hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
GABA抑制系による脳可塑性の制御と麻酔薬：鎮静と毒性の分子基盤に関する新研究

以上から、麻酔薬の投与によってGABA抑制系が持続的に活性化された状態では、麻酔薬の効果発現への影響は少ないものの、やがて時間が経過するにつれて小胞内へのGABA取り込みが間に合わず、結果として細胞外GABA濃度が低下して、鎮静効果が減少する可能性が示唆された。麻酔薬の効果発現に、細胞外GABA濃度の重要性が明らかにあり、さらにGABAリサイクリングに関与する小胞型GABAトランスポーターの関与も示された。以上は今回の研究成果である。本研究の目的は、全身麻酔薬の鎮静作用の分子基盤を明らかにし、麻酔薬による発達期の脳への神経毒性作用との関連を探ることである。これまでの我々の研究成果から、全身麻酔薬の鎮静作用の発現には、抑制系GABA受容体の関与が強く示され、特に細胞外(シナプス領域外)のGABA濃度の変化が重要であることを論文として公表してきた(Nishikawa et al. Neurophamacol, 2011)。この結果は、GABA受容体に直接的にagonistとして作用するのはあくまでGABAであり、全身麻酔薬はGABA受容体のアロステリック修飾薬として働くということを示している。今年度の研究成果から新たに、セボフルランとプロポフォールとではGABA抑制系への作用の違いがより明らかになった。プロポフォールは、GABA受容体に対して強い作用を持つアロステリック修飾薬であり、したがって脳内GABA濃度の変動によってその薬効が大きく影響される。すなわち、麻酔作用のばらつきや個人差の変動が大きい。このことは、患者の痛みや不安レベルによっても麻酔効果が変化する可能性があることを示している。一方セボフルランはGABA抑制系の増強作用は確実にあるものの、脳内GABAの影響を比較的受けにくく、GABA系の相対的寄与の割合はプロポフォールに比べて少ない。GABA抑制系以外の作用部位がある事を示唆しているかもしれない。脳波を使った解析から、プロポフォールとセボフルランは同じGABA作動薬と分類される報告が散見されるが、分子レベルでは明らかに異なる分子基盤を有すると思われる。我々は、小胞型GABA/Glycineトランスポター(VGAT)低下によるセボフルランの鎮痛・鎮静作用への影響を調べた。立ち直り反射消失(LORR)、尾ピンチ反応消失(LTWR)、後肢ピンチ反応消失(LHWR)の濃度を、野生型(WT)とVGATヘテロ(12-16週)で比較した。LORR、LTWR、LHWRいずれも両群差はなかった。VGATの発現低下(約50%)は、セボフルランの鎮静・鎮痛効果に影響がなかった。この結果は、VGAT低下で小胞内への抑制伝達物質取り込みが減少した状態でもセボフルランによる抑制系賦活は、シナプス後膜の受容体への作用によって可能であることを示唆する。小胞型GABAトランスポーター遺伝子改変マウスを使って、麻酔薬の鎮静に対する役割を調べた。これは、これまでに報告のない新知見であり有意義である。これまでの研究はおおむね順調に進行している。麻酔薬の効果発現には、抑制系神経伝達物質の賦活が必須であるが、麻酔薬の効果維持と覚醒に関するVGATの役割についてはまだ不明である。今後この点を明らかにしたい。本来であれば抑制作用を持つGABA受容体が、ある特殊の状況(例えば発達初期の脳や神経障害を受けた脳など)では逆に興奮性に作用するかもしれないことは以前から多くの研究者によって推測され、指摘されている。しかしながら、神経シナプス発生過程、ネットワーク形成過程における毒性の分子基盤としてGABAの役割はどうなのかに関して、多くの謎が残る。
サイロキシン結合グロブリン(TBG)遺伝子の発現調節およびTBG異常症の解析

1.日本人のTBG完全欠損症TBG-CDJは395個のアミノ酸から成る蛋白の352番目のコドンの1塩基欠失によるframe shiftと終止コドンの早期出現によりC端の22アミノ酸を欠くことが推測される。発現実験により、TBG-CDJは粗面小胞体での複合糖鎖の付加を受けず、このためGolgi装置へ移送されず、細胞外に分泌されないことが判明した。遺伝子スクリーニングにより,解析した日本人TBG-CD23例全例が同じ変異を有していた。2.女性のTBG-CD患者の解析で,X染色体の不活化が必ずしも均等に生じていないことを示した。この患者はTBG-CDJと正常TBGのヘテロであったが,正常TBGの乗ったX染色体が選択的に不活化されるために完全欠損を来していた。(投稿準備中)3.日本人のTBG減少症TBG-PDJは1塩基変異により363番目コドンPro(CCT)がLeu(CTT)に置換する。発現実験により、TBG-PDJは粗面小胞体からGolgi装置への移送遅延のため減少症を来すことが判明した。この細胞内移送障害にmolecular chaperone機能を有するGRP78の発現誘導が関与していることも明かにした。(投稿準備中)4.家族性TBG増多症において遺伝子増幅をPCRとHPLCを用いて明かにした。今後確認実験を行う予定である。5.ヒトおよびラットTBG遺伝子プロモータ部分のクローニングを行い,解析を行った。両遺伝子にはHNF-1(肝特異的転写因子結合部位)が存在していたが,甲状腺ホルモン作用は現在までのところ認められていない。今後更に検討したい。(ラットプロモーターについては投稿準備中)ラットを用いたin vivoの実験で,副腎皮質ホルモンがTBGを負に制御していることを明かにした。今後更に検討したい。1.TBG完全欠損症(CD)の発現実験21家系の日本人TBG-CD全てに同一の遺伝子異常を検出しTBG-CDJと命名した.395個のアミノ酸から成る蛋白のコドン352の1塩基欠失によるframe shiftと終止コドンの早期出現によりC端の22アミノ酸を欠くことが推測される。また細胞内変異TBGの分子量は塩基配列から演繹された結果と一致した。2.TBG減少症(PD)の発現実験3.ラットTBG遺伝子プロモータ部分のクローニングゲノムDNAライブラリー作製の後、8.5KbpDNA断片をクローニングした。インサートは5個全てのエキソン及びその上流1.2Kbpを含んでいた。シークエンシングにより、未決定であったリーダーペプタイドの配列を決定した。更に第一エキソンの塩基配列の決定と、TATAbox、CATboxおよびHNF-1(肝細胞特異的転写因子)結合部位の同定を行なった.現在、5'上流部分をレポーター遺伝子に組み込みプロモーター活性の確認、及びその発現調節機構を検討中である.4.ラットTBG遺伝子発現に及ぼすエストロジェン(E2)効果E2投与により肝臓中TBG mRNA量は増加を示した。増加は2日目から認められ、観察した28日目迄続いた.しかしながら、E2の食欲低下作用を介した間接効果の可能性を否定できず、現在抗E2剤を用いて再検討中である.

