hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ドライバへ権限が移譲された後のドライバ操作に生じる影響評価

引き続き実験の準備を検討している.現在システム動作の確認を実施しており,新たな操作入力装置の使用に伴う運転行動の変化について考察すべく検討を進めている.H28年度に自身の病気が発見され,それに伴い手術・治療をし,H30年度現在も治療を継続しており,研究課題の実施に対して,遅れを取り戻せていない状況にある.現在も治療を継続しているが,体力は復調傾向にある.そこで平成29年度は研究課題を遂行すべく,検討課題を以下に絞って研究に注力する.1)権限を委譲するシステムの設計要件について検討を継続する.2)路面状況の変化についての評価を検討開始したい.現在も治療を継続しているが,1年を通じて自身の体調変化を把握することが出来た.研究期間の延長を念頭に,研究実施時期を見直す.平成30年度は,研究課題を遂行すべく検討課題を以下に絞って研究に注力する.1)権限を委譲するシステムの設計要件について検討を継続する.現在も治療を継続しているが,治療法の変更などが有るものの,1年を通じて自身の体調変化を把握し,生活をすることが出来た.研究期間を延長することで,最終年度となる令和元年度は,研究課題を遂行すべく研究に注力する.主な要因は「旅費」の決定額が予定よりも下回ったことによる.これは物品費においても同様で,調達要求時の見積金額と調達決定時の決定金額に差が生じることにより発生する.また本校では間接経費を辞退し,譲渡されない.そのため調達に対する支払い時や旅費などの振込手数料を「その他」の直接経費から支出している.落札業者により振込手数料が異なることから,予め多めに「その他」を留保する必要があるという制度上の要因を有している.主な要因は自身の体調にもとづき,遠方へ出向く「旅費」の執行を行っていない.また必要な設計が進まず,実験に必要な物品の選定に至らず,物品費においても同様である.これらより予定よりも使用額が下回った.更に本校では調達要求時の見積金額と調達決定時の決定金額に差が発生する.併せて本校では間接経費を辞退し,譲渡されない.そのため調達に対する支払い時や旅費などの振込手数料を「その他」の直接経費から支出している.落札業者により振込手数料が異なることから,予め多めに「その他」を留保する必要があるという制度上の要因を有している.研究を遂行し設計の目途を付け次第,必要物品を購入し実験に使用する物品費として有効に活用していきたい主な要因は前2年分の計画が遅延しておりそれに伴い執行が滞っているためである.更に本校では調達要求時の見積金額と調達決定時の決定金額に差が発生する.併せて本校では間接経費を辞退し,譲渡されない.そのため調達に対する支払い時や旅費などの振込手数料を「その他」の直接経費から支出している.落札業者により振込手数料が異なることから,予め多めに「その他」を留保する必要があるという制度上の要因を有している.研究最終年度として研究を遂行し,必要な物品費を失効し,旅費として有効に活用していきたい研究を加速遂行するため,物品費として有効に活用していきたい
脚運動エントロピー解析による歩行適応能力定量評価法の開発

本研究では,小型慣性モニターを利用した新しい簡易歩行解析手法である脚運動エントロピー解析法(ELLIS法)の理論的根拠を確立するため,「負荷増大に伴う歩行フレキシビリティーの低下を検出する能力」,および「臨床症例における歩行障害改善度の定量評価能力」の検証実験が行われた.その結果,理論上で予測された「動作適応に伴う生理的バリアビリティーの増大」が示され,本法の基本コンセプトが支持された.その一方で,歩行速度の影響を排除して被験者の体格や全身状態に影響されない歩行機能評価を行う方法に関しては,今後に課題を残した.ELLIS (Entropy of Leg Linkage Inertial Signals) analysisは,歩行動作の生理的周期間変動に着目し、適応能力という観点から歩行機能の定量評価を試みる新しいコンセプトの解析手法である。我々が行った過去の研究では、歩行動作の生理的周期間変動の指標である『脚運動エントロピー』が歩行機能低下をを良好に反映することが示された。本プロジェクトの目的は、このELLISコンセプトの臨床応用を可能とし、超高齢化社会に突入したわが国の国民的問題といえるロコモティブシンドロームのスクリーニングや医学的介入の効果判定に貢献できるような、実際的手法を確立することである。研究課題採択の初年度である平成25年度は、主に新研究環境におけるデータの収集・解析の体制整備が行われた。具体的には、まず動作計測機器(ワイヤレス慣性モニターシステム)の新規購入が行われた。続いて、この装置の試験運用を行うと同時に、効率的なデータ解析を行うためのソフトウェア購入とコンピューター環境の整備も行われた。また、生体被検者からのデータ収集を行うための施設内倫理委員会の承認も受け、平成26年度の研究課題実施に向けての基礎環境の整備はほぼ完了したといえる。本プロジェクトの最終目標は,総合的歩行機能を定量評価するための有効な手段を確立することである.この目標に向けて本研究では,申請者らが開発した脚運動エントロピー解析法(ELLIS法)の基本コンセプトを検証し,本法による歩行機能評価の理論的根拠を確立するため,〔研究1〕歩行フレキシビリティー低下を検出する能力の検証実験,および〔研究2〕臨床症例における歩行障害改善度の定量評価能力の検証実験が提案された.平成27年度の研究では,まず前年度までに収集した〔研究1〕の検証実験(健常成人ボランティア女性8名を対象にしたハイヒール装用下歩行動揺モデル実験)のデータを総合的に解析した.その結果,理論上で予測された「動作適応に伴う生理的バリアビリティーの増大」が示され,脚運動エントロピー解析法の基本コンセプトが支持された.一方で,もう一つの重要仮説であった「適応能力の限界による速度依存性変化の減少」を支持するデータは得られず,被験者の体格や歩行機能以外の全身状態の個人差にも影響される歩行速度の影響を排除して計測法を汎用化してゆくための方法論には大きな課題を残すこととなった.また,技術面で期待された「両脚信号の多次元同期解析による精度改善」の効果も確認されなかった.これらの結果により,本法を発展させ臨床実用させてゆくためには,データ解析手法の大幅な改善が必要であると考えている.〔研究2〕における臨床症例を用いた検証実験では,変形性膝関節症の手術症例11例(人工関節置換術7例,脛骨近位矯正骨切り術4例)から,術前および術後3・6か月の3時点での歩行データ収集が修了した.しかし,上述の理由によりデータ解析手法は現在見直し中であり,研究結果の発表には至っていない.本研究では,小型慣性モニターを利用した新しい簡易歩行解析手法である脚運動エントロピー解析法(ELLIS法)の理論的根拠を確立するため,「負荷増大に伴う歩行フレキシビリティーの低下を検出する能力」,および「臨床症例における歩行障害改善度の定量評価能力」の検証実験が行われた.その結果,理論上で予測された「動作適応に伴う生理的バリアビリティーの増大」が示され,本法の基本コンセプトが支持された.その一方で,歩行速度の影響を排除して被験者の体格や全身状態に影響されない歩行機能評価を行う方法に関しては,今後に課題を残した.27年度が最終年度であるため、記入しない。整形外科,運動器リハビリテーション,生体工学本プロジェクトに支給された予算を用いてのワイヤレス慣性モニター動作計測システムの新規購入は、諸手続きの遅れの影響で3ヶ月近くを要したが、購入後の試験運用は順調で、適切なデータ採取が可能であることが確認された。新しいコンピューター環境においても、データ解析プログラムは適切に機能することが確認された。また、研究計画に対する施設内倫理委員会の承認も得られ、初年度計画で示された「データ収集開始」にまでは至っていないものの、全体の進行度は「おおむね順調」といえる。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は、研究計画に則ってデータの収集・解析を実施し、同時に研究成果の学会発表と論文化に向けての準備も推進していく予定である。
膜ろ過システムの構成 マトリックスに関する研究

