hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
吸引脂肪に対する遠心分離操作の影響についての研究

遠心分離操作が吸引組織に対して与える影響を、vivo、vitroの実験系で検討し、吸引脂肪移植術において、脂肪細胞の生着率向上のために最適と考えられる遠心条件を分析した。4症例から得られた脂肪吸引内用内容物を分注し15分間靜置後、それぞれ400g,700g,1200g,3000g,4200gで3分間遠心し、遠心操作を行わない場合と比較検討した、脂肪層・油液層・液体層の量、脂肪層の比重、各層に含まれる赤血球数、脂肪層から採取される脂肪由来幹細胞(ASC)数を測定した。さら走査電顕による脂肪組織の形態観察を行った。遠心力があがるに従い、脂肪層は減少(70.4±4.958.2±3.2%)、液体層(22.9±6.530.7±5.6%)、油液層(6.7±8.111.2±6.9%)は増加する頃向があった。脂肪層の比重は低くなていく頃向があった。脂肪層内の赤血球数は減少(9.15±2.67.0±4.0×109)、液体層内の赤血球数(1.3±1.11.6±1.2×109)は増加する傾向があった。脂肪由来幹細胞数は1200gを超えると減少した。遠心分離の目的は、一義的には(1)脂肪組織を濃縮化(体積比生着率の増加)とともに、(2)血球成分を排除することになる。遠心力に応じて上記の目的は達成されるが、過度に強い遠心力がかかることにより脂肪組織及び脂肪由来幹細胞が破壊され移植した際の生着率が低下するおそれがある。今回得られた結果から4001200g程度遠心力で遠心分離を行うことにより、より高い生着率を得られる可能性が示唆された。さらに、よりよい生着率を得ることを目的として、脂肪組織から抽出した間葉系幹細胞を吸引脂肪に混入することによる影響も調べた。結果は現在データ解析中である。遠心分離操作が吸引脂肪組織に対して与える影響を、vivo、vitro実験系で検討し、吸引脂肪移植術において、脂肪細胞の生着率向上のために最適と考えられる遠心条件を分析した。4症例から得られた脂肪吸引内容物を分注し15分間静置後、それぞれ400g,700g,1200g,3000g,4200gで3分間遠心し、遠心操作を行わない場合と比較検討した。脂肪層・油液層・液体層の量、脂肪層の比重、各層に含まれる赤血球数、脂肪層から採取される脂肪由来幹細胞(ASC)数を測定した。さらに走査電顕による脂肪組織の形態観察を行った。遠心力があがるに従い、脂肪層は減少(70.4±4.958.2±3.2%)、液体層(22.9±6.530.7±5.6%)、油液層(6.7±8.111.2±6.9%)は増加する傾向があった。脂肪層の比重は低くなっていく傾向があった。脂肪層内の赤血球数は減少(9.51±2.67.0±4.0×109)、液体層丙の赤血球数(1.3±1.11.6±1.2×109)は増加する傾向があった。走査電顕では、遠心力増大に従い脂肪細胞が濃縮されるが、同時に破壊脂肪細胞も増加することが観察された。遠心分離の目的は、一義的には(1)脂肪組織を濃縮化(体積比生着率の増加)するとともに、(2)血球成分を排除する、ことにある。今回得られた結果から4001200g程度の遠心力で遠心分離を行うことにより、より高い生着率を得られる可能性が示唆された。

脂肪層内の赤血球数は減少(9.15±2.67.0±4.0×109)、液体層内の赤血球数(1.3±1.11.6±1.2×109)は増加する傾向があった。脂肪由来幹細胞数は1200gを超えると減少した。遠心分離の目的は、一義的には(1)脂肪組織を濃縮化(体積比生着率の増加)とともに、(2)血球成分を排除することになる。遠心力に応じて上記の目的は達成されるが、過度に強い遠心力がかかることにより脂肪組織及び脂肪由来幹細胞が破壊され移植した際の生着率が低下するおそれがある。今回得られた結果から4001200g程度遠心力で遠心分離を行うことにより、より高い生着率を得られる可能性が示唆された。さらに、よりよい生着率を得ることを目的として、脂肪組織から抽出した間葉系幹細胞を吸引脂肪に混入することによる影響も調べた。結果は現在データ解析中である。
代数体の類数,単数の代数的・解析的研究

1.正則クンマー拡大の不分岐アーベル拡大体を構成するための手段となる素イデアルを単項化したときの生成元を、ある種の素数系列に対し、具体的に決定することができた。また非正則クンマー拡大の不分岐拡大の構成にもその結果を応用できる。2.円分体の単数で、正則クンマー拡大体の数のノルムとして表わされるものが、どのような部分群を作るかを調べ、素数の巾根によって生成されるクンマー拡大体のすべてについて、単数群と、ノルム形式で表わされる部分群との違いを決定できた。3.特殊な代数体の系列について、そのイデアル類群が部分体のイデアル類群によって合成されることがわかった。4.楕円単数による類体の構成を、今後調べてみなければならない。
種子貯蔵蛋白質リポキシゲナーゼ欠失遺伝子を用いた良質食用油用大豆系統の育成

本研究の最終の目的はダイズ種子中のリポキシゲナーゼを完全に欠失した遺伝子型の系統を育成し、そのダイズから生産される油脂が酸化により劣化変質し難くなる性質を持つようになるかどうかを確認することを目的としている。共同研究者の所属する農水省農業研究センターの方で、本年度は昨年度に育成したリポキシゲナーゼ完全欠失ダイズ品種の九州11号と高脂肪品種の吉林10号及びウイリアムスを交配した種子から選抜した30系統のF3系統を養成した。種子は一応収穫されたが、まだ脂質の分析に至っていない。今後継続して脂質の含量や酸化の程度の分析を進める予定である。岩手大学では、上述のリポキシゲナーゼ欠失高油脂含量系統の育成を待って、交配の親に使用する予定で進めていた種子貯蔵蛋白質の欠失突然変異系統(7S及び11Sグロブリンの種々のサブユニット蛋白質の欠失変異を交配で集積したもの)の交雑後代(F2)の約3500種子についてSDS電気泳動法により欠失変異遺伝子の遺伝分析を行い、各種の欠失変異の遺伝様式を明らかにすることができた。その中で欠失変異を多重に集積した特異な系統(F3)については、その一部について蛋白質含量と脂肪含量の分析を行い、興味ある結果を得た。また、リポキシゲナーゼ欠失及び種子貯蔵蛋白質の11S、7Sグロブリンの欠失ダイズのプロティン・ボディや油脂の貯蔵されている細胞内器官(スフェロゾーム)等の電子顕微鏡観察を行っており、いくつかの興味ある知見が得られた。本研究は、ダイズ種子中のリポキシゲナーゼを完全に欠失した遺伝子型の系統を作り、その油脂が酸化により劣化変質し難くなる性質を持つようになるかどうかを確認することを目的としている。共同研究者の所属する農水省農業研究センターの方で、本年度はリポキシゲナーゼ完全欠失ダイズ品種の九州11号と高脂肪品種の吉林10号及びウィリアムスを交配したF2種子からF2植物体を育てて、約30個体のリポキシゲナーゼ欠失ホモ遺伝子型と認められる植物体を同定すると共に、各植物体から多数の種子を採種することに成功した。現在油脂含量の測定中である。油脂含量の高い個体を同定し、その個体に由来する種子を平成7年度は系統として栽培し、秋に収穫した種子から油脂を抽出し、予測どおり酸化による劣化変質が起り難いことを通常品種等と比較する予定である。岩手大学では、新たなリポキシゲナーゼ欠失遺伝子の遺伝子源を求めて、ツルマメの収集を九州地区と沖縄で行った。現在、種子蛋白質のPAGE電気泳動による検定を実施しているが、これまでにはまだ新変異は見出されていない。昨年度には、共同研究者の所属する農水省農業研究センターにてリポキシゲナーゼ欠失ダイズ品種の九州11号と高脂肪品種の吉林10号を交配して30系統のリポキシゲナーゼ欠失性を有するものを選抜したが、今年度はそれらの系統についての脂肪含量の分析を漸く終えたところである。脂肪含量は吉林10号並みの系統が2系統程度認められた。しかし、ここではリポキシゲナーゼによって引き起こされる脂肪の酸化劣敗の程度が欠失系統では軽減されるとの予測が正しいかどうかが最も重要なところであるが、この点については、まだ分析が進んでいない。来年度に行う予定である。

