hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱弾性を伴うホットジャダーに対する接触自励振動からのアプローチ

近年,高速域でブレーキを制動した際,発熱が原因でホットジャダーと呼ばれる新たな振動問題が多発している.しかし,ホットジャダーは熱と振動が原因となる現象であるため,自動車業界では対策法はもとより,発生メカニズムも解明されていない.本研究ではホットジャダーを時間遅れを伴う自励振動によりディスクの表面にホットスポットが発生するパターン形成現象の1つとして捉え,解析モデルを考案し,発生メカニズムを解明している.平成30年度の研究実績の概要について以下にまとめる.平成29年度までに,ローターの過熱・冷却による非定常熱伝導・熱伝達解析を行い,ローター表面の温度・膨張量の再現を行った.また,3自由度並進系点接触解析モデルを構築し,膨張量を運動方程式中の接触力に反映し,系の安定判別を行い,ホットジャダーに相当する不安定振動が確認できた.平成30年度は,ローター表面摩耗を考慮した,数値シミュレーション解析を行った.その結果,数値シミュレーションにおいてもホットジャダーおよびホットスポットの発生を確認した.さらに,ホットスポットによってローター表面の膨張量が大きくなった場所で,それに比例して摩耗が進むことがわかった.ローター回転数を変化させると発生するホットスポットの数が変化することがわかった.また,上記の点接触解析モデルを,分布接触モデルへと拡張し,同様の安定判別によって,パッド接触幅と発生するホットスポットの数との関係について調査した.その結果,それぞれのホットスポットの数に対するローターの変形形状によって生じるパッドローター間の接触力変動の総和が,最も小さくなるように,パッドの周長さを決定すれば,ホットジャダーを抑制することができることがわかった.本研究では,ホットジャダーを発熱が起因する自励振動問題として捉え,発生メカニズムを解明し,その防止対策を提案することを目的としている.平成28年度は,以下の2つの項目について研究を実施した.研究実績の概要について以下にまとめる.1.基礎実験を用いたホットジャダーの再現実験についてホットジャダーを再現するために,鉛直方向に振動可能な低自由度の実験装置の設計・製作を実施した.この実験装置は,ディスクロータに見立てたロールをサーボモータで回転し,ロールの端面に摩擦材を押し付け引きずり試験を行うことができる.製作した実験装置に対し,実験モード解析を用いた打撃試験を行い,この装置のモードパラメータを精査に求めることができた.さらに,このモードパラメータを用いて,実験装置の再設計へのフィードバックおよびホットジャダーが発生しうる振動モードを選定することができた.また,予備実験として引きずり試験を行い,ロール端面の表面温度を熱伝対で測定するとともに,レーザー変位計(物品購入)を用いて,ロール端面の表面形状の測定を行うことができた.2.理論的アプローチによるホットジャダーのメカニズム解明についてホットジャダーを時間遅れを伴う自励振動により,ディスクの表面にホットスポットが発生するパターン形成現象の1つとして捉え,まず,自由度をもたない回転円板とキャリパの面外方向の運動を考えた1自由度系の解析モデルの構築を行った.1点接触でのディスクの過熱・冷却による非定常熱伝導・熱伝達解析を行い,ローター表面の温度・膨張量を再現することができた.また,膨張量を運動方程式中の接触力に反映し,系の安定判別を行った.安定性解析からホットジャダーに相当する不安定振動が確認でき,その発生振動数はホットスポットの数に相当するパターンの数にディスク回転数を乗じた値になることが分かった.平成28年度の研究実施計画に記載したとおり,実験では回転する円板の端面に摩擦材を押し付け制動する基礎的な実験装置を設計・製作まで行うことができた.また,予備実験を開始することができた.さらには,摺動面の温度と振動変位を測定する環境を整えることができた.また,実験モード解析ソフトを用いて作成した実験装置のハンマリング試験を行い,システムパラメータを同定することができた.解析では,ディスクに摩擦パッドが接触し,加熱される過程およびパッドを通過し,冷却される過程を非定常熱伝導および熱伝達解析を行い,一回転中のディスク表面の温度分布および膨張量を再現する計算手法を開発することができた.また,1自由度振動系の解析モデルを構築し,ディスクの膨張量を運動方程式中の接触力にフィードバックさせ,熱に起因する変形形状のフィードバックによる時間遅れ系として安定判別を実施することができた.以上から,現在までの研究実施に対する進捗状況として,実験および解析両面においておおむね順調に進展していると判断する.近年,高速域でブレーキを制動した際,発熱が原因でHot Judderと呼ばれる新たな振動問題が多発している.しかし,Hot Judderは熱と振動が原因となる現象であるため,自動車業界では対策法はもとより,発生メカニズムも解明されていない.本研究ではHot Judderを時間遅れを伴う自励振動によりディスクの表面にHot spotが発生するパターン形成現象の1つとして捉え,解析モデルを考案し,発生メカニズムを解明している.平成29年度は,以下の2つの項目について研究を実施した.研究実績の概要について以下にまとめる.1.基礎実験を用いたホットジャダーの再現実験について平成28年度中に製作した,1自由度系の基礎実験装置を用いて,引きずり試験を行い,ロール端面の表面温度を熱伝対で測定するとともに,レーザー変位計を用いて,ロール表面の振動変位を測定することができた.平成28年度中に作成した実験装置は,ロールの端面に摩擦材を押付け引きずり試験を行う方法を採用していたが,ロールの表面温度が十分に上昇せず,ホットジャダーの再現できないことがわかった.そこで,摩擦材をロールの端面でなく側面(両面)に押付ける装置を再設計した.この装置において,ロールの表面温度を上昇させることができた.

