hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ガン治療を目指した核酸ナノマシンの創出

ガン組織で治療効果を発現する治療用核酸ナノマシンシステムを構成するガン組織集積機能と核酸シャペロン活性のある高分子材料の設計と評価を行い以下の成果を得た。1)親水性側鎖をグラフトしたカチオン性くし型共重合体のガン集積性を担ガンマウスで評価し、高密度にグラフト鎖を有する共重合体が経時的にガンに集積することが見いだされた。2)核酸の構造転移に与える共重合体の効果を評価した。共重合体は、ステムループ・2重鎖の転移や4重鎖核酸の形成速度を顕著に高め、機能性核酸の機能を制御し得ることが示唆された。治療を目的としたナノマシンシステムの構築には、生体物質や生体シグナルに自立応答し機能性核酸の触媒活性、分子認識活性および情報変換機能を臨機応変に制御する手法が不可欠となる。そのためには核酸の高次構造を、生体シグナルや環境に応じて柔軟に応答させる方法が考えられる。一方、核酸はひとたび構造形成すると、他の構造への転移が極めて困難となる場合が多い。とりわけ生体内の穏和な条件では、核酸の構造転移は生起しにくい。生体では種々の核酸結合性タンパク質を介することで、核酸の構造転移を促している。そこで、生体を手本に、これらのタンパク質の機能を再現する高分子材料の設計を行い、ナノマシンシステムへと組み込む。具体的には、すでに申請者がカチオン性くし型共重合体に蓄積してきた知見を基に、核酸ハイブリッドを安定化する高分子材料、異なる核酸コンフォーマー間の転移を促す高分子材料の開発を進めた。その結果、カチオン性グラフト共重合体が、ステムループ型核酸のダイマー形成を顕著に安定化、促進する事を見いだした。さらに、カチオン性共重合体の効果を、ポリアニオンにより制御することで、ステムループ・ダイマー間の転移を繰り返し制御できることを確認した。一方、種々の核酸ナノデバイスに利用されている核酸4重鎖に対しても、共重合体は形成を顕著に加速することを見いだした。とりわけ、通常不可逆的に観察される4重鎖核酸の融解曲線が、共重合体存在下では可逆的になることが見いだされた。アプタマーやリボザイムなどの多くの機能性核酸はステム構造を有する。ステム構造制御することでこれらの核酸の機能をON-OFF制御できる可能性がある。既にガン移行性が確認されているPLL-g-Dexによるステム構造の制御を、ステムループ構造を形成する配列(DIS25)で評価した。この配列は、自己相補的であり2量体形成をする可能性がある。2量体形成は、未修飾のDIS25と蛍光色素(TAMRA)と消光剤(DABCYL)で修飾したT-DIS25-Dを混合して用いることで検出した。つまり、ステムループ構造を形成しているT-DIS25-Dの蛍光は消光するが、T-DIS25-DとDIS25が分子間で2重鎖を形成すると蛍光が回復する。PLL-g-Dexの非存在下では24時間インキュベーションしても、TAMRA蛍光を伴うバンドは観察されず、分子間ハイブリッドの形成は観察されなかった。この条件下における分子内ステムループおよび分子間二重鎖のTmの計算値は62°Cおよび54°Cであり、分子内ステムループ構造の方が安定なことと一致する。一方、PLL-g-Dexの存在下(N/P=2,6)では、移動度が低くかつTAMRA蛍光を伴うバンドが観察され、分子間二重鎖が優位に形成することがわかった。PLL-g-Dexは分子内ステムループ構造に比べ、分子間二重鎖構造をより安定化すると考えられる。つまり、ステム構造を有する機能性核酸の機能をPLL-g-Dexで制御できることが示唆された。ナノマシンの体内動態制御:ナノマシンシステムによる治療効果の効果的発現させるためには、ナノマシンシステムを患部に集積させる必要がある。そのためには、生体内でのシステムの安定化と患部への移行性の向上が必要となる。カチオン性くし型共重合体は、オリゴ核酸分子の血液内安定性と血液滞留性を著しく高めることが明らかになった。また、くし型共重合体そのものの皮下移植担ガンマウスに対する動態を評価した結果、共重合体は、ガン組織に集積し、滞留することが見いだされた。さらにその特性は、共重合体の側鎖および主鎖の分子量に依存し、分子量が増大するほど集積・滞留効果が高まることがわかった。また、共重合体は肺転移ガンモデルにおいてもガン組織に集積することが示唆された。核酸ナノマシンの構造転移制御:カチオン性くし型共重合体に蓄積してきた知見を基に、生体内で核酸ハイブリッドを安定化する高分子材料、異なる核酸コンフォーマー間の転移を促す高分子材料の開発を進めた。

共重合体は、核酸ナノマシンやアプタマーなどで頻繁に見られる核酸4重鎖の形成を3オーダー促進することが見いだされた。また4重鎖核酸と単鎖核酸との鎖交換反応を活性化することが見いだされた。共重合体と長鎖核酸との相互作用を詳細に検討するためにフローストレッチング法を利用した。その結果、側鎖グラフト率を制御することで、長鎖DNAの凝縮と緩和を制御できることがわかった。また、15マイクロメーター程度に伸張しているDNA鎖に対して、ポリカチオンは数秒以内に凝縮または収縮させることが明らかにされた。
視覚障害児・者が触覚的に認知可能な口腔内模型の開発

