hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
pKaが大きく可逆変化するナノゲルの設計法の探求と高効率エネルギー変換材料化

本研究では、pKaが変化するナノゲルの生成原理を解明し、大きなpKa変化を示すナノゲルを設計・合成・単離する方法を探求する事を目的とした。さらにプロトンポンプの様に高効率のエネルギー変換機能を有し、安価で安定な超機能材料を実現することを目指した。平成27年は、大きなpKa変化を生じるナノゲルの生成メカニズムを解明した。平成28年は、疎水性のtertbutylacrylamideや架橋剤の導入により、pKaを変化させられることがわかった。平成29年は、ナノゲルのpKa変化を利用した温度差電池の開発行い適切な酸化還元種を添加することで300mV近い電位差を生成可能であることが明らかとなった。研究代表者は、感温性ナノゲル内の酸・塩基のpKaが相転移温度を境に大きく変化する事を見いだした。このpKa変化を利用すればヘモグロビンやプロトンポンプの様に高効率なイオン・プロトン分離が可能になることが期待されている。しかし、達成したpKa変化はプロトンポンプ内のpKa変化より二桁以上小さかった。平成27年は、ナノゲル重合時のpH、塩強度、粒子径、架橋密度、反応温度、重合速度等がナノゲルのpKa変化に与える影響を解析し、大きなpKa変化を生じるナノゲルの生成メカニズムを解明した。さらに様々な酸・塩基性モノマー、疎水性モノマー、架橋剤、開始剤を用いてナノゲルを合成し、各pH領域で大きなpKa変化を起こすナノゲルの合成法を確立した。当初の予定通り様々な構造を有するカルボン酸含有モノマーを合成し、ナノゲル内に導入することに成功した。その結果、カルボン酸モノマーの疎水性や酸性度の調節によりナノゲル内のカルボン酸の酸解離定数を自在に制御できるようになった。疎水性上昇により収縮時のカルボン酸の酸性度を低下させることができた。また、カルボン酸の近傍にハロゲンを導入することでナノ粒子内のカルボン酸の酸性度を上昇させることに成功した。また、カルボン酸含ナノゲル内にカチオン性モノマーを導入する合成方法を確立し、さらに当該ナノ粒子の酸解離定数を定量する方法を確立した。計測の結果、対カチオンがカルボン酸の酸解離定数を低下させ、その程度はカチオンとアミンの距離に依存することが明らかとなった。本年度は、前年度の知見を拡張し、様々なpKaを有するカルボン酸含有モノマーを用いて温度応答性のナノ粒子の合成を試みた。その結果、pKaに応じて重合pHを調整し、カルボン酸がプロトン化された状態でナノ粒子を合成すれば、常に大きなpKa変化を生じるナノ粒子が合成できることが明らかとなった。また、合成されたナノ粒子のpKa値の変化域はモノマーのpKa値の選択で自由にチューニングできることが明らかとなった。次に、カルボン酸含有モノマーの疎水性を変化させ、プロトンインプリント法でナノ粒子内に導入した。その結果、カルボン酸含有モノマーの疎水性が高いほど生成されるナノ粒子のpKa変化域は高くなる事が分かった。これは、モノマーの疎水性によりカルボン酸が成長中の高分子鎖のより疎水性な部分に導入されるためだと考えられた。次に、アクリル酸と同時にカチオン性のモノマーを導入し静電相互作用によりカルボン酸のpKaを低下させることを試みた。その結果、化学量論的にカチオン性モノマーを加えることでカルボン酸のpKaを顕著に低下させることが出来ることがわかった。カチオン性モノマーの種類を検討したところカルボン酸と水素結合可能なカチオンを導入した方がカルボン酸のpKa低下効果が大きいことがわかった。最後に、カチオン性モノマーを保護し、非イオン性のモノマーを合成した後に、プロトン化させたカルボン酸含有モノマーと複合体を形成させて重合し、最後に脱保護を行った。その結果、これまでに無く顕著にカルボン酸のpKaを低下させられることができることが明らかになった。本結果は、対カチオンにより可逆的にカルボン酸のpKaを低下可能な初めての合成材料となった。対カチオンにより可逆的にカルボン酸のpKaを低下可能な合成ナノ粒子を世界で初めて合成に成功したため。前年度までにグアニジウム基や1級アミノ基などの対カチオンをカルボン酸含有のプロトンインプリントナノ粒子に導入することでカルボン酸のpKaを低下させることが出来ることが明らかとなっていた。また、重合時に溶液を酸性にしてカルボン酸をプロトン化させると同時に対カチオンを疎水性官能基で保護することでカルボン酸と対カチオンをナノ粒子中の疎水場に導入しカルボン酸のpKaをより大幅に低下させることが出来た。本年度は、重合時にNIPAmより疎水性のtert-butyl acrylamide(TBAm)を導入したり、架橋剤の導入量を変化することを試みた。その結果、TBAmや架橋剤の添加により重合時の疎水性環境が効率的に維持されて、カルボン酸のpKaがこれまでにないほど低下することがわかった。