2.理論的アプローチによるホットジャダーのメカニズム解明について平成28年度中には,1点接触でのディスクの過熱・冷却による非定常熱伝導・熱伝達解析を行い,ローター表面の温度・膨張量の再現を行った.また,1自由度系の解析モデルを構築し,膨張量を運動方程式中の接触力に反映し,系の安定判別を行い,ホットジャダーに相当する不安定振動が確認できた.平成29年度は,ディスク,インナーおよびアウターキャリパのそれぞれディスク面直方向の運動について,より実機に近い3自由度系の解析モデルへ拡張した.基礎実験では,摩擦材の押付け方法をロールの端面でなく側面(両面)に変更し,ロールの表面温度を上昇させることができた.この新しい実験装置において,再度実験モード解析を用いた打撃試験を行い,モードパラメータを求め,これらのモードパラメータを用いた理論解析でHot Judderが発生することを確認した.理論解析では,平成28年度中に構築した1自由度系の解析モデルを用いて,新たに数値シミュレーションを行った結果,シミュレーションにおいてもHot Judderの発生およびHot Spotの発生を再現することができた.また,Hot Spotと振動モードとの位相の関係から,接触力が大きいところでディスク表面の膨張量が大きくなりHot Spotが発生することがわかった.さらに,より実機に近い3自由度系の解析モデルへ拡張し,1自由度系と同様に,安定判別およびシミュレーションによりHot JudderとHot Spotを再現した.近年,高速域でブレーキを制動した際,発熱が原因でホットジャダーと呼ばれる新たな振動問題が多発している.しかし,ホットジャダーは熱と振動が原因となる現象であるため,自動車業界では対策法はもとより,発生メカニズムも解明されていない.本研究ではホットジャダーを時間遅れを伴う自励振動によりディスクの表面にホットスポットが発生するパターン形成現象の1つとして捉え,解析モデルを考案し,発生メカニズムを解明している.平成30年度の研究実績の概要について以下にまとめる.平成29年度までに,ローターの過熱・冷却による非定常熱伝導・熱伝達解析を行い,ローター表面の温度・膨張量の再現を行った.また,3自由度並進系点接触解析モデルを構築し,膨張量を運動方程式中の接触力に反映し,系の安定判別を行い,ホットジャダーに相当する不安定振動が確認できた.平成30年度は,ローター表面摩耗を考慮した,数値シミュレーション解析を行った.その結果,数値シミュレーションにおいてもホットジャダーおよびホットスポットの発生を確認した.さらに,ホットスポットによってローター表面の膨張量が大きくなった場所で,それに比例して摩耗が進むことがわかった.ローター回転数を変化させると発生するホットスポットの数が変化することがわかった.また,上記の点接触解析モデルを,分布接触モデルへと拡張し,同様の安定判別によって,パッド接触幅と発生するホットスポットの数との関係について調査した.
健常者姿勢制御系の非線形特性における筋骨格系の影響の解析

本研究の目的は,人間の姿勢制御系の特性を,より詳細に明らかにすることにある.特に,従来の研究は線形近似によるものが大半であるが,非線形な特性変化が骨格に関連があることが判明してきたため,今回は,さらに筋の活動と姿勢の関係を定量的に検討することが,主目的である.21から24歳の健常青年男子被験者に,前傾,後傾などの4動作を指示し,そのときの24筋の筋活動量をデータレコーダに記録し,整流回路,積分回路(時定数0.5s)およびA/Dコンバータを介してサンプル間隔10msで計算機に取り込み,動作開始時,終了時および動作中最大値の筋放電量を求め,各筋につき平均と標準偏差を求めた.姿勢変化と筋放電量変化の関係から,股関節伸展は大腿二頭筋や半膜様筋が主体であること,後傾時に重心から遠位の下腿の筋ほど活動量が大きいこと,また左右の荷重移動には支持脚側の中殿筋と遊脚側の腰方形筋が寄与していること,などが明らかになった.特に、特徴的な非線形特性としては,拇指を屈曲させる長母指屈筋の活動量と、前傾によって拇指に作用する屈曲モーメントの間の、比例係数が、床反力作用点が拇指よりも前方にあるか後方にあるかで、変化する点であった。すなわち、本実験により、姿勢制御系が、状況に応じたゲイン調節をおこなっていることが確認された。この結果は、バイオメカニズム学会、計測自動制御学会等において発表し、さらに脊髄神経回路の活動量の変化の推定など、中枢神経系の関与を、より詳細に調べる計画である。
文学と音楽の理論的協同にもとづく近現代日本文学の音楽表象に関する分析と検証

文学理論と音楽理論を融合することで、文学作品および音楽作品に対する新たな分析方法の創出を試みた。特に両芸術の虚構性に焦点を当てて、双方の理論を接合した。最初に、文学研究における虚構理論の課題を検証した。続いて、音楽作品および音楽評論の虚構性や、音楽聴取におけるパラテクストの機能について、考察を展開した。最後に、文学作品に表象された音楽を対象に、音楽・言語・身体性の関係、音楽作品の固有名とリアリティの関係、などの観点から分析した。2012年度は、音楽作品・音楽経験の言語表現に関する諸課題を整理、追究しながら、具体的な小説作品の分析へと展開した。また、音楽芸術における虚構性について、特に〈時間〉の観点から理論的な考察をおこなった。予備的考察として、文学上の一般的課題における音楽芸術の位置づけをおこない、語りえぬもの(言語表現の不可能性)への志向を要諦として、両者の関係を追究することの意義を打ち出した。加えて、小説や漫画などの虚構作品に描かれた音楽(演奏)表現が、なぜ読者に受容可能であるのかについても、問題を敷衍した。ここから、言語理論上の音楽事象に対する位置づけを視野に入れつつ、特に演奏者の音楽(演奏)経験および聴取者の音楽(聴取)経験と、それぞれの経験をめぐる〈語り〉(言語による表象=再現)の問題に焦点を当てて考察を深めた。そのうえで、具体的な作品として奥泉光『シューマンの指』を取り上げ、音楽経験の言語表現を課題とする小説作品が、メタミステリの形式をとることの意味を検討した。ロラン・バルトによる音楽論等を参照しながら、音楽における身体性の観点から作品解釈を展開し、メタミステリという小説形態そのものが、言葉で語ることのできない音楽の身体性の〈隠喩〉となっていることを示した。合わせて、物理的時間と音楽的時間の関係、差異について諸説を踏まえて考察し、(現実世界における)聴取者の音楽経験が、一般的な物語受容などと同じように、フィクションの構成原理に即したものであることを示した。2013年度は、理論的分析の対象として近年の村上春樹作品を取り上げた。そこではクラシック作品の特定の音盤が示されることで、虚構世界への直接的な接触の仮想が具体化されている。こうした点について、文学と音楽を「観念的内在性」・「物理的顕現」の二様態をとる「他筆的」な芸術とみなす、ジェラール・ジュネットの議論などと合わせて検討した。まず前提となるのが、虚構世界で主観的かつ客観的事象として存在する音楽と、実際の世界に「他筆的」芸術として在る音楽との「同一性」である。加えて、物理的時空間に過ぎ去っていく音響として顕現するほかない音楽作品が、小説世界ではあたかも全体性、統一性を具現しているかに見える。こうした意味で、「他筆的」芸術である文学作品と音楽作品は、それぞれに内在する観念性を相互補完的に機能させていると言える。ここからさらに、音楽作品の「個体」性が問題となるが、レコード普及以後のクラシック音楽における「個体」の捉え方は、観念的存在である「作品」と、個別の演奏の聴取経験に存する「サウンド」(細川周平『レコードの美学』)とのいずれに重点を置くかで異なる。村上春樹作品における、特定の音楽作品と実在する音盤という二層の固有名は、音楽の「個体」性をめぐる二様の観点に対応しているとも考えられる。また、作品で語られる二種の音盤の存在も、小説世界の一部となって顕現する音楽作品の質的な同一性と、「今・ここ」に生じる「サウンド」の聴取経験とを折衷する働きを持つ。以上の考察を通して、音楽描写を含む小説世界が成立する際に、文学作品と音楽作品に共通する観念性、虚構性が果たしている機能の一端を明らかにすることができた。また、本研究全体においては、文学と音楽における理論上の問題を相互参照することによって、両領域の作品分析を深化させるために有効な視点が得られることが確認できた。2011年度は、音楽作品と文学表現の関係を考察するための諸理論について、主に検討をおこなった。音楽体験の記述行為のあり方をとらえるうえで重要な観点として、特に文学における虚構理論へ着目し、その理論展開の現状と課題を明らかにした。まず、近代小説における虚構性の位置づけを確認し、従来の虚構指標論の諸観点を整理、その問題点を確認した。そこから、言語哲学における言語行為論を導入した虚構理論の展開に着目し、言語論的転回以降のラディカルな虚構観との接合を検証した。加えて、虚構言説の受容についても議論を整理し、テクストの虚構性と読書行為の関係に含まれる曖昧さの把握を現在の課題として位置づけた。さらに、具体的な分析例として、一人称小説と随筆作品を取り上げ、上記に挙げた理論的観点から両ジャンルの相異について考察した。その際、特に音楽体験の記述行為とも深く関わる一人称回想体言説の物語性を論点に掲げた。

