hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極小流における横断的回転数の研究

本研究では,横断的回転数について研究を行った.3次元多様体の非特異流について,流に接する1次元バンドルを取り,その直交捕バンドルを考える.このバンドルには流の微分から自然に流が誘導される.これを微分流という.そこで,その射影を取ると,射影空間をファイバーとするバンドル上の流が構成される.これを角度流という.この流は軌道に沿ってどのくらい軌道がひねられているかを表しており,これまでいくつかの研究がなされてきた.本研究では,このひねられている率を表す横断的回転数(ルエン不変量)について,エルゴード理論を使った考察を行った.具体的には,バンドル写像を円周の同相写像の族と考え,円周の同相写像に関する理論で最も有効な手段である不変測度の拡張を試みた.その結果,ブルバキの積分分解定理を用い,ほとんどすべてのファイバーについて,不変確率測度を定義した.この測度は一般には,連続的に変化するものではなく,可測にしか変化しないが,再構築をすることにより,軌道に対しては完全に不変となるものが構成できた.また,サポートが1点か2点か全体になること,また,ある種の連続性があることが示せた.このファイバー不変測度を用いて,横断的回転数を計算したところ,射影空間バンドルの流の不変測度から横断的回転数が直接計算できることが示せた.横断的回転数は定義から,時間平均を更に場所平均せねばならないため,実際の計算はとても困難なものと思われたが,この結果により,場所平均だけで計算できることが示された.また,この応用として,横断的回転数が1階微分可能性について連続に変化することが示された(連続変形に関して連続にならないことは,既にジスとガンボードにより示されている).この点でも,横断的回転数のファイバー不変測度による計算が有効であることが示された.本研究では,極小流に関する横断的回転数について研究しています.ここで,横断的回転数とは,軌道と直交するベクトルが軌道に沿ってどのくらい回転しているかを示すもので,具体的には軌道に直交するベクトルバンドルに流の微分から誘導される流を考え,その回転成分(角度流という)について回転率の時間平均を全体で積分したものです.平成10年度はファイバー方向の不変測度に着目し,回転をはかる手段として単なるユークリッド測度ではなく,確率論的不変測度を導入することを試みました.一般に角度流自体は,単位ベクトルバンドル上の流なので,不変測度を持ちます.しかし,各点上のファイバーに制限すると多くの場合消えてしまいます.そこで,各ファイバーにサポートを持つ測度を各点の上に構成し,これにより角度を測ることを考え,ファイバー方向の不変測度の存在を証明しました.また,これにより極小流を擬等角流,角度カオス流,測度論的不変切断をもつ流の3種類に分類し,いくつかの位相的な性質を導くことができました.3次元多様体の擬等角流は既に分類されておりますし,また測度論的とはいえ不変切断を持つことはその流がアノソフ流やホロサイクル流に近いものであることを表しています.また,角度カオス流については弱い意味での等角性を持つことを導くことができました.ここで角度カオス流とは角度流がリー・ヨークの意味でのカオスになっているものです.軌道に沿って進む間にベクトルの角度が小さくなったり大きくなったりし,極小流においても存在することが知られています.これについて,ファイバー方向の不変測度を用いることで,その角度が安定している箇所についての等角性を導きました.本研究では,横断的回転数について研究を行った.3次元多様体の非特異流について,流に接する1次元バンドルを取り,その直交捕バンドルを考える.このバンドルには流の微分から自然に流が誘導される.これを微分流という.そこで,その射影を取ると,射影空間をファイバーとするバンドル上の流が構成される.これを角度流という.この流は軌道に沿ってどのくらい軌道がひねられているかを表しており,これまでいくつかの研究がなされてきた.本研究では,このひねられている率を表す横断的回転数(ルエン不変量)について,エルゴード理論を使った考察を行った.具体的には,バンドル写像を円周の同相写像の族と考え,円周の同相写像に関する理論で最も有効な手段である不変測度の拡張を試みた.その結果,ブルバキの積分分解定理を用い,ほとんどすべてのファイバーについて,不変確率測度を定義した.この測度は一般には,連続的に変化するものではなく,可測にしか変化しないが,再構築をすることにより,軌道に対しては完全に不変となるものが構成できた.また,サポートが1点か2点か全体になること,また,ある種の連続性があることが示せた.このファイバー不変測度を用いて,横断的回転数を計算したところ,射影空間バンドルの流の不変測度から横断的回転数が直接計算できることが示せた.横断的回転数は定義から,時間平均を更に場所平均せねばならないため,実際の計算はとても困難なものと思われたが,この結果により,場所平均だけで計算できることが示された.また,この応用として,横断的回転数が1階微分可能性について連続に変化することが示された(連続変形に関して連続にならないことは,既にジスとガンボードにより示されている).この点でも,横断的回転数のファイバー不変測度による計算が有効であることが示された.
万人のための「地球と生命」博物館学習プログラムの開発-障害者も活用できる博物館-

(1)万人が活用できるニューメディアの開発本研究では、一般市民が五感を通じて接触できる実物資料や自然を活用して展開した。テーマは、実物資料と自然の効果を最大限に生かすことができる「地球と生命」にした。地球と生命をテーマとしたデータベースとインタラクティブな学習プログラムを作成した。ニューメディアを用いることによって、市民や障害者も、いつでも、どこでも一人でも学習が可能になった。このようなデジタル情報は、インターネットやCD-ROMなどのニューメディアで公開し、一般市民や障害者にも利用しやすい形態のものとした。(2)障害者も活用できるニューメソッドによる学習プログラムの開発本研究では、市民や障害者が科学学習をするためのケーススタディとして、試験的な学習プログラムを実施する。学習プログラムは、(1)ニューメディアを活用した障害者も市民と一緒に学習できるプログラム、(2)博物館の展示解説や野外観察会を障害者も市民と一緒に学習できるプログラム、(3)健常者と障害者の共同作業による学習プログラム、の3つのアプローチでおこなった。ニューメディアを活用した学習プログラムは、デジタル化し、タイプの違う障害を持つ人や市民にモニターを依頼し、多様なニーズに対応できるものを作成していった。市民や障害者が独習可熊な形態にまとめた。(3)博物館おける科学教育の新しい方法論の提示以上の学習プログラムをケーススタディとして実践的に試行した。ケーススタディの結果を踏まえて、最終的には博物館を活用した万人のための「地球と生命」学習の方法論を導いた。1博物館情報に関するニーズ調査博物館での生涯学習に対するニーズを調べた。ニーズ調査は、障害者と健常者の両方でおこなった。このような調査から、博物館を活用するためのニーズを分析した。また、健常者と視覚障害者の触覚テストをおこない、現在その調査の分析中である。2博物館での学習プログラムの素案作りニーズ調査に基づいて、博物館内での資料や設備を利用した室内での学習プログラムの素案をつくった。この素案に基づいて、実験的講座「大地の生い立ちを探る-大地の時の流れ-」をおこなった。3デジタル博物館の構築博物館の情報をデジタル化(デジタル博物館)して、多くの人が使えるようにしている。デジタル空間での博物館をデジタル展示「特別展示地球のからくり」を構築した。また、博物館所蔵の大量の資料をパソコンに入力したデジタル資料館「神奈川の大地」と、音や動画を含むインタラクティブな学習プログラムデジタル講座「大地の生い立ちを探る」を構築中である。4ニューツールによるニューメソッドの開発新しい道具(ニューツール)としてデジタル博物館を利用する。デジタル博物館の特別展示「地球のからくり」をインターネットで春から公開し、活用のためのケーススタディから新しい方法論(ニューメソッド)を開発する予定である。1万人向けの学習プログラムの作り前年度におこなったニーズ調査に基づいて、博物館内の展示物や設備を利用した室内での学習プログラムや野外での観察のための学習プログラムを作った。2学習プログラムの試行「万人向けの学習プログラム」のうち、障害者だけを対象にした学習プログラムを試行する。まず、視覚障害者を対象にして「視覚障害者のための"見える"展示解説」をおこなう。その結果から、障害者のための学習プログラムを再構築する。3「デジタル資料館」の作成ニューツールとして、博物館所蔵の大量の資料をパソコンに入力し、「デジタル資料館1:神奈川の大地」と「デジタル資料館2:地球地学紀行」を作成した。4インターネットのホーム・ページ活用前年度に作成した「デジタル博物館:地球のからくり」を公開した。このデータベースをニューツールとして利用し、各分担者がケーススタディをおこなった。1ニューメディアの開発障害者を含め多くの人々に活用できるメディアを用いた方法を開発した。メディアとしてコンピューターで利用できるものとした。コンピューター用いた学習は、使用者の能力やスピードに合わせて各種の活用が可能である。単に学ぶためのソフトとせず、様々な活用の可能性のあるものとした。学習素材として「地球のからくり」と「神奈川の大地」(両者とも写真と説明のセットが約300点)のデータベースを構築して、インターネットとCD-ROMで公開した。

