層は時間発展型であるので、計算結果は初期の速度場に依存する。初期の速度場を平均速度だけでなく乱流エネルギーやそのスペクトルを指定することによって、実験で見られるような混合層の発展速度や乱流統計量の自己相似的な分布を得ることができた。また理論的に導出した非平衡効果の表式はそのままでは不安定であることがわかり、パデ近似を導入することによりモデルの修正を行った。さらに、渦度の効果に関してはスマゴリンスキー型の0方程式モデルよりも一方程式モデルがよいことが理論的に示唆された。そこで一方程式モデルを使って大気境界層乱流の計算を行い、0方程式モデルと一方程式モデルの比較を行った。大気境界層のように浮力の効果が重要な乱流場では一方程式モデルが適切であることが示された。今後は改良したスマゴリンスキーモデルや一方程式モデルを用いて乱流混合層、チャネル乱流の計算を行い、乱流統計量を求めて、今年度に得られた結果と比較する予定である。
離島の子どもの身体観・健康観・医療観と医療環境とのかかわりに関する人類学的研究

北海道利尻島と沖縄県波照間島では、本土の医療を好んで受診するという「離島医療離れ」が見られる。これら離島社会における子どもの身体観・健康観・医療観は親世代のそれとは大きく変わらないが、祖父母世代と親世代との間には明らかな違いが見られた。その連続性/不連続性が生じる要因には、親を含む移住者の増加による価値観の多元化や、伝統儀礼の衰退・復興等の社会構造の変化がある。「離島医療離れ」が子どもの身体と健康にもたらしている現象には、都市部の医療に依存するがゆえに起こる受診の遅延や抑制、それにともなって生じている子どもの身体状況の格差がある。本年度は研究期間の2年目となり、申請時の研究目的と実施計画にそって、北海道利尻島と沖縄県波照間島における子どもの健康状態、子どもと親世代の身体観・健康観・医療観に関する調査を行なった。具体的には、(1)利尻島と波照間島の学童期の子ども(小学生児童)の健康状態を把握するために、小学校の養護教諭にインタビューを行い、保健室を利用する児童の主訴や学校保健において日頃気をつけている事を聞き取った。(2)両島の小学校に通う児童のうち、同意を得られた児童とその保護者を対象に身体観・健康観・医療観に関するインタビュー調査を行った。(3)小学生児童が通う学校の保健体育や総合学習の時間の参与観察を行なった。(3)利尻島では、小学生児童とその保護者を対象としてアンケート調査を実施した。調査項目は、生活環境、家族背景(既往歴含む)、予防接種、課外活動、口腔保健、食、遊び、運動及び心の健康の9項目である。(4)学生児童が通う学校の保健体育や総合学習の時間の参与観察を行なった。(5)島の伝統的な医療のあり方を理解するために、両島の高齢者に昔の病気予防や病気治療に関するインタビューを行った。(6)離島における子どもの健康と医療に関する文献のレビューを行った。レビューでは、Meta-ethnographyという手法を用いて、PsycINFO, PubMedにおいて2007年以後の文献から、「こども」「認識」「身体」「健康」「病気」「医療」の語句をもとに、文献検索を行なった。離島における医療資源の探求及び離島医療のあり方についての検討を次のとおり行なった。第一に、離島社会の医療環境の現地調査を行ない、利尻島と波照間島それぞれの医療施設の概要と各施設で働く医師、看護師、保健師の人数、勤務体制及び勤続年数について施設の責任者にインタビューを行った。同意が得られた医師、看護師、助産師、保健師にもこれまでの経歴や子どもの健康と離島医療に対する考えを聞いた。第二に、島民の健康維持や病気治療に現代医療とは別の立場から何らかの福祉的な役割を果たしているとされる職能者(祈祷師、薬草師、接骨師など)の活動の有無を調査した。第三に、島民の日常的な保健行動、家庭配置薬や売薬、健康器具や健康食品の利用について調べた。この3つの調査の結果をふまえて、何が各離島の医療資源となり得るかを考察した結果、両島において、それは現代医療に限定されていることが明らかになった。平成2324年度に行った子どもと親世代の身体観・健康観・医療観の調査も継続した。養護教諭とのインタビューも実施し、学校生活における児童のようすを把握した。平成2324年度の調査結果、および今年度の調査で明らかになったことをふまえて、地域の医療資源を活用しながら、いかなる医療環境を整えることが可能かを検討した。成果は日本とアメリカにおいて、学会の口頭発表を通じて公表した。平成26年度以降は、日本の離島で生活する子どもたちが、自分や他者の身体・健康・医療に関する知識と行動パターンを獲得していく過程を、子どもを取り巻く社会・文化的環境や、離島の医療環境との相関において明らかにすることにしている。本研究では、「離島医療離れ」が生じている離島社会における子どもの身体観・健康観・医療観と親世代のそれとの比較を通じて、その連続性/不連続性とそうした現象が生じる要因、及び、「離島医療離れ」が子どもの身体と健康にもたらしている現象を明らかにする。本年度は初年度であるため、平成23年6月に札幌医科大学倫理委員会に研究実施計画の審査申請を行い、平成23年10月に承認を受けた。平成23年11月に研究代表者、研究連携者、研究協力者が集まり、研究内容、研究計画、方法論について事前の打ち合わせを行った。平成24年2月に北海道利尻島と沖縄県波照間島を調査地として、各島の社会の実態や文化の様相に関して、文献調査とフィールドワークを行った。具体的には、(1)各島における家族・親族関係、生態と環境、生業と経済活動、土着の信仰と新興宗教の影響、禁忌や儀礼(誕生儀礼・成人儀礼・死者儀礼)、伝統医療や民間医療について、島民に対するインタビューや島の歴史を綴った書物の解読などによって調査した。

