hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高校生物教育に必要な生物学用語の選定に関する調査研究

1.平成元年度においては諭議の末、高校の生物教育に必要・十分な生物学用語を1500プラス200語とすることに合意し、現行課程の理科Iと生物、旧課程の生物Iと生物IIの各教科書よりリストアップした生物学用語表から各班員がそれぞれ独自の判断に基づいておのおの1500語を採択し、それらを集計・整理した。その結果、10名の班員中全員が採択した用語は対象用語約6000語中わずかに49語、10名中9名が採択した用語は122語で、採択者の専門や経歴などによって採択された用語が極めて種々であることが如実に示された。3.当初は1500プラス200語の200語は現在進行中の指導要領の改訂に対応して採択することを目指したが、上記の1500語選定の経過よりその選定基準の設定の困難が明らかとなった。そこで上記の小・中学校での既習語(381語)と新習語(1388語)だけを用いて高校生物の教科書または副読本の一部と見なせる例文を作成することを試みることとした。その試作中にそれらの用語以外の生物学用語が必要となった際、それらをリストアップしてプラス200語とすることとした。4.上記例文の試作は発生・生理・行動・遺伝・形態などの各分野について行われた。その結果、我々の提示した用語表は現在、生物学用語の氾濫のなかで行われ、用語の暗記に終始して生徒を「生物」嫌いにさせているという教育現場の声への対応をはかるという所期の目的に副うに足るものであり、今後の教育現場の検討を期待することとした。1.平成元年8月12日に東京において全体会議を開催した。会議では近年における生物科学の急激な発展に対応した高校教育の改革に即する生物教育用語の混乱を是正しようとする本研究の目的確認ののち、実際にどのように研究を進めるかについて具体的な討議を行い、平成元年度及び2年度の研究計画を立案した。2.平成元年度においては、(1)現在、高校教育現場で使用されている生物学用語は4000とも5000ともいわれているが、それがあまりにも多数すぎて用語の暗記がすなわち高校生物の学習と生徒たちに受けとられ勝ちな現状をふまえ、これを1500語に削減することとした。(2)用語削減にあたり、その基礎とする用語表として文部省学術用語動物学編改訂版や同植物学編改訂版にはそれぞれ1万5千語以上が収録されており、あまりにも膨大すぎるため、梅埜班員が現行理科I、生物、及び旧課程生物IIから別の目的でリストアップした用語表(梅埜リストと略称)を用いることとした。(3)送付された梅埜リストに基き、各班員はそれぞれの役割分担に従い、必要な調査に出向し、また班員間の討議を重ねてそれぞれ1500語を選択した。(4)各班員が選択した各用語を班長の下で整理・集計した後、それを各班員に返送し、目下、再度の各班員による検討・調整が進行中である。(5)研究が継続中であるため、雑誌等に発表された論文はまだないが、学会講演を裏にあげる。3.平成元年度の研究をふまえ、次年度に今後の生物科学の発展を見据えて梅埜リスト以外の用語約200を追加し、約1700語のみを用いて新指導要領による高校生物の教科書または副読本が執筆できるかどうかの検討を行う計画を立案中である。1.平成元年度の論議において高校の生物教育に必要・十分な生物学用語を1500プラス200語とすることに合意し、現行の理科Iと生物、旧課程の生物Iと生物IIの各教科書よりリストアップした生物学用語表から各班員がそれぞれ独自の判断に基づいてまずおのおの1500語を採択した。

平成2年度においてこの採択用語を集計したところ、10名中10名の全員が採択した生物学用語は対象用語約6000語中わずかに49語に過ぎなかった。これはまさに驚くべき結果であり、班員は少なくとも400ないし500語は一致するであろうと予測した。また10名中9名が採択した生物学用語も122語に過ぎず、採択者の専門、研究者としてのおいたちなどによって採択する生物学用語に対するウエイトがいかに著しく異なるかをそれぞれに思い知らされた。2.10名中4名以上が採択した1712語のうち、小・中学校での既習語381語を別表とし、これらを除いたのち、採択者が3名以下であっても種々の理由において採択するべきであるとの結論に達した用語を追加し、高校生物における新習語1388語を選定した。これらの経過において、改訂中の高校生物指導要領を先取りする形で1500語に追加する200語を採択するという平成元年度の合意は困難との結論に達した。3.そこで研究調査の順序を逆にし、まず上記の小・中学校における既習語とわれわれが選定した高校生物における新習語だけを用いて、高校生物の教科書または副読本の一部と見なせる例文を試作することとした。その際どうしても用いなければ作文できない新生物学用語をリストアップしたところ、執筆した9名の新用語は合計110語となり、これを上述の200語の代りとした。例文試作の結果、それなりに必要な生物学用語が採択されていると感じた執筆者と、まだ必要な生物学用語があると感じた執筆者のあることが明らかとなった。
難分解性有機ハロゲン化合物汚染環境を修復する生体触媒の開発