蛋白質に関する欠失性の自然及び人為の突然変異を交雑により1遺伝子型に集積し、種子貯蔵蛋白質の分子種構成が単純化された系統を作出する試みを行い、その結果、7Sグロブリンのβサブユニットだけが残存し、その他のものが全て欠失している系統を選抜することに成功した。これによって高脂肪含量のダイズ系統が育成できるのではないかと期待している。まだF2世代の種子であり、平成8年度になればF2世代の植物からF3世代の種子を獲得することができるので、それを待って期待どおりになるかどうかを検証したい。一方、種子貯蔵蛋白質と脂肪の種子内での生成過程を電子顕微鏡レベルで明らかにするため、開花後の種子の発達段階に応じて種々の標本を作り、透過型電子顕微鏡観察を行い、プロテインボデイ(蛋白質)やスフェロゾーム(脂肪)の発達と粗面小胞体やゴルジ体及び液胞の関係について種々の興味ある結果を得た。本研究の最終の目的はダイズ種子中のリポキシゲナーゼを完全に欠失した遺伝子型の系統を育成し、そのダイズから生産される油脂が酸化により劣化変質し難くなる性質を持つようになるかどうかを確認することを目的としている。共同研究者の所属する農水省農業研究センターの方で、本年度は昨年度に育成したリポキシゲナーゼを完全欠失ダイズ品種の九州11号と高脂肪品種の吉林10号及びウイリアムスを交配した種子から選抜した30系統のF3系統を養成した。種子は一応収穫されたが、まだ脂質の分析に至っていない。今後継続して脂質の含量や酸化の程度の分析を進める予定である。岩手大学では、上述のリポキシゲナーゼを欠失高油脂含量系統の育成を待って、交配の親に使用する予定で進めていた種子貯蔵蛋白質の欠失突然変異系統(7S及び11Sグロブリンの種々のサブユニット蛋白質の欠失変異を交配で集積したもの)の交雑後代(F2)の約3500種子についてSDS電気泳動法により欠失変異遺伝子の遺伝分析を行い、各種の欠失変異の遺伝様式を明らかにすることができた。その中で欠失変異を多重に集積した特異な系統(F3)については、その一部について蛋白質含量と脂肪含量の分析を行い、興味ある結果を得た。また、これまでの3カ年分の成果のとりまとめを行い、報告書を作成した。
HTLVーI発がんにおけるT細胞特異的チロシンキナーゼ遺伝子(lck)の役割

今回HTLVーI感染T細胞株についてRNaseプロテクション法を用いてそのlck transcriptの種類について検討を行ったところ、HTLVーI感染T細胞株ではlck mRNAは上流域プロモーターよりその転写が開始されたtranscriptのみで構成されていた。一方、HTLVーI非感染T細胞株,正常末梢血Tリンパ球では、上流域及び下流域プロモーター由来lck transcriptの両者により構成されていた。さらにlckの遺伝子産物であるp56^<lck>発現量についてウェスタンブロット法により検索したところHTLVーI感染T細胞株では非感染T細胞株に比べその発現量が1/10以下に著しく低下していた。これらの事実はHTLVーI感染T細胞株では共通してp56^<lck>が著減していること、そしてHTLVーI感染細胞株と非感染T細胞株におけるlck transcriptの種類の違いがHTLVーI感染細胞株で観察されたp56^<lck>発現量の著明な低下に関与していることが示唆された。また、lckの遺伝子産物であるp56^<lck>は510個のアミノ酸からなり、非受容体型チロシンキナーゼに属する。さらに1988年HLA classII抗原を認識するT細胞表面マーカーであるCD4にp56^<lck>が細胞内で連結してその情報伝達分子として機能していることが明らかにされた。T細胞特異的チロシンキナーゼであるlckのHTLVーI発がんにおける役割を明らかにするためにこれまで我々はHTLVーI感染T細胞株を用いて検討を行ってきた。
高利得スピン増幅の研究

