hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーに関する検証

ノンメタルクラスプデンチャーは,厚生労働省により義歯床用材料として薬事承認を得たことにより,急速に普及されている.ノンメタルクラスプデンチャーとは,熱可塑性合成樹脂を射出成形し,金属製のクラスプを設置せずに樹脂の弾性を利用し義歯を維持させる部分床義歯のことをいう.各メーカーから様々な商品が提供されているが,熱可塑性合成樹脂は材料学的にポリアミド系,ポリカーボネート系,ポリエチレンテレフタレート系の主に3種類に分類される.従来の義歯床用材料であるPMMAと比較して,吸水,溶解が少なく,耐衝撃性,耐熱性,そして大きな弾性を有することを特徴としている.これらの特徴を利用し金属製のクラスプを使用しないことから審美性に優れているとされ,クラスプの代用として支台歯のアンダーカット内に義歯床の一部を延長したフィンガー部と呼ばれるところで維持力を得る.しかし,従来の義歯と比較して弾性率が高い合成樹脂材料で製作されているフィンガー部の破折が起こりやすく,臨床においてフィンガー部で破折を起こしている義歯を多く散見する.現在,修理法の確立など早急に解決しなくてはいけない様々な課題は多く挙げられているが,早期に破折を起こすことは高額な費用を払った患者にとって好ましくない状況である.そこで,高強度,高い剛性,電気絶縁性,引張強さを持つグラスファイバーを一緒に用いることでフィンガー部破折に対して補強したグラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーを考えた.今回,3点曲げ試験の基礎的検証を行い,長期安定性を比較検討した.H30年度は,各熱可塑性合成樹脂の3点曲げ試験を行いグラスファイバーの設置方法について検証を行った.熱可塑性樹脂とグラスファイバーとの接着強度や,グラスファイバーの有効な設置方法の確立が実験当初の予想よりも困難であるため.やや遅滞している.グラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーの機械的性質を3点曲げ試験および疲労試験を行うことにより,従来のノンメタルクラスプデンチャーと比較検討することで有効性を評価する.試験方法は,フィンガー部を想定した試料は,現在まで行った実験結果と比較を行うために幅10mm×厚さ2.5mm×長さ65mmとし,グラスファイバーを内部に埋入した試料と表面に露出させた試料を製作し比較する.またグラスファイバーの形態による比較検討を行う.また,クラスプ形態の試料を製作し,繰り返し着脱試験を行う.1000回ごとに維持力を計測し維持力の変化も同時に観察する.ノンメタルクラスプデンチャーは,厚生労働省により義歯床用材料として薬事承認を得たことにより,急速に普及されている.ノンメタルクラスプデンチャーとは,熱可塑性合成樹脂を射出成形し,金属製のクラスプを設置せずに樹脂の弾性を利用し義歯を維持させる部分床義歯のことをいう.各メーカーから様々な商品が提供されているが,熱可塑性合成樹脂は材料学的にポリアミド系,ポリカーボネート系,ポリエチレンテレフタレート系の主に3種類に分類される.従来の義歯床用材料であるPMMAと比較して,吸水,溶解が少なく,耐衝撃性,耐熱性,そして大きな弾性を有することを特徴としている.これらの特徴を利用し金属製のクラスプを使用しないことから審美性に優れているとされ,クラスプの代用として支台歯のアンダーカット内に義歯床の一部を延長したフィンガー部と呼ばれるところで維持力を得る.しかし,従来の義歯と比較して弾性率が高い合成樹脂材料で製作されているフィンガー部の破折が起こりやすく,臨床においてフィンガー部で破折を起こしている義歯を多く散見する.現在,修理法の確立など早急に解決しなくてはいけない様々な課題は多く挙げられているが,早期に破折を起こすことは高額な費用を払った患者にとって好ましくない状況である.そこで,高強度,高い剛性,電気絶縁性,引張強さを持つグラスファイバーを一緒に用いることでフィンガー部破折に対して補強したグラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーを考えた.今回,3点曲げ試験の基礎的検証を行い,長期安定性を比較検討している.H29年度は,各熱可塑性合成樹脂の3点曲げ試験を行いグラスファイバーとの接着性について検証を行った.研究代表者は,平成29年度開催の日本補綴歯科学会学術大会の会計責任者を行うことになり,学術大会前後で多くの時間が割かれたこと,使用を予定していた機械が壊れてしまい,新たに購入するまで時間がかかったことから予定していた研究進捗が遅れている理由である.ノンメタルクラスプデンチャーは,厚生労働省により義歯床用材料として薬事承認を得たことにより,急速に普及されている.ノンメタルクラスプデンチャーとは,熱可塑性合成樹脂を射出成形し,金属製のクラスプを設置せずに樹脂の弾性を利用し義歯を維持させる部分床義歯のことをいう.各メーカーから様々な商品が提供されているが,熱可塑性合成樹脂は材料学的にポリアミド系,ポリカーボネート系,ポリエチレンテレフタレート系の主に3種類に分類される.従来の義歯床用材料であるPMMAと比較して,吸水,溶解が少なく,耐衝撃性,耐熱性,そして大きな弾性を有することを特徴としている.

