hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
好熱性放線菌が持つシクロデキストリン代謝・膜間輸送マシーナリーの構造学的研究

好熱性放線菌(Thermoactinomyces vulgaris R-47,以下T.vulgaris)は、2つのα-アミラーゼ(TVA1,TVA2)を持つ。TVA1は,菌体外酵素であり,比較的高分子量の基質に対してよく働く。TVA2は菌体内酵素であり,環状オリゴ糖であるシクロデキストリン(CD)の加水分解能力に優れ,シクロデキストリン加水分解酵素として位置づけられる。T.vulgarisのゲノム上TVA2の上流にはCDの運搬に関与すると考えられるABCトランスポーター(CDK),CD結合タンパク質(CDE),および2つのCD膜間輸送担体タンパク質(CDF, CDG)の遺伝子が存在し,下流にはグルコアミラーゼ(TGA)およびこれらの遺伝子群の発現を調節するレプレッサータンパク質(CDI)の遺伝子が存在している。以上のことから,T.vulgarisは,CD代謝・運搬系を持つことが予想される。本研究課題の目的は,これらのタンパク質の3次元構造をX線結晶解析により決定し,CD代謝・輸送マシーナリーについて,構造生物学的に理解することである。研究期間中に得られた成果は以下の通りである。(1)TVA1と長いオリゴ糖との複合体のX線結晶構造解析を行い,TVA1の基質認識・加水分解機構に関する新たな知見を論文誌に報告した。(2)TVA2とCDを含む各種の基質との複合体のX線結晶構造解析を行い,TVA2の基質認識・加水分解機構に関する新たな知見を論文誌に報告した。(3)TGAの予備的なX線回折データの収集に成功し論文誌に報告した。(4)CDEの2.4Å分解能でのX線結晶解析に成功し,座標のPDB登録を行った。(5)膜貫通型タンパク質であるCDF, CDGについて,可溶化タグを有する可溶タンパク質として大腸菌にて大量発現に成功した。(6)CDIの結晶化および予備的な3.5Å分解能のX線回折データの収集に成功した。TVA2は菌体内酵素であり,環状オリゴ糖であるシクロデキストリン(CD)の加水分解能力に優れ,α-アミラーゼというよりはシクロデキストリン加水分解酵素として位置づけられる。T.vulgarisのゲノム上TVA2の上流にはCDの運搬に関与すると考えられるABCトランスポーター(CDK),CD結合タンパク質(CDE),および2つのCD膜間輸送担体タンパク質(CDF,CDG)の遺伝子が存在し,下流にはグルコアミラーゼ(TGA)およびこれらの遺伝子群の発現を調節するレプレッサータンパク質(CDI)の遺伝子が存在している。今年度の研究実績は以下の通りである。(1)TVA2とCDを含む各種の基質との複合体のX線結晶構造解析を行い,TVA2のCD認識・加水分解機構に関する新たな知見を報告した。(2)TGA予備的なX線回折データを収集に成功し,報告した。(3)CDEの2.4Å分解能でのX線結晶解析を行った。

現在,モデリングを終え,最終的な構造精密化に着手している。R因子は0.25である。CDEは精製段階で用いたγ-CDを捕らえた状態で結晶化しており,連続する2つのロイシンがCD認識に重要であることがわかった。(4)CDIの結晶化および予備的な3.5Å分解能のX線回折データの収集に成功した。(5)CDKの大量発現系の構築および精製法を確立し,結晶化に着手した。好熱性放線菌(Thermoactinomyces vulgaris R-47,以下T.vulgaris)は、2つのα-アミラーゼ(TVA1,TVA2)を持つ。TVA1は,菌体外酵素であり,比較的高分子量の基質に対してよく働く。TVA2は菌体内酵素であり,環状オリゴ糖であるシクロデキストリン(CD)の加水分解能力に優れ,α-アミラーゼというよりはシクロデキストリン加水分解酵素として位置づけられる。T.vulgarisのゲノム上TVA2の上流にはCDの運搬に関与すると考えられるABCトランスポーター(CDK),CD結合タンパク質(CDE),および2つのCD膜間輸送担体タンパク質(CDF,CDG)の遺伝子が存在し,下流にはグルコアミラーゼ(TGA)およびこれらの遺伝子群の発現を調節するレプレッサータンパク質(CDI)の遺伝子が存在している。以上のことから,T.vulgarisは,CD代謝・運搬系を持つことが予想される。本研究課題の目的は,これらのタンパク質の3次元構造をX線結晶解析により決定し,CD代謝・輸送マシーナリーについて,構造生物学的に理解することである。前年度に引き続き,今年度の新たな研究実績は以下の通りである。(1)TVA1と長いオリゴ糖との複合体のX線結晶構造解析を行い,TVA1の高分子基質認識・加水分解機構に関する新たな知見得て,論文誌に発表した。(2)TVA2・基質複合体についてX線結晶構造解析を行い,基質認識・加水分解機構に関する新たな知見を得て,論文誌に発表した。(3)CDEの2.4Å分解能でのX線結晶解析に成功し,学会発表および座標のPDB登録を行った。現在論文誌執筆中である。(4)膜貫通型タンパク質であるCDF,CDGについてpColdTFベクター(タカラ)を用いて,可溶化タグを有する可溶タンパク質として大腸菌にて大量発現に成功した。
「理科課題研究」のための探究学習素材と学習活動モデルの開発

