hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
NOAA,OrbView2衛星受信解析装置とGISを用いた我が国汚染水域の水質モニタリング

1.本学に設置されている衛星画像受信解析装置を用いて、NOAA-12,15,l6,17号とOrbView2衛星データの受信処理をルーチンワークとして行った。またNOAA衛星データ受信時に北海道近海、サロマ湖・網走湖の水温画像を作成し、当研究室のホームページに試験的に公開した。(1)低層の雲やガスの影響と思われる水温異常値(値が低すぎる)を、品質管理で使われている3σ法を用いて削除した。その結果、2003年サロマ湖において、3σ法の適用前は160日分の日最高水温が、3σ法適用後は140日分となり、またMCSST(多チャンネル海面温度)計算値の実測値(水深60cm)に対するRMS誤差は、3σ法適用前後で4.4°Cから1.4°Cへと改善された。(2)MCSST計算には全海洋に適用できるグローバルな経験係数A,B,C,D,Eが通常使われている。しかし、ある海面に特有の最適なローカル係数が考えられる。2003年4月8日12月5日のサロマ湖において、このローカル係数を求めた。実測値に対する同定誤差はやはりローカル係数のほうが良く、特に5°C以下では、グローバル係数を用いた水温計算値はローカル係数を用いた場合より低すぎるという結果が得られた。3.外洋域(Case1水)のクロロフイルa濃度推定に使われているOC2-v2,OC4-v4式は、網走湖ではクロロフイルa濃度が大きいときに過小評価され適用できないことが分かった。1997年6月2000年10月までの網走湖における34日間にわたる観測結果より、植物プランクトンの光合成に必要な光の吸収帯の中心は670nmにあり、蛍光放射帯の中心は700nmにあることが明らかとなった。そこで、網走湖のような汽水湖や沿岸水(Case2水)のクロロフイルa濃度の推定式として、670と700nmのリモートセンシング反射率比を用いた4次、6次単回帰式を提案した。本研究で得られた成果を以下に箇条書きにする。1.本学に設置されている衛星画像受信解析装置を用いて、NOAA-12,15,16,17号とOrbView2衛星データの受信処理をルーチンワークとして行った。2.TeraScanシステムがサポートしているsplit-window法を用いてNOAA-12,15,16,17号のAVHRRテータによるMCSST(多チャンネル海面温度)計算を北海道近海、サロマ湖に適用し、衛星データ受信時に各パス毎の水温画像及び日最高水温時系列画像を作成した。その後、これらの水温画像を、ホームページサーバにアップロードし、(1)北海道近海、サロマ湖の最新水温画像(2)2002年2月14日からの北海道近海、サロマ湖の日最高水温時系列画像(3)携帯電話用のサロマ湖の最新水温画像以上の水温画像を当研究室のホームページhttp://water.civil.kitami-it.ac.jp/noaa/index.htmlに公開した。3.海面温度計算のための経験的係数及び雲・陸域検出のための経験的パラメータは、それぞれグローバルな値を使っているため、上記公開の水温画像はまだ試験運用の段階であり、今後当該地域に最適なローカルな値を求めなければならない。経験的係数については、サロマ湖の45点の水温実測値を用いて、経験的係数を修正するアルゴリズムを作成し1パスに適用したが、グランドトルースデータが少なく、平成15年度に実証的研究を行う。4.雲があるときの水温計算値の補間については、統計的手法より3次元水温数値解析の結果を使うのが妥当であり、現在準備中である。また、OrbView2/SeaWiFSデータによるクロロフィルa濃度推定については、実測データと比較しながらCase 2水用の最適アルゴリズムを検討中である。

1997年6月2000年10月までの網走湖における34日間にわたる観測結果より、植物プランクトンの光合成に必要な光の吸収帯の中心は670nmにあり、蛍光放射帯の中心は700nmにあることが明らかとなった。そこで、網走湖のような汽水湖や沿岸水(Case2水)のクロロフイルa濃度の推定式として、670と700nmのリモートセンシング反射率比を用いた4次、6次単回帰式を提案した。
遺伝子損傷性官能基を遊離可能な形で持つヌクレオチドの創製と応用

本年度は遺伝子損傷性官能基を遊離可能な形で持つオリゴヌクレチドを調製し、これをsite-specificなDNA損傷の生成に用いることを目指した。遺伝子損傷性官能基として、まず合成の容易なN-ニトロソジエチルアミン誘導体を用いた遺伝子損傷性オリゴヌクレオチドの調製を試みた。5'にリン酸基を持つオリゴヌクレオチドとα-acetoxy N-nitrosodiethylamineを反応させることにより、N-ニトロソジエチルアミングループを5'末端に持つオリゴヌクレオチドの調製に成功した。望みの修飾が起きていることは、酸処理によりもとのオリゴヌクレオチドに戻ることにより、確認した。そこでこのオリゴヌクレオチドをDNAの特定部位にアニールすることを試みたが、65°C15分と37°C15分という通常のアニーリングの条件でN-ニトロソジエチタルアミングループが脱離してしまうことがわかった。そこで安定性を再度検討した結果、ニトロソピロリジン誘導体は十分な安定性を持つことがわかった。そこで、5'末端がリン酸化された10-mer、5'-pCATGCCTGCA-3'をα-acetoxy N-nitrosopyrrolidineと反応させ、ニトロソピロリジングループを5'末端に持つオリゴヌクレオチドを合成した。現在その精製と性質の確認を進めている。
高率にSalmonella Enteritidis汚染卵を産出する鶏モデルの確立

【目的】Salmonella Enteritidis (SE)は他の血清型に比べて卵から多く検出されるが、その汚染機序には不明な点が多い。そこで、卵管内、クロアカ内あるい静脈内へSEの投与を行い、高率に汚染卵を産出する実験モデルの作成を試みるとともに、汚染卵産出の機序について検討した。【材料と方法】3747週齢のDeKalb-TX35 (White-Leghorn系)を用い、10^7CFUのSEを、卵管内に1回投与した群、3日間連続して卵管内に投与した群、クロアカ内1回投与群、および静脈内1回投与群の4群に分けた。投与後毎日各群から得た卵を回収し、卵殻の外面、内面、および卵内容に分けて検査した。また、投与後4日目と7日目に各群剖検し、卵巣、卵管(漏斗部、膨大部、狭部、子宮部、膣部)、卵管内の卵、クロアカ、肝臓、脾臓から材料を採取してSEの有無を調べた。卵管各部とクロアカについてはスワブ材料を採取してSEを定量的に測定した。【結果】卵管内投与群においては両群ともクロアカ内投与群よりもSE汚染卵数が多く、卵内容からSEが検出された例もあった。3回連続卵管内投与群では投与後47日の間で1回投与群よりもSE汚染卵数が多かった。卵管内投与群とクロアカ内投与群の両群では卵管下部からSEが検出され、とくに、3回連続投与群では膣部での検出率および菌数がともに高かった。剖検時に採取した卵管内投与群の卵管内の卵にはほとんどSEが検出されなかった。静脈内投与群から得た卵では卵内容からSEが検出された。クロアカと盲腸からは、どの群からも高率にSEが検出された。【考察】卵の内部から検出されるSEには上部生殖器、とくに卵巣経由で侵入する場合と、卵管下部で卵殻に付着した後に侵入する場合があると考えられた。本実験で用いた卵管内投与群は、従来のクロアカ内投与、静脈内投与に比べ、汚染卵の産出数が高く、鶏卵汚染メカニズムの解明に有用な方法であると考えられた。
肝胆道腫瘍遺伝子治療のための新世代アデノウイルスベクターの開発

