hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
金属強磁性ナノワイヤーにおける磁壁電流駆動の観測

2年目にあたる当該年度の研究成果としては、初年度実施予定の「2磁性ナノワイヤーの試料作製&材料&電気的特性評価」を行うことができた。具体的内容としては、ポリカーボネートテンプレート(PT)を用いて磁性ワイヤー試料を作製し、磁性ワイヤーの直径と長さのアスペクト比に対する磁気特性や磁化反転過程について、実験と数値計算の結果から明らかにすることができた。この成果は、「研究実施計画」を進める上で、土台となる研究結果を得ることができた。また、アルミナ細孔テンプレート(AT)を用いて、磁性ナノワイヤーのアレイ試料において、電気的測定を用いて磁気抵抗効果を測定することにも成功した。今後は、細線と磁場の角度依存性による磁気抵抗の変化の調査や、磁化反転過程における磁壁移動の観測を進める。また、「研究実施計画」に記載した、磁壁電流駆動の観測を目指すための課題としては、一本の磁性ナノワイヤーにおける伝導特性評価を初めに目指すことである。その後、磁壁移動を観測するために、他の金属ホールバーを細線に付着させ、プレーナーホール効果など磁気抵抗観測し、磁壁移動観測を試みる。本研究課題以外の成果は、5報の論文を発表することができた。これらの成果は、本研究課題にも直接関連のある研究で、内3報の論文は、「磁壁、磁区」に関する論文であり、本研究課題に十分な知見を与えることができた。また他の2報の論文は、「スピン流」に関連した論文と磁性ガーネット材料における物性に関する論文で、本研究課題に関連した内容の研究である。本研究課題の進捗状況は、交付申請書に記載した「研究実施計画」と比較すると「やや遅れている」と評価した。その理由は、磁壁電流駆動の観測を実施する際には、電気的測定や磁壁の直接観察が必須で、それらの成果が現段階では、電気的測定の結果が出始めた段階のみであるからである。磁壁の直接観察に関しては、磁気力顕微鏡を用いて昨年度試みたものの、磁壁を直接観察することはできなかった。この理由としては、磁性ナノワイヤーの単離の際に、ATテンプレートがワイヤーに付着している可能性が考えられ、より単離プロセスの改善が必要である。今後は、単一磁性ナノワイヤーの単離プロセスと電気伝導特性の評価を急務に行い、当初の予定である磁性ナノワイヤーにおける磁壁電流駆動観測と物性評価を行っていく。今後の研究の推進方策としては、初めに、磁性ナノワイヤーのアレイにおける電気伝導特性、特に磁気抵抗効果に関して調べていく。次に、単一の磁性ナノワイヤーのおいても、微細加工を用いて同様に磁気抵抗測定を行い、磁気特性と伝導特性の相関を明らかにする。同時に、単一の磁性ワイヤーとアレイ状の試料との比較を行うことで、ワイヤー間の相互作用の効果が磁壁移動または磁化反転にどのように影響を与えているかを明らかにしていく。また、磁化反転や磁壁挙動に関しての考察は、マイクロマグネティクスシミュレーションを行い、磁化ダイナミクスを明らかにしていく。申請書のH31年度の研究計画としては、「5多層構造を持つ金属強磁性体ナノワイヤー中の磁壁電流駆動観測」の研究計画がある。今後の方策としては、磁壁移動現象の観測の他に、多層構造を持つ磁性ナノワイヤーにおける巨大磁気抵抗効果の観測などの研究も行い、磁気特性と伝導特性の相関を明らかにしていく。今後の研究として、本研究課題に知見を与えることのできる他の研究も引き続き行っていく。磁性ナノワイヤーアレイの試料を活用し、強磁性共鳴やスピンゼーベック効果の測定も試していく。これらの研究では、磁化ダイナミクスや界面におけるスピン流の特性を評価することが可能なため、磁性ナノワイヤーのおける磁化とスピン流との相関を明らかにすることができ、本研究課題にも十分に知見を与えることができる。初年度である当該年度における「研究の目的」と「研究実施計画」は、1電着法による磁性ナノワイヤーの作製、2磁性ナノワイヤーの試料作製&材料&電気的特性評価、3磁性ナノワイヤー中の磁壁観察と磁壁電流駆動観測&物性評価であった。1の目標に関しては、ニッケル単層ナノワイヤーの作製には成功し、2の材料特性評価を行うことができた。特に、電着法の精度確認や磁性ナノワイヤーの試料評価を行うために、テンプレートを2種類用意し(アルミナ細孔テンプレート(AT)とポリカーボネートテンプレート(PT))、試料を作製して、それぞれの磁気特性を調べた。PTを用いて作製した試料では振動試料型磁力計や走査型電子顕微鏡により、直径100nmの円柱状の磁性ナノワイヤーが作製できていることが確認できた。また磁性ナノワイヤーの中間に非磁性の銅を挟み、磁化反転過程がどのように起こるかを調べた。その結果、銅の厚みにより、ヒステリシス曲線の角型比が変化することがわかった。この実験結果を考察するために、数値シミュレーションを用いて磁化構造の解析を行った。その結果、磁性ナノワイヤーの磁性層は、端で渦構造を有しており、中間では単磁区構造になっていることがわかった。また、ATを用いた試料では、細孔径が150nmほどであり、磁区構造がワイヤー方向に単磁区になってはいない結果が得られが、ATを溶かし、磁性ナノワイヤーを取り出す試料作製プロセスを確立することができた。これは、上記3の研究を行う上で重要な試料作製工程であり、今後、磁壁の観察や、取り出した単一磁性ナノワイヤーに電極を付着させ磁気抵抗を測定することを目指す。