高校理科新科目「理科課題研究」における効果的学習活動を支援することを目的として,素材の探査と実験教材の開発,学習プログラムの開発,及び教育実践的研究を通じた実用性の研究を教科内容および教育学の両方の観点から包括的に推進した。素材探査により,探究的な学習活動に有用な種々の実験教材を開発した。また,理科各科目における系統的な学習と「理科課題研究」における関連づける種々の学習場面を想定したモデル的な学習プログラムを開発し,教育実践的研究を通じてその実用性と有用性を実証的に検証した。1.探究学習素材の探査・発掘:「エネルギーと環境」,「資源と先端物質材料」,「グリーンサスティナブルサイエンス」,「生命現象と現代科学」,「日常生活の科学」の五つのカテゴリーを指標とし,身近な自然・日常生活や先端科学技術に関連した探究学習素材の探査・発掘のための基礎的研究を行い,それぞれの素材の科学的特徴を明らかにした。それらの成果をもとにして,探究学習素材としての活用の可能性を評価するとともに,学習資料作成のための実験・観察データを収集した。2.探究学習のための教材開発:本研究で発掘したものを含む種々の素材を探究学習に活用することを想定し,学習プログラムの具体的内容の検討を行った。また,実験や観察のための簡易測定・観察器具を開発し,生徒による実験観察活動の具体的方法を提案した。これらを基にして,探究学習の種々の場面における生徒のための支援教材と教師の指導資料を作成した。3.探究学習プログラムの開発:「日常生活の科学」に関連した探究学習素材として「洗剤の科学」を提案し,これを例として種々の探究的学習のモデルプログラムを開発した。モデルプログラムごとに学習素材と学習資料を精選するとともに,それぞれの探究活動の場面ごとに生徒の主体的探究活動の展開と学習活動の深化を誘導するための自己評価と評価結果の学習活動へのフィードバックを目的としたルーブリックを開発した。これらの探究学習プログラムを,学校現場および大学基礎教育における教育実践の供し,学習素材,学習プログラム,ならびに自己評価システムの妥当性と有効性について検証した。1.探究学習素材の探査・発掘:「エネルギーと環境」,「資源と先端物質材料」,「グリーンサスティナブルサイエンス」,「生命現象と現代科学」,「日常生活の科学」の五つのカテゴリーを指標とし,身近な自然・日常生活や先端科学技術に関連した探究学習素材の探査・発掘のための基礎的研究を昨年度に引き続き実施し,それぞれの素材の科学的特徴を明らかにした。2.探究学習のための教材開発:本研究で発掘した種々の学習素材を探究学習の素材として活用するために,学習コンテクストの構築と学習プログラムの具体的内容の検討を行った。さらに,「エネルギーと環境」,「資源と先端物質材料」,および「日常生活の科学」のカテゴリーを中心として,探究学習の種々の場面における生徒のための支援教材と教師の指導資料を作成した。3.探究学習プログラムの開発と教育実践的研究:「エネルギーと環境」,「資源と先端物質材料」,および「日常生活の科学」のカテゴリーを中心として,探究的学習のモデルプログラムと探究学習の各場面での自己評価のためのルーブリックを開発した。これらの探究学習プログラムを,高等学校,科学塾および大学基礎教育において試行的に実践し,学習素材,学習プログラム,ならびに自己評価システムの妥当性と有効性について検証した。検証結果を基にして,学習素材,学習プログラム,学習資料,および自己評価システムの改善に取り組んだ。1.探究学習のための教材開発と再検討:「エネルギーと環境」,「資源と先端物質材料」,「グリーンサスティナブルサイエンス」,「生命現象と現代科学」,「日常生活の科学」の五つのカテゴリーにおいて,身近な自然・日常生活や先端科学技術に関連した探究学習素材の探査により発掘した種々の学習素材を探究学習の素材として活用するために,学習コンテクストの構築と学習プログラムの具体的内容の検討を継続的に行った。さらに,「エネルギーと環境」,「資源と先端物質材料」,「日常生活の科学」のカテゴリーを中心として,探究学習の種々の場面における生徒のための支援教材と教師の指導資料を作成した。2.探究学習プログラムの開発と教育実践的研究:「エネルギーと環境」,「資源と先端物質材料」,「グリーンサスティナブルサイエンス」,「生命現象と現代科学」,「日常生活の科学」のすべてのカテゴリーにおいて,探究的学習のモデルプログラムと探究学習の各場面での自己評価のためのルーブリックを開発した。3.上述の1及び2の成果による探究学習プログラムを,高等学校,科学塾および大学基礎教育において試行的に実践し,学習素材,学習プログラム,ならびに自己評価システムの妥当性と有効性について検証した。

4.本研究の成果を公開し広く教育現場での活用に供するための,Webページの再構築と公開準備を行った。研究項目として設定した,学習素材の探査と教材化,探究学習プログラムの開発,および教育実践的研究は,それぞれ相補的な役割を果たしながらおおむね予定通りに進展している。特に,教育実践的研究の多数の機会を得ることができ,その成果を基にした他の研究項目へのフィードバックが円滑に行われている。24年度が最終年度であるため、記入しない。「理科課題研究」のための学習素材と学習プログラムの開発を目的とした当該研究の当初の計画は,上述の通り順調に進展している。一方で,本研究の成果が,「理科課題研究」以外の高等学校の理科各科目で有効に活用できることも大きく期待される。今後の研究の展開においては,当初の研究内容に加えて,理科各科目での活用の可能性にも配慮して研究内容を拡張したい。
トレーサー実験法による劇症肝炎時中分子昏睡起因物質の精製同定

