hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ソフトアクチュエータを用いた可変焦点レンズの開発

ソフトアクチュエータの一種であるイオン導電性高分子アクチュエータ(IPMC)が柔軟性とアクチュエータ機能を兼ね備えることに着目し、IPMCを用い小型、柔軟で低電圧(数V以下)動作可能な可変焦点レンズを開発することを目的とした。透明で柔軟な容器に液体を封入し、IPMCの加圧力でその形状を変化させ、焦点距離の変化を得る「液体レンズ」式の可変焦点レンズを試作した。容器をイオン導電性高分子で形成し、その一部にアクチュエータ機能を付与することで小型化を図るため、同高分子膜の一部に駆動電極を形成してIPMC化するため「パターン電極形成技術」を開発した。電極のパターン精度は約10mであった。可変焦点レンズを始め様々な用途への応用が可能な空気中動作可能なIPMCの実現を目指し、イオン液体を溶媒とするIPMCを作製し、空気中での長時間(180分)の安定動作を確認した。イオン液体を溶媒とするIPMCでは屈曲は対イオンの移動に支配され、その動作をモデル化するにはIPMCの等価回路決定がポイントであることが分かった。IPMCの交流インピーダンス測定及びIPMCを流れる電流のステップ電圧応答から、約0.1Hz以上の周波数では、IPMCの等価回路は膜抵抗と電気二重層容量の直列回路と膜容量との並列回路で表されることが分かった。イオン液体を溶媒とするIPMCは空気中動作が可能であるが、その動作が周囲の湿度の影響を受けた。上記等価回路における膜抵抗Rは湿度増加に対し指数関数的に減少し、電気二重層容量Cは湿度と共に増加すること、またステップ電圧印加時の変位及び電流の応答の時定数=RCは湿度と共に減少することが分かった。PDMS(Polydimethylsiloxane)の成型により、上部に薄膜状(設計値50m厚)の瞳(直径6mm)を持つ円筒状の容器(φ20×18mm)を作製し、その内部に液体(水)を封入して外部からIPMCで加圧することで瞳部のPDMS膜を撓ませ焦点距離を変化させる構造の可変焦点レンズを試作した。IPMCの動作により瞳の中心で73mの変位を得た。片面に厚み100mのPDMS膜をスピンコートしたシリコン基板を裏面からエッチングにより円形貫通孔(直径4mm)を形成して瞳部を作製し、これと樹脂(アクリル)製の透明容器とを接着して密閉容器を作製し、内部に液体(水)を封入した。シリコン基板を上部からIPMCで加圧して瞳部のPDMS膜に水圧を印加してレンズ状に変形させるタイプの可変焦点レンズを作製し、IPMCの動作により瞳中心で20mの変位が得られた。提案した可変焦点レンズの製作にあたり最も重要な製作プロセスは、1.レンズ形状のイオン交換膜の作製(イオン交換膜の成型)、2.イオン交換膜へのパターン電極の形成、の2点である。1.イオン交換膜の成型:イオン交換樹脂として柔軟で変形が大きなナフィオン

【○!R】(デュポン社製)を使用し、次の2方法でイオン交換膜の成型実験を行った。(1)ホットプレスにより顆粒状ナフィオンを加熱加圧成型する実験を行い、必要な押圧力・加熱条件を求めた。平面状イオン交換膜の成型は達成したが、曲面状の膜への成型では圧力分布の調整が難しく断念した。(2)凹面状基板に溶液状ナフィオン滴下、乾燥することによるレンズ形状のイオン交換膜の成型を行った。2.イオン交換膜へのパターン電極の形成:イオン交換膜を部分的にマスクして選択的な無電界めっきを施し、金のパターン電極形成を行った。所定形状のプラスチック板をイオン交換膜に密着させマスクとする方法(固体マスク法)、フォトレジストをマスクとする方法(レジストマスク法)、マスク蒸着やフォトレジスト加工で形成した金属薄膜パターンをマスクとする方法(金属薄膜マスク法)の3つを検討した。固体マスク法では、イオン交換膜とマスクの密着性が重要であり、ライン/スペースが2mm/2mmのパターン電極を形成できた。レジストマスク法では、レジスト塗布後のイオン交換膜のそり、現像やめっき時のイオン交換膜の膨潤が問題となり、今後はドライプロセスを試みる。金属薄膜マスク法では、めっき時のイオン交換膜の膨潤による金属薄膜の剥離やめっき液への溶解の防止が課題となったが、ライン/スペースが1mm/1mm以下のパターン電極を形成できた。今後、薄膜材料、成膜条件及びめっき条件の最適化を図り、より微細なパターン電極作製を試みる。低電圧(数V以下)印加で人間の目の水晶体に近い動作が可能な小型(直径12cm以下)で柔軟性を有する可変焦点レンズの開発を目的とする。提案する可変焦点レンズは、液体を満たしたレンズ状の透明な袋の形状をこれと一体的に形成した高分子アクチュエータにより変化させ、焦点距離を変えるものである(液体レンズと呼ぶ)。レンズ材として柔軟で液体封入が不要なシリコーンゲルを検討したが、加圧時にゲル表面が非球面となり収差が大きいため、当初案通り液体レンズの試作を進めた。作製の容易さを考慮し、PDMS(シリコーン樹脂の一種)を鋳型に流し込み円柱状の袋(φ20×18mm)を作製し、内部に液体を封入した。円柱側壁は薄肉(厚さ0.1mm)、上面は中央を薄肉(φ6,厚さ0.1mm)、周辺を厚肉とし、側壁を高分子アクチュエータ(イオン導電性高分子金属接合体:IPMC)で加圧して上面の薄肉部を球面状に変形させレンズとする構成とした。IPMCの動作によりレンズ中央部で0.1mmの変位が確認できた。今後、さらなる小型化、焦点距離変化拡大を目指し、構造最適化を行う。当初案では、レンズ状の袋をイオン導電性高分子膜で形成し、その周辺部に電極を一体的に設けてIPMCとし、IPMCの動作によりレンズを球面状に変形させる構成であった。そこで、イオン導電性高分子膜の一部に無電解めっきで電極を形成する方法を検討した。フォトリソグラフィー技術によってイオン導電性高分子膜を部分的にフォトレジストや感光性フィルムでカバーし、めっき液に浸漬して電極の形成を試みた。その結果、約10μmのパターン精度で金の電極が形成できた。開発したパターン電極形成技術は、蠕動運動など複雑な動作が可能なIPMCの作製にも応用可能である。
B型肝炎ウイルス塩基配列とサブゲノタイプのマイニング解析による病態関連遺伝子同定