難分解性の有機ハロゲン化合物に作用する微生物酵素の構造と触媒機構を解析した。フルオロ酢酸デハロゲナーゼの触媒反応では、基質のフッ素原子とHis149、Trp150、Tyr212の相互作用が脱フッ素反応に重要であることが示唆された。DL-2-ハロ酸デハロゲナーゼにおいては基質結合部位が2箇所あり、このうちの1箇所で脱ハロゲン反応が進行することが示唆された。2-ハロアクリル酸ヒドラターゼについては、X線結晶構造解析に供する結晶を取得するためのタンパク質精製条件を確立し、結晶化の条件検討を行った。(1) Methylobacteriumsp. CPA1由来のDL-2-ハロ酸デハロゲナーゼの触媒反応機構を解析した。D194N変異型酵素と、基質アナログである2-ブロモ-2-メチルプロピオン酸の複合体のX線結晶構造解析、モデリング実験、および野生型酵素に見られた同位体効果の解析に基づき、触媒反応機構の解析を行った。その結果、本酵素には基質結合部位が2箇所有り、そのうちの1箇所に基質が結合した後、もう1箇所の結合部位に基質が移動し、その第2の基質結合部位において脱ハロゲン反応が進行することが示唆された。第1の基質結合部位では、Trp37の側鎖NH、Phe40およびAsp194の主鎖NH、Ser193の側鎖OHが基質のカルボキシ基と水素結合を形成するものと考えられた。一方、第2の基質結合部位、すなわち活性部位においては、Arg272が基質のカルボキシ基と水素結合を形成するものと考えられた。(2) 2-クロロアクリル酸の水和的脱ハロゲン反応を触媒する2-ハロアクリル酸ヒドラターゼの反応機構解析や構造解析に供するための、本酵素の高発現を試みた。Burkholderia sp. WS由来の酵素とPseudomonas sp. YL由来の酵素について、Escherichia coliを宿主とした発現系を構築した結果、後者について、より高い生産量が得られた。Burkholderia sp. FA1由来のフルオロ酢酸デハロゲナーゼが触媒する反応ではAsp104が基質のα-炭素を求核攻撃することで、ハライドイオンが脱離すると共に酵素と基質が共有結合したエステル中間体が生成し、これがHis271により活性化された水分子によって加水分解されることでグリコール酸が生成すると共に酵素が再生する。His271をAlaに改変したH271A変異型酵素を用いることで、エステル中間体が加水分解されずに反応が止まった状態の結晶構造を捉えることに成功した。結晶構造からも本酵素反応がエステル中間体を経由することが示された。一方、Asp104をAlaに改変したD104A変異型酵素を用いることで、フルオロ酢酸が活性部位に取り込まれた状態のミカエリス複合体の結晶構造を捉えることに成功した。他の細菌由来のフルオロ酢酸デハロゲナーゼRPA1163のD110N変異型酵素とフルオロ酢酸の複合体結晶構造と比較したところ、両酵素の活性部位におけるフルオロ酢酸の結合様式が互いに異なることが明らかとなり、基質の結合様式が二通りあることが示唆された。本酵素にフルオロ酢酸またはクロロ酢酸を添加したときのトリプトファン残基の蛍光スペクトルを比較解析した結果、これらの基質の酵素への結合様式が互いに異なることが示唆された。フルオロ酢酸の脱フッ素反応のquantum mechanical/molecular mechanical解析からは、フルオロ酢酸のフッ素原子がHis149、Trp150、Tyr212から形成されるハロゲン結合サイトに収容されて脱フッ素反応が進行するものと考えられた。フッ素原子とHis149、Trp150、Tyr212の水素結合による相互作用が脱フッ素反応の活性化エネルギーの低減に大きく寄与していると考えられた。Pseudomonas sp. YLが生産する2-ハロアクリル酸ヒドラターゼは、還元型フラビン(FADH2)依存的な2-クロロアクリル酸への水付加反応を触媒する。これにより生成した2-クロロ-2-ヒドロキシプロピオン酸から塩化水素が自発的に脱離してピルビン酸が生成する。本酵素反応は難分解性有機ハロゲン化合物の分解系として注目されるほか、一般的に酸化還元反応の補酵素として機能するフラビンが水和反応に要求される点で酵素化学的にも興味深い。本研究では、本酵素によるユニークな脱ハロゲン反応の触媒機構の詳細を明らかにするため、結晶構造解析に向けた条件検討を行った。まず、本酵素を高生産する組換え型大腸菌からDEAE-Toyopearl 650MとButyl-Toyopearl 650Mのカラムクロマトグラフィーにより精製タンパク質を調製した。

精製には60 mM KPB (pH 7.1)を緩衝液として用いたが、結晶化の際、緩衝液中のリン酸が沈殿剤と反応し、不溶性のリン酸塩が生じる可能性があるため、緩衝液を20 mMHEPES(pH7.1)に交換した。緩衝液交換前後のタンパク質溶液の粒径分布を動的光散乱法により測定した。0.02μm径のフィルターを用いて夾雑物を除去し、多分散度を測定した結果、緩衝液を交換することで、試料の多分散度が35%から22%に改善したことがわかった。以上の結果をふまえ、20 mM HEPES (pH 7.1)に交換したタンパク質溶液を濾過し、結晶化実験に用いることとした。結晶化条件の検討にはスクリーニングキット(Index HT)を用いた。192種の異なる条件下で、シッティングドロップ蒸気拡散法により20 °Cで結晶を成長させた。その結果、沈殿剤として0.15 M DL-Malic acid (pH 7.0)、20% w/v Polyethylene glycol3,350を用いた条件下で針状結晶が得られた。得られた結晶はIzit Crystal Dyeで青く染色されたことから目的タンパク質の結晶である可能性が高いと考えられた。分子微生物科学DL-2-ハロ酸の炭素-ハロゲン結合の切断を触媒するDL-2-ハロ酸デハロゲナーゼに関しては、基質アナログとの複合体のX線結晶構造解析などに基づいて詳細な反応機構の理解が進み、計画以上の進展があったが、もう一方の不飽和脂肪族有機ハロゲン化合物の脱ハロゲン反応に関しては、関与する酵素の調製法について進展があったものの、構造や反応機構の解明が今後の課題として残されている。以上の状況から、全体として「おおむね順調に進展している」と評価するのが妥当と考えられる。本研究の目的としてあげていた、フルオロ酢酸の炭素-フッ素結合の切断を触媒するフルオロ酢酸デハロゲナーゼの精密反応機構の解明に関しては計画以上の進展があったが、もう一つの目的としてあげていた不飽和脂肪族有機ハロゲン化合物の酵素的脱ハロゲン反応機構の解明に関しては、関与する酵素の特性は明らかにできたものの、反応機構の解明に関しては今後の課題として残されている。2-ハロアクリル酸ヒドラターゼの精製、触媒反応機構解析、構造解析を重点的に行う。また、本酵素、および本酵素と同様の基質に作用するが異なる生成物をあたえる2-ハロアクリル酸レダクターゼについて、これらの酵素の遺伝子を含む遺伝子クラスターを解析し、これらの酵素とともにハロゲン化合物の代謝に関与するタンパク質群を同定し、それらの機能を明らかにすることを目指す。研究はおおむね順調に進展しているため、現時点では、当初の計画を大きく見直すことは考えていない。すでに取得している酵素については詳細な構造・機能解析を行うとともに、その知見に基づく機能改変を試み、一方で新規酵素のスクリーニングを継続して行う。これらの研究により、環境修復等に有用な酵素を開発する。研究対象としている酵素の調製法確立に予想以上の時間を要したため、酵素の構造機能解析を次年度に行うこととしたため次年度使用額が生じた。酵素の構造機能解析用消耗品の購入および研究成果発表に必要な経費として使用する計画である。
乱雑さを制御した複合プロセスによる、高機能発色材の実現