本研究の課題である『膜ろ過システムの構成マトリックスに関する研究』について行った研究結果を以下にまとめる。・本研究において比較的に清澄な原水として錦多峰表流水を用い、膜公称孔径が0.1μmのセラミックス膜で直接ろ過実験を行った場合、比較的安定した膜ろ過運転を行うためのろ過運転条件は透過流束1.5m/日と物理洗浄間隔240分程度であることがわかった。・膜ろ過運転性と膜透過水の処理性を向上させるため前凝集処理を行った結果では、0.3mg-Al/LのPACと180分に一回の物理洗浄条件で、2.0m/日での膜ろ過運転が可能となり有機物の除去率も向上した。本研究での原水においては、PACが最も有効な凝集剤であった。・前凝集を行う場合、より安定した膜ろ過運転の実施と処理水のアルミニウム濃度の最小化を図るためには、凝集pHの制御が必要であり本研究で得られた最適なpHは約6.5付近であった。・前凝集処理による膜運転性と膜透過水質の向上効果は、膜細孔径以下の成分(膜細孔内における吸着を引き起こす)と膜細孔径付近のサイズをもつ粒子の成長化が主な理由であると考えられる。既存の実験結果と以上の清澄な原水を対象とした研究結果より、膜ろ過システムの構成マトリックスに関して以下のようにまとめる。(1)不純物の寸法が膜細孔径以上、かつ比較的低濃度の場合、膜単独での造水も可能であるがより効果的な膜運転や水質向上のため、少量の凝集剤を添加した前凝集処理の併用が望ましい。(2)不純物の寸法が主に膜細孔径以上、かつ比較的高濃度の場合、膜単独での造水は難しく、膜への負荷を軽減させるため前凝集沈殿処理を行う。(3)不純物の寸法が主に膜細孔径以下の場合、UF膜、MF膜単独での造水は難しく、不純物の排除率の高いNF膜、RO膜による造水あるいは凝集沈殿・活性炭吸着・オゾン酸化等を併用したUF膜、MF膜システムが有効であると判断される。本研究の課題である【膜ろ過システムの構成マトリックス】を確立するため、比較的清澄な水質を持つ原水に対した膜ろ過システムの検証を行って来た。具体的には、(1)原水を無機系のセラミックス膜、有機系のUF膜及びMF膜で直接ろ過した場合、処理性及び運転性の傾向を把握した。(2)処理性の向上及び運転性改善の観点から、適切な前処理を組み合わせた膜ろ過実験を行い、その効果について評価する。(3)並びに、現象についての検討と考察も行う。現在まで得られた実験結果について以下のようにまとめる。1.4系列精密膜ろ過装置において、有機系のPAN膜(膜細孔径0.01μm)を用い原水を直接ろ過した場合(物理洗浄間隔1時間に一回)、本実験に用いた原水に対する最適な膜透過流束は約1.0m/day程度であった。前凝集処理を行うことによって、原水を直接膜ろ過した場合に比べ、総ろ過時間が2倍程度延長した。更に、物理洗浄で次亜塩素酸ナトリウムを添加することでより安定した運転が可能となった。2.無機系のセラミックス膜(膜細孔径0.1μm)を用い原水を直接ろ過した場合においては、膜透過流束1.5m/day、物理洗浄間隔4時間に一回の運転条件で比較的安定した運転が行われた。また、有機系UF膜の実験結果と同様に、前凝集処理を行うことで非常に安定した膜運転が可能となった(膜透過流束:2.0m/day、物理洗浄間隔:2時間に一回)。凝集剤としてはアルミ系のPACが最も有効であった。3.セラミックス膜、UF膜いずれの場合でも前凝集処理を行うことで処理水質が向上した。現在は、前凝集を行う場合において凝集剤の添加率、膜透過流束や物理洗浄間隔などの最適な運転条件についての実験を行っている。

(1)不純物の寸法が膜細孔径以上、かつ比較的低濃度の場合、膜単独での造水も可能であるがより効果的な膜運転や水質向上のため、少量の凝集剤を添加した前凝集処理の併用が望ましい。(2)不純物の寸法が主に膜細孔径以上、かつ比較的高濃度の場合、膜単独での造水は難しく、膜への負荷を軽減させるため前凝集沈殿処理を行う。(3)不純物の寸法が主に膜細孔径以下の場合、UF膜、MF膜単独での造水は難しく、不純物の排除率の高いNF膜、RO膜による造水あるいは凝集沈殿・活性炭吸着・オゾン酸化等を併用したUF膜、MF膜システムが有効であると判断される。
薬剤誘発性糖尿病におけるPXR/SGK2 シグナル経路の機能的役割の解明

