hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
創造的自由形状設計のための仮想クレイモデリングシステムの構築に関する研究

研究実績の概要従来の三次元CADシステムにおいてはディスプレイ上で三次元自由形状をモデリングすることは困難であり,三次元自由形状の基本的設計,デザインはクレイモデルなどにより行ない,CADシステムの使用はそれ以後の手順の自動化に限られている。このような作業手順は,創造的形状設計作業には不都合である。申請者らはこのために,三次元の自由設計モデリングが容易な設計環境を実現するために,計算機内の自由形状モデルをそれがあたかも実在しているかのような感覚で操作するための触覚・力覚情報フィードバック装置として、空間インタフェース装置(SPIDAR)を開発してきた。本研究では、この空間インタフェース装置を基本のインタフェースデバイスと位置づけ、さらに創造的な自由形状設計を実現するための機能、すなわち、柔軟性の高い三次元形状の入力装置、高度なレンダリング機能を有する立体表示装置、自由形状の生成、変形、加工を可能にする自由形状モデラなどを統合化して、次世代の形状設計支援システム仮想クレイモデリングシステムの設計とその試作が本研究の目的である。本研究の研究成果をまとめると以下の通りである。・形状変形・加工プログラムのため直接操作によるの形状データの変換ソフトウェアの開発・自由形状設計加工のための変形プログラムからの出力の実時間立体表示システムの開発・空間インタフェース装置における触覚・力覚フィードバック制御の確立・親指と人指し指の2本の指による自由形状モデルの直接操作システムの開発以上の項目を開発して,システム全体を統合するとともに,最終的に形状設計システムとしての評価を行い,試作システムの有効性を確認するとともに,実用化のための問題点を検討した。従来の三次元CADシステムにおいてはディスプレイ上で三次元自由形状をモデリングすることは困難であり,三次元自由形状の基本的設計,デザインはクレイモデルなどにより行ない,CADシステムの使用はそれ以後の手順の自動化に限られている.このような作業手順は,創造的形状設計作業には不都合である.申請者らはこれまでに,三次元の自由設計モデリングが容易な設計環境を実現するために,計算機内の自由形状モデルをそれがあたかも実在しているかのような感覚で操作するための触覚・力覚情報フィードバック装置として,空間インタフェース装置(SPIDAR)を開発してきた.本研究では,この空間インタフェース装置を基本のインタフェースデバイスと位置づけ、さらに創造的な自由形状設計を実現するための機能、すなわち、柔軟性の高い三次元形状の入力装置、高度なレンダリング機能を有する立体表示装置、自由形状の生成、変形、加工を可能にする自由形状モデラなどを統合化して、次世代の形状設計支援システム仮想クレイモデリングシステムの設計とその試作を目的としている.仮想クレイモデルの設計環境システムは,(1)自由形状設計支援プロセッサシステム,(2)三次元自由形状モデラ管理システム,(3)自由形状設計加工システム,(4)自由形状入力システム,の4つの部分からなり、全体で仮想設計環境を構成している.本年度はこれら4つのサブシステムの中で特に(1)(2)を中心に設計・開発を行い,その有効性を評価した.従来の三次元CADシステムにおいてはディスプレイ上で三次元自由形状をモデリングすることは困難であり,三次元自由形状の基本的設計,デザインはクレイモデルなどにより行ない,CADシステムの使用はそれ以後の手順の自動化に限られている.このような作業手順は,創造的形状設計作業には不都合である.申請者らはこのために,三次元の自由設計モデリングが容易な設計環境を実現するために,計算機内の自由形状モデルをそれがあたかも実在しているかのような感覚で操作するための触覚・力覚情報フィードバック装置として、空間インタフェース装置(SPIDAR)を開発してきた。本年度は,前年度に開発したサブシステムを統合化して,仮想クレイモデル設計システムの試作を行なった.統合化のための方法は以下の通りである.・形状変形・加工プログラムのため直接操作によるの形状データの変換ソフトウェアの開発

・自由形状設計加工のための変形プログラムからの出力の実時間立体表示システムの開発・空間インタフェース装置における触覚・力覚フィードバック制御の確立・親指と人指し指の2本の指による自由形状モデルの直接操作システムの開発以上の項目を開発して,システム全体を統合するとともに,最終的に形状設計システムとしての評価を行い,試作システムの有効性を確認するとともに,実用化のための問題点を検討した.
シナプス病態に関わるPACAPによるスパイン動態制御機構の解析

