hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウス形質細胞腫の再編成cーmycおよび癌形質の発現制御に関する細胞工学的研究

マウス形質細胞腫に正常線維芽細胞を融合すると免疫グロブリン遺伝子と再編成したcーmycの発現が抑制され、同時に癌形質も抑制される。この再編成cーmyc発現抑制と癌形質の抑制との関連性を知るため、上記の雑種細胞にpMOLTRーmyc、EJーrasをトランスフェクトした。その結果、雑種細胞にcーmycをトランスフェクトしても癌形質は抑制されたままだったが、活性化Hーrasをトランスフェクトすると再癌化した。このことから、マウス形質細胞腫と正常線維芽細胞との雑種細胞における再編成cーmycの発現抑制と癌形質の抑制とは独立した現象であり、活性化Hーrasは正常線維芽細胞による癌形質の抑制を解除することが示唆された。一方、再編成cーmyc発現に関与する蛋白因子同定のシステムを作るため、赤血球ゴースト法による該蛋白の抽入を試みたが、再編成cーmycの発現レベルを動かすまでには至らず、この方面からの再編成cーmyc発現にポジティブ、ネガティブに働く因子の同定は断念せざるをえなかった。そこで、雑種細胞における該蛋白の変化を調べるため、polyomoエンハンサー、免疫グロブリンCalpha領域に類似配列のあるoctamer配列に対し、gel shift assayを行った。その結果、polyomaエンハンサーに対する結合パターンは造血系と線維芽細胞系で異なるが、雑種細胞では両親細胞の和にならず、線維芽細胞のパターンになっていた。また、octamer配列に対する結合パターンは、雑種細胞ではOTFー1(Octー1)は消えないが、OTFー2(Octー2)が消失する予備的結果を得た。従って、雑種細胞は組織特異的転写因子あるいはDNA結合蛋白のトランスの制御を解析できる系として有効と思われた。予定より遅れたが、現在、EMBLー3に再編成cーmycをクローニングしたので、この再編成cーmyc(calpha領域)への該蛋白結合パターンを両親細胞と雑種細胞を比較検討している。
米国及び日本における技術システムのアーキテクチャの移行プロセスに関する歴史的研究

本年度は、宇宙開発とコンピュータ開発のそれぞれの分野についての歴史的・社会学的考察に関する関連文献を引き続き探索し精査するとともに、技術システム全般のアーキテクチャに関する動向を探った。特に、電力システム分野におけるスマート・グリッドに関する研究開発の推進、コンピュータ分野におけるクラウド・コンピューティングの展開に関し考察を進め、技術システムの本質に迫ることを目指した。さちに、近年急速に注目を集めている水処理システムや都市インフラシステム等に関し、その政策・技術の動向に関する情報を多面的に収集した。加えて、本年度は、政治と技術システムとの相互作用を考察する格好の題材である鉄道システム、中でも東海道新幹線の構築過程に注目し、その歴史研究を進めた。一方、技術システムの歴史を検討する際には、さまざまな技術システムの開発・構築を可能にした資金及び人材について深く検討することが重要である。このため、昨年度に引き続き、一般的に米国及び日本の科学技術政策について幅広く整理する作業を行った。関連文献にあたりつつ事実関係をとりまとめ、その結果を数件の雑誌論文及び学会発表の形で発表した。本研究については、ここまで技術システムのアーキテクチャに関し、関連調査を行い考察を進めてきたが、残念ながら来年度は所属機関の異動により科学研究費の申請資格を失うため、本研究を継続することができなくなった。今後は、ここまでに得られた成果を踏まえ、着実に今後の研究活動に活かしていきたい。本年度はまず、宇宙開発とコンピュータ開発のそれぞれの分野についての歴史的・社会学的考察に関する関連文献を探索し精査した。その上で、技術システム全般のアーキテクチャに関して、最近特に顕著な動きが見られることに鑑み、関連文献にあたった。すなわち、電力システム分野におけるスマート・グリッドに関する研究開発の推進、またコンピュータ分野におけるクラウド・コンピューティングの展開である。これらの動きは技術システム全般のアーキテクチャの変遷を考えるとき、きわめて意義深い歴史的事象であるといえ、戦後の技術システム史を通観するとき無視することはできないものである。このことを勘案し、本研究全体の構想を再構築した。また、技術システムの歴史を検討するとき、さまざまな技術システムの開発・構築を可能にした資金及び人材について深く検討することが重要であることを認識するに至った。例えば、米航空宇宙局(NASA)や国防高等研究局(DARPA)等が果たした役割について正確に把握しておく必要がある。より一般的に、本研究を進めるにあたっては、米国及び日本の科学技術政策について幅広く整理しておく必要があると考えられることから、関連文献にあたりつつ事実関係をとりまとめた。その結果は、1件の雑誌論文及び2件の学会発表の形で発表した。本年度は、以上の周辺調査を主に進めたため、一次資料に踏み込んだ調査を展開することはできなかったが、本年度の成果を踏まえ、来年度以降はアーカイブ調査を進めていく予定である。
自己反応性B細胞は、自己抗原とB細胞上のB細胞受容体が結合し、様々な自己寛容のメカニズムを使って抑制される。では、自己反応性B細胞が認識するこの自己抗原は、いったいどこからくるのだろうか?からだの全ての組織で発現する様々な自己抗原が、どのようにB細胞に提示されるかは、これまで謎である。私たちは、これまでの観点とは異なり、生体内を流れる微粒子が、自己抗原のカーゴとして、骨髄に運ばれ、自己反応性B細胞の抑制に寄与するのではという仮説を立てている。新たな研究軸であるナノサイズの微粒子を定量的、定性的に扱い、これまでの知見との融合をはかり、この未解決な問題を解明する。
マクロファージ機能・炎症を標的とした肥満・糖尿病血管合併症の早期診断と治療戦略