そして、一人称テクストの物語性に接するとき、作者・語り手・作中人物の関係を軸とする現実/虚構の想定は、極めてファジーに機能しており、そうした虚実の曖昧さと物語行為・受容の結びつきは,近代の文学言説一般に通じることでもある、との結論に至った。こうした理論考察にもとづき、「モオツァルト」ほか小林秀雄による一連の音楽批評などを対象に、音楽体験に関する表現行為の分析を開始し、特に音楽体験の回想記述における虚構性を軸に、従来の研究の整理と検討を行った。また、文学理論におけるパラテクスト概念を音楽創作および音楽受容の考察に応用し、歴史的な検証をおこなったうえでその問題性を指摘した。研究初年度である2011年度は、理論上の検討を主な課題として計画した。文学表現の創造・受容における虚構性の問題、および音楽理論におけるパラテクスト概念の位置づけを中心に、研究を進めた。これによって、文学と音楽における協同理論の構築といった本研究の目的を果たすための基礎が固まった。また、日本近代文学領域および音楽領域の両方で、具体的な作品に即した検討も進めており、音楽の言語表象に関する創作・受容のメカニズムの解明等についても、研究の方向性が打ち出せた。次年度は、小説作品における音楽表象ついて、より実際の読書行為の問題と関連づけて検証する。また、小説以外のジャンルへと研究を展開し、音楽を描いたさまざまなフィクションについて取り上げる。後者に関しては、これまでの資料調査を継続・整理しながら、音楽における視覚(像)の問題など、より学際的な観点から検討を加える。次年度は引き続き、具体的な文学作品、音楽作品に即して、音楽(体験)の記述行為、および音楽創造・受容における言語表現の機能、の二点を理論的に検証していく。文学作品については、音楽批評に加え、小説作品も検討対象とし、文学表現の虚構性と音楽体験記述の虚構性との関連を詳しく検討する。なお、本研究組織の特性を生かし、より学際的な研究を展開するとともに、みずからを創作者(作曲家兼演奏者)と記述者(文学者)の関係モデルとして、作品検討の参考とする。文学領域、音楽領域に関わる和洋文献資料、記述対象となった音源資料に加え、各種メディア作品の収集、および学会・研究会への参加費(旅費)などを中心に使用する。なお、理論的側面での検討が深化したことと、本研究の対象領域に関わる最新の研究が発表され、考察範囲が広まったことから、必要となる資料収集の費用を勘案して研究費の一部を次年度へと繰り越した。次年度に請求する研究費と合わせ、より多様なジャンルの作品資料を収集、考察する。文学領域、音楽領域に関わる和洋文献資料の収集、記述対象となった各種音源資料の収集、学会・研究会への参加費(旅費)などを中心に使用する。なお、年度末に研究代表者が異動をおこなった関係で、研究費の一部を次年度へと繰り越したが、当該研究費と翌年度以降に請求する研究費を合わせることで、研究代表者と研究分担者の打ち合わせの頻度を維持することが可能となる。
細菌の新規リジン脱水素酵素の触媒機能と応用

リジン脱水素酵素はL-リジンの末端アミノ基のみを酸化的に脱離する新規のアミノ酸脱水素酵素である。本酵素をAgrobacterium tumefaciens ICR 1600より精製し、その酵素化学的性質、物理化学的性質を明らかにすると共に本酵素の触媒機能をサブユニット構造と関連づけて究明した。本酵素は同一サブユニット(分子量約39,000)2個からなる二量体として存在するが、リジン存在下では四量体となってより高い活性を示した。この二量体と四量体間の解離会合は酵素のSH基をDTNBで修飾することにより固定され、リジンを加えても活性化も、会合も起らないが、DTNB処理した酵素を2-メルカプトエタノールで処理することにより、再びリジンによる酵素の活性化や会合が認められた。リジンは基質であり、リジンが活性部位に結合して本酵素を活性化させるのか、活性部位とは別に調節部位が存在し、調節部位にリジンが結合して本酵素を活性化するのかを明らかにする為に、リジン以外の活性化因子の検索を試みた。その結果、基質とも阻害剤ともならない多くのアミノ酸や有機酸によって本酵素が活性化されることが明らかとなり、本酵素には基質結合部位のほかに調節部位が存在することが判明した。活性化剤としては炭素数6ケ以上で、しかもカルボキシル基を有するアミノ酸あるいは有機酸が高い活性化をもたらすことから、調節部位には(+)の荷電と疎水性の領域が存在することが考えられる。次に、本酵素反応を立体化学の面から究明し、リジンのε位の炭素に結合している2つの水素のうちプロ-Rの水素のみが脱離されることを明らかにした。また、還元型補酵素の水素転移の立体特異性について検討したところ、本酵素の場合には基質の水素が還元型補酵素のニコチンアミドの4位の炭素のプロ-Rの位置に取り込まれ、その立体特異性はA型であった。さらに、本酵素を用いて鋭敏でしかも特異的なL-リジンの酵素的定量法を確立した。
衝撃波を利用した新しい船舶バラスト水の高度殺菌処理技術の開発

