hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ITイノベーションの国際比較と日本企業の戦略に関する定量分析

本研究においては、日本のエレクトロニクス企業の国際競争力を(1)産業レベル分析と(2)企業レベル分析の両面から評価した。(1)については、日本、韓国、台湾、中国など東アジア諸国にフォーカスしたエレクトロニクスに関する詳細な品目別の生産・貿易に関する国際データベースを構築した。また、このデータベースを用いた東アジアのエレクトロニクス産業に関する計量モデルの概念設計を行った。当該計量モデルにおいては、(1)各国のエレクトロニクスに関する最終製品(コンピュータや通信機械など)の需要関数の推計、(2)最終需要から派生需要として発生する電子部品の推計、(3)日本企業の韓国や中国企業に対する相対的な競争力から日本企業の製品別シェアの推計の3段階のモデルによって、日本企業の中長期的な製品戦略について検討するためのシミュレーションを行った。(2)については、財務諸表と特許データを接続した企業レベルデータベースを構築し、日本企業の技術戦略(特許活動)と製品戦略(セグメント別財務データ)の関係に関する分析を行った。その結果、日本の総合電機メーカーは90年代後半以降、事業分野において「選択と集中」を行ってきているものの、研究開発については幅広い分野において行っていることが分かった。技術の多角化とパフォーマンスについては、その事業分野によって異なり、例えば家電分野と電子部品にように対応する技術分野の相関性が高い分野において多角化を行っている企業においてすぐれたパフォーマンスをあげていることが分かった。産業レベルの分析については,日本,韓国,中国,香港,台湾,マレーシア,シンガポールの7力国においてエレクトロニクス製品に関する生産統計の収集を行い,更に貿易統計によって,これらの国に加えて北米,欧州,その他の地域とのリンケージを明らかにするためのデータベースの作成を行った。今年度はデータベースがほぼ完成した状況であり,分析には取りかかれていない状況であるが,貿易統計による予備的な分析の結果,エレクトロニクス製品の生産リンケージは日米欧3極構造から,韓国や台湾などの新興国も含めた多極構造に複雑化していることが分かった。企業レベル分析については,日米欧の約20の代表的なエレクトロニクスメーカーを抽出し,財務諸表や特許データを用いた分析を行った。その結果,日本の総合エレクトロニクス企業は総じて利益率が低く,その背景として事業の選択と集中が行われていないことが影響していることがわかった。事業分野ごとの規模の経済性を測定したところ,特に電子デバイス分野において大きいことがわかり,当該分野において国際競争において優位に立つためには選択と集中により規模の経済性を確保することが必要であるといえる。また,特許データや研究開発データを用いた分析によると,日本企業においては特許の生産性(特許/研究開発費)は高いが,当該特許が事業価値に与える影響が小さいことがわかった。これでは公開データを用いた上場企業に対する分析に留まっているが,今後は企業活動基本調査など,非公開企業も含めたデータを用いて,より計量経済学的にリジットな方法を用いた分析を進めていく予定である。本研究においては、日本のエレクトロニクス企業の国際競争力を(1)産業レベル分析と(2)企業レベル分析の両面から評価することを目的としている。当該計量モデルにおいては、(1)各国のエレクトロニクスに関する最終製品(コンピュータや通信機械など)の需要関数の推計、(2)最終需要から派生需要として発生する電子部品の推計、(3)日本企業の韓国や中国企業に対する相対的な競争力から日本企業の製品別シェアの推計の3段階のモデルによって、日本企業の中長期的な製品戦略について検討するためのシミュレーションを行う。(2)については、財務諸表と特許データを接続した企業レベルデータベースを構築し、日本のエレクトロニクス企業の国際競争力を評価することを目的とする。平成20年度については、特許データベースの作成(特許庁における整理標準化データ、世界のデータベースであるPATSTATなどを統合したもの)を行うとともに、これらのデータをCompustatなどの企業財務データと接続して、日本企業の技術戦略(特許活動)と製品戦略(セグメント別財務データ)の関係に関する分析を行った。

技術の多角化とパフォーマンスについては、その事業分野によって異なり、例えば家電分野と電子部品にように対応する技術分野の相関性が高い分野において多角化を行っている企業においてすぐれたパフォーマンスをあげていることが分かった。1980年代から1990年にかけて高い利益率を示し、自動車産業と並んで日本経済を牽引してきた日本の電機産業の国際競争力が落ちている。1980年代前半に誇った高い利益率は1985年のプラザ合意に端を発する円高により急激な下落を示したが、1986年頃から始まったバブル景気により再び急回復を示した。しかしバブル景気崩壊に伴い再び業績は悪化し、ここ十数年の間は営業利益率で5%以下に低迷している。ここでは、このようは転換期にある日本のエレクトロニクス産業の今後の在り方や大手電機メーカーの戦略について検討するために産業レベルと企業レベルの両面から分析を行った。まず、産業レベルの分析においては、工業統計や貿易統計などの各種統計データを用いて、国際的に日本のエレクトロニクス産業がおかれている状況が1990年後半以降どのように変化していきているか明らかにした。ここでは日本、米国、韓国、台湾及び中国におけるエレクトロニクス産業に関する工業統計と貿易統計の接続データを作成し、更に日本企業においては海外事業活動調査データを組み合わせることによって、企業活動もグローバル化を勘案した日本企業の国際競争力の推移について定量的な分析を行った。次に、企業レベルのデータを用いた分析としては、エレクトロニクス企業の製品多角化とパフォーマンスに関する国際比較を行った。日本のエレクトロニクス企業は「総合電機」といわれるように多様な製品を生産していることが特徴であるが、米国、韓国、中国のように特定の分野に特化した企業はより高いパフォーマンスを上げているとの見解がある。この事実関係について定量的に評価した。また、日本企業が多角的な製品戦略をとっているのは幅広い技術力を持ち、そのような技術基盤をベースに複合的・統合的な製品を供給していることによるという見解がある。ここでは特許データを用いて日本企業の技術基盤の広がりについて、米国や韓国企業と比較して、製品戦略との関係について検証した。技術戦略と製品戦略の関係については、特許利用に関するコンコーダンステーブル(OECD)を活用し、日本企業の幅広い技術基盤が製品戦略においてシナジー効果をもつものかどうかについて分析を行った。
プロテオミクス解析による慢性胆嚢炎からの胆嚢発癌経路の解明：特発性癌との比較