本年度は、磁性ナノワイヤー作製に重きをおいて研究を行った。結果としては、磁性ナノワイヤー中の磁壁観察や磁気抵抗を観測するまでには至っていないが、作製した磁性ナノワイヤーの評価や単一に取り出すプロセスの確立ができているため、進捗状況としては「おおむね順調に進展している」と評価した。磁性ナノワイヤーの評価に関しては、ポリカーボネートテンプレートを用いて作製した磁性ナノワイヤーの磁気特性結果と数値シミュレーションによる結果を比較検討しており、磁壁の磁場に対する挙動を明らかにする研究を継続して行っている。この研究成果に関しては、平成30年度の秋に学会で発表をする予定である。また単一磁性ナノワイヤーの取り出しプロセスに関しては、今後の課題である、磁性ナノワイヤー中の磁壁観察や、磁気抵抗観測に繋がる結果である。磁壁観察は、磁気力顕微鏡を用いて行う。磁気抵抗観測に関しては、磁気抵抗を測定するために必要な電極を磁性ナノワイヤーに付着させるプロセスの確立が今後の課題である。2年目にあたる当該年度の研究成果としては、初年度実施予定の「2磁性ナノワイヤーの試料作製&材料&電気的特性評価」を行うことができた。具体的内容としては、ポリカーボネートテンプレート(PT)を用いて磁性ワイヤー試料を作製し、磁性ワイヤーの直径と長さのアスペクト比に対する磁気特性や磁化反転過程について、実験と数値計算の結果から明らかにすることができた。この成果は、「研究実施計画」を進める上で、土台となる研究結果を得ることができた。また、アルミナ細孔テンプレート(AT)を用いて、磁性ナノワイヤーのアレイ試料において、電気的測定を用いて磁気抵抗効果を測定することにも成功した。今後は、細線と磁場の角度依存性による磁気抵抗の変化の調査や、磁化反転過程における磁壁移動の観測を進める。また、「研究実施計画」に記載した、磁壁電流駆動の観測を目指すための課題としては、一本の磁性ナノワイヤーにおける伝導特性評価を初めに目指すことである。その後、磁壁移動を観測するために、他の金属ホールバーを細線に付着させ、プレーナーホール効果など磁気抵抗観測し、磁壁移動観測を試みる。本研究課題以外の成果は、5報の論文を発表することができた。これらの成果は、本研究課題にも直接関連のある研究で、内3報の論文は、「磁壁、磁区」に関する論文であり、本研究課題に十分な知見を与えることができた。また他の2報の論文は、「スピン流」に関連した論文と磁性ガーネット材料における物性に関する論文で、本研究課題に関連した内容の研究である。本研究課題の進捗状況は、交付申請書に記載した「研究実施計画」と比較すると「やや遅れている」と評価した。その理由は、磁壁電流駆動の観測を実施する際には、電気的測定や磁壁の直接観察が必須で、それらの成果が現段階では、電気的測定の結果が出始めた段階のみであるからである。磁壁の直接観察に関しては、磁気力顕微鏡を用いて昨年度試みたものの、磁壁を直接観察することはできなかった。この理由としては、磁性ナノワイヤーの単離の際に、ATテンプレートがワイヤーに付着している可能性が考えられ、より単離プロセスの改善が必要である。今後は、単一磁性ナノワイヤーの単離プロセスと電気伝導特性の評価を急務に行い、当初の予定である磁性ナノワイヤーにおける磁壁電流駆動観測と物性評価を行っていく。今後の研究の推進方策としては、平成29年度に行ってきた、
時分割法による磁化ベクトル履歴動画像を撮影可能な縦カー効果顕微鏡の作製

本研究では、「マイクロメートル領域内の局所的な磁化ベクトルの方向を可視化表現できる磁区観察顕微鏡」を実現した。磁化方向の特定のためには、対物レンズ入射瞳の直交方向の辺縁部に微小径の直線偏光を入射させて、磁化ベクトルの各軸方向成分像を得、それらを合成することが有効であった。各軸からの照明タイミングをずらす方法(時分割法)に加え、高周波掃引磁界と同期を取って撮像する方法(ストロボ法)を組み合わせた。これらにより局所領域の磁化ベクトルのダイナミクスの可視化も可能となった。本装置は永久磁石やトランス鉄芯材料、スピントロニクスデバイスの研究開発に大いに役立っている。本研究は代表者がこれまで行ってきた科研費若手A助成研究の発展研究で、局所領域の簡便な磁気特性計測装置として要望が強い、「磁化方向の検出が可能な縦カー効果顕微鏡」を実現することにある。数10μmサブμmにパターン化された磁性材料では試料内各場所での磁気特性がその性能を左右することから、パターン試料内部の磁区構造観察に対する需要が高まっている。そこで本課題ではこれまでに確立した白色光の高倍率磁区構造観察技術を発展・応用し、磁化方向の検出が可能な縦カー効果顕微鏡を実現することにある。1年目に当たる平成19年度は白色光(超高圧水銀灯)を光源として用いることにより、磁化ベクトル方向の検出が可能な磁区観察顕微鏡を作製することを目標として研究を行った。磁化方向の特定のためには、対物レンズ入射瞳の直交方向の辺縁部に微小スポットの入射光を落斜させて、各軸方向の磁化ベクトル成分に比例したコントラストを付すことが有効である。各落斜光軸からのプローブ光の入射タイミングをズラしながら試料を照明し、照明のタイミングと同期をとってCCDカメラのシャッタを切ることにより(時分割法)、磁界掃引時の磁化ベクトル履歴動画像の撮影を行った。PCからの制御信号で光路を微動させる落斜位置制御機構を確立し、超高圧水銀灯1つで2光軸を実現した。さらに得られたベクトル履歴動画像に対して、色合いの割付、局所領域の輝度ヒステリシスループの抽出も可能であることを確認した。本研究は代表者がこれまで行つてきた科研費若手A助成研究「高時間分解能縦カー効果顕微鏡の作製とそれによるμmオーダーの磁区像一括観察」の発展研究で、局所領域の簡便な磁気特性計測装置として要望が強い、「磁化方向の検出が可能な縦カー効果顕微鏡」を実現することにある。2年目に当たる平成20年度は、PCからの制御信号で光路を微動させる落斜位置制御機構を確立し、超高圧水銀灯光源1つで2光軸を実現した。さらに過年度の若手A助成研究で実現していた時間分解光学系も導入した。そこでまず各落斜光軸からのプローブ光の入射タイミングをズラして試料を照明し、それぞれのタイミングで撮像するソフトウエアを完成させた(時分割法)。次に各落斜軸からの照明時に磁界を高周波掃引し特定の位相タイミングで同期を取って電子シャッタ(イメージインテンシファイア)を切る(ストロボ法)と前述の時分割法とを組み合わせることにより、高時間分解で磁化ベクトル履歴動画像の撮影を可能とする顕微鏡を実現した。さらに得られた高時間分解ベクトル履歴動画像に対して、可視化表現(色合いの割付)、局所領域の輝度ヒステリシスループの抽出も可能であることを確認した。
筋の作用機序からみた“妊婦体操"の効果と妊婦の基本的な“日常動作"の検討