マイクロバブルのリバウンド衝撃波を利用した新しいバラスト水殺菌処理技術開発のための要素研究が実施され、衝撃波と干渉するマイクロバブル運動の可視化観測から理想的な球状崩壊現象が見られた際に気泡運動方程式での変形挙動予測が十分有効であることを示した他、気液二相媒体の衝撃波問題に適応できる二次元数値計算スキームを開発し、気泡と衝撃波の干渉現象の模擬を可能にした。また、磁力補助機構を導入した新しい無隔膜衝撃波発生装置を開発し、弾性管や弾性膜を介して高圧ガス駆動の衝撃波を水中衝撃波へ変換する新たな水中衝撃波生成法の可能性を示した。加えて本衝撃波殺菌法の殺菌効果を予測できるハイブリッド解析法を提案した。本研究では船舶バラスト水殺菌処理に関して新しい衝撃波殺菌技術開発を目指している。菌体に作用させる衝撃波は微小気泡群の崩壊運動により発生させるが、微小気泡群の運動を誘起させるための外部圧力導入が必要であり、特に衝撃的な圧力変動を与えることが効果的であると考えられる。本年度の研究では、空気中に衝撃波を発生させて水面に衝突させることで効率的に水中衝撃波を連続発生させるための装置開発を推進した。具体的には、(1)ネオジム磁石を使用して従来よりもピストン弁の駆動の高速化を目指した無隔膜衝撃波発生装置、(2)ピストン弁の運動方向を衝撃波管に対して垂直にし、開口前に助走部を設けることで高速化する無隔膜衝撃波発生装置、の二種を試作して性能評価を実施した。(1)の装置では、磁石の吸着力の計測データと装置内の圧力変動の数値予測から理論的な作動性能を導き出し、それに基づいて試作した装置による可視化および圧力計測実験を行った。その結果、生成できた衝撃波は予測よりもかなり弱いことが判明したが、ピストン材料やその重量、高圧室容量に関するいくつかの改善点を見出せたことにより本装置を実現できる確証を得た。(2)の手法では、高圧室圧力が比較的低圧の場合でも衝撃波管の高速開口に成功し、初期高圧室圧力比8の条件下でマッハ数約1.6の衝撃波を生成できることを確認した。さらに磁力アシストを組み合わせることでさらなる性能の向上も期待でき、水中衝撃波生成装置の基礎を構築できた。一方、気泡と水中衝撃波の干渉現象解明への数値的アプローチとして大型数値シミュレーション用の計算機システムを構築し、気泡界面を高精度且つシャープに捕獲可能な界面追跡法に基づく数値計算手法を作成した。本年度の研究成果として次の2点が挙げられる:(1)スライド開口式無隔膜衝撃波管にネオジム磁石を組み合わせる事によって従来のピストン弁の開口速度をさらに40%程度上回る高速開口を実現した、(2)水中衝撃波と気泡との干渉現象の数値シミュレーションにおいて、Ghost Fluid法による2次元数値シミュレーションコードを構築した。(1)の無隔膜衝撃波管の高速バルブの完成により、バルブを駆動させる初期圧力比8の条件で、直径1cmの衝撃波管の開口に要する時間は約0.4msが得られ、衝撃波面の立ち上りおよび背後流れの安定性の向上が実験的に示された。また、本装置は初期圧力比2の低圧力比の場合においても優れた性能を発揮することが確認された。本成果により、高圧ガス駆動の水中衝撃波生成装置の開発を目指した第一段階の目標を達成できたとともに、高速開口バルブを必要とするあらゆる装置への応用に寄与できると考えている。(2)の数値シミュレーションでは、大変形を伴う気液の不連続界面を効率的に精度良く取り扱うために、界面追跡法に基づく新しい計算コード開発が進められた。圧縮性流れの保存式の対流項はHarten-Yee型TVD法、また、NSS法とGhost Fluid法が気液界面変形の高精度解法のため採用された。構築した二次元計算コードは、実験データや他の手法による計算結果との比較が可能な気中のヘリウム気泡と衝撃波の干渉現象を対象として検証され、良好な結果が得られることを確認した上で、水中衝撃波と単一気泡の干渉問題に適用された。その結果、干渉による気泡の大変形、水中衝撃波の反射・回折および気泡内への衝撃波の透過、気泡内外の圧力上昇現象等の模擬に成功した。これらの成果について、本研究における数値シミュレーション活用の観点から大変重要な基礎構築に成功したと考えている。開発した磁力補助機構を有する無隔膜衝撃波生成装置について日本機械学会論文集へ成果報告すると共に、水中衝撃波生成実験に着手した。本装置は、当初の研究目的に掲げた通り、船上で経済的且つ安定的に活用できるエネルギー源として主機や発電機の排ガスを利用するために考案した高圧ガス駆動型無隔膜衝撃波管であり、高圧ガスを水中へ曝さずに水中気泡運動を誘起できる圧力波を生成できれば、今後の研究展開に重要な意義を持つ。天然ゴムやシリコンゴムを利用して2種類の方法が試みられた。

1つは、無隔膜衝撃波管端に接続された弾性チューブを水中に配置し、高圧ガスを水中に放出すること無く解放する方法である。弾性体運動や水中圧縮波生成の観測には高速度ビデオカメラ、水中圧力計測にはニードル型ハイドロフォンが用いられた。可視化実験では、弾性管内を衝撃波が通過する際にわずかな影がチューブ上を移動する様子と水中全体に光の揺らぎを観測したが、明確な圧力波面を捉えることはできず、圧力計の反応を得ることもできなかった。その際、弾性チューブの表面速度は高々数m/s程度しか得られなかった。気泡が水中衝撃波を誘起する時の界面速度は数百m/sのオーダーであり界面速度の違いが明らかとなった。2つ目に、高圧駆動ガスによる衝撃波の衝突によって天然ゴム膜を水面に衝突させる方法が試みられ、可視化では明確な水中衝撃波面を捉えることができたが圧力計の反応は得られず、水中衝撃波面の圧力はかなり弱いことが示唆された。また、ゴム膜の水面衝突速度は数十mのオーダーであった。以上より、気泡運動を誘起できる十分な強さの水中衝撃波の生成を実現することはできなかったが、水面打撃の方法で水中衝撃波の生成が確認できたことは、今後へ繋がる有効な結果であると言える。加えて、ゴーストフルード法を取り入れた衝撃波と気泡の二次元干渉シミュレーションコードを完成させた。本年度は、船上のエネルギー源として主機や発電機からの排ガスを利用した衝撃波発生装置による水中衝撃波生成を目指し、衝撃波発生装置の駆動部の理論解析を実施した。本装置では、永久磁石を用いた高速駆動バルブを独自に開発し、その性能を評価するために、実験計測と一次元理論解析によるバルブの運動方程式を解いた。実験結果から、数種類の初期高圧室圧力値に対して、磁石補助機構が適切に作動し、磁石を使用しない場合に比較してバルブの開口時間を約30%短縮させる結果が得られた。また、理論解析結果は実験結果を良く模擬できた。理論解析結果から、初期高圧室圧力が低い場合に、磁力の効果が顕著になり、初期高圧室圧力が増加するに従って磁力の効果よりも流路断面積の変化に伴う効果が顕著になる傾向が示された。また、本装置における高速駆動バルブの加速は、衝撃波管入口部でピークを示すことが予測され、最適な条件で作動していることが示唆された。また、ピストン弁前後の圧力変化によって装置内部でのピストン弁の衝突破損を防ぐ効果も現れていることがわかった。一方、実際に生成させた衝撃波の圧力変動の計測から、衝撃波面前方にスライド開口もしくはピストン弁と装置内壁間の隙間からの高圧ガスの漏れに由来した擾乱による先行圧力波伝播が確認され、弁からの高圧気体漏れの防止の必要性が明らかとなった。しかしながら、本装置により十分強い衝撃圧を生成できることが確認されたことから、高速駆動バルブによる高圧気体を用いた衝撃圧生成に成功したと判断し、今後、この衝撃圧を利用する水中衝撃波の生成実験に展開できる段階に到達した。当初、H22年度中に磁力アシスト式無隔膜衝撃波発生装置の試作機を完成させて、水中衝撃波発生に取組む計画であったが、試作1号機が予定通り作動できなかった事からスライド開口式に機構を改良したことで遅れが生じた。しかしながら、十分な性能を確認できたことからH24年度には水中衝撃波生成実験に着手でき、遅れを取り戻すべく進める。
異文化理解を目指した英語聴解力養成用CALL教材の開発

