hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
吸着蓄熱材内包金型によるプラスチック射出成形の金型温度制御消費エネルギーの削減

プラスチック射出成形金型の動的温度制御に必要なエネルギー消費を削減することを目的に、金型内包吸着蓄熱材に水蒸気を吸脱着させることで金型温度を変化させる概念を提示し、その実現可能性をエネルギー消費削減効果と生産性への影響の観点から検討した。その結果、吸着蓄熱材に水蒸気を吸着させることで金型を所要の温度上昇させ、成形品品位を向上させられること、それによって金型昇温に必要な電力を削減できることが示された。一方で、効率的な温度制御を実現するためには、吸着蓄熱材の発熱を金型キャビティ表面に誘導する工夫が必要なこと、蓄熱材の再生には時間が必要で生産性への影響が無視し得ないことも明らかとなった。研究計画の第一年度では、本研究で提案する金型に内包したデシカントによる吸着蓄熱を利用した金型温度制御手法の基本特性を評価するため、模擬金型による加熱・冷却実験を行った。高品位成形のための射出成形金型の温度制御は、樹脂充填段階での高温モード(120°C程度)と、充填修了後、成形された溶融樹脂の冷却を行うための低温モード(30°C程度)の2つを周期的に繰り返す。このような動的温度制御を、吸着蓄熱材を内包した模擬金型で実現し、温度制御性や消費エネルギー削減効果を実験的に評価した。その結果、低温モードから高温モードへの移行(加熱)については、模擬金型内に充填した13Xゼオライトに低圧純水蒸気を吸着させた場合、最大発熱量120 kJ/kg-desiccant程度、最大発熱速度5 kW/kg-desiccantが得られた。その際、最大発熱速度を呈する位置は、時間の経過とともに、数mm/s10 mm/sの速度で水蒸気供給ラインの上流側から下流側に移動していくことがわかった。これは、上流側での急速な吸着により下流側に十分な量の水蒸気が供給されないこと、上流側の吸着蓄熱材が飽和するとその部分の発熱量が低下することによるものである。したがって、射出成形金型において重要なキャビティ表面温度の均一性を担保するためには、この現象をモデル化し、水行基供給速度を適切に制御する必要があることが示された。一方、高温モードから低温モードへの移行(冷却)においては、冷却速度は加熱に比べて一桁程度小さく、高速な冷却の実現には、強制排気による脱着プロセスが必要であることが示唆された。これらの結果から、実際の射出成形金型の温度制御に吸着蓄熱材による発熱・吸熱を利用するための水蒸気供給・脱着排気の流量、電気加熱・冷却水冷却との切り替えタイミングについて有効な知見を得た。平成26年度は、より実用に近い条件において、本研究で提案する金型に内包したデシカントによる吸着蓄熱を利用したプラスチック射出成形用金型の温度制御手法の実現可能性を検討した。すなわち、型剛性に対する吸着蓄熱材の補強効果の検討と、キャビティ表面近傍に設置したデシカントによるキャビティ表面温度制御性について実験的に検討を行った。さらに、昨年度の結果から必要性が示唆された高速な金型冷却のための脱着促進についての検討も実施した。溶融樹脂の持つ熱エネルギーと吸着蓄熱エネルギーによって金型キャビティ表面を効率的に加熱するためデシカントをキャビティ表面近傍に設置した試作金型で実際に成形を行ったところ、デシカント内包部の剛性が他の部分に比べて低いため、金型の変形が生じ、成形品の形状精度が保てないことが明らかとなった。また、必要な加熱量を確保するためデシカント層の厚さを大きくすると、多孔体であるデシカントの熱伝導率が低いため、キャビティ表面の温度上昇がデシカントのそれに比べて限定的になることも示された。そこで、デシカント内包部の剛性確保とデシカント内部からキャビティ表面への熱移動の促進のため、キャビティ表面からデシカント層内に向けてフィンを設置することを試み、これが型剛性とキャビティ表面加熱の双方に効果的であることを明らかにした。一方、金型の冷却に際しては、デシカントに吸着した水蒸気を真空ポンプで強制脱着することである程度高速化できるが、次工程である吸着発熱の効果を高めるために脱着量を大きくするには、強制排気後、工業排熱等を利用してデシカント温度を上昇させることが望ましいことが示された。研究計画の最終年度には、これまでに得られた知見を基に、提案する動的温度制御金型の実際のプラスチック射出成形における効果を検討するとともに、消費エネルギー削減効果を評価した。すなわち、キャビティ表面にテクスチャを有する金型を試作し、蓄熱材の吸脱着、溶融樹脂からの熱移動等の手法が成形品表面品質に与える影響を評価するとともに、消費エネルギー削減効果についても検討を加えた。金型キャビティに刻んだ高さ500μm×間隔500μmのライン&スペースを転写して形成される成形品表面形状の精度(転写率)に対する金型初期温度とデシカントによる昇温の影響を実験的に評価した結果、デシカントによる昇温によって成形品の転写性が向上すること、その効果は特に金型初期温度が低い場合に顕著であることが確認された。デシカント昇温による転写性向上効果と同等の転写性を得る金型初期温度を評価し、そのために必要な加熱電気エネルギーを算出したところ、本実験条件においては、デシカント内包金型によって金型の動的温度制御に要する電力を7 kJ以上削減できることが明らかになった。一方で、デシカントの水分吸着による発熱量と金型加熱に使用できた熱エネルギーを比較したところ、本実験条件では、理論発熱量の3 %程度しか利用できていないことが明らかとなった。