胆嚢炎症例160例、胆管癌33例、胆嚢癌7例と、膵胆管合流異常症2例、胆嚢腺腫4例の胆汁・非腫瘍部胆嚢粘膜の新鮮凍結材料を収集した。胆汁のプロテオーム解析について二次元電気泳動法を用いて解析したが分離スポット数が少なくまた泳動結果も不良であった。一部のスポットについてMS解析を行ったところ、有用な結果が得られなかった。そこで胆汁前処理とタンパク抽出法について再検討を行いつつ、LC-MS解析法への手技変更を進めた。LC-MS法で胆汁の正常コントロール例・胆嚢炎・胆嚢癌症例の少数例での解析を行ったところ、胆嚢癌でのみ検出されたタンパクを8種、胆嚢癌では検出されなかったタンパクを11種類同定した。胆嚢癌症例の背景粘膜では慢性胆嚢炎を伴っていることが多いことに着目し、我々は慢性胆嚢炎の解析を行い、癌組織のみならず慢性胆嚢炎粘膜上皮にも酸化的ストレスによるDNA傷害・ゲノム不安定性の亢進・TP53遺伝子変異が頻度は少ないながらも既に生じていることを示してきた。そこで慢性胆嚢炎粘膜・胆嚢癌及び背景粘膜或いは膵胆管合流異常胆嚢粘膜においてプロテオミクス解析を行い、胆嚢発癌経路における段階的タンパク発現異常を同定することで「慢性胆嚢炎における酸化的ストレスー遺伝子不安定の亢進ー遺伝子異常の蓄積ータンパク発現異常ー癌化」という発癌機構を分子病理学的に証明することを目的とした。平成25年度までに種々の程度の胆嚢炎症例160例、胆管癌33例、胆嚢癌7例と、前癌病変である膵胆管合流異常症2例、胆嚢腺腫4例の胆汁・非腫瘍部胆嚢粘膜の新鮮凍結材料を収集した。一部の症例については腫瘍部の新鮮凍結材料も採取できた。胆汁のプロテオーム解析について、当初は二次元電気泳動法を用いて解析を進める予定であったが、分離スポット数が少なくまた泳動結果も不良であった。引き続き解析を行っている。・症例の胆汁サンプル収集平成24年度の期間において、種々の胆嚢炎症例108例と胆管癌23例、胆嚢癌3例、膵胆管合流異常症1例、胆嚢腺腫3例の胆汁・胆嚢粘膜(32歳86歳)を収集した。一部の症例については腫瘍部の新鮮凍結材料も採取出来た。解析の中心となる胆嚢癌と、膵胆管合流異常症ついては収集がやや難航しており、引き続き症例収集を重点的に進めていく予定である。・胆汁サンプルのタンパク抽出調製、二次元電気泳動各症例間での胆汁の性質(色調・粘調性)にかなりの多様性がみられ、タンパク含有量にも差があると思われた。実際の泳動結果もタンパク量・スポット位置など様々であった。二次元電気泳動用のサンプルの調製法について、アセトン沈殿法・アセトニトリル沈殿法などを組み合わせ種々の方法を試み、最適と思われるものを絞りつつある。実際に11例の電気泳動を行い、タンパクのapply量とapply位置について検討した。そのうち1例については、4スポットのMS解析を行った。現在ゲル染色法について再検討し、微量タンパクの検出をすすめている。主な研究対象である胆嚢癌症例の収集が少ない。胆汁中のタンパク濃度が想定よりかなり少なく、サンプル調整・解析に手間取っている。・引き続き症例収集を行う。・ゲル染色方法の再検討を行い、より微量なタンパクについても検索範囲を広げる。サンプル調整用試薬・電気泳動用試薬とMS解析の費用として予定している。
膵内分泌前駆細胞を用いたヒトiPS膵島の効率的分化誘導法開発

本研究では、申請者らが確立したヒトiPS細胞からの機能的膵島(以下、iPS膵島)形成系において、1)これまでに濃縮に成功している内分泌前駆細胞集団から膵島前駆細胞を分離する2)確実に機能的膵島に成熟させる系の開発3)膵島前駆細胞を無尽蔵に増やす系の開発を行うことで、in vitroでのヒトiPS膵島形成効率を安定化させ、劇的に向上させる事、さらにiPS膵島生産コストを大幅に削減する事を目的として研究を行なってきた。本研究で申請者が新たに本研究課題で明らかにするべき課題は1)本誘導系におけるNGN3発現細胞に含まれる膵島前駆細胞の特徴を詳細に解析することで、特殊なiPS細胞を用いずとも膵島前駆細胞を分離可能とすること2)この細胞を無尽蔵に増殖させ、膵島に分化させる至適な成熟培養系の開発を行うことである。このことから、a)膵島前駆細胞を分離可能な膜タンパク質の探索b)膵島前駆細胞からの膵島形成過程の解析c)膵島前駆細胞からの膵島形成培養系の最適化を行なってきた。これまでに, Ngn3陽性細胞のマイクロアレイ解析を行った。得られた結果から,膵臓前駆細胞に強く発現する膜タンパクを絞り込んだ。本マーカを発現する細胞には、膵臓前駆細胞マーカー遺伝子の強い発現が認められること、さらにマーカー発現細胞を純化したのちに、in vitroにおいて効率的にインスリン発現細胞塊に分化可能であることを確認した。現在この膵臓前駆細胞を無尽蔵に増殖可能な系の作成と、本細胞を効率的に膵島細胞に分化誘導可能な至適成熟培養系の樹立を行なっている。本研究で申請者らは膵内分泌前駆細胞マーカーを見出し、この細胞の効率的な分化誘導法の検討および増殖法を検討している。この研究では、iPS細胞から膵内分泌前駆細胞を分化誘導したのち、この細胞を純化し解析を行う。しかし、iPS細胞から膵内分泌前駆細胞への分化誘導系で使用する低分子化合物のロットが変わったところ、分化誘導効率の大幅な低下が生じ必要な細胞量の確保に問題が生じた。検討を重ねプロトコルを変更することで分化誘導効率は元のレベルに回復したが、プロトコル変更に想定以上に時間を要することとなったため、以上の区分とした。現在は概ね順調に推移している。本研究で申請者はこれまでに, Ngn3陽性細胞を分取可能な膵内分泌前駆細胞マーカーを特定した。本マーカを発現する細胞には、膵臓前駆細胞マーカー遺伝子の強い発現が認められた。さらにマーカー発現細胞がin vitroにおいて効率的にインスリン発現細胞に分化可能であることを確認した。現在本マーカー発現細胞を無尽蔵に増殖させる系の構築および、分化効率を安定化させる分化誘導系の検討を行なっている。これまでに本マーカー発現細胞は自己増殖能をもたないことがわかっている。このことから細胞の増殖能獲得が現状最大の課題となるが、既報の膵臓系前駆細胞増殖因子増殖因子の培養系への添加、および一過性の外来性遺伝子発現によって増殖可能であるか検討している。本研究では、当研究室で確立したヒトiPS細胞からの機能的膵島形成系において、1膵島前駆細胞を分離し、これを確実に機能的膵島に成熟させる系の開発2ヒト膵島前駆細胞を無尽蔵に増やす系の開発の二つを行うことで、in vitroでのヒトiPS膵島形成効率を安定化させ、劇的に向上させること、さらにiPS膵島生産コストを大幅に削減することを目的としている。平成28年度は,内分泌前駆細胞マーカー発現を蛍光でモニタリング可能なiPS細胞を用いて分取した内分泌前駆細胞から,膵島様構造物を作成する系を樹立した。純化内分泌細胞から作成した膵島様構造物は,従来法と同様にインスリン,グルカゴンなどを発現する内分泌細胞で構成され,グルコース濃度応答性を持つことを確認した。また純化した内分泌前駆細胞の特徴をマイクロアレイ解析などの手法を用いて調べた。その結果,内分泌前駆細胞に特徴的な発現変動を示す遺伝子を複数特定した。現在これらの遺伝子発現を指標に分化iPS細胞から分取した細胞の性状解析と分化誘導系の開発を実施している。内分泌前駆細胞に特異的に発現する新規マーカーを特定することができれば,特殊なiPS細胞を用いずに内分泌前駆細胞を純化することが可能となる。このことで膵島様構造物への未分化細胞混入を防止でき,分化誘導効率の向上も期待できる。また,内分泌前駆細胞を無尽蔵に増やすことを目的に,現在分取した細胞の株化実験,および維持培養系の樹立を行なっている。平成28年度に行う予定であった膵島前駆細胞の分化過程の解析がやや遅れている。膵島前駆細胞の分取方法の検討,および分化過程をモニタリングする解析系の構築に時間を要したためである。現在はこれらが解決したため遅れは取り戻せると考えている本研究では、申請者らが確立したヒトiPS細胞からの機能的膵島(以下、iPS膵島)形成系において、1)これまでに濃縮に成功している内分泌前駆細胞集団から膵島前駆細胞を分離する2)確実に機能的膵島に成熟させる系の開発3)膵島前駆細胞を無尽蔵に増やす系の開発を行うことで、in vitroでのヒトiPS膵島形成効率を安定化させ、劇的に向上させる事、さらにiPS膵島生産コストを大幅に削減する事を目的として研究を行なってきた。