ナノの乱雑さを含む複合プロセスを用いることで、大面積(□80 mm)かつフレキシブルなモルフォ蝶型発色膜の作製プロセスについて、ほぼ完成することができた。そのプロセスでは量産化用の複製工程において、鋳型のフレキシブル化と、レプリカのフレキシブル化、2つのルートを可能にし、生産工程の自由度を格段に上げることができた。作られた発色体は、モルフォ発色固有の光学特性がフレキシブル条件下でも保持されただけでなく、自立したフレキシブルフィルムとして自由な変形に耐え、強度も実用に耐えるレベルであることがわかった。本研究の目的である、モルフォ蝶の巧妙な光学ナノ構造に基づく「高機能な発色材の開発」において、基本作製プロセスは「乱雑ナノパターニング」と「多層膜蒸着」の2段階で構成される。H26年度、この2段階の後者において、(あるトラブルを契機に新たに)重要な成膜ノウハウが得られた(成膜の下処理、特に黒化処理による構造・コントラストの効果)。これは従来、コントラスト強化だけが存在理由と考えられていれた黒化処理について、構造上の新たな役割が見出されたことを意味する。また本来、将来計画(H28年4月)であった基板フリー・フレキシブル発色膜の作製について、予想外にいくつかの方向で進捗が得られた。これは全体計画の視点と、実験環境の整備状況に鑑みて、研究計画を前倒しで試みた結果である。作製プロセスで当初予見されていたいくつもの困難を、工夫の積み重ねによって克服し、ほぼモルフォ固有の発色特性を満たすフレキシブル膜の実現に近づくことができた。また、基板フリー化とともに、上記のフレキシブル膜と相補的な「フレキシブル基板」の作製にも成功した(これはナノインプリントによる量産化において、鋳型自体をフレキシブルにできるため、形状の自由度が大きく増すことになる)。やはりこの場合も、この鋳型からできた発色体は、モルフォ発色固有の光特性を満たすことが確認できた。ただしフレキシブル化ができた両者(フレキシブル鋳型からの発色体、基板フリーのフレキシブル発色体)ともに、特に曲げた状態での詳細な計測(光学計測、構造計測、ともに)ができていないため、その点は継続して研究が必要である。本研究の目的は、モルフォ蝶の巧妙な光学ナノ構造に基づく「高機能な発色材の開発」であり、基本作製プロセスは「乱雑ナノパターニング」と「多層膜蒸着」の2段階で構成される。H27年度は、H26年度に基板フリー・フレキシブル発色膜の作製について、予想外にいくつかの方向で進捗が得られたのを受けて(本来は3番目に行う内容であった)、引き続きフレキシブル発色膜の開発を継続した。これは全体計画の視点と、実験環境の整備に鑑みて、研究計画を前倒しで試みた結果である。作製プロセスを工夫した結果、モルフォ固有の発色特性をある程度有するフレキシブル膜はH26年度にほぼ作れたが、その工程を可能にする基本原理が解明できていなかった。それが新たなアンカー効果・クランプ効果であることが判り、またフレキシブルの本質である「曲げ状態下」の挙動(曲げ状態の光特性には一見して予想や直観と矛盾する点や、不明点が多数あった)で新たな知見が得られた。また、基板フリー化(ナノインプリント樹脂と多層膜部のみの剥離)に加え、モールドとレプリカ(レプリカは上記の基板フリー発色体に、大強度のフレキシブル膜を添付)双方のフレキシブル化が実現できた(この結果、ナノインプリントによる量産化において、形状の自由度が大きく増す)。やはりこの場合も、それぞれの発色体は、モルフォ発色の光特性をもつことが確認できた。さらに標記課題の新たな意義として、よりグローバルな観点からバイオミメティクスという枠組みが顕在化し始め(国際標準化の策定が始まるなど)、本分野の国際動向と連結して新たな価値(特に産業上の価値)も見出された。上記を受けて、実績として論文2、書籍2、解説3、口頭発表12(うち国際4)、新聞記事1、などの成果が得られた。目標である複合プロセスの開発に対し、本来は将来計画(H28年4月)であった基板フリー・フレキシブル発色膜の作製について、H26年度に続いていくつもの方向で進捗が得られた点は、「当初の計画以上の進展が得られた」点である。H26年度のフレキシブル膜は、平らな状態でほぼ従来と遜色のない発色特性が得られていたが、誘電体多層膜の曲げ状態における特性・構造に関しては、一見して予想や直観と矛盾する結果があった。しかし、詳細な観察と考察の結果、新たな効果(アンカー効果とクランプ効果)の原理・機構が判り、プロセスのメカニズムについて特性と構造の全体を矛盾なく説明できるに至った。その結果、プロセスの理解が進み、その応用と改良などの展開がより着実にできるようになった。基板フリー・フレキシブル化は、数多くの困難が予想されたため後半の計画であったが、これを前半に達成できたことは大きな進捗である。さらに、モールド・レプリカ双方のフレキシブル化というプロセスも開発が進み、ほぼモルフォ特性が得られると確認できている。一方で、それで「当初の計画以上の進展」とならないのは、上記の前倒しで行った計画実施とは別に、当初は最初に行う予定だった「ナノの乱雑さ制御(レーザ加工と砥粒加工を利用)」による光特性制御に時間がかかっているからである。

たしかに上記のフレキシブル発色膜の作製時、レーザ加工と砥粒加工自体は実施しており、その意味ではナノの乱雑さ制御も行っている。しかし制御性が予想以上に困難で、今も工夫の途上である。この基板加工の段階では、面内長軸方向にてある乱雑さ分布をもつ凹凸作製が設計の肝である。時間・コストの大幅改良に向けレーザ加工で高速・大面積ナノパターンを作り、一定の成果を得たが、パラメータ制御は不十分であったため、総合的に上記の達成度となった。本研究の目的は、モルフォ蝶の巧妙な光学ナノ構造に基づく「高機能な発色材の開発」であり、基本作製プロセスは「乱雑ナノパターニング」と「多層膜蒸着」の2段階で構成される。H28年度は、H2627年度に基板フリー化の技術で予想外に複数の方向で進捗が得られたのを受け(本来は3番目に行う内容であった)、フレキシブル発色膜を発展させた。それとともに、乱雑さの役割で新たな知見をもとに、新規な乱雑さの設計・作製プロセス開発を行った。前者は全体計画および実験環境整備に鑑みて、研究計画を進めた結果であり、後者は新たな進展である。特に、フレキシブル膜の作製プロセスで新たに見出した基本原理(クランプ効果)について、顕微観察に基づいてより確実な解明が進み、また「曲げ状態下」の挙動(光特性の不明点が多数あった)も理解が大きく進んだ。これらは論文投稿に結び付いている(査読中)。また、レーザ加工(自体でなくその精密制御)の困難さに鑑みて、H28年度は「ナノの乱雑さ」の設計・加工それぞれにおいて、新たな案に基づく進展を得た。具体的には、従来のナノの乱雑さは面内だけで設計・加工されてきたが(理由は技術的な困難による)、深さ方向でも新たな乱雑さを導入するための設計を考案し、それを実現する新たなプロセスも開発を行った。この場合も、発色体は、新たな乱雑さの役割を持ちながら、モルフォ発色の光特性をもつことが確認できた。さらに標記課題の新たな意義として、よりグローバルな観点からバイオミメティクスという枠組みがここ数年で顕在化し始め(国際標準化の策定が始まるなど)、本分野の国際動向と連結して新たな価値(特に産業上の価値)も見出された。上記を受けて、論文投稿2件に加え、実績として書籍1、解説4、口頭発表16(うち国際4で招待13)、などの成果が得られた。目標である複合プロセスの開発に対し、計画の重要ポイントだった基板フリー・フレキシブル発色膜の作製について、H2627年度に続いて複数の方向で進捗が得られた点は、当初通りの計画進展が得られた点である。特に、本課題で新たに見出した基本原理(アンカー効果・クランプ効果)について、顕微観察とさまざまな観点での考察・検討を繰り返したことで、より確実な解明が進んだ。その結果、プロセスのメカニズムについてほぼ定量的にも説明が付くようになり、特性と構造をよく説明できるようになった。そのおかげで、プロセスの応用・改良などの展開がより自由にできるようになった。また「曲げ状態下」の挙動(光特性の不明点が多数あった)も理解が大きく進んだ。基板フリー・フレキシブル化は、多くの困難が予想されたため後半の計画であったが、これを最終年度を残してほぼ完成できたことは大きな進捗である。次に、もう1つの当初計画「ナノの乱雑さ制御におけるレーザ加工」については、加工自体というより、その精密制御の困難さに突き当たっている。これを受け、H28年度に「ナノの乱雑さ」の設計・加工それぞれにおいて、新たな案に基づく開発を行った。
リンパ系細胞分化初期過程の遺伝子解析