室温下で分光信号を10倍以上増幅することに成功した。光励起三重項電子を用いた動的核偏極によって、室温で34%の高偏極率を得ることに成功した。よって、サンプルを室温に保ったままでも、高偏極化とスピン増幅によって10万倍以上の高感度化が可能となることを示した。合成した1-13C-1-フルオロ-p-ターフェニルを用いて、利得14倍の非破壊スピン増幅器の実装に成功した。平均ハミルトニアン理論と最適制御理論に基づいて、高精度な量子ゲートを実現するパルスを数値的に導出する方法を考案した。量子ゲートの忠実度や初期状態の偏極率がある閾値を超えたときに、スケーラブルに高利得化が可能になる再生増幅回路を考案した。以前行われたスピン増幅の結果を解析し、スピン格子緩和や量子ゲートエラーがスピン増幅利得に与える影響を明らかにした。スピン格子緩和時間が長いほど、得られるスピン増幅利得は大きくなる。スピン格子緩和を長くするために中央のベンゼン環のみ重水素化されたp-terphenyl-2',3',5',6'-d4を合成した。この分子をホストに用いることで通常のp-terphenylに比べて緩和時間が4倍になり、さらなる高利得が期待できる。この分子をホストに用い、さらに偏極源に重水素化ペンタセンを用いることで偏極率34%を達成し、これを論文として発表した。実験では、不要な相互作用や実験装置の制約、系統誤差の影響を避けることが出来ず、量子ゲートのフィデリティが下がってしまう。実際の条件下でもっとも量子ゲートのフィデリティが高くなるようにパルス波形を数値最適化する方法(ハミルトニアンエンジニアリング)を提案した。これによってスピン増幅に必要な量子ゲートを設計し、実際の条件を課したシミュレーションによって従来よりも高フィデリティで実行できることを示した。スピン格子緩和下で、量子ゲートエラーが不可避な状況でもスピン増幅利得をスケーラブルに増やせる方法を考案した。この方法はスピン格子緩和による影響を、冷却を利用することで抑えながら利得を増やす方法で、スピン格子緩和時間、量子ゲートフィデリティ、冷却時の偏極率がある閾値を上回ると、スピン増幅利得をスケーラブルに増やせる。高利得のスピン増幅を用いた量子非破壊測定の実現を目指し、これに最適な分子として1-13C, 1-fluoro-p-terphenylを合成した。この分子では我々が以前提案した方法によって13Cスピンの測定したい成分を、19Fスピンに仲介させることでまわりの1Hスピンへと次々にコピーできて増幅することができる。コピーを1Hスピンへ蓄積する際には、スピン拡散と磁場循環を利用しており、スケーラブルに増幅の利得を増やすことができる。増幅された1Hスピンを測定することで13Cスピン状態を非破壊測定できる。p-terphenylにこの合成分子とpentaceneを二重ドープしたサンプルにおいて、室温下で利得14倍のスピン増幅を用いた量子非破壊測定の実装に成功した。増幅器となる1Hスピンの初期状態には、光励起三重項電子を用いた動的核偏極によって約10%まで高偏極化された状態を用いており、100%初期化された一つのスピンをプローブとして用いた従来型の量子非破壊測定に比べても約1.4倍大きな信号が測定できる。スピン増幅はスケーラブルな方法で実装されており、naphthaleneを用いた別のサンプルでは約140倍の利得の広義のスピン増幅を実現している。高利得のスピン増幅は、量子情報処理に必要不可欠な量子非破壊測定の感度の向上を可能にし、また、これまで測定することができなかった微小部位の核磁気共鳴分光を可能にするであろう。平成24年度の目標のひとつは、利得10以下のスピン増幅を用いた非破壊測定であった。大阪大学理学研究科森田先生の協力のもと、当初は平成25年度に予定していた高利得を狙える分子の合成を、平成24年度のうちに終えることができた。このサンプルを用いて偏極率10%以上の高偏極状態で、利得14倍のスピン増幅を用いた非破壊測定が実現できた。数種類の濃度のサンプルをすでに作成済みで、これらを用いた実験をおこなうことで今後スピン拡散とスピン増幅の関係性を定量的に調べながらさらなる高利得を狙っていく。平成24年度のもうひとつの目標は、高精度量子ゲート操作技術のスピン増幅への適用で、従来の数値的パルス設計手法を用いたゲートパルスの設計はすでにできている。最適制御理論に基づいた従来の数値的パルス設計手法の欠点は、系のすべての情報を入力する必要があることであり、計算コストが系の大きさに対して発散してしまうことである。

申請者らは、この問題を解決する新しい数値的設計手法を考案した。この手法は従来の数値的設計手法に、NMR分光に古くからある平均ハミルトニアン理論に基づいて系の対称性を最大限に考慮する解析的設計手法を取り入れたものとなる。スピン増幅の実験はこの新しい設計手法を用いたいと考えたため、平成24年度はこの手法の確立に重力した。論文はすでに投稿し、現在審査中である。平成25年度はこの手法で設計されたパルスでの実装を目指す。今後の最も重要な目標は、さらなる高利得のスピン増幅を用いた非破壊測定の実現である。まず、平成24年度に提案した数値的パルス設計手法で作成した高精度量子ゲート操作の実験的研究をすすめ、スピン増幅への適用を目指す。また、合成した分子とホスト物質をさまざまな比率で混合したサンプルが作成済みであり、これらのサンプルを用いてスピン増幅実験をおこなっていき、スピン拡散とスピン増幅の関係性を明らかにしていく。数値的シミュレーションもおこなうことでメカニズムを明らかにすることによって、また、上記の高精度量子ゲート操作を用いることによって、さらなる高利得のスピン増幅を用いた非破壊測定の実現を目指す。当初予定していたもうひとつの目標は、高分解能分光実験への応用である。これに道筋をつけるためにまず、光励起三重項電子を用いた動的核偏極のマジック角回転(MAS)下での実現を目指す。また、提案した新しい数値的パルス設計手法をMAS下でのパルス操作へも適用できるように改造する。高分解能固体NMR分光にはMAS法が不可欠であり、これらの要素技術がMAS法と両立できるようにし、これらを用いたスピン増幅実験に挑戦する。さまざまな研究者と議論するために、これまでに得られた研究成果に関して、また新しい結果が出るたびに学会発表をおこなう。高精度量子ゲート操作の実験や高利得スピン増幅の実験をすすめていくうえで、実験装置の自動化への対応と高度化をおこなうための電子回路部品を購入する。
オートファジー依存的免疫応答機構の解明