これらの特徴を利用し金属製のクラスプを使用しないことから審美性に優れているとされ,クラスプの代用として支台歯のアンダーカット内に義歯床の一部を延長したフィンガー部と呼ばれるところで維持力を得る.しかし,従来の義歯と比較して弾性率が高い合成樹脂材料で製作されているフィンガー部の破折が起こりやすく,臨床においてフィンガー部で破折を起こしている義歯を多く散見する.現在,修理法の確立など早急に解決しなくてはいけない様々な課題は多く挙げられているが,早期に破折を起こすことは高額な費用を払った患者にとって好ましくない状況である.そこで,高強度,高い剛性,電気絶縁性,引張強さを持つグラスファイバーを一緒に用いることでフィンガー部破折に対して補強したグラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーを考えた.今回,3点曲げ試験の基礎的検証を行い,長期安定性を比較検討した.H30年度は,各熱可塑性合成樹脂の3点曲げ試験を行いグラスファイバーの設置方法について検証を行った.熱可塑性樹脂とグラスファイバーとの接着強度や,グラスファイバーの有効な設置方法の確立が実験当初の予想よりも困難であるため.やや遅滞している.グラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーの機械的性質を3点曲げ試験および疲労試験を行うことにより,従来のノンメタルクラスプデンチャーと比較検討することで有効性を評価する.試験方法は,フィンガー部を想定した試料は,現在まで行った実験結果と比較を行うために幅10mm×厚さ10mm×長さ65mmとし,グラスファイバーを内部に埋入した試料と表面に露出させた試料を製作し比較する.またグラスファイバーの形態による比較検討を行う.また,クラスプ形態の試料を製作し,繰り返し着脱試験を行う.1000回ごとに維持力を計測し維持力の変化も同時に観察する.グラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーの機械的性質を3点曲げ試験および疲労試験を行うことにより,従来のノンメタルクラスプデンチャーと比較検討することで有効性を評価する.試験方法は,フィンガー部を想定した試料は,現在まで行った実験結果と比較を行うために幅10mm×厚さ2.5mm×長さ65mmとし,グラスファイバーを内部に埋入した試料と表面に露出させた試料を製作し比較する.またグラスファイバーの形態による比較検討を行う.また,クラスプ形態の試料を製作し,繰り返し着脱試験を行う.1000回ごとに維持力を計測し維持力の変化も同時に観察する.本年度に行う予定であった実験が,機械の故障により遅滞してしまったため次年度使用額に差が生じた.そのために.本年度自動研磨機を購入予定である.次年度は,グラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーの機械的性質を3点曲げ試験および疲労試験を行うことにより,従来のノンメタルクラスプデンチャーと比較検討することで有効性を評価する.試験方法は,フィンガー部を想定した試料は,現在まで行った実験結果と比較を行うために幅10mm×厚さ10mm×長さ65mmとし,グラスファイバーを内部に埋入した試料と表面に露出させた試料を製作し比較する.またグラスファイバーの形態による比較検討を行う.また,クラスプ形態の試料を製作し,繰り返し着脱試験を行う.1000回ごとに維持力を計測し維持力の変化も同時に観察する.グラスファイバー強化型ノンメタルクラスプデンチャーの機械的性質を3点曲げ試験および疲労試験を行うことにより,従来のノンメタルクラスプデンチャーと比較検討することで有効性を評価を行っていたが,接着強度に関して,予想よりも実験結果が上手くいかず先に進む事が出来なかったため,予想していた予算を使用できなかった.次年度は,前年度の反省をふまえて3点曲げ試験および疲労試験を行うことにより,従来のノンメタルクラスプデンチャーと比較検討することで有効性を評価する.
界面電子移動重合法による高結晶性ポリフェニレンエーテルの合成

フェノールの界面電子移動を規制して、分子量が均一で結晶性などの物性に優れたポリフェニレンエーテルを効率よく合成する基礎知見を得ることが研究目的である。1.一定の界面電子移動条件下でフェノールの重合を実施、ポリフェニレンエーテルの収率、分子量に及ぼす合成条件を広く検討した。臭素やアルコールが電極界面での電子移動媒体として働き、高い電流効率で分子量1万以上のポリマーが生成することを見い出した。ビスフェノールなど2官能性フェノール共存下の重合では、両末端に水酸基構造をもつポリフェニレンエーテルが生成した。またトリメチルシリル基を有するフェノールからも、対応するポリフェニレンエーテルが得られた。2.構造が直鎖の1,4-フェニレン型であることを、モデル物質を参照とした【^1H】-,【^(13)C】-NMR,FT-IR,DSC測定より確認した。界面電子移動過程の電気化学計測より、電極界面拡散層内でのラジカルまたはラジカルカチオンを経る重合機構を明らかにするとともに、これが構造規制されたポリフェニレンエーテル生成の原因であることを示した。3.易動性水素を有する一連の化合物を対象とした重合を実施、各化合物に対応した電子移動の電位設定、電極不導化回避のための溶媒選定など、ポリマーを得る条件を明らかにした。シクロヘキサジエンからポリ(1,4-シクロヘキサジエン),Ρ-ジメトキシベンゼンからポリ(2,5-ジメトキシ-1,4-フェニレン)が効率良く生成することを見い出した。以上より、本重合の機構を界面電子移動過程に関連させて整理し、新規な芳香族ポリマーの合成法として確立した。
ヘテロ原子を含む反応性大環状ホストによるポリロタキサンの合成と変換反応

ポリエチレンオキシド鎖の両端にヨウドパラジウム錯体を結合した二核パラジウム錯体を合成しNMRスペクトル等で構造決定をおこなった。これにテトラフェニルボラト銀を反応させたところ、ポリエチレンオキシド鎖部分が環化したクラウンエーテルが生成した。この反応は、二核錯体の有機鎖配位子が銀塩の添加によりトランスメタル化反応をおこない、パラジウムを含む大環状分子を形成したのち、カップリングをともなう還元的脱離によって生成物を与えるという機構により進行することがわかった。この反応を一酸化炭素存在下でおこなうとカルボニル基を環内に含む大環状ケトンを合成することができた。クラウンエーテル類をホストとして用いるロタキサン合成を行なった。フェロセンのシクロペンタジエニル配位子にアミノメチル基が結合した分子をゲストに用い、クラウンエーテルをホストに用いて酸性条件下で反応をおこなうとフェロセンを軸分子に含む数種類の擬ロタキサンを得ることができた。また中性条件下でも溶液を適当な印可電圧で酸化しつつ水素源となる化合物を添加すると、擬ロタキサンが生成した。これは、電気化学的な酸化反応を引き金にしてロタキサン形成をおこなった初めての例である。重合反応を用いる大環状分子の合成をおこなった、環構造をもつ二核アリルパラジウム錯体に大過剰のアルコキシメチレンシクロプロパンを反応させると重合が円滑に進行し、大環状リビングポリマーを得ることができた。新構造をもつブロック共重合体の合成もおこなった。大環状有機分子とその内孔を貫通する軸状高分子とからなるロタキサンおよびポリロタキサンは、弱い分子間相互作用により2種の分子の相対配置が柔軟に変わる特徴ある構造をもつ超分子である。本研究では、2個のアリールパラジウム錯体のアリール配位子部分を長鎖のオリゴエチレンオキシド鎖で連結した化合物の環化による大環状分子の構築を試みた。まず、通常の分子間の有機パラジウム錯体のトランスメタル化による炭素-炭素結合形成反応をモデルとして検討し、カチオン化することによってきわめて円滑に結合形成がおきることを明らかにした。これを用いて、長鎖の連結部分を有するパラジウム錯体にホウフッ化銀を加えてカチオン化したところすみやかな環化反応がおこり、官能基を有するクラウンエーテルを合成することができた。この反応は高希釈条件などの特別な操作を用いることなく、円滑に環化反応をおこすことがわかった。反応を精査したところ、用いたホウフッ化銀の銀カチオンを中心とする鋳型効果によって分子内環化が分子間のカップリングに優先しておこることがわかった。さらに、これをアシルパラジウム錯体に応用してカルボニル基を含むクラウンエーテルを合成することにも成功した。これらの大環状化合物は長鎖アミンの4級塩とまぜることによってロタキサンを生成することがわかった。さらに、ロタキサンのゲストとしてフェロセンを含有するカチオン性化合物を用いると、可逆なロタキサン形成と脱離が見られ、メタロセン部分の金属の価数を変化させることによって大環状分子が自由に着脱することが明らかになった。このような電気刺激による選択的なロタキサン形成は機能性超分子として興味深い。次年度は、本年度の研究成果に基づき、白金化合物に同様な反応を行って環状分子部分に白金を含んだ大環状分子やこれを構成要素としたロタキサン、ポリロタキサンの合成と機能開発をおこなう。
針葉樹間伐小径木のロータリー単板切削に関する基礎的研究