ヒト免疫グロブリンH鎖C領域の遺伝子座の解析から、エンハンサー配列とSu配列の間にσμ配列を同定し、そのDNA断片及び、Sr配列の上流DNAがμ-δ間に挿入されていることを見い出し、そのシグマ(Σ)構造の役割を解析している。今年度は次のことを行った。(1)ヒト、マウスの塩基配列のみを比較していると偶然似た配列が存在するのか、生物的意義があるのか判定できないことがある。そこでヒト、マウス共通の祖先と考えられる食虫目(insective)に属するジャコウネズミのμ鎖遺伝子を単離し構造を決定した。(FEBS Letters印刷中)(2)Σ構造は、RNAスプライシングに関与していると推定しており、とりわけμ-,γ-二重表現細胞では、不連続転写-トランススプライシング機構の存在が示唆されている。今年度は、そのμ-,γ-二重表現細胞が存在すること、及びその際にはスイッチ領域であると考えられたのでhyper IgM immunodeficiencyというスイッチに異常のある患者由来細胞を用いた。(ProNAS投稿中)(3)従来よりヒトではマウスより相対的に高いIgDが検出されておりその理由が謎であったが、ヒトではσμとΣμ間のhomologous recombinationでそれが起こっていることが示された。(Eur.J.Imnunol投稿中)(5)不連続転写-トランススプライシング機構の存在の有無を解析している。血液幹細胞からB細胞やT細胞への分化過程に異常があり、そのため免疫不全症となると考えられているX染色体連座無ガンマグロブリン血症(XLA)及び重症複合免疫不全症(SCID)を対象として、その欠陥遺伝子を同定すると同時にリンパ系細胞分化過程を解析することを目標に研究を行っている。XLA及びSCID患者の骨髄細胞にEBウィルスを感染させて形質転換株を得た。細胞表面マーカーの解析で、それらは【Ia^+】、【B1^+】、【B4^+】、【μ^-】というpreB細胞の特徴を有していた。ところがSCID由来株では、免疫グロブリンH鎖遺伝子領域でDNA再編成が全く起きていなかった。この観察にもとづきSCIDでT細胞とB細胞の異常が生じる原因は、免疫グロブリン及びT細胞レセプター遺伝子領域のDNA再編成を触媒する組み換え酵素(recombinase)の異常であるという仮説を提出した。一方、XLAにおいては、免疫グロブリンH鎖J遺伝子領域ですべてDNA再編成を起しているが、それはDH-JH型でありVH-DH結合は観察されなかった。更にそのDH-JH再編成でも本来DNAが結合すべき場所から大きくずれた結合が見られた。このことからXLAでは免疫グロブリン遺伝子のDNA再編成を誘発するタンパク質があり、それに異常があるという仮説を提出した。この過程で新しく二種類のDH遺伝子を同定し、ヒトの免疫グロブリンH鎖CDR【III】領域で従来より我々の提唱していたD-D結合モデルに新しい実験的根拠を与えた。RFLP解析は、日本人X染色体に多型性が少ないことが判明し期待ほどの成果は得られなかった。昨年度に作製してpreB細胞特異的CDNAライブラリーより該当遺伝子を捜すアプローチは、幹細胞よりB細胞を誘導する系の開発及びX染色体ライブラリーをつくり直すところまでもどってやり直している。ヒト免疫グロブリンH鎖D領域を14キロ塩基対にわたって塩基配列を決定したことにより, 6種のD_H遺伝子ファミリーを同定した.このことから,ヒト免疫グロブリンH鎖CDRIIIの示す高い多様性も,マウスと同様にV.ナ_<H.ニ>ーD.ナ_<H.ニ>,D.ナ_<H.ニ>ーJ.ナ_<H.ニ>という結合で説明できることがわかった.更に, D.ナ_<H.ニ>遺伝子が進化的にどのように増幅されたかについての示唆も得られた.

一方,ヒト免疫グロブリンH鎖のμーδイントロン部に見い出したシグマ構造を解析したことにより,次のような驚くべき可能性を見い出した.免疫グロブリン遺伝子領域には,多くのtRNA様部位が見い出される.それはマウスとヒトで見られ,更に,その部分はtransposonの如くふるまう.我々はこれは, tRNA領域がRNAスプライシングにかかわっているためと考えている.更に, μーとγーの二重発現細胞においては,不連続的な転写が起り,複数個の前駆体mRNA間でトランススプライシングが起ることを示すデータも得た.そして常識に反してRNAポリメラーゼIIIによる合成が関与していることを示すデータを得た.これらは,従来から知られている遺伝子の発現機構に重大な変更をせまるものであり,現在詳細に検討している.ヒト免疫ブロブリンH鎖C領域の遺伝子座の解析から、エンハンサー配列とSμ配列の間にOμ配列を同定し、そのDNA断片及び、Sr配列の上流DNAがμ-δ間に挿入されていることを見い出し、そのシグマ(Σ)構造の役割を解析している。今年度は次のことを行った。(1)ヒト、マウスの塩基配列のみを比較していると偶然似た配列が存在するのか、生物的意義があるのか判定できないことがある。そこでヒト、マウス共通の祖先と考えられる食虫目(insectivore)に属するジャコウネズミのμ鎖遺伝子を単離し構造を決定した。(FEBS Letters、印刷中)(2)Σ構造は、RNAスブライシングに関与していると推定しており、とりわけμ-、γ-二重表現細胞では、不連続転写-トランススプライシング機構の存在が示唆されている。今年度は、そのμ-、γ-二重表現細胞が存在すること、及びその際にはスイッチ領域でのDNA再編成が起っていないことを証明した。そのような細胞は不安定であると考えられたのでhyper IgM immunadeficiencyというスイッチに異常のある患者由来細胞を用いた(ProNAS投稿中)(3)従来よりヒトではマウスより相対的に高いIgDが検出されておりその理由が謎であったが、ヒトではσμとΣμ間のhomologous recombinationでそれが起こっていることが示された。(Eur.J.Immunol.投稿中)(5)不連続転写-トランススプライシング機構の有無を解析している。
極低温星間塵表面原子反応によるアミノ酸の生成機構