臨床的に血中の中分子量域(分子量1500-5000)の物質を除去する治療により劇症肝炎患者の昏睡が覚醒する事から,劇症肝炎患者の血中の中分子量域に何らかの昏睡起因物質が存在する可能性が想定されている.われわれは,その中分子質睡起因物質を肝不全のため肝で代謝されず,血中に蓄積し,脳内へ移行するペプタイドと想定し,急性肝不全ラットにトレーサー・アミノ酸を投与して,それを組み合んで血中と脳中に出現する中分子量物質の分離同定を試みた.〔方法〕急性肝不全ラットは,ウイスター系ラットに20mg/kgのデイメチル・ニトロサミンを隔日4回投与することで作成した.正常ラットを対照とし,急性肝不全ラットに50ないし250μCiの^3H-Leu,^<14>C-Leu,^3H-Met,^3H-Tyr,^3H-Trpを投与し, 24時間採血,採脳した血清と20%脳ホモシエネートを試料とし,セファデックス(SG)25,送相系高速クロマトグラフィー(RPHPLC),薄層グルクロマトグラフィー(TLC)を使用して,上述のトレーサー,アミノ酸を取り込んで出現する中分子量物質の分離精製を行った.〔成績〕SG25により,血中と脳中の中分子量域に少くともLeu,Met,Trpを取り込んで出現する中分子量物質を分離する事ができた.また, RPHPLCにても,肝不全ラットに特異的に親水性の高い物質として放射性のピークが分離された.血中ではSG25により3峰性の中分子の放射性ピークが認められたが,脳では移行性の差のため1峰のみが分離された, SG25,RPHPLC,TLCを組み合わせ,脳中の放射性中分子量物質をほぼ単一物質に精製した.〔結論〕トレーサー実験法により劇症肝炎時中分子質睡起因物質を精製した.今後構造決定の上,劇症肝炎の早期診断,肝性脳症の発現機序の解明などの臨床応用の予定である.臨床的に血中の中分子量域(分子量1500-5000)の物質を除去する治療により劇症肝炎患者の昏睡が覚醒する事から,劇症肝炎患者の血中の中分子量域に何らかの昏睡起因物質が存在する可能性が想定されている.われわれは,その中分子質睡起因物質を肝不全のため肝で代謝されず,血中に蓄積し,脳内へ移行するペプタイドと想定し,急性肝不全ラットにトレーサー・アミノ酸を投与して,それを組み合んで血中と脳中に出現する中分子量物質の分離同定を試みた.〔方法〕急性肝不全ラットは,ウイスター系ラットに20mg/kgのデイメチル・ニトロサミンを隔日4回投与することで作成した.正常ラットを対照とし,急性肝不全ラットに50ないし250μCiの^3H-Leu,^<14>C-Leu,^3H-Met,^3H-Tyr,^3H-Trpを投与し, 24時間採血,採脳した血清と20%脳ホモシエネートを試料とし,セファデックス(SG)25,送相系高速クロマトグラフィー(RPHPLC),薄層グルクロマトグラフィー(TLC)を使用して,上述のトレーサー,アミノ酸を取り込んで出現する中分子量物質の分離精製を行った.〔成績〕SG25により,血中と脳中の中分子量域に少くともLeu,Met,Trpを取り込んで出現する中分子量物質を分離する事ができた.また, RPHPLCにても,肝不全ラットに特異的に親水性の高い物質として放射性のピークが分離された.血中ではSG25により3峰性の中分子の放射性ピークが認められたが,脳では移行性の差のため1峰のみが分離された, SG25,RPHPLC,TLCを組み合わせ,脳中の放射性中分子量物質をほぼ単一物質に精製した.〔結論〕トレーサー実験法により劇症肝炎時中分子質睡起因物質を精製した.今後構造決定の上,劇症肝炎の早期診断,肝性脳症の発現機序の解明などの臨床応用の予定である.これまでの劇症肝炎に対する人工肝補助療法の経験を総括して、劇症肝炎患者の血中の分子量1500-5000のいわゆる中分子量域に未知の昏睡起因物質が存在する事を想定した。そして、臨床的にはその高能率除去を主体とした確実な人工肝補助療法の確立を目指し、基礎的にはその中分子昏睡起因物質の分離同定を試た。そして、中分子除去に優れ、しかも生体適合性の高いPMMA(polymethyl metacrylate)膜血液濾過透析を開発し、これと小量の新鮮凍結血漿を組み合わせる事により、ほぼ、肝の合成系、解毒系の両面の機能を完全に代償し、高度肝不全患者であっても意識清明のもとに長期生存を保証できるcomplete liver supportの確立に成功した。一方、本濾過透析により得られた濾液から中分子昏睡起因物質をセファデックスG25(SG25)と逆相系高速液体クロマトグラフィー(RPHPLC)を組み合わせ分離同定を試たが、ヒト血漿中の中分子量域には同定困難な物質が多数(300以上)存在し、この方法による昏睡起因物質の分離同定は困難と判断された。

そこで、本物質を肝不全下で肝で代謝されずに血中、更に脳中に畜積するペプチドと想定し、ディメチルニトロサミンを用いて作成した急性肝不全ラットに種々のトレーサー・アミノ酸を投与し、一定時間後卜殺して採血・採脳し、それぞれから中分子に出現する放射活性を持った物質の分離を試た。その結果、トレーサー・ロイシン,メチオニンの場合に昏睡の程度と相関して出現する放射活性を持った中分子を血中と脳のそれぞれから分離した。そこで、更に、まずRPHPLCで分離し、更にSG25で再分離する方法で中分子量物質を精製したところ、脳内より単一の放射性物質として精製する事に成功した。現在は薄層ゲル・クロマトグラフィーにて精製度を検討中であるが、もし精製度が高ければ、構造決定の上昏睡起因性の確認を行う予定であるる。
大脳皮質の高次機能発現におけるPax6の役割の解析

転写因子Pax6遺伝子は発生期の大脳皮質原基に発現し、皮質形成に重要である。ヒトにおいてPAX6遺伝子にヘテロ接合変異が生じると大脳半球の容積減少及び機能障害を示すことが報告されている。さらに近年、自閉症の連鎖解析からPAX6を含む染色体領域の重要性が明らかにされた(Maekawa et al., Neurosci, Lett, 2009)。これらのことから、Pax6遺伝子の変異が、大脳皮質形成異常を引き起こし、行動・認知異常の原因となっている可能性が示唆された。そこで本研究ではPax6ヘテロ接合変異(rSey^2/+)ラットが自閉症モデル動物として見なせるか検討している。昨年度までにrSey^2/+ラットが自閉症様行動異常を示すこと及び血漿中セロトニン量が減少していることを明らかにした。本年度は研究成果を論文としてまとめ、筆頭著者としてPlosOneに掲載された。rSey^2/+ラットの胎生16.5日に産生される神経細胞の産生時期が野性型に比べ表層に分布することを明らかにしている。本年度はさらに胎生14.5日に産生される神経細胞をGFPまたはBrdUで標識し、生後7日目に最終分布を確認した。その結果、rSey^2/+ラットは野性型に比べより表側に分布していたが、その差は軽微であった。さらに、rSey^2/+ラットの胎生期のbasal progenitorのマーカーであるTbr2およびsubventricular zoneのPH3の分布が野性型と異なった。これらの結果から、Pax6遺伝子が半減した影響が表層の神経細胞の産生に重要であるTbr2の機能を阻害するため、より胎生期後期で異常が現れると推測される。本研究では、胎生期から生後にかけての大脳皮質の神経細胞分化、層構築における転与因子Pax6の役割を、Pax6ヘテロ接合変異ラット(rSey^2/+)を用いて解析することにより、胎生期大脳皮質における神経細胞の発生と高次機能発現の因果関係を明らかにする。申請者は、これまでにPax6の機能が低下すると、表層を構成する細胞の産生時期が早まることを明らかにしている。各層の神経細胞が産生される時期を決定する要因の一つとして神経幹細胞の細胞周期の長さが挙げられている。従って、rSey^2/+胚における表層を構成する神経細胞の産生時期の異常は、神経幹細胞の細胞周期が長くなっている可能性が考えられたので、本年度、胎生16.5日目の大脳皮質脳室帯に分布する増殖細胞の細胞周期を測定した。rSey^2/+胚の細胞周期はWT胚と比較して変化はなかった。このことから、細胞産生時期が早まった原因は増殖細胞の細胞周期の変化ではなく、別の要因によることが示唆された。大脳皮質を構成する細胞は領野によって産生時期が異なることが知られているので、現在領野の分布を解析している。胎生16.5日目より遅い時期に産生される細胞がどのような運命決定を行うか解析するため、胎生20.5日目の増殖細胞をBrdUで標識し、生後7日目に分布を調べた。標識細胞はWTに比べ、白質に留まっている細胞数が多く観察された。また、生後7日目のrSey^2/+の白質にWTには見られない神経細胞マーカーであるNeuN陽性細胞が異所的に分布している事を見いだした。以上の結果から、rSey^2/+は表層の細胞を産生後も神経細胞を産生するが、移動できず白質に留まることが推測された。この可能性をさらに検証するため、今後、神経細胞マーカー等を用いて胎生20.5日目にBrdU標識した細胞の詳細な解析を行う。そこで本研究ではPax6ヘテロ接合変異ラット(rSey^2/+)が自閉症モデル動物として見なせるか検討している。セロトニンは脳内で神経伝達物質として行動に重要な役割を果たすことが知られており、また自閉症患者の約30%において全血中のセロトニン量が増加していることが報告されている。自閉症患者におけるセロトニン量の異常について詳細な原因は解明されていない。しかしながらさらにシナプス間隙のセロトニン量を検討することは行動異常と神経機能の関連を考慮するのに重要である。血中に含まれるセロトニンはセロトニントランスポーターを介して99%が血小板中に取り込まれるため、無血小板血漿中のセロトニン量を測定することにより、脳内におけるシナプス間隙のセロトニン量を間接的に推測することができる。そこで、福島医科大学小林和人教授との共同研究により今回高速液体クロマトグラフィーを用いて成体ラットの無血小板血漿中を定量した。解析の結果、野生型ラットに比べrSey^2/+ラットのセロトニン量は減少傾向を示した。