本研究で申請者が新たに本研究課題で明らかにするべき課題は1)本誘導系におけるNGN3発現細胞に含まれる膵島前駆細胞の特徴を詳細に解析することで、特殊なiPS細胞を用いずとも膵島前駆細胞を分離可能とすること2)この細胞を無尽蔵に増殖させ、膵島に分化させる至適な成熟培養系の開発を行うことである。このことから、a)膵島前駆細胞を分離可能な膜タンパク質の探索b)膵島前駆細胞からの膵島形成過程の解析c)膵島前駆細胞からの膵島形成培養系の最適化を行なってきた。これまでに, Ngn3陽性細胞のマイクロアレイ解析を行った。得られた結果から,膵臓前駆細胞に強く発現する膜タンパクを絞り込んだ。本マーカを発現する細胞には、膵臓前駆細胞マーカー遺伝子の強い発現が認められること、さらにマーカー発現細胞を純化したのちに、in vitroにおいて効率的にインスリン発現細胞塊に分化可能であることを確認した。現在この膵臓前駆細胞を無尽蔵に増殖可能な系の作成と、本細胞を効率的に膵島細胞に分化誘導可能な至適成熟培養系の樹立を行なっている。本研究で申請者らは膵内分泌前駆細胞マーカーを見出し、この細胞の効率的な分化誘導法の検討および増殖法を検討している。この研究では、iPS細胞から膵内分泌前駆細胞を分化誘導したのち、この細胞を純化し解析を行う。しかし、iPS細胞から膵内分泌前駆細胞への分化誘導系で使用する低分子化合物のロットが変わったところ、分化誘導効率の大幅な低下が生じ必要な細胞量の確保に問題が生じた。検討を重ねプロトコルを変更することで分化誘導効率は元のレベルに回復したが、プロトコル変更に想定以上に時間を要することとなったため、以上の区分とした。現在は概ね順調に推移している。今後は研究実施計画に則って研究を進めていく。前年度までに得られた知見を元に,まず膵島前駆細胞の分化過程の解析を進める。内分泌前駆細胞マーカーを用いて分離した細胞が集合塊を形成し、成熟細胞に分化する様子をリアルタイムに観察する。さらに、成熟分化誘導における各タイムポイントで細胞塊を回収し,トランスクリプトーム解析などを用いて内分泌細胞成熟の分子メカニズムにも迫る。またこれらの知見を元に,膵島形成系をさらに改良する。前年度に見出した分離マーカーで前駆細胞を分取した上で、至適な膵島形成条件を検討する。純化細胞のシングルセルでの成熟培養が可能であった場合、各種内分泌細胞を単独で誘導、膵島様構造の形成を可能とする培養系を開発する。可能であれば浮遊培養での大量成熟培養系の構築を行う。さらに,自己複製する膵島前駆細胞を大量に培養する系を引き続き開発する。不死化遺伝子導入や維持培養系の工夫,たとえばヒト間葉系細胞と共培養することで内分泌前駆細胞マーカー陽性のまま維持増殖可能か検討する。上記の知見を元に、大量培養したヒトiPS細胞由来の膵島前駆細胞から膵島への分化誘導を実施する。本研究で申請者はこれまでに, Ngn3陽性細胞を分取可能な膵内分泌前駆細胞マーカーを特定した。本マーカを発現する細胞には、膵臓前駆細胞マーカー遺伝子の強い発現が認められた。さらにマーカー発現細胞がin vitroにおいて効率的にインスリン発現細胞に分化可能であることを確認した。
事例に基づく予兆検出