B型肝炎ウイルス(HBV)感染者の臨床像を規定するウイルス側の要因を同定するため、当科に入院、あるいは外来に通院している無治療の無症候性HBVキャリア、B型慢性肝炎、B型肝硬変、B型肝細胞癌の患者ならびに内服治療している核酸アナログ製剤に対する耐性出現例、計50名より同意を得た後、血清を採取した。うち6例についてはDNAを単離し、A fragmentとB fragmentに分けてPCRを行い、直接シークエン法にてHBV全シークエンスを解析した。HBVゲノタイプ、サブゲノタイプについても解析した。現在解析した慢性肝炎例からの6株についてはゲノタイプCであった。上記50例の臨床データを収集している。並行して、HBV genotype Cの2倍長のウイルス遺伝子を組み込んだプラスミドを作成し、臨床から同定されるウイルス遺伝子変異による宿主細胞への影響の解析を試みることで、臨床像と特定遺伝子配列の関連について検討する準備を整えた。さらに、HBV遺伝子発現による宿主細胞蛋白への影響を網羅的に解析するためにプロテオミクス解析、PCRアレイ解析を試みるとともに、プロテオミクス解析のための準備を整えた。現在、全塩基配列のデータを集積しつつある。今後サンプルとデータを教室員が引き継いで、まず塩基配列データと臨床データを集積している。病態に関連する塩基配列についてウイルス遺伝子データ、臨床データがそろった時点でデータマイニングの手法により解析していく予定である。
イネーブロモウイルス間相互作用における特異性決定メカニズムの解明

ブロムモザイクウイルス(BMV)の種々の系統とイネの品種の間には全身感染性において様々な特異性がみられる。本研究ではこの特異性に関与するイネ因子とウイルス因子の同定を目指した。日本型品種が示すBMV抵抗性は染色体の60万塩基の領域に存在する優性遺伝子座によって支配されていた。BMV系統間でのイネへの感染の成否は2a複製酵素タンパク質C末端領域のミスセンス変異が細胞間移行レベルで決定していた。(A)植物因子(B)ウイルス因子(C)サイレンシング系の3プロジェクトを推進した。A-1)抗BMV抗体を用いた免疫学的検出法であるドットブロット法とELISA法によってBMV感染イネを正確、迅速、大量に検出できる系を構築できた。A-2)農業生物資源研究所のリソースセンターを始めとする数カ所の研究所において整備されている種々のイネ交雑系統を遺伝解析に用いるため、まずそれらの交配親におけるBMVの感染性を調査した。その結果、インド型品種のハバタキ、IR24や密陽23号で効率良く全身感染し、日本型品種のコシヒカリ、ササニシキ、アソミノリ、アキヒカリでは全く感染が見られなかった。この結果、既存の染色体断片置換系統群やリコンビナント自殖系統群が利用できることが分かった。B-1)BMV-F系統がイネに感染したことから、他の入手可能なBMV系統についてもイネにおける感染性を調査した結果、複数の系統で感染性や病徴に差はあるものの全身感染が見られた。B-2)BMV-F系統に感受性のIR64のプロトプラストを用いた感染系を確立できた。イネ品種IR64に感染するBMV-Fと感染しないBMV-KU2はともに一細胞において少なくとも複製することが確認された。これら2系統間でキメラウイルスを作成し調査した結果、RNA2の違いがイネにおける全身感染に重要であることが明らかとなった。B-3)病徴を誘導するBMV-F系統と誘導しないBMV-PV180系統を定量実験に供した結果、病徴発現と増殖量に相関があることが明らかとなった。C-1)さらに種々のBMV系統を複数のインド型品種に接種し、増殖量と病徴の関係を詳しく調べた結果、増殖量と病徴発現には相関があることが判明した。全身感染するものの弱い病徴しかし示さないBMV系統を選抜し、サイレンシングベクター化の準備を始めた。前年度に引き続き、(A)植物因子、(B)ウイルス因子、(C)サイレンシング系の3プロジェクトを推進した。A-4)染色体断片置換系統群(CSSLs)を利用できる親品種が、明確な抵抗性、感受性を示したコシヒカリ/ハバタキのCSSLsの各ラインにBMV-F系統の感染試験を行った結果、単一染色体の特定の領域に感染性の決定因子が座乗することが明らかとなった。この染色体断片を持つラインをコシヒカリと戻し交雑後、自殖したF2種子が既に入手できていたため、それらを圃場で展開しgenotypingを行い、さらに各F2種子からF3種子を収穫した。F3集団を分子マーカーでスクリーニングし、当該領域の内部で組換えが起こっていると予想される系統を選抜し、BMV-Fの感染性を調査した結果、約600kbpにまで領域を絞り込めた。B-4)イネ品種IR64への感染性に重要であることが分かったRNA2を、感染するBMV-Fと感染しないBMV-KU2の間で組み換え、種々の遺伝子断片置換体や点突然変異体を作製し、感染性を比較した結果、RNA2がコードする2aタンパク質のC末端の4個のミスセンス変異によって感染性の差異が生じることが明らかとなった。プロトプラスト実験やGFP標識したウイルス変異体の感染実験により、この感染性の差異は細胞間移行のレベルで起こっていることが明らかとなった。B-5)イネ品種IR64に激しい壊死病徴を誘導するBMV-KU3と同程度に増殖するものの殆ど病徴を発現しないBMV-M2の間で種々の組み換えウイルスを作成し調査した結果、RNA2とRNA3に病徴発現に関与する因子が存在していることが判明した。C-2)野生型で病徴を殆ど発現せず、植物遺伝子を挿入した場合に効率良くVIGSを誘導するBMVベクターを作出するため、イネに効率良く感染できる系統として新たにKU4系統の遺伝子操作系を作出した。A-5)前年度に用意したインド型品種ハバタキとジャポニカ型品種コシヒカリの間で作成された染色体断片置換系統群(CSSLs)の戻し交雑F2集団を用いてマッピングし、候補遺伝子領域を狭めた。しかし、当該領域内での組換え個体が予想外に少なく、次のステップに進めるだけの領域の狭小化はできなかった。農水省から、インディカのIR64背景でコシヒカリの断片をもつCSSLsとコシヒカリ背景にIR64の断片をもつCSSLsを入手し、感染性を調査した結果、当該染色体領域はジャポニカイネのBMV抵抗性の必要かつ十分な領域であることが判明した。