我々は以前より自殺遺伝子を発見する組換えアデノウイルスを用いた遺伝子治療の基礎研究を行ってきた。自殺遺伝子療法は癌細胞特異的に遺伝子導入効率を高めることができれば、さまざまな癌種において最も確かな効果が期待できる。しかし癌細胞が活性化された薬剤そのものに耐性である場合が存在すること(Cytosine Deaminase/5FCの系においては活性化された5FUに耐性をもつ癌細胞がある)が問題となっていた。5FUは固形癌の治療に汎用されるが、単独での奏功率は低く耐性が多い。哺乳類細胞では5-FUは複数の経路で代謝され、主にFUTPとFdUMPが細胞毒性を発揮するが、5FUがFUMPになる最初の反応が1つの律速段階となっている可能性がある。我々は大腸菌にUracilをUMPに変換するUracil phosphoribosyltransferase(UPRT)が存在することに着目し、大腸菌UPRT遺伝子を組み換えアデノウイルスベクターで各種消化器癌細胞に発現させ5FUを効率よくFUMPに変換することで、5FUに対する耐性を克服できないか検討したところ、UPRT遺伝子を導入された細胞では5FUに対する感受性が6.3-100倍上昇した。ヒト癌を皮下に移植した動物モデルを用いた検討では、5FUの全身投与のみでは腫瘍は縮小しなかったが、ウイルスと5-FU投与による治療群では著明な腫瘍縮小効果が得られた。大腸菌UPRT遺伝子をを導入効率の高いアデノウイルスベクターで癌に導入するまったく新しい方法で、5-FUの耐性を克服できる可能性がある。
尤度に基づく生態的データのための新しい統計的解析法

生態データ、とくに野外でのそれは、空間的な相互依存性や不均一性、個体差などの特徴を持つだめ、当然考慮すべきと考えられる効果をフルに組み込んだ統計的なデータ解析は純然たる実験的な場合を除けば容易ではなく、実際には近似的な単純化された解析が行なわれるのが普通であった。本研究では、とくに生態データの解析のためのベイズモデルや神経回路網モデル、擬似尤度モデルなどを開発した、従来の方法では推定できなかった構造や機能を観測データから抽出することに成功した。林冠構造の三次元構造をMCMC(マルコフ連鎖モンテカルロ)法により推定する方法を開発したのをはじめ、階層ベイズモデルにより植物の親個体との空間的な位置関係および親個体による生存率のちがいや種子散布パターンの個体差などを考慮しての空間的な遺伝的構造の分析、動物の攻撃的行動を階層ベイズモデルや学習を伴う現象を扱うための神経回路網モデルで扱った分析などを行なった。また、これらの方法が、既存の方法、たとえば伝統使われできた分散分析、重回帰分析、分割表の解析などにくらべて、現実により沿ったモデルの構築を行なっているために、当然であるはいえ、推定の偏りが小さく、現実には存在する構造や機能のあらわれを見逃すことが小さいことも示された。とくに、階層ベイズ法(とマルコフ連鎖モンテカルロ法)は、個体差、場所の差、時間的変動など、同時に複数のレベルに起因するばらつきを扱わなければいけないことの多い生態データの解析では、適用範囲が相当に広いと考えられる。生態的データにおいて複雑さの主要な構成要素となるのは個体差および種内と種間を含めた個体間の相互作用である。とくに個体差については、測定されている量に帰すことのできない個体間のちがいがしばしば重要な役割を果たす。おもに森林に関するデータを用いて、階層ベイズ法に基づく方法で個体差を扱う方法について検討し、マルコフ連鎖モンテカルロ法を改良して適用した。得られた推定値は従来のような単純な方法に比べて相当の改良を見ていると考えられる。また、おもに動物行動のデータを用いて、階層ベイズ法や経験ベイズ法、混合モデル(ロジスティック変数およびボアソン変数)を用いて、個体差とおもに種内の個体間相互作用がそれぞれ単独で存在する場合および両方が存在する場合を検討した。データを得る過程に問題がある等の原因で、不完全データとなる場合については、充分ではなく、さらに検討を要する。個体差などは、ロジスティック変数およびボアソン変数においては過分散(overdispersion)として現れ、統計的解析の結論に大きな影響を与える。過分散に対しては、数種類の内容的に異なる対策が適用されている。その間の異同を分散の大きさだけでなく得られる過程のちがいも含めて検討し、データの特徴に応じて適応的に対策を変化させる方法について検討した。また、複数の集団や生息場所間での変量のあいだの関係の分析についても、階層ベイズ法や経験ベイズ法などにより、場所などにより異なることが多い測定精度の効果を取り込む方法を検討した。
生体肝移植における過小グラフトの血行動態に関する臨床研究