1.日本人のTBG完全欠損症TBG-CDJは395個のアミノ酸から成る蛋白の352番目のコドンの1塩基欠失によるframe shiftと終止コドンの早期出現によりC端の22アミノ酸を欠くことが推測される。発現実験により、TBG-CDJは粗面小胞体での複合糖鎖の付加を受けず、このためGolgi装置へ移送されず、細胞外に分泌されないことが判明した。遺伝子スクリーニングにより、解析した日本人TBG-CD23例全例が同じ変異を有していた。2.女性のTBG-CD患者の解析で、X染色体の不活化が必ずしも均等に生じていないことを示した。この患者はTBG-CDJと正常TBGのヘテロであったが、正常TBGの乗ったX染色体が選択的に不活化されるために完全欠損を来していた。(投稿準備中)3.日本人のTBG減少症TBG-PDJは1塩基変異により363番目コドンPro(CCT)がLeu(CTT)に置換する。発現実験により、TBG-PDJは粗面小胞体からGolgi装置への移送遅延のため減少症を来すことが判明した。この細胞内移送障害にmolecular chaperone機能を有するGRP78の発現誘導が関与していることも明らかにした。(投稿準備中)4.家族性TBG増多症において遺伝子増幅をPCRとHPLCを用いて明かにした。今後確認実験を行う予定である。5.ヒトおよびラットTBG遺伝子プロモータ部分のクローニングを行い、解析を行った。両遺伝子にはHNF-1(肝特異的転写因子結合部位)が存在していたが、甲状腺ホルモン作用は現在までのところ認められていない。今後更に検討したい。(ラットプロモーターについては投稿準備中)ラットを用いたin vivoの実験で、副腎皮質ホルモンがTBGを負に制御していることを明らかにした。
除細動の高効率化を目指した高エネルギー通電における不応期Mapping装置の開発

1.目的:心室細動の治療には、心臓に直流通電を行う電気的除細動法が有効であるが、現段階では、細動停止エネルギーが高く、通電による心筋への傷害の発生といった問題が生じている。この問題解決には、通電と細動の関係の解析が重要となる。本研究は、通電前後における不応期変化が細動の発生・停止に大きく影響しているという新しい観点に基づき、心表面の多数点から興奮の開始及び終了に対応する電位波形を計測し、興奮の開始と終了の時間差として算出した不応期から不応期Mappingを行うことが可能な装置の開発を目的とした。2.方法:心臓表面から興奮開始に対応したQRS波,及び興奮終了に対応したT波を計測可能な新しいModified Bipola電極、及び通電の影響を低減させるために心臓とアンプを切り離す機構を内蔵した16点計測アンプを開発した。また、計測した電位を16チャンネル高速A/D変換ボードで入力するためのソフトウエアを開発した。このソフトウエアは、電位波形の表示・解析と同時に、興奮及び不応期Mappingを行う機能も有するものとした。3.結果:開発した装置を用い動物実験を行った。実験ではLangendroff灌流下のモルモット心臓の心先部にペーシングを行い、ペーシングからの連結期及び電圧を変化させ直流通電を心室左右から行い、その時のQRS波並びにT波を開発した装置により計測した。実験の結果、ペーシング時では興奮伝播はほぼ均一であったが、不応期の分布は不均一であった。通電後においては、不応期の分布の空間不均一性が更に拡がっており、この不均一性の増加が細動発生に関与しているのはないかと考えられた。以上の結果から、通電前後におけるQRS波並びにT波の計測及び、不応期Mappingの作成が可能であり本装置の有効性が確認された。今後は更に研究を進め、計測点の増加及び、データ解析ツールの開発等により、通電と細動の関係の解析が進むと考えられる。
情報セキュリティレベルの高いサーバ・クライアント型メディア認識機構の開発

