hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不飽和帯における人工バリア変質抑制機能を活用したコンパクト地層処分システムの創成

課題1(飽和帯の同定および冠水期間を評価する数理モデル)、課題2(スメクタイトのイライト化の反応速度と冠水に至る速度(期間)の比較検討)および課題3(不飽和帯における廃棄体周囲温度の推移の評価)の検討を継続した。課題1では2次元的な不飽和の形成とその冠水に至る経過を室内実験および数値モデルにより検討し、数値モデルは実験結果をよく表すことを確認した。課題2では課題1の結果を踏まえイライト化にカリウムの供給はイライト化の反応速度に比較して十分に大きく、不飽和帯はカリウムの供給を制限するには至らないこと、課題3により不飽和帯の厚みが2.5mから15mに大きくなるに従って、最大で緩衝材最高到達温度が96°Cから105°Cとなることが明らかになった。他方、課題4(イライトへのケイ酸の析出挙動の評価)において、処分場の構築に必要となるセメントによりpHの空間分布が生じ、過飽和となったケイ酸が処分場下流でイライトに析出し、その析出速度定数はNa型ベントナイトへの析出と同程度であり、塩濃度および温度上昇に伴って大きくなった。課題5(不飽和帯の変質抑制機能を考慮した廃棄体間隔)において課題1から4の成果を統合すると、不飽和帯はベントナイトのイライト化の原因になるカリウムの供給は抑えることはできないものの、埋め戻し領域の温度を上昇させてイライト化を進める一方、セメント利用によるケイ酸の再分配がイライトにも確認でき、その流路を閉塞する効果は温度上昇により顕著となった。つまり、ベントナイトの変質抑制効果は期待できないものの、ケイ酸の析出を含めた変質効果が核種の閉じ込めに寄与する。このことは、イライト化の抑制温度としての100°C以下という従来の制約条件を外すことを可能とし、例えば2つの廃棄体(縦置き)を重ねることもオプションとなる。その場合、廃棄体の必要面積を従来の44平方m/本(廃棄体間隔4.4m×坑道間隔10m)の半分までにコンパクト化する。本研究は,不飽和帯(地下水により満たされていない領域)でのベントナイトからなる人工バリアの変質過程についての検討を行い,より多くの廃棄体を限られた処分場面積に定置できることを示すことを目的とする。地層処分では,廃棄体の定置から処分場の閉鎖までに100年近い期間を要し,その間の通気は処分場周辺に不飽和帯を形成する。一方,発熱体であるガラス固化体の定置間隔は,地下水による冠水状態を前提にして,人工バリアの化学的変質を加速させない100°C未満になるように設計されてきた。しかし,不飽和帯により人工バリアへの地下水自体の流入が制限されれば,100°C以上でも人工バリアの変質は抑制され,廃棄体の定置間隔を小さくできる。本年度は,当初の予定通り「不飽和帯の同定および冠水期間を評価する数理モデル」の検討を行った。流動系実験装置として主にケイ砂を用いた充填層を用い、それを一度純水により飽和させた後、重力に従って排水させることにより,初期の不飽和状態を形成させた。この状態(初期状態)から所定圧力差において連続的に模擬地下水を供給し,流入出口における流出流量を測定した。また、内部の飽和率の分布を重量法およびX線CTを用いて把握した。さらに、所定の段階においてトレーサー物質(セシウムおよびストロンチウム)を抽入し、不飽和層からの各々のトレーサー応答を得た。その結果、本実験手順により充填層内の気泡は局所的に連続的な層を形成することなく、均一に分布していることを確認した。また、トレーサー応答解析にあたり、不飽和帯における物質移行の数理モデルを構築し、見かけの収着分配係数を評価した。さらに、初期状態から冠水が始まり定常になるまでに要する時間は、本実験系の場合には、空間時間(間隙体積を流量で割った値)にほぼ近似できることが明らかになった。本研究を通じ、X線CTを利用して充填層内の気泡の空間分布をも把握することができた。この情報は、従来の重量法では得られないもので、間隙サイズレベルの気泡の存在状態を定量化する。このことにより、充填層内に連続した気相の層を形成していないことが確認できたことは、不飽和帯におけるCs等の収着分配係数が見かけ上小さく評価されることと矛盾しない。すなわち、トレーサーを含む流体が気泡を迂回する効果は、固相との接触を制限することを意味し、結果的に収着分配係数を小さく見積もることとなる。この現象は、気泡の分散状態に大きく左右される。さらに、人工バリアのベントナイト(主成分はモンモリロナイト)の変質鉱物であるイライトを用いて、処分場構築に多量に用いるセメントによって過飽和となったケイ酸の析出挙動の実験も開始でき、不飽和帯のみならず、ケイ酸の析出によってさらに流路の透水性が低下することを確認できた。地層処分では,廃棄体の定置から処分場の閉鎖までに100年近い期間を要し,その間の通気による処分場周辺の不飽和帯の形成を考慮する必要がある。これまで、定置間隔は,地下水による冠水状態を前提に人工バリアの一部である緩衝材(ベントナイト)の化学的変質を加速させないように設計されてきた。しかし,不飽和帯(地下水によって満たされていない領域)により核種閉じ込め機能の変質を抑制できれば、廃棄体の定置間隔を小さくすることが可能となる。本研究ではこの不飽和帯に着眼して処分システムのコンパクト化を目指す。

