hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト心筋形成物質(因子)の同定-ヒト心筋の再生誘導-

易に心筋細胞に分化するが、免疫的拒絶や腫瘍形成の問題がある。そこで、間葉系細胞を単独で効率よく心筋細胞に分化させるためには強力な心筋分化誘導因子が必要であるという着想に至った。本研究において、(1)様々な臓器由来のヒト間葉系幹細胞株から効率よく多量の分化誘導する分泌分子の単離精製と臨床応用を日指したin vitroでの効果の検討、(2)移植組織の血管新生の機序と促進因子の同定を目的とし、研究を遂行する。本研究は、心筋細胞分化および血管新生誘導因子という安全かつ効率のよい細胞移植治療確立のために欠くことのできない要素の集約的研究である。具体的には、ヒト由来間葉系幹細胞の採取方法、培養方法の標準化を行う。培養方法については完全ヒト型培養法の確立を目指すとともに、未分化状態での維持法ならびに分化誘導培養法の標準化を行った。これらの培養で維持された細胞について、効率よく心筋細胞に分化させる因子を質量分析、シグナルシークエンストラップ法(SST法)などにより網羅的に分析し、複数精製した。さらに、高い心筋分化効率を有する間葉系幹細胞株にのみ強発現している遺伝子をMicroArray法により同定した。ヒト間葉系細胞を、マウス胎児初代心筋培養細胞と共培養すると、自己拍動し心筋特有の活動電位を有する心筋細胞に分化する。再生心筋細胞の細胞源の一つとして骨髄は有名であるが、骨髄に比し本研究で重要な細胞ソースとして考えている子宮内膜・月経血は、若年者から得られ、大量の細胞が得られる点が利点で、心機能を改善できるだけの十分な細胞量を確保できる。また、臍帯血・胎盤は、あらゆるHLAをカバーできる細胞バンクを形成できる可能性がある。しかし心筋への分化誘導率の低い大量の細胞を保存することはコストパフォーマンス的に困難であり心筋誘導率の高い細胞を簡単に選定し濃縮する技術が必須となる。これらを実現するために、前年度の研究を継続し、ヒト間葉系幹細胞の培養・心筋への分化誘導法の確立およびin vivoにおける心筋分化誘導についての検討を重ねた。ヒト由来間葉系幹細胞の採取方法、培養方法の標準化を行った。培養方法については完全ヒト型培養法の確立を目指すとともに、未分化状態での維持法ならびに分化誘導培養法の標準化も行った。これらの培養で維持された細胞について、効率よく心筋細胞に分化させる因子を質量分析、シグナルシークエンストラップ法(SST法)などにより網羅的に分析し複数精製した。さらに高い心筋分化効率を有する間葉系幹細胞株にのみ強発現している遺伝子をMicroArray法により同定した。成体内のさまざまな臓器由来の間葉系幹細胞を単離し、限界稀釈法によりサブクローニング後、得られた各種間葉系幹細胞に細胞寿命の延長に関わる遺伝子を導入、高発現させ、それに伴う細胞の増殖能の増加、寿命の延長を検討した。心不全・心筋梗塞の新治療法として再生治療が注目されている。現在、骨格筋芽細胞、骨髄細胞、内皮前駆細胞による細胞移植が臨床試験中であるが、臨床的に十分な数の心筋細胞と血管の再生法は未確立である。UBET細胞がES細胞やP19CL6細胞株を高率に心筋細胞に分化させる分泌因子を産生している事を発見、その蛋白質の一つを同定した。本研究では骨髄間葉系細胞、心筋幹細胞を心筋細胞に分化誘導する因子と、血管新生を促進する因子を単離精製し、非侵襲的な心血管分化誘導療法の確立を目的とした。引続きヒト
新規分離培養戦略で実現する微生物ダークマターの獲得

本年度は最終年度であるため、以下の4項目を実施した。1FISH法によるCandidate division細菌群の可視化:下水処理場の活性汚泥を対象にCandidate division細菌群のFISH法による可視化およびホルムアミド濃度条件の再確認を行った。活性汚泥を対象にFISH法を行った結果、BD1-5門に属するグループのみから良好なFISHシグナルが得られた。2メタゲノム解析:活性汚泥を対象にメタゲノム解析を行い、BD1-5門のドラフトゲノムを構築できた。ゲノムから推察される代謝機能として、解糖系の酵素の一部が欠けていることが示唆された。3活性汚泥中のBD1-5門を対象としたMAR-FISH:1で最適化されたBD1-5門を標的とするFISHプローブとメタゲノム解析から推察される代謝のうち入手可能な放射性同位元素標識有機物を選定し、MAR-FISH法を行った。その結果、セリンとアミノ酸混合物の取り込みが確認されたが、グリシン、グリセロール、グルコース6リン酸、有機酸の取り込みは確認されなかった。4TM7門の集積培養:既にMAR-FISH法により基質利用特性が明らかとなっているTM7門に対して集積培養を試みた。集積培養の評価には定量PCR法によるコピー数の増加を指標とするが、以前より用いていたプライマーセットはTM7門以外の細菌も増幅し、定量値として過大評価することがわかった。そこで、数種類あるTM7門を標的とするプライマーセットの候補を4つ選定し、活性汚泥内のTM7門の定量に適しているプライマーセットを選定することができた。このプライマーセットを用いて集積培養を行った結果、糖およびNアセチルグルコサミンを有機基質として増殖可能であることが明らかとなった。また、他細菌の死骸も基質として増殖可能であることが示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。Candidate division SR1門、Candidate division BD1-5門およびCandidate divisionOD1門を対象に系統解析とFISHプローブの作製、プローブを用いた可視化を行った。SR1門とBD1-5門についてはそれぞれに特異性を有するプライマーセットを使用することで系統樹を作製することができた。それぞれの系統樹を用いて4つのFISHプローブを設計することができた。さらにClone-FISH法によりホルムアミド濃度を最適化することができた。最終的に活性汚泥内のSR1門とBD1-5門の可視化に成功した。OD1門については特異性を有するプライマーセットの選定が難しく、系統樹の構築には至っていない。Candidate division TM7門に関しては、既報のプライマーセットの特異性を疑問視する論文が発表されたため、プライマーセットの特異性の評価を行った。素の結果、TM7に特異性を有する定量PCR用のプライマーセットを選定することができた。セルソーターを用いた新規分離培養手法には関しては複合微生物系であるアナモックス細菌の分離に成功し、分離手法の確立に成功している。ほとんどの項目は順調に進んでいるが、OD1については系統解析の段階から進んでいないため。Candidate division TM7門を特異的に検出・定量するプライマーはこれまでに複数提案されているが、本研究で活性汚泥に存在するCandidate division TM7門を特異的に検出できるプライマーセットを選定することができた。さらに選定されたプライマーセットを用いてCandidate division TM7門が増殖できる条件を確認した。新規培養手法である、微生物を捕らえる罠について、モデル微生物を用いてコンセプトを実証できた。また、環境サンプルである土壌および活性汚泥に対して本手法を適用した結果、従来の寒天培地による分離培養と比較して、全くことなるグループの微生物を獲得することができた。集積培養以外のほとんどの項目は順調に進んでいる。

