hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高感度振動子によるバイオ・3次元ナノイメージング

本研究ではナノ構造の加工技術とナノ構造における特異な力学現象を利用し、大気中、室温で動作する新しい磁気共鳴力顕微鏡を実現することを目標としている。さらに、この磁気共鳴型の顕微鏡に新しい動作原理を取り込み、微小な生物試料の3次元ナノイメージング機能を有する顕微鏡を開発する。この技術ができると、様々な応用が拓ける。例えば、細胞1個レベルで、薬剤がどのように輸送され、その薬剤が細胞内でどのように化学変化が起きるかなどを、細胞レベルの3次元イメージから追跡することができる。このような技術は、将来の医療と新薬開発に大きく貢献すると考える。また、科学計測のツールとしては、走査型プローブ顕微鏡に物質を同定する機能を付与することもできる。将来の原子核スピンを利用した量子コンピューターなど、単一の核スピンを利用するデバイスにも利用できる。磁気共鳴力センサへの応用圧電材料上に強磁性体を取り付け、あるいはパターニングし、核磁気共鳴あるいは電子スピン共鳴を検出する高感度のセンサを作製した。核磁気共鳴は、試料へ外部磁場を印加して、近傍においたコイルに高周波電流を流して振動磁場を加える。核磁気共鳴周波数は外部磁場と振動磁場の周波数の積で表される関数となる。つまり、振動磁場の周波数を一定にすると、試料上におけるある磁場強度の面だけが磁気共鳴を起こすことになる。外部磁場により、試料の核スピンが揃った状態から、核磁気共鳴により、スピンは横方向にコヒーレントに回転する状態に遷移する。通常のNMRでは、核磁気共鳴を検波用のコイルを用いて行うが、力として検出する点が大きな相違点である。核磁気共鳴により試料の磁化がわずかだけ変化するのを、前述した磁気共鳴センサで検出する。圧電ナノ振動子の先端に永久磁石をパターニングして試料に外部磁場を印加すると同時に、この磁石と試料間に働く磁気力の変化をナノ振動子の共振周波数の変化として検出する。磁気力は、磁場勾配と磁気モーメントの積になる。Si容量型のセンサを試作し、その基本的な動作と原理を確認した。本年度は圧電振動子を開発し、その特性を評価した。圧電半導体技術をベースとした加工技術では、基板を加工して微細構造を作製する。圧電材料をナノ加工する技術等は、すでに開発しているので、付加的に張り合わせて薄くする技術などを新たに開発する。材料としては、水晶について検討した。前述したようにQ値を大きくするために、申請者等が開発した手法、つまり表面処理によりQ値を極めて大きくできる構造とした。具体的な処理方法としては、真空中で様々なイオンをマスフィルターを通してナノ振動子に照射して表面処理する。その際の振動子の応答を調べ、最適な表面処理状態にする。これらに関する基礎的な実験も行った。作製した水晶の振動方力センサの力感度を測定したところ大気中で10^<-13>Nの微弱な力を検出できることを確認した。また、走査型プローブ顕微鏡としての動作も確認した。この新しいセンサのより高感度化を目指し、3次元イメージングに応用する。

圧電ナノ振動子の先端に永久磁石をパターニングして試料に外部磁場を印加すると同時に、この磁石と試料間に働く磁気力の変化をナノ振動子の共振周波数の変化として検出する。磁気力は、磁場勾配と磁気モーメントの積になる。Si容量型のセンサを試作し、その基本的な動作と原理を確認した。
精神疾患・発達障害リスク転写因子MKLによるシナプスから核への情報伝達機構解明

転写因子MKL1およびMKL2の遺伝子変異は、それぞれ統合失調症、自閉スペクトラム症のリスクファクターである。したがって、正常MKLによる遺伝子発現制御の機構を知ることは、「脳の作動原理」に加え、「精神疾患や発達障害の機構」解明に貢献する。申請者らは、MKL1とMKL2に交差特異性がある新しい高品質抗体の作製に成功し、MKLがシナプスにあり、神経活動依存的に核移行すること、神経機能分子Arc遺伝子がMKL2によって制御されることを発見した。以上のことから、申請者は「MKL1とMKL2がそれぞれ特有の結合分子を介してシナプスから核へと情報を運び、神経系遺伝子の発現を制御している」と着想した。2018年度は、MKL2のシナプスから核への移行に必要なシグナル伝達経路を明らかにした。阻害剤を用いた解析により、NMDA型グルタミン酸受容体とL型カルシウムチャネルの活性化や脱リン酸化酵素カルシニュリンの活性化が核移行に必要であることが明らかとなった。また、アクチン重合も核移行に重要であることも示唆された。また、インタラクトーム実験(MKL結合分子同定)を見据え、既知の結合分子であるβアクチンやインポーチンのクローニングも進行させている。上述したように、カルシニュリンが新しい結合分子である可能性が浮上したため、カルシニュリンの発現ベクターの構築を行っている。それとともに、MKL2がカルシニュリンによる脱リン酸化を受け、核に移行する新しいメカニズムが想定されたため、脱リン酸化部位と予想されるアミノ酸を対象に部位特異的変異導入を行い変異型MKL2の発現ベクターの構築も行った。研究実績の概要で述べた通り、2018年度の実験結果で、カルシウムシグナルやカルシウム依存性脱リン酸化酵素カルシニュリンの関与が強く示唆されたため、新しいMKL結合分子としてカルシニュリンが浮上した。これまでは、βアクチンやインポーチンとの相互作用が報告されていたが、カルシニュリンの発見は大きい意義がある。これを起点に既知の相互作用分子に加え、カルシニュリンとの相互作用、それによるMKL2の脱リン酸化が新しいシナプスから核へのシグナリング調節の実体を担う可能性がある。上記、相互作用分子の発現ベクターの構築も順調に進んでおり、それを用いた相互作用実験を行う体制が整いつつある。さらに、プロテオーム研究の専門家と共同研究を開始したため、更なる新しい相互作用分子が網羅的に明らかになる可能性が高い。以上のことから、本研究課題はおおむね順調に進展しているといえる。1.相互作用実験を行うため、今後は、免疫沈降実験を行う。核輸送分子インポーチンやβアクチン、カルシニュリンとの相互作用を有無を検証する。2.カルシニュリンによるMKL2核移行の機構の解明を行う。カルシニュリンをクローニングしたのちに、恒常活性化型カルシニューリン発現ベクターを構築する。その過剰発現により、MKL2の核移行が促進されるかどうかを検証する。また、カルシニュリンによってMKL2が直接脱リン酸化されるかどうかの検証も行う。3.変異MKLの機能破綻機構の解明を行う。変異MKLの一例として、自閉スペクトラム症患者で発見されたMKL2変異があり、これはアルギニンからトリプトファンへの置換である(Neale et al.Nature 2012)。また、申請者らは、マウスMKL2遺伝子を用いた結果、本変異が正常MKLとは異なり、樹状突起形態複雑化を減少させることを見いだした(論文準備中)。そこで、カルシニュリンやアクチン、インポーチンなど既知結合分子との相互作用が変異型MKL2で障害されるかどうかについて検証する。4.MKL2核移行によって制御される遺伝子の発現制御機構を明らかにする。SRF標的神経機能遺伝子群(例: homer1,neureglin1, neurexin1など)を連結させたホタルルシフェラーゼレポーターベクターの構築→結合分子のRNA干渉ベクターとレポーターベクターの培養大脳皮質神経細胞への導入→神経活動を引き起こす刺激→遺伝子プロモーター群が共通して活性抑制されるかどうかの検証→クロマチン免疫沈降法でMKLと候補分子、DNAとの相互作用が神経活動で強化されるかどうかの検証を行う。