本研究では、多施設前向きコホートにより肥満症・糖尿病において酸化LDLや動脈硬化指標・CAVIの上昇と伴に、末梢血単球異常(炎症性M1/抗炎症性M2バランス悪化)を認めた(Diabetes Care, 2010)。また、DPP4阻害薬や高脂血症薬・EPAにより、単球中M1/ M2の改善が抗動脈硬化作用に繋がることを示唆した(Diabetes Care, 2012, 2013;Metabolism, 2013)。さらに、単球M1/M2と頸動脈プラークの炎症度との関連も認めた。以上より、肥満症・糖尿病における単球機能(M1/M2タイプ)を標的とした新規CVD予知評価系・治療プログラムが提案できる。本研究では、糖尿病と肥満症コホートと各科との連携を基盤に、ヒト末梢血単球、ヒト頸動脈硬化巣、マウス内臓・皮下脂肪組織、腎生検サンプル、ヒト単球系細胞株を用いて検討を行った。1、頸動脈内膜剥離術施行合計49例(非糖尿病31例、糖尿病18例)(昨年より26例増加)において、末梢血単球と摘出プラークにおける炎症性M1マーカー(IL-6・TNFα)、抗炎症性M2マーカー(IL-10)や接着因子(ICAM-1・VCAM-1)の発現の詳細な検討の結果、糖尿病や肥満症ではプラークへのマクロファージ(Mφ)浸潤が増加すると伴に、単球・プラーク内MφのM1上昇/M2低下が起こることを認め、これらが頸動脈硬化症を進展させる可能性を見出した(論文投稿準備中)。2、2型糖尿病24例において、DPP4阻害薬・シタグリプチンの3ヶ月投与により、血中GLP-1濃度の上昇、血糖、HbA1c、酸化LDLやhsCRPの有意な低下と動脈硬化指標・CAVIの改善傾向、更に、末梢血単球中のIL-10の発現上昇とTNFαの発現低下を認めた(Metabolism 62, 2013)。DPP4阻害薬・ビルダグリプチンや脂質異常症治療薬であるスタチン製剤・ピタバスタチンについても同様の解析を進めている(各16, 23例)。作用機序の検討において、8週齢のC57BL6Jマウスに高脂肪食負荷を行い、exendin-4(Ex-4)またはEx-9の4週間投与の結果、Ex-4投与群では、他群より腹腔内Mφの接着能・遊走能の低下を見出した。ヒト単球系細胞株THP-1由来Mφの解析においては、酸化LDLにより脂肪滴蓄積が促進されること、活性酸素種O2-産生量が増大することを認め、更に、酸化LDLに起因するこれらのストレスは、Ex-4処理群では対照群に比し有意に抑制されることを明らかにした。以上より、インクレチン関連薬により単球/MφにおけるM1/M2タイプや接着能/遊走能、細胞ストレスが改善され、抗動脈硬化作用に寄与すると考えられる。本研究では、糖尿病と肥満症コホートと各科との連携を基盤に、ヒト頸動脈硬化巣、内臓・皮下脂肪組織、腎生検サンプルを用いて検討を行った。1、頸動脈内膜剥離術施行23例において、末梢血単球と摘出プラークにおける炎症性M1マーカー(IL-6・TNFα)、抗炎症性M2マーカー(IL-10)や接着因子(ICAM-1・VCAM-1)の発現を検討した。肥満を有すると、単球中のIL-10発現低下傾向とプラーク内のVCAM-1の有意な上昇を認めた。また、糖尿病を有すると、単球中の有意なTNFαとICAM-1の上昇及びIL-10の低下とプラーク内のIL-6とTNFαの上昇を認めた。以上より、糖尿病や肥満ではプラークへのMφ浸潤増加と末梢血単球・プラーク内MφのM1上昇/M2低下が頸動脈硬化症を進展させる可能性が示唆された。2、2型糖尿病24例において、DPP4阻害薬・シタグリプチンの3ヶ月投与により、血中GLP-1濃度の上昇、血糖、HbA1c、酸化LDLやhsCRPの有意な低下と動脈硬化指標・CAVIの改善傾向を認めた。更に、末梢血単球中のIL-10の発現上昇とTNFαの発現低下が認められた。(Metabolism 62, 2013)。次に、作用機序について検討した。8週齢のC57BL6Jマウスに高脂肪食負荷を行い、exendin-4(Ex-4)またはEx-9を4週間投与した。Ex-4投与群では、対照群やEx-9投与群より腹腔内Mφの接着能・遊走能の低下を認めた。

以上より、インクレチン関連薬により単球/MφにおけるM1/M2タイプや接着能/遊走能が改善され、抗動脈硬化作用に寄与する可能性が示唆された。本研究にてヒトMφ機能を標的とした「新規心腎脳血管病発症診断・予防法」が新たに構築され、保健指導等の治療法選択の為の新基準になれば、CVD・CKD発症予防、QOLの改善や医療費抑制に貢献できる。本研究では、糖尿病と肥満症の多施設前向きコホート1334例登録による大規模データベース構築に成功し、糖尿病・肥満症における効果的な早期動脈硬化指標・心脳血管(CVD)合併症進展指標を検討した。これまで、酸化LDL・SAA-LDLや心臓足首血管指数・CAVIのCVD予知指標としての有用性、またヒト単球のM1/M2バランス異常が心血管病リスクになる可能性を報告してきた(HypertensRes 2008, Atheroscleorisis 2009, Diabetes Care 2010)。頸動脈内膜剥離術施行49例において、糖尿病(18例)では、非糖尿病(31例)よりプラーク内へのマクロファージ(Mφ)浸潤が増加し、単球・プラーク内Mφの炎症性M1マーカー(IL-6・TNFα)上昇/抗炎症性M2マーカー(IL-10)低下、接着因子の発現上昇を認め、これらが頸動脈硬化症を進展させる可能性を見出した(in submission)。また2型糖尿病において、DPP4阻害薬・シタグリプチンの投与にて血中GLP-1濃度の上昇、血糖、HbA1c、酸化LDLの有意な低下とCAVIの改善傾向、更に末梢血単球中のIL-10上昇とTNFα低下を認め(Metabolism 2013)、EPA・ビルダグリプチンでもM1/M2バランスの改善を認めた(Diabetes Care 2012)。また、8週齢のC57BL6Jマウスに高脂肪食負荷では、GLP-1アゴニスト・exendin-4(Ex-4)により、腹腔内Mφの接着能・遊走能の低下を認めた。ヒト単球系細胞株THP-1由来Mφにおいては、酸化LDLによる脂肪滴蓄積が促進、活性酸素種O2-産生量の増大を認め、更にEx-4によりオートファジー誘導マーカー・LC3B-II/LC3B-I比が有意に上昇し、上記の酸化LDL誘導による脂肪蓄積が有意に抑制された(in submission)。以上本研究により、肥満・糖尿病における単球機能(M1/M2タイプ)は動脈硬化進展・CVD発症の重要なリスク・予知因子であり、それを標的とした新規CVD発症予防の為の包括的な治療体系を提案することができ意義深い。肥満症・糖尿病1、2014年4月時点で肥満症・MetSの多施設共同前向きコホート登録数が目標例数・1000例を超え、1334例(2013年4月時点では1275例)に達し大規模データベース構築に成功している。また、研究計画にあった評価項目の検討も順調である。また、追跡調査においても80%前後の追跡率を維持し、5年追跡症例数も650例に達している。5年間での脳心血管イベント発症は29例確認している。2、申請者は、インクレチン関連薬によるMφ機能改善効果を報告し、英文論文としてアクセプトされている(Satoh-Asahara N etal.Metabolism 62:347-351, 2013)。また、他の生活習慣病薬によるMφ機能改善効果の解析も同様に推進している。3、京都医療センター脳神経外科との連携により得られた頸動脈内膜剥離術(Carotid endarterectomy: CEA)施行例の頸動脈硬化巣(粥腫/内膜)による検討も進め、糖尿病や肥満では、プラークへのMφ浸潤増加と末梢血単球・プラーク内マクロファージのM1/M2バランスの悪化が頸動脈硬化症を進展させる可能性について学会報告を行った(第33回日本肥満学会, 2012,論文投稿準備中)。
保水機能を有する土壌改質用組成傾斜型球状中空粒子の創製