架橋剤を多く添加した場合は、温度を変化させたときの構造変化が抑制され、温度変化に応答したpKaの上昇は抑制される一方で、TBAmを添加した場合は、温度に応答して非常に大きなpKaの向上が観察された。これはプロトンポンプ等のタンパク質内で起こっている効果的な官能基のpKa変化を人工系で再現した最初の例の一つとして注目されている。さらに、温度変化に応じたカルボン酸のpKa変化を量して温度差電池の開発を行った。ナノ粒子溶液に温度差を印加するとナノ粒子内のカルボン酸のpKa変化に応じたpH勾配を溶液中に形成可能であった。さらに、適切な酸化還元種を当該溶液に添加することで3050°C程度の温度差で300mV近い電位差を生成可能であることが明らかとなった。本研究では、pKaが変化するナノゲルの生成原理を解明し、大きなpKa変化を示すナノゲルを設計・合成・単離する方法を探求する事を目的とした。さらにプロトンポンプの様に高効率のエネルギー変換機能を有し、安価で安定な超機能材料を実現することを目指した。平成27年は、大きなpKa変化を生じるナノゲルの生成メカニズムを解明した。平成28年は、疎水性のtertbutylacrylamideや架橋剤の導入により、pKaを変化させられることがわかった。平成29年は、ナノゲルのpKa変化を利用した温度差電池の開発行い適切な酸化還元種を添加することで300mV近い電位差を生成可能であることが明らかとなった。平成28年以降は、様々なタンパク質分画法によりナノゲルを分画し、より大きなpKa変化を示すナノゲルを単離する方法を確立する。さらに様々なpH領域でpKaが変化する粒子を多層組織化し、プロトンポンプのように熱エネルギーを大きなイオン濃度勾配に変換する新規かつ高効率な熱エネルギー変換材料を開発する。代表者は、フリーラジカル重合法により合成されたナノゲルが溶液中の個々のナノゲルが異なる標的分子認識能を有している事を明らかにしている。また、タンパク質分離方法を用いると特定の性質を有するナノ粒子だけを単離濃縮可能である。pKa変化能を有するナノゲルについても、ナノゲル溶液中に様々な密度のナノゲルが混在し、相転移温度付近において、密度が大きく異なるナノゲル粒子を分画できる事を見いだしている。分画後のナノ粒子は分画前のナノゲルよりも大きなpKa変化を示す。よって平成28年度以降は、例えば下記の3つのタンパク質分画手法をナノゲル分画に適用しより大きなpKa変化を示すナノゲルを単離濃縮する。これまでに開発したプロトンインプリントナノ粒子を用いて温度差を他のエネルギーに変換する材料を開発する。具体的にはプロトンインプリントナノ粒子を透析膜で挟み込み液膜を形成する。ここに温度差を印加することでプロトン輸送が可能な膜の開発を行う。また様々な条件、ナノ粒子で上記実験を行うことで、プロトンインプリントナノ粒子液膜が能動的にプロトン輸送することを証明する。さらに、様々なpKaを有するナノ粒子を複合することで多段で大きなpH変化を生じるナノ粒子液膜を実現する。最後にプロトンインプリントナノ粒子と酸化還元種を組み合わせることで低温排熱を電気エネルギーに変換する安価な温度差電池を実現する。29年度が最終年度であるため、記入しない。機能性高分子29年度が最終年度であるため、記入しない。
レムナントリポ蛋白の酸化および糖化変性の動脈硬化への影響

本年度の研究実施計画である以下の4項目について研究実績の概要を述べる.1.レムナントリポ蛋白の酸化変性の検討:健常者,糖尿病,心筋梗塞例の血清からVLDL分画およびレムナントリポ蛋白を採取,TBA法にて両分画の過酸化脂質を測定し,比較した.いずれの症例でも,VLDL分画よりレムナントリポ蛋白で,過酸化脂質の有意高値を認めた.また,両分画をCuにて酸化させたところ,VLDL分画に比較して,レムナントリポ蛋白の過酸化脂質増加は有意に少なかった.これは,レムナントリポ蛋白の過酸化脂質量はすでに飽和状態であったためと考えられた.2.レムナントリポ蛋白の糖化変性の検討:HPLC糖化リポ蛋白自動分析システムにより,各疾患のVLDL分画およびレムナントリポ蛋白の糖化度を測定比較しようとしたが,HPLCにより糖化度を測定するには濃縮などの処置が必要であることがわかり,現在,引き続き検討中である。3.HDLの糖化変性の検討:HDLはLDLよりも糖化されにくいことが明らかになった.各種疾患の糖化HDLは,糖化LDLと異なり,血中の糖レベルを比較的よく反映することが示された.4.糖化レムナントリポ蛋白のマクロファージ取り込みの検討:糖化LDLのマクロファージ取り込みは,非糖化LDLよりも有意亢進を認めた.また,糖尿病例LDLは健常者LDLよりもマクロファージ取り込みの有意亢進を認めた.レムナントリポ蛋白はVLDL分画に比較して,マクロファージ取り込みの亢進を認めた.糖化レムナントリポ蛋白については引き続き検討中である.本年度の研究実施計画である以下の4項目について研究実績の概要を述べる.1.レムナントリポ蛋白の酸化変性の検討:健常者,糖尿病,心筋梗塞例の血清からVLDL分画およびレムナントリポ蛋白を採取,TBA法にて両分画の過酸化脂質を測定し,比較した.いずれの症例でも,VLDL分画よりレムナントリポ蛋白で,過酸化脂質の有意高値を認めた.また,両分画をCuにて酸化させたところ,VLDL分画に比較して,レムナントリポ蛋白の過酸化脂質増加は有意に少なかった.これは,レムナントリポ蛋白の過酸化脂質量はすでに飽和状態であったためと考えられた.2.レムナントリポ蛋白の糖化変性の検討:HPLC糖化リポ蛋白自動分析システムにより,各疾患のVLDL分画およびレムナントリポ蛋白の糖化度を測定比較しようとしたが,HPLCにより糖化度を測定するには濃縮などの処置が必要であることがわかり,現在,引き続き検討中である。3.HDLの糖化変性の検討:HDLはLDLよりも糖化されにくいことが明らかになった.各種疾患の糖化HDLは,糖化LDLと異なり,血中の糖レベルを比較的よく反映することが示された.4.糖化レムナントリポ蛋白のマクロファージ取り込みの検討:糖化LDLのマクロファージ取り込みは,非糖化LDLよりも有意亢進を認めた.また,糖尿病例LDLは健常者LDLよりもマクロファージ取り込みの有意亢進を認めた.レムナントリポ蛋白はVLDL分画に比較して,マクロファージ取り込みの亢進を認めた.糖化レムナントリポ蛋白については引き続き検討中である.
球状トカマクにおけるトロイダル断面軟X線コンピュータートモグラフィー装置の開発