本研究の目的は英語コミュニケーション能力の基礎力とされる聴解力を異文化理解と融合させて指導する英語教材を開発することである.具体的にはオーストラリア,イギリス,カナダで独自にビデオ収録を行い,ぞれぞれの国の文化,歴史,自然,日常生活について英語を通して学ぶ,3ラウンド・システムによるOnline型CALL教材を開発した.開発された3種のCALL教材は授業での試用の結果,聴解力の向上の面で他の教材とほぼ同様の効果があるとともに,学習者の異文化に対する興味喚起の効果が高いことが確認された.英語の習得には四技能(読む,書く,聞く,話す)のバランスよい学習が必要であることは言うまでもないが,とりわけ基礎力として十分な語彙力の育成とともに聴解力の効果的養成が不可欠である.また,円滑なコミュニケーションの実践には四技能に加え,当該言語が使用される国,地域の生活,習慣等に関する文化的知識が要求される.本研究の目的は英語コミュニケーション能力育成において基礎力として重要視されている聴解力を異文化理解と融合させて指導するCALL教材を開発することである.これまでのアメリカ英語を扱って開発した教材群をより包括的なものにするため, 4年間の研究でオーストラリア編,イギリス編,カナダ編教材3種を開発し,アメリカ文化,オーストラリア文化,イギリス文化,カナダ文化を扱った教材ラインを完成させる.本研究の目的は英語コミュニケーション能力の基礎力とされる聴解力を異文化理解と融合させて指導する英語教材を開発することである.具体的にはオーストラリア,イギリス,カナダで独自にビデオ収録を行い,ぞれぞれの国の文化,歴史,自然,日常生活について英語を通して学ぶ,3ラウンド・システムによるOnline型CALL教材を開発した.開発された3種のCALL教材は授業での試用の結果,聴解力の向上の面で他の教材とほぼ同様の効果があるとともに,学習者の異文化に対する興味喚起の効果が高いことが確認された.本研究の目的は英語コミュニケーショシ能力育成において基礎力として重要視されている聴癬力を異文化理解と融合させて指導するCALL教材を開発することである.これまで主としてアメリカ英語を扱った教材群をより包括的なものにするため,完成年度までにオーストラリア編,カナダ編,イギリス編の3種の教材を開発予定であるが,本年度はオーストラリア編教材を開発するための素材トピック,ジャンル選定,素材(動画・静止画)収集・編集を行った.素材トピック,ジャンルの選定については平成19年4月7月にかけ,協定校のオーストラリア・モナシュ大学の協力のもと,歴史,文化,自然,気候,政治,衣食住,習慣,教育,言語表現などを精選するとともに,ロケ地,出演者交渉を行った.ビデオの収録は8月,オーストラリア・メルボルン市およびその近郊で行われ,DVテープ21本を収録した.収録されたビデオは業者に委託して,デジタル化された.デジタル化された動画ファイルをもとに,研究代表者,および分担者は11月12月にかけて,教材として使用する部分を選定し,計24編,40分の素材の抽出,編集を行った.教材の単元構成は次の通りである.Unit1 WeIcome toMelbourne,Unit2 Facts aboutAustralia,Unit 3,Monash University,Unit4 Aussie Way.平成20年1月,抽出,編集された素材をもとに,研究分担者,および謝金雇用のネイティブスピーカは英文スクリプトを作成した.さらに研究代表者は2月再度渡豪し,教材として使用する素材の内容に合わせて,静止画の撮影を行い,編集作業を経て,約2200枚の静止画ファイルを作成した.平成20年度に行うコースウェア開発の準備は計画通り終了した.本研究の目的は英語コミュニケーション能力育成において基礎力として重要視されている聴解力を異文化理解と融合させて指導するCALL教材を開発することである.これまで主としてアメリカ英語を扱った教材欝をより包括的なものにするため,完成年度までにオーストラリア編,カナダ編,イギリス編の3種の教材を開発予定であるが,本年度はオーストラリア編教材ψコースウェア開発,イギリス編教材の素材トピック,ジャンル選定,素材(動画・静止画)収集・編集を行った.素材トピック,ジャンルの選定については平成20年4月7月にかけ,イギリス人研究分担者と協力し,ロケ地,出演者交渉を行った.ビデオの収録は8月,ロンドン,エクセター,バース等の街で行われ,DVテープ16本,静止画約10,000枚を収録した.収録されたビデオは業者に委託して,デジタル化された.デジタル化された動画ファイルをもとに,研究代表者,および分担者は11月1月にかけて,教材として使用する部分を選定し,計24編,40分の素材の抽出,編集を行うとともに,収録静止画の編集を行い,約3,000枚の静止画フアイルを作成した.教材の単元構成は次の通りである.平成21年23月,抽出,編集された素材をもとに,研究代表者,およびイギリス人研究分担者は英文スクリプトを作成し,平成21年度に行うコースウェア開発の準備は計画通り終了した.本研究の目的は英語コミュニケーション能力育成において基礎力として重要視されている聴解力を異文化理解と融合させて指導するCALL教材を開発することである.主としてアメリカ英語を扱った教材群をより包括的なものにするため,完成年度までにオーストラリア編,カナダ編,イギリス編の3種の教材を開発予定であるが,本年度はイギリス編教材のコースウェア開発,カナダ編教材の素材トピック,ジャンル選定,素材(動画・静止画)収集・編集を行った.イギリス編教材については,コースウェア作成後,デバッグ作業を経て,平成22年度前期授業で使用が可能となった.