肝臓に高発現する核内受容体pregnane X receptor (PXR)は異物代謝制御に加えてエネルギー代謝制御への関与が示唆されている。しかし、ヒトにおいてその詳細は明らかではない。代表者はこれまでの研究で、ヒト肝がん細胞において活性化したPXRが細胞内シグナル因子serine/threonine kinase 2 (SGK2)と協調的に作用して肝糖新生を制御することを明らかにした。産前産後の休暇および育児休業(2018年1月22日2019年3月31日)の取得に伴い、2018年度は研究を中断していたため、進捗状況は遅れている。2018年度に遂行することを予定していたShP51細胞におけるPXRおよびSGK2を介したスタチン誘導性のACSL1の遺伝子発現制御に関する解析を行う必要がある。(1)スタチン誘導性のCPT1A mRNAの発現が脂肪酸のβ酸化を亢進させるかについて調べるために、SIM処置したShP51細胞を用いてミトコンドリアの脂肪酸酸化による酸素消費を解析する。(2)スタチン誘導性のACSL1遺伝子発現メカニズムをPXRおよびSGK2に焦点を当てて明らかにする。(3)スタチン誘発性糖尿病発症における個人差がPXRおよびSGK2に起因しているかについて検討するために、SIM処置によりCPT1AおよびACSL1遺伝子の発現誘導レベルに差異のあるヒト初代培養肝細胞をスクリーニングして、PXRおよびSGK2遺伝子のコード領域に焦点をあてたシークエンシング解析を行い、遺伝子多型との関連を解析する。(4)これまでに得られた結果を学術誌にて報告する。申請者はこれまでの研究で、ヒト肝がん細胞において活性化したPXRがserine/threonine kinase 2 (SGK2)と協調的に作用して肝糖新生を制御することを明らかにした。本研究は、PXR/SGK2シグナル経路の機能的重要性をさらに明確化するために、脂肪酸のβ酸化制御に焦点を当ててその機能的役割を明らかにすることを目的としている。はじめに、ヒトPXR安定発現HepG2細胞(ShP51細胞)において脂肪酸のβ酸化律速酵素carnitine palmitoyltransferase 1A (CPT1A)のsimvastatin (SIM)処置依存的なmRNA発現量の増加を認めた。続いてsiRNAノックダウン実験により、SIMによるCPT1A mRNAの発現量の増加にPXRとSGK2が促進的に機能していることが明らかとなった。SGK2リン酸化阻害剤を用いた検討からCPT1Aの遺伝子発現制御にはSGK2の脱リン酸化は関与していないことが示された。コンピュータ解析およびクロマチン免疫沈降法により、ヒトCPT1A遺伝子上流領域にPXRとSGK2がSIM処置依存的に結合することを認めた。これらの事実から、活性化したPXRはSGK2と共に直接的にヒトCPT1A遺伝子の転写を活性化することが明らかとなった。これらの結果はPXRとSGK2が脂質代謝制御にも関与することを示しており、スタチンを代表とする薬剤誘発性糖尿病発症の標的となる可能性を示唆している。当初の研究計画に示したことのうちPXRとSGK2を介したスタチン誘導性のβ酸化律速酵素CPT1Aの遺伝子発現制御メカニズムを同定した。当初の仮定とは異なりSGK2の脱リン酸化はCPT1Aの遺伝子発現制御に必要ではなかったが、PXRがSGK2と共に肝臓における脂質代謝制御に関与することを明らかにしたので、次年度の研究につなげることが十分可能である。研究代表者の所属機関変更に伴い、実験環境の整備や実験条件等の再検討が必要となった。平成29年度に実施した実験結果から、平成28年度までの検討で明らかにしたShP51細胞におけるPXRとSGK2を介したスタチン誘導性のCPT1Aの遺伝子発現制御の結果を同様に確認し、再現性を得た。したがって、平成29年度に予定していたPXRおよびSGK2を介したスタチン誘導性のACSL1の遺伝子発現制御に関する解析を行う必要がある。平成28年度までの検討で明らかにしたスタチン誘導性のCPT1A mRNAの発現が脂肪酸のβ酸化を亢進させるかについて調べるために、SIM処置したShP51細胞を用いてミトコンドリアの脂肪酸酸化による酸素消費を解析する。加えて、平成28年度の解析で見出したスタチン誘導性のβ酸化関連酵素acyl-CoA synthetase long-chain

family member 1のmRNAの発現について、PXRおよびSGK2に焦点を当てて分子メカニズムを明らかにし、スタチン誘導性のβ酸化制御におけるPXRおよびSGK2の機能的重要性を明確化する。申請者はこれまでに、スタチン誘導性の肝糖新生酵素遺伝子の発現が認められないヒト初代培養肝細胞を確認している。このことからスタチン誘発性糖尿病発症における個人差は、PXRおよびSGK2に起因している可能性が示唆される。そこで、SIM処置により肝糖新生およびβ酸化関連酵素遺伝子の発現誘導レベルに差異のあるヒト初代培養肝細胞をスクリーニングして、PXRおよびSGK2遺伝子のコード領域に焦点をあてたシークエンシング解析を行い、遺伝子多型との関連を解析する。(1)スタチン誘導性のCPT1A mRNAの発現が脂肪酸のβ酸化を亢進させるかについて調べるために、SIM処置したShP51細胞を用いてミトコンドリアの脂肪酸酸化による酸素消費を解析する。(2)スタチン誘導性のACSL1遺伝子発現メカニズムをPXRおよびSGK2に焦点を当てて明らかにする。(3)スタチン誘発性糖尿病発症における個人差がPXRおよびSGK2に起因しているかについて検討するために、SIM処置によりCPT1AおよびACSL1遺伝子の発現誘導レベルに差異のあるヒト初代培養肝細胞をスクリーニングして、PXRおよびSGK2遺伝子のコード領域に焦点をあてたシークエンシング解析を行い、遺伝子多型との関連を解析する。(4)これまでに得られた結果を学術誌にて報告する。年度途中における出産・育児による研究中断のため次年度以降の使用額が生じた。未使用額はヒト初代培養肝細胞や試薬などの消耗品に充てる予定である。その他、研究成果発表のための論文掲載料及び国内外での学会参加旅費に充てられる。2018年度における出産・育児による研究中断のため次年度以降の使用額が生じた。
傷形状の復元アルゴリズム統合による磁気計測探傷法の新展開