本年度は、当初の予定通り、課題1(飽和帯の同定および冠水期間を評価する数理モデル)の検討を継続するとともに、課題2(スメクタイトのイライト化の反応速度と冠水に至る速度(期間)の比較検討)および課題3(不飽和帯における廃棄体周囲温度の推移の評価)を行った。課題1では、昨年度の1次元的カラムの知見を発展させ、平行平板充填層による2次元的な不飽和の形成とその冠水に至る経緯を検討した。その結果、本実験系では、飽和率0.9(完全に飽和した場合1)になるまでの時間は、間隙体積を不飽和状態の液相の体積流量で割った値(空間時間)によって近似でき、その際のCsの遅延効果は1次元的なカラムによる評価とほぼ同等であることが明らかになった。課題2ではベントナイト(主成分:スメクタイト)のイライト化の反応速度を既往の研究を基に整理し、課題1によって評価された冠水に至るまでの期間においてベントナイトへのカリウムイオンの供給速度を算出したところ、イライト化の反応速度が律速することが確認された。さらに、課題3では,課題1の結果を受け、緩衝材は飽和するものの、埋め戻し領域がアクセス坑道の通気により不飽和帯(間隙率20%が空気、5m)の坑道を形成すると仮定すると、緩衝材の最高到達温度が、飽和帯を仮定した場合に比較して10°C程度上昇することがわかった。本研究によるカラム(1次元的流動場)および平行平板充填層(局所的に流入流出口を持つ2次元的流動場)による実験を通じ、不飽和帯での流量が、飽和帯の流量に比較して低くなることにより、人工バリアへのカリウムへの供給は低下することが明らかになった。また、そのような不飽和帯では、完全に飽和しないものの熱移動はほぼ冠水環境で近似でき、厳密な気相の分布を考慮しなくとも温度場をほぼ評価できることが本研究を通じて確認された。このことは、連成問題となる本課題の簡便化に寄与する。さらに、昨年度に予察的に行った「イライトへのケイ酸の析出挙動の評価」を、本年度は温度をパラメータにして行ったところ、温度が高くなるにつれて、イライトへのケイ酸の析出速度が大きくなる傾向を示した。イライトはベントナイトの変質鉱物であり、膨潤性を喪失するが、セメント利用によるケイ酸の再分配により、不飽和帯による地下水流量をさらに減少させる。本研究により、コンパクト地層処分システムの創成には、これらの事項を包括的に評価する必要性が明らかになり、これらの知見を得たことは、当初の計画以上に進展している点と言える。課題1(飽和帯の同定および冠水期間を評価する数理モデル)、課題2(スメクタイトのイライト化の反応速度と冠水に至る速度(期間)の比較検討)および課題3(不飽和帯における廃棄体周囲温度の推移の評価)の検討を継続した。課題1では2次元的な不飽和の形成とその冠水に至る経過を室内実験および数値モデルにより検討し、数値モデルは実験結果をよく表すことを確認した。課題2では課題1の結果を踏まえイライト化にカリウムの供給はイライト化の反応速度に比較して十分に大きく、不飽和帯はカリウムの供給を制限するには至らないこと、課題3により不飽和帯の厚みが2.5mから15mに大きくなるに従って、最大で緩衝材最高到達温度が96°Cから105°Cとなることが明らかになった。他方、課題4(イライトへのケイ酸の析出挙動の評価)において、処分場の構築に必要となるセメントによりpHの空間分布が生じ、過飽和となったケイ酸が処分場下流でイライトに析出し、その析出速度定数はNa型ベントナイトへの析出と同程度であり、塩濃度および温度上昇に伴って大きくなった。
離散モース流とその正則性解析:モース流の構成・一般臨界点解析を目指して

多変数変分問題主に調和解析の変分問題のMorse流「非線形放物型方程式系で規定される最急勾配流」の解析を本研究課題の一つである。M.Giaquinta & E.Giusti及びR.Schoen & K.Uhlenbeckによる調和写像の最小化写像の正則性研究を受けてMorse流(最急勾配流)を構成しその時間無限大の極限として一般臨界点解析を行うことが当面の目標である。1983年に提唱した「初期条件から始めて逐次変分汎函数を導入しその最小化函数を求めることにより近似Morse流を構成する・離散Morse流法」の数理解析を推し進めている。物理モデル:物質科学としての塑性・弾性問題の一般臨界点及び非定常Navier-Stokes方程式の数理解析を行っている。放物型偏微分方程式のRothe型差分近似偏微分方程式に対してCampanato型理論を完成した。完成したと述べたのは何度も試行・失敗を繰り返しながらCampanato型評価としては最良のものを得たと思うからである。内部・境界両評価で近似系に依存しないものであるため放物型偏微分方程式の解の構成問題に活用出来るものである。離散Morse流法を通して調和写像・m-調和写像・p-調和写像のMorse流の構成問題を扱いたい。離散Morse流にBlow-up解析を実行した線形化された差分偏微分方程式に得られているCampanato評価を適用近似解に対するCampact性を活用するものである。離散Morse流法は変分汎関数の最小化性を活用するため弱い正則性の仮定のもとで解析出来ることに利点がある。距離多様体間の調和写像変分問題に対してMorse流の構成を行った。"非正曲率"とは限らぬ多様体に対してAlexandrov型不等式解析を試みて可能となったものである。扱える多様体は球面に限ると半球であるが非正曲率多様体におけるAlexandrov型解析を追求してみたい。G.Sereginと非定常Navier-Stokes方程式の初期値問題を特殊Morrey空間で時間大域解の構成問題を扱い基本となる非定常Stokes方程式の特殊Morrey空間における正則性解析を纏めた。研究代表者と海外共同研究者G.Seregin (Steklov Mathematical Institute, St.Petersburg)とには離散モース流法を中心に研究討論する機会が慶應義塾大学・理工学部、Saarbrucken Universityで与えられた。非定常Navier-Stoke方程式は離散モース流を近似解として持つことに思い当たった。最小化性の解析を中心にその解析を試みている。3次元非定常Navier-Stokes方程式のCauchy問題を特殊Morrey空間で扱い解の構成を行うことが出来た。また大域解の構成の基礎理論となる非定常Stokes方程式の正則性解析を纏め発表予定である。代表者は共同研究者F.H.Lin, L.C.Evansと研究討議を行い楕円-放物型差分・偏微分方程式系のCampanato評価及びその応用について幾つかの研究成果を得た。R.SchoenとはSingular spaceからAlexandrov空間への調和写像の変分問題においてモース流を離散モース流法により構成することを議論し17年度の研究企画とした。星野慶介・代表者はSingular spaceから球面への調和写像流の構成を行っている。三沢正史はp-調和写像の構成・正則性解析を試み幾つかの成果を得た。3次元非定常Navier-Stokes方程式の解の構成・正則性・一意性、Singular spaceからの調和写像及びp-調和写像のモース流の解析それに離散モース流のBlow-up解析を通してRothe型線形差分・偏微分方程式系のCampanato評価を活用するモース流の構成法の確立など17年度における研究成果を積極的に行いたい。

"非正曲率"とは限らぬ多様体に対してAlexandrov型不等式解析を試みて可能となったものである。扱える多様体は球面に限ると半球であるが非正曲率多様体におけるAlexandrov型解析を追求してみたい。G.Sereginと非定常Navier-Stokes方程式の初期値問題を特殊Morrey空間で時間大域解の構成問題を扱い基本となる非定常Stokes方程式の特殊Morrey空間における正則性解析を纏めた。
トランスクリプトーム解析によるゲノム創薬科学