スパイン形成不全は、神経回路に異常を呈する精神疾患の共通基盤である可能性が示されている。本課題では、精神疾患に関わるPACAPによるスパイン動態の制御機構を検討した。初代培養神経細胞においてPACAPによるスパイン密度の増加は、miR-132機能阻害やERKのリン酸化阻害剤により抑制された。また、PACAP欠損マウス由来の培養神経細胞にmiR-132を強制発現した結果、スパイン密度の減少が一部改善された。本成果は、PACAP欠損マウスにおける精神行動異常が、スパイン形成異常に関連することを示唆するものであり、精神行動異常がmiRNAにより制御される機構を明らかにする手がかりになると期待される。本研究課題は、シナプス病態を反映するPACAP欠損マウスにイメージングシステムを用いてスパインの動態や機能制御する機構に着目し、スパイン上でのPACAPシグナルやセロトニン受容体との相互作用の役割を解析し、精神疾患発症・病態の分子基盤の理解や新規創薬ターゲットとしての有用性を探ることを目的とする。25年度は、研究実施計画に基づき、主に以下の成果を得た。A)PACAP-/-マウスにおける5HT-2受容体亢進に関する分子メカニズム解析PACAPシグナル機能低下により5-HT2A機能が亢進し、精神神経機能異常を起こす可能性が想定されている。このことは、5-HT2A機能を抑制する内因性の精神機能調節機構にPACAPが関与している可能性を示す。そこで、Neuro2A細胞や初代培養海馬神経細胞を用いて、細胞膜表面上に存在するタンパク質のビオチン標識および単離を行い、ウエスタンブロット検出した。PACAP投与時における細胞膜表面の5-HT2A受容体の発現量の変動を解析した結果、PACAP投与30分後、PACAP特異的受容体であるPAC1受容体の細胞膜上の発現量低下が認められたのと共に、5-HT2A受容体の発現量の低下が認められた。また、5-HT1A受容体の変動は認められなかった。これらの結果は、PACAPが実際の神経細胞における内在的な5-HT2A受容体の機能調節に関わる可能性を示すものである。B) Halo-tagを用いた初代神経培養細胞におけるスパイン動態・シグナル伝達の解析現在、HEK293細胞において確認されているPACAP投与によるHalo-tag 5HT-2A、PAC1の細胞内局在化について、その機序としてPKCシグナルの関与と共に、β-arrestin 2が関与する可能性を明らかにした。また、Halo-tag 5HT-2Aの初代神経培養細胞への導入も成功した。本研究課題は、シナプス病態を反映するPACAP欠損マウスやイメージングシステムを用いてスパインの動態や機能制御する機構に着目し、スパイン上でのPACAPシグナルやセロトニン(5-HT)受容体との相互作用の役割を解析し、精神疾患発症・病態の分子基盤の理解や新規創薬ターゲットとしての有用性を探ることを目的とする。26年度は、研究実施計画に基づき主に以下の成果を得た。これまでにPACAPにより5-HT2A受容体(5-HT2AR)が細胞内移行を示すことを明らかにしている。統合失調症などの精神疾患と関連し、5-HT2ARと結合するグルタミン酸2受容体(mGluR2)やドパミン2受容体(D2R)においても、PACAPにより直接的な細胞内移行が引き起こされるかをHEK293T細胞を用いて検討した。その結果、mGluR2やD2Rは、PACAPにより直接的な動態制御を受けず、本作用は、5-HT2AR選択的であることが明らかになった。しかし、初代皮質神経培養細胞を用いた検討より、内在的なmGluR2は神経細胞膜上の発現量が減少する傾向が認めれらた。このことは、mGluR2はPACAPから直接的な影響は受けないものの、5-HT2ARと結合することにより細胞内移行し、5-HT2Aと共にPACAPにより機能制御を受ける可能性を示すものである。これまでにPACAPにより成熟スパイン数が増加することを見出している。今回、PACAPによりスパインが新たに形成・成熟することを明らかにした。また、このスパイン形成には、miR-132が関与し、このmiR132をトラップする配列を付加した遺伝子を導入した場合、スパイン数が増加しないことを見出した。最終年度は、研究実施計画に基づき主に以下の成果を得た。A)スパイン形成に関わるPACAPシグナルパスウェイ解析miR-132の標的因子のうち、マウス神経細胞にて発現が認められている8つの遺伝子についてPACAPによる発現変化を解析した。その結果、p250GAPのみならず、MeCP2とDPYSL3についても、PACAPにより有意に発現量の低下が認められた。また、スパイン形成は、miR-132発現抑制作用を持つmiR-132 spongeにより抑制され、PACAPによるp250GAPのmRNAの発現減少もmiR-132spongeにより部分的に回復することが明らかになった。

PACAPによるスパイン形成促進作用にmiR-132の関与が示唆されたため、PACAP/miR-132シグナルは、PACAP遺伝子欠損マウス由来の初代培養神経細胞におけるスパイン密度の減少にも関与している可能性が考えられる。そこで、miR-132のレンチウイルスを作製し、PACAP欠損マウスの初代培養神経細胞に強制発現させた。その結果、PACAP遺伝子欠損マウス由来の初代培養神経細胞におけるスパイン密度の減少が一部改善されることが明らかになった。このことは、miR-132の発現減少がPACAP遺伝子欠損マウスの初代培養海馬神経細胞における総スパイン密度とPSD-95陽性スパイン密度の低下に関与することを示唆すると共に、PACAPがスパインの形成と成熟に関与することを裏付けるものであると考えられる。スパイン形成不全は、神経回路に異常を呈する精神疾患の共通基盤である可能性が示されている。本課題では、精神疾患に関わるPACAPによるスパイン動態の制御機構を検討した。初代培養神経細胞においてPACAPによるスパイン密度の増加は、miR-132機能阻害やERKのリン酸化阻害剤により抑制された。また、PACAP欠損マウス由来の培養神経細胞にmiR-132を強制発現した結果、スパイン密度の減少が一部改善された。本成果は、PACAP欠損マウスにおける精神行動異常が、スパイン形成異常に関連することを示唆するものであり、精神行動異常がmiRNAにより制御される機構を明らかにする手がかりになると期待される。PACAPシグナルによるGPCRの細胞膜上からの細胞内移行について、5-HT受容体だけでなく、精神疾患に関わるD2RやmGluR2の関わりについても解析することが出来た。また、より生体内に近い初代培養神経細胞を用いた検討ができるようになったため、おおむね順調に進展していると考えられる。さらに、スパインに関しては解析ソフトを購入し、スパインに特化した解析用マクロを作成したことにより、スパインの数だけでなく長さや体積までを解析することが出来るようになった。これにより、PACAPによるスパインの成熟への影響をこれまで以上に詳細に検討することが可能になった。PACAPシグナル経路の解析が進んだことにより、miR-132発現遺伝子やmiR-132を結合する配列を付加した遺伝子のウイルスを作成し、その影響を観察するなど進展が見られる。分子神経科学カルシウム指示薬などを用いて、PACAPによる5-HT2ARの機能評価をおこなう。さらには樹状突起スパインなどの局所においても5-HT2ARの動態の解析やシグナルのイメージングをおこなう。また、5-HT2ARだけでなく、精神疾患との関連が深いD2RやmGluR2においても、初代培養神経細胞上での動態を観察する。PACAP遺伝子欠損マウスの海馬において、miR132の発現をin situ hybridazationを用いて解析を行う。また、miR132をマウス脳へ導入した際の行動解析や、スパイン形態変化の解析を行うことで、PACAP遺伝子欠損マウスの精神行動異常の原因のメカニズム解明に迫る。遺伝子導入が困難といわれている初代神経培養細胞へのHalotag 5HT-2A受容体の発現に成功した。導入効率は依然として低いものの、Halotagリガンドによる蛍光発現の確認、およびスパイン形成・成熟が認められる培養21日までの培養が可能になった。
XMLデータベースのための木オートマトンを用いた効率的アクセス制御法