カナダ編教材の素材トピック,ジャンルの選定については平成21年4月7月にかけ,カナダ人研究協力者と協力し,ロケ地,出演者交渉を行った.ビデオの収録は8月,カナダ,アルバータ州で行われ,DVテープ19本,静止画約10,000枚を収録した。収録されたビデオはデジタル化し,研究代表者,および分担者は11月2月にかけて,教材として使用する部分を選定し,計16編,30分の素材の抽出,編集を行うとともに,収録静止画の編集を行い,約1,200枚の静止画ファイルを作成した.教材の単元構成は次の通りである.本研究の目的は英語コミュニケーション能力育成において基礎力として重要視されている聴解力を異文化理解と融合させて指導するCALL教材を開発することである.主としてアメリカ英語を扱った教材群をより包括的なものにするため,研究期間内にオーストラリア編,イギリス編,カナダ編,の3種の教材開発を行ったが,本年度はカナダ編教材の静止画収集(カナダァルバータ州),コースウェア開発,CALLソフトウェア化,インターネットによる配信,授桑での試用を行った.開発が終了したカナダ編教材は昨年度収録したビデオ素材を試用したもので,以下の4ユニットからなり,各ユニット1分半×4パートのビデオクリップ,計16編から成る[Unit 1:Nature/Unit 2:History/Unit 3:Wildlife/Unit 4:Sport's and Camping].教材には学習を補助するための,タスク(設問,ヒント,辞書情報,解説,応用表現,コラム記事,確認クイズ)が多種準備され,学習者の求めに応じて提示される.学習者はこれらの各種情報を手掛かりに,設問に対する答を自らビデオを操作しながら見つけ出すという問題解決作業を行う.教材の学習には約30時間を要する.教材はCD-ROMによるオフラインでの利用,インターネットによるオンラインでの利用が可能である.本年度新たに組み入れた手法としては,コラム記事とともにカナダ英語の特徴,カナダの自然をテーマにしたジョーク,キャンプ生活の様子などをボーナストラックビデオとして提示できるようにし,学習者の興味の喚起に努めた.教材を試用した学習者からは「カナダについて理解が深まった」「カナダの自然に興味を持った」「カナダに行ってみたくなった」などの意見が聞かれ,カナダの自然・文化を紹介するための教材開発の目的は達成されたと判断した.
創造性を養うための発見的教材の開発

問題を科学的に解決できると共に、発展的創造的に思考できる能力や態度の育成が教育に要請されている。自然から適切な教材を発見し、適度に簡単でかつ安全に実験、観察できるよう開発することが重要となる。本研究では視覚に訴える実験として、時間的にくり返し起こり、秩序性の見い出される化学反応系の教材化を行った。実験方法として、シリンダー内に食塩水を入れ、その先に細管を通し、水中に食塩水を放出する。始めシリンダー内の食塩水は水中に流出するが、しばらくするとその流れは止まり、逆に水が細管を上昇しシリンダー内に流れ込む。その流れもやがて止まり、再び食塩水が細管を通って水中に流出する。この運動が時間的にくり返し起るのである。以上の実験系に電極を組み込むと、両液の流出入に伴って100mV近くの電位差を生ずることがmVメーターで測定でき、それをレコーダーに記録することによって、現象は更に詳しく観測できた。食塩水の濃度や系の大きさを色々変えることによって、電位差、振動周期、振動の継続時間(回数)は変化し、それらの条件を一定にして電極の位置を変えて行くと電位差に数10mVの差が現れることが明らかとなった。さらに、食塩水を入れたコップを真水中に2個並べて固定すると、新たに引き込み現象が生じることを見いだした。一般に、自発的な振動現象が生じるためには、自己触媒的な過程が必要であるが、この塩水発振子ではどのように自己触媒的な過程が関係しているのか考察した。以上の現象はいずれも、実験者の創意工夫で実験条件を変えることにより興味深い結果が得られ、自然への探究心を養うのに効果的な教材であると思う。学生や生徒が,自然への驚ろきを持ち,自然から学ぶ力をつけることができるような,新しい教材の開発をめざして研究を行なった.とくに,視覚に訴える実験として,時間的なリズムが生じたり,空間的な秩序の形成される化学的システムをとりあげて,教材化を試みた.本年度は,塩水とコップがあれば実験の行なえる,塩水振動子を中心に実験をすすめた.コップの底に小さな穴をあけ,コップ内に食塩水を入れ,それを真水の容器に浸すと,穴を介して,塩水・真水の周期的運動が生じる.このとき,コップの内外に電極を入れておくと,水の上下運動を,電気信号として記録することができることを見い出した.さらに,コップの穴の大きさ,食塩水の比重,外水面の面積などを変化させると,水の上下運動の周期が特異的に変化することも分った.このような実験をすすめるうちに,次のような意外な事実を見い出した.すなわち, 2つのコップを並べて,実験を行なうと,水の上下運動の周期が,自発的に揃うことである.これは,非線形振動子に特有な, "引き込み現象"である.恐らく,今まで知られている中でも,最も簡単な実験系での"引き込み現象"である.以上のような興味深い現象を,非線形微分方程式により,理論的にシミュレートすることも試みた.その結果"引き込み現象"も含め,コップの穴を介しての水の上下運動を,理論的に解析することにも成功した.これらの,実験の進み方や,データの解析方法等は, VTRに撮影・編集を行なった.全国20個所以上の,大学・研究所・高校・中学・教育委員会に,このVTRテープを配布した.その反響は大きく,いくつかの大学や高校で,この塩水振動子の研究を初めるようになっている.このように,本年は,当初予想した以上の成果をあげることができた.次年度にむけて,更に,新しい教材の開発をすすめていきたいと考えている.学生や生徒が、自然への驚きを持ち、自然から学ぶ力をつけることができるような、新しい教材の開発をめざして研究を行った。

とくに、視覚に訴える実験として、時間的なリズムが生じたり、空間的な秩序の形成される化学的システムをとりあげて、教材化を試みた。今回は、この振動周期の食塩水濃度依存性や粘度依存性について研究を進め、その解析を行った。さらに、食塩水を入れたコップを真水中に2個並べて固定すると、新たに引き込み現象が生じることを見だした。一般に、自発的な振動現象が生じるためには、自己触媒的な過程が必要であるが、この塩水発振子ではどのように自己触媒的な過程が関係しているのかを考察した。この自己触媒的な過程を生み出す力は、コップ内外の密度差に関係している。この密度差が、あるしきい値よりも小さければ減衰型の振動が起こり振動がすぐに停止し、あるしきい値よりも大きければ非減衰型の振動が起こる。さらに、粘度が高くなればゆっくりとした振動になる。また、コップを2個並べたときには、一方のコップから食塩水が流れ出したときに、当然、外水面が上昇するが、これに伴ってもう一方のコップに真水が流れ込もうとする。ゆえに、それぞれの振動が外水面の変化をできるだけ抑える方向にお互いに影響を及ぼし合いながら振動するため、引き込み現象が生じていると考えられる。
コミュニティの包括的安全診断および対策評価モデルの構築