患者や工業プラントなどに取り付けたセンサのデータから異常を検出する予兆検出問題は,センサデータに対する非線形回帰結果と観測データとの乖離を評価する問題として扱うことができる.本研究では,GPRという非線形回帰に基づく予兆検出手法について検討し,1)偏差を考慮した異常度,2)異なるスケールでの異常度を表すSAG,3)精度を維持したままGPRの計算を高速化するDAS,4)ベクトル値と共分散行列を推定するGPRの拡張MVGPR,5)MVGPRで推定される共分散行列を改良したRMVGPR,などを提案した.提案手法を工業プラントや心電図のデータに適用し,有効性を確認した.病気の患者や工業プラントなどが危機的状況に陥る前に,これらに取り付けたセンサのデータからその予兆をとらえて,対象の延命を図る問題が異常の予兆検出である.この予兆検出は,センサデータの回帰を行い,それによって推定される値と実測値の乖離を計る問題として扱うことができる.本研究では,非線形回帰の一手法であるGaussian Process Regression:GPRを用いるが,大量の事例データを参照するため,メモリ使用量と計算負荷が高いことと,複数センサの値を同時に検査するためのマルチセンサ出力の推定が行えないことが問題である.これに対して,GPRの計算に用いる事例集合(Active Set)を入力に応じて動的に限定するDynamic Active Setにより,精度を維持しつつ高速化できるという事実に基づき,その理論的基盤を構築し,多種の問題でその有効性を確認することが本研究の目的である.平成24年度の研究成果は以下の通りである.1)人工的に発生させたランダム波形を用いた実験の結果,全事例データを使う場合よりも約65倍の高速化が実現できることを実証した.2)実際のプラントデータに上記手法を用いたGPRを適用し,回帰により得られたセンサの推定値と実測値との乖離を求め,それを推定された偏差で除することによって,「異常度」を定義した.この異常度による予兆検出は,米国Smart Signal社のS.Wegerichが特許を保有するSimilarity Based Modeling(SBM)よりも高感度かつ安定であることを実験により確認した.3)この異常度を様々な時間解像度で求めるSpectro Anomaly Gram:SAGを提案し,瞬時的な異常と大域趨勢の異常の両方が検出できることを確認した.4)ベクトル値の出力予測とその共分散行列推定法を提案し,実験を通じてその有効性を確認した.5)この他に,回帰計算の次元圧縮法,回帰に用いるサンプル抽出法についても検討した.患者や工業プラントなどが危機的状況に陥る前に,これらに取り付けたセンサのデータからその予兆をとらえて,対象の延命を図る問題が異常の予兆検出である.この予兆検出は,センサデータの回帰を行い,それによって推定される値と実測値の乖離を計る問題として扱うことができる.本研究では,非線形回帰の一手法であるGaussian Process Regression: GPRの計算負荷の大きさを軽減するために, GPRの計算に用いる事例集合(Active Set)を入力に応じて動的に限定するDynamic Active Set: DASを提案した.DASの理論的基盤構築と拡張,多種の問題でこの手法の有効性を確認することが本研究の目的である.これまでの研究成果は以下の通りである.1)ランダム波形を用いた実験の結果,全事例データを使う場合よりも約65倍の高速化が実現できることを確認した.2)実際のプラントデータに上記手法を用いたGPRを適用し,回帰により得られたセンサの推定値と実測値との乖離を求め,それを推定された偏差で除することによって,「異常度」を定義した.この異常度による予兆検出は,米国Smart Signal社のS.Wegerichが特許を保有するSimilarity Based Modeling(SBM)よりも高感度かつ安定であることを実験により確認した.3)この異常度を様々な時間解像度で求めるSpectro Anomaly Gram:SAGを提案し,瞬時的な異常と大域趨勢の異常の両方が検出できることを確認した.4)ベクトル値の出力予測とその共分散行列推定法を提案し,上記2の異常予兆検出の精度が向上することを確認した.5)その他,回帰計算の次元圧縮法,回帰に用いるサンプル抽出法についても検討した.患者や工業プラントなどが危機的状況に陥る前に,これらに取り付けたセンサデータからその予兆を検出し,対象の延命を図る問題が異常の予兆検出である.この予兆検出は,センサデータの回帰を行い,それによって推定される値と実測値の乖離を計る問題として扱うことができる.本研究では,非線形回帰の一手法であるGaussian Process Regression:GPRの計算負荷を軽減するために,計算に用いる事例集合(Active Set)を入力に応じて動的に限定するDynamic Active Set:DASを提案した.DASの理論的基盤構築と拡張,多種の問題でこの手法の有効性を確認することが本研究の目的である.25年度までの研究成果は以下の通りである.1)人工データを用いた回帰計算では,精度を維持したまま,全データを事例として使う場合よりも約65倍の高速化が実現できた.2)GPRにより得られた推定値と実測値との差をGPRで推定された偏差で割った「異常度」を定義した.この異常度による予兆検出は,米国Smart Signal社が特許を持つSBMよりも高感度かつ安定であることを実験により確認した.3 )この異常度を様々な時間解像度で求めるSAGを提案した.4)ベクトル値の出力予測とその共分散行列推定法の提案と,異常度の定義の拡張を行った.

26年度は,上記4)の計算において推定された共分散行列の固有値が負になることがあり,非負拘束を与えて,各事例に対する重みを再計算する方式を数種類考案した.これらを異常検出問題に適用した結果,そのうちの一つを用いて計算した異常度が,異常部で高い値を持ちながら,非異常部では低い値を持つ事を確認した.この異常度を,工業プラントの異常検出,心電図の期外収縮の検出問題に適用した結果,極めて安定かつ高感度な検出が行えることを確認した.患者や工業プラントなど危機的状況に陥る前に,これらに取り付けたセンサデータからその予兆を検出し,対象の延命を図る問題が異常の予兆検出であり,これはセンサデータの回帰によって推定される値と実測値の乖離を計る問題として扱うことができる.本研究では,非線形回帰の一手法であるGaussian Process Regression:GPRの計算負荷を軽減するために,計算に用いる事例集合(Active Set)を入力に応じて動的に限定するDynamic Active Set:DASを提案した.DASの理論的基盤構築と具体的問題への適用が本研究の目的である.26年度までの研究成果は以下の通りである.1)人工データに対する回帰計算で,精度を維持したまま,全事例を用いる場合よりも約65倍の高速化が実現できた.2)GPRにより得られた推定値,分散,および実測値から「異常度」を定義した.この異常度による予兆検出は,従来法のSBMよりも高感度かつ安定であることを確認した.3)この異常度を様々な時間解像度で求めるSAGを提案した.4)ベクトル値の出力予測とその共分散行列推定法の提案と,異常度の定義の拡張を行った.5)推定した共分散行列の固有値が負になる問題を回避するため,各事例に対する重みを再計算する方式を考案し,異常検出問題に適用した.27年度は,非負拘束の導入を再検討し,出力の推定精度を向上させた.これを,顔画像の回帰による認識に適用し,精度が向上することを確認した.また,DASの計算法を,Diverse Density:DDの共通度計算に適用する試みも行った.これは,事例との共通性が低いものが「異常」な入力であり,「異常度」と「共通度」は,ちょうど双対な関係にあるためである.画像検索のインデックス削減に,このDDの高速計算法を適用した結果,役500倍もの高速化が達成できることを示した.患者や工業プラントなどに取り付けたセンサのデータから異常を検出する予兆検出問題は,センサデータに対する非線形回帰結果と観測データとの乖離を評価する問題として扱うことができる.本研究では,GPRという非線形回帰に基づく予兆検出手法について検討し,1)偏差を考慮した異常度,2)異なるスケールでの異常度を表すSAG,3)精度を維持したままGPRの計算を高速化するDAS,4)ベクトル値と共分散行列を推定するGPRの拡張MVGPR,5)MVGPRで推定される共分散行列を改良したRMVGPR,などを提案した.提案手法を工業プラントや心電図のデータに適用し,有効性を確認した.
火山下でのマグマ・割れ目等の不均質性による地震波の散乱

