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先端医療機器の高度化を目的とした液晶駆動型超小型モータの開発

液晶に電場を印加すると棒状分子が回転して流動(背流)が発生する.この流動を利用して小型モータを開発した.寸法効果について検討するため軸径が70μm,100μm,485μmの3種類のサイズのモータを製作した.いずれにおいても回転むらの少ないスムーズな回転が得られた.本研究で開発したモータは,軸の外表面に接している液晶が発生するせん断力で回転するので,寸法が小さいほど回転数は大きい.最大回転数は最小サイズのモータに対して得られ,約30 rpmであった。液晶の分子形状は棒状である.液晶に電場を印加すると,この棒状分子は重心まわりに回転し,そこに流動が発生する.この発生流動を利用すると,様々な大きさおよび形状のアクチュエータが開発できる.液晶によるしなやかな回転が可能なマイクロモータの実現は,超精密化,超小型化が要求されている次世代マイクロロボット,胃カメラや嚥下式カプセル型内視鏡のような先端医療機器等の開発を大幅に加速すると考えられる.さらに,精密機器メーカーや液晶合成化学業界,情報産業等も巻き込んだ新たな市場の創出をも可能にすると予想される.本研究では,同心二重円筒の間隙に液晶を充填することで液晶モータのプロトタイプを製作する.印加電圧と回転数,発生トルク,エネルギー効率等の関係を実測するとともに計算結果との比較を行う.また寸法効果について検討し,最適駆動条件を決定する.平成22年度は,まず購入した数種類の液晶の粘性係数と弾性定数を測定した.次に,同心二重円筒間の液晶流れを計算するためのプログラミングを行った.その際,本研究室で従来構築した各種サブプログラムを利用することでプログラミングの効率化・省力化を図った.完成したプログラムを用いて,印加電圧,液晶の物性値(粘性係数,弾性定数,誘電率の異方性等),モータの寸法を広範囲に変化させて回転数とトルクの大きさを計算した.最後に,計算結果に基づいて,次年度に実際に製作するモータの寸法の概略と,電源接続方法について検討した.液晶に電場を印加すると棒状の分子が回転して,背流と呼ばれる流動が発生する.この流動を利用して超小型モータの開発を目指す.本年度はサイズの異なるプロトタイプを数種類製作し,印加電圧およびその周波数を変化させて,回転数,発生トルクの関係を求めた.また計算結果との比較検討も行った.1.液晶分子の配向処理内筒の外表面には通常のラビング処理を施すことで,液晶分子を壁面に対して平行に配向させた.一方,外筒の内表面にラビング処理を施すことは極めて困難であったので,液晶分子を壁面に対して垂直に配向させ,結局,ハイブリッド配向を採用した。2.モータの設計と製作モータの内外筒の間隙が5μm50μm外筒の外径が100μm800μmのものを製作した.内外筒ともにガラス管を用いた.表面にはスパッタリング装置で電極膜を蒸着した.3.動特性の評価印加電圧と周波数を変化させながら,モータの回転数を精密測定した.壁面せん断力の出力値上は極めて小さいので,市販の加重センサやトルク計は使用できず,回転角の時間変化から出力値を算出した.回転角の測定には高速度ビデオカメラを用いた.本実験範囲内では,最大回転数は約30rpmであった.実測データを計算結果と比較検討した結果,両者は満足に一致した.4.成果発表日本機械学会年次大会(東京),日本液晶学会討論会(東京),日本流体力学会中四国・九州支部講演会(福岡),ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference(浜松)で成果発表を行った.また論文執筆と特許出願も行った.液晶の背流効果を利用した超小型モータの開発を目指して研究を行った.本年度は,昨年度開始した実験を継続した.とくに寸法効果について検討するため,3種類のサイズのモータを製作して,それらの動特性実験を行った.その際,電場強度を一定にするため,外筒と内筒の間隔はすべて一定の5μmとなるように外筒と内筒のサイズを選んだ.製作した3種類のモータの代表的な寸法は,モータ1(外筒の内径80μm,内筒の外径70μm),モータ2(外筒の内径110μm,内筒の外径100μm),モータ3(外筒の内径495μm,内筒の外径485μm)である.いずれのモータにおいても回転むらの少ないスムーズな回転が得られた.回転数は,モータ1では周波数が1000Hzのとき最大値20.5rpm,モータ2では周波数が1000Hzで最大値14.6rpm,モータ3では周波数が400Hzで最大値2.6rpmであった.

本研究で開発したモータは,内筒の外表面に接している液晶が発生するせん断力で回転するので,寸法が小さいほど回転角としては大きく,結果的に回転数も大きくなったと考えられる.得られた結果は,日本流体力学会年会(高知),日本機械学会流体工学部門講演会(京都),数値流体力学シンポジウム(東京),MEMS2013(台湾),日本機械学会中国四国支部講演会(高知)で発表した.また論文執筆と報告書の作成も行った.さらに,2年前に米国に出願していた特許が登録された.当初の計画通り進んでいる.特に外筒内壁の分子配向処理であるが,通常のラビング処理が困難な場合,液晶分子を垂直に配向させるハイブリッド配向に切り替えることを申請時に予想していた.事実,その通りとなり,本研究の中で最も困難な点をクリアーできた.24年度が最終年度であるため、記入しない。H22年度,23年度の2年間で,実験,数値計算,ともに順調に進んでおり,研究計画の変更はない.本年度は研究期間の最終年度であり,液晶アクチュエータのエネルギー効率に関する追加実験を遂行しながら,特許出願,国内外での口頭発表,および論文執筆等の成果発表を積極的に行う予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
ウラン系重い電子物質の超伝導解明と新奇超伝導状態の探索