GV/SV比40%以下のグラフトを含む左葉グラフトを用いた生体肝移植でも成績は良好であった(1年生存率100%、5年生存率94%)。左葉グラフト移植後に門脈血流量の著明な増加が認められた。また移植後門脈圧と移植後二週間の一日平均腹水量に相関が認められ、移植後の門脈圧が25mmHg以上の症例では大量の腹水が認められた。移植後門脈圧が25mmHgでは脾動脈結紮、脾摘などの門脈流量調節が必要と考えられた。生体肝移植において私どもの教室ではドナーの安全性を考慮し、一貫して左葉グラフトを用いている。左葉グラフトは右葉グラフトに比べ容積が小さく、移植後に過剰な門脈血流負荷がかかりグラフト障害の原因になるとする報告がある。しかしながらグラフトサイズの基準は明確なものではなく、左葉グラフトでも良好な成績が報告されている。左葉グラフトにおける移植前後での肝血行動態の変化に関する詳細な検討を行った。対象と方法2004年1月から2006年12月までに行った生体肝移植23例中成人生体肝移植18例(18歳以上)を対象とした。グラフトは全例で尾状葉を含まない左葉グラフトを用い、グラフト容積(GV)の標準肝容積(SV)に対する比(GV/SV比)が30%以上を左葉グラフトの適応基準とした。門脈血流の調節のために脾摘、門脈下大静脈シャント作成等は施行しなかった。12例においてトランジットタイム超音波血流計を用いた肝動脈、門脈血流測定を行った。ドナーでは肝離断開始前、レシピエントでは胆道再建前に血流を測定した。結果肝血行動態の変化GVは402±769(range:280g-570g)、GV/SV比は37.6%±5.6%(range:26.1%-46.5%)であり、14例中9例でGV/SV比が40%以下であった。再潅流後の門脈血流量はドナーの門脈血流量より増加した。一方で肝動脈血流量には有意な変化は認められなかった。全肝血流量に対する門脈血流量の比率は移植後に92%と著明に上昇した。GV/SV比と100gグラフト重量当たりの門脈血流量に弱い負の相関が認められた。術後グラフト機能の評価移植2週間後にほとんどの症例で肝機能の回復が認められたが、14例中2例でAST上昇の遷延、3例で総ビリルビン値上昇の遷延が認められた。C型肝炎の再燃、拒絶反応、感染症が原因と考えられたいずれも適切な治療により回復した。術後2週間の腹腔ドレーンからの1日排液量の平均が1リットル以上認められた症例が5例あったが、最終的には全症例で腹水が減少し、ドレーン抜去可能となった。14例全例生存中である。結語左葉グラフトはGV/SV比40%以下のグラフトとなる可能性が高く、グラフトへの門脈血流量も多量であることが多くなるが、適切な術後管理により良好な生存率が期待でき、グラフト選択肢として重要と考えられた。成人間生体肝移植における左葉グラフトは過剰な門脈血流負荷がかかり、グラフト障害を来す可能性がある。今回、移植時に門脈血流量調節の必要があるかを検討した。左葉グラフトを用いた成人生体肝移植19例中、門脈圧を測定した11例を対象とした。移植前の門脈圧が20mmHg未満を低圧群、20mmHg以上を高圧群に分け、移植前後での血行動態を検討した。低圧群では移植後に門脈圧は有意に上昇した(13→20mmHg)。高圧群では有意な変化は認めなかった(26→22mmHg)。移植後の門脈圧は両群問で差を認めなかった。門脈血流量は低圧群では移植の前後で有意な変化は認めなかったが(1,108→732m1/min)、高圧群では移植後に有意に上昇した(625→1,464ml/min)。高圧群、低圧群ともにグラフト不全となった症例は認められなかったが、移植前に門脈圧が高い症例では移植後に血流増加が認められ、術後に過剰な腹水が認められた。今回の検討で門脈圧の上昇により、類洞圧が上昇し、腹水量が増加することが予想された。移植後の門脈圧が20mmHg以上になると高ビリルビン血症や凝固障害を来し、グラフト不全に陥る可能性が高くなることが報告されている。

今回の検討でも一日腹水量が1000mL以上の症例では門脈圧が20mmHgを超えており、門脈圧が高い症例ではなんらかの血流調節をした方が、術後管理の点からは有利であると考えられた。これまで左葉グラフトを用いた成人間生体肝移植における血行動態の変化について検討してきた。その結果、左葉グラフトを用いた肝移植ではグラフト容積・標準肝容積比が平均37%であり、ドナーの左葉に流入する左門脈血流量と左全肝の血流比61±23%が左葉グラフト移植後のレシピエントでは全肝血流における門脈血流量の比率が89±11%と著明に増加することを明らかにしてきた。そのため成人例ではグラフトに過剰な門脈血流負荷がかかり、遷延する腹水が認められる症例がある。しかしながら小児の生体肝移植における肝血行動態の変化に関してはほとんど知られていない。今回の検討では小児の胆汁うっ滞性肝硬変(胆道閉鎖症)における全肝血流における門脈血流比は32±15%と著明に低下しており、移植後には門脈血流の占める割合は73±18%にまで回復した。これは移植前の左葉グラフトにおける左門脈血流・左全肝血流比69±15%と有意差のない値であった。小児例では移植後に遷延する腹水が認められる症例はなかった。小児の肝移植ではグラフト容積・標準肝容積比が成人と異なり99.9±26.7%とほぼ理想的なグラフトサイズが移植されることになり、成人例と異なり血行動態が移植後にほぼ正常な比率に是正されることが示された。
電気化学発光による新規覚せい剤検出原理の確立とスクリーニング分析法の開発