このことは、デシカントからの発熱を金型キャビティ表面へより有効に導く方策を工夫することで、デシカント内包金型による金型動的温度制御の効果を高められることを示唆している。デシカントの水分脱着・再生による金型冷却については、その効果は認められるものの、脱着に要する時間が長く、実プロセスへの適用が難しいことが分かった。したがって本概念の実用化においては、冷却水による金型冷却を併用しつつ、未利用エネルギー等を活用してデシカントの脱着・再生を外的に行うシステムを構築することが望ましいと言える。プラスチック射出成形金型の動的温度制御に必要なエネルギー消費を削減することを目的に、金型内包吸着蓄熱材に水蒸気を吸脱着させることで金型温度を変化させる概念を提示し、その実現可能性をエネルギー消費削減効果と生産性への影響の観点から検討した。その結果、吸着蓄熱材に水蒸気を吸着させることで金型を所要の温度上昇させ、成形品品位を向上させられること、それによって金型昇温に必要な電力を削減できることが示された。一方で、効率的な温度制御を実現するためには、吸着蓄熱材の発熱を金型キャビティ表面に誘導する工夫が必要なこと、蓄熱材の再生には時間が必要で生産性への影響が無視し得ないことも明らかとなった。本年度は、前年度に得られた吸着蓄熱材を利用したプラスチック射出成形金型の温度制御手法の基礎特性をもとに、より現実的な条件でその制御性を検討し、射出成形公金型の構造的制約や型剛性といった熱工学以外の視点を加味して望ましい温度制御方法に関する知見を得ることができている。一方で、前年度の結果から示唆されたとおり、金型冷却を射出成形に求められる時間スケールで実現するためには、金型の持つ熱エネルギーの利用だけでは十分でないことも明確になりつつあり、他の工業廃熱の利用など、新たな方策を検討する必要が生じている。これについては最終年度に、本手法による省エネルギー効果の検討と併せて評価していくこととする。27年度が最終年度であるため、記入しない。工学研究計画の最終年度である平成27年度には、これまでの検討結果を踏まえ、溶融樹脂からの熱移動によって金型表面を加熱する手法との組み合わせ、真空ポンプによる水蒸気の強制排気による冷却速度の向上効果、さらには他の工業廃熱を利用した吸着蓄熱に関する検討を継続するとともに、得られた知見を基に、提案する動的温度制御金型の実際のプラスチック射出成形における効果を検討し、望ましい条件設定や消費エネルギー削減効果、生産性への影響等を実用的な指針として取りまとめる。動的温度制御金型を用いて成形される射出成形品の多くは、表面に微細形状を持つ製品や、ウェルドラインやフローマークと呼ばれる表面不良現象の発現を極端に嫌う製品、あるいは鏡面加工が施された製品など、表面性状の品質を問題とするものが多い。そこで、こうした表面を有する金型を試作し、蓄熱材の吸脱着、溶融樹脂からの熱移動、水蒸気の強制排気等の手法が成形品表面品質に与える影響を評価するとともに、消費エネルギー削減効果、生産性への影響についても検討を加え、実用的な指針として取りまとめる。研究計画の初年度である平成25年度には、本研究課題で提案した吸着蓄熱材を利用したプラスチック射出成形金型の温度制御手法について、その動作の確認と実成形金型設計に必要な基礎データを得ることができた。
軟骨遺伝子転写応答のin-situフィードバックによる最適力学負荷システムの開発

本研究の目的は,培養過程で変動する軟骨細胞周辺の力学場の情報と,各細胞の遺伝子転写情報を用いて,軟骨細胞の基質産生に対する最適な力学負荷を可能とする新規培養システムの開発である.本年度はまずin situで力学刺激に対する軟骨コラーゲン基質構造と遺伝子発現の経時的観察,および軟骨組織内における力学刺激の伝達状況の評価を目指した.軟骨細胞は自己産生したコラーゲンやプロテオグリカンから成る細胞外基質を介して外部刺激を受けており,培養に伴う基質の量および構造の変化が細胞の代謝活性に影響を及ぼしている.これらの経時変化を評価するために,シリコンシートを用いた平面培養において,ステッピングモータによる単軸引張ひずみが負荷可能且つ,清潔環境下で多光子励起顕微鏡による定位置観察を可能とする培養装置を設計・製作し,周期的な引張刺激がコラーゲン構造体の凝集・分裂を促す様子を撮影することに成功した.また,II型コラーゲンをエンコードするCOL2A1遺伝子のプロモーターおよび蛍光遺伝子を利用して,力学刺激に対するCOL2A1の転写活性を平面培養下で可視化できるシステムの構築を試みた.その結果,力学刺激に対する応答において,蛍光輝度情報と定量PCRによる遺伝子発現計測の間で無刺激培養と異なる相関を示し,力学刺激に対するプロモーター領域の再検討および画像評価方法の修正などが次年度以降の課題となった.また,ブタの膝関節軟骨組織を用いた刺激伝達評価では,組織の厚さ方向に関する細胞応答がひずみ速度によって変化する結果が得られ,三次元培養に拡張する上で,力学場解析における間隙流体の重要性が示唆された.本年度は力学刺激負荷環境下における軟骨細胞周囲のコラーゲン基質構造変化,および細胞の遺伝子転写応答に関して,経時的にin-situ観察を可能とする装置を作製し,画像評価システムの問題点や改善点に関する知見を得た.また次年度に予定していた力学刺激に対するCOL2A1遺伝子プロモーター領域の同定に関して,本年度中に進展が見られ,当初の予定より進められたといえる.一方,軟骨組織内の刺激伝達解析においては,想定していたよりひずみ速度依存性が大きく,三次元力学場モデルの構築は次年度以降も継続して行う状況である.本年度の結果を踏まえ,二次元の平面培養において,II型コラーゲンの発現に対して力学刺激の最適化を目指した制御アルゴリズムの構築を行う.そのために,力学刺激に応答するプロモーター領域の同定を継続して優先的に進める.またひずみ量や周期など引張刺激に関するパラメータを変化させ,一定刺激に対するコラーゲン構造体の変化や遺伝子発現の相関に関して基本データの蓄積を進める.また三次元培養への拡張に向け,組織内の流れ場を考慮した力学モデルの構築を行う予定である.本研究の目的は,培養過程で変動する軟骨細胞周辺の力学場の情報と,各細胞の遺伝子転写情報を用いて,軟骨細胞の基質産生に対する最適な力学負荷を可能とする新規培養システムの開発である.本年度はまずin situで力学刺激に対する軟骨コラーゲン基質構造と遺伝子発現の経時的観察,および軟骨組織内における力学刺激の伝達状況の評価を目指した.軟骨細胞は自己産生したコラーゲンやプロテオグリカンから成る細胞外基質を介して外部刺激を受けており,培養に伴う基質の量および構造の変化が細胞の代謝活性に影響を及ぼしている.これらの経時変化を評価するために,シリコンシートを用いた平面培養において,ステッピングモータによる単軸引張ひずみが負荷可能且つ,清潔環境下で多光子励起顕微鏡による定位置観察を可能とする培養装置を設計・製作し,周期的な引張刺激がコラーゲン構造体の凝集・分裂を促す様子を撮影することに成功した.また,II型コラーゲンをエンコードするCOL2A1遺伝子のプロモーターおよび蛍光遺伝子を利用して,力学刺激に対するCOL2A1の転写活性を平面培養下で可視化できるシステムの構築を試みた.その結果,力学刺激に対する応答において,蛍光輝度情報と定量PCRによる遺伝子発現計測の間で無刺激培養と異なる相関を示し,力学刺激に対するプロモーター領域の再検討および画像評価方法の修正などが次年度以降の課題となった.また,ブタの膝関節軟骨組織を用いた刺激伝達評価では,組織の厚さ方向に関する細胞応答がひずみ速度によって変化する結果が得られ,三次元培養に拡張する上で,力学場解析における間隙流体の重要性が示唆された.本年度は力学刺激負荷環境下における軟骨細胞周囲のコラーゲン基質構造変化,および細胞の遺伝子転写応答に関して,経時的にin-situ観察を可能とする装置を作製し,画像評価システムの問題点や改善点に関する知見を得た.また次年度に予定していた力学刺激に対するCOL2A1遺伝子プロモーター領域の同定に関して,本年度中に進展が見られ,当初の予定より進められたといえる.一方,軟骨組織内の刺激伝達解析においては,想定していたよりひずみ速度依存性が大きく,三次元力学場モデルの構築は次年度以降も継続して行う状況である.本年度の結果を踏まえ,二次元の平面培養において,II型コラーゲンの発現に対して力学刺激の最適化を目指した制御アルゴリズムの構築を行う.そのために,力学刺激に応答するプロモーター領域の同定を継続して優先的に進める.またひずみ量や周期など引張刺激に関するパラメータを変化させ,一定刺激に対するコラーゲン構造体の変化や遺伝子発現の相関に関して基本データの蓄積を進める.また三次元培養への拡張に向け,組織内の流れ場を考慮した力学モデルの構築を行う予定である.
プラズマ計測のための飛翔型プローブの開発