<背景と目的>薬理ゲノム科学は、ゲノム創薬で中心的役割を果たし、遺伝子多型、遺伝子発現プロフィール、プロテオームの包括的解析を基礎に、新しい創薬ターゲットを探索を可能にする。本研究では、薬理ゲノム科学的アプローチを活用し、治療関連遺伝子の探索研究を行った。多くの薬理ゲノム科学関連研究は、主に疾患関連遺伝子の探索により、創薬ターゲットを見出そうと試みている。一方、我々は遺伝子発現プロフィール解析により治療関連遺伝子を探索し、臨床治療薬の新しい創薬ターゲットを検索した。具体的には、脳血管攣縮における治療関連遺伝子、創薬ターゲットの検索を試みた。<検討結果>最近我々は、脳血管攣縮モデルの脳底動脈におけるトランスクリプトーム解析により、Heme Oxygenase-1(HO-1)が選択的に誘導されることを明らかにした(J.Clin.Invest.104:59-66,1999)。Antisense HO-1投与により、HO-1の誘導が選択的に抑制され、脳血管攣縮の程度の悪化および攣縮のピークの遅延を認めた。さらにHO-1を誘導しておくと、くも膜下出血後の脳血管攣縮は著明に改善した。従って、HO-1が内因性抗攣縮分子として作用することが明らかとなった。また、抗攣縮作用を示す医薬品の投与により、脳底動脈におけるHO-1誘導が相乗的に増強し、脳血管攣縮も改善した。<考察>脳血管攣縮は、最も重大な予後不良因子であるが、その作用機序、治療法は確立されていない。我々は、治療関連遺伝子を探索し、新しい創薬ターゲットを見いだすという戦略で、脳血管攣縮において、HO-1が新しい創薬ターゲトであることを見出した。この戦略は、薬理ゲノム科学による創薬ターゲットの探索に有用であり、治療関連遺伝子に焦点をあてた創薬ターゲットの新しい探索研究戦略である。
子牛の未解明神経疾患に関する病理発生機序解析

新生子仮死に起因する中枢神経病変についての体系的な研究はなされておらず、未解明のままである。また、小脳皮質変性症のような同様の病理像を呈するものの、原因や病理発生機序が明らかになっていない疾患も多く存在する。そこで本年度は、1)「新生子牛の両側対称性脳軟化(基底核壊死)」の病態・病理発生機序の解明および2)「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」の病態・病理発生機序解明を行うための前準備として、低酸素が脳障害の原因として考えられる症例を用いて、低酸素下で発現が誘導されるマーカーである低酸素誘導因子(hypoxia inducible factor-1α; HIF-1a)および血管内皮細胞増殖因子(vascular endothelial growth factor; VEGF)の子牛の神経疾患に対する有用性を検討した。また、「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」症例の保管凍結材料(症例2例と対照例2例)を用いたDNAマイクロアレイ解析を実施した。その結果、新生子牛の両側対称性脳軟化(基底核壊死)については、詳細な病理組織学的並びに免疫組織化学的検索を行い、疫学的・臨床的な情報も加味して、新生子牛の両側対称性脳軟化(基底核壊死)がウシにおいてもヒトと同様に周産期脳障害の表現型として起こる可能性があることを示した。また、子牛の低酸素関連神経疾患において、HIF-1aおよびVEGFがマーカーとして適用可能である可能性を示した。「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」症例の保管凍結材料を用いたDNAマイクロアレイ解析では、全例で信頼性の高い検討が実施できた遺伝子では、2倍以上のup-regulationがみられた遺伝子が11、down-regulationがみられた遺伝子が10つ得られ、今後これらの意義について検討する。本研究全体の目的は、1)体系的な研究が行われていない子牛の周産期脳障害に焦点を当て、病理像をその病理発生機序とともに明らかにすること、2)小脳皮質変性症のような、同様の病理像を呈する未解明疾患の病理発生機序を解析すること、および3)日常の症例収集の中から、新たな病態を探索し、その病理像と病理発生機序を明らかにすることである。本年度は、1)「新生子牛の両側対称性脳軟化(基底核壊死)」の病態・病理発生機序の解明および2)「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」の病態・病理発生機序解明を行うための前準備として、低酸素が脳障害の原因として考えられる症例を用いて、低酸素下で発現が誘導されるマーカーである低酸素誘導因子(HIF-1a)および血管内皮細胞増殖因子(VEGF)の子牛の神経疾患に対する有用性を検討した。その結果、上述の通り、ウシにおいてもヒトと同様に周産期脳障害の表現型として両側対称性脳軟化(基底核壊死)が起こる可能性があることを示すとともに、低酸素下で発現が誘導されるマーカーであるHIF-1aおよびVEGFが、子牛の神経疾患に対しても有用である可能性を示した。また、「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」症例に対して、DNAマイクロアレイ解析を計画通り実施し、全例で信頼性の高い検討が実施できた遺伝子の中では、2倍以上のup-regulationがみられた遺伝子を11、down-regulationがみられた遺伝子を10つ見出した。また、子牛の新規未解明神経疾患を見出すために、臨床獣医師と協力して新規病態の探索を継続して実施している。従って、全体として研究は概ね順調に進んでいる。本研究全体の目的は、1)体系的な研究が行われていない子牛の周産期脳障害に焦点を当て、病理像をその病理発生機序とともに明らかにすること、2)「小脳皮質変性症」や「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」のような、同様の病理像を呈する未解明疾患の病理発生機序を解析すること、および3)日常の症例収集の中から、新たな病態を探索し、その病理像と病理発生機序を明らかにすることである。H31年度(令和元年)はこれまでの研究で解明ができていない疾患について、さらなる病理発生機序解析を行う。つまり、「小脳皮質変性症」については、3)の研究の中で追加症例を得ることができ、凍結材料を採取できたことから、凍結材料を用いたDNAマイクロアレイ解析を行い、パラフィン材料から得られた結果と合わせて、さらなる病態発生機序解析を実施する。また、「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」症例に対して、これまでの研究で有用性が確認された低酸素マーカーを含む神経障害マーカーを用いた検索を実施するとともに、DNAマイクロアレイ解析結果を参考にして、さらなる病態発生機序解析を実施する。また、3)についても臨床獣医師と協力し、日々実施している病理診断の中から子牛の新規未解明神経疾患の探索を併行して行い、他の疾患に準じた検討を実施する。そこで本年度は、新生子牛の大脳皮質層状壊死の病態・病理発生機序の解明および小脳皮質変性症の病態・病理発生機序の解明に力点を置いて研究を実施した。新生子牛の大脳皮質層状壊死については、詳細な病理組織学的並びに免疫組織化学的検索を行い、疫学的・臨床的な情報も加味して、ウシにおいてもヒトやその他の動物と同様に周産期脳障害の表現型として、大脳皮質層状壊死が存在することを明らかにした。