平成29年度までに発光プローブであるトリス(2,2'-ビピリジル)ルテニウム錯体(Ru(bpy)32+)を含む溶液に対して電位を印加すると、覚せい剤であるメタンフェタミン(MA)の共存条件下では電極表面から発光することが確認されていた。この電気化学発光(ECL)の挙動は、共反応物の種類によって変化することを確認しており、電位変調法を用いた手法を用いることでMAと鎮咳薬成分であるメトキシフェナミンなどの類似薬物を区別して検出できることが示唆されていた。平成30年度は本法をMA検出法へ展開するため、薄層およびペーパークロマトグラフィーと組み合わせたECL検出チップの製作を行った。先ず、カーボンを作用電極および対極として塗布したガラス基板上に、銀/塩化銀ペーストを固定した電気化学分析チップを試作した。試作したチップについて評価するため、MAおよびRu(bpy)32+の混合溶液に対して、サイクリックボルタンメトリーを行った。その結果、通常のバルク中における電気化学およびECL挙動に類似した挙動を示すことが確認された。そこで、分離分析と組み合わせた分析チップに展開するため、その基板上に定量用ろ紙を固定化することでペーパークロマトグラフィーECL分析チップとした。このECL分析チップについて、MA / Ru(bpy)32+系のECL挙動を調べたところ、MA濃度に対応したECL強度が得られることが分かった。続いてMAを含む試料をスポットしたECL分析チップについて、Ru(bpy)32+を含む溶媒で展開させながらECL検出を行ったところ、MAに対応した位置にECL応答が現れることが確認された。この結果について、本基金で整備したガスクロマトグラフィー/質量分析による結果との比較検討を行ったところ、良い一致を示した。簡便な分離検出用のECL分析チップとしての利用が期待されたことから、市販薬等に含まれているメチルエフェドリンについても同様に検討を行い、MAとの分離条件の検討を行った。研究実績の概要の記載のとおり、覚せい剤であるMAを含む溶液について、薄層およびペーパークロマトグラフィーと組み合わせたECL分析チップを用いることで、妨害成分を含む試料中からのMAの選択的な検出の可能性が示唆された。また、電位変調ECL分析法と組み合わせることで、上記のクロマトグラフィーでは完全に分離することが困難であるMAとその類似化学種とを区別した検出法としての展開が期待されており、スクリーニング分析法としての応用を視野に研究を遂行している。現在、MAおよび類似薬物群のECL反応機構の速度論的な考察を行うため、電気化学応答の詳細な解析と共に、実際の生体試料中のMA分析への応用を行っている。平成31年度以降では引き続き、試作したECL分析チップを利用したMAスクリーニング法に展開するため、生体試料中に含まれるMA分析への応用を行う(信州大学ヒトを対象とした研究に関する倫理委員会規則に則る承認番号平成28年第160号)。実際の尿試料について、ECL分析チップによる検出を行ったところ、MAが未添加の場合でも夾雑成分に由来するECL信号を示したため、本法を単純に実試料に展開することは難しいことが考えられた。そこで、比較的簡便に妨害成分を除去できる手動遠心分離器を構築し、ECL分析チップと組み合わせることでMA検出法への展開を試みる。現在までに、MAを添加した尿試料について、試作した手動遠心分離器を用いて簡便に溶媒抽出できることを確認していることから、クロマトグラフィーの展開条件の検討を含めた総合的な知見を得ることで現場分析用の簡便な分析システムとしての構築を図る。同時に、無接点電極を用いたECL検出法の開発を試みる。現在のECL分析チップは電気化学アナライザによる電位および電流の制御が必要であるが、現場分析における使用時では電気的な接続などの比較的煩雑な操作が必要であった。そこで、電磁誘導法を利用したワイヤレスECL分析チップの製作を行う。送電側のコイルに交流電圧を印加することで磁界を発生させ、もう一方のコイルで誘導起電力を発生させる。この方法は電気的に非接触の電気化学検出システムとしての展開が期待されることから、ワイヤレスECL検出システムへの展開を行う。スクリーン印刷によりガラス基板に螺旋状にカーボンをプリントすることで受電コイルとし、送電側からの磁界から誘導された起電力を利用することでワイヤレスの分析チップとし、MA / Ru(bpy)32+系の電気化学およびECL挙動の基礎的な知見を得る。上記の分離分析を含めた方法について、基礎的な検討を行うとともに、結果を取りまとめた上で学会発表および論文発表を行う。薬物の乱用は依然として我が国の大きな社会問題の一つであり、検体数の増加に伴い分析の簡便化、迅速化が大きな課題となっている。本研究では、電気化学発光(Electrochemiluminescence、ECL)法を用いて、トリス(2,2'-ビピリジル)ルテニウム錯体[Ru(bpy)32+]をECLプローブとして用いた際の、覚せい剤であるメタンフェタミン(MA)とその類似化学種のECL反応についての反応機構の解明、並びに高感度で簡便なスクリーニング分析法の開発を行っている。先ず、平成29年度はECL計測のための再現性の高いマイクロECLシステムについて、電解セルと発光計測システムの構築を行った。電極電位の制御やボルタンメトリーは北斗電工社製HAB-151Aポテンショスタット/ガルバノスタットにより行い、ファンクションジェネレータから発生させた交流波を重畳させることで、電位変調を利用した新しい電気化学測定システムの構築を行った。

同時に、電極からの発光信号を光電子増倍管によって検出し、そのシグナルをロックインアンプに導入し、電位変調ECL測定システムを構成した。構築したシステムを用いて、MAの検出に展開したところ、従来までの直流ボルタンメトリーによるECL測定の場合に比べてMAを著しく高い感度で検出することができた。さらに、その挙動を正確に調べることで、MAと類似化学種を区別して検出できることが確認され、MAのスクリーニング法としての展開が期待された。開発した方法によるMA検出方法について、本基金によって整備したガスクロマトグラフィー/質量分析計によって得られた結果とのバリデーションを行ったところ、良好な一致を示すことが分かった。現在、反応機構の詳細なキャラクタリゼーションを行っているとともに、実試料分析への展開を試みている。研究実績の概要の記載のとおり、覚せい剤であるメタンフェタミン(MA)に対して電位変調ECL法を用いることで、高感度のMA検出の可能性が示唆された。また、MAとその類似化学種と区別した検出法としての展開が期待され、選択的なMA検出法としての展開まで研究が推進している。現在、MAと類似薬物群のECL反応機構の速度論的な考察を行うため、研究を進めている。平成29年度までに発光プローブであるトリス(2,2'-ビピリジル)ルテニウム錯体(Ru(bpy)32+)を含む溶液に対して電位を印加すると、覚せい剤であるメタンフェタミン(MA)の共存条件下では電極表面から発光することが確認されていた。この電気化学発光(ECL)の挙動は、共反応物の種類によって変化することを確認しており、電位変調法を用いた手法を用いることでMAと鎮咳薬成分であるメトキシフェナミンなどの類似薬物を区別して検出できることが示唆されていた。平成30年度は本法をMA検出法へ展開するため、薄層およびペーパークロマトグラフィーと組み合わせたECL検出チップの製作を行った。先ず、カーボンを作用電極および対極として塗布したガラス基板上に、銀/塩化銀ペーストを固定した電気化学分析チップを試作した。試作したチップについて評価するため、MAおよびRu(bpy)32+の混合溶液に対して、サイクリックボルタンメトリーを行った。その結果、通常のバルク中における電気化学およびECL挙動に類似した挙動を示すことが確認された。そこで、分離分析と組み合わせた分析チップに展開するため、その基板上に定量用ろ紙を固定化することでペーパークロマトグラフィーECL分析チップとした。このECL分析チップについて、MA / Ru(bpy)32+系のECL挙動を調べたところ、MA濃度に対応したECL強度が得られることが分かった。続いてMAを含む試料をスポットしたECL分析チップについて、Ru(bpy)32+を含む溶媒で展開させながらECL検出を行ったところ、MAに対応した位置にECL応答が現れることが確認された。この結果について、本基金で整備したガスクロマトグラフィー/質量分析による結果との比較検討を行ったところ、良い一致を示した。
超高密度環境でロバスト性と汎 用性を実現した多物体追跡の研 究開発と応用