このプライマーセットを用いて集積培養を行った結果、糖およびNアセチルグルコサミンを有機基質として増殖可能であることが明らかとなった。また、他細菌の死骸も基質として増殖可能であることが示された。Candidate division SR1門、Candidate division BD1-5門およびCandidate divisionOD1門を対象としたFISHプローブによる可視化を早期に実現させ、できるだけ早くMAR-FISH法を行い、各細菌群の増殖可能な有機物の特定を行う。さらにバイオリアクターを用いた対象細菌群の集積培養についても取り組む。最終年度であるため、集積培養と新規分離培養手法の適用を同時並行で進めていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
メダカ胚ES細胞の培養とジーントラップ法による初期発生特異的遺伝子の検索

1.胚性幹細胞の分離と移植:本研究課題の目的の第一は,胚から分離した細胞の移植によるキメラ・メダカの作製である。昨年の研究によって,メダカの孵化酵素を利用して硬い卵膜を部分消化することでマイクロキャピラリーによる細胞の移植が可能になった。今年度は移植した個体のうち,9匹の雌雄について,移植した細胞が生殖系列に伝達されるかどうかを検討した。9匹のうち,5匹においては,それが産卵した卵の12%に移植した細胞由来のものが含まれていることが確認された。したがって,この研究によってキメラ・メダカでは生殖系列に移植細胞が組み込まれることが明らかになった。2.メダカ胚細胞の培養:メダカ胚から,胚性幹細胞を分離し,フィーダー細胞上に培養した。培養液は,マウスの胚性幹細胞に用いられているものと同等のものを用いた。胚性幹細胞は培養に移したのちも急速に細胞分裂を行ない,また一部の細胞には培養中に分化する傾向が観察された。現在は培養した細胞にキメラ作成能があるかどうかについて検討している。3.メダカ受精卵に対する遺伝子移入:ジーントラップ法を行なうために,メダカの受精卵で第1分裂前に,プロモーターを持たないマーカー遺伝子lacZを注入する実験を行ない,その個体が成熟したのちに,産卵した卵を固定し,X-gal染色をおこなった。50匹以上の個体について検討したが,陽性の卵は認められなかった。
下気道での細菌定着と重症喘息病態との関連性の解明：縦走的・包括的検討

重症喘息の病態に真菌や細菌の下気道への定着が関与する可能性が示されつつある。本研究では、重症喘息例の下気道における細菌・真菌を検索し、微生物定着の有無と血清ペリオスチンを含めた炎症性サイトカイン・メディエーター、真菌や細菌成分への感作、免疫能や内因性ペプチドとの関係を検討する。縦走的、包括的検討により下気道の微生物が喘息の重症化に寄与する機序が明らかになれば、より良い重症喘息の管理につながると考えられる。
水熱合成法を用いた新規異常原子価遷移金属酸化物の合成と物性測定

珍しい原子価を持つ遷移金属酸化物では、興味深い磁気的、電気的性質を示す事が期待される。本研究では密閉系で酸化還元雰囲気を制御できる水熱合成法を用いて、新物質の探索を行った。その結果、6種の新しい化合物を発見した。そのうちの多くは、遷移金属原子が特殊な配列を持ち、単純な磁気秩序が生じにくいフラストレート磁性体の特徴を持つ事がX線構造解析や磁化測定から明らかになった。水熱合成法を用いて、不安定な原子価の遷移金属を含む酸化物の物質探索を行った結果、CaとIrをほぼ等量含む物質が得られた。粉末X線構造解析により、この物質ほパイロクロア構造を持つCa_2Ir_2O_7であることが判明した。この組成からIrの原子価を見積もると5価となるので、目的どおり不安定な酸化数を持つ遷移金属酸化物の合成に成功できたといえる。この物質は1974年に合成の報告があるが、物性に関しては研究の報告がない。微量の試料を用いた予備的実験でこの物質の磁性を測定したところ、パウリ常磁性とスピングラス的な磁性の共存か確認された。このことから、この物質の電子状態は他の多くのイリジウム酸化物と同様に基本は金属的であると考えられるが、一部の電子が局在してスピングラス的な磁性を生み出していると考えられる。このような挙動は今まで知られている他のイリジウム酸化物や、我々が最近発見したルテニウムパイロクロアCa_2Ru_2O_7とも共通するものがあり、幾何学的フラストレーション構造を持つ強相関電子系に現れる普遍的な現象である可能性もある。今回は得られた試料の量が少なく、不純物相の共存も完全には排除できないため、今後さらに合成を繰り返し、組成や構造の詳細および物性を明らかにしていきたい。その他、不安定原子価とはいえないが、水熱合成法による物質探索の過程でフラストレーション系として興味が持たれるCu_3SO_4(OH)_4やCr-Jarositeの良質な単結晶を得ることができ、磁性の詳細を明らかにした。さらに、新規のNi硫酸化物や銅炭酸化物も得ることができ、現在構造や組成の分析を行っている。前年度に引き続き、水熱合成法による遷移金属を含む酸化物の物質探索を行った。その結果、新しいIr酸化物の合成に成功し、構造解析を進めている。また、不安定原子価ではないが次の三種の新物質の発見に至った。層状物質Na-Ge-Cr-OはCrO_6八面体が辺を共有してできる面の間に、Na, Ge,水分子が挿入された構造を持つことがリートベルト解析で明らかになった。この物質中ではCrは三角格子を形成している。磁化率を測定したところ、スピングラスに特徴的な磁性が観測された。これは幾何学的フラストレーションを反映味していると考えられ、興味深い。Ni-S-O系の新規物質は透明な緑色結晶である。単結晶構造解析の結果、面共有のNiO_6八面体が鎖状構造を形成していることがわかった。さらにそれらの鎖が互いに直交しながら積層している極めてユニークな結晶構造を持つことがわかった。磁性の測定から、低温で反強磁性を示す事も明らかになった。さらに、銅イオン、炭酸イオンを含む新規物質の単結晶の合成に成功した。この物質では三つの銅イオンが正三角形クラスダーを形成している。強磁場における磁化測定の予備実験の結果、この物質では磁化にプラトー的な異常が現れることがわかった。その他、物質探索の過程で偶然得られた量子スピン系Cu_3(OH)_4SO_4や、Cr-jarositeに関して詳細な磁気測定を行い、フラストレーションに由来した興味深い磁気相の出現を明らかにした。それらについては日本物理学会欧文誌に掲載および掲載決定となっている。引き続き水熱合成法を用いた物質探索を行った。その結果、新しい二次元三角格子磁性体Na_2BaMnV_2O_8,Na_2BaCoV_2O_8,Na_2BaNiV_2O_8を発見した。これらの物質では、MO_6(M=Mn,Co,Ni)八面体がVO_4四面体と酸素を頂点共有する事により層状構造を形成する。層内ではMは三角格子を形成するため、反強磁性的な交換相互作用が存在すればフラストレーション系として興味ある研究対象となりうる。SQUIDによるNa_2BaMnV_2O_8の磁化測定の結果、この物質では隣接スピン間に反強磁性相互作用が働いている事がわかった。ワイス温度は9K程度と見積もられたが、磁化率はこの温度でも反強磁性転移を示さずに温度の低下とともに上昇し、2,4Kにぼやけた極大を持つ。東北大学金属材料研究所におけるパルス磁場による磁化測定の結果、1-6Kでは磁化曲線は滑らかな曲線を描き、磁気ヒステリシスを持つ事がわかった。これはこの温度でなお常磁性状態である事を意味する。

