hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
衛生植物検疫協定にいう無害無病地域の紛争解決機能と活用に向けた総合的研究

WTO紛争の実施措置たるCT値規制は品目毎規制(2001年)で、その後米国等のさくらんぼもCT値による品目毎規制を導入した(2009年)。また、青果実中心温度を基準とする熱処理の場合、品目・品種・輸出国の差異の正当化は非常に困難である。また、日本の米国等産さくらんぼに対するコドリンガのシステムズアプローチ(低害低病地域認定)や国際植物防疫条約事務局のミバエのシステムズアプローチ基準策定の動向について今後研究を進めたい。日本の輸入リスク分析は情報公開法による開示請求を行うほかなく思いのほかの時間と労力が必要になっている。オーストラリアの輸入リスク分析が当初予定より大幅に遅れて完了し、輸入リスク分析に従った低病害地域はまだ設定されていない。やむなく、これまでの研究をまとめて英文で投稿するなど、工夫を凝らし、次年度に現地調査や学会発表をまとめて実施できるように本年度の支出を抑制した。先行研究が少なく、自力で研究を進めるにしても、輸入側(農林水産省、横浜植物防疫所、輸入業者、関係公益法人等)は概して閉鎖的で、インタビュー調査の受け入れすら消極的である。加えて、日本では輸入リスク分析すら公表されていないため、輸入禁止あるいは解禁の背景を学術的に解明するのが困難である。バナナやパパイヤのように戦前あるいは1969年の解禁だと、その背景を知る関係者は少なく、また、植物検疫に関する研究書は10年毎に関係団体が出版する書籍以外には非常に少なく(ほぼ皆無)、日本の制度趣旨を明らかにするのに予想以上の時間と労力が必要であったため、論文公表が大幅に遅れている。昨年度に投稿した英文論文は次年度第1四半期まで掲載可・不可の連絡を待つ。第1四半期まで待ち連絡がなければ別の公表方法を考える。また、現地調査と学会発表を年度内に実施できるよう昨年度の支出を抑制しておいたので、次年度前半に現地調査を実施し、後半に学会発表と論文執筆を予定する。日本の制度趣旨の解明については、問題提起型の論文を公表して、同じような問題意識の研究者の協力を仰ぐ。オーストラリアの植物検疫制度の現地調査については、経済学的分析を行った研究者にもコンタクトを取り、批判的検証を加える。昨年度1回分の海外旅費を繰り越し、2回分を次年度で執行予定である。年度前半で現地調査、後半で論文発表に用いる予定である。また、昨年度の英文校正費用を次年度後半に予定する英文論文執筆のために繰り越したので、年度後半に執行予定である。関連書籍の発注はできるだけ早期に執行する。また、オーストラリアでの現地調査の下準備として、輸入業者や関連研究者の協力を得る。現地調査を踏まえて、日本とオーストラリアの制度比較の英文論文を執筆・公表する。そのための英文校正の費用を計上した。
分子性ポーラス配位空間で安定化された水ナノクラスターの構造とダイナミクス

私たちは分子で作られたナノポーラス結晶の中に水分子を閉じこめて、ナノサイズの3層構造をもつ水クラスターチューブを構築した。このクラスターチューブは-1.6nmの直径をもつ空孔に閉じこめられているため、中心付近の水分子が水-氷に関係する転移挙動(Fig.3)を明らかにしつつある。生体分子と水分子との相互作用は理論科学を中心に発展したきたが、このような分子結晶の水素結合骨格に捉えられた3層系の水クラスターは、生体分子の水との関わり合いを研究する上で、過冷却や構造水などの重要なモデルを提供することができる。我々が現在まで得ている結果は、このクラスターの水-氷転移に関係する一次転移が-40°C付近で起こる。0-40°Cまでの間で重水置換結晶に関する固体の^2H-NMR測定の結果、この過冷却領域で分子レベルまで空孔が狭められたことによる連続的な相変化が観測され、単純な理論でのフィッテングできる動きを持つことが判明した。さらに、低温での熱測定による結果は、完全に氷化するのに-120°Cであることが判り、その固化の仕方は転移ではなく不整合であった。また、-220°C付近ではプロトンのオーダーと思われる弱い発熱ピークが観測された。さらに、一次転移温度以下でのX線結晶構造解析と比較した結果(Fig.2)、-120°Cの固化温度では、恐らく、氷の二配位の水素結合構造でディスオーダーしている特殊な水分子部分が局在化するものと考えている。この研究では、過冷却部分と一次相転移温度以下-150°CでのX線結晶構造解析を行おうとしている。また、茨城大学の新村先生との共同研究によって、中性子線を用いた実験を行い、プロトン情報に関係するデータの収集を行っている最中である。また、このような相転移挙動を持つ新しい分子性ナノポーラス結晶を見出すことに成功した。この結晶についても水分子の構造学的な転移挙動を明らかにすると共に、水分子クラスターのもつ、プロトン移動度の構造活性相関を研究していきたいと考えている。
ジアザポルフィリンを光捕集系に用いた人工光合成系の構築