亀裂が表面や内包された半無限導体に、電位差法をその表面に適用した場合の表面電位を表現する陽的な解を構成し、その数値計算を行った。空間2次元ではあるが、漏洩磁束法など磁気計測探傷法での利用が期待される。亀裂両端でノイマン値、ディリクレ値のそれぞれに差を有するLaplace方程式の可解性を示した。小型半導体3軸磁気センサを用いて3方向の磁場強度を計測できるプローブを専用アンプ回路と共に設計して製作した。このプローブによって表面亀裂を有する磁性金属平板の表面の漏洩磁束を計測したところ、3軸それぞれに今後の逆解析の基礎的知見となりうる興味深い計測値が計測された。前年度の成果を引き続き、ラプラス方程式の積分積分方程式に関する議論を海外の研究者と検討し、特異積分方程式を用いる解法によって空間2次元の表面に垂直亀裂を有する問題と内部にクラックを有する問題について、各々の解の陽的表現を得る事が出来た。加えて2次元領域の内部に亀裂を有し、その亀裂両端に飛びのあるDirichletデータが与えられたラプラス問題を検討し、これまでに複雑な条件の下で存在が保証された過去の報告に代え、大幅に簡約化された境界積分表現を得て、ヘルダー連続な関数空間での解の一意性と可解性を証明した。この成果は国際学術論文誌に投稿し、発表された。また漏洩磁束のモデルの積分表現での妥当な定式化の検討を行った。これに関連して、表面から垂直に亀裂の入っている平板に流れる電流が表面につくる電位について、境界積分法に基づいて2次元の厳密解を求めることに成功した。これによって傷深さを示す逆問題の解を計算可能な数式で示す事に成功した。その数値計算とあわせて、この成果を国際会議において発表した。会議においては内外の研究者との渦電流探傷およびその逆解析の数値解析のための調査を実施した。前年度の磁場印加部の機構と3次元磁気センサ構造の概念設計に基づいて、より詳細なアンプ回路の設計を行い、3次元のGMRセンサを用いた磁気センサおよびそのアンプ回路を製作した。3次元磁気センサによる磁場計測を漏洩磁束法に適用して、表面近傍の3次元ベクトル場を以下のようにして得た。SS-400の100X35X5mmの平板で(35mm方向に並行に100mm方向の中央に長さ7mm幅0.5mm深さ3.5mmの)スリット傷の入った試料をコの字型磁石によって100mm方向に一様磁化し、表面から1mmの磁場を計測した。計測されたベクトル場の可視化によりベクトル場の全体像の把握が出来た。特に傷近傍での放射磁場を観察すると、傷に対して平行方向、垂直方向、そして表面に対して垂直方向のそれぞれが、それぞれ異なる様相を示した。特に垂直方向については、磁場は傷中央に向かい、それから広がってゆくという興味深い様相を示す事が確認出来た。これらの知見は逆解析手法の確立における基礎的知見となる。この一方で、製作したセンサに強い磁場がいったん加えられると、それ以後の計測出力値が現実の磁場を反映しない値を示すようになってしまう状況が確認された。これはセンサ内部のリセット回路によって復帰されるが、計測中にわからないので問題であり、基礎データの蓄積のためにはこの回避方法を見いださなければならないことが判明した。これらの結果と問題点を国際会議において発表した。逆解析に関連した境界積分法に基づく計算手法の開発において、本テーマと関連するクラックを有するラプラス方程式の境界値問題を扱い、その2次元亀裂が内部に埋め込まれた場合の境界積分表現を得て、またその計算機コードを開発し、数値計算結果を国際会議で発表した。GMRセンサ(一次元)を用いた漏洩磁束法による傷形状検出プローブを用いてSS400平板に加工した単純な線および点形状傷に対する探傷実験データを取得した。これらの基礎データを取得することを通して、漏洩磁束法への展開にフィードバックすべき改善点として,磁気的に汚染された試料に対しては磁場印加強度をさらに強める必要性が明らかとなった。また取得したデータに渦電流探傷用に開発した再構成アルゴリズムを適用し、アルゴリズムの有効性を確認した。この過程で、点状傷に対する応答は、アルゴリズムの適用にはやや不鮮明であることが分かり、これもまたプローブ構造の改善への重要な知見となった。磁場一様印可機構部のためのバイポーラ電源を入手し模擬回路として電気的等価回路を製作して、期待通りの共振回路動作を確認した。前述の漏洩磁束法センサーでの知見も踏まえて、次年度に向けた磁場印加部の機構の概念設計を行った。また3次元磁気センサを用いた磁場センサ部の構造について特にその磁場遮蔽構造を中心に検討した。

復元アルゴリズムの高度化に関し、ラプラス方程式の積分方程式に関する議論を海外の研究者と検討し、特異積分方程式を用いる解法によって空間2次元の表面に垂直亀裂を有する問題と内部にクラックを有する問題について、各々の解の陽的表現を得る事が出来た。加えて2次元領域の内部に亀裂を有し、その亀裂両端に飛びのあるDirichletデータが与えられたラプラス問題を検討し、これまでに複雑な条件の下で存在が保証された過去の報告に代え、大幅に簡約化された境界積分表現を得て、ヘルダー連続な関数空間での解の一意性と可解性を証明した。また漏洩磁束のモデルの積分表現での妥当な定式化の検討を行った。申請書の「研究目的」に記載した3項目に照らし、記述する。1「.傷形状の直接復元アルゴリズムの探求」においては、空間2次元のラプラス方程式の解の解析的表現を得られる、古典的な特異積分方程式に基づく解法を海外研究者と探求した。電位差法のポテンシャル問題を対象として、空間2次元の表面に垂直亀裂を有する場合と内部に亀裂がある場合、それぞれの解の陽的表現を得る事が出来た。これら解析解が得られる事によって、非常に単純となることを一部の問題に対して示す事ができた。また亀裂先端にとびのある特殊な境界条件のある問題の理論を検討し、これまでに複雑な条件の下で存在が保証された報告に代えて、大幅に簡略化できた境界積分表現を得るとともに、解の可解性を証明した。加えて最終年度には、境界要素法に基づく3次元解析のコンピュータプログラムを製作した。2.「復元アルゴリズム先導プローブ開発」においては、高周波電源を用いて一様磁場を印加する渦電流探傷用磁束印加機構と3次元磁気センサを用いた磁気計測プローブおよび周辺回路を設計し製作した。このプローブで、表面に単一傷を有する鋼材平板を磁化し、その漏洩磁束を表面近傍で計測したところ、傷に平行方向、垂直報告そして表面方鉛直方向の2次元平面場のそれぞれにおいて、特徴的な結果を示すことが判明した。この結果は3次元磁場計測データの逆解析における基礎的知見になると考えられる。3.「漏洩磁束法における展開」製作したプローブシステムは前述の通り漏洩磁束法および渦電流探傷法の双方の検査に利用可能であることが示された。これにより半導体磁気センサを用いることによるプローブの共用可能性を示した。総合的に、直接法の数理解析が当初計画以上に進展した一方、一様磁場印加システムの逆解析の進展が遅れたが、これまで構築した設備と環境を生かして終了年度後も引き続き研究を継続する予定である。応用数学年度前半については、理論解析については想定以上の、実験環境についてはぼぼ想定通りの進捗があり、昨年の積み残しであった磁気プローブの製作も実施できた。しかし、11月以後、家族の介護が必要となり、そのために休暇を多く取得し業務時間を短縮せざるを得なくなり、本研究を含めた研究活動の停滞を招いた。当初計画とおり平成24年度にセンサ実験装置の製作を完了する予定であったが、東日本大震災の復興支援に関する間接的な影響もあって、完全な完成が平成25年度まで延びた。これに合わせる形で、シミュレーションの開発を延期するなどあって、全体計画の6割程度にとどまっている。漏洩磁束法についてはほぼ予定通り進捗した。アルゴリズムの研究については、上記順解析に関する知見を中心に得られ、予想を上回る順調な諸成果を得られた。プローブは、当初予定の製作にはおよばなかった。
同種造血幹細胞移植後におけるダサチニブのPK/PD解析に基づく投与量の最適化