本研究により、地域の重点(安全)課題を明らかにするための診断方法及び対策による変化(成果)の測定・評価のモデルが構築できた。安全診断は、2段階から構成される。まず、地域の重点課題(領域)を設定である。地域のあらゆる安全について検証し、重点課題(領域)を整理するためのマトリックスを設定した。続いて、設定された重点課題について具体的な対策を導くための4ステップを設定した。取組みによる効果の測定・評価については、「活動」「短期」「中期」「長期」と取組みを進めるにしたがって住民レベルで行える評価指標の枠組みを設定した。この地域診断・評価測定のモデルについては、すでに国内の15自治体で導入されている。本研究は、20092010年の「科学研究費(若手研究スタートアップ)」による「安全なまちづくりにおけるソーシャルガバナンスのモデルの構築」に関する研究の成果を踏まえ、安全なまちづくりにおいて地域で形成されたソーシャルガバナンスの仕組みがコミュニティ与える影響を評価するための指標モデルの構築を目指す。研究対象は、引き続き世界レベルで急速に普及している安全なまちづくり「セーフコミュニティ(SC)活動」を設定し、3つの段階(「現状把握」、「指標モデルの検討」、「指標モデルの試行」)で進めている。2012年度は、大きく2つの進展があった。まず、前年度に引き続き安全状況を示す各種統計等のデータの収集を行い、「指標」を導き出すための分析を行った。その結果、昨年度の調査から指標として有効性が確認された救急搬送データ及び学校で記録されている児童の外傷受傷データを分析し、指標の設定を試みている。これらの指標案については、すでにいくつかの自治体から問い合わせがあり、情報提供を行っている。また、上記の量的情報の分析に加えて、自治体における取組体制や住民の意識など質的状況を把握するためにアンケート調査の分析を行うとともにセーフコミュニティに取組んでいる自治体の対策委員会等及び各種活動への参与観察及び関係者へのヒアリングを実施した。これらの調査のなかから、「自殺予防」については、国際会議(10月)において口頭報告を行った。また、「交通安全」についてはアメリカの研究者とともに取組の影響について分析を行い、その結果を協力いただいた自治体にフィードバックするとともに、国際会議で結果を報告した(11月)。また、現在、これらの成果について論文としてまとめる準備を進めている。これら現時点での研究成果に関しては、成果測定に関する研究会を実施(9月)及び国際会議でセミナーを開催し、座長を担当した(11月)。本研究は、前研究(科学研究費(若手研究スタートアップ))の成果を踏まえ、世界レベルで普及している安全なまちづくり活動「セーフコミュニティ(SC)」を対象に、地域で形成されたソーシャルガバナンスの仕組みがコミュニティ与えるインパクトを評価するための指標モデルの構築を目指している。2013年度は、「1安全状況を示す各種統計等のデータの収集・分析(前年度から継続)」、および「2データ分析をもとに、取組と連動した指標を導き出すための検討」を行った。まず、急搬送データの分析を引き続き行うとともに、新たに児童の受傷(学校で記録している児童の外傷受傷およびその医療費)に関するデータの分析を行っている(現在も継続中)。さらに、既存のデータからは情報を得ることが困難な就学前児童の受傷状況について、乳幼児健診時に保護者から情報が収集できるよう、情報収集の仕組みを設計し、現在、自治体とともに実践に移す準備を進めている。加えて、質的データの収集・分析については、自治体における取組体制や住民の意識など質的状況を把握するために、SC取組んでいる自治体での各種会議や活動への参与観察及び関係者へのヒアリングを実施し、その内容を取りまとめた。また、海外の事例について、韓国、台湾、アメリカのSC支援センター及びコミュニティを訪問し、聞き取り調査を行った。研究の現時点での成果については、国際会議(10月)および国内学会(2月)において報告(口頭)を行うとともに、論文にまとめた。社会へのフィードバックとしては、「ひらめき☆ときめきサイエンス」を通して、子どもたちに研究成果を紹介・体験してもらった。また、安全なまちづくりに取り組む自治体に対して講演や情報提供を行い、その成果を活用していただいた。また、海外調査の結果については、報告書を作成し、関係者に配布するとともに、ウェブサイトで公開の準備を進めている。本研究は、20092010年の「科学研究費(若手研究スタートアップ)」による「安全なまちづくりにおけるソーシャルガバナンスのモデルの構築」に関する研究の成果を踏まえ、地域で形成されたソーシャルガバナンスの仕組みがコミュニティ与えたインパクト(影響)を評価するための指標モデルの構築を目指しており、その指標の構築においては、引き続き世界レベルで急速に普及している安全なまちづくり「セーフコミュニティ(SC)活動」を事例として取り上げている。

本研究は、3つの段階(「現状把握」、「指標モデルの検討」、「指標モデルの試行」)からなり、23年度は、[現状把握]として安全状況を示す各種統計等のデータの収集及び幅広く「指標」に関する先行研究を行った。まずSC活動に取り組んでいる6コミュニティ(基礎自治体およびその一部)を取り上げ、コミュニティの安全を診断するためにどのようなデータや情報を収集しているかを整理した。その結果、安全の指標として事故および外的要因による傷害や死亡の状況を明らかにするためには、消防署の救急搬送データ、警察署から提出される統計資料、国が提示している人口動態資料を用いていることが明らかになった。ただし医療機関等にかからない軽微な傷害などは公的な記録がない。また、客観的安全に加えて、安心(主観的安全)にも着目しているが公的な記録やデータがない。この二つの情報を得るためには、住民アンケート調査を実施している。既存の取組の評価の方法に関しては、自治体の事業については事務事業評価を行っている自治体が多いが、市民レベルでの取り組みについては、大まかな活動実績が見られる程度で、その成果等に関する評価はほとんど行われていない。これら23年度中の研究成果については、9月に国際学会で報告を行った。本研究は、前研究(科学研究費(若手研究スタートアップ)2009-2010年)の成果を踏まえ、世界レベルで普及している安全なまちづくり活動「セーフコミュニティ(SC)」を対象に、地域で形成されたソーシャルガバナンスの仕組みがコミュニティ与えるインパクトを評価するための指標モデルの構築を目標としている。本研究は、「現状把握」→「指標モデルの検討」→「指標モデルの試行」の3段階で進めており、2013年度は最終段階であったが、指標モデルの施行に向けてより多くの事例に関する情報収集と検証が必要であったため、1年間の研究の延長を行った。2014年度は、前年度に引き続き、研究フィールドである自治体において、地域課題の根拠の設定及び対策の成果を測定するための指標となる各種データの収集・分析の方法を検討した。また、それらデータの分析結果を活用した対策の設定方法及び対策と連動した指標の設定方法をモデル化するために、事例を中心に情報を収取し、「課題の設定→取組の企画・実践→取組の評価」という一連の取組みの進め方のモデル案を構築した。このモデル案をもとに、SCに取組む自治体に対して個別に取組みに対する評価方法について情報提供を行うとともに、指標の設定の仕方について具体的にアドバイスを行ってきた。これらの実績は、日本における安全なまちづくりSC活動の進め方のモデルとしてとりまとめ、アジア地域SC会議(2014年5月下旬)や国際的な会議(スウェーデン)において報告するとともに、国内においても研修会(2014年7月及び2015年2月)を実施し、フィールドとして協力いただいた自治体へフィードバックを行った。さらに、これらの成果については、報告書としてとりまとめ(2015年3月)、関係者に配布するとともに、ウェブサイトで公開の準備を進めている。
フルイディクスを駆使する高速細胞アセンブリ