可視光駆動による水の酸化反応を達成するには,高い可視光捕集能,十分長い励起寿命,水系界面での耐久性,および高い酸化力を有する光捕集材料が欠かせない.しかしながらこれら要件を満たす材料が乏しいことから,可視光の有効利用が困難であった.これに対し,本研究では可視光応答性と耐久性を両立させた新規フッ素導入ポルフィリンや環縮小ポルフィリンを有機合成化学的に創生,光捕集系として検討しており,現在までに分子による人工光合成構築が可能な系をいくつか見出している(Yamamoto, M. et al. Chem. Sci. 2016, 7, 1430ー1439; Chem. Commun. 2016, 52, 13702ー13705; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3329ー3333).この探索過程において,水系界面に展開した分子触媒による水の酸化反応およびこれに付随する界面電子移動が依然として速度論的・熱力学的にボトルネックであること,および水性界面および水溶液での分子の耐久性が問題であることがわかった(Yamamoto, M. et al. ChemSusChem 2016, 81, 1028ー1044).本研究で得られた知見を踏まえ,今後,これら課題を克服可能な材料を開発・利用することにより,より高効率の人工光合成系の構築が可能になると考えている.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。ルテニウム均一系水分解触媒,ポルフィリン系光捕集分子,およびフラーレン電子受容体を共有結合により連結した分子を合成した.電子受容体としてビオローゲン,犠牲酸化剤として過硫酸ナトリウムを用い,連結分子による光駆動水分解を検討した.その結果,白色光の照射により,触媒回転数7で酸素が発生することを確かめた.この連結分子の時間分解スペクトルを水系で測定した結果,次の過程が確かめられた.(1)ポルフィリン系光捕集分子による可視光の吸収により電荷分離状態を与える.(2)フラーレン部位に生じたラジカルアニオンはビオローゲン酸化剤により酸化される一方,(3)ポルフィリン系色素上に生じたラジカルカチオンはルテニウム均一系触媒により還元される.このようにしてホールが触媒中心に蓄積することで, 2つの水分子が1つの酸素へと酸化されると同時に4つのプロトンが放出されたと考えられる.このように,ポルフィリン系色素を光捕集分子に,フラーレンを電子受容体に用いた均一系人工光合成の構築を実証した(論文投稿準備中).ポルフィリン系増感色素を光捕集系に,ルテニウム触媒を酸素発生中心とし,これらを,ホスホン酸アンカー部位を介して酸化チタン/FTO基板へ吸着させることで分子系電極を調整した.この電極を光アノードとし,塩化銀/銀参照電極および白金対極と組み合わせ3極系セルを構築し水系にて白色光を照射することで,光電流の増強を観測した.フタロシアニンをメソゲンとした銅フタロシアニン-窒素内包フラーレン連結分子を合成し,その溶液ならびに自己集積体の電子スピン状態をESRにより評価した.その結果,窒素内包フラーレン由来のゼロ磁場分裂シグナルが銅原子の電子スピンと強く分子内相互作用することを観測,実証できた(論文投稿準備中).現在人類が抱えているエネルギー問題を解決するには,無尽蔵の太陽エネルギーを有効利用する方法を確立する必要がある.この点,地球上に豊富に存在する水を電子源として水素などのクリーンな化学エネルギー貯蔵分子(燃料)を光エネルギーを用いて合成する人工光合成は有望である.しかしながら,一般に人工光合成系では水の酸化反応が速度論的に困難である.そこで,高効率な光電気化学的水分解系の構築が現在の課題である.太陽光は可視光を多く含むことから,可視光捕集能に優れた有機分子を光捕集系に用いた人工光合成が有望である.そこで本年度は,昨年度得られた知見を踏まえ,有機色素を光捕集系に用いた人工光合成の構築を検討した.電極ー分子層界面での電荷再結合は光電変換における効率低下の主な要因である.これを防ぐには,酸化チタン半導体(TiO2)表面に階層構造を分子レベルで構築することが欠かせない.分子触媒・有機色素・酸化チタン半導体の順に適切な配置がナノレベルで可能であれば,水→分子触媒→有機色素→TiO2という電子移動が実現すると考えた.そこで本研究では,可視光捕集能に優れまた水を分解するのに十分高い酸化電位を有するポルフィリンと水分解触媒を共有結合で連結した分子を酸化チタン半導体上へ導入した.このような系を光アノードに用いた3極セルにより光電気化学的特性を評価したところ,最高18%のIPCEが可視光により実現した.また,プッシュプル型サブポルフィリン(SP)および水分解触媒(RuWOC)をTiO2膜に共吸着させ,これを光アノードとして用いた3極セルを構築した.過渡吸収測定により一連の光誘起電子移動過程が確かめられるとともに,光電気化学的に発生した酸素をGCおよびGC-MSにより定量できた.これらより,可視光捕集,多段階電子移動,および引き続く水の酸化分解が確認できた.今後さらなる高効率化が期待される.電極-分子層界面での電荷再結合は光電変換における効率低下の主な要因である.

これを防ぐには,酸化チタン半導体(TiO2)表面に階層構造を分子レベルで構築することが欠かせない.分子触媒・有機色素・TiO2の順に適切な配置がナノレベルで可能であれば,水→分子触媒→有機色素→TiO2という電子移動が実現すると考えた.そこで本研究では,可視光捕集能に優れ,また水を分解するのに十分高い酸化電位を有するポルフィリンを光捕集系分子に用い,また低い触媒開始電位と高い触媒回転数が報告されているルテニウム系分子触媒を水分解触媒として選択し,これらを共有結合で連結した上でTiO2上へ導入した.このような系を光アノードに用いた3極セルにより光電気化学的特性を評価したところ,最高18%のIPCEが可視光により実現した.光電変換の波長依存性より,可視光捕集能のよりすぐれた色素を用いるとともにTiO2の膜厚を薄くすることで再結合を更に抑制することが好ましいことがわかった.また,水系界面での有機色素の酸化電位の低下が課題として浮上した.また,環縮小ポルフィリンの1つであるサブポルフィリン(SP)を有機分子増感剤に用いた人工光合成の構築を検討した.SPと水分解触媒(RuWOC)をFTO基板上のTiO2膜に共吸着させ,これを光アノードとして用いた3極セルを構築した.これを用いてIPCEを測定したところ,SPのみを吸着させたときと比較して有意な差が見られた.過渡吸収測定により一連の光誘起電子移動過程が確かめられるとともに,発生した酸素がGCにより定量できた.これらより,可視光捕集,多段階電子移動,および引き続く水の酸化分解が進行していることが確認できた.このように,可視光捕集能をを有するプッシュプル型有機光増感剤を用いることで,600 nmまでの可視光を利用した水の酸化を実現した.可視光駆動による水の酸化反応を達成するには,高い可視光捕集能,十分長い励起寿命,水系界面での耐久性,および高い酸化力を有する光捕集材料が欠かせない.しかしながらこれら要件を満たす材料が乏しいことから,可視光の有効利用が困難であった.これに対し,本研究では可視光応答性と耐久性を両立させた新規フッ素導入ポルフィリンや環縮小ポルフィリンを有機合成化学的に創生,光捕集系として検討しており,現在までに分子による人工光合成構築が可能な系をいくつか見出している(Yamamoto, M. et al. Chem. Sci. 2016, 7, 1430ー1439; Chem. Commun. 2016, 52, 13702ー13705; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3329ー3333).この探索過程において,水系界面に展開した分子触媒による水の酸化反応およびこれに付随する界面電子移動が依然として速度論的・熱力学的にボトルネックであること,および水性界面および水溶液での分子の耐久性が問題であることがわかった(Yamamoto, M. et al. ChemSusChem 2016, 81, 1028ー1044).本研究で得られた知見を踏まえ,今後,これら課題を克服可能な材料を開発・利用することにより,より高効率の人工光合成系の構築が可能になると考えている.ポルフィリンを光増感剤、ルテニウム錯体を水分解触媒に用いた均一系並びに不均一系の人工光合成系の構築を目指した。連結系に関しては、フラーレンを電子受容体に用いたフラーレン-ポルフィリン-ルテニウム錯体-フラーレン-ポルフィリン連結分子を合成し、その光駆動水分解能を確認できた。ポルフィリンは光捕集特性がルテニウム錯体よりも優れており、今後の進展が期待できる。
損傷力学の概念に基づくクリープ損傷の分子動力学法と有限要素法の連成解析