クライアントから送信されたメディアデータに対しサーバが認識処理を試み,その結果を返送する,というクライアント・サーバ型のメディア認識には次の二つの問題がある.(A)認識結果がクライアントのプライバシーに直結する場合,それがサーバ側に流出する.(B)サーバから返送される認識結果と元のメディアデータの組を多数収集することにより,クライアントがサーバの認識器を模倣し悪用できる(本研究ではこれを「認識器クローン」と呼ぶ).(A)に対して,研究代表者は,クライアントがメディアデータを一部改変して送信することによりサーバが認識結果の候補を絞り込むことしかできないようにする一方,クライアントはその候補の中から最終的な認識結果を自分自身で定める,という枠組みを提案し,その有効性を実験的に評価してきた.平成30年度は,この成果を米国電気電子学会の論文誌にて公開するとともに,プレスリリースも行い,広く情報発信を行った.(B)に対しては,サーバが認識結果を本来のラベルとは異なるものに故意に改変し返送する(これを「故意誤り」と呼ぶ)ことを発案し,その実行確率を適切に制御することにより認識器クローンの構築を防止する手法を検討してきた.平成30年度は,この手法の高度化を目指し,その存在を前提とした攻撃法(認識器クローン構築法)を検討する方向に一旦舵を切った.具体的には,同一のメディアデータに対し微細な改変処理を様々に適用し,それらをサーバに送信して各々の認識結果を照合することにより,上記防止手法の存在下でも攻撃が可能であること,及び,更なる防止手法の必要性を明らかにした.また,別の方向性として,構築済みの認識器クローンを検知する手法を開発した.クローン認識器は元の認識器と比べその出力が過度に一致するという特性を明らかにし,この特性を利用してクローン認識器の検知が可能であることを実験的に示した.問題(A)に対しては,当初の計画通り,その解決手法を最初の2年間で十分に確立でき,論文やプレスリリースの形で一般公開することができた.一方,問題(B)については,当初は認識器クローンの構築防止のみを検討課題としており,23年目の2年間で基礎検討を終える計画であった.これに対し,2年目にあたる平成30年度終了時点で,認識器クローン構築防止法のみならず,構築済みの認識器クローンを検知する手法についても,そのプロトタイプとも呼べるものが完成しており,基礎理論という意味では当初の計画よりも広く検討を進められている.以上の二点を踏まえ,少なくともここまでは,当初の計画以上に研究が進展していると自己評価している.問題(A)については,ここまでの2年間で十分な研究成果が得られており,その一般公開も既に終えていることから,今後は問題(B)への解決策の検討に注力したい.ここで,当初は,基礎理論の検討の終えた段階でプロトタイプサービスを設計する予定でいたが,上述の認識器クローンは,予想していたよりも学術的に奥深く,理論的に検討すべき課題が多数残されていることがこれまでの研究で分かってきた.このような課題の検討は,プロトタイプサービスの設計よりも学術的価値が高いと考える.そこで今後は,問題(B)すなわち認識器クローンに対する理論的検討を更に広範な見地から進めたい.まず,認識器クローンの構築防止法について,平成30年度に検討した攻撃法を想定し,これに対抗し得る防御法を検討する.攻撃側と防御側の最大の差異は,攻撃側にとって攻撃対象の認識器がブラックボックスであるのに対し,防御側にとってはホワイトボックスであり,内部の中間出力を利用できるという点である.この特性を利用した防御法の確立を目指す.次に,構築済みの認識器クローンの検知法に関して,これまでは比較的単純な構造の認識モデルのみを対象としてきたが,近年この分野の主力となっている深層学習を利用した複雑な認識モデルでも同様の検知法が適用できるのか否か,適用できないとすれば他にどのような検知法が考えられるか(深層学習を用いた認識器とそのクローンにはどのような特性があるか),などを検討し,これまでに提案した手法の更なる高度化を試みる.クライアントから送信されたメディアデータに対しサーバが認識処理を試み,その結果をクライアントに返送するというクライアント・サーバ型のメディア認識には,情報セキュリティの観点からみて次の二点の問題が伴う.第一に,認識結果がクライアントのプライバシーに直結する場合,それがサーバ側に流出する.第二に,サーバから返送される認識結果と元のメディアデータの組を多数収集することにより,クライアントがサーバの認識器を模倣し悪用することが可能である.第一の問題に対して,研究代表者は,クライアントがメディアデータを一部改変して送信することによりサーバが認識結果を一意に定められなくする一方,サーバは認識結果の候補を返送するに止め,その候補の中からクライアント自身が最終的な認識結果を定める,という手法を本課題の実施前から検討してきた.平成29年度は,この手法を実際に実装し,その有効性を実験的に評価した.本件については現在査読下にあり,平成30年度中の論文誌発表を予定している.一方,第二の問題に対しては,今年度から基礎検討を開始した.具体的な手法として,サーバが認識結果を本来のラベルとは異なるものに故意に改変し返送する(これを「故意誤り」と呼ぶ)ことにより,メディアデータと認識結果の正確な対応関係が悪意あるクライアントに渡らないようにする,という仕組みを考案した.ただし,単純に故意誤りを行うだけでは,正規のクライアントに対するサービスの品質が劣化する.これに対処するため,認識器の模倣を目指すクライアントは正規のクライアントに比べサービス利用回数が圧倒的に多くなることに着目し,サービス利用回数に応じて故意誤りの確率を徐々に高めるという手法を考案し,その性能を実験的に評価した.

この結果,もとより認識結果のラベルと混同しやすいラベルを故意誤りによる改変先として選ぶ方式が特に有効であることが分かった.当初の計画では,初年度は第一の問題に対する基礎検討を行う予定でいた.これについては,実地でのデータ収集を含めた実験を実施でき,計画通りの成果が得られたと考えている.第二の問題に対しては,更なる基礎検討を継続して実施する必要があるが,これは当初計画では2年目に行う予定であったため,計画からの遅れは現時点では見られない.以上のことから,進捗状況としては概ね順調であると考えている.クライアントから送信されたメディアデータに対しサーバが認識処理を試み,その結果を返送する,というクライアント・サーバ型のメディア認識には次の二つの問題がある.(A)認識結果がクライアントのプライバシーに直結する場合,それがサーバ側に流出する.(B)サーバから返送される認識結果と元のメディアデータの組を多数収集することにより,クライアントがサーバの認識器を模倣し悪用できる(本研究ではこれを「認識器クローン」と呼ぶ).(A)に対して,研究代表者は,クライアントがメディアデータを一部改変して送信することによりサーバが認識結果の候補を絞り込むことしかできないようにする一方,クライアントはその候補の中から最終的な認識結果を自分自身で定める,という枠組みを提案し,その有効性を実験的に評価してきた.平成30年度は,この成果を米国電気電子学会の論文誌にて公開するとともに,プレスリリースも行い,広く情報発信を行った.(B)に対しては,サーバが認識結果を本来のラベルとは異なるものに故意に改変し返送する(これを「故意誤り」と呼ぶ)ことを発案し,その実行確率を適切に制御することにより認識器クローンの構築を防止する手法を検討してきた.平成30年度は,この手法の高度化を目指し,その存在を前提とした攻撃法(認識器クローン構築法)を検討する方向に一旦舵を切った.具体的には,同一のメディアデータに対し微細な改変処理を様々に適用し,それらをサーバに送信して各々の認識結果を照合することにより,上記防止手法の存在下でも攻撃が可能であること,及び,更なる防止手法の必要性を明らかにした.また,別の方向性として,構築済みの認識器クローンを検知する手法を開発した.クローン認識器は元の認識器と比べその出力が過度に一致するという特性を明らかにし,この特性を利用してクローン認識器の検知が可能であることを実験的に示した.問題(A)に対しては,当初の計画通り,その解決手法を最初の2年間で十分に確立でき,論文やプレスリリースの形で一般公開することができた.一方,問題(B)については,当初は認識器クローンの構築防止のみを検討課題としており,23年目の2年間で基礎検討を終える計画であった.これに対し,2年目にあたる平成30年度終了時点で,認識器クローン構築防止法のみならず,構築済みの認識器クローンを検知する手法についても,そのプロトタイプとも呼べるものが完成しており,基礎理論という意味では当初の計画よりも広く検討を進められている.以上の二点を踏まえ,少なくともここまでは,当初の計画以上に研究が進展していると自己評価している.
天然ゴム生合成に関する研究