今年度中にはそれまでの積分境界法によるシミュレーションに多大な前進があった。まずこれまでSH波についてのみ取り扱っていたが、Single forceと弾性体グリーン関数を導入することでP-SV波の場合についても計算できるようになり、また、いくつかの数値実験により、その精度を十分に検討した。なおこの定式化によって将来の3次元問題への移行は容易であることを付記する。P-SV波についての計算ではPからS波,またはSからP波への変換が波長と不均質性の大きさが同程度の場合は、かなり重要であることが認められ、特に空隙のような密度あるいはインピーダイス比の高い不均質性では、P波についてもインコヒーレントな散乱波が効率的に励起される。これに関連してSH波については、密度も含めたインピーダンス比の大きさ不均質性と速度変化のみの不均質性との場合とを、詳細に比較した結果、前者については、コーダ波のような後続波が大きく励起される。これに関連してSH波については密度も含めたインピーダンス比の大きな不均質性と速度変化のみの不均質性との場合とを詳細に比較した結果、前者についてはコーダ波のような後続波が大きく励起されるのに対して、後者では、位相はずれるものの後続波は少なく、しかも入射波とのコヒーレンスもよい。これは火山体のようなマグマや割れ目等のインピーダンス比の大きな地域では通常の地域とは、散乱の形態が著しく異なる可能性を示し、最近の日本各地でのアレイ観測の結果とも調和的である。また割れ目についての散乱も検討し、ランダムな配列では、円柱の空隙と大差ないものの選択配向をした時は周波数依存性も含めて全く別の挙動を示すこともわかってきた。
南極大陸極冠域における地磁気擾乱現象の研究

本国際学術研究は、米国の研究者と共同でこれまで観測の空白域となっていた南極大陸極冠域の6ヶ所に無人観測所(Automatic Geophysical Observatory, AGO)を建設し、地磁気、オーロラ、ELF-VLF電波、高エネルギー降下粒子の連続観測を行い、これまで謎となっていた極冠域の地磁気擾乱現象を明らかにすることである。本年度は、そのために、以下の活動を行った。1)4番目の無人観測所(AGO-P3)の建設2)AGOデータ利用のためのネットワークの構築3)AGO計画の進め方と研究成果に関するワークショップの開催4)AGO観測データの共同解析まず、1994年11-12月に南極マクマ-ド基地にて4番目の無人観測所となるP3観測所に設置する観測器の組み込み作業を行った。日本からは田口真が前年の1993年11-12月におけるマクマ-ド基地での組み込み作業に参加し、日本側が担当するサーチコイル磁力計をすでに持ち込んでいたので、今回は日本側は組み込み作業には参加せず、本国際学術研究の米国側分担者であるDoolittle博士が組み込み作業を行った。次に、1994年8月26日から9月4日までイタリア・ローマにて南極無人観測所網計画会議(AGONET会議)が開催され、日本からは福西浩、米国側はRosenberg博士とLanzerotti博士が出席した。会議では南極無人観測所(AGO)で取得されたデータ(AGONETデータ)の利用方法について議論され、ヨーロッパ宇宙機関(ESA)にAGONETデータ解析施設(ADAF)とデータベースを構築し、ネットワークを介してユーザーが利用できる環境を整える構想が了承された。さらに、1995年2月6-7日にアメリカ合衆国・サンフランシスコにおいてAGO計画会議が持たれ、日本からは福西浩および高橋幸弘が、米国側からは、Rosenberg博士、Lanzerotti博士、Doolittle博士、Maclennan博士が出席した。会合では1994年までのAGOの設置・稼働状況、1994/95年シ-ズンの新しいAGOの設置とすでに設置されているAGOの保守作業、1992/93年に得られたデータの解析結果、今後のAGO設置予定地点の環境等について報告された。また、AGO計画でこれまでに得られた科学的成果をまとめ、報告書を作成することになった。また、1995年で一旦終了するアメリカ合衆国NSFのAGO計画に引き続いて、AGOによる極冠域における地磁気擾乱に関連する現象の研究をさらに進めるための新規計画についても詳しい打ち合わせを行った。AGOデータの解析に関しては、日本側で担当しているサーチコイル磁力計のデータについては1992/93年の磁場3成分データのサマリ-プロットを作成した。その中に見られるいくつかの現象について時間軸を拡大したプロットとMEM法によるスペクトル解析を行った。地磁気静穏時と擾乱時におけるPc1,2波動およびPc3波動の出現特性の違いを明らかにした。1995年3月8日から19日までアメリカ合衆国ATTベル研究所のC.G.Maclennan博士を招へいし、東北大学と極地研究所においてAGOサーチコイル及びフラックスゲート磁力計データの解析と検討を行った。解析したデータは、1994年1月-12月にAGO P1,P2,P4の3ヶ所で観測された磁力計データである。これまでの無人観測所の建設とデータの取得状況は以下の通りである。1.1992年12月:AGO P2(地理緯度85.7°S、経度46.4°W;磁気緯度70.0°S、経度18.6°E)の建設2.1993年12月:AGO P2のデータ回収・点検およびAGO P1(地理緯度83.9°S、経度129.6°W;磁気緯度80.0°S、経度18.6°E)、AGO P4(地理緯度82.0°S、経度96.8°E;磁気緯度80.0°S、経度43.1°E)の建設3.1994年12月:AGO P1,P2,P4のデータ回収・点検およびAGO P3(地理緯度82.5°S、経度30.0°E;磁気緯度72.5°S、経度40.1°E)の建設本国際学術研究は、米国の研究者と共同でこれまで観測の空白域となっていた南極大陸極冠域の6ヶ所に無人観測所(Automatic Geophysical Observatory, AGO)を建設し、地磁気、オーロラ、ELF-VLF電波、高エネルギー降下粒子の連続観測を行い、これまで謎となっていた極冠域の地磁気擾乱現象を明らかにすることである。