プラズマ計測用飛翔型のプローブを開発するための基礎研究を実施した。飛翔型プローブとしてプラズマ中に直径10mmのセラミック製、ステンレス製、タングステン製の3種類の球体を投下する実験を行った。投下対象のプラズマは高周波による完全非誘導電流駆動プラズマで、セラミック製は粉砕、ステンレス製は溶融してダイバータ板上に溶着した。また、プラズマ電流は、セラミック製・ステンレス製ではほぼ消滅し、タングステン製で約半分まで降下し、その影響は甚大であることがわかった。球体の軌道を高速カメラで撮影した結果から球体にかかる力と熱入力を測定し、高速電子の数と速度の積を定量的に評価することに成功した。平成25年度は、平成24年度に実施したセラミック球の落下実験でプラズマからの局所的な熱入力によりセラミック球が粉砕したことを受けて、ステンレス、タングステン2種類の金属球の落下実験を実施した。直径10mmのステンレス球を落下させたところ、プラズマの閉磁気面から十分に離れたところで発光することが確認された。このことから別の実験で予想されていた開磁気面に閉じ込められた高速のバナナ電子の存在が確認できた。落下球はプラズマから受けた力により軌道がそれて回収配管では回収できなかったが、実験終了後に落下球を回収して観察することができた。SEMによる観察で表面には明らかな溶損とダスト状の粒子の付着が観測された。また、ダイバータ板上に溶けたステンレスが直線的に付着していたためステンレス球がプラズマ中を通過した後、冷えるまでにダイバータ板上を転がったと考えられる。ダイバータ上に残留したステンレスと残りのステンレス球の質量から欠損した質量が5mgであることが分かった。落下した位置についていた跡からプラズマ中でステンレス球が受けた力を計算し、平均的に7mNの力を受けたことを確認した。この力を生み出した原因として、電磁力、融解による粒子放出の反作用、イオン流の運動量注入等について検討し、融解による粒子放出の反作用が力の方向や大きさの点で力を生み出す原因と考えられることが分かった。受けた力とステンレス球を融解させるために必要な入熱量から、電子密度と磁力線方向の速度の積として最少、4×10^19、最大値として7×10^20m-2s-1を得た。この値は電流密度として6-100A/m2に相当し、プラズマの断面積とプラズマ電流から評価した20kA/m2に比べて小さい。このことは、金属球の表面から蒸発した金属不純物がプラズマ内に混入し、プラズマ電流を減少させた可能性が示唆される。プラズマ計測のために電極やコイルを取り付けた飛翔体プローブを開発することを目的としている。平成24年度は、電極やコイルを取りつけた飛翔体ではなく、単純な直径10mmの球形の材料(アルミナ、ステンレス)をQUESTプラズマ中に導入した。導入方法として、真空容器上部に設けた導入配管と回収用の配管を用意して重力による落下を採用した。導入速度は約5m/sである。対象となるプラズマは、高周波電力100kWの入射により作成された非誘導電流駆動プラズマで、高速電子が閉磁気面外側に大きくひろがっていることがわかっている。観測は、可視光高速カメラ、2次元X線分布計測、硬エネルギーX線装置、ダイバータプローブ等で行われた。アルミナ球の場合にはプラズマ真空容器導入から数10100ms程度で粉々に粉砕した。ダイバータプローブで計測されたイオン飽和電流から求めたバルクプラズマのパラメータを用いてアルミナ球の温度上昇を計算したところ数度程度と粉砕が起きるには熱入力が小さすぎることがわかった。硬X線計測で求めた高速電子のパラメータを熱入力の計算に用いたところ実験結果をほぼ説明できることがわかった。この結果から飛翔体プローブを開発するためには高速電子からの熱入力を評価することが重要であることがわかった。アルミナ球では粉砕したため、材料が粉々になりプラズマへの影響を調べることができなかった。そこでステンレス球を落下させることでプラズマへの影響を調べた。結果として10mmのステンレス球も一部が溶融し、回収管では回収できず、ダイバータ板上に落下した。また、プラズマ電流はステンレス球落下中にほぼゼロとなることが分かったため、計測にはより小型化するか、より速度の速い入射方法の開発する必要があることが分かった。平成26年度は、これまでの研究の総括を行った。飛翔型プローブの特長であるプラズマへの影響をできるだけ低減しつつ局所的なプラズマパラメータを計測するという観点では、電気的信号を記録するために必要な最小限の大きさと想定される直径10mmの金属球はQUESTの高周波加熱プラズマのプラズマ電流を半減させる等の大きな影響があることが分かった。このため電気的信号ではなく金属球の運動の様子からプラズマパラメータを計測した。

プラズマ中での金属球の時々刻々の位置を高速カメラで観測し、その加速度から受けている力を算出した。またこの力を生み出す原因として電磁力、金属球の融解による粒子放出の反作用、イオン流の運動量注入等について検討し、融解による粒子放出の反作用が金属球の運動を記述するうえでの主要な力の原因であることが分かった。この結果から10mmよりも小さな金属球では熱容量の観点からより大きな加速度を受けることにより金属球の回収が困難なことがが予想され、大きな金属球ではプラズマへの影響が大きくなりすぎることが予想されるため、10mm前後が最適であることが分かった。10mmのステンレス球を用いた実験の結果では、これまで局所的な計測が困難であった高速電子の速度と密度の積を計測することができた。この高速カメラの計測と赤外線カメラによる表面温度の計測を組み合わせてより多くの情報を得ることでさらに精度の高い評価が可能になる。本研究で、金属球をプラズマ内に入射し、その軌道から加速度を導出することで高速電子の速度と密度の積が評価できることが示された。これは高速電子の担う電流密度分布を評価するうえで重要な情報となる。金属球のサイズ・材質はプラズマパラメータに応じて決定する必要があることが分かった。核融合学従来のプローブ測定のように電気信号を取り出してデータを得ることはできていないが、飛翔型であることの利点を活かして軌道や発光の状況から熱入力や力を評価してこれまで計測が困難であった高速電子密度と磁力線方向の速度の積を評価することに成功した。当初計画したプラズマへの影響評価と、飛翔体そのものへのダメージの大きさは評価できた。現在、高速電子が存在する場合の飛翔体への熱負荷を評価する方法を検討している。評価方法が確立すれば熱入力の絶対評価により必要な入射速度を算定できる。また、今回実験を行ったプラズマ以外のプラズマではどのような影響が起こるかを事前に検討できる。そのための基礎データの取得は完了した。来年度はより小型の飛翔体を導入することでプラズマへの影響を少なくするとともに、申請書にもあった電磁カタパルトを含めたより速度の速い導入方法の開発および計測対象となるプラズマの選定に着手することとなる。本実験の実施の困難さは、落下した金属球の回収ができていないことによる。今年度の実験でステンレス球とタングステン球で軌道のずれに大きな違いがないことから、電磁力ではなく、局所的な熱入力が原因だと同定されたため、次回以降の実験では落下球の回収が可能になると考えられる。回収が可能となれば繰り返し実験を行うことができるためデータ収集の効率も上がることが予測される。平成24年度は計画通りに研究を進めることができたが、他の研究課題への影響を配慮して実験期間の最後の放電のみで実験を行ったために実験の効率が悪かった。実験効率を上げるために導入系の改造を行うとともに、より速い速度での導入を目指した開発を行う。直径及び材質の異なる飛翔体の作成と電磁カタパルト作成のための電気回路等に経費を使用する。材料としては、核融合研究で今後重要となるタングステンの導入を考えたい。
実行可能な高度代数的仕様言語の設計とそのソフトウェア開発ツ-ルへの応用