トカマクは通常は'トロイダル方向にプラズマが対称である'と看做されているが、なんらかの物理量をトーラス全周に渡って測定した例がないため、トロイダル方向に局在した現象の輸送や閉じ込め特性に対する影響は未知な点が多い。特に球状トカマクでは弱磁場側で磁力線が立っており、トロイダル方向に局在した現象が起きやすいと考えられている。このような現象を観測する手法として、トロイダル断面軟X線トモグラフィーが考えられる。そこで、軟X線ピンホールカメラの製作および信号取込み系を試作し、球状トカマクTST-2で測定を行った。このカメラは検出器にSurface Barriar Diode(以下SBD)を用い、各々に独立にピンホールとフィルターを用意した。SBDで得た電流信号はプリアンプで電圧に変換される。プリアンプの信号は、増幅された後デジタイザーで500kHzで記録した。測定の結果、1)プラズマ中心をみこむチャンネルでは、内部磁気再結合現象(IRE)などに同期した軟X線輻射の変化が見られる。2)プラズマ周辺部からは大きな軟X線強度が得られない(ピンホールカメラを視野を減らすことができる)3)信号強度が視線により大きくことなり、ゲイン可変のプリアンプが必要であるなどが分かった。特にIREが発生すると軟X線信号がほとんどゼロになることが観測されたが、これはIREによってプラズマ内部のエネルギーが持ち出されるということを意味する。そこで、この変化を確認するために電子バーンシュタイン波輻射をラジオメータを用いて観測した。この測定では、サイクロトロン共鳴層で生じた電子バーンシュタイン波がプラズマ周辺部の高域混成共鳴でモード変換して生じたXモードの電磁波を観測した。この結果、輻射温度がIREの前後で40から60%を減少することが判明し、軟X線の信号と矛盾しないことが分かった.トカマク研究では通常は'トロイダル方向にプラズマが対称である'という仮定去れているが、なんらかの物理量をトーラス全周に渡って測定した例がないため、トロイダル方向に局在した現象の輸送や閉じ込め特性に対する影響は未知な点が多い。トロイダル方向に局在した現象を観測するために、本研究では軟X線ピンホールカメラを用いたトロイダル断面軟X線トモグラフィーを行う。今年度はテスト用の軟X線ピンホールカメラの製作および信号取込み系の試作をおこなった。一般に軟X線ピンホールカメラは視野角度を広くすると、検出器であるDiodeアレイの各チャンネル間のフィルターの実効的厚み、視野角などを均一に保つことが難しくなる。またTST-2のプラズマのどの部分から軟X線輻射が大きいのかが未知である。そこでTST-2のプラズマの全域を測定できるピンホールカメラを試作した。プリアンプは微量な電流信号を磁気ノイズの大きい環境で扱うため、検出器と一体化した小型で低ノイズなものを真空容器内部におく必要があるが、ここでは調整が容易にするために真空容器の外においた。測定の結果、1)プラズマ中心をみこむチャンネルでは、内部磁気再結合現象などに同期した軟X線輻射の変化が見られる。現在これらの結果をもとにピンホールカメラの実機を設計中である。
溶液内における電子緩和とエネルギー散逸のダイナミックス

本年度は、最初に水溶液中におけるNi^<2+>の電子状態を記述するモデルハミルトニアンを完成させた。このハミルトニアンは定量的に十分な精度を持つ上に、CRKモデルを通じて溶媒の分極揺らぎの効果も含んでいる。構築したハミルトニアンを用いてNi^<2+>水溶液の基底状態の分子動力学シミュレーションを行った。その結果を実験及び過去のシミュレーションと比較することで、モデルがNi^<2+>の水和構造等の基底状態の物性を精度良く再現することを確認した。次にシミュレーションから電子吸収スペクトルの計算を行った。得られたスペクトルは実験結果と良く一致しており、励起状態の記述の信頼性も十分であることが確かめられた。また遷移双極子のモデル化も行い、従来良く使われるコンドン近似がNi^<2+>水溶液の系でも適用できることを示した。さらに統計理論を適用することで、吸収スペクトルの線形がinhomogeneous broadeningで説明され、水のダイナミックスの影響はほとんどないことを示した。実際、電子吸収スペクトルの同位体効果はほとんど見られなかった。現在、以上の結果を論文としてまとめており、近日中に投稿を予定している。構築したハミルトニアンの更なる改良としてスピン軌道相互作用を導入した。したがってモデルハミルトニアンは(3d)^8の配置から生成される全電子状態を記述できる。また、モデルハミルトニアンを導入したシミュレーションは励起状態にもそのまま適用できるように開発されている。現在、励起状態のシミュレーションを用いて、光励起後の電子状態緩和のメカニズムを引き続き調べている。14年度は、水中でのNi^<+2>の電子状態を記述する新たな,effective Hamiltonianの構築のため、以下の三つのことを行った。1、溶媒効果を静電(+分極)、交換、電荷移動相互作用の三つに分け、摂動論を用いて各項の定式化を行った。2、定式化したHamiltonianを我々が開発した水のCRKモデルと組み合わせ、プログラム化を行った。3、六配位クラスターのab-initio計算を行い、Hamiltonianに含まれるパラメーターの設定を行った。1について、本研究課題を行うためには水溶液中でのNi^<+2>の全電子状態を決定できるモデルが必要となるが、そのようなモデルは我々の知る限り現在まで開発されていない。そこで、3d原子価軌道で構成されたSlater行列式の線形結合でNi^<+2>の電子状態を記述し、水との相互作用を摂動と考えて、新たなHamiltonianを定式化した。2について、吸収スペクトルの問題を考える際に溶媒の分極ゆらぎが重要になる。そこで我々が開発したCRKモデルを溶媒に適用できるように、Ni^<+2>を量子的に、水を古典的に扱うようにし、両者の問をself-consistentに解けるようなアルゴリズムを構築し、プログラム化を行った。このプログラムは容易に分子動力学法に組み込める形になっている。3について、過去の実験研究において、Ni^<+2>は水溶液中で非常に安定な六配位クラスターを保持することが報告されているので、クラスターに対するab-initio計算に基づいて、Hamiltonianに含まれるパラメーターの決定作業を行った。その結果、CASSCF計算を再現する物理的描像に合ったパラメーターを得ることができた。今後は、構築したHamiltonianに基づいた分子動力学シミュレーションによって、d-d遷移の吸収スペクトルと電子緩和、エネルギー移動に対して化学的知見を得ることを目指す。
アナログ高集積化回路による人工知能を搭載したＭＥＭＳマイクロロボットの開発

