hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
繁みからの滲み出し冷気誘導によるそよ風の道づくりに関する研究

屋外の微気候(マイクロ・エリア・クライミット)の観測には、日照下での気温計測や室内よりもはるかに広い範囲の空間分布計測が求められるが、本研究で開発・使用した磁気センサーと空気温湿度分布の自動計測法が、その基本性状の把握には非常に有効であることが確認された。また、外の爽やかさに大きく関わっていると思われる気流は、流れの複雑さや変動の大きさゆえに、その流れ自体を捉えることはかなり困難であるが、空気温湿度より算定した、空気密度あるいは比容積分布の時間平均を取ることによって、熱対流型の平均的な流れの特徴を捉えることができた。これに、水蒸気をトレーサーとした気流推定を合わせて、屋外の空気流れの定性的な把握が可能であることを明らかにした。しかし、外の爽やかさは、気流速だけでなくその変動自体が大きく関与している可能性が高い。この「変動と爽やかさ」の関係については、本研究を契機に、今後も検討を重ねる予定である。木影の涼しさについては、一般に樹木自体が冷気をつくりだしていると思われているが、その冷気は樹木日向側の上昇気流に誘引された上空冷気の下降流であることが知れた。「繁みからの滲み出し冷気」はこの下降冷気流が横方向に押し出されたものであるが、通常は日向の地表付近ですぐに暖められて散逸し、その到達距離は非常に短い。樹冠や疵の影を連続させたり、水面や散水などで冷気の下降点に連続する地表を低温に保って冷気の到達距離を大きく伸ばすことで、それを建物周りや散歩道などに導く「そよ風の道づくり」が可能となることが知れた。1.屋外の局所空間に形成される夏の微気候調査(1)吸気式の温度プローブと湿度センサーによる移動計測結果を重ね合わせ、温湿度の空間分布の時間平均をとることで、屋外の局所空間に形成される微気候の特徴把握を可能とした。(2)本観測法による屋外の微気候調査より、水辺や樹木周りには周囲に比べて低温・低湿度の空気があり、それがわずかながら周辺に流れ出ている様子が知れた。(3)一般に、樹木が冷気をつくりだしていると思われがちであるが、観測結果からは日射を受ける樹木周りに形成される温湿度むらに基づく対流が、上空の低温空気を樹陰に引き寄せていると考えられる。(4)また、蒸発冷却により水面が冷気を生み出すよりも、むしろ低温の水面が上空冷気の降り口になっている可能性が高い。(5)しかし、そよ風の源となり得るこの冷気は、日向地表付近の温気に乱されてすぐに散逸しており、広く周囲に及んではいない。2.冷気の水平誘導の可能性の検討日除けや散水によって地表の一部を低温に保ち、これを冷気の誘導路として下降冷気を建物近傍や屋外の憩いの空間に導く手法とその効果を、屋外の実空間と模型観察より検討する。一般に木影の涼しさは、緑葉の日射遮蔽効果に加えて、蒸散による冷却作用と葉陰によって、樹木自体がつくりだす冷気の下降流によるものと考えられているが、前年度に行った屋外の局所空間に形成される夏の温湿度分布調査より、木影の冷気流は、日向樹冠で加温・加湿された軽量空気の上昇流に引き寄せられた上空からの下降冷気である可能性を知った。本年度は、1.空気温湿度むらに基ずく密度分布から推定される熱対流型の空気流れを発煙法による気流観察によって確認し、2.下降冷気の周辺への滲みだしと散逸性状を調べ、3.低温地表を誘導路とする冷気の流れ道づくりの可能性について検討した。

微気候デザインの総合的な検討のために、前庭に典型的な冷気源である池や樹木群を有し、大庇に覆われたテラス空間を選び、その微気候の性状診断をもとに、前記の各項目について検討を進めた。木影や水辺は、上空からの低温空気の降り口となっているが、その冷気は周辺の日向芝面などからの上昇温気に乱されて散逸し、一般に滲みだしの距離は極めて短い。しかし、樹冠と庇の連続した影に沿った冷気の流れはかなり遠くにまで及んでいることより、冷気の下降点に連続する地表を低温に保つことで、それを建物周りや散歩道などに導く「そよ風の道づくり」が可能となることを見いだした。
皮膚寒冷刺激はいかにして尿意切迫感を誘発するか-新規膀胱支配知覚神経回路の探求-

膀胱機能と皮膚知覚刺激との関連を示唆する事象として、シャワーを浴びた瞬間や、冷水で手を洗ったときなど、周囲環境の急な温度の低下や皮膚刺激によって尿意切迫感や尿失禁を生ずることが経験的に知られており、これらは過活動膀胱の病態の一つと考えられる。また、脊髄損傷患者の大腿部から陰部にかけての皮膚領域に刺激を加えると排尿を誘発することがtrigger voidingとして知られ、脊髄損傷患者の排尿の補助として利用される場合がある。一方、皮膚と内臓の相互作用の例として鍼灸治療が知られており、尿・便失禁、間質性膀胱炎、夜尿症の治療に応用されている。このように皮膚刺激は膀胱知覚および膀胱収縮と密接に関係しているにもかかわらず、そのメカニズムは不明であった。私たちは、ラットを用いて、膀胱と皮膚に逆行性神経トレーサーを投与し、知覚神経回路の詳細を検討した。その結果、膀胱と皮膚に同時に軸索を投射する二分岐軸索の存在を証明した。これは、皮膚の知覚と、膀胱の知覚の一部は一次知覚神経レベルで回路が混線し、中枢に至った際に膀胱知覚と皮膚知覚が混同される可能性があることを示す物と考えられた。さらに、この二分岐軸索を投射している神経細胞体の特徴を探るため、in situ hybridization法を用いた検討を行った。その結果、同神経細胞体の一部に寒冷刺激受容体の候補として知られるTRPM8の発現が確認された。以上の知見より、寒冷刺激により尿意切迫感が誘発される原因の一つとして、皮膚で受容された寒冷刺激の一部が中枢神経に至る過程で膀胱知覚刺激と混同され認識される可能性が示された。皮膚知覚と膀胱知覚の関係について、二分岐軸索をもつ後根神経節細胞が存在する可能性について検討した。その結果、同一の後根神経節の感覚神経細胞から伸びる軸索が途中で分岐し、二分岐軸索となり、膀胱と皮膚へ同時に投射する神経を逆行性神経トレーサーを用いた解析によって証明した。このことにより、膀胱からの知覚と皮膚からの知覚が一次知覚神経のレベルで混同されて中枢から見た場合に両者が区別の付かない形で認識されるのではないかと考えた。さらに、その二分岐軸索の一部に冷覚受容体として知られるTRPM8が発現していることを形態学的に証明した。また、電気生理学的検討によって、冷刺激およびTRPM8のアゴニストであるメントールが二分岐軸索の神経活動に関与することを明らかにした。神経トレーサーを用いてラットの皮膚の知覚神経回路及び膀胱の知覚神経回路の走行経路を標識し明らかにすることを目的として、神経トレーサーによる二重標識の手法の確立と、皮膚及び膀胱の神経回路の特徴についての検討を行った。Fast Blue、Alexa cholera toxin B conjugated、wheat germ agglutinin(WGA)などをつかった検討の結果、Fast Blue、Alexa cholera toxin B conjugatedの組み合わせによる二重標識法が最も優れているとの結論を得た。上記組み合わせを用いた膀胱と皮膚の知覚神経の二重染色によって、後根神経節内での2者の分布を観察した結果、膀胱を支配する神経細胞体は主にL6-S1由来であることが確認され、さらに、わずかではあるが一部が皮膚と膀胱に同時に軸索を投射している二分岐軸索を持つ神経細胞であることが確認された。このことは、膀胱知覚と皮膚知覚の一部が中枢(脳)のレベルで区別の付かない知覚入力として認識されている可能性を示唆する。同時に、皮膚への刺激が排尿機能へ影響を与える可能性、たとえば、冷環境で頻尿が誘発されるような現象を解剖学的に説明する事ができる可能性を示唆するものである。さらに我々は、同定された二分岐軸索をもつ神経細胞体のサイズ分布を検討した。