これまでの代数的仕様言語をより強力なソフトウェア開発言語として利用できるうようにするための理論的研究と実装実験を行なった。我々の代数的仕様言語は今までの純粋等式言語に基礎を置いた言語よりもずっと強力な表現力を持つ。特に、ホ-ン節への拡張と高階ラムダ表現への拡張により、これまで純粋等式言語の枠内では不可能であった高度な代数的仕様が自然な形で実現できることとなり、同時にこの拡張によって論理型プログラミング・パラダイムと関数型プログラミング・パラダイムとを共にこの仕様言語自体のうちに取り込むことが可能となった。この拡張された代数的仕様言語の最も大きな特徴は実接実行可能なプログラム言語としての則面を持つことである。特に本年度の研究において拡張された我々の仕様言語の計算モデルが確立された。高階ラムダ表現を含む等式言語の計算モデルについては本年度の侭EEEーLICS91(Logic in Computer Science)国際会議で、又ホ-ン節論理言語と等式言語との組み合わせに対して非常に有効な計算モデルを与えるordered paramodulation法の計算アルゴリズムについては本年度のICALP91(EATCS Conference on Automata,Language and Programmin)で成果が公表された。これらの計算モデルの成果にもとずいてマルチパラダイム仕様言語の設計が行なわれた。この言語は伝統的代数仕様言語であるOBJを拡張する形で設計されている。特にこの言語は高階関数表現を利用して今までのOBJ系の言語では行なえなかった強力なパラメ-タ化を仕様レベルで行えるという特徴を持つ。我々の上記の計算モデルに沿って設計されたマルチ・パラダイム仕様言語の基本部分に対しては、Sun Workstations上で実装が行われた。
小型ソーラーＵＡＶに関する多目的最適化設計と実証フライト

本研究は太陽光を動力源とした小型無人航空機(小型ソーラーUAV)に関する技術を開発することを目的とする。本研究において、従来の設計にソーラーパネルの利用や軽量化や機体システム構成などを考慮して、従来型に異なる機体設計を提案し、設計、製作し、飛行テストに成功した。それに伴い、設計手法や飛行技術などを実証し、設計における空力問題や構造強度問題やソーラーモジュールの設計及びシステム構成や、自律飛行などの諸問題に対して関連技術を開発し、多くの成果を得られた。本研究によって、小型ソーラー無人航空機の長時間、自律飛行が十分に可能であることを明らかにした。本研究は、太陽電池を利用する小型ソーラーUAVの開発を目的とし、多目的最適化設計法により無人航空機を設計・製作し、実証フライトを行うことである。本年度には昨年度に導入した機体空力と推進系の性能推測ツールを用いて、2号機を設計・製作し、飛行テストを行った。1多目的最適化設計:まず、太陽電池の搭載を考慮した初期設計を行った。従来型の機体は太陽電池の面積を確保するため、機体が大きくなり、重量が増加して、有効積載重量が限られ、また構造上に強度の問題が発生してしまう。本研究ではlifting bodyとその後部に取り付けるV尾翼を採用し、搭載機器を厳選した。その結果、太陽電池搭載の面積を確保しながら、従来型の1号機に比べて機体が1kg以上の軽量化ができた。2機体の設計製作:ソーラーパネル性能を調査し、発電計測実験を行った。1号機に搭載したものより、新規購入のソーラーパネルは倍以上の性能を持つことを確認した。機体の図面を作成、機体構成を検討し、組立・製作を行った。軽量化に関して、強度が特に必要とする部品に、CFRP部材を利用した。完成機体は設計したとおり、1kgの軽量化に成功した。3実証フライト:地上パイロトによる操縦で数回の飛行テストをしながら、機体構成の調整を行った。これによって、飛行システムの動作を確認し、機体の操縦性能を把握できた。また、GPSモジュールを搭載して、飛行経路及び飛行速度を計測し、機体形状の最適化設計に必要な飛行条件を得た。4成果発表:2回、日本航空宇宙学会が主催した第50回にてソーラープレーン無人機開発と性能評価に関して、口頭発表を行った。本研究は、太陽電池を利用する小型ソーラーUAVの開発を目的とし、本年度は機体設計を改良し、各種地上性能確認試験を行った。ソーラー発電の連続飛行時間が充電バッテリーだけより大幅に上回ることに成功した。1多目的最適化設計:構造強度試験より荷重、強度を評価する手法を作成した。各種条件におけるソーラー出力電力を推定する方法を考案した。推進系の推進性能と電力の消費に関して実験計測よりデーターを取得した。また、機体構成の各部について重量を見積もる経験式を構築できた。これらのデータベースと推算モデルを多目的最適化設計システムに取り入れ、3号機の試設計を行ってきた。2機体の設計製作:構造強度に関して地上静荷重試験を実施し、全機重量の3倍以上の荷重強度を確認できた。パワーマネジメントシステムを開発して、より高い効率でソーラーエネルギーを利用することができた。前年度の成果に基づいて部品製作をさらに見直し、機体の軽量化を図った。また、推進系を再検討して、ソーラーモジュールの出力に合わせたシステムを組み立てた。最後に、自律飛行装置を導入し、制御システムの全体を再構築することに成功した。3実証フライト:地上試験と飛行テストより、異なる各種日射条件でソーラー発電の性能を計測し、一定な条件の以上で飛行に必要な電力を確保できることが分かった。各種計測装置を搭載し、飛行経路や飛行速度や電力使用などを確認できた。自律飛行テストを行い、指定半径の旋回飛行、指定位置(waypoint)通過の航行、回収などの機能を確認できた。4成果発表:国際学会参加発表3回本研究は太陽光を動力源とした小型無人航空機(小型ソーラーUAV)に関する技術を開発することを目的とする。本年度には機体空力と推進系の性能推測ツールを構築し、飛行性能テストの1号機を設計・製作し、飛行基本性能の調査を行った。(1)多目的最適化設計:既存の機体と想定したソーラーUAVに関して、空力性能を解析した。空力解析ツールを改良し、機体形状を作成し、空力性能を推測した。また、機体形状のパラメータを変化させ、設計空間の範囲を確認できた。静止推進力の計測装置を作成し、プロペラとモーターの組み合わせによる推力性能をテストし、計測結果に基づいて推力推算モデルを構築できた。搭載機器や製作材料やソーラーパネルの重量などを推算し、全機重量の予測モデルを作成した。これらの成果を学会で発表した。(2)機体の設計製作:数種類のソーラーパネルに関して、発電計測実験を行い、性能を把握できた。