また、(2)「危険な場所」「食べてはいけないもの」「触れてはいけない動植物」などの禁忌、病気やケガの対処法、島の医療や医療者について高齢者に聞き取りし、(3)両島の社会と文化に関する文献を収集した。本年度の調査内容はほぼ計画通り行われ、順調に進展している。しかし、前年度同様、各島における島民や子どもたちの身体観、健康観、医療観の諸相を具体的に明らかにするところまでは達成できなかった。また、フォトボイスは参与観察、インタビュー、アンケート調査に予想以上の時間がかかり、実施できなかった。各島の学童期の子どもと親世代の身体観・健康観・医療観にかかわる調査結果を比較考察し、さらに2島の調査結果を対比することに関しては、まだ十分に達成できていないが、国立民族学博物館共同研究において研究代表者と研究分担者の2名が調査結果の一部を発表し、それぞれの知見を比較する機会を得た。初年度の調査内容はほぼ計画通り行われ、順調に進展している。しかし、2島における島民の身体観や健康観や医療観の諸相を具体的に明らかにするところまでは達成できなかった。その主な理由は、フィールドワークという方法論が医科系大学ではまれであり、倫理委員会における倫理的手続きの合意に時間を要し、承認が遅れ、調査の開始が遅れたためである。次年度は最終年度である。そのため、離島社会の医療環境の調査を行い、これまでの調査結果を離島における小児医療のあり方の検討につなげる。具体的には、利尻島と波照間島それぞれの医療施設の概要と各施設で働く医師、看護師、保健師の人数、勤務体制及び勤続年数について施設の責任者にインタビューを行う。島民の健康維持や病気治療に現代医療とは別の立場から役割を果たしているとされる職能者(祈祷師、薬草師、接骨師など)を対象にインタビューを行い、子どもの健康と離島医療に対する考えを聞く。各島の社会の実態や文化の様相に関しても継続して調査する。また、フォトボイスを含む、こどもを中心とする研究手法を調査の方法論に加える。これらの調査をもとに明らかになったことをふまえて、島の子どもの視点から、いかなる医療環境を整えることが可能かを検討する。波照間島では5月に小学校教職員と保護者に対する説明会を行い、調査の同意を得て、小学校における参与観察と児童に対するインタビュー調査を開始する。利尻島では4月に小学校の学校長にこれまでの調査の結果を報告し、今年度の調査日程を詰め、8月に小学生児童、保護者、その他の島民に対するインタビュー調査ができるように事前準備を進める。利尻島と波照間島における医療環境の調査のための旅費、謝金、その他諸経費。文献調査のための文献購入費・コピー費。専門家インタビュー対象者に対する謝金。データ管理のための物品費・消耗品、メンバー間の打ち合わせ会議のための旅費などを予定している。次年度使用額について、波照間島では今年度予定していたが実施できなかった戸別訪問時に使用するアンケート調査、利尻島では調査が行えていない3校におけるアンケート調査およびインタビュー調査に使用する予定である。さらに研究協力者の西谷氏の協力を得て、高齢者に対するインタビューも次年度に繰り越して進めていく。倫理委員会における倫理的手続きの合意に時間を要し、承認が遅れ、調査の開始が遅れたため、残額が生じた。
要介護高齢者家族に対する支援のアウトカム評価に関する研究

要介護高齢者家族に対する支援のアウトカム評価への活用を目指して、在宅介護しながらの生活安定状況を測定する尺度の開発を行った。グラウンデッド・セオリー法を用いた要介護高齢者を在宅介護する家族の生活安定構造の理論化、それを前提とした尺度原案作成、内容妥当性・表面妥当性の検討による暫定尺度の作成を経て、本調査による本尺度の再構成および信頼性・妥当性の検討を行った。その結果、5因子32項目から成る要介護高齢者を在宅介護しながらの家族生活の安定状況を掌握する本尺度が再構成され、因子妥当性、臨床的妥当性、内的整合性による信頼性が以下の通り確認された。すなわち、本調査による探索的因子分析で抽出された5因子は、先だって明らかにした介護家族の生活安定講造に関する具体理論から導き出された仮の6下位尺度とは様相を異とするものであった。しかし、5因子はその内容から具体理論の柱であった<家族内ニーズ競合状態>と<生活のルチン化状態>と対応関係にあることが推察され、本尺度の一定程度の因子妥当性は確認された。また、生活安定度得点および下位尺度得点と関連する要因について検討した結果、それぞれの要因による生活安定度得点と下位尺度得点の結果は既存の知見や在宅介護の現状と対応させて解釈可能であり、本尺度の臨床妥当性は確保されているものと考えられた。各下位尺度のクロンバックα係数はすべて0.7以上であり本尺度の内的整合性が確認された。介護生活習熟度、介護家族の絆度、介護家族の協力体制、介護サービスの使いこなし度、介護生活ゆとり度という5つの下位尺度から構成される本尺度は、要介護高齢者を在宅介護する家族の状況をより具体的に掌握でき、さらに各下位尺度得点のあり方から、各家族への支援の方向性を見いだせるという点で意義を持つ。今回本尺度の因子妥当性、臨床的妥当性が確認されたが、より多角的な妥当性を備えた尺度への洗練が今後の課題である。1.研究目的本研究は3年間の研究期間に一連の行程を経て、要介護高齢者家族に対する支援のアウトカムを評価するために、在宅介護しながらの家族生活の安定状況を測定する尺度の開発を目的とする。その内、本年度は要介護高齢者を在宅介護しながらの家族生活の安定構造を質的帰納的に明らかにし、尺度原案作成のための基礎資料を得ることを目的とした。2.研究方法社会学領域で開発された研究方法のひとつで、今日看護学領域でも多く用いられているグラウンデッド・セオリー法による、質的帰納的研究デザインをとった。グラウンデッド・セオリー法は、質的記述的データから、特定領域における現象の構造化を目指す研究手法であり、この手法を用いることにより、要介護高齢者を在宅介護しながらの家族生活の安定構造を明確化し、尺度原案作成のための基礎資料を得ることを目指す。3.研究の経緯(10月26日現在)要介護高齢者が在宅療養する家族を、1大学病院在宅医療支援・推進部より紹介を受けた。対象となった家族は合計8家族であった。各家族より、家族全体の状況が見渡せている成員1名以上に半構成的面接を行い、その内容をデータとした。また、8家族に行った面接中、4家族については家庭訪問にて行い、在宅介護状況を参加観察した。この参加観察の内容についてもフィールドノートに記載し、データとした。4.今後の方向性