その結果、膀胱と皮膚を同時に支配する二分岐軸索は主に小型細胞からなり、このことはこの神経が主に冷痛覚を司るC線維を投射する神経であることを示し、膀胱痛が下腹痛として認識される、また、冷覚が尿意を誘発すると言った現象の裏付けになる物であると考えられた。膀胱を支配する知覚神経および皮膚を支配する知覚神経の回路を蛍光標識することによって、皮膚・膀胱を支配する知覚神経の特徴を明らかにすることを目的の第一段階として設定していた。神経トレーサーによる二重標識の手法の確立と、皮膚及び膀胱の神経回路の特徴についての検討を行った結果として、Fast Blue、Alexa cholera toxin B conjugatedの組み合わせによる二重標識法が最も優れているとの結論を得た。上記組み合わせを用いた膀胱と皮膚の知覚神経の二重染色によって、後根神経節内での2者の分布を観察した結果、膀胱を支配する神経細胞体は主にL6-S1由来であることが確認され、さらに、わずかではあるが一部が皮膚と膀胱に同時に軸索を投射している二分岐軸索を持つ神経細胞であることが形態学的に確認された。さらに我々は、同定された二分岐軸索をもつ神経細胞体のサイズ分布を検討した。その結果、膀胱と皮膚を同時に支配する二分岐軸索は主に小型細胞からなることを明らかにした。このことはこの神経が主に冷痛覚を司るC線維を投射する神経であることを示している。これらの結果は、膀胱痛が下腹痛として認識される、また、冷覚が尿意を誘発すると言った現象の裏付けになる物であると考えられた。寒冷刺激が尿意切迫感を誘発する可能性にせまる新たな神経回路を同定することができたと考え、このことから、研究の目的の達成度は、おおむね順調に進展していると考える。1.知覚神経上の機械受容体・温度受容体の発現分布を見る。前年度に得られた知覚神経の知見について、その知覚神経がどのような刺激に対して応答する特徴を備えているかをさらに実験・検証する。具体的には、蛍光抗体法もしくはin situ hybridizationの手法を用いて、前述した既知の知覚に関与することが過去に報告されているレセプターファミリー(TRPファミリー、ASICファミリー、Piazo1,2、Trekなど)について、神経トレーサーで標識した後に組織を再度標識し、3重染色を行ってそれぞれの神経がもつ特徴を明らかにする。2.体性知覚神経が膀胱機能に与える影響の生理学的な機能解析を行う。膀胱及び皮膚を支配する知覚神経回路がいずれかの部位で収束することを証明した後、皮膚刺激と膀胱知覚・膀胱の排尿活動の機能的な関連の証明を行う。証明された発現レセプターについて、そのアゴニスト及びアンタゴニストをウレタン麻酔下に膀胱との関連のある皮膚領域へ注射し、膀胱を支配する知覚神経とは無関係の皮膚領域へ注射する群をコントロールとして、排尿頻度・排尿量の変化や、膀胱内圧測定の変化が見られるかどうかを検討する。今年度までに得られた研究成果について、学会発表、論文作成を行うにあたり、学会参加費、英文添削、別刷り費用などの使用を予定する。さらに、次年度に上記研究計画を実行するにあたって、二分岐軸索を標識した標本を得るため、逆行性神経トレーサー、実験動物本体、麻酔薬、実験動物飼育費、ディスポーザブルの手術器具(針、糸など)、ホルマリン等を追加購入する。
エナメル質結晶の初期形成過程に関する高分解能電子顕微鏡的研究

エナメル質は、ハイドロキシアパタイト(HA)結晶からなるが、その初期石灰化の過程については、有機基質が結晶核の形成に関与しているのか、象牙質HA結晶を核として形成されるのかいまだ明らかにされていない。さらに最初に折出する結晶についても、初めからHAなのか、あるいは不定型リン酸カルシウム、第二リン酸カルシウム、オクタリン酸カルシウム(OCP)などHAへ転化するような前駆物質が介在するか否かについても不明である。本研究は、高分解能電子顕微鏡や免疫電顕法を駆使して、これら不明点を解明することを目的としたものである。エナメル質の最初に出現する結晶は、既に石灰化を開始した象牙質側の有機基質中に認められ、象牙質のHAと接しているものが多かった。結晶の格子間隔は、8.2Å、10.4Å、13.9Å、16.5Åを示し、結晶の厚径の増加にしたがって格子間隔が小さくなり、HAの100面のd値(8.17Å)に近づいた。格子間隔が8.2Åを示すものは、HAと同定される。リン酸カルシウムの中で8.2Åより大きいものはOCPのみである。今回観察された10.4Å、13.9Å、16.5Åの格子間隔は、OCPの値に近い。この結果は、OCPがHAの前駆体である可能性を示唆した。またOCPとHAの層状構造およびそのOCPがしだいにHAに変化しているのが観察されたが、これはOCP上にHAがエピタキシャルに成長し、その後OCPが加水分解してHAに変化したと考えられる。またアメロジェニンを用いた免疫電顕法によると、stippled material中に結晶が形成されていない段階でもエナメル初期結晶が象牙質結晶と接合しているので、エナメル質は、象牙質結晶表面に異種核発生して成長し始めたことが示唆された。以上のことから、エナメル質初期結晶は象牙質結晶(HA)を核としてまずOCPとして形成され、その後HAに加水分解され成長すると考えられる。さらに最初に析出する結晶についても、初めからHAなのか、あるいは不定型リン酸カルシウム、第二リン酸カルシウム、オクタリン酸カルシウム(OCP)などHAへ転化するような前駆物質が介在するか否かについても不明である。またエナメル質形成が進むにつれ、表層から深層に向かって結晶はその厚径を増し、その中央部には、いわゆるcentral dark lineを有する結晶が観察されたが、稀に中央に17.5Åの格子を持つものも存在した。

