hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
偏微分方程式の初期値問題の複素解析的研究

複素解析的な初期値問題において、初期データが交差するような特異性を持つとき、解はどこにどの様な特異性を持つのかということについて研究した。初期データが初期面内の余次元1の非特異な多様体上にのみ特異性を持つ場合には、浜田氏による歴史的研究があって、その多様体を通る特性集合上に解の特異性が現れることが分っている。ところが、初期データの特異性集合が交差している場合には、初期値の特異性集合をWhitney stratified setと見なしたときの各strataを通る特性集合の合併上に解の特異性は現れることが分る。そのことの証明は、解の積分表示を求めて、そこに出てくるサイクルをThomのisotopyを用いて連続的に変形するというものである(ただし、いま作用素は定数係数と仮定する)。また、初期データの特異性が確定特異点型である場合には、Phamによる一般化されたPicard-Lefschetz理論を適用することにより、解の振舞いを記述することが出来て、解も(ある一定の条件の下に)確定特異性を示すことが分る。しかしながらいまなお定数係数という制限がある。なんとかこの制限を取り払いたい。また、Lerayは彼の歴史的な長大な連作論文(それはいまなおアイデアの宝庫である)の中で“一般化されたTricomi作用素"という概念を定義しそれに対する興味深い考察を行っている。通常のTricomi作用素の確定特異性を持つ解が超幾何関数で書けることを考えると、一般化されたTricomi作用素に対して、上のような初期値問題を考えることは大変興味深い。これらが今後の課題である。
ものづくりを取りいれた「電気電子実習」及び「課題研究」における教材開発

(研究目的)工業高校の電子情報系学科では、電気・電子・情報の分野を教えており、科目「電気電子実習」や「課題研究」では、それちの分野に関連した項目に取り組んでいる。本校情報電子科では近年、マイコンを使った実習や、無線・有線LANといった実習項目も実施されてきている。総合的なものづくり指導ができるように、ロボットアメリカンフットボールという題材を今回使用し、3年生18名を中心とした実習及びものづくり課題研究の教材開発確立に向け検証及び、取り組む事を目標とした。(研究方法)(1)指導書の作成・・・年度始めに授業計画を作成。教材として次年度以降より、活用できるように資料と指導書を作成した。また先進校の資料も参考にした。教師用指導書、生徒用指導書を(電子系、プログラム系、機械加工系)と系統立て作成した。使われる工具・材料等の使用法・加工法の細かい資料等も作成した。(2)教材対象用ロボットの設計・製作・・・今回教材として5台1チームで行われる集団競技アメフトロボットを選択した。車体設計、モータードライバー製作、プログラム、歯車・タイヤ及び車軸のアルミ切削等、旋盤・フライス盤なども使用し製作過程を完了させた。ロボットを制御する電子回路と、それを動かすプログラム、運動機能に重要な機械部等を製作した。(3)競技会やイベントへの参加活動・・・(2)で製作したロボット教材を用い、ロボット競技大会への参加、また授業とは別に沖縄県産業教育フェア、沖縄県青少年科学作品展への展示発表、地域児童等へのロボット競技デモンストレーションを通して、本研究の研究成果、活動内容の展示発表ができた。(研究成果)この教科の狙いでもあるものづくり、実習及び課題研究に関しては、「工業に関する課題を設定し、その課題の解決を図る学習を通して、専門的な知識と技術の深化、総合化を図る。そして問題解決の能力や自発的・創造的な学習態度を育てるとあり、本年度の研究と並行しながら生徒達も指導していて、以下の成果が見られた。(1)体験的な製作活動を通し、生徒と共に意欲的に教材開発の研究に取り組めた。(2)、生徒達の研究熱心さが実を結び、全国大会に出場する機会が出来た。また先進校訪問などで最先端技術を実際に見る事ができ、技術を導入し、今後の研究を再考するには良い機会であった。(3)ものづくり・ロボット製作の中から、重要なデータが取れ、またロボット大会・産業教育フェア等を通して展示発表もでき、充実した研究が行えたと思う。
化学合成を基盤とした生物活性天然物の分子科学的研究

生物の二次代謝産物である生物活性天然有機化合物トリテルペンポリエーテルとアルカロイドの分子科学的研究を進展させるために、それらの化学合成研究を行った。その結果、オマエザキアノールの不斉全合成による全立体構造の決定、イソデヒドロチルシフェロールの化学合成法の開発、テウリレンとエケベリンD4の仮想生合成様オキサ環化反応の化学的再現に成功した。またハウアミンBのインデノテトラヒドロピリジン骨格の効率的合成を達成した。(1)細胞毒性トリテルペンポリエーテル(オキサスクアレノイド)の連続的カスケード型環化反応によるバイオミメティック合成については対象となる分子がトリテルペンポリエーテルであるということから、事実及び仮説も含めてこれまでにわかっている生合成を参考に我々独自の仮説を立て合成計画を立案した。この研究を皮切りに未開拓のトリテルペンポリエーテルの真の生合成に迫る。(2)分光学的手法では全立体構造の決定が困難なオキサスクアレノイドの化学合成的手法による全立体構造解明を目指し、トリテルペンポリエーテルオマエザキアノール、カリクラドール、イソデヒドロチルシフェロールの化学合成を行う。(3)ハウアミンの合成については有機金属化学を効果的に用い、高効率的に新奇骨格を構築する計画を立案した。最初に全合成ルートを完成させた後、構造活性相関、分子プローブとしての活用等を展開するため誘導体合成を行う計画である。細胞毒性オキサスクアレノイドの連続的カスケード型環化反応によるバイオミメティック合成に先立ち、構造が未解明の新規オキサスクアレノイドオマエザキアノールの構造決定を行った。1994年神奈川県の江ノ島で採取した紅藻Laurencia omaezakiana Masudaから新規トリテルペンポリエーテルオマエザキアノール(1)を単離した。1は最終的に各種2次元を含む1^H and^<13>C NMR等の詳細な解析からテトラヒドロフラン(THF)環が4つ連結した平面構造を有することが判明したが、立体化学についてはずっと不明のままであった。一方1995年Jacobsらはジャマイカ産のみかん科植物Spathelia glabrescensから単離されたTHF環が5つ連結したグラブレスコール(2)の構造を報告した。その後、我々を含む3つのグループが提出構造式2の合成を行い、グラブレスコールの提出構造は間違っていることを指摘し、最終的に我々とCoreyらのグループが独立に正しい構造式を全合成することに成功しグラブレスコールの構造を改訂した。我々のグループは1の構造決定の際に天然物の誘導化実験を行っており、THF環が5つ連結した非対称な化合物と対称な化合物を得ていた。最近になって対称な化合物のNMRスペクトルが我々が以前合成していたグラブレスコールの間違ったmeso体の構造式のスペクトルと一致することが判明し、15年近く不明であったオマエザキアノール(1)の相対配置が判明した。さらにオマエザキアノールの光学活性体を全合成することに成功し、絶対配置を含めた全立体化学を決定した。このように分光学的手法では解決できない立体構造決定の問題を合成化学的手法により解決した。これらの研究はオキサスクアレノイドの生合成解明において基盤をなすものであり、この研究分野の発展に大きく貢献するものと思われる。ハウアミンの合成では、問題のC26位の不斉4級炭素を立体選択的に構築することに成功した。本年度においては、紅藻Laurencia obtusaから単離、構造決定されたTHF環が連続的に3つ連結したテウリレンに焦点を絞った。鍵となる仮想生合成前駆体スクアレンテトラエポキシドの連続的カスケード型環化反応によるバイオミメティック合成に先立ち、仮想生合成前駆体と同じ立体配置を有するモデル基質テトラエポキシドを、ゲラニオールを出発物質としてShalpless及びShiの不斉エポキシ化反応により立体選択的にエポキシドを構築した後、オレフィンメタセシスによる二量化、均一系触媒を用いた水素化をキーステップとしてエナンチオ選択的に構築することに成功した。またもう一つのモデル基質ジエポキシジエンもゲラニルアセタートからアルデヒドの保護基としてシアノヒドリンのTBSエーテルを効果的に用いることにより、テトラエポキシドと同様な方法により合成した。これにより鍵となる仮想生合成前駆体スクアレンテトラエポキシドの合成法を確立できた。この両モデル基質テトラエポキシドとジエポキシジエンをTHF-水中トリフルオロメタンスルホン酸で処理すると5-exo-tetモードのカスケード型環化反応が一挙に進行し、テウリレンと同じ立体配置を有する3環性生成物とジエンを有するモノTHF体が予想よりよい収率で立体選択的に生成することを見い出した。これによりカスケード型オキサ環化の反応条件を確立できた。これらの結果を踏まえ、来年度は本物のスクアレンテトラエポキシド基質でカスケード型オキサ環化を実現する。ハウアミンの合成に関しては、左右両セグメントを鈴木-宮浦カップリングにより連結することに成功し、目下問題の3-アザ-[7]-パラシクロファンの11員環の閉環を検討している。