2学習プログラムのケーススタディ前年度までに作成した学習プログラムの素案に基づいて、学習プログラムは2つの方法を用いたケーススタディをおこなった。データベースを用いた学習プログラムと健常者と障害者と一緒にした学習プログラムの2つを平行しておこなった。(1)ニューメディアを用いた学習プログラムの開発前年度までに開発した「地球のからくり」と「神奈川の大地」データベースを用いた学習プログラムを、障害者が個人で独習できるようにした。データベースは障害者やさまざまな階層の人にモニターになってもらい、使用方法の改良をおこなった。最終的に、インターネットでの公開と配布可能なCD-ROMの形態でまとめた。(2)障害者と健常者の共同観察会障害者と健常者の合同の野外観察会をおこなった。実行日は、雨で肢体障害者は参加できなかったが、視覚障害者が参加でき、そこから生まれたコミュニケーションの手法や説明のしかたを経験として、学習プログラムに組み込んだ。1ニューメディアの開発とその活用前年度までにデータベース「地球のからくり」と「神奈川の大地」開発に続き、今年度は「身近な自然史」および「砂の自然史」を構築し、博物館情報のニューメディアでの公開をおこなった。そして、誰でも活用できるニューメディアを目指して、さまざまな活用法を公開し、多くの人の活用法を公開の場で求めた。2学習プログラムの実施前年度までに作成した学習プログラムに基づいて、最終的なケーススタディをおこなった。ニューメディアを用いた学習プログラムのケーススタディと健常者と障害者と一緒にした学習プログラムのケーススタディをおこなった。(1)ニューメディアを用いた学習プログラムの実施今までに開発したニューメディアを用いた学習プログラムを、だれでもが独習できるようにした。ニューメディアは障害者やさまざまな階層の人にモニターになってもらい、活用をおこなった。インターネットと配布可能なCD-ROMのでも公開して活用できるようにした。(2)障害者と健常者の合同観察会障害者と健常者の合同の野外観察会をおこなった。障害者にわかりやすい観察会をおこなうことによって、健常者にもさらによくわかる観察会を目指しておこなった。そこから生まれた手法や経験を学習プログラムの改良に用いた。3博物館における科学教育の新しい方法論の提示4年間の研究によって開発した新しい方法論を、関連学界に発表し、その成果を公表した。
シャジクモ概要ゲノムの解読と遺伝学的地図の同時構築による陸上植物進化の解明