新鮮なC-serum powder中の各酵素の同定とキャラクタリゼーションを行った。C-serumをDEAE-トヨパールクロマトにかけたところ、イソペンテニル二リン酸(IPP)イソメラーゼの酵素活性を示す画分が検出され、この酵素がゴムのラテックス中にも存在することを直接証明することができた。部分精製したこの酵素を用いてキャラクタリゼーションを行った結果、この酵素はIPPに対するKm値、至適pH、至適反応温度、二価金属イオン要求性およびヨードアセトアミドやρ-マ-キュリ安息香酸などのSH阻害剤に対する感受性など、一般に知られている高等生物のIPPイソメラーゼとほとんど変わらない性質を持っていることが明らかになった。C-serm中のプレニルトランスフェラーゼによる反応生成物を詳細に分析した結果、主反応生成物としてC_<15>のファルネシル二リン酸(FPP)とC_<20>のゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)が確認され、これらを合成するプレニルトランスフェラーゼの存在を明らかにした。さらに、C_<10>のゲラニル二リン酸(GPP)をアリル性プライマー基質として超時間インキュベーションすると、C_<30>に相当するポリプレニル二リン酸の生成が確認された。C-serumをDEAE-トヨパールクロマトにかけると、プレニルトランスフェラーゼ活性を示す画分がいくつか見出された。このうち最も高い酵素活性を示す画分の反応生成物の同定を行ったところ、強いFPP合成酵素活性が確認されたが、さらに長時間のインキュベーションにより、C_<80>以上のポリプレニル二リン酸の合成酵素活性が認められた。C-serumで確認されたGGPPやC_<30>のポリプレニル二リン酸合成酵素活性はクロマト後は検出できなかった。天然ゴムのラテックスを採取後、直ちに超遠心分離を行い、ゴム部分,C-serum,B-serumに分画して、serum部分に存在するゴム生合成関連酵素の探索を行った。その結果、以下のことが判った。1.C-serumにもB-serumにも共に複数のプレニルトランスフェラーゼ活性が認められる。2.ラテックス採取の季節によるプレニルトランスフェラーゼ活性の変動がみられる。3.トリトンX-100の添加でプレニルトランスフェラーゼ活性は増大する。これらの酵素反応生成物を分析したところ、ファルネシル二リン酸(FPP),ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)の他に、天然ゴム様物質が確認された。また、C-serumが天然ゴム生合成と各プレニルトランスフェラーゼとの関連を研究するための対象として最適であることがわかった。さらに、C-serum中には、従来天然ゴムの樹液には存在しないとされていたイソペンテニル二リン酸イソメラーゼが存在することが明らかに確認された。また、このイソメラーゼの諸性質も明らかにした。C-serum中に存在する各酵素を分離して、より正確なキャラクタリゼーションを行うために、中圧液体クロマトグラフィーによる分離・精製を試みたところ、イソメラーゼとプレニルトランスフェラーゼははっきりと分離できたが、FPP合成酵素とGGPP合成酵素との相互分離には至らなかった。ヘキサプレニル二リン酸様生成物を与える酵素や天然ゴムの合成を触媒する酵素については未だ分離できていない。
家庭用風力発電装置向け磁気ギアード発電機の開発

家庭用風力発電装置向けの発電機として,磁気減速機とモータ(発電機)を一体化させた磁気ギアード発電機を提案した.申請者が発明した磁気ギアード発電機は,これまでの磁気ギアード発電機とは構造が大きく異なり,永久磁石がステータ内周全面ではなく,ステータのスロットのみに設置されていることが特徴である.従来の磁気ギアード発電機では,ステータ内周の永久磁石により発電性能(通電性能)が低下したが,申請者の磁気ギアード発電機は高い伝達トルクと通電性能を両立している.1kWのダウンサイジング機を試作して発電性能を検証した結果,1kWの出力が得られ,効率は87.7%であり,提案構造の有効性を示すことができた.今年度は,計画通り,昨年度に提案した2MW級新構造磁気ギアード発電機の有効性を試作機を用いて検証を行った.実際にこの段階で2MW級の試作機で評価することは意味がないので,1kWにダウンサイジングした試作機を設計した.また,ダウンサイジングに伴い,極数およびスロット数を2MWの4分の1となる8極30スロット(両ロータの速度比は8.5)として,申請者らが提案したステータスロットに永久磁石を設置した構造を採用した.2MW級では風車が19rpmで回転している場合を想定して有限要素解析による設計検証を行ったが,本試作機では風車が300rpmで回転しているときに1kWの出力(トルクは31.8Nm)が得られるように設計を行った.試作機のサイズは,外径が180mmで軸長は30mmで,風車が300rpmで回転しているときの発電効率は,有限要素解析により88.6%となった.試作機を製作し,両ロータの最大伝達トルクを評価した結果,解析結果より10%程度低く27.8Nmであったが,永久磁石の寸法公差が大きいためにステータのスロットとの間に隙間ができたことが原因であった.最大伝達トルクが解析結果より低かったために発電効率が最大となる回転速度は375rpmであったが,このときに1007Wの出力を発生し,発電効率は87.7%となった.このように,永久磁石の寸法公差が原因で最大出力点が設計値とは異なったが,目標通り,1kW以上の電力を発電可能であることが確認できた.したがって,昨年度に有限要素解析により検証を行った2MW級磁気ギアード発電機の解析結果にも信頼性があり,筆者らが提案する磁気ギアードモータを用いることでダイレクトドライブ方式の従来機に比べて40%程度の小型化が可能であることの妥当性が検証できた.家庭用風力発電装置向けの発電機として,磁気減速機とモータ(発電機)を一体化させた磁気ギアード発電機を提案した.申請者が発明した磁気ギアード発電機は,これまでの磁気ギアード発電機とは構造が大きく異なり,永久磁石がステータ内周全面ではなく,ステータのスロットのみに設置されていることが特徴である.従来の磁気ギアード発電機では,ステータ内周の永久磁石により発電性能(通電性能)が低下したが,申請者の磁気ギアード発電機は高い伝達トルクと通電性能を両立している.1kWのダウンサイジング機を試作して発電性能を検証した結果,1kWの出力が得られ,効率は87.7%であり,提案構造の有効性を示すことができた.計画では,動作原理の検証と数値シミュレーションによる最適設計を今年度に行う予定であった.まず,動作原理の検証においては,風力発電機に適した構造として,永久磁石を高速ロータだけでなく,ステータの内径のスロット部のみに入れる構造を世界で初めて提案し,理論式により動作原理を確立した.また,数値シミュレーションにより,これまで提案されている磁気ギアードモータ(発電機)の中で,最大伝達トルクだけでなく通電トルクも高く,最もバランスが取れていることを明らかにした.この構造により,原理検証段階ではあるが,2MWクラスのダイレクトドライブ方式の風力発電機に新構造の磁気ギアード発電機を適用することで,従来機の60%程度の重量で実現できることが判明した.しかし,磁気ギアード発電機自体,従来機に比べて鉄損が大きく,これは新構造の磁気ギアードモータにおいても同様であることが判明した.特に,高速ロータおよび低速ロータの永久磁石での渦電流損失が実用上の問題になることが明らかになった.そこで,渦電流損失低減手法として,永久磁石の軸方向分割や,埋め込み磁石構造の採用を検証し,有限要素解析により有効性を明らかにした.また,同時に,ステータ側のスロット開口部に設けていた永久磁石の背面(外周側)にヨークを設け,ステータのスロットを2分割する構造を採用することで,永久磁石の磁束密度を上げ,最大伝達トルクを増加させることに成功した.これらの技術を組み込んだ磁気ギアード発電機は,最適設計が完了していないにもかかわらず,数値シミュレーション上では従来機に対して重量で60%軽量化できており,さらに97%という従来機と同等の発電効率を実現している.磁気ギアードモータ(発電機)で世界初となる画期的な構造を開発し,これが従来の発電機,さらにこれまで提案されている磁気ギアードモータと比べ,非常に高い性能(最大伝達トルク,通電トルク)を有することがわかった.これにより,予定していた理論式の構築,数値シミュレーションによる検証,損失特性およびトルク特性のシミュレーションによる設計を完了させただけでなく,従来機との比較までも完了させたことがこの評価の理由である.次年度は,試作機による実験検証に向けた最適設計を継続する.