平成19年度は, Atg-7のノックアウトマウスの胎仔胸腺をヌードマウスに移植する実験を行ったが,自己免疫疾患の発症は観察されなかった。そこで,平成20年度はAtg-7, Atg-5さらにAtg-3, Atg-8をそれぞれあるいは複数同時にRNAiにより発現抑制を行い, CD4陽性T細胞クローンによる認識効率の低下の有無を検証するため、RNAiのコンストラクションを作成した。オートファジー(autophagy)は、主として栄養飢餓状態に誘導される大規模な細胞蛋白分解・処理機構である。本研究では、オートファジーによるMHC class II経路を介した内在性自己抗原の提示が自己寛容の成立機構に関わっているか否かをオートファジーを起こせないマウスを用いて検討した。すなわち、Atg-7欠損マウスはオートファゴxゾームの形成不全によりオートファジー機構を欠くマウスであり、生後早期に死亡する。そこで、Atg-7ヘテロ欠損マウスを交配後、胎齢14.5日目の胎仔を取り出し、2-deoxyguanosineを含む培養液中で4日間培養した。この器官培養によってT細胞が除去され、いわば「器」のみの状態となった胎仔胸腺をヌードマウスの腎被膜下に移植し、移植後6週間目にレシピエントマウスにおけるT細胞の再構築状態をFACSにより確認した後、全身諸臓器について病理学的な検討を行った。さらに、移植胸腺から回収したT細胞を用いて、Foxp3に対するモノクローナル抗体により制御性T細胞の産生状態についても検討した。その結果、Atg-7欠損マウス由来の胎仔胸腺の移植によってレシピエントマウスに自己免疫疾患の発症は観察されず、また、制御性T細胞の産生にも異常を認めなかった。このことから、オートファジーが胸腺上皮細胞においてMHC class II経路を介した内在性自己抗原の提示によって自己寛容の成立機構に重要な働きを持つ可能性は低いと考えられた。なお、以上の結果をより明確にするためには、単一の自己抗原を発現するトランスジェニツクマウスと、その自己抗原を特異的に認識するT細胞を持つTCRトランスジェニツクマウスとの組み合わせを用いて、同様な実験を行うことが有効と思われる。一般的に細胞内抗原は.ユビキチン-プロテアソーム系で分解された後,小胞体を経由してMHCクラスI分子によって提示される。しかし,細胞内のある種の内在性タンパク質はMHCクラスIIによっても提示されることが知られていた。そして2005年Munzらにより,胸腺における自己寛容の成立機構にオートファジーが重要な役割を果たしていることが示唆された。そこで,本研究の目的は,オートファジーがどのように自己寛容の成立に関与しているかを明らかにすることにある。平成19年度,我々は, E1様酵素であり,オートファゴゾームの形成に必須であるAtg-7のノックアウトマウスの胎仔胸腺をヌードマウスに移植する実験を行ったが,レシピエントマウスに自己免疫疾患の発症は観察されず,また,制御性T細胞の産生などにも異常は認められなかった。一方, Atg-12と複合体を形成し,隔離膜の伸長に関与しているAtg-5ノックアウトマウスを用いた同様の実験では,内在性自己抗原の提示に異常が認められている。そこで,本年度はAtg-7, Atg-5さらにAtg-7と結合するAtg-3, Atg-7と同じE1様酵素であるAtg-8を、それぞれあるいは複数同時にRNAiにより発現抑制を行い, CD4陽性T細胞クローンによる認識効率の低下が認められるか否かを検証する。現在、RNAiを行うためのコンストラクションを作成し、実際に発現がノックダウンされることをHeLa細胞で確認した。今後、実際にCD4陽性T細胞クローンによる認識効率の低下の有無を検証し、オートファジーのどのプロセスが内在性自己抗原の提示に重要なのかを検討する。
高精度金型設計のための革新的粉体成形シミュレータの開発

今年度は、Advanced DEM-CFD法に、申請者のグループで独自開発したDEM粗視化モデル(DEMのスケーリング則モデル)を導入した。Advanced DEM-CFD法とDEM粗視化モデルを融合したシミュレーション手法を粉末金型充填ばかりでなく、他の固気混相流にも適用した。数値計算同士の比較(Verification)および数値計算と実験の比較(Validation)を行い、本手法が妥当であることを示した。実際の固体粒子よりも大きな粗視化粒子を用いて、オリジナル体系の固体粒子の挙動を模擬することができた。基本的に当初の計画に沿って研究を実施することができた。Advanced DEM-CFD法に、申請者のグループで開発したDEM粗視化モデルを導入したシミュレーション手法を新たに開発して、粉末金型充填ばかりでなく、他の固気混相流体系においても本手法の妥当性を示すことができた。このことから、現在までの進捗状況が「おおむね順調に進展している」と判断した。研究計画に基づいて、金型に粉末が充填された後の粉末圧縮シミュレーションに取り組む。また、本事業において、局所体積平均法を用いた混相流の数値シミュレーションにおける流体のメッシュ解像度を固体粒子や固体オブジェクトの大きさに依らずフレキシブルにモデル化する手法を開発したので、既存のDEM-CFD法では適用することのできない薄板構造物を有する粉末金型充填体系の数値シミュレーションなどにも取り組みたい。離散要素法(以下、DEMと記す)は、粉体シミュレーションの世界標準として使われている。これまで、申請者のグループでは、符号付距離関数(以下、SDFと記す)を用いて複雑形状の金型への粉末充填シミュレーション(粉体はDEMで模擬)を世界に先駆けて実行してきた。SDFを用いた粉末金型充填のDEMシミュレーションの妥当性は、計算結果と実験結果との一致により示された。また、申請者らは、数値流体力学(以下、CFDと記す)において、埋込境界法(以下、IBMと記す)を用いて、流体解析において計算格子を再生成しないで任意形状の壁(固体)の並進・回転運動を考慮できる手法を開発してきた。このように、申請者のグループでは、DEMおよびCFDの任意形状の壁モデルを独自開発してきた。本研究では、申請者のグループで開発したSDFおよびIBMをDEM-CFD法に導入して、改良型DEM-CFD法を開発した。改良型DEM-CFD法を空気の流動を考慮した粉末金型充填に応用した。数値シミュレーションを実行するに際して、スレッド並列計算を導入した。改良型DEM-CFD法の妥当性を検証するための実験も行った。検証項目は、粉体層の形状、粉体の空間分布、等とした。空気の流れの影響を受けやすい粉体を選定し、Shoeの速度を2種類設定した。実験では、ハイスピードカメラを用いて粉体の挙動を観察した。粉体層の形状や粉体の空間分布が計算結果と実験結果が一致したため、改良型DEM-CFD法により、粉末金型充填時の粉体の挙動を正確に模擬できることが示された。空気の流動を考慮した粉末金型充填(Shoe-Dieシステム)の数値シミュレーションは世界初の試みである。本研究成果は、数値解析手法の開発において十分なオリジナリティがあり、本分野の発展に大きく貢献することができた。空気の流動を考慮した粉末金型充填の数値シミュレーションを開発した。数値シミュレーションの入力に際して、実験で取得した物性値を反映することができた。Validationにおいて、数値解析結果と実験結果がよく一致したことから、本研究で開発した数値解析モデルの妥当性が示された。以上の本年度の実施内容より、おおむね順調に研究は進展したと判断した。引き続き、当初の計画に基づいて研究を進めていく。申請者のグループで開発したDEM粗視化モデルを改良型DEM-CFD法に導入した数値シミュレーション手法を開発して、これを大規模な粉末金型充填に応用する。大規模な粉末金型充填の体系において、計算結果と実験結果が一致することを確認して、粉体の挙動を数値シミュレーションで模擬できることを示す。他方、実際の粉末金型充填では、金型の形状が本研究のものよりも複雑になる可能性がある。本事業期間中に、本研究で開発した計算手法が、どの程度複雑な形状の金型に応用できるのかも検討していきたい。

また、本事業において、局所体積平均法を用いた混相流の数値シミュレーションにおける流体のメッシュ解像度を固体粒子や固体オブジェクトの大きさに依らずフレキシブルにモデル化する手法を開発したので、既存のDEM-CFD法では適用することのできない薄板構造物を有する粉末金型充填体系の数値シミュレーションなどにも取り組みたい。
河川早瀬の流れ構造と早瀬で励起される不安定波