これに対し格子間隔が10.4Å、13.9Å、16.5Åおよび17.5Åを示すものは、いずれもOCPの値に近い。この結果は、OCPがHAの全駆体である可能性を示唆した知見に新たな証拠を加えたと考えられる。また象牙質結晶とエナメル質結晶の接合が観察されたことから、エナメル質結晶は、象牙質結晶表面に異種核発生して成長し始めたこと示唆された。有機基質については次年度究明する。エナメル質は、ハイドロキシアパタイト(HA)結晶からなるが、その初期石灰化の過程については、有機基質が結晶核の形成に関与しているのか、象牙質HA結晶を核として形成されるのかいまだ明らかにされていない。さらに最初に析出する結晶についても、初めからHAなのか、あるいは不定型リン酸カルシウム、第二リン酸カルシウム、トリリン酸カルシウム、オクタリン酸カルシウム(OCP)などHAへ転化するような前駆物質が介在するか否かについても不明である。本研究は、高分解能電子顕微鏡や免疫電顕法を駆使して、これら不明点を解明することを目的としたものである。昨年は、格子間隔の測定結果から、エナメル初期結晶は、OCPである可能性を報告した。本年度の観察では、2本の結晶格子を物結晶の中に、8.2Åと10.4Åの異なる格子間隔をもつもの、3本の結晶格子を持つ結晶では10.4Åの格子を8.2Åの格子がサンドイッチしているものと、3本とも8.2Åの結晶格子をもつものがあった。エナメル質の形成が進むにつれ、結晶格子の数は増し、それらの格子間隔はすべて8.2Åであった。これらの結果から、初期結晶はOCPとして出現し、その後OCP上にHAがエピタキシャルに成長し、しだいにOCPが加水分解してHAに変化すると考えられる。また初期結晶の核形成に何が関与しているのかを明らかにするためアメロジェニンを用いて識別したところ、stippled material中に結晶が形成されていない段階でも、エナメル初期結晶は象牙質結晶と接合しているので、エナメル質は、象牙質結晶表面に異種核発生して成長し始めることが示唆された。
低次元の場の量子論とその応用

この日韓両国の国際学術共同研究計画には2つの面がある。第1は、日韓の両グループの研究者の間で研究協力・共同研究を通して、研究課題である低次元の場の量子論とその素粒子論及び物性論への応用の研究を進め、下記の具体的な問題に答えを出すことである。もう1つはより長期的で広い意味を持つ。これまで両国の間には、少なくとも理論物理学の分野では、科学者のコミュニティーの間の交流がほとんどなかった。両国のグループで重要な業績があがっている分野で具体的な研究協力を進めることにより、お互いの交流を促進して行く役割も果たしたいという期待がある。主に第1の点について具体的な成果をまとめるが、終わりに、第2の点についても触れる。素粒子論及び物性論において、重要な物理現象には非摂動的な性格のものが多く、解くことが困難である。低次元に現れる類似な問題では、厳密な取り扱いが可能な場合が多く、これらの問題を解くことが重要な意味を持つ。本研究計画では、低次元の場の量子論における数学的な厳密な方法及びそれに関連した物理的な近似方法の開発を行い、さらに、素粒子物理学及び低次元系の物性物理学のいろいろな問題へ応用することを目的とした。特に次のテーマに重点を置いた。a)新しい型の可解模型の構成とその応用。b)可解模型、特に長距離力がある場合の模型に対する新しい数学的な方法の開発。c)量子重力及び弦理論に対する非摂動論的な方法。d)素粒子論及び物性理論における超対称性及びアノマリーの役割。これらのテーマは科研費交付申請書の段階で取り上げられたものである。これらに関して、これまでも日韓の両グループの研究者は互いに独立に、場の理論的及び数理物理学的な視点と方法の研究で、部分的には先端的な業績をあげていた。本研究計画では、両グループの研究者の研究協力を進めることにより、以下のような具体的な問題に答えを出すことを目指した。1)境界のある可解模型とそれに対応する場の理論の構成。その物性物理学への応用。2)その他の新しいタイプの可積分な模型の構成。3)2次元量子重力の非摂動論的な取り扱いの開発。4)トポロジカル場の理論と弦理論。6)結び目理論の統計力学への応用。7)低次元におけるQCD及び非線形σ模型などの非摂動的な取り扱い。8)超対称性やアノマリーの物理系への応用。1)については、新しい可解模型の構成[10.研究発表の項のリストの8,17]、一般的な考察[18]、近藤問題などの物性物理への応用[20]などで具体的な成果が得られた。又、Calogero-Sutherland模型の境界がある場合への拡張などに関して、日本側(稲見、佐々木)と韓国側(Nam,Park)との研究協力も始まった。2)については、韓国側のParkとShinの研究をめぐり、稲見と佐々木が議論に加わっている。5)については、表現論的な研究の段階で新しい結果が得られつつある[11-16,19]。物理の模型との関係でも部分的な成果があった[16]。韓国側(Namとその共同研究者)もこの問題に関連した研究を行っており、日本側の小竹と松尾が研究協力を行いつつある。3)、4)、6)の研究でも成果があった[9-10;20-24;1-4]が、これらに関しては日本側の寄与が大きかった。7)の問題については、韓国側(Parkとその共同研究者)が中心となって研究が進められたが、日本側(稲見、[7])も議論に加わった。8)については、アノマリーを扱う方法論で成果があった[5]。物理への応用は今後の課題である。まとめると、1)と5)の問題については、短期間で予想外の成果が得られつつあり、密接な研究協力も始まっている。3)、4)、6)の研究も順調に進んでいる。これまでは、日本と韓国の間の研究者の交流は、主に会議への出席や招待講演を行うことに限られていた。今回の科研費(国際学術研究)の援助を受けた共同研究計画により、日常的なレベルでの研究協力の道が開かれた。実際、佐々木・出口・稲見・小竹の4名はソウルの慶煕大学及びソウル国立大学に3週間程滞在し、日常的な議論、お互いのセミナーを通しての議論、大学院生との接触もできた。佐々木と出口は又韓国の物理学会へも出席し、研究交流の範囲や意味も広がった。これらの研究者間の地道な交流は、将来両国間における科学研究の広い意味での国際協力を促進するのにも役に立つと期待している。