シャジクモ(Chara braunii)の概要ゲノム配列を解読した。シャジクモはストレプトファイツ類の中で陸上植物についで複雑な体制をもつ藻類であるシャジクモ類の中では小型の藻類で、実験室内で短時間に世代を完了する事が可能である。この概要ゲノム配列は、11,808本のスキャッフォールドからなり、35883遺伝子座上に36887個の遺伝子モデルが予測された。染色体スケールのスーパースキャッフォルドを得るため二つの系統間の交配を行い、子孫が外交配によっている事をSNPにもとづいて設計したPCR-RFLPによって同定した。この子孫株について遺伝学的地図を作成するためのランダムシーケンスを行った。高精度のゲノムアセンブリーのためには、高品質のメイトペアライブラリーを作ることが重要であり。そのためには、高品質の高分子DNAを得ることが重要である。シャジクモから高純度の高分子DNAを抽出する方法を検討し、ほぼ40kb程度の断片からなる高純度DNAが得られた。メイトペアライブラリーの構築には従来、末端にビオチン標識した塩基を取り込ませて自己環状かさせ、その部分をストレプトアビジンビーズで濃縮する方法がとられていたが、この方法では、2本鎖DNAの一方に欠落があったような部位についても標識塩基が取り込まれるという問題点があった。しかし、この問題点を克服するトランスポゾンを利用してDNAを切断しながらタグをつけ環状化するシステムが実用化された。シャジクモではこの手法を用いてインサート長4.5k, 5k,及び9kのメイトペアライブラリーを構築した。さらに長距離のmate-pair情報を作るのにはfosmidのend sequenceが有望であり、これに向けてfosmidライブラリーの調製を検討している。また、遺伝学的地図の作成に向けて、交配をみわける遺伝子マーカーとして、SSRマーカーを開発した。系統が異なる8株を用いて、72遺伝子座の有用性を調査した結果、32遺伝子座が安定的にPCR増幅とアリル決定が可能であった。本研究では、陸上植物に近縁なシャジクモ藻類のシャジクモの概要ゲノム配列を次世代シーケンサーを用いて安価に決定するとともに、遺伝学的地図を作成して、染色体レベルのスーパースキャッフォルドを作成する事を目指している。平成25年度は、シャジクモ標準株の概要ゲノム配列を進めた。インサート長が220 bpのペアエンドライブラリー1つと様々なインサート長のメイトペアライブラリー12個のデータをアセンブルし、全長2.1 Gb, Scaffold N50 2.2 Mb, Contig N50 8.7 kbのアセンブリーを得た。RNA-seqのデータを利用して遺伝子構造を調べると、100 kbを越えるような大きな遺伝子が数多くあり、遺伝子中にGapある場合が多い事がわかった。さらに別株S277のペアエンドライブラリーのシーケンシングを行い、共通にはタグが検出されない、バクテリアなどのコンタミと疑われる配列250 Mbを識別した。また、このS277の配列を利用して標準株とS277を区別できるPCR-RFLPマーカーを開発した。S277株と標準株を同じ容器で培養して得られた子孫を育てており、このマーカーを利用する事で、交配による子孫であるかどうかを容易に判定できるようになった。平成26年度以降交配による子孫のシーケンシングをすることによって遺伝学的地図を作成するとともに残されているGapを減らす方法について検討し、遺伝子のアノテーションと、他生物とのゲノム比較を行う。前年度までに収集したデータについてゲノムアセンブリーを行い、スキャッフォールドN50が2Mbを越えるアセンブリーを得た。この中には、培養に共存していたバクテリアの配列が含まれていたが、別株S277の配列をマッピングしてマッピング頻度が100分の1未満の配列をバクテリアの配列とみなし、シャジクモ由来と考えられる配列として、11808スキャッフォルド(N50 2.26 Mb)計1.75 Gbの配列を得た。この配列について種特異的な反復配列データベースの作成と網羅的な同定を行い、学習よう正解データをcufflinks transcriptにもとづいて作成した上で、種特異的パラメータをトレーニングしたAugustusを用い、RNA-seqのデータ、ヒメツリガネゴケ及びシロイヌナズナ遺伝子のアミノ酸配列等を用いて遺伝子構造のアノテーションを進め計35,883遺伝子座、36,877転写産物を推定した。このなかに真核生物で非常に良く保存されている248遺伝子の存在を調べると、87.50%がほぼ全長を有し、91.94%が少なくとも一部を検出できる状態に至っていることが確認された。また、湖沼型株S277との多型を区別するPCR-RFLPマーカーを設計してS276株とS277株の子孫の遺伝子型判定を行うことにより、S277株を母とする接合子の半数程度が交配に由来する株として得られることが分かった。これまでに53株の交配株を得ており、数を増やした上で、ランダムシーケンシングを行うことで染色体スケールのスーパースキャッフォルドを構成することができると期待される。本研究では、シャジクモの染色体スケールのゲノムを新規に得ることを目的とし、前年度までに、Illuminaシーケンシングによって概要ゲノムを得ている。S276株とS277株の交配によって得られた子孫では、S276株由来の染色体領域とS277株由来の染色体領域を持つことで確認することができる。

シャジクモのS276株とSS277株に由来する染色体領域を、一塩基多型に基づくPCR-RFLP法に基づいて同定する方法を、同時に複数の目標領域を増幅するマルチプレックスPCRにより効率化した。こうして、S276株とS277株の交配による株を約100系統得た。このうち24系統について、Illuminaシーケンシングライブラリーを作成し、HiSEQ2500でマルチプレックスランで1レーン解読し、ゲノム上の多型を検出することができることを確認した。今後、さらに解読系統数を増やし解読し、多型の相関を解析することで配列と遺伝学的連鎖を結びつけ、染色体スケールのゲノム配列を完成される。造精器、生卵器ひとつずつからRNAを得てcDNAを増幅してライブラリーを作成し、Illuminaで配列決定することにより、それぞれの組織特異的な遺伝子発現を調べることができるようになった。こうした、RNAの情報を合わせてアノテーションを完成させ、陸上植物との比較を進めることで、ストレプトファイツ類の進化を解明する基盤ができる。シャジクモ(Chara braunii)の概要ゲノム配列を解読した。シャジクモはストレプトファイツ類の中で陸上植物についで複雑な体制をもつ藻類であるシャジクモ類の中では小型の藻類で、実験室内で短時間に世代を完了する事が可能である。この概要ゲノム配列は、11,808本のスキャッフォールドからなり、35883遺伝子座上に36887個の遺伝子モデルが予測された。染色体スケールのスーパースキャッフォルドを得るため二つの系統間の交配を行い、子孫が外交配によっている事をSNPにもとづいて設計したPCR-RFLPによって同定した。この子孫株について遺伝学的地図を作成するためのランダムシーケンスを行った。初年度に高品質のDNA抽出法が得られず苦労した分の遅れが一部残っており、交配子孫株のシーケンシングに至っていない。27年度が最終年度であるため、記入しない。進化学交配子孫株の取得確認がやや遅れていたものの、既に53株の交配由来株を確認しており、27年度内にシーケンシングすることにより当初の目的を十分達成出来ると期待される。想定以上にDNAが分解しやすく高分子DNAの抽出法の開発に苦労した。初年度に、高純度高分子のDNAを抽出するのに予想外に苦労した分の遅れがあるが、DNAアセンブリー自体はうまく行っていると言って良いと判断している。交配子孫株の単離・同定が遅れ、シーケンシングにいたらなかったため未使用額が生じた。シーケンスを早急に行うとともに、効率的に交配由来の株の同定をすすめる。交配による子孫が得られる効率が、まだわかっていないがなるべく早急に交配による子孫の同定に努める。株の単離は、遅れつつも進行しており、既に53株を取得しているので、このゲノムライブラリーを調整し、シーケンシングを行い、scaffoldを遺伝学的地図に整列する。主にシーケンス経費とともに交配由来の株の同定に用いる。当初予定では、交配による子孫株の大量シーケンスを25年度中に実施する事を目指していたが、遅れのため、26年度に実施する事になったため。26年度に子孫株のシーケンスを実施する
線虫における液胞型ATPaseの役割とクロライドイオンによる調節