自律装置の搭載を想定した飛行システムに合わせ、既存のV字型尾翼を改良し、逆T字型尾翼を設計、製作した。飛行制御の電気操縦システムを設計し、各部品を選定し、地上テストを行った。さらに、静止推力実験よりプロペラとモーターの動力系を選定し、基本性能テストの1号機を完成させた。(3)実証フライト:自律飛行装置などの搭載機器の重量に相当したダミウェイトを搭載し、地上パイロトによる操縦で数回の飛行テストをしながら、機体構成の調整を行い、良好な飛行状態に至った。これによって、飛行システムを確認し、機体の操縦性能を把握できた。また、GPSモジュールを搭載して、飛行経路及び飛行速度を計測し、機体形状の最適化設計に必要な飛行条件を得た。機体の開発は概ね順調に進んできた。太陽電池の発電量を考慮した設計を行い、軽量化に成功した。機体を完成し、飛行テストを順調に進めた。一方、従来と異なる新しい機体を組立・製作するには試行錯誤をしながら、慎重に作業を行ったため、多くの時間が掛かった。次年度に実施予定のソーラーUAV設計のため、全体的に準備作業を順調に進んでいる。性能評価ツールを作成し、最適化設計ツールを準備した。各種計測を実施し、設計と飛行テストに必要なデータを取得した。それに基づいて設計パラメータを調査し、試設計に着手した。2号機の設計改良・飛行テストと実用機の試設計を行う予定である。1機体の設計製作・飛行テスト:飛行テストを実施しながら、得られたデータと知恵に基づいて設計改良を行う。まず、太陽電池を搭載しない基本機体を改良し、飛行性能を向上させる。次に、太陽電池を搭載し、パワーシステムを調整する。それから、自律飛行システムをテストし、動作を確認する。最後に長時間飛行を試みる。2実用機の試設計:2号機に基づいて実際に環境観測などを想定し、各種の計測機器を搭載したペイロードで設計を行う。設計上で各パラメータを変更して、飛行性能と応用範囲に関して考察を行う。これまで得られた材料、推進システム、パワーシステムなどのデータを定式化し、空力と構造と多目的最適化手法を用いて実用機の試設計を試みて、ソーラープレーンに関する設計指針を得る。計画のとおりに研究を進め、1号機による基本性能テストを実施し、2号機を設計・製作する予定です。(1)多目的最適化設計:1号機の設計・製作・飛行テストから得られたデータベースに基づいて各性能推測ツールを修正し、最適化設計システムを補完する。遺伝的アルゴリズムによる多目的最適化設計法を用いて、設計空間におけるPareto集団を考察し、ソーラープレーン実現可能の範囲を定め、2号機の最適なシステムを構成し、機体形状を設計する。(2)機体の設計製作:飛行テストで得られたデータと経験に基づいて多目的最適化設計にフィードバックし、性能改良を図って、2号機の設計製作を行う。地上確認試験を行い、機体構成と飛行の成立性を検討する。選定したソーラーパネルを地元業者に依頼製作する。
分散情報処理システムを用いた遺伝子構造解析

昨年度に引き続き、遺伝子配列データベースと配列解析プログラムを互いに協調させ、細胞性粘菌の遺伝子構造解析と非転写領域の解析を行う分散システムの開発に取り組んだ。本年度は、昨年度得られた結果を改良、発展させるため、以下に掲げる項目について作業を行った。1.遺伝子構造の決定高精度の遺伝子構造決定を実現するため、2つの遺伝子特定プログラムGeneSeqerとsim4を用いてゲノム配列と完全長cDNAクローン配列とのアラインメントを行った。これらの結果を合成し、6180箇所の独立遺伝子領域を特定しその構造を決定し、XML形式のデータのデータとして得た。この結果を用いて非転写領域、すなわちイントロンと転写開始点上流のゲノム配列の取得を行い、それらを昨年度構築したデータベースに格納した。2.非転写領域配列の特徴抽出プログラムの開発1.で得られたデータベースと接続し、非転写領域配列から(1)当該遺伝子の発現時期、(2)配列の位置、(1)かつ(2)に特異的に現れるエレメントを抽出するプログラムを開発した。さらに、この出力結果を生物学的に検証するため、他生物を含む既知遺伝子データベースを活用し、抽出されたエレメントを持つ当該遺伝子群の機能アノテーションを取得するプログラムを作成した。3.分散協調処理を実現する通信フレームワークの構築昨年度構築したCORBA準拠の通信フレームワークに、SOAPに準拠したインターフェイスを追加実装し、Web上でより柔軟な運用を可能とした。動的計画法を核とする2.の特徴抽出プログラムの実行には、膨大な計算量を必要とする。3つのネットワークドメインに分散配置された計7台のPCを用いて分散協調処理を行うことにより、長さ4から10までの特徴配列の抽出をおよそ30時間で実行することができた。この結果、これまでに46本の時間的に特徴のある配列を抽出することができた。遺伝子配列データベースと配列解析プログラムを互いに協調させ、細胞性粘菌の遺伝子構造解析を行う分散システムの開発に取り組んだ。本年度は以下に掲げる4項目について作業を行った。1.イントロンと上流配列の取得及びデータベースの構築まず遺伝子特定プログラムGeneSeqerを活用してcDNAコンティグ配列とゲノム配列とのアラインメントを行い、各遺伝子のORFを決定した。次に、cDNAクローン配列の情報も用いて、各遺伝子についてイントロン領域とその上流と下流各200塩基を取得した。さらに、各遺伝子について転写開始点上流2000塩基酉己列とその下流100塩基配列を取得した。また得られた配列から、関係データベースPostgreSQLを用いてイントロンデータベースと上流配列データベースを構築した。2.イントロンとその周辺配列の特徴抽出プログラムの開発動的プログラミングを核とし、1で述べたイントロンデータベースにアクセスしつつ、イントロンとその周辺配列から以下に掲げる条件を満たすエレメントを抽出するプログラムを開発した。(1)イントロン配列を当該遺伝子の発現時期で分類したとき、発現時期に特異的に現れるエレメント(2)配列位置に特異的に現れるエレメント(3)(1)と(2)を同時に満たすエレメント3.ORF上流配列の特徴抽出プログラムの開発2のプログラムを上流配列データベースに接続できるように変更を加えた。4.分散協調処理を実現する通信フレームワークの構築1から3で述べた各ソフトウエアモジュールをCORBA準拠のオブジェクトとして再構築した。この結果、複数の2または3のプログラムをネットワーク上に分散配置することが可能となり、負荷分散と並列処理による実行速度の高速化が実現できた。さらにこのシステムを利用し、イントロンとその周辺配刻及び上流配列について塩基長8以下の特徴配列を抽出した。
下垂体後葉ホルモン-受容体系に焦点を当てた求愛行動制御メカニズムの解明