久慈川(茨城県)の実測を通して以下の点を調べた。(ア)平瀬・早瀬・淵の流速変動。(イ)平瀬・早瀬・淵などに起きる水面変動の実測およびその理論的解明。まず、(ア)に関しては、流速の実測値をウェーブェット変換と呼ばれる信号処理手法により解析し、流れのパターンを可視化した。流速および水面変動の実測データからフル-ド数・レイノルズ数・レイノルズストレス・乱れ強度を平瀬および早瀬の各点で求め、特に早瀬のフル-ド数に注目した。また、平瀬・早瀬・淵の各点における流下方向のスペクトルの変形、一次元ウェーブェット変換を使って卓越周期や卓越スケール、流れの特性を調べた。今回の実測から得られた興味ある結果をまとめると、(1)早瀬では流速および水面変位の時空間変動が大きく、平均流のフル-ド数で早瀬を特徴づけることはできない。(2)早瀬の水面変動は3次元的で複雑であるが、淵では早瀬で励起された変動のうち特定の振動が水面波となって岸向きに伝播する。(3)淵の水面波動のスペクトルのピークは、早瀬の各点のパワースペクトルには現れない。(4)連続ウエーブレット変換で平瀬と早瀬を分類する場合、流速よりも運動量のデータを使った方が平瀬と早瀬で相違が見られる。また、(イ)の主な興味は、河床変化によって生じる不等流の不安定性に関するものである。ここでは、河川早瀬の定在波の線形安定性を調べ、淵に伝播する水面波の振動数を予測した。
光学活性ロタキサン上での不斉情報の転写

ロタキサン上では各コンポーネントが共有結合を介さずに空間的に結び付けられている。ロタキサン上の不斉は空間を通じて伝達され、従来の不斉反応場では実現不可能な高度の不斉空間を作る可能性がある。本研究では、不斉ロタキサンの合成・光学分割と、ロタキサン上での反応場の構築について検討した。光学活性ビナフトールから得られる光学活性クラウンエーテルを輪コンポーネントとして用い、既に開発したアシル化による末端封鎖法を用いて高収率で光学活性ロタキサンを合成した。一方、ロタキサンの輪コンポーネントが何か一つ置換基を持つと、輪の方向と軸の方向との関係により回転不斉が生じる。クラウンエーテルを選択的にモノニトロ化した後、還元してアシル化することにより、アミド基を一つ持つクラウンエーテルを得た。これを輪コンポーネントとして回転不斉を持つロタキサンを合成した。キラルカラムを用いた光学分割によって、部分的にではあるが光学分割することができた。これらロタキサンに反応性官能基を導入する前に、ロタキサン上に構築された反応場の特性を調べるために、不斉を持たない単純なロタキサンへの反応性官能基の導入とその反応について検討した。ロタキサンをニコチン酸クロリドでアシル化することにより、ニコチン酸アミド構造を持つロタキサンを得、これをアルキル化し、次いで還元することで、還元反応性を示すジヒドロニコチン酸アミド構造を持つロタキサンを得た。このロタキサンを用い、過塩素酸マグネシウム存在下にケトンの還元反応を検討したところ、30%の収率で対応するアルコールが得られた。この時ロタキサン自体は完全に酸化されており、ロタキサン構造を取ることでジヒドロニコチン酸アミドの反応性が異常に亢進されている可能性が示唆された。そこで本研究は、キラルなコンポーネントを含むロタキサンを用い、プロキラルなコンポーネント上へ不斉誘導するという新しい方法論について検討することを目的に行った。ロタキサンとしては、クラウンエーテルと二級アンモニウム塩との相互作用を利用した系を用いた。まず、ロタキサン合成に適した光学活性クラウンエーテルとして、優れた不斉環境を構築するのに効果的なビナフトールを基本構造とする新規28員環クラウンエーテルを設計し、光学活性ビナフトールから直接環化法を用いて合成した。プロキラル面を持つメタクリル酸エステル構造を末端に持つ二級アンモニウム塩と擬ロタキサン形成させ、-50°Cで嵩高いチオールをラジカル付加させたところ、光学活性ロタキサンが収率12%で得られた。得られたロタキサンを水素化アルミニウムリチウムで還元的に開裂し、得られたアルコールの光学純度を測定したところ6%e.e.であり、実際に不斉誘導が起こることが確認された。これは、ロタキサン上で不斉反応を行なった始めての例である。ロタキサン構造を持つ不斉触媒へ展開するために、ロタキサンのアンモニウム塩部位の中和とアシル化による触媒活性官能基の導入を検討した。ロタキサン中のアンモニウム塩部位は強い分子内水素結合のためそのままでは中和することはできなかった。しかし、過剰の塩基存在下で過剰のアシル化剤を作用させたところ、定量的にアシル化されることが明らかとなった。そこで、アシル化剤にニコチン酸クロリドを用い、酸化還元能を持つニコチン酸アミド構造の導入を検討したところ、定量的にニコチン酸アミド構造を持つロタキサンを得ることができた。この反応を利用した光学活性不斉酸化還元触媒への応用を検討している。
液膜内流れの3次元4成分温度速度同時計測法開発による濃度温度差表面張力対流の解明