プロトプラスト実験から一細胞レベルでもBMV抵抗性が発現していることが示唆された。B-6)前年度までの研究で、イネに全身感染するBMV-F系統と感染しないBMV-KU2系統の違いに重要なのは、BMVの複製酵素タンパク質2aのC末端領域における数個のアミノ酸残基の違いであった。本領域をC端から25アミノ酸ずつ欠失した変異体RNA2を6種類作製し、種々の植物のプロトプラストでウイルス蓄積と植物葉での細胞間移行を調査した。その結果、この領域にはウイルスの複製よりも、ウイルスゲノムの分解を抑制する機能が含まれていることが示唆された。一方、アフィニティー精製のための予備実験として、この領域にエピトープタグを付加したウイルスを作成し感染性試験を行ったが野生型よりも感染性が激減したためタグの付加のための戦略を改良中である。C-3) Agrobacteriumを用いたイネにおけるサイレンシング誘導系の構築を試みたが、技術的に困難であった。病徴が軽減するBMV系統はいずれもサイレンシング誘導能を失うか大幅に低下し、実用には向かなかった。本プロジェクトで発見したKU4系統の壊死病徴発現にはCPのN末端領域の欠失が関与していることが明らかとなった。植物因子に関しては研究分担者の育種学研究室に既存のF2種子ストックが利用できたため、むしろ当初の計画以上に進展させることが出来た。ウイルス因子については特に問題点はなく、当初の予定通りに進められている。GFP遺伝子でタグしたウイルスを用いてイネの葉身におけるウイルスの可視化に成功する等計画以上に進展した点もある。サイレンシングベクターについては計画よりも若干遅れており、挿入箇所や挿入遺伝子の大きさ等に関する検討は進んでいない。研究プロジェクト全般では、概ね順調に進展していると言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。植物因子に関しては、候補となる組み換えF2ラインが未だ複数ライン残っているため、ポジショナルクローニングによってさらに標的遺伝子の領域を狭められる可能性が大いにある。引き続き狭めていくと共に、抵抗性の性質の調査、当該領域のゲノム配列の解析あるいは発現解析等を行って候補遺伝子を絞り込んで行く。候補遺伝子による形質転換イネの作出およびBMVの感染試験によって遺伝子のクローニングを完了させるのが目標であるが、困難な場合でも形質転換個体の作出までは完了する。ウイルス因子については複製酵素タンパク質2aの中でウイルスの移行に関わる領域を同定し、そこに相互作用する植物因子の単離に向けた実験系の構築を試みる。サイレンシングベクターについては、無病徴型のBMVベクターの構築を目指すと共に、より使い易い系としてイネへのアグロ接種の系の導入を検討していきたい。
東アジア地域における海外子女教育の新展開に関する研究

3年間の研究で得られた知見は次の通りである。台湾の3つの日本人学校の調査から、今後の日本人学校の教育課題が浮かび上がってきた。「言語教育をどのように進めるか」、「日本人学校で今後どのような資質・能力を育成していく必要があるか」、「子どもの進路の多様化に伴いキャリア教育をどのように進めていくか」、「多文化共生の視点にたった国際理解教育をどのように進めるか」といった課題である。このことは、簡潔に表現するならば「多元性」であり、こうした多元性を日本人学校の中にどのように組み込んでいくかが課題として浮かんできた。また、3年問の研究成果から、日本の海外子女教育全体の課題も明らかになった。これまでの「日本人の育成」という視点から一歩踏み込み、トランスナショナル化における「アジア人の育成」といった転換が必要になっているという点である。近年、経済を中心にして「アジア圏」構想が提案されているし、「アジア文化圏」といった議論もなされている。教育の世界でも、高等教育を中心にして東アジアを視野に入れた「大学コンソシアム」なども提案され、現実味をおびている。しかし、こうした構想の実現には、長期的な視野とそれを担う人材の育成が不可欠である。そうした拠点として、日本人学校を位置づけていくことが新しい海外子女教育の方向性になることを明らかにした。平成16年度の目的は以下の3点である。第1は韓国、台湾の日本人学校の調査により、国際結婚による子どもの実態を把握し、日本人学校の抱える課題を明らかにすること。第2は日本国内の行政、企業、関係機関(日本在外企業協会、海外子女教育振興財団等)、ボランティア団体等の担当者への聴き取り調査により、今後の海外子女教育の動向を探ること。第3は韓国、台湾の海外子女教育政策を把握すること。以上の点を把握するために、韓国のソウル日本人学校、台湾の台北・台中・高雄の3つの日本人学校の調査の実施、日本国内の行政担当者・企業の人事担当者・関係機関の担当者10名へのインタビュー調査の実施、そして、韓国教育人的資源部国際教育院、台湾教育部僑民教育委員会を訪問し資料収集と担当者へのインタビューを実施した。その結果、以下の点が明らかになった。1.韓国、台湾の日本人学校では、国際結婚による子どもが急増しており、日本への帰国を前提した「日本人の育成」という枠では対応できなくなっている。特に、台湾の台中日本人学校では、約3分の2が二重国籍保持者、ないし外国籍保持者であり、日本人学校卒業後、現地の高等学校・専門学校に進学する例が多くなっている。2.韓国、台湾の日本人学校では日本語の能力が十分でない子どもが多く就学しているため、教科としての日本語、日本語補習授業などを実施せざるをえなくなっている。3.日本国内の担当者の聴き取り調査からは、日本経済がここ10年はアジアを軸に展開すること、帯同する子どもの数も増加すること、また、現地法人化だけでなく、韓国、台湾の現地企業に職を求める日本人が増加し、滞在が長期化する傾向があることが明らかになった。4.韓国、台湾の海外子女教育は、ここ10年急速に拡充し独自のシステムをつくりあげている。日本人学校への自国民の子どもの就学を原則的には禁止しているが、台湾では日本人学校への就学希望者が増加している。平成17年度の研究目的は以下の3点である。第1は、韓国、台湾の日本人学校から帰国した教員と1昨年度に収集した資料をもとに、国際結婚の子ども、ないし二重国籍を保持する子どもたちの教育要求とアイデンティティの特徴を把握すること。第2はアメリカにおける日本、韓国、台湾の海外子女教育の実態を把握すること。第1は、韓国、台湾の日本人学校のうち、国際結婚の子どもたちが最も多い台中日本人学校に焦点をあて調査した。その結果、中学生段階では約70%が台湾の高等学校への進学を希望していること、そして、そのアイデンティティは「台湾か日本か」といった二分法では把握できない状況があることが明らかになった。第2は、アメリカカリフォルニア州ロサンゼルス地域での実態調査を実施した。