有尾両生類アカハライモリの雄は繁殖期に雌に対して特有な求愛行動を示す。この求愛行動の発現は、プロラクチン(PRL)、アンドロゲン、アルギニンバソトシン(AVT)などのホルモンが中枢神経系に作用して制御されていることが明らかにされている。本研究では、PRLとアンドロゲンがイモリ脳内のAVT含有ニューロンおよびAVT受容体発現細胞に対してどのような作用を及ぼすかを明らかにすること、さらに脳内のどの部位に発現する、どの受容体サブタイプを介して求愛行動を制御しているかを検証することを目標としている。2018年度では精巣および下垂体前葉除去した雄イモリにPRLおよびジヒドロテストステロン(DHT)をそれぞれ単独または同時に投与し、間脳視索前野AVT前駆体遺伝子発現をin situ hybridizationで定量解析した。解析に際して、イモリ間脳視索前野について全ての切片をスライドグラスに貼り付け、AVT前駆体遺伝子を発現する細胞数、および一定以上のAVT前駆体mRNAシグナル強度を示すエリアの面積をImageJによって測定した。精巣および下垂体前葉を除去し、生理食塩水を投与した個体では、偽手術個体と比較し、AVT前駆体遺伝子を発現する細胞数や一定以上のシグナル強度を持つエリアの面積は有意に低下した。一方、DHT単独投与個体で、AVT前駆体遺伝子を発現する細胞数および一定以上のシグナル強度を持つエリアの面積は、生理食塩水投与個体と比較して有意に増加することがわかった。さらに現状では最も求愛行動発現に関与する可能性が高いと想定されているAVTV1a受容体について、この受容体を特異的に認識する抗体と神経細胞マーカーであるNeuNを特異的に認識する抗体を用いた免疫組織化学的手法により、V1a受容体は、大脳、間脳、中脳、延髄などで少なくとも神経細胞に発現していることを確認した。イモリ間脳視索前野のAVT前駆体遺伝子発現について、PRLの効果に関しては再検証する必要があるが、少なくともアンドロゲンは発現を増加させる効果があることを明らかにできたこと、さらにAVT V1a受容体が神経細胞に発現していることを突き止めたことは今後の研究の展開に重要である。AVT受容体の生化学的、薬理学的解析については実験系の構築までは準備できている状況で、近く成果を出せる状況にある。以上より進捗状況について冒頭の評価とした。特に5種類のイモリ下垂体後葉ホルモン受容体サブタイプの生化学的、薬理学的解析に重点をおき、哺乳類のバソプレシン受容体に対する各種アゴニスト、アンタゴニストの効果を検証する。その結果をもとに、アゴニストおよびアンタゴニストを雄イモリ脳室に投与することで、それらの求愛行動発現への効果を見る。さらにモルフォリノアンチセンスオリゴを利用し、イモリ脳内の受容体発現をノックダウンし、求愛行動が抑制されるかを検証する。これらより、求愛行動発現に最も重要な受容体分子を特定する。求愛行動発現に重要な受容体分子が特定されれば、求愛行動発現時にその受容体が発現しているどの神経核のどの神経細胞が活性化しているかを細胞外シグナル調節キナーゼ(ERK1/2)のリン酸化や前初期遺伝子の発現により解析を進める。

以上より進捗状況について冒頭の評価とした。特に5種類のイモリ下垂体後葉ホルモン受容体サブタイプの生化学的、薬理学的解析に重点をおき、哺乳類のバソプレシン受容体に対する各種アゴニスト、アンタゴニストの効果を検証する。その結果をもとに、アゴニストおよびアンタゴニストを雄イモリ脳室に投与することで、それらの求愛行動発現への効果を見る。さらにモルフォリノアンチセンスオリゴを利用し、イモリ脳内の受容体発現をノックダウンし、求愛行動が抑制されるかを検証する。これらより、求愛行動発現に最も重要な受容体分子を特定する。求愛行動発現に重要な受容体分子が特定されれば、求愛行動発現時にその受容体が発現しているどの神経核のどの神経細胞が活性化しているかを細胞外シグナル調節キナーゼ(ERK1/2)のリン酸化や前初期遺伝子の発現により解析を進める。
顎骨病変の病態並びに治癒過程における骨塩定量に関する研究

1.健常成人ボランティアの計測を行った。測定は規格測定装置を作製し、いわゆる斜位で行った。男性では40歳代で0.618g/cm^2と最大値を示し、50歳以降わずかな減少傾向を示した。女性では、40歳代で0.615g/cm^2と最大値を示し、40歳代から50歳代にかけて減少し、60歳代で0.544g/cm^2と最小値を示した。これらにより、性別、年齢により、下顎骨骨塩量の変化は差異を示すことがわかった。2.左側下顎骨骨髄炎の症例の経時的測定を行った。測定はP-A方向で行った。左側臼歯部から下顎枝、顎関節にわたる広い病変が認められ、同部骨塩量は1.517g/cm^2であった。皮質骨除去術を施行し、術後12週の測定では、1.040g/cm^2を示し、術後10か月の測定では1.138g/cm^2と再び増加傾向を示し、腫脹、開口障害の症状が認められるようになった。3.左側下顎エナメル上皮腫の症例の経時的測定を行った。術前の斜位での測定では0.502g/cm^2を示した。術後5週では0.553g/cm^2、術後5か月では0.752g/cm^2と上昇傾向を示した。X-pでは著明な変化はなく、測定による経過観察の有用性が認められた。4.1,2,3の検討により、顎骨病変に対する臨床検査の一つとして、十分適用するものと考えられた。現在の段階では、被検者、患者が姿勢を変えることにより、斜位、P-A方向での測定が可能となっている。今後は、姿勢を変えることなく、パノラマX線写真のような像が得られたら良いと考えている。それには、現在X-Y方向にしか作動しない線管、detectorを円軌道で動かせるようにすれば良いのではないかと思う。近年の骨塩定量装置の急速な進歩により、本研究に使用すべき機器の再検討を余儀なくされたため、我々は現在の代表的な骨塩定量装置を有する施設の懇意により一部の資料の測定を行ない、そのデータをもとに各装置の比較を行なった。その結果、Hologic社製QDR-1000が精度・再現性、並びに本実験系における標本の測定という特殊性に最も合致し、臨床応用を考慮しても適切なものと判断されたため、同装置の購入を決定した。この調査期間の必要性と機器の納入時期の遅れのため、データ採取は本装置の基本的性質すなわち精度並びに再現性を中心としたものに留まっている。また、動物実験は計画に修正を必要としたため進行が若干遅れ、本年度分のデータ採取までは至っていない。1989年3月1日、QDR-1000が設置され、同装置の基本的性質や従来の機器との相関性および臨床応用の可能性を検討し、下記の結果を得た。1.再現性;spinephantomを用いて30回測定した結果、骨塩量BMCの平均は58.43±0.037g.、変動係数CV=0.35%および骨密度BMDの平均は1.037±0.001g/cm^2、CV=0.46%であった。