メチルアミンの部分重水素置換体,CH_3ND_2およびCD_3NH_2を用いて,それぞれをH原子およびD原子と反応させ,各置換基のH-DおよびD-H交換速度を求めた。メチルアミンのメチル基のH-D交換,D-H交換,そしてアミノ基のH-D交換,D-H交換速度定数をそれぞれRc_<H-D>,Rc_<D-H>,Rn_<H-D>,Rn_<D-H>とすると,Rc_<H->D > Rc_<D-H>>>Rn_<H-D>>Rn_<D-H>という関係が得られた。同じ置換基のH-DおよびD-H交換速度を比較すると,H-D交換,つまりD濃縮反応のほうが速いことが明らかになった。また,CH_3NH_2全体のH-D交換反応,およびCD_3ND_2全体のD-H交換反応の速度定数をそれぞれR_<H-D>,R_<D-H>,とすると,R_<H-D>〓Rc_<H-D>,R_<D-H>〓Rc_<D-H>という関係が成立した。これはメチル基の水素交換速度がメチルアミン全体の水素交換速度を支配していることを意味する。これは,メチル基・アミノ基の水素交換が同時に起きているためだといえる。メチルアミンのD(H)濃縮反応は,D(H)原子によるH(D)引き抜き反応→D(H)原子付加反応によって進行すると考えられる。たとえば(1)CH_3NH_2 + D→CH_2NH_2 + HD,(2)CH_2NH_2 + D→CH_2DNH_2のように進む。反応(2)はラジカル同士の反応であるため,速やかに進む。一方,反応(1)には分子からH(D)原子を引き抜く際に,2000-5000Kというエネルギー障壁が存在する。10Kという極低温では反応(1)に必要なエネルギーを得ることは難しく,熱的に反応は進行しない。したがって,反応(1)は量子的なトンネル効果によって進行したと結論できる。本研究で,メチルアミンは水素同位体交換しやすい分子であることがわかった。これは,星間分子雲の重水素濃集モデルで見積もられている最大のD/H原子比(0.05)と,R_<H-Dと>R_<D-H>の比(R_<H-D>/R_<D-H>たとえば2at 10K)を考慮すると,星間分子雲でのメチルアミンは水素交換反応によってそのD/H比が10^<-2>オーダーであることを示唆する。これは,星間分子雲に存在するメタノールやホルムアルデヒドの高いD/H比(10^<-2>-10^<-1>)に匹敵する。いまだメチルアミンの重水素置換体の存在は星間空間で確認されていないが,今後の発見が期待される。当初の予定では、シアン化水素(HCN)への水素原子付加反応を検証する予定であったが、HCNの国内生産が中止され、かつ法律の規制により国外から輸入することができないため、実験予定の修正が余儀なくされた。そこで、代替の研究として、星間塵表面上での二酸化炭素(CO_2)生成に関する研究をはじめに行った。過去の研究で、メチルアミンとCO_2の混合氷に電子線を照射することにより、代表的なアミノ酸の一つ、グリシンの生成が確認された。これまでの分子雲におけるCO_2生成に関する研究では、紫外線などのエネルギー照射を水と一酸化炭素(CO)混合氷へ行うことでその生成が確認されていた。しかし、光の届かない分子雲内部では、紫外線等エネルギー源を介しないCO_2生成経路の確立が必要とされる。そこで、水をプラズマ分解させて生成させた低温のヒドロキシルラジカル(OH)とCOのnon-energeticな反応によるCO_2生成を検証した。COとOHを極低温(10K)に冷却された基板上で反応させると、効率的にCO2が生成されることが確認された。基板温度により生成物の量や生成速度が異なることから、反応に用いられたOHはnon-energeticであると考えられる。導入されたCOのうち、そのおよそ2-10%がCO_2生成に使われた。これは、紫外線等エネルギー源を介した反応の変換効率に匹敵する値である。上記に加え、アセトニトリルへの水素原子付加反応を検証した。COや酸素分子(O2)と同様に、アセトニトリルにも水素原子付加が起こり、数種の生成物が確認された。しかしながら、その反応速度はCOやO_2への水素原子付加反応と比べて非常に遅く、分子雲の平均的なタイムスケール(10^6年)内では、効果的といえなかった。本研究結果は、分子雲で検出されたアミン化合物は、ニトリル化合物への水素付加反応ではない別の経路で生成されたことを示唆する。