わが国では,合板原木用の南洋材大径木の供給が困難になるに伴ない,スギ・ヒノキ・カラマツ等の針葉樹門伐小径木の有効利用を図るために,これらを原木とした合板やLVL・LVBの製造が注目されてきている.これら針葉樹小径木の単板切削を行う場合には,節を切削することによる刃先の損傷や刃詰りが大きな問題となる.これらの問題点に対する対策として,節の切削に対して効果的なマイクロベベル付きの刃物の形状と,バーのセッティングの容易で刃詰りが起きにくいと思われるフローティングバーを用いた単板切削について検討した.〔供試材〕試験片には,節の木口切削を想定して,スギの枝材をマカンバの横切削用の試験片の間に挿入接着したものを用いた.ナイフ材種はSKH9を用いた.〔結果〕1)切込量1mm(気乾材)で切削しても刃先が損傷しないような直刃の刃物角は30°であった.この結果からマイクロベベル付きの刃物のマイクロベベルアングルは30°で一定した.2)切削角が単板品質に与える影響について調べた結果,この結果と現場では刃物角約20°の刃物が使用されることが多いことからメインベベルアングルの水準を12, 14, 16, 18, 20(°)とした.3)メインベベルアングルとランド幅(0.10.4mm)を変化させ切削を行ない,刃先の状態(切れ刃線粗さ,刃先丸味半径,条切り値)・切屑の状態(カール半径,裏割れ,切屑の表面粗さ)・切削抵抗から判断して,切込量2mm(飽水材)ではメインベベルアングル16°でランド幅0.1mmの刃物が適当であった.4)フローティイングバーは単板品質の向上に対して有効に作用し,適切なバーの先端角は7075°付近である.わが国では,合板原木用の南洋材大径木の供給が困難になるに伴ない,スギ・ヒノキ・カラマツ等の針葉樹門伐小径木の有効利用を図るために,これらを原木とした合板やLVL・LVBの製造が注目されてきている.これら針葉樹小径木の単板切削を行う場合には,節を切削することによる刃先の損傷や刃詰りが大きな問題となる.これらの問題点に対する対策として,節の切削に対して効果的なマイクロベベル付きの刃物の形状と,バーのセッティングの容易で刃詰りが起きにくいと思われるフローティングバーを用いた単板切削について検討した.〔供試材〕試験片には,節の木口切削を想定して,スギの枝材をマカンバの横切削用の試験片の間に挿入接着したものを用いた.ナイフ材種はSKH9を用いた.〔結果〕1)切込量1mm(気乾材)で切削しても刃先が損傷しないような直刃の刃物角は30°であった.この結果からマイクロベベル付きの刃物のマイクロベベルアングルは30°で一定した.2)切削角が単板品質に与える影響について調べた結果,この結果と現場では刃物角約20°の刃物が使用されることが多いことからメインベベルアングルの水準を12, 14, 16, 18, 20(°)とした.3)メインベベルアングルとランド幅(0.10.4mm)を変化させ切削を行ない,刃先の状態(切れ刃線粗さ,刃先丸味半径,条切り値)・切屑の状態(カール半径,裏割れ,切屑の表面粗さ)・切削抵抗から判断して,切込量2mm(飽水材)ではメインベベルアングル16°でランド幅0.1mmの刃物が適当であった.4)フローティイングバーは単板品質の向上に対して有効に作用し,適切なバーの先端角は7075°付近である.〔目的〕戦後に拡大造林されたわが国のカラマツ・ヒノキ・スギ林の多くが間伐期をむかえ、これら針葉樹間伐小径木を原材料とした針葉樹合板やLVL・LVBの製造が注目されている。これに伴なって未成熟材や生節を含む針葉樹小径木の単板切削技術の検討が急務とされている。この単板切削では単板品質(裏割れ・厚さむら・面粗さ・ナイフマーク・バーマーク等)や、刃詰り・ナイフ及びバーの欠け等が問題になる。そこで、これらの問題に対する対策として、ナイフとノーズバーの水平開き(ロータリーレースでは垂直開き)を一定とし、垂直方向は一定圧になるような新しいノーズバーの機構を用いたレースについて検討した。〔実験〕切削実験装置本体にはフライス盤を用い、そのコラムに片持梁を取り付け、その先端に刃物を固定した。ノーズバーホルダーはノーズバーの先端から約13cmはなれた支点を中心に回転するようになっており、これによってノーズバーは上下に自由に動くようになっている。垂直方向の荷重はノーズバーの真上の台に重りを載せることによってコントロールした。節の切削を想定した場合の試験片は、スギの枝材を3本横方向に接着して10×10×60(mm)の大きさにしてその木口面を切削するようにした。〔結果〕ノーズバーを作用させないと裏割れが生じるような切込量でも、ノーズバーによる垂直方向の荷重を増してゆくと裏割れは減少した。裏割れのなくなる荷重は、切込量が大きいほど大きかった。切屑の表面粗さは荷重が大きくなるほど小さくなり、厚さむらも小さくなった。

切削抵抗は枝の切削時の方がかなり大きく、特に背分力が大きいということは刃物にとって枝の切削は苛酷な切削条件といえる。枝を切削(気乾材,刃物角20゚,SKH9)する場合,切込量が0.4mm以上になると刃先の鈍化が著しくなり切削抵抗のばらつきが大きくなった。
月からのエコーを聞く出前授業の実現による科学教育の新規展開