細胞毒性オキサスクアレノイドの連続的カスケード型環化反応によるバイオミメティック合成については、モデル実験で確立した合成方法を用いてテウリレンの仮想生合成前駆体スクアレンテトラエポキシドを立体選択的に合成することに成功した。この基質をモデル実験で見いだしたカスケード型オキサ環化の反応条件THF/H_2O=9:1中触媒量のトリフルオロメタンスルホン酸で処理したところテウリレンが28%の収率で得られることがわかり、仮想生合成経路を化学的に再現することに成功した。強力な細胞毒性を有するイソデヒドロチルシフェロールの化学合成による全立体構造決定の問題は、左右両フラグメントの立体選択的合成法の開発まで進行している。ハウアミンの合成については従来の合成ルートの改良を行い、特徴的な骨格構造であるほとんど例のないC26位のジアリール置換不斉4級炭素とBredt則に反する橋頭位二重結合(C2=C25)を含むインデノテトラヒドロピリジン骨格のジアステレオ選択的な合成法を確立することができた。具体的には、C26位のジアリール置換不斉4級炭素を、4-メトキシピリジンから位置選択的に調製したジヒドロピリドンのパラジウム触媒分子内α-C-アリール化反応により高ジアステレオ選択的に構築することに成功した。さらにその生成物のビニローガスイミド官能基をトシルヒドラジドにより一段階で直接二重結合に変換する反応も新たに見いだし、ハウアミンBのインデノテトラヒドロピリジン骨格の効率的合成を達成した。本年度の交付申請書に記載した研究目的、研究実施計画に従い研究を行った結果、以下のような成果が得られた。細胞毒性オキサスクアレノイドの連続的カスケード型環化反応によるバイオミメティック合成については、昨年度確立したカスケード型オキサ環化の反応条件(THF/H_2O=9:1中触媒量のトリフルオロメタンスルホン酸)をEkebergia capensisの樹皮より単離されたエケベリンD_4に適用し、立体選択的に合成した仮想生合成前駆体スクアレンテトラエポキシドから低収率ではあるが一段階で化学合成することに成功した。エポキシドの加水分解を引き金とした生合成様連続的オキサ環化が化学反応として実験的に再現できることを示したものであり、興味深い化学的知見であると思われる。強力な細胞毒性を有するイソデヒドロチルシフェロールの全立体構造決定の問題は、昨年度立体選択的合成法を確立した左右両フラグメントを用いて鈴木-宮浦クロスカップリングにより収束的に連結し、イソデヒドロチルシフェロールの可能な二つのジアステレオマーへと導くことに成功した。現在合成品の立体構造について検討を行っている。この全立体構造決定の問題は分光学的手法では解決することが極めて難しく、合成化学的手法によってしか解明することができないと考えられるため、化学合成法が確立できたことは問題解決にあたり極めて意義深いものと思われる。
超音波を用いた脂肪組織への介入によるメタボリックシンドロームの治療に関する研究