研究成果は機械工学および電子工学分野に分けられる。機械工学分野では、従来シリコンウェハの微細加工は主に平面構造のデバイスの作製にもちいられていた。本研究では微細加工技術をもちいて部品を作製し組み立てることにより、立体構造のロボットを作製した。その結果、6足のマイクロロボットでは世界最小の5mmを切るサイズでの歩行に成功した。電子工学分野では、マイクロロボットの動作制御には主にプログラミング制御がもちいられていた。本研究では生物の脳を模倣したアナログ高集積化回路による人工知能回路を作製した結果、プログラミング無しでの動作制御に成功した。MEMSマイクロロボットについては,昨年度開発した4.0×2.7×2.5[mm]サイズのマイクロロボットに加え,15.7×8.90×11.5[mm]サイズのベアチップを搭載可能なマイクロロボットを新たに開発した。蟻のような6足歩行を実現するマイクロロボットでは世界最小であり,2件の英文論文誌,1件の邦文論文誌に掲載された。また,当該年度中に1件の邦文論文誌,2件の英文著書に採録となり現在印刷中である。アナログ高集積回路による人工知能回路については,昨年度東京大学大規模集積システム設計教育研究センター(VDEC)を利用し作製したが,測定した結果動作しなかった。そこで,当該年度中にVDECを利用し新たにICチップを設計したがこちらも動作しなかった。しかし,Digian Technology Inc.を利用し作製したICチップが動作し,MEMSマイクロロボット用の駆動波形の出力に成功した。一般的にロボットの動作制御は,マイクロコントローラ等を用いたデジタル制御である。今回試作したICチップは生物の脳と同様に,神経細胞が出力するパルス波形を基に,ロボットの動作制御が可能である。ICチップは細胞体モデルおよび抑制性シナプスモデルで構成し,4つの細胞体モデルを抑制性シナプスモデルで全結合した。細胞体モデルはパルス波形を出力する発振器であり,抑制性シナプスモデルは細胞体モデルの発振を抑制する機能を持つ。抑制性シナプスモデルで全結合した4つの細胞体モデルは,電源投入時には,ランダムに発振しているが徐々に抑制し,最終的に4相同期となる。細胞体モデルの発振順序は外部入力により変更可能である。4つの細胞体モデルの出力を,アクチュエータである人工筋肉ワイヤ(形状記憶合金の一種)に入力することで加熱させ,歩行動作を生成する。現在ベアチップのMEMSマイクロロボットへの実装を行っている。研究期間全体を通じて4.0×2.7×2.5mmサイズの人工筋肉ワイヤ(形状記憶合金の一種)を駆動機構に採用したMEMSマイクロロボットの機械機構および,機械機構を駆動するアナログ高集積回路による人工知能である電気・電子機構について開発をおこなった。開発の結果,蟻の歩行動作を模倣した世界最小の6足歩行を実現するマイクロロボットの開発に成功し,かつ生物の脳と同様にプログラムの必要ない人工知能による歩行動作の生成が可能であることを明らかにした。本研究を基に,将来的にロボットにマニピュレータやセンサ等を搭載し,人工知能回路が環境に応じて自律的にロボットを駆動し,人間の体内での医療補助や精密機械の狭小部分でのメンテナンス作業等に応用可能である。また,最終年度において,4.0×4.6×3.6mmサイズの圧電素子を駆動機構に採用したMEMSマイクロロボットの機械機構および,駆動に必要な電気・電子機構についても合わせて開発をおこなった。人工筋肉ワイヤによる駆動機構は変位量が大きい,圧電素子による駆動機構は電力消費が少ないとそれぞれ異なったメリットがあり,状況に応じて選択的にロボットシステムに採用可能である。アナログ高集積回路による人工知能回路については,東京大学大規模集積システム設計教育研究センター(VDEC)およびDigian Technology Inc.を利用し作製したアナログ高集積回路が動作し,従来10cm角程度の実装部品を用いた人工知能回路を,2mm角程度まで大幅な回路面積の縮小に成功した。今回試作した人工知能回路は生物の脳と同様に,神経細胞が出力するパルス波形を基に,ロボットの動作制御が可能である。研究期間全体を通じて,1件の英文著書,4件の英文論文誌,2件の邦文論文誌に研究を掲載し,査読付きの国際会議に7件発表した。また,1件のテレビ取材を受けその様子が放映された。MEMSマイクロロボットについては,従来の4.0×4.0×3.5[mm]サイズのMEMSマイクロロボットを,4.0×2.7×2.5[mm]サイズへのダウンサイジングに成功した。このサイズで蟻のような6足歩行を実現するマイクロロボットは世界的に例が無いため,MEMS2012,IJCNN2011,AROB2012等の国際会議で発表をおこなったところ反響が多数あり,現在5件程度の英文論文誌に投稿依頼を受けている状況である。

アナログ高集積回路による人工知能回路については,平成23年度はFR4基板に表面実装し,ロボットを動作させる計画であった。しかし計画より大幅に研究が進み,平成23年度中の早期に,FR4基板による人工知能回路を構築しロボットが動作している。そこで平成24年度の予定を前倒しし,平成23年度後半に回路シミュレータを用いて回路定数を決定し,VDECによりアナログ高集積回路による人工知能回路のICチップ試作を行った。従来のロボットはPICを用いたデジタル制御による動作制御を行っていた。今回試作したICチップは生物の脳と同様に,神経細胞が出力するパルス波形を基に,ロボットの動作制御および駆動が可能である。ICチップは細胞体モデルおよび抑制性シナプスモデルで構成し,4つの細胞体モデルを抑制性シナプスモデルで全結合したモデルである。細胞体モデルはパルス波形を出力する発振器であり,抑制性シナプスモデルは細胞体モデルの発振を抑制する機能を持つ。抑制性シナプスモデルで全結合した4つの細胞体モデルは,電源投入時には,ランダムに発振しているが徐々に抑制しあい,最終的に4相同期となる。細胞体モデルの発振順番は外部トリガパルスの入力により自由に変更可能である。4つの細胞体モデルの出力を,アクチュエータである人工筋肉ワイヤ(形状記憶合金の一種)に入力することで加熱させ,歩行動作を生成する。MEMSマイクロロボットについては,昨年度開発した4.0×2.7×2.5[mm]サイズのマイクロロボットに加え,15.7×8.9×11.5[mm]サイズのベアチップおよび電源搭載が可能なマイクロロボットを新たに開発した。よってMEMSマイクロロボットの開発は計画通り達成した。アナログ高集積回路による人工知能回路については,平成24年度はVDECにより実用的なICチップを設計・試作し,2.3mm角のベアチップをMEMSマイクロロボットにワイヤーボンディングで接続し,電源以外を全てロボットに搭載する計画であった。しかし,平成23年度VDECで設計・試作していた1.2[μm]デザインルールは平成24年度に廃止となり,代わりに0.8[μm]デザインルールのテスト試作が新たに開始された。テスト試作によるICの測定をおこなった結果,人工知能回路は動作しなかった。チップ内に構成した線形抵抗,コンデンサの測定値が設計値の約2倍となり,MOSFETの諸特性も設計値と異なった。今後0.8[μm]デザインルールにて人工知能回路を試作する場合には,パラメータの調整が必要である。一方で,Digian Technology Inc.を利用し0.35[μm]デザインルールにて作製したICチップが設計通り動作した。また,パッケージングされたICチップの出力波形では動作が可能なので,現在ベアチップをMEMSマイクロロボットにワイヤーボンディングで接続し,動作が得られるか検討中である。
対日直接投資と多国籍企業の戦略