また、その病変把握の方法として、神経細胞傷害マーカーであるFluoro Jade Cによる染色および変性軸索マーカーであるAlzheimer precursor proteinに対する免疫染色が有用であることを示した。小脳皮質変性症に関しては、検索4例全例で、プルキンエ細胞の脱落、torpedo形成、empty basket出現、および分子層の菲薄化と空胞形成が特徴的であった。また、calbindin D免疫染色ではプルキンエ細胞の減少が、IbaI免疫染色ではプルキンエ細胞脱落部および非脱落部でのミクログリアの多結節状集簇が共通して観察された。また、カスパーゼ3抗体を用いた免疫染色では、いずれの症例においても陽性プルキンエ細胞は認められなかった。以上の所見から、検索4例は一連の疾患であると考えられた。パラフィン切片を用いて実施したDNAマイクロアレイ解析では、全例で信頼性の高い検討が実施できた遺伝子では、4倍以上のup-regulationがみられた遺伝子が1つ、down-regulationがみられた遺伝子が4つ得られ、今後これらの意義について検討する。本研究全体の目的は、1)体系的な研究が行われていない子牛の周産期脳障害に焦点を当て、病理像をその病理発生機序とともに明らかにすること、2)小脳皮質変性症のような、同様の病理像を呈する未解明疾患の病理発生機序を解析すること、および3)日常の症例収集の中から、新たな病態を探索し、その病理像と病理発生機序を明らかにすることである。本年度は、1)新生子牛の大脳皮質層状壊死の病態・病理発生機序の解明、および2)小脳皮質変性症の病態・病理発生機序の解明に力点を置いた研究を計画した。上述の通り、本年度の研究では、ウシにおいてもヒトやその他の動物と同様に周産期脳障害の表現型として、大脳皮質層状壊死が存在することを明らかにするとともに、子牛の小脳皮質変性症の病理組織学的、免疫組織化学的特徴像を明らかにした。また、結果の解釈は完了していないものの、パラフィン切片を用いてDNAマイクロアレイ解析を計画通り実施し、全例で信頼性の高い検討が実施できた遺伝子の中では、4倍以上のup-regulationがみられた遺伝子が1つ、down-regulationがみられた遺伝子が4つ得られた。また、子牛の新規未解明神経疾患を見出すために、臨床獣医師と協力して新規病態の探索を継続して実施している。従って、全体として研究は概ね順調に進んでいる。新生子仮死に起因する中枢神経病変についての体系的な研究はなされておらず、未解明のままである。また、小脳皮質変性症のような同様の病理像を呈するものの、原因や病理発生機序が明らかになっていない疾患も多く存在する。そこで本年度は、1)「新生子牛の両側対称性脳軟化(基底核壊死)」の病態・病理発生機序の解明および2)「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」の病態・病理発生機序解明を行うための前準備として、低酸素が脳障害の原因として考えられる症例を用いて、低酸素下で発現が誘導されるマーカーである低酸素誘導因子(hypoxia inducible factor-1α; HIF-1a)および血管内皮細胞増殖因子(vascular endothelial growth factor; VEGF)の子牛の神経疾患に対する有用性を検討した。また、「明瞭な形態変化を伴わない神経疾患」症例の保管凍結材料(症例2例と対照例2例)を用いたDNAマイクロアレイ解析を実施した。
透明固体基板内部で回転する光駆動マイクロモーターの開発と応用

ガラス基板の内部に,光圧回転体を内包する空洞を作製し,その光圧回転体を光ピンセット技術を用いて非接触回転させることに成功した。この作製に用いた加工技術は,{フェムト秒レーザーパルスの集光照射による局所的な内部改質}+{改質部の選択的エッチング}というもので,透明固体材料内部にマイクロメートルの分解能で除去加工を施すことができる,極めてユニークな技術である。本研究では,この加工技術と回転技術の開発を行った。(1)各種の透明固体材料に対し,マイクロメートルスケールで,任意の三次元形状の除去加工を行う技術を開発する(2)上記加工技術を基に,透明固体基板内部に,外部から持ち込むことはできないような可動構造物を内包する空洞を作製し,その構造物を外部から非接触で駆動(とくに回転駆動)させる。およびそれをマイクロ流体デバイスに応用する。以上のことを日指し,これらに関わる一連の技術の開発を行っている。「固体基板内部で回転する光駆動マイクロモーター」の実現および高性能化に必要な内部加工技術と内部操作技術に関して研究を行った。フェムト秒レーザー照射とエッチングとの組み合わせによる内部加工技術に関して,エッチングのその場観察装置を用いることにより,エッチング速度の測定が容易になり,エッチング時間の最適化が可能となった。シリカガラスにおいては,従来用いていたフッ酸水溶液の代わりに水酸化カリウム水溶液を用いることにより,選択性が高く飽和が起こりにくいエッチングができることが明らかになった。これにより,10mm角の基板を貫通し最大直径は0.1mm以下(アスペクト比100以上)のマイクロチャンネルの作製に成功した。難加工材料であるサファイアの加工では,エッチング時の温度を上げることによりエッチングが促進されることを見出した。しかし,高温かつ長時間のエッチングより,表面に三角あるいは六角形状のピットが発生する現象も観察された。レーザ照射を高エネルギー・高密度にすることもエッチングを促進するが,この場合にはクラックが生じやすくなることが見出された。これらの現象を整理し,表面ピットおよびクラックを避けつつ大体積のエッチングを行うには新しい方法論が必要であることを提唱した。回転の高トルク化に関して,従来の羽根型に加えて,上面傾斜型(Top-sloped)回転体の作製を行った。これは,羽根型と完全に同じ条件で比較することはできなかったが,類似条件で5倍以上の回転数が得られた。本研究では,フェムト秒レーザーパルスの集光照射とそれに続くエッチングとによる透明固体材料の内部加工技術によるマイクロモーターの作製と,基板内部に存在するマイクロモーターの非接触光駆動に関して,引き続き研究を行った。難加工材料であるサファイアの加工において,前年度に,エッチング時の温度を上げることによりエッチングが促進されること,しかしながら高温かつ長時間のエッチングにより表面に三角あるいは六角形状のピットが発生すること,レーザ照射を高エネルギー・高密度にすることもエッチングを促進するがこの場合にはクラックが生じやすくなることを見出した。表面ピットおよびクラックの発生を避けながら大体積のエッチングを行う方法論として,最初にエッチング領域の最外壁のみを除去し,次にその内側を除去する,2サイクルプロセスを試みた。この方法では,全領域を一度に除去する場合に比べ,クラックの発生が抑制されると予測される。つまり,最初のサイクルでは照射部位が再外壁のみであるため蓄積するストレスが少ないこと,二番目のサイクルでは再外壁がすでに除去されているためストレスが外部に伝わらないことによる。そこで,双方のサイクルともに,通常ならばクラックが発生するような条件でレーザー照射を行いい比較的穏やかな条件でエッチングすることで,ピットとクラックを同時抑制しつつ各辺の長さが約10マイクロメートルの立方体状の空洞をサファイア基板の表面から約10マイクロメートル下部に作製することに成功した。本年度の研究では,フェムト秒レーザー支援エッチングにおけるエッチングの選択性が,エッチング液の濃度・温度にどのように依存するかを調べた。シリカガラスを試料として実験を行った結果では,エッチング液の温度は選択性にほとんど影響しない(すなわち,温度を高くするとエッチングは速くなり,選択性は変わらないめで,実用的には有利である),エッチング液の濃度は低い方が選択性が高くなる(エッチングの速さとのトレードオフ)という関係があることがわかった。また,フェムト秒レーザー照射によって生じる応力に関する研究では,ルビーを試料として実験を行い,照射部の周囲に基本的には圧縮の応力が生じること,クラックの先端付近で局所的に引っ張り応力が生じていることを明らかにした。ただし,クラック先端付近の引っ張り応力は,クラック毎に異なり,生じていないものもある。この知見は材料の局所的な強化に活用できると思われる。光による回転の実験では,羽根型の光圧回転体において実験を行い,形状の異なる回転体における回転速度の比較から,羽根の厚さが回転速度に影響する重要なパラメータだということが推測された。加えて,フッ化物結晶(フッ化カルシウム,フッ化マグネシウム)を対象としてフェムト秒レーザー支援エッチングの実験を行い,各種の酸を用いることである程度の選択的な加工が可能なことを明らかにした。