上述したように、カルシニュリンが新しい結合分子である可能性が浮上したため、カルシニュリンの発現ベクターの構築を行っている。それとともに、MKL2がカルシニュリンによる脱リン酸化を受け、核に移行する新しいメカニズムが想定されたため、脱リン酸化部位と予想されるアミノ酸を対象に部位特異的変異導入を行い変異型MKL2の発現ベクターの構築も行った。研究実績の概要で述べた通り、2018年度の実験結果で、カルシウムシグナルやカルシウム依存性脱リン酸化酵素カルシニュリンの関与が強く示唆されたため、新しいMKL結合分子としてカルシニュリンが浮上した。これまでは、βアクチンやインポーチンとの相互作用が報告されていたが、カルシニュリンの発見は大きい意義がある。これを起点に既知の相互作用分子に加え、カルシニュリンとの相互作用、それによるMKL2の脱リン酸化が新しいシナプスから核へのシグナリング調節の実体を担う可能性がある。上記、相互作用分子の発現ベクターの構築も順調に進んでおり、それを用いた相互作用実験を行う体制が整いつつある。さらに、プロテオーム研究の専門家と共同研究を開始したため、更なる新しい相互作用分子が網羅的に明らかになる可能性が高い。以上のことから、本研究課題はおおむね順調に進展しているといえる。1.相互作用実験を行うため、今後は、免疫沈降実験を行う。核輸送分子インポーチンやβアクチン、カルシニュリンとの相互作用を有無を検証する。2.カルシニュリンによるMKL2核移行の機構の解明を行う。カルシニュリンをクローニングしたのちに、恒常活性化型カルシニューリン発現ベクターを構築する。その過剰発現により、MKL2の核移行が促進されるかどうかを検証する。また、カルシニュリンによってMKL2が直接脱リン酸化されるかどうかの検証も行う。3.変異MKLの機能破綻機構の解明を行う。変異MKLの一例として、自閉スペクトラム症患者で発見されたMKL2変異があり、これはアルギニンからトリプトファンへの置換である(Neale et al.Nature 2012)。また、申請者らは、マウスMKL2遺伝子を用いた結果、本変異が正常MKLとは異なり、樹状突起形態複雑化を減少させることを見いだした(論文準備中)。そこで、カルシニュリンやアクチン、インポーチンなど既知結合分子との相互作用が変異型MKL2で障害されるかどうかについて検証する。4.MKL2核移行によって制御される遺伝子の発現制御機構を明らかにする。SRF標的神経機能遺伝子群(例: homer1,neureglin1, neurexin1など)を連結させたホタルルシフェラーゼレポーターベクターの構築→結合分子のRNA干渉ベクターとレポーターベクターの培養大脳皮質神経細胞への導入→神経活動を引き起こす刺激→遺伝子プロモーター群が共通して活性抑制されるかどうかの検証→クロマチン免疫沈降法でMKLと候補分子、DNAとの相互作用が神経活動で強化されるかどうかの検証を行う。
障害児のコミュニケ-ション機能触発のためのバイオフィ-ドバックシステムの開発

1.単語認識装置について増幅した音声を16chの帯域ろ波器群(2504757Hz、1/4オクタ-ブ間隔)により周波数分析をし、平滑回路を通した出力を10msec毎に10ビットでパソコンに入力して、母音の認識に使用している。今回応答の速さを向上させるために32ビットのパソコン上にインプリメントした。声の大きさ、音声波形の振幅包絡の表示とともに、母音の識別および母音と語中の無音区間の識別による単語の識別の基本部分が動作するような改良作業を完了した。その結果、1つのプログラム(課題)を難易度の異る水準で提示できるようなシステムの利用が可能になった。2.ソフトウエアの試作についてプログラムは基本的には子どもが日常生活の対人関係の中でコミュニケ-ションを営む際に頻回に使用され、また、学習していればコミュニケ-ション形成に貢献すると思われる基本的かつ緊急度の高い言葉や概念の学習を可能にすべく課題を選定した。それらを便宜的に(1)料理シリ-ズ(2)飲み物シリ-ズ(3)人間&動物シリ-ズの3つに分け、シリ-ズ毎に表示図形を製作し、これらの図形の入力作業を終了した。併せて、st.1:単純な発声st.2:単語の一部の音韻の発声st.3:単語の正確な発声の3段階で1つの課題に取り組めるようなソフトの製作を行った。3.今後の展開数例の学習障害児を対象に本システムの臨床実験を継続しているが、それらを通してシステム全体の総括、使用上の留意事項、教育効果等を吟味し、システム使用上のマニュアル作成を予定している。
好中球の細胞運動におけるGBF1の役割