XMLデータベースのためのアクセス制御の効率化を目標に,木オートマトン理論に基づく静的解析法の研究を行った.本研究の基本アイデアは,アクセス制御ポリシーおよび問い合わせをそれぞれ木オートマトンでモデル化し,問い合わせがアクセス制御ポリシーに違反するかどうか判定する問題を木オートマトンの言語の包含性判定に帰着して解くことである.AND意味論とOR意味論という二つの意味論を定義し,AND意味論では多項式時間で解析可能であるのに対しOR意味論では決定性指数時間完全であることなどを明らかにした.XMLデータベースのためのアクセス制御の効率化を目標に,木オートマトン理論に基づく静的解析法の研究を行った.本研究の基本アイデアは,アクセス制御ポリシーおよび問い合わせをそれぞれ木オートマトンでモデル化し,問い合わせがアクセス制御ポリシーに違反するかどうか判定する問題を木オートマトンの言語の包含性判定に帰着して解くことである.AND意味論とOR意味論という二つの意味論を定義し,AND意味論では多項式時間で解析可能であるのに対しOR意味論では決定性指数時間完全であることなどを明らかにした.XMLデータベースのためのアクセス制御を,木オートマトン理論に基づく静的解析によって効率化する方法の研究を行っている.本研究では,アクセス制御ポリシーおよび問い合わせを,それぞれ木オートマトンでモデル化する.アクセス制御ポリシーは本来,XMLデータベースのインスタンスを表す木が与えられたときに,各頂点にアクセス許可または禁止のラベルを割り当てる規則のことである.ここではこれを,各頂点に+または-をラベル付けした木を受理する木オートマトンとしてモデル化する.問い合わせについては,アクセスする頂点・しない頂点をそれぞれ+および-のラベルで表すことで,同様に木オートマトンでモデル化する.これらのモデル化の下で,問い合わせがアクセス制御ポリシーに違反するかどうか判定する問題は,木オートマトンの言語の包含性判定に帰着される.本研究では,同じデータベースインスタンスに対して複数の+-割り当てを行うアクセス制御ポリシーが与えられたときの解釈として,AND意味論とOR意味論という二つの意味論を定義した。OR意味論の方がAND意味論より表現能力が高いが,静的解析の計算量は,AND意味論では多項式時間可解であるのに対し,OR意味論では決定性指数時間完全である.また,OR意味論が等価なAND意味論のアクセス制御ポリシーを持つかどうか判定する問題も決定性指数時間完全であることがわかった.オートマトン理論に基づくアクセス制御機構の解析に関連して, Abdaiらが提案した履歴に基づくアクセス制御機構のモデル化と検証法について研究を行った.そして,モデル検査問題が一般には決定性指数時間完全であることを示し,またモデル検査法の計算量を低減するための最適化法を提案した.さらに,モデル検査法を応用して情報流解析を行う方法を提案した.木オートマトン理論に基づく静的解析によるXMLデータベースのためのアクセス制御の効率化を目標に研究を行った.本研究の基本アイデアは,アクセス制御ポリシーおよび問い合わせをそれぞれ木オートマトンでモデル化し,問い合わせがアクセス制御ポリシーに違反するかどうか判定する問題を木オートマトンの言語の包含性判定に帰着して解くことである.アクセス制御ポリシーは本来, XMLデータベースのインスタンスを表す木が与えられたときに,各頂点にアクセス許可または禁止のラベルを割り当てる規則のことである.ここではこれを,各頂点に+または-をラベル付けした木を受理する木オートマトンとしてモデル化する.問い合わせについては,アクセスする頂点・しない頂点をそれぞれ+および-のラベルで表すことで,同様に木オートマトンでモデル化する.同じデータベースインスタンスに対して複数の+-割り当てを行うアクセス制御ポリシーが与えられたときの解釈として, AND意味論とOR意味論という二つの意味論を定義し, OR意味論の方がAND意味論より表現能力が高いが, AND意味論では多項式時間で解析可能であるのに対しOR意味論では決定性指数時間完全であること,また, OR意味論が等価なAND意味論のアクセス制御ポリシーを持つかどうか判定する問題も決定性指数時間完全であることなどをこれまでに明らかにした.本年度はオートマトン理論に基づくアクセス制御機構の解析に関連して, Abadiらが提案した履歴に基づくアクセス制御機構(HBAC)のモデル化について研究を行い,既存のアクセス制御モデルとの表現能力を行った.その結果, HBAC,正規スタック検査,有限セキュリティオートマトンの表現能力は互いに比較不能であることを示すとともに, HBACに小さい拡張を行うことで正規スタック検査より真に表現能力が高くなることを示した.
人と自然の共生に関する概念理解の支援を目指した科学教育カリキュラムの開発と評価

「人と自然の共生」について子どもたちが科学的に理解することを支援するための小中学生を対象とした長期的なカリキュラムを開発し,実践を通して評価することを目的とする。具体的には,現状の学習指導要領と親和性を保ちつつ,生態学及び土壌学の内容を取り入れたカリキュラムの開発と,そのカリキュラムを実際の小中学校で実践することを通した評価に取り組む。カリキュラムは栃木県内の自然環境を舞台とした具体的な地域教材を扱い,生態学や土壌学の専門家と共同で開発を行う。
平滑面う蝕予防用ペプチドワクチンの開発