一方、0.6Kでの磁化曲線は磁気ヒステリシスを示さず、6T程度で明確な折れ曲がりを見せた後に飽和する。この事から、この物質は0,6Kでは磁気秩序を持つと考えられる。さらに、0.6Kでは三角格子面に平行に磁場をかけた場合に、磁場誘起相転移を示唆するピークが微分磁化に現れる。以上のように、この物質は新しいフラストレート系として興味ある研究対象である事がわかった。さらに、遷移金属ジグザグ鎖を含むFe_2(OH)[B_2O_4(OH)]およびCo_2(OH)[B_2O_4(OH)]の合成に成功した。後者は本研究で初めて発見された新物質である。SQUIDによる磁化測定の結果、これらの物質は低温で弱強磁性を発生する事が明らかになった。但し、自発磁化の温度依存性がフェリ磁性体の特徴を示す事、磁化曲線に二段のステップが現れる事など、その磁性には興味深い挙動が見られる。これらの挙動は二種類のジグザグ鎖がそれぞれキャンティングにより異なる弱強磁性磁化を持ち、それらがフェリ磁性的に結合しているという興味深いモデルで定性的に説明ができる。
無負荷時非接触型力覚提示装置の開発

申請者らはこれまで,力覚人工現実感技術をより有効なものにするためには,仮想物体や仮想環境の動力学的な特性を正確に感じられるようにすべきであると考え,世界に先駆けてその実現のための研究を種々の方向から行ってきた.その過程で,動特性を持つ仮想物体の把持や操りの感覚をオペレータに提示するための,新しいハプティック提示装置を開発することが必要であると感じるようになった.開発を計画した装置は,指に負荷のかからないときには,装置が指に接触せず,指が仮想環境で物体に接触するときのみ提示装置も指に接触して,オペレータに接触・非接触の感覚を直接的に与え,しかも指と仮想物体が接触中は仮想物体の動特性を含めた力感覚を提示するという機能を有するものである.申請者らはすでに2次元平面におけるこのような初等的提示装置の開発に成功しているが,本研究では3次元空間内で機能する装置を開発し,その制御アルゴリズムを確立し,装置の有効性を検討することを目的とした.昨年度は指先1点接触型3次元提示装置の開発をおこなった.本年度はそれを多点接触型に拡張する予定であったが,昨年度の1点接触型提示装置の性能を思ったところにまで引き上げることができず,また多点接触型装置の前提となる指先装置型6自由度力覚提示のための装置(現在は2台の3自由度リンク機構をパラレルに組み合わせたものを使用している)の機構改良が必要であることが分かった.したがって多点接触型提示装置開発の前に,指先装置型6自由度力覚提示装置の機構改良が必要と判断し,現在までこれを進めて来た.その結果,改良型の設計および製作が一応できた段階である.申請者らはこれまで,力覚人工現実感技術をより有効なものにするためには,仮想物体や仮想環境の動力学的な特性を正確に感じられるようにすべきであると考え,世界に先駆けてその実現のための研究を種々の方向から行ってきた.その過程で,動特性を持つ仮想物体の把持や操りの感覚をオペレータに提示するための,新しいハプティック提示装置を開発することが必要であると感じるようになった.開発を計画した装置は,指に負荷のかからないときには,装置が指に接触せず,指が仮想環境で物体に接触するときのみ提示装置も指に接触して,オペレータに接触・非接触の感覚を直接的に与え,しかも指と仮想物体が接触中は仮想物体の動特性を含めた力感覚を提示するという機能を有するものである.申請者らはすでに2次元平面におけるこのような初等的提示装置の開発に成功しているが,今回は3次元空間内で機能する装置を開発し,その制御アルゴリズムを確立し,装置の有効性を検討することを目的とした.その研究成果の概要は以下の通りである.(1)2個の3自由度リンク機構の先端に,オペレータの指先挿入用キャップを取り付け,5自由度の運動ができるような力提示機構を開発した.このキャップには,指先の位置姿勢の計測のための,複数個の光学式オンオフセンサから構成した小型軽量のセンサシステムを装備した.(2)このようなオンオフ式センサによる位置姿勢計測はこれまでにないものである.このようなオンオフ信号からのフィードバックによって提示機構に滑らかな動作を行わせるための制御アルゴリズムを開発した.(3)初等的な実験によって,開発した3次元無負荷時非接触型力覚提示装置の有効性を検討した.現在のところ性能は十分とは言えないが,今後の改善によって有効なシステムとなりうることが示されたと考える.申請者らはこれまで,力覚人工現実感技術をより有効なものにするためには,仮想物体や仮想環境の動力学的な特性を正確に感じられるようにすべきであると考え,世界に先駆けてその実現のための研究を種々の方向から行ってきた.その過程で,動特性を持つ仮想物体の把持や操りの感覚をオペレータに提示するための,新しいハプティック提示装置を開発することが必要であると感じるようになった.開発を計画した装置は,指に負荷のかからないときには,装置が指に接触せず,指が仮想環境で物体に接触するときのみ提示装置も指に接触して,オペレータに接触・非接触の感覚を直接的に与え,しかも指と仮想物体が接触中は仮想物体の動特性を含めた力感覚を提示するという機能を有するものである.申請者らはすでに2次元平面におけるこのような初等的提示装置の開発に成功しているが,本研究では3次元空間内で機能する装置を開発し,その制御アルゴリズムを確立し,装置の有効性を検討することを目的とした.昨年度は指先1点接触型3次元提示装置の開発をおこなった.本年度はそれを多点接触型に拡張する予定であったが,昨年度の1点接触型提示装置の性能を思ったところにまで引き上げることができず,また多点接触型装置の前提となる指先装置型6自由度力覚提示のための装置(現在は2台の3自由度リンク機構をパラレルに組み合わせたものを使用している)の機構改良が必要であることが分かった.したがって多点接触型提示装置開発の前に,指先装置型6自由度力覚提示装置の機構改良が必要と判断し,現在までこれを進めて来た.その結果,改良型の設計および製作が一応できた段階である.
太陽電池用狭ギャップ窒化物半導体ヘテロ構造の開発