今年度の主な成果として以下の研究成果がある。1青木Gは、UCoGeの単結晶の輸送現象(電気抵抗、熱伝導度)と磁化を極低温・強磁場の極限環境下で精密に測定し、強磁性の磁気モーメントと平行(c軸)方向に磁場を加えたときは超伝導電子対が弱められ、垂直(b軸)報告に磁場を加えたときは逆に強められることを示した。この結果はNMR実験結果とコンシステントな結果である。2UCoGeではa軸方向に磁場を加えた場合、超伝導は単調に減少していくだけであるがb軸に印加した時は超伝導は増大する。石田Gでは印加磁場に対して超伝導のレスポンスが大きく異なるのはスピン磁化率の異方性に関係することを、各軸方向のナイトシフトの精密測定から指摘した。3UCoGeは加圧により強磁性秩序は消失し超伝導のみを示すようになる。強磁性秩序が消えた圧力領域の磁気状態と超伝導状態を核四重極共鳴より調べた。強磁性秩序が消えたP = 0.67 GPaでは超伝導直上での強磁性ゆらぎが強まり、超伝導転移温度も上昇している。また超伝導転移以下の超伝導相では1/T1は急激に減少しているが、強磁性と共存している超伝導状態の時に見られていた非超伝導成分の1/T1は見られなかった。この結果は、(1)バルク超伝導は強磁性秩序が消えたのちも生き残ること、(2)イジング強磁性ゆらぎが超伝導の引力であるというシナリオをより確かにする実験結果であること、(3)強磁性秩序と共存する超伝導で見られた非超伝導の1/T1の成分は強磁性相の存在と関係した成分であり、「自己誘導渦糸状態」の存在を支持する結果であること、を示唆する。さらにこの強磁性を抑えた圧力下の常磁性超伝導相で59Co核のナイトシフト測定から超伝導状態のスピン磁化率を測定したところ、超伝導状態でもスピン磁化率はほとんど変化せず、スピン三重項超伝導を示唆する結果が得られた。ウラン化合物の新奇な超伝導状態の理解、特に強磁性超伝導体の超伝導状態や超伝導発現機構の解明のため、核磁気共鳴(NMR)、核四重極共鳴(NQR)実験より微視的な観点から調べている。現在までの3年間で下記の研究成果を挙げてきている。1強磁性超伝導体UCoGeにおける強磁性ゆらぎによるスピン三重項超伝導状態の確証。強磁性モーメント方向のc軸方向の強磁性ゆらぎと超伝導と関係を調べた。c軸方向に磁場を印加し強磁性ゆらぎを抑えると超伝導も抑制され、b軸方向に磁場を印加し強磁性転移を抑えることで強磁性ゆらぎが強まると超伝導臨界磁場が高まることを明らかにした。このように強磁性ゆらぎは超伝導に密接に関係していることを実験から明らかにした。また超伝導状態でのスピン磁化率の測定からスピン三重項を示唆する結果は得られている。2強磁性超伝導URhGeにおける強磁性臨界ゆらぎにより強められる超伝導。URhGeで磁場をb軸に印加した時に見られるリエントラント超伝導の磁場領域で磁気励起をNMRより調べ、リエントラント超伝導が見られる磁場領域において印加磁場方向の磁気励起を検出する核スピン-スピン緩和率1/T2に発散的な振舞いが見られることを明らかにした。URhGeのリエントラント超伝導に対してはb軸方向の磁気ゆらぎが重要であることを示した。3圧力誘起超伝導の強磁性体UGe2におけるイジング強磁性ゆらぎの検出、4隠れた秩序状態と共存するURu2Si2の超伝導対関数の同定、5ThをドープしたUBe13における超伝導2段転移の観測、6トポロジカル超伝導の観点からのウラン系超伝導、7第一原理計算、および多極子超伝導の観点から見たウラン系超伝導体ただし、6、7の理論成果は研究申請時には予想していなかった結果であるので、当初予想していた以上の研究成果を挙げられている。1強磁性超伝導体UGe2における強磁性ゆらぎと超伝導。最近、藤Gにより常圧のUGe2においても強磁性モーメント方向に異方的な強磁性ゆらぎが存在することが明らかとなった。加圧下のNMRの実験より、この強磁性ゆらぎと超伝導の関係を明らかにする。2強磁性超伝導体UCoGeにおける超伝導状態のスピン磁化率の測定。現在、加圧下で強磁性を抑制したもとナイトシフト測定による超伝導状態のスピン磁化率の測定を行っている。この測定を推し進め、広い圧力領域で実験を行う。本測定では試料の角度合わせが重要かつ大変であるが、可能な限り試料の各軸方向に磁場をそろえることの出来るように装置の工夫するをする。3UBe13、(UTh)Be13の超伝導状態の解明。UBe13については超伝導状態においていろいろな物理量に異常が現れ、スピン三重項超伝導体であることが指摘されているが、現在までのところその異常の起源と超伝導対パリティについて確定していない。広い磁場下でのナイトシフトと1/T1の測定を行い、超伝導対状態やギャップ関数を同定する。4結晶対称性に保護された超伝導ギャップノードの解明。本研究課題におけるこれまでの理論研究により、従来の理論では存在が分からなかった超伝導ギャップ構造が明らかにされた。

その一例は非共型空間群に守られたラインノードであり、他の例はブロッホ状態の角運動量に依存するポイントノードである。これらは超伝導対称性とギャップ構造の新しい関係を示すものであり、UBe13, UCoGe, UPt3が候補物質として挙げられる。今後2年間の研究でこれらの超伝導体の微視的機構と共に明らかにして行く予定である。5ウラン系以外での強磁性超伝導体の発見今までのところ、強磁性超伝導体はウラン化合物に限られていた。イジング型の異方性をもつd電子系の強磁性で超伝導が見られないか超伝導探索を行う。前年度は以下の研究を行った。1)ウラン強磁性超伝導体と同じ結晶構造のPnma空間群を持つ新規物質開発を行い、スピンのフラストレーションに起因した多段のメタ磁性を示す物質を見出した。また、強磁性超伝導については純良単結晶を育成によりフェルミ面の再構築もしくはリフシッツ転移に伴う不安定性と考えられる結果を得た。2)UBe13、UGe2、UCoAlのNMRを行い、UBe13では5テスラの磁場下でTc以下T*までナイトシフトは全く変化しないが、T*以下ででナイトシフトは0.02%減少することを見出した。一方UGe2では圧力下角度回転NMRによりイジング的な磁気異ゆらぎを確認した。また、UCoAlでは量子臨界終点についてこれまでの報告と異な結果を得て、量子臨界終点はさらに高圧側に存在する可能性を示した。3)スピン三重項超伝導体と考えられているSr2RuO4のスピン磁化率をRu、17Oサイトのナイトシフトの測定より再度測定した。17Oのナイトシフトは以前の結果を再現した。99Ruのナイトシフトでは、超伝導転移に伴いスピン磁化率がわずかに増大する振る舞いを見出した。99Ruサイトは電子スピンとの結合が強いため超伝導転移に伴うわずかなスピン磁化率の増大を捕らえることが出来たと考えられる。4)UPt3におけるスピン三重項超伝導相のトポロジカルな性質を調べた。非共型な結晶構造に特有の秩序変数を示し、新奇なワイル超伝導相であることを明らかにした。5)第一原理計算に基づいて、UPt3の遍歴有効模型を構築し、その磁気揺らぎの構造を調べるとともに、可能な超伝導状態を明らかにした。また、その計算過程で必要となった群論的な考察を一般化し、様々な多軌道超伝導体に対する群論的な考察をテーブルにまとめることに成功した。本研究課題ではウラン系超伝導体の純良単結晶を用いた網羅的NMR研究を計画した。現在までに、それぞれの班でウラン系物質を振り分けて、NMR実験を開始している。特に強磁性超伝導体については純良単結晶を用いて異方性を考慮したNMRを行い、UGe2、URhGe、UCoGeの3物質についてイジング異方性をもつ強磁性ゆらぎが存在することを明らかにした。今後これら三物質においてこのイジング強磁性ゆらぎと超伝導の関係を調べ共通点、相違点を明らかにする。またウラン系化合物の物質探索や、様々な超伝導体による超伝導状態のスピン磁化率の振る舞いも系統的に調べる。さらに理論グループも連携し、実験も視野に入れた理論研究を行っている。このような現状であり、研究はおおむね順調に進展していると判断する。本研究課題では、ウラン系化合物、特にスピン三重項超伝導が実現していると考えられている強磁性超伝導UGe2、URhGe、UCoGeにおいて超伝導波動関数の同定及び発現機構の解明、またスピン三重項超伝導特有の新奇現象の発見を目指す。現在までに以下の成果を得た。1強磁性超伝導体UCoGeにおいてイジング的な一軸異方性を持つ強磁性ゆらぎが存在していることをNMR実験より明らかにした。
寒冷地の森林地帯における流量と水質変動