○研究目的:本研究の目的は,視覚障害児・者の口腔健康教育に有用な歯列模型を開発することである.視覚障害のある人は,歯並び,汚れの溜りやすい場所や歯ブラシのあて方を視覚的に確認できず,効果的なブラッシング技術を身につけることが困難である.一方,現在歯科において当事者が触知しやすい媒体がなく,触覚媒体を利用した対応は普及していない.そこで本研究では,対象者の口腔内の歯の数や歯並びを簡単に再現でき,視覚障害のある人が触覚的に歯並びやブラッシング方法を学習できる口腔内模型の開発をおこなった.○研究方法:当事者の助言のもと模型の作製および改良を行なった.2倍大歯模型(永久歯・乳歯・萌出途中の永久歯,全84種),顎堤(歯ぐき)模型(永久歯列用・乳歯列用),上下顎模型咬合(かみあわせ)装置を作製し,歯模型は歯の数や歯並びを対象者の口腔内にあわせて顎堤模型に自由に配置できるようマグネット着脱式とした.○研究成果:歯模型をマグネット着脱式にしたこと,また幼児期から成人まで幅広い年齢層に対応できる模型としたことで,必要時簡単に多様な対象者の口腔内の状態を再現することが可能になった.また歯模型のサイズや顎堤模型の形態,マグネットの吸着力など当事者の助言のもと改良を重ねたことで,視覚障害のある人が自分の歯並びの状態や歯ブラシのあて方などを触知しやすい模型となった.さらに口腔内に倣って歯模型および顎堤模型に彩色を施したため,弱視者や視覚障害のない人にも対応できる可能性も示唆された.今後さらに多くの当事者や歯科医療・教育関係者から評価を得て改善を加える必要があると考えられるが,本模型は視覚障害児・者の歯科治療時の説明や口腔衛生指導に活用できるだけでなく,視覚障害児・者の口腔保健教育のツールとして,また視覚障害のない人に対しても幅広く応用できると考えられる.○研究目的:本研究の目的は,視覚障害児・者の口腔健康教育に有用な歯列模型を開発することである.視覚障害のある人は,歯並び,汚れの溜りやすい場所や歯ブラシのあて方を視覚的に確認できず,効果的なブラッシング技術を身につけることが困難である.一方,現在歯科において当事者が触知しやすい媒体がなく,触覚媒体を利用した対応は普及していない.そこで本研究では,対象者の口腔内の歯の数や歯並びを簡単に再現でき,視覚障害のある人が触覚的に歯並びやブラッシング方法を学習できる口腔内模型の開発をおこなった.○研究方法:当事者の助言のもと模型の作製および改良を行なった.2倍大歯模型(永久歯・乳歯・萌出途中の永久歯,全84種),顎堤(歯ぐき)模型(永久歯列用・乳歯列用),上下顎模型咬合(かみあわせ)装置を作製し,歯模型は歯の数や歯並びを対象者の口腔内にあわせて顎堤模型に自由に配置できるようマグネット着脱式とした.○研究成果:歯模型をマグネット着脱式にしたこと,また幼児期から成人まで幅広い年齢層に対応できる模型としたことで,必要時簡単に多様な対象者の口腔内の状態を再現することが可能になった.また歯模型のサイズや顎堤模型の形態,マグネットの吸着力など当事者の助言のもと改良を重ねたことで,視覚障害のある人が自分の歯並びの状態や歯ブラシのあて方などを触知しやすい模型となった.さらに口腔内に倣って歯模型および顎堤模型に彩色を施したため,弱視者や視覚障害のない人にも対応できる可能性も示唆された.今後さらに多くの当事者や歯科医療・教育関係者から評価を得て改善を加える必要があると考えられるが,本模型は視覚障害児・者の歯科治療時の説明や口腔衛生指導に活用できるだけでなく,視覚障害児・者の口腔保健教育のツールとして,また視覚障害のない人に対しても幅広く応用できると考えられる.
アミラーゼインヒビターの阻害機構とプロテアーゼインヒビターとの分子進化論的比較

生体高分子の代謝に主要な働きをしている加水分解酵素の調節タンパクと見做れるインヒビターの構造の機能、分子進化を化学構造の面から明らかにするため、植物種子の胚乳から分離されるインヒビター及びその関連タンパク質を材料とし研究を行った。オオムギ胚乳のトリプシンインヒビターが、アミラーゼインヒビターと明らかに相同であり、共通の祖先タンパクから、放散的に進化して来たこと、他のインヒビターとの比較から、これらがトリプシンインヒビターとアミラーゼインヒビターの2個のドメインから成ること、恐らく分子量7千程度の各インヒビターの祖先型タンパクの遺伝子が、縮合しその後の変異で現在みられる多様なインヒビター群を形成してきたものと考えられる。ジスルフィド結合位置決定の結果からもこの考えが示唆された。一方アミラーゼインヒビターのドメインと考えられる分子のC末端側1/2は哺乳類すい臓等の分泌型トリプシンインヒビターと類似性が高く、この部分に関しては新たにアミラーゼとトリプシンとのインヒビターが共通の祖先に由来していることも示された。弱いリパーゼ阻害活性を示す結晶性のタンパクをダイズ胚乳より単離し、一次構造を決定した。部分構造が先のインヒビター類やBowman-Birkインヒビターと共通しており、これらタンパクが一群の大きなファミリーを形成していることを示唆している。その他分子全体がラットのプロラクチンと高い類似性を示し進化的にも興味深い結果を得た。またトリプシン活性を阻害しないが、C末端部分のポリアスパラギン酸配列でトリプシンを結合する特異なペプチドを単離構造決定すると共に、これ等のタンパクの機能を調節し得る翻訳後の修飾アミノ酸を容易に分析するシステムを開発し、これを実際の分析に応用した。生体組織に広く分布している酵素阻害タンパク質について,その機能と分子進化を化学構造の面から明らかにするため,植物の種子等から数種類のインヒビターを分離し,その性質と部分構造を比較検討した.また同時に得られた低分子タンパク質についても同様な検討を行った.精製を効果的に行うと共に酵素自身による修飾を避ける目的で,インヒビター結合能は残したまま触媒活性のない酵素の誘導体を2種調整し,これを固定化したカラムによるアフィニディークロマトグラフィーを行った.これまでに得られたアミノ酸配列のデータの比較から,イネ科植物を中心に見出される分子量15000のインヒビター類は, N末端側の1/2がプロテアーゼ阻害のドメイン, C末端側の1/2がアミラーゼ阻害のドメインを形成していることが示唆された.更にプロテアーゼ阻害のドメインはマメ科植物に広範に見られるBowman-Birk型プロテアーゼインヒビターと部分的に共通構造をもつことが示された.以上の結果から,これ等のインヒビターの祖先型は,プロテアーゼインヒビターとアミラーゼインヒビターの遺伝子の融合により形成されたものと考えられるが,オオムギのインヒビターの場合アミラーゼインヒビターのドメイン部分が,哺乳類すい臓の分泌型トリプシンインヒビターと類似性が高く,各ドメインの起源については,更に詳細は比較検討を要する.同時に分画されてくる,低分子タンパクについては弱いリパーゼ阻害能を示すものと,高アスパラギン酸含量のものに関して性質と化学構造を検討した.前者は部分的にトリプシンインヒビターの活性中心類似の構造をもつ他動物のホルモンであるプロラクチンにも似た構造を有しており,進化的に興味がある.後者はC末端部分にこれまでで最も長いポリアスパラギン酸配列をもっており,活性は阻害しないがトリプシンを結合することを見出した.これまでの研究結果からプロテアーゼインヒビターとアミラーゼインヒビターが互いに相同であり、共通の祖先蛋白より進化してきた可能性を示したが、両酵素を同時に阻害するインヒビターの存在は、それぞれ別個の祖先蛋白の遺伝子が融合したことを示唆している。