本年度の研究行なった。具体的には以下の示す。1)新たな線虫V-ATPase遺伝子の同定本研究では、V-ATPaseの作り出す多様な酸性環境の役割を明らかにするために、複数存在するV-ATPaseサブユニットのアイソフォームに着目し、アイソフォームが酸性環境の多様性にどう影響しているかを理解しようとしている。そのために、線虫でアイソフォーム遺伝子の欠損変異体の作成、解析を行い、その構築している酸性環境を同定することを目指している。そのために、線虫のデータベースより、V-ATPaseサブユニットaに似たESTクローンを検索し、4種類のクローンを同定した。ESTクローンと5'-RACE法で得られたPCR産物の塩基配列を決定し、全長のcDNAの配列を明らかにした。これかV-ATPaseサブユニットaイソフォーム遺伝子(vha-5,vha-6,vha-7,unc-32)は、それぞれ873,865,966,894アミノ酸残基より成るタンパク質をコードしていた。2)線虫V-ATPase変異体の構築平成12年度は、新らたに同定したV-ATPaseサブユニット遺伝子)の欠損変異体の構築を目指した。まず2本鎖RNA(dsRNA)を用いたRNA interference法により一時的にvha遺伝子の発現を遮断し、目的とする欠損変異体の表現型を解析した。vha-5遺伝子のdsRNAを成虫に導入することにより、その子孫が2令幼虫期で死滅したことから、vha-5遺伝子が線虫の3令幼虫への発生に重要な役割を担っていることが示唆された。また、vha-6やunc-32遺伝子のdsRNAを導入すると、1令幼虫や胚の段階で発生が押さえられ死滅することが分かった。vha-7遺伝子のdsRNA導入では子孫に何の変化も見られなかった。これら原因としては、それぞれの発生段階で特異的なサブユニット構成のV-ATPaseの活性が必要とされていることが推定される。現在は、これら遺伝子の機能欠損による致死の原因を分子レベルで検討中である。1)線虫V-ATPase変異体の構築本年度は、V-ATPase遺伝子(vha-1-vha-4,vha-11)の欠損変異体の構築を目指すために。vha-11遺伝子の遺伝子のdsRNAを成虫に導入することにより、その子孫の卵のふ化膣が劇的に減少したことから、V-ATPaseが線虫の初期発生に重要な役割を狙っていることが示唆された。また、膜貫通サブユニット遺伝子であるvha-1やvha-2遺伝子のdsRNAを導入すると、ふ化率の低下ではなく受精卵そのものが形成されなくなった。その原因としては、卵子の成熟が顕著に阻害されていることがDAPI染色などから推定された。現在はこれらのサブユニット遺伝子間での表現型の違いについて検討中である。2)線虫V-ATPaseの活性測定活性測定に用いるV-ATPaseが多く含まれる分泌小砲を調製するため、分泌小砲の膜タンパク質であるSyntaptobrevin/SNB-1を用いて分泌小砲の濃縮、単離を行った。線虫SNB-1タンパク質のアミノ末端に、protein AのZ domainを導入した融合タンパク質を線虫で発現させ、この融合タンパク質が分泌小砲に正しく運ばれていることを、snb-I変異体の相補能にと蛍光抗体法により確認した。Protein AのZ domainは、IgGに高い親和性を持つため、線虫総膜画分より分泌小砲をIgGカラムを用いて濃縮、精製することが出来ると考え、この融合タンパク質を発現した線虫を液体培養により大量に調整し、破砕後その膜画分を調製した。現在は、IgGカラムによる分泌小胞の分離を試みている。

また、vha-6やunc-32遺伝子のdsRNAを導入すると、1令幼虫や胚の段階で発生が押さえられ死滅することが分かった。vha-7遺伝子のdsRNA導入では子孫に何の変化も見られなかった。これら原因としては、それぞれの発生段階で特異的なサブユニット構成のV-ATPaseの活性が必要とされていることが推定される。現在は、これら遺伝子の機能欠損による致死の原因を分子レベルで検討中である。
液液光導波路を用いる混じり合う溶媒間の溶媒抽出の研究

外側キャピラリーに内径1.1mmのガラス管、内側キャピラリーに内径0.31mm、外径0.51mmのステンレス管を用い、さらにUV透過光ファイバーを内側キャピラリーに挿入した実験装置を作製した。そして内側には有機溶媒(THF)を、また外側には水を導入し、シースフローを形成させた。送液には、重力を利用する落差法を適用したところ、線速度約12cm/s範囲で脈流のないシースフローを実現できた。光ファイバーを介して355nmのレーザー光を導入した結果、シースフローの出発点から出口の150mmに到るまでほとんど減衰のない光導波が観測された。上記で作製した実験装置を用いて、混じり合う溶媒間の「界面」における色素分子の挙動を検討した。特に、ソルボクロミックな蛍光色素として知られている8-アニリノ-1-ナフタレンスルホン酸(ANS)の液液界面での挙動について検討を行った。ANSを水相に添加したところ、観測されるANSの蛍光は有機相(ブルーシフトする)と水相の中間的なスペクトル(THF約70%中のANSと同様のスペクトル)を与え、界面におけるANSを検出していることがわかった。さらに、ANSと陽イオン界面活性剤であるCTAを、ともに水相に添加すると、ANSとCTAがイオン対を形成するpH10においては、LLWの下流に行くに従い、ANSのλ_<max>はさらにブルーシフトし、LLW下流においては、ほぼTHF100%中のANSのλ_<max>と一致した。一方、イオン対を生成しないpH3においては、この現象は観測されず、ANSのλ_<max>は、常に一定(THF約70%)であった。このことより、pH10においては、、ANSとCTAのイオン対は、100%THF相まで拡散するのに対して、ANS分子のみでは界面にとどまることが推定される。すなわち、混じり合う溶媒間のイオン対抽出過程を観測することができた。1.実験装置の試作と実験条件の検討外側キャピラリーに内径1.1mmのガラス管、内側キャピラリーに内径0.31mm、外径0.51mmのステンレス管を用い、さらにUV透過光ファイバーを内側キャピラリーに挿入した実験装置を作製した。シースフローの長さは60mmおよび150mmである。2.色素分子の挙動に関する研究上記で作製した実験装置を用いて、混じり合う溶媒間の「界面」における色素分子の挙動を検討した。まず、水相にも有機相にも可溶なローダミンB分子(RhB)と、有機相にのみ可溶なオクタデシルローダミンB分子(ODS-RhB)を用いて挙動の違いを検討した。その結果、有機相からの水相への拡散がODS-RhBに比べてRhBのほうが大きいことが導波光の減衰率から確認された。また、8-アニリノ-1-ナフタレンスルホン酸(ANS)はソルボクロミックな蛍光色素として知られている。ANSを水相に添加したところ、観測されるANSの蛍光は有機相(ブルーシフトする)と水相の中間的なスペクトルを与え、界面におけるANSを検出していることがわかった。さらに、陽イオン界面活性剤であるCTABを水相に、ANSを有機相に添加すると、ANSの有機相からの拡散の阻害が観測された。この機構について、現在詳しく検討している。

このことより、pH10においては、、ANSとCTAのイオン対は、100%THF相まで拡散するのに対して、ANS分子のみでは界面にとどまることが推定される。すなわち、混じり合う溶媒間のイオン対抽出過程を観測することができた。
Mafがん遺伝子による細胞のがん化機構の解明