1.降雨・降雪に含まれる化学成分を分析した。天塩演習林のように近くに大きなSO_4の発生源のない場所でも、降水の大部分は酸性雨であった。降雨よりも降雪のpHが小さく、冬期には、大陸に発生源をもつとみられるSO_4の影響がシビアに降雪のpHに現れた。2.北海道北部の7流域の冬期の渇水流量は非常に安定していて、夏期の渇水流量より流域山体の流出特性を把握する上では、有効と判断された。3.夏期の無降雨期と降雨による増水時の渓流水の化学分析を行った。この中で、増水時のTOCが、森林流域が無立木地の流域より多く含まれ、とくに蛇紋岩地域では顕著で、これによる増水成分の解析を試みた。水道原水として塩素消毒を行った場合、これらの有機物の一部はトリハロメタンと化す可能性があり、森林流域の水質形成を引き続き解明したい。4.積雪深・土壌凍結の存在と冬期流量の関係を調査した。強風域の無立木地では積雪の移動が激しく、土壌凍結の発生が冬期の渇水流量を減じている。一方、内陸の多雪域では、このような現象は認められなかった。5.宗谷・礼文の調査から、ササが土壌凍結地域を判別するのに有力な指標になりうる可能性があり、今後も調査を継続する。6.渓流魚の生態と流況との関係を採餌行動から解明した。北海道北部の第3系山地及び蛇紋岩山地の6小流域で量水と採水を行った。蛇紋岩流域では、降水に対する流出の応答が早く、また冬期渇水流量が多い。蛇紋岩山体の中腹部の山火事跡の無立木地で、水平に50m、斜面沿いに50mを深さ約1mのトレンチを掘り、土壌断面の観察と撒水実験を行った。B層以下では樹根跡など特異な大孔隙を除けば、水の移動は少ないとみられ、B層以下の土壌形成は、現在の気候・生物環境で行われたものとは考えにくい。撒水するとA層が飽和状態となり、A_0層下部やA層の大孔隙を通じて水の斜面に沿う移動がみられた。約20cmのA層のみが降水に対応して乾湿の変化をするが、B層以下の水の動きは少なく、また時間を要するとみられた。このことは渓流流出のパターンと矛盾しない。降水(雨と雪)と渓流水のpH・EC・主要イオンなどの化学成分の対比を行った。天塩演習林のような農村で、近くにSO_χ、NO_χの大きな排出源のないところでも降水のpHは低く、とくに降雪の場合は最大が5.5で大部分が酸性雪である。これに対し、渓流水のpHは新第3系山地では6.87.6で、融雪期に若干低くなる。蛇紋岩山地では8.48.6であり、土壌層の緩衝作用は極めて大きいことを示唆している。一方、上水道水源にする場合、塩素消毒によってトリハロメタン類になる水溶性有機物の量を示す260nm紫外吸光度は、蛇紋岩山地では増水時に高い値を示し、ダケカンバの低木林・ササが大部分を占める流域よりも、アカエゾマツ林の優占する流域が高い値を示した。1.北海道大学天塩地方演習林で、蛇紋岩山地2地域、第三紀層山地3流域(1流域追加)及び宗谷丘陵2流域で流量観測を行った。冬期の渇水流量は非常に安定していて、夏期の渇水流量より流域山体の流出特性を把握する上では、有効と判断された(水文・水資源学会誌に投稿予定)。2.天塩・中川演習林および宗谷丘陵で、積雪深・土壌凍結の存在、厳冬期の流量観測を行い、土壌凍結の存在と冬期流量の関係を調査した。3.降雨・降雪に含まれる化学成分の分析を継続実施した。

天塩演習林のように近くに大きなSO_4の発生源のない、森林と農地に囲まれた場所でも、降水の大部分は酸性雨であった。降雨よりも降雪のpHが小さく、冬期には、大陸に発生源をもつと判断されるSO_4の影響が厳しくpHに現れた。4.夏期の無降雨期間、降雨による増水期の渓流水の化学分析を行った。この中で、増水時のTOCが、森林流域が無立木地の流域より多く含まれ、とくに蛇紋岩地域では顕著で、これによる増水成分の解析を試みた。一方、水道原水として塩素消毒を行った場合、これらの有機物の一部はトリハロメタンと化す可能性があり、森林流域の水質形成は引き続き観測を続ける。5.宗谷・礼文の積雪量と凍土り存在との調査から、このような地域ではササが土壌凍結の有力な指標になりうる可能性があり、今後も調査を継続する。
水素ガス中イオウ及びハロゲン元素の迅速分析用高感度Heプラズマ分光システムの開発

本研究では、Heプラズマを励起源として、水素ガス中SおよびXを迅速かつ高感度に分析する「水素ガス中イオウおよびハロゲン元素の迅速分析用高感度Heプラズマ分光システム」の開発を行っている。本システムでは、申請者らのグループが開発した小型高出力マイクロホローカソード放電(MHCD)プラズマを励起源として用い、水素ガス中イオウ化合物を液体窒素で捕集・分離濃縮して、再ガス化後にプラズマに導入して発光分光分析を行う。昨年度開発した真鍮製スパイラル型捕集システムに関して、2本の捕集管を連結してH2Sの捕集効率を検討したところ、概ね2 macro-Lまでは定量的に捕集できることを確認した。本システムの開発には十分な捕集量であることが明らかになった。また、H2Sを精度よく安定に捕集するためには、水素燃料ガスを比較的低流量(0.03 L/min程度)で流すことが有効である。一方、捕集したH2Sを再ガス化する際には、大量の熱湯などのように熱容量の大きな媒体で一気に昇温させることが、精度的にも感度的にも効果的である。マイクロプラズマの励起条件としては、10 mL/min程度のHeガス流速でプラズマを維持し、試料を導入することが最適である。これは、励起エネルギーの高いSを発光させるためには、プラズマ中での対象元素の滞留時間が影響してるためと思われる。今後、プラズマのパワーおよび励起エネルギーとの関係を検討する必要がある。また、パルスプラズマ信号の取り込み速度が検出感度に及ぼす影響についても検討したが、暗電流が小さい本MHCDでは現状の積算取り込み時間100 msで十分なS/N比が確保できていることがわかった。本システムを用いると、現時点で、約3 Lの水素ガスを試料とすることで、ISOで規定された水素燃料ガス中0.004 ppmのイオウを検出することができる。水素燃料ガス中のイオウ化合物を分離濃縮するシステムを開発し、最適な捕集条件や捕集効率を明らかにした。水素ガスからのイオウ化合物の分離濃縮は、プラズマ分光分析を利用する分析システムでは不可欠な技術であり、その可能性を明らかにできた。また、マイクロプラズマの励起条件としては、最適なHeガス流速を明らかにし、今後の検討ポイントを明確にした。・低流量に対応したマスフローコントローラーと電磁バルブから成るガス制御システムを試作し、検出感度の向上を図る。・Heマイクロプラズマの電極材料を検討して、より高感度の検出と電極の長寿命化を図る。・本システムによるMoやZrなどの金属を含有するガスの分析への適用を検討する。本研究では、Heプラズマを励起源として、水素ガス中SおよびXを迅速かつ高感度に分析する「水素ガス中イオウおよびハロゲン元素の迅速分析用高感度Heプラズマ分光システム」の開発を行った。本年度は、申請者らのグループが開発した小型高出力マイクロホローカソード放電(MHCD)を用い、小型のHeプラズマ(He Plasma)を励起源とするプラズマ分光分析システムを組み立てた。本システムはプラズマ測光系と試料導入系から構成される。プラズマ測光系はMHCD-Heプラズマを光源とし、集光光学系、光ファイバー、小型分光器から構成され、試料導入系はクライオジェニック捕集・濃縮装置およびガス流量制御系から構成される。本システムの特徴は、測定対象元素(S, Cl, Br, I)を近赤外域の比較的狭い波長域(820921 nm)で測定することにあり、本法では小型分光器と単一の光学系からなる簡便な測光システムでこれら4元素の同時測定が可能になりうる。さらに、分析の高感度化を図る目的で、クライオ吸着技術による濃縮試料導入法を検討した。試料水素燃料ガス中に含まれるH2Sを液体窒素で冷却した冷却管内に吸着・濃縮する。その後,冷却管を急速に熱することでH2Sを再ガス化し,高濃度化したH2Sをプラズマ中に導入する。製冷却管として、熱伝導率がよい真鍮製のスパイラル型冷却管を試作し、さらに冷却管内に真鍮コイルを導入することによりH2Sの吸着面積を大きくした。その結果、H2Sの脱着にかかる時間を5秒程度と従来システムの1/3程度までに短縮し、水素ガス中H2S含有量でゼロから3 uLレベルまでの直線性が得られた。本研究分析装置を用いると、0.1 Lの水素燃料を測定試料に用いることで,ISO基準値である水素中0.004 ppmのH2Sを測定できる。分析システムの基本骨格を組み上げることができた。流路の内面処理、クライオジェニック捕集・濃縮装置の試作、分光システムとの接続など、当初の課題を解決し、基本的なシステムを構築して、その特性を評価ができた。概ね当初計画の通りに進んでいる。