噴霧乾燥法とは液滴を乾燥炉内に噴霧し粉体を合成するプロセスであり,溶解度の相違する2成分からなる溶液を噴霧乾燥した際には,粒子外側(マイクロカプセル壁)に難溶性成分,内部に可溶性成分を連続的に析出させることが可能である.本研究では水酸アパタイト/水ガラス水溶液を噴霧乾燥することで粒径15μmの球状中空粒子を得ることができた.この粒子は外部が水酸アパタイト,内部がシリカからなる組成傾斜粒子であり,最大17 MPa程度の圧縮強さを示した.この粒子は耐水性を示し,内部に水分を保持できた.さらに,土壌中に添加することで土壌の乾燥を抑制することが可能であった.組成傾斜材料の創製は通常複雑なプロセスおよび時間をかけて行うが,本研究は溶解度の異なる2成分を噴霧乾燥する単純なプロセスであり,ワンプロセスで外殻が水酸アパタイト(HAp),内壁にシリカを析出させた組成傾斜型球状中空粒子の作製を目的としている。昨年度(平成24年度)は高濃度水酸アパタイト水溶液にケイ酸カリウムを添加することで,HAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型粒子の作製条件を明らかにし,さらにその機械的特性について評価した。本年度(平成25年度)においては,1)組成傾斜型粒子の水中安定性の評価,2)吸湿・放湿特性の評価を行い,以下の結果を得た。1)ケイ酸カリウム無添加のHAp球状中空粒子は水中に1日浸漬させると崩壊したが,ケイ酸カリウムを添加させたHAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型球状中空粒子は水中に浸漬させても崩壊せず,中空構造を1週間程度保持することが認められた。また,粒子1粒の圧縮強さは浸漬前には1020MPa程度であり,1週間浸漬後でもその強度はほとんど低下しなかったことから,耐水性が良好な材料であることが確かめられた。2)水中浸漬後の球状中空粒子を用いて,大気中(デシケータ内)への水分の放湿特性について検討を行ったところ,内部に水分を包含した試料をデシケータ中に静置することで湿度は時間の経過に伴い徐々に増加し,100分で約50%となり,それ以降は一定となった.したがって,本研究で作製した組成傾斜型粒子は保水機能を有していることが明らかとなった。組成傾斜材料の創製は通常複雑なプロセスおよび時間をかけて行うが,本研究は溶解度の異なる2成分を噴霧乾燥する単純なプロセスである。噴霧乾燥の粒子形成メカニズムは,噴霧した液滴が乾燥する際に液滴の表面から水分が蒸発することで,溶解成分が局所的に濃縮され析出して中空壁を形成する。このとき,溶解度の異なる2成分が共存している場合には難溶性成分が液滴表面に,高溶解性成分が内部に連続的に析出する。本研究では,遅効性リン酸肥料として用いられている水酸アパタイト(HAp)を基材とした中空粒子の作製を目指すが,これまでの研究においてHAp中空体は機械的強度が低く,かつ,水中で崩壊するといった問題点が明らかとなっている。そこで,中空粒子の内側にSi-O-Siネットワークを形成するシリカを組成傾斜させながら析出させれば,粒子の機械的強度および水中安定性の向上が期待できる。本年度は第1ステップとして,HAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型球状中空粒子の作製を試み,以下の結果を得た。難溶性HApに二酸化炭素を吹き込むことにより調製した高濃度HAp水溶液(従来の400倍以上の濃度)に,ケイ酸カリウム水溶液を溶解させた混合水溶液を調製し,この水溶液を温度100°C,噴霧圧力50200kPaの条件下で噴霧乾燥を行った。得られた粒子は粒径13μmの球状粒子であり,さらに,この粒子をエポキシ樹脂に含侵させダイヤモンドカッターで切断して内部構造を観察したところ,内部に空洞を有しており,中空壁厚は100300nmであった。破断面をEPMAにより観察したところ,粒子表面にHApに起因するカルシウムが,内部にはケイ酸カリウムのケイ素が組成傾斜しながら存在していることが確認できた。この粒子1粒の圧縮試験を行ったところ,圧縮強さは約17MPaであり,ケイ酸カリウム無添加と比較して約26倍に機械的強度が向上した。組成傾斜材料の創製は通常複雑なプロセスおよび時間をかけて行うが,本研究は溶解度の異なる2成分を噴霧乾燥する単純なプロセスであり,ワンプロセスで外殻が水酸アパタイト(HAp),内壁にシリカを析出させた組成傾斜型球状中空粒子の作製を目的としている。平成24年度はHAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型球状中空粒子の作製条件を明らかにし,さらに機械的特性について評価した。平成25年度においては,組成傾斜型粒子の水中安定性の評価及び吸湿・放湿特性について評価を行い,粒子内部に水分を保持・徐放可能であることを明らかにした。本年度(平成26年度)は作製した中空粒子を実際に土壌中に添加し,保水特性の評価を行うことを目的とし,1)組成傾斜型球状中空粒子の大量合成,2)土壌中に中空粒子を添加することによる保水性の評価を行い,以下の結果を得た。

1) HAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型球状中空粒子の大量合成を行ったが,長時間装置を作動させることで目詰まり等が起きることが明らかとなり,装置の改良が必要であるとの結論に至った。2)土壌400 gに組成傾斜型中空粒子1.5 gを添加し改質した土壌に水100 cm3を添加し簡易テスターを用いて保水特性について評価したところ,組成傾斜型粒子無添加では4時間程度で土壌中の水分量が減少し始めるが,保水粒子を添加することで8時間程度まで水分量は変化せず,土壌の保水能を向上することが確認できた。近年,組成傾斜材料の研究が盛んに行われており,バイオマテリアル,耐熱材料,電子材料など幅広い分野での応用が検討されている。本研究はこれまでほとんど報告例のない組成傾斜型粒子の作製法に関する研究であり,溶解度の異なる2成分を噴霧乾燥する単純なプロセスで,外殻が水酸アパタイト(HAp),内部にシリカを析出させた組成傾斜型球状中空粒子を作製するものである。平成24年度はHAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型球状中空粒子の作製条件を明らかにし,さらに粒子1粒の圧縮強さを測定できる微小硬度計により機械的特性について評価した。平成25年度は組成傾斜型粒子の水中安定性の評価および吸湿・放湿特性について評価を行い,粒子内部に水を取り込み,乾燥時には徐放可能であることを明らかにした。平成26年度はHAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型球状中空粒子の土壌中での保水特性について検討を行った。その結果,組成傾斜型球状中空粒子無添加では短時間で土壌中の水分が減少し始めるが,保水粒子を添加することで8時間程度までは水分量は変化せず,土壌の保水能の向上が認められた。平成27年度(最終年度)は保水粒子の繰り返し利用について検討を行った。HAp球状中空粒子と内部にシリカを析出させた組成傾斜型球状中空粒子とを比較したところ,HAp球状中空粒子では繰り返し使用により保水量は急激に低下する傾向が見られ,31サイクルで粒子は崩壊し保水能を示さなくなった。一方,HAp/シリカ組成傾斜型球状中空粒子では48サイクルまで水分を保持することができ,組成傾斜とすることで中空粒子に強度および耐水性を付与できることを明らかとした。噴霧乾燥法とは液滴を乾燥炉内に噴霧し粉体を合成するプロセスであり,溶解度の相違する2成分からなる溶液を噴霧乾燥した際には,粒子外側(マイクロカプセル壁)に難溶性成分,内部に可溶性成分を連続的に析出させることが可能である.本研究では水酸アパタイト/水ガラス水溶液を噴霧乾燥することで粒径15μmの球状中空粒子を得ることができた.この粒子は外部が水酸アパタイト,内部がシリカからなる組成傾斜粒子であり,最大17 MPa程度の圧縮強さを示した.この粒子は耐水性を示し,内部に水分を保持できた.さらに,土壌中に添加することで土壌の乾燥を抑制することが可能であった.平成26年度は7月までにHAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型球状中空粒子の大量合成を行う計画であったが,大量合成をすべく合成装置を長時間動作させることで目詰まりが多発するなど,装置上の問題点が明らかになった。これを解決するために時間を要し,土壌に添加するための試料が準備できたのが秋口(11月)となった。このため,夏季を利用して土壌の保水試験を行う計画であったが,気温の低い季節の保水評価となったため,次年度の夏季に再試験を行う必要がある。無機粉体の形態制御秋口ではあったが,作製したHAp/ケイ酸カリウム系組成傾斜型中空粒子を土壌中に添加することで簡易土壌湿度計により保水特性を示すことを明らかにしている。そこで,今後は夏季の土壌の乾燥化に対応できるかどうか評価するために,夏季に実験を行うことを計画している。さらに,土壌の水分量を精度よく定量化するために土壌水分計を購入し,詳細な検討を行う予定である。
関与(engagement)の理論的概念化と日米韓の対北朝鮮関与政策の分析

本研究の目的は、既存の国際関係理論に基づいて関与をより明確に概念定義し、日本、米国、韓国の関与政策の理論的特徴、基本的前提、政策内容、それらの問題点や課題について明らかにしつつ、各国の対北朝鮮政策を関与という一定の枠組みに基づいて理論的な類型化を試みることである。平成19年度は同研究課題の最終年度に当たり、関与に関する理論的枠組みの構築を進めるとともに、その枠組みにもとづいて各国の対北朝鮮政策を分析した。こうした研究の一部は「関与(engagement)からみる米韓日の対北朝鮮政策」現代韓国朝鮮学会(2007年11月7・8日)において口頭発表の形で公表された。学会発表の際に用意したフルペーパーと学会でのコメントを受けて論文を作成し、『北朝鮮が核を放棄する日』(晃洋書房、近刊)に掲載される予定である。これらの研究の一部として、本年度はノムヒョン政権期の羅鐘一駐日大使、徐錫柱大統領府安保主席、徐東晩国家情報院局長、ドン・オーバードーファー(ジョンズホプキンズ大学)など、韓国の安保統一外交政策立案の主要閣僚やアメリカの朝鮮半島専門家などにインタビューを行った。同様に、2007年12月には、北朝鮮問題をめぐる専門家会議を行い、日本、米国、韓国、中国の朝鮮半島問題の専門家を招聘し、情報および意見交換をした。本研究の目的は既存の国際関係理論に基づいて関与(engagement)を明確に概念定義し、その観点からポスト冷戦期の米国、韓国、日本の対北朝鮮政策を位置づけ、比較・検討することである。本年度の研究実績の概要は以下の通りである。2005年4月8月関与(engagement)に関する文献収集および海外調査のための準備を行った。とくに、日本における米国、韓国、日本の対北朝鮮政策に関する文献収集に着手した。2005年8月9月韓国および米国において、大学・大学研究所等を中心に資料収集および聞き取り調査を行った。2005年10月12月海外調査の整理を行った。その過程で、関与という概念を明確に概念定義したり、分析的あるいは理論的に把握しようとしたりする研究はほとんどないことが確認できた。2006年1月2月立命館大学国際地域研究所国際シンポジウム「東北アジア共同体結成への提言」において「日米韓の対北朝鮮政策-米韓関係の齟齬の日本のジレンマ-」を高等発表した。2006月3月当初の研究計画においては、本年度の研究成果について報告書を作成する予定であった。しかしながら、最近、米国の対外政策を関与の観点から理論的に扱った博士論文の存在が明らかになったため、その文献を入手し、その上で関与政策のサーベイを行う必要性が不可欠になったために、報告書の作成は次年度の課題とすることにした。なお、3月には補足調査・資料収集を目的に、訪韓した。2006年4月8月昨年度に引き続き、関与(engagement)に関する文献収集および海外調査のための準備を行った。とくに、日本における米国、韓国、日本の対北朝鮮政策に関する文献収集および整理を行った。とくに米国の対外政策を関与の観点から理論的に分析を行った研究を発見し、その読解と整理に着手した。2006年8月9月韓国において、集中的に資料収集を行った。とくに、在韓米国大使館、淑明女子大学、在韓日本大使館などを訪問したり、インタビュー調査を行ったりした。2006年10月2007年2月韓国において得た成果のとりまとめに着手した。また、2月には3月の韓国および米国での調査のための準備を行った。2006年3月米国および韓国においてインタビュー調査を行った。韓国の対北朝鮮政策については、ユン・ニョングワン前外交通商部長官およびイ・ジョンソク統一部長官にノムヒョン政権の平和繁栄政策の理論的背景や目的について聞き取り調査した。米国では、国務省のコリアデスクのディビット・ストローブおよび国務省の北朝鮮担当官に米国の対北朝鮮政策について聞き取りをした。これらのインタビューを通して米韓の対北朝鮮認識に大きな相違があることが確認できた。

同様に、2007年12月には、北朝鮮問題をめぐる専門家会議を行い、日本、米国、韓国、中国の朝鮮半島問題の専門家を招聘し、情報および意見交換をした。
イノシトール燐脂質分布の定量的解析