生体内・組織内における分子・細胞レベルでの静止画像・動画像・4D(3D+時間)画像の観測による生命現象の解明に関する研究において,細胞挙動情報の定量化は非常に重要である.本年度では,「対象物体が超高密度で大量分布している環境においてロバスト性と汎用性を実現する多物体追跡技術」を目的として下記の4つの手法開発を進めた.第一に,個々の細胞が画像中のどこに存在するかを示す細胞尤度マップを深層学習で学習する「細胞尤度マップの位置推定手法」を提案し,培養中に細胞が疎な状態から密な状態に増殖していっても機能することを確認した.第二に,タイムラプス画像のフレーム間において,個々の細胞がどの方向に移動したかを示す移動尤度マップを深層学習で学習し,それを尤度スコア算出に利用する「フレーム間細胞対応付けスコアの算出手法」を提案することで,細胞密度が高い場合においても,単純に座標の近さではなく,周辺の細胞の位置関係等を含めてデータドリブンで移動方向を予測できることを確認した.また,これにより細胞結果を誤って検出できなかった場合においても,移動を推測でき,補完できることを確認した.第三に,移動尤度結果と周辺の細胞の配置情報から細胞分裂を推定する「細胞分裂イベントの尤度推定手法」を提案した.第四に,上記3つの結果を統合して最終的な追跡結果を出力する「時間軸大局的に細胞検出と対応付けの同時最適化手法」を提案した.本手法では,まず細胞位置の推定及び細胞の移動方向推定結果を用いて,信頼性の高い短い細胞軌跡(tracklet)を作成し,trackletを大局的につなげることで,細胞の移動・分裂の関係性を認識する.細胞を密度が高い状態まで培養したタイムラプス画像に,提案手法を適用し,有効性評価を行った.複数の従来手法と比較し,細胞検出及び細胞追跡の精度を大幅に向上することを確認した.研究計画書で設定した本年度実施を予定した4つの課題「細胞尤度マップの位置推定手法」「フレーム間細胞対応付けスコアの算出手法」「細胞分裂イベントの尤度推定手法」「時間軸大局的に細胞検出と対応付けの同時最適化手法」を全て予定通りに進め,手法提案及び実装まで完了した.マウスのMyoblast細胞を4つの異なる培養環境で培養したタイムラプス画像シーケンス(各環境4シーケンス)を用いて,複数の従来手法と比較し,細胞検出及び細胞追跡の精度を大幅に向上することを実現したため.二年目であり最終年度でもある2019年度は,H30年度に開発した細胞トラッキング技術を用いて,細胞の挙動指標を定量的に計測する.具体的な課題として,成長因子等の環境条件を変えた際の幹細胞の分化誘導に関する研究を例として進め,細胞追跡結果から得られる細胞系譜図の情報から移動速度の時系列変化・移動領域の範囲・細胞密度に応じた移動速度変化等を定量化し,培養環境による違いの解析を行う.提案した手法を,位相差及び明視野顕微鏡といった他のイメージングモダリティで他の細胞種を撮影した動画像(既に利用可能な複数種の画像を保有)に適用することで,汎用性の検証を行う.さらには,本領域内の他の研究者と共同研究を行うことで,開発した技術を応用展開し,本領域に貢献する.生体内・組織内における分子・細胞レベルでの静止画像・動画像・4D(3D+時間)画像の観測による生命現象の解明に関する研究において,細胞挙動情報の定量化は非常に重要である.本年度では,「対象物体が超高密度で大量分布している環境においてロバスト性と汎用性を実現する多物体追跡技術」を目的として下記の4つの手法開発を進めた.第一に,個々の細胞が画像中のどこに存在するかを示す細胞尤度マップを深層学習で学習する「細胞尤度マップの位置推定手法」を提案し,培養中に細胞が疎な状態から密な状態に増殖していっても機能することを確認した.第二に,タイムラプス画像のフレーム間において,個々の細胞がどの方向に移動したかを示す移動尤度マップを深層学習で学習し,それを尤度スコア算出に利用する「フレーム間細胞対応付けスコアの算出手法」を提案することで,細胞密度が高い場合においても,単純に座標の近さではなく,周辺の細胞の位置関係等を含めてデータドリブンで移動方向を予測できることを確認した.また,これにより細胞結果を誤って検出できなかった場合においても,移動を推測でき,補完できることを確認した.第三に,移動尤度結果と周辺の細胞の配置情報から細胞分裂を推定する「細胞分裂イベントの尤度推定手法」を提案した.第四に,上記3つの結果を統合して最終的な追跡結果を出力する「時間軸大局的に細胞検出と対応付けの同時最適化手法」を提案した.本手法では,まず細胞位置の推定及び細胞の移動方向推定結果を用いて,信頼性の高い短い細胞軌跡(tracklet)を作成し,trackletを大局的につなげることで,細胞の移動・分裂の関係性を認識する.細胞を密度が高い状態まで培養したタイムラプス画像に,提案手法を適用し,有効性評価を行った.複数の従来手法と比較し,細胞検出及び細胞追跡の精度を大幅に向上することを確認した.研究計画書で設定した本年度実施を予定した4つの課題「細胞尤度マップの位置推定手法」「フレーム間細胞対応付けスコアの算出手法」「細胞分裂イベントの尤度推定手法」「時間軸大局的に細胞検出と対応付けの同時最適化手法」を全て予定通りに進め,手法提案及び実装まで完了した.

マウスのMyoblast細胞を4つの異なる培養環境で培養したタイムラプス画像シーケンス(各環境4シーケンス)を用いて,複数の従来手法と比較し,細胞検出及び細胞追跡の精度を大幅に向上することを実現したため.二年目であり最終年度でもある2019年度は,H30年度に開発した細胞トラッキング技術を用いて,細胞の挙動指標を定量的に計測する.具体的な課題として,成長因子等の環境条件を変えた際の幹細胞の分化誘導に関する研究を例として進め,細胞追跡結果から得られる細胞系譜図の情報から移動速度の時系列変化・移動領域の範囲・細胞密度に応じた移動速度変化等を定量化し,培養環境による違いの解析を行う.提案した手法を,位相差及び明視野顕微鏡といった他のイメージングモダリティで他の細胞種を撮影した動画像(既に利用可能な複数種の画像を保有)に適用することで,汎用性の検証を行う.さらには,本領域内の他の研究者と共同研究を行うことで,開発した技術を応用展開し,本領域に貢献する.
可変構造系に基づくONーOFFパタン直接発生によるACサ-ボシステムの最適化