本研究では、対日直接投資の動向を理論的に考察するにあたり、投資実施主体である多国籍企業の意思決定プロセスに注目して、国際生産の理論的フレームワークとして知られるOLIパラダイムの応用による説明を試みた。その結果、(1)明治維新以来、長期にわたって日本の対内直接投資がきわめて低い水準で留まってきたこと、(2)1990年代後半以降、対日直接投資は増加基調に転じたこと、がある程度までOLIパラダイムで説明可能であることを確認した。しかしながら近年、グローバル競争が進展するにつれ、企業が競争優位を獲得する上で不可欠な知識・能力の所在は世界規模でますます分散化する傾向を強めている。その結果、多国籍企業はかつてのように所有優位を武器に国外進出をするのでなく、所有優位を強化・創造してあらたな競争優位を獲得する目的で海外直接投資を行なうようになっている。こうした多国籍企業のあたらしい戦略を与件とすると、OLIパラダイムを構成した3要素のそれぞれを、次のような方向で再評価することで、対日直接投資の理論分析をあらためて考察しなおす必要が出てくる。(A)直接投資の流れを規定するのは既存の0優位の企業間格差ではない。0優位がむしろ国際的に拮抗する中で、あらたな競争優位を創出していこうとするダイナミズムが直接投資の原動力となる。(B)トランスナショナル経営あるいはメタナショナル経営の時代にあっては、立地特殊的優位として重要なのは技術、知識、スキル、イノベーション能力など、後天的な資産である。そうした後天的資産をいかに蓄積し、多国籍企業による国内拠点にどのような戦略役割を期待するかが、多国籍企業の誘致政策を効果的に展開する際には重要となる。(C)後天的資産は企業特殊的・文脈依存的性格を持つため、内部化インセンティブの分析において、戦略提携の役割がさらなる重要性を帯びてくる。(786字)本研究では、対日直接投資の動向を理論的に考察するにあたり、投資実施主体である多国籍企業の意思決定プロセスに注目して、国際生産の理論的フレームワークとして知られるOLIパラダイムの応用による説明を試みた。(786字)まず、19世紀後半から今日までの対日直接投資の動向を整理した。明治の開国からいわゆるバブル経済崩壊後の不況期にいたるまで、対日直接投資が長期にわたって低水準にとどまってきたこと、また最近になって外国企業による日本進出が急増していること、について確認した。その上で、直接投資の重要な理論枠組みととらえられているOLIフレームワーク(競争優位、立地優位、内部化インセンティブの3変数の組合せで直接投資説明する)で、こうした対日直接投資の状況をかなり説明できることがわかった。しかし昨今の多国籍企業は、戦略提携、後天的(created)資産などのキーワードを鑑みるとき、その行動原理を従来の理論モデルで説明することがますます困難となりつつある。OLIフレームワークに即していえば、競争優位(O)は所与であり、直接投資の必要条件であるというよりは、直接投資を通じたグローバルな事業戦略を展開した結果として事後的に形成されるものであり、そうした多国籍企業のあたらしい行動を前提とした上で、国は立地優位(L)を提供していく必要がある。さらには、既存のOと上述のような意味合いでのLとの組み合わせから、あらたなOを形成していく、という今日の多国籍企業の行動を考慮すると、国境を越えた取引の有り様にも影響が及び、それは取引を内部化するインセンティブ(I)にも影響してくる。以上のことが、先行研究のサーベイ、在日外資系企業に対するヒヤリング、新聞・雑誌等の記事サーベイを通じて明らかとなった。以上の研究実績をベースとして、次年度は、対日直接投資を説明する上で、既存のOLIフレームワークに代わるあらたな理論モデルの構築を目指す。また同時に、在日外資系企業に関するデータベースを構築して、実証研究を行う予定である。さらには、あらたな理論モデルの延長上に、対日投資誘致に向けてのあるべき政策提言も行う予定である。

昨年度の予備的調査に引き続き、今年度も、対日直接投資の理論仮説の構築に向けて作業を行った。その際、日本で事業展開を行う外資系企業の新しい経営戦略を抽出・モデルに反映させることを重視し、外資系企業総覧などのデータベースや新聞雑誌等の記事に基づく情報の整理、ヒヤリング調査をベースとした研究者・研究機関(内閣府、日本総研、MSK基礎研究所など)との意見交換を通じ、慎重に考察を進めた。その結果明らかとなったことは、以下の諸点である。・立地優位(L)に関しては、日本市場の魅力の乏しさ(過当競争などにより平均利潤率が低い)は減少し、魅力はあったとしてもこれまであったような新規参入に対する障壁の存在は大幅に後退し、伝統的なL優位性は総じて向上しつつある。・対日直接投資は金融や商業、通信、一部製造業に集中しており、外資系企業の進出状況は業種によるばらつきが大きい。したがって新しいタイプのL優位の投割を、多国籍企業の所有優位(O)と内部化インセンティブ(I)と連結させながらとらえていくことが、これまで以上に重要となってくる。・こうしたことから対日直接投資のパフォーマンスには多国籍企業の競争戦略の有り様(競争優位の構築)が大きく関わっていることが示唆される。日本市場で成功を収めている外資系企業だけでなく、日本市場からすでに撤退した外資系企業、日本市場に結局のところ参入しなかった多国籍企業も含めて、詳細に事例研究を行い、多国籍企業の競争戦略と対日進出行動を有機的に関連付けながら理論仮説を構築していくことが重要となる。これら諸点に留意しながら、最終年度においては、対日直接投資の理論・実証分析を行い、対日投資誘致に向けてのあるべき政策提言を行う予定である。最終年度では、文献調査、データ収集、研究者との意見交換に加えて、自動車・同部品産業および電子デバイス産業を中心に在日外資系企業へのヒヤリング調査を行なった。結果、以下の通り、外資系企業の新しい経営戦略を取り入れて対日直接投資をモデル化する上での有力な手がかりを得た。・日本に特徴的な企業間取引を参入障壁とする見方とは逆に、そうした取引慣行への配慮こそが、外国企業にとってあらたなビジネス機会を広げる可能性をもつ。たとえば自動車産業では、セットメーカーとサプライヤーの摺り合わせによる濃密な取引関係が、最終製品の品質とコスト、開発効率を高次でバランスさせる上で不可欠である。外国のサプライヤーによる在日子会社の設立は、グローバルプレイヤーとして生産拠点の国際分散化を急速に進めつつある日本のセットメーカーとの取引開拓の窓口の役割を演じる可能性がある。・近年、進展する自動車の電子化は、自動車の製品構造の変革を促し、脱系列化への引き金となりうる。製品構造の変化はまた、価値連鎖における分業関係の再編を促し、その過程で、日本メーカーにとって取引相手のスイッチング・コストは相対的に低下するため、結果として外国企業にとってのビジネスチャンスが広がる。・自動車の電子化をめぐって、制御ユニットのソフトウェアやユニット間のインタフェース/プロトコルの標準化が進みつつあり、欧州と米国で進行中の標準化との間でレースの様相を呈している。
心腎連関の病態の解明―尿毒素の新しいシグナル伝達機構の探求