ホスファチジルイノシトール(PI)のイノシトール基の3,4,5位が燐酸化されることによって生じるイノシトール燐脂質(PIs)は,細胞内小胞輸送やシグナル伝達に重要な役割を果たすことが知られている.PIsの膜内二次元分布をナノスケールで解析し,細胞内超微構造との関連を明らかにすることはPIsの生理的機能をさらに詳細に理解するために重要である.従来の方法では微細な脂質局在を解明することが原理的に困難であると考えられるため,我々は急速凍結した細胞膜を白金・カーボン薄膜で物理的に固定する凍結割断レプリカを用いてPIsの超微局在を可視化し,定量的に解析する方法を創出した.既に昨年度までの研究で特異性,標識効率性などが十分に確保されたPI(4,5)P2に対するプローブ(GST-PH)を用いて,急速凍結して得た培養細胞のレプリカを標識,解析した.その結果,平坦な細胞膜のPI(4,5)P2は弱いクラスターを形成して存在すること,上記のクラスターはコレステロール抽出でやや低下するが,アクチン脱重合でほぼ完璧に消滅すること,PI(4,5)P2は特にカベオラ周囲に顕著に集中すること,細胞内カルシウム上昇によって標識は激減するが,生理的リガンドによる刺激ではカベオラ周囲のPI(4,5)P2が保たれる場合が多いことなどが明らかとなった.これらの結果は生細胞でのPI(4,5)P2の分布をナノスケールで初めて明らかにしたものであり,カベオラが平坦な細胞膜部分とは異なる特殊な領域を形成することを示した点で重要である.イノシトール燐脂質(PIs)分布の解析は膜トラフィックを理解する上で重要であるが,従来用いられてきたPIs結合ドメインとGFPの融合蛋白質による生細胞の解析は人工産物の危険性がある上,空間分解能が低く,二次元的分布に関する詳細な情報は得られない.一方,通常の免疫電顕に使われるアルデヒド系の化学固定剤は,蛋白質には作用するが,脂質との反応性はほとんどない.また仮に脂質と反応する固定剤を用いたとしても,化学反応には少なくとも秒単位の時間が掛かるため,in situの脂質局在をそのままの状態で保存できるとは考えにくい.さらに膜蛋白質にっいて報告されているように,固定した後の試料でも,標識に用いる抗体による分子間の架橋が抗原の人工的な分布変化をもたらすことが懸念される.これらの問題点を克服するため,我々は急速凍結した細胞膜を白金・カーボン薄膜で物理的に固定する凍結割断レプリカを用い,PIsの超微局在を可視化し,定量的に解析する方法の確立を目指して実験を行った.1)凍結割断レプリカ上でPIsと特異的に結合するプローブを作製した.生化学的実験などで上記PIsとの結合特異性が報告されている種々の蛋白質ドメインとGSTの融合蛋白質を作製し,PCをベースとするリボソームの凍結割断レプリカを作製して結合特異性を確かめた.2)凍結割断レプリカの作製方法を検討し,上記プローブとの反応性にすぐれたレプリカの作製方法を確立した.3)培養細胞の急速凍結法,凍結割断法について比較検討し,細胞膜,細胞内膜系のレプリカを効率的に得る方法を確立した.上記1)-3)の方法を用いて,種々の条件下の細胞におけるPIsの超微局在について定量的な解析を進めている.ホスファチジルイノシトール(PI)のイノシトール基の3,4,5位が燐酸化されることによって生じるイノシトール燐脂質(PIs)は,細胞内小胞輸送やシグナル伝達に重要な役割を果たすことが知られている.PIsの膜内二次元分布をナノスケールで解析し,細胞内超微構造との関連を明らかにすることはPIsの生理的機能をさらに詳細に理解するために重要である.従来の方法では微細な脂質局在を解明することが原理的に困難であると考えられるため,我々は急速凍結した細胞膜を白金・カーボン薄膜で物理的に固定する凍結割断レプリカを用いてPIsの超微局在を可視化し,定量的に解析する方法を創出した.既に昨年度までの研究で特異性,標識効率性などが十分に確保されたPI(4,5)P2に対するプローブ(GST-PH)を用いて,急速凍結して得た培養細胞のレプリカを標識,解析した.その結果,平坦な細胞膜のPI(4,5)P2は弱いクラスターを形成して存在すること,上記のクラスターはコレステロール抽出でやや低下するが,アクチン脱重合でほぼ完璧に消滅すること,PI(4,5)P2は特にカベオラ周囲に顕著に集中すること,細胞内カルシウム上昇によって標識は激減するが,生理的リガンドによる刺激ではカベオラ周囲のPI(4,5)P2が保たれる場合が多いことなどが明らかとなった.これらの結果は生細胞でのPI(4,5)P2の分布をナノスケールで初めて明らかにしたものであり,カベオラが平坦な細胞膜部分とは異なる特殊な領域を形成することを示した点で重要である.
コロイド法による海島構造制御を通じた高性能硫化物系ナノコンポジット熱電材料の創製

地球上で産生されたエネルギーの約7割が200°C以下の低温廃熱として捨てられている。熱電素子により低温廃熱を少しでも電気エネルギーに変換できれば、地球温暖化抑制や省エネ対策に貢献する。しかし、現在研究されている多くの熱電材料はPb、Te、Se等の毒性元素や希少元素を含むため大規模な民生用途に向かない。近年注目されている硫化物熱電材料は安全で資源的にも豊富だが、変換効率が低い。本研究では、種々の硫化物ナノ粒子を化学合成し、それらをビルディングブロックとしてナノコンポジット熱電材料を創製し、熱・キャリア輸送に及ぼす構造の影響を明らかにするとともに、高い変換効率(ZT>1)を達成することを目標とする。
近代日本における〈骨相学〉の受容と展開に関する教育史的研究

骨相学は,19世紀前半の西洋世界を席巻した「脳科学」であり,その社会的・文化的影響については欧米を中心につとに研究の蓄積をみる。しかし,開化期以降の日本にも教育分野を含めた様々な領域でその流入が認められるにも拘わらず,これまでまとまった検討はなされてこなかった。そこで本研究では,1骨相学の流入・受容・展開についての広く文化的な概説史,2その理論が骨相学と知りながら受容した教育分野の歴史,3そうとは知らずに影響を被っていた教育分野の歴史,の3つのアプローチでこの主題に取り組む。近代以降の日本の教育学・思想の源流を探ると同時に,「啓蒙」時代の日本の一つの文化史を描き出すことを目指す。
半導体ウエハの新規スライス加工技術の開発

半導体インゴッドからウエハをスライスする新しい技術を提案し、原子レベルで平滑なスライス面を実現することを目標として、技術開発を行う。主として半導体であるシリコンを対象とし、近赤外から赤外のレーザー光を内部に集光することで、非線形吸収を誘起し、変成部の形成を試みる。その後、内部変成部に対して選択的にエネルギーを与えることにより劈開または歪みなどにより断裂ならびに割断を誘起し、スライス加工を実現する。
白質ミクログリアを制御する細胞間接触シグナルの解析