現在実施されている妊婦体操の中から代表的なものを選択し、妊娠中期・後期の妊婦に体操を行わせ、筋電図を記録し、基礎的資料を得た。その結果、それぞれの体操の特性ならびに効果を筋の作用機序から示唆できた。筋の強化を目的に行う体操では、目的が同じでもいくつかのパターンがあり、パターンの違いによって、強化しようとする筋はもちろんのこと、他の部位(筋)におよぼす影響も異なることがわかった。このことから、得られたデータは、いくつかのパターンの中からどのパターンを選択するかの目安になると考えられる。また、日常生活における動作を妊娠中期・後期・産後において筋電図を記録し、基礎的資料を得た。そこから、それぞれの動作において、体型の変化がおよぼす動作の変容ならびに筋の作用機序の変化を見た。歩行については、週数を追って体型が変化し、体重が増加することから歩行速度は遅くなるものの、放電パターンには予想された大きな差異は認められなかった。一部、妊娠後期になると接床期に大殿筋の放電が持続する傾向が見られた。これは、下腹部が前方に突出し、反り身(後傾姿勢)になるためと考えられ、歩行速度が遅くなるほどその傾向が大きかった。さらに、日常動作において特に妊婦として留意しなければいけない点について検討した。一般に、妊婦中における正しい姿勢の保持や日常の正しい動作に対する心掛けは、微症状(マイナ-トラブル)の予防と軽減ならびに腹部、背部の保護に重要であると考えられる。例えば、仰臥位からの起き上がり動作では、妊婦にとって悪いとされる急に真っすぐに起き上がる方法では、腹直筋、外腹斜筋に強い放電が認められ、側臥位から手を床につくようにしてゆっくりと起き上がる正しい方法では両筋にほとんど放電が見られない。前者の方法では、腹部への圧迫が加わったり、妊娠後期は脊椎などの靭帯が緩むため腰部を痛めることもあると言われている。このことは、両筋の放電からも腹部への圧迫が推察される。このように、妊婦の日常動作おける正しい姿勢や動作の指導に筋電図を用いることや有効であると考えられる。
急性前骨髄性白血病のATRA耐性におけるキメラ遺伝子変異の多様性と分子病態の研究

変異PML-RARαを獲得したATRA耐性のAPL細胞株(UF-1)を用いて、ATRA感受性における変異PML-RARαの役割とそのATRA応答性を検討した。さらに新規合成レチノイドAm80の効果も検討した。[結果]UF-1細胞は低濃度のATRAでは効果ないが1μM ATRAに対しては分化とアポトーシスを起こした。変異PML/RARα(Arg611Trp)のATRA刺激転写活性は低下し、かつ正常RARαに対するドミナントネガティブ作用は増強した。RT-PCRではUF-1のPML/RARα及びRARα発現はATRA刺激の有無にかかわらず一定であったが、RARβ発現は1μM ATRA刺激により誘導された。Western blotにおいてもUF-1の変異PML/RARαはATRA及びAm80培養で発現量はほぼ一定であったのに対し、正常RARαは1μMのATRA及びAm80刺激により発現が増加した。一方RARβ蛋白は1μM ATRAのみで発現が増加し、1μM Am80で発現の増加はなかった。[目的]生理的活性ビタミンAであるレチノイン酸(以下、ATRA)による急性前骨髄球性白血病(以下、APL)の分化誘導療法において、ATRA標的分子であるPML-Retinoic acid receptor-αキメラ蛋白(PML-RARα)の獲得変異性変異がATRA耐性メカニズムの一つであり、臨床上も難治性APL患者に認められる。しかし、このPML-RARαの獲得性変異が細胞レベルでどの様にATPA感受性に関与するかは十分解明されていない。本研究では、変異PML-RARα(Arg611Trp)を獲得したATRA耐性APL患者より樹立されたAPL細胞株(UF-1)を用いて、UF-1のATRA感受性における変異PML-RARαの役割とそのATRA応答性を検討した。[方法]細胞レベルのATRA感受性は、UF-1細胞をATRA存在下で培養し、細胞形態、CD11b,、NBT還元能、TUNEL法によるアポトーシスを経時的に検討した。同時にPML-RARα、RARαおよびRARβをWestern blot法により検討した。さらに、野生型および変異PML-RARαのin vitroATRA依存性転写活性をルシフェラーゼ法により検討した。[考察]ATRA刺激4日以内ではUF-1のATRA感受性は著しく障害され、このことは変異PML-RARαの分子レベルにおけるATPA不応性と一致する結果であった。一方、1μM ATRA刺激4日目以降にみられたUF-1のATRA感受性が回復するメカニズムは、変異PML-RARα蛋白の発現低下によると考えられた。さらに、ATRA刺激によるUF-1細胞の分化と独立したアポトーシス誘導にはRARβ蛋白の発現が深く関与していると推測された。我々は、日本の小児白血病研究グループと共同研究を行いAPLのMRDモニタリングと病態に関わる遺伝子変異の関連を研究した。MRDモニタリングではATRA治療が奏功したことから再発を予見するに至らなかったものの治療方法によりMRD陽性の出現頻度に差があることを学会報告(今泉益栄、2002小児血液学会)し、次期治療プロトコール(AML05 APLプロトコール)の作成に大きく寄与した。またPML/RARαのATRA結合部位に遺伝子変異を持つAPL細胞株UF-1は、薬理学的濃度の1μM濃度のATRA濃度のみ分化誘導しアポトーシスする特異な病態を持ち、転写活性レベルから転写活性が低下しかつドミナントネガティブ作用を有し耐性化することを細胞レベルと遺伝子導入による分子レベル双方から明らかにした。(藤井邦裕、菅原明)これはAPLのATRA耐性化の機序の一部にPML/RARαのATRA結合部位(E-domain)変異が関わる病態を強く示唆する。また最近の知見からAMLの予後不良因子とされるFLT3遺伝子の変異がAPLでも高率に合併していることが明らかとなった。FLT3遺伝子は初期造血の重要なFLT ligandの受容体遺伝子であり下流のチロシンキナーゼの異常がAMLの病態の予後不良因子となり得るとされる。我々の解析から小児APL症例において、特に初発時の白血球数が多い症例、初発時の年齢が高い症例、PML/RARαのshort formを有する症例に有意にFLT3遺伝子のInternal tandem duplication(ITD)変異が合併していることが明らかとなった。

これはPML/RARα、PML、RARα各遺伝子の変異だけでなく転写因子や共役因子の異常も病態に関与することを新たに示唆している。また一部のAPL症例でFLT3遺伝子のAsp835 mutationがあり、ATRA反応性が乏しく寛解遅延につながった病態を呈した症例を経験し、ATRA結合部位の遺伝子変異と並ぶATRA反応性を規定する因子となる事などを、今年度科研費を用い新たに示した。(藤井邦裕、田中高志)
ウイルス吸着タンパク質と光触媒の複合化による水中病原ウイルス除去・不活化技術開発