本研究の目的は,宇宙に対する夢が持てるような電波科学に関する科学教育の題材として,比較的安価なアマチュア無線用の機器を用いて,月面からの電波エコーを子供達に実際に聞かせる出前授業の実現を目指すことである。19年度は,パラボラアンテナ製作の経験を積むため,まず直径1mの小型アンテナを製作し太陽電波受信実験,放送衛星電波受信実験を行った。次に直径2mのパラボラアンテナの製作を行ない,大型アンテナを使用する他のアマチュア局の月面エコーを受信することに成功した。また市販のアンテナ駆動装置は、角度表示がアナログメータである精度が不足し,1296MHz帯で月を追尾することが困難であるとわかりマイコンを使って角度を読みとってモータを制御する追尾装置を製作した。また市販の月軌道計算プログラムは、その表示が専門知識を持たない小学生にはわかりにくいと思われたので、月の軌道計算プログラムを自作した。1296MHz帯で出力200Wの送信設備の動作試験と低雑音受信アンプの動作試験を行い期待した性能が得られた。最後に200Wの電波発射に必要な免許申請は,移動しないアマチュア局として申請を行なう必要があるが,出前授業をする学校毎に免許申請を行なうことは申請費用の面から不可能とわかり,福井高専で免許を受けて電波科学に興味を持つ児童生徒を招待してエコー受信実験を体験させる方法に変更せざるを得なくなった。福井高専で設置できるアンテナは最大で直径3mが限界であるため,2年間のうちに1296Mz帯で自局の月面エコーを聞くことができなかった。そこで年度末に技術的にはやや厳しいが3mのアンテナでエコーを聞ける可能性のある5760MHz帯用の無線設備を購入した。今後5760MHz帯でのエコー受信実験を行う予定である。本研究では、携帯電話、カーナビ、無線LANなどの身近な機器から、スペースシャトルや宇宙探査機のような先端科学分野で使用され、産業や科学分野でのインフラストラクチャーとも言える存在である電波について児童生徒にとって宇宙に対する夢が持てるような出前授業の実現を図るために、安価に入手できるアマチュア無線用の機器を用いて、月面からの電波エコーを子供達に実際に聞かせる実験をする。18年度は、(1)出前授業を行うには、学生の協力が不可欠であるので学生に無線従事者免許取得の指導を行った。(2)月面反射エコー強度の計算式に基づき、無線設備(送受信機、高電力増幅器)の選定後購入をし、動作を確認した。アルミパイプなどで432MHz帯用の八木アンテナ、1296MHz用のパラボラアンテナの試作を行った。(3)太陽電波受信実験を行い、アンテナや無線設備の性能を確認した後、エコー受信実験を行った。実験の際、高電力免許が得られていなかったので他局が発射した電波のエコーを受信し成功した。その結果、購入したアンテナ駆動装置の角度表示精度が不足すること、432MHz帯での雑音レベルがやや高いことが判明した。駆動装置の角度表示については、マイコンを使った表示装置の開発で対応できる目処が付いた。432MHzでは、周囲雑音レベルが高いことが分ったので、周囲雑音が低いと言われている1296MHzでの実験を主として行うことを考えている。今後1296MHz帯用のパラボラアンテナの製作を集中的に行い、同時に送信出力200Wの電波を発射できるように免許申請を行う予定である。免許が得られ次第、自局のエコー実験を成功させた後、電波科学に興味を持つ児童生徒を募集し、出前授業を行うつもりである。
軟骨細胞シート分泌エクソソーム内包miRNAの軟骨修復メカニズムへの関与の解明

軟骨細胞シートを用いた関節治療の実現にあたり、細胞シートの形質や品質を非侵襲的に検査する方法が望まれている。細胞が放出するエクソソームにはmiRNAが含まれており、細胞間情報伝達物質としての役割を果たすことが知られ、バイオマーカーとしての利用も期待されている。我々はこれまでに、細胞シート培養上清中エクソソーム内に特定のmiRNAが選択的にパッケージングされることを見出し、軟骨修復能の高い細胞シートにて特徴的に発現するエクソソーム内包miRNAを同定した。本研究では、これらのmiRNAにおける細胞シートの軟骨形質マーカーとしての機能の検証と、軟骨修復機序への関与の解明を目的とする。
近赤外光応答性uphill型光合成反応におけるカルシウムイオンの役割

好熱性紅色光合成細菌Tch. tepidumは他の紅色細菌よりも低エネルギーの近赤外光を利用して光合成を行っている。この特異的な性質は光捕集1(LH1)複合体から光合成反応の心臓部である光反応中心(RC)へのエネルギー勾配を遡るuphillエネルギー移動によるものであるが、その分子機構は不明である。本研究では、Tch. tepidum由来RCの構造に新たに見出されたCaに着目し、分光学的、熱力学的解析により、RCの構造安定化、エネルギー移動、電荷分離反応、キノン輸送におけるCaの役割、並びにTch. tepidum由来LH1-RCにおけるuphillエネルギー移動の分子機構解明を目的としている。(1)CaによるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析に関しては、光誘起赤外分光法および同位体置換を用いた詳細な解析を行い、Caを介したCサブユニットの相互作用が、スペシャルペアの配向状態を部分的に制御していることが強く示唆された。(2)LH1からRCへのuphillエネルギー移動速度の測定については、RCとLH1の大きなuphillエネルギーギャップにも関わらず、他の紅色細菌と同様のエネルギー移動速度を示すこと、その速度や効率はCaの有無やカロテノイドの種類に依存すること、Tch. tepidumにおいてはエネルギー移動速度に温度効果が認められ、至適生育温度付近で最大値を示す傾向にあることが判明した。(3)キノン分子の検出および移動経路のモニタリングでは、キノール生成のマーカーバンドを特定し、側鎖の異なるキノンやキノン同位体を用いたモニタリングにより、キノン輸送メカニズムの解明に重要な知見を得ることができた。現在、これまでの結果を総合的に検証し、(2)についてはその一部のデータを論文として報告した。また、(1)や(3)で得られた結果については論文化を進めている。好熱性紅色光合成細菌Thermochromatium(Tch.)tepidumは、他の紅色細菌よりも低エネルギーの近赤外光を利用して光合成を行うことが可能である。この異常な特性は、光捕集1(LH1)複合体から光合成反応の心臓部である反応中心(RC)へのエネルギー勾配を遡るuphillエネルギー移動によるものであり、この現象にはCa2+が密接に関与していると考えられる。本研究ではTch. tepidum由来RCの構造に新規に見出されたCa2+に着目し、野生型、Sr2+置換型、キメラ型LH1-RCの全反射吸収赤外分光(ATR-FTIR)、共鳴ラマン分光、超高速分光、熱量分析により、RCの構造安定化、エネルギー移動、電荷分離反応、キノン分子を含めた電子伝達反応におけるCa2+の役割、並びにTch.tepidum由来LH1-RCにおけるuphillエネルギー移動の分子機構を明らかにすることを目的としている。今年度は(1) RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証、(2) Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析、(3) LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測、(4)キノン分子の検出および移動経路のモニタリングを軸に研究を進めている。(1)に関しては、RCの精製収率が低く、収率の向上、ならびに他の手法による詳細な解析を検討している段階である。(2)に関しては概ね目的を達成しており、Ca2+とタンパク質サブユニットの協同的な作用により、反応中心の吸収特性が制御されていることを見出した。(3)については測定条件のスクリーニングを終え、異なる種間でuphill型エネルギー移動に関する興味深い知見が得られている。(4)では、装置の立ち上げ、測定条件の最適化を行い、キノン分子の変化を捉えることに成功した。本研究では、Tch.tepidumのRCに新規に見出されたCa2+の構造的、機能的役割を物理化学的手法により解析し、このCa2+が密接に関与するuphillエネルギー移動の分子機構ならびに光合成電子伝達反応を担うキノン分子の移動経路を明らかにすることを目的としている。具体的には、(1) RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証、(2) Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析、(3) LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測、(4)キノン分子の検出および移動経路のモニタリングを軸に研究を進めている。(1)に関しては、RCの精製収率が低く、他の手法による詳細な解析を進めている段階であるが、(2)に関しては概ね目的を達成している。(3)についても測定条件の最適化を終え、異なる種間で興味深い結果が得られている。(4)では、装置の立ち上げ、測定条件の最適化を行い、キノン分子の変化を捉えることができるようになった。これらの経緯を踏まえ、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。好熱性紅色光合成細菌Thermochromatium(Tch.)tepidumは他の紅色細菌よりも低エネルギーの近赤外光を利用して光合成を行っている。本研究では、Tch. tepidum由来RCの構造に新たに見出されたCa2+に着目し、分光学的、熱力学的解析により、RCの構造安定化、エネルギー移動、電荷分離反応、キノン輸送におけるCa2+の役割、並びにTch. tepidum由来LH1-RCにおけるuphillエネルギー移動の分子機構を明らかにすることを目的としている。今年度は昨年度に引き続き、