ただし,大型機を試作することは研究室レベルでは困難なので,500Wクラスにスケールダウンして設計する.計画では,最適設計において,コギングトルクの低減技術の構築を予定していたが,新構造の磁気ギアード発電機は,特別な低減技術を採用しなくても低コギングトルクであるため,極数とスロット数の組み合わせのみで低コギングトルク特性を維持するようにする.また,振動特性については,従来モータと比較することで,振動レベルを把握することから始める.設計した試作機の評価においては,発電機とPWMコンバータを組み合わせた評価ではなく,発電機をモータとして評価する.つまり,汎用のインバータでモータとして回転させ,速度制御により所定の回転速度で発電量および発電効率を評価する.設備備品と消耗品については,計画通り,振動特性の測定環境を構築するとともに,試作機を製作する.旅費については,国内学会,海外学会の発表ともに,計画通りに実施する.
障害児における書字指導プログラムの作成に関する基礎的研究

様々な理由により平仮名の書字学習が困難な児童が存在する。その中には,書字過程中の筆圧を適切にコントロールできないために正しい字形を表現できないと考えられる児童が存在している。筆圧は,通常の指導の中では視覚的に捕らえることができないために,その適性化を図ることが特に難しい。筆圧がこのように不適切であることの原因のひとつとして,筆記用具を正しく扱えないという問題が推測される。すなわち,手指機能の未発達により筆記用具を適切に扱うことができず,そのために不適切な筆圧となり,字形が崩れる場合である。そこで,本研究では,筆圧測定と同時に,書字過程をVTRに記録し,筆記用具の持ち方が筆圧に与える影響を検討した。筆圧測定の対象は,数字や平仮名,幾何学図形のようにファミリアリティーの高いものと,そうでないものとした。また,2つの点を単純に結ぶ課題も与えた。それらの結果から,ファミリアリティーが高いものを書く課題では,書字過程が迅速に行われ,筆圧も比較的安定しているのに対して,逆の特性を持つ課題では,鉛筆を強く握ったり,鉛筆を傾けるなどの様子がみられ,筆圧も高くなる傾向が伺われた。また,点結びのような課題では,顕在的な視覚的探索活動が生起し,書字過程における視覚情報の役割についてさらに検討していく必要性が示唆された。本研究では,数名の児童を対象にした予備的な実験に留まったが,さらに,筆圧及び筆記用具の把握形態の検討を通して,字形の改善過程を詳細に分析することにより,書字指導に結びつけることのできるデータを提供できると考える。
ヘモグロビン異常症の遺伝子治療に関する多面的アプローチ

1.遺伝子導入系の開発AAVベクターを用いて、赤芽球系培養細胞を対象に発現効率の高い、加えて挿入部位によらない一定した発現系の確立を行った。グロビン遺伝子の組織及び時期特異的な発現に関与するLCRを構成する3箇所のDNaseI超高感受性部位(HS2,3,4)を種々に組み合わせ、ヒトβグロビン遺伝子に連結した組換えAAVを作成した。ネオマイシン耐性遺伝子も同時に組み込んだ。MEL細胞に感染後、ネオマイシン耐性株を単離し、ヒトβグロビン遺伝子と内因性のマウスβグロビン遺伝子の発現を比較したところ、挿入部位に存在しない発現が得られないことが分かった。そこでニワトリのβグロビン遺伝子群で同定されたインスレータのコア配列を2個タンデムにつなぎ、これでHS2に連結したβグロビン遺伝子を囲み、組換えAAVを作成した。これをMEL細胞に感染させクローンを単離し、その中でプロウイルスゲノムがインタクトな5個のクローンを単離しグロビン遺伝子の発現を検討した。インスレータを持たないHS2では発現がクローン間で6.1%から172.1%と広がりがあった。一方インスレータを組換えたウイルス由来のクローンでは発現が52.8%から58.3%で、発現の平均は56.2%と挿入部位によらない発現が見られた。以上からこのインスレータを組換えた組換えAAVベクターは遺伝子治療に有効な系であると結論した。2.分子病態の修復点変異(HbE変異,IVS-2内654位変異)が来す選択スプライシングのアンチセンスオリゴによる抑制効果をin vivoで検討するために、正常および各変異グロビン遺伝子をHeLa細胞にトランスフェクションして得られたステーブルトランスフォーマントを用いて検討した。0.4μMの濃度の18塩基のアンチセンス-2^1-0-メチルオリゴリボヌクレオチドをリボフェクション法で導入後、36時間までの30%程度の異常スプライシングの低下を認めた。またHbE変異による異常スプライシングを抑制するために、スプライシングの際ドナー部位の選択に関わっているといわれているSF2/ASFの強制発現による効果をトランジエントおよびステーブル両系で検討した。その結果前者では30%の低下が見られた。ステーブルなSF2/ASFの発現細胞4株において、SF2/ASFの転写量と異常スプライシングの抑制効果とが相関しており、内因性のSF2/ASFの1.46倍の量で抑制効果が約20%であった。1.遺伝子導入系の開発AAVベクターによる遺伝子導入系を用いて、赤芽球系培養細胞を対象に発現効率や安定性の強化を目指している。そのためにグロビン遺伝子の組織及び時期特異的な発現に関与するLCRを構成する4箇所のDNaseI超感受性部位(HS14)を種々組合わせ、これをβグロビン遺伝子に組み換えたコンストラクトを作成し、これを用いた組み換えAAVを調整した。