この結果からrSey^2/+ラットでは、脳内のシナプス間隙に存在するセロトニン量が減少し、行動異常を引き起こしている可能性が示唆された。転写因子Pax6遺伝子は発生期の大脳皮質原基に発現し、皮質形成に重要である。ヒトにおいてPAX6遺伝子にヘテロ接合変異が生じると大脳半球の容積減少及び機能障害を示すことが報告されている。さらに近年、自閉症の連鎖解析からPAX6を含む染色体領域の重要性が明らかにされた(Maekawa et al., Neurosci, Lett, 2009)。これらのことから、Pax6遺伝子の変異が、大脳皮質形成異常を引き起こし、行動・認知異常の原因となっている可能性が示唆された。そこで本研究ではPax6ヘテロ接合変異(rSey^2/+)ラットが自閉症モデル動物として見なせるか検討している。昨年度までにrSey^2/+ラットが自閉症様行動異常を示すこと及び血漿中セロトニン量が減少していることを明らかにした。本年度は研究成果を論文としてまとめ、筆頭著者としてPlosOneに掲載された。rSey^2/+ラットの胎生16.5日に産生される神経細胞の産生時期が野性型に比べ表層に分布することを明らかにしている。本年度はさらに胎生14.5日に産生される神経細胞をGFPまたはBrdUで標識し、生後7日目に最終分布を確認した。その結果、rSey^2/+ラットは野性型に比べより表側に分布していたが、その差は軽微であった。さらに、rSey^2/+ラットの胎生期のbasal progenitorのマーカーであるTbr2およびsubventricular zoneのPH3の分布が野性型と異なった。これらの結果から、Pax6遺伝子が半減した影響が表層の神経細胞の産生に重要であるTbr2の機能を阻害するため、より胎生期後期で異常が現れると推測される。
流下液膜共存沸騰系における流動・伝熱特性の研究

本研究は、管路下部に液だまりがあり、その液だまりに液膜流が上部から管路内壁に沿って流下している状況で、液だまりに気相を吹き込んだ場合の気液対向流状態における管内スラグ二相流の流れの機構を明らかにすることを目的としている。実験には、水と蒸気の高温高圧状態を模擬することを目的として、フレオンRー113の液と蒸気を用いる。テスト流路には内径が14.8mmで長さが1.5mのパイレックスガラス管を用い、これを垂直に配置する。このテスト流路内に上端からRー113液を管内壁に沿って液膜流として流下させ、下部に一定静水頭の液位を形成する。この液位内に流路下端からRー113蒸気を吹き込む。テスト流路内の静水頭、テスト流路下端への吹き込み蒸気流量、流路上端からの流下液膜流量をそれぞれ種々に変化させ、気液混合物液面の平均高さとその変動高さを測定した。液柱に気相が吹き込まれると、流下液膜が有る場合も、無い場合も、ともに二相混合物の液面は変動をともなって上昇する。二相混合物がスラグ流状態では、気相流量の増加とともに平均液面高さは増大し、また、液面の変動高さにも若干の増大が見られた。気相流量が増加して環状流状態となると、液面の上昇は急増する。流下液膜流量の増加にともない、平均液面高さ、変動高さともに大きくなる。これらの結果は当研究室で行なってきた水と空気を用いた同種の実験の結果とほぼ同一であったが、本実験での液面の変動高さは水ー空気系の場合に比し小さく、約50%程度の値になっている。以上に対し、平均液面高さ、並びに、液面変動高さを求める解析を行ない、良好な結果を得ている。今後は、気液二相混合物内の局所のボイド率の測定を進める予定である。本研究は密閉形二相サ-モサイフォンの動作限界や軽水炉の安全性評価に於いて重要な現象である、上部に管内壁を流下する液膜流が有り下部に気液の混合した液だまりが存在する気液対向流状態に於ける管内スラグ二相流の流れの機構を明らかとすることを目的としている。平成2年度は本研究計画の第1年目であり、主に実験装置の設計と制作を行なった。実験には、水と蒸気の高温高圧状態を模擬することを目的として、フレオンRー113を使用する。実験は大気圧近傍(0.1MPa)で行なう。実験装置は、Rー113蒸気発生器、テスト流路下端の蒸気吹込み部とその上部のテスト流路、蒸気凝縮器、凝縮液の下降管、テスト流路内液位設定タンク、及び、テスト流路上端へRー113液を送るポンプとからなるRー113密閉ル-プと、凝縮器用冷水を供給する装置及び、各種計測器で構成される。このテスト流路内に上端から液膜流を流下させ、下部に一定静水頭の液位を形成する。この液位内に流路下端から蒸気を吹き込む。