4元系半導体GaAsNBiの成長実験を超高真空分子線エピタキシー(MBE)-走査トンネル顕微鏡(STM)システムを用いて行った。SiドープされたGaAs(001)ウェハーを堆積基板として用いた。基板の表面を改善するために200nmの厚みのGaAsバッファ層を600°Cの温度で堆積した。その上に800nmの膜厚のGaAsNBiを堆積した。薄膜の結晶性を良くするために、基板温度(370630°C)、窒素プラズマ入力(250-500W)、As/Gaフラックス比(130)、Biのフラックスなどの堆積条件を系統的に変化させて堆積条件の最適化を行った。成長表面の様子は高速電子線回折(RHEED)でその場観察し、堆積膜は真空チャンバーから取り出した後に温度可変フォトルミネッセンス(PL)により光特性を、非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)により表面形態を評価した。いくつかの試料については、超高真空STMによりナノスケールの表面構造分析を行った。本研究の結果、Biが膜への窒素導入を促進すること、GaAsNBi膜の結晶性が基板温度に強く依存することが明らかとなった。高基板温度(550630°C)条件では、Biはサーファクタントとして働き、表面の平坦さとPL効率を大幅に改善するが、その基板温度の高さのために窒素の含有率は1%以下にとどまった。Biに起因するマイクロファセッティングもAFMにより観察された。中基板温度(420550°C)条件では、Biにより窒素の膜への導入が促進されるが、表面形態、PL効率は劣化した。低基板温度(370420°C)条件では、Biの添加が表面形態と光特性に強く影響した。N/Bi比を制御することで格子定数をGaAsに一致するようにした結果、結晶性、光特性の非常に優れた窒素含有率の異なるGaAsNBi膜を成長することに成功した。本プロジェクトにおける実験は、所属研究室現有の電界イオン-走査トシネル顕微鏡装置(FI-STM)と結合された分子線エピタクシー装置(MBE)を用いて行った。まず、プロジェクトの第一段階として、清浄かつ良く規定されたGaAs(001)表面へのGaAsのホモエピタクシシャル成長の実験条件を最適化した。シリコンドープされたGaAsウエハを下地基板として用いた。GaAsバッファー層は基板温度550°C-630°C、As_4/Ga線量比約30、を用い、0.15μmの成長速度で成長させ、As雰囲気下で600°Cのアニールを行うことで、結晶性の高いGaAs(001)-2x4表面を得た。GaAsバッファー層の評価は、反射高速電子回折(RHEED)パターンの分析と走査トンネル顕微鏡を用いて表面モフォロジーと表面再構成構造をその場で観察し、行った。その後、窒素プラズマ下でのGaAs(001)表面へのGaAsN薄膜の作成を試みた。典型的な膜厚は0.3-1.5μmであった。Asに対する窒素含有量は0.5%-3%の間で変化させた。今年度の実験ではGa/Asの線量比、膜成長の速度、窒素プラズマ密度などの成長パラメタを系統的に変化させて成長条件の最適化を試みた。成長させたGaAsN薄膜の表面構造、窒素含有量、表面モフォロジーと表面再構成構造等は、反射高速電子回折(RHEED)パターンと走査トンネル顕微鏡を用いてその場観察を行い評価した。
高齢者就業促進のための新たな政策の提案－インタビュー調査による国際比較研究から－

本研究は、老後の所得及び収入のあり方への不安という問題が個人の人生における問題を超え社会全体の問題となっているなか、「高齢者本人の労働による所得の確保がその解決策」であることを前提としたものである。したがって、高齢者が所得を確保する方法/手段としての働き方をいかに保護し支援できるかが研究の課題であり、その支援方法のなかでも政策の提案をすることが目的である。平成25年度は、平成24年度の研究に引き継ぎ韓国の高齢者就業関連政策の全体の動きをふまえながら、その中での現場の動きや専門家の意見などに関して聞き取り調査を通して確認することができた。その際、ソウル市にある老人総合福祉館の「老人仕事場事業」に携わっている職員やその事業のもとで働いている高齢者への聞き取りを行った。また、韓国の長期療養保険制度(日本の介護保険制度に値する)の導入とともに中高年女性の職業として政策的にも力を注いでいる療養保護士養成・教育機関協会の関係者へのインタビュー調査を行った。その結果、新しい政権に変わって政策の性格の変化とともに政策的な関与によって高齢者の全体就業率が上昇している一方で、職の質の向上が課題として浮かび上がった。そして、平成25年の9月にフィンランドで行われたヘルシンキ大学との二カ国間セミナーでは、国際比較を視野に入れたこれまでの研究成果の報告を行った。その際、フィンランドにおける高齢女性の高い就業率の背景や福祉レジームの役割についてフィンランド側の専門家との交流を通して理解を深めることができた。さらに、セミナーのテーマである老年学(gerontology)の視点での理解を得ることもできた。これらの過程を通して政策を施行する際に対象者のライフコースを視野に入れる必要性についてフィンランドの研究者からも共感を得ることができた。本年度は、平成24年度の文献研究の結果と平成25年度の資料収集結果をもとに韓国の専門家への聞き取り調査を行った。その結果、資料や文献ではみられない課題や今後のあり方へのヒントを得ることができた。特に、高齢者の雇用を含む就業全体には政策の積極的な関与の必要性と高齢者本人のもっている能力を十分に発揮できる環境づくり、情報提供の重要性が明らかになった。(抄録なし)本研究は、老後の所得及び収入のあり方への不安という問題が個人の人生における問題を超え社会全体の問題となっているなか、「高齢者本人の労働による所得の確保がその解決策」であることを前提としたものである。本年度は、高齢者就業政策の性格を整理するため、一国においての就業政策が一人歩きするものではなく、その国の福祉レジーム政策とも関連が深いことに注目した。高齢者就業の場合、年金制度との関連が深いあるため年金制度の根本にあるその国の福祉レジーム性格を把握することが重要な手がかりとなる。従って、これまでの高齢者就業政策を把握するために、福祉レジーム性格と関連づけて考察を行った。韓国を例に取り上げると、韓国でIMF危機がおこった時期に、福祉国家形成において決定的な意味を持つ一方で、高齢者就業政策についても政府が積極的に対策への動きを見せたていたことがわかった。このIMF危機という一つの事件によって韓国の社会経済が大きく変化する中で、それをきっかけに高齢者失業対策も積極的に動きはじめた証拠としては「第1次高齢者雇用促進計画(2006)」があげられる。さらに、研究の目的である政策提案においては、これまでの日本を含む諸外国でみられる高齢者就業促進・支援政策において高齢期に焦点をおいた支援(年齢差別禁止、定年年齢の引き上げ、再就職の斡旋および支援)が中心となっているという限界がある。そのため、現在の政策では多様で変化が激しい個々人の生涯に対応していけないことが指摘できる。また、非正規職の増加、働き方の多様化などといった労働市場と個々人のワークライフ、ライフコースの変化は就業政策の根本の改革を求めている。