(1)RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証、(2)Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析、(3)LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測、(4)キノン分子の検出および移動経路のモニタリングを中心に研究を行った。(1)については高純度のRCを用いた測定が可能になり、Ca2+はCサブユニットをRCにつなぎとめる役割を担っており、RCの構造安定化に重要な役割を担っていることが判明した。(2)に関しては、光誘起赤外分光法を用いた解析を行い、Ca2+およびCサブユニットの存在が、スペシャルペアの配向状態に影響を及ぼしていることが強く示唆された。(3)についてはRCとLH1の大きなエネルギーギャップにも関わらず、他の紅色細菌と同様のエネルギー移動速度を示すこと、エネルギー移動の効率が高い可能性があることを示唆する結果が得られた。(4)では、キノンからキノールへの変化を検出することに成功し、各種同位体置換体を用いた解析によりキノン輸送メカニズムの解明に取り組んでいる。既述のように、本研究では、(1)RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証、(2)Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析、(3)LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測、(4)キノン分子の検出および移動経路のモニタリングを中心に研究を進めている。(1)については目標に到達しており、新しい知見が得られている。また、(2)についても測定は終了しており、(1)と(2)を合わせた結果を現在、投稿論文にまとめている段階である。(3)については測定がほぼ終了し、結果の一部は現在投稿中の論文に含まれている。(4)については同位体のキノンを用いた解析を行っているが、キノンの置換方法について予測と異なる結果が得られた。現在、異なる種由来のLH1-RCを用いてキノン/キノール変換をモニタリングしており、これらの結果を含めてキノン輸送の分子機構を検証する。以上の経緯を踏まえ、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。好熱性紅色光合成細菌Tch. tepidumは他の紅色細菌よりも低エネルギーの近赤外光を利用して光合成を行っている。この特異的な性質は光捕集1(LH1)複合体から光合成反応の心臓部である光反応中心(RC)へのエネルギー勾配を遡るuphillエネルギー移動によるものであるが、その分子機構は不明である。本研究では、Tch. tepidum由来RCの構造に新たに見出されたCaに着目し、分光学的、熱力学的解析により、RCの構造安定化、エネルギー移動、電荷分離反応、キノン輸送におけるCaの役割、並びにTch. tepidum由来LH1-RCにおけるuphillエネルギー移動の分子機構解明を目的としている。(1)CaによるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析に関しては、光誘起赤外分光法および同位体置換を用いた詳細な解析を行い、Caを介したCサブユニットの相互作用が、スペシャルペアの配向状態を部分的に制御していることが強く示唆された。
タンパク質小胞体膜透過ダイナミクスの-分子解析

タンパク質が細胞内の適切な場所に輸送されて機能するためには、タンパク質の膜透過や膜組み込みが必須である。これらの過程は真核細胞内では小胞体膜で進行する。本研究では、タンパク質膜透過ダイナミクスの一分子レベルでの解析を目指した。ミクロソームを共存させた無細胞合成系を用いたサプレッサーtRNA法により、蛍光色素標識したタンパク質膜透過中間体を作成した。全反射型蛍光顕微鏡による解析から膜透過中間体由来の蛍光および消光を観測することができた。しかしながら、高いバックグラウンド光、ラベル色素の低い蛍光強度および蛍光寿命による低シグナル/ノイズ比が明らかとなり、これらの改善が課題として残った。【研究目的】細胞内ではタンパク質の膜透過や膜組み込みは小胞体膜で進行する。本研究課題は、(1)タンパク質の小胞体膜透過を全反射蛍光顕微鏡を用いて可視化・一分子レベルで計測し、(2)そのダイナミクスをリアルタイムかつ定量的に明らかにすること、さらに(3)膜貫通配列およびその近傍配列を系統的に改変したモデルタンパク質の解析により、これらの配列が膜透過ダイナミクスに与える影響を解明することを目的とする。【研究成果】平成22年度は、上記(1)の観察条件の確立を試みた。小麦胚芽抽出物無細胞合成系でサプレッサーtRNA法により、蛍光色素HiLyteFluor 488で標識したイヌ膵臓ミクロソーム膜透過中間体を作成し、これを段階希釈して蛍光顕微鏡で観察した。その結果、タンパク質膜透過中間体に付加した蛍光色素に由来する蛍光を個別に観測できた。さらに消光剤DABCYLの添加によってその蛍光を消光することができた。一方、主に消光剤に由来するバックグラウンド光およびラベル色素の低い蛍光強度のためにシグナル/ノイズ比が低いことが分かった。上記(2)および(3)のダイナミクス解析には、消光状態から蛍光状態への蛍光強度変化を広いダイナミックレンジで一定時間測定する必要があるため、消光剤・蛍光色素などの検討によりシグナル/ノイズ比と蛍光寿命の改善が次年度の課題として明らかになった。【意義・重要性】これまでの研究では、無細胞合成系で蛍光色素標識した膜透過中間体は電気泳動法および蛍光イメージスキャナによって解析してきたが、平成22年度の研究によって、実際に一分子計測可能な量の膜透過中間体が合成されており、個々の中間体に由来する蛍光を全反射蛍光顕微鏡の視野中で個別で観察できた意義は大きい。平成23年度では、シグナル/ノイズ比と蛍光寿命の改善を行い、一分子計測によるタンパク質膜透過のダイナミクスの解析を目指したい。細胞内ではタンパク質の膜透過や膜組み込みは小胞体膜で進行する。これまでの研究で、蛍光標識した膜透過中間体の蛍光、および消光剤の添加による消光を蛍光顕微鏡で観察することができた。そこで、平成23年度では、(1)膜透過による蛍光強度の増加の観察を行った。小麦胚芽抽出物無細胞合成系でサプレッサーtRNA法により、蛍光色素HiLyteFluor 488で標識したイヌ膵臓ミクロソーム膜透過中間体を作成した。次いで、膜透過を開始させ、膜透過中間体の標識蛍光色素が消光剤から隔離されることによる蛍光強度の増加を、蛍光顕微鏡で観察した。その結果、バックグラウンド光と標識色素の退色のため、蛍光強度の有意な増加を観測することはできなかった。また、(2)顕微鏡視野内での膜透過中間体の位置特定を目的とした小胞体の蛍光標識のため、小胞体内腔へ蛍光タンパク質を導入することができた。当初、消光状態から蛍光状態への蛍光強度変化により膜透過を観測することが出来ると期待されたが、現状よりも広いダイナミックレンジでの一定時間の測定が必要であることが判明し、平成22年度に引き続き、シグナル/ノイズ比と蛍光寿命の改善が必要であることが分かった。
嚥下造影に代わる嚥下機能障害の画像的評価法の開発