ダサチニブは経口のBcr-Ablチロシンキナーゼ阻害剤であり、白血病患者の同種造血幹細胞移植後の維持療法として使用頻度が増加している。しかし、同種造血幹細胞移植後のダサチニブの有効性と安全性についての報告は非常に少ない。本研究では同種造血幹細胞移植後のダサチニブ投与患者の血中濃度と副作用発現ならび薬効との関連について解析し、至適投与量を明らかにすることを目的とした。初めに同種造血幹細胞移植後にダサチニブを投与された患者を対象にダサチニブの投与量と副作用発現の関連について解析した。その結果、ほとんどの患者は血小板減少や胸水など副作用発現により減量され、承認用量より低用量で投与されていることが明らかとなった。一方、薬効に関しては低用量でも分子遺伝学的寛解を達成している症例も存在していることから低用量でも有効性が得られる可能性がある。これらの結果より、同種造血幹細胞移植後のダサチニブ治療では高頻度で副作用が発現する可能性があり低用量から慎重に投与する必要があると考える。現在同種造血幹細胞移植後にダサチニブを投与された患者の血中濃度をLC/MS/MS法を用いて測定し、PK/PD解析を進めている。また血中濃度の個人差についてABCB1(C3435T、C1236T、G2677T/A)、ABCG2(C421A)の薬物輸送担体の遺伝子多型に着目して、TaqManプローブを用いたリアルタイムPCRで解析を進めている。
通風・自然換気を用いた学校校舎改修時の温熱空気環境改善手法の開発

本研究では単純な校舎を対象に通風気流の解析を3次元数値流体解析(以下CFD)と照明計算ソフトを使用し、通風量と室内の照度分布の解析を行う。従来から学校建築で利用されていた設計資料の記述内容の確認を行う。窓開口部の大きさ、南面の窓庇の有無、について照度分布と通風量について検討する。本研究では当初は室内の圧力分布とトレーサーガスの濃度分布から自然換気量を測定することを想定し、トレーサーガスの発生位置および濃度測定位置を変えた場合に換気量の推定がどのくらい変化するか、誤差に関する分析を行った。平成25年度はN県の全ての県立高校とN県N市の全ての公立小中学校を対象に校舎形態に関する調査を行い、3次元数値流体解析(以下CFD)と1質点系の熱換気回路網解析をするための建物に関するデータの整備をした。トレーサーガスを用いて自然換気量を測定するために、測定方法について再検討を行う。従来の研究ではトレーサーガスの発生点・濃度測定点の配置については、あまり検討されていない状況にあった。瞬時一様拡散とみなして換気量を算出している研究や、室内の濃度分布を解消するために室内に扇風機等のファンを設置している研究がある。本研究では多数室の換気量の状況を把握するため、パッシブ法による測定方法を用いる。自然換気のある単純な教室を対象にCFD解析を行い、トレーサーガスの発生位置および濃度測定位置を変えた場合に換気量の推定がどのくらい変化するか、誤差に関する分析を行った。限られた研究期間、予算を最大限に活用するため、通風に関する実測調査の前に、3次元数値解析を用いて校舎の通風・自然換気について検討する。平成25年の研究実績は、単純な校舎を対象に通風気流の解析を3次元数値流体解析(以下CFD)を用いて行う。日本建築学会設計計画パンフレットに示されている1階建ての6種類の建物を対象に解析をする。あわせて、開口部の大きさと室内の照度分布等の関係について、照明計算ソフトを用いて解析する。CFDと照明計算ソフトから庇やベランダのない単純な窓の学校を対象に教室及び廊下の光環境と通風性情について検討する。さらに平成25年度以降の研究計画のため、2から4階建校舎について解析モデルの検討をする。解析モデルは廊下の位置(片廊下型・中廊下型)、校舎の形状(一文字校舎、ロの字校舎、コの字校舎)、廊下側壁形状(欄間の有無、オープン型教室)をパラメータに実際の校舎建物の状況を踏まえながら作成する。平成27年度は、平成26年度に行ったN県の県立高校とN県N市の公立小中学校を対象に校舎形態に関する調査を行い、3次元数値流体解析(以下CFD)を行った。加えて、自然換気の効果を明らかにするため、比較のために冷房装置が設置されている高校2校を対象に、電力消費量および学校校舎の温熱環境に関する調査を行う。トレーサーガスを用いて自然換気量を測定については、従来の研究ではトレーサーガスの発生点・濃度測定点の配置については、あまり検討されていない状況にあり、既往研究の炉論を再検討したところ、トレーサーガスを用いた多数室測定では理論的に困難な部分が多いことが判明している。このため、トレーサーガスによる多数室測定法の測定理論について継続して行い、平成25年度におこなった単純な形状校舎のCFD解析によって、トレーサーガスの発生位置および濃度測定位置を変えた場合に換気量の推定がどのくらい変化するか、明らかにした。建築都市環境工学平成24年度及び25年度の研究計画としてCFDによる通風気流の解析と冬季に自然換気に関する実測調査の2種類の計画を予定していたが、限られた研究期間と予算を有効活用するため、CFDの解析を先に実施している。平成24年度に窓開口部と室内の照度分布についての解析を行い、平成25年度にはN県の県立高校およびN県N市の公立小中学校の全学校を対象とした建物形状に関する調査を行っている。研究は順調に進んでいる。これらの結果を用いて平成26年度にある学校の校舎を対象に実測調査を実施する予定である。平成24年度の研究計画としてCFDによる通風気流の解析と冬季に自然換気に関する実測調査の2種類の計画を予定していたが、限られた研究期間と予算を有効に活用するため、CFDの解析を先に実施している。研究計画にはないが、窓開口部の影響は通風気流のみならず、日射取得熱、照度の影響もあるため、照度分布についての解析を追加して行っている。解析は順調に進んでおり、その結果を用いて平成25年度以降に実測調査、数値流体解析を実施する予定である。平成26年度は研究期間の締めくくりであり、平成24年度・平成25年度と行った数値流体解析を継続して行い、さらに模型実験、実測調査や学校校舎の温熱環境の実態を明らかにし、研究をまとめる予定である。

平成25年度、26年度は研究計画通りに数値流体解析および模型実験、実測調査により学校校舎の温熱環境の実態を明らかにする予定である。消費税増の関係で、換気測定で使用する予定であった一部の実験材料の供給が困難となり、予定していた材料が入手ができなかったため。今年度に発生した次年度使用額(B-A)58,845円は平成26年度の実験材料費として有効に活用する。今年度に発生した次年度使用額(B-A)77,321円は平成25年度の実験材料費として有効に活用する。
Automatic imitationによる摂食嚥下リハビリテーション法の開発