本研究の最終目的はう蝕予防用のヒトに安全な経鼻免疫用ペプチドワクチンを開発することである。そのために、本研究課題では、これまで行ってきた我々の研究成果を基に、う蝕ワクチン用として特定した阻害抗体誘導能を持つ最小単位のユニットペプチド(TYEAALKQYEADL)を基本とし、そのアミノ酸配列や構造に意図的に手を加えることにより、ペプチドワクチンの弱点を一つ一つ解決し、実用可能な粘膜免疫用のペプチド抗原のプロトタイプを完成させた。このプロトタイプは、マウスにおいてではあるが、腹腔免疫において目的とするワクチン抗体を誘導でき、経鼻免疫においてもアジュバント(コレラトキシンなど)非存在下でもワクチン抗体を効率よく誘導している。以上で、当該研究課題の目的であったマウスにおける実験を全て終了した。今後、上記ヒト平滑面う蝕予防用経鼻ペプチドワクチンのワクチン抗体誘導能を、ヒトへの応用の前段階として、ヒトとMHCクラスIIの遺伝子型を一部共有するチンパンジィーの経鼻免疫実験により実証したい。本年度の研究実施計画に則り、一連のB10.コンジェニックマウスにユニットペプチドおよび、そのV(バリン)置換ペプチドをそれぞれ免疫し、抗体産生能を比較することによりそのアグレトープを解析した。その結果、ユニットペプチドはB10.A.B10.D2、B10.BRの3系(1-A^a,I-A^dおよびI-A^k)のマウスでPAcに交叉反応性の抗体を誘導できることが明らかとなった。またその際、B10.D2に対しては6番目のLと13番目のLが、B10.Aに対しては1番目のTと2番目のYおよび8番目のQが、B10.BRに対しては5番目のAと8番目のQが、それぞれアグレトープに必須のアミノ酸残基と推定された。現在、その確認実験を計画中であり、その後、ユニットペプチドの交叉反応性エピトープ(-Y---L--Y----)およびH-2の遺伝子型a,d,kのアグレトープに関与するアミノ酸残基を固定し、それ以外のアミノ酸残基を他の19種のアミノ酸残基とランダムに置換することによる『部位限定ペプチドライブラリー』の作製を試みる。他方、ユニットペプチドを種々のデザインで連結し、その抗体誘導能を比較したところ、アジュバント非存在下において、タンデム連結型において抗体誘導能が著しく増強されること、連結部にスペーサーとしてリジン1残基または2残基を用いることにより増強効果が高まること、ペプチドユニットのC末側に3残基アミノ酸KQYを附加することによっても誘導能の増強が認められること、等々が本研究の最終目的はう蝕予防用のヒトに安全な経鼻免疫用ペプチドワクチンを開発することである。前年度までの解析により、ワクチンの最有力抗原である13残基ペプチド(PAc365-377)、TYEAALKQYEADL、に関して、交叉反応性抗体(阻害抗体)の誘導に必須のアミノ酸配位、H-2^d,H-2^k,H-2^aそれぞれの遺伝子型マウスで抗体の誘導に必須のそれぞれのアミノ酸配位(アグレトープ)、を明らかにした。今年度はそれら必須アミノ酸以外のアミノ酸を人為的に変化(10、11、12番目のEDAをQTEに置換)させることにより、これまで不応答だったマウスにおいて、目的抗体を誘導させることに成功した。ペプチドワクチン最大の弱点であるMHCの遺伝子拘束によるヒトによる不応答性の打開策として、マルチアグレトープ型のペプチド抗原を人為的にデザインすることが可能であることを、始めて実証し、ペプチドワクチンの実用化に向け一歩前進させた。他方、抗体誘導能の増強方法に関しては、スペーサーとして用いるアミノ酸の種類および数に付き検討し、誘導されてくる抗体の質、量、いずれにおいてもリジンダイマー(-KK-)がスペーサーとして最適であることを明らかにした。また、多価ペプチド抗原のモデルとして2種の異なったペプチドをリジンダイマーで連結したところ、スペーサーを挟んでN末側のペプチドに比べC末側のペプチドにおいて、抗体誘導能がより高いこと、また、N末側がT細胞エピトープ、C末側がB細胞エピトープとしてより効果的に認識されること等を明らかにし、実用段階におけるペプチド抗原の連結方式の基本形を完成させた。