2つの膜タンパク質CD47とSIRPαが形成する細胞間相互作用シグナルについて、CD47とSIRPαの相互作用が脳内ミクログリアのプライミング(前活性化状態)を抑制する可能性を見出していたが、どのような細胞間でこの相互作用シグナルが機能してミクログリアを制御するのかについては不明であった。細胞特異的コンディショナルノックアウトマウスを用いた解析の結果、ミクログリアに発現するSIRPαがその役割を果たしていることが明らかとなった。一方で、CD47側の細胞は同定できなかったが、ミクログリアSIRPαの欠損により白質アストロサイトが活性化する可能性を新たに見出したことから、1つの可能性としてアストロサイトとミクログリア間でこのシグナルが機能することが考えられた。また、ミクログリアのプライミングが顕著な白質組織を用いてマイクロアレイ解析を行い、野生型マウスとCD47KOマウスの間で遺伝子発現の比較を行ったところ、KOマウスの白質では脱髄や髄鞘再構築に関連する遺伝子の増加が認められ、ミクログリアのプライミングがミエリン恒常性と関連して生じていることが示唆された。さらに、実験的な脱髄モデルを検討したところ、CD47-SIRPαシグナルの欠損によって、脱髄刺激によるミクログリア活性化が強く亢進することがわかった。これらの結果から、CD47-SIRPαシグナルの欠損により、ミクログリアがミエリン損傷刺激に対して高感受性になっている可能性が考えられた。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究代表者は、細胞間接触シグナを形成する2つの膜型分子CD47とSIRPαについて、これら分子のいずれかを全身性に欠損したKOマウスの脳内で、白質領域特異的にある種の活性化ミクログリアが増加することを見出しており、CD47-SIRPαシグナルによる白質ミクログリアの恒常性制御に着目している。本年度、白質の組織化学的解析を行ったが、KOマウスの白質において、脱髄などの明確な異常は見いだせなかった。一方、白質領域の割合が高い脊髄からミクログリアを単離し、フローサイトメトリーで解析する方法を確立することに成功し、ミクログリアの細胞特性を詳細に解析した。その結果、SIRPαKOマウスでみられるCD11c陽性ミクログリアは、CD11c陰性ミクログリアに比べて、Dectin-1、CD68などミクログリア活性化マーカーを強く発現するという、これまで組織化学的解析で見いだしていた性質を定量的に示す事ができた。さらに、灰白質領域由来と考えられるCD11c陰性ミクログリアについて野生型マウスとSIRPαKOマウスで比較したところ、SIRPαKOマウスでは、ミクログリア活性化マーカーの発現が増加していることが分かった。これらの結果から、SIRPαKOマウスでは、白質に限らず、ミクログリア全体がある種の活性化傾向にあると考えられた。さらに、加齢マウス脳のミクログリアでも同様の傾向を見いだした。また、コンディショナルKOマウスを用いた解析を行い、ミクログリアに発現するSIRPαの欠損がミクログリアの活性化の原因となることを示す結果を得つつある。また本研究に関連してSIRPαの下流シグナル分子Shp2についてKOマウスを作製していたが、このマウスについては神経機能の異常をあらたに見出したため、その内容を論文として報告した。脊髄からミクログリアを単離し、フローサイトメーターで解析する方法を確立した結果、各種の細胞マーカーを使って、SIRPαKO、CD47 KOマウスの脳内ミクログリアの恒常性変化を定量的に評価することができた。さらにこの実験系を用いて、KOマウスのミクログリアが加齢後の野生型マウスのミクログリアと類似の特性を示すことを明らかにしつつある。また、Cre-LoxPシステムを用いてミクログリア特異的なSIRPαKOマウスの作製を進めたが、前年度までの解析の結果、これまで用いてきたLysM-Creマウスでは、ミクログリアで十分に遺伝子組み換えが起こらないことが明らかとなり計画の進展に支障が生じていた。

しかし、別のCreマウスを導入することでこの問題を解決し、ミクログリアに発現するSIRPα特異的な機能解析が可能となっている。以上より、計画は全体としておおむね順調に進展していると判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。アレイ解析などを利用して、KOマウスの白質内でミクログリア以外のオリゴデンドロサイト、アストロサイト、神経軸索なども含めて遺伝子発現変化を検討し、ミクログリアを活性化させる白質側の要因(ファクター)を見いだす。さらに、加齢に伴って、それらのファクターがどのように変化するのかを検討する。また行動解析により、ミクログリア活性化が高次脳機能へ与える影響を個体レベルで検討する。脱髄モデルなどの障害モデルを作製し、白質ミクログリア活性化の病態への影響を検討する。
炭化ケイ素半導体単結晶と酸化膜界面の原子構造解析に関する研究

SiC半導体デバイスは極限環境下で用いられる素子として期待されているが、SiCと酸化膜の界面にはデバイスの特性劣化の原因となる界面欠陥が多く存在しており、欠陥構造と素子特性との関連性を追求することは非常に重要である。本課題ではデバイス酸化膜界面を模擬するため、アモルファスSiO_2/SiC界面を計算機上に構築し原子構造を解析することで、電子状態が界面電気特性に与える影響を追求した。アモルファスSiO_2/SiC界面構造の生成は第一原理分子動力学計算コードであるVASPコードを用いた加熱・急冷計算法による計算機シミュレーションにて行った。693原子界面構造モデルに対して、4000K・3psで加熱融解、3500K・2psで継続加熱、-2000K/psで室温までの急冷を行った。初期状態においては結晶構造を反映した周期的な密度分布を取っているが、融解終了時までに密度分布はランダムになり、室温冷却時においても再結晶化による周期的密度構造は認められない。生成したSiO_2層の動径分布関数を評価した所、全原子によるRDFでは長周期構造を反映した微細構造は認められず、全層が良好なアモルファス状態となっている。部分RDFを評価した所、Si-0結合距離は0.165nmであった。SiとSiの近接距離は約0.23nmに小さなピーク、0.305nmに大きなピークが認められる。0.23nmはSi-Si結合によるものでSiO2中にSi-Si欠陥構造が存在する事が分かる。0.305nmはSi-0-Si結合でのSi間距離に相当しSi-0-Si結合角は135°である。また、0と0の近接距離は0.268nmにピークを持ちO-Si-O結合角に換算すると109°となった。これらの値はアモルファスSiO_2の条件に適合し、加熱・急冷計算によって良好なアモルファスSiO2/SiC界面構造が生成されていることが確かめられた。Siに比べ優れた物理特性を持つSiCを用いた半導体デバイスは、従来の半導体デバイスでは動作が困難な極限環境下で用いられる素子として期待されている。しかし、SiC酸化膜界面にはデバイス特性劣化の原因となる欠陥が多く存在しており、界面構造とデバイス特性との関連性を追求することは非常に重要である。本課題では実際の界面に近い原子構造を計算機上で生成し、その電子状態が界面電気特性に与える影響を追求している。実際のデバイス絶縁膜を模擬するために、計算機上でアモルファスSiO_2/SiC界面構造を構築し電子構造を決定した。界面構造構築は第一原理分子動力学計算コードであるVASPを用いた加熱・急冷計算により行った。なお、計算は海洋研究開発機構の支援により地球シミュレータ上で行った。その結果、結晶SiO_2と結晶SiCとを接合した初期構造では、界面Si原子3個に1本存在していたダングリングボンドが消滅し、急峻な界面が生成出来た。計算条件は、加熱:4000K・3ps、急冷:-1000K/psである。また、加熱時には固定していたSiO_2終端を、急冷時の2200K以降自由端とすることによって、SiO_2層での歪を低減させると共にアモルファス化を促進させた。決定された電子構造を検討した所、バンドギャップ中にはなお欠陥準位が存在したが、これはアモルファスSiO_2中酸素のダングリングボンドに起因している事が分かった。