昨年度の星間塵表面上における二酸化炭素(CO_2)生成実験で,CO_2以外の新たな化合物,炭酸(H_2CO_3)が生成したので,その生成過程や条件等を詳細に議論した.H_2CO_3はこれまでに宇宙空間で発見された例はない.しかし,過去の研究で,H_2CO_3は星間塵氷の主成分である水とCO_2混合氷への紫外線・宇宙線照射によって生成することがわかっていた.本研究では初めてH_2CO_3がCOを主原料として生成されることを明らかにした.本実験条件下,その生成量は最大で同じ実験で生成するCO_2の7割程度を占めた.本結果の重要な点は,H_2CO_3生成が紫外線等のエネルギー源を用いないでなされたことである.したがって本結果は,光の届きにくい高密度分子雲内部におけるH_2CO_3の存在を期待させる。極低温固体表面におけるメチルアミン(CH_3NH_2)の水素交換反応を検証した.CH_3NH_2と100Kに冷却されたD原子を10-30KのAl基板表面で反応させると,重水素置換反応が起こり,生成物としてメチルアミンの重水素置換体CD_3ND_2が確認された.またCD_3ND_2とH原子(100K)を同様に反応させると,CH_3NH_2がD-H交換によって生成した.さらにCH_3OHとDの反応では,メチル基のみH-D交換が起きたのに対し,CH_3NH_2とDの反応では,メチル基,アミノ基ともにH-D交換がおきた.それらの反応速度を比較すると,CH_3NH_2+Dの反応はCD_3ND_2+Hよりも早く,反応基板温度により異なるが,最大で5倍程度早かった.しかし,分子雲でのD/H原子比がおよそ0.1程度であるとすると,D体化のほうが5倍早いとしても,H-D(D-H)交換反応によって,メチルアミンは重水素濃縮されにくいということになる.これまでの天文観測で,重水素置換されたメチルアミンは発見されていないが,本結果はこれときわめて調和的である.メチルアミンの部分重水素置換体,CH_3ND_2およびCD_3NH_2を用いて,それぞれをH原子およびD原子と反応させ,各置換基のH-DおよびD-H交換速度を求めた。メチルアミンのメチル基のH-D交換,D-H交換,そしてアミノ基のH-D交換,D-H交換速度定数をそれぞれRc_<H-D>,Rc_<D-H>,Rn_<H-D>,Rn_<D-H>とすると,Rc_<H->D > Rc_<D-H>>>Rn_<H-D>>Rn_<D-H>という関係が得られた。同じ置換基のH-DおよびD-H交換速度を比較すると,H-D交換,つまりD濃縮反応のほうが速いことが明らかになった。また,CH_3NH_2全体のH-D交換反応,およびCD_3ND_2全体のD-H交換反応の速度定数をそれぞれR_<H-D>,R_<D-H>,とすると,R_<H-D>〓Rc_<H-D>,R_<D-H>〓Rc_<D-H>という関係が成立した。これはメチル基の水素交換速度がメチルアミン全体の水素交換速度を支配していることを意味する。これは,メチル基・アミノ基の水素交換が同時に起きているためだといえる。メチルアミンのD(H)濃縮反応は,D(H)原子によるH(D)引き抜き反応→D(H)原子付加反応によって進行すると考えられる。たとえば(1)CH_3NH_2 + D→CH_2NH_2 + HD,(2)CH_2NH_2 + D→CH_2DNH_2のように進む。反応(2)はラジカル同士の反応であるため,速やかに進む。一方,反応(1)には分子からH(D)原子を引き抜く際に,2000-5000Kというエネルギー障壁が存在する。10Kという極低温では反応(1)に必要なエネルギーを得ることは難しく,熱的に反応は進行しない。したがって,反応(1)は量子的なトンネル効果によって進行したと結論できる。本研究で,メチルアミンは水素同位体交換しやすい分子であることがわかった。これは,星間分子雲の重水素濃集モデルで見積もられている最大のD/H原子比(0.05)と,R_<H-Dと>R_<D-H>の比(R_<H-D>/R_<D-H>たとえば2at 10K)を考慮すると,星間分子雲でのメチルアミンは水素交換反応によってそのD/H比が10^<-2>オーダーであることを示唆する。
模擬微惑星の衝突破壊でできた微小高速破片の速度分布の決定

惑星形成過程において起こったとされる多くの微惑星の間での大規模な衝突破壊に関する問題の中でも,放出される破片群の速度分布はとくに基本的な量である.われわれはこれを理解するために,まず実験室内で模擬衝突実験を行い,これを大規模衝突に外挿していこうとしている.しかし破片の速度分布のデ-タがほとんど無いような状態であったので本研究では実験室内で小規模な衝突実験を行い,破片の速度分布のデ-タを系統的に出すことを試みた.実験では二段式軽ガス銃でナイロン小球(直径7mm)を2ー4km/sに加速して玄武岩および石膏などの球形タ-ゲットに衝突させ,破壊の様子を高速度カメラ,およびストロボを用いて撮影した.得られたフィルムを画像処理機にかけて解析し破片サイズ約1mmのものまで速度をきめた.このサイズ域での破片の速度は約100m/s以下で,破片群の重心系での速度を破片質量に対して表質した結果,どのタ-ゲットでも破片速度が破片の質量のー1/3ー1/6乗に比例すること,また速度の絶対的な大きさもタ-ゲットによってあまり差がなく,実験室規模での衝突では,破片質量を決めるとほぼ1桁以内の範囲で破片速度が決まることがわかった.一方,衝突で形成された小惑星の族の中の相対速度は実験室で得られた結果をそのまま小惑星サイズに外挿したときの速度よりはるかに大きいがこの差は衝突する粒子の大きさの違いに基づく衝撃波形の立上がり立下がり速度の違いを反映しているのではないかと推測された.破片の速度分布は衝突して発生する衝撃波の伝播状態,および破壊過程に深く関わっているので,その理解のため球などの有限サイズの物体上でのクレ-タ形成のメカニズムに関わる研究も行った.以上によって今後天体サイズの衝突現象を考える場合に必要となるスケ-リング則を考えて行くには,入射粒子の大きさをいろいろと変えて衝突実験を行うことが特に有効であるとの結論に達した.惑星形成過程において起こったとされる多くの微惑星の間での大規模な衝突破壊に関する問題の中でも,放出される破片群の速度分布はとくに基本的な量である.われわれはこれを理解するために,まず実験室内で模擬衝突実験を行い,これを大規模衝突に外挿していこうとしている.しかし破片の速度分布のデ-タがほとんど無いような状態であったので本研究では実験室内で小規模な衝突実験を行い,破片の速度分布のデ-タを系統的に出すことを試みた.実験では二段式軽ガス銃でナイロン小球(直径7mm)を2ー4km/sに加速して玄武岩および石膏などの球形タ-ゲットに衝突させ,破壊の様子を高速度カメラ,およびストロボを用いて撮影した.得られたフィルムを画像処理機にかけて解析し破片サイズ約1mmのものまで速度をきめた.このサイズ域での破片の速度は約100m/s以下で,破片群の重心系での速度を破片質量に対して表質した結果,どのタ-ゲットでも破片速度が破片の質量のー1/3ー1/6乗に比例すること,また速度の絶対的な大きさもタ-ゲットによってあまり差がなく,実験室規模での衝突では,破片質量を決めるとほぼ1桁以内の範囲で破片速度が決まることがわかった.一方,衝突で形成された小惑星の族の中の相対速度は実験室で得られた結果をそのまま小惑星サイズに外挿したときの速度よりはるかに大きいがこの差は衝突する粒子の大きさの違いに基づく衝撃波形の立上がり立下がり速度の違いを反映しているのではないかと推測された.破片の速度分布は衝突して発生する衝撃波の伝播状態,および破壊過程に深く関わっているので,その理解のため球などの有限サイズの物体上でのクレ-タ形成のメカニズムに関わる研究も行った.以上によって今後天体サイズの衝突現象を考える場合に必要となるスケ-リング則を考えて行くには,入射粒子の大きさをいろいろと変えて衝突実験を行うことが特に有効であるとの結論に達した.太陽系の諸天体は小天体が相互に衝突破壊を繰り返して成長してきたと考えられている。この研究では実験室で岩石などの小物体に二段式軽ガス銃をつかって0.2g程度のプロジェクタイルを衝突させて破壊実験を行い,飛び出してくる破片の速度の分布を決定することをねらっている。今年度は本実験のための装置の整備を行った。鮮明な画像を得るためにストロボ二台を発光させて破片の飛散状況の写真をとる。ただしプロジェクタイルがタ-ゲットに衝突した瞬間に強い発光が起こる。これによる露光をさけるために被写体とカメラの間にPZTシャッタ-を設けて,衝突による発光の終了直後に解放にする。PZTシャッタ-は500Vのパルスの印加によって開かれる。また衝突からのシャッタ-の解放のタイミング,2つのストロボの発光のタイミングと発光時間と時間差の調整などを行わねばならない。これらに必要な電子回路の製作およびテストを,予備的な衝突実験とともに行った。この実験で決定を予定している破片は100m/s以上の速度を持つものである。これにつながるさらに低速度の破片の速度分布も求めておく必要があるが,この計測には高速度駒撮カメラによって行う。これについてはすでにタ-ゲットをアルミナ球および玄武岩球として撮られたフィルムを解析,整理している。同様のタ-ゲットに対して次年度には今年度製作したストロボシステムを用いて衝突実験を行い実際の画像を得る予定である。さらに得られた画像は画像解析機にかけて速度の分布を決定する予定である。惑星形成過程において起こったとされる多くの微惑星の間での大規模な衝突破壊に関する問題の中でも,放出される破片群の速度分布はとくに基本的な量である.