ウイルス吸着タンパク質(Virus-Binding Protein : VBP)は研究代表者が活性汚泥中から分離することに成功した水中病原ウイルスに対する吸着親和性の高いタンパク質である.このVBPを用いた全く新しい水中病原ウイルス除去技術を開発することが本研究の目的である.研究初年度及び次年度では,VBPの大量合成・抽出及び精製システムの構築を実現するため,大腸菌破砕法の検討及びVBP精製におけるアフィニティクロマトグラフィのスケールアップを行った.さらに,リジンタグを付加したリジンタグ付きVBP(LysTagVBP)の創出を行った.研究最終年度である18年度においては,大量合成したLysTagVBPを固定化したウイルス除去カラムの作成及びウイルス除去能を確認する実験を行い,以下に示す成果を得た.VBP固定化担体を用いたカラム実験では,実験開始1時間後に約40%のウイルス除去が確認され,さらに3時間後には70%のウイルス除去が確認された.さらに,LysTagVBP固定化担体を用いたカラム実験においても同様な結果を得た.このウイルス除去性能はカラム内の流速に依存しており,低流速での運転時ほど高いウイルス除去効率が確認された.このことは,サンプル水の流れが担体表面におけるVBPへのウイルス吸着に強い影響を与えることを示している.VBPを利用した水中ウイルス除去技術開発は全く新しい試みであり,本研究を通じて得られたVBPの利用に関する有用な知見は,VBPを用いた水中病原ウイルス除去技術の実用化に加えてVBPに関する今後の研究の発展を促す礎になると考えられる.病原ウイルスに対する親和性の高いタンパク質(ウイルス吸着タンパク質:Virus-Binding Protein, VBP)を活性汚泥中から分離し,このVBPを用いた全く新しい水中病原ウイルス除去・不活化技術を開発することが本研究の目的である.本年度は,VBPの配向固定化を目的としたポリリジンタグVBP(LysTag-VBP)の創出及びVBPクローンを大量に得るためのVBP発現系のスケールアップを試み,以下に述べる成果を得た.まずVBPのC末端にポリリジンタグを導入したLysTag-VBPの合成を試みた.ポリリジンタグ導入用のプライマーを設計し,PCR反応によりLysTag-VBP遺伝子を創出した.このLysTag-VBP遺伝子を組み込んだプラスミドpRSETを大腸菌に導入して培養したところ,LysTag-VBPを効率的に合成することに成功した.上述の固定化手法を用いてガラスビーズ表面上にLysTag-VBPを固定化し,固定化されたLysTag-VBPを用いてPV1吸着実験を行ったところ,固定化Lystag-VBPとPV1型間の結合が親和性の高いものであることが確認された.VBP発現系スケールアップでは,まず1Lの大腸菌培養槽を用いることで,従来と同じ時間内で10倍量の菌体を得る事を可能にした.スケールアップ前と比べて菌体当たりのVBP発現量には差がないことをSDS-PAGEにより確認し,VBPの発現量も従来と比べて約10倍になっていることが明らかとなった.また,従来の10倍容量を有する自作ニッケルカラムを用いることで,VBP精製に関しても約10倍のスケールアップに成功した.さらに,VBP発現系スケールアップにおける最大のボトルネックであったバッファー交換について,透析に代わる手法としてゲルろ過を採用し,VBP発現系全体に渡ってのスケールアップを実現していく.ウイルス吸着タンパク質(Virus-Binding Protein : VBP)は研究代表者が活性汚泥中から分離することに成功した水中病原ウイルスに対する吸着親和性の高いタンパク質であるが,このVBPを用いた水中病原ウイルス除去技術を開発することが本研究の目的である.平成16年度ではVBPの大量合成を実現するため,特に大腸菌破砕後のVBP精製におけるアフィニティクロマトグラフィのスケールアップを行った.VBPを効率よく精製するための投入バッファー,洗浄バッファー及び溶出バッファーの組成を決定し,約10倍のスケールアップを行う事に成功した.本年度においては,大量合成したVBPのウイルス吸着能を確認する実験を行い,以下に示す成果を得た.まずタンパク質のリジン残基を固定化する事が可能なゲルにVBPを固定化して,ポリオウイルス吸着実験を行った.ゲルにVBPが固定化されている事は,固定化操作前後のバッファー中におけるVBP濃度をSDS-PAGEで確認する事により行った.VBP固定化ゲルにポリオウイルスを添加し,1時間の撹拌後,上清中に残留したポリオウイルスの濃度をBGM細胞を用いたプラック法により測定した.その結果,ゲルに固定化したVBPは,同じくゲルに固定化したポリオウイルス抗体と同等の吸着活性を有することが確認された.以上の結果から,抗体に比べて安価で迅速に得られるVBPがウイルス除去技術におけるウイルス吸着材として有効利用できることを示す事に成功したと言える.ウイルス吸着タンパク質(Virus-Binding Protein : VBP)は研究代表者が活性汚泥中から分離することに成功した水中病原ウイルスに対する吸着親和性の高いタンパク質である.このVBPを用いた全く新しい水中病原ウイルス除去技術を開発することが本研究の目的である.研究初年度及び次年度では,VBPの大量合成・抽出及び精製システムの構築を実現するため,大腸菌破砕法の検討及びVBP精製におけるアフィニティクロマトグラフィのスケールアップを行った.さらに,リジンタグを付加したリジンタグ付きVBP(LysTagVBP)の創出を行った.研究最終年度である18年度においては,大量合成したLysTagVBPを固定化したウイルス除去カラムの作成及びウイルス除去能を確認する実験を行い,以下に示す成果を得た.VBP固定化

担体を用いたカラム実験では,実験開始1時間後に約40%のウイルス除去が確認され,さらに3時間後には70%のウイルス除去が確認された.さらに,LysTagVBP固定化担体を用いたカラム実験においても同様な結果を得た.このウイルス除去性能はカラム内の流速に依存しており,低流速での運転時ほど高いウイルス除去効率が確認された.このことは,サンプル水の流れが担体表面におけるVBPへのウイルス吸着に強い影響を与えることを示している.VBPを利用した水中ウイルス除去技術開発は全く新しい試みであり,本研究を通じて得られたVBPの利用に関する有用な知見は,VBPを用いた水中病原ウイルス除去技術の実用化に加えてVBPに関する今後の研究の発展を促す礎になると考えられる.
消費者と小売店舗の異質性を考慮した計量経済モデルの構築と推定