我々はそのドメイン構造を明確にするため、オオムギトリプシンインヒビターについて、そのジスルフィド結合の位置決定を試みた。インヒビター蛋白自身がプロテアーゼ抵抗性であり、まず臭化シアンで部分分解後ゲル濾過しシスチン含有ペプチドを我々が開発した水素化ホウ素ナトリウム還元後の呈色反応で検出し単離陸した。更にトリプシン等のの酵素で消化後、高速液体クロマトでペプチドを分画、同じ試料を過蟻酸酸化したものと比較することで、シスチンペプチドの同定を容易にした。この結果分子内の5ケのジスルフィド結合のうち3個の同定を行った。そのうち1個は、C末端側のアミラーゼ阻害ドメインとN末端側のトリプシン阻害ドメインとを結合しており、両者の遺伝子が融合したとするとそれより以後に生成したものと考えられる。残りの2個はドメイン内に存在するとみなされ、2-ドメイン構造を支持している。プロテアーゼインヒビターは基質アナログと考えられ、酵素阻害機構も考え易いが、アミラーゼと蛋白性のアミラーゼインヒビターとの相互作用については、いろいろな可能性が考慮される。例えば基質類似の糖鎖を結合し、これよる酵素との相互作用等である。この様に翻訳後のアミノ酸の修飾は、その蛋白の機能と密接に関連するため、この種の修飾アミノ酸の検出法の確立は重要な課題である。我々はアミノ酸自動分析装置を改造し、強酸性アミノ酸誘導体の分析を容易にするシステムを開発し、本研究にも応用した。
大規模並列計算機を用いたfullQCDの真空構造に関する国際共同研究

研究目的と実施計画に沿って、金沢では、高エネルギー研究所のSR8000共同利用計画及び理化学研究所の大型クラスター+SX7共同利用計画(共同研究員)、大阪大学核物理センター共同利用計画に採択され、以下の研究を実施した。1)O(a)improved clover fermion作用でのfull QCDの計算機シミュレーションを継続して行った。特に有限温度系の研究を重点的に行った。今年度は、引き続き24^3x10の格子でのデータをとった。目的は、カイラル極限とともに、連続極限を決めるためである。われわれの作用は、O(a)improvedなので、連続極限を決めることができる。まだクォーク質量が重いので系統誤差が大きいが、転移温度のカイラルおよび連続極限の値を求めた。引き続き、多くのパラメーターでデータを集め、より正確な値を決定するように研究を続けている。モスクワのグループも別のパラメーターで同じ24^3x10の格子でデータをとっており、結果を両者で分析している。2)理化学研究所のSX7ベクトル計算機でかなりの計算時間をもらえたので、精密実験としてQCDの閉じ込め機構に関して、双対マイスナー効果はゲージによらないかどうかの研究をはじめた。5000個の熱平衡の真空配位を用いて、格子での通常のモノポールが存在しないランダウゲージでも双対マイスナー効果が見られることがわかったので、引き続き双対マイスナー効果の特徴的な真空のパラメータを測定した。ゲージによらず対応1と2の境界付近であることがわかった。3)ゲージ普遍な量で双対マイスナー効果が記述できないかを研究した。4)現在、測定誤差を大幅に小さくできるmulti-level法を応用して、最大可換ゲージでない局所的な従来性質の悪いといわれた可換射影を用いて精密実験をしている。すでにこれまで見えていなかった可換成分のみで完全な弦定数が得られることがわかった。研究目的と実施計画に沿って、金沢では、高エネルギー研究所のSR8000共同利用計画及び理化学研究所のVPP700、大阪大学核物理センター共同利用計画に採択され、以下の研究を実施した。1)O(a) improved clover fermion作用でのfull QCDの計算機シミュレーションを大規模に始めた。特に有限温度系の研究を引き続き重点的に行った。16^∧3x8の研究は、ロシアのグループと相補的なパラメーターでデータを集め、転移温度を決定し、従来の研究と比較した。さらに今年度は、24^∧3x10の格子でのデータをとった。われわれの作用は、O(a) improvedなので、連続極限を決めることができる。大変時間のかかる計算で、3点のパラメーターに関してデータをとり、予備的な転移温度のカイラルおよび連続極限の値を求めた。2)有限温度系での真空のデータを利用してメソンとバリオンの系でのカラーフラックスの分布やモノポール流の分布を調べた。その結果、閉じ込め相でも、軽いクォークの影響で、スクリーニングが生じ、同時にモノポール流によるフラックスの絞りが消えていくという理論的な予測が観測された。3)4次元での連続極限での双対ギンツブルグ・ランダウ理論から格子上のモノポールを構成し、計算機シミュレーションの結果と比較することで、双対ギンツブルグ・ランダウ理論でのモノポール場の真空期待値の値を決定できることを示し、実際にロンドン極限の場合に決定をした。

これは、ITEPのMaxim Chernodubとの共同研究である。4)Max PlanckのValentine Zakharovとは、モノポールとP-vortexとの関係などに関して、議論を行った。相互に訪問しあってITEPのMikhail Polikarpovを含めて研究を進めた。研究目的と実施計画に沿って、金沢では、高エネルギー研究所のSR8000共同利用計画及び理化学研究所の大型クラスター+SX7共同利用計画(共同研究員)、大阪大学核物理センター共同利用計画に採択され、以下の研究を実施した。1)O(a)improved clover fermion作用でのfull QCDの計算機シミュレーションを継続して行った。特に有限温度系の研究を引き続き重点的に行った。今年度は、24^3x10の格子でのデータをとった。目的は、カイラル極限とともに、連続極限を決めるためである。われわれの作用は、O(a)improvedなので、連続極限を決めることができる。大変時間のかかる計算であるが、予備的な転移温度のカイラルおよび連続極限の値を求めた。引き続き、多くのパラメーターでデータを集め、より正確な値を決定するように研究を続けている。モスクワのグループも別のパラメーターで同じ24^3x10の格子でデータをとっており、結果を両者で分析している。2)理化学研究所のSX7ベクトル計算機でかなりの計算時間をもらえたので、精密実験としてQCDの閉じ込め機構に関して、双対マイスナー効果はゲージによらないかどうかの研究をはじめた。5000個の熱平衡の真空配位を用いて、格子での通常のモノポールが存在しないランダウゲージでも双対マイスナー効果が見られること。モノポールの代わりに変位磁流がその役割を担っていることを発見し、Physical Review Letterに掲載される。3)更に、Max PlanckのValentine Zakharov、ITEPのMikhail PoliknrpovとQCDの真空のタイプをきめる研究を行い、SU2 QCDの真空がタイプ1,2の境界近いことを、初めて古典解を用いずに決定できることを発見した。この結果は現在投稿準備中である。4)更に彼らとQCDの非対角成分グルオンを含んだ赤外有効理論がモノポールとP-vortexを含んだ理論となることが予想されており、現在研究中である。1.O(a) improved cloverfermion作用でのfull QCDの計算機シミュレーションを継続して行った。特に有限温度系の研究を重点的に行った。今年度は、引き続き24^3x10の格子でのデータをとった。われわれの作用は、O(a) improvedなので、連続極限を決めることができる。
金属塑性加工における潤滑剤・工具材料・素材材料の総合試験法