また、H2Sを精度よく安定に捕集するためには、水素燃料ガスを比較的低流量(0.03 L/min程度)で流すことが有効である。一方、捕集したH2Sを再ガス化する際には、大量の熱湯などのように熱容量の大きな媒体で一気に昇温させることが、精度的にも感度的にも効果的である。マイクロプラズマの励起条件としては、10 mL/min程度のHeガス流速でプラズマを維持し、試料を導入することが最適である。これは、励起エネルギーの高いSを発光させるためには、プラズマ中での対象元素の滞留時間が影響してるためと思われる。今後、プラズマのパワーおよび励起エネルギーとの関係を検討する必要がある。また、パルスプラズマ信号の取り込み速度が検出感度に及ぼす影響についても検討したが、暗電流が小さい本MHCDでは現状の積算取り込み時間100 msで十分なS/N比が確保できていることがわかった。本システムを用いると、現時点で、約3 Lの水素ガスを試料とすることで、ISOで規定された水素燃料ガス中0.004 ppmのイオウを検出することができる。水素燃料ガス中のイオウ化合物を分離濃縮するシステムを開発し、最適な捕集条件や捕集効率を明らかにした。水素ガスからのイオウ化合物の分離濃縮は、プラズマ分光分析を利用する分析システムでは不可欠な技術であり、その可能性を明らかにできた。また、マイクロプラズマの励起条件としては、最適なHeガス流速を明らかにし、今後の検討ポイントを明確にした。・低流量と低濃度に対するマスフローメータと電磁バルブを導入して、ガスフローシステムを高度化して、検出感度の向上を図る。・より高分解能の分光システムを用いて、イオウとハロゲン元素の近赤外域での発光特性を調べて、高効率の検出システムを検討する。・Heマイクロプラズマの電極形状と材料を検討して、より高効率な元素励起を実現する。また、電極の長寿命化を図り、現場においても長期間安定的に測定が可能な分析装置の設計に活かす。・低流量に対応したマスフローコントローラーと電磁バルブから成るガス制御システムを試作し、検出感度の向上を図る。・Heマイクロプラズマの電極材料を検討して、より高感度の検出と電極の長寿命化を図る。・本システムによるMoやZrなどの金属を含有するガスの分析への適用を検討する。2019年度に購入を計画していた六方ルブの購入を取り止め、より研究を推進させるために、低流量用フローメータ-を2019年度に購入することとしたため。
自食時の捕食機能に関与している口唇および上肢機能の解明

本研究では、自食時において、スプーンの形状が捕食機能に及ぼす影響を明らかにすることを目的に研究を行った。実験機材として、3種類の大きさの異なるスプーンを準備し、スプーンの柄にひずみ計を取り付け、上肢操作と唇の接触によって発生するスプーンの歪みを計測した。また、ボウル中央部には圧力センサを取り付け、捕食時の口唇圧を測定した。本研究の対象は、健常成人、成人知的障害者、発達期の子ども(1歳から5歳)である。健常成人では、スプーンが深いものでは口唇圧の持続時間が長くなることが示された。スプーンのボウル部が長いものでは、スプーンを引き抜く際に生じるスプーンの曲げの持続時間が長くなることが示された。これらの結果から、健常成人は、口唇および上肢の操作によって捕食時の口唇と食具の適合を高めていることが示唆された。成人知的障害者を対象とした研究では、それぞれのスプーンの計測結果ばかりではなく、1回ごとの試行についても計測結果から一定のパターンが見いだせなかった。成人知的障害者のスプーン操作は、一定の協調的な運動パターンではなく、上肢操作・口唇圧いずれも不規則なパターンが観察された。発達期の子どもを対象とした実験では、スプーンによる自食時の上肢操作および口唇圧が発達的にどのように変化するかについて研究を行った。口唇圧およびスプーンの口唇接触や引き抜く際のスプーンの曲げに関する多くの項目で5歳児はそれより小さい子どもとは差が認められた。口と手の協調運動は5歳児で質的に変化することが示唆された。今年度は、3年間にわたる研究の初年度である。今年度はまず、研究課題である「自食時の捕食機能に関与している口唇および上肢機能の解明」を進めるにあたり、計測システムの構築を行った。計測システムは、2つのサブシステムからなる。スプーンの計測システムは、スプーンに口唇圧センサーとスプーンのひずみを計測するためのセンサーをつけ、データ処理用ソフトウエアーを使用して解析を行うこととした。また、上肢動作を計測するためのサブシステムは、3次元動作解析装置を用いて、捕食に関連する上肢動作およびスプーンの動態を計測するシステムを構築した。また、スプーンの計測のサブシステム(スプーンからの口唇圧とひずみデータ)と上肢動作を計測するためのサブシステム(3次元動作解析装置)の同期が可能となるようにシステムを構成した。計測システム構築の後、平成21年度の研究計画に則り、健常成人の自食における捕食時の動作および口唇圧・スプーンのひずみについて実験を行った。その結果、健常成人では、捕食時にまずスプーンが下唇に接触していること、口唇圧のピークは個人差が大きいことが明らかとなった。(本研究の内容については平成22年度中の学会にて発表予定)臨床実践の場面では、現在まで臨床経験をもとに介助方法を検討してきたが、今回の研究結果から、捕食機能を促通するための介助方法として、スプーンを下唇に接触させ、その後に上唇にて食物を取り込むという方法が合理的かつ有効な方法であることが明らかとなった。平成22年度は成人知的障害者の自食時の捕食について、口唇機能と上肢機能の関連について明らかにする予定である。2010年度は、3年間にわたる研究の2年目である2009年度に構築しだ、自食時の捕食動態に関する計測システムを利用し、成人知的障害者における自食時の捕食状況について研究を行った。なお、計測システムは2つのサブシステムからなる。スプーンの計測システムは、スプーンに口唇圧センサーとスプーンのひずみを計測するためのセンサーをつけ、データ処理用ソフトエアーを使用して解析を行なった。また,上肢動作を計測するためのサブシステムは、3次元動作解析装置を用いて、捕食に関連する上肢動作およびスプーンの動態を計測した。