その結果、ロサンゼルスには「韓国国際教育開発院」のもとで運営されている補習授業校が54校あること、生徒の多くは永住希望者だが「韓国系アメリカ人」として自らのアイデンティティを保持しようしていることなどが明らかになった。台湾系の中華学校は「南カリフォルニア中国語協会」に登録されているものだけで100校を超えている。中華学校は、移民の子どもの教育のための学校であり、韓国系の学校とは性格を異にしている。「韓国」「台湾」というエスニシティを保持するために、海外子女教育が機能している反面、「白人」と対峙するために、「アジア系アメリカ人」というアイデンティティの位置取りをしている生徒もおり、そのアイデンティティは複層的であることなどが明らかになった。以上の動きは、国家という枠組みに縛られながらも、その枠にとどまらないアイデンティティの取り方をする子どもたちがでてきていることを意味する。グローバル化という状況のなかで海外子女教育は国家だけでなく、「東アジア圏」をも視野に入れた教育のあり方を構想する必要があることが明らかになった。平成18年度の研究目的は以下の3点である。第1は、平成16年度17年度の調査結果をもとに、東アジア地域の日本人学校の特徴と課題を明らかにすることである。第2は、アメリカにおける台湾系中華学校の現状を把握することである。第3は、これまでの調査研究を総括して、東アジア圏における人材育成について、海外子女教育の観点からその可能性を探り、その上で日本の海外子女教育の今後の課題を検討することである。その結果、東アジア地域の日本人学校、特に、台湾の台北、台中、高雄の各日本人学校では、国際結婚家庭の子どもが急増しており、日本人学校卒業後、現地の上級学校に進学を希望する生徒が多い点、そして、そのアイデンティティは「台湾か日本か」といった二分法では把握できない状況にあるといった点が明らかになった。この結果から、日本人学校は、一時滞在者だけでなく、国際結婚家庭の子どもなどの定住者をも視野に入れた「多文化型」の教育を構想すべきであり、そのモデルとして日本にある中華学校や韓国学校を想定しその可能性を検討した。また、アメリカの中国語学校の分析では、多元性を組み込みつつ、定住型の子どものアイデンティティの保持のみならず、アメリカ社会で生き抜くために中国語を学ぶという新しい機能が生じつつある。日本人学校もまた定住型の子どもにとり、日本語学習という機能が付加していることが明らかになった。3年間の研究の成果をもとに、報告書を作成し刊行した。
反発性軸索ガイダンスの仕組み:成長円錐での非対称性駆動力発生機構の解明

脳神経系の神経回路網が作られるためには、神経細胞の突起(軸索)が正しい方向に伸びる必要がある。軸索の通り道に存在する様々な分子情報は、軸索の伸長方向を転換する(誘引あるいは反発)。本研究により、軸索先端部(成長円錐)での非対称的な形質膜の取り込みが軸索の反発を駆動する必要十分条件であることが示され、形質膜の取り込みを制御する分子機構も明らかになった。以上、神経回路網の構築に重要なメカニズムの一端が解明された。発生段階の軸索突起の先端部(成長円錐)は、細胞外環境に存在するガイダンス因子を認識して伸長方向を転換する。多くのガイダンス因子は細胞質Ca^<2+>シグナルを介して成長円錐の旋回運動を誘起するが、小胞体(細胞内Ca^<2+>ストア)からのCa^<2+>放出を伴わないCa^<2+>シグナルは成長円錐を反対側に旋回させることが知られている(反発性ガイダンス)。本年度は、反発性軸索ガイダンス過程におけるCa^<2+>シグナル下流の駆動機構を探索し、成長円錐の形質膜の非対称性エンドサイトーシスが本機構に関与することを明らかにした。具体的には、(1)クラスリン依存性エンドサイトーシスを阻害する各種薬剤で処理した成長円錐は、誘引性Ca^<2+>シグナルに応じて旋回することはできるが、反発性Ca^<2+>シグナルには反応しなかった。(2)成長円錐での恒常的な形質膜エンドサイトーシスを人為的に非対称化すると、神経突起の伸長方向の転換が引き起こされた。以上の結果は、反発性軸索ガイダンスにおける成長円錐での形質膜エンドサイトーシスの関与を強く示唆した。そこで、成長円錐での形質膜エンドサイトーシスを可視化するため、緑色蛍光蛋白質(GFP)を付加したクラスリンを神経細胞に発現させ、成長円錐でのクラスリン被覆小胞の動態を可視化した。さらに、GFP付加ダイナミンの局在の可視化にも成功した。現在は、クラスリンとダイナミンの両分子の局在・動態を観察することでエンドサイトーシスから細胞内小胞輸送の過程を可視化し、誘引性および反発性Ca^<2+>シグナルにより及ぼされる影響を評価していく。以上の研究により、反発性ガイダンスの駆動機構としての細胞膜動態の重要性を明らかにしていく。本研究代表者の過去の研究成果は、成長円錐での非対称性エンドサイトーシスが反発性ガイダンスを駆動することを示唆したため、平成20年度には、旋回過程の成長円錐でのエンドサイトーシスの可視化解析を試みた。異なる蛍光波長特性をもつ蛍光蛋白質を付加したクラスリンおよびダイナミンの挙動をエバネッセント顕微鏡で観察することにより、成長円錐でのクラスリン依存性エンドサイトーシスをリアルタイムで可視化することに成功した。本法を用いて旋回中の成長円錐でのエンドサイトーシスの非対称性を定量したところ、成長円錐片側の反発性Ca^<2+>シグナルはエンドサイトーシスを非対称化するが、誘引性Ca^<2+>シグナルはエンドサイトーシスには影響をおよぼさないことが判明した。この実験結果は本研究代表者の仮説を支持するものであり、クラスリン依存性エンドサイトーシスによる成長円錐形質膜の非対称性除去が反発性ガイダンスを駆動することが明らかになった(未発表)。さらに、一酸化窒素とサイクリックグアノシン-リン酸(cGMP)が反発性軸索ガイダンスを担う細胞内情報伝達系として重要な役割を担うことを発見し、国際的な学術誌に論文を投稿した。
がんの遺伝子診断