素粒子論及び物性論において、重要な物理現象には非摂動的な性格のものが多く、解くことが困難である。低次元に現れる類似な問題では、厳密な取り扱いが可能な場合が多く、これらの問題を解くことが重要な意味を持つ。本研究計画では、低次元の場の量子論における数学的な厳密な方法及びそれに関連した物理的な近似方法の開発を行い、さらに、素粒子物理学及び低次元系の物性物理学のいろいろな問題へ応用することを目的とした。特に次のテーマに重点を置いた。a)新しい型の可解模型の構成とその応用。b)可解模型、特に長距離力がある場合の模型に対する新しい数学的な方法の開発。c)量子重力及び弦理論に対する非摂動論的な方法。d)素粒子論及び物性理論における超対称性及びアノマリーの役割。これらのテーマは科研費交付申請書の段階で取り上げられたものである。これらに関して、これまでも日韓の両グループの研究者は互いに独立に、場の理論的及び数理物理学的な視点と方法の研究で、部分的には先端的な業績をあげていた。本研究計画では、両グループの研究者の研究協力を進めることにより、以下のような具体的な問題に答えを出すことを目指した。1)境界のある可解模型とそれに対応する場の理論の構成。その物性物理学への応用。2)その他の新しいタイプの可積分な模型の構成。3)2次元量子重力の非摂動論的な取り扱いの開発。4)トポロジカル場の理論と弦理論。6)結び目理論の統計力学への応用。7)低次元におけるQCD及び非線形σ模型などの非摂動的な取り扱い。8)超対称性やアノマリーの物理系への応用。1)については、新しい可解模型の構成[10.研究発表の項のリストの8,17]、一般的な考察[18]、近藤問題などの物性物理への応用[20]などで具体的な成果が得られた。又、Calogero-Sutherland模型の境界がある場合への拡張などに関して、日本側(稲見、佐々木)と韓国側(Nam,Park)との研究協力も始まった。2)については、韓国側のParkとShinの研究をめぐり、稲見と佐々木が議論に加わっている。5)については、表現論的な研究の段階で新しい結果が得られつつある[11-16,19]。物理の模型との関係でも部分的な成果があった[16]。韓国側(Namとその共同研究者)もこの問題に関連した研究を行っており、日本側の小竹と松尾が研究協力を行いつつある。3)、4)、6)の研究でも成果があった[9-10;20-24;1-4]が、これらに関しては日本側の寄与が大きかった。7)の問題については、韓国側(Parkとその共同研究者)が中心となって研究が進められたが、日本側(稲見、[7])も議論に加わった。8)については、アノマリーを扱う方法論で成果があった[5]。物理への応用は今後の課題である。まとめると、1)と5)の問題については、短期間で予想外の成果が得られつつあり、密接な研究協力も始まっている。3)、4)、6)の研究も順調に進んでいる。これまでは、日本と韓国の間の研究者の交流は、主に会議への出席や招待講演を行うことに限られていた。今回の科研費(国際学術研究)の援助を受けた共同研究計画により、日常的なレベルでの研究協力の道が開かれた。実際、佐々木・出口・稲見・小竹の4名はソウルの慶煕大学及びソウル国立大学に3週間程滞在し、日常的な議論、お互いのセミナーを通しての議論、大学院生との接触もできた。
渦輪による気泡群の生成と輸送に関する研究

渦輪による気泡群の生成と輸送の可能性を探るため,渦輪射出装置を底面に備えた水槽を用いて実験を行った.射出口端に設置した細管から気泡を渦輪の射出とともに連続的に水中に注入した.研究の結果,以下の結論が得られた.渦輪強度が低い場合には,気泡は渦輪に巻込まれずに独立に上昇する.渦輪強度がある値よりも増した場合には,気泡は渦核内部に巻込まれながら上昇する.巻込まれた気泡は渦核中心に沿って周方向に分布する.渦輪の上昇につれて,巻込まれていた気泡が上部へ離脱する.渦核内に巻込まれた気泡は,渦輪変位に影響をほとんど及ぼさない.しかし,局所的に渦輪の半径をやや増大させる.静止水中に向けて射出した渦輪による気泡群の生成と輸送について,実験的研究を実施した.本年度は,装置の製作と測定システムの整備,および渦輪と気泡の挙動の把握に注力した.おもな成果は以下のとおりである.水を貯めるための透明アクリル製のタンク(幅300×奥行300×高さ600mm)を製作し,シリンダとピストンからなる渦輪射出装置をタンクの底面中央に設置した.ピストンを動作させるため,リニアスライダとサーボモータの駆動装置を作成した.また,シリンダ出口端に1本の注射針(孔径0.26mm)を設置した.注射針は細管を通してプランジャに接続し,上記ピストンの動作と連動させ,注射針から気泡を水中に注入する機構を作成した.ピストンをシリンダ内で押上げて渦輪を水中に射出する際,注射針から多数の気泡を水中に連続的に注入し,渦輪と気泡の挙動を調べた.その結果,ピストンの押上げ速度(渦輪強度)に応じた現象を明らかにできた.すなわち,渦輪強度が低い場合には,渦核内部で気泡群を生成できず.気泡は浮力で上昇する.渦輪強度の増大につれて,生成される気泡量が増し,その輸送量と輸送距離も増大する.初年度に製作した実験装置を用いて,本格的な実験を開始した.得られた結果は以下の通りである.(1)渦輪に対する気泡の相対的な運動は,渦輪射出速度すなわち渦輪強度と気泡注入流量に応じて4種類(Pattern 1,Pattern 2,Pattern 3,Pattern 4)に分類できる.(2)渦輪強度が低いPattern 1では,気泡は渦輪に巻込まれずに上昇する.(3)渦輪強度が増したPattern 2では,注入開始時を除き,前半に注入された気泡は渦核内部に巻込まれながら上昇する.巻込まれた気泡は渦核中心に沿って周方向に分布する.注入後半部の気泡は巻込まれずに上昇する.渦輪の上昇につれて,巻込まれていた気泡が上部へ離脱する.(4)渦輪強度がさらに増したPattern 3では,注入開始時を除くすべての気泡が巻込まれ,渦核中心に沿って周方向に分布する.巻込まれた気泡は渦輪とともに上昇する.(5)渦輪強度はPattern 3と同じであるが気泡流量が小さいPattern 4では,すべての気泡が巻込まれる.一部の気泡が上方へ離脱するが,多くの気泡は渦輪とともに上昇する.(6)渦核内に巻込まれた気泡は,渦輪変位に影響をほとんど及ぼさない.しかし,局所的に渦輪の半径をやや増大させる.(7) Milenkovicらにより提案された単一気泡を渦核内部に捕捉するときの渦輪循環の予測式は,本実験において渦輪が気泡を内部に巻込み輸送する循環をほぼ正確に予測する.最終年度の研究の成果水中に射出された渦輪による気泡群の生成と水中の輸送について,様々なパラメータの影響を調べるため,数値解析を実施した.その結果,気泡巻込みのメカニズムの詳細を再現でき,渦輪の並進による輸送過程も解析できた.研究成果は,2015年6月にストックホルムで開催された,国際会議(International Conference on Jets, Wakes and Separated Flow)において,招待講演著して発表した.気泡の巻込みに関するメカニズム,気泡直径の影響などについて聴講者から質問があり,今後の研究の指針とすることができた.研究期間全体の成果渦輪による気泡群の生成と輸送の可能性を探るため,シリンダとピストンからなる渦輪射出装置を底面に備えた水槽を用いて実験を行った.シリンダ出口端に設置した細管から気泡を渦輪の射出とともに連続的に水中に注入した.層流渦輪であり,気泡の平均直径は3.4 mmである.渦輪の挙動と気泡の運動を調べた結果,以下の結論が得られた.渦輪に対する気泡の相対的な運動は,渦輪射出速度すなわち渦輪強度と気泡注入流量に応じて分類できる.渦輪強度が低いPattern 1では,気泡は渦輪に巻込まれずに上昇する.渦輪強度が増したPattern 2では,注入開始時を除き,前半に注入された気泡は渦核内部に巻込まれながら上昇する.巻込まれた気泡は渦核中心に沿って周方向に分布する.注入後半部の気泡は巻込まれずに上昇する.渦輪の上昇につれて,巻込まれていた気泡が上部へ離脱する.渦輪強度がさらに増したPattern 3では,注入開始時を除くすべての気泡が巻込まれ,渦核中心に沿って周方向に分布する.巻込まれた気泡は渦輪とともに上昇する.渦核内に巻込まれた気泡は,渦輪変位に影響をほとんど及ぼさない.しかし,局所的に渦輪の半径をやや増大させる.