赤芽球系培養細胞であるMEL細胞に感染させクローンを各コンストラクトにつき10個ずつ単離し、現在各クローンにおけるβグロビン遺伝子の発現を解析中である。2.胎生型グロビン遺伝子の活性化転写制御因子EKLFはGATA-1を介したLCRとの相互作用により、γ→βのスイッチングに関与しβグロビン遺伝子の発現に正に働いている。転写制御因子におけるトランスドミナントな変異によるスイッチングのモジュレーションの可能性を検討するために、EKLFのDNA結合能を保持したまま転写活性能をなくした変異因子の作成を行っている。3.分子病態の修復点変異(HbE変異,IVS-2内654位変異)が来す選択スプライシングのアンチセンスオリゴによる抑制を見るために、HeLa細胞核抽出液を調整してin vitroスプライシングの系を確立した。これを用いて変異により活性化された潜在スプライスサイトをカバーする18塩基のアンチセンス-2′-0-メチルオリゴリボヌクレオチドのスプライシングに及ぼす効果を解析し、オリゴの配列を含めた条件の至適化を試みている。またin vivoでの検討を行うために正常および各変異グロビン遺伝子をMEL細胞にトランスフェクションし、正常および変異mRNAの発現が見られるステーブルトランスフォーマントを単離した。1.遺伝子導入系の開発AAVベクターを用いて、赤芽球系培養細胞を対象に発現効率や安定性の強化を目指している。グロビン遺伝子の組織及び時期特異的な発現に関与するLCRを構成する4箇所のDNaseI超高感受性部位(HS14)を種々組合わせ、これをβグロビン遺伝子に組み換えたコンストラクトを作成して、MEL細胞に感染させ得られたクローンのβグロビン遺伝子の発現を解析した。内因性のβグロビン遺伝子の発現に対しHS4.3のコンストラクトで約4倍の発現がみられたが、各クローン毎の発現のばらつきもみられた。現在発現を挿入の位置によらず高く保つためにインシュレーターを組換えたコンストラクトを用いて解析中である。2.分子病態の修復点変異(HbE変異,IVS-2内654位変異)が来す選択スプライシングのアンチセンスオリゴによる抑制効果をin vivoで検討するために、正常および各変異グロビン遺伝子をHdLa細胞にトランスフェクションして得られたステーブルトランスフォーマントを用いて検討した。18塩基のアンチセンス-2′-0-メチルオリゴリボヌクレオチドをリポフェクション法で導入後、20%程度の異常スプライシングの低下を認めた。現在至適化を試みている。またHbE変異による異常スプライシングを抑制するために、スプライシングの際ドナー部位の選択に関わっているといわれているSF2を強制発現させることにより検討した。トランジエント発現の系で30%程度の抑制効果を認めている。現在この至適化とともにAAVベクターを経由した遺伝子導入によるSF2の効果を検討中である。1.遺伝子導入系の開発AAVベクターを用いて、赤芽球系培養細胞を対象に発現効率の高い、加えて挿入部位によらない一定した発現系の確立を行った。
口腔インプラント手術の技術伝承を目的とした力覚体感型シミュレータの開発

口腔インプラント手術における顎骨のドリリングや上顎骨のサイナスリフト術における洞底粘膜挙上には医療事故につながる要因が含まれる。この防止には医師が力覚を正しく認識することが重要である。そこで、海綿骨の微細構造に基づく骨質と個体差を考慮したドリリング荷重の数値解析手法を用いて予測したドリリング深さと荷重の関係を再現できる手術シミュレータ装置を開発した。また、洞底粘膜の特性試験装置を開発し、新鮮屍体に対する実験結果を理論的、数値的に解析し、荷重に対する感度が高い幾何的パラメータを明らかにした。上記の知見を記録する力覚カルテを提案し、ドリリング用の力覚カルテを具現化するソフトウェアを開発した。1.洞底粘膜の力学的特性計測装置の開発:新鮮屍体から採取した洞底粘膜の挙上時のストロークと反力の関係を得るための装置開発を行った。ゴム材料を用いた予備試験を経て、2016年1月13日に新鮮屍体を用いた実験を行い、再現性のよいデータを取得することができた。カセットの設計に工夫をこらし、粘膜がウェットな状態でも簡単に拘束できることを確認した。また、薄膜のしわをのばすために試験前に張力を与えることが困難であるが、試験結果の整理方法を工夫し、この問題を克服することができた。今後は、充填材を装填できるように装置を改良する計画である。実験とあわせて、次年度に計画していた非線形有限要素解析によるキャリブレーション解析とひずみ予測解析を開始した。2.画像相関法ひずみ計測用テキスチャ付与装置の開発:風などの環境の影響を受けずに安定してスプレーによるテキスチャ付与を可能とする装置を開発した。第三者による試用も行い、その有用性を確認した。3.海綿骨ドリリング時の力覚体感実験(1)下顎骨模型を用いたドリリング荷重・速度の計測を行い、力覚体感装置にて計測した臨床医による入力荷重とドリリング速度と比較し、下顎骨模型の特性を知るとともに開発した力覚体感システムの有用性を検証した。(2)力覚体感装置を研究分担者が実施する歯科大学生を対象とした評価実験を行い、その教育的効果を実証した。(3)次年度に計画していた下顎骨海綿骨のドリリング荷重の予測を、新たな献体マイクロCTデータをもとに解析し、力覚体感装置で再現することができた。4.力覚カルテの基本ソフトウェアの開発:海綿骨ドリリング時の力覚体感後にドリリング深さと荷重の関係を描くタッチパネルPC用ソフトウェアを開発し、上記3(2)の評価実験にて使用し、その有用性を検証した。洞底粘膜の力学的特性計測装置の開発に関して、装置の設計・試作と献体を用いた試験の準備にとどまらず、新鮮屍体を用いた実験に成功した。そのため、次年度に行う計画であった非線形有限要素法による数値解析に着手することができた。また、力覚カルテの基本ソフトウェアに関して、開発後に歯科大学生を対象とした評価実験まで行うことができた。1.洞底粘膜の力学的特性計測と数値解析:(1)充填材を用いて洞底粘膜の挙上試験が行えるように装置の改良を行った。(2)検証のため、2種類のゴム(クロロプレンゴム、シリコーンゴム)を用い、充填材の量を0.03g, 0.04g, 0.05g, 0.06gと変化させ、充填剤が無い場合との比較を行った。得られた挙上距離と荷重の関係およびビデオ観察の結果から、適切な試験が行えることを確認した。(3)上記の実験結果を細かく分析し、充填材の数値モデル同定の手順を考案した。具体的に、シリコーンゴムを用い、0.06gの充填材を用いた試験結果から、別途シリコーンゴム単体の一軸引張試験を行い、ムーニーリブリンモデルのパラメータ同定を行う手順を考案した。(4)昨年度実施した新鮮屍体を用いた試験結果を整理し、洞底粘膜の数値モデルの同定と、挙上中に粘膜内部に発生するひずみ分布の数値解析を行った。べき乗則の材料モデルとムーニーリブリンモデルの両者を検討した結果、ムーニーリブリンモデルにより新鮮屍体の試験結果をよく再現できることがわかった。材料モデル同定や解析パラメータの妥当性については次年度にさらに深く検討することとした。2.海綿骨ドリリング時の力覚の数値解析:研究分担者の所属機関である東京歯科大学において100名超の学生教育に用いた。本年度は舌側皮質骨穿孔事例の体感を行い、開発装置および手法の有効性を確認した。3.力覚カルテの詳細設計:東京歯科大学学生24名により3例の力覚体感評価を行った結果、相対評価として力覚の定量化が可能であり、手術後に熟練の臨床医が力覚をグラフ化できるめどが立った。臨床医が描いたグラフをエクセルファイルに変換することも可能となった。4.情報発信:論文発表のみならず、日本口腔インプラント学会において機器展示を行った。海綿骨ドリリング時の力覚体感装置は完成度が高く、当初計画以上の成果が得られている。洞底粘膜および力覚カルテの研究に関しては当初計画通りに進捗している。1.洞底粘膜の力学的特性計測と数値解析:新鮮屍体3体に対する挙上試験を行い、荷重と挙上量の関係を得た。この際、充填材0.06gを用いた試験も行った。実験結果は大きくばらついたが、挙上量0.8mmまでの範囲では再現性が高く、この領域に集中して各種の解析を行った。