発がんにおけるMaf遺伝子群の機能を解明するために、モデルマウスを作製した。その結果、c-Mafのリンパ球への単純過剰発現により、リンパ腫が発症することを明らかにした。腫瘍細胞におけるc-Mafの標的遺伝子を探索したところ、ARK5、Cyclin D2、IntegrinR7等であることを明らかにした。また、ヒトのT細胞性リンパ腫における発現を解析したところ、血管免疫芽球性T細胞リンパ腫(Angioimmunoblastic T cell lymphoma : AILT)症例でc-Mafの過剰発現が認められることを明らかにした。以上の結果から、c-Mafの単純過剰発現により、リンパ球ががん化することが示唆された。大Maf群転写因子のひとつであるc-Mafは、多発性骨髄腫において過剰発現し、腫瘍発生に関与している可能性が報告されており、ヒト腫瘍での機能が注目されている。しかし、他の腫瘍発症におけるc-Mafの機能については、ほとんど明らかにされていない。そこで本研究では、T細胞特異的にc-Mafを過剰発現するトランスジェニックマウスを用いて、T細胞系腫瘍におけるc-Mafの機能を解析することを目的とした。始めに、c-MafトランスジェニックマウスのT細胞分画を解析したところ、胸腺、脾臓において、double negative(CD4^-、CD8^-)T細胞の割合の有意な増加がみられ、T細胞の分化異常が観察された。また本マウスを長期間飼育すると、脾臓を始めとする全身各臓器へのリンパ球浸潤を認め、リンパ腫の発症が確認された。この浸潤リンパ球の多くは、異型を示す大型の細胞であり、免疫染色やFACSなどの解析から幼弱なT細胞性であることが示された。ヌードマウスへの移植実験とTCR再構成の解析から、これらの細胞は単クローン性の腫瘍であることが確認された。c-Mafは転写因子であることから、腫瘍細胞における標的遺伝子を同定するためにRT-PCR解析を行ったところ、ARK5やcyclin D2、integrinβ_7の発現の亢進を確認した。ARK5は、腫瘍形成と転移を加速することが報告されており、本リンパ腫においても重要な機能を果たしていると考えられた。さらに、ヒトT細胞リンパ腫におけるc-Mafの関与を解析するために共同研究により、ヒトT細胞リンパ腫の解析を行ったところ、血管免疫芽球性T細胞リンパ腫(AITL)において、c-Mafの過剰発現が認められた。以上のことから、c-Mafは、マウスおよびヒトのT細胞性リンパ腫の発症に関与していることが示唆された。1)T細胞特異的にc-Mafを過剰発現するトランスジェニックマウスの解析これまでの研究で、T細胞特異的にc-Mafを過剰発現するトランスジェニックマウスを作製した。これらマウスでは加齢と伴にT細胞性リンパ腫が発症することを報告した。発症に係る遺伝子を解析したところ、P53の発現には変化がないものの、c-Mycの発現が上昇していることが明らかとなった。また、人のリンパ腫症例を解析し、AILTでは31症例中23症例でc-Mafの過剰発現が確認できることを明らかにした。2)B細胞特異的にc-Mafを高発現するトランスジェニックマウスの解析B細胞特異的にc-Mafを過剰発現するトランスジェニックマウスを作製したが、発症頻度は低く、まだ多発性骨髄腫モデルとしては十分ではない。そこで、より高発現のプロモーター/エンハンサー系を用いて、B細胞にc-Mafを高発現するトランスジェニックマウスを作製した。その結果、新たに2ラインのトランスジェニックマウスを確立した。それらについて現在発症の有無を確認している。3)p53遺伝子欠損マウスとの交配による発がんの促進モデルの確立多発性骨髄腫症例の解析から、P53の欠損が症例の重症度と相関することが示唆されている。そこで本研究では、P53欠損とc-Mafの過剰発現によるがん化との関連を解析するために、P53+/-マウスとの交配を行い、P53欠損を導入する。このc-MafTg+::P53+/-マウスにおいて、骨髄腫及びリンパ腫の発症頻度と重症度が変化するか否かを解析し、その相関を個体レベルで明らかにする。現在マウスの確立を行っている。ヒト多発性骨髄腫症例では、大Maf群転写因子の過剰発現と伴に、c-Mycの過剰発現が観察される。そこで、c-Mafトランスジェニックマウスとc-Mycトランスジェニックマウスを交配し、c-Maf::c-Mycダブルトランスジェニックマウスを確立した。現在骨髄腫発症を追跡中である。1)B細胞特異的にc-Mafを高発現するトランスジェニックマウスの解析昨年度

作製した、高発現のプロモーター/エンハンサー系を用いて、B細胞にc-Mafを高発現するトランスジェニックマウスを解析したところ、頻度は低いものの、形質細胞腫が発症することを再確認した。得られた腫瘍細胞をヌードマウスに移植し、腫瘍であることの確認を行った。ヒト多発性骨髄腫では、c-Mafの過剰発現とともに、c-Mycの過剰発現が観察されている。c-Mafトランスジェニックマウスとc-Mycトランスジェニックマウスを交配し、骨髄腫発症の頻度が上昇するかどうかを解析した。その結果明らかな発現の上昇は認められなかった。3)T細胞特異的にc-Mafを過剰発現するトランスジェニックマウスの解析リンパ腫を発症したマウスより樹立した細胞株を用いて、それらの細胞についてmicro array解析を行うことにより、どの様な遺伝子変化が引き起こされているかを、引き続き網羅的に解析した。いくつかの候補遺伝子を同定した。現在その機能的な解析を行っている。4)リンパ系腫瘍以外での大Maf群転写因子の発現解析リンパ系腫瘍以外での大Maf群転写因子が発症に関与しているかを確認するために、他の腫瘍について、発現の解析を行った。その結果、様々な腫瘍組織でMafBの発現が認められ、それらは腫瘍に浸潤しているマクロファージに由来することが明らかとなった。1) B細胞特異的にc-Mafを高発現するトランスジェニックマウスの解析(ヒト多発性骨髄腫モデルの確立)B細胞にc-Mafを過剰発現することにより、頻度は低いものの、形質細胞腫が発症することを確認した。発症頻度を上昇させるために、c-Mycやp53+/-マウスとの交配を行い、発症の促進が認められるかどうかを明らかにした。また、トランスジェニックマウスの作製と同時に、レトロウイルスによる骨髄細胞に対する遺伝子導入法を用いて、Mafがん遺伝子とその他の遺伝子の相互作用を解析する系を確立し、遺伝子間の相互作用を解析することを目的とした。その結果、c-Mycやp53+/-の導入では、明らかな腫瘍発症促進効果は認められなかった。しかし、c-Maf単独過剰発現マウスでも安定した発症が認められるラインが確立できたため、ヒト骨髄腫のモデルとして十分であると考えられた。レトロウイルスによる遺伝子導入系も確立した。2)腫瘍随伴マクロファージにおけるMafがん遺伝子の機能解析腫瘍の進展、転移には腫瘍随伴マクロファージが重要な機能を有していることが報告されつつある。Mafがん遺伝子の中で、MafBおよびc-Mafは血液細胞では主にマクロファージ系の細胞に発現しており、マクロファージサブタイプであるM2マクロファージにより高く発現している。腫瘍随伴マクロファージはM2サブタイプのマクロファージと考えられており、Mafがん遺伝子がその機能発現に重要な機能を果たしていると予想される。そこでMafBおよびc-Maf欠損マウスを用いて、腫瘍随伴マクロファージにおけるMafがん遺伝子機能を解析することを目的とした。また、正常のマクロファージにおける機能も同時に解析した。
魚類免疫細胞上の補体第3成分(C3)レセプターの同定