本研究ではクリープ損傷を精度良く評価する目的から,原理的にいかなる条件,材料に対しても解析可能な分子動力学法を用いて,損傷力学の概念と結びつけることによって実機のクリープ時間と同じスケールのシミュレーションを可能にする解析アルゴリズムを開発することを目標とする.本年度はまず,分子動力学法を用いた変形のシミュレーションで生じる温度上昇を最適に制御する方法と条件の設定を行った.その目的から種々の温度制御条件,ならびに変形に対して,原子の移動ならびに振動状態を調べるために平均二乗変位,動径分布関数,ならびにラマンスペクトルのシミュレーションを行った.また,材料の微視的損傷状態と巨視的な材料特性を関係づける方法として修正立方体モデルを用い,内部損傷と材料特性の関係を定式化すると同時に,損傷変数を導入した構成式をき裂進展の簡易解析法である二重片持ちはりモデルを適用して簡易き裂進展解析を行った.その結果,平均二乗変位,動径分布関数,ラマンスペクトルを用いて,最適な温度制御方法を設定する方法を明らかにするとともに,内部損傷を構成式に導入し,その構成式を二重片持ちはりモデルに用いた簡易き裂進展解析法を構築できた.しかし,今年度の研究ではクリープ条件での材料の内部損傷を計算することはできず,また,分子動力学シミュレーションと巨視的なき裂進展解析を連成することもできなかった.これらが今後の課題である.本研究ではクリープ損傷を精度良く評価する目的から,原理的にいかなる条件,材料に対しても解析可能な分子動力学法を用い,損傷力学の概念と結びつけることによって実機のクリープ時間と同じスケールでのシミュレーションを可能にする解析アルゴリズムを開発する.その手始めとしてまず本年度は金属材料の損傷過程を分子動力学法によってシミュレーションした.解析対象を室温の鉄とし,単調引張りにより結晶粒界に生じる損傷過程のシミュレーションを行うための分子動力学法を用いた計算機プログラムの開発を行った.分子動力学法に用いるポテンシャルとしては計算の簡単化のため二体間ポテンシャルであるMorseポテンシャルを採用し,結晶粒界としてはΣ=5界面を考えた.界面と垂直方向に単軸引張りを行う目的から界面を含むユニット・セルを考え,界面と平行な端面をチャック層として原子の変位を強制的に変化させることによって単軸引張り変形を与えた.またそれ以外の面に関しては周期境界条件を適用した.本年度は分子動力学シミュレーションを行うための計算機プログラムの開発を主な目的としたためシミュレーションでは原子を500個程度しか考えなかったが,単調引張りにより界面に生成するボイドをシミュレーションすることができた.また引張り過程における系全体の平均応力とひずみ,ならびに弾性係数を評価した結果,粒界における損傷の発達にともない応カ-ひずみ線図ならびに弾性係数におよぼす影響を検討することができた.本研究ではクリープ損傷を精度良く評価する目的から,原理的にいかなる条件,材料に対しても解析可能な分子動力学法を用いて,損傷力学の概念と結びつけることによって実機のクリープ時間と同じスケールのシミュレーションを可能にする解析アルゴリズムを開発することを目標とする.本年度はまず,分子動力学法を用いた変形のシミュレーションで生じる温度上昇を最適に制御する方法と条件の設定を行った.その目的から種々の温度制御条件,ならびに変形に対して,原子の移動ならびに振動状態を調べるために平均二乗変位,動径分布関数,ならびにラマンスペクトルのシミュレーションを行った.また,材料の微視的損傷状態と巨視的な材料特性を関係づける方法として修正立方体モデルを用い,内部損傷と材料特性の関係を定式化すると同時に,損傷変数を導入した構成式をき裂進展の簡易解析法である二重片持ちはりモデルを適用して簡易き裂進展解析を行った.その結果,平均二乗変位,動径分布関数,ラマンスペクトルを用いて,最適な温度制御方法を設定する方法を明らかにするとともに,内部損傷を構成式に導入し,その構成式を二重片持ちはりモデルに用いた簡易き裂進展解析法を構築できた.しかし,今年度の研究ではクリープ条件での材料の内部損傷を計算することはできず,また,分子動力学シミュレーションと巨視的なき裂進展解析を連成することもできなかった.これらが今後の課題である.
機能的磁気共鳴画像(fMRI)を用いた口腔機能の変化に対応する脳賦活部位の評価

機能的磁気共鳴画像(fMRI)は、ヒトの高次脳機能を非侵襲的かつ安全に解明する手法として、近年きわめて注目されている。本研究では、このfMRIを用いて、舌運動制御における大脳半球優位性を咀嚼運動との関連から検討した。神経疾患の既往がない右利きの成人8名を被験者とした。実験前に十分な説明を行ない、インフォームドコンセントを得た。課題は、、(1)舌の前方への運動(2)右への側方運動(3)左への側方運動(4)安静をそれぞれ1ブロックとし、1回の撮像で各課題をカウンターバランスし、3回繰り返すように配置し撮像した(Siemens Magnetom Vision 1.5T, TR=4117ms, 64×64matrix, voxel size 3×3×3mm, 40slices)。データ解析にはSPM99を用いた。習慣性咀嚼側の同定は実験後に質問表を用いて行った。その結果、習慣性咀嚼側を有する者が6名、有しない者が2名と判定された。側方および前方への舌運動に伴う賦活が大脳皮質一次感覚運動野に認められた。さらに、習貫性咀嚼側を有する者において習慣性咀嚼側と反対側の一次感覚運動野の賦活強度の方が同側の賦活強度と比較して有意に大きった。本研究では、このfMRIを用いて、側方への舌運動に伴う脳賦活領域を同定することを目的とした。神経疾患の既往がない右利きの成人男性3名(2628歳、男性2名)を被験者とした。課題は、(1)舌の前方への運動(2)右への側方運動(3)左への側方運動(4)安静をそれぞれ1ブロック(28秒)とし、1回の撮像で各課題をカウンターバランスし、3回繰り返すように配置し撮像した(Siemens Magnetom Vision 1.5T,TR=7.0s,128×128 matrix,voxel size 3×3×4 mm,40 slices)。前方および側方への舌運動時には、安静時に比べて、両側の大脳皮質一次感覚運動野、補足運動野、小脳が賦活された。また、側方運動時の一次感覚運動皮質の賦活レベルは、反対側優位であった。以上のことから、fMRIを用いることにより、舌運動と関連する脳領域を非侵襲的かつ安全に同定することができるとともに、側方への舌運動に伴う一次感覚運動皮質の賦活レベルに左右差があることが判明した。課題は、(1)舌の前方への運動(2)右への側方運動(3)左への側方運動(4)安静をそれぞれ1ブロックとし、1回の撮像で各課題をカウンターバランスし、3回繰り返すように配置し撮像した(Siemens Magnetom Vision 1.5T, TR:4117ms, 64×64matrix, voxel size3×3×3mm, 40slices)。

その結果、習慣性咀嚼側を有する者が6名、有しない者が2名と判定された。側方および前方への舌運動に伴う賦活が大脳皮質一次感覚運動野に認められた。さらに、習慣性咀嚼側を有する者において習慣性咀嚼側と反対側の一次感覚運動野の賦活強度の方が同側の賦活強度と比較して有意に大きかった。
超高速無重力シミュレータを用いた宇宙テレロボティクスの研究