まず、充填材の影響について、充填材だけの圧密試験を行った結果、簡単な直列バネモデルにより説明することができた。次に、大変形による幾何的非線形性を考慮したvon Karman板理論を用いた理論解析モデルを構築した。その結果、歯科用CTから得られる患者の洞底半径などの情報を用いて挙上量に対する荷重値の予測が可能となった。これにより、各種の感度解析を行う手法を提案した。さらに材料非線形性も考慮したFEMによる数値解析モデルを構築した。はく離面積の影響について、荷重値の差およびひずみ値の差を考察することができた。手術前に計測が不可能なパラメータの影響は、手術中に術者が力覚から類推すれば、即座に洞底粘膜挙上時の力学的特性を予測可能な手法を提案することができた。感度解析の結果からは、洞底半径およびはく離部分の充填材の初期高さが重要なパラメータであることが示唆され、本研究で提案する力覚カルテに洞底半径およびはく離部分の充填材の初期高さを併記することで、サイナスリフト手術支援となるとの新しい知見を得ることができた。2.海綿骨ドリリング時の力覚:力覚体感装置(下顎力覚シミュレーター)の小型化を行い、使用者の身長にあわせた装置高さの調整を電動化するなど改良を行い、東京歯科大学第5学年の全学生に対して登院実習時に演習を行うことができ、教育システムを確立することができた。また、上顎海綿骨のドリリング荷重の数値解析手順も構築することができた。3.情報発信:日本骨形態計測学会、日本機械学会において研究成果の発表を行った。口腔インプラント手術における顎骨のドリリングや上顎骨のサイナスリフト術における洞底粘膜挙上には医療事故につながる要因が含まれる。この防止には医師が力覚を正しく認識することが重要である。そこで、海綿骨の微細構造に基づく骨質と個体差を考慮したドリリング荷重の数値解析手法を用いて予測したドリリング深さと荷重の関係を再現できる手術シミュレータ装置を開発した。また、洞底粘膜の特性試験装置を開発し、新鮮屍体に対する実験結果を理論的、数値的に解析し、荷重に対する感度が高い幾何的パラメータを明らかにした。上記の知見を記録する力覚カルテを提案し、ドリリング用の力覚カルテを具現化するソフトウェアを開発した。計画通り、洞底粘膜の力学的特性計測と数値解析、海綿骨ドリリング時の力覚の数値解析、力覚カルテの詳細設計の研究を推進する。研究費についても、開発した装置が当初計画より価格がおさえられたことが主たる理由で次年度使用額がでたが、残額はわずかであり、計画通り執行できた。次年度の予算執行も計画通りに行う。旅費に関しては、WCCM XII(World Congress on Computational Mechanics, Seoul, Korea)にて成果発表を行うための出張旅費に使用する計画である。上顎インプラント手術の中のサイナスリフトを想定した洞底粘膜に関する研究に特に注力して当初計画通りの目的を達成する。海綿骨ドリリング時の力覚体感装置は小型化設計を行い、実用性を高める計画である。生体力学画像相関法ひずみ計測用簡易テスクチャ付与装置の価格が見積時よりも低くおさえられたのが主たる理由である。また、実験補助のための人件費を計上したが、雇用せずに実施することができたのも理由の一つである。
Sweep out 法の特異性伝播問題への応用

波動方程式で代表されるような双曲型の微分方程式の、解の特異性の伝播問題は、超局所解析学を用いた研究によってその構造がほぼ明らかになった。しかし、例えば光の回折現象は、従来の超局所解析では説明されず、また、回折現象は必ずしも双曲型でない方程式に関しても観察される。この現象を説明するには、多重特性的な方程式に対して第2超局所解析と呼ばれる手法を用いることが有効であるが、第2超局所解析の理論そのものは発展途上にあり、これまでそれぞれの問題に応じて複数のやり方を用いて導入されている。その中で、Sweep out法は、方程式の解の存在及び解の特異性の伝播の双方に関して重要な役割を担っている。2重特性的な方程式について、可微分カテゴリでは正則函数の空間における擬微分方程式を解くことで解の存在と解の特異性の伝播に関する結果を得、また解析的カテゴリでも解の特異性の伝播に関する結果を得ていたが、解析的カテゴリにおける解の存在についても、方程式に条件を課すという弱い形ながら、正則函数の空間でsweep outを用いて示すことが出来た。だがこの結果についてはさらに強める必要がある。また、第2超局所双曲型と呼ばれる性質をもつ方程式に関し、第2マイクロ函数のクラスでは可解だがマイクロ函数のクラスでは可解でないような方程式を例示することができた。これは、正則パラメータ付きのマイクロ函数のクラスにおけるsweep out法が必ずしもマイクロ函数のクラスでの結果をもたらさないという意味で、正則函数の空間におけるsemi-globalな解析の重要性を示す一つの根拠となっているとも言える。
新しい装置を用いた根呼吸量と根系画像の同時測定