超音波照射単独では、脂肪細胞が良質化されなかったので、薬剤との併用を目指して、薬剤単独の効果を調べた。その結果、ピタバスタチン(高脂血症治療薬)は脂肪細胞の分化/成熟を促進し、良質の小型脂肪細胞を増加させ、善玉サイトカインの低下を抑制してインスリン抵抗性を改善すること、ピオグリタゾン(抗糖尿病薬)は細胞周期抑制因子の抑制により細胞周期を促進し、脂肪細胞数を増加させることが明らかになった。これにより、超音波による良質化の標的の一つが、細胞周期制御因であることが明らかとなった。先ず、超音波発生装置ソノポール3000と、直径2cmの円盤型超音波プローブを用いて、6ウェルの培養プレートのウェル毎に超音波照射が可能な装置を作成した。次いで、3T3-L1前脂肪細胞を分化させて作成した脂肪細胞への超音波照射時期を決定した。すなわち、分化開始後、8日目から経時的に細胞を採取し内臓肥満(脂肪細胞の悪質化)の指標となるアディポカインの遺伝子発現をRT-PCRで調べた。その結果、8日目にはadiponectinの転写が認められ、その後、16日目まで次第に低下した。一方、PAI-1は8日目から次第に増加した。すなわち、少なくともDay8から16までは肥大化・悪質化が進行した。そこで、この悪質化予防を目標とすべく、Day8付近を照射のタイミングとした。次に、照射条件の最適化を行った。すなわち、発振周波数を1000KHz、On/Off時間比(Duty cycle)を50%、パルス頻度を20/秒、照射時間は60秒で固定し、Day6またはDay8の細胞に00.4W/cm^2の範囲の種々の強度の超音波を照射し、48時間後に、培養液中へのadiponectinの分泌量をELISAで測定した。その結果、超音波強度依存的にadiponectinの分泌が低下した。また、その強度依存性はadiponectinの分泌が十分に成熟したDay8に比べて成熟前(Day6)においてより顕著であった。次に、スタチンの影響に対する超音波照射の影響を調べるための予備実験を行った。年度内には、Pitavastatinは用量依存的に培養脂肪細胞の肥大・悪質化を抑制することが分かり、次の超音波照射実験の基礎データが得られた。当該年度には、超音波とピタバスタチンとの併用効果の検討へと発展させるべく、その薬量・評価項目を確立した。すなわち、正常分化・維持培養した3T3-L1細胞(分化開始後8日目)に対して、ピタバスタチン10-1,000ng/mLを培養液中に混入し、12および、16日目において評価したところ、1,000ng/mLは細胞障害的であったが、10100ng/mLでは、用量依存的に、中性脂肪含量の増加および脂細胞サイズの増大が抑制され、それに対応して、アディポネクチンの減少がmRNA、タンパクレベルで抑制された。さらに、GLUT-4、ホルモン感受性リパーゼ、リポ蛋白リパーゼの発現も用量依存的に増加し、ピタバスタチンは100ng/mLまでは用量依存的に脂肪細胞における糖の取り込みを活性化させながら、中性脂肪の分解、放出も活性化させることにより、脂肪細胞の肥大を阻止しているという作用機序が強く示唆された。これらに基づき、最終年度に予定している培養細胞を用いた検討において超音波と併用すべき薬量は10-100ng/mLとし、上記を評価項目とするよう決定した。一方、過食肥満モデルであるKKAyマウスに対しては、ピタバスタチン(6mg/kg/日)を6週間に亘り飲水投与したところ、血中アディポネクチンが増加し、インスリン負荷試験で評価したインスリン感受性が改善し、内臓脂肪組織の脂肪細胞のサイズが縮小していた。このように、22年度に予定している超音波によるピタバスタチンの効果の増強に関するin vivo実験の対照データも得られた。本年度は、肥満の進行に対するピタバスタチンの効果に関する知見の論文化と平行して、肥大脂肪細胞モデルを用いて、脂肪細胞の増殖と分化の過程におけるp16^<INK4a>、PPAR-γを中心とする細胞周期関連分子の変動、及びこれに対するピオグリタゾンによるPPAR-γ刺激の効果を明らかにした。すなわち、ピタバスタチンは臨床用量相当濃度で、3T3-L1細胞の分化・成熟を障害することなく、脂肪細胞の肥大・悪質化を抑制することを明らかにし、Atherosclerosis誌に発表した。一方、細胞周期制御因子cyclin-dependent kinase inhibitorのひとつであるp16^<INK4a>が、脂肪前駆細胞の増殖を負に制御しており、PPAR-γの刺激はこれの遺伝子発現を抑制することによりその増殖を促進することを明らかにした。これは、ヨーロッパ心臓病学会において発表した。また、PPAR-γ刺激によるp16^<INK4a>の遺伝子発現抑制は、もう一つのInk4a/Arf遺伝子産物であるp19^<Arf>や、

腫瘍抑制因子p53の抑制を伴っており、これが脂肪細胞の加齢性機能障害を抑制することも明らかになった。すなわちPPAR-γ及びピオグリタゾンによるその刺激は、脂肪前駆細胞の増殖を促進する一方、成熟脂肪細胞のエイジングによる機能低下を抑制することにより、脂肪組織の機能を維持し、ひいては肥満関連の代謝異常に対してインスリン感受性の保持に寄与することが強く示唆された。この一部は、タイ国チェンマイ大学でのシンポジウムで発表し、論文化を完了して、現在投稿準備中である。このように、本研究では、最終目標である超音波照射の影響を明らかにするための実験の対照データの収集段階で、次々と新しい知見が得られた。これらは脂肪蓄積による代謝異常の病態とその治療の進歩に貢献するものと思われた。
金属シリサイドコンタクトを用いた非晶質シリコン薄膜トランジスタの作製

非晶質シリコン薄膜トランジスタの高性能化のためには、まず、活性層である非晶質シリコン薄膜の高品質化が重要となる。本研究では、第一に、ガラスなど、非晶質シリコン薄膜トランジスタの主たる用途である液晶ディスプレイ用の基板などに高品質な非晶質シリコン薄膜を成膜できるよう、低温成膜の手法について検討を行った。具体的には、熱に変わるエネルギー源として、高エネルギーフォトンを用いることにより原料ガスであるモノシランを光化学反応により直接分解し、基板に低温成膜する技術を確立した。本手法は、高エネルギーフォトン発生に伴って、原子状水素を多量に生成するため、堆積された非晶質シリコン薄膜が高効率に水素化されるという利点を有しており、局在準位の少ない薄膜の作製が可能となった。さらに、トランジスタ動作に必須なゲート絶縁膜の低温作製法についても検討し、高エネルギーを有する原子状酸素を用いることにより、熱酸化プロセス温度を300400°C程度低減化できることを見出した。原子状酸素の生成には、マイクロ波放電を用いるが、リモートプラズマの形態をとることにより、基板へのダメ-ジを低減化できることが示された。また、様々な特性を有する絶縁膜を薄膜トランジスタなどの構造に低温で組み込むために、堆積手法の改善によって、良好な結晶性を有する結晶性絶縁物の作製に成功している。従来からの代表的な絶縁物である二酸化シリコンや窒化シリコンと比較して、飛躍的に高い電荷保持能力を有するペロブスカイト型結晶性絶縁物を、原料ガスを結晶構造に合わせて交互に供給することにより、従来よりも低い温度で成膜する技術を構築した。加えて、ソース・ドレインコンタクトとなるチタンシリサイド作製のための、チタン/半導体界面での初期シリサイド化反応の素過程について検討し、シリサイド形成速度が、チタン膜堆積速度に依存することを見出した。非晶質シリコン薄膜トランジスタ(a-Si:H TFT)の素子特性の向上すなわち高速動作を可能とするためには、素子の微細化、界面特性の向上、コンタクトの改良が必要であると考えられる。特に、界面特性の改善は、キャリア移動度の増加をもたらし、またコンタクトの改善はオン電流の増加により電解効果移動度を向上させるなど、素子特性改善に直接結び付く重要な因子である。本研究では、今後も基幹的な電子素子として多用されると考えられるa-Si:H TFTの性能向上のために、これら2つの因子の改善を図っている。具体的には、界面におけるキャリアの散乱を少なくするため、CVD装置にパーソナルコンピュータによる原料自動切り替え機構を取り付け、非晶質シリコン/ゲート絶縁膜の連続成膜を可能とした。これによりヘテロ接合が大気に触れることなく良好な界面が形成されることになった。さらに、活性層へのダメ-ジを極力避けることを目的として、ゲート絶縁膜作製法として、真空紫外光CVDによるSiN成膜法を確立した。真空紫外光測定器からのスペクトルをデータスキャナーでパーソナルコンピュータにフィードバックすることにより、常に高強度の真空紫外光を照射する事が可能となり、良好な界面を維持したまま安定した成膜が行えるようになった。さらに、コンタクト改善の準備段階として、パラジウム、コバルト、ニッケルの各種金属と非晶質シリコンとのシリサイド化反応の検討を行った。これらの金属と非晶質シリコンとのシリサイド化反応に必要な温度は、おおむね300°C程度であることが見いだされ、いずれも非晶質シリコンの未結合手を誘発せずにTFTのコンタクトとして用いることができるとの結論を得ることができた。非晶質シリコン(a-Si)を活性層に用いた薄膜トランジスタ(TFT)は、今後の表示素子の主流になると考えられるアクディブマトリクス型液晶ディスプレイのスイッチ素子として応用され、低消費電力で駆動できる電子デバイスとして注目されている。