本研究では,微小重力環境下に置かれた宇宙テレロボットの挙動を地上で正確に模擬するために,数値計算の比重を可能な限り高めることで高い精度を実現する超高速ハイブリッドシミュレータに関する研究を行った.すなわち,数値計算が可能なダイナミクス等の計算は計算機で行い,数値計算による模擬が困難な接触作業等の現象のみを物理的ハードウェアにて模擬した.これらの結果は,CGを使って表示される.なお,物理シミュレータには,独自に開発した超高速パラレル機構HEXAを用いた.研究成果の概要を以下に示す.・ハイブリッドモーションシミュレータシステムを構築し,周波数応答実験を行い,その基本性能を検証した.・物理モデルで得られたデータを定量化して数値モデルに取り込むために,モーションテーブルのインピーダンス特性に着目して定量化メカニズムのモデル化を行った.・衝突後拘束のない剛体間運動および衝突後拘束される剛体間運動を模擬し,モデル化した物体間干渉力の定量化メカニズムの有効性を検証した.また,多点接触が予想される複雑な衝突現象の模擬を行った.・数値空間と実空間の物理量の移動とシミュレータ伝達特性の関係に着目し,シミュレータ特性と物理的整合性の因果関係を解析的に導いた.・グラフィックスで表示されるマニピュレータシステムに対し遠隔操作が可能なシステムを構築した.本研究では,微小重力環境下の宇宙ロボットの挙動を地上で正確に模擬するための超高速ハイブリッドシミュレータ,ならびにこのシミュレータを利用した宇宙ロボットの遠隔操作について研究する.本年度は,システムの構築,および基礎的な模擬実験を行った.現有の6自由度超高速パラレルロボットHEXA97をベースに,微小重力環境のハイブリッドシミュレータシステムの構築を行った.HEXA97は,最大加速度40[G],応答帯域幅40[Hz]と,その高速応答性が特徴で,これにより,ロボットと対象物の衝突など,高速な応答を要求される現象の模擬が可能となる.まず,微小重力環境を精度良く模擬できるかどうかを確認するために,基礎実験を行った.HEXA97の揺動台上に力覚センサを取り付け,外力を測定できるようにし,宇宙空間に浮かぶ20[kg]の物体をこの揺動台上に仮定し,力覚センサにより,この物体に加わる外力を測定した.そして,この測定値より物体の運動を数値シミュレーションし,HEXA97によりその運動を模擬した.つぎに,応用実験として,基礎実験で仮定した20[kg]の物体に,500[g]の小物体が約1.5[m/s]の速度で衝突した場合の運動の模擬実験を行った.揺動台上に取り付けられた力覚センサに,500[g]の小物体を,速度1.5[m/s]で衝突させ,力覚センサの測定値から,宇宙空間での物体の運動を数値シミュレーションし,HEXA97によりその運動を模擬した.以上の基礎実験および応用実験の結果から,当初予定のハイブリッドシミュレータの性能が達成できていることを確認した.本研究では,微小重力環境下に置かれた宇宙テレロボットの挙動を地上で正確に模擬するために,数値計算の比重を可能な限り高めることで高い精度を実現する超高速ハイブリッドシミュレータに関する研究を行った.すなわち,数値計算が可能なダイナミクス等の計算は計算機で行い,数値計算による模擬が困難な接触作業等の現象のみを物理的ハードウェアにて模擬した.これらの結果は,CGを使って表示される.なお,物理シミュレータには,独自に開発した超高速パラレル機構HEXAを用いた.研究成果の概要を以下に示す.・ハイブリッドモーションシミュレータシステムを構築し,周波数応答実験を行い,その基本性能を検証した.・物理モデルで得られたデータを定量化して数値モデルに取り込むために,モーションテーブルのインピーダンス特性に着目して定量化メカニズムのモデル化を行った.・衝突後拘束のない剛体間運動および衝突後拘束される剛体間運動を模擬し,モデル化した物体間干渉力の定量化メカニズムの有効性を検証した.また,多点接触が予想される複雑な衝突現象の模擬を行った.・数値空間と実空間の物理量の移動とシミュレータ伝達特性の関係に着目し,シミュレータ特性と物理的整合性の因果関係を解析的に導いた.・グラフィックスで表示されるマニピュレータシステムに対し遠隔操作が可能なシステムを構築した.本研究では,微小重力環境下における宇宙ロボットの挙動を地上で正確に模擬するための超高速ハイブリッドシミュレータ,ならびにシミュレータを利用した宇宙ロボットの遠隔操作について研究する。昨年度は,6自由度超高速パラレルロボットHEXA97をベースに,微小重力環境の運動模擬を想定したハイブリッドシミュレータシステムの構築を行い,基礎実験と応用実験を行った。その結果,当初計画通り,広い帯域幅を備えたハイブリッドモーションシミュレーションが実現できることを確認した。本年度は,昨年度の成果を発展させ,数値モデルの比重を高め,実モデルを必要最小限に絞り込むアプローチにより,汎用性と拡張性に優れたハイブリッドモーションシミュレータシステムの構築を行った。これは,数値モデルの動力学計算を行うコンピュータ,HEXA97および6軸力覚センサを制御するコンピュータ,3次元グラフィックスを利用してシミュレーション内容を可視化するためのコンピュータから構成されている。これら3台のコンピュータを用いた並列処理を行うことにより,複雑な衝突を含むシミュレーションを実時間で効率良く行うことが可能となった。加えて,数値モデルと実モデル間のインタフェースに関してモーションテーブルのインピーダンス特性に着目してそのモデル化を行い,実験によって,これを考慮したモーションシミュレーションが有効であることを確認した。また,このハイブリッドモーションシミュレーションシステムの特性を把握し,信頼性を向上していくために,単純なふたつの剛体間の衝突運動を想定し,その運動模擬を行い,これを解析解による模擬結果と比較することにより,本シミュレータの評価を行い,その有効性を確認した。

本研究では,微小重力環境下における宇宙ロボットの挙動を地上で正確に模擬するための超高速ハイブリッドシミュレータ,ならびに超高速ハイブリッドシミュレータを利用した宇宙ロボットの遠隔操作技術の開発を目的としている.一昨年度は,6自由度超高速パラレルロボットHEXA97をベースに,微小重力環境下における運動模擬を想定したハイブリッドシミュレータシステムの構築を行い,基礎実験と応用実験を行った.昨年度は,数値モデルの比重を高め,実モデルを必要最小限に絞り込むアプローチにより,汎用性と拡張性に優れたハイブリッドモーションシミュレータシステムの構築を行った.そして,単純なふたつの剛体間衝突運動を想定し,その運動模擬を行い,本シミュレータの有効性を確認した.今年度は,昨年度までの成果を基に,6自由度マニピュレータを有するフリーフライングロボット(チェイサー衛星)がマニピュレータの先端で小衛星(ターゲット衛星)と衝突する状況を模擬した.この模擬実験では,実モデルと数値モデルとのインタフェースに対するモーションテーブルのインピーダンス特性と衝突時の動力学的パラメータの変化を考慮したハイブリッドモーションシミュレーションにより計算される衝突時に作用する力とトルクの因果関係を示した.その結果から,インピーダンス特性を有するハイブリッドモーションシミュレータが,複雑な動作を行う宇宙機の衝突にも適用可能であることが確認でき,さらなる実用化へ向けた足掛かりを確立した.
土地利用転換関数に関する研究