森林生態系の炭素循環を解明するにあたって、ブラックボックスとされている、根の生成-枯死過程を明らかにするために、根呼吸量の連続観測装置と薄型スキャナを組み合わせた新しい測定装置を開発した。この測定装置を京都府木津川市の山城試験地に設置し、観測を開始した。根呼吸量と温度および含水率を同時に測定し、長期間に渡って環境要因の変化に伴う根呼吸の変動を捉えるシステムを構築した。この結果、温度の上昇に対して根呼吸も上昇すること、含水率の変動に伴い大きく変動することが示されだ。また、2007年7月より、画像の採集に際しても自動化に成功し、これによって30分に一回の高頻度での観察が可能になっだ。この結果、根の伸長遠度は本試験地の優先樹種であるコナラにおいては生育期において時速1mm程度であること、またその速度が変動することが観測された。また、細根の種類の違いや、色の違いについてもはっきりと確認された。従来よりも画面が大きく、高頻度での撮影が可能であるため、根の分枝過程や色の変化もとらえることができている。今後も観測を継続し、季節変動特性の解析などを行いたい。まだ地中レーダー(GPR)を用いて樹木根の細根を埋設した実験区を作成し、画像を採取した。高周波を用いることで表層付近の根系の存在がわかることが実験的に示された。両者を用いて、森林における土壌からの二酸化炭素放出量の偏在性や時系列変動の解明につなげたい。
高速射出液膜流れの固気液三相接触線近傍流れ場の不安定現象に及ぼす周囲気体効果

本研究の目的は,液滴の固体面衝突直後に射出される非常に薄い高速液膜流れの不安定現象に及ぼす周囲気体の効果を明らかにし,壁面に沿う安定な高速液膜流れを実現することである.本年度は,昨年度に引き続いて以下の4項目について研究を行った.1.高速度カラー光干渉計による気液界面計測システムによる観察:昨年度構築した高速度カラー光干渉計による気液界面計測システムを用いて,異なる界面エネルギーを有する固体表面への液滴衝突時に,固体と液滴との間に形成される非常に薄い気膜の厚さを,高空間解像度・高厚さ方向解像度・高時間解像度で観測した.2.異なる界面エネルギーを有する固体表面への液滴衝突の観察:異なる接触角を有する固体表面への液滴衝突および衝突後の流れ,特に液滴衝突直後の高速液膜流れの不安定性を観察した.衝突直後に形成される液膜速度が時間と共にどのように変化するかを定量的に観察するとともに,異なる界面エネルギーを有する固体表面におけるスプラッシュ発生速度閾値を検討した.3.減圧チャンバ内での高速液滴衝突:周囲気体圧力の効果を検討するために,減圧チャンバ内を用いて,液滴が固体表面に衝突する際の圧力を100kPa1気圧の範囲で制御した.減圧チャンバ内で高速で上方に射出された衝突板を,自由落下する液滴に衝突させることにより,液滴衝突速度を5m/s33m/sの範囲で変化させ,射出液膜速度が液膜不安定性に及ぼす効果を検討した.4.固体表面衝突後の液膜不安定性に及ぼす周囲凝縮性気体の寄与:エタノール蒸気中でエタノール液滴衝突を観察し,固体表面衝突後に射出される高速射出液膜の進展に及ぼす周囲凝縮性気体の相変化の寄与を検討した.また,分子気体力学を用いて,周囲凝縮性気体の非平衡効果について検討した.本年度は以下の4項目について研究を行った.それぞれの研究項目について得られた本年の重要な成果を以下に示す.1.高速度カラー光干渉計による気液界面計測システムによる観察:異なる界面エネルギーを有する固体表面への液滴衝突時に,固体と液滴との間に形成される非常に薄い気膜の厚さについて検討を行った.定量的な気膜厚分布を取得することはできなかった.これは,光学系の位置決め等の精度が不十分であること,実験データから膜厚分布を算出する手法およびアルゴリズムが不十分であることが原因であると考える.2.異なる接触角を有する固体表面への液滴衝突の観察:異なる濡れ性を有する固体表面における高速液膜の接触線近傍の不安定性を検討し,定量的な評価を導くに足るデータを取得した.Coxらの理論解析と実験結果とを比較することにより,特に,界面エネルギーが高い状態では特異な挙動を示す可能性があることが示唆された.3.減圧チャンバ内での高速液滴衝突:高速液滴の衝突の場合において,prompt splash発生前に観察されるephemeral splashは,発生閾圧力が衝突速度に寄らず,ほぼ一定であるという重要な性質を有することを明らかにし,その発生機序を圧縮性液体の液滴衝突モデルを構築することにより解明した.4.固体表面衝突後の液膜不安定性に及ぼす周囲凝縮性気体の寄与:エタノール蒸気中でエタノール液滴衝突を観察した結果,エタノール蒸気中では例え1気圧であっても,splash発生が抑制されることを示した.気液界面の境界条件に,分子気体力学から得られる完全凝縮の境界条件を課すことにより,液滴が衝突する際に気体中に発生する圧力は,気体の凝縮効果によって有意に減少することを示した.これまでに,構築された装置を用いて,前年度に引き続いて高速液膜流れの不安定現象に及ぼす周囲気体の効果を検討する.1.高速度カラー光干渉計による気液界面計測システムによる観察:昨年度から引き続いて,計測システムの光学系を抜本的に再検討することにより高信頼性化を図ると共に,データ解析アルゴリズムを改良し高精度化を図り,大気中で自由落下しガラス表面に衝突する水液滴から発生する高速射出液膜固気液三相接触線近傍の自由界面の不安定性を定量的に評価する.2.異なる接触角を有する固体表面への液滴衝突の観察:昨年度から引き続いて光学系・光源を抜本的に再検討することにより,十分なコントラストを有する接触線近傍の気液界面画像を得る.さらに,衝突板の表面化学組成をプラズマを用いて変化させるとともに.ガラスより表面組成が単純であるシリコンラバー等の高分子を用いて衝突実験を行い,固体表面の表面エネルギー・液膜進展速度・接触角等と液膜不安定性との関係を考察する.3.減圧チャンバ内での高速液滴衝突:液滴衝突直後に,発生するephemeral splashは,発生閾圧力が衝突速度に寄らずほぼ一定であるという極めて特異な性質を有している.ephemeral splash発生の物理モデルをより精緻なものにするために,固定表面の粗さに着目して実験を行う.4.固体表面衝突後の液膜不安定性に及ぼす周囲凝縮性気体の寄与:エタノール蒸気中でエタノール液滴衝突を観察した結果,衝突速度3m/s程度では,周囲エタノール蒸気圧力が大気圧程度ではsplashが観察されないことが示された.不安定性が発現する圧力の理論値を求めるために,引き続き分子気体力学とBoltzmann方程式を用いて,高速で移動する界面近傍に発生する圧力が,凝縮係数によってどのように変化するかを検討する.本研究の目的は,液滴の固体面衝突直後に射出される非常に薄い高速液膜流れの不安定現象に及ぼす周囲気体の効果を明らかにし,壁面に沿う安定な高速液膜流れを実現することである.