補体系の中心成分であるC3が活性化されて生じる種々のフラグメントに対するレセプターの同定を、コイの頭腎から採取した白血球を用いロゼット法によって試みた。まず最初に、ロゼット形成試験の至適条件を検討したが、グルタルアルデヒドによって固定したヒツジ赤血球を抗体で感作し、さらに補体を反応させて調製したEACが、指示細胞として有効に利用できることが判明した。コイ頭腎より得た白血球をパーコール不連続密度勾配遠心法によってリンパ球、単球/マクロファージ、顆粒球の3画分に分画し、各画分についてロゼット形成能を測定した。その結果、単球/マクロファージ画分と顆粒球画分に形成能が認められたが、前者の方がより多くの支持細胞を結合した。また、これらのロゼット形成は、支持細胞をあらかじめ抗コイC3(Fab)で処理しておくと阻害された。以上の結果は、コイの単球/マクロファージには顆粒球よりも多くのC3レセプターを発現していることを示している。さらにこのレセプターの同定を進めるために、ロゼット形成反応をMg-EGTAまたはEDTA存在下に行い、ロゼット形成のMgイオン要求性を調べた。その結果、EDTAは単球/マクロファージおよび顆粒球のロゼット形成を約50%阻害したにすぎなかった。ヒト白血球上には、Mgイオン要求性のiC3bレセプター(CR3)と非要求性のC3bレセプター(CR1)およびC3dレセプター(CR2)の存在が知られているので、今回の実験結果は、下等な脊椎動物であるコイにも哺乳類のCR1CR3に相同なC3レセプターが備わっていることを示唆している。現在、上記ロゼット形成の阻害を指標に、コイ単球上のC3レセプターに対するモノクローナル抗体を作成中である。
コンクリート用細骨材の開発とその有効利用に関する研究

河砂・海砂に替わる新しいコンクリート用骨材資源として,(1)鳥取県に広くかつ多量に分布する真砂土の有効利用,(2)鳥取港への輸入砂(中国砂)と陸砂ないしはフェロニッケルスラグ細骨材との混合使用,さらには砕砂微粉末あるいはフェロニッケルスラグ微粉末の添加による中国砂ないしは産業廃棄物の有効利用,(3)消却灰溶融スラグ細・粗骨材の有効利用,(4)ガラスカレットの有効利用,等の課題を分担し,新しい骨材資源の開発ないしは既存廃棄物の有効利用の方策を探り,併せて比較的低品質の骨材から低・中品質から高品質のコンクリートを製造する技術を開発をすることを目的として研究を実施した。その結果,(1)の課題に関しては,鳥取県内15箇所の産地から真砂土を採取し,その物理的性質を把握するための調査・試験を実施し,真砂土を等級分けし,高・中・低品質に分類した。つぎに,品質の異なる真砂土を用いてコンクリートを練混ぜ,真砂土の品質が配合設計やコンクリートのフレッシュおよび硬化後の緒性状に及ぼす影響を明らかにするとともに,真砂土を用いたコンクリートを生コンプラントで製造する技術を開発した。(2)の課題では,中国砂は粒度が単一であるために,砕砂ないしはフェロニッケルスラグ細骨材と混合し,さらに微粒分不足を解消するために砕砂微粉ないしはフェロニッケルスラグ微粉末を添加することによって通常の細骨材を用いた場合と同等のコンクリートが製造できることを確認した。(3)に課題については,溶融スラグの年間の品質変動調査を実施するとともに,溶融スラグの細骨材あるいは粗骨材を用いたコンクリートの配合設計,フッレッシュおよび硬化コンクリートの性状を普通コンクリートとの比較の上で検討した。また,(4)のガラスカレットに関しては,モルタルを作製し,ガラスの色や粒度が膨張に及ぼす影響を明らかにした。(3)に課題については,溶融スラグの年間の品質変動調査を実施するとともに,溶融スラグの細骨材あるいは粗骨材を用いたコンクリートの配合設計,フレッシュおよび硬化コンクリートの性状を普通コンクリートとの比較の上で検討した。

また,(4)のガラスカレットに関しては,モルタルを作製し,ガラスの色や粒度が膨張に及ぼす影響を明らかにした。河砂・海砂に替わる新しいコンクリート用骨材資源として,(1)中国地方に広くかつ多量に分布する真砂土の有効利用,(2)輸不砂(中国産砂:中国福建省)と陸砂ないしはフェロニッケルスラグ細骨材との混合使用,さらには砕砂微粉末,石灰微粉末,生コンスラッジ微粉末,あるいはフェロニッケルスラグ微粉末の添加による中国砂ないしは産業廃棄物の有効利用,(3)消却灰溶融スラグ細・粗骨材の有効利用,(4)ガラスカレットの有効利用,等の課題を分担し,新しい骨材資源の開発ないしは既存廃棄物の有効利用の方策を探り,併せて比較的低品質の骨材から低・中品質から高品質のコンクリートを製造する技術を開発をすることを目的として研究を実施した。その結果,(1)の課題に関しては,鳥取県内15箇所の産地から真砂土を採取し,その物理的性質を把握するための調査・試験を実施し,真砂土を等級分けし,高・中・低品質に分類した。つぎに,品質の異なる真砂土を用いてコンクリートを練混ぜ,真砂土の品質が配合設計やコンクリートのフレッシュおよび硬化後の緒性状に及ぼす影響を明らかにするとともに,真砂土を用いたコンクリートを生コンプラントで製造する技術を開発した。(2)の課題では,中国砂は粒度が単一であるために,砕砂ないしはフェロニッケルスラグ細骨材と混合し,さらに微粒分不足を解消するために各種の微粉末を添加することによって通常の細骨材を用いた場合と同等のコンクリートが製造できることを確認した。(3)に課題については,溶融スラグの年間の品質変動調査を実施するとともに,溶融スラグの細骨材あるいは粗骨材を用いたコンクリートの配合設計,フッレッシュおよび硬化コンクリートの性状を普通コンクリートとの比較の上で検討した。
波長キャリアと空間キャリアの融合によるチャネルド偏光計測法の新展開