前年度までの解析から、ワクチンの最有力抗原である13残基ペプチド(ユニットペプチド:U)、TYEAALKQYEADL、に関して、H-2^d,H-2^k,H-2^aそれぞれの遺伝子型マウスで抗体の誘導に必須のそれぞれのアミノ酸配位(アグレトープ)が明らかとなり、さらに、それら必須アミノ酸以外のアミノ酸を人為的に変化(10、11、12番目のEDAをQTEに置換)させることにより、これまで不応答だったマウスにおいて、目的抗体を誘導させることに成功した。今年度はこのペプチドの10、11、12番目のアミノ酸残基を、さらに人為的に置換することにより、マウスMHC(H-2)遺伝子型の1種類のみ(v)、および、2種類(a,v)、3種類(d,f,k)、4種類(a,d,f,k)、5種類(a,d,f,k,v)同時に抗体誘導能を持つそれぞれのペプチドの設計に成功した。それにより、ペプチドワクチン最大の弱点である『MHCの遺伝子拘束によるヒトによる不応答性』の打開策として、ヒト用T細胞エピトープのマルチアグレトープ型のペプチド抗原を人為的にデザインすることが可能であることを確信し、そのプロトタイプとしてOverlappingMultiagretope Peptide(OMP)をデザインした。このOMPはヒトMHC(HLA)DR遺伝子型のうち8タイプ(1,3,4,5,6,7,8,11)のアグレトープを同時に含むように設計された20残基のペプチドである。さらに、前年度完成させた実用段階におけるペプチド抗原の連結方式の基本形に則り、OMPとユニットペプチドをリジンスペーサーで連結した35残基のペプチド抗原(OMP-KK-U)が、マウスにおいてではあるが、目的抗体を効率よく誘導することを実証した。現在、この35残基ペプチドを基本とした経鼻免疫用ワクチンのデザインを検討している。本研究課題の最終目的は、ヒト平滑面う蝕予防のための経鼻免疫用ペプチドワクチンの開発である。前年度、それまでの研究実績に基付き、ヒト用のペプチドワクチンのプロトタイプ(OMP-KK-U)を完成させた。幸い、このプロトタイプがBALB/cマウスの腹腔免疫において目的とするワクチン抗体を誘導できることから、今年度は、ヒトへの応用の前々段階として、マウスにおける経鼻免疫実験を行った。その結果、アジュバント(コレラトキシンなど)非存在下においてもワクチン抗体の誘導可能な経鼻免疫用ペプチドワクチンの完成に成功し、マウスにおける実験を終了した。今後、上記ヒト平滑面う蝕予防用経鼻ペプチドワクチンのワクチン抗体誘導能を、ヒトへの応用の前段階として、ヒトとMHCクラスIIの遺伝子型を一部共有するチンパンジィーの経鼻免疫実験により実証したい。
がん外来化学療法における患者のニード調査・多施設比較研究

外来にてがん化学療法を受ける患者の必要としている支援(ニード)を把握するため、質問票を用いた調査を行った。SCNS-SF34(ニード評価尺度)、EORTCQLQ-C30(QOL評価尺度)、HADS(不安抑うつ評価尺度)の各日本語版を含む質問票に対し、埼玉医科大学国際医療センター通院治療センターで222名、名古屋市立大学外来化学療法室で216名の患者から、有効な回答を得た。外来にて化学療法を受ける患者の必要としている支援(ニード)を把握するため、質問票を用いた調査を行うにあたり、質問票の内容と実施方法を検討する目的で埼玉医科大学・名古屋市立大学・京都大学から研究分担者および研究協力者が集まり、名古屋市立大学にて討論会を開催した。その後更に電子メール等を介した討議を経て、自己記式質問票として不安・抑うつ:Hospital Anxiety and Depression Scale(HADS)を組み合わせて用い、得られた結果から、ニードとQOL、不安・抑うつとの間の相関を検討することとなった。また、施設間の比較を容易にするため、がん腫を特定して絞り込んだ調査を併せて行い、施設による比較を行う課題を設定した。また、看護師が患者ニードをどのように把握しているか調査するために、看護師の感じている患者ニードについての質問票を作成し、患者の回答とは独立して看護師に記入してもらうこととした。この調査により、患者の感じているニードと医療者である看護師の把握している患者ニードの関係を検討することが可能となる。名古屋市立大学では、既に倫理委員会の審査を経て、外来での調査が開始しており、平成19年度末までに外来化学療法部において80名の患者から調査の同意を得、ほぼ全例から質問票に記入された回答を得ている。平成20年度においても調査を継続し、160名の患者を対象とする予定である。埼玉医医科大学および京都大学においては、今後倫理委員会の審査を経て、各施設230名および160名の外来化学療法を受ける患者を対象に質問票を用いた調査を行う予定である。埼玉医科大学国際医療センター通院治療センターにて222名、名古屋市立大学病院外来化学療法室にて216名、計438名の外来化学療法のために通院中の患者から、質問票の回答を得た。Supportive Care Needs SurveyShort-Form34(SCNS-SF34)による患者の必要としている支援(ニード)で、過去一ヶ月の間に援助が「まあまあ必要」ないし「とても必要」と答えた患者の率が高かった項目は、1.「がんの広がりの恐怖」(計30.4%,埼玉26.3%,名古屋34.7%)、2.「治療結果の心配」(計25.1%,埼玉20.7%,名古屋30.6%)、3.「がんの縮小、コントロールの説明」(計22.6%,埼玉7.5%,名古屋15,1%)、3.「将来の見通し」(計22.6%,埼玉22.1%,名古屋23.1%)、5.「セルフケアの説明」(計22.4%,埼玉17.1%名古屋27.8%)、6.「書面での説明」(計20.8%,埼玉11.3%,名古屋30.6%)、7,「身近な人に心配をかけること」(計19.9%,埼玉16.7%名古屋23.6%)、8.「何でも話せるスタッフ」(計19.4%埼玉15.8%、名古屋23.1%)9.「がんになってできなくなったこと」(計18.9%,埼玉11.3%、名古屋17.6%)、10.「死にゆくことについての気持ち」(計17.6%,埼玉17.6%,名古屋17.6%)であった。京都大学においては、研究体制の変化により、調査の実施が実現しなかった。両施設におけるEORTCQLQ-C30(QOL評価尺度)およびHADS(不安抑うつ評価尺度)の結果、背景因子・関連因子の分析結果を合わせ、本調査結果を今後国際的学術誌に投稿し、公表する予定である。
カーボンナノチューブ多項目高感度バイオセンサーアレイの開発