都市周辺で生じる土地利用転換(農地転用)のメカニズムを追究するとともに、土地利用規制、土地利用計画という手段を通じての土地利用転換の抑制方法を分析した。第1年度は主として実証的分析、第2年度は理論的研究に重点をおいて研究を進め、最終年度にはそれらの総括を行った。得られた成果は下記の通りである。(1)土地利用転換のポテンシャル論となる重力モデル論を体系的に解明し、重力モデルではトリップの方向性を考慮しなければならないことを明らかにした。そして、重力モデルの異方性構造を実証的に明らかにするとともに、一般人口場の理論を開発した。(2)農村地域における工場立地にともなう周辺地域の宅地転換メカニズムが、重力モデル論により解明可能であることを示すことができた。これから、工場立地に伴う合理的宅地供給方法を明らかにした。(3)地方都市周辺のスプロ-ル現象を拡散モデルによって説明できる農地転用モデルを開発した。重力モデルから宅地化ポテンシャルを類推し、農地転用を説明する熱伝導方程式型農地転用方程式を誘導して、これを解くことにより、都市周辺の土地利用転換メカニズムを明らかにした。(4)物体のク-リング現象に伴う温度分布の理論を、都市のスプロ-ル現象解明に適用できることを実証的に明らかにした。この理論は大都市周辺のマクロな土地利用転換の推計に役立つことも解明した。(5)土地利用転換を規制する方法を定量的に認識する方法は、今日まで解明されていない。本研究で、新しく「土地利用転換関数」についての理論的考察を行って、重力モデルに基づく土地利用ダイナミクスの土地利用政策に関する新しい方法論の基本点を明らかにした。本年度の研究は、前年度に引き続き、滋賀県湖北地域を対象として、昨年度収集したデータに加えて、新たな調査を実施するとともに、シミュレーショングループは理論的考察に重点を置いて研究を実施した。得られた成果は、下記の諸点である。=理論的考察=本年度は、シミュレーションモデルの基礎となる土地利用転換モデルの理論的体系化を図るため、基礎理論の検討を行った。(1)土地利用転換の基礎となる地域概念及び地域構成論を考察し、土地利用転換と地域構造の関係を明らかにした。(2)土地利用転換論の基礎となる重力モデルを出発点とし、Wilsonのエントロピーモデルに至る理論を明らかにするとともに、人口移動の方向性等の問題点を論じた。(3)人口移動の方向性を含む重力モデルを明らかにするために人口場モデルの理論を新しく提唱し定式化した。(4)人口ポテンシャルを用いた新しい農地転用関数を工場立地と就業者住宅立地の関係を軸に誘導し、土地利用転換の推計方法を示した。(5)土地利用転換関数を工場立地と就業者住宅立地の関係を軸に誘導し、土地条件との関係性を明らかにしている。=実証的考察=対象地域において、事業所立地と人口分布の関係を実証的に分析して、事業所立地に伴う就業者の立地が業種別にエントロピーモデルに適合することを示し、それを基にして、対象地域における人口分布の推定が可能であることを解明した。本年度は、滋賀県湖北地域(長浜市)に加え、愛知県常滑市を対象地域として、調査、研究を実施した。昨年度に引続き、土地利用転換関数を誘導する上で基礎となる重力モデル及び土地利用モデルの理論的研究を含めて実施した。得られた成果は下記の諸点である。(1)長浜市と周辺市町村の転出入の相違は、人口移動の異方性で説明され、モデルにおける転出入係数、距離係数のマッピングにより地域間移動の強度が分布する。さらに、モデル式の係数補正により、移動分析が明瞭になることから、修正重力モデル式を誘導し、地図パタ-ン問題に対する一つの解釈を与えた。(2)長浜市における転出者と転入者の移動目的には相違があり、転出者及び転入者双方において、移動目的と移動先との関係は強く、その推定値は高い確率で再現される。

これらの結果は、対数線形モデルから誘導され、本モデルの有効性が証明された。さらに、集計モデルである重力モデルの異方性の説明限界を十分補完している。(3)都市近郊である常滑市および周辺市町村の世帯人員は全く同じ傾向で、ある水準に向かって、減少している。このモデリングはク-リングセオリ-で説明され,農地転用動態はこの世帯人員との強い相関から誘導される。よって、時系列動態解析に関する微分方程式の誘導により、農地転用動態分析における熱伝導方程式化への基礎を与えた。
細菌感染性ショックの発症機構、診断、治療の総合的展開:新パラダイムを求めて

本研究で以下の成果を得た。1.細菌感染症性ショックの早期メディエーターは内因性マリファナである:細菌感染症においては、グラム陰性菌の場合には、エンドトキシンがマクロファージ、樹状細胞上のTLR-4/CD14を介して、グラム陰性菌の場合にはTLR-2からシグナルが入り、内因性マリファナであるアナンダマイドと2-arachidonylglycerol(2-AG)の産生放出を促進する。この内因性マリファナはCB1,CB2受容体を介して血管壁細胞に作用し、血管拡張を惹起するが、これが過剰の場合に、細菌感染症性ショックに陥る。すなわち、内因性マリファナは、細菌感染症性ショックの"早期メディエーター"として働く。2.劇症肝炎、溶血性尿毒症症候群(HUS)の病態形成にも内因性マリファナが関係する:劇症肝炎やHUSでも内因性マリファナが血液中で異常高値となり、これらの疾患での病態形成に関わる。3.内因性マリファナはポリミキシンBに吸着される:内因性マリファナはポリミキシンB固相化カラムで血液を体外循環すると、血中から内因性マリファナは除去され、早期ショックの症候は改善される。4.後期ショックのメディエーターはHMGB1である:壊死細胞、あるいは活性化マクロファージからはDNA結合蛋白HMGB1 1が細胞外に遊離してくる。このHMGB1が細胞外では炎症性サイトカイン、さらには"炎症の転移"、"臓器不全"のメディエーターとして働くことを明らかした。すなわちHMGB1は感染症をはじめ、諸疾患で高値を示すが、それが持続するときには、急性肺障害(ALI)やARDSの原因となる。5.HMGB1局在化機構:HMGB1は局所では幹細胞の遊走増殖に働き、創傷治癒に働く。このようにHMGB1を"善玉"メディエーターに保つ機構が、内皮細胞上のトロンボモジュリンであることを明らかにした。このプロジェクトで申請者らが上げた実績は以下の通りである。1.マクロファージ上の分子のTLR-2と-4の間にはクロストークがあること:グラム陰性菌菌体分子:エンドトキシン(LPS)を認識するTLR(Toll-Like Receptor)-4と、グラム陽性菌のペプチドグリカン(PGN)を認識するTLR-2の間にはクロストークの関係があり、高濃度のLPS刺激はTLR-2を介して、TLR-4の発現をアップレギュレーションする。2.TLR-2,-4の刺激でマクロファージと血小板からは内因性カンナビノイドが産生放出される:グラム陰性菌のLPS刺激、グラム陽性菌のPGN刺激で、マクロファージはアナンダマイドを、血小板は2-arachidonylglycerol(2-AG)(いずれも内因性マリファナ、内因性カンナビノイド)を産生放出する。そしてこれらの内因性カンナビノイドは体中の臓器にあまねく発現しているCB1,CB2受容体に作用して、生体諸システムに作用する。3.そしてこれらの内因性カンナビノイドの高感度測定系を確立した。4.内因性カンナビノイドは細菌感染症性ショックの早期メディエーターである:細菌性分子(LPS、PGNなど)の刺激で、マクロファージ、血小板から産生、放出されたアナンダマイド、2-AGが過剰の場合には、CB1受容体を介して、NO、PGI2を産生放出させて血管拡張性に作用する。これが細菌感染症性ショックの早期メディエーターとして作用する。