チャネルド偏光計測法は、偏光状態の波長ないし空間分布を、波長キャリアないし空間キャリアを利用して測定する方法である。本研究の目的は、この波長ないし空間キャリアを柔軟に活用する新たな偏光計測・制御法を開発することであった。第1の成果は、この原理に基づくハイパー分光ミューラー行列偏光計の開発である。第2に、高次移相子とチャープパルスを用いた偏光およびリング状光格子の超高速回転法も開発した。チャネルド偏光計測法は、波長キャリアないし空間キャリアを利用する偏光計測法である。本法は、従来の他の偏光計測法では必要不可欠であった時間軸に対する偏光変調素子が不要であるという利点を持ち、高速、小型、高安定などの様々な特徴を有している。本研究の目的は、このチャネルド偏光計測法に改良および拡張を加え、この計測法を大きく発展させることである。これにより、本法が応用可能な計測分野を拡大することを目指す。平成27年度の主な成果は、チャネルド偏光計測法に基づくハイパー分光ミューラー行列偏光計の開発であった。我々が考案した偏光計では、光源側に波長キャリアを発生するチャネルド分光偏光変調器を、一方受光側にはサバール板を用いた空間キャリアを発生する結像系をそれぞれ配置している。この偏光計から得られる光強度分布に対して波長軸および空間軸で周波数フィルタリング処理を行うと、測定試料に関するミューラー行列の16要素すべてについて波長と空間の分布が求まる。本測定原理の有効性を確認するために、2種類のハイパー分光偏光計を試作した。ひとつの系は、波長走査型半導体レーザを用いた偏光計であり、狭い波長帯域ではあるがミューラー行列の空間2次元分布を求めることに成功した。もうひとつの系は、イメージング分光器を用いたハイパー分光ミューラー行列偏光計である。ミューラー行列の波長および空間一次元の分布をスナップショットで測定することができる。初年度の主な目標である「ハイパー分光偏光計の開発」に関して、ほぼ当初に目標とした成果を得ることができた。またあわせて、「チャネルド偏光計の基本性能の改善」に関しても、新たな誤差要因の特定が進んでいる。ただし、両者ともまだ改善の余地が残っており、現在その解決に向けて鋭意努力中である。本法は、従来の他の偏光計測法では必要不可欠であった時間軸に対する偏光変調素子が不要であるという利点を持ち、高速、小型などの様々な特徴を有している。そして、本法が応用可能な光計測・制御分野の拡大を目指す。昨年度から引き続き平成28年度は、チャネルド偏光計測法に関連する様々な光計測・制御法の開発を進めるとともに、チャネルド偏光計測法自体の基本性能の改善にも取り組んだ。特に本年度は、以下に述べるように後者において大きな進展があった。過去に我々は、チャネルド偏光計測法の安定度を大幅に改善する方法として自己較正法を見いだし、その有効性を一部のチャネルド分光偏光計で示してきた。ところが、その後研究を進めていくと、たとえ自己較正法をもちいても、測定系の不安定さを取り除ききれないチャネル偏光計が一部に残っていることがわかった。本研究において我々は、平成27年度から28年度にかけてこの不安定さが生ずる状況を徹底的に調べ、最終的にその原因が、光学システム内に存在する環境要因の微妙な不均一さによることを突き止めた。我々はこの知見に基づき、幾種類かのチャネルド偏光計について光学システムを再構築し、再度実験を行った。これにより、この問題が偏光計の改良によって解決できることが実証された。主な目標のうち、これまでに「ハイパー分光偏光計の開発」に関しては基本性能の実証が終わり、現在はその性能向上の段階に移っている。また「チャネルド偏光計の基本性能の改善」に関しても、環境要因の微妙な不均一さという新たな誤差要因を特定し、さらにその影響の低減も成功しつつある。最終年度は、これまでに本研究で得られた様々な知見をもとに、チャネルド偏光計測法および関連する様々な光計測・制御法について、その基本性能の改善と応用の拡大を図った。第1に、チャネルド偏光計測法の基本形となる分光偏光計と撮像偏光計について、誤差低減を図った。主な改善点は、自己較正の際の不安定要因となっていた光学システム内の環境要因の微妙な不均一さを取り除くために計測系を改善した点にある。第2に、初年度に開発したチャネルド偏光計測法に基づくハイパー分光ミューラー行列偏光計の性能向上を行った。このために、光学系の細かな不安定要因を洗い直し、系の再構築を行った。

第3に、本法の生体分野への応用を目指して、本研究で得られた光計測・制御技術を顕微鏡下で実現するための基礎研究を行った。特に、本法に軸対称偏光素子による光渦の変換機能を組み合わせた光ビームの高速回転制御法が、顕微鏡下で光トラップされた微粒子の回転制御に有効であることが示された。チャネルド偏光計測法は、偏光状態の波長ないし空間分布を、波長キャリアないし空間キャリアを利用して測定する方法である。本研究の目的は、この波長ないし空間キャリアを柔軟に活用する新たな偏光計測・制御法を開発することであった。第1の成果は、この原理に基づくハイパー分光ミューラー行列偏光計の開発である。第2に、高次移相子とチャープパルスを用いた偏光およびリング状光格子の超高速回転法も開発した。引き続き、上記の目標を中心に、チャネルド偏光計に関する研究をすすめる。「ハイパー分光偏光計の開発」については、本法の基礎特性の解析とその向上を目指して研究を行う。一方、「チャネルド偏光計の基本性能の改善」については、誤差解析を進め、さらなる性能向上を目指す。引き続き、上記の目標を中心に、チャネルド偏光計に関する研究を行う。特に、ハイパー分光偏光計などの新たな光計測・制御法の開発を積極的に進める。さらに、チャネルド偏光計の基本性能についても、さらなる性能向上を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。光波センシング・応用光学29年度が最終年度であるため、記入しない。
生命金属動態を制御するシグナル伝達の分子機構

本新学術領域における「生命金属科学研究基盤」の確立のため、本研究課題では、生命金属の中でも、生命維持のための種々の生理学的に重要な過程で様々な機能を果たしている鉄に注目し、鉄が関与する制御系を構成する蛋白質の機能解析及び相互作用解析を基盤として、そのヘムを介した細胞内鉄動態制御機構の解明を目指す。一方、研究項目A03の目的である有害金属の生体内動態と作用機序の解明については、細胞内の鉄動態制御機構が、種々の要因で「攪乱」されることにより、細胞がどのような応答をするのか、生化学的、細胞生物学的に解析することにより、必須金属である鉄が有害金属に変容する機構の解明を試みる。
筒内直接燃料噴射機関における混合気形成過程の解明-CO_2排出低減のために