ACサ-ボトステムの制御はモ-タ駆動用電力変換器のパワ-デバイスのONーOFFパタンの制御を通して行われる。一方、可変構造系に基づく制御では、制御系の状態に依存して制御構造を高速に切換えることにより、制御系のパラメ-タ変動および非線形性に対してロバストな制御を実現できる。本研究は、ロボット・工作機などへの適用を想定したACサ-ボシステムのONーOFFパタンを直接発生・制御する方式を可変構造系理論に基づいて確立することを目指して行われた。対象モ-タとしては同期機および誘導機の2種類があるが、各々について以下のように研究を進めた。同期機の場合は、電動機の磁極位置を回転子の機械的回転角度として直接検出することが出来る。磁極方向と直交する電機子電流をONーOFFパタンにより制御すれば発生トルクの制御が可能である。本研究では、回転子の機械的回転位置・速度および電機子電流を検出し、可変構造系によりONーOFFパタンを直接発生すルようにした。切換えを高速化するため、高速な演算処理能力を有するDSP(Digital Signal Processor)を利用した実システムを製作し、実験を行った。その結果、良好な制御を実現できることが分かった。これに対して誘導機を対象とする場合には、磁極位置を直接検出することが困難である。このため、回転子の機械的角度および電機子電流などの検出値に基づいて磁極位置を算出する必要があり、従行は、状態オブザ-バを用いる方法が検討されている。しかし、誘導機は非線形系であるため通常のオブザ-バを用いた線形フィ-ドバック制御ではかえって不安定になる場合さえある。これに対して本研究では可変構造系に基づくオブザ-バを利用した制御により、非線形性を抑圧すると共に安定性の問題を解決するようにした。可変構造系に基づく非線形ブザ-バを用いた制御法を理論的に示すと共に、その有効性をシミュレ-ションにより検証した。本研究の目的は、ロボット・工作機などに用いられるACサ-ボシステムを駆動する電力変換器のON-OFFパタンを直接発生・制御する方式を可変構造系理論に基づいて確立し、これを適用したACサ-ボシステムを最適化することである。このため、可変構造系理論に基づく制御方式の理論的検討を行うだけでなく、この制御方式を適用したACサ-ボシステムを試作・実験し、有効性を検証している。平成元年度は、同期電動機を用いたACサ-ボシステムによる実験、および、誘導電動機を対象とする制御方法の予備的検討を行った。同期電動機の場合については、可変構造系理論に基づくON-OFFパタン直接制御方式を適用した実験システムを試作・改造し、良好な位置制御を実現できることを確認した。実験の結果、位置・速度を検出するだけでは、同期電動機への入力電流のリプルが大きいことが解った。これに対しては、回転加速度の推定を行うオブザ-バを導入することにより、入力電流のリプルを抑制できることを明らかにした。誘導電動機の場合に、上記の制御方式を適用するためには、誘導機内部の磁束の方向に検出する必要がある。このため、誘導電動機への入力電圧・電流と回転速度から磁束の方向および大きさを推定するオブザ-バを導入することにした。Digital Signal Processor (DSP)を用いた実験システムを試作し、予備実験を行った。その結果、オブザ-バにより磁束を良好に検出できる事を確認した。ACサ-ボシステムの制御はモ-タ駆動用電力変換器のパワ-デバイスのONーOFFパタンの制御を通して行われる。

一方、可変構造系に基づく制御では、制御系の状態に依存して制御構造を高速に切換えることにより、制御系のパラメ-タ変動および非線形性に対してロバストな制御を実現できる。本研究は、ロボット・工作機などへの適用を想定したACサ-ボシステムのONーOFFパタンを直接発生・制御する方式を可変構造系理論に基づいて確立することを目指して行われた。対象モ-タとしては同期機および誘導機の2種類があるが、各々について以下のように研究を進めた。同期機の場合は、電動機の磁極位置を回転子の機械的回転角度として直接検出することが出来る。磁極方向と直交する電機子電流をONーOFFパタンにより制御すれば発生トルクの制御が可能である。本研究では、回転子の機械的回転位置・速度および電機子電流を検出し、可変構造系によりONーOFFパタンを直接発生するようにした。切換えを高速化するため、高速な演算処理能力を有するDSP(Digital Signal Processor)を利用した実システムを製作し、実験を行った。その結果、良好な制御を実現できることが分かった。これに対して誘導機を対象とする場合には、磁極位置を直接検出することが困難である。このため、回転子の機械的角度および電機子電流などの検出値に基づいて磁極位置を算出する必要があり、従来は、状態オブザ-バを用いる方法が検討されている。しかし、誘導機は非線形系であるため通常のオブザ-バを用いた線形フィ-ドバック制御ではかえって不安定になる場合さえある。これに対して本研究では可変構造系に基づくオブザ-バを利用した制御により、非線形性を抑圧すると共に安定性の問題を解決するようにした。可変構造系に基づく非線形オブザ-バを用いた制御法を理論的に示すと共に、その有効性をシミュレ-ションにより検証した。
アナロジーの美学ーフランス・スピリチュアリスムの脱近代性

「ベルクソンの教説はスピリチュアリスム的であるが、19世紀フランス・スピリチュアリスムには何も負うところがない」(ヴィエイヤール=バロン)とする定説とは逆に、本研究は、ラヴェッソンからラシュリエをへてベルクソンにいたる所謂「霊性論的実在論」を、デカルト的二元論の刷新という問題意識を共有する一連の思潮であると捉え、とくにその頂点に立つバルクソンがラシュリエの出した問題に答えるかたちで自らの哲学を作り上げていった、と考える。すなわち、帰納法の二重の原理である始動因と目的因とを追究したラシュリエが、前者を原因から結果を演繹する科学に、後者を絶えず新たに創出する藝術に関連づけながら、両者を統合する更に高い原理を求めて充分には果たせなかったのを引き受けて、ベルクソンは始動因と目的因との間に生命的な活動を認め、その非物質的なものの物質化の経験と論理とを自白、心身関係、創造、神といった問題について考究してゆくことになる。その経験と論理こそアナロジーである。このベルクソン的直観の論理は、認識論的には「類比の理」である〈自即他〉の「共感」として、存在論的には「還帰」即「発出」という垂直的な〈一即多〉の二重運動として、論理学的にはロゴスを包越してレンマへと展開すべき「超知性的」な論理として性格づけられるが、その形式論理を越えた論理は、実質的には意識の直接与件としての純粋な経験でもある。この霊的な直観に基づく美学は、西洋的な「存在の類比(アナロギア・エンティス)」と東洋的な「無の類比(アナロギア・ニヒリス)」との中間に位置する「形像の類比(アナロギア・イマギニス)」によって、〈存在の創造〉ではなくくイマージュの生成〉を解明する。そこに、近代の人間中心主義を越えて、自然や宇宙における人間の位置を見直させるような脱近代の美学の可能性がある。ベルクソンの講義録は、まずロビネの編纂した『論叢』(1972)にその一部が収められ、ユードの校訂した『講義録』(1990-2000)に初めてその全貌が現われたが、ユード版とは別のテクストとして、ラッギアンティの校訂になる『クレルモン講義録』(2003-)が新たに出版され始めた。しかしなお、これらの何れにも未収録の講義録がパリのジャック・ドゥーセ文学図書館に保管されている。「物活論と原子論」と題された聴講生による手書ノート(BGN3146)は、そのような未公刊資料のひとつであり、ベルクソンの心身関係論の講義(パリのアンリ四世校における1893-1894年の「物質論・霊魂論講義」)の全体を知るうえで不可欠の記録である。そこで、このノートからテクストを起こして、これを批判的に検討すると、ベルクソンにおける想像と類比の問題の重要性に改めて気づかされる。ベルクソンは実際、その講義のなかで、<類比により表象する想像>と<演繹により推論する悟性>とを比較しながら、二元論に対する新しい見方を近代の指標たるヘーゲル的な弁証法とは別様に見出そうとしている。この面からベルクソンの著作を読み直すならば、想像におけるベルクソン的類比は、ただ諸イマージュの関係の間の類似を指示する<比例性の類比>であるのみならず、内在的な<帰属の類比>、つまり実在の諸段階の形而上学的類比でもあることが確かめられる。そういうわけで、ベルクソン哲学のいたる所に見出される藝術の類比は、説得術ではなく発見術であると言える。知性以下のイマージュを越えて、超知性の高みから新たなイマージュを此岸に創造するベルクソン的直観、その論理は、源泉に遡りながら分離して統一することを本質とするアナロゴスである。それは近代的知性のロゴスに対するオールタナティヴとして、「学を照らす光」というラヴェッソン的な意味での美学的ロゴスである。フランス・スピリチュアリスムの思想家ラシュリエ(J.Lachelier)の哲学には、2つの立場が認められる。『帰納法の基礎』(1871)に見られる<直観>の一元論的立場および『心理学と形而上学』(1885)に見られる<反省>の二元論的立場である。両者は、彼の「生ける弁証法」の二つの相貌と言うべきであり、その論理は、統一すると同時に分離し、類似において同一と差異とを繋ぐような、演繹でも帰納でもない類比(アナロジー)の論理と見なしうる。この論理こそ、近代の内から近代を越え出る可能性をもった、形而上学としての美学を基礎づける論理であり、その十全な展開がベルクソン(H.Bergson)に認められる。特にその『道徳と宗教との二源泉』(1932)には、<藝術作品・道徳的英雄・神秘家の類比>や<想話と創造との類比>など、「イマージュの類比analogia imaginis」とも呼ぶべき類比的な思考が際立っている。西洋の「存在の類比analogia entis」では、「あるetre」が存在論として議論されてきた一方、東洋の「無の類比analogia nihilis」では、「もつavoir」が所有論として考察されるべきであるが、ベルクソンの「イマージュの類比」では、「なるdevenir」が生成論として反省されうる。空間の観点から(無から有へと)創造を考える代わりに、時間の観点から(形成するかたち