本研究では、従来からソースドレインコンタクトとして用いられてきたn+a-Siに代えて、金属シリサイドを用いることにより、コンタクト特性の向上を図り、コンタクト抵抗の減少により、a-SiTFTの電界効果移動度の向上を目指した。本年度は、金属/a-Siにおける界面反応について調査し、低コンタクト抵抗を有する界面系として、Niシリサイドが有力であることを見いだした。また、金属をa-Si上に蒸着する際のベース圧力が、その後のシリサイド化反応に影響を与え、コンタクト抵抗が変化することを見いだした。チャンバー真空度の向上のため、従来の排気系を一新し、ロータリーポンプおよびターボ分子ポンプの排気システム(当該年度設備備品)を構築した。その結果、MiシリサイドコンタクトTFTにおいて、電界効果移動度が2cm2/V・secを超える値が実現された。これは、従来のn+a-Siを用いた場合に比べ、倍近い値となっている。しかしながら、シリサイドコンタクトを使うことにより、スレッショルド電圧が上昇してしまうこともわかった。これを避けるために、金属蒸着前のa-Si基板のPイオンを注入し、その後、蒸着、熱処理を行うことにより、スレッショルド電圧の低下が解消された。これは、金属とa-Siとの間のシリサイド化反応時に、金属/結晶Siで見られるような、ド-ピング元素のa-Si側への吐き出しが起こり、シリサイド/a-Si界面構造における空乏層が極めて短くなり、オーミック特性が改善されたことによると考えられる。
過剰な抗酸化・還元作用による生体障害「還元ストレス」の確立に向けた網羅的研究

本研究は、過剰な還元状態の亢進による生体障害“還元ストレス"の分子メカニズムを明らかにし、「還元ストレス学」を創出することを目的として行う。近年2型糖尿病の発症・進展に、過剰な抗酸化・還元作用による生体障害(以下、還元ストレス)が関与することが明らかとなってきた。そこで本研究では、還元ストレスを負荷した細胞および臓器について、遺伝子発現、タンパク質発現および代謝物量を網羅的に解析し、過剰な還元状態における細胞応答・生体変化を明らかにする。“酸化は悪、還元は善"で築かれた学術体系を大きく変革し、様々な疾患や生活習慣病、老化に対する新たな学術大系「還元ストレス学」の確立に挑戦する。
エイズ病態におけるNF-kB活性化とその制御機構

NF-kBの活性化には、そのインヒビターであるIkBαおよびβのN末部のセリン残基の燐酸化に依存した蛋白分解が必須であると従来考えられているが、我々はFK506、酸化ストレス、osmotic shock等のいくつかの非定型的なNF-kBの活性化刺激では、このN末部のセリン残基の燐酸化に依存しない新しいシグナル伝達経路によりIkBαおよびβの分解とNF-kBの活性化が起こることを明らかにすることができた。さらに、様々なプロテアーゼ阻害剤を使い、非定型的な刺激によるこの新しいkBαおよびβの分解とNF-kBの活性化には従来指適されていたプロテアソームが関与しており(投稿中)、非定型的な刺激によるエイズウィルスの活性化にはこの経路が重要であると考えられた。また、Tatによるp53 promoter活性化の抑制、HIV-LTRの活性化を野生型p53は抑制し、変異型p53活性化する、等エイズ病態においてp53が重要な役割を果たしていると考えられる。我々は、NF-kBp65とp53が相互のDNA結合部位を介して直接結合することにより、NF-kBがp53の活性を阻害する一方で、wild-type p53はNF-kBの活性を抑制するが、mutant p53はNF-kBの活性を促進する等、p53がエイズウィルスの活性化に重要な役割を果たしていることを示す結果が得られた(投稿中)。以上、非定型的な刺激によるIkBαおよびβの分解とNF-kBの活性化の新しいシグナル伝達経路の存在を明らかにすることができた。さらに、p53がNF-kBp65と直接結合することにより、エイズウィルスの活性化に重要な役割を果たしていることを示す結果が得られた。
ベトナムにおける下痢症の研究