5.骨セメント移植症候群に伴うショックでも2-AGが過剰産生されてショックを惹起する6.ショックの後期にはHMGB-1(High Mobility Group Box Chromosomal Protein-1)がメディエーターとして働く:核内DNA結合タンパクは細胞壊死やマクロファージ刺激に際して細胞外に遊離してきて、受容体RAGEに作動すると、細胞のランダムな運動、炎症性サイトカインの放出を惹起して、個の運命を決定し、死のメディエーターエーターとして作用する。そしてこのHMGB-1の高感度測定系も確立した。本研究で以下の実績を得た。1.細菌感染症性ショックの早期メディエーターは内因性マリファナである:細菌感染症においては、グラム陰性菌の場合には、エンドトキシンがマクロファージ、樹状細胞上のTLR-4/CD14を介して、グラム陰性菌の場合にはTLR-2からシグナルが入り、内因性マリファナであるアナンダマイドと2-arachidonylglycerol(2-AG)の産生放出を促進する。この内因性マリファナはCB1,CB2受容体を介して血管壁細胞に作用し、血管拡張を惹起するが、これが過剰の場合た、細菌感染症性ショックに陥る。すなわち、内因性マリファナは、細菌感染症性ショックの"早期メディエーター"として働く。2.劇症肝炎、溶血性尿毒症症候群(HUS)の病態形成にも内因性マリファナが関係する:劇症肝炎やHUSでも内因性マリファナが血液中で異常高値となり、これらの疾患での病態形成に関わる。3.内因性マリファナはポリミキシンBに吸着される:内因性マリファナはポリミキシンB固相化カラムで血液を体外循環すると、血中から内因性マリファナは除去され、早期ショックの症候は改善される。4.後期ショックのメディエーターはHMGB1である:壊死細胞、あるいは活性化マクロファージからはDNA結合蛋白HMGB1 1が細胞外に遊離してくる。このHMGB1が細胞外では炎症性サイトカイン、さらには"炎症の転移"、"臓器不全"のメディエーターとして働くことを明らかした。すなわちHMGB1は感染症をはじめ、諸疾患で高値を示すが、それが持続するときには、急性肺障害(ALI)やARDSの原因となる。5.HMGB1局在化機構:HMGB1は局所では幹細胞の遊走増殖に働き、創傷治癒に働く。このようにHMGB1を"善玉"メディエーターに保つ機構が、内皮細胞上のトロンボモジュリンであることを明らかにした。
神経可塑性と損傷神経の再生におけるコンドロイチン硫酸の機能解析

神経回路は外界の刺激によって機能的、構造的に変化する性質を持つ。この経験依存的な可塑性は、生後初期の臨界期と呼ばれる時期にのみ存在するが、臨界期の終了を制御する分子機構はよく分かっていない。本研究において、申請者は、脳の主要な細胞外マトリックス成分であるコンドロイチン硫酸プロテオグリカンの合成に関わる遺伝子を改変したマウスを用いた研究から新規の神経可塑性の制御機構が明らかにした。コンドロイチン硫酸(CS)は、中枢神経系の主要な細胞外マトリクス成分であり、神経可塑性や損傷神経の再生において、物理的障壁として機能すると考えられている。しかし、CSは正常な組織にも多量に存在していることから、すべてのCSが単なる障壁であるとは考えにくい。注目すべきことに、神経可塑性の臨界期、および、神経損傷時にはCSの硫酸化パターンが劇的に変化することが示されている。しかし、これまでの研究は、CS分解酵素を用い、すべてのCSを除去する実験系であり、特定のCS硫酸化コードの生物学的意義は不明であった。これらの問題点を克服するため、申請者は、CSの硫酸化コードを改変したモデルマウスを作成し、神経可塑性と損傷神経の再生時における、CS硫酸化コードの解読に取り組んだ。その結果、6-硫酸化CSを過剰発現する、C6ST-1トランスジェニック(TG)マウスにおいて、抑制性神経細胞周囲のペリニューロナルネット(PNN)の形成が低下することを見いだした。また、C6ST-1 TGマウスにおいては、抑制性神経細胞の成熟を促進するOtx2ホメオタンパク質の蓄積が低下していた。さらに、C6ST-1 TGマウスでは、視覚野の経験依存的可塑性に異常が見られた。野生型マウスでは、生後28日前後に可塑性のピークを迎え、成体では可塑性がほとんど見られない。しかし、C6ST-1 TGマウスでは、生後28日において、まだ可塑性が獲得されていないが、成体において強い可塑性を示した。つまり、CS硫酸化パターンによって、経験依存的可塑性の臨界期が厳密に調節されていることが明らかとなった。これらの成果は、CS硫酸化パターンを改変することによって、神経可塑性の回復に応用できる可能性を示唆している。この経験依存的な可塑性は、臨界期と呼ばれる時期にのみ存在するが、臨界期の開始と終了を制御する分子機構はよく分かっていない。脳の主要な細胞外マトリックス成分であるコンドロイチン硫酸プロテオグリカン(CSPG)は、発生に伴い抑制性神経細胞周囲に凝集し、ペリニューロナルネット(PNN)を形成する。臨界期が終了した成体の脳にコンドロイチン硫酸(CS)分解酵素を注入し、PNNを破壊すると、可塑性が回復することから、CS鎖は臨界期の終了を促すと考えられている。CS鎖を構成するN-アセチルガラクトサミン残基は、4位もしくは6位が硫酸化修飾を受けるが、可塑性における硫酸化パターンの意義は不明であった。申請者は、マウス脳の発生過程において、CS鎖の量は変動しないが、臨界期前後に6位の硫酸化が減少し、4位の硫酸化が増加することを見いだした。そこで、CS硫酸化パターンの変動によって、臨界期が調節されるのではないかと考え、この仮説を検証するため、6位の硫酸化を担うコンドロイチン6-O-硫酸基転移酵素1(C6ST-1)を過剰発現するトランスジェニック(TG)マウスを作成した。C6ST-1 TGマウスの脳では、野生型と比べ6位の硫酸化が増加し、4位の硫酸化が減少しており、硫酸化パターンの変動が遅れていた。野生型マウスでは、臨界期の開始前にPNNの形成が始まるが、C6ST-1 TGマウスではPNNの形成が抑えられていた。C6ST-1 TGマウスは臨界期の終了した成体においても強い可塑性を示した。また、C6ST-1 TGマウスにおいては、抑制性神経細胞の周囲のPNNの形成が不完全であることが分かった。さらに、C6ST-1 TGマウスでは、抑制性神経細胞の成熟に必要なタンパク質の蓄積が低下していた。これらの知見から、CSの硫酸化により抑制性神経細胞の成熟が制御され、その結果、臨界期が終了するという、新規の神経可塑性の制御機構が明らかとなった。
新物質トンネル構造型LIMn2O4のリチウム伝導と量子磁性の研究