2010年度の対象は、研究に関して研究者から十分な説明を受け、保護者からの文書での同意の得られた成人知的障害者5名(いずれも20歳代)である。障害の程度は重度から中等度の知的障害を有する。実験め結果、成人知的障害者では、捕食動態に個人差が大きいことが明らかとなった。捕食時の口唇圧および捕食の際に口唇および上肢の操作によって生じるスプーンの歪みの波形は振幅幅にばらつきが大ぎく、捕食動作にスムーズさに欠けることが多いという結果が示された。また、動作解析からも、上肢動作が健常成人に比較して大きいことが示された。(本研究の内容については平成23年度中の学会にて発表予定)本研究では、臨床実践の場面でしばしば観察される捕食機能不全の原因の一部について解明することができた。捕食機能を構成している要因のうち、口唇機能と上肢機能の相互作用が解明されることにより、自食時の捕食機能改善のための治療プログラムの根拠が得られた。平成23年度は発達途上である、乳幼児の自食時の捕食について研究を行い、口唇機能と上肢機能の発達的変化について明らかにする予定である。2011年度は、3年間にわたる研究の3年目である。2009年度に構築した、自食時の捕食動態に関する計測システムを利用し、成人知的障害者における自食時の捕食状況について研究を行った。なお、計測システムは2つのサブシステムからなる。スプーンの計測システムは、スプーンに口唇圧センサーとスプーンのひずみを計測するためのセンサーをつけ、データ処理用ソフトウエアーを使用して解析を行なった。また、上肢動作を計測するためのサブシステムは、3次元動作解析装置を用いて、捕食に関連する上肢動作およびスプーンの動態を計測した。2011年度の対象は、研究に関して研究者から十分な説明を受け、保護者および施設長からの文書での同意の得られた1歳から5歳の定型発達児である。結果より、下唇接触持続時間では14歳と5歳群間、下唇接触ピーク時間では24歳と5歳群で、下唇接触積分値では23歳と5歳群で有意差が認められた。口唇圧積分値および口唇圧最大値では14歳と5歳群間で有意差を認めた。口唇圧積分値および口唇圧最大値が他の年齢群に比較して5歳群で有意差が認められた。これらのことから、自食時の捕食機能は5歳群で質的に変化することが推測された。また、下唇接触のピークまでの時間は24歳群に対して5歳群は有意に長いことや下唇接触持続時間が5歳群で有意に長いことから、自食時の口唇圧産出のためには、下唇がスプーンを安定的に保持することが一要因であることが推測された。
現代中国におけるウイグル族の民族意識とイスラーム信仰に関する民族誌的研究

本研究は新疆におけるウイグル族と漢民族の「共生メカニズム」構築を目指すものであり、以下の仮説を提案することができた。新疆東部哈密地区では、漢族とウイグル族が日常生活において互いに譲歩と妥協を行っている。そのため両者の間にある程度の「信頼関係」があり、それを背景に相手側が期待する公民像を演じ合っている。またウイグル族の都市エリートと近郊農民の間には強固な絆や敬意があり、それによって自己肯定感や承認意識を得ている。このように民族内外で築いた信頼関係を基に「安定した」自我を獲得し、漢族との間に比較的良好な民族関係を築くというプロセスを哈密において発見したことが、本研究の成果である。23年度は、申請テーマである「ウイグル族の民族意識とイスラーム信仰の関係」を明らかにするための現地調査を円滑に実施するべく、その基盤形成に重点を置いた。具体的には、8月下旬から9月初旬にかけて、主たる調査地である新彊ウイグル自治区哈密市に2週間ほど滞在し、非物質文化遺産研究センター所長のサマット・アスラ氏、『哈密文学』編集長のウチコン氏、「哈密新聞社」記者のアプリズ氏、教育委員会の馬軍氏ら現地を代表する文化人、知識人と何度も会合を持ち、調査の内容や研究の目的について理解と協力を得ることができた。その結果、調査地域・取材対象の策定について全面的に便宜を図ってもらえることになった。また、すでにこの8月段階で具体的な調査も開始しており、哈密市内及び郊外にてモスクのイマームやイマーム志望者らにインタビューを実施している。またちょうどローズ節(断食明けの祭り)の時期でもあり、その儀式を参与観察し、ウイグル族の生活におけるイスラームの位置づけの一端を理解できる資料が得られた。また、宗教、文化、社会、教育に関する重要な文献や資料は基本的にウイグル語で記載されている。そのため上記協力者らの尽力で現地の翻訳専門家による翻訳作業グループを組織することができた。彼らを通してウイグル語から漢語に翻訳してもらうことになり、すでにいくつかの論文・内部資料などが翻訳され始めている。間に合えば今年度の研究報告書(近刊)にもその日本語訳の一部を掲載する予定である。さらに3月下旬にも新彊を訪れ、関係者と面談した。ウルムチにて新腰師範大学のウイグル語教育研究者、グリジャナティ氏に研究協力を依頼し、次年度にカシュガルにて調査を実施する際のコーディネートを約束してもらった。また都市部でのウイグル族と漢族の民族関係についての現状を詳しく取材している。以上のように今年度は研究の基礎を構築することに成功したので、次年度はそれを発展させていくことになる。申請した研究テーマである「ウイグル族の民族意識とイスラーム信仰の関係」を明らかにするため、これまでの科研調査の2年間で収集してきた膨大な口頭・文献資料の整理と分析を行い、その結果に基づく中間報告書を作成したことが、研究代表者の25年度の主な研究実績である。この報告書においては、新疆ウイグル自治区の政治情勢が悪化し、自治区内外でウイグル族のテロ事件が頻発する中、民族関係が比較的安定した新疆東部哈密地区における民族共生のメカニズムを現地の実態に基づいて分析し、定式化を試みている。そして、新疆の他地区への応用可能性について検討するところまで構築することができた。新疆ウイグル自治区での現地調査については、業務ビザを申請したものの取得できず、観光ビザで8月に中国に渡航したものの、入国審査を行う大連空港にて拘束され、「国家安全危害罪」の疑いで、強制退去処分を受けることになった。25年3月の調査時、研究代表者による取材活動や発表論文などが現地当局の情報網にかかり、厳しい取り調べを受けたが、そのことが原因であると思われる。この事件があったため、26年3月に予定していた調査もキャンセルせざるを得なかった。研究協力者も同様の理由で現地調査を実施することができなかったものの、既に収集済みの民族教育・学校教育関係の口頭・文献資料を分析し、中間報告書を作成している。趣旨は代表者が担当する宗教・文化面と同様である。哈密地区においては学校教育方面でも表面上は政府の政策と少数民族の要望の間に大きな乖離があるが、日常の生活や学校の場では互いの譲歩や妥協が見られる。それが共生の動力となっていることを詳細な聞き取りから明らかにした。他に、現地書店では入手しにくい新疆に関する統計資料、文芸・社会方面の調査資料を日本においてネット上で多数発見することができ、購入している。今後もその翻訳・分析作業を継続する。研究代表者は、申請テーマである「ウイグル族の民族意識とイスラーム信仰の関係」を明らかにするために、24年8月中旬及び3月中旬の2度にわたり、新疆ウイグル自治区哈密地区において計3週間の現地調査を実施した。具体的には、哈密地区非物質文化遺産研究センター所長サマット・アスラ氏、「哈密新聞社」記者のアプリズ氏、教育委員会の馬軍氏ら現地を代表する文化人から直接、宗教・文化・社会・教育に関する最新の情報を収集すると共に、彼らによるコーディネートの下、哈密市内・郊外において宗教関係者や各階層・職種・年代のウイグル族の方々にインタビューを実施し、ウイグル族におけるイスラームの特性や社会的機能、また一般のウイグル族における民族意識や国民意識、生活様式や人生観などについての資料を数多く収集することに成功した。またローズ節(断食明けの祭り)の時期に出くわし、その儀式を参与観察している。