渦輪による気泡群の生成と輸送の可能性を探るため,渦輪射出装置を底面に備えた水槽を用いて実験を行った.射出口端に設置した細管から気泡を渦輪の射出とともに連続的に水中に注入した.研究の結果,以下の結論が得られた.渦輪強度が低い場合には,気泡は渦輪に巻込まれずに独立に上昇する.渦輪強度がある値よりも増した場合には,気泡は渦核内部に巻込まれながら上昇する.巻込まれた気泡は渦核中心に沿って周方向に分布する.渦輪の上昇につれて,巻込まれていた気泡が上部へ離脱する.渦核内に巻込まれた気泡は,渦輪変位に影響をほとんど及ぼさない.しかし,局所的に渦輪の半径をやや増大させる.渦輪による気泡群の生成と輸送について,渦輪強度の影響を調べることができた.流体工学研究はおおむね順調に進捗しているため,当初の予定通りの方針で研究に取り組む.すなわち,気泡群の操縦方法の確立を目指し,シリンダー直径やピストンストロークを変えた時の実験を実施し,それらのパラメータの影響を吟味する.また,数値シミュレーションを実施し,実験を補完する知見を獲得する.実験装置の製作と測定システムの整備が完了し,実験的研究の準備が整った.渦輪の渦運動による渦核内部における気泡群の生成について,渦輪の射出強度と気泡流量の影響は,明らかにされつつある.しかし,気泡群の生成のメカニズムの詳細については,完全には把握できていない.研究の進捗状況は,おおむね良好である.渦輪の併進運動による気泡群の輸送の解明に向け,当初の研究方法に従い,実験的研究を推進する.
児童生徒の校外での犯罪・交通事故・災害を防止するための安全マップ作成に関する研究

1)一般に普及する29の安全地図事例を収集し、その特徴を分析した。主に学校単位で保護者や生徒により作成される安全地図は、犯罪や交通事故の危険想定箇所について原因や周辺環境についての説明がある。主に警察で作成される安全地図は、府県単位の範囲の、犯罪や交通事故の正確な発生箇所と内容を示すが、原因や環境については説明されない。前者は保護者や生徒が犯罪事故を地図化し原因や環境を考える中で、防犯防事故技能の向上が期待できるが、情報が主観的で経験的であること、地図の範囲が狭く、視野が限定される特徴がある。後者は広い範囲の客観的情報を広範囲に伝えることができるが、原因と周辺環境の説明を欠くために、地図の具体的活用方法に不十分さがある。2)安全地図に対する保繊者の意見を参考に、計二版の安全地図が作成された。さらに、小学3年社会科授業においての授業が行われ、そこで、安全地図に描かれた不審者の分布、子ども110番の家分布図が利用された。3)大阪北部、兵庫県東部の11市区町を対象に、犯罪と交通事故の空間分析を行った結果、犯罪と交通事故は、地域内の複数箇所に集中するが,その分布は大人と異なる場合が多い。中学校校区単位での子ども人口と犯罪・交通事故件数とは正の相関がある一方で、校区間には有意な発生率の差異が見られ、校区内に発生地点の粗密が見られた。道路や土地利用図との重ね合わせ分析の結果、犯罪の場合、住宅地域特に中高層住宅に多く発生する。また商業地の周辺地域や商業地と住宅地との混在地域に発生が多くなる。このような場所は、通行量の多い場所から、少し住宅地内に入り、人の監視が少なくなる場所に相当する。交通事故の場合、幹線道路上とその近辺に大半が分布する。また住宅地と商業地に多く発生している。子どもの行動が地域の経済社会活動と関連し、交通事故の集中する場所となっていることを示している。本年度の実績として、1)現行の安全地図の現況と特徴の分析を行った上で、有効性や問題点を明らかにし、2)大阪教育大学附属池田小学校校区を事例に、広域学校安全地図作成の新しい試みを行った。1)現行の29の安全地図事例を収集し、その特徴を分析した。主に学校単位で保護者や生徒により作成される安全地図は、犯罪や交通事故の危険想定箇所についてその原因や周辺環境についての詳細な説明があり、地図の配布は学校内にとどまる特徴がある。近年インターネットにより公開される事例が増えている。前者は保護者や生徒が犯罪事故を地図化し原因や環境を考える中で、防犯防事故技能の向上が期待できるが、情報が主観的で経験的であること、地図の範囲が狭く、情報の公開が限定される特徴がある。2)池田市南部を対象に、池田警察署資料、大阪府警HP上の犯罪・交通事故地図・池田市運営の不審者情報メールサービスから、15歳以下の交通事故、犯罪被害地図を作成し、地図解説と共に、保護者対象の安全教育教材として印刷配布とWeb公開を行った。この地図は広域で事故と犯罪発生地点だけでなく、発生頻度を町丁単位や密度分布で表現した。

さらに事故の場合、交通量と子どもの行動範囲との関係、犯罪の場合、犯罪企図者の接近しやすさと地域の監視性との関係から、環境的要因についての考察を行っている。本年度の実績として、1)大阪教育大学附属池田小学校校区を事例に、広域学校安全地図作成を行い、小学校の社会科授業などに提供し、また、保護者に配布し、意見をもとめた。2)大阪北部に広がる郊外地域を対象にして、犯罪と交通事故の空間分析をおこなった。1)アンケートから得た、安全地図に対する保護者の意見を参考に、第二版の安全地図が作成された。さらに、小学3年社会科授業において、地域の安全を保つための、子どもと学校・地域・警察との結びつきとそれぞれの役割という主題での授業が行われ、そこで、安全地図に描かれた不審者の分布、子ども110番の家分布図が利用された。2)大阪北部、兵庫県東部の11市区町を対象に、犯罪と交通事故の空間分析を行った結果、犯罪と交通事故は、均等やランダムに発生するのではなく、地域内の複数箇所に集中することがわかった。子どもの交通事故の集中場所は大人のそれと異なる場合が多い。中学校校区単位での子ども人口と犯罪・交通事故件数とは正の相関がある一方で、校区間には有意な発生率の差異が見られ、校区内に発生地点の粗密が見られた。このことは、校区単位で、犯罪交通事故の危険度を評価することの有意性を示している。道路や土地利用図との重ね合わせ分析の結果、犯罪の場合、住宅地域特に中高層住宅に多く発生する。また商業地の周辺地域や商業地と住宅地との混在地域に発生が多くなる。このような場所は、犯罪企図者にとって入りやすい通行量の多い場所から、少し住宅地内に入り、人の監視が少なくなる場所に相当する。交通事故の場合、幹線道路上とその近辺に大半が分布する。また住宅地と商業地に多く発生している。子どもの行動が地域の経済社会活動と関連し、交通事故の集中する場所となっていることを示している。
インターロイキン-6による肺癌転移の免疫抑制機構の解析と免疫遺伝子治療への応用