好中球は、病原体が侵入してくると、感染部位へ素早く移動することが知られている。しかし、その分子メカニズムについては不明な点が多い。本研究では、好中球の細胞運動の分子メカニズムを明らかにするために、これまで我々が解析してきた細胞内輸送に関わる分子GBF1について、細胞運動の際、どのように活性化されるのか、また、細胞運動において、どのような役割を果たしているのか調べた。その結果、GBF1は、PI(3, 4, 5) P_3によって活性化されること、さらに、細胞運動時のARF1やGIT2の細胞内局在に関わっていることが明らかとなった。細胞運動は、発生過程や免疫応答などの正常な生命活動だけでなく、癌の浸潤・転移過程など様々な病気の場面でも観察され、その分子メカニズムを明らかにすることは、これらの現象を理解するうえで、極めて重要だと考えられる。外界から刺激があると、細胞は刺激の方向を認識し、前後の極性を形成し、移動を開始する。これまでに我々は、ARFが好中球の細胞運動に極めて重要な働きをすること、さらにARFの活性化因子であるGBF1が、細胞運動に深く関与すると共に、その際のARFの活性化にも関与していることを見出している。そこで本研究では、細胞が運動する際、GBF1が、どのように活性化されるのか、またGBF1によって活性化されたARFが、どのように細胞運動に関わっているのかを明らかにすると共に、GBF1遣伝子欠損マウスを作製し、生体内においても、培養細胞と同様のメカニズムが使われているのかを検証し、細胞運動時に見られる極性形成のメカニズムの一端を明らかにすることで、細胞運動の分子メカニズムの解明を目指している。本年度は、GBF1によって活性化されたARFの細胞運動における役割を調べるために、GBF1の発現抑制によるRhoファミリータンパク質の影響を調べた。その結果、GBFIの発現をsiRNAによって抑えると、fMLPで刺激を与えた際の活性化型Rac1の量が減少し、さらに、Rac1の局在も本来局在する細胞前端部だけでなく、それ以外の部分にも局在することも明らかとなった。さらに、本年度は、生体内においても、培養細胞と同様のメカニズムが使われているのかを調べるために、GBF1遺伝子欠損マウスの作成を開始した。そこで本研究では、細胞が運動する際、GBF1が、どのように活性化されるのか、またGBF1によって活性化されたARFが、どのように細胞運動に関わっているのかを明らかにすると共に、GBF1遺伝子欠損マウスを作製し、生体内においても、培養細胞と同様のメカニズムが使われているのかを検証し、細胞運動時に見られる極性形成のメカニズムの一端を明らかにすることで、細胞運動の分子メカニズムの解明を目指している。そこで本年度は、GBF1の活性化メカニズムについて調べた。好中球様細胞に分化させたHL-60細胞をPI3Kγの阻害剤で処理すると、fMLPで刺激を与えた際の活性型ARF1の量が著しく減少し、細胞前端部へのARF1の局在も著しく減少した。また、GBF1の細胞前端部への局在も著しく減少していた。さらに、PI3Kγの産物が、GBF1と直接結合することができるのか調べるために、GBF1を5つの領域に分け、それぞれのタンパク質とイノシトールリン脂質との結合を調べた。その結果、Sec7ドメインのC末端側に位置する領域が、細胞の前端部へ局在することが知られているPIP_3と結合することが明らかとなった。以上のことから、GBF1とPIP_3との結合が、GBF1の活性化に関与していることが示唆された。

これまでに我々は、ARFが好中球の細胞運動に極めて重要な働きをすること、さらにARFの活性化因子であるGBF1が、細胞運動に深く関与すると共に、その際のARFの活性化にも関与していることを見出している。そこで本研究では、細胞が運動する際、GBF1が、どのように活性化されるのか、またGBF1によって活姓化されたARFが、どのように細胞運動に関わっているのかを明らかにすると共に、GBF1遺伝子欠損マウスを作製し、生体内においても、培養細胞と同様のメカニズムが使われているのかを検証し、細胞運動時に見られる極性形成のメカニズムの一端を明らかにすることで、細胞運動の分子メカニズムの解明を目指している。本年度は、活性化されたARFが、どのように細胞運動に関わっているのかを明らかにするために、siRNAによってGBF1の発現を抑えたHL-60細胞において、ARF1や好中球の細胞運動に関わることが知られているPAK1、PIX、GIT2が、fMLPの刺激を受けた際、どのような細胞内局在を示すのか解析した。その結果、GBF1の発現を抑えると、fMLPの刺激を与えた際のARF1やARFのGAPであるGIT2の細胞前端部での局在は大きく減少するものの、PIK1、PIXの細胞前端部での局在は、わずかな減少に留まった。このようなことから、ARF1の細胞先端部での活性化は、GIT2の局在に影響を及ぼすことによって、細胞運動に関わっていると考えられる。
マイクロ波センサを用いた海氷厚推定手法の検討およびリモートセンシングへの応用

平成24年度から平成26年度の3冬期にかけて、サロマ湖氷上とオホーツク海洋上および大学構内において、海氷と積雪のマイクロ波放射・反射・散乱特性の観測と基礎実験を行い、海氷のラフネス、積雪深、氷厚、内部温度と塩分、表面融解等に敏感な周波数や偏波を検討した。得られた知見をもとに衛星搭載マイクロ波センサに適用し、砕氷船による外洋での現場観測データと比較することで衛星データから海氷の厚さや表面状態を推定/検知するアルゴリズムの開発を行った。このアルゴリズムを用い、オホーツク海と北極海の正確な海氷密接度と氷厚のデータセットを作成し試験的に公開した。平成25年度は計画通り,24年度の現場観測・実験データと衛星データの解析を行い,成果を各種学会や国際学術誌で発表した.昨年度に引き続き,サロマ湖氷上とオホーツク海で現場観測を実施し,新規に大学構内で海氷実験を行う設備の導入を行った.1.ラフネスと海氷厚の推定RADARSAT-2衛星に搭載された合成開口レーダに同期した、サロマ湖における現場観測を実施した。RADARSAT-2の合成開口レーダでは、ポラリメトリデータを取得することが可能であり、ポラリメトリを利用した氷厚推定手法について検討した。現場氷厚観測と衛星搭載マイクロ波放射計観測のデータから,偏波比と周波数比のパラメータを用いた北半球用の氷厚推定アルゴリズムを開発し,北極海の海氷推定に応用して共著論文で成果を報告した(Krishfield et al., 2014).衛星搭載マイクロ波放射計AMSR2用に氷厚アルゴリズムの改良を行った.北見工業大学の低温実験室において,海氷の生成・融解を再現する実験装置を準備し,マイクロ波放射特性測定のための基礎実験を行った.2.混在する氷種に対応した海氷密接度推定と空間分解の向上北海道教育大学釧路校の8階建ての研究棟屋上に1m×1m×1mのアクリル製大型水槽を設置し,海氷の成長に伴う輝度温度の変化を可搬型マイクロ波放射計で測定した.昨年度まで行ってきたサロマ湖氷上に造成した人工プール観測では日中に融解が進み継続的な観測が困難であったが,今年度の実験では小型冷却ユニットを利用し継続的な観測環境を作ることに成功した.平成24年度から平成26年度の3冬期にかけて、サロマ湖氷上とオホーツク海洋上および大学構内において、海氷と積雪のマイクロ波放射・反射・散乱特性の観測と基礎実験を行い、海氷のラフネス、積雪深、氷厚、内部温度と塩分、表面融解等に敏感な周波数や偏波を検討した。平成24年度は計画通りサロマ湖氷上とオホーツク海で現場観測を実施した.サロマ湖では平成25年2月14日から22日にかけて広域観測と定点観測を行い,オホーツク海では平成25年2月23日から3月1日にかけて巡視船そうやによる海氷観測を実施した.昨冬は寒さに恵まれ,サロマ湖は全面結氷し,過去5年間で最も厚い氷であったことから,広域氷上観測はサロマ湖のほぼ全てをカバーすることができた.オホーツク海も流氷勢力が卓越し,海氷域の中心部では6mを超える厚い海氷が観測された.1.海氷のラフネスと氷厚の推定サロマ湖氷上において1kmごとにスポット観測を行い,全117地点の積雪深,氷厚,ラフネス,表層塩分等,マイクロ波センサによる氷厚観測に必要な現場データを取得した.橇牽引式の電磁誘導式氷厚計(EM)によって連続観測を行い,より詳細な氷厚分布を測定した.同様のEM氷厚計を巡視船そうやに設置し,オホーツク海北海道沿岸の氷厚分布を測定した.これらの現場データと合成開口レーダ(RADARSAT-2),マイクロ波放射計(AMSR2)の衛星データと比較解析を行い,海氷厚推定アルゴリズムの開発に取り組んだ,2.混在する氷種に対応した海氷密接度推定と空間分解能の向上サロマ湖氷上に人工プールを造成し,海氷の成長に伴う輝度温度の変化を可搬型マイクロ波放射計で測定した.マイクロ波放射計の視野内に既知の厚さの薄氷と厚氷を置き,その面積比を変えながら放射計観測を行った.これにより,開発が完了している海氷分類アルゴリズムのパラメータ調整に必要な情報が得られた.本研究は、冬期のサロマ湖とオホーツク海の氷上において取得した現場観測データと衛星観測データを比較し、マイクロ波センサや光学センサを用いた海氷密接度情報の高精度化と海氷厚推定アルゴリズムの開発を行った。主に平成24年度と平成25年にサロマ湖氷上ならびにオホーツク海で実施した海氷の厚さ、塩分、温度、積雪深等の広域現場観測結果をもとに、一年氷と多年氷といいた異なる氷種ごとに厚さに敏感なパラメータを検討し、氷厚推定式をを開発した。この手法を衛星搭載マイクロ波放射計AMSR-E/AMSR2に応用し北半球全体の氷厚分布推定に発展させ、その成果を共著論文で報告し(Krishfield et al., 2014)、関連技術について特許を出願した(2014年12月)。