これらの過程を通して政策を施行する際に対象者のライフコースを視野に入れる必要性についてフィンランドの研究者からも共感を得ることができた。本年度は主に文献を用いた研究を行った。政策の性格に影響するものとして福祉国家レジーム性格との関連性に注目した研究成果が得られた。さらにあ、政策提言において基盤となるこれまでの政策の特徴とそれに影響する多様な要因を整理しそこに不在している視点(ライフコースを念頭においた政策)を明らかにした。本年度は、平成24年度の文献研究の結果と平成25年度の資料収集結果をもとに韓国の専門家への聞き取り調査を行った。その結果、資料や文献ではみられない課題や今後のあり方へのヒントを得ることができた。特に、高齢者の雇用を含む就業全体には政策の積極的な関与の必要性と高齢者本人のもっている能力を十分に発揮できる環境づくり、情報提供の重要性が明らかになった。本年度は、これまでの研究で明らかになった政策対象者(高齢者)のライフコースを念頭に入れた就業支援政策提案にむけて、これまでの政策の反省とともに今後のあり方を提案する。現在、政策提案に関する研究報告として、平成25年(2013年)の9月にヘルシンキ大学(フィンランド)において開かれる二国間交流事業セミナー(代表研究者:山田裕子)で報告することが決まっている。(抄録なし)
微生物と外部要因の相互作用に関する数理的研究

本研究では,バクテリアやカビとそれらの生育に必要となる炭素源との相互関係,あるいはウイルスとホストの相互関係のような微生物と微生物が依存する要因との相互関係を数学の枠組みの中で研究することを目標とした。特に現在課題となっている温室効果ガス排出削減計画に寄与するため,二酸化炭素の発生源となる合成ポリマーの生分解プロセスに関し,その解析法を確立させることを目標とした。また鳥インフルエンザの鳥から人間,更に人間から人間への感染を未然に防止し,養鶏産業が被る経済的損失を軽減させるため養鶏ファーム内での鳥インフルエンザ感染を抑制する方法の提案も目標とした。更に,これらの課題に対し数理解析手法を確立させることにより,数学の発展に寄与することも目標とした。平成30年度には,ポリマー生分解プロセスに関しては,平成28年度と平成29年度に引き続きexogenousタイプの生分解プロセスに対するモデルと解析手法について考察を行った。特に,微生物個体数に関しては,その単位時間当たりの増殖量はポリマー分解量に依存するとの仮定のもと導かれたモデルによる逆解析を行い,更に逆解析の結果に基づくシミュレーションを行った。養鶏場における鳥インフルエンザ感染プロセスに関しては,年齢(月齢)構造をともなうモデルに基づくシミュレーションを行い,感染個体の除去およびワクチンの効果と養鶏ファームの全個体が未感染の状態の安定性に関する考察を行った。これらの結果を含め研究期間全体を通じてポリマー生分解プロセスと養鶏ファーム内での鳥インフルエンザ感染プロセスに関する研究に進展があった。バクテリアやカビとそれらの生育に必要となる炭素源との相互関係,あるいはウイルスとホストの相互関係のような微生物と微生物が依存する要因との相互関係を数学の枠組みの中で研究することを目標とした。特に,温室効果ガス排出削減計画に寄与するため,二酸化炭素の発生源の一つとなる合成ポリマーに対し,その生分解プロセスの解析法を確立させることを目標とした。また今後鳥から人間,更に人間から人間への感染が危惧される鳥インフルエンザの流行を抑制し,更に養鶏産業が被る経済的損失を軽減させるため養鶏ファーム内での蔓延を抑制する方法の提案も目標とした。更に,これらの問題に対する数理解析手法を確立させることにより,数学の発展に寄与することも目標とした。今年度は,ポリマー生分解プロセスに関しては,微生物個体数のモデルに関す結果が得られた。微生物が平衡状態を維持するために必要となる単位個体数当たりの炭素源消費量があり,単位個体数当たりの炭素源供給量がより大きい場合微生物は増殖し,より小さい場合減少するというシナリオからポリマー重量分布(質量分布)の変化速度の時間ファクターである微生物個体数のモデルに関する逆解析の手法が提案された。このモデルは三つのパラメータを含む。それらのパラメータの値を特定し,ポリマー重量分布と微生物個体数の推移をシミュレーションすることに着目した。また,養鶏ファーム内での鳥インフルエンザ感染プロセスに関しては,ウィルスの拡散を考慮に入れた非線形拡散方程式の進行波解に着目した。ポリマー生分解プロセスにおいては微生物が平衡状態を維持するために必要となる単位個体数当たりの炭素源消費量があり,単位個体数当たりの炭素源供給量がより大きい場合微生物は増殖し,より小さい場合減少することが想定され,ポリマー重量分布(質量分布)の変化速度の時間ファクターである微生物個体数のモデルが既に提案されている。このモデルには三つのパラメータが関係する。こららのパラメータの値を特定するため実験結果を導入した逆解析が行われ,またポリマー重量分布(質量分布)と微生物個体数の推移のシミュレーションがなされた。養鶏ファーム内の鳥インフルエンザ感染プロセスに関しては,ウィルスの拡散を考慮に入れた非線形拡散方程式の進行波解に関する考察がなされた。微生物は栄養源あるいはホストという外部要因に依存し増殖あるいは減少する。また栄養源やホストのような外部要因は微生物の作用により変化する。この微生物と外部要因の変化プロセスをモデル化し,モデルに基づく逆解析を行い,更に,逆解析から得られる結果にもとづく数値シミュレーションを実施することによって解析結果の妥当性を検証することが本研究の目的である。特に平成29年度は,モデルに基づく解析手法の確立を目標とした。ポリマー生分解プロセスでは,微生物がポリマー分子末端から遊離されるモノマーユニットを炭素源として増殖あるいは減少するプロセスに関するモデルを提案し,その解析手法について検討を行った。すなわち単位時間当たりに炭素源としてのポリマー消費量に比例して微生物個体数が増加し,また全微生物個体数に比例した量が活性を失うというシナリオに基づくモデルを提案した。更に,実験から得られた結果を導入し分解率の分子量ファクターと時間ファクターに関する逆解析を行い,その結果に基づく数値シミュレーションの結果から解析手法の妥当性について考察を行った。養鶏場内の鳥インフルエンザ感染プロセスに関しては,年齢構造を考慮に入れたモデルを提案した。鶏卵生産を目的とする養鶏場では,ある一定の年齢に達した個体は除去され,その代りに若い個体が補充される。この養鶏場内での未感染個体と感染個体の年齢構造を考慮に入れたモデルを提案し,シミュレーションを行った。本研究は,これまでにおおむね順調に進展していると判断する。ポリマー生分解プロセスに関しては,単位時間当たりに微生物がポリマー分子末端から遊離されるモノマーユニットを炭素源としての消費量に比例して微生物個体数が増加し,また全微生物個体数に比例した量が活性を失うというシナリオに基づくモデルを提案した。また,モデルに基づく逆問題とシミュレーションについて考察した。また,養鶏場内の鳥インフルエンザ感染プロセスに関しては,年齢構造を考慮に入れた未感染個体-感染個体に関するモデルを提案し,シミュレーションを行った。これらの研究成果を国内外の研究集会で発表し,更には,論文としても発表した。