塑性加工において、潤滑剤と工具材料の選択は加工の成否を支配する。適切な選択をするために新しい試験法を開発し、摩擦係数・焼付き・工具摩耗量に関する研究を行った。特に本研究では(1)温度効果、(2)工具と素材の接触面積の寸法効果について実験・解析を行った。また将来の塑性加工用工具として注目される各種セラミック材料について、その摩擦特性、耐摩耗特性、耐焼付き性を引抜き試験を行って調査した。温度効果については、工具と素材との接触面積の寸法によって、そこで発生する摩擦による工具表面での温度上昇が変化することを、実験的にも、解析的にも明らかにすることができた。この解析の中には、潤滑剤の粘性係数の温度、圧力依存性、工具および素材の熱伝導率を含み、さらに工具と素材が接触する昇面に導入される潤滑油膜厚さと摩擦係数との関係を導入することによって、加工条件を与えれば摩擦係数の予測を可能とするものである。このように温度効果・寸法効果については、ほぼ初期の目標を達成し得た。実機によるプロセスのシミュレーションについては、実機の熱的な条件設定が非常に困難で、これが今後の課題となろう。また、解析の中で導入した油膜厚さと摩擦係数の関係も現在のところ第一次近似的なものであり、これを実際に近づけていくのも今後に残された課題である。セラミック工具に関しては、初期に目的とした塑性加工用工具としての可能性をかなり詳しく調べることができた。その結果、炭化けい素Sicが摩擦係数,耐摩耗性,耐焼付き性いずれの面からも最も優れており、次が窒化けい素【S_(i3)】【N_4】,ジルコニアZr【O_2】であった。本研究では、引抜き工具としての可能性について主に調査したが、今後更に、種々の加工の工具としての可能性を調べていく必要があろう。本年度は、工具と素材の接触長の潤滑状態に及ぼす影響(寸法効果)引抜き加工における潤滑状態の評価および工具材料の摩耗特性について重点的に調査した。以下に得られた結果を示す。1)工具・素材の接触長さが異なると摩擦係数μが異なる、通常接触長さlが大きい程μが大きい、又μの速度による変化の様子も、lの大きさによって違ってくる。2)潤滑油膜厚さとμとの間にある仮定を導入し、摩擦による発熱および潤滑剤入口域におけるせん断による発熱を考慮することによって、lの相違によるμの大きさを予測することの可能性を得た。3)アルミニウムと銅線材の引抜き加工を行い、ダイス面と線材面との間の摩擦力に抗するためのエネルギ消費率とVrms(応力波の二乗平均処理値)の関係としてVrms=C【(m・k・u)^(1.4)】を得た、これをもとに潤滑状態の評価式としてを得た。ここに、N=1.4、添字aは特定の加工条件を、bは評価しようとする加工条件を示す。この式で、M>1の場合bでの潤滑状態はaにおけるそれより悪く、M<1の場合はその逆、M=1の場合は両者全く同じ潤滑状態であることを意味する。4)セラミックを引抜き工具として用い、その摩耗性に対する添加剤の影響を調べた。素材はSUS304,セラミックとしてはSiC,添加剤としてオレイン酸,塩素化パラフィン,塩リサルファイド(活性タイプ及び不活性タイプ)を用いた。その結果、塩素化パラフィンと活性タイプポリサルファイドが摩耗に非常に効果がある一方、オレイン酸の効果はほとんど見られなかった。来年度も更に種々の広い条件下で調査を進めていく積りである。

引抜きにおよび当研究グループが開発してきた、塑性加工のための摩擦試験法を対象として、工具と素材との接触面における摩擦による発熱を考慮して、潤滑剤が導入されるくさび部において、熱塑流体力学的な解析を行った。これによって、導入される潤滑油膜厚さが求められ、更に、過去のデータから、油膜厚さと摩擦係数との間の関係を導入することによって、工具・素材・潤滑油の粘度特性、工具・素材の速度、寸法、接触圧力を条件として用いて、摩擦係数を計算した。その結果、工具と素材との接触面の寸法が変わると、他の条件は同じでも、摩擦係数の値が大きく異ってくることが計算された。引抜きの実験データが、現在のところ充分でないので、その結果と、摩擦試験法による結果とを比較すると、計算結果は実験結果とかなり一致し、本解析方法の有効性を示すことができた。一方、将来塑性加工用工具材料として期待される、セラミックス、超硬材料を工具として、引抜きを行い、摩擦、焼付き、摩耗等について実験的に調べた。その結果、SiC,【Si_3】【N_4】が摩擦係数が低く、従来の工具鋼(SKD11)超硬(WC)と比べて、耐焼付き性が非常に優れていることが明らかになった。また、使用する潤滑剤によってはセラミック工具の摩耗は大きくなることもあるが、SiCは耐摩耗性においても最もすぐれていることも明らかにすることができた。次にZr【O_2】,SiCを対象として、通常使用される添加剤(油性向上剤・極圧剤)を使用し、セラミック工具に対してもこれらの添加剤の効果があるのかを引抜きによって調査した。その結果、SiC,Zr【O_2】のいずれの場合も塩素系の添加剤が摩擦特性、耐摩耗性に対し、オレイン酸などはほとんど効果がないが、非常に効果があることが明らかになった。中でもSiCに対しては非常に効果があった。
系統安定化用SMESやMRI用超伝導マグネットの実用的最適化設計手法に関する研究