本研究によって得られた北半球の海氷厚データは、国立極地研究所が運営している北極データアーカイブにおいて一般公開されている。本研究成果は合成開口レーダを用いたオホーツク海の海氷厚推定のアルゴリズムの開発(森ら、2014)にも寄与している。また、本研究では新たな海氷の実験方法を検討し、限られた研究期間とコストで効率良く実験データを蓄積するため、簡易プールを用いた低温室や屋外で人工海水結氷実験を行う手法を開発した。平成25年度と平成26年度に北海道教育大学や北見工業大学の構内において実験を行い、海氷の塩分や海氷上の積雪深、融解度の変化をマイクロ波センサと光学センサで測定した。その結果、塩分の違いや融解に伴う海氷表面の誘電率とアルベトの変化を敏感に検出する各種アルゴリズムを開発し、それらの成果を国内外の雑誌に論文を発表した(Tanikawa et al., 2014;田中ら、2015;特許出願、2015年3月)。今後は、本研究で開発した海氷厚推定手法を発展させ、衛星センサから海氷塩分や積雪深を推定する新手法の開発に繋げたい。雪氷学平成25年度もサロマ湖やオホーツク海の結氷状況は良好で,衛星同期観測は予定通り順調に実施できている.サロマ湖やオホーツク海の結氷状態がここ数年で最も良好で,当初計画よりも幅広い厚さの海氷の現場観測データを取得することができた.このことにより,精度検証可能な海氷厚の範囲が拡大され,アルゴリズムの精度向上が期待できる.最終年度である平成26年度は平成2425年度で得られた現場観測と衛星観測のデータの解析を完了し,学会発表や論文投稿に重点を置く。また,北海道教育大学釧路校の研究棟屋上に設置した大型水槽による海氷の連続的なマイクロ波放射計観測の環境が整ったことから,これまで困難であった氷厚1030cm帯の連続的なマイクロ波放射計測定を行う.この測定結果を用いて,海氷密接度推定ならびに氷厚30cm以下の氷厚推定のためのアルゴリズムの改良を進める.この手法を参考に,北見工業大学の低温実験室においても海氷のマイクロ波測定を行う.冬期に保存しておいた天然雪を海氷に載せることで,冠雪および積雪融解水の影響を評価する.平成25年度は平成24年度に得られた豊富な現場観測データの解析を進める.平成24年度に引き続き,サロマ湖氷上観測とオホーツク海観測を継続し現場データの充実を図る.また,北見工業大学の低温実験室および北翔大学の屋外でチェストフリーザーを用いて人工海氷生成実験を行い,海氷のマイクロ波放射特性について再現実験を行う.実験で得られた経験手法と理論モデルの比較検証を進め,衛星センサである合成開口レーダ(RADARSAT-2)とマイクロ波放射計(AMSR2)の海氷厚推定アルゴリズムの改良を行う.改良アルゴリズムを衛星による実海域観測に応用する.巡視船「そうや」によるオホーツク海の氷厚・マイクロ波放射観測の結果と衛星観測結果を比較し,各種アルゴリズムを評価・再改良を加える.本研究で得られた海氷密接度・氷厚データから,オホーツク海海氷の長期モニタリング(1978年)へ繋げる.これまでは合成開口レーダやマイクロ波放射の理論モデル・経験的手法でそれぞれ0-10cm,10-30cm,30cm以上の海氷厚といった大まかな氷種毎のモニタリングを行っていたが,本研究で各センサのアルゴリズムの統合を行い,発展させることでシームレスな海氷体積の推定へ進化させる.平成26年度に最終アルゴリズムを完成させ,オホーツク海海氷の面積・体積の長期データセットの構築を完了する.本研究で得られた知見が北極海や南極海など他の氷海域へ適用可能か検討する.
皮質骨の異方的損傷のモデル化と衝突事故傷害シミュレーションへの応用