我々は本研究において,(1)消費者の「おすそわけ行動」に関する研究,(2)インターネットオークションデータを念頭に置いた入札者の選好の推定に関する研究,(3)百貨店のID付POSデータを念頭に置いた来店・購買意思決定に関する研究を行った。(1)では,「おすそわけ行動」が商品認知を高め,購買連鎖に貢献する可能性をアンケート調査から検証した。(2)では落札価格と実際の入札者数のみのデータに対して,入札者の選好を推定する手法を提案した。(3)では,来店と購買に関する2段階の意思決定を,個人別に推定する手法を提案した。研究目的の1「個別店舗における新ブランドと既存ブランドの間の競合性の解明」に向けた準備として,報告「途中打ち切り回帰モデルのマーケティングデータへの適用」を,日本マーケティング・サイエンス学会第84回研究大会において行った。本研究では,途中打ち切り回帰モデル(トービットモデル)のマーケティングデータへの適用を検討した。途中打ち切りとみなせる例としては,細かな在庫管理単位(SKU)のPOSデータ(販売量がゼロとなる場合が多い)がある。報告では,被説明変数がゼロの下限を持つトービットモデルの有効性を検証するために,ゼロデータの占める割合が10%,30%,60%の3つのシミュレーションデータを用いて,線形回帰モデルとトービットモデルのベイズ推定と予測を行い,その結果を比較した。線形回帰モデルの推定にはフリーの統計解析環境Rのパッケージbayesmのルーチンを利用した。トービットモデルの推定は,Chib(1992)Journal of Econometricsよるデータ拡大法を使ったGibbsサンプリング方法に基づき,bayesmのルーチンを参考にした自作ルーチンを用いて行った。ゼロデータの比率が10%の場合には両モデルの推定および予測結果はほぼ同等であった。一方,ゼロデータの比率が30%や60%と多い場合にはトービットモデルの推定および予測結果の方が良好であった。従って,ゼロデータ比率が10%を大きく越える場合には,そのことを明示的に考慮したモデルを用いて分析することが望ましく,トービットモデルは選択肢の1つであると言える。今後は実データを用いて,このモデルの有効性の検証を行う予定である。今年度は,(1)消費者の「おすそわけ行動」に関する研究,(2)インターネッオークションデータを念頭に置いた入札者の選好の推定に関する研究,(3)百貨店のID付POSデータを用いた来店・購買意思決定に関する研究を行った。(1)では,「おすそわけ行動」を贈与行動の一種と位置付け,購入した商品を友人,知人におすそわけすることで商品の認知が高まり,受け手が自らも購入することで生じる消費拡大(購買連鎖)の可能性を関西のある百貨店における物産展への来場者に対するアンケート調査から検証した。また,出展者によるおすそわけ行動を促進するような企業施策を提案した。この研究は『地域活性研究』に掲載予定である。(2)は,独立私的価値の前提の下で落札価格と実際の入札者数のみのデータに対して,データ拡大法を活用したベイズ統計学の手法を用いて入札者の選好を推定する手法を提案した。この手法は,Chib (1992) Journal of Econometricsのトービットモデルのベイズ分析を応用したものであり,潜在的入札者数が未知で最低入札金額が入札会ごとに異なる場合にも適用可能である。この研究については産業組織論に関する国際学会報告の申請を行った。(3)では,東京のある百貨店のID付POSデータを用いて,来店と購買(支出金額)に関する2段階の意思決定を,ハードルモデルやサンプルセレクショシモデルの枠組みを用いて,個人別にベイズ推定することを試みている。これについては,来年度も継続して研究を行う。今年度は,(1)消費者の購買行動に関する研究,(2)インターネットオークションデータを念頭に置いた入札者の選好の推定に関する研究,(3)百貨店のID付POSデータを用いた来店・購買意思決定に関する研究を行った。(1)では,消費者の購買連鎖と購買リスクに関する新たな研究であり,従来の研究の枠組みをさらに拡張するための基礎研究と位置付けている。(2)と(3)は,昨年度からの継続研究である。(2)では,独立私的価値の前提の下で落札価格と実際の入札者数のみのデータに対して,データ拡大法を活用したベイズ統計学の手法を用いて入札者の選好を推定する手法を提案した。この手法は,Chib(1992)Journal of Econometricsのトービットモデルのベイズ分析を応用したものであり,潜在的入札者数が未知で最低入札金額が入札会ごとに異なる場合にも適用可能である。また入札者の選好に異質性が存在する場合にも有限混合分布に関する手法を応用することで適用可能である。この研究については2010年9月にイスタンブールで開催されたヨーロッパ産業経済学会において学会報告を行った。

(3)では,百貨店のID付POSデータに適用することを念頭に置いて,来店と購買(支出金額)に関する2段階の意思決定を,ハードルモデルやサンプルセレクションモデルの枠組みを用いて,個人別にベイズ推定するプログラムを作成し,人工データを用いてその妥当性を検証する研究を行った。この研究については2011年3月の南山大学マーケティング・サイエンス・ワークショップにて報告を行った。
「わかる」と「できる」が拡大し，キャリアが展望できる「チーム探究」に関する研究

本研究は,青年期を取り巻く社会環境の大きな変化に対応したトランジションが模索される中,高等学校で実施される「チームによる探究活動」(「チーム探究」)に着目する。公立2校の「チーム探究」を対象に,生徒がチームに緩やかに所属し,活動目標に向かって他者と協同しつつ,自らの知識・理解(わかる)と行動(できる)の拡大に積極的に関与し,その拡大を通じてキャリア形成を展望できるアクティブラーナーになるための必要な支援環境を実践的,実証的に明らかにする。
LESにおける乱流中のコヒーレント構造に基づく壁モデルの検討