テスト流路内の静水頭、テスト流路下端への吹き込み蒸気流量、流路上端からの流下液膜流量をそれぞれ種々に変化させ、流路内の流動状態の観察、並びに、気液の混合した液位高さとその変動幅を測定する。また、気液の混合した液位内のボイド率の測定を行なう。装置完成後、装置の試運転を行なうとともに、種々の特性試験を行なった。性特試験で得たデ-タの検討を現在進めている。平成3年度には、試運転で明らかとなった幾つかの装置上の問題点の改善を行ない、本実験に移行し、結果のまとめを行なう。本研究は、管路下部に液だまりがあり、その液だまりに液膜流が上部から管路内壁に沿って流下している状況で、液だまりに気相を吹き込んだ場合の気液対向流状態における管内スラグ二相流の流れの機構を明らかとすることを目的としている。平成3年度は本研究計画の第2年目である。昨年度実施した特性実験の結果を受け、今年度は以下に述べる実験を行ない、結果のまとめを進めた。実験には、水と蒸気の高温高圧状態を模擬することを目的として、フレオンRー113の液と蒸気を用いる。テスト流路には内径が14.8mmで長さが1.5mのパイレックスガラス管を用い、これを垂直に配置する。このテスト流路内に上端からRー113液を管内壁に沿って液膜流として流下させ、下部に一定静水頭の液位を形成する。この液位内に流路下端からRー113蒸気を吹き込む。テスト流路内の静水頭、テスト流路下端への吹き込み蒸気流量、流路上端からの流下液膜流量をそれぞれ種々に変化させ、気液混合物液面の平均高さとその変動高さを測定した。流下液膜が有る場合も、無い場合も、ともに二相混合物の液面は変動をともなって上昇する。二相混合物がスラグ流状態では、気相流量の増加とともに平均液面高さは増大し、また、液面の方動高さにも若干の増大が見られた。気相流量が増加して環状流状態となると、液面の上昇は急増する。流下液膜流量の増加にともない、平均液面高さ、変動高さともに大きくなる。これらの結果は当研究室で行ってきた水と空気を用いた同種の実験の結果とほぼ一同であったが、本実験での液面の方動高さは水一空気系の場合に小さく、約50%度の値になっている。以上に対し、平均液面高さ、並びに、液面変動高さを求める解析を行ない、良好な結果を得ている。今後は、気液二相混合物内の局所のボイド率の測定を進める予定である。
数学的モデリングにおける討論を重視した指導に関する研究

本研究では、モデリングを促進する見方・考え方の育成・社会における数学の役割についての認識をカリキュラム目標として設定し、中学校3年生34名を対象に、討論を重視した指導を根底においた全9回にわたるカリキュラムを考案し実践を行った。第1回目と第9回目は「授業・カリキュラムの評価として、数学の有用性に関する討論とモデリングを促進する考え方のテストを位置づけた。第2回目から第8回目までは、順に「鏡の謎」「グラフ電卓の使い方」「単利・複利」「財産が2倍になる年数」「じゃんけん」「缶詰」「課題選択学習(駐車の問題、リフレクター,テニスのサーブ)」を題材として取り扱った。テストの結果から、一部の見方・考え方(「財産が2倍になる年数」の問題で意図した数学的モデルの正当化の考え等)。については、満足できる結果が得られたが、その他の見方・考え方(「鏡の謎」の問題で意図した条件・仮定を設定して考える意味の理解等)については、満足できる結果は得られなかった。満足できる結果が得られなかった主な原因については、目標で設定した見方・考え方が授業の中で焦点化され、それについて討論されるような授業展開にならなかったことがあげられる。見方・考え方に関する毎回のねらいが、授業の中で焦点化されるような展開を、どのような枠組みで考えていけばよいかが今後の課題といえる。しかし、生徒の事前・事後の記述の分析から、社会における数学の役割についての認識に関しては、事前では約1割の生徒しか社会における数学の役割について記述できなかったのに対し、事後では7.5割の生徒がなんらかの形で記述できるようになった。社会における数学の有用性の感得といった視点からは、全9回にわたるカリキュラム実践が有効であったことがわかる。附属中学校において、平成13年9月から11月にかけて、18時間にわたる数学的モデリング・応用に焦点を当てたカリキュラム実践を行った。カリキュラム目標としては、「数学的モデリングを促進する見方・考え方を育成すること」,「数学が実世界のどのような点で有用であるのかを理解すること」の2点を設定した。1回につき2時間扱いで、19回目までの授業概要は、以下の通りである。1回目は、事前テストのあと、数学は役立つかどうかについてグループで討論し各自でまとめた。2回目は、鏡を題材にして、条件・仮定を設定して考えることの意味について考えた。3回目は、グラフ電卓の使い方・活用の仕方について指導した。47回目までは、生徒たちの討論を中心に授業を行った。4回目は「単利・複利」5回目は「財産が2倍になる年数」6回目は「じゃんけんで勝負がつく確率」7回目は「最も合理的な缶詰の形」を取り扱った。モデリングを促進する見方・考え方・モデルをつくるねらいが多様になるように題材の選択を考えた。8回目は、「自転車の反射板」「駐車場の車間距離」「テニスのサーブ」の3つの課題を紹介し、各班ごとに興味に応じて選択して解決した。9回目は、事後テストの後、数学はどのような場面で有効に用いられているかについて班で討論し、各自の考えをまとめた。主な知見として、モデリングを促進する見方・考え方に関しては、班の中で友達の考えを活かしまとめようとする鍵となる生徒の存在が、討論を活性化していく上で重要な役割を果たすことがわかった。また、数学の有用性に関する認識は、(1)なんとなく数学が有用だと感じている段階(2)具体的な題材についてどのように役立っているかを記述できる段階、(3)取り扱った題材を範例とみなし、一般的に数学がどのような点で有用であるのかを述べられる段階、等の諸段階に及ぶことがわかった。
新しい表面微細加工技術による人工臓器、細胞及び分子デバイス構築の基盤技術の開発

任意の材料表面の任意の領域に任意の表面加工・修飾技術の開発は強く要請されている。本研究では、(1)光反応を利用して、任意の生体適合性を任意の微細領域の表面に付与する技術を展開し、(2)成型加工したデバイス(例;人工心臓、人工血管)の内外面の任意の部位に任意の生体適合性を付与する、(3)マイクロマシンの表面機能化、(4)生体コロイドによるデバイス(人工神経回路、分子デバイス)の基盤技術を構築することを目的としている。本技術の中核技術は光反応を利用することで、現在開発中の技術は国内外をとわず全く新しい発想と原理に基づくものである。本技術の要素化学は基材と常温大気下で反応する光感応基の選択と高分子や蛋白質表面への化学的導入である。本年度では、光表面化学による表面固定化の要素材料と技術を完成、汎用性且つ高度生体適合化技術を開発した。具体的には、(1)光反応基(フェニルアジド基及びザンテート基)及び光開裂によりカルボキシル基、アミノ基及び水酸基を発生する化学結合を用いて合成高分子を化学固定して、血液適合性を付与した。(2)光反応性蛋白質を化学固定して組織適合性を付与した。(3)ヘパリン分有ゲル層を固定して、短期抗血栓性を付与した。(4)デバイス(人工心臓、人工血管)の内外面を上記技術により表面加工し、生体適合性と表面層の耐久性、高信頼性を検証した。(5)エキシマ・レーザを導入することにより三次元立体加工技術を開発した。本年度では、要素材料化学と技術について、次のことを明らかにし、汎用性且つ高度生体適合化技術を開発した。(3)ヘパリン含有ゲル層を固定して、短期抗血栓性を付与した。