内燃機関に対しては,地球温暖化防止と環境保全のために,CO_2排出量と大気汚染物質排出量の低減が要請されている.直接噴射式ディーゼル機関は,熱効率が高くCO_2排出の点で有利であるが,NO_xと炭素微粒子の同時低減が緊急課題であり,それを実現し得る希薄予混合圧縮着火方式の実用化が期待されている.ガソリン機関では,CO_2排出量低減策として筒内直接噴射ガソリン機関が実用化されている.これらの機関では,混合気形成と燃焼の適切な制御が重要な技術的課題となっている.本研究では,燃料噴霧挙動を数値解析するための物理モデルを検討し,その高精度化を図り,筒内直接燃料噴射機関での混合気形成過程を解明することを目指した.まず,離散液滴モデルに基づく諸物理モデル(液滴分裂,噴霧の壁面衝突・液膜形成,液滴・液膜蒸発などのモデル)を,本研究者のGTTコードに組み込み,噴霧挙動と混合気形成過程が精度良く予測できることを確かめた.予混合圧縮着火機関の例として,圧縮行程初期にSwirl InjectorによりHollow Cone噴霧を噴射させる機関を解析し,混合気濃度分布の一様化に縦渦あるいは斜めスワールが効果的なことを明らかにした.また,一対のHole Nozzleを用いて噴霧を相互に衝突させる側方噴射式機関,およびPintle Nozzleを用いHollow Cone噴霧を噴射させる中央噴射式機関(いずれもガス流動はスワール)の解析を行った結果,いずれも混合気濃度分布は円環状となり均一分布とはならないため,より低NO_x化するためには混合気の均一化が必要であることが判った.さらに,筒内直接噴射ガソリン機関について,Swirl InjectorによるHollow Cone噴霧に対する噴射境界条件の設定方法と液滴分裂モデルを検討し,実際の噴霧形状と平均粒径を予測できるモデルを提唱した.そして,実機における混合気形成過程を数値解析し,燃焼室形状とガス流動が燃焼室内混合気濃度分布に及ぼす影響を明らかにした.内燃機関に対しては,地球温暖化防止と環境保全のために,CO_2排出量と大気汚染物質排出量の低減が要請されている.直接噴射式ディーゼル機関は,熱効率が高くCO_2排出の点で有利であるが,NO_xと炭素微粒子の同時低減が緊急課題であり,それを実現し得る希薄予混合圧縮着火方式の実用化が期待されている.ガソリン機関では,CO_2排出量低減策として筒内直接噴射ガソリン機関が実用化されている.これらの機関では,混合気形成と燃焼の適切な制御が重要な技術的課題となっている.本研究では,燃料噴霧挙動を数値解析するための物理モデルを検討し,その高精度化を図り,筒内直接燃料噴射機関での混合気形成過程を解明することを目指した.まず,離散液滴モデルに基づく諸物理モデル(液滴分裂,噴霧の壁面衝突・液膜形成,液滴・液膜蒸発などのモデル)を,本研究者のGTTコードに組み込み,噴霧挙動と混合気形成過程が精度良く予測できることを確かめた.予混合圧縮着火機関の例として,圧縮行程初期にSwirl InjectorによりHollow Cone噴霧を噴射させる機関を解析し,混合気濃度分布の一様化に縦渦あるいは斜めスワールが効果的なことを明らかにした.また,一対のHole Nozzleを用いて噴霧を相互に衝突させる側方噴射式機関,およびPintle Nozzleを用いHollow Cone噴霧を噴射させる中央噴射式機関(いずれもガス流動はスワール)の解析を行った結果,いずれも混合気濃度分布は円環状となり均一分布とはならないため,より低NO_x化するためには混合気の均一化が必要であることが判った.さらに,筒内直接噴射ガソリン機関について,Swirl InjectorによるHollow Cone噴霧に対する噴射境界条件の設定方法と液滴分裂モデルを検討し,実際の噴霧形状と平均粒径を予測できるモデルを提唱した.そして,実機における混合気形成過程を数値解析し,燃焼室形状とガス流動が燃焼室内混合気濃度分布に及ぼす影響を明らかにした.内燃機関に対しては,地球温暖化防止のために,CO@@S22@@E2排出量を低減させることが要請されており,燃料消費量を極力減少させる必要がある.また,大気環境保全のため,大気汚染物質排出量の低減が要請されており,混合気形成と燃焼を如何に制御すれば良いかが重要な課題となっている.直接噴射式ディーゼル機関は,熱効率が高く,CO@@S22@@E2排出の点で他の熱機関より有利であるが,窒素酸化物と炭素微粒子を同時に低減することが緊急の課題である.一方,ガソリン機関においては,燃料消費量の低減策として,ガソリン直接噴射機関が注目されている.そこで,本研究課題では,燃料噴霧挙動を数値解析するための物理モデルの検討を行って,その高精度化を図り,筒内直接燃料噴射機関における混合気形成過程を解明することを目指している.本年度は,まず,離散液滴モデルに基づく各物理モデル,すなわち,液滴分裂モデル,噴霧の壁面衝突・液膜形成モデル,液滴・液膜蒸発モデルなどを,本研究者が開発した3次元流動計算プログラム(GTTコード)に組み込み,実機と同様の雰囲気条件,壁面形状のもとで,基礎的検証を行った.そして,高温・高圧雰囲気中で模擬燃焼室の壁面に衝突する噴霧の数値解析を行い,実験データと比較して,混合気形成過程が精度良く予測できることを確かめた.

さらに,直接噴射式ディーゼル機関において,窒素酸化物の排出を大幅に低減できる予混合圧縮着火方式を実現するための基礎研究として,Hollow Cone状の噴霧を早期噴射した場合について,噴霧挙動の数値解析を行い,混合気形成過程に及ぼすガス流動の影響,燃料噴射弁の位置・方向の影響,および燃焼室形状の影響について調べた.その結果,浅皿型ピストンキャビティを持つ機関の燃焼室内において,圧縮行程初期にHollow Cone噴霧を噴射した場合,燃料蒸気濃度分布の一様化に,縦渦あるいは斜めスワールが,効果的であることが明らかになった.内燃機関に対しては,地球温暖化防止と環境保全のために,CO_2排出量を低減させるとともに,大気汚染物質排出量の低減が要請されている.直接噴射式ディーゼル機関は,熱効率が高く,CO_2排出の点で他の熱機関より有利であるが,NOxと炭素微粒子を同時に低減することが緊急の課題であり,それを実現し得る希薄予混合圧縮着火方式の実用化が期待されている.一方,ガソリン機関においては,燃料消費量の低減策として,筒内直接噴射ガソリン機関が実用化されるに至っている.これらの機関では,混合気形成と燃焼を適切に制御することが,重要な技術的課題となっている.そこで,本研究では,燃料噴霧挙動を数値解析するための物理モデルの検討を行って,その高精度化を図り,筒内直接燃料噴射期関における混合気形成過程を解明することを目指している.本年度は,筒内直接噴射ガソリン機関用のSwirl Injectorによって形成されるHollow Cone噴霧について,噴射境界条件の設定方法と液滴分裂モデルについて検討し,実際の噴霧形状と平均粒径を予測できるモデルを提唱した.この噴霧モデルを組み込んだ本研究者の3次元流動計算プログラム(GTTコード)用いて,筒内直接噴射ガソリン機関における混合気形成過程を数値解析し,燃焼室形状とガス流動が燃焼室内混合気濃度分布に及ぼす影響を明らかにした.また,予混合圧縮着火機関の例として,一対のHole Nozzleを用いた側方噴射式機関およびPintle Nozzleを用いた中央噴射式機関(いずれもガス流動はスワール)における噴霧挙動の解析を行った.その結果,前者の機関では,噴霧が相互に衝突して燃料液滴が飛散し,後者の機関では,Hollow Cone噴霧により燃料液滴が円錐状に広がるが,いずれも混合気濃度分布は円環状となり,均一分布とはなっていないことが判った.このため,より低いNOx化するためには,混合気の均一化を図る必要があることが明らかとなった.