マイクロ流体工学技術を駆使することで,複数種の細胞の位置を正確に制御しつつ,異方的なハイドロゲル材料に導入する技術開発を目指した。主に肝組織をターゲットとし,個別の単位材料を複合化することで,潅流培養可能な機能的組織を作製した。また同時に,細胞選抜技術,細胞外基質の加工技術などの周辺技術の開発を行い,3次元生体組織構築における基盤技術の確立を目指して研究開発を行った。フルイディクスを利用した高速細胞アセンブリのために,シート状・ファイバー状のハイドロゲル材料中に細胞を高速に包埋する技術開発を行った。リソグラフィーあるいは機械加工によって微細加工を施したPMMAあるいはPDMSポリマー基板を積層化することによりマイクロ流体デバイスを作製し,細胞アセンブリ実験を行った。流路内に形成される安定な多相層流を利用することで,微細加工を施したハイドロゲルシートおよびファイバーの作製を行い,主に培養細胞を用いて,異種細胞を高密度かつマイクロメートルオーダーの正確性で埋包することが可能であった。さらに,異種細胞との共培養系が細胞機能に与える影響を評価したほか,細胞を分化条件において培養することによってその機能発現を制御することが可能であった。また,細胞移植担体として利用した際に血流を阻害しない形状である非球形ハイドロゲル粒子および,通常のプロセスでは作製困難な極微小ハイドロゲル粒子の作製を行い,細胞を埋包し培養することによって,その有用性を実証した。なおこれらの実験において,流体デバイス内の親疎水性が重要な要素であったため,プラズマ処理およびシラン化処理を行い,その検討および評価を行った。これらのフルイディクスを用いた細胞の配置実験に加え,微細加工ハイドロゲル培養基材を用いて非球形(トロイド・シリンドロイドなど)の細胞集塊を形成し,細胞種の違いによる集塊形成挙動の変化を観察するとともに,それらをアセンブルすることによって管腔状細胞組織の構築を行った。また,フルイディクスを駆使した細胞の分離・選抜手法として,水力学的濾過法と磁気泳動を組み合わせた2因子(大きさ+表面マーカー)細胞分離システム,大量処理のための細胞分離システムの開発を行った。3年目に当たる平成25年度は,昨年度に引き続き,マイクロフルイディクスを利用した細胞包埋ハイドロゲル材料の作製プロセスと,それらを利用した細胞アセンブリについて,その改良および更なる応用展開を行った。具体的な実施内容例としては,以下の通りである。(1)複合的ファイバー内部における癌細胞および正常細胞の高密度共培養を行い,癌細胞の浸潤を定量的に評価するとともに,癌特異的遺伝子の定量的解析を行い,抗がん剤が癌細胞の浸潤に及ぼす影響を調査した。(2)肝小葉を模倣した複合的な組織形成においては,ミリメートルスケールの比較的大きな組織体を作製するために,複数種の細胞を包埋したマイクロファイバー束を潅流培養用流路構造に導入し長期培養を行うことで,その生存率の維持および機能評価(免疫染色など)を行った。(3)これまでに用いてきたアルギン酸等の生体内に存在しないマトリックスを除去しつつ組織体を形成するための方法論として,ゼラチン等のECM素材によって形成された繊維状のマトリックスを作製し,それらを3次元ハイドロゲル培養系に包埋して細胞と共培養を行う手法の開発を行った。ファイバー状の微小ECM素材の存在によって,細胞がゲル内部において増殖する様子が観察された。(4)これまでにマイクロ流路を用いて作製してきた微小ECM粒子について,膜乳化を利用した新規大量合成プロセスを開発し,プライマリ肝細胞を用いて複合型細胞集塊を作製し,その機能評価を行ったほか,粒子形状の制御を試みた。(5)ハイドロゲル製マイクロ流路構造を用いた血管様組織の構築について,細胞の生存率および組織体の機械的強度を高めるための潅流培養系を構築したほか,光分解性ゲル材料を犠牲層とした手法の実現可能性を実証した。以上のような個別の材料を複合化することで,より機能の高い,サイズの大きな生体組織体の構築が可能となるものと期待される。平成26年度は,生体を模倣した立体的な組織体を形成するための基盤技術として,異方的なハイドロゲル材料を用いた細胞アセンブリプロセスに加え,コラーゲンあるいはゼラチンによって構成された微小な細胞接着性の粒子状・繊維状材料を作製するための技術開発を行った。そして,これらの材料を用いた3次元培養のための新規手法の開発を行った。特筆すべき成果としては,以下の項目が挙げられる。(1)微細加工チャンバーを利用して細胞接着性粒子と血管内皮細胞を複合化し立体を形成することによって,3次元的な毛細血管ブロックの作製が可能であることを示した。(2)肝細胞スフェロイド形成における細胞接着性粒子の役割について,初代肝細胞を用いた詳細な機能評価を行うことで,肝細胞機能維持において適切な粒子・細胞比率が存在することを確認した。(3)これらの粒子作製における基盤技術として,タンパク質からなる粒子の形状制御およびそのメカニズム解明を行うとともに,応用としてリン脂質など多様な素材からなる微粒子の形成を行った。(4)潅流培養可能な肝細胞ファイバーの作製において,酸素濃度をモニタリングし,また供給流量を制御することで,生体組織に近い酸素消費の再現可能性を示した。(5)癌細胞の浸潤評価を可能とするアッセイ系について,これまでの複合ファイバーを利用した実験系における癌細胞の機能発現を遺伝子発現の点で詳細に解析するとともに,上皮細胞癌をモデルとしてその浸潤度合を簡便に評価できる,新規複合型ハイドロゲルシートを利用した実験系の構築を行った。