本研究では他者の嚥下運動を「見る」または「聞く」だけで自身の嚥下運動が促進される新たな嚥下リハビリテーション法の開発を目指し、嚥下運動に関するAutomatic imitation(AI)の存在を3つ実験によって検討した。AIとは他者の運動を無意識のうちに模倣してしまう認知特性のことである。2つの行動実験の結果、嚥下運動を見ることによるAIは確認されなかったが、嚥下音を聞くことによるAIの存在が示唆された。そして近赤外分光法を用いた脳活動計測実験により、嚥下音によるAIには左下前頭回と右側頭回が関与していることが明らかとなった。本年度は「研究項目1:嚥下運動に関するAutomatic imitationの検証」に関連する実験として、嚥下運動のAutimatic imitationの存在を行動レベルと筋活動レベルで確認するための実験を実施した。もし嚥下運動のAutomatic imitationが存在するならば、他者の嚥下運動を見たり、その音を聞いたりすることで、自身の嚥下運動が促進されるはずである。そこで健常成人を対象に、他者の嚥下運動を見ているときや、他者の嚥下音を聞いているときの嚥下反応時間(合図が表示されてから嚥下が始まるまでの時間)と嚥下音を、筋電計および咽喉マイクを用いて測定した。筋電計は嚥下関連筋である舌骨上筋群と舌骨下筋群上に、咽喉マイクは喉頭隆起の45cm横に装着した。刺激としては男性の嚥下運動(喉頭隆起の動きを横から撮影したもの)の動画と静止画、およびそのときの嚥下音を用いた。16名(男性8名,女性8名,平均23.1歳)の成人を測定した結果、他者の嚥下音を聞いたときは嚥下反応時間が早くなり、さらに被験者自身の嚥下音の音量が大きくなることが明らかとなった。この結果は、他者の嚥下音を「聞くこと」によって自身の嚥下の開始が円滑になり、さらにボーラス(食塊)の移動もより効率的に行われた可能性を示唆している。一方で他者の嚥下運動を「見ること」による顕著な効果は観察されなかった。我々が日常生活において他者の喉の動きを直視する機会はあまりなく、むしろ嚥下音を聞く機会の方が多いため、聴覚刺激の方が効果的に働いたのかもしれない。ただし嚥下運動の動画と音声を同時に提示したときは、静止画と音声を提示したときよりも舌骨上筋群の活動が小さくなるという有意傾向が見られたため、嚥下運動を「見ること」による効果が存在する可能性は残されている。医局の移転に伴い実験室の再設営が必要となったため、当初の予定よりも若干の遅れは見られるものの、本年度の目標であった嚥下運動のAutomatic imitationを測定するための環境と実験手続きの構築、および行動レベルでの存在の確認はおおむね達成された。昨年度の成果により他者の嚥下音を聞くことで自身の嚥下の開始が早くなる可能性が示唆されたが、1種類の嚥下音と無音の比較しか行っていなかったため、それが嚥下音に固有の効果なのか、音刺激全般による効果なのかは不明であった。そこで本年度は嚥下音とノイズ音を聞いたときの嚥下動態を比較することで嚥下音に特有の嚥下促進効果を検討した。嚥下機能に問題のない成人18名(男性9名,女性9名,平均25.44歳)を対象に、視覚刺激の合図に従って水を嚥下したときの舌骨上筋群の筋活動と咽喉音と量を測定した。合図と同時に音刺激が提示され、音刺激の種類は嚥下音(パターンA/B)、ノイズ音(パターンA/B)、無音の計5種類であった。ノイズ音は嚥下音と元に作成され、音量の時間的変化は嚥下音と同一であった。嚥下促進効果を見るために筋電と咽喉音のそれぞれにおいて各条件の嚥下反応時間(合図が表示されてから嚥下が始まるまでの時間)と平均振幅を算出した。嚥下音とノイズ音の比較では、パターンによらず嚥下音を聞いたときの方が筋活動量が小さくなっていた。ただし無音と嚥下音に有意差はなく、嚥下促進効果と呼ぶには弱い結果であった。嚥下反応時間の結果は複雑であり、嚥下音Aはノイズ音Aと無音よりも反応時間が早かったものの、嚥下音Bはノイズ音Bとの差はなく、無音との比較でも有意傾向に留まった。またノイズ音はABともに無音より有意に反応時間が早かった。一方、実験の最後に各音刺激を聞いたときの嚥下のしやすさを主観的に評価してもらったところ、パターンによらず嚥下音の方がノイズ音よりも嚥下をしやすいと評価された。以上の結果をまとめると、音刺激自体に嚥下運動の開始を早める効果があるものの、その効果はノイズ音よりも嚥下音の方が強く、なおかつ嚥下音でも波形パターンによって効果に差異があることが示唆された。作成中昨年度および本年度の実験から、期待していた顕著な嚥下運動の促進効果は観察されなかったため、研究計画の再検討を行った。

昨年度までの研究により、他者の嚥下音を聞くことで主観的に嚥下がしやすくなると感じ、実際に嚥下反応時間も早くなることが明らかとなった。一方で嚥下動画を見たときには同様の効果は見られなかった。本年度はこの嚥下促進効果の神経基盤を明らかにするため、嚥下機能に問題のない成人24名(男性11名,女性13名,平均21.6歳)を対象に、先行研究で用いた4種の刺激(嚥下音、ノイズ音、嚥下動画、静止画)を提示したとき、または参加者自身が水を嚥下したときの脳活動を近赤外分光法を用いて測定した。測定部位は前頭前野から一次運動野にかけての領域であった。血流動態分離法(Yamada et al., 2012)を用いて局所的な神経活動に由来する信号と全身性の血流変化に由来する信号を分離し、各条件における賦活部位を同定した。その結果、ノイズ音提示時よりも嚥下音提示時に左下前頭回および右上側頭回が賦活していた一方で、静止画提示時よりも嚥下動画提示時に賦活する部位は観察されなかった。嚥下促進効果が嚥下音で見られ嚥下動画では見られなかった行動実験の結果と合わせると、下前頭回と上側頭回が嚥下音による嚥下促進効果に関与している可能性が高い。下前頭回はヒトのミラーニューロンシステムの一部であることから、嚥下音を聞くことで嚥下に関するミラーニューロンシステムが賦活し、そのことが自身の嚥下の円滑な開始に寄与した可能性が考えられる。上側頭回は高次の聴覚処理に関わる部位であり、その賦活は嚥下音が意味のある特別な音として処理されていたことを示唆している。本研究では他者の嚥下運動を「見る」または「聞く」だけで自身の嚥下運動が促進される新たな嚥下リハビリテーション法の開発を目指し、嚥下運動に関するAutomatic imitation(AI)の存在を3つ実験によって検討した。AIとは他者の運動を無意識のうちに模倣してしまう認知特性のことである。2つの行動実験の結果、嚥下運動を見ることによるAIは確認されなかったが、嚥下音を聞くことによるAIの存在が示唆された。そして近赤外分光法を用いた脳活動計測実験により、嚥下音によるAIには左下前頭回と右側頭回が関与していることが明らかとなった。本年度の成果により嚥下運動のAutomatic imitationが発生している可能性が示唆されたため、今後はより効果的に嚥下運動を促進する音声や映像について検討する。具体的には嚥下音とそれ以外の音声との比較や、連続嚥下の映像や音声を用いた測定などを実施する予定である。その結果得られた嚥下運動のAutomatic imitationに効果的な実験刺激を用い、まずは健常者を対象にNIRSによる脳活動測定を進め、嚥下運動のAutomatic imitationの発生機序を解明する。そして実験手続きや解析手法を確立したのち、嚥下障害患者を対象とした同様の実験を行い、リハビリテーションとしてのAutomatic imitationの効果を検証する。これまでは従来のAutomatic imitationの研究にならい、運動開始の合図と同時に嚥下運動刺激を提示していたが、その方法では筋電や咽喉音のデータから顕著な嚥下促進効果は確認されなかった。嚥下は手指の開閉運動などと比べて時間のかかる動作であり、視覚的な変化も小さい。嚥下音刺激も600ms程度の長さがあるため、被験者が刺激全体を認識する前に自身の嚥下運動が開始されていたと考えられる。そこで今後は嚥下開始合図よりも前に嚥下刺激を提示するMotor priming課題を実施し、確実に「他者の嚥下を聞いた(見た)」ことを認知した状態における嚥下促進効果を検討する。また並行して嚥下刺激提示時前後の脳活動を測定し、運動野などの嚥下関連領域が最も反応する時間帯を検討する。認知科学本年度は関連学会の多くが関西圏で開催されたため、当初の見込みよりも旅費が低く抑えられた。研究計画の変更により人件費(被験者謝金)が不要となったため。繰り越し分は本研究課題に関する打合せのための旅費、および実験器具の購入に使用する。2017年度に実施する実験の被験者
錯体触媒を用いた機能性ポリシロキサンの創製