平成17年4月より追加的にデータ収集を行うとともに、分析を進め、要介護高齢者を在宅介護しながらの家族生活の安定構造を明らかにする予定である。また、その結果と文献検討により、演繹的・帰納的に尺度原案の作成に取りかかる。I.研究目的要介護高齢者家族に対する支援のアウトカムを評価する指標開発のための基礎的研究として、要介護高齢者を在宅介護している家族の生活安定構造を質的帰納的に明らかにすることを目的とした。II.研究方法1.研究参加家族と情報提供者要介護高齢者を在宅介護する合計18家族を研究参加家族とし、各参加家族の中で家族全体の状況が見渡せている成員1名以上を情報提供者とした。2.データ収集および分析方法平成16年5月下旬平成16年11月、平成17年9月平成18年2月までの約12ヶ月間に、各家族の情報提供者に対し、研究参加家族の自宅または医療機関にて1数回の半構成的面接を行った。また自宅で面接を行った5家族の家庭内での介護状況を参加観察した。得られたデータをグラウンデッド・セオリー法で定式化された方法に準じて分析した。3.倫理的配慮本研究は倫理委員会の承認を経て行った。家族には本研究の目的および方法について書面をもって説明するとともに、研究への参加は自由意志であること、得られた情報はすべて匿名として研究の目的以外には使用しないこと、研究に関する書類やテープ類は厳重に管理し研究後は消却処分すること、研究結果は情報提供者の希望により郵送にて開示することを保証した上で家族代表者と同意書を交わした。III.結果考察データ分析の結果、要介護高齢者を在宅介護している家族生活の安定は<家族内ニーズ競合の最小化>と<生活のルーチン化>という2つの軸を中心として構造化された。家族生活は<家族内ニーズの競合>が最も小さく、<生活のルーチン化>が最も進んだ状態が、最も安定した状態であった。家族生活の安定状態は、「高齢者の体調と身体機能の変化」と、その変化に伴って生じる「家族構成の変化」、「家族員の体調変化」、および「外部サービスの利用」を契機として不安定状態へと傾くが、家族の「リスク・マネジメント・パターンの取り込み」や「外部サービスの家族文化への統合化」、「家族役割分担の仕切り直し」により安定状態を回復することが明らかとなった。I.研究目的本年度の研究は、要介護高齢者家族に対する支援のアウトカムを評価する指標開発のための第2段階に相当する。その研究目的は、第1段階として平成1617年度に行った研究結果と文献検討から、在宅介護を継続しながらの家族生活安定尺度の原案を作成し、洗練することである。II.研究方法および結果1)原案作成平成1617年度の研究結果と文献検討に基づいて、演繹的、帰納的に在宅介護を継続しながらの家族生活安定の下位尺度とそれに含まれる質問項目を抽出し、合計76項目から成る尺度原案を作成した。2)内的妥当性および表面妥当性の検討(1)方法:老年看護、在宅看護、あるいは家族看護に精通した研究者および実践家、合計13名より、尺度全体と、各項目が概念と一致しているか、尺度の明瞭性について評価を得た。(2)結果:上記の評価を参考に尺度原案に修正を加えた。3)表面妥当性の検討および下位尺度の反応分布の検討と項目分析(1)方法:首都圏の訪問看護ステーション9カ所に対して、24家族への調査票配布を依頼した。家族には、調査票への回答と、尺度の答えやすさ、答えにくさ、明瞭性について評価を依頼した。
弾性歪,界面歪拘束系におけるエピタキシャル成長メカニズムの理論的,実験的解析

Sp^3混成軌道を有しボンドエネルギ-が12eVと大きなZnOの界面での拘束を把握するために,まずエピタキシ-の影響のないガラス基板上で薄膜自身の配向性(SelfーTexture)を評価した。界面での拘束がないために配向する面(基板に対して平行な面)は表面自由エネルギ-の小さい方が有利である,計算によって(0001)に対して0.099ev/A^2,(11_20)に対して0.123eV/A^2,(10_10)に対して0.209eV/A^2となり,平衡状態でエピタキシ-の影響がなければ(0001)が優先配当することになる。実際平衡状態で(0001)が,非平衡状態を制御することによってSelfーTextureを(0001),(11_20),(10_10)と変化させることに成功した。これらの結果をもとに,エピタキシャル方位が[0001]であるが,ミスフィットが18%と大きな(0001)サフアイア基板上でガラス上の(0001)配向膜を得るのと同じ条件で良好なエピタキシャル膜が得られたが,界面の拘束力を成長層の方位分布で緩和する成長モ-ドと格子定数分布で緩和する成長モ-ドの2種類あることを見い出した。一方,(0001)以外の方位を有するZnOエピタキシャル膜を得るにはガラス基板上で(0001)以外の配向を得る条件であることを見い出し,新たに(100)MgO上で(10_10)エピタキシャル膜を得ることに成功した。また,ZnOは(0001)以外の単結晶膜では弾性定数の面内異方性によって成長中の応力緩和機構に異方性が生ずる。これらの界面拘束の異方性を応力の測定によって評価した。結合に方向性がなく強いイオン結合性を有するLiNbO_3は基板からの拘束力を受けやすいためにZnOなどと比べてエピタキシャル成長させることは比較的容易であるが,その方位を変化させるのは容易でない。今回,界面エネルギ-とアニオン/カチオン比を考慮することによって,方位制御を可能にした。
新規不斉触媒を用いた水中での触媒的不斉合成反応の開発

エノラートを用いる炭素-炭素結合生成反応は有機化学の最も基本的な反応であり、これまでに触媒的反応を含め数多く報告されている。しかしながら、一般には求核剤の活性化のためには等量の金属を用いることが多く、系中において触媒的に求核剤を活性化させる、いわゆる直接的求核付加反応の報告例は少ない。それら報告例においても、カルボニル基のα位に電子吸引性基が置換した化合物がもっぱら用いられており、基質一般性に課題が残されている。当研究室ではα位にアルキル基が置換したスルホニルイミデートを求核剤として用いると触媒量の塩基(三級アミン)により系中にてスルホニルイミデートが活性化され、イミンへの付加反応が円滑に進行することを報告していた。反応生成物のスルホニリルイミデートは、水和反応や還元反応により容易に対応するエステルやアルデヒドへと変換することができるため、有用性は高い。本研究では、スルホニルイミデートのさらなる可能性を探求すべく、金属塩基を触媒として用い反応を検討した。金属塩基を用いる利点としては、金属の持つ特異なルイス酸性により反応が促進されることが期待できること、不斉反応へと展開する際種々のリガンドを簡便にスクリーニングできること等が挙げられる。種々の検討の結果、アルカリ土類金属のアルコキシド塩を用いると、反応が円滑に進行し、目的付加体を高収率で与えることを見いだした。さらに、溶媒等の反応条件を最適化し、スルホニルイミデートの構造を修飾することにより、これまで得られなかった高いsyn選択性が発現することを見いだし、本反応の一般性をさらに広げることが出来た。またキラルリガンドを用いることで触媒的不斉反応への展開も行い、最高57%鏡像体過剰率で目的物を得ることができた。当研究室ではα位にアルキル基が置換したスルポニルイミデートを求核剤として用いると触媒量の塩基(三級アミン)により系中にてスルホニルイミデートが活性化され、イミンへの付加反応が円滑に進行することを報告していた。本研究では、スルポニルイミデートのさらなる可能性を探求すべく、金属塩基を触媒として用い反応を検討した。
電気二重層トランジスタによる銅酸化物の電界誘起超伝導転移