また、犬の摘出顎骨を試料とした場合、BMCで平均0.798±0.003g、CV=2.0%およびBMDで平均0.515±0.001g/cm^2,CV=1.00%であった。2.相関;骨塩定量に際し、精度に定評のある125I-singlephotonabsorptiometryと比較した結果、良好な相関性が得られた。3.臨床応用への可能性;本装置はinvivoの測定で鮮明な画像が得られ分解能が良好のため、顎骨領域での各種疾患に対しての病変部の把握ならびに個体の経時的観察に有効と思われた。最新の装置のため、今回は資料の乏しく、基礎データの収集が中心となったが、今後は同装置の特殊性を考慮した一歩進んだ研究が進められると考えている。1.Dual Energy X-ray Absorptiometryを用い、犬下顎骨骨創治癒に与える骨創の深さの影響を骨量の回復度に観点をおいて検討し、次の結果を得た。(1)抜歯後骨創治癒過程では、比較的長期にわたり骨塩量の変化が観察され、抜歯後16週で最高値をとる。(2)骨創が浅い例では対照側と比較して骨創部骨塩量は経時的に一定の減少を示し、骨創形成時の95.1%から24週では82.5%となった。骨創の深い例では術後4週で89.8%と大幅な増加を示したのち、減少し、24週で82.7%と最終的には両者の対照側に対する骨塩量の割合はほぼ同程度となった。一方、骨密度では、浅い骨創では、常時対照とほぼ同様の値を取り一定であるのに対して、深い骨創では経時的に緩慢な増加を認めることから、骨創が大きい場合、まず骨塩量の上昇が出現し、その後に骨密度の増加が緩やかに出現することがわかった。2.本教室における今までの実験で、骨創治癒過程については、ほぼ把握したと思われる。そこで、次の実験は、骨の増生、破壊について行なうこととし、下顎骨骨髄炎の実験を行なった。種々の方法の中から、起炎剤として4ーNitroquinoline-N-oxideを使用したが、その起炎性等予備実験を行なったためやや実験開始が遅れ、現在、観察期間を終了し、結果の検討に入っているところである。3.平成2年度からの実験計画における臨床検査としての応用、機器の改良についての資料として、健常人の測定を行ないながらその可能性等を検討しているが、顎骨の測定に適した改良が難しく、まだ最良の方法を見い出していない。1.犬下顎骨と脛骨に4ーNitroquinolineーNーoxideを用いて実験的に骨髄炎を発生させ、骨塩量の変化をDual energy Xーray absorptiometryを用いて定量、検討し次の結果を得た。(1)下顎骨全体のBMDは2週で0.59g/cm^2であったが、以後増加傾向を示し、12週では0.63g/cm^2を示した。(2)脛骨全体のBMDは2週で0.72g/cm^2で、以後増加し、6週で0.75g/cm^2を示したが、12週では減少に転じ0.69g/cm^2となった。(3)下顎骨と脛骨の実験側のBMDは増加傾向を示したが、対照側との比較で脛骨の方が高値を示すとともに、X線所見でも外骨膜新生像が著明であることより、骨種による反応性の差異の可能性が示唆された。2.臨床症例へ応用するにあたり、健常成人ボランティアの測定を試みた。頭部規格測定装置を作製したところ、規格測定装置の規格再現性は平均2.0%と比格的良好であり、この装置の使用により、下顎骨骨体部の測定は可能となった。現在、同部の腫瘍および骨髄炎症例について、経時的観察を続けている。3.いままでの検討により、顎骨病変に対する臨床検査の1つとして、十分適用するものと考えられた。今後、臨床検査としてより幅広く応用していくためには、下顎骨の任意の部位を測定できること、患者の姿勢維持がより楽であること等が不可避であると思われる。そのための機器の改良は、まず線管、detecterを自在に動かせるようにすることではないかと考えている。1.健常成人ボランティアの計測を行った。測定は規格測定装置を作製し、いわゆる斜位で行った。
L1_2型金属間化合物中の点欠陥の性質と拡散機構