ベトナム北部ナムディン省地区における下痢サンプルの病原体検出がほぼ完了した。非下痢性糞便サンプル479検体(登録者479人)、下痢性糞便サンプル2120検体(登録者1509人)の解析の結果、下痢原性微生物の検出率は、下痢性糞便サンプルの方が非下痢性糞便サンプルより、13.1%対8.4%と、高い値を示した。病原微生物の検出率としては、ロタウイルスは約2%であり、ノロウイルスに関しては、G1が0.4%、G2が4.4%であった。下痢起炎微生物のなかで、赤痢アメーバによる割合が比較的高く、全体の3.2%を占めた。赤痢アメーバは、北部ベトナムにおいて、小児から成人にわたる幅広い年齢層で下痢の起炎微生物であることが推定された。また、サルモネラ、エロモナス、カンピロバクター、赤痢菌、コレラ菌は全体を通じて検出が少なく、同地域においては主要な下痢起炎微生物とは言えない事が推定された。ナムディン省における全年齢層を対象としたコホート調査において、下痢の発生状況と環境要因の関連を解析した。その中で有意な関連があったのは水の使用状況および使用するトイレの種類などであった。水の使用状況として、飲料水を含まない生活用水(一般生活用水)と、飲料水とに分けて調査を行った。この地域における一般生活用水と飲料水の水源として主に雨水と水道水があるが、一般生活用水および飲料水双方において、水道水を使用する群が、雨水を使用する群に比べて下痢の発生頻度が高い傾向がみられた。また、この地域におけるトイレの種類は主に、簡易式水洗トイレと溜め込み式トイレがあったが、簡易式水洗トイレを使用する世帯群が、溜め込み式トイレを使用する世帯群に比べて下痢の発生頻度が低い傾向が確認された。これまでのところ、家畜の保有状況と下痢症発生頻度との間には有意な関連は認められなかった。北部ベトナムより採取したヒト由来の下痢便検体およびコントロールとして採取した非下痢便検体より、下痢原性微生物の検出をほぼ完了し、同地区における下痢症の発生頻度、および下痢症の危険因子の推定のための解析も順調に推移している。しかしながら、研究実施地区の一つである南部ベトナムテンザン省ソンビン村でのヒトからの下痢症検体、および同地区で飼育されている家畜由来の便検体の収集がやや遅れ気味であった。また、下痢原性微生物の検出のための消耗品の現地での調達がやや遅れ気味となった。同地区において、研究補助員のトレーニングおよび村公衆衛生担当機関との研究推進のための協議を重ねており、地域住民および家畜の糞便検体の収集は問題なく進められる。今後は、やや遅れ気味であった、南部ベトナムテンザン省ソンビン村において、対象住民の平時における便を収集し、いわゆる下痢原性微生物の検出を試みる。また下痢症検体を前向きに採取し、そこから同微生物の検出を試み、病原微生物の分布を平時におけるものと比較する。下痢症の危険因子推定のために、疫学調査を実施する。また、同地区で飼育されている家畜の便より同様に微生物群の検出を試みて、家畜とヒトの間で下痢症起炎微生物の伝播の有無を解析する。以上を、ホーチミンパスツール研究所との共同で実施する。得られたデータをベトナムの他の地域ので得られた検体を基に解析したデータと比較する。解析したデータを随時学会や論文等で発表する。北部ベトナムナムディン省地区において下痢症の疫学研究を実施するにおいて、琉球大学およびベトナムの倫理委員会の承認を得た。実施地域の全約2,200家屋のうち、すでに選定してあった300家屋より下痢症検体および関連する疫学情報を採取しその解析を行った。検体は下痢症状を訴えた全年齢層を対象とし、軽症例重症例を含むものであった。下痢原性細菌、胃腸炎ウイルス、下痢原性原虫を標的とした解析を試み、併せて家畜等の糞便を採取して同様の解析を進めた。また研究地区における基本的な住民情報を得て下痢症全体の発生に関わる危険因子の推定を行った。その結果、対象地域においては約40%の対象住民が年間1回以上の下痢を発症する事が推定された。疫学情報を勘案すると、対象地域においては1.水道水を生活用水として使用する事、2.水道水を飲料水として使用する事、3.ため込み式のトイレを使用する事が下痢症を発症する要因として重要である可能性が指摘された。また下痢症の起炎微生物としてはロタウイルス、全てのカテゴリーの下痢原性大腸菌、および赤痢アメーバが同地域においては重要であることが推定された。これは以前我々が実施した病院基盤下痢症研究とは大きく異なる結果であった。一方、同地域におけるジアルジア性下痢症はいくつかのジアルジアの系統(アセンブリー)から成ることが推定されたが、そのうちのいくつかは動物からヒトに感染してきたものであることが示唆された。また下痢症患者においては全体の約40%から1種類以上の下痢原性微生物が検出され、同地域の下痢症における重複感染の重要性を示す結果となった。本研究はおおむね順調に進展していると判断してよいと思われた。ベトナム側の倫理委員会の研究対象部分の承認は得られており、また琉球大学側の倫理委員会の承認も同様に得られた。研究実施体制も先行する研究(平成25-27年度科学研究費基盤研究B)等を中心に整備を終えており、また下痢原性微生物解析体制も整備を終えているため、解析が順調に進んだ。

上記実績を活かして今後はベトナム他地域でも同様の活動に着手する。ベトナム北部ナムディン省地区における下痢サンプルの病原体検出がほぼ完了しつつある。まず、病院基盤研究において、下痢症との関連が非常に重要視されたロタウイルス、ノロウイルスの検出率が、住民基盤研究においては低い検出率であった。具体的な検出率としては、ロタウイルスは、病院基盤研究において500/1003 (49.9%)であったが、住民基盤研究では43/2120 (2%)であった。また、ノロウイルスに関しては、病院基盤研究が、G2のみで366/1002 (36.5%)であったが、住民基盤研究では、G1が9/2120(0.4%), G2が93/2120(4.4%)であった。検出が遅れていた原虫(ジアルジアとクリプトスポリジウム)に関しても全ての検出は完了した。先行研究において、正常便サンプルから原虫を検出し環境要因との関連を探り、家畜を飼育している人々がジアルジアを保有する傾向があることが確認されている。今回、下痢便サンプルにおいてもその傾向を確認したが、家畜を飼育している人々においてジアルジアの保有率が特に高いわけではなく、また、今回のサンプルにおいては下痢の原因としてジアルジアを重要視する結果は得られなかった。人獣共通感染症として注意する必要はあるが、家畜に主に感染しているAssemblage Eに関しては、人での病原性は不明で、不顕性感染もあり得るだろう。人と家畜の間で相互に感染し、時には人が家畜のジアルジア保有率を助長することも危惧された。また、クリプトスポリジウムに関しては、人の便サンプルから、本来犬を宿主とするCrypsporidium canisと元々人を宿主とするCryptosporidium huminisが検出された。C.canisは下痢便からのみならず、正常便からも散発的に検出され、日常的に感染が成立している可能性がある。ベトナム北部ナムディン省で採取した、ヒト由来の下痢便検体およびコントロールとして採取した非下痢便検体より、下痢原性微生物の検出を試みている。検出は順調に進み、分子疫学的解析を随時行っている。また下痢症の発生頻度、および原因が異なる下痢症の危険因子を推定するための解析を試みている。家畜由来の便検体に関しても引き続き解析を進め、ヒトと動物との間で下痢原性微生物の往来があるかどうかの解析に資する。腸内細菌叢の解析も引き続き進める。ベトナム南部における調査および解析の準備も進み、北部と南部の下痢症の違いが明らかになる予定である。ベトナム北部ナムディン省地区における下痢サンプルの病原体検出がほぼ完了した。非下痢性糞便サンプル479検体(登録者479人)、下痢性糞便サンプル2120検体(登録者1509人)の解析の結果、下痢原性微生物の検出率は、下痢性糞便サンプルの方が非下痢性糞便サンプルより、13.1%対8.4%と、高い値を示した。病原微生物の検出率としては、ロタウイルスは約2%であり、ノロウイルスに関しては、G1が0.4%、G2が4.4%であった。下痢起炎微生物のなかで、赤痢アメーバによる割合が比較的高く、全体の3.2%を占めた。赤痢アメーバは、北部ベトナムにおいて、小児から成人にわたる幅広い年齢層で下痢の起炎微生物であることが推定された。
サブバンド間遷移を用いた3μm帯室温発振赤外半導体レーザ