本年度は嚥下障害を有する患者において実際に新しい検査方法を施行した。本年壌、当院リハビリテーション科では嚥下障害の患者に対して日常の臨床検査としてビデオ嚥下造影検査(以下、VF)を79人のべ179件施行した。このうち、適応基準を満たして除外基準に該当しないもので本研究への参加を承諾された8人のべ21件に対して、VFに付加する形で本研究の検査を施行した。結果は、VF直後に施行したX線単純写真の喉頭正面像および側面像で、咽頭残留は反復嚥下で残留が解消できなかった症例において良好に検出できたが、誤嚥については検出ができなかった。また、VF直後および翌日に施行した胸部正面像では、咽頭残留や誤嚥に関連した所見の変化は検出できなかった。これは現像されたフィルムをそのまま目視で比較しても、コンピューターで画像処理を施して比較した場合でも同様であった。経過中に誤嚥性肺炎による熱発を生じた被検者はいなかった。本研究の検査で誤嚥の検出が不良であった原因としては、VFで生じた誤嚥がない、またはごく微量であったため、その微量の造影剤により追加された陰影は胸部正面像における元々の正常陰影との鑑別が困難で、所見の変化として捉えられなかったと考えられる。もし誤嚥の量が多ければ誤嚥した造影剤を胸部正面像で捉えることは容易になったであろうと思われる。当科はVFに熟練しているため誤嚥を最小限に抑えることができているが、嚥下機能評価に精通していない施設では誤嚥の量が増える可能性が考えられ、その場合には誤嚥を検出できる可能性はあるだろうと推察する。また、、咽頭残留の検出は、晦床上問題となりやすい「反復嚥下で解消できない咽頭残留」を検出することができているため、検査の有用性はあると考える。なお、本研究の成果は第44回日本リハビリテーション医学会学術集会で発表する予定である。本年度は検査プロトコールの制定を主に行った。本年度、当院リハビリテーション科では嚥下障害の患者に対して日常の臨床検査としてビデオ嚥下造影検査(以下、VF)を61人のべ98件施行した。この検査での所見をもとに本研究で行う検査のプロトコールの検討を行った。新しい検査そのものの実施はまだ試行レベルで、解析を行うだけの十分なデータを集められなかった。次年度は症例数を増やして、検査の有用性について研究を進める計画である。そのため、当院放射線部の協力を得て、過去にVFを行った患者で検査直後や翌日に撮影した胸部単純X線写真正面像(以下、胸部写真)や、他科で食道造影など検査中に造影剤の誤嚥を生じうるVF以外の透視検査の症例データを検索した。その中に、検査中に誤嚥を起こしてしまい、かつ胸部写真を検査の前後で撮影していた症例があり、この写真を探し出して本研究で得られる画像データの解析方法の検討を行った。胸部写真のフィルムを目視で比較するだけでなく、研究資金で購入したX線フィルムデジタイザシステムを用いてフィルムをコンピューター上に取り込み、画像編集ソフトウェアを用いてサブトラクト画像を作成して所見の検討を行った。また、肺がんの経時的フォローなど他科領域で一部臨床に試用されているX線写真解析ソフトウェアを本研究に応用することができるか可能性の検討をも行った。これら解析方法については、次年度は本研究の検査で得られた胸部写真でもって検討を進めてゆく計画である。

また、、咽頭残留の検出は、晦床上問題となりやすい「反復嚥下で解消できない咽頭残留」を検出することができているため、検査の有用性はあると考える。なお、本研究の成果は第44回日本リハビリテーション医学会学術集会で発表する予定である。
海氷減退期に適した新しい北極海航路航行安全性評価手法の構築

本研究は、海洋減退が進む夏季の北極海航路で、目視やレーダーでは発見できない氷塊に船舶が開水中航行速度で衝突するリスクを考慮した航行安全性評価手法を提案することを目的とする。模型実験で衝突前後の氷塊の運動を計測することにより氷塊の運動エネルギーの変化を詳細に調べるとともに、この現象に適した数値解析技術を構築することで、海氷減退期に適した新たな評価手法を提案する。平成30年度は簡易実験装置を工学院大学内に設置し、実験用模擬氷塊の作成および、船体・氷塊衝突時の衝撃力測定を実施した。また氷に作用する流体力を接触力と分離して計測する装置を開発した。加えて、接触運動解析技術と粒子法流体解析技術の統合を試みた。簡易実験装置には曳航台車を設置し、模型船を曳航して浮遊する模擬氷に衝突させる実験を実施した。模型船は平成29年度と同じものを用いたが模擬氷は追加製作した。実験の結果、曳航台車を一定速度で走行させての実験が可能であり、またその速度を測定できること、衝突時の衝撃力を測定できることなどを確認した。模擬氷に作用する流体力を接触力と分離して計測する装置を開発し、計測に供した。この装置は周囲物体と接触する枠と、その内側にある模擬氷とを接触しないように、内側の模擬氷を動作させる装置である。装置が動作することは確認できたが、接触力と比べて流体力は非常に小さいために現在所有する検力計では十分な計測精度を確保できず、改善を要する結果となった。運動解析技術と流体解析技術の統合を試み、制限はあるものの、浮遊物体と周囲流体の連成解析を可能とした。当初計画では平成30年度までに船舶模型と実験用模擬氷塊の作成、および水槽実験による氷塊の運動測定、接触運動解析技術と粒子法流体解析技術の統合と妥当性評価を実施する予定であった。平成29年度に船舶模型は作成不要と判断し、模擬氷の作成および水槽実験による運動測定は平成29、30年度に実施したため、実験主体の研究の面では計画通りに進んでいる。しかし運動解析技術と流体解析技術の統合に関しては、まだ解析上の不具合が完全には解消されておらず、妥当性の評価が完了していない。以上より当初計画よりやや遅れていると判断した。平成30年度に引き続き、模型実験と数値解析の両面から、衝突時の氷塊の運動解析、および妥当性の評価を実施する。この結果に基づき、氷塊運動のモデル化を実施する。平成30年度までの進捗は当初予定よりやや遅れているため、モデル化に際して吃水、氷塊サイズ等のパラメタの個数を再検討する。平成29年度は模型実験で氷塊の運動を計測するための運動計測システムの導入、船舶模型および実験用模擬氷塊の作成、および衝突前後の物体に作用する流体力の文献調査を実施した。運動計測システムは研究代表者が開発したものや市販のものを比較し、本年度は工学院大学が所有する市販の3次元ビデオ動作解析システムFrame-DIAS Vを用いることとした。このソフトで計測しやすいよう、位置マーカーを貼り付けた模擬氷を、円柱型(φ100mm×50mm)と立方体型(100mm×100mm×100mm)の2種類作成した。材料には低分子量ポリオレフィンを採用した。船舶模型は新たに作成せず、既存の模型(船長300mm)を修理して再利用することとした。東京大学生産技術研究所の小型造波曳航回流水槽を用いて予備的な実験を実施した。その結果、構築した計測システムで模擬氷の運動を30fpsで計測でき、そこから力学エネルギーの変化を算出できる見通しを得た。ただし現在の計測系では曳引台車が撮影用カメラの視界を遮ることがあり、改善を要する。また、現在のアイスクラスの設計氷荷重に関する考え方を文献調査した。衝突前後の物体に作用する流体力の文献調査も実施したが、報告例が乏しく、本研究に直接役立ちそうなものは見つかっていない。当初計画では平成29年に運動計測システムの導入、船舶模型および実験用模擬氷塊の作成、および衝突前後の物体に作用する流体力の文献調査を実施する予定であった。現在までのところ運動計測システムの導入は順調に進み、予備実験を実施するに至った。水槽実験は平成30年度に実施予定だったので、予備実験ではあるが当初計画より進展していると言える。また船舶模型は新たに作成せず既存の模型を修理して使うこととし、実験用模擬氷塊は2種類を作成し、前記の予備実験に供した。文献調査ではまだ本研究に直接役立つ報告を見つけられていないが、この点を差し引いても当初計画より進展していると判断している。