異方損傷を考慮した皮質骨の非弾性構成式モデルを定式化した.モデルは,粘弾性要素と粘塑性要素が直列に結合した複合1次元レオロジーモデルを3次元に拡張したものであり,熱力学的制約条件を満足するように,不可逆熱力学構成式理論の枠組みに基づいている.皮質骨の損傷特性は2階対称な損傷テンソルにより表現し,そして損傷の効果は全エネルギー等価性の仮説により構成式に反映させた.損傷発展式は,テンソル関数の表現定理を用いてその大枠を決定し,具体形は実験データとの比較検討によって決定した.構成式モデルの適用性は,ヒト皮質骨の材料試験データに対して計算機シミュレーションを行い,比較することで検討した.その結果,弾性係数のひずみ速度依存性,降伏応力や降伏後の粘塑性挙動のひずみ速度依存性,弾性係数や降伏応力,降伏後の粘塑性挙動の異方性ならびに引張りと圧縮の非対称性,骨折時期のひずみ速度依存性,異方性,引張りと圧縮の非対称性を精確に表現できることが明らかとなった.定式化したモデルを動的汎用有限要素法コードLS-DYNAに組込んだ.そのために,サブルーチンプログラムを開発した.組み込みの妥当性を検証するため,1要素モデルを用いて解析を行い,モデルを直接計算した結果と比較した.その結果,両者はよく一致し,組み込みの妥当性が確認された.次にヒト大腿骨を円管で近似し,基本的な外力を作用させて,骨折パタンを予測した.現在実験結果との比較検討を行っている.異方損傷を考慮した皮質骨の非弾性構成式モデルを定式化した.モデルは,粘弾性要素と粘塑性要素が直列に結合した複合1次元レオロジーモデルを3次元に拡張したものであり,熱力学的制約条件を満足するように,不可逆熱力学構成式理論の枠組みに基づいている.皮質骨の損傷特性は2階対称な損傷テンソルにより表現し,そして損傷の効果は全エネルギー等価性の仮説により構成式に反映させた.損傷発展式は,テンソル関数の表現定理を用いてその大枠を決定し,具体形は実験データとの比較検討によって決定した.構成式モデルの適用性は,ヒト皮質骨の材料試験データに対して計算機シミュレーションを行い,比較することで検討した.その結果,弾性係数のひずみ速度依存性,降伏応力や降伏後の粘塑性挙動のひずみ速度依存性,弾性係数や降伏応力,降伏後の粘塑性挙動の異方性ならびに引張りと圧縮の非対称性,骨折時期のひずみ速度依存性,異方性,引張りと圧縮の非対称性を精確に表現できることが明らかとなった.定式化したモデルを動的汎用有限要素法コードLS-DYNAに組込んだ.そのために,サブルーチンプログラムを開発した.組み込みの妥当性を検証するため,1要素モデルを用いて解析を行い,モデルを直接計算した結果と比較した.その結果,両者はよく一致し,組み込みの妥当性が確認された.次にヒト大腿骨を円管で近似し,基本的な外力を作用させて,骨折パタンを予測した.現在実験結果との比較検討を行っている.異方損傷を考慮に入れて皮質骨の非弾性構成式モデルを定式化した.モデルは,弾性係数の異方性とひずみ速度依存性,硬化特性の異方性とひずみ速度依存性,強度の引張りと圧縮の非対称性,損傷の異方性等,皮質骨の変形・損傷特性を精度よく表現することができる.異方損傷を表現するため,まず2階の損傷テンソルを導入した.損傷は,定式化の対象とする皮質骨の構造と力学特性を考慮して,骨幹軸方向を異方性の軸とする横等方性を仮定した.損傷テンソルの発展式を導くため,まず横等方性の性質を利用して,発展式が2つのスカラー関数を定めることに帰着されることを示した.そして損傷変化率は応力テンソル,損傷テンソル,異方性を表す構造テンソル,等方硬化変数の関数であると考え,表現定理を用いて発展式の形を定めた.この枠組みの下で物理的な考察を適用して簡単化と定式化を行い,発展式の具体形を導いた.損傷の変形挙動への影響は,損傷力学の概念に基づき,応力テンソルを実質応力テンソルで置き換える方法で行った.応力テンソルから実質応力テンソルへの変換係数に当たる4階の損傷効果テンソルは,補足エネルギー等価性の仮説に基づいて導いた.骨の破壊は,損傷発展式に従って発達する損傷変数の値がある閾値に達したときに生じるものとした.モデルの有効性は,文献にあるヒト皮質骨を用いた単軸圧縮及び引張り試験結果とそれに対するシミュレーション結果とを比較することにより行った.その結果,これまでの等方損傷理論を組み込んだ非弾性構成式モデルでは記述不可能であった損傷の異方性を精度よく表現できるようになった.前年度開発した異方損傷を考慮に入れた皮質骨の非弾性構成式モデルを改良した.改良モデルは,粘弾性要素と粘塑性要素が直列につながった複合1次元レオロジーモデルを3次元に拡張したものであり,熱力学的制約条件を満足するように,不可逆熱力学構成式理論の枠組みに基づいて定式化されている.皮質骨の損傷特性は2階の対称な損傷テンソルによって表現され,そして損傷の影響は全エネルギー等価性の仮説によって構成式モデルに反映される.損傷発展式は,テンソル関数の表現定理を用いてその大枠が決定され,その具体的形は実験データとの比較検討により決定される.構成式モデルの適用性は,ヒト皮質骨の材料試験データに対して計算機シミュレーションを行い,比較することで検討した.

その結果,弾性係数のひずみ速度依存性,降伏応力や降伏後の粘塑性挙動のひずみ速度依存性,弾性係数や降伏応力,降伏後の粘塑性挙動の異方性ならびに引張りと圧縮の非対称性,骨折時期のひずみ速度依存性,異方性,引張りと圧縮の非対称性を精確に表現することができることが明らかとなった.定式化したモデルを動的汎用有限要素法コードLS-DYNAに組込んだ.そのために,サブルーチンプログラムを開発した.組み込みの妥当性を検証するため,1要素モデルを用いて解析を行い,モデルを直接計算した結果と比較した.その結果,両者はよく一致し,組み込みの妥当性が確認された.次にヒト大腿骨を円管で近似し,基本的な外力を作用させて,骨折パタンを予測した.現在実験結果との比較検討を行っている.
代数曲線上の特殊線形系に関する研究

代数曲線上の直線束Lが特殊(special)である,即ちh^1(C,L)≠0である時,与えられた自然数rに対してh^0(C,L)=r+1をみたすLがどれ位あるかど言う問題が存在する。この問題に関して(Lが特殊でない場合はリーマン・ロッホの定理によりこの問題自体が自明な物になる)h^0(C,L)=r+1をみたすL全体の集合(正確にはh^0(C,L)【greater than or equal】r+1をみたすL全体の集合)W^r_d(C),但しd=deg(L),を解析する,即ちCの構造とW^r_d(C)の多様体としての構造の間の関係を見ると言うのは重姿なアプローチの仕方の一つと思われている。大渕とソウル大学の金昌昊教授はこの種の問題でdimW^r_d(C)を与えた際の曲線Cの決定と言う問題でH.H.Martens及びD.Mumfordの結果を完全な形で拡張する事に成功した。又,別な面のアプローチとしてCがP^1上の奇数次の被覆面である時のG.Martensによる定理(C,がP^1上の奇数次の被覆面である時d【less than or equal】g-1であるならdim W^r_d(C)【less than or equal】d-3rであると言う定理)と言う結果があるが,これはCが特別な幾つかの場合を除くと特に被覆面の次数が奇数でなくても成立する物である。大渕,ソウル大学の金昌昊教授及び山口大学の加藤崇雄教授はこの方面からdim W^r_d(C)を与えた際の曲線Cの決定と言う問題についても結果を得る事に成功した。この結果は最初の段階では必要条件でしかなかったが,消去が非常に困難と思われた楕円曲線の四次被覆面と楕円曲面の三次被覆面を除く6-gpnal curveの場合の消去にも成功した。又平成13年に本科研費の一部がシンポジウム「東アジアの代数幾何」実施に当たっての費用の一部となり平成14年度にはそのProceedings出版に当たっての費用の一部にもなった。又他に、特殊な直線束Lに対する他のアプローチとしてMumfordregularityと言う重要な問題があるが,大渕は神奈川大学の本間正明教授と共に,Mumfordregularityの問題とCastelnuovoの不等式として知られる不等式に関する普遍量を定義して,その満たすべき不等式,及び不等式のバウンダリーに於いては代数曲線が射影曲面P^2と非常に近い関係にあるヒルツェブルク曲面に乗る事を証明した。代数曲線上の直線束Lが特殊(special)である,即ちh^1(C, L)≠0である時,与えられた自然数rに対してh^0(C, L)=r+1をみたすLがどれ位あるかと言う問題が存在する。