本研究は、電界効果トランジスタ(FET)の一種である電気二重層トランジスタ(EDLT)を用いて、銅酸化物の表面に超伝導転移を可能にするほど高濃度に電荷キャリアを静電的にドープすることを目的としている。電気二重層トランジスタは電界効果トランジスタで用いられる固体絶縁層の代わりに電解液を用いてゲート電圧を印加する。すると、電解液と試料の界面にイオンの層と、それによって誘起された反対符号の電荷の層が生じる。これは電気二重層とよばれ、電気二重層トランジスタでは、この現象を利用してキャリアをドープする。前年度の研究で、電解液としてイオン液体を用いることが有効であることが分かったが、さらにキャリア濃度を増加させる必要があることも明らかにされた。そこで、今年度はイオン液体を最適化するために、様々なイオン液体の電気二重層静電容量を電気化学インピーダンス法により測定し、また、分子動力学計算によるシミュレーションも行い、これらを合わせて解析を行った。その結果、イオン液体の分子構造と電気二重層静電容量の間に系統的な相関があることが実験的に明らかにされ、シミュレーションによってもその傾向が再現された。これにより得られる知見は、銅酸化物の電気二重層トランジスタにおける高濃度キャリア蓄積のみならず、電気二重層による蓄電デバイスである、電気二重層キャパシタ(ウルトラキャパシタ、スーパーキャパシタとも呼ばれる)の高性能化の指針にもなる重要な成果である。銅酸化物高温超伝導体の母物質である、ネオジウム銅酸化物(Nd_2CuO_4)の薄膜を活性層に用いて電気二重層トランジスタを作製し、キャリア(電子)密度の制御を試みた。電気二重層トランジスタは、電界効果トランジスタの一種で、電解液を通してゲート電圧を印加する。電解液としては、これまで高分子電解液を用いてきたが、本研究でイオン液体を用いることにより、より高密度にキャリアを蓄積できることが分かった。そこで、イオン液体を用いてデバイスを作製したところ、n型の電界効果トランジスタ動作がみられ、Kd_2CuO_4の抵抗を連続的かつ可逆的に制御することに成功した。ゲート電圧を印加した試料の抵抗の温度依存性を測定したところ、ゲート電圧によりキャリアを蓄積すると、抵抗の温度依存性の減少が見られたが、絶縁体から金属への電子相転移は見られなかった。キャリア密度を見積もるためにホール効果測定を行ったところ、キャリアが最表面のCuO_21層に集中していると仮定すると、金属転移するのに十分なキャリア密度が蓄積されていることが分かった。実際には、試料表面から数層にキャリアが分布していると考えられるため、さらなるキャリア密度の増加が必要である。しかし、キャリア密度増加のために、より大きなゲート電圧を印加すると試料表面に不可逆的な電気化学反応を生じてしまうことが明らかとなった。以上、今年度の研究により、ネオジウム銅酸化物の電気二重層トランジスタの動作に成功し、蓄積されるキャリア密度を測定することができた。これにより、試料表面に高濃度にキャリアを蓄積できる電気二重層トランジスタの手法が銅酸化物へも適用できることが示された。また、金属・超伝導への電子相転移のためには試料表面の電気化学反応の抑制が必要であることも明らかとなった。
ラン藻による炭酸ガスからの抗酸化物の生産とその作用の相乗効果の検討

本研究は地球温暖化対策技術の要素技術の一つとして注目されている微細藻類の光合成能の活用方策に対して、そのCO_2固定化後の収穫した藻の有効利用法を研究するために、ラン藻からの抗酸化物質の生産に対する基礎的検討を目的とした。まず、代表者らの既往の研究成果と文献調査によりカルチャーコレクション等から入手可能な約50種のラン藻株の中から抗酸化物質の探索源としてAnabaena variabilis等4種のラン藻を選んだ。光合成用バイオリアクターを用いてCO_2のみを炭酸源とした培養を行い、藻細胞を増殖させた。各藻細胞から種々の溶媒による粗抽出物を得て、米国NIHの方法によるガン細胞に対する細胞増殖抑制効果を検定した。その結果、いずれの藻からもクロロホルム抽出物が最も活性が高いことが確認できた。そこで、そこで、さらにそれらの粗抽出物をHPLCによって分画を行い、各画分について活性の検討を行い、最も活性の発現に寄与していると考えられる成分の構造の同定を試みた(論文準備中)。本研究では、最終的に完全な1成分まで活性化合物を探求するのではなく、混合物のまま抗酸化物質として利用したいと考えているので、活性候補化合物が2種共存する場合の相乗効果についても今後検討する予定である。
静止期造血幹細胞のニッチ操作による新規移植療法の開発

造血幹細胞移植は広く用いられているが、放射線や大量化学療法の副作用を回避するためには、造血幹細胞を高率に生着させる必要がある。成体骨髄では、造血幹細胞は静止期を維持しており、幹細胞の微小環境ニッチとの相互作用が重要である。本研究では、造血幹細胞-ニッチ間相互作用を阻害することにより、骨髄非破壊的方法による骨髄移植を行い、Mpl受容体の中和抗体やインターフェロンアルファによりニッチを骨髄非破壊的に操作することが可能であることを示した。これらの分子は新規移植療法の発展につながる可能性があり、従来の移植に伴う副作用を回避できる可能性がある。成体骨髄では、造血幹細胞は定常状態で静止期を維持している。血液細胞が枯渇すると細胞周期は活性化し、自己複製および分化・増殖が行われる。造血幹細胞が静止期を維持するためには、幹細胞の微小環境ニッチとの相互作用が重要である。本年度は、造血幹細胞-ニッチ間相互作用を阻害することにより、骨髄非破壊的方法による骨髄移植を試みた。骨芽細胞ニッチ、造血幹細胞がそれぞれ発現するトロンボポエチン(Thpo)、Mp1受容体を介したシグナルは、造血幹細胞の静止期維持に重要である。Mp1中和抗体(AMM2)をday -6に、低用量の5-FUをday -2にそれぞれ投与し、day0に放射線照射を用いずにLSK 10^4個の移植を行うと、ドナー細胞による骨髄再構築(5.8±0.7%)がみられた。この結果は、Thpo/Mp1シグナルの抑制により幹細胞の細胞周期が活性化し、続けて投与した5-FUが活性化されたレシピエント幹細胞を排除することで、ドナー由来骨髄細胞の生着を可能にした機構によると考えられる。また、インターフェロンアルファ(IFNα)は、一過性に静止期造血幹細胞の細胞周期を活性化した。野生型レシピエントマウスにday -3およびday -1にpoly(I:C)を、day0に5-FUを投与し、day 3にドナー由来骨髄細胞を放射線照射なしに移植すると、ドナー由来骨髄細胞が生着し、リンパ球系および骨髄球系の再構築を得た(Sato T et al.Nature Medicine 2009)。この結果から、IFNαの刺激により幹細胞の細胞周期が活性化し、ドナー骨髄細胞が生着可能なニソチが創られたことが考えられる。以上の結果は、抗体や薬物によるニッチ操作を行う骨髄非破壊的前処置でも移植が可能であることを示している。これらの新規移植療法の発展により、従来の移植に伴う放射線照射や大量化学療法による副作用を回避できる可能性がある。造血幹細胞移植は広く用いられているものの、放射線や大量化学療法が必須であり、これらの副作用を回避するためには、造血幹細胞を高率に生着させる必要がある。造血幹細胞は、支持細胞や細胞外マトリクスによって形成される微小環境、ニッチにより静止期が維持され、一個体における生涯の造血を行っている。本研究では、申請者がこれまでに明らかとしたMpl受容体/トロンボポエチンなどのニッチシグナルを制御することによって、静止期造血幹細胞の新規移植療法を開発することを目的としている。蛋白は翻訳後修飾されるが、なかでも蛋白のリン酸化は、細胞内のシグナル伝達を制御することが知られている。造血幹細胞やニッチ支持細胞の静止、活性化にも蛋白のリン酸化による制御が深く関与することが推測されるため、研究代表者は造血幹細胞からのリン酸化プロテオミクス解析を試みた。リン酸化ペプチドが細胞からどの程度回収できるかを検討するため、K562細胞株を用いて、リン酸化ペプチドの同定数を検討した。細胞由来の蛋白100μgから、単回の質量分析計測定で数百のリン酸化ペプチドを同定することができ、合計20回の測定からは4,550のリン酸化サイト、1,901のリン酸化蛋白を同定することができた。これらのリン酸化情報をSTRINGデータベースで解析すると、蛋白同士の相互作用、シグナル伝達を網羅的に知ることが可能であった。マウスから100μgの造血幹細胞やニッチ支持細胞を準備することは難しいため、今後、解析可能蛋白量を微小化する技術の発展が不可欠である。また、臍帯血などのヒト由来造血幹細胞は、充分な細胞数を確保することができるため、今後のリン酸化プロテオーム解析に適している。これらから得られたリン酸化情報は、リン酸化を標的とした新規移植療法の開発につながると考えられる。
任意材料基板上への結晶シリコンの低温・高速成膜に関する研究