本研究開発においては、「カーボンナノチューブ多項目高感度バイオセンサーアレイ」の開発を目指す。金属表面に高密度のカーボンナノチューブを形成し、カーボンナノチューブ表面にプローブDNAや抗体を固定化する。カーボンナノチューブに結合したDNAや蛋白を電気化学的に酸化・還元することにより、標識なしで電流として直接高感度に検出する。本課題では、これをチップ上にアレイ化し、多くの健康マーカーを網羅的に解析するQOL向上、家庭内診断チップを開発することを目的とする。本研究開発においては、「カーボンナノチューブ多項目高感度バイオセンサーアレイ」の開発を目指した。金属表面に高密度のカーボンナノチューブを形成し、カーボンナノチューブ表面にプローブDNAや抗体を固定化し、カーボンナノチューブに結合したDNAや蛋白を電気化学的に酸化・還元することにより、標識なしで電流として直接高感度に検出する。これをチップ上にアレイ化し、多くの健康マーカーを網羅的に解析するQOL向上、家庭内診断チップを開発することを目的とし、以下のことを行った。1.空気層、中間膜、流路層の三層からなる空気駆動型マイクロポンプを作製し、微小流体の流量制御を行うことに成功した。2.カーボンナノチューブ電極とマイクロポンプとをマイクロチャネル上に取り入れることにより、微小化学分析システムを作製した。一つのチップ上で溶液を自動的に交換し、微量物質の測定が可能であることを示した。3.作製した微小化学分析システムを用いて溶液の流量を自動制御し、タンパク質であるグルコースの検出を試みた。カーボンナノチューブ電極にグルコースオキシダーゼを化学修飾することにより、グルコースの定量的選択的な検出に成功した。1.ポリジメチルシロキサンを用いて作製したマイクロポンプ空気駆動型マイクロポンプを複数個搭載した多項目バイオチップを作製した。2.マイクロポンプを使用することによって、4種類の溶液を自動で挿入する微小化学分析システムを作製し、自動でカーボンナノチューブ電極に抗体を化学修飾できるようにした。3.各カーボンナノチューブに別々の抗原を検出するための抗体を化学修飾することによって、数種類のタンパク質を同時に検出することが可能となった。特に、2種類の癌の腫瘍マーカーの同時検出に成功した。
摂関院政期の貴族を中心とした思想世界における歴史、政治、宗教の綜合研究

本年度は、前年度の研究蓄積を多方面に発展させ、3本の査読付き論文として公表した。まず論文「九条兼実の徳政思想」では、摂関家貴族たる九条兼実の徳政思想について検討した。兼実は仏法王法相依論の主張者であったことから、仏法に依存しておりその徳政思想は現実から遊離した空虚なものでしかなかった、と理解されがちだった。しかし本稿では、兼実の徳政思想は先民と福善禍淫を本質とするものであり、その政治行動には時宜に応じて工夫を施した形跡が随所に認められることを明らかにした。次に論文「鎌倉平民仏教中心史観の形成過程」では、今日に至るまで日本仏教史の研究に多大な影響を及ぼしている鎌倉平民仏教中心史観について検討した。その結果、この史観は仏教史研究や新仏教運動の成果として評し難く、また決して自宗を擁護するための発明でなかったという知見が得られた。そして論文「「興福寺奏状」複合説」では、これまで法然房源空の専修念仏宗を弾圧することが目的の文書だとされてきた、「興福寺奏状」について検討した。今日伝存する「興福寺奏状」は2通の訴状によって構成されており、また『三長記』の記事によって、元久2、3年の訴訟では興福寺からやはり2通の訴状が呈出されたことを確認できる。本稿ではこの事実に注目し、2通の訴状はそれぞれ異なる主体が異なる時期に呈出したものであり、後に誤って「興福寺奏状」として複合されてしまった、という仮説を提唱した。これら3本の論文に共通する問題意識は、民衆仏教史観の克服である。本年度の研究によって、貴族の兼実は「反民衆」であり「民衆」仏教者の法然は「興福寺奏状」によって弾圧された、という通説が明治以来の偏見であることを示唆できたと考えられる。歴史、政治、宗教という思想区分を横断し、摂関院政期における思想世界の全体像を更新するという当初の研究目標は、大いに達成されたと言ってよいであろう。本年度は主として法然房源空(11331212)の思想について考察した。源空は新仏教論では鎌倉新仏教の、顕密体制論では異端派の先駆としてそれぞれ位置付けられてきた、極めて重要の思想家の一人である。本研究は摂関院政期の思想世界について貴族を中心として考察するものであるが、やはり源空思想への正しい理解がなければ、当時の思想世界を解明することは不可能であると考えられる。まず報告者は、これまで自明とされてきた源空の思想形成過程を検討した。その結果、源空は凡夫でも確実に往生するための仏法を模索していたのであり、決して通説のように民衆に唯一絶対の仏法を宣教することを目的としていなかった。後年になり、自分だけでなく末代の凡夫全体を対象とする時機論を展開したが、その凡夫も民衆などを意味するものでなかった。そもそも源空は化導を好んでおらず、好んで民衆を教化したとする伝説は後世になって創作されたものであると考えられる。晩年の主著『選択本願念仏集』は、従来は先鋭な他宗排撃の書と見られてきた。しかし同書で源空が論証しようとしたのは、聖道門や諸行でも証悟往生は可能だが、凡夫にとっては困難かつ不確実なので、もし決定往生を求めるならば浄土門の念仏に帰入すべきだ、という教判論であった。この『選択集』を源空晩年の定論とするならば、それは聖道門諸宗や諸行を誹誘せずにひたすら凡夫としての自覚内省を深めたものであり、従来想像されていたよりもかなり穏和であったと考えるべきであろう。以上の研究成果は、2本の論文として公表した。

本年度の研究によって、貴族の兼実は「反民衆」であり「民衆」仏教者の法然は「興福寺奏状」によって弾圧された、という通説が明治以来の偏見であることを示唆できたと考えられる。歴史、政治、宗教という思想区分を横断し、摂関院政期における思想世界の全体像を更新するという当初の研究目標は、大いに達成されたと言ってよいであろう。
国際輸送産業を考慮した新しい貿易理論～貿易・輸送のパターンに関する研究～