半導体レーザでは波長が2.54μmでは室温発振が実現されていない。本研究はAlAsSb/GaInAs超格子を用いるサブバンド間遷移を利用するカスドケード構造を用いた新構造を提案し、MBEによる作製の基礎研究を行った。1.超格子設計:従来のInP基板を用いたAlInAs/GaInAs超格を用いるカスドケード構造では障壁層のAlInAs層と井戸層のGaInAs層の間のバンドオフセットエネルギー(障壁ポテンシャルエネルギー)が0.52eVであり、4μm以下の波長を得るには電子のオーバーフローのため実現できない。本研究ではInPと格子整合するAlAs_<0.5>Sb_<0.5>を障壁層に用いGa_<0.47>In_<0.53>As井戸層との間のバンドオフセットが1.60eVであり、4μm以下の波長が可能である。超格子3サブバンド準位による発光層として3個のInGaAs層を基本構造とし、短波長発振のネックである電子のオーバーフローを防止するための設計を行うため次の2方式の計算機シミュレーションを行った。(1)AlInAs障壁層4個の内1個をAlInAsからバンドオフセットエネルギーの大きいAlAsSbに換える方式、(2)AlInAs障壁層のにAlAsを2原子層、InGaAs井戸層にInAsを2原子層導入して格子定数の差による歪を補償するとともにバンドオフセットエネルギーを0.52eVから0.74eVとする格子歪補償方式。この結果、(1)、(2)とも波長3μm帯で電子のオーバーフローが抑制されるが、(1)は(2)に比べ短波長化に優れており、これらの設計シミュレーションについて学会発表を行った。(電気学会より論文発表優秀賞を受賞)2.MBEによる超格子の作製:InP上へ格子整合するInGaAs、AlInAs、AlAsSbの作製条件を格子定数のX線回折装置による測定フィードバックを行いながら決定した。AlAsSbの作製には初年度に導入したクラッキングセルを用いることにより、基板温度が520°Cで格子整合する組成AlAs_<0.5>Sb_<0.5>を得ることができた。InGaAs/AlAsSbヘテロ接合を形成できるようになった。結晶の光学特性の評価低温:作製したInGaAs成長層のフォトルミネッセンスを液体ヘリウム温度室温まで結晶特性を調べた。バンド端発光以外の結晶欠陥による発光は観測されず、結晶性がすぐれていることが確認された。3.これらの結果を踏まえ、AlInAs/GaInAsカスケード格子構造と上記のAlAsSbを障壁層とする構造をMBEで作製しTEMによる観測で各層の層厚のばらつきは1原子層以内であることが確認され、素子作製が可能な段階にあり、今後引き続き研究を継続する。3.これらの結果を踏まえ、AlInAs/GaInAs

カスケード格子構造と上記のAlAsSbを障壁層とする構造をMBEで作製しTEMによる観測で各層の層厚のばらつきは1原子層以内であることが確認され、素子作製が可能な段階にあり、今後引き続き研究を継続する。電流注入層が4個の量子井戸、発光層が3個の量子井戸で構成する単位超格子において発光層と次段の電流注入層の間の障壁層にAlGaSb層を挿入することによる電子閉じ込めによりミニバンド間遷移確率を改善について計算機シミュレーションを行った。厚さが異なるAlInAs障壁層、InGaAs量子井戸層、AlGaSb障壁層の厚さはInP単位原子層(0.58nm)の整数倍に設定している。各層の厚さを変化させてSchroedinnger方程式の数値解析によりサブバンドエネルギー、波動関数をもとめる計算を繰り返し行い、AlGaSb障壁層による発光層の上ミニバンドでのの電子の閉じ込め、下のミニバンドでは次段への電子のトンネル確率が大きくなる設計を行った。MBEによる超格子の作製に必要なInP基板の分解防止と超格子成長のためのInGaAsバッファ層のおよび超格子作製のためのAlInAs/InGaAsヘテロ接合、AlAsSb/InGaAsヘテロ接合の成長を行い、XRD(本学に既設)による格子定数測定により格子整合する成長条件を決定した。来年度に向けて発光層超格子作製のためのAlAsSb/InGaAsヘテロ接合の成長、単位超格子のために本研究補助金で申請しているSbクラッキングセルを導入し、MBE装置の改造を進めている。作製した超格子の光学的評価のため、既存の分光測定装置に組み合わせるロックインアンプと次年度に予定していた光スペクトルアナライザ(中古品)を本補助金で導入した。レーザ超格子の設計を発展させるとともに、単位超格子作製のための構造と材料の検討を行った。1.超格子設計:3μm帯の発振波長を得る超格子レーザの単位超格子の構成として、前年度に設計した電流注入層(超格子として障壁層をAlInAs、井戸層をInGaAsとした5ケの量子井戸層)を固定し、3個の量子井戸からなる超格子3サブバンド準位による発光層として3個のInGaAs層を基本構造とし、短波長発振のネックである電子のオーバーフローを防止するための設計を行うため次の2方式の計算機シミュレーションを行った。(1)AlInAs障壁層4個の内1個をAlInAsからバンドオフセットエネルギーの大きいAlAsSbに換えて、InAsと伝導帯のバンドオフセットエネルギーを0.52eVから1.6eVとする格子整合方式、(2)AlInAs障壁層のにAlAsを2原子層、InGaAs井戸層にInAsを2原子層導入して格子定数の差による歪を補償するとともにバンドオフセットエネルギーを0.52eVから0.74eVとする格子歪補償方式。この結果、(1)、(2)とも波長3μm帯で電子のオーバーフローが抑制されるが、(1)は(2)に比べ短波長化に優れており、本方式を主に進めることにした。これらの設計シミュレーションについて学会発表を行った。2.MBEによる超格子の作製:InP上へ格子整合するInGaAs、AlInAs、AlIsSbの作製条件を格子定数のX線回折装置による測定フィードバックを行いながら決定した。AlAsSbの作製には初年度に導入したクラッキングセルを用いることにより、基板温度が520°Cで格子整合する組成AlAs_<0.5>Sb_<0.5>を得ることができた。
複素空間での経路積分とトンネル効果

複素空間での経路積分とトンネル効果及びその応用について今年度は以下の事を調べた。まず,量子力学のWKB近似の問題で,複素空間の古典的経路を取らないと正しい答えが得られないものとして,高エネルギーでのトンネル確率の評価が挙げられる。本来WKB近似は,エネルギーの低いトンネル確率の計算に対して有効であつ事が知られているが,古典解を複素化する事でエネルギーの高いトンネル確率に対しても適用できる。我々はこのような問題を位相空間での経路積分の枠内でどの様に扱えば良いのかを示した。また応用として,量子ホール効果でトンネル効果がどの様な役割を果たすのかについても調べた。ここで,量子ホール効果の端に現れる状態(edge state)を記述するのに1次元の可解模型であるCalogero-Sutheland模型が有効である事を示し、量子ホール効果のラフリン波動関数との関係を明らかにした。量子ホール効果のラフリン波動関数は空間2次元の波動関数であり、一方Calogero-Sutherland模型は空間1次元の模型なので,一見すると両者に関係があるとは思えないが,量子ホール効果が起こっている2次元空間は位相空間としてみなせるため,これらの空間次元が異なる二つの波動関数の間に1対1の対応がつけられる。また,edgeが近付いた時には,各edge state間のトンネリングがおこって二つの状態が混ざり合う。この時,系の端での相関関数がどういうexponentを持つかについても議論した。
新規サイトカイン受容体WSX-1によるTh1誘導機構の解析