forma formansから形成されたかたちforma formataへ、あるいは形相の可能態dynamisから質料の現実態energeiaへ)生成を考えるのが、ベルクソンにおけるアナロジーの美学である。このように、ラシュリエからベルクソンへの系譜において、同一律を越えた脱近代の論理としてのアナロジーによる美学思想が継承・発展してきた。今年度の研究は、以上のことを歴史的・体系的に明らかにした。「ベルクソンの教説はスピリチュアリスム的であるが、19世紀フランス・スピリチュアリスムには何も負うところがない」(ヴィエイヤール=バロン)とする定説とは逆に、本研究は、ラヴェッソンからラシュリエをへてベルクソンにいたる所謂「霊性論的実在論」を、デカルト的二元論の刷新という問題意識を共有する一連の思潮であると捉え、とくにその頂点に立つバルクソンがラシュリエの出した問題に答えるかたちで自らの哲学を作り上げていった、と考える。すなわち、帰納法の二重の原理である始動因と目的因とを追究したラシュリエが、前者を原因から結果を演繹する科学に、後者を絶えず新たに創出する藝術に関連づけながら、両者を統合する更に高い原理を求めて充分には果たせなかったのを引き受けて、ベルクソンは始動因と目的因との間に生命的な活動を認め、その非物質的なものの物質化の経験と論理とを自白、心身関係、創造、神といった問題について考究してゆくことになる。その経験と論理こそアナロジーである。このベルクソン的直観の論理は、認識論的には「類比の理」である〈自即他〉の「共感」として、存在論的には「還帰」即「発出」という垂直的な〈一即多〉の二重運動として、論理学的にはロゴスを包越してレンマへと展開すべき「超知性的」な論理として性格づけられるが、その形式論理を越えた論理は、実質的には意識の直接与件としての純粋な経験でもある。この霊的な直観に基づく美学は、西洋的な「存在の類比(アナロギア・エンティス)」と東洋的な「無の類比(アナロギア・ニヒリス)」との中間に位置する「形像の類比(アナロギア・イマギニス)」によって、〈存在の創造〉ではなくくイマージュの生成〉を解明する。そこに、近代の人間中心主義を越えて、自然や宇宙における人間の位置を見直させるような脱近代の美学の可能性がある。
コヒーレント微細構造に基づく乱流輸送現象の解明