研究分担者の方は、8月はビザの取得に支障が生じたため十分な調査ができなかったものの、3月には代表者に同行して哈密で調査を実施し、特に教育委員会や学校関係者への聞き取りを行った。そして「双語班(漢語とウイグル語のバイリンガルクラス)や「高中内地班(内地留学クラス)」など新疆独自の教育制度についての資料を得た。また、上記協力者によって手配された翻訳の専門家による漢訳のウイグル語資料や文献を入手している。研究代表者は、以上の取材や文献によって得た知見や資料に、23年度の成果も加えて、中間報告書や大学紀要・学会誌などに計3本の論文を発表した。主な内容は、1ウイグル族独自のイスラームの発見について、2親族や地域を中心としたウイグル族の親密圏の存在について、3著名な宗教関係者の人生史から見たウイグル族の宗教観について、である。これらの論考を通して、まずはウイグル族のイスラームについて理解を更に深めることができた。昨年度は、新疆の政治情勢の一層の緊迫化で現地調査の実施が困難だったため、新疆東部の哈密地区におけるこれまでの調査で収集してきた口頭・文献資料の整理・翻訳・分析に集中した。以下にその成果を紹介する。新疆では、ウイグル族による「テロ事件」が昨年度も頻発した。それを報じる日本のメディアは、あくまでテロ行為を否定しつつも、「ウイグル族に対する政府当局の搾取や弾圧がそのような事件を生む」と指摘し、ウイグル族が政治的・文化的・経済的に劣悪な状況に置かれていると示唆する。そのような状況下で生じた憎悪や絶望が彼らを「テロ」に走らせるという解釈だ。しかし研究代表者が長年にわたって調査してきた新疆東部の哈密地区ではそういった「被害者」感情が比較的希薄で、むしろ自己肯定感や承認感が強い。哈密独特のこうした自我のあり方について、肯定的な自己意識の形成過程を図式化した精神分析家のラカンの理論を応用し、さらにそこに「弱者の哲学」を標榜するレヴィナスの思想を接合して詳細な分析を加えた。ラカンとレヴィナスの論考を総合すると次のようになる。「弱者」が「強者」への情愛をまず最初に示し、次にその後者が前者に情愛を返す。この「情愛の交換」によって両者に信頼関係が生まれたとき、弱者は強者が求める自己像を「積極的に」受容できる。こうして「肯定的な自我」が生まれるというわけだ。この図式を哈密のウイグル族に当てはめてみた。彼らは一定の経済力や地位を持つ都市の知識人と農村の労働者に分けられるが、「強者と弱者」の役割を交互に演じ合い、お互いに深く尊重し合っていることが、現地での詳細な調査を通してわかっている。つまり哈密のウイグル族は、民族内部で「肯定的な自我」を構築する条件を整備していた。これが恐らく哈密ウイグル族独自の「自己成型」パターンである。この仮説の提案が昨年度の最大の実績である。最終年度ということで、初年度から収集してきた調査資料の翻訳・整理・分析に専念した。現地の政治情勢の激変で13年度より現地調査が困難になり、インタビューや参与観察による最新の口頭・映像資料の不足は否めないものの、資料収集の焦点を現地で発行された文献に絞ることで、それを補うことができた。政治情勢の変化にかかわらず「変わらないもの」、いわば「強い現実」とでも呼べるものがウイグル族社会にはあるという実感を20年以上に及ぶ現地調査経験からすでに得ていたためである。
樹状ナノ粒子（デンドリマー）の生体影響評価に関する研究