乱流モデルのLESにおいて,乱流中に普遍的に存在するコヒーレント構造をもとにした壁モデルの開発を目的として,速度勾配テンソルの第2不変量で抽出した渦構造を無次元化したコヒーレント構造関数の性質を調べた。一様等方性乱流のみならずチャネル乱流においても,同関数の平均値,分散,確率密度関数にレイノルズ数依存性がなく,壁からの距離のみに依存することから,壁モデルへの変数として利用可能であることが分かった。本研究は、乱流中の普遍的なコヒーレント構造をもとに、乱流モデルの一種であるLarge Eddy Simulation(LES)に適用する壁モデルの開発を目的とする。LESは有望であるが、壁近くまですべてLESで計算を行うと計算時間の増大を招き、工学的に利用される高レイノルズ数の計算は不可能である。そこで,壁モデルが必要となるが,その開発のために,以前提案をしたコヒーレント構造関数の利用を考えた。コヒーレント構造関数は,渦の抽出によく用いられる速度勾配テンソルの第2不変量を,その速度勾配テンソルの大きさで無次元化したもので,最大値1,最小値-1をとる。そのコヒーレント構造関数の確率密度分布や平均値などの統計量を一様等方性乱流および平板間チャネル乱流の直接計算を用いて調べ、以下の結果を得た。一様等方性乱流において,コヒーレント構造関数の確率密度分布はレイノルズ数に依らず,良く一致し,平均値もレイノルズ数の増加とともにある値に収束することが分かった。また,コヒーレント構造関数の値が正値を取る体積分率は一定値に収束することが分かった。チャネル乱流においても,コピーレント構造関数の確率密度分布とその平均値は,壁座標において壁からの距離に応じてレイノルズ数に依らない結果が得られた。また,チャネル中央での確率密度分布は一様等方性乱流の分布とせん断が強いところおよび渦度が強いところで少し分布が異なることがわかり,チャネル中央の流れは一様等方性乱流とは異なる統計量となることが分かった。Large Eddy Simulation (LES)は,格子で解像できるグリッドスケールの渦は直接計算をし,格子解像度以下のサブグリッドスケールの渦つまり微細なコヒーレント構造は乱流の統計的性質からモデル化する計算手法である。レイノルズ平均モデルに比べて経験的なモデル定数が少なく,様々な流れ場への応用が期待されているが,実際の高レイノルズ数流れ場では,壁近くまですべてLESで計算を行うと計算時間・容量の増大を招くので,壁モデルが必要となる。これは,導電性をもつ流体に磁場を印可した際に得られる,通常の境界層よりも薄いハルトマン層をもつ電磁流体(MHD)乱流においても.顕著となることが分かった。そこで,乱流中に普遍的に存在するコヒーレント構造をもとにした壁モデルの開発を目的として,速度勾配テンソルの第2不変量で抽出した渦構造を,速度勾配テンソルの大きさで無次元化した変数の性質を調べ,以下の結果を得た。バーガーズ渦に関して,その変数の解析解を調べたところ,渦度が強いところでは1となり,せん断が強いところでは,-1となるデジタル的な振る舞いをすることが分かった。実際の乱流は,孤立した渦ではないので,その分布が重なり,つながったものとなるが,レイノルズ数に依存せずに,構造を抽出できることが分かった。そのような局所的な情報から得られた変数の平均値,分散,確率密度関数といった統計的性質に,レイノルズ数依存性がなく,壁からの距離に応じて.それらの値が決まることから,壁モデルへの変数として利用可能であるごとが分かった。
超伝導動計観測による地球深部構造の研究

本年度の研究では、柿岡における超伝導重力観測の整備を行うと共に、予備的なデ-タ解析を行い、今後の課題等を明らかにした。以下に具体的な項目を示す。1.高精度のA/D変換器の導入により、モ-ドシグナルの高速サンプリングを開始し、コアモ-ド等、地球の自由振動の解析を目標とした観測を開始した。これに伴に、計時システムの高精度化も行った。2.重力以外の環境デ-タについてもディジタル化の予定であったが、これらついては、来年度以降に実施予定。3.取得デ-タの有効利用のため、他機関とのデ-タ交換について検討を行った。具体的には、現在調整中。5.超伝導重力観測に及ぼす環境の影響について、特に、傾斜変化の影響の見積を行った。その結果、10ngal精度での重力観測を実施するためには、現行の傾斜補償装置では必ずしも十分ではなく、温度補償等の対策が必要であることが判明した。6.既に得られている約1年間の重力デ-タについて、予備的な地球潮汐解析を実施した。その結果、(1)超伝導重力計の精度は、スプリングタイプの重力計に比べて、1桁程度向上している。(2)半日、日周潮の主要潮汐については、極めて安定に振幅、位相が決定できる。(3)FCNに伴う日周潮付近の共鳴現象が既に認められる。(4)長周期潮の解析には、更に長期間のデ-タが必要である。ことなどが判明した。この種の研究では、長期間の観測デ-タを得ることが最も重要であり、今後も観測を継続する予定である。ことなどが判明した。
三次元形状変形ひずみ計測における多数撮像素子と基準面による超高速度計測手法の開発

本研究では,構造物の三次元形状や変形,ひずみ分布を超高速で連続的に撮影することで,物体の衝突時や破壊時の挙動が計測できる計測手法を開発した.装置としては,トリガタイミング制御ユニットとカメラユニットの試作を行った.また,三次元状の物体表面に取り付けられた2次元格子パターンの位相解析を精度よく行うために,重み付け位相解析法を提案した.これにより構造物の三次元形状や変形,ひずみ分布を超高速で連続的に撮影するシステムを構築できた.格子パターンを貼付けた高速に回転する円盤の回転角を20マイクロ秒間隔で精度よく計測できた.バウンドするゴムボールの表面の三次元形状とひずみ分布の計測を行うことができた.平成25年度には,カメラの位置によって撮影方向が変わったとしても計測精度の低下が小さくなるような位相解析手法の提案を行った.サンプリングモアレ法においては,面内変位の計測の場合,物体上の格子のピッチが既知であるため,カメラの撮影方向のキャリブレーションが不要ということが特徴である.そのため,本研究で提案している多数カメラユニットによって,異なる方向から撮影したとしても,同一の物体表面上の座標系として変位等の計測結果の分布が得られることになる.ただし,画像の中で格子が斜め方向に撮影された場合には,計測誤差が増えることになる.本年は,そのような場合であっても計測精度の低下が小さくできるアルゴリズムを提案して,実証実験によって効果を確認した.さらに,高精度化のため位相解析方法として,サンプリングモアレ法を発展させた重み付け位相解析法を提案した.この手法は,注目画素の近傍の複数点の画素値に対して位相シフト法の式を用いて位相解析を行い,得られた複数の値に対して重み付け平均を行うことで位相値を精度よく求める手法である.画像内での格子ピッチの変化が大きい場合には,サンプリングモアレ法より精度が向上する.この手法が使えるようにソフトウェアの改良を行い,精度について検証を行った.また,平成26年度に計画していた多数カメラユニットの試作を先行して行った.この多数カメラユニットには,640×640画素の白黒のCMOS型の撮像素子を8個用いている.個々の撮像素子には独立して外部トリガをかけることができるようにした.今後予定している構造物の三次元形状や変形,ひずみ分布を超高速で連続的に撮影する実験には,適した構成となっている.レンズを取付ける構造と,高速にトリガ信号を入力するためのタイミング制御回路を取付けることで,本研究の目標としている実験を行うことができる.平成26年度には,多数カメラユニットにトリガ信号を与えるタイミング制御回路を試作した.このタイミング制御回路と昨年度に試作した多数カメラユニットを組み合わせて動作させるソフトウェアを開発することで,本研究の目標とする超高速度計測システムを構築した.試作したタイミング制御回路は,16個のトリガ信号を出力することができ,それぞれ1マイクロ秒ごとに任意のパターンを出力することができる.これにより,最速で100万コマ毎秒の高速度撮影が可能となる.出力パターンは,タイミング制御回路内のメモリーにパソコンから書き込んでおく.出力のタイミングは外部からのパルス入力と内部クロックのどちらでも対応できるようにした.外部からのパルス入力にも対応できるようにすることにより,試験装置と同期した計測ができるようになっている.また,レンズ固定治具を製作することで,実験が行えるようになった.本装置を用いて,タイミング制御のトリガ出力とそれによる撮影についての基礎的な評価実験を行った.その確認実験として,格子パターンを貼付けた高速に回転する円盤を用いて,20マイクロ秒間隔で撮影した.格子パターンの位相解析を行うことで回転角を解析した結果,十分な精度で位相解析を行うことができることが確認された.平成27年度には,一昨年に試作した多数カメラユニットと,昨年度に試作した多数カメラユニットにトリガ信号を与えるタイミング制御回路を組み合わせて,動的物体の形状とひずみ分布を計測する実験に適用した.また,2方向に4個ずつカメラを配置し,それぞれ1組ずつ同期して4回撮影することで,高速度に三次元計測とひずみ分布計測ができるソフトウェアを構築した.また,その実験のために,物体の移動と同期してトリガ信号を発生させる光センサーユニットを試作した.これらを組み合わせることで,バウンドするゴムボールの表面の三次元形状とひずみ分布の計測を行うことができた.これにより超高速度計測システムの構築が確認できた.ただし,破壊現象などへの適用はまだできていない.これについては今後引き続き実験を行って行く.本研究では,構造物の三次元形状や変形,ひずみ分布を超高速で連続的に撮影することで,物体の衝突時や破壊時の挙動が計測できる計測手法を開発した.装置としては,トリガタイミング制御ユニットとカメラユニットの試作を行った.また,三次元状の物体表面に取り付けられた2次元格子パターンの位相解析を精度よく行うために,重み付け位相解析法を提案した.これにより構造物の三次元形状や変形,ひずみ分布を超高速で連続的に撮影するシステムを構築できた.格子パターンを貼付けた高速に回転する円盤の回転角を20マイクロ秒間隔で精度よく計測できた.バウンドするゴムボールの表面の三次元形状とひずみ分布の計測を行うことができた.平成26年度に予定していた多数カメラユニットを駆動させるためのタイミング制御回路が完成し,超高速度計測システムを構築することができた.基礎的な評価実験についても予定通り行った.27年度が最終年度であるため、記入しない。画像計測本研究で構築した超高速度計測システムを用いて各種の高速現象時の計測実験を行う予定である.当初,平成25年に予定していた計画とは順番が入れ替わっているものの,平成26年度に予定していた多数カメラユニットの試作についても完了することができている.