われわれはこれを理解するために,まず実験室内で模擬衝突実験を行い,これを大規模衝突に外挿していこうとしている.しかし破片の速度分布のデ-タがほとんど無いような状態であったので本研究では実験室内で小規模な衝突実験を行い,破片の速度分布のデ-タを系統的に出すことを試みた.実験では二段式軽ガス統でナイロン小球(直径7mm)を2ー4km/sに加速して玄武岩および石膏などの球形タ-ゲットに衝突させ,破壊の様子を高速度カメラ,およびストロボを用いて撮影した.得られたフィルムを画像処理機にかけて解析し破片サイズ約1mmのものまで速度をきめた.このサイズ域での破片の速度は約100m/s以下で,破片群の重心系での速度を破片質量に対して表示した結果,どのタ-ゲットでも破片速度が破片の質量の-1/3-1/6乗に比例すること,また速度の絶対的な大きさもタ-ゲットによってあまり差がなく,実験室規模での衝突では,破片質量を決めるとほぼ1桁以内の範囲で破片速度が決まることがわかった.一方,衝突で形成された小惑星の族の中の相対速度は実験室で得られた結果をそのまま小惑星サイズに外挿したときの速度よりはるかに大きいがこの差は衝突する粒子の大きさの違いに基づく衝撃波形の立上がり立下がり速度の違いを反映しているのではないかと推測された.破片の速度分布は衝突して発生する衝撃波の伝播状態,および破壊過程に深く関わっているので,その理解のため球などの有限サイズの物体上でのクレ-タ形成のメカニズムに関わる研究も行った.以上によって今後天体サイズの衝突現象を考える場合に必要となるスケ-リング則を考えて行くには,入射粒子の大きさをいろいろと変えて衝突実験を行うことが特に有効であるとの結論に達した.
現代スペインにおける巡礼の興隆と観光のダイナミズムに関する人文地理学的研究

本研究では,脱カトリック化が顕著とされる現代スペインにおいて,カトリック聖地への巡礼を支えている宗教的ツーリストの行動とスペインの観光空間の構造について,実証的な研究を行った。サンティアゴ・デ・コンポステラ巡礼の参与観察調査を,ガリシア州,カスティーリャレオン州,およびバスク州の諸都市で実施した。あわせてスペインの観光動態に関する資料収集を行い,宗教資源,観光資源としてのサンティアゴ巡礼路と巡礼宿,そしてそれら全体から構成される巡礼システムについて,解明を試みた。本研究は,ヨーロッパの文化的核心をなすカトリック地域,なかでも宗教の世俗化が進み,脱カトリック化が顕著とされる現代スペインにおいて,カトリック聖地への巡礼が興隆している現象に焦点をあて,現代の巡礼を支えている宗教的ツーリストの行動とスペインの観光空間の構造について明らかにするものである。具体的にはサンティアゴ・デ・コンポステーラ巡礼の参与観察調査を行い,宗教資源・観光資源としてのサンティアゴ巡礼路と巡礼宿,そしてその全体から構成される巡礼システムを現地調査により実証的に解明することを通して,伝統的な聖地が再構築されている状況の解明を目的とする。さらには,聖地巡礼の維持・発展とツーリズムとの関わりの理論的な検討を通して,ヨーロッパ・カトリック地域における宗教をとりまく現代的状況が顕わとなり,宗教の衰退と復興にかかわる人文学におけるポスト世俗化論の進展を企図している。本年度は第二次調査を実施する。調査内容については,第一次調査の4項目をさらに細分化するかたちで実施する。サンティアゴ市内において,サンティアゴ巡礼協会,サンティアゴ・デ・コンポステーラ教会,同大学宗教社会学教室に対しても聞きとり調査,資料収集を行う。またツーリストのほかに,カトリック信徒による巡拝団による集団巡礼も行われているので,必要に応じてこうした宗教的な巡礼団への聞き取りを実施する。具体的な調査内容は次の4点である。1)徒歩巡礼による参与観察とツーリスト・宿泊施設への聞きとり調査2)地域のカトリック信徒における教会利用の実態とツーリストへの対応3)地域社会(行政・観光業界など)における観光戦略と動向4)サンティアゴ巡礼にかかわる基礎資料の入手本研究では,ヨーロッパの文化的核心をなすカトリック地域,なかでも宗教の世俗化が進み,脱カトリック化が顕著とされる現代スペインにおいて,カトリック聖地への巡礼が隆盛している現象に焦点をあて,現代の巡礼を支えている宗教的ツーリストの行動とスペインの観光空間の構造の解明に取り組んできた。平成25年度は以下の研究成果を得た。1)収集資料の整理と理論的枠組みの提唱:平成2325年度の3か年で収集した資料を整理し,巡礼とツーリズムにおける理論的な枠組みに関する学術論文(『観光戦略としての宗教』(筑波大学出版会),『Geography of religion in Japan』Springer)を発表した。2)現地調査の実施:研究代表者および分担者は手分けをして,サンティアゴ・デ・コンポステラ巡礼地に関するフィールドワークを複数回実施し,聞き取り調査および資料収集を行った。フィールドワークではサンティアゴ大学歴史・地理学部の研究者および大学院生の協力を得た。3)研究成果の公開:研究成果の一端をInternational Geographical Union(国際地理学連合)のKyotoregional conferenceで口頭発表するとともに,国内外の研究者と意見交換を行った。また社会貢献の一環として,目黒シティカレッジ(東京都目黒区)において研究成果を講演した。3か年の研究成果は今後,収集資料を整理しつつさらに進めていく予定である。本年度の研究実績の第一は、昨年度に引き続き、研究代表者・分担者らが協力し、国内外で第2次現地調査を実施したことである。調査内容については、第1次調査の4項目をさらに細分化するかたちで行った。サンティアゴ巡礼協会、サンティアゴ・デ・コンポステーラ教会、サンティアゴ・デ・コンポステーラ大学地理学教室において、聞き取り調査、資料収集を行うとともに、周辺地域(バスク州)の行政機関においても、現地調査を行った。国内では、サンティアゴ巡礼と密接にかかわりを持つ、紀伊山地の霊場と参詣道を中心とする国内外の巡礼観光地に関する資料収集を行った。第二に、収集資料の分析および研究成果の発表を通して研究の深化をはかったことである。IGU-Cologune大会をはじめとする国際学会・国内学会で口頭発表を行うとともに、成果を著書・学術論文のかたちで公開した。次年度は最終年度であり、そこでは、1)第3次現地調査(補充調査)の実施、2)収集資料の整理と理論的枠組みの提唱、3)研究成果の発表・公開、4)研究成果の社会還元、の4点について進め、これまでの成果とあわせて研究のまとめを行う。昨年度は研究代表者,研究分担者および研究協力者がそれぞれ現地調査を実施し,1次資料の収集を行うことができた。昨年度のデータに加えて,本年度の調査により研究の深化を図ることが期待できる。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究協力者(サンティアゴ大学関係者を含む)を得て、資料収集・現地調査において、所定の成果をみている。また研究成果の発表についても、単行本の刊行があるなど、予定以上の成果を挙げている部分もみられる。調査内容については、観光動態についての資料収集が不足している面もあり、平成25年度の追加調査で補足する予定である。