さらに、実際のアモルファス構造SiO_2層の特性をシミュレーションに反映させるため、化学気層堆積法を用いて4H-SiC単結晶表面にアモルファスSiO_2層を堆積させ、アモルファスSiO_2/SiC界面構造を形成する技術開発を行った。その結果、800°C以下の比較的低い温度でSiO_2層を堆積させた後、1100°C以上の不活性ガス中でアニーリングする事で比較的良好なアモルファスSiO_2層が得られる事が分かった。SiC半導体デバイスは極限環境下で用いられる素子として期待されているが、SiCと酸化膜の界面にはデバイスの特性劣化の原因となる界面欠陥が多く存在しており、欠陥構造と素子特性との関連性を追求することは非常に重要である。本課題ではデバイス酸化膜界面を模擬するため、アモルファスSiO_2/SiC界面を計算機上に構築し原子構造を解析することで、電子状態が界面電気特性に与える影響を追求した。アモルファスSiO_2/SiC界面構造の生成は第一原理分子動力学計算コードであるVASPコードを用いた加熱・急冷計算法による計算機シミュレーションにて行った。693原子界面構造モデルに対して、4000K・3psで加熱融解、3500K・2psで継続加熱、-2000K/psで室温までの急冷を行った。初期状態においては結晶構造を反映した周期的な密度分布を取っているが、融解終了時までに密度分布はランダムになり、室温冷却時においても再結晶化による周期的密度構造は認められない。生成したSiO_2層の動径分布関数を評価した所、全原子によるRDFでは長周期構造を反映した微細構造は認められず、全層が良好なアモルファス状態となっている。部分RDFを評価した所、Si-O結合距離は0.165nmであった。SiとSiの近接距離は約0.23nmに小さなピーク、0.305nmに大きなピークが認められる。0.23nmはSi-Si結合によるものでSiO_2中にSi-Si欠陥構造が存在する事が分かる。0.305nmはSi-O-Si結合でのSi間距離に相当しSi-O-Si結合角は135°である。また、OとOの近接距離は0.268nmにピークを持ちO-Si-O結合角に換算すると109°となった。これらの値はアモルファスSiO_2の条件に適合し、加熱・急冷計算によって良好なアモルファスSiO_2/SiC界面構造が生成されていることが確かめられた。
水溶液中の特異なクラスター集合構造の発生と機能の発現

水は水素結合という比較的大きなエネルギーで分子同士が結合したり離れたり、集合運動をすることによって1分子では持ち得ない様々な機能を発揮する。本研究では、このような水の中に、アルコールやカルボン酸のような会合性の液体を溶かし込んだとき、あるいは、アセトニトリルやプロピレンカーボネートのような高い極性を持つ分子からなる液体を溶かし込んだとき、それぞれの水溶液がどのような構造変化をするかについて、分子間振動・回転領域ラマン分光法、分子内振動ラマン分光法、そしてab initio分子軌道計算法で研究を行った。その結果、アルコールや酢酸のような会合性の溶質は、モル分率で0.001という希薄な領域に至るまで溶質同士の会合が実現しており、これまで考えられていたように水素結合性の溶質分子が水の中に伸良く溶け込んでいくわけではなく、むしろ水分子は水分子同士の会合領域を最大にするように溶質分子同士の会合・囲い込みを促進させることが明らかになった。これに対して、水素結合をしないアセトニトリルなどの極性分子は、むしろ水構造を破壊し、理想的な混合状態に近い溶液をつくりだすことが明らかになった。このような水および極性溶媒の性質を利用して、極性溶媒であるジクロロメタン中で、コバルトカルボニルを高温高圧反応させ、常温分子磁石を合成した。この磁石の重量の半分はジクロロメタンと置換した水であった。水をメタノールや他の溶媒に置換したところ、保持力は減少した。コバルト炭素クラスター分子磁石の中で、磁性発現に水が大きな役割を果たしていることが明らかになったが、この水は結晶のようにシャープなスペクトルを与えることから、これまでにない水の機能発現作用であると結論される。水は物質を均一に溶かし混むのであろうかという基本的な問題を解決するため、本研究では、分子間振動回転領域ラマン分光法、分子内振動ラマン分光法、そしてab initio分子軌道計算法による構造計算、ラマンスペクトルの予測、さらに、Reference Interaction Side Model(RISM)計算法によって溶質分子が水の中でクラスターを単位とする極微少相(Micro Phase)を形成しつつ水と混合していることを明らかにした。溶質として、有機分子の中で最も水に対する親和性が高い酢酸を選んだ。酢酸は、純結晶や純液体、あるいは四塩化炭素やベンゼン中では、線形の水素結合によって前者の場合は、ネットワークを形成し、後者の溶媒中では環状2量体を形成する。一方、極性の高いアセトニトリル中ではモノマーとして溶解している。しかし、水の中では、カルボキシル基はこの両者の中間で、2個の酢酸分子の内1個はサイドオン型の五角形水素結合に関与するが、もう一方のカルボニル基は水素結合には関与しないため、2量体としては4デバイという大きな双極子モーメントをもつ構造を発生し、この2量体同士の双極子一双極子相互作用によって酢酸クラスターを生じていることが明かになった。この構造体は水と酢酸が1体の分子比で混合された時に最大の密度を示すがこれよりも酢酸の濃度が高くなると、純酢酸のネットワーク構造が発生してくることも解った。水と酢酸を分子比で1:1の割合で混合した溶液は、その密度がそれぞれの純品よりもはるかに高くなることが知られていた。低振動数ラマン分光法および密度汎関数法による理論計算から、酢酸がモル分率で0.5以下の領域では酢酸分子のサイドーオン型2量体が基本ユニットとなり、このユニットの持つ大きな双極子モーメントによって強い双極子-双極子相互作用が2量体間に発生し、酢酸分子の小集合体が水の中にミクロな相分離状態として出現することが明らかとなった。