この問題に関して(Lが特殊でない場合はリーマン・ロッホの定理によりこの問題自体が自明な物になる)h^0(C, L)=r+1をみたすL全体の集合(正確にはh^0(C, L)【greater than or equal】r+1をみたすL全体の集合)W^r_d(C),但しd=deg(L),を解析する,即ちCの構造とW^r_d(C)の多様体としての構造の間の関係を見ると言うのは重要なアプローチの仕方の一つと思われている。大渕とソウル大学の金昌昊教授はこの種の間題でdimW^r_d(C)を与えた際の曲線Cの決定と言う問題でH.H.Martens及びD.Mumfordの結果を完全な形で拡張する事に成功した。又,別な面のアプローチとしてCがP^1上の奇数次の被覆面である時のG.Martensによる定理(CがP^1上の奇数次の被覆面である時d【less than or equal】g-1であるならdimW^r_d(C)【less than or equal】d-3rであると言う定理)と言う結果があるが,これはCが特別な幾つかの場合を除くと特に被覆面の次数が奇数でなくても成立する物である。大渕,ソウル大学の金昌昊教授及び山口大学の加藤崇雄教授はこの方面からdimW^r_d(C)を与えた際の曲線Cの決定と言う問題についても結果を得る事に成功した。又他に、特殊な直線束Lに対する他のアプローチとしてMumford regularityと言う重要な問題があるが,大渕は神奈川大学の本間正明教授と共に,Mumford regularityの問題とCastelnuovoの不等式として知られる不等式がお互いに非常に密接な関係にある事に気づき、この事からMumford regularityに関する普遍量を定義して,その満たすべき不等式,及び不等式のバウンダリーに於いては代数曲線が射影曲面P^2と非常に近い関係にあるヒルツェブルク曲面に乗る事を証明した。代数曲線上の直線束Lが特殊(special)である,即ちh^1(C,L)≠0である時,与えられた自然数rに対してh^0(C,L)=r+1をみたすLがどれ位あるかと言う問題が存在する。この問題に関して(Lが特殊でない場合はリーマン・ロッホの定理によりこの問題自体が自明な物になる)h^0(C,L)=r+1をみたすL全体の集合(正確にはh^0(C,L)【greater than or equal】r+1をみたすL全体の集合)W^r_d (C),但しd-deg (L),を解析する,即ちCの構造とW^r_d (C)の多様体としての構造の間の関係を見ると言うのは重要なアプローチの仕方の一つと思われている。大渕とソウル大学の金昌昊教授はこの種の問題でdimW^r_d (C)を与えた際の曲線Cの決定と言う問題でH. H. Martens及びD. Mumfordの結果を完全な形で拡張する事に成功した。又,別な面のアプローチとしてCがP^1上の奇数次の被覆面である時のG. Martensによる定理(CがP^1上の奇数次の被覆面である時d【less than or equal】g-1であるならdimW^r_d (C)【less than or equal】d-3rであると言う定理)と言う結果があるが,これはCが特別な幾つかの場合を除くと特に被覆面の次数が奇数でなくても成立する物である。
３ラウンドの理論に基づく教材開発と評価システムの構築

本科研の製作教材「Campus Tour改訂版」を完成させた。このe-learning教材は千葉大学名誉教授竹蓋幸生氏が提唱した3ラウンド理論に基づいて製作されたものである。本学では現在、千葉大学グループ製作の3ラウンドシリーズ教材6種類を教養教育の英語科目において必修教材として使用している。今回のCampus Tourは、その使用経験を生かし、千葉大学グループの教材にはなかった、アメリカの有名大学のキャンパスや歴史を紹介する動画教材である。Campus Tourの試作版は、1ユニット構成であったが、学生モニターなどを利用し試作版の問題点を過去2年間検討してきた。モニターの意見に基づき、できる限り問題点を解決して製作したのが、4ユニット構成の「Campus Tour改訂版」である。教材で扱った大学は、MITとHarvard大学であり、グローバル化が叫ばれ留学希望の学生の増加が今後も見込まれる中、留学希望の学生にとても有益な内容の教材である。教材内には、関連情報をURLによりさらに深く学習できるような工夫もなされている。現在CD-Rの形で提供できるが、本学では今年度中にオンラインで学内で使用できるようにする予定であり、すべての学生が自由に使えるようになる。また、この教材を効率的に学習できるように語彙リスト表も作成した。また、このようなe-learning教材の効果の確認や評価方法の構築に向けて、現在使用中の6種類の教材に対して、テスト開発を進めた。最終的には、6種類の教材に対してそれぞれ3種類のテストを作成した。そして、平成30年度に学期中2回の試験を行い、1,2年生全員の莫大なデータを前期、後期ともに収集した。今後は、このデータを様々な視点から分析し、学会等で発表する予定である。本研究の大きな目的は、千葉大学やその他の大学で製作されたものとは違うテーマを扱った、3ラウンド理論教材を新たに複数製作することであった。最初の教材「Campus Tour改訂版」に関しては、当初科研1年目に完成を予定していたが、取材した動画の英語スクリプト作成やCD-R版の修正作業などに、予想以上の時間を費やし、2年目の平成30年度末に完成した。そのため、二つ目の教材の製作作業は、取り掛かりが2年目の後半になり、当初の予定からやや遅れている。二作目は、スコットランドを舞台としたノンフィクションドラマ風の動画教材である。「Campus Tour改訂版」の製作の遅れに加え、二作目の内容を扱った原書の翻訳作業の遅れも加わり、製作作業を令和元年に集中的に行わざるを得ない状況となっている。しかしながら、原書の翻訳はほぼ終わり、教材製作に必要な場所の映像や関係者からのインタビュー動画撮影は、平成30年度中にカナダ、英国スコットランドにてすでに実施済みである。現在は、教材に使用する動画場面の選定や英語スクリプトの作成に取り掛かっている。「Campus Tour改訂版」の教材製作経験をうまく生かすことで、令和元年中の完成は、可能と思われる。評価の構築に関しては、平成30年度研究代表者が「Campus Tour改訂版」製作に集中したため、具体的な分析作業は行えなかった。しかし、すでに十分なデータをテスト実施により集めているので、研究分担者の協力のもと、平成29年度と同様な分析作業により、その結果を論文等により発表する予定である。二作目の教材「スコットランドの魅力(仮題)」に、テーマに基づいた最終タイトルを決定し、3ラウンド理論に基づいた教材製作に取り掛かる。動画データの多くはすでに平成30年度中に現地にて撮影しているので、タイトルにふさわしく教材化可能な録画データを取り出し選定し、まず英語スクリプトを完成させる。その後、インタビューを中心としたe-learning教材の作成へと進む。今回は、「Campus Tour改訂版」で解決できなかった問題点も検討し、技術的に可能な部分は、改良した形での教材作成を目指したい。特に学習時間管理システムにおいて、ブラウザ内にタイマーを作成し、時間制御させるシステムを組み入れるよう努力する。教材面では、使えるインタビュー動画が不足する可能性もあるので、令和元年度の夏を利用して、研究代表者あるいは分担者が渡英し、追加の動画撮影を行う予定である。プログラミングやCD-R製作についても、「Campus Tour改訂版」でのノウハウをもとに、時間的ロスをできるだけ避け、令和元年度中の完成を目指す。評価の構築の面に関しては、すでに平成30年度に集めたデータの分析を研究分担者とともに行う。テスト間の相関や学習者の意識調査など、統計的分析をすでに購入済みのコンピュータをフル活用して行う。分析に際しては、テスト間の相関関係や学習者の意識変化に焦点をあて、論文や学会等において発表する。本学教養英語受講の1、2年生に全員にe-learning教材の課外学習必修化を継続実施した。教材は従来と同じく千葉大学を中心に開発された3-STEP System Call教材から初級中級のものを使用した。学期学年進行に従って、教材を昜から難に配置し学期間に2回のテストで理解度の評価を行い、成績評価の40%に組み入れることで学習意欲も高めるようにした。平成29年度はさらに語彙学習のe-learning教材も加え、全学レベルでの新しい評価システムを構築した。前期と後期のデータを集め、学習特性の分析にとりかかっている。また、およそ40クラスの学生が同一教材の試験を1週間にわたり受けるため、平行テストの作成も行った。3-STEP System Call教材に語彙学習教材も加え、音声CD付の平行テストを各教材につき12種類開発した。テストの実施後は識別指数マイナス設問の有無を確認し、マイナス質問が発見されたテストについては問題の再検討を行い