本研究は現代の産業界において,不可欠な材料であるポリシロキサンの特異な性質に着目し,この主鎖骨格上に様々な官能基を導入することで,炭素骨格からなる有機高分子機能材料を上回る性能が期待できる新たな無機機能性高分子材料を創製することを最終目標としている。研究代表者はこれまで遷移金属錯体と有機ケイ素化合物の反応を検討してきた。その過程で,2級有機シラン類(RR'SiH2)からポリシロキサン-(RR'SiO)n-を合成する重合反応に活性を示す新たな触媒を見出した。この触媒反応は官能基に対する許容性が大きく,従来の方法では重合中に破壊される官能基も影響を受けない。そこで,この触媒システムを利用し,多様な機能性官能基を有するシランモノマーを重合し,生成する新規なポリシロキサンを機能性材料として評価することまでを行う。全体計画の前半部として,研究期間内に多種多様な官能基を有するシランモノマーの分子設計と合成を行い,次いでこれらの重合反応を検討し,目的の機能性ポリシロキサンが効率良く得られる手法を確立する予定である。さらに合成した機能性ポリシロキサンを炭素骨格からなる有機高分子の類似体と比較検討を行い,その優れた特性を明らかにすることを考えている。具体的には、1。ポリマーの原料となる有機ジヒドロシランの合成。機能性高分子としての性質が発現するために必要な様々な官能基、例えばアミノ基・カルボキシル基・ホスフィン・フェロセンのような置換基をもつシラン類を設計・合成する。2。モリブデン錯体触媒を利用したジヒドロシラン類の重合反応によるポリシロキサンの合成手法の確立。1で合成した多種多様な有機ジヒドロシラン類を効率よくポリマーに変換できる反応条件を検討し、これを用いて機能性ポリシロキサンを合成する。これまでに行った研究は以下のとおりである。1。機能性物質の合成を目的として、塩基性・酸性・電子吸引性・電子供与性・酸化ー還元活性などが期待できる官能基を有する有機ジヒドロシランを作ることを検討し、アミノ基・カルボキシル基・パーフルオロフェニル基・フェロセニル基などを持つこれらを効率よく合成した。これらの有機ジヒドロシラン類は対応するジクロロシラン類よりも水分に対して安定で、精製が容易であり、また長期保存が可能である。従って重合反応の出発物質として従来のものより優れている。2。いくつかの有機ジヒドロシランを標準の出発物質として、様々な反応条件を検討し、最適な重合条件を検討した。その結果、有機基がメチルやエチルのような飽和脂肪族の場合は、テトラブチルアンモニウムフルオライド(TBAF)を添加すると生成物のポリシロキサンの分子量と収率が大幅に向上(最大Mn = 6000)することを見出した。また、フェニル基のような芳香族の有機基をもつシランでは、TABFを用いると炭素ーケイ素結合の開裂が生じ、目的のポリシロキサンは生成しなかったが、[K(18-crown-6)][F]を代わりに使うと、高分子量の対応するポリシロキサンを得る事ができた。またこの重合反応は、ほとんど中性条件下で進むため、官能基に対する許容性が大きく、ほとんどの官能基は影響を受けないこともわかった。本研究においては,これまであまり利用されてこなかったSi-O結合の基本骨格を持った新たなイオン交換樹脂,高分子金属錯体触媒,フォトレジスト材料,高分子医薬品などを合成し,この骨格の機能性高分子への適用特性を解明し,既存のものを凌ぐ無機高機能材料を創製することが最終目標である。今年度は全体計画の前半部として,研究期間内に引き続き多種多様な官能基を有するシランモノマーの分子設計と合成を行い,次いでこれらの重合反応を検討し,目的の機能性ポリシロキサンが効率良く得られる手法を確立する予定である。さらに合成した機能性ポリシロキサンを炭素骨格からなる有機高分子の類似体と比較検討を行い,その優れた特性を明らかにする。また、機能性材料へ展開し,その適用性を解明する点に学術的な特色がある。従来にない高機能の無機高分子の創製が期待される本研究は現代の産業界において,不可欠な材料であるポリシロキサン(シリコーン)の特異な性質に着目し,このSi-O主鎖骨格上に様々な官能基を導入することで,C-C炭素骨格からなる有機高分子機能材料を上回る性能が期待できる新たな無機機能性高分子材料を創製することを最終目標としている。ポリシロキサンは優れた耐熱性,耐候性,耐寒性,電気絶縁性,離型性,撥水性など特異な性質とオイル,樹脂,ゴムなど多様な製品形態を示すことから現代文明の様々な分野でなくてはならない素材として利用されてきた。大きな可能性を秘めているポリシロキサンではあるが,有機ポリマーのように機能性材料として広く展開されてはいない。この最大の原因は,製造の難しさにある。ポリシロキサンの工業的な合成はほとんどの場合,大気中で不安定なクロロシラン(RR'SiCl2)もしくはアルコキシシラン(RR'Si(OEt)2)を原料として行われる。これらのオルガノシリコン化合物は反応性の高さから,多くの官能基と反応し共存できない。また置換基Rがメチル基の場合は重合し易く,高分子量のポリマーが得られるが,より嵩高いアルキル基では,反応性が低下し,ポリマーの生成は難しくなる。