具体的には、(1)光反応基(フェニルアジド基及びザンテート基)及び光開裂によりカルボキシル基、アミノ基及び水酸基を発生する化学結合を用いて合成高分子を化学固定して、血液適合性を付与した。(2)光反応性蛋白質を化学固定して組織適合性を付与した。(3)ヘパリン含有ゲル層を固定して、短期抗血栓性を付与した。(4)デバイス(人工心臓、人工血管)の内外面を上記技術により表面加工し、生体適合性と表面層の耐久性、高信頼性を検証した。(5)エキシマ・レーザを導入することにより三次元立体加工技術を開発した。
危険性気体取扱設備の事故時における空気流入防止技術の開発研究

本研究は、気体燃料貯蔵タンク等に接続されている配管等の破断事故時における空気流入防止技術の開発に関する基礎研究である。配管破断事故時における空気と気体燃料の置換は、両者の密度差によって駆動される自然対流によって行われる。したがって、配管の一部にU字管部等を設けると、その部分に密度の大きな空気が滞留し、対向置換流を抑制し空気の流入を少なく押さえることができると考えられる。本研究では、流路の断面が円形及び矩形(アスペクト比=10)の流路内に生じる異種気体の置換流の流動様式、置換流量、流速分布及び円管の一部にU字管部を取り付けた空気流入抑止流路内に生じる置換流の流動様式及び置換流量等を実験的に調べた。実験の主なパラメータは、気体の種類と流路の傾斜角である。気体の種類は、空気、ヘリウム、窒素、SF6であり、これらの気体を組み合わせて形成される、(空気)-(ヘリウム+空気)置換流、(空気)-(窒素+空気)置換流、(空気)-(SF 6+空気)置換流について実験を行った。流路の傾斜角は水平から垂直までπ/12毎に変化させた。また、矩形流路内を流れる(空気)-(ヘリウム)置換流については数値解析によって流速分布、濃度分布、置換流量等を調べた。得られた主な結果は以下のとおりである。(1)流路内に形成される置換流の流動様式は、異種流体の組み合わせ、グラスホフ数、流路の傾斜角によって異なる。本実験範囲で表れた主な流動様式は、2層層状流、3層層状流、混合流(非層状流)である。(2)置換流量は、無次元置換流とグラスフォフ数、シュミット数、傾斜角との関係で整理できる。(3)置換流量は流路の一部にU字管部を設けることにより大幅に減少させることができる。本実験では1/501/100に減少させることができた。液化水素等の燃料等を貯蔵するタンクに接続されている配管が破断すると、破断したパイプ内には気体燃料と空気とが対向して流れる対向置換流が発生し、空気がタンク内に流入し、爆鳴気を形成する恐れがある。本研究では、気体燃料貯蔵タンクの接続配管が破断した事故時の空気の流入防止技術の開発に関する基礎研究であり、配管の一部にコイル部、U字管部等を設けることによる対向置換流の抑制効果を明らかすることを目的とする。今年度は、まず、置換流量の無次元整理方法を確立するため、流体の組み合わせが異なる三種類の対向置換流(He-Air置換流,Ar-Air置換流及びSF_6-Air置換流)の正味置換流量を実験によって求めた。試験体は,内径及び高さが350mmのアクリル製円筒容器の上部に高さ50mm×幅5mm×長さ200mmのガラス製の矩形流路を取り付けたものである。矩形流路の傾斜角は、0゚から90゚まで15゚間隔で変化させた。試験体内の空気をそれぞれHe、Ar、SF_6で完全に置換した後、矩形流路の先端に取り付けた盲蓋を取り外し空気とヘリウムあるいは、ArまたはSF_6との置換流を生じさせた。そして、試験体の質量変化を電子天秤で測定することにより、空気の流入流量と試験体内の混合気体の流出流量との差である正味置換流量を算出した。

正味置換流量と各気体の物性,流路の傾斜角との関係を実験的に調べるとともに、次元解析を行い、正味置換流量は、無次元置換流量とグラスホフ数,シュミット数、傾斜角との間の整理式で表すことができた。また、置換流の流動様式をトレーサー法による可視化によって調べるとともに、置換流の流速分布をレーザードップラ流速計によって測定し、正味置換流量と置換流の流動状態との関係について検討を行った。また、流路の一部にU字管部を取り付けた実験装置を製作し、置換流の抑制効果に関する予備実験を行った。本研究は、気体燃料貯蔵タンク等に接続されている配管等の破断事故時における空気流入防止技術の開発に関する基礎研究である。配管破断事故時における空気と気体燃料の置換は、両者の密度差によって駆動される自然対流によって行われる。したがって、配管の一部にU字管部等を設けると、その部分に密度の大きな空気が滞留し、対向置換流を抑制し空気の流入を少なく押さえることができると考えられる。本研究では、流路の断面が円形及び矩形(アスペクト比=10)の流路内に生じる異種気体の置換流の流動様式、置換流量、流速分布及び円管の一部にU字管部を取り付けた空気流入抑止流路内に生じる置換流の流動様式及び置換流量等を実験的に調べた。実験の主なパラメータは、気体の種類と流路の傾斜角である。気体の種類は、空気、ヘリウム、窒素、SF6であり、これらの気体を組み合わせて形成される、(空気)-(ヘリウム+空気)置換流、(空気)-(窒素+空気)置換流、(空気)-(SF6+空気)置換流について実験を行った。流路の傾斜角は水平から垂直までπ/12毎に変化させた。また、矩形流路内を流れる(空気)-(ヘリウム)置換流については数値解析によって流速分布、濃度分布、置換流量等を調べた。得られた主な結果は以下のとおりである。(1)流路内に形成される置換流の流動様式は、異種流体の組み合わせ、グラスホフ数、流路の傾斜角によって異なる。本実験範囲で表れた主な流動様式は、2層層状流、3層層状流、混合流(非層状流)である。(2)置換流量は、無次元置換流とグラスフォフ数、シュミット数、傾斜角との関係で整理できる。(3)置換流量は流路の一部にU字管部を設けることにより大幅に減少させることができる。本実験では1/501/100に減少させることができた。
多剤耐性淋菌のゲノム解読に基づくサーベイランスと進化・伝播の解析