本研究では,乱流の直接数値計算とレーザ計測を用いて乱流のコヒーレント微細構造に基づく乱流輸送現象の解明を行うことを目的としている.始めに,一様等方性乱流,時間発展乱流混合層,空間発展乱流混合層,平行平板間乱流,回転一様乱流及びMHD一様乱流の直接数値計算結果からコヒーレント微細渦を抽出し,それらの統計的性質を検討した.その結果,コヒーレント微細構造の周方向平均速度分布はBurgers渦によって良く近似でき,平均直径と周方向最大速度はそれぞれKolmogorov scaleの約10倍と二乗平均変動速度程度であり,それらは乱流場やレイノルズ数に依存しない普遍的な特性であることを明らかにした.また,このようなコヒーレント微細渦の回転軸の空間分布の規則性が種々の乱流場の非等方性と関連する.次にコヒーレント微細渦に作用する歪み場の特性を詳細に検討した.その結果,コヒーレント微細渦に作用する歪み場は,一様等方性乱流,乱流混合層,平行平板間乱流等の乱流場に依存せず,回転軸方向に中間歪み率が,回転平面内には最大・最小歪み率が作用しており,微細渦中心の歪み率の大きさはテイラー・マイクロスケールと変動速度のrms値を用いて正規化できることを明らかにした.また,コヒーレント微細渦構造は回転平面内で非対称性を有し,速度パターンは明確な楕円形を示すことを明らかにし,それらの高解像度のPIV計測により検証した.この非対称性は,渦周囲に形成されるエネルギー散逸分布とも関連しており,非対称性により非常に大きなエネルギー散逸が生じている.さらに,コヒーレント微細渦に基づく乱流輸送現象を明らかにするために,粒子輸送,スカラー輸送及び燃焼を伴う乱流場の直接数値計算を行い,乱流のコヒーレント微細渦が乱流中での固体粒子の空間分布,スカラー変動の形成と散逸,乱流予混合火炎における局所火炎構造を決定する非常に重要な構造であることを明らかにした.本研究では,乱流の直接数値計算とレーザ計測を用いて乱流のコヒーレント微細構造に基づく乱流輸送現象の解明を行うことを目的としている.始めに,一様等方性乱流,時間発展乱流混合層,空間発展乱流混合層,平行平板間乱流,回転一様乱流及びMHD一様乱流の直接数値計算結果からコヒーレント微細渦を抽出し,それらの統計的性質を検討した.その結果,コヒーレント微細構造の周方向平均速度分布はBurgers渦によって良く近似でき,平均直径と周方向最大速度はそれぞれKolmogorov scaleの約10倍と二乗平均変動速度程度であり,それらは乱流場やレイノルズ数に依存しない普遍的な特性であることを明らかにした.また,このようなコヒーレント微細渦の回転軸の空間分布の規則性が種々の乱流場の非等方性と関連する.次にコヒーレント微細渦に作用する歪み場の特性を詳細に検討した.その結果,コヒーレント微細渦に作用する歪み場は,一様等方性乱流,乱流混合層,平行平板間乱流等の乱流場に依存せず,回転軸方向に中間歪み率が,回転平面内には最大・最小歪み率が作用しており,微細渦中心の歪み率の大きさはテイラー・マイクロスケールと変動速度のrms値を用いて正規化できることを明らかにした.また,コヒーレント微細渦構造は回転平面内で非対称性を有し,速度パターンは明確な楕円形を示すことを明らかにし,それらの高解像度のPIV計測により検証した.この非対称性は,渦周囲に形成されるエネルギー散逸分布とも関連しており,非対称性により非常に大きなエネルギー散逸が生じている.さらに,コヒーレント微細渦に基づく乱流輸送現象を明らかにするために,粒子輸送,スカラー輸送及び燃焼を伴う乱流場の直接数値計算を行い,乱流のコヒーレント微細渦が乱流中での固体粒子の空間分布,スカラー変動の形成と散逸,乱流予混合火炎における局所火炎構造を決定する非常に重要な構造であることを明らかにした.本研究では,乱流の直接数値計算とレーザ計測を用いて乱流のコヒーレント微細構造に基づく乱流輸送現象の解明を行うことを目的としている.一様等方性乱流のコヒーレント微細構造の周方向平均速度分布はBurgers渦によって良く近似でき,平均直径と周方向最大速度はそれぞれKolmogorov scaleの約10倍と二乗平均変動速度程度であることを明らかにした.また,これらの微細構造はReynolds数に依存しないことを明らかにした.さらに,乱流混合層の直接数値計算結果から微細構造を抽出し,十分発達した乱流混合層におけるコヒーレント微細構造は一様等方性乱流のコヒーレント微細構造と非常に良く一致し,同様なスケーリング則が成り立つことを明らかにした.また,MHD一様乱流,回転一様乱流及びchannel乱流のコヒーレント微細構造に関しても,一様等方性乱流と乱流混合層のコヒーレント微細構造と非常に良く一致することを明らかにし,このことからコヒーレント微細構造が乱流場に依存しない普遍的な構造であることを明らかにした.コヒーレント微細構造は,乱流遷移と乱流場の非等方化とも密接に関連している.乱流混合層におけるコヒーレント微細構造に関する研究から,乱流遷移はKolmogorov scaleの10倍程度の直径を持つコヒーレント微細構造の出現と非常に良く対応することを明らかにした.

また,MHD一様乱流や回転一様乱流の非等方化はコヒーレント微細構造の回転軸の空間的な分布に規則性が現れることに対応しており,これらはローレンツ力とコリオリ力がコヒーレント微細構造に直接作用するためである.壁面近傍の乱流場の非等方性に関しても,コヒーレント微細構造の回転軸分布の規則性として捉えることができることを明らかにした.さらに,圧縮性一様乱流中においても,密度変動や温度変動とコヒーレント微細構造が密接に関連していることを明らかにした.本研究では,乱流の直接数値計算とレーザ計測を用いて乱流のコヒーレント微細構造に基づく乱流輸送現象の解明を行うことを目的としている.一様等方性乱流,時間発展乱流混合層,空間発展乱流混合層,平行平板間乱流,回転一様乱流及びMHD一様乱流の直接数値計算結果から微細渦を抽出し,それらの統計的性質を検討した.その結果,コヒーレント微細構造は乱流場やレイノルズ数に依存せず,その平均周方向速度分布はバーガーズ渦によって良く近似でき,平均直径と周方向最大速度はそれぞれコルモゴロフ・スケールの約10倍と二乗平均変動速度程度であることを明らかにした.このことからコヒーレント微細構造が乱流場に依存しない普遍的な構造であることを明らかにした.さらに,乱流混合層や平行平板間乱流等の非等方的な乱流場の特性が,普遍的なコヒーレント微細渦の空間分布と密接に関連しており,乱流混合層等の自由せん断乱流では大きな直径を持つコヒーレント微細渦の空間分布に,平行平板間乱流等の壁乱流ではコルモゴロフ・スケールの10倍程度の小さな直径を持つコヒーレント微細の空間的な分布に規則性が現れることを明らかにした.また,一様等方性乱流の場合に対してコヒーレント微細渦の三次元特性を検討し,コヒーレント微細渦の中心軸の節点間の長さがテイラー・マイクロスケールであることを明らかにした.さらに,高解像度のPIV計測を乱流混合層において行い,実験的にコヒーレント微細渦の存在を検証した.計測結果と直接数値計算結果を比較し,計測されたコヒーレント微細渦の特性が直接数値計算結果と非常に良く一致することを明らかにした.本研究では,乱流の直接数値とレーザ計測を用いて乱流のコヒーレント微細構造に基づく乱流輸送現象の解明を行うことを目的としている.前年度までに一様等方性乱流,時間発展乱流混合層,空間発展乱流混合層,平行平板間乱流,回転一様乱流及びMHD一様乱流の微細渦の統計的性質を検討し,コヒーレント微細構造は乱流場やレイノルズ数に依存しない普遍的な構造であることを明らかにした.本年度はコヒーレント微細渦に作用する歪み場の特性を詳細に検討した.その結果,コヒーレント微細渦に作用する歪み場は,一様等方性乱流,乱流混合層,平行平板間乱流等の乱流場に依存せず,回転軸方向に中間歪み率が,回転平面内には最大・最小歪み率が作用しており,微細渦中心の歪み率の大きさはテイラー・マイクロスケールと変動速度のrms値を用いて正規化できることを明らかにした.また,コヒーレント微細渦構造は回転平面内で非対称性を有し,速度パターンは明確な楕円形を示すことを明らかにし,それらを高解像度のPIV計測により検証した.コヒーレント微細渦の非対称性は,渦周囲に形成されるエネルギー散逸分布とも関連しており,非対称性により非常に大きなエネルギー散逸が生じていることも明らかにした.さらに,コヒーレント微細渦に基づく乱流輸送現象を明らかにするために,粒子輸送,スカラー輸送及び燃焼を伴う乱流場の直接数値計算を行い,乱流のコヒーレント微細渦構造が乱流中での固体粒子の空間分布,スカラー変動の形成と散逸,乱流予混合火炎における局所火炎構造を決定する非常に重要な構造であることを明らかにした.