国際貿易理論分析の多くが、輸送費用がない、あるいは、あったとしても、輸出先に輸送する間に輸送する財の一部が消失するという形の費用、いわゆる、icebergコストを前提としている。本研究では、輸送サービス産業というより現実的な存在を考慮して、(i)これまでのicebergコストモデルが現実的妥当性を持ちうるための条件は何か、(ii)各国が輸出する財の種類はどのように決定されるのか、特に、各財の生産技術と輸送の技術とがその決定にどのように影響するのか、そして、(iii)輸出する財はどの国の輸送サービスを利用して運ばれるのか、すなわち、どのような輸送パターンが実現するのか、の3つを検討した。1つは、財を貿易する自国と外国の輸送技術にそれほど差がない場合、両国は自分の国で提供される輸送サービスのみを利用して輸出を行うということである。すなわち、財の貿易がある一方で、輸送サービスの貿易は生じないのである。さらに、その状況はicebergコストという形で輸送費用が発生するモデルと同値であることも確認された。したがって、輸送貿易がない世界であれば、より簡単なicebergコストモデルによる分析で十分であることになる。2つ目は、自国の輸送技術が外国の技術に比べて劣る場合、自国は一部の輸出財については外国の輸送サービスを利用する、ということである。この場合、icebergコストの下で得られる均衡とは一致しない。その背後にある理屈は、外国の輸送サービス輸入に対する支払いの部分がicebergコストモデルでは捉えられていないという点にある。したがって、もし、外国から自国への適切な所得移転を考えれば、icebergモデルの均衡と輸送サービスモデルの均衡は完全に一致することになる。本研究では、輸送サービス産業の存在が各国の貿易パターンにどのような影響をもたらすかについて解明する事を目指す。とりわけ、(i)各国の輸送サービス生産技術の相違がもたらす効果、(ii)各国の最終財産業・輸送サービス産業の競争度がもたらす効果に分類して包括的に分析することを目指す。(i)の点については、すでに2国連続財リカードモデルをベースとしてモデルを構築し、次のような結果を得ている。(a)既存研究におけるicebergコストは「最終財生産のための労働投入係数と輸送サービス生産のための労働投入係数が比例的な関係にあり、かつ、輸送サービス貿易がない」場合の単位費用と等しい、(b)両国の輸送技術の差異に応じて、一方の国だけが輸送サービスを輸出するか、あるいは、輸送サービス貿易がないかのいずれかが生じる、(c)輸送サービス貿易が自由化された場合、輸送サービスを輸出する国は貿易の利益を享受する一方で、輸入国は貿易の不利益を被る可能性がある、という3つの結果を得た。既存研究、特に、輸送費を含む部分均衡分析や都市経済学において頻繁になされるicebergコストの仮定は、技術的関係性の面、サービス貿易の自由化の面の両面において妥当だとは到底言えないということを(a)は示している。安易なicebergコストの想定は危険であることを指摘する意味でも(a)は意義深いと言える。(c)の結果はさらに重要である。GATSを中心に、サービス貿易の自由化に向けた取り組みが世界レベルで進められているわけであるが、(c)の結果から、そうした取り組みは自由化後にサービスを輸入する国にとっては必ずしも望ましくはないのである。不完全競争モデルであれば、その特性上、そうした貿易不利益が導かれやすいのであるが、本研究で用いているのは完全競争モデルである。この理論的な観点からも(c)は意義深いと言える。研究実績の概要でも述べたように、本研究は、(i)各国の輸送サービス生産技術の相違がもたらす効果、(ii)各国の最終財産業・輸送サービス産業の競争度がもたらす効果、という2つの観点から、輸送産業の存在と最終財貿易との間の関係性を考察することを目的としている。(i)の観点については、研究実績の概要で述べたように、一定程度の結果が得られている。さらに、論文として執筆もすでに終えている。あとはいくつかの学会・研究会等での報告の後、論文を修正し、学術雑誌へ投稿するのを待つばかりである。しかしながら、(ii)の点についてはいまだ未着手である。というのも、(ii)の問題よりも解決するべき問題があることに(i)の分析中に気付いたからである。(i)の研究は既存研究におけるicebergコストとの比較を意識して、輸送サービスの労働投入係数と最終財の労働投入係数との間に比例関係があることを前提としてた。しかし、この点は現実の技術関係の側面からしても、そして、輸送サービス自身が持つ最終財貿易への効果を不明確にする点においても、明らかに不満な点であるといえる。そこで、この点を克服するべく、(ii)の分析を中断し、「生産技術は両国で同一ではあるが、輸送サービスのそれは異質である」ケースに注目したリカードモデルを構築して分析をしている。通常のリカードモデルであれば、最終財の労働投入係数が各国の生産可能性フロンティアを確定させ、その結果、貿易パターンが価格比に応じて決まる。しかし、検討中のモデルの厄介なのは、最終財の生産可能性フロンティアが各国の最終財需要に依存してしまうという点にある。というのも、必要輸送サービス量は最終貿易量に基づくからである。以上の通り、分析の方向性の修正と修正後のモデルの複雑さのために、研究の進捗度はやや低くなっている。