本研究では肺癌の転移に着目し、IL-6発現が肺癌細胞に与える遺伝子の変化ならびに腫瘍組織における浸潤リンパ球解析より、担癌宿主が免疫能低下に至る機構を解析する。さらに担癌宿主の免疫能を回復させ転移を制御するために免疫遺伝子治療の実験的研究を行なうことを目標として立案された。平成15年度実施された研究は、1.IL-6非産生肺癌細胞株ならびにIL-6産生肺癌細胞株の生体内における増殖能の比較昨年度、IL-6非産生肺腺癌細胞株ABC-1にIL-6遺伝子を導入した。IL-6産生以外遺伝学的に背景を同一にする細胞株を作成した。本年度、動物実験によりこれら細胞株では増殖能に差が見られることを明らかにした。2.ヒト肺癌切除組織を用いたIL-6発現ならびに血清中IL-6濃度の測定原発性肺癌切除例90例より得た腫瘍組織におけるIL-6発現の局在を免疫染色により明らかにした。一方術前患者血性IL-6を測定し染色結果と比較し、さらに患者の臨床的予後因子との関連性を検討した。これら研究によりIL-6発現が腫瘍と生体に及ぼすメカニズムを解析し、その機構の一部を明らかにした。また臨床における肺癌患者の腫瘍組織ならびに血清中では有意にIL-6発現の過剰が見られ、病期の進行とともに高頻度に見られることから予後不良因子として作用している可能性が示唆された。このような結果を踏まえIL-6拮抗物質を利用した免疫遺伝子治療が、肺癌の増殖制御に応用可能であることを明らかにし、肺癌の治療成績の向上を目指す。本研究では肺癌の予後を悪くしている最大の原因である転移に着目し、最近開発されたcDNAマイクロアレイシステムを用い、IL-6発現が肺癌細胞に与える遺伝子の変化ならびに腫瘍組織における浸潤リンパ球解析より、担癌宿主が免疫能低下に至る機構を解析する。さらに担癌宿主の免疫能を回復させ転移を制御するためにIL-6遺伝子のアンチセンスDNA、あるいはIL-6レセプター抗体をもちいた免疫遺伝子治療の実験的研究を行なうことを目標として立案された。本年度実施された研究は、1.cDNAマイクロアレイシステムを用いたIL-6非産生肺癌細胞株ならびにIL-6産生肺癌細胞株の樹立ならびに発現遺伝子の比較これまでの基礎実験から肺腺癌細胞株ABC-1は、IL-6を産生しない細胞株であることを確認した。IL-6遺伝子を組み込んだレトロウィルスをABC-1に感染させ、IL-6遺伝子をABC-1において発現させることに成功した。これによりIL-6産生以外に背景の一致する細胞株を樹立し、cDNAマイクロアレイから発現遺伝子の変化を検討した。2.ヒト肺癌切除組織を用いたIL-6ならびに浸潤リンパ球分画の免疫組織化学による検討ならびに血清中IL-6濃度の測定原発性肺癌切除例65例より得た腫瘍組織を抗IL-6抗体をもちいた免疫組織化学によって発現の局在を明らかにした。本年度予定したIL-6非産生肺癌細胞株ならびにIL-6産生肺癌細胞株の動物モデルを用いた比較検討にはいたらなかったものの、IL-6非産生肺癌細胞株ならびにIL-6産生肺癌細胞株の樹立ならびに発現遺伝子の比較は、ほぼ予定された結果が得られたため、この点については来年度の研究課題として明らかにしていく。本年度IL-6による肺癌における免疫能低下の分子機構が一部明らかになったことから、来年度さらにIL-6拮抗物質を利用した免疫遺伝子治療が、肺癌の転移制御に応用可能であることを明らかにし、肺癌の治療成績の向上を目指したいと考える。

本研究では肺癌の予後を悪くしている最大の原因である転移に着目し、IL-6発現が肺癌細胞に与える遺伝子の変化ならびに腫瘍組織における浸潤リンパ球解析より、担癌宿主が免疫能低下に至る機構を解析する。さらに担癌宿主の免疫能を回復させ転移を制御するためにIL-6遺伝子のアンチセンスDNA、あるいはIL-6レセプター抗体をもちいた免疫遺伝子治療の実験的研究を行なうことを目標として立案された。平成15年度実施された研究は、1.IL-6非産生肺癌細胞株ならびにIL-6産生肺癌細胞株の生体内における増殖能の比較昨年度までの基礎実験から肺腺癌細胞株ABC-1は、IL-6を産生しない細胞株であることを確認し、IL-6遺伝子をABC-1において発現させることに成功した。これによりIL-6産生以外に背景の一致する細胞株を樹立した。そして動物実験によりこれら細胞株では増殖能に差が見られることを明らかにした。つまりIL-6は腫瘍において発現された場合、生体内では腫瘍細胞増殖性に作用することを明らかにした。2,ヒト肺癌切除組織を用いたIL-6発現ならびに血清中IL-6濃度の測定原発性肺癌切除例90例より得た腫瘍組織を、抗IL-6抗体をもちいた免疫組織化学によってIL-6発現の局在を明らかにした。一方術前患者血清を採取し染色結果と比較した。これらの結果につき患者背景との比較検討をおこなった。本年度は、基礎的研究としてIL-6非産生肺癌細胞株ならびにIL-6産生肺癌細胞株の動物モデルを用いた増殖能比較検討をおこない、IL-6発現が腫瘍と生体に及ぼすメカニズムを解析し、その機構の一部を明らかにした。また臨床における肺癌患者の腫瘍組織ならびに血清中では有意にIL-6発現の過剰が見られ、病期の進行とともに高頻度に見られることから何らかの予後不良因子として作用している可能性が示唆された。本研究は最終年度であるがIL-6による肺癌増殖の分子機構が一部明らかになったことで、今後はIL-6拮抗物質を利用した免疫遺伝子治療が、肺癌の増殖制御に応用可能であることを明らかにし、肺癌の治療成績の向上を目指したい。
肝細胞腺腫の日本独自例の分子病理学的解明：WHO分類の進歩のために