次に、1994年8月26日から9月4日までイタリア・ローマにて南極無人観測所網計画会議(AGONET会議)が開催され、日本からは福西浩、米国側はRosenberg博士とLanzerotti博士が出席した。会議では南極無人観測所(AGO)で取得されたデータ(AGONETデータ)の利用方法について議論され、ヨーロッパ宇宙機関(ESA)にAGONETデータ解析施設(ADAF)とデータベースを構築し、ネットワークを介してユーザーが利用できる環境を整える構想が了承された。さらに、1995年2月6-7日にアメリカ合衆国・サンフランシスコにおいてAGO計画会議が持たれ、日本からは福西浩および高橋幸弘が、米国側からは、Rosenberg博士、Lanzerotti博士、Doolittle博士、Maclennan博士が出席した。会合では1994年までのAGOの設置・稼働状況、1994/95年シ-ズンの新しいAGOの設置とすでに設置されているAGOの保守作業、1992/93年に得られたデータの解析結果、今後のAGO設置予定地点の環境等について報告された。また、AGO計画でこれまでに得られた科学的成果をまとめ、報告書を作成することになった。また、1995年で一旦終了するアメリカ合衆国NSFのAGO計画に引き続いて、AGOによる極冠域における地磁気擾乱に関連する現象の研究をさらに進めるための新規計画についても詳しい打ち合わせを行った。AGOデータの解析に関しては、日本側で担当しているサーチコイル磁力計のデータについては1992/93年の磁場3成分データのサマリ-プロットを作成した。その中に見られるいくつかの現象について時間軸を拡大したプロットとMEM法によるスペクトル解析を行った。地磁気静穏時と擾乱時におけるPc1,2波動およびPc3波動の出現特性の違いを明らかにした。1995年3月8日から19日までアメリカ合衆国ATTベル研究所のC.G.Maclennan博士を招へいし、東北大学と極地研究所においてAGOサーチコイル及びフラックスゲート磁力計データの解析と検討を行った。解析したデータは、1994年1月-12月にAGO P1,P2,P4の3ヶ所で観測された磁力計データである。これまでの無人観測所の建設とデータの取得状況は以下の通りである。1.1992年12月:AGO P2(地理緯度85.7°S、経度46.4°W;磁気緯度70.0°S、経度18.6°E)の建設2.1993年12月:AGO P2のデータ回収・点検およびAGO P1(地理緯度83.9°S、経度129.6°W;磁気緯度80.0°S、経度18.6°E)、AGO P4(地理緯度82.0°S、経度96.8°E;磁気緯度80.0°S、経度43.1°E)の建設3.1994年12月:AGO P1,P2,P4のデータ回収・点検およびAGO P3(地理緯度82.5°S、経度30.0°E;磁気緯度72.5°S、経度40.1°E)の建設1993年6月9日から12日までイタリア・ローマにて南極無人観測所網会議(AGONET会議)が開催された。日本側からは福西浩および荒木徹が参加した。会議ではAGOで得られつつあるデータの利用形態について討議された。その結果、今後ローマにAGOデータベースを構築し、ネットワークを介してデータを各国の研究者に広く公開していく方針で進めていくことが採択された。1993年11月から12月にかけて南極マクマ-ド基地において3台のAGO無人観測所の組立を行った。
魚鱗を用いた破骨-骨芽細胞相互の分化制御遺伝子の網羅的単離とメラトニンによる制御

硬骨魚類の鱗を骨のモデルとしてとらえ、破骨細胞の分化に関わる遺伝子(NFATc-1)や機能遺伝子(TRAP, Cathepsin K, MMP-9)をキンギョの鱗からクローニングし、それらの遺伝子が鱗の破骨細胞で発現していることを明らかにした。また、破骨細胞の分化に関わるRANKとRANKL遺伝子のクローニングに成功した。最終年度では、初年度に確立した筋肉内への鱗の自家移植(破骨細胞誘導)の系を用いて、メラトニンが多核の成熟破骨細胞で発現している機能遺伝子を抑制するだけでなく、破骨細胞の分化に関わるRANKとRANKLの遺伝子の発現に対しても抑制することにより、破骨細胞の分化も抑制することを明らかにした。【目的】軟骨魚類のウロコは、破骨細胞と骨芽細胞が共存し、I型コラーゲンを主とする基質にハイドロキシアパタイトの形でCaが沈着しており、骨と類似した構造をしている。また、ウロコは血中Caの供給源と_なっている点など骨と類似した役割もしている。したがって、ウロコはin vivoでの状態をそのまま取り出して調べることができる、優れた骨の実験モデルである。さらに、ウロコは移植や再生が容易に行えるので、破骨細胞や骨芽細胞を自由に誘導することができる。そこで、このウロコの系を用いて、本年度は、(1)血液幹細胞から多核の成熟破骨細胞の分化誘導系の確立、(2)破骨細胞の分化に関わる遺伝子群を単離することを目的とする。【研究成果】1)血液幹細胞から単核の前駆破骨細胞への分化さらに単核の前駆破骨細胞から多核の成熟破骨細胞への分化を、細胞が同期して誘導できる系として、筋肉内自家移植ウロコのモデル率を確立した。ウロコを筋肉内に移植すると、破骨細胞の誘導が起こり、各分化段階にしたがって、分化に関わる遺伝子(後述)および機能遺伝子(TRAP、カテプシンK、MMP-9など)の発現が認められた。また、細胞をTRAPやカテプシンKで染色したところ、移植後3日で単核の破骨前駆細胞が多数出現し、7日目には多核の破骨細胞を誘導することができた。2)破骨細胞の分化に関わるRANKとRANKL遺伝子のクローニングに成功し、全塩基配列を決定した。また、PU.1とNF-κBに関しては、部分配列を決めた。3)単核の前駆細胞から多核の成熟破骨細胞への分化に関わる遺伝子を、DD法を用いて網羅的に解析した結果、いくつかの候補遺伝子が取れた。その中には、MidkineやTimp-2といった、すでに破骨細胞の機能との関連が示唆されているものもみられた。現在、他の遺伝子については解析中である。【目的】硬骨魚類のウロコは,構造面,機能面,さらに進化学的な側面からも骨と類似した器官である。すなわち,骨と同様に,破骨細胞と骨芽細胞が共存し,I型コラーゲンを主とする基質にハイドロキシアパタイトの結晶構造としてCaが沈着し,さらにそこから血中にCaが供給されている。そこで,硬骨魚類(キンギョ)のウロコを骨のモデルとして捕らえ,昨年は破骨細胞の分化や機能に関わる遺伝子を単離し,その発現状態を調べた。本年度は,再生ウロコを用いて骨芽細胞の分化や機能に関わる遺伝子を単離し,その発現状態を解析した。【結果】ウロコの再生過程を観察するために,まず,ウロコ抜去後の形態的変化を調べたところ,抜去後3日目には元のウロコが存在した場所に,未分化な骨芽細胞の集塊が出現し,7日目には骨芽細胞が一層に並んだウロコの原型が出来上がり,その後ハイドロキシアパタイトの結晶化が進むことにより,抜去前のウロコに類似した硬いウロコが形成されることが明らかとなった。また,再生過程でウロコには隆起線と呼ばれる成長線ができるが,ウロコが元の大きさになるまでは,その成長線は1日1本ずつ規則正しく外側に形成されることを明らかにした。硬骨魚類の鱗を骨のモデルとしてとらえ、本研究費により、2006年度には、破骨細胞の分化に関わる遺伝子(NFATc-1)や機能遺伝子(TRAP, Cathepsin K, MMP-9)をキンギョの鱗からクローニングし、それらの遺伝子が鱗の破骨細胞で発現していることを報告した(Biochem Biophys Res Commun, 2007)。また、2007年度には、骨芽細胞の分化に関わる遺伝子(Runx2a, Runx2b, Dlx5, Osterix)や機能遺伝子(Collagen-l, ALP, Osteocalcin)を、キンギョの鱗からクローニングし、さらに、破骨細胞の分化に関わるRANKとRANKL遺伝子のクローニングに成功した。