多数カメラユニットの試作が本研究の最も難しいところであったが,そこができたことで,他の周辺研究については,順調に進むことが予想される.そのため総合的には順調と言える.27年度が最終年度であるため、記入しない。多数カメラユニットがH25の予算で試作することができたため.27年度が最終年度であるため、記入しない。当初,平成25年に予定していた計画のうち,未完の部分について実行していく.多数カメラユニットを駆動させるためのタイミング制御回路の基本設計も完了し,試作の準備にかかっている.レンズ固定治具を製作することで,実験を行うことができるようになる.今年度後半には,本試作のカメラを用いて,各種の高速現象時の計測を行う予定である.本提案手法の適用範囲を拡大するための研究に利用する.27年度が最終年度であるため、記入しない。
徴分方程式および作用素論と関連分野の研究

線形偏徴分方程式論については、effectively hyperbolicと呼ばれる双曲型作用素を含むより一般な双曲型作用素のクラスを導入し、その初期値問題の解の存在と一意性(C^∞適切性)を証明した。また、超局所双曲型擬徴分作用素のあるクラスに対し、解におけるC^∞特異性伝播定理を得た。準楕円性については問題を超局所アプリオリ評価を得ることに帰着する方法に関するいくつかの結果を得、また無限次で退化する係数をもつ作用素に対するLevi型条件を見出した。層状媒質における弾性波動の伝播問題に関し、定常問題に対する固有関数展開定理を確立し、これを用いて非定常問題の解のエネルギー分布についての結果を得た。非線形偏徴分方程式論については、弾性体の方程式に対する混合問題の適切性についてのいくつかの結果を得、また非線形波動方程式の初期値問題で、コンパクトな台をもたない十分小さな初期データに対し大域解の存在が証明された。解の爆発についての研究についても成果を得た。確率論におけるマルコフ過程の構成を遍徴分方程式論の見地からその手法を用い行った。特に関数解析学の半群の理論の精密化を用いた。また、確率論の立場から、Schro^^<・・>dinger作用素のスペクトルの研究や極限定理やマルコフ過程の研究で新しい成果を得た。関連分野で多元環論においてはカルタン行列式問題、包被代数への線形写像を代表元とする1次のコホモロジー群の部分群の計算問題で成果を得た。位相空間論ではファジイ位相空間における分離公理問題、層化可能空間におけるANR理論の研究、多変数関数論における特異点の研究、多変量統計学における推測理論の研究、計算機化数における近似因数分解の研究においても新しい成果が得られた。
小脳皮質ニューロンの細胞移動と形態分化のメカニズム

本研究は生後発生中に明瞭な層構造を形成するマウス小脳皮質をモデルとして、哺乳動物脳の皮質形成のダイナミクスとメカニズムを明らかにすることを目的とする。本年度はニューロン核移動の分子ダイナミクス解析に重点を置き、研究を進めた。昨年度の研究で顆粒細胞移動に影響を与える分子をDiced RNAi法によりSun1,2を同定した。本年度はSun1,2の機能解析を行った。両分子を同時にノックダウンすると核形態に異常を来たし、核移動が有意に阻害されることが明らかになった。現在Sun1,2の機能阻害により核膜構造と核周辺の骨格分子にどのような影響が見られるかを超解像顕微鏡により解析している。また中心体の移動ダイナミクスを明らかにする目的で、光変換型蛍光タンパク質mEos2またはPA-GFPと中心体分子centrin2のキメラ分子を発現させ、中心小体のひとつを照射して吸収光波長を変化させ、ふたつの中心小体の挙動を詳細に比較解析した。その結果、移動ニューロンでは中心小体の母娘間に殆ど優位性の差がないことを示唆する結果を得た。さらに核移動における中心体の機能を直接明らかにするため、移動中の顆粒細胞の中心体をCentrin2-GFPで標識し、二光子レーザー顕微鏡で中心体を破壊した影響を観察する実験系を立ち上げた。中心体を破壊し、細胞に致死的侵襲を与えないレーザー照射条件の設定を行った。今後中心体破壊が核移動および微小管形成にどの様な影響を及ぼすか解析する準備が調った。本研究は、哺乳類小脳をモデルとして脳の皮質形成過程におけるニューロン移動と樹状突起パターン形成のダイナミクスとメカニズムを明らかにすることを目的とする。昨年度は、(1)顆粒細胞の核移動を司る分子シグナルとその時空間制御(2)プルキンエ細胞樹状突起パターン形成のダイナミクスと制御機構を解析し、以下の成果を上げた。(1)顆粒細胞の核移動を司る分子シグナルとその時空間制御:Diced RNAi法を用いた機能スクリーニングにより、顆粒細胞移動を再構成できる移植片培養において核内膜分子Sun1, 2を機能阻害すると顆粒細胞移動が有意に抑制された。生体に電気穿孔法でSun1, 2をノックダウンすると、生後発達中の外顆粒層から内顆粒層への細胞移動が有意に抑制され、Sun1, 2が顆粒細胞移動に必須であることが明らかになった。さらにSun1, 2と結合する核外膜分子Nesprinファミリーのうち、Nesprin3をノックダウンして発現阻害すると、Sun1, 2の阻害と同様のニューロン移動抑制効果が見られた。今後Sun/Nesprinによる核移動制御機構を解析する。(2)プルキンエ細胞樹状突起パターン形成のダイナミクスと制御機構:分散培養したプルキンエ細胞の樹状突起分化過程を長期間タイムラプス観察して樹状突起成長のダイナミクスを経時観察した。細胞形態を抽象化して樹状突起の伸長、分岐、退縮の速度、頻度などの素過程の時空間的遷移を定量的に解析し、簡単なパラメータで計算機シミュレーションを試みた。一次樹状突起の消失や空間分布の遷移など観察結果の一部を再現することができた。
誘起電荷電気浸透現象を利用した高機能マイクロ流路の最適設計法の開発