平行テストの完成度を高めた。さらに平成29年度入学生を対象に、TOEIC-IPを前期7月に実施しデータを収集した。このデータを平成28年度以前の入学生の成績と比較し、平成29年度構築した語彙学習を組み入れた学習システムの効果を検証することができた。なお平成28年度までの過去6年間のTOEICスコアの変化に関しては、平成29年度に論文にまとめて発表した。また過去行った学生のe-learning学習の質問紙調査については主成分分析を行い、平成29年度に論文として発表した。これまでの研究を活かした新e-learning教材Campus Tourに関しては、試験的な運用を一部のクラスで行い、アンケート調査などからその問題点を明らかにした。そして、Campus Tour改訂版の作成に取りかかり、Unit 4構成のうち3Unitを完成させた。平成29年度予定していたこれまでの評価システムの継続に加え、語彙学習e-learning教材を加え、評価システムを再構築することができた。その成果も平成29年度のTOEIC-IPの成績から明らかにすることができた。評価システムには必要な学習成果確認のためのテスト開発も、当初各教材につき5種類を予定していたが、語彙学習テストも加えることで12種類の平行テストをCD付で作製することができた。さらに実施だけでなく、各平行テストの結果を分析することで、識別指数マイナス設問の有無も確認でき、将来的な継続使用に向けてテストの信頼度を高めることができた。年次進行の効果測定のためにTOEIC-IPの2回目を2年生後期に実施する案は実現していないが、平成29年度も1回目として1年生の7月に全学的に実施できた。そのデータを用いて学部別の分析とともに、過去6年間との比較も可能となっている。データ分析は、研究代表者およびデータ担当の研究分担者ともに校務の関係ですべてのデータの分析はまだできていないが、平成29年度にはこれまでの成果を2本の研究論文としてジャーナルに発表した。これまでの研究成果を生かした独自教材Campus Tourの作製に関しては、試作版の試験的な使用を行い、アンケート調査により問題点を明らかにした。研究代表者とともにCampus Tourを作製する研究分担者が長期の育児休暇に入っていたため、改訂版Campus Tourの完成までには至らなかったが70%ほど完成し、平成30年度の完成のめどが立っている。本科研の製作教材「Campus Tour改訂版」を完成させた。このe-learning教材は千葉大学名誉教授竹蓋幸生氏が提唱した3ラウンド理論に基づいて製作されたものである。本学では現在、千葉大学グループ製作の3ラウンドシリーズ教材6種類を教養教育の英語科目において必修教材として使用している。
使用済み発泡スチロールの高品質リサイクル技術に関する研究