平成30年度は簡易実験装置を工学院大学内に設置し、実験用模擬氷塊の作成および、船体・氷塊衝突時の衝撃力測定を実施した。また氷に作用する流体力を接触力と分離して計測する装置を開発した。加えて、接触運動解析技術と粒子法流体解析技術の統合を試みた。簡易実験装置には曳航台車を設置し、模型船を曳航して浮遊する模擬氷に衝突させる実験を実施した。模型船は平成29年度と同じものを用いたが模擬氷は追加製作した。実験の結果、曳航台車を一定速度で走行させての実験が可能であり、またその速度を測定できること、衝突時の衝撃力を測定できることなどを確認した。模擬氷に作用する流体力を接触力と分離して計測する装置を開発し、計測に供した。この装置は周囲物体と接触する枠と、その内側にある模擬氷とを接触しないように、内側の模擬氷を動作させる装置である。装置が動作することは確認できたが、接触力と比べて流体力は非常に小さいために現在所有する検力計では十分な計測精度を確保できず、改善を要する結果となった。運動解析技術と流体解析技術の統合を試み、制限はあるものの、浮遊物体と周囲流体の連成解析を可能とした。当初計画では平成30年度までに船舶模型と実験用模擬氷塊の作成、および水槽実験による氷塊の運動測定、接触運動解析技術と粒子法流体解析技術の統合と妥当性評価を実施する予定であった。平成29年度に船舶模型は作成不要と判断し、模擬氷の作成および水槽実験による運動測定は平成29、30年度に実施したため、実験主体の研究の面では計画通りに進んでいる。しかし運動解析技術と流体解析技術の統合に関しては、まだ解析上の不具合が完全には解消されておらず、妥当性の評価が完了していない。以上より当初計画よりやや遅れていると判断した。平成30年度は29年度に引き続き、実験用模擬氷塊の作成を継続する。また模擬氷を用いた水槽実験により、船体と氷塊との衝突前後で氷塊の運動を測定するとともに、計測精度を検証する。計測精度検証を容易にするため、東京大学生産技術研究所の小型造波曳航回流水槽に準ずる簡易実験施設を工学院大学内に設置する予定である。平成30年度に引き続き、模型実験と数値解析の両面から、衝突時の氷塊の運動解析、および妥当性の評価を実施する。この結果に基づき、氷塊運動のモデル化を実施する。平成30年度までの進捗は当初予定よりやや遅れているため、モデル化に際して吃水、氷塊サイズ等のパラメタの個数を再検討する。計測用高速度カメラを工学院大学の伊藤慎一郎教授から貸与されたため、調達が不要だったことと、模型船舶を作成せず既存のものを修理して使うことが出来たため、研究実施計画通りに進んでいるにもかかわらず支出を抑制できた。次年度に本予算を使用し、工学院大学内に簡易実験施設を設置して計測精度検証に利用することを計画している。平成29年度に調達予定だった計測用高速度カメラの調達が不要になったこと、30年度に作成した簡易実験装置が比較的安価だったことと予定していた人件費が発生しなかったことから、支出を抑制できた。検力計の容量過多から計測精度に問題が生じていたため、次年度に本予算を利用して高精度検力計の導入を計画している。
惑星大気の2次元乱流運動に関する数値実験

惑星大気の大規模運動が持つ2次元乱流的側面を理解するため,等方的な渦度強制を与えた場合の回転球面上の2次元乱流に関する数値実験を行ない,理論的考察を行なった.回転球面上の渦度方程式を基礎方程式として,渦度強制は限定された波数成分のみでランダムに与えて,高分解能モデルを時間発展させた.系の回転角速度をパラメータとして,静止球から木星の4倍の状態までの6つの場合について実験を行なった.主な結果は次の通り:1.惑星の回転によってエネルギー逆カスケードは抑制され,輸送されたエネルギーは自転角速度が大きいほど高波数域に堆積する.スペクトルは波数nの巾となるが,その勾配自体が自転角速度に依存してn^<-3>からずれる.2.波数空間内のエネルギー分布は惑星の回転によって非等方的になる.低波数域にはエネルギーがほとんど輸送されない領域が存在する.エネルギー分布の非等方性は低波数域だけでなく高波数域にも見られ,これらは同一のメカニズムによって生じていると考ええられる.3.惑星が回転している場合,流れ場は非等方的になり,東風ジェット域と西風ジェット域が緯度方向に交互に並ぶ帯状縞構造が卓越する.自転角速度が大きいほどジェットの幅が狭くなり,縞の数が増える.縞構造は,時間発展のごく初期の段階から認められ,一度構造ができあがると,それ以降ほとんど変化しない.4.渦度強制が比較的小さな波数で与えられる場合,自転角速度が大きいと強制と同じ水平規模で渦度場が経度方向に引き伸ばされる.一方,渦度強制が大きな波数の場合には,渦の大きさ自体は強制と同じ程度でその形状は自転角速度に依らないが,渦の集合の仕方が,自転角速度に依存する:ジェットの縞構造と対応して,正の渦度と負の渦度が帯状に分離する.惑星大気の大規模運動が持つ2次元乱流的側面を理解するため,等方的な渦度強制を与えた場合の回転球面上の2次元乱流に関する数値実験を行ない,理論的考察を行なった.回転球面上の渦度方程式を基礎方程式として,渦度強制は限定された波数成分のみでランダムに与えて,高分解能モデルを時間発展させた.系の回転角速度をパラメータとして,静止球から木星の4倍の状態までの6つの場合について実験を行なった.主な結果は次の通り:1.惑星の回転によってエネルギー逆カスケードは抑制され,輸送されたエネルギーは自転角速度が大きいほど高波数域に堆積する.スペクトルは波数nの巾となるが,その勾配自体が自転角速度に依存してn^<-3>からずれる.2.波数空間内のエネルギー分布は惑星の回転によって非等方的になる.低波数域にはエネルギーがほとんど輸送されない領域が存在する.エネルギー分布の非等方性は低波数域だけでなく高波数域にも見られ,これらは同一のメカニズムによって生じていると考ええられる.3.惑星が回転している場合,流れ場は非等方的になり,東風ジェット域と西風ジェット域が緯度方向に交互に並ぶ帯状縞構造が卓越する.自転角速度が大きいほどジェットの幅が狭くなり,縞の数が増える.縞構造は,時間発展のごく初期の段階から認められ,一度構造ができあがると,それ以降ほとんど変化しない.4.渦度強制が比較的小さな波数で与えられる場合,自転角速度が大きいと強制と同じ水平規模で渦度場が経度方向に引き伸ばされる.一方,渦度強制が大きな波数の場合には,渦の大きさ自体は強制と同じ程度でその形状は自転角速度に依らないが,渦の集合の仕方が,自転角速度に依存する:ジェットの縞構造と対応して,正の渦度と負の渦度が帯状に分離する.
未発表原稿分析によるJ.-C.マルドリュスの執筆過程の解明