我々がこれまで集積した肝細胞腺腫(hepatocellular adenoma,HCA)と対照病変としての限局性結節性過形成(focal nodular hyperplasia,FNH)の検索結果から,日本での肝細胞腺腫(hepatocellular adenoma,HCA)の特徴を明らかにできた。(1)HCAは,性差がほとんどない。(2)背景因子として経口避妊薬は少なく,肝内血流異常の方がはるかに多い。(3)肉眼的なFNHの特徴とされている中心瘢痕がHCAにもほぼ同頻度で存在する。(4)FNHの組織所見の特徴とされる異常門脈域がHCAにも存在する。(5)異型性が強いと欧米でいわれているβ-catenin活性化型HCAは日本の例では,異型が乏しい。これらの日本のHCAの特徴は従来の欧米からの報告とは非常に異なったもので,論文刊行や世界的学会で発表する価値が十分あると考えられる。ものであった。また,HCA結節内で,様々な多様な免疫組織化学的所見や遺伝子変異がみられた例を経験することができた。この事実は,HCA内の遺伝子変異は亜型の数よりさらに複雑であり,HCA結節内の病態は,慎重に詳細に調べる必要があることが示唆された。平成27年度目標の1)集積された良性肝細胞性結節を免疫組織化学的に診断し、亜分類する。これを欧米のデータと比較する。ということが達成でき,論文刊行した。すなわち34例の肝細胞腺腫例を免疫組織化学的にHNF1αinactivated type(H-HCA)(29%), Inflammatory HCA(I-HCA)(29%)、β-catenin activated HCA(b-HCA)(21%)、unclassified HCA (u-HCA)(9%)の基本4亜型と2つの特殊型b-HCA/H HCA(6%),b-HCA/I HCA(6%)である。これは欧米のデータとほぼ同様であった。2)臨床的データもあわせて、これを欧米のデータと比較する。ということも達成,論文化した。本邦では危険因子の経口避妊薬は頻度が少なく,その頻度の高い欧米と著明な差異があった。3)造影剤トランスポーターの発現と画像所見につき、各亜型で比較する。ということも達成し,原著論文と症例報告を刊行した。すなわち,EOB-MRI画像での造影剤トランスポーターであるOATP1B3表現は、b-HCAでよく発現され,他の3亜型では減弱していることを発見した。画像所見にても確認した。4)生検組織診断にて肝細胞腺腫確定診断例につき、患者同意と倫理委員会承認のもと、無治療経過観察症例を集積する。という集積が達成された。現在20例以上の無治療観察例があり,今後さらに増加予定である。以上,当初の目標は十分に達成されている。その後症例も増え集積症例は肝細胞腺腫40例59結節,その比較対対照病変の限局性結節性過形成例は52例84結節であり,国内最多水準と考えられる。肝細胞腺腫,限局性結節性過形成の定型例の他,さらに,その併存例や悪性転化例も集積されている。現在,これらの遺伝子変異を検索する準備も整い,近日スタート予定である。研究実績の概要に示した通り,平成27年度目標はすべて達成されている。さらに,症例の集積や遺伝子変異解析の準備も順調である,集積症例のなかには,肝細胞腺腫が限局性結節性過形成内に出現した特殊例はも含まれており,今後の遺伝子解析の対象として大いに期待できる症例である。様々な画像診断医との連携も良好であり,臨床的,画像診断的成果も期待される。平成28年度以降の目標であった項目につき列挙する。1)免疫組織化学的に異常のあった例につき,遺伝子変異を検討したところ,予想どおりの結果となった。すなわち, H-HCA 12結節中5結節(42%)でHNF1alpha exon3-4領域内にアミノ酸置換型点突然変異(3結節),欠失および挿入によるフレームシフト変異(2結節)がみられた。I-HCA 8結節中2結節(25%)でgp130 exon6領域内にin-frame deletionがみられた。β-cateninおよびGS陽性12結節中5結節(42%)でβ-catenin exon3領域内にアミノ酸置換型点突然変異がみられた。*日本特有の亜型の意義については,現在検討中である。2)上記のデータを血流異常に起因する非腫瘍性病変,限局性結節性過形成(FNH)のデータと比較する。基本的にFNHの確定診断は免疫染色が異常でない症例なので,多くの症例は遺伝子異常の検索の対象とはならなかった。しかし,FNH内に肝細胞腺腫(HCA)や肝細胞癌(HCC)が存在する症例を経験し,HCA,HCC領域のいずれにも,β-cateninとTERTの遺伝子異常が発見された。本例はFNHが腫瘍化,悪性化を起こしうることの証明であり,かつ,国内,国外を問わず,第一例目のHCC in HCA in FNHという3層構造の病変で,現在投稿準備中である。3) HCAやFNHの無治療観察は以前から継続中である。

4)血流異常に起因する過形成結節の腫瘍化の可能性を示唆する症例は,2)のHCC in HCA in FNH症例の他,HCA in FNH例を数例経験している。さらにHCC in HCA例を経験し,英文症例報告した。5) HCAやFNHの様々な非定型例に関する個別化診断には,1-4)の知見が大いに役立つと考えられる。研究実績に記載したように。平成28年以降の目標はおおむね達成されている。遺伝子解析の結果は,免疫組織化学的所見と良く合致している。遺伝子変異のパターンで日本独自のものがあるかについては,さらに検討の余地があるが,日本のHCAの背景因子は欧米で高頻度な経口避妊薬ではなく,肝内血流異常であることも判明した。また,HCAとFNHは,従来伝えられているような,組織所見の相違は乏しく,は非常に類似性があり,日本のHCAの特徴でもあることが推察された。また,FNH内にHCAが出現する症例や,FNHからHCAをへてHCCに進展した症例も得ることができた。さらにHCAの癌化例も英文報告することができた。日本のHCAの成因や予後を考察する上で,非常に有意義な成果をあげることができた。これまで集積した肝細胞腺腫(hepatocellular adenoma,HCA)や対照病変としての限局性結節性過形成(focal nodular hyperplasia,FNH)の検索結果から,日本での肝細胞腺腫(hepatocellular adenoma,HCA)の特徴を明らかにすることができた。(1)HCAは,性差がほとんどない。(2)背景因子として経口避妊薬は少なく,肝内血流異常の方がはるかに多い。(3)肉眼的なFNHの特徴とされている中心瘢痕がHCAにもほぼ同頻度で存在する。(4)FNHの組織所見の特徴とされる異常門脈域がHCAにも存在する。(5)異型性が強いと欧米でいわれているβ-catenin活性化型HCAは日本の例では,異型が乏しい。これらの日本のHCAの特徴は従来の欧米からの報告とは非常に異なったもので,論文刊行や世界的学会で発表する価値が十分あると考えられる。また,HCA結節内で,様々な多様な免疫組織化学的所見や遺伝子変異がみられた例を経験することができた。この事実は,HCA内の遺伝子変異は亜型の数よりさらに複雑であり,HCA結節内の病態は,慎重に詳細に調べる必要があることが示唆された。研究実績に記載したように,日本での多数のHCA症例を検索し,日本のHCAの特徴を5項目に渡って列挙することができた(性差,背景因子,肉眼所見,組織所見,β-catenin活性化型の組織所見など)。また,FNH,HCA,HCCという多段階的増悪が,肝内血流異常という因子を背景におこることが発見された。これらは,日本のHCAの診断や治療をするうえで,非常に役立つ知見と考えられる。我々がこれまで集積した肝細胞腺腫(hepatocellular adenoma,HCA)と対照病変としての限局性結節性過形成(focal nodular hyperplasia,FNH)の検索結果から,日本での肝細胞腺腫(hepatocellular adenoma,HCA)の特徴を明らかにできた。
衣類の溶剤洗浄を水系へ転換するための水系超音波洗浄シスムの構築