最終年度である本年度は、キンギョの鱗の培養系を用いて2002年に報告した、メラトニンが破骨細胞の活性を有意に抑制する(J Pineal Res)ことをもとに、破骨細胞に対するメラトニンの作用部位や作用機序を明らかにすることを目的とした。2006年度に確立した筋肉内へのウロコの自家移植(破骨細胞誘導)の系を用いて、血液幹細胞から単核の前駆破骨細胞への分化誘導時にメラトニンを投与する実験、単核の前駆破骨細胞から多核の成熟破骨細胞への分化誘導時に投与する実験、さらには多核の成熟破骨細胞が多数存在する時期にメラトニンを投与する実験を行った。その結果、多核の成熟破骨細胞で発現している機能遺伝子をメラトニンは抑制するだけでなく、破骨細胞の分化に関わるRANKとRANKLの遺伝子の発現に対しても抑制することにより、破骨細胞の分化も抑制することを明らかにした。さらに、メラトニンの膜レセプター(Mel-1a, 1b, 1c)をクローニングし(Comp Biochem Phys, 2009)、破骨細胞にメラトニンレセプターが発現していることを明らかにした。
2つの人工脂質膜系を用いたプラズマ誘起活性種の細胞膜透過機構の解明

プラズマ誘起の活性種が細胞に到達した際に細胞膜にどのように作用し、どうやって細胞膜を通り抜けて細胞内に到達するのか、その機序と膜内分子組成・膜内構造依存性を明らかにすることを目的とした。今年度は下記の課題に取り組んだ。1).大気圧プラズマ照射による活性種と生成物:誘電体バリア放電(DBD)装置を用いた支持脂質二重膜(SLB)へのプラズマ照射によって起きる小孔形成および膜流動性の低下の原因が、プラズマ由来の酸素活性種による脂質の酸化であることを前年度に提案した。この機構を実験的に裏付けるために、蛍光プローブを用いた活性種の同定と、質量分析法による酸化生成物の検出を行った。種々の活性酸素種に対して異なる反応性を示す蛍光色素分子(HPF、APF)を、SLBと同じ緩衝液に溶解し、SLBへの照射と同条件でDBD装置による大気圧プラズマ照射を行った。HPFとAPFの反応効率の比から、主に生成している活性種がOHラジカルであることが示された。生成物の同定については、これまでSLB形成に用いてきたリン脂質のdioleoylphosphatidylcholine (DOPC)でベシクル懸濁液を調製し、大気圧プラズマ照射を行った。質量分析ではプラズマ照射後にDOPCよりもm/eが16大きいフラグメントが検出されたことから、DOPCが酸化されていることが示された。2).巨大単層膜ベシクル(GUV)へのプラズマ照射水添加:あらかじめプラズマジェットを照射した純水(PTW)をGUVに添加し、比較的長寿命の活性種が脂質二重膜に及ぼす影響について調べた。GFP内包GUVにPTWを添加したところ、GUVの形状は変化せずにGFPの蛍光が失われた。GFPはpH低下によって可逆的に蛍光を失うが、PTWによる変化は不可逆的であった。PTWに含まれる活性酸素・窒素種について帰属を行った。28年度が最終年度であるため、記入しない。プラズマ誘起の活性種が細胞に到達した際に細胞膜にどのように作用し、どうやって細胞膜を通り抜けて細胞内に到達するのか、そのメカニズムと膜内分子組成・膜内構造依存性を明らかにすることを目的とする。本年度は下記の3つの課題に取り組んだ。1).誘電体バリア放電(DBD)装置の改良とプラズマ照射量の規格化:我々が開発した支持脂質二重膜(SLB)へのプラズマ照射装置について装置の改良と条件の最適化を行うことで放電特性を安定化した。放電時の電流-電圧特性をモニターすることで、投入電力量をプラズマ照射量のより精度の良い指標として用いることができるようになった。2). SLBへのプラズマ照射による脂質膜物性変化の計測:緩衝液を介してSLBにDBDプラズマ照射を行い、蛍光顕微鏡および原子間力顕微鏡による構造観察では変化がない条件であってもプラズマ照射によって脂質膜の流動性低下が起きること、照射量に依存して低下の度合が上昇することを明らかにした。我々が以前に報告したプラズマ誘起の小孔形成の前段階として、脂質の酸化による膜物性の変化が起きていることを明らかにした。活性酸素種による脂質の酸化はアシル鎖の二重結合部分で進行することが知られており、脂質二重膜への大気圧プラズマ照射によって脂質酸化が進行し、その度合に応じて膜流動性の変化と小孔形成が起きる機構を提案した。3).エレクトロフォーメーション法による巨大単層膜ベシクル(GUV)作製:蛍光標識脂質を混入したGUVにより「殻」を染色することに加え、緑色蛍光タンパク質(GFP)を内包したGUVを作製することで「中身」を染色したGUVを調製することで、内包物の漏出の有無とその過程を調べる実験系を確立した。GUVへ条件を変えて大気圧プラズマジェットを照射することで、内包物の漏出およびGUVの崩壊の2段階の過程が進行することを明らかにした。実施計画に記述した3つの実験課題について、上述の通り順調に研究成果を挙げることができている。また、多成分脂質二重膜へのプラズマ照射など、次年度に進める予定の研究課題についても予備実験を行うことができた。領域内での共同研究として、プラズマ誘起活性種の同定、また他のプラズマ源を用いてのSLBへの小孔形成の観察なども行った。