熱の有効利用の観点から近年,マイクロチャネルや液膜など1mm以下の小さな熱流動システムが増えている.これらの研究では流れの可視化が多用される.ここでは微小スケール流れの可視化に適用可能で,市販の安価なLEDを利用できる高出力パルスLED光源を開発した.また,温度が変化する微小スケール流れとして,T字型合流部を有するマイクロミキサーを開発した.ペルチェモジュールによる加熱冷却に起因する粘度勾配を利用して,微細加工等の必要なく流れを合流部で成層させ,旋回しながら流出する新しいミキサーである.ペルチェの通電時,停止時にはこれまでに報告例のない電気浸透力による急激な速度変化がみられた.本研究では機能性中空マイクロカプセルを利用し,濃度変化を伴う作動流体に適用可能な,微小スケール流れの温度と速度を同時計測する手法を開発する.低入熱高輝度で出力の安定した高出力パルス光源を開発する.強度法,二色法や寿命法による温度計測と断面スキャン法及びデフォーカス法等による3次元速度計測を組合せて温度速度計測を実現し,手法の適用可能範囲を明らかにする.開発手法を用いて熱・物質移動を伴う液膜内流れの温度速度を同時計測することにより,温度速度相関など現象の詳細を解明し,車載用吸収式冷凍機の小型化,エネルギー高効率利用技術に寄与する.平成26年度までにピエゾアクチュエータで対物レンズ位置を視線方向に移動させながら,二次元的な温度速度同時計測を行った.また,ピンホールを用いたデフォーカス法や寿命法,二色法についても簡易試験を実施した.その結果,寿命法,二色法,デフォーカス法はいずれも検出可能な光量が非常に小さくなり,画像中のノイズが大きく,信号強度の変動幅が大きな画像しか取得できなかった.一方,単波長の強度法を用いてS/N比の高い測定をした場合の測定分解能が高いことがわかった.局所的な温度分布を持つ液膜流れを最終的なターゲットとするため,計測手法の研究開発に加えて,T字型の合流部を持つサブミリスケールチャネル内の温度速度計測を通じて,このスケールにおいて粘性や密度の差,流速の影響が流れに与える影響を詳細に調査する.26年度はサブミリチャネルを試作し,ペルチェ素子を用いて温度勾配をもつ流れ場を作成して,その基礎的な特徴を調べるための予備実験を開始した.その結果,一定の流入流量条件において,高温流体が鉛直上側を,低温流体が下方を流れる流れが形成されることなどがわかった.本研究では機能性中空マイクロカプセルを利用し,濃度変化を伴う作動流体に適用可能な,微小スケール流れの温度と速度を同時計測する手法を開発する.低入熱高輝度で出力の安定した高出力パルス光源を開発する.強度法,二色法や寿命法による温度計測と断面スキャン法及びデフォーカス法等による3次元速度計測を組合せて温度速度計測を実現し,手法の適用可能範囲を明らかにする.開発手法を用いて熱・物質移動を伴う液膜内流れの温度速度を同時計測することにより,温度速度相関など現象の詳細を解明し,車載用吸収式冷凍機の小型化,エネルギー高効率利用技術に寄与する.平成26年度までにピエゾアクチュエータで対物レンズ位置を視線方向に移動させながら,二次元的な温度速度同時計測を行った.ピンホールを用いたデフォーカス法や寿命法,二色法についても試験を実施した.その結果,寿命法,二色法,デフォーカス法はいずれも検出可能な光量が非常に小さくなり,画像中のノイズや大きく,信号強度の変動幅が大きな画像しか取得できなかった.一方,単波長の強度法を用いてS/N比の高い測定をした場合の測定分解能が高いことがわかった.平成27年度は,断面スライス法による温度速度同時計測法をベースとして液膜流れの温度速度計測を行った.T字型の合流部を持つ金属製マイクロチャネルとペルチェ素子を用いて局所的に最大4°Cほどの温度差を持つ流れを作成し,その温度や速度分布を測定した.その結果,ペルチェ素子のON,OFFの瞬間に極めて大きな速度変化が生じる現象を見出した.特別な機械的構造を必要とせずペルチェモジュールの通電のみの非接触な方法で流速に大きな変化が生じることからポンプやマイクロミキサとしての応用を期待でき,また,液膜流れでも同様の現象が生じ得る.これまでに報告例のない興味深い現象であるため,この現象の詳細について更に研究を進める.平成27年度はT字型の合流部を持つマイクロチャネルを用いて温度差を持つ流れを作成し,その温度と速度分布の計測を計画し,これを予定通り遂行できた.複数のペルチェ素子による加熱冷却と金属製チャネルを利用することによって,合流前の液体温度を制御し,これらに24°Cの温度差を与えることにも予定通り成功した.実験では,ペルチェ素子への通電開始または遮断と同時に,温度に変化が現れるより早く,急激な速度変動が生じる現象を見出した.また,T字型合流部に流入する温度差のある水が,極低レイノルズ数流れであるにも関わらず,合流部で成層する現象,合流後には旋回しながら流出する現象も見出すなど,順調に進展した.本研究では機能性中空マイクロカプセルを利用し,濃度変化を伴う作動流体に適用可能な,微小スケール流れの温度と速度を同時計測する手法を開発した.まず,低入熱で高輝度,かつ出力の安定した高出力パルスLED光源を開発し,専用の高電流発生器を二種類開発した.平成27年度以降,T字型の合流部を持つ金属製マイクロチャネルとペルチェ素子を用いてマイクロミキサーを作成した.

流路幅は0.51mmであり,T時合流部の上流で,局所的に最大4°Cほどの温度差を持つ流れを作成できる.本研究ではこのT字合流部近傍における温度や速度分布を測定し,マイクロミキサーとしての性能を評価した.その結果,ペルチェ素子のON,OFFの瞬間に極めて大きな速度変化が生じる現象を見出した.特別な機械的構造を必要とせずペルチェモジュールの通電のみの非接触な方法で流速に大きな変化が生じることからポンプやマイクロミキサとしての応用を期待できる.流れ方向に電気浸透力が発生したためと考えられ,液膜流れの制御においても同様のアプローチを取ることが出来る.このT字型マイクロミキサーではペルチェ下部にて温度勾配,粘度勾配が生じ,その結果として合流部で流れが成層し,下流に向けて旋回しながら流出する.本研究ではこの現象に着目し,チャネルサイズやペルチェモジュール出力と,流れ場の温度や速度分布,T字合流部流れの混合促進効果などとの関連を調べ,液膜流れなどのマイクロミリスケールの流れへの本現象の応用,活用技術について検討した.熱の有効利用の観点から近年,マイクロチャネルや液膜など1mm以下の小さな熱流動システムが増えている.これらの研究では流れの可視化が多用される.ここでは微小スケール流れの可視化に適用可能で,市販の安価なLEDを利用できる高出力パルスLED光源を開発した.また,温度が変化する微小スケール流れとして,T字型合流部を有するマイクロミキサーを開発した.ペルチェモジュールによる加熱冷却に起因する粘度勾配を利用して,微細加工等の必要なく流れを合流部で成層させ,旋回しながら流出する新しいミキサーである.ペルチェの通電時,停止時にはこれまでに報告例のない電気浸透力による急激な速度変化がみられた.平成26年度は(1)高出力パルスLED/LD光源の開発と発光特性評価,(2)断面スライス法による温度速度計測法開発を計画していた.(1)では,1WクラスのLEDに極短時間のみ大電流を通電するシステムを作成した.通常は300mA程の電流で動作させるLEDに,1μ秒の極短い時間のみ10Aほどの大電流を流し,低発熱で高出力を得る強力なパルス光源を開発した.発光強度の時間的な安定性や応答速度など基本性能について,フォトダイオード等を用いて評価した.(1)は計画通りに進展した.(2)では,対物レンズ位置を視線方向に移動させながら,二次元的な温度速度計測を試みた.ここまでの計画については順調に進展し,T字型合流部を持つ流れ場において温度差を持つ液体流れの温度,速度を評価した.一方,平成27年度以降を見据えた予備試験を複数実施した.対物レンズにピンホールを設置しない状態でのピンボケ効果を利用した三次元三成分の速度計測法を,強度法,二色強度法,寿命法といった異なる温度計測法と組み合わせて,三次元四成分の温度速度同時計測法を開発することのフィジビリティスタディを実施した.ピンホールの無い状態であっても,二色強度法では光源強度やトレーサーからの蛍光強度の制約によって,画像中のノイズが大きく,信号強度の変動幅が大きな画像しか取得できなかった.寿命法の場合は励起光源にパルスレーザーを用いれば一定の信号強度を得ることができたが,LEDでは信号を取得できなかった.また,単波長の強度法を用いてS/N比の高い測定をした場合の測定分解能が高いことがわかった.前項に示したとおり,T字型の合流部を持つマイクロチャネルを用いて温度差を持つ流れを作成し,その流れの詳細を調べた結果,これまでに報告例がなく,興味深い3つの現象を発見した.
視覚障害者用タイピング訓練システムの開発