インドキシル硫酸が血管平滑筋を傷害,動脈硬化・石灰化を進行させる機序を検討するために、インドキシル硫酸負荷ラットモデルを確立し、生理学的・病理学的解析を行うことを研究の目的とした。ヒト大動脈平滑筋培養細胞における細胞内シグナルを詳細に行った。本検討では新しい動脈硬化の進展因子として注目されるNotchシグナルの作用点と活性、さらには病理的役割について検討を行った。主要臓器の血管病理を検討したところ、インドキシル硫酸投与ダール高血圧ラット群にのみ大動脈と冠動脈中膜に石灰化を認めた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。尿毒素であるインドキシル硫酸は慢性腎臓病患者の腎機能を増悪させる因子である。我々はインドキシル硫酸による腎尿細管の炎症、線維化、老化の促進、活性酸素の増加、p53-TGF-β1-Smad3 pathway, NF-κB, OAT3/AhR/Stat3 pathwayの活性化を示してた。インドキシル硫酸が動脈硬化をいかに進行させるのかを検討するために、新しい動脈硬化の進展因子として注目されるNotchシグナルの作用点と活性、さらには病理的役割について検討すること。対照ラット、ダール高血圧ラット、インドキシル硫酸投与ダール高血圧ラット(尿毒症モデル)の大動脈を摘出し、Notchシグナル関連分子について免疫組織染色を行い、発現の変化を比較検討した。インドキシル硫酸はNotch1シグナルを血管平滑筋において活性化する一方、石灰化病変においては発現が減少していた。インドキシル硫酸は血管平滑筋のNotch1シグナルを変化させることが考えられた。そこでラット大動脈平滑筋の初代培養に、インドキシル硫酸を作用させるとNotch1活性の変化を検討した。Notch1受容体のmRNAと活性化Notch1の発現は、時間にして72時間、濃度にして1000 μMをピークに減少した。これは長期間、強いインドキシル硫酸の刺激がNotch1シグナルの活性を減弱することを示している。我々はNotch1の活性化の低下が平滑筋のアポトーシスの惹起と相関があることをすでに示している(Takeshita K et al Circ Res 2007)。インドキシル硫酸は大動脈平滑筋のNotch1活性を変化させる。短期間、低濃度の刺激は活性化するが、高濃度・長時間の刺激はNotch1活性を減退させる。その結果平滑筋にアポトーシスを誘導し、石灰化病変の形成に寄与する。
非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求

研究課題「非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求」に関する研究の一環として、マックスブランク研究所の小松英一郎氏との共著の"Bispectrum from open inflation"というタイトルの論文と、単著の"In-in formalism on quantum tunnelingbackground : multi-dimensional quantum mechanics"というタイトルの論文を完成させたことが本年度の主な成果として挙げられる。両研究ともに、超高エネルギーの物理を記述する理論の候補である弦理論から、観測的に予想されている宇宙初期の加速膨張期(インフレーション期)の物理的起源を説明する試みである、弦理論的宇宙論についての研究である。弦理論的宇宙論によると、インフレーション中にスカラー場の量子トンネリングがバブル生成を通じて起こるということが示唆されるが、本研究では量子トンネリング中のゆらぎの非線形発展を調べ、量子トンネリングが宇宙の原始ゆらぎの非ガウス性に与える影響を求めた。後者の論文で、量子トンネリング中のゆらぎの非線形発展の定式化をおこない、前者の論文で、その定式化をオープンインフレーションと呼ばれるインフレーション中に量子トンネリングが起こるモデルに応用し、そのモデルにおける宇宙の原始ゆらぎの非ガウス性を具体的に計算した。宇宙の原始ゆらぎの非ガウス性は観測と関連する量であり、インフレーションの物理的起源の解明や、弦理論の観測的検証に向けて、ここで得られた結果が将来的に用いられる可能性がある。研究課題「非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求」に関連して、弦理論から示唆されるインフレーションモデルからの観測量である「ゆらぎの非ガウス性」の研究を昨年度から引き続き進めた。その結果、量子トンネリング中のゆらぎの非線形発展の定式化を第一原理的に導出しただけでなく、それを、インフレーション中に量子トンネリングが起こるモデルに応用し、そのモデルから生じる「ゆらぎの非ガウス性」を計算するところまで研究を進展させることができたから。インフレーション中に量子トンネリングが起こるモデルは、特徴的な「ゆらぎの非ガウス性」を生成するだけでなく、特徴的な原始重力波も生成すると考えられる。2014年3月に発表されたBICEP2実験の結果が示唆する原始重力波は通常考えられる単純なインフレーションモデルでは説明できない可能性が高く、インフレーション中に起こった量子トンネリングの影響が見えている可能性があるため、それについて詳細に調べる予定である。研究課題「非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求」に関する研究の一環として"Multi-field open inflation and multi-field dynamics in tunneling'という論文を完成させたことが本年度の主な成果として挙げられる。この研究は、超高エネルギーの物理を記述する理論の候補である弦理論から、観測的に予想されている宇宙初期の加速膨張期(インフレーション期)を引き起こすモデルを構築したときに、そのモデルがもつであろう性質について、非線形な効果を考慮しつつ解析的手法と数値的手法を組み合わせて調べたものである。通常、インフレーションを引き起こす物質としてスカラー場と呼ばれる物質を想定するが、弦理論から予想されることとして、スカラー場が複数あり、そのポテンシャルがスカラー場の量子トンネリングを引き起こすような複雑な形をしているだろうということが挙げられる。この研究では、それらの性質をモデルに課したときに、どのようなインフレーションモデルが可能であるか、また、スカラー場の量子トンネリングが起こる確率がどのようになるかについて調べた。その結果、過去に調べられていたスカラー場が一つだけの場合よりも、インフレーションモデルを構成するのが容易であり、量子トンネリングが起こりやすくなる場合があることがわかった。理論的に予想される弦理論と、観測的に予想されるインフレーションがどのように関係しているかについて、基本的な性質を調べた本研究は、弦理論を理解する上でも、インフレーションを理解する上でも、どちらにおいても重要な意義を持つ研究と言える。研究課題「非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求」に関する研究の一環として、"Non-Gaussian bubbles in the sky"という論文を完成させたことが本年度の主な成果として挙げられる。この研究は、超高エネルギーの物理を記述する理論の候補である弦理論から、観測的に予想されている宇宙初期の加速膨張期(インフレーション期)の物理的起源を説明する試みである、弦理論的宇宙論の研究と言える。弦理論的宇宙論によると、インフレーション中にスカラー場の量子トンネリングがバブル生成を通じて起こるということが知られている。本研究では、そのバブル生成が宇宙背景輻射の観測に当てる影響を非線形な効果を考慮しつつ解析的手法と数値的手法を組み合わせて調べることで、非線形効果によって生じる観測量である「ゆらぎの非ガウス性」を計算し、現在の観測データを解析することでバブル生成の徴候を見つけることができる可能性を指摘した。バブル生成から生じる「ゆらぎの非ガウス性」は天球面上の局在した領域に存在するが、本研究以前は空間的に一様に存在する「ゆらぎの非ガウス性」しか知られていなかったため、本研究は観測的研究に対して、初期宇宙を探るための新たな観測量を提案したという意義をもつ。さらに、弦理論的宇宙論から示唆される現象であるインフレーション期のバブル生成を観測的に探査することは、インフレーションの物理的起源を調べるためにも、また、弦理論の正当性を確かめるためにも、非常に重要な研究と言える。研究課題「非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求」に関する研究の一環として、マックスブランク研究所の小松英一郎氏との共著の"Bispectrum from open inflation