世界初の高度耐性・多剤耐性株が分離された京都・大阪で、近年分離された淋菌約200株のゲノムと薬剤感受性のデータから、主要薬剤に対して耐性を示す菌株の割合をまず明らかにした。特に、第一選択薬であるセフトリアキソンに耐性を示す新たな菌株は見つからないことを確認した。その一方で、セファロスポリン系薬剤に対する感受性の低下を引き起こす主要な因子であるモザイク型penA遺伝子について、通常はそれを有するST7363系統の一部に、組換えによって感受性型のpenA遺伝子に戻っているサブ系統が存在し、維持されていることを明らかにした。また、キノロン系薬剤への耐性は、85%の菌株で見られ、DNAジャイレースサブユニットAの91番目と95番目のリンクしたアミノ酸置換によって、感度99%・特異度100%で判別できることを明らかにした。欧米で第二選択薬として採用されているアジスロマイシンについては、約10%の菌株が耐性を示し、上記の2種類の薬剤に比べてその因子は明瞭でなかった。さらに、セファロスポリン低感受性の二大系統(上記のST7363およびST1901)に注目し、日本の他の地域で過去(1996年以降)に分離された計67株のゲノムと薬剤感受性のデータを追加して解析することで、両者が相異なる進化をしてきたことを明らかにした。具体的には、ST7363系統でモザイク型penA X遺伝子が一度獲得された後、ST1901系統ではモザイク型penA XおよびXXXIV遺伝子が複数回独立に獲得されたことを明らかにした。この論文は、査読の過程で、当初予定していなかったデータおよび解析を加えて、Microbial Genomics誌に出版した。また、国立遺伝学研究所の研究集会、薬剤耐性菌研究会、さらにゲノム微生物学会の奨励賞受賞講演の一部で口頭発表した。「研究実績の概要」に述べた通り、論文出版と学会・研究会発表の双方で、順調な達成を得ることが出来た。今年度の達成度を継続していけるよう、今後も日々努力する。所内の設備に大きな変更が生じる可能性があり、次世代シーケンサー関連の支出を先延ばしにした。次年度使用額は、所内の設備の状況を踏まえて、次世代シーケンサー関連の支出として使用する。
酵母転写制御蛋白Gal80の機能領域の解析

A:研究目的酵母におけるガラクリ-ス代謝系酵素の構造遺伝子群<GAL1.7.10>___ーの転写は、<GAL4>___ーと呼ばれる遺伝子によってコ-ドされる蛋白が各遺伝子の上流にある17塩基対の共通配列(UAS)に結合することによって促進される。ガラクト-スの存在しないときには、<GAL80>___ーと呼ばれる遺伝子のコ-ドする蛋白に結合することによってその転写促進機能を抑える。本研究では、Gal80蛋白に関する上記の仮説を検証する。B:研究成果1)Gal80蛋白の精製法の改良と一次構造の解析;Gal80を、酵母内で<ENO1>___ー(エノラ-ゼの構造遺伝子)のプロモ-タ-を利用した高発現ベクタ-を用いて生産し、すでに得られている抗体を用いるウエスタンブロット法により検出しながら精製してきたが、時として精製標品のなかにアミノ末端一部を欠いた蛋白が混在していた。そこで、各種プロテア-ゼ阻害剤を用いてこの問題を解決することが出来た。すなわち、ロイペプチン、フェニルメチルスルフォニルフルオライド、ペプスタチン、アンチパインの混合物を加えることにより完全な蛋白の回収率を上げることが出来た。その結果、湿重量50グラムの菌体より、約2.3ミリグラムの、純度80%以上の精製標品を得ることが出来た。2)精製されたGal80蛋白のゲル漉過法およびSDSゲル電気泳動法による相対分子量の測定結果から、本蛋白が生理的状態では単量体で存在することが判明した。また、そのアミノ末端がアセチル基でブロックされていることが明らかにされた。3)Gal80とGal4との相互作用;ゲルシフト法によって、Gal4/UAS複合体と上記の精製Gal80との結合を検討したところ明確なGal80/Gal4/UAS複合体が観察された。この複合体にガラクト-スまたはその代謝経路上の誘導体を加えても乖離は見られなかった。C:今後の展望このようにしてGal80蛋白の大量精製の方法が確立したので今後、誘導物質ならびGal4との相互作用を物理化学的に解析していきたい。
水浸法によるはめ合い内部のフレッチング疲労き裂進展挙動の観察と進展性評価

機械・構造物のはめ合い部に発生するフレッティング疲労き裂の検出とき裂深さの)定量評価を行うために,水浸法による超音波探傷を模擬車軸のはめ合い部に行った.き裂深さが測定できれば,それによってフレッティング疲労き裂の進展挙動の観察や微小なき裂が進展するかしないかを破壊力学的に評価できる.2年間の研究で,(1)き裂よりも検出しやすい微小ドリル穴(直径100μm3mm)をあけた平板,(2)上の試験片に別の板を重ねてはめ合いを模擬した試験片,(3)CT試験片に導入した疲労き裂,(4)平板状の)試験片に導入したフレッティング疲労き裂,(5)直径40mmの模擬車軸に導入した人工きず,(6)模擬車軸のフレッティング疲労き裂を対象にして順次,超音波探傷試験を行った.それらの実験により,以下の成果を得た.・(1)の試験片に対して直径300μm,深さ400μmの)微小ドリル穴を検出することができ,ドリル穴に対しては検出目標である深さ1000μm以下,分解能100μm以下の目標値を満足した.・(2)のはめ合い部を模擬した試験片を用いた場合,2枚の板の接触面より生じるノイズエコーに強く影響され,上で検出可能であった最小の微小トリル穴が検出できなかった.・そのため,新幹線の車軸が中空車軸であることから,計画になかったはめ合いの内面から超音波を当てる方法も試験を行った.この方法では(1)と同じ寸法の微小トリル穴を検出することができた.・(3)の試験片で検出可能な最小の疲労き裂長さは約2mmであった.・(4)のフレッティング疲労き裂について,深さ10mm以上のき裂は90%以上の精度で深さを測定できたが,深さ4mmでは誤差が70%あった.これは,き裂先端が閉口して超音波をほとんど反射しなかったため,また超音波を傾いたき裂の真上から当てたために超音波を反射するき裂の面積が少なく,また,超群波がレシーバーに対して正しく反射しなかったためと考えられる.・(5)では深さ1mm以下の人工きずまで検出できた.これは、人工きずが放電加工でつくられたものであり,0.5mm程度の厚さがある欠陥であったためによく超音波を反射したためである.・(6)では,き裂の進展にともない,き裂の進展に対応したはめ合い部付近のエコー高さの増加をとらえることができたが,深さの定量的な評価はき裂先端の閉口,接触面からのノイズエコーのために,とくにき裂が10mm以下の場合には困難であった.接触圧力に影響されず,媒質や気温の影響が少ない本研究の試験法は簡便であるが,き裂深さの測定精度の面からは従来のSH波を用いる方法,射角法の)方が優れていることを明らかにした.機械・構造物がフレッティング疲労損傷を受ける場合、通常の疲労限度に較べてきわめて低い応力振幅であっても、10^8回以上の繰返しによりそれらが破壊する事例が報告されている。このような低応力、長寿命のフレッティング疲労破壊を防止するためには、機械・構造物の接触部やはめ合い部に発生する微細なフレッティング疲労き裂が破断に至るようなき裂に成長するかどうか判断することが重要である。本研究では、このような低応力、長寿命のフレッティング疲労き裂の進展挙動を明らかにするために、はめ合い内部のき裂長さを超音波探傷法によって評価することを目的とする。探傷法は水浸法を用いた。水浸法は非接触の超音波探傷法であり、トランスデューサの接触圧力に影響されない利点がある。今年度は、水浸法によりき裂を検出するシステムの構築、微小ドリル穴の探傷試験、フレッティング疲労き裂の探傷試験を行い、以下の成果を得た。1)水浸法により直径40mm、長さ1000mmのはめ合い軸の検査が行えるシステムを構築した。2)検出可能な最小の微小ドリル穴は、直径300μm、深さ約400μmであった。検出可能なき裂深さ1000μm以下、分解能100μm以下の目標値を満足させることができた。3)はめ合い部を模擬した試験片を用いた場合、接触面より生じるノイズ・エコーのため、1)で検出可能であった微小ドリル穴も検出ができなかった。そのために、はめ合いの内面から超音波を当てる方法も試験を行った。この結果、1)と同じ微小ドリル穴を検出することができた。4)フレッティング疲労き裂は深さ4mm以上であれば検出が可能であったが、実際のき裂長さとの誤差は70%あった。これは、き裂先端が閉口して超音波をほとんど反射しなかったため、また、超音波をき裂の真上から当てたために超音波を反射するき裂の面積が少なかったためと考えられる。今後は、き裂の開口量と検出感度の関係、超音波の入射方向と検出精度の関係を明らかにし、探傷精度を向上する方法について検討を行う。機械・構造物のはめ合い部に発生するフレッティング疲労き裂の検出とき裂深さの)定量評価を行うために,水浸法による超音波探傷を模擬車軸のはめ合い部に行った.