1.胃癌組織40例において、CDC25Aは45%、CDC25Bは70%(28症例)において発現増強が認められ、CDC25Cは全てで低発現だった。CDC25Bは低分化腺癌症例、ステージの進んだ症例に発現増強が認められた。又、分子病理診断の一つとしてCAr ep eatを2ローカス、polyAを2ローカス検討し、約5%の症例でreplication errorを同定した。分子病理診断は9000例にいたった。2.208症例の非小細胞癌症例でcyclinD1およびRb遺伝子の検討を行ったところ、cyclinD1遺伝子発現の消失がみられた腺癌症例は、有意に短い術後生存期間を示した。多変量解析でもcyclinD1はp53、病期と共に独立した有意な予後因子だった。4.急性骨髄性白血病における第三染色体の異常をEVI1遺伝子を中心として解析した。t(3;7)転座を有する症例、t(1;3)転座を有する症例の切断点および遺伝子を同定した。又40症例の白血病においてガングリオシドGM3からのGD3の合成酵素、α2,8シアル酸糖転移酵素の発現を検討したところ、T-ALLで中等度の、ATLで高い遺伝子発現が認められた。5.p53の下流標的遺伝子の検索を進め、8種類の正常型p53により発現制御される遺伝子を同定した。そのひとつはGPl anchor ed mol eculeに属する新しい遺伝子であり、その発現は食道癌細胞株の抗癌剤感受性と強い相関性を示した。6.AFPやγ-GTPの糖鎖に癌性変化を起こすα1,6 fucosyltr ansfer aseの精製を行いそのcDNAを単離した。1.DNAのレプリケーションエラーが多重癌患者の89%(34/38)に、単発癌患者の11%(19/174)に認められ、DNAミスマッチ修復異常の多重癌発症リスク判定に応用できる可能性が示された。2.胃1300病変、大腸2600病変等で、癌遺伝子、癌抑制遺伝子を用いた分子病理学的診断を試み、胃腺腫の11%は癌化の可能性が高く、境界領域病変の37%が癌と判定された。大腸では異型腺腫の10%が癌化の可能性の高いもの、4%が癌と診断された。白血病では、急性白血病約200症例の5%にEVI-1遺伝子の転写活性化を認め、3q21と3q26間での異常が多く、転座によるEVI-1の転写活性化が示唆された。また各種白血病中、慢性骨髄性白血病急性転化(13/16)においてN-アセチルグルコサミン転移酵素IIIの活性が高まっていた。3.肺癌の高頻度にみられる第三染色体短腕上の標的癌抑制遺伝子を同定すべく、3q21.3領域を覆う酵母人工染色体クローンを用いて解析を進めた。数種の候補遺伝子のcDNAクローンを得た。神経芽腫の発生・増殖に関与する抑制遺伝子が1p36(NB1)と1p34(NB2)に存在することが示唆され、1p31-1p34のコスミドクローンを用いてマッピングを開始した。4.転移抑制遺伝子と考えられるnm23のタンデムに位置する2つのアイソタイプの染色体遺伝子を単離し、転写調節領域の解析をおこなった。更にnm23-H1ゲノムのintron4を特異的プローブとして用い、大腸癌症例29例中3例にLOHを見出した。1.食堂、胃、大腸で分子病理組織学的検討を行った。胃腺腫の10%が癌化の可能性の高い病変、境界領域病変の27%が癌と判定された。大腸では異型腺腫の10%が癌化の可能性の高いもの、3%が癌と診断された。悪性度診断では、食堂癌、胃癌、大腸癌でそれぞれ26%、11%、10%が生物学的悪性度の高いものと判定された。cyclinE遺伝子の増幅は、胃癌および大腸癌での悪性度の、又replication errorが、前癌性病変のマーカーとなる可能性が示唆された。2.potentiallycurative resectionの行われた非小細胞性肺癌切除例を用いた検討で、p53遺伝子は腺癌症例においては遺伝子異常のある症例は有意に短い術後生存期間を示すことを明らかとした。3.神経芽腫でNM23H1コピー数増加は、N-mycと1p欠失から独立した予後因子であった。4.慢性骨髄性白血病の急性転化例(CML-BC)のなかにEVI-1遺伝子産物がtruncateしている症例が見いだされ、又EVI-1はMDSの一部、MDS後発症のAML、AML(M7)、巨核芽球性転化を示すCML-BCの例で高率に発現がみられた。5.p53の下流標的遺伝子を同定するため、ヒトゲノムDNA断片を組み込んだライブラリーを作製し、正常型p53によってのみ発現が誘導される複数の標的遺伝子を同定した。6.ヒトnm23ゲノム遺伝子を単離し、2つのアイソタイプが独立した転写調整を受けている可能性が示唆され、特に、乳癌と神経芽腫ではH2に対するH1の活性がお互いに異なっていることが明らかとなった。マウスメラノーマ細胞にGnT-III遺伝子を導入し、その癌性糖鎖構造を改変したところ、転移能が抑制され、E-カドヘリンの細胞表面局在の変化やコラゲナーゼ活性の抑制などの変化が原因となっていることがわかった。

1.胃癌組織40例において、CDC25Aは45%、CDC25Bは70%(28症例)において発現増強が認められ、CDC25Cは全てで低発現だった。CDC25Bは低分化腺癌症例、ステージの進んだ症例に発現増強が認められた。又、分子病理診断の一つとしてCAr ep eatを2ローカス、polyAを2ローカス検討し、約5%の症例でreplication errorを同定した。分子病理診断は9000例にいたった。2.208症例の非小細胞癌症例でcyclinD1およびRb遺伝子の検討を行ったところ、cyclinD1遺伝子発現の消失がみられた腺癌症例は、有意に短い術後生存期間を示した。多変量解析でもcyclinD1はp53、病期と共に独立した有意な予後因子だった。4.急性骨髄性白血病における第三染色体の異常をEVI1遺伝子を中心として解析した。t(3;7)転座を有する症例、t(1;3)転座を有する症例の切断点および遺伝子を同定した。又40症例の白血病においてガングリオシドGM3からのGD3の合成酵素、α2,8シアル酸糖転移酵素の発現を検討したところ、T-ALLで中等度の、ATLで高い遺伝子発現が認められた。5.p53の下流標的遺伝子の検索を進め、8種類の正常型p53により発現制御される遺伝子を同定した。そのひとつはGPl anchor ed mol eculeに属する新しい遺伝子であり、その発現は食道癌細胞株の抗癌剤感受性と強い相関性を示した。6.AFPやγ-GTPの糖鎖に癌性変化を起こすα1,6 fucosyltr ansfer aseの精製を行いそのcDNAを単離した。
ATM網におけるQoSを考慮した動的帯域割当制御方式

本研究では、新しい帯域管理方式として、アプリケーションあるいはユーザが要求するサービス品質を考慮しながら、呼の接続中にもユーザと網との間で帯域の再交渉をすることによって、効率のよい帯域割当を行う動的帯域管理方式を提案した。この方式では、獲得帯域に対するコストを用い、無駄な帯域確保を抑えることも考慮している。ユーザのサービス品質は効用関数によって定義し、ネットワークは効用関数を最大化するように帯域割当を行う。本研究では、提案した帯域管理方式をシミュレーションによって評価した。その結果、コストに料金制度が適用できる公衆網においては、提案した動的帯域管理方式がトラヒックの変動に対して柔軟な帯域割当が可能であり、有効に機能することを示した。また、有効な帯域管理を行うためには再交渉の期間と頻度にトレードオフがあり、その関係を明らかにした。特性の大きく異なるトラヒックとして、音声と動画像を同一リンクに多重化した際、必要帯域の大きな動画像は音声に比べ性能が劣化するため、そのようなトラヒックを収容するVPには予約帯域を設けることにより性能劣化を緩和することができることがわかった。また、コストに料金制度が陽に適用できない構内網においては、設定呼損率を満たすように帯域割当を行うことが可能であることを示した。本研究では、1本の固定容量の物理リンクあるいは固定容量のパスを評価対象としたが、今後はより一般的な複数リンクを持つネットワークモデルへ適用する必要がある。また、トラヒックの慢性的な増大などによりユーザのQoSが満足できない場合は、リンク容量を増やすなど、ネットワークの再構築を行わなければならない。そのようなネットワークプロビジョニングについても考慮していく必要がある。
高感度プロテオミクスを指向したナノ構造基板による高機能バイオチップの創製