本年度は主にトンネル構造型LiMn2O4の量子磁性の研究を進めた。この物質の磁化率の温度変化を調べた結果、低温でスピングラス的な振る舞いが認められた。さらに十分な低温で磁化の時間緩和を調べ結果、スピングラス的な振る舞いと合致した。並行して、参照として同系構造を有するNaV2O4の磁気的性質についても検討を進めた。価数が異なるCaイオンをNaサイトに導入して、磁気的電気的性質の変化の様子を調べた。母体で認められた約150K付近の温度で見られた反強磁性転移が置換の度合いが進むにつれ(Ca/(Na、Ca)<0.7)、かなりブロードに変化したが、転移温度の範囲は大きく変化しなかった(120-160K程度)。電気伝導性の測定では、不純物の影響を含む試料の質の問題が大きく、実験結果が不明瞭であったため、正確な電子状態の検証に必要なCa含有高品質単結晶の育成が重要だと思われた。NaV2O4の単結晶試料を用いて、高分解能光電子分光法による電子状態の研究に取り組んだ。構造異方性に起因する低次元金属状態を反映していると思われる非フェルミ液体的な金属状態を示唆するスペクトルが得られた。これらの結果は、学術的にかなり興味深く、NaV2O4の本質的な電子状態の解明に役立つと思われる。次世代リチウムイオン二次電池正極材の研究は欧米だけでなく日本、中国、韓国を含む世界各国でその基礎・応用研究が推進されている。なかでも新材料探索は主要な研究課題の一つであり、主に鉄、コバルト、マンガン、ニッケルなどの遷移金属酸化物に研究が集中している。本研究では特に新物質トンネル型LiMn204(スピネル型ではない)に着目し、リチウムイオン二次電池正極材料としての特性向上をはかり、実用材料としての展望を開くことを目的とした。これまでに得られた主要な結果を示す。(1)粉末中性子回折法および電子線回折法による構造解析によって、結晶構造モデルを精密化した。さらにa軸方向に3倍周期の超格子構造を確認した。おそらく、リチウムの部分的な欠損に伴う局所構造の変化を反映したものと思われる。(2)実際に電池セルの中に組み入れてイオン伝導度を測定した。しかしながらリチウム伝導は殆ど認められなかった。母物質自体の実用材料としての可能性は限りなく小さいと思われる。(3)磁化率、比熱などの測定を通して磁性を調べた。さらに得られた結果をスピネル型LiMn204のものと比較した。それによると、低温で磁気ガラス、転移が共通して観測されるなど、構造転移による磁性への影響はかなり小さいと思われる。しかしながらその原因を含め不明な点が多く、さらに実験の進展が望まれる。(4)電気伝導度は半導体的であり、スピネル型LiMn204の特性と大きく変わらない。ただし、活性化エネルギーは約30%程度小さくなった。平成19年度は、トンネル構造型LiMn2O4と同型構造を有するバナジウム酸化物の研究に力点を移した。LiV2O4は通常の合成条件ではスピネル型構造で安定化する。このため、マンガン酸化物のトンネル型構造相転移条件とほぼ同じ条件で超高圧高温処理を行った。しかしながら、予想したトンネル型構造相転移は認められなかった。さらに厳しい熱処理条件での実験が必要と思われる。しかしながら装置の運用範囲を逸脱するため、実行は難しい。次に、トンネル構造型NaV2O4の合成に取り組んだ。この物質は未知物質であるが、到達可能な超高圧高温条件内で合成可能であることがわかった。当初の目的は、Liイオン交換実験の母物質として活用することであったが、トンネル構造型NaV2O4は新物質であるため、イオン交換実験に取り組む前に、この新物質の基礎特性の評価を行った。その結果、従来にない特徴を備えたハーフメタル物質であることがわかった。ナノスケールでハーフメタルと反平行ハーフメタルが交互に並んだ新しい電子状態になっており、現象的にもこれまでのハーフメタルと異なる性質を示す。この新物質は、これまでにない電子スピンの空間分布を有していることがわかった。この状態は学術的にかなり興味深く、新規スピントロニクス材料として期待できる。平成19年度は全般として主にトンネル型構造を有するNaV2O4の研究に取り組んだ。今後はイオン交換法によるトンネル構造型LiV2O4の合成に力点を移す。

NaV2O4の単結晶試料を用いて、高分解能光電子分光法による電子状態の研究に取り組んだ。構造異方性に起因する低次元金属状態を反映していると思われる非フェルミ液体的な金属状態を示唆するスペクトルが得られた。これらの結果は、学術的にかなり興味深く、NaV2O4の本質的な電子状態の解明に役立つと思われる。
エタノールの低温酸化反応抑制効果による急速圧縮間欠噴霧の燃焼制御