昨年度に設計・製作した均熱型基板加熱ステージを用いて、原料ガス(SiH_4)とともに使用する不活性ガスの種類およびH_2濃度、プラズマへの投入電力、基板温度を変化させ、それらパラメータとシリコン薄膜の結晶性・結晶粒径との相関関係を系統的に検討した。その結果、500°C以下の低温においても、プラズマへの投入電力を適切に設定するとともに、H_2/SiH_4比を十分に大きくすることによって、大粒径(粒径:約1mm)の多結晶Si薄膜をガラス基板上に高速形成可能であることが明らかになった。一方、得られた多結晶Si薄膜の成長様式について検討した。6X線回折によって膜の配向特性を評価したところ、H_2/SiH_4比が十分に大きい場合には(220)面が主に見られた。これは、Siの成長速度とプラズマ中の原子状水素によるエッチング速度を考慮すると、(110)面が最も成長しやすいためである。また、基板界面付近では、微結晶粒あるいはアモルファス相が観察された。これらのことから、膜の成長様式としては、まず基板上に高密度なSiの結晶核が形成され、それが柱状成長する過程で(110)配向の結晶粒が優勢になるものと考えられる。本年度までの結果からは、大粒径多結晶Si薄膜を得るためには膜厚を厚く(1mm以上)しなければならず、結果として膜厚が薄い段階で結晶粒径を拡大するには至らなかった。しかし、現在、膜成長初期におけるシリコンの核密度の制御方法に関じて基礎的な検討を行うとともに、粒界の制御技術の開発も進めており、移動度の大きな多結晶Si薄膜の低温・高速形成の見通しを得ている。大気圧プラズマCVD法により結晶シリコン薄膜を低温・高速形成する上で、大気圧中においても基板全体の温度を均一に保持することは極めて重要である。そこで、均熱型基板加熱ステージの設計・製作を行った。そして、製作したステージを現有の大気圧プラズマCVD装置に取り付け、その動作確認および熱分布測定などの性能評価を行った。その結果、高温(700°C)においても、基板面内温度の誤差は±10°C以下であり、結晶シリコンの成膜研究の再現性を確保する上で十分な性能であることが確認できた。次に、設計・製作した均熱型基板加熱ステージを用いて、原料ガス(SiH_4)とともに使用する不活性ガスの種類およびH_2濃度、プラズマヘの投入電力、基板温度を変化させ、それらパラメータとシリコン薄膜の結晶性・結晶粒径との相関関係を系統的に検討した。その結果、500°C以下の低温においても、プラズマヘの投入電力を適切に設定するとともに、H_2/SiH_4比を十分に大きくすることによって、大粒径(粒径:約1μm)の多結晶Si薄膜をガラス基板上に高速形成可能であることが明らかになった。通常結晶シリコンは、基板温度を高温に加熱しなければ成長しないが、本研究で用いる大気圧プラズマは、従来の低圧プラズマに比べて桁違いに高密度なプラズマであるため、大気圧プラズマ中の不活性ガス(He, Arなど)やH_2ガスの中性ラジカル・ガス分子のもつ電子エネルギー・運動エネルギーが、膜の構造緩和およぴ結晶化を促進したものと考えられる。ただし、現段階では、大粒径多結晶Si薄膜を得るためには膜厚を厚く(1μm以上)しなけれぱならず、今後さらなる薄膜化を進めるためには、膜成長初期におけるシリコンの核密度の制御方法に関して詳細に検討することが重要である。
多変量正規母集団からの不完全標本による母数関数推定

完全データが与えられた場合の多変量正規分布の母数推定論は、多変量解析の多くの書物において取り上げられている題材である。本研究では、主に不完全データもしくはミッシング(結測)のあるデータを含む場合の統計解析法について研究し、つぎの結果を得た。(1)2つの多変量正規分布にしたがう完全データから松下の類似度の最尤推定法および制限付き最尤法を利用する推定法について調べ、3つの偏り修正法の比較を行った(Minami and Shimizu, 1999)。本研究の結果は不完全データに対して発展する余地が残されている。(2)2地点降雨量の積モーメントと共分散のしきい値法による推定について調べた(Hossain and Shimizu, 1999)。降雨量データは、レーダにより降雨量を推定する状況を考えると、あるダイナミックレンジ内のデータから分布のパラメータを推測せざるを得ないという意味で不完全なデータである。しきい値法はそのような不利な状況を軽減する方法の一つと考えられる。(4)つくばで得られた地上ライダー雲底データについて分布の検討した(Takagiwa et al., to appear)。雲の鉛直分布は、もし下層に光学的に厚い雲があると地上ライダーからのデータはミッシングを含む構造になっていると考えられるので、衛生ライダーデータによる今後の検討が必要である。完全データが与えられた場合の多変量正規分布の母数推定論は,多変量解析の多くの書物において取り上げられている題材である。本研究では、主に不完全データもしくはミッシング(欠測)のあるデータを含む場合の統計解析法について研究し,つぎの結果を得た。(1)2変量正規分布の多標本問題において,各クラス内の平均,分散が等しくない場合に,共通関数係数の最犬推定および制限付き最犬推定について扱い,欠測を含むデータからの推定量の漸近分散を求め漸近分散安定化変換を構成した。結果は,もちろん,完全データの場合を含む。また,シミュレーションにより共通相関係数の最犬推定値および制限付き最犬推定値の挙動を調べた。不完全データの使用により,最犬推定法および制限付き最犬推定法の双方とも,推定値の平均2乗誤差を減少させる。減少の程度は,共通相関係数の絶対値が大きいとき,もしくは組標本の大きさが小さいとき,大きい。(2)2つの多変量正規分布からの完全データから分布の類似性尺度としての松下の類似の最犬推定法および制限付き最犬推定を利用する推定法について述べ,さらに偏り修正法について調べた。この研究は,不完全データの場合への予備的研究として位置づけられるものである。次年度に,不完全データの場合に松下類似度の最犬推定および制限付き最犬推定を利用する推定法について調べる予定である。(3)その他として,介護休業制度を利用して働く女性の生活の質,WHOQOL法を用いてのがん患者のフィールド研究,多変量逆三項分布を含むLagrange分布族の構成,Lagrange分布族とある極限形としての逆ガウス型分布との関係について調べた。本研究では,主に不完全データもしくはミッシング(欠測)のあるデータを含む場合の統計解析法について研究し,つぎの結果を得た。(1)2つの多変量正規分布にしたがう完全データから松下の類似度の最尤推定法および制限付き最尤法を利用する推定法について調べ,3つの偏り修正法の比較を行った(Minami and Shimizu,1999)。(2)2地点降雨量の積モーメントと共分散のしきい値法による推定について調べた(Hossain and Shimizu,1999)。降雨量データは,レーダにより降雨量を推定する状況を考えると,あるダイナミックレンジ内のデータから分布のパラメータを推測せざるを得ないという意味で不完全なデータである。