樹状ナノマテリアルであるPAMAMデンドリマー(PD)の生体影響を調べた。PDは、細胞培養液および認証標準河川水ではサブマイクロメータ大以上の凝集塊を形成した。この凝集は2価イオンの共存によって急速に誘導されると考えられた。動物実験では、蛍光標識PDの点鼻投与、放射性標識PDの血管内投与のいずれにおいても、脳内組織への移行は検出されなかったが、点鼻投与による脳組織の遺伝子発現が有意な変動を示した。またヒト神経前駆細胞を用いた曝露実験では、表面アミノ基のPDが用量依存的な細胞毒性を示した。これらの結果から、PDは液相で凝集するが、神経細胞および組織への反応性を有することが示唆された。昨年に引き続き1)分散性の評価、2)生体内分布の評価、3)細胞レベルでの分布・反応評価に関して実験研究を行った。1)分散性の評価に関して、培養液や体液中でのPAMAMデンドリマーの分散性を調べるための方法論を模索した。その結果、他の高分子が共存する液中での粒径分布の評価には、Field Flow Fractionation (FFF)による蛍光標識デンドリマーの分離・蛍光検出、および蛍光相関分光法(FCS)による蛍光強度ゆらぎ解析の2手法が有効であることがわかった。また、他の高分子が共存する液中での凝集の時間経過を評価するためには、2種類の蛍光物質で標識したデンドリマーを用いて蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を解析する方法が有効になりうることもわかった。さらに、デンドリマーの液中凝集のコンピュータ・シミュレーションを実施した。その結果、浮遊する凝集体・底面に付着する凝集体のいずれも、フラクタル次元が2前後の分枝状の塊となることがわかった。この結果は、ほぼ全てが球状塊として観察された走査型プローブ顕微鏡での観察と異なっており、凝集モデルの理論式に凝集後に現れる何らかの収縮力を組み込む必要性が示唆された。2)生体内分布の評価では、マウスに蛍光標識デンドリマーの純水けん濁液を点鼻投与し、投与1時間後及び1日後に脳を摘出して凍結切片標本を作製し分布の有無を共焦点レーザースキャン顕微鏡で調べたが、デンドリマー由来の蛍光は検出されなかった。しかし、24時間後の嗅球、海馬及び大脳皮質の脳の3領域における遺伝子発現プロファイルでは対照群と比べ、デンドリマー投与群で2倍以上の変化が認められた。3)細胞レベルでの分布・反応評価に関する研究では、表面がカチオンのアミノ基の場合に毒性が強かった。また、2D培養では、細胞内のリソゾームに蓄積した。PAMAMデンドリマーの液中での分散性の評価、体内分布及び細胞内動態に関する研究を中心に調べた。分散性の評価では、水およびメタノール中でのPAMAMの分散性を、動的光散乱法を用いて調べた。直径4.4nm G4世代のPAMAM標品を純水で希釈した場合には、直ちに数10数100 nmの凝集が起こったが、一晩静置の後に元分子の粒径サイズでの再分散が認められた。細胞培養液中では、PAMAMの強い凝集がみられたが、一晩静置でも元のサイズにはもどらず再分散が起こりにくいことがわかった。細胞内動態の評価においては、蛍光物質で標識したPAMAMを培養細胞に曝露し、共焦点レーザースキャン蛍光顕微鏡でPAMAMの細胞内移行・分布を調べた。ヒト肺動脈内皮細胞では、細胞質内の核周辺に蓄積していることがわかった。ヒトES由来胚様体にでは、胚様体の外周囲にわずかな存在を認めた。ミトコンドリア及びリソソームの特異的染色剤で細胞内の局在を確認したところ、添加1日後にリソソームに一致したPAMAMの局在を認めた。さらに、光学的検出法による細胞・組織内PAMAMの同定は、共焦点レーザー顕微鏡による観察を検討中である。生体影響評価に関する研究では、PAMAMを雄マウスに点鼻投与し、24時間後の免疫および炎症反応性を標準的な血のパラメーターで調べた。その結果、対照群とPAMAM投与群の間に変化は見られなかった。海馬および大脳皮質中で神経栄養因子BDNF mRNAレベルの増加が認められた。PAMAMの単回点鼻投与後に嗅球と海馬の中で形態論および病理変化も病理組織学的法で調べたが、対照群と比べ、PAMAM投与群の脳では有意な変化が見られなかった。今後は生物分散に対するPAMAMの時間的経過影響、およびPAMAM影響の様々な投与ルートおよび多回投与の影響を調査する必要がある。樹状ナノ粒子(デンドリマー)の液相での凝集に関して、疑似体液である一般の細胞培養液やヒト血漿中ではデンドリマーはすみやかな

凝集を起こすことがわかった。添加実験のシミュレーションでは、大部分のデンドリマーが細胞表面に凝集塊として付着し、時間の経過により高度な凝集塊を形成するものと示唆された。デンドリマーの吸収、排せつ及び体内分布に関しては、蛍光標識のデンドリマーをマウスに点鼻投与し、マウス体内での分布を組織切片による顕微鏡観察で調べた。その結果、投与してすぐの肺組織に同粒子が検出されたが、1日後の脳・肝臓・腎臓では検出されなかった。また、放射性ヨウ素で標識したデンドリマーをマウスに単回静脈内投与した場合、1,3,7時間後のSPECTイメージング検査によりデンドリマーの肝臓・腎臓への集積が確認されたが、脳では信号は検出されなかった。一方、ラット脳由来細胞を用いたin vitro模擬試験における蛍光標識デンドリマーの脳血液関門(BBB)通過性について調べたところ、通過の度合いは低くいがその通過はカベオラ依存性のエンドサイトーシス阻害剤で一部抑制を受けることがわかった。生体影響評価に関しては、多能性細胞であるES細胞由来ヒト神経前駆細胞の未分化時期にデンドリマーを培養液に添加し、細胞の変化の量反応関係を調べた。その結果、表面がアミン末端のデンドリマーでは、細胞増殖、細胞形態、成熟細胞への分化度に用量依存的に影響を及ぼした。その細胞毒性効果は、デンドリマーの負荷重量数及びデンドリマーの表面電位に依存することが示唆され、ニューロスフィアを形成させた3D培養系では、2D培養よりも低濃度で分化毒性が認められた。さらに、有害金属とデンドリマーの相互関係について調べたところ、ストロンチウムによるニジマス卵の発芽阻害を逆に抑制した。これは、ストロンチウムとデンドリマーの凝集体形成によるものと考えられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。環境学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画どおり、1)分散性の評価に関して、体液と似た組成の液相に懸濁した状態でデンドリマーがどのような比率・時間経過で凝集、拡散・沈降するかを詳細に調べる。デンドリマー自体の物性(サイズ、比表面積、表面電荷、フラクタル次元、細孔性など)を変えたうえで計測をくりかえすことができた。2)生体内分布の評価では、体内分布の実測を蛍光標識のデンドリマーを成獣に単回で点鼻投与し、分布を観察した。マイクロアレイより組織のゲノミクス解析を行った。しかし、末梢血を用いて血中半減期を計測し、さらにメタボノミクス法により全身代謝への影響を調べることに関しては行っていない。また、模擬試験系における動態の計測として、血液-脳関門(BBB)の通過モデル実験を行い、蛍光標識デンドリマーの通過の度合いと物性との関連を調べた。3)細胞レベルでの分布・反応評価では、細胞内分布に関する研究:蛍光標識デンドリマーを培養系に添加し、デンドリマーの細胞内分布を共焦点蛍光顕微鏡で調べた。さらに、多能性細胞(ES細胞)の未分化時期にデンドリマーを培養液に添加し、細胞の変化の量反応関係及び経時変化を観察した。申請時の計画どおり、今年度はPAMAMデンドリマーの液中での分散性の評価、細胞内動態及び体内分布と影響に関する研究を実施した。分散性の評価では、水およびメタノール中でのPAMAMの分散性を、動的光散乱法、液中観察が可能なラマン分光法、暗視野観察による高解像度顕微鏡観察、走査型プローブ顕微鏡SPM観察、共焦点レーザー顕微鏡による観察を試みた。
水銀耐性遺伝子の機能解析と汚染地域の浄化への応用

現在、水銀による環境汚染はアマゾンをはじめとする世界各地で進行しており、環境からの水銀の除去は早急に解決されなければならない問題である。そこで筆者は水銀耐性菌(Pseudomonas K-62)の水銀代謝機構を遺伝学子レベルで解明するこよにより、微生物を利用した水銀浄化モデル系を確立することができると考えた。筆者はこれまでの研究において以下の知見を得ていた。本菌のpMR26上に存在する水銀耐性遺伝子を含む遺伝子断片の大腸菌へのクローニングに成功した。また、本菌の水銀耐性遺伝子を形質転換した大腸菌は水銀耐性をあらたに獲得していることを見出した。
日周リズムからみたラット肝組織におけるシステインプロテアーゼmRNAの発現と局在