超伝導マグネットの実用的な設計を磁場解析・熱解析・最適化手法の連成により行えるようにするために,「堅固な設計」と「多目的設計に対する最適設計」についての検討を行った.「堅固な設計」については,Immune Algorithmを堅固な設計用に修正し,その修正法を用いることで,大幅な計算時間の短縮化も達成できた.また,「多目的設計に対する最適設計」ついては,ゲーム理論の適用により,トレードオフの関係にある多数の目的を考慮することが可能となった.さらに,協力ゲームや非協力ゲームなどの種々のゲーム理論を比較し,最適化設計に適したゲーム理論の調査を行った.実験結果から冷凍機伝導冷却を使用した場合の,超伝導コイル内部で温度差を考慮に入れた設計手法についての検討も行った.超伝導マグネットを設計する上で,超伝導導体の特性を高精度にモデル化し,シミュレーションに組み込むことは必要不可欠である.そこで,高精度モデル化に必要な特性を,特に熱特性を対象とし実験計測を行った.この結果を磁場解析と熱解析の連成シミュレーションのためのプログラム・コードに組み込み,冷凍機伝導冷却特性を考慮したプログラム・コードへと発展させた.そして,そのプログラム・コードに最適化設計アルゴリズムを組み合わせることで,熱特性までも考慮に入れた超伝導マグネットの最適化設計を可能にした.超伝導マグネットの最適化設計の結果,従来の熱特性を考慮していなかった設計結果よりも巻線体積をおよそ15%減らす設計に成功した.高温超伝導マグネットを設計する上で,高温超伝導導体の特性を高精度にモデル化し,シミュレーションに組み込むことは必要不可欠である.現在でも,超伝導導体の特性把握の実験は広範囲で行われているが,そのほとんどが人間による特性把握のためのものであり,高精度モデル化に必要なデータ形態と一致していない.そこで,高精度モデル化に必要な特性を,特に熱特性を対象とし実験計測した.さらに,磁場解析と熱解析の連成シミュレーションのためのプログラム・コードに,冷凍機伝導冷却特性を考慮したプログラム・コードへと発展させた.また,最適化アルゴリズムとも結合し,本研究の目的である系統安定化用SMESやMRI用超伝導マグネットの実用的設計のための電磁場解析・熱解析・最適化設計手法を開発した.その結果,磁場だけを考慮に入れた高温超伝導マグネットの最適化設計の時と比べて,新たに温度を考慮にしたことで,高温超伝導マグネットに使用する導体量を減らせることが確認できた.また,堅固な設計を目指して,Immune Algorithm(免疫アルゴリズム)を最適化手法として導入した.その結果,多少の製造上の誤差が生じても,マグネット性能を維持できる形状を提案できた.従来の感度解析による手法よりも,Immune Algorithmを堅固な設計用に修正し,その修正法を用いることで,大幅な計算時間の短縮化も達成できた.さらに,通常は一つの目的関数しか扱えないImmune Algorithmを多目的関数用に,たとえば中心磁場強度,漏れ磁場低減,巻線体積最小化などの多くの目的が同時に扱えるような手法について検討を行ってきた.超伝導マグネットの実用的な設計を磁場解析・熱解析・最適化手法の連成により行えるようにするために,「堅固な設計」と「多目的設計に対する最適設計」についての検討を行った.「堅固な設計」については,Immune Algorithmを堅固な設計用に修正し,その修正法を用いることで,大幅な計算時間の短縮化も達成できた.また,「多目的設計に対する最適設計」ついては,ゲーム理論の適用により,トレードオフの関係にある多数の目的を考慮することが可能となった.さらに,協力ゲームや非協力ゲームなどの種々のゲーム理論を比較し,最適化設計に適したゲーム理論の調査を行った.実験結果から冷凍機伝導冷却を使用した場合の,超伝導コイル内部で温度差を考慮に入れた設計手法についての検討も行った.超伝導マグネットを設計する上で,超伝導導体の特性を高精度にモデル化し,シミュレーションに組み込むことは必要不可欠である.そこで,高精度モデル化に必要な特性を,特に熱特性を対象とし実験計測を行った.この結果を磁場解析と熱解析の連成シミュレーションのためのプログラム・コードに組み込み,冷凍機伝導冷却特性を考慮したプログラム・コードへと発展させた.そして,そのプログラム・コードに最適化設計アルゴリズムを組み合わせることで,熱特性までも考慮に入れた超伝導マグネットの最適化設計を可能にした.超伝導マグネットの最適化設計の結果,従来の熱特性を考慮していなかった設計結果よりも巻線体積をおよそ15%減らす設計に成功した.
尿中ナトリウム利尿ペプチドを用いた革新的心不全ホームモニタリングシステムの開発

心不全の急性増悪による入院を未然に防ぐには、在宅でのモニタリングが必須である。その手段として、非侵襲的に採取可能な生体由来物質の代表格である尿を用い、ナトリウム利尿ペプチド(NP)を在宅で測定する事を発案した。すでに尿中にNPが排泄されている事は報告されているが、NPには構成分子が複数存在しており、いずれの分子が心不全の“程度"を最も良く反映するのかは未解明である。また在宅での尿中NP測定に適した機器開発も必要である。本研究では、心不全患者由来の尿を用いて心不全の“程度"を最もよく反映する尿中NPを同定するとともに、尿処理条件検討や尿中ナトリウム利尿ペプチド測定高感度・自動化の開発を行う。
小中連携古典カリキュラムの開発

○研究目的小学校への古典教材の導入が答申され,次期学習指導要領に盛り込まれた。しかし,小学校段階での古典学習の研究は乏しく,児童の発達段階を無視して,中学校の学習内容を先取りしてしまう危険性もある。また、中学校の古典学習との連接も研究する必要がある。本研究は,小学校の他教科・領域のカリキュラムとも良く符合し,中学校の古典学習の基礎となるような「小中連携古典カリキュラム」を開発しようとするものである。○研究方法「小中連携古典カリキュラム」の核として,小学校段階での「和の生活体験」について調査した。中学校で古典を学習する上で必要な体験や知識であるにもかかわらず,生活の欧米化に伴って失われつつあり,子どもたちが実感や興味を持てなくなってしまった「和の生活体験」を,小学校段階で体験するように計画しておけば,知識の先取りにならず,小学校の他教科・領域との関連をもたせ,さらに相乗効果を期待することができると考えたからである。○研究成果中学校で古典を学習する基盤となる「和の生活体験」は,小学校では国語科ではなく,社会科や理科で扱われていること,また,中学校でも社会科や音楽科,美術科で扱う内容と強い関連を持っていることが明らかになった。具体的には,旧暦や時刻を理解するために欠かせない月の運行について,小学校の理科で扱っていたり,紫式部や清少納言,松尾芭蕉といった古典文学の重要人物について,小学校の社会科で扱っていたり,また,中学校の古典では扱わない文学史的な知識について,中学校の社会科で扱っていたり,能などの古典芸能について,中学校の音楽科で扱っていたりすることが明らかになった。今後は、小中9年間にそれぞれ独立して扱っている「和の生活体験」を、子どもたちの内面で統一したものに総合していくために,どのような配慮や配列,学習方法が必要なのかを研究する必要がある。
次世代型農企業のイノベーションマネジメント理論の構築に関する研究

本研究の目的は、自己の経営成長を図りつつ地域農業をリーディングする役割を担う農業経営を「農企業」と概念化し、その事業運営において革新(新結合・創造的破壊)を継続して産み出す「イノベーション・マネジメント」を確立するための理論構築、さらには実践に関わる条件を明らかにすることである。上記の機能を担う農企業を概念化することは、個別農業経営と地域農業の両次元の成長・振興方向の不整合が、両次元に種々の非効率を派生しつつあるとの現状認識に基づくものである。研究二年次の今年の研究成果として、第一に先進的な経営体の取り組みでは、その経営と地域への支援が注目されがちであるが、多かれ少なかれ地域からの支援が見出せた。また、地域からの支援も地域への支援もどちらかが単独で存在しているわけではなく、相互に関係しており、短期的には単独とみえても長期的には相互の支え合いになっていることを考察した。その仕組みは、地域農家との契約栽培に始まり、不足がちな品目を生産するための農業参入に至っていた。第二に、環境保全に配慮した農業を実践する上で必要となる種子の調達を担う組織のマネジメントおよびガバナンスの構造と機能を明らかにした。環境保全に配慮した農業を実践するための種子について、一般種子のような流通網は整備されていない。このことから、組織的に種子の需要と供給をマッチングする取り組みが極めて重要であり、種子流通を事業化し運営する組織の機能が重要となっていることを明らかとした。第三に、海外、特にオランダにおけるサプライチェーンの変化について、イノベーションに関連する種苗と施設野菜経営体等に着目し、農企業が成立・展開する環境を明らかにした。研究遂行にあたり、多くの先進的な農業経営体の理解・協力が得られたために、スムーズな調査を実施することができた。この背景として、調査実施前より共同研究者間での密な連絡のやり取りや日程の調整、調査対象となる農業経営体との密なコンタクトを実施してきたことがあげられ、次年度もこの取り組みを継続していく。基本的な大枠としては、現在の研究計画をもとに、研究を遂行していく予定である。ただし、本研究における農企業のイノベーションマネジメントに関する現状は、日々目まぐるしいスピードで変化・発展を遂げている分野である。そのため、調査事例に関しても、最新の現場の情報を入手しながら、調査対象先を選定していくことが必要と思われるため、若干の調査地の変更が強いられる可能性がある。研究初年度の今年の研究成果として、地域内の農業生産資源を利用することを前提とし、農業経営体を取り巻く多様なステークホルダーと良好な関係を築く条件性を明らかにすることができた。経営の飛躍を可能とする契機は、立地・自然条件、ライフヒストリー、経営の展開過程により異なるが、事例分析から抽出される共通点として、以下の点が指摘できた。第一に、アントレプレナーとしての資質と農業者精神の両立である。第二に、飛躍となる商機の把握と利用を的確に行っている点である。第三に、資金調達や生産基盤の拡大に向けた経営を取り巻く制度や文化・環境の重要性である。政府やJAが行う政策や制度を有効に活用し、飛躍的な経営発展を支える資金と人材を効果的に調達している。また、上記3点の要素がより効果的に発揮されるために、経営の強みや利点を引き出すような外部主体との連携が行われており、特に、共通の経営理念や問題を抱える主体間でネットワークを構築し、互いのブランド力を高めている点が指摘できた。研究遂行にあたり、多くの農業経営体・生産者の理解・協力が得られたために、スムーズな調査を実施することができた。この背景として、調査実施前より共同研究者間での密な連絡のやり取りや日程の調整、調査対象となる農業経営体との密なコンタクトを実施してきたことがあげられる。