また,エッチングレートの結晶方位異方性に起因すると思われる特徴的な形状が,酸の種類に応じて現れることがわかった。これらの研究成果について,学会等で発表し,議論した。内部加工を行う際に,フェムト秒レーザーによって改質された部分が選択的にエッチングされるメカニズムに関して,「フェムト秒レーザー照射による改質時の走査方向」がエッチングレートに影響するという想定しがたい現象についての研究を,前年度引き続き進めた。従来の研究では見られない八方向走査での改質を行い,エッチングレートを比較した。その結果,上記の現象が存在することが確実となった。また,この現象が現れるかどうかを,レーザー照射条件(パワー,照射点の間隔)で比較するところ,照射点の間隔が重要なパラメータであることが観察された。また,八方向走査でのエッチングレートを比較するには,偏光を等方的に,すなわち円偏光にする必要がある。この際,レーザー顕微鏡の焦点において円偏光を得る際にはダイクロイックミラーにおけるs偏光とp偏光の位相差を補償することが必要であることに気づき,その合理的な手順を考案した。レーザー光による回転に関して,特異な偏光特性(軸対称偏光)を持つレーザービームを利用して高トルクを得る研究に取り組んだ。この場合にも上記のダイクロイックミラーの問題が生じるが,これを回避することができるように設計された専用のダイクロイックミラーを購入し,実験に用いた。実験の結果,軸対称偏光を利用することで回転の状況が変化することが観察された。また,この研究の過程で,軸対称偏光を持つレーザービームや光学素子を表現し,計算する新たな方法を考案し,論文を発表した。
高分子アロイのマクロ相分離に伴うミクロ相分離構造の構造転移に関する研究

本研究では、二種類の高分子AとBがそれらの片末端で共有結合により一本の分子鎖中に結び付けられているA-BジブロックコポリマーとA-Bのー成分と相溶性を持つ高分子Cの混合系におけるミクロ相分離とマクロ相分離による相分離構造の形成過程を明らかにすることを目的としている。特に本年度では、初期条件としてミクロ相分離を起こさせてから、その後にマクロ相分離を起こさせた場合に注目し、その自己秩序化過程に関して検討を行った。用いた試料はスチレンイソブレン共重合体(S-I,数平均分子量Mn=176,000,スチレン重量分率=0.85)とポリビニルメチルエーテル(PVME,Mn=27,000)Pある。S-Iは単体でポリイソプレン部分が球状ミクロ相分離構造を形成し、かつその球状ドメインが体心立方格子を組む。PVMEはS-Iのポリスチレンに対して相溶性をもっている。そのため、S-IとPVMEを共通良溶媒であるトルエンに溶解し室温で溶媒を蒸発させることにより、ポリスチレンとPVMEが均一に相溶してイソプレンの球状ドメインがポリスチレンとPVMEのマトリックスに均一に分散した透明なフィルムを得ることに成功した。すなわち、この状態においてはミクロ相分離のみが起こっている状態である。このフィルムを昇温するとフィルムは白濁し、スチレンとPVMEの相溶性が悪くなることによりマクロ相分離が引き起こされることが分かり、S-I/PVME系においてミクロ相分離・マクロ相分離の順で相分離を起こさせることに成功した。この系を用いてミクロ相分離・マクロ相分離複合相転移における自己秩序化過程を時分割光散乱法・時分割小角X線散乱(SAXS)法を用いて調べた。この系を一相領域(T=97.8°C)から二相領域(T=113.5°C)に温度ジャンプさせることによる、マクロ相分離構造の時間発展を時分割光散る乱法により追跡した結果、温度ジャンプにより系には、スピノーダル分解が起こり、系内に周期的構造が出現し、粗大化が起こっていることがわかった。S-I/PVME混合系のスピノーダル分解の初期過程はカーンの線形化理論により近似できることがわかり、その理論による解析の結果、スピノーダル分解初期過程において、S-Iが球状ミクロ相分離構造に拘束される効果およびBCC latttriceを組むことによるLong range orderの効果による相分離の遅延が起こっていることが明らかにされた。初期過程以後の、マクロ相分離構造が粗大化をするスピノーダル分解中後期過程においては、相分離構造の機構を特徴付けるピーク位置の波数qmの時間に対する指数は-0.26になった。これは、流体力学的な相互作用による成長が球状ミクロ相分離構造により抑制されることと、BCC lattticeを組むことによるLong range orderが弾性的効果をおよぼすためということがわかった。また、このマクロ相分離過程におけるミクロ相分離構造の時間変化を時分割SAXS法により測定をおこない、散乱光強度よりドメイン間距離等のパラメーターの時間変化を求めた。その結果、マクロ相分離の中後期過程において、イソプレンの球状ドメインのサイズが大きくなりかつ、BCC Latticeのドメイン間距離が減少することが観測された、これは、マクロ相分離により、均一な系がS-Iリッチ相とPVMEリッチ相に相分離することにより、S-Iリッチ相においてS-I単体での安定な構造へと転移することを反映していることが分かった。S-I/PVME

混合系のスピノーダル分解の初期過程はカーンの線形化理論により近似できることがわかり、その理論による解析の結果、スピノーダル分解初期過程において、S-Iが球状ミクロ相分離構造に拘束される効果およびBCC latttriceを組むことによるLong range orderの効果による相分離の遅延が起こっていることが明らかにされた。初期過程以後の、マクロ相分離構造が粗大化をするスピノーダル分解中後期過程においては、相分離構造の機構を特徴付けるピーク位置の波数qmの時間に対する指数は-0.26になった。これは、流体力学的な相互作用による成長が球状ミクロ相分離構造により抑制されることと、BCC lattticeを組むことによるLong range orderが弾性的効果をおよぼすためということがわかった。また、このマクロ相分離過程におけるミクロ相分離構造の時間変化を時分割SAXS法により測定をおこない、散乱光強度よりドメイン間距離等のパラメーターの時間変化を求めた。その結果、マクロ相分離の中後期過程において、イソプレンの球状ドメインのサイズが大きくなりかつ、BCC Latticeのドメイン間距離が減少することが観測された、これは、マクロ相分離により、均一な系がS-Iリッチ相とPVMEリッチ相に相分離することにより、S-Iリッチ相においてS-I単体での安定な構造へと転移することを反映していることが分かった。
外界認識の種比較-トップダウン/ボトムアップ処理の観点から-