あわせて国内外の巡礼観光にかかわる資料収集をすすめ、研究の深化を図る予定である。昨年度はスペインの観光動態および巡礼状況にかかわる包括的資料の収集を行った。本年度は参与観察により,観光客・巡礼客の実態調査を行なう。現在の所,問題点の発生は想定していないが,万一現地調査の遂行が困難である場合,現地協力機関(サンティアゴ・デ・コンポステーラ大学)の研究協力者による研究支援を仰ぐ予定である.25年度が最終年度であるため、記入しない。今年度の研究実績を踏まえて、次年度の研究改革を着実に遂行し、申請書に記載した当初予定にしたがった研究成果を挙げることを目的とする。具体的には、1)補充調査:観光動態に関する資料収集、を行ったうえで、2)収集資料の整理・分析と理論的枠組の提唱:学術論文の作成、を行う。また本年度に引き続き、3)研究成果の発表・公開:国際学会および国内学会での成果公開および学術論文の発表、4)研究成果の社会還元:市民講座ほかでの発表等、を図る予定である。
振動噴射と超音速混合の非定常特性に関する研究

定常超音速混合場として、両側に側壁を持つ超音速流中へ水素を主流に平行に音速噴射している場合を考える。この超音速混合場に対して、人為的に非定常衝撃波を発生させ、その衝撃波が超音速混合に対してどのように影響するのかを調査し、人為的な非定常衝撃波により超音速混合を制御する可能性について2次元数値シミュレーションにより研究を行った。支配方程式は、Reynolds平均された2次元Navier-Stokes方程式と空気・水素の質量保存式である。乱流モデルは、圧縮性SGSモデルを使用した。数値計算法は衝撃波捕獲法の1つであるHarten-Yeeの上流型TVDスキームを採用し、粘性項は中心差分により評価した。また時間積分は2次精度のRunge-Kutta法を採用した。計算は定常状態から出発して、非定常衝撃波を発生させ再び定常状態に戻るまで行った。非定常衝撃波は側壁から垂直噴射をsin関数的に行うことにより発生させた。混合状態は、出口を通過する酸素と混合した(当量比が1以下となっている)水素の流量で評価した。それと共に「全圧流量=全圧×流量」を定義して、出口における全圧流量を損失状態の評価量とした。時間平均量としては、定常状態と非定常の比を評価量とした。その結果、非定常衝撃波によって混合した水素流量が増加すること、そして混合の増加に伴って全圧流量は減少することが判明した。これは、非定常衝撃波によって時間平均の混合状態が変化することを示しており、このことから非定常衝撃波によって超音速混合を制御することが可能であることが示された。
亀裂伝播シミュレーションによる実用アルミニウム材料の破壊挙動の制御

走査型電子顕微鏡(SEM)内で破壊靭性試験ができる材料試験機ユニットを設計・作製した。Al-Li-Cu-Mg合金(2091合金)およびAl-Mg-Si系合金(6061合金)を、それぞれ金属間化合物粒子が多い、および少ない場合のモデル材料として選定し、その中に含まれる粗大な金属間化合物粒子の損傷がアルミニウム合金展伸材の力学的性質、特に破壊靭性に及ぼす影響を実験的に評価した。具体的には、破壊靭性試験のSEM内その場観察を、それらの材料中の直径1、ないし数μm以上の粗大な金属間化合物粒子の損傷およびそれらがき裂の伝播挙動に与える影響を調べるために実施した。一連の観察により、ある種の粒子は破面の極く近傍でも損傷を受けないのに対し、他の種のものはき裂先端前方の遠く離れた位置まで広範囲にわたって破壊されることがわかった。き裂先端の応力特異性と微視力学解析の組み合わせにより、粒子のその場強度を推定した。粒子強度は強いサイズ依存性を有すること、高粒子体積率の場合には、損傷粒子の影響でき裂偏向や二次き裂の生成が生じることなどが明らかになった。また、破壊力学解析により、き裂伝播抵抗の低下は、マイクロクラックの存在によるモードIき裂進展駆動力の上昇によることが明らかとなった。さらに、実験で得られたこれらの知見に基づいて、き裂伝播シミュレーションのアルゴリズムを検討した。粒子の損傷基準としては、転位論に基づく転位のパイルアップによるものよりも、連続体力学に基づく応力ベースの基準が妥当であると結論された。また、既存の応力遮蔽効果の解を用いることで、損傷粒子に起因する微小き裂がき裂を偏向させる挙動がよく予測できることも明らかとなった。
金ナノ粒子を利用するエクソソームの高速光圧捕集と迅速がん診断法への応用

エクソソームは細胞から放出される直径30100 nmの膜小胞体であり、細胞間のコミュニケーション、がん転移に関連し、がんのバイオマーカーとしての利用やその機能解明が期待されている。本研究ではレーザー光により発生する光圧を利用して、従来法より迅速、簡便にエクソソームを捕集濃縮する方法、並びに捕集したエクソソームを化学計測する新規手法を開発し、早期がん診断法への応用に展開する。金ナノ粒子による捕集速度短縮の機構解明、キャピラリー電気泳動によるエクソソーム内のタンパク質計測法、並びに選択的なエクソソーム捕集法を開発する。