リソゾームの代表的なシステインプロテアーゼとして知られるカテプシンB、H、Lの発現調節を検索する目的で、In situ hybridization法およびNorthern blotting法を用い、ラット肝組織中におけるこれら酵素mRNAの日周リズムの解析を試みた。1.Northern blotting:プローブとして、ジゴキシゲニン標識したリボプローブ、および^<32>P標識したcDNAプローブを用い、まず予備実験として16時(明期の後期:タンパクレベルで最も発現が高い時間)のラット肝RNAについて解析した。その結果、各酵素に対応したRNAが検出されたが、ジゴキシゲニン標識を用いた方がバックグランドが高かったため、^<32>P標識したcDNAプローブを用いて日周リズムを解析した。24時間を6時点に分けて比較した結果、各酵素のmRNAは16時にピークとなるリズムを示したが、有意差は見られなかった。これはクッパー細胞におけるこれら酵素の発現が非常に高いためと思われる。そこでIn situ hybridization法にて肝細胞のみの発現を検索した。2.In situ hybridization:プローブは実験の簡易性という点からジゴキシゲニン標識のリボプローブを使用した。その結果、主に肝細胞及びクッパー細胞に各酵素mRNAの陽性反応が見られ、それはクッパー細胞により強かった。しかし、肝細胞の反応を画像解析にて検索したところ、肝小葉内での分布に差は見られず、また日周リズムの解析でも、明瞭なリズムが見られなかった。現段階で、ジゴキシゲニン標識のリボプローブでは感度が低いことも考えられるため、現在^<35>Sで標識したプローブを用いて解析中である。
誘起的乱流逆利用によるプラズマ流ナノ粒子創製プロセス用新規制御デバイスの開発

本研究課題の目的は,プラズマ流の乱流変動場の制御を通じて目的に応じたナノ粒子を創製するためのデバイスを構築することである.そのために新規数理モデルを独自に考案しプラズマ流動場とナノ粒子群生成・成長過程の関係性を明らかにすると共に,複雑熱流動場場に対するSPH法の適用性を拡張,さらには実験的に乱流不安定性,渦構造と音波発生の関係を調べ,それらの制御を行ったことでシステム構築のための知見を得た.本研究では,これまでに得てきた"流動不安定要素の源となるプラズマエッジ部においてナノ粒子が急成長する"という知見の上に立ち,独自に構築してきた数理モデルをさらに発展させることで,プラズマ流の乱流不安定性とナノ粒子生成・成長機構の相関関係を解明し,乱流変動場を積極的に誘起して制御するという新規デバイスの考案・開発を行い,最終的に学際的知見を結集したナノ粒子創製システムを構築することを目的としている.具体的には以下に記すように理論的アプローチと実験的アプローチの両面から研究を行う.(1)理論的アプローチとして,まずプラズマ流近傍におけるナノ粒子群の集団的な成長過程を解析するための数理モデルの構築を行い,計算を進める.また熱・物質移動過程や相変化,電磁場を含む複雑流動場を効率的にシミュレートするためにSPH法の適用範囲の拡張を試みる.これらを統合することで,実験計測では抽出困難な情報を得て,現象の詳細を解明し,実機設計の指針を立てる.(2)実験的アプローチとして,変動モード制御デバイスを作成し,境界層やせん断層中の不安定成長場に適用し,性能の評価を行う.次いで,その系で均一核生成・不均一凝縮・粒子間凝集によって生成するナノ粒子群に関する計測を行い,制御効果を評価する.(3)両アプローチそれぞれからの情報を補完・融合することで,プラズマ流ナノ粒子創製システムの構築・最適化を試みる.本研究課題の目的は,プラズマ流の乱流変動場の制御を通じて目的に応じたナノ粒子を創製するためのデバイスを構築することである.そのために新規数理モデルを独自に考案しプラズマ流動場とナノ粒子群生成・成長過程の関係性を明らかにすると共に,複雑熱流動場場に対するSPH法の適用性を拡張,さらには実験的に乱流不安定性,渦構造と音波発生の関係を調べ,それらの制御を行ったことでシステム構築のための知見を得た.本年度は当該研究課題に対して、理論的・数値的研究および実験的研究の両面からのアプローチを行った。理論的・数値的研究においては、まずプラズマ流ナノ粒子創製システムにおける個々の素過程を定式化し、それらを統合することでプロセス全体の包括的なモデル化に成功した。その際、プラズマ流が対向流によって急冷される系の熱流動場や誘導電磁場、およびプラズマ流中の原料粒子の輸送・伝熱過程が明らかとなった。またナノ粒子の成長過程・空間分布の情報を定量的に得られるようになり、さらに各位置におけるナノ粒子の粒度分布関数までもが抽出できるようになった。それに加えて、冷却方式の違いがナノ粒子成長特性に与える影響も明らかにすることができた。一方で実験的研究においては、まず境界層外に乱れを生成し、その乱れが境界層内に飛び火して不安定波を引き起こす現象を詳細に観測した。さらにピエゾセラミックアクチュエータを用いたフィードフォワード制御による成長途中の不安定波のコントロールを試みた。その結果、ピエゾセラミックアクチュエータの乱流遷移制御デバイスとしての可能性が示唆された。またフルイディクス(流体自励振動子)を連結することで同期した振動ジェットを生成できるデバイスの製作に成功した。これを乱流場においてキャビティから発生する流体騒音の制御に用いた結果、騒音の抑制に効果があることが示された。すなわち連結されたフルイディクス列もまた制御デバイスとして有効であることが示唆された。本年度は、昨年度までの研究成果を受けて、引き続き理論的・数値的研究および実験的研究の両面から研究の深化を図った。理論的・数値的研究においては、2成分系の合金ナノ粒子群が同時かつ集団的に気相合成される物理過程の数理モデルおよび新規計算アルゴリズムの構築に成功した。それにより、世界で初めて2成分系の合金ナノ粒子群(特にシリサイド)の成長過程・粒度分布・組成分布を定量的に数値予測できるようになった。またその成果として、プラズマ流の端部におけるシリサイドナノ粒子群の集団的成長過程が明らかとなった。また粒子法の一つであるSPH法を用いて、プラズマ材料プロセスに内包される熱・物質移動、混相現象、相変化といった複雑な物理過程を基礎的なレベルからシミュレートすることを試み、良好な結果を得ることができた。一方で実験的研究においては、まず境界層外に乱れを生成し、その乱れが境界層内に飛び火して不安定波を引き起こす現象を詳細に計測した。さらに乱流遷移過程おいて斜めに進行しながら成長する不安定波動をピエゾセラミックアクチュエータによるフィードフォワード制御によって、抑制することにも成功した。またキャビティから発生する流体騒音をボルテックスジェネレーターによる渦度制御によって抑制することにも成功した。その際に、キャビティ近傍に生じる渦度場の可視化計測も行い、これまで仮説の域にあった流体中の渦構造をも明らかにすることができた。本年度は,昨年度までの研究成果を受けて,引き続き理論的・数値的研究および実験的研究の両面から研究の深化を図った.これまで独自に構築してきた二成分系合金ナノ粒子群の集団的成長過程の数理モデルと新規計算アルゴリズムに改良を加えることで,より詳細に成長過程