"というタイトルの論文と、単著の"In-in formalism on quantum tunnelingbackground : multi-dimensional quantum mechanics"というタイトルの論文を完成させたことが本年度の主な成果として挙げられる。両研究ともに、超高エネルギーの物理を記述する理論の候補である弦理論から、観測的に予想されている宇宙初期の加速膨張期(インフレーション期)の物理的起源を説明する試みである、弦理論的宇宙論についての研究である。弦理論的宇宙論によると、インフレーション中にスカラー場の量子トンネリングがバブル生成を通じて起こるということが示唆されるが、本研究では量子トンネリング中のゆらぎの非線形発展を調べ、量子トンネリングが宇宙の原始ゆらぎの非ガウス性に与える影響を求めた。後者の論文で、量子トンネリング中のゆらぎの非線形発展の定式化をおこない、前者の論文で、その定式化をオープンインフレーションと呼ばれるインフレーション中に量子トンネリングが起こるモデルに応用し、そのモデルにおける宇宙の原始ゆらぎの非ガウス性を具体的に計算した。宇宙の原始ゆらぎの非ガウス性は観測と関連する量であり、インフレーションの物理的起源の解明や、弦理論の観測的検証に向けて、ここで得られた結果が将来的に用いられる可能性がある。研究課題「非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求」に関連して、まず、弦理論からインフレーションモデルを構成したときに持つと期待される基本的な性質については調べることができた。さらに、その際に生じる観測量である「温度ゆらぎの績計的な非ガウス性」についての研究もおおむね順調に進行し、現在論文としてまとめている段階にある。研究課題「非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求」に関連して、まず、弦理論から示唆されるインフレーションモデルからの観測量である「ゆらぎの非ガウス性」の研究を昨年度から引き続き進め、バブルが生成するモデルについての計算を完成させて論文として公表した。他のインフレーション中に量子トンネリングが起こるモデルについての解析も現在進行中であり、まもなく成果を論文として公表できると期待される。研究課題「非線形効果を考慮したインフレーション宇宙論の探求」に関連して、弦理論から示唆されるインフレーションモデルからの観測量である「ゆらぎの非ガウス性」の研究を昨年度から引き続き進めた。その結果、量子トンネリング中のゆらぎの非線形発展の定式化を第一原理的に導出しただけでなく、それを、インフレーション中に量子トンネリングが起こるモデルに応用し、そのモデルから生じる「ゆらぎの非ガウス性」を計算するところまで研究を進展させることができたから。まず、現在論文としてまとめている段階にある、「温度ゆらぎの統計的な非ガウス性」についての研究を完成させる。
磁性イオンを通じて制御できるスピン軌道強結合電子の新奇輸送現象

重い元素を含み、かつ結晶対称性の低い化合物では、スピンと軌道角運動量が強く結合した「スピン軌道強結合電子」がトポロジカル電子状態を形成し、ワイル半金属などの特徴のある伝導物質となる場合がある。最近我々は、磁性イオンと結合したスピン軌道強結合電子が負の巨大磁気抵抗効果をもたらす積層化合物を見出した。本研究では、この伝導特性を詳しく調べ、スピン軌道強結合電子が持つ隠れた特性を明らかにする。さらに、関連する伝導現象を示す新たな物質群を探索する。
間質性肺炎の原因遺伝子解明と新規治療薬開発

IL-18はIL-2との連日投与は致死性の肺障害を誘導する我々はIL-18をIL-2とともにマウスに連日投与するとすべての投与マウスに肺のみにリンパ球浸潤が急激に起こり肺線維化を伴う肺障害が誘導され効率に死亡する事を見出した。これらの結果はヒト特発性間質性肺炎発症においてIL-18が重要な役割を果たすと考えられる。そこでIL-18,IL-18 receptorα鎖に対するモノクロナール抗体を当教室で作成し特発性間質性肺炎の患者の肺生検組織で免疫組織染色を行った。患者病変部には正常肺より著明にIL-18,IL-18 receptorα鎖の発現していた。redox蛋白チオレドキシン(TRX)は肺障害を抑制するヒトTRXは淀井らによってクローニングされ、TRXはシステイン残基からのプロトン供与により標的蛋白のジスルフィド結合を開裂される強い還元活性を持つ。TRXはそれ自身が酸化されることにより、ジスルフィド結合を持つ他のタンパク質を還元する。一方、還元反応後のジスルフィド結合を形成した酸化型TRXはthioredoxin reductaseにより再還元されて還元型TRXに戻る。これによって酸化されたチオレドキシン・リダクターゼはそのプロトンドナーであるNADPHによって再還元される。IL-18/IL-2で誘導される肺障害モデルは急激なリンパ球浸潤が肺の間質部に特異的に出現しマウスを死に至らせる。しかしながら脾臓の軽度腫大以外は腸管、肝臓、心臓、腎臓といった臓器には致死的変化は見られない。つまりIL-18によって誘導される致死の変化は肺特異的に起こる。そこで我々は"急性肺障害の病因に酸化ストレスが関与する"という作業仮説をたてた。京都大学ウイルス研・淀井淳司教授との共同研究でTRXがIL-18/IL-2で誘導される肺障害とブレオマイシンで誘導される肺線維症を抑制することを発見した。
燃焼合成におけるヘリカル波の数理解析