本研究では,バクテリアやカビとそれらの生育に必要となる炭素源との相互関係,あるいはウイルスとホストの相互関係のような微生物と微生物が依存する要因との相互関係を数学の枠組みの中で研究することを目標とした。特に現在課題となっている温室効果ガス排出削減計画に寄与するため,二酸化炭素の発生源となる合成ポリマーの生分解プロセスに関し,その解析法を確立させることを目標とした。また鳥インフルエンザの鳥から人間,更に人間から人間への感染を未然に防止し,養鶏産業が被る経済的損失を軽減させるため養鶏ファーム内での鳥インフルエンザ感染を抑制する方法の提案も目標とした。更に,これらの課題に対し数理解析手法を確立させることにより,数学の発展に寄与することも目標とした。平成30年度には,ポリマー生分解プロセスに関しては,平成28年度と平成29年度に引き続きexogenousタイプの生分解プロセスに対するモデルと解析手法について考察を行った。特に,微生物個体数に関しては,その単位時間当たりの増殖量はポリマー分解量に依存するとの仮定のもと導かれたモデルによる逆解析を行い,更に逆解析の結果に基づくシミュレーションを行った。養鶏場における鳥インフルエンザ感染プロセスに関しては,年齢(月齢)構造をともなうモデルに基づくシミュレーションを行い,感染個体の除去およびワクチンの効果と養鶏ファームの全個体が未感染の状態の安定性に関する考察を行った。これらの結果を含め研究期間全体を通じてポリマー生分解プロセスと養鶏ファーム内での鳥インフルエンザ感染プロセスに関する研究に進展があった。ポリマーの生分解プロセスでは,バクテリアやカビは炭素源としてのポリマーの十分な供給のもとで生育し,不十分な供給のもとでは減少し,更にポリマーの枯渇とともに消滅することが想定される。また,養鶏ファームに侵入した鳥インフルエンザウイルスは養鶏ファーム内の鶏をホストとして増殖し,ホストである感染個体の除去により減少し,更に十分な感染個体の除去により鳥インフルエンザウイルスは養鶏ファーム内から一掃されることも想定される。いずれの場合も微生物が栄養源あるいはホストという外部要因に依存し,成長あるいは減少する。今後も本研究を推進するため,この微生物の増減と外的要因の変化プロセスを数学的にモデル化し,モデルに基づく解析を行い,更にモデルに基づく数値シミュレーションを実施しモデルの妥当性を検証することを目標とする。平成28年度と平成29年度に得られた結果に基づき,ポリマー生分解プロセスやメタン発酵プロセスあるいは養鶏場内の鳥インフルエンザ感染プロセスのような,微生物と外部要因が関与するプロセスに関し,更なる成果を追求する。
ウニ卵割期におけるS期調節の分子機構

本研究は、構成細胞がそれぞれ自律的に細胞周期制御を行なっているウニ卵割胚に着目してそのS期制御機構を解明することを企図している。細胞内低分子量ヌクレオチドであるジアデノシン四リン酸(AP_4A)がS期開始に関与しており、AP_4Aが核マトリクスに結合すると核マトリクスの構造が変化しDNA複製が始まり、S期の長さはゲノムDNA上の複製開始点の発生に伴う変動によって制御されていると考えて研究を進めている。本研究は、ウニ卵割胚を用いて、(A)核マトリクスのAP_4A結合蛋白質を検策するとともにその作用機構を明らかにして卵割期の特異なS期開始の制御を分子レベルで調べ、(B)S期の長さを決定する要因として発生に伴う複制開始点数の変動を塩基配列のわかった特定遺伝子領域について調べようとするものである。(A)については、S期開始時における可溶性AP_4Aの急激な減少はAP_4A分解酵素活性の増大によるのではなく、AP_4Aが核マトリクスに結合することによって可溶画分から消失することがわかった。ウニ未受精卵中にはAP_4A分解酵素を抑制する蛋白質因子がある。また、ウニ卵割胚核マトリクスには2種の異なるAP_4A結合蛋白質(23kdaと70kda)が存在する。(B)については、ウニ胚からアリールスルファターゼを精製してそのアミノ酸配列の一部を決定し、それに基づいて化学合成したDNAをプローブとしてアリールスルファターゼcDNAをクローン化した。さらにこのcDNAを用いてアリールスルファターゼ遺伝子もクローン化し、その塩基配列を決定した。本遺伝子のサイズは約20kbであった。これを用いてアリールスルファターゼ遺伝子領域上に複製開始点を検策する実験を始めている。卵生動物胚では卵割期の細胞周期を極めて短く,胞細胞は短いS期を繰り返えして急速に増殖する.胞胚期になるとS期は伸長し, GaP期も出現し,その後,発生に伴って細胞周期は体細胞型に変わって行く.このように極端に大きなS期変化が認められるのは卵生動物の卵割期のみである.私はウニ胚をもちいて,(1)卵割期にS期を短い間隔で次々に開始させるシグナルは何か,(2)卵割胚でDNA複製が極めて短時間(約10分)に完了するのはどんなしくみによるのか,という2つの方向から卵割胚のS期制御機構の解明をめざしている.今年度の研究の成果は以下の通りである.(1)S期開始シグナルの研究.これまでの研究で,ウニ卵割胚では細胞内のジアデノシン四リン酸(AP_4A)量がS期開始直前に激減し, S期開始後に元のレベルに復すること, S期開始期に核マトリクスのAP_4A結合能が一時的に増大することを見出した.今年度は, AP_4A結合蛋白質の核マトリクスからの単離を目的として, ^3HーAP_4A核マトリクスを混合後, UV照射によって^3HーAP_4Aと結合蛋白質を架橋し, SDSゲル電気泳動法で結合蛋白質を分画した.約70000KDと25000KDの2種のAP_4A結合蛋白質があった.前者はラミンであろう.いずれも現在精製中である.なおウニ卵割胚にはAP_4A分解酵素が存在するが,その活性は細胞周期に伴って変動しない.未受精卵中には本酵素を阻害する蛋白質因子が見出された. AP_4Aの細胞周期に伴う変動は分解酵素によるものではないと考えられる.(2)ウニ卵割胚DNAの超らせん化に関する研究.