視覚障害者用タイピング訓練システムについて、システムの試作及び訓練課題(データ)の選定、更に視覚障害者のタイピングの際の誤りとスピードについて、詳細な検討を行った。タイピング文節数は、被験者間の違いが認められ、通常の訓練では、コンピュータの使用経験の違いを半年間では吸収できないことが明らかとなった。また、タッチメソッドが有利というわけでもなく、弱視者のように画面が若干でも見ることができる場合は見てしまう事があっても、大学生としての文書処理には大きな影響はないといえよう。更に、変換の誤りについてみると、全盲学生群では07.55%、弱視学生群では011.4%であり、同レベルの水準ということができる。これらを参考にして、訓練データの作製を開始するとともに、システムの試作と、訓練データの組み込みを現在実施中である。システムについては、予算の関係により、ほとんどを現有機器を用いて構成した。なお、そのために人件費等の出費が予定を上回った。タイピング姿勢のビデオ記録とそのoff-line解析による身体各部位の数値化を目的としては、コンピュータへのビデオ取り込み装置、解析装置のインストールを行った。同時に、タイピング時の指の軌跡の解析ソフトを作成し、データの取り込みを行った。一方、日本語文作成時の指の動きについての検討では、前述の軌跡の解析とともに、タイピング時にタイプするそれぞれのキーの回数について検討を行った。スペースキーの押下回数はがなり多いが、これは変換の際に用いられるものなので、除外した。最も多く押されるキーは、i.o.aの母音であり、それぞれ全体の一割を越えていた。これらに続き、u.nなどが多くなっている。日本語文作成における、これらのキー押下の特徴を考慮しながら、システム全体の構成を検討した。総合的訓練システムは、第一にタイピング位置の習得、第二に日本語キー押下の特徴の把握、第三にタイピング速度の高速化の三段階とした。システムはOn-lineのミスタイピング指摘、自動的訓練速度の高速化を目的としたが、現段階では、一部Off-lineの教示システムに留まっている。前述の通り、訓練課題の選定に時間がとられており、この課題を解決の後、最終的なOn-line支援システムを作成終了予定である。平成9年度は、特に、(1)システムの試作、(2)タイピング結果の自動解析・評価システムの開発、(3)解析・評価結果の練習者へのフィードバックシステムの開発、及び(4)訓練課題(データ)の選定が主題となったが、(4)との関連において、視覚障害者のタイピングの際の誤りとスピードについて、詳細な検討を行った。結果は以下の通りであった。タイピング文節数は、90文節から250文節と被験者間の違いが認められ、コンピュータの使用経験の違いを半年間では吸収できないことが示唆された。また、このこととは別に、タッチメソッドが有利というわけでもなく、弱視者のように画面が若干でも見ることができる場合は見てしまう事があっても、大学生としての文書処理には大きな影響はないといえよう。この種の典型例として、「潜る」「僅か」などを挙げることができる。

それぞれ全くの誤りではないが、国語辞典によると仮名書きが適当と記されており、原文においても仮名で記されているものである。変換キ-を押せば殆ど使われないような文字でも記すことができるという、コンピュータによる文書作成に特徴的な現象である。これらを参考にして、訓練データの作製を開始するとともに、システムの試作と、訓練データの組み込みを現在実施中である。システムについては、予算の関係により、ほとんどを現有機器を用いて、完成できるよう努力中である。なお、そのために人件費等の出費が予定を上回っているが、研究完成に支障はないと思われる。平成10年度は、タイピング姿勢のビデオ記録とそのoff-line解析による身体各部位の数値化を目的として、コンピュータへのビデオ取り込み装置、解析装置のインストールを行った。同時に、タイピングの指の軌跡の解析ソフトを作成し、データの取り込みを行った。また、平行して、訓練課題の選定を行ったが、実際的にはこの部分について研究がほとんどなく、必要以上に時間を要し、今後も調査を継続の予定である。一方、日本語文作成時の指の動きについての検討では、前述の軌跡の解析とともに、タイピング時にタイプするそれぞれのキーの回数について検討を行った。スペースキーの押下回数はかなり多いが、これは変換の際に用いられるものなので、除外した。最も多く押されるキーは、i,o,aの母音であり、それぞれ全体の一割を越えていた。これらに続き、u,nなどが多くなっている。日本語文作成における、これらのキー押下の特徴を考慮しながら、システム全体の構成を検討した。総合的訓練システムは、第一にタイピング位置の習得、第二に日本語キー押下の特徴の把握、第三にタイピング速度の高速化の三段階とした。システムはOn-lineのミスタイピング指摘、自動的訓練速度の高速化を目的としたが、現段階では、一部Off-lineの教示システムに留まっている。前述の通り、訓練課題の選定に時間がとられており、この課題を解決の後、最終的なOn-line支援システムを作成終了予定である。
構造化ゲルと化学反応場の協働による運動創発