『千一夜物語』仏語訳者J.-C.マルドリュスの未発表原稿Cinq conteurs divins dans la lumiere(光に満ちた5人の神の言葉の語り手)について、マルドリュスの遺族が所有していた関連資料やフランス国立図書館所蔵の資料、同世代の聖書研究などの調査を踏まえて校訂・分析を行う。これにより、謎の多いマルドリュスの活動や執筆過程が解明され、マルドリュスの再評価に繋げることができる。
光ビーコン情報を使う人工知能型交通信号制御モデルの開発

まず、街路網の1リンクにおいて発生する遅れ時間損失(旅行時間と同義)を関連する交通変量、信号制御パラメータとリンク特性を入力情報とする人工知能モデルによって推定する方法について検討した。具体的モデルとしては、3層のニューラルネットワーク(NN)とウエーブレットニューロンモデル(WV3)の2つを考えた。入力の交通変量としては、当該リンク交通量に加えリンク上流側交差点から直進、右折、左折で流入する交通量(いずれも飽和交通量で基準化した値)の4つを候補とした。信号制御パラメータとしては、リンク両端交差点の青信号スプリットとリンクに対応する相対オフセットの3つを用いることとした。リンク特性はリンク長で代表させた。NETSIMモデルを使って得られたシミュレーションによるデータで実証的検討を行ったが、ここで得られるリンク旅行時間が光ビーコン情報に対応する。検討結果であるが、NNもかなり良好な推定性能を有してはいるが、WV3を用い、入力として上記の8つすべてを採用する方法が最も優れた推定を行うことが明らかとなった。学習済みモデルの信号制御への実装テストについては、5交差点が直線状に連なる街路網を対象街路網として用いた。信号制御最適化については総旅行時間最小化を図るモデル入力の逐次的修正という勾配法をベースとした方法を開発した。制御対象期間は19周期(約48分)で、1周期ごとの街路網への流入交通量を適切に与えるとともに信号制御パラメータ(初期値)の設定を行ってシミュレーションを実行した。次いで得られた交通量データをモデルに入力して求められた最適信号制御パラメータを用いて再度シミュレーションを実行した。その結果求められた総旅行時間を、複数の比較制御パターンの総旅行時間と対比したが、それらいずれの値をも下回わり開発方法の有効性を確認することができた。対象リンクと両端交差点から成る街路網を基本街路網とし、交通流入パターン及び信号パラメータを変化させながらNETSIMシミュレーションを実行した。共通信号周期は120秒、150秒の2つの場合について実行したが、前者についてはリンク長は300mで交通需要は一部過飽和状態になるよう与え、後者についてはリンク長を300m、350m、400mと変えそれぞれについて過飽和状態のない交通需要を準備した。前者の出力としてのデータセットをD1、後者のそれをD2と称する。いずれも2分して学習とモデル検証に供した。D1については、1周期の対象リンク交通量及び流入交通量、1周期前遅れ(光ビーコン情報)、スプリットとオフセットの合計8変数を基本入力とし、D2についてはこれにさらにリンク長を加えて(300m、400mのデータは学習用、350mのデータは検証用)、ニューラルネットワーク(NN)ならびに3つのウエーブレットモデルによる旅行時間推定モデルを学習・検証した。なお、リンク交通量は30秒間交通量に分割して与える(車群パターンを考慮)場合も考えた。結果であるが、NNではD1については1周期前遅れは有効であるが車群パターンは必ずしも有効ではないこと、D2については1周期前遅れは有効ではなく、車群パターンの有効性は確認できないこと、上流青と流入交通量は有効であること、リンク長350mの場合の旅行時間推定は可能であることなどが判明した.ウエーブレットモデルについては最も性能が高かった3層ウエーブレットについてのみ結果を示すものとすると、D1については1周期前遅れは有効であるが車群パターンの有効性は限定的であること、D2については1周期前遅れ、上流青、流入交通量、車群パターンすべてが有効であること、350mの場合の良好な推定が可能であることを明らかにした。前年度に、街路網の1リンクにおいて発生する旅行時間を人工知能モデルによって推定する方法について検討したが、入力として光ビーコンから得られる1周期前の旅行時間を採用していた。

しかしながら、信号制御パラメータ最適化過程においてはその入力変量をリアルタイムに近い形で入手することが困難であることが明らかとなった。このことを受けて今年度新に1周期前旅行時間に代わって交差点間距離を用いる方法について検討を加えた。人工知能型モデルとしては、前年度と同じ3層のニューラルネットワーク(NN)とウェーブレットニューロンモデル(WV3)の2つを考えた。シミュレーションによるデータで実証的検討を行った結果、WV3を用い入力として当該リンクと上流交差点流入リンクの交通量、当該リンク長、オフセット、当該リンク両端交差点青信号時間の8つすべてを採用する方法が最も優れた推定を行うことが明らかとなった。学習済みモデルの信号制御への実装テストについては、5交差点が直線状に連なる街路網を対象街路網として用いた。信号制御最適化については総旅行時間最小化を図るモデル入力の逐次的修正という勾配法をベースとした方法を開発した。制御対象期間は19周期(約48分)で、1周期ごとの街路網への流入交通量を適切に与えるとともに信号制御パラメータ(初期値)の設定を行ってシミュレーションを実行した。次いで得られた交通量データをモデルに入力して求められた最適信号制御パラメータを用いて再度シミュレーションを実行した。その結果求められた総旅行時間を、複数の比較制御パターンの総旅行時間と対比したが、それらいずれの値をも下回わり開発方法の有効性を確認することができた。