これまでの研究で,ウニ卵割胚ではDNAに負の超らせん化領域が多いことを見出している.超らせん化に関与する酵素としてトポイソメラーゼIIの検出を行った.ウニ胚のトポイソメラーゼII活性は他の細胞に比して低く,非常に不安定であった.(A)AP_4A結合蛋白質の研究。32細胞期のウニ胚から単離した核をヌクレアーゼ処理後2MNaClで抽出して核マトリクスを調整した。この核マトリクスを^3H-AP_4Aと氷中でインキュベートした後、UV昭射してAP_4Aと核マトリクス蛋白質の結合を架橋した。これをSDSゲル電気泳動してからゲル片を切り出し、各ゲル片の放射活性を測定してAP_4A結合蛋白質を検索した。その結果、ウニ胚核マトリクスには23Kdaおよび70Kdaの2種の異なるAP_4A結合蛋白質があることがわかった。高分子量成分(70Kda)は核ラミンであろうと考えている。23KdaのAP_4A結合蛋白質は核マトリクスを低イオン強度緩衝中で超音波処理すると核マトリクスから容易に可溶化される。現在この蛋白質の精製を進めている。(B)S期の長さの制御機構の研究。ウニやショウジョウバエで卵割期胚細胞のS期が成体細胞のS期に比べて極めて短いのは、ゲノムDNA上の複製開始点の数が卵割期には極めて多いためと考えられている。卵割期胚細胞のDNA上では複製開始点が数Kbごとに活性化していると推定されている。ウニのアリールスルファターゼ遺伝子は全長約20Kbで、卵割期には数個の複製開始点をもつと思われ、発生に伴う複製開始点数の変動を研究するためのDNA断片として好適である。本年度はウニ胚から精製したアリールスルファターゼのアミノ酸配列を利用してアリールスルファターゼcDNA及び遺伝子をクローン化し、それらの塩基配列を決定した。今後は、卵割胚細胞およびプルテウス細胞をS期にBrDuでショートパルスし、抽出したBrDuラベルDNAをアリールスルファターゼ遺伝子とハイブリダイズさせることによって本遺伝子上の複製開始点数の変動を調べる予定である。
系統分化におけるダイズ種皮着色形質の欠失に関する分子遺伝学的研究

ダイズのカルコン合成酵素遺伝子(chs)は遺伝子ファミリーを形成し、少なくとも7つのchs遺伝子(chs1-chs7)から成っているが、近年その構成パターンの差異が種皮着色の有無に密接な関連のあることが示峻されている。この事実に基づき、本研究では、無着色種皮を有する黄豆ダイズおよびその種皮着色突然変異体、さらに着色ダイズならびにダイズの祖先種で通常着色種皮を有するツルマメについてchs遺伝子ファミリーの構成パターンを比較し、貴豆ダイズは栽培化の過程でどのようにして種皮着色形質を失っていったかを調査するのが目的である。本年度の石井究実績の概要は以下の通りである。1.種皮着色抑制遺伝子(I遺伝子)を有する黄豆品種および系統に特異的に存在し、その種皮着色突然変異体では欠失変異を起こすchs1遺伝子(I-chs1)領域のクローニングを品種ミヤギシロメにおいて行った。2.ミヤギシロメと同様、I遺伝子を有する貴豆ダイズ4系統(刈系557号、刈系584号、刈系629号および吉林15号)においても、その種皮着色突然変異体では、いずれもI-chs1領域に欠失変異が起きており、種皮着色突然変異との関連性が強く示唆された。しかしながら、欠失パターンは各系統によって異なることがサザンハイブリダイゼーションにより明らかになった。3.刈系557号種皮着色突然変異体において、欠失変異を起こしたI-chs1領域(d-chs1)のクローニングをPCR法により行った。構造解析の結果、変異体ではI-chs1のエクソン1およびイントロンが完全に欠失していることが明らかになった。ダイズのカルコン合成酵素遺伝子(chs)は遺伝子ファミリーを形成し、少なくとも7つのchs遺伝子(chs1-chs7)から成っているが、近年その構成パターンの差異が種皮着色の有無に密接な関連のあることが示唆されている。この事実に基づき、本研究では無着色種皮である黄豆ダイズおよびその種皮着色突然変異体、さらに着色ダイズならびにダイズの祖先種で通常着色種皮を有するツルマメについてchs遺伝子ファミリーの構成パターンを比較し、栽培化の過程でどのようにして種皮着色形質が失われていったかを調査するのが目的である。本年度の研究実績の概要はは以下の通りである。1.ダイズ黄豆品種であるミヤギシロメとその集団中から自然発見された種皮着色突然変異体についてchs遺伝子ファミリーの構成パターンをサザンハイブリダイゼーションによって比較調査した。その結果、13.0kb Hindlll断片上に座乗しているchs1が種皮着色突然変異体では欠失変異を起こしていることが判明した。2.着色種皮を有するダイズおよびツルマメ系統について、chs遺伝子ファミリーの構成パターンを比較した。その結果、黄豆品種と比較して多くの着色ダイズおよびツルマメ系統では様々なパターンの差異が見出されたが、一方で黄豆品種と同一パターンを示す着色ダイズおよびツルマメ系統も検出され、こられの系統については塩基配列レベルでの詳細な比較解析が必要であることが示唆された。
燃焼プロセスにおける水銀の挙動解明と炉内制御技術に関する研究

近年、燃焼や焼却プロセスから石炭や廃棄物等の固体燃料に含有している水銀を含む微量金属成分の一部が排ガスとして大気中へ放出されている現状が明らかになり、米国等では水銀を含む微量金属成分に関する新たな大気環境規制が施行されつつある。そこで本研究では、燃焼プロセスにおける水銀を含む微量金属成分の放出機構解明とともに、できる限り高温条件における微量金属捕捉技術の開発を試みている。具体的には、熱天秤による各種微量金属化合物の放出特性および鉱物質による各種微量金属化合物の基礎捕捉実験を行っている。得られた基礎結果は、化学平衡論に基づく解析結果と比較しその妥当性を考察している。このような基礎研究で得られた最適微量金属捕捉剤を実際の石炭あるいは乾燥下水汚泥燃焼場に微量添加し、燃焼場における微量金属成分の放出機構と捕捉特性解明も目的にしている。当該研究の第2年度である平成15年度は、熱天秤によって、様々な乾燥下水汚泥および石炭中の水銀含有量の測定を実施し、乾燥下水汚泥中の水銀濃度は石炭の約10倍であることを明らかにした。つぎに、これらの試料を、熱天秤を用いて、燃焼および熱分解させ、水銀の放出特性に及ぼす温度の影響を実験した。結果として、水銀の放出開始温度は、石炭の方が下水汚泥よりも高温であり、これは、試料中の硫黄含有量に相関することを明らかにした。また、水銀化合物が炭素質に吸着あるいは吸収される場合、水銀の化合物形態が重要であることから、水銀の化合物形態変化に関する化学平衡計算を実施した。その結果、反応雰囲気中の硫黄および塩素濃度の差異によって、形成される水銀化合物が異なることを明らかにした。また、燃焼あるいは焼却過程は必ずしも平衡論が成立しないので、水銀に関する反応速度解析を行うために必要となる素反応速度データの収集も行った。近年、燃焼や焼却プロセスから石炭や廃棄物等の固体燃料に含有している微量水銀の一部が排ガスとして大気中へ放出されている現状が明らかになり、米国等では水銀に関する新たな大気環境規制が施行されつつある。そこで本研究では、燃焼プロセスにおける水銀の放出機構解明とともに、できる限り高温条件における水銀捕捉技術の開発を試みている。具体的には、熱天秤による各種水銀化合物の放出特性および鉱物質による各種水銀化合物の基礎捕捉実験を行っている。このような基礎研究で得られた最適水銀捕捉剤を実際の石炭あるいは乾燥下水汚泥燃焼場に微量添加し、燃焼場における水銀の放出機構と捕捉特性解明を行う予定である。初年度である平成14年度は、熱天秤によって、各種水銀化合物(HgO, HgCl_2,HgSO_4等)の基礎放出特性の解明を行った。それと同時に、カオリン等の鉱物質あるいは石灰石等のカルシウム化合物を各種水銀化合物に物理混合し、これらの捕捉剤による基礎的な捕捉特性も実験的に解明しつつある。なお、得られた結果を理論的に検証するため化学平衡計算を行い、各種水銀化合物の放出特性に及ぼす温度依存性ならびに最適捕捉剤の化合物形態等の妥当性を評価している。同時に、次年度実施する水銀蒸気とHClガスとの反応挙動解明とその速度計測のために必要となる横型電気加熱式反応炉の設計、製作も行っている。
大規模燃焼解析手法の構築