96穴マイクロプレート上に、金属膜として銀薄膜を、光干渉膜としてプラズマ重合膜を順次積層させたナノ構造マイクロプレートを構築した。この上で、疾病の指標成分となるC-reactive proteinやInterleukin-2を標的分子とした蛍光抗体サンドイッチイムノアッセイを行ったところ、未修飾のマイクロプレートと比べて蛍光強度が増強され、高感度検出に成功した。初年度は、金属膜とプラズマ重合膜からなるナノ構造体上に一次抗体を固定化し、抗原と相互作用させたのち、蛍光標識された二次抗体を相互作用させる抗体サンドイッチアッセイを試みた。すなわち、薄膜内の光干渉現象を利用して蛍光シグナルを増幅することで、試料タンパク質の高感度検出を図った。今回はターゲット分子として一般的な炎症マーカーであるC-reactive protein(CRP)を用いた。96穴マイクロプレート上に、まずスパッタリング装置にて金属膜(Ag)を約200 nm製膜し、さらにその上にヘキサメチルジシロキサンをモノマーとしたプラズマ重合膜を約53 nm製膜した。その後、各ウェル上に一次抗体(rabbit由来抗human CRP抗体)を物理吸着により固定化し、CRPと相互作用させたのち、二次抗体(mouse由来抗human CRP抗体)、引き続き蛍光標識三次抗体(Cy3標識抗mouse IgG抗体)を相互作用させることで、高感度な抗体サンドイッチアッセイを試みた。測定の結果、500 ng/mLのCRPを用いたとき、未修飾のマイクロプレートと比べてナノ構造マイクロプレートからの蛍光シグナルが約10倍に増幅されていた。また100 ng/mL以下になると、未修飾マイクロプレートではシグナルが全く検出されなくなったのに対して、ナノ構造マイクロプレートでは20 ng/mLでも蛍光シグナルが認められた。以上のことから、ナノ構造をもったマイクロプレートによって標的タンパク質をより高感度に検出できることが示された。平成25年度においては、金属膜とプラズマ重合膜からなるナノ構造マイクロプレート上で抗体サンドイッチアッセイを試み、標的分子に対する蛍光シグナルを約10倍に増強できたことを示した。しかし特異性の評価は十分ではなかったため、平成26年度はこの点を含め、さらに別な標的分子について検討した。また分子認識素子を抗体からDNAアプタマーに代えて、同様の蛍光増強現象が見られるか評価した。96穴マイクロプレート上に、これまでと同様な条件でAg膜と、ヘキサメチルジシロキサンをモノマーとしたプラズマ重合膜を各々最適な膜厚条件で順次製膜した。各ウェル上に一次抗体(マウス由来抗ヒトトランスフェリン抗体)を物理吸着により固定化し、トランスフェリンと相互作用させたのち、二次抗体(ヤギ由来抗ヒトトランスフェリン抗体)、引き続き蛍光標識三次抗体(Cy3標識抗ヤギIgG抗体)を相互作用させることで、高感度な抗体サンドイッチアッセイを試みた。その結果、未修飾のマイクロプレートよりもナノ積層マイクロプレートから高い蛍光シグナルを得ることができた。一方、ネガティブコントロールとして用いたウシ血清アルブミンからの蛍光シグナルも無視できないほど高かった。この理由として二次抗体または三次抗体が非特異的にブロッキング剤に結合していることが考えられたことから、今後ブロッキング剤や二次抗体、三次抗体の変更、さらに標的分子そのものの変更を検討する必要がある。一方、ナノ構造を持ったガラス基板上にトロンビンを物理吸着させ、これにCy5標識した抗トロンビンDNAアプタマーを相互作用させることで高感度検出を試みたが、シグナルは得られなかった。これは物理吸着させたトロンビンが洗浄操作によって除去されてしまったためと考えられ、今後固定化条件を検討する必要がある。最終年度では、T細胞から分泌されるサイトカインの一種であるインターロイキン2(IL-2)をターゲットとし、これを金属膜とプラズマ重合膜からなるナノ構造マイクロプレート上で高感度に検出する抗体サンドイッチアッセイに取り組んだ。また分子認識素子として、すでに本研究代表者が取得しているDNAアプタマーを用いた高感度検出についても検討した。96穴マイクロプレート上に、金属膜としてAg膜を、さらにその上に光干渉膜としてヘキサメチルジシロキサンをモノマーとしたプラズマ重合膜を各々最適な膜厚条件で順次製膜した。各ウェル上に一次抗体として抗human IL-2抗体を物理吸着により固定化し、IL-2と相互作用させたのち、二次抗体としてbiotin標識抗human IL-2抗体、引き続きCy3標識streptavidinを相互作用させることで、高感度な抗体サンドイッチアッセイを試みた。その結果、未修飾マイクロプレートにおいてはIL-2濃度が10 ng/ml以下で蛍光シグナルが検出不能であったのに対し、ナノ構造マイクロプレートにおいては1.25 ng/mlの濃度でも検出が可能であった。このことから、IL-2の高感度検出において、ナノ構造マイクロプレートを用いたサンドイッチアッセイが極めて有効であることが示された。一方、ナノ構造を持ったガラス基板上にヘルパーT細胞の表面抗原であるCD4タンパク質を物理吸着させ、これにCy3標識した抗CD4 DNAアプタマーを相互作用させることで高感度検出を試みたが、シグナルは得られなかった。これは物理吸着させたCD4が洗浄操作によって除去されてしまったためと考えられる。今後の展望としては、プラズマ重合膜とアプタマーとの共有結合による強固な固定化により、高感度アプタセンサーの構築が期待される。