WSX-1は、IL-12関連サイトカインIL-27の受容体であり、WSX-1欠損マウスにおいては、原虫リーシュマニア(Leishmania major)感染抵抗性が減弱する。この機序に関しては、WSX-1が早期のインターフェロン産生に重要な役割を果たしており、WSX-1欠損CD4陽性リンパ球では、活性化早期のインターフェロンγ産生が傷害を受けていること、また、WSX-1の下流で、STAT1が活性化し転写因子T-betが誘導されることを報告してきた。欠損マウスにおいてトリパノソーマ(Trypanosoma cruzi)、およびトキソプラズマ(Toxoplasma gondii)原虫感染を行った。WSX-1欠損マウスにおいては、感染抵抗性の減弱が認められたが、リーシュマニア感染時とは異なり、インターフェロンγを含むさまざまな炎症性サイトカイン(IL-1,IL-6,TNF-αなど)の過剰産生や細胞の過剰な活性化が認められ、WSX-1欠損マウスにおいては過剰な炎症やサイトカイン産生が肝障害を引き起こし、これが感染抵抗性減弱の原因であると考えられた。また、ウイルス感染や自己免疫性肝炎のモデルとされるConA誘導性肝障害のモデルにおいても、WSX-1欠損マウスは肝障害の程度がひどく、主としてNKT細胞による炎症性サイトカインの過剰産生が認められた。以上のことから、WSX-1には、すでに報告したインターフェロンγ産生の制御に加え、細胞の過剰な活性化やサイトカイン産生を抑制する新規の役割があることが明らかにされた。
種分化種形成に関与する遺伝子の単離とそのメカニズムの解明

本研究ではカワズズメ科魚類、(シクリッド)を用いて種分化種形成に関与してきた遺伝子の単離とそのメカニズムの解明を目的としている。そしてその候補の遺伝子として視覚と体表模様の形成に関与する遺伝子に着目してきた。これまでに本研究で光受容体タンパクの一つ、LWSビクトリア湖のシグリッドで非常に多様化し、またその変異が種内に固定し種分化種形成に関与してきたことを明らかにしてきた。そこで今年度はその変異の機能的な変化を明らかにし種分化種形成にどのように関与してきたかを検証するために、光受容体タンパクのオプシン遺伝子を培養細胞内で発現させ、そのタンパク質を抽出し吸収波長の変化を調べることを試みた。その結果、LWSの培養紬胞内での発現がウェスタンブロットで確認され、現在吸収波長の測定を行っている。また、体表模様の形成に関わる遺伝子hagoromoについてシクリッド生体の皮下での強制発現による色素細胞の分化を試みた。その結果皮下での遺伝子の強制発現に成功し、現在色素細胞の誘導、分化を検出することを行っている。これまでの本研究の成果を雑誌に掲載した。顎、歯の形態形成についてはbmp4遺伝子の進化についての論文を掲載した(Mol.Biol.Evol.19:1628-32.2002.)。体表模様についてはhagoromo遺伝子の進化についての論文を掲載した(Mol.Biol.Evol.19:574-8.2002)。視覚についてはロドプシンとLWS遺伝子の準化についての論文をそれぞれ掲載した(Mol.Biol.Evol.19:1807-11.2002.;PNAS 99:15501-6.2002.)。
王政復古期散文からみる17世紀イギリスの社会変化と文学の関係についての研究

平成17年度は、前年度にイギリスにおいて収集した文献・資料の精読と分析を主に行った。ヨーク大学グレアム・パリー教授より研究に関する助言を受けながら、日本では未だ研究が十分にされていない17世紀イギリス作家と作品について特に王政復古期の宗教的、社会的エソスを読み取る試みを継続して行った。具体的には、ジョン・イーヴリンとサミュエル・ピープスの日記、そしてギルバート・バーネットによるロチェスター卿の死の床での告白を扱ったSome Passages of Life and Death of John, Earl of Rochester (1680)を研究対象とした。また、この研究の新たな方向として、17世紀半ばに現れるようになった書籍巻末のブックリストに関しての調査を開始した。ブックリストは既刊あるいは新刊本の一種の広告として、書籍商がテクストの後ろに添付して製本したものであるが、その時代の書籍を取り巻く文化的背景、経済的、政治的背景までも含む貴重な資料である。リチャード・チズウェルというロンドン書籍商のブックリストについて平成17年11月12日英米文化学会例会において王制復古期の出版事情に関する研究発表を行った。上記の研究から、これまでに日本の英文学研究の対象から外れていた多くの特に散文作品によって、王制復古期当時の文学の正確な評価が垣間見えてきた。また、王制復古期の文献が著者と読者、さらには書籍商の三者が相互に影響を及ぼしあって産出されたことが判明し、時代の思想的背景を大いに反映するものであると確信を持つことができた。今後は、王制復古期の社会変化を映し出すブックリストの調査を続行し、さらに詳細な分析を行ないたい。平成16年度は夏期及び春期の2度にわたってイギリスにおいて文献調査・収集を行なった。ブリティッシュライブラリーを中心とした調査とヨーク大学グレアム・パリー博士との研究に関する面談、さらにブックフェアーや稀覯本店における文献収集を実施した。具体的研究内容としては、まず、ブリティッシュライブラリー所蔵の文献であるトマス・トラハーンの作品Roman Forgeries (1675)およびロバート・ワイルドの作品を収めたRome Rhymed to Death (1683)などから王政復古期の宗教的、社会的エソスを読み取る試みを始めた。それと同時に王政復古期を代表する諷刺詩人であり、王政復古期英国の社会像を作品に記録したロバート・ワイルドについて、この研究に先んじて行なってきた自らの事前研究を発展させる形で再検討し、英語論文にまとめた。これについてはイギリスヨーク大学教授グレアム・パリー博士から高い評価を得た。さらにこの研究を続行し次回のイギリスダラム大学17世紀研究所第11回国際学会において発表したいと考えている。この研究の重要な柱である王政復古期の散文研究に関しては、特にその中心的な題材をジョン・イーヴリンに求める方向で研究を進めている。日本においてジョン・イーヴリンはまだほとんど研究が行なわれていない。しかしながら、彼は王政復古期イギリスの知的、社会的、政治的、宗教的中心にあった人物であり、彼の日記は当時のイギリスについてまさに幅広く内容豊かにそして緻密に記録したものである。さらにイーヴリンは自然界への多大なる関心を散文作品Silvaにおいて表している。イーヴリンは王政復古期イギリスの中核にあったと言うことができ、したがってその記述に関する研究もイギリスの社会変化を知る上で大いに有効である。平成16年度後半以降はイーヴリンのDiaryとSilvaの精読に従事している。
渦発生体によるフィン-チューブ熱交換器の伝熱促進と圧力損失低減の両立