環境保全に配慮した農業を実践するための種子について、一般種子のような流通網は整備されていない。このことから、組織的に種子の需要と供給をマッチングする取り組みが極めて重要であり、種子流通を事業化し運営する組織の機能が重要となっていることを明らかとした。第三に、海外、特にオランダにおけるサプライチェーンの変化について、イノベーションに関連する種苗と施設野菜経営体等に着目し、農企業が成立・展開する環境を明らかにした。研究遂行にあたり、多くの先進的な農業経営体の理解・協力が得られたために、スムーズな調査を実施することができた。この背景として、調査実施前より共同研究者間での密な連絡のやり取りや日程の調整、調査対象となる農業経営体との密なコンタクトを実施してきたことがあげられ、次年度もこの取り組みを継続していく。基本的な大枠としては、現在の研究計画をもとに、研究を遂行していく予定である。ただし、本研究における農企業のイノベーションマネジメントに関する現状は、日々目まぐるしいスピードで変化・発展を遂げている分野である。そのため、調査事例に関しても、最新の現場の情報を入手しながら、調査対象先を選定していくことが必要と思われるため、若干の調査地の変更が強いられる可能性がある。
空間思考力の育成のための教材研究と実践

1.研究の目的本研究は平成21年度から取り組みを始め,具体的な模型,数学が活用されている身近な題材を用いて,児童・生徒の空間を把握する解析力・思考力の育成を図る教材の開発と,授業実践による教材と指導方法の検証を目的としている。2.研究の内容と成果(1)平成21年度のビーズ球立体模型を使った空間図形の授業実践で,立体が閉じるための条件として「デカルトの定理」(全頂点の不足角の和は8∠R=720。)が成り立つことを調べた。これは,穴が開いていない立体図形の場合である。トーラスのように穴が1つ開いている場合のビーズ球模型では不足角の合計はどうなるか。例えば,5角形12個,6角形48個,7角形12個でトーラスを構成したとする。平面角の和が360゚より小さいときの不足角はプラスで,大きいときはマイナスで表すとすると,実際に計算すると不足角の和は0゚となる。どの場合でも成り立つことは,オイラーの多面体定理からデカルトの定理が導けることを考えると,「面数+頂点数-辺数=2-2×穴の数」の両辺に2πを掛けることから説明することができる。(詳細は下記HP参照)ビーズ球立体模型で,穴が開いた模型についても,オイラーの多面体定理とデカルトの定理について見つけたことを基に,生徒が新たに課題を設定して,不足角の定義の拡張を図りながら,多面体定理と不足角の和の条件がどのように変化していくのかを探求する活動の可能性を提案する。この活動の意義は,オイラーの多面体定理の拡張と,多面体定理とデカルトの定理の関係について統一的に理解しようとする思考力を育てることが挙げられる。(2)立体をいろいろな方向から観察して,展開図,投影図,見取り図,実際の立体の全部を使って考えることにより,立体の特徴や性質を調べることができることを生徒が理解できるような活動を考え,1年生の空間図形の単元で「回転リングの設計(平面図と立体の関係)」の実践を行った。今後,さらに考察を行いたい。研究内容と授業実践の詳細は,下記URLに掲載している。
惨事ストレスを被った看護職員に対する危機後の支援方法の構築

看護職員が職場で体験する惨事ストレスの実態と影響を検証した。IES-R25点以上に分類された看護職員は30.5%(67人)(研究1)、17.3%(56人)(研究2)、25.6%(556人)(研究3)であり、救急領域では家族の暴力、成人の心肺停止、交通事故外傷が、一般病院と精神科病院では職場のいじめ、患者や家族の暴力等を経験した看護職員にPTSDハイリスク者が有意に高かった。惨事ストレスを経験した看護職員が職場に求める支援を明らかにし、二次被害を防止するための看護管理者からの支援についてパンフレットにまとめた。職場で経験する惨事ストレスの実態と影響を検証するために、本年度は救急領域で勤務する看護職員を対象に調査を実施した。ドクターカーまたはドクターヘリを有する全国の救急現場のうち、調査協力の得られた医師(N=140)と看護師(N=338)のデータを分析した。看護師の性別は男性13.6%、女性86.4%、管理職10.6%、非管理職89.4%、病院内においてトリアージを行う者は59.0%、ドクターカーに乗車する者は8.2%、ドクターヘリに搭乗する者は20.9%であった。IES-R(出来事インパクト尺度)の平均得点は10.9(SD=13.7)であり、医師7.9(SD=11.3)、看護師12.0(SD=14.4)、カットオフを超えた割合は医師が10.2%、看護師が18.5%であった。今までの救命活動で精神的に衝撃を受けた体験を有する看護師の割合は87.5%であり、そのうち繰り返し経験している者は65.3%に及んだ。また看護師が被った惨事ストレスのうち、精神的に衝撃を受けた体験で頻度が高かった出来事は、交通事故の外傷(55.0%)、小児の心肺停止(46.4%)、縊死による自殺(36.7%)、交通事故以外の事故死(水死・転落死等)の外傷(35.2%)、火災による火傷(32.8%)、飛び降り自殺(31.7%)、成人の心肺停止(25.1%)等の順であった。惨事ストレスのうち、患者からの暴力に焦点を当て、A病院の看護職員(看護師、介護福祉士、保育士、看護助手、臨床事務等)を対象に調査を実施した。対人暴力、対物暴力、暴言、威嚇行為を各4-5割経験しており、身の危険を非常に/まあまあ感じたのは暴言と威嚇行為で各6割であった(N=697)。言葉や威嚇行為であっても身の危険を感じる割合が高いことが分かった。患者から暴力(一次被害)を受けた看護職員の危機後の支援方法を検討するため、病院職員に二次被害防止のための教育を実施した。教育実施2ヵ月後に調査を行い(N=39)、設定した5場面において、二次被害防止のための対応の正答率は46.2100.0%と高く、教育により概ね正しい知識を習得できていた。また看護管理者の暴力被害者への直後の対応を確認するため、二次被害防止チェック22項目を作成した。1.救急領域の看護職員の惨事ストレスの実態とその影響の検証看護師(351名)が被る惨事ストレスのうち、精神的に衝撃を受けた出来事として、「家族からの暴力(OR=2.84,95%CI:1.24-6.49)」「成人の心肺停止(OR=1.97,95%CI:1.08-3.61)」「交通事故(OR=1.87,95%CI:1.01-3.48)」を経験した看護師は、PTSDハイリスク者(IES-R25点以上)が有意に高かった(研究(1))。救急領域の医師(147名)では、「性犯罪による外傷」「小児の心肺停止」等の経験者にPTSDハイリスク者が有意に高く、職種によりPTSDと関連する惨事ストレスが異なることを示した。2.PTSDハイリスク者の事例の分析救急外来に勤務する看護師42名のうち、PTSDのハイリスク者(IES-R:2755点)は4事例が該当した。異動後14年目までの看護師で、「死体を見た・触れた」「患者や家族とトラブルになった」経験を有していた(研究(2))。医療安全の視点から、看護師のPTSDハイリスク者をスクリーニングし、必要な支援を提供する必要を示した。3.研修会に参加した看護職員の惨事ストレスの実態とその影響4会場の研修会の参加者358名に質問紙を配布し、304名より回収した(84.9%)。