詳細化学反応機構を用いた燃焼解析を実現するために高速化手法の開発及び組込を実施した.また,開発したコードを用いて実験値との比較を実施した.まず,大規模燃焼解析コードにおいて最も解析負荷の大きな化学反応方程式の解法について,陽解法及び陰解法の開発を実施した.本手法は従来法と同等の精度を保持しつつ,数百倍の高速化を実現した.また,解析負荷のさらなる低減を目指し,Artificial Thickened Flame法と解適合格子法を導入して格子点数を大幅に削減することに成功した.本研究で開発したコードを用いて2次元実験室スケールの解析を実施し,実験とよく一致する結果を得ることを可能とした.大規模燃焼解析に向けて,申請者が開発したERENAだけでは速度や精度が不十分な可能性のある領域があることが判明したため,高速積分法の開発に注力し,結果としてDual Time Stepping Methodを用いたDTS-CHEM法を開発するに至った.DTS-CHEMの開発により,ERENAを用いた解析が困難であるより硬直性の強い領域に対して,解析速度を向上させることに成功した.DTS-CHEMが得意とする領域は,自動車会社などが一般的に利用する実用解析において実施される条件において,精度・安定性・速度が向上した手法であり,今後広く利用されるモデルとなると考えられる.また,大規模な詳細化学反応機構を用いた数値流体解析を実行するにあたり,反応積分法の高速化だけでは十分ではなく,実行メモリの問題や,解析時間を縮小するため,格子点数の削減が必須であることが分かった.そこで,様々な燃焼モデルを調査することとし,Artificial Thickened Flame method(ATF法)を導入することとした.ATF法を詳細化学反応モデルを組み込み可能な反応性数値流体解析コードに導入し,さらに火炎面にのみATF法がかかるように調整したDynamic ATF法を組み込んだ.結果として,炭化水素の詳細化学反応モデルを用いた予混合燃焼解析において,精度を保持したまま,大幅に格子点数を減らすことが可能となることを示した.以上,本年度は研究目的達成のために解決が必要な問題点に直面したが,それに対する新規性のある解析手法の構築や,燃焼モデルの組み込みによって解決し,大きく研究を前進することが可能となった.当初考慮できなかった様々な問題点を明らかにすることができた.その結果,高速積分法の拡張や最新の燃焼モデルを組み込みを実施し,研究目的に達するために必要な解析コードの大幅なアップデートが可能となった.ただし,検証が十分では無いため,今後十分な検証が必要である.大規模燃焼解析に向けて,計算負荷が最も高い化学反応積分部に申請者が開発したERENAを適応するだけでは,硬直性が非常に強い条件で解析速度や精度が不十分な条件があることが判明したため,Dual time stepping methodを用いたヤコビ行列を使わない陰解法であるDTS-CHEMを開発した.しかし,安定性に関して理論上欠点ががあることが分かったため,安定化を促進させた手法を構築し,現在検証を進めている.この開発した手法を用いることで,ERENA法で解析した際に速度や精度が陰解法に比べて性能が出ない際には,信頼性が向上すると予測される.また,解析負荷の低減を目指し,火炎を厚くすることで火炎を解像することが可能となるArtificial Thickened Flame method(ATF法)を導入したが,解析負荷は依然非常に大きいものである.そこで,ラボ・スケールの解析を実施可能とするため,Adaptime Mesh Refinement法(AMR法)を用いることとした.用いたAMRはJAXAで以前,飛行機などの機体周りの解析に利用するために開発したものであり,信頼性は十分であるため,燃焼に適応できるように拡張した.結果として,ATF法とAMR法を組み合わせることにより,解析負荷を百分の一程度に低減可能であることを確認し,ラボー・スケール解析を実施可能となった.2次元ではあるものの爆轟解析やロケット燃焼器の実験と比較を実施し,概ね良好な一致を示すことが分かったので,今後の研究を進めるのに必要なコードの順部を整えることができた.様々な問題に直面したものの,大規模な燃焼解析の実施に向けてAMR法を導入することで,解析コードは概ね完成した.開発したコードによりラボ・スケールの2次元の詳細解析は可能となっている.最終年度では,本研究で開発を進めてきた高速積分法・Artificial ThickenedFlame法・Adaptive Mesh Refinement法を組み込んだコードを高速化し,実験との比較を実施するための解析を実施した.解析対象としたのは,公開文献となっているノルマルヘプタン燃料を用いた定容容器内にてスパーク点火させる実験であり,初期温度によってエンジン・ノックの発生有無を調査したものである.本比較は火炎伝播速度を正確に見積もる必要があるだけでなく,着火タイミングを合わせるためには低温酸化反応も正確に捉える必要がる為,多数の化学種を持つ化学反応モデルを用いた数値解析が必要であり,高効率化されていないコードでは非常に困難が予測されるターゲットである為,この様な大規模な解析が必要となるケースでの実験との比較に実現した研究は申請者の知見では存在しない.そこで,本研究で開発を実施した高効率な解析コードを用いて実現することとした.本研究で作成したコードでは,積分法によって100倍程度の高速化,Artificial Thickened Flame法によって数十倍の高速化,Adaptive mesh Refinement法を用いることで数十倍の高速化を可能とし,トータルとして数万倍のコスト削減を実施したものである.結果として2次元解析ではあるもののノック発生条件を概ね実験と一致させることが可能となった.解析負荷が想像以上に大きかった為,今後は本解析結果を詳細に評価してノック現象の知見を深め,広く公知にする予定である.