リサイクルした発泡スチロール品質の向上を目的として、発泡スチロールに付着する臭気を減らすいくつかの手法を取り上げ、その臭気低減効果を評価した。最初の研究ステップでは、魚臭で汚損した発泡スチロールを検出する目的で近赤外分光法を用い、スペクトル分析によって、その検出に有効ないくつかの波長候補を得た。また、第二ステップでは、臭気で汚損した発泡スチロールに濃度の薄い塩酸をスプレーした結果、大部分の臭気の強度を最初の10分の1のレベルまで弱めることができた。最後の研究ステップでは、用いた7種の果実抽出物のうち、'甘夏'からの抽出物が最もマスキング効果があることが明らかとなった。廃棄された発泡スチロールに付着する様々な臭い成分を分析するため、スニッファー付きガスクロマトグラフを用いて、臭い成分の種類と強度を人の官能によって評価した。また、InGaAs型近赤外検出器を装備する近赤外FT/IRを用いて、未使用の発泡スチロールと廃棄発泡スチロールそれぞれの近赤外分光スペクトルを測定して、廃棄発泡スチロールに含まれる成分にかかわると考えられる波長について調査した。廃棄発泡スチロールからの臭い成分の抽出には、酢酸エチルによる溶解処理、および塩酸とジエチルエーテルを用いた分液抽出法を用い、ジエチルエーテルに最終抽出された臭い成分を直接、GC注入する方法により行った。近赤外FT/IRによるスペクトル分析では、顕微鏡の測定視野を1,000μm(1.0mm)角の正方域として、臭気成分の付着する発泡スチール表面の10mm角範囲で計測し、その平均スペクトルを取得した。その結果、廃棄発泡スチロールには、梱包していた内容物の臭いに直接関係する臭気のほかに、梱包物からは想定できない、関連性のない臭気が多く感知された。これらは、廃棄された発泡スチロールが廃棄中に置かれた環境臭気の履歴を示す情報であり、臭気除去にあたっては、廃棄ルートごとに特有の環境臭気の統計的データを必要とすることが分かった。また、近赤外分光スペクトルの分析では、原スペクトルと二次微分スペクトルを用いて臭気に関連する波長を調査したが、廃棄ルートの異なるサンプル間でスペクトルの変動が大きいことから、臭気原因物質が特定し得る人工的な環境臭気条件のもとでのさらにデータを集積する必要があることがわかった。魚箱のように、食品の輸送に用いた発泡スチロールには、様々な悪臭成分が付着しており、従来の再生処理では十分な臭気除去が行えず、食品用包装用としての再利用が非常に困難なため、廃棄物処理の現場では大きな課題となっている。本研究では、使用済みEPSの悪臭除去低減に必要な技術として、1臭気汚損状況を高速判定し選別するシステム(臭気成分推定モデル)の構築、および2悪臭原因成分に合わせた中和物質・マスキング剤を添加して、加減圧処理によって臭気低減する、使用済みEPSの臭気低減新リサイクルシステムについて研究する。このうち今年度は、EPSに付着した悪臭を、人の官能によって感じられないようにするマスキングの方法について検討した。マスキングに用いる物質は、1)廃棄可能なものでなくてはならないこと、2)EPSの原価は安いため、コストが低くなくては実用にはならないことを考慮して、カンキツからの抽出物を利用することとした。高知県特産の甘夏、柚子、文旦、および参考までにオレンジの抽出物を活用した。海産物の臭気をEPSに付着させるため、これまでの実験で特に悪臭が残存し易い海産物として帆立や鯖などを用いた。その結果、供試したカンキツの抽出物は低分子量から高分子量までの広い範囲に香気成分を保有することから、海産物に特有の悪臭成分をよくマスキングし、人の官能によるスニッフィングでは、残存臭気の強度が弱くなることが分かった。魚を始めとする食品の包装に用いた発泡スチロールには、特有の臭気が付着する。魚を梱包した発泡スチロールの場合、その主成分はトリメチルアミン(TMA)と考えられるが、その他にも非常に多くの臭気成分が付着している。このため、一般に、生鮮食品の梱包に用いた使用済み発泡スチロールのリサイクルでは、この臭気除去が問題となる。単に溶媒で溶かして再生するだけではその臭気はとれず、リサイクル発泡スチロールは食品の包装に再利用することは困難である。この研究では、臭気除去が特に難しいとされる魚介包装に用いた使用済み発泡スチロールの臭気除去方法について検討した。平成25年度は臭いの種類とその強度を、スニッファー付きガスクロマトグラフを用いて人の官能によって評価した。また、近赤外分光器を用いて、臭気が付着しているものと、付着していないものとのスペクトル比較を行って、臭気成分にかかわる波長を調査した。平成26年度は、発泡スチロールに付着した悪臭を抑える方法の1つとして、臭気成分よりも人の官能にとって優位に感知される匂いを有する物質を用いて臭気の実質的な影響を低減する、マスキング法について検討した。高知県産の柑橘数種を用い、その抽出物でマスキングした結果、完全除去とまではいかないが、スニッフィングの結果、残存臭気の強度が弱くなることが明らかになった。さらに最終年度では、マスキングに有効な柑橘抽出物の成分について、中赤外データベースを利用して物質同定を試みた。その結果、D-Limoneneのほか、スペクトル類似度の推定で(+)-p-MENTA-1,8-DIENE、2-5-DIMETHYL-1,5-HEXAIENEなどが推定された。

また化学中和法についても平成26年度に引き続いて検討したところ、ゲージ圧で0.30.5気圧程度の加圧下での処理によって、臭気の中和低減効果を上げることができた。リサイクルした発泡スチロール品質の向上を目的として、発泡スチロールに付着する臭気を減らすいくつかの手法を取り上げ、その臭気低減効果を評価した。最初の研究ステップでは、魚臭で汚損した発泡スチロールを検出する目的で近赤外分光法を用い、スペクトル分析によって、その検出に有効ないくつかの波長候補を得た。また、第二ステップでは、臭気で汚損した発泡スチロールに濃度の薄い塩酸をスプレーした結果、大部分の臭気の強度を最初の10分の1のレベルまで弱めることができた。最後の研究ステップでは、用いた7種の果実抽出物のうち、'甘夏'からの抽出物が最もマスキング効果があることが明らかとなった。今年度はPDAによる臭気成分の推定を行うにあたって、臭気成分は極めて微量のため、吸着剤を用いて臭気捕集し、溶媒による臭気成分の溶出と分析を試みているが、前処理の方法により出力データのばらつきが大きくなるため、データの再現性を高める方法について検討中である。このため、臭気成分の低減・マスキング手法の確立を優先して実施した。カンキツからの抽出物は悪臭のマスキング効果が高く、マスキング使用後の処理も環境への負荷が小さい点で有望であることがわかった。今回は高知県産のカンキツを中心に行っているが、マスキングの効果はほかのカンキツについても同様の効果が期待できる。食料生産プロセス学先行して実施したカンキツからの抽出物による悪臭のマスキング効果が高いことが明らかになったことから、次年度は人の官能評価を中心として、GCを利用してマスキング効果のある成分に関する情報を明らかにしていきたい。成分同定には複数の機器分析が必要であるが、スペクトルデータベースを活用して、溶媒に溶出した臭気成分のスペクトルから推定する。また、現在測定中の化学中和低減法による臭気低減法ついても検討を行い、その臭気低減効果を評価する。近赤外分光法によるスペクトル分析、および人の官能評価による臭気成分の種類と強度分析についてはデータの集積が比較的容易であった。官能評価では、成分の種類が非常に多いため、60mのGC分離カラムでも完全な成分分離は難しく、かつ、人の官能評価は、被験者(臭い識別者)の鼻の感度と評価標語に左右されることから、臭気の種類を絞れるような試験方法に改善が必要である。また、既存のHPLCの検出器と分析カラムでは、検出感度と同定範囲が足りない可能性があるため、検体の濃度調整、PDA検出器の利用、分析カラムの変更などが必要であることが判り、次年度に向けての検討課題となっている。臭気測定用消耗品などが予定よりも少額で済んだことによる。廃棄発泡スチロールに含まれる臭気成分の推定にHPLCを利用しているが、臭気成分の種類の多さと抽出濃度の低さのため、成分推定に必要なクロマトグラム上の分離度およびピーク高さを確保できていない。このため、低濃度であっても敏感に反応する人の官能評価による手法を、成分推定の補助手段として用いた。次年度は、PDA(多波長検出器)や、高感度MCT検出器を内蔵する中赤外FT/IRによる分析手法についても検討する。