き裂深さが測定できれば,それによってフレッティング疲労き裂の進展挙動の観察や微小なき裂が進展するかしないかを破壊力学的に評価できる.2年間の研究で,(1)き裂よりも検出しやすい微小ドリル穴(直径100μm3mm)をあけた平板,(2)上の試験片に別の板を重ねてはめ合いを模擬した試験片,(3)CT試験片に導入した疲労き裂,(4)平板状の)試験片に導入したフレッティング疲労き裂,(5)直径40mmの模擬車軸に導入した人工きず,(6)模擬車軸のフレッティング疲労き裂を対象にして順次,超音波探傷試験を行った.それらの実験により,以下の成果を得た.・(1)の試験片に対して直径300μm,深さ400μmの)微小ドリル穴を検出することができ,ドリル穴に対しては検出目標である深さ1000μm以下,分解能100μm以下の目標値を満足した.・(2)のはめ合い部を模擬した試験片を用いた場合,2枚の板の接触面より生じるノイズエコーに強く影響され,上で検出可能であった最小の微小トリル穴が検出できなかった.・そのため,新幹線の車軸が中空車軸であることから,計画になかったはめ合いの内面から超音波を当てる方法も試験を行った.この方法では(1)と同じ寸法の微小トリル穴を検出することができた.・(3)の試験片で検出可能な最小の疲労き裂長さは約2mmであった.・(4)のフレッティング疲労き裂について,深さ10mm以上のき裂は90%以上の精度で深さを測定できたが,深さ4mmでは誤差が70%あった.これは,き裂先端が閉口して超音波をほとんど反射しなかったため,また超音波を傾いたき裂の真上から当てたために超音波を反射するき裂の面積が少なく,また,超群波がレシーバーに対して正しく反射しなかったためと考えられる.・(5)では深さ1mm以下の人工きずまで検出できた.これは、人工きずが放電加工でつくられたものであり,0.5mm程度の厚さがある欠陥であったためによく超音波を反射したためである.・(6)では,き裂の進展にともない,き裂の進展に対応したはめ合い部付近のエコー高さの増加をとらえることができたが,深さの定量的な評価はき裂先端の閉口,接触面からのノイズエコーのために,とくにき裂が10mm以下の場合には困難であった.接触圧力に影響されず,媒質や気温の影響が少ない本研究の試験法は簡便であるが,き裂深さの測定精度の面からは従来のSH波を用いる方法,射角法の)方が優れていることを明らかにした.
任意サイズの非劣解集合探索のための進化型多数目的最適化アルゴリズムの開発と評価

多目的最適化問題のパレートフロントを近似する非劣解集合を求めるために,様々な進化型多目的最適化アルゴリズムが提案されている.一般に,交叉確率や突然変異確率などのパラメータ設定は,個々のアルゴリズムで異なるため,性能比較を行う場合では,個々のアルゴリズムにおいて最適なパラメータの設定が注意深く行われる.すなわち,個々のアルゴリズムに対する最適なパラメータ設定を用いて,アルゴリズム間の比較が行われる.しかし,非劣解集合の評価指標として用いられるHVとIGDは,個体群サイズを増加させると単調に評価結果が改善する傾向がある.そのため,個体群サイズに関しては,すべてのアルゴリズムで同一の設定で比較が行われ,個体群サイズの設定により,アルゴリズムの評価結果が異なるという問題が発生している.この問題点を解決する方法として,本研究では,以下のような3通りの方法を提案した.(1)個体群サイズを100程度から5000程度まで,様々な値に設定し,アルゴリズムの評価を行う.すなわち,単一の設定値に対する評価ではなく,多数の設定値に対する評価を行う.(2)例えば,100個の非劣解を含む解集合を求める場合,個体群サイズを100に設定するだけではなく,個体群サイズを100以上の様々な値に設定して得られた最終個体群から選択された100個の非劣解の評価を行う.(3)上記(2)において,最終個体群だけではなく,探索中に調べられた全ての個体から選択された100個の非劣解の評価を行う.さらに,このような3種類の評価方法を用いた数値実験を行うことで,アルゴリズム間の評価結果が個体群サイズの設定に大きく依存すること,最終世代の個体群と選択後の解集合の評価結果には大きな相関があること,探索中に調べられた全ての個体から解選択を行うことで,アルゴリズムの性能が大きく改善されることを示した.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。