報告者は、認知について、対象となる種が何か、当該の認知過程がトップダウン制御中心かボトムアップ処理中心か、分析対象次元は何の次元かという3要因から成るブロック状に結果を整理し、隣り合うブロック(ないしブロック群)旨を比較検討するという手法で分析した。「ヒトとハトとの認知処理過程の相違はボトムアップレベルにある」という仮旨説を立て、この仮説を、次元・種の要因を考慮に入れ総合的に検証した。当該年度は、トップダウン処理の研究として、ハトにおける角度次元の判断について調べた。前年度、ハトにそれぞれ大きさ次元で相対判断ないし絶対判断を訓練したが、その個体を用いて角度の大きさを判断させた。結果、ハトが自身が持つ大きさ次元での判断様式を角度次元に用いる傾向は確認されなかった。一方でヒトにおいて日本人(大きさ次元において相対判断優位,Kitayama, et al. 2003)が角度次元の判断においても相対判断優位であるという結果が報告者らの研究で示されたが、その優位傾向は大きさ次元に比べて大幅に低下した。すなわち、トップダウンレベルにおいてハトとヒト間に種差があるかという問いについては未だ結論の出ない状況であり、他次元判断の研究なども含めたより詳細な分析が必要である。また当該年度は、前年度に示した「ハトはツェルナー錯視図形をヒトと逆方向に錯視知覚する」という結果の追試をヒト・ハト両種でおこない、データの信頼性をより高めた。さらなる分析は必要ではあるが、以上より、報告者の提唱する仮説「ヒトとハトとの認知処理過程の相違はボトムアップレベルにある」は現状では支持されている。さらに報告者は、逆ツェルナー錯視はチャボでも同様に確認しており、Nakamuraら(2008)や報告者の提唱した仮説はハトのみならず鳥類に普遍的に適用できる可能性を示唆するものである。報告者は、認知について、対象となる種が何か、当該の認知過程がトップダウン制御中心かボトムアップ処理中心か、分析対象次元は何の次元かという3要因から成るブロック状に結果を整理し、隣り合うブロック(ないしブロック群)を比較検討するという手法で分析した。「ヒトとハトとの認知処理過程の相違はボトムアップレベルにある」という仮説を立て、この仮説を、次元・種の要因を考慮に入れ総合的に検証した。トップダウン処理の研究として、ハトにおける経験要因を統制した長さ判断実験を行なった。この実験は、これまで統制困難とされてきた個体の経験要因について、2つの判断様式についてそれぞれ十分な経験を与えた個体間の直接比較を行うことで経験要因を統制するという報告者オリジナルの手続きを採用した。結果から、ハトは長さ次元の判断の際、絶対判断よりも相対判断の精度の方が高いことが示唆された。この結果は報告者の過去の研究やヒトで行われた実験結果と同じ傾向である。また報告者は、ハトにおいてヒトと同様ツェルナー錯視知覚が見られるかを実験した。結果、ハトはツェルナー錯視図形に対しヒトと逆傾向の錯視知覚をすることが示された。このような逆傾向の錯視知覚は、エビングハウス錯視図形においても見られており、Nakamura, Watanabe, Fujita(2008)が提唱した、ハトはヒトと同様に同化効果の影響を受けるが対比効果の影響を受けないとする仮説で説明できる。
テフラと古環境の編年に基づく巨大カルデラの第四紀地殻変動の解明

南九州の鹿児島湾を構成する姶良カルデラ周辺の臨海平野には完新世海成段丘が分布する.これらの段丘面の編年と高度分布,さらに,露頭調査とボーリング掘削によって得られた構成堆積物の古環境的解析を行い,旧海水準の高度分布を明らかにし,姶良カルデラを中心とした鹿児島湾周辺の第四紀地殻変動を検討した.編年の方法は,テフラと^<14>C年代による.その結果,これまで示唆されてきた姶良カルデラを中心とした完新世の曲隆がさらに確かなものとなった.これは,姶良カルデラの火山活動と関連していると考えられ,桜島火山などの将来の噴火を評価する基礎資料として活用できると考える.南九州の鹿児島湾を構成する姶良カルデラ周辺の臨海平野には完新世海成段丘が分布する.これらの段丘面の編年と高度分布,さらに,露頭調査とボーリング掘削によって得られた構成堆積物の古環境的解析を行い,旧海水準の高度分布を明らかにし,姶良カルデラを中心とした鹿児島湾周辺の第四紀地殻変動を検討した.編年の方法は,テフラと^<14>C年代による.その結果,これまで示唆されてきた姶良カルデラを中心とした完新世の曲隆がさらに確かなものとなった.これは,姶良カルデラの火山活動と関連していると考えられ,桜島火山などの将来の噴火を評価する基礎資料として活用できると考える.姶良カルデラ北縁にある国分平野において,変動基準である旧海水準,旧汀線の把握を行うために,3本の機器ボーリングを行った.ボーリング地点は,これまで報告された地点を考慮して,(1)国分平野南東の敷根地区,(2)国分平野西部の鹿児島神宮付近,(3)国分平野内陸の日当山である.(1)は台地崖下にあり,段丘化した扇状地性の地形であるが,現在より高い高度に海成層があるか不明のところである.ここでは,地表から15m掘削した.上部10mは礫混じりの粗砂,下部は巨礫を含む礫堆積物である.上位の粗粒砂は,貝殻は見いだせなかった.砂層の珪藻分析を行い,海成堆積物の存否を確認する予定である.(2)の地点は,隆起三角州の面にあり,標高約15mである.国分平野ではもっとも隆起が大きい場所とみられるところである.近くの台地崖斜面に縄文早期の貝塚があり,この地点には海進頂期の海成堆積物が見いだされることを予想し,厚さ20mの掘削を行った.全体として,上部はシルト質砂層からなり,イオウが析出していることから,海成層であろう.指標テフラとなる鬼界-アカホヤ火山灰はこのボーリングでは見いだせなかった.これまでの周辺での地表調査から,表層にアカホヤ火山灰は堆積していることから,人工的に除去されたと考えられ,この地点は標高10m以上の高さに海水準があると判断される.(3)の地点は,現在の河床面と同じ高さにある.厚さ30mの掘削を行った.全体として礫質であるが,地表下8mから10mのところは,粗砂が優勢となる.地表下11m付近に砂層が黄色化し,イオウが析出していることから海成堆積物と判断される.貝殻は見いだせないが,珪藻分析より古環境を確定したい.今回の結果は,これまでの低地地形や既存の報告と調和し,国分平野では東方から西方にかけて隆起量が増加するような傾動を行っていることの貴重な資料を得ることができた.国分平野において,完新世段丘面の高度分布の違いから示唆される東西の傾動隆起を構成堆積物から確かめるために,西側の隼人地区でボーリングを2本行い,縄文海進最盛期の鬼界アカホヤテフラ(K-Ah)の層準と海面高度を明らかにした.堆積物は全体としてシルト質で,粗粒な二次軽石と粗砂を主体とする粗粒堆積物からなる東部のボーリング堆積物とは対照的である.西端の台地崖下に近い地点でのコアでは,離水三角州堆積物からなる標高8m付近の層準から1次のK-Ahテフラを検出した.この結果は,平野東部において明らかにされている標高-10m付近の干潟堆積物に含まれるK-Ahと合わせて考えると,東から西へ高度を増す傾動隆起が有意義に存在することを示す.この傾動隆起は,これまで示唆されてきた姶良カルデラを中心とするドーム状隆起の傾向と調和しており,姶良カルデラの隆起の詳細な解明にとって,確実なデータを蓄積したことになる.このボーリング地点から1kmほど東側のボーリングコアのシルト質堆積物は入戸火砕流堆積物起源とみられる火山ガラスが全層にわたって主体をなすことからみて,この平野の構成物質は流域に広く分布する入戸火砕流堆積物が大きく関与していると考えられる大隅半島と薩摩半島の南部において,縄文海進最盛期頃の海面位置を明らかにするために,野外露頭調査を行った.大隅半島南部の大根占平野は段丘化しているが,表層の露頭調査では海成層とみられる堆積物は認められない.薩摩半島南部では,縄文海進最盛期の池田火砕流堆積物が臨海の平野に広く堆積し,縄文海進最盛期の海面の年代決定に有効な指標となっている.いくつかの露頭ではこのテフラに覆われる海成層は現海面より高い位置には認められなかった.