スライム型ロボットの研究では,分子ロボットの「スケールの拡大」を目指した.具体的には,高分子ゲルを反応場として,ミリメートル・オーダーの非均質な反応空間を生成し,その中でさまざまな分子デバイス群を動作させる.このコンセプトにより,最終的には,走性のような機能を目指している.得られた成果としては,分子デバイスのゲル内での反応/拡散の挙動の定量的な測定に基づいてそれを制御する方法,各種の新しいゲルアクチュエータの開発,ゾル・ゲル相転移を制御する方法,ゲルのセル空間上に定義された離散的な反応場をプログラムするためのゲルオートマトンと呼ばれる理論的枠組みなどがあげられる.(1)システム設計:スライムロボットの本体となるゲルの物性をモデル化するために、DNA鎖のゲル内拡散定数やハイブリダイゼーション効率などについて、定量的に測定する方法を確立した(村田)。シンプルな仕組みを有する群ロボットシステムをシミュレーションベースで検討した。簡単な場と力学的な相互作用を導入することで搬送、選別、マニピュレーションなどが可能になることを示した(菅原)。反応拡散場を離散化したモデル「ゲルオートマトン」を提案した。これはゲルと溶液の混合系として両者の利点を併せ持っており、スライム型ロボットの本体として有望と考えられる(萩谷)。(2)反応拡散場の実装:村田の協力と川又の努力のもとに、DNAを架橋とするアクリルアミドゲルを用いてゲル塊を片側から成長させ逆側から分解する実験を行い、分解には成功した。ゲル空間における情報処理に関しては、上記のゲルオートマトンを提案し、その実装のための基礎実験(ゲル壁の分解と構築)を行った(萩谷)。知能班の藤本の開発した光応答性人工塩基cnvKを組み込んだDNAゲルモチーフを作製し、光によるゾルーゲル相転移性能を評価した(村田)。(3)ゲルアクチュエータの開発:50μm以上の光応答性球状DNAゲルを開発し、3ー4分程度で完全崩壊させることに成功した(目標は秒オーダ)(浅沼)。配向を電場とせん断場によって精密制御した有機色素/無機ナノシート液晶/感熱性高分子複合ゲルを合成し、その異方的変形特性を明らかにした。さらに、構造色、蛍光性、高速の大変形特性をもつ新規無機ナノシート液晶を合成し、その特性を明らかにした(宮元)。鉄錯体・フェロインを触媒とするBZ反応駆動ポリマーゲルの創製に成功した。このゲルは7分周期、7%の伸縮を示し、一次元方向への若干の移動も観察された。さらに、ポルフィリン誘導体がBZ反応を制御することを明らかにした(有村)。システム設計●萩谷:溶解・再建可能なゲル壁で仕切られたセルによるセルオートマトンの研究を進め、セル間で多様な通信が可能であることを示した。拡散のみ可能なゲルカプセルによるセルオートマトンに関して、光によるフェーズを設け、状態遷移とセル間の通信を比較的単純な反応系で実現した。村田・菅原:セルオートマトンの枠組みでゲルオートマトンをとらえ、実現可能な問題の提案を行った。状態遷移が一度の制約下で実現可能な応用例として、迷路問題と、構造物形成問題を含む同一パターン生成の可能性を検討した。反応拡散場の実装●有村:DNA反応系を封入可能なマイクロゲルビーズの分子設計を行った。カチオン性、アニオン性ゲルビーズを気液界面上で自己集合させ、六方格子模様に組織化した。ビーズのカプセル部位が特定の蛍光分子のみを透過拡散可能であることを見出した。村田:東北大学川又生吹助教を連携研究者として、バイナリ状態遷移の酵素・DNA反応系による実装を提案、実現性を確認した。単純な論理ゲートをマイクロゲルビーズに内包させた系で状態遷移カスケードを実装できた。ゲル上の格子システムの実装系を構築し、論理演算と隣接セル間の通信を実現した。ゲルアクチュエータの開発●有村:フェロインを触媒とするBZ反応ポリマーゲルを一元反応場でクリープ移動させる反応条件を見出した。DNA信号を補足するインタカレータ部位を有するポリマーゲルを合成した。宮元:マイクロセル型ゲルオートマトン合成に向け、分散重合法によるゲル微粒子の合成手順を確立した。分子信号増幅機構を持つゲルアクチュエータ開発に向け、メソポーラスシリカ内包ゲルを合成した。浅沼:光応答性Nucleosphereに抗がん剤Doxを取り込ませ、400nmの可視光照射によるDox放出を試み、Nucleosphere崩壊に伴うDox放出を確認した。400nmの可視光照射の有無でガン細胞生存率の優位な差が見られた。(1)システム設計萩谷:ゲルオートマトンの計算能力に関する研究を継続し,ゲル壁が溶解・再構築を繰り返すタイプのゲルオートマトンによって任意のブロックセルオートマトンが実装できることを示した.分子ロボットのハイブリッドコントローラの設計を行った.菅原:単純なダイナミクスを組み込んだ群ロボットの集団的な振る舞いについて検討し,集団の一部のロボットや壊れているロボットを環境改変に活用することで集団としての合理的な行動ができる仕組みを提案した.(2)反応拡散場の実装村田:マクロなゲルオートマトン上で1ステップの論理演算の実装に成功した.一次元空間において,ゲルーゾル,ゾルーゲル相転移の制御により,ゲル部分を平行移動させる(短期目標)を達成した.有村・萩谷:一本鎖DNAを信号分子として内包したメゾスケールビーズを自己組織化させ,隣接ビーズ間での通信に成功した.宮元:ゲルオートマトン作成のため,マイクロ流路法によるゲル微粒子合成手法を確立した.

30300μmの粒径の単分散ゲル微粒子が得られ,ナノシートの内包にも成功した.原:外部刺激によりサイズや網目密度を変えるゲルビーズを目指して,外場の温度変化に応答して膨潤収縮起こすNIPAAmを主鎖とする1mm以上のゲルビーズの合成検討を行った.(3)ゲルアクチュエータの開発有村:拡散速度を光によって制御可能なゲルアクチュエータの分子設計に成功し,光刺激に対応して分子拡散性が変化することを見出した.浅沼:名大岸田教授との共同研究で,800 nmのパルスレーザーを用いた二光子励起により,可視光応答型アゾベンゼンのシス体への異性化を実現した.また,ゲルオートマトン実装のための人工核酸の合成,およびDNAと直交する人工核酸を用いた論理ゲートを実現した.宮元:無機/高分子複合型異方性ゲルアクチュエータの合成法を改善し,7cm四方の大型ゲルシートや,非対称な配向を導入したゲルの合成,様々な形状を持つゲルの合成が可能となった.(1)システム設計萩谷・村田:ゲル壁を信号DNAが拡散するタイプのゲルオートマトンの計算能力に関する研究を進めた.萩谷:ゲルオートマトンによる学習の可能性について検討し,ニューラルネットワーク等に応用するべく,セル間の経路形成の分散アルゴリズムを開発している.菅原:ロボット集団としての合理的な行動ができる仕組みについて,シミュレーションによる定量的な解析と実機による小規模な実験を行った.(2)反応拡散場の実装村田:マクロゲルオートマトンにおいて,望まない核酸により論理演算のカスケードがうまく働かない問題があり,反応系の単純化および非拡散分子のセルへの固定法の開発に取り組んでいる.有村:DNAの拡散速度と分子構造の相関を明らかにすることが課題である.宮元:マイクロ流路システムの立ち上げに時間を要したが,ゲル微粒子合成が成功し,おおむね計画通り進んでいる.原:外温度刺激に応答する1mm以上のゲルビーズの開発を,NIPAAmを主鎖とするポリマー鎖で検討している.pHや温度条件によって後架橋が可能な部位を共重合することにより,直接ゲル化が可能となる条件を見出した.本方法を応用した遠心分離法によるゲルビーズの作製法を検討している.(3)ゲルアクチュエータの開発有村:光制御可能なゲルアクチュエータの分子設計・合成には成功したが,異方性を見出すには至っておらず,更なる検討が必要である.浅沼:ミリメートルサイズの光応答性ゲルではtrans-アゾベンゼンの吸光度が大きすぎるため光が透過しない問題は,パルスレーザーによる二光子励起により解決の道筋が見えた.開発した人工核酸で,DNAと同等の分子マシンおよび論理ゲートを設計できることを実証した.宮元:DNAゲート型無機多孔体の合成に一部成功したが,これを利用した分子情報増幅機構を持つゲル合成は今後の課題である.形状や配向の無機/高分子複合型異方性ゲルが作成できることが実証され,ゲルロボットを作製する準備が整った.(1)システム