エタノールをディーゼルエンジンの吸気から導入することで,筒内に直接噴射する軽油の着火遅れを確保して予混合化を図った際の排気特性および機関性能について検討を行った.その結果,エタノール吸気ポート噴射によって黒煙の大幅な低減が可能であり,その効果にはエタノールの着火抑制効果および軽油噴射量の減少による噴射期間短縮による予混合化期間の増加が大きく寄与していることが明らかとなった.エタノールをディーゼルエンジンの吸気から導入することで,筒内に直接噴射する軽油の着火遅れを確保して予混合化を図った際の排気特性および機関性能について検討を行った.その結果,エタノール吸気ポート噴射によって黒煙の大幅な低減が可能であり,その効果にはエタノールの着火抑制効果および軽油噴射量の減少による噴射期間短縮による予混合化期間の増加が大きく寄与していることが明らかとなった.ディーゼルエンジンに見られる間欠噴霧燃焼では,噴霧中心部に過濃領域が存在するためスートの生成が避けられなかったが,最近着火遅れを適度に増大させて希薄予混合化を促進することによりスートの生成を抑えることが可能になっている.しかし,能動的な着火制御が困難であることが課題になっている.それに対して申請者らは,低級アルコール類を高着火性燃料の急速予混合圧縮着火燃焼場に導入することにより低温酸化(冷炎)反応が抑制され,ひいては主燃焼発現時期の制御および衝撃的燃焼の緩和が可能であることを実験的に明らかにしている.そこで本研究では,最近バイオ燃料して注目されているエタノールをディーゼルエンジンの吸気から導入することで,筒内に直接噴射する軽油の着火遅れを確保して予混合化を図った際の排気特性および機関性能について検討を行った.その結果,以下の諸点が明らかになった.すなわち,エタノール吸気ポート噴射によって黒煙の大幅な低減が可能であり,その効果にはエタノールの着火抑制効果および軽油噴射量の減少による噴射期間短縮による予混合化期間の増加が大きく寄与している.全投入熱量の20%程度のエタノールを吸気ポートから噴射して導入することにより,比較的低EGR率(吸気酸素濃度15%)で無煙・低NOx燃焼を広いIMEP範囲で実現可能である.圧縮比は失火およびノッキングを生じない範囲で低いほうがエタノール吸入による予混合化に有利である.エタノール吸入とEGRにより高負荷を除いて噴射圧力が60MPa程度でも無煙・低NOx燃焼を実現できる.エタノール吸入によりアセトアルデヒドが高濃度で排出されるが,ごく低負荷を除いて酸化触媒による浄化が可能である.ディーゼルエンジンに見られる間欠噴霧燃焼では,噴霧中心部に過濃領域が存在するためスートの生成が避けられなかったが,最近着火遅れを適度に増大させて希薄予混合化を促進することによりスートの生成を抑えることが可能になっている.しかし,能動的な着火制御が困難であることが課題になっている,それに対して申請者らは,低級アルコール類を高着火性燃料の急速予混合圧縮着火燃焼場に導入することにより低温酸化(冷炎)反応が抑制され,ひいては主燃焼発現時期の制御および衝撃的燃焼の緩和が可能であることを実験的に明らかにしている.そこで本研究では,予混合圧縮着火燃焼における低着火性燃料添加による着火抑制効果に関して,エタノールを中心に化学反応解析を行った.その結果,ノルマルヘプタンの予混合圧縮着火燃焼における低着火物質添加による低温酸化反応抑制効果は,単に低着火性であるメタンや水素などでは小さいのに対し,エタノールにおいて著しいこと,その原因としてエタノールの添加によりOHラジカルやHO_2およびH_2O_2などの過酸化物質が低温酸化反応発現以前から著しく減少することが挙げられた.またエタノールのほうがメタノールよりもわずかながら抑制効果が顕著であること,初期温度や総括当量比などが変化しても低温酸化反応の発現温度はほとんど変化しないのに対し,エタノール熱量割合の増加により発現温度を高温側にシフトさせることが可能であること,さらに,低温酸化反応の熱発生量が減少することも相乗的に加わって以降の温度上昇が抑えられ,その結果として高温酸化反応も遅延することなどが明らかとなった.低級アルコール類を高着火性燃料の急速予混合圧縮着火燃焼場に導入することにより低温酸化(冷炎)反応が抑制され,ひいては主燃焼発現時期の制御および衝撃的燃焼の緩和が可能であることが実験的に明らかにされている.そこで本研究では,予混合圧縮着火燃焼における低着火性燃料添加による着火抑制効果に関して,エタノールを中心に実験および解析を行った.DMEを燃料とするHCCIエンジンにおいてエタノールの添加とEGRによる反応抑制効果を利用して燃焼の改善と運転可能範囲の拡大を試みた結果,エタノールの添加とEGRを併用することで反応抑制効果による熱発生時期の適正化と燃焼の緩和化が可能になるとともに,熱効率の向上と運転可能負荷範囲の拡大が得られた.その際,エタノールの添加はEGRに比べて熱発生時期を大きく変更することが可能であること,およびEGRはエタノールに比べて高温酸化反応の抑制効果が強いことを明らかにした.一方,エタノールと軽油の相溶性がブタノールを添加することで著しく向上することに着目し,上死点近傍の比較的早期にパイロット噴射を行い上死点で主噴射を行う過給および排気再循環が可能なディーゼル機関においてブタノール-エタノール混合軽油の燃焼および排気特性を検討した.その結果,ブタノール-エタノール混合軽油を用いてパイロット噴射量および吸気酸素濃度を適切に設定することにより,広い負荷範囲において静粛かつ低NOx・無煙運転が実現できることなどが明らかとなった.

ブタノール-エタノール混合軽油は着火性が低いため,パイロット噴射による予混合的燃焼の熱発生が上死点側に近くなってその量を増加させることが可能になるとともに,主燃焼の後燃えが減少することで広い負荷範囲で等容度および図示熱効率が向上することが示された.
マイクロRNAのパスウェイ解析システムの開発

・研究目的マイクロRNA(miRNA)は生体内に内在する22-24塩基程度の単鎖塩基であり、生命活動における様々な調節作用における重要な役割を担っている。さらにmiRNAはがん細胞の可塑性にも寄与することが近年明らかになり、生命活動解明におけるmiRNAの挙動の研究は重要性を増している。次世代シークエンサーをはじめとする近代の計測機器は大量のmiRNA発現情報データを生成するが、得られた情報から疾患へのパスウェイを推定する方法が、メッセンジャーRNA(mRNA)でのそれに比べて十分に確立されておらず、ここがmiRNA研究のひとつのネックである。本研究では、測定機器から得られたmiRNAからのパスウェイ解析手法を開発するため、豊富なmRNAの遺伝子発現情報からmiRNAのランキングを実施し、その蓋然性を検証する。・研究方法・研究成果Cancer Cell Line EncyclopediaのmRNA遺伝子発現データに対し、サンプル数の多いcarcinoma、lymphoid neoplasm、malignant melanoma、haematopoietic neoplasm、gliomaの5組織でのランキング結果で評価したところ、miR-24、miR-17、miR-34a、miR-20a、miR-138、miR-200、miR-449、miR-302などよく知られたがんマーカーmiRNAが選抜された。また、Open TG-GATEsのデータからも、いくつかの毒性マーカー候補が選抜された。この事から、MiRaGE法によるmRNAデータからのmiRNAランキング推定は広く適用できる事が示唆された。同時に本手法で得られたデータベースを活用して、マイクロRNAのパスウェイ解析システム開発の足掛かりが得られた。