ナノ構造を持った96穴マイクロプレートを用い、トランスフェリンを標的分子として抗体サンドイッチアッセイを行った結果、ナノ積層マイクロプレートから高い蛍光シグナルを得ることができた。一方、ネガティブコントロールからのシグナルも無視できないほど高かったが、これはサンドイッチアッセイに使用する抗体の種類が多く、ブロッキング剤との非特異的相互作用が起こったためと考えられる。これより、抗体サンドイッチアッセイにおけるナノ構造マイクロプレートの優位性は示せたものの、特異性を明確にするまでには至らなかった。またDNAアプタマーを用いて高感度蛍光検出を試みたが、シグナルは得られなかった。これは標的分子の固定化ができていなかったためと考えられる。これよりDNAアプタマーを用いた蛍光増強現象の確認には至らなかった。分析化学、分子生物学抗体を用いたサンドイッチアッセイは使用する抗体が3種類と多く、ブロッキング剤との非特異的相互作用が避けられない場合もあることから、それらの組み合わせやアッセイ条件を再検討するよりも、別な標的タンパク質と抗体のセットを新たに検討する。またDNAアプタマーを用いたアッセイについては、標的タンパク質やアプタマーを確実に固相化する方法を検討する。バイオアッセイにおいて一般的に行われている、96穴マイクロプレートを用いた抗体サンドイッチアッセイを、ナノ積層構造をもったマイクロプレートでより高感度に行えることを実証できた。すなわち、未修飾マイクロプレートに比べてナノ積層マイクロプレートはターゲットによる蛍光シグナルを約10倍に増幅でき、かつより低濃度まで検出することが可能であった。様々な標的分子や抗体を用いたサンドイッチアッセイの検討が足りず、候補となるタンパク質を十分に購入していなかった。平成25年度の研究において高感度な検出は達成できたが、特異性の評価は十分ではなかったので、次年度はこの点を含めさらに別なターゲット分子についても検討していきたい。また抗体を分子認識素子として用いたイムノアッセイを高感度化できることは示せたので、次年度は固定化生体素子を抗体からDNAアプタマーに換え、同様の効果が得られるかを検証する。次年度使用額と平成27年度請求額を合わせた約137万円のうち、約50万円を上記に示した新たなサンドイッチアッセイ系の確立のための標的分子や抗体の購入にあてる。また約50万円をDNAアプタマーを用いたアッセイを行うための各種蛍光標識DNA鎖などの購入に、さらに約37万円を成果発表のための日本分子生物学会(神戸)やPacifichem2015(Hawaii)などの学会参加費にあてる。当初予定の高感度イムノアッセイの目標を、想定より低い予算で達成することができたが、特異性の評価や適用するターゲット分子の汎用性の検討は行っていなかった。
肺高血圧症に対する分子状水素による新規抗酸化療法の開発

難治性疾患である肺高血圧発症に対する分子状水素の抑制効果を評価するために、ラットモノクロタリン肺高血圧モデルを作成した。飽和水素水投与により、右室圧の低下、肺血管の筋性化の軽快を認めた。肺高血圧に対し脱水素水投与した群で増加していた肺血管周囲マクロファージ、線維芽細胞、酸化ストレスマーカー陽性細胞、細胞増殖マーカー陽性細胞は飽和水素水により減少した。これらの結果より分子状水素は肺高血圧症の改善に炎症の抑制、酸化ストレスの抑制、細胞増殖抑制を介して寄与する可能性が示された。分子状水素の肺高血圧発症予防に対する効果を評価するために、ラットに対してモノクロタリンの皮下注射を行うことにより肺高血圧モデルを作成した。飽和水素水をモノクロタリンの皮下注射を行った日から3週間摂取させたのちに血行動態評価を行ったうえ屠殺し、肺組織を得た。モノクロタリン投与+飽和水素水投与群(H群)、モノクロタリン投与+脱水素水投与群(M群)、モノクロタリン非投与+脱水素水投与群(C群)の3群間で比較検討した。得られた肺組織に対して、ヘマトキシリンエオジン染色、エラスチカワンギーソン染色にて肺血管の形態、中膜平滑筋の筋性化の程度を評価した。また、肺血管周囲の炎症性細胞の浸潤を抗CD68抗体による免疫染色を行った上、外膜中のCD68陽性細胞数として定量的に評価した。また、中膜平滑筋については抗α-アクチン抗体による共焦点レーザー顕微鏡による免疫染色でも評価を行った。モノクロタリン投与後21日の血行動態評価で、M群では著明な肺高血圧を認めたが、分子状水素の投与を行ったH群では肺動脈圧の上昇は抑制されていた。また、右室肥大の程度もM群に比べH群では軽快していた。肺動脈中膜平滑筋はM群に比べH群では筋性化の程度が軽快していた。また、血管外膜に対するマクロファージの浸潤がM群に比べH群では減少していた。肺高血圧症の病態には炎症も関与することは知られているが、これらの結果より分子状水素は肺高血圧症の改善に炎症の抑制を介して寄与する可能性が示された。難治性疾患である肺高血圧発症に対する分子状水素の抑制効果を評価するために、ラットに対してモノクロタリンの皮下注射を行うことにより肺高血圧モデルを作成した。飽和水素水をモノクロタリンの皮下注射を行った日から3週間摂取させたのちに血行動態評価を行ったうえ屠殺し、肺組綴を得た。得られた肺組織に対して、ヘマトキシリンエオジン染色、エラスチカワンギーソン染色にて肺血管の形態、中膜平滑筋の筋性化の程度を評価し、これまでの検体と同様の傾向があることを確認した上で、肺血管外膜の線維芽細胞の浸潤について抗vimentin抗体による免疫染色により評価した。また、肺高血圧症病変の形成過程における細胞増殖の程度については、細胞増殖マーカーである抗Ki-67抗体を、酸化ストレスマーカーである抗80H-dG抗体による免疫染色で組織の酸化ストレスについても評価を行った。血管外膜においてvimentin陽性の線維芽細胞がM群に比べH群では減少する傾向にあった。また、肺血管の構成細胞においてM群ではKi-67陽性の細胞がC群に比して増加し、H群ではM群より少ない傾向があった。また、抗80H-dG抗体陽性細胞についてもKi-67陽性の細胞と同様の傾向を認めた。肺高血圧症の病態にはマクロファージ、線維芽細胞の関与する炎症が寄与することは知られているが、これらの結果より分子状水素は肺高血圧症の改善に炎症の抑制、酸化ストレスの抑制、細胞増殖抑制を介して寄与する可能性が示された。
「数値航空機」の展開と応用－次世代流体・運動力学統合シミュレーションの研究