このような集合の中では分子の最密充填構造が実現しており、水の中に酢酸を加えるにつれて密度が増大するという事実や、超音波吸収が水のピーク(1GHz)よりはるかに低周波の数メガヘルツ領域に独立して現れるという事実がうまく説明される。これに対して、溶媒を極性は大きいが水素結合を作らないアセトニトリルとした場合、酢酸分子はほぼ自由な分子として単分子でアセトニトリルの中に存在するか、アセトニトリルとコンプレックスを形成して溶解しているかのどちらかであり、酢酸はけして酢酸同士では会合しないことが明らかになった。このように、水の中の物質の溶解状態は特殊であり、溶質分子の占める空間を占める水自身の会合構造の破壊を伴い、このエネルギー損失にうち勝つだけの安定化が得られなければ、溶解に至らない。このことは、生体細胞内での物質と水との存在状態を考えるときに重要な要因となってくることが示唆された。水は水素結合という比較的大きなエネルギーで分子同士が結合したり離れたり、集合運動をすることによって1分子では持ち得ない様々な機能を発揮する。本研究では、このような水の中に、アルコールやカルボン酸のような会合性の液体を溶かし込んだとき、あるいはアセトニトリルやプロピレンカーボネートのような高い極性を持つ分子からなる液体を溶かし込んだとき、それぞれの水溶液がどのような構造変化をするかについて、分子間振動・回転領域ラマン分光法、分子内振動ラマン分光法、そしてab initio分子軌道計算法で研究を行った。その結果、アルコールや酢酸のような会合性の溶質は、モル分率で0.001という希薄な領域に至るまで溶質同士の会合が実現しており、これまで考えられていたように水素結合性の溶質分子が水の中に仲良く溶け込んでいくわけではなく、むしろ水分子は水分子同士の会合領域を最大にするように溶質分子同士の会合・囲い込みを促進させることが明らかになった。これに対して、水素結合をしないアセトニトリルなどの極性分子はむしろ水構造を破壊し、理想的な混合状態に近い溶液をつくりだすことが明らかになった。このような水および極性溶媒の性質を利用して、極性溶媒であるジクロロメタン中で、コバルトカルボニルを高温高圧反応させ、常温分子磁石を合成した。この磁石の重量の半分はジクロロメタンと置換した水であった。水をメタノールや他の溶媒に置換したところ、保持力は減少した。コバルト炭素クラスター分子磁石の中で、磁性発現に水が大きな役割を果たしていることが明らかになったが、この水は結晶のようにシャープなスペクトルを与えることから、これまでにない水の機能発現作用であると結論される。
超小型低圧風洞の開発と超低レイノルズ数領域の昆虫サイズ翼空力特性の研究

昆虫のような小さな翼に作用する空気力は非常に微小であることから、レイノルズ数が10,000以下の翼の空力特性に関する実験データはほとんど得られていない。そこで、この小さな翼の空力特性を得るための専用の低圧風洞装置を開発した。その結果、レイノルズ数が100010,000の翼に作用する空力係数が精度よく測定できるようになった。そのため、本風洞を用いてさまざまな翼の空力特性について実験を試みたが、特にコガネムシの鞘翅に見られる大きなキャンバの円弧薄翼の空力特性で興味ある結果が得られた。このような小さな翼の空力データは、小型の冷却ファンや昆虫サイズの超小型航空機の翼の開発に役立つと考えられる。本研究の目的は、真空デシケータ内に設置した超小型の風洞によって、これまで殆ど得られていない超低レイノルズ数領域(Re=1,00010,000)における昆虫サイズ翼の空力特性を得ることにある。25年度は本実験で使用する低圧風洞の設計・製作を行った。4月より専門メーカに真空デシケータの設計・製作を依頼し、7月にデシケータが納入された。真空デシケータは予定通りの大きさを満足できたため、これに合わせて超小型の風洞を設計・製作した。まず、低圧下でも十分な風速を得るためのファンを選定しその性能を真空デシケータ内で確認した。整流用ハニカムおよびスクリーンはそれまでの風洞設計の経験から選定し、縮流部で十分な絞り比(面積比1:9)を与えることで気流の乱れ度を小さくし、流速を確保した。熱線流速計で調べた結果、測定部の乱れ度は通常の低速風洞並み(乱れ度0.3%以下)に抑えることができ、測定部の風速分布も適当であることが分かった。さらに、空気力計測用の三分力天秤はこれまでの測定においても研究者は自作が可能で、新たに高感度のものを設計製作した。これらの風洞装置は12月に完成し、デシケータ内の低圧下での測定が可能になった。試験的に測定を試みたところ、それまで精度を得ることが難しかった超小型の翼(トンボの翅1枚に相当する翼)の測定が可能であることが分かり、その後細部の改良に取り組んだ。しかしながら、所定の低圧(1/10気圧)での測定を開始する前にデシケータにクラックが見つかり、本年1月末にメーカに修理と改良を依頼した。修理が終わり再度測定可能になったのは4月中旬を過ぎてからで、その後所定の圧力まで下げることで本風洞の有効性が確認できた。しかしながら、再び別の場所にクラックが生じている。今後デシケータの修理が完了次第実験を進める予定である。本年度は研究課題である独自に開発した低圧風洞が完成し、実際の翼について測定を実施することができた。年度当初に問題となった真空デシケータに発生したクラックは、メーカーの改良により修理され、実験が継続して取り組めるようになった。そのため、翼模型を使用しての測定を行いながら、風洞装置の改良に取り組んだ。特に風速の特定に苦労したが最終的に解決することができた。低圧風洞を使用することにより精度の高い測定が可能となり、その結果、レイノルズ数が1000以下という今までに実施されたことのない超低レイノルズ数領域の翼の風洞実験が可能であることが確認できた。そこで、トンボの翅に見られるコルゲート翼等の昆虫の翅の特性について実験を行った。コルゲート翼については、精度の高い抗力測定が可能となったことから、層流境界層中の規則的な凹凸(コルゲート面)が抗力を減少させる可能性のあることが分かってきた。これは大変面白い実験結果であり工学的な応用も期待できるが、原因を完全に説明できないことからさらに研究を進める必要がある。さらに、最も興味ある現象として、コガネムシの鞘翅に見られる大きなキャンバーを持った薄翼が、空力特性において特異な性質を持つことが分かった。これはレイノルズ数が3000以下で特に有効な特性であり、本風洞を用いたことによって得られた新たな知見である。これらの成果は複数の学会で発表してきたが、特に後者については学術論文としてAIAA Journalへの投稿を予定している。大型の航空機の翼型に関する多くの研究や風洞実験データは、航空機の設計開発に活かされてきた。一方、昆虫のような小さなサイズの翼については翼に作用する空気力が微小であることから、空力特性に関する風洞実験データはほとんど得られていない。低圧環境下では同じレイノルズ数であれば空気力を大きくして測定が可能である。その結果、レイノルズ数が100010000の翼に作用する空気力(揚力、抗力、ピッチングモーメント)が精度よく測定できるようになった。これは、風洞実験から得られる翼の空力特性としては世界最小のレイノルズ数のデータと思われる。そのため、本風洞を用いて様々な翼型や翼表面性状の効果について検証を試みた。実験を行った翼型は主としてトンボの翅に見られるコルゲート薄翼と、甲虫(コガネムシ)の前翅(鞘翅)に見られる大きなキャンバを持った薄翼である。