ところで,申請者はこれまで遷移金属錯体と有機ケイ素化合物の反応を検討してきた。その過程で,2級有機シラン類(RR'SiH2)からポリシロキサン-(RR'SiO)n-を合成する重合反応に活性を示す新たな触媒を見出した。この触媒反応は官能基に対する許容性が大きく,従来の方法では重合中に破壊される官能基も影響を受けない。そこで,この触媒システムを利用し,多様な機能性官能基を有するシランモノマーを重合し,生成する新規なポリシロキサンを機能性材料として評価することまでを目標として現在研究を遂行している。現在,以下の二つのアプローチで研究課題に取り組んでいる。1機能性ポリシロキサンの原料となる様々な官能基を有する2級有機ヒドロシラン類(RR'SiH2)の合成。2より高活性な錯体触媒の開発を含む,重合反応の最適化の探索。まず1に関しては,塩基性機能が期待できるアミノ基(NMe2)を有するもの,特異な物性を有するパーフルオロフェニル基(C6F5)を有するもの,可逆的酸化還元活性があるフェロセニル基を有するもの,光学活性な官能基(l-メンチル)を有するものなどの2級有機ヒドロシラン類の合成に成功し,これらの重合を検討し,それぞれ対応する数千程度の平均分子量を有する機能性ポリシロキサンを得た。現在それらの構造解析並びに物性評価を行っている。例えば,光学活性なメンチルシランから合成したポリマーは,原料のモノマーよりも高い比旋光度を有しポリマー全体として不斉な環境が誘起されたことを示唆した。さらに,種々のアルキル鎖でフェロセニル基が主鎖骨格のケイ素に結合した新規なポリシロキサンを合成し,サイクリックボルタムメトリーにより,これらポリマーの電気化学的挙動を明らかにした。一方,2に関しては,以前から利用していたモリブデンヒドリド錯体が空気中の酸素により触媒活性が低下するという欠点を改良するための検討を行った。結果,この錯体から誘導されるモリブデンアセチリド錯体が酸素で劣化する事無く長期保存が可能で,触媒活性もモリブデンヒドリド錯体に遜色がないことを見出した。以上の結果は,初年度の成果としてほぼ予定どおりである。また,今後の研究を遂行するのに資する知見もいくつか得ることができたため,おおむね順調に進展していると考えている。本研究は現代の産業界において,不可欠な材料であるポリシロキサンの特異な性質に着目し,この主鎖骨格上に様々な官能基を導入することで,炭素骨格からなる有機高分子機能材料を上回る性能が期待できる新たな無機機能性高分子材料を創製することを最終目標としている。研究代表者はこれまで遷移金属錯体と有機ケイ素化合物の反応を検討してきた。そこで,この触媒システムを利用し,多様な機能性官能基を有するシランモノマーを重合し,生成する新規なポリシロキサンを機能性材料として評価することまでを行う。全体計画の前半部として,研究期間内に多種多様な官能基を有するシランモノマーの分子設計と合成を行い,次いでこれらの重合反応を検討し,目的の機能性ポリシロキサンが効率良く得られる手法を確立する予定である。
２５４ｎｍより短波長を出力する紫外線ランプによる消毒副生成物リスク低減技術の開発

本研究では、新規消毒副生成物としてNDMAを取り上げ、その処理手法としての紫外線処理の効率化を検討した。従来より短波長の紫外線照射が効果的である可能性が分かり、従来ランプ(254nm)より短波長の222nmランプを検討した。222nmランプによるNDMAの分解効率と溶存物質による分解への影響を検討した。水質条件によって254nmと222nmのどちらが効率的かが異なる結果を得ることができた。また、さらに220-254nm付近を出力する新規蛍光エキシマランプを使用すると、副生成物の生成を抑制しながら、効率的に分解できることが分かった。平成23年度に得られた結果を基にして、さらに水質因子の影響について検討した。まず、硝酸塩の影響について検討した。硝酸塩は紫外域にて吸光を持ち、短波長側のほうがその吸収割合が大きくなる。222nmの紫外線が硝酸塩に吸収され、NDMAへの紫外線の到達を少なくし、分解を妨げるという影響が第一に考えられる。一方、紫外線によってNDMAが分解されると、ジメチルアミンと亜硝酸になる(Stefan, 2002, Helv. Chim. Acta., pp.1416)。しかし、紫外線が硝酸塩と反応すると亜硝酸を生成するため、分解産物であるジメチルアミンとこれらの亜硝酸性窒素が反応し、NDMAの再生成を引き起こす可能性があった。フミン質も硝酸塩と同様に紫外域にて吸光を持つため、222nmの紫外線を吸収し、NDMAの分解反応を妨げる可能性が考えられた。一方、フミン質自体は、トリハロメタン及びNDMAなどの消毒副生成物の前駆体である(Chen, 2007, Env. Sci. Tech., pp. 6059)。従って、消毒副生成物前駆体としてのフミン質が紫外線を吸収して分解する反応が生ずれば、人へのリスクを抑える処理となる可能性があった。消毒副生成物リスク全体を俯瞰して、フミン質の分解とNDMAの分解のどちらを優先するべきか、222nmの紫外線分解によるデータを取得し、考え方の整理を行った。その結果、顕著な再生成は起こりにくいという結果を得た。農村部から都市部へ人口が集中しつつある都市型の社会では、都市における十分な水供給を行うことが必須不可欠の課題である。都市における安全安心な水利用を行う上では、水量・水質両面の充足が用排水システムに求められる役割であり、その中でも健康影響をもたらす消毒副生成物の制御が重要であることは論を待たない。さらに、気候変動による既存の水資源の不安定化が予想されることから、下水処理水の再生利用、地下水の有効利用など都市内部において新規の水資源を獲得することが必要となる。一方、これらの新規水資源は、既存の都市活動の影響を受けているため、水質面の安全性については一層の注意を払う必要がある。都市部での水安定供給に向けて、下水処理水・新規地下水源の活用が期待されると同時に水質面のより厳しい監視が求められる。水質条件によって254nmと222nmのどちらが効率的が異なる結果を得ることができた。本研究では、新規消毒副生成物としてNDMAを取り上げ、その処理手法としての紫外線処理の効率化を検討する。事前の検討で、従来より短波長の紫外線照射が効果的である可能性が分かり、従来ランプ(254nm)より短波長の222nmランプを検討する。