(4)つくばで得られた地上ライダー雲底データについて分布の適合を検討した(Takagiwa et al.to appear).雲の鉛直分布は,もし下層に光学的に厚い雲があると地上ライダーからのデータはミッシングを含む構造になっていると考えられるので,衛星ライダーデータによる今後の検討が必要である。
移動境界を有する流れ現象の有限要素解析に関する研究

本研究は,自然現象や工学プロセスに多く見られる移動界面を有する流れ現象のための有限要素スキームの数学解析を目的として,平成12年度から平成14年度の3ヵ年にわたり行われた.平成12年度は,ヘビサイド作用素H(・)を使って擬密度関数とその有限要素近似解の正値の1次元ボレル測度の差のL^p(Ω)-ノルム評価(ただし,p【greater than or equal】1)を考察することにより,2流体問題の有限要素解の近似界面の収束性を示した.具体的には,擬密度関数の有限要素近似にk次要素を用いた場合に,界面の収束はO(h^<2k/3p>)であることを示すことができた.さらに研究協力者の藤間昌一氏による数値実験で,上記の結果は数値的に実証された.平成13年度は,ヘビサイド作用素の代わりに正則化ヘビサイド関数を導入することにより,従来の仮定を必要することなく,擬密度関数の有限要素近似解の収束性のみの仮定の下で,近似界面のよりシャープな誤差評価を得た.この結果,擬密度関数の有限要素近似にP1-要素あるいはP1 iso P2-要素を用いた場合に,界面の収束はO(h^<1/2>)であることを示すことができた.また,この結果は数値実験により実証された.平成14年度は2流体問題に対する有限要素スキームの数理解析として,新たな弱定式化を考察することにより,質量保存性を有する有限要素スキームの開発を行った.本研究では,フラックス汎関数によるラグランジェ未定乗数を用いたナヴィエ・ストークス方程式に対する混合型の変分定式化を考察し,定常問題およびその近似問題の解の存在と一意性について証明し,近似問題の誤差評価を得た,非定常問題への応用および,本手法による数値実験については今後の課題である.本研究は,自然現象や工学プロセスに多く見られる移動界面を有する流れ現象のための有限要素スキームの数学解析を目的として,平成12年度から平成14年度の3ヵ年にわたり行われた.平成12年度は,ヘビサイド作用素H(・)を使って擬密度関数とその有限要素近似解の正値の1次元ボレル測度の差のL^p(Ω)-ノルム評価(ただし,p【greater than or equal】1)を考察することにより,2流体問題の有限要素解の近似界面の収束性を示した.具体的には,擬密度関数の有限要素近似にk次要素を用いた場合に,界面の収束はO(h^<2k/3p>)であることを示すことができた.さらに研究協力者の藤間昌一氏による数値実験で,上記の結果は数値的に実証された.平成13年度は,ヘビサイド作用素の代わりに正則化ヘビサイド関数を導入することにより,従来の仮定を必要することなく,擬密度関数の有限要素近似解の収束性のみの仮定の下で,近似界面のよりシャープな誤差評価を得た.この結果,擬密度関数の有限要素近似にP1-要素あるいはP1 iso P2-要素を用いた場合に,界面の収束はO(h^<1/2>)であることを示すことができた.また,この結果は数値実験により実証された.平成14年度は2流体問題に対する有限要素スキームの数理解析として,新たな弱定式化を考察することにより,質量保存性を有する有限要素スキームの開発を行った.本研究では,フラックス汎関数によるラグランジェ未定乗数を用いたナヴィエ・ストークス方程式に対する混合型の変分定式化を考察し,定常問題およびその近似問題の解の存在と一意性について証明し,近似問題の誤差評価を得た,非定常問題への応用および,本手法による数値実験については今後の課題である.平成12年度は,(i)近似界面の誤差評価と収束性および(ii)並列アルゴリズムの構築と数値実験を目的として実施した.(i)については,2流体問題の数値解析において重要なテーマの一つである界面の数値的な再現と近似界面の収束性等の数学的理論付けについて研究を実施した.我々の数理モデルでは界面は移流方程式の解である擬密度関数のの0レベルセットで定義されるので,界面の収束性等の直接的議論は一般に難しい.そこで本研究では,ヘビサイド作用素H(・)を使って擬密度関数とその有限要素近似解の正値の1次元ボレル測度の差のL^p(Ω)-ノルム評価(ただし,p【greater than or equal】1)を考察した.その結果,界面の急激な変化がなくかつ,擬密度関数の有限要素近似解の収束性の仮定の下で,上記の評価が得られることを明らかにした.次に,上記結果の十分条件の一つである擬密度関数の有限要素近似解の収束性について,"純"移流方程式に対する陰的オイラー有限要素スキームの場合の収束性を示した.以上の結果から,擬密度関数の有限要素近似にk次要素を用いた場合に,界面の収束はO(h^<2k/3p>)であることを示すことができた.これに関連して,研究協力者である茨城大学理学部助教授の藤間昌一氏は,新たにベンチマークテスト問題を提案し,その数値実験を通して上記の結果を数値的に実証した.しかしながら,Navier-Stokes方程式の有限要素スキームと移流方程式の有限要素スキームをカップリングした全体スキームの数学解析等については今後の課題として残った.一方,(ii)並列アルゴリズムの構築と数値実験については,今年度新たに購入したSMP型並列コンピュータ「VT-alpha6 SW」および並列化プリプロセッサ「DIGITAL KAP for DEC FORTRAN」を用いて自動並列化の性能評価を行い,上記アルゴリズムの並列化の準備を行うにとどまった.