阿多カルデラは,姶良カルデラと異なり,完新世において隆起が生じていないとみられる今年度は,鹿児島湾奥を占める姶良カルデラの周辺で見られる完新世海成段丘面の高度分布・形成時期とカルデラの完新世地殻変動との関係について検討した.姶良カルデラの完新世地殻変動は,これまでの調査で明らかにされた海成堆積物の高度分布とその年代から,完新世において姶良カルデラを中心としたドーム状隆起が明らかにされている.それは,歴史時代以降の桜島の火山活動と姶良カルデラを中心とする地盤変動との関係からみて,姶良カルデラの火山活動に起因する緩慢な隆起によることが示唆されている.変動の指標となる完新世の最高位海成段丘面(隼人面)は,示唆されたドーム状隆起と対応した高度分布を示す.すなわち鹿児島湾奥北岸の国分平野では,隼人面は平野西端で海抜高度約15m,東側では約5mとなり,東方に高度を減ずる東西の傾動と対応する.湾奥北西岸の姶良平野では隼人面は現海岸線に沿って海抜高度約7-10mを示し,海岸沿いでの隼人面の高さに顕著な変化は認められない.湾奥南西岸の甲突川平野では北部において約10mの海抜高度を持つ顕著な海成段丘がみられるが,南部では高度を減じ,平野は離水途上にある.このように隼人面の高度分布は,姶良カルデラを中心としたドーム状隆起を反映していることは明らかである.しかし,段丘面の離水年代はかなり幅がある.詳しい年代が特定された北西岸の姶良平野においては,離水開始から終了まで3000年以上の幅がある.このように隼人面の形成は比較的長期にわたり,変動基準面という視点からみると必ずしも同時期形成とはいえない.それは,火山活動に伴うドーム状隆起が緩慢に生じたことにより,段丘面の離水が徐々に進行したためであると考える.こうした段丘形成は海溝性の地震性地殻変動区でみられる急激な隆起に伴う完新世海成段丘の形成とは異なるものとして注目される.
海洋環境と共生できる係留相反転方式潮流発電ユニットの研究開発

昨年度の研究成果を踏まえ,数値シミュレーションを併用して,以下のような方法により潮流発電に適したプロペラの高出力化を図った.(1)数値シミュレーションを用いて翼厚,そり線,最大そり位置の好適化を行い,高揚抗比で高出力が期待できる新たな翼素を決定する.(2)プロペラ翼端渦(渦芯に発生する糸状キャビテーション)の抑制を考慮し,上記翼素からなるプロペラブレードの半径方向翼負荷分布を好適化する.(3)水中におけるキャビテーション発生を抑制するため,設置する水深に応じたキャビテーション発生のプロペラ回転数を予測し,タンデムプロペラを設計する.このとき,前段プロペラ直径7mの実用機を津軽海峡(流速3.5m/s)に設置することを想定しているが,室内での実験であることからその1/14スケールモデル(前段プロペラ直径500mm)を実際に設計製作した.以上のモデルプロペラを用いて風洞,並びに回流水槽による性能試験を実施し,昨年度に設計したタンデムプロペラに比べて大幅な効率向上およびキャビテーション性能の向上が得られた.また,回流水槽実験において,プロペラ性能のレイノルズ数による影響を把握し,本実験範囲ではレイノルズ数が増加するにつれてプロペラ効率も増加することが確認された.本潮流発電ユニットの特徴を最大限に活かした係留式による設置に向けて,ワイヤー本を用い,発電ユニット子午面上ピッチングモーメント中心の位置で発電ユニットを係留し,水流実験を実施した.その結果,発電ユニットの抗力が大きいほど安定運転が可能であることを確認した.本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない.本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない.過去の研究成果である相反転方式風力発電ユニットの設計法を基に,前後段プロペラ用ブレードの設計を行った.プロペラは半径の大きい位置での仕事が重要であるため,前段プロペラ用ブレードは半径の小さいハブ側では抗力の小さい対称翼を用いて無負荷状態(ブレードに働く揚力と抗力の合力が軸方向を向く)になるように設計し,残りの半径の大きいティップ側では大きな仕事を行うように,半径位置によらず好適な迎え角となるようにひねりを与えた.後段プロペラ用ブレードは,数値シミュレーションにより求めた前段プロペラ後流の流れを流入条件として,半径位置によらず好適な迎え角となるようにひねりを与えた.これらのブレードから成る前後段プロペラと,発電機の回転子の代わりに,前後段プロペラの内外軸間に摩擦トルクが調節できる接触面を設けた模擬発電機を搭載したモデル潮流発電ユニットを設計製作し,風洞実験と水槽実験により基本性能を実験的に把握した.前後段プロペラの出力はブレード取付角に影響し,前段5度,後段10度付近で最高出力が得られた.今回使用したプロペラは風洞試験を念頭に設計しているため,今後は潮流発電用に翼弦長を長くして低回転数,高トルク,さらに水中におけるキャビテーション特性も考慮して設計する必要がある.したがって,翼型形状の改善も含めた最適設計に向けた数値シミュレーションを既に開始している.支柱に設置したモデル潮流発電ユニットの支柱に働く水流方向の力は,当然ながら流速の2乗に比例しており,またタンデムプロペラの特徴である回転トルクの相殺により,外部に力が発生していないことが確認された。この特徴から,本潮流発電ユニットはワイヤ一本のみでの係留が可能であり,係留式モデルユニットにより実現可能であることを実証した.昨年度の研究成果を踏まえ,数値シミュレーションを併用して,以下のような方法により潮流発電に適したプロペラの高出力化を図った.(1)数値シミュレーションを用いて翼厚,そり線,最大そり位置の好適化を行い,高揚抗比で高出力が期待できる新たな翼素を決定する.(2)プロペラ翼端渦(渦芯に発生する糸状キャビテーション)の抑制を考慮し,上記翼素からなるプロペラブレードの半径方向翼負荷分布を好適化する.(3)水中におけるキャビテーション発生を抑制するため,設置する水深に応じたキャビテーション発生のプロペラ回転数を予測し,タンデムプロペラを設計する.このとき,前段プロペラ直径7mの実用機を津軽海峡(流速3.5m/s)に設置することを想定しているが,室内での実験であることからその1/14スケールモデル(前段プロペラ直径500mm)を実際に設計製作した.以上のモデルプロペラを用いて風洞,並びに回流水槽による性能試験を実施し,昨年度に設計したタンデムプロペラに比べて大幅な効率向上およびキャビテーション性能の向上が得られた.また,回流水槽実験において,プロペラ性能のレイノルズ数による影響を把握し,本実験範囲ではレイノルズ数が増加するにつれてプロペラ効率も増加することが確認された.本潮流発電ユニットの特徴を最大限に活かした係留式による設置に向けて,ワイヤー本を用い,発電ユニット子午面上ピッチングモーメント中心の位置で発電ユニットを係留し,水流実験を実施した.その結果,発電ユニットの抗力が大きいほど安定運転が可能であることを確認した.本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない.本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない.当初の計画通りモデル潮流発電ユニットを設計・製作し,風洞実験及び水槽実験によりその基本性能の把握を行うことができ,本研究の最大の特徴であるワイヤ一本による係留が実現可能であることを実験的に実証した.これまでの研究成果,ならびに数値シミュレーションを併用して高出力プロペラ形状の設計法を考案し,実際に製作して風洞実験及び水槽実験により検証を行う.