惨事ストレスで経験頻度の高かった出来事は、「職員からの暴言・脅し(44名,14.5%)」、「患者からの暴言・脅し(41名,13.5%)」、「成人患者の急変・心肺停止(36名,11.8%)」等の順であった。先行研究の結果(保健師、消防職員、海上保安官)と比較し、研修参加者のPTSDハイリスク者が31.3%(95名)と高いことを示した(研究(3))。4.惨事ストレスの経験とPTSDハイリスク者が多い職場の選定(診療科別比較)6病院3353名の看護師に質問紙を配布し、2528名より回収した(75.4%)。強いストレスを伴う出来事は、「成人患者の急変・心肺停止(271名,10.7%)」「患者からの暴言・脅し(227名,9.0%)」等であり、PTSDハイリスク者は23.9%(603名)と高かった。診療科別のPTSDハイリスク者の割合は、救命救急センター17.3%(56名)(研究(1))、ICU・CCU・MCU30.4%(68名)、手術室26.2%(34名)、一般病棟24.0%(384名)、精神科病棟23.8%(59名)、外来19.8%(52名)等であり、集中治療室が最も高い結果であった(研究(4))。惨事ストレスを被った看護職員の危機後の支援のためのツールを開発することを目的とした。ツール1.惨事ストレスを被る看護職員への支援パンフレット:消防職員の惨事ストレスケアを行っている研究分担者、暴力被害者の支援を行っている心理士、弁護士、警察官から助言を受け、二次被害を防止するポイントをまとめ、支援のツールとした。パンフレットには、惨事ストレスの定義と惨事ストレス反応、看護職員が被る惨事ストレスの内容と影響(研究13を紹介)、惨事ストレスを経験した看護職員が職場に求める支援の内容を含んでいる。関係機関・関係者、研修受講者にパンフレットを300部配布し、またHPに公開した(http://www.md.tsukuba.ac.jp/nursing-sci/mentalhealth/pamphlet.pdf)。ツール2.二次被害防止のための面接:実際の支援者となるのは師長や先輩看護師である。2012年5月の師長研修(東京・佐賀)、2013年1月の新人指導者研修(茨城)で、開発した二次被害防止のための面接演習を試行した。受講者から「支援時にどのようなことに気をつければよいのか分かった」という意見を得た。ツール3.暴力の危険予知訓練(KYT):危険を予知し、未然に暴力の被害を防止することができれば惨事ストレスを被ることはない。そのため危機前準備教育として、医療安全管理者養成研修(山形・新潟)、A病院(静岡)において、開発した暴力の危険予知訓練を実施した。看護職員から危険予知訓練の内容の改善点の意見はなく、むしろ病院で職員教育の実施率が低い問題が指摘された。B病院(沖縄)で実際に被害を受けた暴力の場面を職員が再現し、シミュレーション教材(DVD)を作成した。今後は、二次被害防止のための面接演習、暴力の危険予知訓練、シミュレーション教材の効果を検証することが研究の課題である。調査予定の複数の病院施設が東日本大震災の影響を受け、調査実施が困難または調査開始時期が遅れたが、最終的には2年間で看護師の惨事ストレス調査として、4,202人に調査票を配布、3,242人から回収を終えた(研究1)。職員の自殺、患者からの暴力、患者の急変等の惨事ストレスを被った看護職員にインタビューを実施したが、協力者が目標数に満たず、質的分析には至らなかった。しかし、組織の支援体制が十分でない課題が明確となり、追加インタビューは不要であった(研究2)。全国の看護管理者に危機後の支援体制の実態調査(研究3)を予定していたが、計画を変更し、約54施設の看護管理者(看護部長、副看護部長)、病院長、医療安全担当者等、70名程度のヒアリングおよび意見交換を行い、現場の惨事ストレスの実態把握が不十分で、危機後の支援体制が進んでいない現状の問題を確認した。
イオンチャネルのゲーティング機構阻害ペプチドにおける構造活性相関の研究