ここでは,平成12年度から平成14年度の3ヶ年にわたる基盤研究(C)(2)『移動界面を有する流れ現象の有限要素解析に関する研究』のうち,平成13年度に行われた研究実績について報告する.平成13年度は,(i)近似界面の誤差評価と収束性の改善と近似界面の収束オーダーの数値的検証および(ii)有限要素スキームの数理解析を目的として実施した.(i)については,平成12年度の研究で得られた近似界面の誤差評価および収束オーダーを改善した。これまでの結果では,ヘビサイド作用素H(・)を使って擬密度関数とその有限要素近似解の正値の1次元ボレル測度の差のL^p(Ω)-ノルム評価(ただし,p【greater than or equal】1)を考察した.その際,物理的にあまり意味のない仮定を要請していた.今年度の研究では,正則化ヘビサイド関数を導入することにより,従来の仮定を必要することなく,擬密度関数の有限要素近似解の収束性のみの仮定の下で,近似界面の誤差評価を得ることに成功した.この正則化ヘビサイド関数を用いることは,2流体問題の界面を有限幅と捉えることに対応しており,この正則化ヘビサイド関数は我々の提案した2流体問題に対する有限要素スキームにおいて密度および粘性係数を決定するのに用いられており、近似界面の誤差評価にこれを用いることは妥当性があると思われる.この結果,擬密度関数の有限要素近似にP1-要素あるいはP1 iso P2-要素を用いた場合に,界面の収束はO(h^<1/2>)であることを示すことができた.さらに研究協力者である茨城大学理学部助教授の藤間昌一氏は,咋年度提案したベンチマークテスト問題で数値実験行い,上記の結果を数値的に実証した.一方,(ii)の有限要素スキームの数理解析については,これまで用いていたSimpler法に代わり分数段射影法(fractional step projection method)を用いたスキームを構築し,安定性について示すことができたが,同スキームの収束性については今後の課題として残った.平成14年度は2流体問題に対する有限要素スキームの数理解析として,主としてスキームの質量保存性について考察した.一般に非圧縮,immiscibleの2流体の数理モデルにおいては,非圧縮性条件から各流体の質量は保存されなければならない.しかしながら,これまでの研究で開発してきた我々の有限要素スキームでは,質量保存性を厳密には有していないことが,いくつかの数値実験の結果から明らかとなった.そこで本研究では,2流体問題に対する新たな弱定式化を考察することにより,質量保存性を有する有限要素スキームの開発を行った.界面をオイラー的に捉える本手法においては,一般に界面の決定方程式である移流方程式に対して,高精度近似スキームあるいは高精度上流型スキームを適用し,界面をシャープに捉えることにより質量保存性を実現することが考えられる.しかしながら,本研究では,界面を通過するフラックスの損失が0であればいいことに注目し,対象方程式を移流方程式ではなく,むしろナヴィエ・ストークス方程式として,フラックス汎関数によるラグランジェ未定乗数を用いた混合型の変分定式化を考察した.特に今年度は,この変分定式化の数学的正当性を示すために,定常問題およびその近似問題の解の存在と一意性について証明し,近似問題の誤差評価を得た.非定常問題への応用および,本手法による数値実験については今後の課題である。
抗カルジオリピン抗体の膠原病閉塞性血管病変発症に関する役割の研究

抗カルジオリピン抗体に代表される抗リン脂質抗体の出現と、多彩な動・静脈血栓症、習慣流産、血小板減少との関係が注目され、抗リン脂質抗体症候群と呼ばれる様になった。本症候群は、全身性エリテマトーデス(SLE)に代表される膠原病患者に最も多く認められるが、必ずしも特定の膠原病としての臨床所見を呈さない患者にも、一定の頻度で出現する。抗リン脂質抗体症候群に認められる代表的な自己抗体は、抗カルジオリピン抗体とループスアンチコアグラントであるが、本研究者は、抗カルジオリピン抗体と膠原病患者の閉塞性血管病変との関係につき解析した。その結果、当該年度の研究で以下の点が明らかになった。(1)抗カルジオリピン抗体の測定には、血清中の糖蛋白であるβ_2-グリコプロテインI(β_2-GPI)の存在が必須であること。(2)β_2-GPIは分子量5万の糖蛋白であり、スシ構造と呼ばれる特有な形態をしており、カルジオリピンに代表される陰性荷電を持つリン脂質と結合する性質を有すること。(3)抗カルジオリピン抗体は、直接カルジオリピンを認識するのではなく、カルジオリピンと結合した結果、構造変化したβ_2-GPIそのものを認識すること。(4)抗カルジオリピン抗体の測定系の固相に酸素原子(カルボン酸)を導入することによって、抗原としてのカルジオリピンの存在なしに、抗カルジオリピン抗体が測定できたこと。以上の事実から、抗カルジオリピン抗体は、陰性荷電のリン脂質もしくは、酸素原子と結合し、構造変化したβ_2-GPI上に出現してくる自己抗原を認識すると結論した。抗リン脂質抗体症候群由来の抗カルジオリピン抗体の、カルジオリピンに対する反応性は、血清蛋白であるβ_2ーグリコプロテインI(β_2-GPI)の存在下に、はじめて認められる。しかし、抗体の対応抗原が構造変化したβ_2-GPI上に存在しているのか、又は、β_2-GPIとカルジオリピンの複合体上に存在しているのかは、不明であった。我々は、抗カルジオリピン抗体の固相化β_2-GPIに対する反応性を、通常のポリスチレンプレートと放射線照射により酸素原子を導入したポリスチレンプレートを用いて検討した。その結果、従来の方法(カルジオリピンーEIA)でβ_2-GPI依存的な結合が認められる抗カルジオリピン抗体は、固相プレートに導入された酸素原子濃度に依存的に固相化β_2-GPIに結合した。しかし、通常の固相化プレート上のβ_2-GPIには結合しなかった。抗カルジオリピン抗体は、疎水性固相表面で酸素原子と相互作用し、構造変化したβ_2-GPIを認識していると思われる。抗カルジオリピン抗体の存在と血栓形成傾向の関係が明らかになり、同抗体の対応抗原が血中のβ_2-GPIであることも解明された。“いわゆる抗カルジオリピン抗体"の反応が、抗原としてのカルジオリピンの存在なしにも再現出来るという事実は、抗リン脂質抗体症候群に認められる閉塞性血管病変の発症機序を考える上にも、また自己抗体としての抗カルジオリピン抗体の産生機構を解明するためにも、重要な示唆を与えると思われる。

抗リン脂質抗体症候群に認められる代表的な自己抗体は、抗カルジオリピン抗体とループスアンチコアグラントであるが、本研究者は、抗カルジオリピン抗体と膠原病患者の閉塞性血管病変との関係につき解析した。その結果、当該年度の研究で以下の点が明らかになった。(1)抗カルジオリピン抗体の測定には、血清中の糖蛋白であるβ2-グリコプロテインI(β2-GPI)の存在が必須であること。(2)β2-GPIは分子量5万の糖蛋白であり、スシ構造と呼ばれる特有な形態をしており、カルジオリピンに代表される陰性荷電を持つリン脂質と結合する性質を有すること。(3)抗カルジオリピン抗体は、直接カルジオリピンを認識するのではなく、カルジオリピンと結合した結果、構造変化したβ2-GPIそのものを認識すること。(4)抗カルジオリピン抗体の測定系の固相に酵素原子(カルボン酸)を導入することによって、抗原としてのカルジオリピンの存在なしに、抗カルジオリピン抗体が測定出来たこと。以上の事実から、抗カルジオリピン抗体は、陰性荷電のリン脂質もしくは、酸素原子と結合し、構造変化したβ2-GPI上に出現してくる自己抗原を認識すると結論した。
宇宙閉鎖環境の酸素供給システム -微小重力下における藍藻類育成環境の形成-