誘起電荷電気浸透現象は,流体中に配置された誘電体の誘電分極によって形成される電気二重層による電場と,流体中のイオンの相互作用により生じる流れである.この現象を利用したマイクロスケールの流体装置の創成設計を目的として,デバイス設計のためのマルチフィジックス・トポロジー最適化法の開発を行った.設計の評価関数を明らかにしたあと,最適化問題を定式化し,その実装方法を示した.最適設計法を実際に実装し,高効率のマイクロポンプの設計案を導出した.誘起電荷電気浸透現象(Induced-charge electrophoresis,以下ICEO)とは,流体中に配置された誘電体の誘電分極によって形成される電気二重層による電場と,流体中のイオンの相互作用により生じる流れである.この現象を利用すれば,電気分解等の直流電源の持つ問題点を本質的に排除し,低電圧で比較的速い流れを得ること可能となる.本研究では,今までにはない高い機能を持つマイクロスケールの流体装置の創成設計を目的として,ICEO効果に対するマルチフィジクス・トポロジー最適化法の開発を行う.このような方法の開発されば,外部から与える電場のみで,流れ場を自由自在に制御可能な高機能マイクロ流路デバイスの創成設計が可能となる.本年度の研究では,レベルセット法による形状表現と有限要素法に基づく電場及び粘性流れ場の解析法を整備し.レベルセット関数の正負により,流体領域と誘電体領域を識別し,各物理場を解く方法を開発した.設計領域は有限要素により分割され,その節点においてレベルセット関数を定義される.電場および流れ場は有限要素法により解析するため同一の要素を用いることで,それらの相互作用さらには,設計感度を容易に計算することが可能となる.次に,ICEOを考慮可能な電場解析と流体場解析法の統合化による連成解析法の開発を行った.構築した有限要素モデルに基づいてICEOを考慮可能なマルチフィジクス連成解析手法の開発を行った.さらに,目的汎関数のレベルセット関数に対する汎関数微分を導出し,その計算手法の懸賞を行った.誘起電荷電気浸透現象は,流体中に配置された誘電体の誘電分極によって形成される電気二重層による電場と,流体中のイオンの相互作用により生じる流れである.この現象を利用すれば,電気分解等の直流電源の持つ問題点を本質的に排除し,低電圧で比較的速い流れを得ることが可能となる.本研究では,今までにはない高い機能を持つマイクロスケールの流体装置の創成設計を目的として,誘起電荷電気浸透流を最大化を考慮したマルチフィジクス・トポロジー最適化法の開発を行う.外部から与える電場のみで,流れ場を自由自在に制御可能な高機能マイクロ流路デバイスの創成設計を目指す.昨年度の研究で,有限要素法に基づく電場及び流れ場の連成解析法の構築と,最適設計問題の基礎的な定式化の検討を行った.本年度はこれを踏まえて,目的汎関数の,レベルセット関数に対する汎関数微分について,より詳細な検討と,数値実装を行った.その結果,随伴場の境界条件の設定を工夫することで安定的に最適化プロセスを進めることができることを確認した.誘起電荷電気浸透現象は,流体中に配置された誘電体の誘電分極によって形成される電気二重層による電場と,流体中のイオンの相互作用により生じる流れである.この現象を利用したマイクロスケールの流体装置の創成設計を目的として,デバイス設計のためのマルチフィジックス・トポロジー最適化法の開発を行った.誘起電荷電気浸透の支配方程式を固定設計領域に拡張する方法を提案し,マイクロポンプの吐出量最大化を目的としたトポロジー最適化問題を定式化した.また,最適化問題の定式化に基づき,設計感度を随伴変数法を用いて導出した.さらに,明瞭な境界を有した最適構造を創出するため,レベルセット法に基づく境界表現法を導入した.そして,状態場,随伴場,およびレベルセット関数の時間発展方程式の離散化に有限要素法を用いた最適化アルゴリズムを開発した.数値例により,本提案手法の妥当性と有用性の検証を行った.誘起電荷電気浸透現象は,流体中に配置された誘電体の誘電分極によって形成される電気二重層による電場と,流体中のイオンの相互作用により生じる流れである.この現象を利用したマイクロスケールの流体装置の創成設計を目的として,デバイス設計のためのマルチフィジックス・トポロジー最適化法の開発を行った.設計の評価関数を明らかにしたあと,最適化問題を定式化し,その実装方法を示した.最適設計法を実際に実装し,高効率のマイクロポンプの設計案を導出した.感度解析の詳細検討を行い,簡単な数値実装を行ったため.最適システム設計本年度の成果に基づき,より複雑な問題設定に置いて,最適解が安定的に導出可能な方法としてまとめる予定である.解析環境の構築と感度解析法の検討まで進んでいるため本問題は,感度解析法の確立が,最適設計を行う上で極めて重要な課題となる.この部分に予想以上の研究時間が必要となり,予定していた計算機の購入を見送ることとした.現在開発中の感度解析法の検討をさらにすすめ,簡単な例題に対する最適化法の構築を進める.感度解析にめどが立ったため,次年度には実際の計算を進める予定であり,計算機の購入を計画している.感度解析法の開発に時間をさく必要があることが判明したため,計算機購入を先送りした.感度解析法を確立した後,ワークステーションを購入し,数値計算と最適化法の実装を詳細に進める予定である.