従来の数値風洞に代わる次世代シミュレーション(コンピュータの中で航空機周りの流体力学と飛行力学の連成シミュレーションを行う)技術として提案した「数値航空機」の概念をさらに発展・展開し、プロペラ推進小型航空機を対象に「数値実機試験」の実現に向けた実証研究を実施し、その有効性を示した。また、応用技術として、MotoGPマシンに適用した「数値MotoGP」、物理現象として興味ある「数値ブーメラン」「数値サッカーボール」の飛翔に応用し、実験と比較・検証することによりにその物理を明らかにした。本研究課題は、現行プロトタイプの「数値航空機」に対する基盤理論・技術をさらに発展、応用・展開するもので最終目標の「数値実機試験」システム構築のための研究であり、研究方法の改良発展を行iいつつ、実証研究を行う。当初の研究項目は、次の6項目であった。1.アルゴリズムへの改良、2.流体力学・飛行力学連成シミュレーション手法に実現と検証、3.ジェット推進、プロペラ推進機構の導入、4.「数値ヘリコプタ」、5.「数値サッカーボール」「数値ブーメラン」モデルの作成と実証、6.前処理、後処理、途中処理の導入。この研究項目に対し、平成25年度は、項目1、2、3、及び5に対し、予定以上の展開を行うことができた。まず項目1に関しては、新たに非圧縮性流体に対する移動格子有限体積法尾を3次元非構造格子に対応したコードを開発した。これにより、複雑形状への対応が飛躍的に改善された。項目2に対し、「数値紙ヒコーキ」を対象とし、新たにLESモデルを組み込んだコードを適用しその効果も見積もった。並行して、紙ヒコーキを実際に飛ばしてその軌道を測定、計算結果との比較を行い手法の有効性を検証した。項目3の「プロペラ推進」モデルについては、今までの運動量モデルは想定していたほどの効率が出ず、改めて検討の結果、モデル化を止め、直接プロペラそのものを回転させる手法をとった。これは、プロペラを囲む領域にスライド格子系を導入することにより、実現することができた。運動性の高い小型航空機形状を使い、最終目的である「デジタルフライト(飛行力学・流体力学連成シミュレーション)」システムの構築にむけて、プロトタイプを完成させることができた。項目5は、4枚羽根のブーメランに適用、手元から離れ戻ってくるまでの状況を完全に再現することができた。現在論文にまとめている。本研究課題は、現行プロトタイプの「数値航空機」に対する基盤理論・技術をさらに発展、応用・展開するもので最終目標の「数値実機試験」システム構築のための研究であり、研究方法の改良発展を行いつつ、実証研究を行う。主な項目は、次の6項目でとなる。1.計算コードの並列化、高効率アルゴリズムへの改良(RANS、DES、LESモデルの改良含む)。2.流体力学・飛行力学の強連成シミュレーション手法への変更と検証。3.ジェット推進、プロペラ推進機構の導入(物理モデルの提案と検証を含む)。4.「数値ヘリコプタ」のプロトタイプの作成と実証。5.「数値サッカーボール」「数値ブーメラン」のプロトタイプモデルの作成と実証、および運動解析。6.前処理、後処理の汎用化・自動化、途中処理の導入。平成24年度は、項目1に関しては、非圧縮性流コードにLESモデルを組み込み検証計算に着手した。また、OpenMPディレクティブを順次、コードに組み込み、並列化作業を行った。項目2は、「数値紙ヒコーキ」を対象とし、流体力学・飛行力学の強連成シミュレーションを行った。結果として、弱連成との差異は顕著では無いことが判明した。検証を続行する。項目3のジェット推進については、双発ジェット旅客機を対象に、境界条件として推進効果を導入した。プロペラ推進モデルについては、小型軽量飛行機をモデルにプロトタイプを構築し、検証を行った。現在、計算の安定性に問題が見られ、改良を試みている。項目4の「数値ヘリコプタ」については、4枚ヘリブレードを持つヘリコプタを対象に試験的シミュレーションに着手した。項目5「数値サッカーボール」については、プロトタイプの作成を完了し、ボール回転の無い場合等を想定した初期シミュレーションを行った。項目6は、特に「後処理」について、計算結果の可視化に対し、フリーソフトウエアを導入し、コスト低減を試みた。本研究課題は、現行プロトタイプの「数値航空機」に対する基盤理論・技術をさらに発展、応用・展開するもので最終目標の「数値実機試験」システム構築のための研究であり、研究方法の改良・発展を行いつつ、実証研究を行う。研究項目は、次の6項目である。1.アルゴリズムの改良、2.流体力学・飛行力学連成シミュレーションの実現と検証、3.ジェット推進、プロペラ推進機構の導入、4.「数値ヘリコプタ」、5.「数値サッカーボール」「数値ブーメラン」モデルの作成と実証、6.前・後処理、途中処理の導入。各研究項目に対し、研究が予想以上に進展し、前年度までに主要部分はほとんど完成した。したがって、平成26年度は、本課題の最終年度でもあり、計画通り実証計算をメインに進めた。個々の研究項目について平成26年度の実績も含めて得られた成果をまとめる。

1.アルゴリズムの改良は、構造・非構造格子系、圧縮・非圧縮流体の両方に対する計算コードを完成させ、問題なく動くようにした。新たな試みとして、水面近くの物体の動きが水面に及ぼす影響を見るため、自由表面流れへのアルゴリズムの拡張を進めた。2.連成シミュレーションについては、弱連成、強連成ともに、結果に差異がないことが分かった。3.推進機構の導入については、より困難なプロペラ推進機構について、プロペラを実際回転させて推力を生み出す完全な形で導入を果たした。4。数値ヘリコプタについては、チルトローター機「オスプレイ」を対象モデルとし、回転翼の動きも含めプロトタイプモデルを構築した。特に、スライド格子を組み合わせより滑らかな二軸可動プロペラ回転機構を再現した。5.数値ブーメランについては、実物ブーメランの飛翔実験を追加で実施し、実験結果と比較・検証を行いその有効性を実証した。6.前・後処理、途中処理については、計算効率化のためGPUに対応するようにコードを書き換えた。流体力学本研究は、平成20年度22年度実施の科研費基盤研究課題の発展・展開・実証研究であるので、既に、多くのプロトタイプを構築済みである。このような研究基盤に立ち、本研究目的に対応した6項目の目標に対し、それぞれについて、平成25年度は、大きな問題に遭遇することなく、当初の計画を上回る成果を得た。特に、本研究課題で、目標を実現するための理論的手法として、移動計算領域法があり、その基礎となる移動格子有限体積法について、平成25年度は、従来から懸案であった、非圧縮性流体に対する移動格子有限体積法について、3次元非構造格子について拡張することができた。また、構造・非構造の両格子に対する移動格子有限体積法は、長年の使用により、アルゴリズム的にも、プログラム的にも、研究室内で使用経験が積み上がり、最近では、計算が破たんすることが激減した。その結果、従来理論的に可能と思われるケースに対し、実際研究成果が生み出せるようになった。特に、平成25年度において、実際にプロペラを回転させ、推力を得、空気力学と飛行力学の本格的な連成シミュレーションを実現することができたこと、また、「数値ブーメラン」のプロトタイプを完成させ、実際に、飛行して手元に帰ってくる現象を再現することができたことは大きな進展である。本研究期間内に、「数値航空機」は、予定の成果を出すだけの見込みが既に得られたと考えている。最終年度である平成26年度で多くの実例を示すことを計画している。本研究は、平成20年度22年度実施の科研費基盤研究課題の発展・展開・実証研究であるので、既に、多くのプロトタイプを構築済みである。このような研究基盤に立ち、本研究目的に対応した6項目の目標に対し、それぞれについて初年度は、大きな問題に遭遇することなく、計画を達成した。