三角翼型渦発生体を用いたフィン-チューブ熱交換器の熱伝達率および圧力損失の特性を実験的・数値解析的に調べ、伝熱促進と圧力損失低減の両立性を研究した。まず、現有の伝熱試験風洞を改良し、低レイノルズ数での熱交換器性能評価を可能とした。改良シングルブロー法により3種類(フィンのみ、フィン+チューブ2列、フィン+チューブ2列+渦発生体1列)の熱交換器供試体を測定し、全熱伝達率と圧力損失を同時測定した(Re=150800)。その結果、(1)渦発生体を設置することにより圧力損失は10%程度増大し、そのレイノルズ数依存性は小さいこと、(2)一方、熱伝達率促進は1035%増大し、レイノルズ数の増加に伴って、より顕著な促進が得られること、などを明らかにした。次に、同じ伝熱試験風洞において、赤外線放射温度計を用いた非定常法により、上述した3種類の熱交換器供試体のフィン面での熱伝達率分布を測定した(Re=200600)。一方、流れ場については、水を作動流体とするチャネル流路を構築し、粒子像流速計を用いた速度場測定を行った(Re=200300)。幅約9mmのフィン間隙を多断面測定することによって、チューブ後流に形成される三次元速度場の特性を明らかにした。また、速度測定結果から壁面せん断応力分布を定量化した。さらに、熱・流動場の数値解析を市販ソルバで行った。熱伝達率の定義温度差を注意深く走義することにより、全熱伝達率ならびに熱伝達率分布を比較した。その結果、両物理量ともに実験結果と数値解析結果は良好に一致した。また、速度場についても粒子像流速計による測定結果と数値解析結果とは妥当に一致した。以上、まとめとして、上述の熱交換器において、渦発生体設置はレイノルズ数が増大するとともに正味の伝熱促進をもたらすこと、一方、そのような効果はレイノルズ数が減少して概ね30O以下になると消失することを明らかにした。まず、低レイノルズ数域の圧力損失を高精度に測定するための風洞試験装置を設計・製作した。平行平板間流路の圧力損失に関する従来の実験整理式と比較することにより、流路等価直径に基づくレイノルズ数でRe=100程度まで妥当な圧力損失測定が可能であることを確認した。本試験装置を用いて3種類(フインのみ、フィン+チューブ、フィン+チューブ+渦発生体)の供試体を測定し、Re=1002000の範囲の圧力損失特性を定量化した。その結果、フィン+チューブとフィン+チューブ+渦発生体の摩擦損失係数を比較すると、Re=300以下の低レイノルズ数範囲では、後者の方が摩擦損失係数が減少する結果を得た。これまでの伝熱実験によって、渦発生体の設置によって2030%の伝熱促進が得られることが示されており、渦発生体の設置によって低レイノルズ数範囲では正味の圧力損失低減が実現されることを明らかにした。

次に、渦発生体の伝熱促進効果を詳細に調べるため、赤外線放射温度計を用いた非定常法によって、伝熱面(フィン面)熱伝達率分布を測定した(但し、Re=10004000)。その結果、チューブを格子配列した場合、縦渦が下流に持続するとともに、第2列目のチューブ回りの馬蹄形渦が強められるため、チューブを千鳥配列した場合よりも大きな伝熱促進が得られることを明らかにした。さらに、上述の実験結果を再現する数値解析を市販ソルバを用いて行った。速度場および壁面熱伝達率分布については実験結果と良好な一致が得られ、数値解析の妥当性が確認された。また、平均熱伝達率および圧力損失についても、Re=300以下の圧力損失を除いて、実験結果との妥当な一致が得られた。三角翼型渦発生体を用いたフィン-チューブ熱交換器の熱伝達率および圧力損失の特性を実験的・数値解析的に調べ、伝熱促進と圧力損失低減の両立性を研究した。まず、現有の伝熱試験風洞を改良し、低レイノルズ数での熱交換器性能評価を可能とした。改良シングルブロー法により3種類(フィンのみ、フィン+チューブ2列、フィン+チューブ2列+渦発生体1列)の熱交換器供試体を測定し、全熱伝達率と圧力損失を同時測定した(Re=150800)。その結果、(1)渦発生体を設置することにより圧力損失は10%程度増大し、そのレイノルズ数依存性は小さいこと、(2)一方、熱伝達率促進は1035%増大し、レイノルズ数の増加に伴って、より顕著な促進が得られること、などを明らかにした。次に、同じ伝熱試験風洞において、赤外線放射温度計を用いた非定常法により、上述した3種類の熱交換器供試体のフィン面での熱伝達率分布を測定した(Re=200600)。一方、流れ場については、水を作動流体とするチャネル流路を構築し、粒子像流速計を用いた速度場測定を行った(Re=200300)。幅約9mmのフィン間隙を多断面測定することによって、チューブ後流に形成される三次元速度場の特性を明らかにした。また、速度測定結果から壁面せん断応力分布を定量化した。さらに、熱・流動場の数値解析を市販ソルバで行った。熱伝達率の定義温度差を注意深く定義することにより、全熱伝達率ならびに熱伝達率分布を比較した。その結果、両物理量ともに実験結果と数値解析結果は良好に一致した。また、速度場についても粒子像流速計による測定結果と数値解析結果とは妥当に一致した。以上、まとめとして、上述の熱交換器において、渦発生体設置はレイノルズ数が増大するともに正味の伝熱促進をもたらすこと、一方、そのような効果はレイノルズ数が減少して概ね300以下になると消失することを明らかにした。
ナノ構造磁気メモリ材料の基礎研究

本研究は次の3点について行った。(1)磁性ガ-ネット材料の2層構造における磁気特性と構造(2)金属磁性人工格子膜の薄膜成長時のその場応力観測とその表面構造(3)超高真空走査トンネル顕微鏡を用いた薄膜表面分析項目1については、酸化物磁性材料であるガ-ネット膜の多結晶薄膜の2層構造について、その微細構造を透過型電子顕微鏡で分析し、2層目の多結晶は柱状成長することを示した。また、反応速度論的検討から、2層目の多結晶膜は一次元的結晶成長をすることを明らかにした。さらに本研究では、2層目の成長時に特異な垂直磁気異方性の増加があることを見いだした。この異方性の増加は、応用面で重要な効果であるが、現時点でその原因を解明できていない。今後、2層膜の応力分布、偏析、熱履歴等の影響を解明することにより、異方性制御の指針を得たい。項目2については、金属磁性人工格子膜の薄膜成長時のその場応力を測定することにより、人工格子膜の厚さ方向の応力分布を明らかにした。これにより磁性層に加わる応力を示し、今後その磁気異方性との関係を明らかにする計画である。また、膜表面のモフォロジーを走査原子間力顕微鏡で観測した。表面モフォロジーから表面エネルギーを求め、表面エネルギーがすべて膜応力に寄与するとして実測の膜応力と比較したが、説明できなかった。かなわち、金属磁性人工格子膜の膜応力は表面モフォロジーに起因する膜応力ではないことがわかった。項目3については、超高真空走査トンネル顕微鏡を作成しており、顕微鏡チェンバー、試料導入チェンバーを完成し、超高真空中で試料の観測が可能になった。今後、成膜チェンバーを作成し、磁性ナノ構造薄膜の微細構造、磁性を明らかにして行く計画である。