衣類のドライクリーニングに使われる主要な溶媒はパークロロエチレン(PC)とハイドロカーボンである。PCは発癌性の疑い、大気汚染の危険性、オゾン層の破壊が問題となっている。ハイドロカーボンは、環境および安全性の面から機器設備の承認は確実ではない。そのため、溶剤の代替として水を用いる硬質表面の超音波洗浄過程に関する多くの研究がなされてきたが、水系超音波による繊維基質からの汚れ除去機構はほとんど解明されていない。環境によくない溶剤の代替として水を用いた衣類の超音波洗浄システムを確立することを目的として、繊維基質からの超音波による汚れ除去機構に関する研究がおこなわれた。布からの超音波による汚れ除去効果を評価するために試作超音波洗浄装置(周波数28kHez,1Wcm^<-2>)を用いて、ポリエステルあるいはセルロース織物基質のよごれの除去を、音圧、溶存酸素濃度および界面活性剤(ラウリル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレングリコールモノドデシルエーテルC_<12>E_n)濃度の関数として検討した。油性よごれとしては、着色油性汚れSolvent Yellow 5,皮脂汚れ成分のトリオレイン、オレイン酸、スクアレン、コレステロール、ステアリン酸を用いた。油性よごれの除去率は、音圧の増加とともに増大し、音圧と除去率の間に正の勾配をもつ直線関係が得られた。水に界面活性剤を加えると(界面活性剤C_<12>E_nの臨界ミセル濃度)、ポリエステルからの油性よごれは90%以上の高い洗浄効率で除去された。超音波による油性汚れ除去の主要なメカニズムは、音圧、キャビテーション、繊維とよごれの親和力、界面活性剤の物理化学的作用であることが示された。衣類のドライクリーニング溶剤による環境問題から、溶剤洗浄を水系に替えていくことが緊急的課題となっている。衣類の溶剤洗浄を水系に転換することを目的として、布用の水系超音波洗浄装置を試作し、超音波の特性と洗浄性能について、国際標準汚染布を用いて研究し、基礎研究をほぼ終えた。その結果、超音波特性を有効に応用すれば、繊維に負荷を与えることなく、洗剤なしでも、高い洗浄効果を期待できることがわかった。水系超音波洗浄を衣類へ応用していくために、布からの汚れ除去に及ぼす超音波特性の的確な知見を得て、汚れと繊維に対する最適な水系超音波洗浄システムを構築することが必要である。そこで、平成15年度は、14年度までの研究成果を基礎に、一般に除去が困難とされる「皮脂汚れ各種成分」と着色油性汚れ(Solvent Yellow 5)が水系での超音波の直進流、音圧、キャビテーション現象によって、親水性繊維(キュプラ)と疎水性繊維(ポリエステル)から、どのように除去されていくかを解明し、応用への基礎的知見を得た。皮脂などの有機汚れの超音波による繊維からの除去においては、脱気水では音圧が増すと除去率も直線的に増加し、物理的作用が支配的である。一方、非脱気水では、キャビテーションに基づく水や溶存気体の分解物質による化学的作用が汚れ除去作用を支配することが明らかになった。これらの効果は、親水性繊維で顕著に観察された。これらの研究成果は、繊維学会次大会(2003年6月)、日本油化学会、第35洗浄に関するシンポジウム(2003年10月)などで発表した。

水系超音波洗浄を衣類へ応用していくために、布からの汚れ除去に及ぼす超音波特性の的確な知見を得て、汚れと繊維に対する最適な水系超音波洗浄システムを構築することが必要である。平成15年度は一般に除去が困難とされる「皮脂汚れ各種成分」と着色油性汚れ(Solvent Yellow 5)が水系での超音波の直進流、音圧、キャビテーション現象によって、親水性繊維(キュプラ)と疎水性繊維(ポリエステル)から、どのように除去されていくかを解明し、応用への基礎的知見を得た。平成16年度は水のみでは除去が困難であったポリエステルからの油性汚れの除去を促進するために、超音波洗浄に及ぼすアニオン性と非イオン性界面活性剤の効果について検討した。ポリエステルからの油性汚れ除去においては、音波の物理的作用、キャビテーション現象による化学的作用に加えて、界面活性剤の寄与は大きいことが分かった。アニオン性と非イオン性界面活性剤では低濃度の挙動が異なった。非イオン性界面活性剤では、低濃度で大きな効果が得られることが分かった。超音波照射による界面活性剤の構造変化が一部には影響することが明らかになった。これらの研究成果の一部は、日本家政会(2004年8月)、日本油化学会年会(2004年10月)で発表した。溶剤による衣類の洗浄(ドライクリーニング)を水系に替えていくことが緊急的課題となっている。衣類の溶剤洗浄を水系に転換することを目的として、布の洗浄のための水系超音波洗浄装置を試作し、超音波の特性と洗浄性能について各種汚染布を用いて研究し、基礎的研究をほぼ終えた。その結果、水系でも、超音波特性を有効に応用すれば、布に負荷を与えることなく、高い洗浄効果を期待できることがわかった。水系超音波洗浄を衣類へ応用していくためには、繊維、洗浄媒体である水、および洗剤に対する超音波特性の的確な知見を得て、最適な水系超音波洗浄システムを構築することが必要であることがわかった。一般に除去が困難とされる「皮脂汚れ」については、洗剤の不在系で、超音波の直進流、音圧、キャビテーション現象によってどのように除去されるかを解明した。基質のセルロース系繊維に付着した皮脂汚れの除去は比較的容易であった。一方、ポリエステル繊維に付着した皮脂汚れや着色油性汚れの除去は困難であった。そこで、洗剤を含む系で、ポリエステル繊維に付着した皮脂汚れや着色油性汚れ除去を中心に検討した。さらに、超音波によって発生するキャビテーションが洗剤の主要成分である界面活性剤の構造に及ぼす影響について、ガスクロマトグラフィー、その他の機器分析を用いて詳しく検討した。非イオン界面活性剤のある種のものでは、超音波を照射することにより、油性汚れを可溶化しやすい構造に変化してポリエステル繊維に付着した油性汚れの洗浄効率を増加させることがわかった。これらの現象は溶存気体の影響を強く受けることもわかった。最後に、今年度までに得られた基礎的データーをまとめ、繊維、汚れ、水、および洗剤の最適な水系超音波洗浄システムを考察した。