生成物の同定については、これまでSLB形成に用いてきたリン脂質のdioleoylphosphatidylcholine (DOPC)でベシクル懸濁液を調製し、大気圧プラズマ照射を行った。質量分析ではプラズマ照射後にDOPCよりもm/eが16大きいフラグメントが検出されたことから、DOPCが酸化されていることが示された。2).巨大単層膜ベシクル(GUV)へのプラズマ照射水添加:あらかじめプラズマジェットを照射した純水(PTW)をGUVに添加し、比較的長寿命の活性種が脂質二重膜に及ぼす影響について調べた。GFP内包GUVにPTWを添加したところ、GUVの形状は変化せずにGFPの蛍光が失われた。GFPはpH低下によって可逆的に蛍光を失うが、PTWによる変化は不可逆的であった。PTWに含まれる活性酸素・窒素種について帰属を行った。平成28年度は主に以下の2つの課題に取り組む。1). SLB系:大気圧プラズマ照射効果の膜構成成分依存性これまでは細胞膜の最も主要な構成成分であるphosphatidylcholine (PC)単成分の脂質二重膜を用いてきたが、もう1つの主要成分であるコレステロール(Chol)を含むSLBへの大気圧プラズマ照射を行う。Cholを添加することで脂質二重膜の力学的強度が増すことが知られているが、Cholも生体内で活性酸素による酸化を受けることが知られている。PC+Chol混合SLBを作製し、プラズマ照射による膜物性変化および小孔形成への膜成分依存性を詳細に調べる。2).GUV系:単一GUV法による膜変形および脂質膜透過性の速度論的解析平成27年度の実験結果から、GUVの内包物漏出および膜崩壊は大気圧プラズマジェットの直接照射だけでなく、プラズマ照射水の添加、いわゆる"間接照射"によっても進行することが分かった。そこで、顕微鏡観察下でGUVにプラズマ照射水を添加することで、GUVの形状変化・内包物の漏出・膜崩壊過程とその経時変化を直接観察する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
高機能性マイクロジェットの生成法確立と医工学利用基盤の構築

本研究の目的は,衝撃力を利用したマイクロ液体ジェット生成法(代表者の開発技術)を出発点に,高機能性(粘着性,細胞培養性など)を有するマイクロジェットの吐出制御法を確立すること,さらに先駆的医工学技術の核となる高機能性マイクロジェットの利用基盤を構築することである.具体的には,開発技術を基に以下の4つの各先端技術の実現を目指す.(i)無針注射器実現のための生体組織に対する高速マイクロジェット衝突挙動の解明と制御,(ii)インクジェット型3Dプリンタ開発のための高粘度材料吐出手法の確立・液滴塗布制御,(iii)プリンテッド・エレクトロニクスのための非ニュートン流体ジェット生成過程の制御,(iv)細胞シート印刷技術のためのサブマイクロジェットの生成過程の解明および制御.本年度は,(ii)インクジェット型3Dプリンタ開発のための高粘度材料吐出手法の確立・液滴塗布制御について,代表者らが開発した高粘度マイクロジェット吐出手法について調査を進めた.特にジェット利用基盤として液滴塗布現象解明に取り組んだ.具体的には塗布直前におけるジェットと紙面との非接触挙動(紙面-液体間の空気薄膜内の非定常流解析)についての実験的研究を行なった.さらに,(iii)プリンテッド・エレクトロニクスのための非ニュートン流体ジェット生成過程の制御について,本ジェット生成装置による非ニュートン液体の高速吐出制御法を確立を目指した.非ニュートン流体ジェットの生成過程を観察し,ニュートン流体との差異を確認した.さらに差異の主因であるレオロジー特性の影響を調査するため,CaBERと呼ばれる手法を導入した.(iv)サブマイクロジェット生成メカニズムの解明および制御として,マイクロジェットのサイズを縮小するための流路を設計し,光ファイーバーを導入した実験的研究を行なった.(i)無針注射器実現のための生体組織に対する高速マイクロジェット衝突挙動の解明と制御について,動物皮膚にジェットを注入させた結果を取りまとめ,国際雑誌に発表した(Kiyama et al. J. Vis. 2019).(ii)インクジェット型3Dプリンタ開発のための高粘度材料吐出手法の確立・液滴塗布制御について,高粘度液体の紙面への塗布過程を制御した.まず本研究を通して開発した高年度材料の新規吐出手法の発明についての特許を取得した(特許第6482658号).さらにジェットが紙面接触する直前では紙面-液体間に空気薄膜が形成され,塗布後の液滴形状へ影響を及ぼす.そこで代表者らの空気薄膜に関する実験および液滴塗布実験基盤を活用し,空気薄膜形状のわずかな歪みにより液滴が壁面上を浮遊するほどの圧力が発生していることを実験的に明らかにした(Sawaguchi et al. J. Fluid Mech. 2019).また,さらなるジェット吐出制御性を追求するにあたり,気泡を含むPVAゲルを用いた有用な制御手法を開発した(前嶋ら,日本画像学会誌,2019).以上を踏まえ,産学共同研究により本機構の試作機を完成させた.(iii)非ニュートン流体のレオロジー特性がジェット生成に与える影響を実験・数値解析により調査した.その結果,バルク特性に加え,ジェット成長過程における界面レオロジー特性の強い影響が示唆された(Franco-Gomez et al. APSDFD2018).(iv)細胞シート印刷技術のためのサブマイクロジェット生成メカニズムの解明および制御に関して,流路を製作し,直径数マイクロのジェットを生成し,従来の理論的解析によって理解できることを確認した(山口ら,日本機械学会関東支部第25期総会・講演会).以上のように,今年度は当初の計画以上に進展した.(ii)インクジェット型3Dプリンタ開発のための高粘度材料吐出手法の確立・液滴塗布制御について,産学共同研究により完成させた試作機を用いた実用化実験を進める.具体的には,安定した補給機構等を完成させ,実際の塗装現場に用いられるものに仕上げてゆく.(iii)プリンテッド・エレクトロニクスのための非ニュートン流体ジェット生成過程の制御について,非ニュートン性流体ジェット生成メカニズムおよび速度・体積制御に関する知見を活用し,非ニュートン材料の塗布実験を行う.これは塗装関連の共同研究先企業と連携し,プリンテッド・エレクトロニクス用実機としての有用性を確認する.このためには非ニュートン材料の性質,特に伸長変形した場合の特殊な応答に関する理解が不可欠である.そこで,2018年度に導入したCaBERというレオロジー計測手法の高精度化を進めてゆく.(iv)細胞シート印刷技術のためのサブマイクロジェット生成メカニズムの解明および制御について,ジェット速度・体積制御のため,これまでテーマ(i)-(iv)で得た全ての知見に加え,ジェットへの影響が顕著となる界面の電気的・化学的作用を明らかにする.また,細胞シート印刷は生体軟質材料に印刷する.ジェット先端液滴の着弾の際の軟質材料の形状変化がプロセス全体に大きな影響を及ぼすことが知られている.2018年度までに研究代表者らは,軟質材料内の応力非定常分布を偏光計測により可視化する手法を開発した.この成果は国際雑誌に2018年度に国際共同共著論文を発表済みである(Rapet, Tagawa et al. Appl. Phys. Lett. 2019).そこで本手法を発展させ,ジェット・液滴衝突時における軟質材料内部の非定常応力場を可視化し,細胞シート印刷を精密に行うための技術基盤を構築する.