これまでの風力発電用のプロペラとは異なり,潮流発電用プロペラでは,翼弦長を長くすることでトルクを増加させ,回転数を抑制するなど,水中におけるキャビテーションを考慮する必要がある.したがって,翼面上の急激な圧力低下を抑える翼型形状を含めた好適化を行う.このとき,流れの剥離や翼端渦による水中騒音の抑制も考慮し,魚類との共生できる発電ユニットの開発を行う.
高分子と膜の混合系におけるモルフォロジー転移の理論

ミセルや薄膜のような狭い空間に高分子を閉じこめた場合、狭い空間への閉じこめによる配位のエントロピーの現象と、高分子と膜面との相互作用、膜の変形などの種々の効果が融合して複雑な現象を示すことが知られている。そのような現象を理論的に解明するために、我々は高分子を経路積分によって表現し、自己無撞着場理論の方法を適用することで、壁面近傍の高分子鎖の配位の変形を定量的に計算した。具体的な例として、高分子の慣性半径に比べて狭い容器(薄膜あるいは球状の容器)の内部に閉じこめられたA-Bジブロック共重合体の相分離構造をシミュレートした。薄膜の厚さと壁面との相互作用を調節することで、3次元空間中では安定に存在できない穴あきラメラ構造を安定に形成することに成功した。また、壁面の化学的性質を変化させる(壁面との相互作用パラメタを変化させる)ことにより、相分離の構造がどのように影響を受けるかを系統的に調べた。次にこの系に電場を印可することで、相分離のドメイン構造のモルフォロジーの転移を誘起し、転移の動力学を調べた。電場印可の方向によって異なる転移の経路が確認された。また、外場による構造相転移と臨界現象の間に形式的な対応があることも示すことが数値シミュレーションから示唆され、界面ダイナミクスの方法を用いた基礎方程式の理論的な考察からこの予想が正しいことを示すことが出来た。膜面の変形の自由度に関しては、ヘルフリッヒの弾性膜モデルを用いた準備的な数値計算を行った。今後、両者を融合して新しい計算手法を開発する。1.生体膜と膜接着分子の複合系の平衡構造膜とゲスト分子の複合系のモデルとして、粗視化分子モデルを用いてリン脂質分子と膜接着タンパク質を表現し、この分子モデルに対するモンテカルロ・シミュレーションを行った。まず、溶媒としての水分子の効果をeffectiveに取り込んだリン脂質分子間の相互作用パラメタを決定することに成功した。次ぎにGay-Berneポテンシャルを用いて、曲げ弾性を持つ膜接着タンパク質分子のモデル化を行った。このパラメタを用いて2枚の平行に置かれた膜を作成し、接着タンパク質分子を埋め込んで相互作用させることで、膜接着の平衡構造と接着エネルギーを評価した。2.帯電した膜間の高分子電解質の平衡配位生体膜の作る狭窄空間に閉じこめられた高分子のモデルとして、2枚の帯電した平行平板間に高分子電解質とカウンタ・イオンを配置して、ブラウニアン動力学シミュレーションを行った。高分子電解質とカウンタ・イオンの価数および膜間隔のそれぞれのパラメタを変えたときに、膜に平衡の方向と垂直な方向のそれぞれで高分子電解質の配位に変化が見られた。これは、電荷分布の揺らぎによる静電引力の発生と、電解質高分子がカウンタ・イオンを凝集することが原因であると考えられる。また、帯電板間の距離を変化させることで、高分子電解質の慣性半径が単調ではなく変化することも見いだされ、カウンタ・イオンの凝縮効果であることが予想された。
オートファジー不全と膵β細胞機能不全を繋ぐ新規遺伝子の同定と機能解析

糖尿病はインスリンの絶対的あるいは相対的分泌不全による慢性の高血糖が様々な合併症を引き起こす代謝疾患である。我々の研究室では、唯一のインスリン分泌臓器である膵β細胞におけるオートファジーの重要性ついて報告してきた。今回、β細胞特異的かつ任意の時期にオートファジー不全を誘導する遺伝子改変マウスを作製し、短期のオートファジー不全はβ細胞機能に影響を与えず、長期化して初めてインスリン分泌不全に至ることを見出した。本プロジェクトでは同マウスの膵島を用いてトランスクリプトーム解析を行うことにより、オートファジー不全がβ細胞機能不全を引き起こす分子メカニズムを明らかにする。