L1_2型規則格子構造をとるA_3B金属間化合物Ni_3Al,Ni_3Ga,Ni_3Geについて,点欠陥の性質を実験と計算により調べ,同時にトレーサー実験および相互拡散実験により拡散係数を測定した.その結果に基づいて,これらの物質における拡散機構を考察した.1.Ni_3Al中の原子空孔と置換型欠陥に関する原子レベルシミュレーションを行った.従来用いられていた相互作用ポテンシャルを最近の信頼性の高い種々の物性の実験値をよく再現するように改良し,それを用いて点欠陥の形成エネルギーや移動の活性化エネルギー等を求めた.2.Ni_3Ga中の空孔形成エネルギーを陽電子消滅実験により求めた.形成エネルギーは1.7から1.8eVの範囲にあり,Ga濃度の上昇とともに低下する傾向がある.3.Ni_3GaとNi_3Geの構成元素のトレーサー拡散係数を広い温度範囲にわたって測定した.両化合物におけるNiの拡散の速さはNi_3Al中のNiと同程度である.Ni_3Ga中のGaの拡散係数はNiの約1/2,Ni_3Ge中のGeの拡散係数はNiの1/100以下である.4.三種の化合物について,単相の拡散対を用いて化学拡散係数を測定した.科学拡散係数は化合物A_3Bの成分Bの濃度に正に依存し,その依存性の強さはNi_3AlとNi_3Gaでは同程度,Ni_3Geではそれより著しい.5.化学拡散における熱力学因子をペア相互作用熱力学モデルに基づいて定式化した.これをNi_3Alの活量データに適用し,その結果を用いてNi_3Al中のAlの拡散係数を評価した.温度1400Kにおいて,Alの拡散係数はNiの拡散係数の約1/3である.6.実験で明らかになった拡散挙動を説明するモデルとして,A,B両原子種とも長距離拡散はA原子の副格子上で空孔機構によりおこるというモデルを提案した.今年度は陽電子寿命測定によるNi_3Gaの原子空孔量の温度変化の測定を行い,Ni_3Gaにおける空孔形成エンタルピーを1.79eV(22.3at%Ga)から1.72eV(27.7at%Ga)と決定した.この値はNi_3Alに対して報告されている値1.731.84eVに近い値である.また,Ga濃度の上昇とともに空孔形成エンタルピーの低下が見られ,これについてもNi_3Alの場合と同様な挙動であることが明らかとなった.また,Ni_3Al,Ni_3Ga,Ni_3Geの三つ化合物につきそれぞれの単相拡散対を用いて相互拡散係数を測定した.これまでに明らかになった特に顕著な傾向はどの化合物においてもminor elmentの濃度上昇に伴い相互拡散係数が上昇を示すことである.Ni_3Ga,Ni_3Geについては放射性同位元素を用いてそれぞれの構成元素の自己拡散係数も測定し,Ni_3GaにおいてはNi原子がGa原子よりも2-4倍ほど速く拡散し.Ni_3GeにおいてはNi原子の拡散はGe原子よりも数十倍から100倍ほど速いことが明らかとなった.また,我々は理論計算によりNi_3Al中でNi空孔の生成がAl空孔よりも容易であるという知見を得,これらの化合物中での構成原子の長距離拡散はおもにNi副格子中の空孔のジャンプによるというモデルを提示し,これまでの実験データにこの観点から理論的検討を加えている.L1_2型規則格子構造をとるA_3B金属間化合物Ni_3Al,Ni_3Ga,Ni_3Geについて,点欠陥の性質を実験と計算により調べ,同時にトレーサー実験および相互拡散実験により拡散係数を測定した.その結果に基づいて,これらの物質における拡散機構を考察した.1.Ni_3Al中の原子空孔と置換型欠陥に関する原子レベルシミュレーションを行った.従来用いられていた相互作用ポテンシャルを最近の信頼性の高い種々の物性の実験値をよく再現するように改良し,それを用いて点欠陥の形成エネルギーや移動の活性化エネルギー等を求めた.2.Ni_3Ga中の空孔形成エネルギーを陽電子消滅実験により求めた.形成エネルギーは1.7から1.8eVの範囲にあり,Ga濃度の上昇とともに低下する傾向がある.3.Ni_3GaとNi_3Geの構成元素のトレーサー拡散係数を広い温度範囲にわたって測定した.両化合物におけるNiの拡散の速さはNi_3Al中のNiと同程度である.Ni_3Ga中のGaの拡散係数はNiの約1/2,Ni_3Ge中のGeの拡散係数はNiの1/100以下である.4.三種の化合物について,単相の拡散対を用いて化学拡散係数を測定した.科学拡散係数は化合物A_3Bの成分Bの濃度に正に依存し,その依存性の強さはNi_3AlとNi_3Gaでは同程度,Ni_3Geではそれより著しい.5.化学拡散における熱力学因子をペア相互作用熱力学モデルに基づいて定式化した.これをNi_3Alの活量データに適用し,その結果を用いてNi_3Al中のAlの拡散係数を評価した.温度1400Kにおいて,Alの拡散係数はNiの拡散係数の約1/3である.6.実験で明らかになった拡散挙動を説明するモデルとして,A,B両原子種とも長距離拡散はA原子の副格子上で空孔機構によりおこるというモデルを提案した.Ll_2型規則格子構造をとるニッケル基の金属間化合物について,点欠陥に関する計算機実験および拡散係数の測定を行い,その結果に基づいて拡散機構を考察した.1.埋め込み原子法(Embedded Atom Method)を用いて,Ni_3Al中の固有点欠陥の静的・動的性質を原子レベルシミュレーションにより調べた.

まず空孔形成エネルギーなどの信頼性の高い最近の実験値をよく再現するように従来のポテンシャルを改良し,それを用いて,拡散機構の議論に必要となる種々の点欠陥の形成エネルギーと格子歪,移動の活性化エネルギー,空孔とantisite atomの結合エネルギー等を求めた.2.Ni_3GaおよびNi_3Geについて,Ll_2相単相の拡散対を用いて相互拡散(科学拡散)係数を種々の温度で測定した.この実験から化学拡散係数が組成の連続関数として得られ,拡散係数が化合物A_3Bの成分Bの濃度に正に依存することが明らかになった.3.化学拡散における熱力学因子を,規則格子合金のペア相互作用熱力学モデルに基づいて定式化した.これをNi_3Alの活量データに適用し,そこから導かれた熱力学的因子の値を用いて,これまで信頼できる実験データがなかったNi_3Al中のAlのトレーサー拡散係数の大きさを評価した.1400Kにおいて,Alの拡散係数はNiの拡散係数の約1/3である.4.実験により明らかになったNi_3Al,Ni_3Ga,Ni_3Geにおける拡散挙動を点欠陥の性質と合わせて定量的に考察し,A,B両原子種とも長距離拡散はA原子の副格子上で空孔機構によりおこるというモデルを提案した.このモデルによる構成元素のトレーサー拡散係数の大きさ,化学拡散係数の大きさ,およびそれらの組成依存性が説明できる.
ヒト血清中アポAIのホモシステイン化リジン残基の同定

研究目的:ホモシステインの増加は動脈硬化の主要なリスクである。反応性に富んだホモシステインチオラクトンがリジン残基をアシル化することで、タンパク質にホモシステインが結合する(N-ホモシステイン化)。当研究室では正常人血清中にN-ホモシステイン化アポタンパクA1 (N-HcyアポA1)が存在することを報告した。アポA1分子内でN-Hcy化を受けたLys残基を同定することは,アポA1の機能への影響を検討するうえで重要である。本研究では、N-Hcy Lysを決定するための技術を確立し、正常人血清に応用することを目指した。研究方法:(1)チオール基含有ビーズ(以下ビーズ)により非修飾アポA1からN-HcyアポA1を分離し、等電点電気泳動法(IEF)で検出した。(2)ビーズ結合N-HcyアポA1を酵素消化し、N-Hcyペプチドを質量分析法により検出した(ビーズ上消化-質量分析法)。(3)MALDI TOF-MS/MSによりN-Hcyペプチドのアミノ酸配列を決定し、N-Hcy Lysを同定した。(4)ビーズにより正常人血清からN-HcyアポA1を分離し、IEFにより検出した。研究成果:(1)ビーズによりN-HcyアポA1を分離できた。これまで分離不能であったN-HcyアポA1を抽出・濃縮することが可能となった。(2)ビーズ上消化-質量分析法によりin vitroで生成したN-HcyアポA1由来のN-Hcyペプチドのマススペクトルを検出し、さらに(3)MALDI TOF-MS/MSによりN-Hcy Lysを同定することができた。本法により、非特異的なペプチドも検出してきた従来法と比べて、アポA1上のN-Hcy化位置を決定するための解析が飛躍的に簡便になった。(4)正常人血清からN-HcyアポA1をビーズにより抽出を行ったが、IEFで検出するに至っていない。