燃焼合成反応の数理モデルの数値シミュレーションによる研究を経て,「ヘリカル波の出現機構」を中心に研究を推進してきた.平面進行波から直接ヘリカル波への遷移過程を明らかにするために,簡明な反応項(0<u_<ig><1)を採用して,空間1次元全体,空間2次元帯領域{(x,y);x∈R,0<y<L},空間3次元円柱領域{(x,r,θ);x∈R,0【less than or equal】r<R,0<θ<2π}で考察した.詳細な解析を進めた結果Hopf分岐によって平面進行波から直接ヘリカル波が発現することを示すことができた.分岐構造の概略はつぎのようであることが判明した:1.平面進行波の安定性解析において,空間2次元問題ではk=2πη/Lがキーパラメータとして現れる.空間3次元ではkがk=R_<nm>に置き換わることを除けば空間2次元の場合と同じである.ここに,R_<nm>は次数nのBessel関数の導関数のm番目の零点である.2.平面進行波の安定性に関与する固有値は複素共役な固有値ペアのみである.固有値の実部はu_<ig>が小さいときはな負であるがu_<ig>とともに増加し,臨界値u_<ig>=u^<Hopf>(0)で固有値のペアは虚軸を横断的によぎる.このHopf分岐点からは平面振動進行波(k=0)やヘリカル波(k>0)が出現する.燃焼合成反応の数理モデルの数値シミュレーションによる研究を経て,「ヘリカル波の出現機構」を中心に研究を推進してきた.平面進行波から直接ヘリカル波への遷移過程を明らかにするために,簡明な反応項(0<u_<ig><1)を採用して,空間1次元全体,空間2次元帯領域{(x,y);x∈R,0<y<L},空間3次元円柱領域{(x,r,θ);x∈R,0【less than or equal】r<R,0<θ<2π}で考察した.詳細な解析を進めた結果Hopf分岐によって平面進行波から直接ヘリカル波が発現することを示すことができた.分岐構造の概略はつぎのようであることが判明した:1.平面進行波の安定性解析において,空間2次元問題ではk=2πη/Lがキーパラメータとして現れる.空間3次元ではkがk=R_<nm>に置き換わることを除けば空間2次元の場合と同じである.ここに,R_<nm>は次数nのBessel関数の導関数のm番目の零点である.2.平面進行波の安定性に関与する固有値は複素共役な固有値ペアのみである.固有値の実部はu_<ig>が小さいときはな負であるがu_<ig>とともに増加し,臨界値u_<ig>=u^<Hopf>(0)で固有値のペアは虚軸を横断的によぎる.このHopf分岐点からは平面振動進行波(k=0)やヘリカル波(k>0)が出現する.領域内部におけるヘリカル波の伝播形態,みかけの活性化エネルギーの伝播形態への影響,空間次元によるヘリカル波の相違点に関して以下のような知見を得た.(1)領域内部におけるへリカル波の伝播形態反応点の一つ一つが独立に運動する不規則ヘリカル波の等温度面では,陥没や隆起が時間発展につれてランダムに起こる.一方,いくつかの反応点が円柱側面を同じ方向にほぼ同じ速さで動く規則的ヘリカル波の等温度面は反応点と同じ個数の翼を持ち,それが時間経過とともに回転しながら円柱下方に動いて行く.燃焼波とともに進む水平断面上での温度分布によっても,内部における伝播形態を知ることができる.円柱の中心付近での温度分布は振動するだけであり,円柱側面の近くだけでらせん状に運動することがわかった.(2)みかけの活性化エネルギーの伝播形態への影響燃焼合成反応における重要なパラメータであるみかけの活性化エネルギーEの燃焼波伝播形態への影響を調べた.その結果,空間1次元問題で振動波の最初の周期倍分岐が起きるようなEの値をはるかに越えてヘリカル波は安定であることがわかった.さらにEを大きくすれば,ヘリカル波は崩壊し,代わりに,平面的な振動進行波が現れることが判明し,これを理論的に説明する無次元化方程式系を発見した.(3)空間次元によるヘリカル波の相違点空間3次元では,規則的ヘリカル波を発生させるためには初期分布の設定に特別な注意が必要であるが,不規則ヘリカル波には必要ないという意味において,多数のヘリカル波の中で最も出現し易いのは不規則ヘリカル波であると判断する.一方,空間2次元では,逆に,不規則ヘリカル波よりも規則的ヘリカル波の方が出現し易い.みかけの活性化エネルギーEは燃焼合成反応における重要なパラメータである.Eが小さいときは定常燃焼波が安定であり,大きくなると振動燃焼波やヘリカル燃焼波が発現する.数理解析の分野ではEを無限大に飛ばした極限において燃焼合成反応の数理モデル方程式系から得られる縮約方程式系が用いられることも多い.このような縮約の妥当性の検討という動機も含め,みかけの活性化エネルギーの燃焼

波伝播形態への影響を,「ヘリカル燃焼波の持続機構の解明」に重点をおいて調べた.無次元化温度uと合成率ηを夫知関数とする数理モデル方程式系はのように表現される.燃焼合成反応の発熱項Φ(μ)はuの指数関数であるが,できるだけ単純な劣線形性を利用して研究を推進するという観点から,つぎの2つのものを採用してヘリカル燃焼波の持続機構を調べた(0<a<b<1,0<c<1):(1)-(2)および(1)-(3)の数値シミュレーションを空間1次元および空間2次元で行った結果,現在までにつぎのことがらが判明した:・空間1次元において定常燃焼波が観測されるようにパラメータを設定すると,空間2次元でも必ず定常燃焼波が観測される.・空間1次元において振動燃焼波が観測されるようにパラメータを設定すると,空間2次元ではヘリカル燃焼波が現れ,その速度は振動燃焼波より遅い(25%以上の低下もある).ただし,パラメータを厳しく設定すると,空間1次元では伝播が停止するが,空間2次元ではヘリカル燃焼という形態によって燃焼伝播が持続するようになる.平成14年度は「ヘリカル波の出現機構」を中心に研究を推進してきた.平面進行波から直接ヘリカル波への遷移過程を明らかにするために,簡明な反応項(0<u_<ig><1)を採用して,空間1次元全体,空間2次元帯領域{(x,y);x∈R,0<y<L},空間3次元円柱領域{(x,r,θ);x∈R,0【less than or equal】r<R,0<θ<2π}で考察した.詳細な解析を進めた結果,Hopf分岐によって平面進行波から直接ヘリカル波が発現することを示すことができた.分岐構造の概略はつぎのようであることが判明した:(1)平面進行波の安定性解析において,空間2次元問題ではk=2πn/Lがキーパラメータとして現れる.空間3次元ではkがk=R_<nm>に置き換わることを除けば空間2次元の場合と同じである.ここに,R_<nm>は次数nのBessel関数の導関数のm番目の零点である.(2)平面進行波の安定性に関与する固有値は複素共役な固有値ペアのみである.固有値の実部はu_<ig>が小さいときは負であるがu_<ig>とともに増加し,臨界値u_<ig>=u^<Hopf>(0)で固有値のペアは虚軸を横断的によぎる.このHopf分岐点からは平面振動進行波(k=0)やヘリカル波(k>0)が出現する.