(1)カリウムチャネルゲーティング機構阻害ペプチドhanatoxin1とカルシウムチャネルゲーティング機構阻害ペプチドgrammotoxinの化学合成を行った.特に,hanatoxin1に関しては,これまで大量合成法が知られておらず,種々の条件検討を行った結果,最終的に数mgの合成品を得ることに成功した.得られた合成hanatoxin1,grammotoxinについて,電気生理学的手法により天然のものと同程度の活性があることを確認した.(2)化学合成したhanatoxin1とgrammotoxinについて,NMR法による水溶液中立体構造解析を行った.NMR解析の結果,両ペプチドともに500個を超える距離・二面角拘束条件が得られた.それらの情報をもとに構造計算を行った結果,主鎖のrmsdが0.3Å以下の高精度の水溶液中立体構造を決定することができた.(3)Hanatoxin1とgrammotoxinの立体構造を比較したところ,両者は同様のジスルフィド結合トポロジーを有するとともに,大きな疎水性パッチをを取り囲むように塩基性アミノ酸残基が存在するという共通点があることが明らかとなった.ナトリウムチャネルのゲーティング機構阻害ペプチドの立体構造と比較してみたところ,この特徴は,ゲーティング機構阻害ペプチドに共通してみられる構造モチーフであることが示唆された.ゲーティング機構阻害ペプチドは,この構造的特徴により,相補的な特徴を有するイオンチャネルのS3-S4リンカー領域に結合することが可能となり,チャネルのゲーティング機構を阻害すると考えられる.(1)カリウムチャネルゲーティング機構阻害ペプチドhanatoxin1とカルシウムチャネルゲーティング機構阻害ペプチドgrammotoxinの化学合成を行った.特に,hanatoxin1に関しては,これまで大量合成法が知られておらず,種々の条件検討を行った結果,最終的に数mgの合成品を得ることに成功した.得られた合成hanatoxin1,grammotoxinについて,電気生理学的手法により天然のものと同程度の活性があることを確認した.(2)化学合成したhanatoxin1とgrammotoxinについて,NMR法による水溶液中立体構造解析を行った.NMR解析の結果,両ペプチドともに500個を超える距離・二面角拘束条件が得られた.それらの情報をもとに構造計算を行った結果,主鎖のrmsdが0.3Å以下の高精度の水溶液中立体構造を決定することができた.(3)Hanatoxin1とgrammotoxinの立体構造を比較したところ,両者は同様のジスルフィド結合トポロジーを有するとともに,大きな疎水性パッチをを取り囲むように塩基性アミノ酸残基が存在するという共通点があることが明らかとなった.ナトリウムチャネルのゲーティング機構阻害ペプチドの立体構造と比較してみたところ,この特徴は,ゲーティング機構阻害ペプチドに共通してみられる構造モチーフであることが示唆された.ゲーティング機構阻害ペプチドは,この構造的特徴により,相補的な特徴を有するイオンチャネルのS3-S4リンカー領域に結合することが可能となり,チャネルのゲーティング機構を阻害すると考えられる.
非定常圧力場可視化計測のための超高感度感圧分子センサの開発

従来の圧力計測技術の限界を打ち破る革新的な手法として,1)信号処理や画像処理を利用した非定常計測手法と2)ナノ多孔質膜を用いた感圧分子センサの開発に取り組んだ.今年度は感圧塗料計測の適用範囲を低速・非定常現象に拡大することを目的に,非定常計測手法として信号処理を利用したPhase-lock法および周波数解析を利用した手法の開発と高度化を,また多孔質アルミナを利用した差圧型感圧分子センサ膜の流れ場への適用を行った.合わせて感圧塗料による低速現象計測に対して理論誤差解析を行い,主要な誤差要因の特定および改善を行った.その結果以下に示す成果が得られた.・角柱側面に周期的に生じる"ゆらぎ"をもった非定常圧力変動を基準現象として,信号処理を利用したPhase-lock法および周波数解析を利用した手法の開発と高度化を行った.その結果,これらの技術により角柱側面でピーク周波数150Hzで変動する圧力分布を振幅0.10.3kPaで正弦振動する圧力変動を捉えられることがわかった.加えて,低速現象計測に最適な感圧塗料の選定および信号・画像処理手法の改良を行うことで両手法の圧力計測精度や空間・位相分解能を大きく改善させ,より微小かつ高速な非定常現象への適用可能性を示した.・流れ場中における多孔質アルミナを用いた差圧応答型PSPの特性を調べた.開発した差圧応答型PSPは,流れ場中において従来のPSPの数倍程度の圧力感度を持つことがわかった.ただし,PSPの発光は圧力に加え流速にも依存し,圧力を正確に測定するためには2つのパラメータを分離する機構やデータ処理手法を開発する必要があることがわかった.従来の圧力計測技術の限界を打ち破る革新的な手法として, (1)ナノ多孔質膜を用いた感圧分子センサと(2)信号処理を利用したPhase-Lock計測法の開発に取り組んだ.今年度は感圧塗料計測の適用範囲を低速・非定常現象に拡大することを目的に,多孔質ナルミナを利用した差圧型感圧分子センサ膜の試作と"ゆらぎ"が存在する周期現象に適用可能なデジタル信号処理系の開発評価を行った.合わせて,フェンスアクチュエータによって励起される非定常圧力場の計測にPhase-Lock計測法(従来型)を適用し,実験でこれらの手法の適用限界を評価した.その結果以下に示す成果が得られた.・多孔質アルミナを用いた差圧応答型PSPの特性を大気圧からの差圧1kPaの範囲で調べた.開発した差圧応答型PSPは,従来のPSPの100倍以上の圧力感度を持つことがわかつた.圧力感度は差圧と線形関係にあり,圧力感度には再現性があることがわかった.一方,圧力感度は多孔質膜の細孔径によって変化し,これを低速における変動圧計測に適用するには,膜厚や細孔径など各パラメータと圧力感度特性との関係を調べる必要があることがわかった.・信号処理を利用したPhase-Lock計測法を評価するため,角柱側面に周期的に生じる"ゆらぎ"をもった非定常圧力変動の計測に適用した.風洞試験により得られた結果から,この技術の計測精度および課題を評価したところ,角柱側面でピーク周波数150Hzで変動する圧力分布を振幅0.10.3kPaで正弦振動する圧力変動が捉えられることがわかった.ただ,現状では位相分解能が十分ではなく,今後は計測システムの改良や新たな位相検出手法の開発が必要であることが明らかになった.従来の圧力計測技術の限界を打ち破る革新的な手法として,1)信号処理や画像処理を利用した非定常計測手法と2)ナノ多孔質膜を用いた感圧分子センサの開発に取り組んだ.今年度は感圧塗料計測の適用範囲を低速・非定常現象に拡大することを目的に,非定常計測手法として信号処理を利用したPhase-lock法および周波数解析を利用した手法の開発と高度化を,また多孔質アルミナを利用した差圧型感圧分子センサ膜の流れ場への適用を行った.合わせて感圧塗料による低速現象計測に対して理論誤差解析を行い,主要な誤差要因の特定および改善を行った.その結果以下に示す成果が得られた.・角柱側面に周期的に生じる"ゆらぎ"をもった非定常圧力変動を基準現象として,信号処理を利用したPhase-lock法および周波数解析を利用した手法の開発と高度化を行った.その結果,これらの技術により角柱側面でピーク周波数150Hzで変動する圧力分布を振幅0.10.3kPaで正弦振動する圧力変動を捉えられることがわかった.加えて,低速現象計測に最適な感圧塗料の選定および信号・画像処理手法の改良を行うことで両手法の圧力計測精度や空間・位相分解能を大きく改善させ,より微小かつ高速な非定常現象への適用可能性を示した.・流れ場中における多孔質アルミナを用いた差圧応答型PSPの特性を調べた.開発した差圧応答型PSPは,流れ場中において従来のPSPの数倍程度の圧力感度を持つことがわかった.ただし,PSPの発光は圧力に加え流速にも依存し,圧力を正確に測定するためには2つのパラメータを分離する機構やデータ処理手法を開発する必要があることがわかった.