宇宙ステーションなど閉鎖系環境の酸素供給システム開発を目的として、微小重力下における低遠心力場を利用した藍藻類育成環境の創成の可能性を検討した。微小重力環境を作り出すために北海道工業技術研究所(高さ10m,HNIRl)及び(株)地下無重力実験センター(高さ500m,JAMIC)を使用した。HNIRIとJAMICの落下塔は微小重力時間がそれぞれ約1.2秒(g_Z/g_0<10^<-3>G)、約10秒(g_Z/g_0<10^<-4>G)である。HNIRl落下塔用の実験装置の寸法は600D×425W×910Hである。JAMIC落下塔用の実験装置の寸法は870D×425W×918H及び425D×425W×918Hである。円筒容器の内径及び容積は0.0550.13m、8.5×10^<-5>1.3×10^<-3>m^3である。8ミリビデオカメラを容器側方に固定し、落下中の気液界面形状の変化を観察、記録した。落下時刻をテープに記録するため、キャラクタージェネレーターを使用した。アクリル樹脂製円筒容器に水を入れ、容器ごと回転させることにより、微小重力下にある回転容器内の水ー空気系に容器壁基準で10^<-1>G程度の低遠心力場を与えた。回転容器内の気液系の界面形状を観察、記録した。気液界面形状に及ぼす容器内径、容器回転速度、液量率(液体積/容器容積)、液粘度、表面張力の影響を検討した。藍藻類育成環境として望ましい気液流動状態は中空回転液体層の形成である。すなわち、(1)回転容器中心部に気体が存在し容器壁全面と液体が接触していること、また、(2)上蓋及び底面中央部には液体に濡れていない気固接触面があることである。中空回転液体層形成の可能/不可能が明確に分けられる形成マップを作製した。形成マップにより微小重力下における中空回転液体層形成がWeber数と液量率によって決定できる。形成マップから最適条件はWe=8,V_L/V_T=0.80であった。この条件は動力消費即ち容器回転速度が最小となる。容器を固定し、通気エネルギーを利用して中空回転液体層の形成も試みた。微小重力下において低遠心力により形成した中空回転液体中に外周部からガスを吹き込み、生成する気泡の分散状態と流動速度並びに中空液体の内周部における気泡の液からの分離に及ぼす回転速度、内周部の大きさ、ガス吹き込み方法の影響を実験的に検討した。実験実施状況:鉛直に置かれた円筒型回転容器内に、軸中心部がガスの中空回転液層を微小重力下で形成させておき、外周部から回転中心に向かってガスを吹込む。気泡の生成から破裂に至る経時変化を容器の側方と上方の2方向から2台のビデオカメラで撮影することに成功した。

吹込用ガスは当初予定の「使い捨てボンベ入り空気」に変えて、小形ガスボンベに窒素を充填して用いた。小形ガスボンベ、減圧弁、電磁弁、流量計等、ガス導入装置およびCCDカメラ等の動作は多機能制御ユニットで制御した。微小重力場を作るための落下実験は、北海道上砂川の(株)地下無重力実験センター(μG時間:10秒)で6回および北海道工業技術研究所(μG時間:1.2秒)で14回実施した。実験結果:中空回転液体層が形成される0.15G以上では、1G下と同様吹込まれた気体は気泡群となり気液界面に至って破裂し、「ガス吹込みによる中空回転液体層の形成」の可能性が示された。しかし、1G下と比べμG下では気泡径が著しく大きくなり、気液界面に於ける気泡の寿命が長くなる傾向が認められた。また、気泡の破裂は近傍の気泡の破裂に誘発された。平成9年度:実際の培養ではリアクターを回転せず固定することが望ましい。そこで、容器を固定し通気エネルギーを利用して、「ガス吹込みによる中空回転液体層の形成」を試みる。1.研究の目的:前年度は微小重力下で円筒型リアクターを回転させることにより遠心力を生じさせ、中空回転液体に外部からガスを吹き込み、生成する気泡の液からの分離に必要なGの下限を検討した。実際の培養ではリアクターを回転せず固定することが望ましい。そこで、本年度は通気エネルギーを利用して、中空回転液体層の形成を試みた。すなわち、微小重力下において、円筒容器中の液相にガスを連続的に吹き込み、回転中心部においてガスを分離排出する中空回転液体層の形成条件を検討した。2.実験実施状況:固定したアクリル製縦型円筒容器内に水を入れておき、容器外の外周部から内部へ接線方向45度の角度でガスを噴射した。容器の外側と上方の2方向から2台のビデオカメラで液の回転流動状態、気泡の挙動等を地上1G下および微小重力下で観察・記録した。前年度に製作した落下用実験装置を、円筒容器とガス導入部分等を一部改装して、本年度も使用した。微小重力場を作るための落下実験は、(株)地下無重力実験センター(μG時間:10秒)で2回、北海道工業技術研究所(μG時間:1.2秒)で17回実施した。3.実験結果:あらかじめ地上実験で求めた「ガス噴射流量」と「液回転速度」との関係は、微小重力下においてもほぼ同様であることが明らかとなった。微小重力下において、ガス流量が比較的大きく、仕込み液体積が適当な場合、中空回転液体層の形成が認められた。4.平成10年度:省エネルギーを考慮すると、如何に小さなガス流量によって中空回転液体層を形成させるかが課題をなる。そこで、中空回転液体層形成に及ぼす容器と液体との濡れ性の影響を検討する。1.班究の目的:平成8年度は、微小重力下で円筒型リアクターを回転させることにより遠心力を生じさせ、中空回転液体層形成に必要なGの下限を明らかにした。平成9年度は、容器を固定し、通気エネルギーを利用して中空回転液体層の形成を試みた。すなわち、微小重力下において、円筒容器中の液相にガスを連続的に吹込み、中空回転液体層の形成条件を検討した。省エネルギーを考慮すると、如何に小さなガス流量によって中空回転液体層を形成させるかが課題となる。そこで、本年度は中空回転液体層形成の難易に及ぼす容器と液体との濡れ性の影響を検討した。2.実験実施状況:底面、上蓋をテフロン被覆したアクリル製縦型円筒容器を製作し、容器回転方式及び容器固定ガス吹込み方式で、平成8年度、9年度と同様、液の回転流動状態、気泡の挙動等を微小重力下で観察、記録し、底面、上蓋の濡れ性(水との接触角:アクリル67-74、テフロン94-126)の影響を検討した。微小重力落下実験は、(株)地下無重力実験センターで1回、北海道工業技術研究所で11回実施した。