本研究では、輸送産業を明示的に導入することで、既存研究で考察されてきた資源配分がどう変わるか、世界規模の比較優位構造にどのような影響を及ぼすか、その結果として最終財の貿易パターンはどう変わりうるか、そして、そもそもどのような国が輸送サービスを輸出することになるかについて広く検討した。本研究が依拠するモデルは2国多数財リカードモデルである。各財を国際輸送するのに必要とされる輸送サービスはそれぞれ異なるものとし、その技術は最終財生産技術の比例倍で与えられているものと想定している。このモデルから導かれる第1の結果は、両国の輸送技術が比較的似通っているとき、そして、そのときに限り、輸送産業を考慮した本研究のモデルとicebergコストを前提とするモデルとが一致するということである。すなわち、両国間に輸送技術格差がほぼないときに限り、輸送産業があるという現実をicebergコストという極めて簡単なモデルで表現することが許されるのである。逆に言えば、両国間に輸送技術格差があるのであれば、icebergコストモデルはその有効性・現実味を失うことになるのである。第2に、両国に輸送技術格差があるものとして、輸送サービス貿易の自由化が持つ意義について検討した。当然の結果として、輸送サービス貿易を開始すれば輸送技術の高い国が一部の財輸送に必要な輸送サービスを輸出することになる。また、輸送サービスを輸出する国は最終財の一部を輸出することをやめてしまう。興味深いことに、そうした結果を生み出す輸送貿易自由化は輸送サービス輸出国の社会厚生を改善させる一方で、輸入国の社会厚生を悪化させるのである。研究計画上では、完全競争市場と不完全競争市場の両側面からの分析を前年度までに終わらせる予定であった。しかしながら、昨年度の実施報告でも述べたように、完全競争市場についての分析において不測の分析的困難が生じてしまい、これを解決するのに多くの時間を要してしまった。とはいえ、時間をかけてその困難を克服したことで研究の質が高まったこともまた事実である。実際、論文を投稿した一流学術誌から掲載拒否をされたものの、研究の質は高く評価され、別のより専門的な一流学術誌に投稿を勧められた。本研究で得られた成果は以下のとおりである.1つは,自国と外国の輸送産業の生産技術が非常に似通っているとき,そして,そのときに限って,輸送産業を考慮した本研究のモデルとiceberg costモデルは同値になる,ということである.すなわち,財を貿易しあう国の輸送技術がほぼ同一であるといえるのであれば,iceberg costの導入は「簡単化」とみなしうる,ということになる.逆に,両国間で輸送技術に格差があるのであれば,本研究が扱う世界はiceberg costモデルでは表現できない世界であって,「簡単化」といって安易にiceberg costの導入が許されないことになる.2つ目の結果は,両国に輸送技術格差がある場合に関連するものである.
胎児子宮内発育遅延の新しい病因としての自然免疫受容体ＮＯＤ１リガンドの解析

マウス胎仔における自然免疫受容体Nod1の役割を検討した。Nod1リガンドを妊娠マウスに投与すると、胎児子宮内発育遅延(IUGR)または子宮内胎児死亡(IUFD)が惹起された。母獣に投与したNod1リガンドは胎仔へ経胎盤移行した。Nod1は主に胎仔血管などで発現し、その刺激により主に血管で炎症性サイトカインが産生された。母獣由来のNod1リガンドは、主に胎仔血管で炎症応答を誘導し、IUGRやIUFDを惹起することが示唆された。子宮内発育遅延の病因の1つとして、Nod1シグナルを介した胎児血管病変が関係している可能性がある。前年度までに、自然免疫受容体のひとつであるNOD1の人工合成リガンドを野生株妊娠マウスに1回皮下注射すると、子宮内胎児死亡(IUFD)や胎児子宮内発育遅延(IUGR)が惹起されることを確認していた。NOD1リガンドは母獣から胎仔へ経胎盤移行し、主に胎仔血管に作用して、炎症反応が誘導されることを確認していた。最終年度では、NOD1リガンドは用量依存性にIUFDを惹起することを確認した。NOD1リガンドによるIUFDやIUGRが、母獣依存性または胎仔特異的な現象かどうかを確認するため、NOD1ノックアウト妊娠マウスにNOD1リガンドを1回または複数回投与したが、母獣依存性である可能性が高かった。病理組織学的検査では、母獣胎仔ともに明らかな血管炎の所見は認めなかった。ヒトでの原因不明なIUGRの患者の血清、尿、羊水を数十例集め、レポーター細胞にてNOD1リガンド活性を評価したが、いずれもNOD1リガンド活性は検出されなかった。自然免疫受容体のひとつであるNOD1と、子宮内胎児死亡(IUFD)や胎児子宮内発育遅延(IUGR)といった周産期疾患との関連を調査するため、NOD1の人工合成リガンドを妊娠マウス(野生株とNOD1ノックアウトマウス)に1回皮下注射した。予想通り、NOD1リガンドによってIUFDまたはIUGRが惹起されることが確認できた。胎仔体液を質量分析計(LC/MS)およびNOD1レポーター細胞を用いて解析し、母獣に投与したNOD1リガンドが胎仔へ移行していることを確認できた。以上から、NOD1リガンドは母獣から胎仔へ経胎盤移行し、児へ影響を及ぼすことが推定された。次に、NOD1リガンド投与母獣由来胎仔の体液中サイトカインを測定し、MCP-1が比較的特異的に上昇していることを見いだした(蛋白質およびmRNAレベルで確認した)。その産生源を見いだすため、胎仔の各臓器を採取し解析したところ、主に血管からMCP-1が産生されていた(蛋白質およびmRNAレベルで確認した)。以上から、NOD1リガンドは胎仔の血管炎を惹起していることが示唆された。NOD1リガンドを母獣に投与すると、胎仔へ経胎盤移行し、IUFDやIUGRが惹起されることが確認でき、予想通りだった。胎仔において血管炎が惹起されていることが示唆されたが、病理組織学的検索で血管炎の根拠は未だ見いだせていない。妊娠マウス(野生株およびノックアウトマウス)に対し、NOD1リガンドの量や投与経路、投与回数を調節して、現象を確認する。NOD1リガンドが胎仔に与える影響およびその機序について、病理組織学的検索(免疫組織化学染色)を中心に解析を進める予定である。また、原因を同定できていないヒトIUGR発症母子の血清や尿中のNOD1リガンドの有無を、LC-MSやレポーター細胞を用いて評価し、臨床背景との関連性を解析する予定である。実験動物購入・飼育60万円サイトカイン解析60万円レポーター細胞および培養検査試薬58万円LC-MS試薬20万円病理評価試薬(抗体等)30万円成果発表(国内旅費)10万円その他10万円
超小型衛星の多目的実用化時代に向けたオールラウンド超小型宇宙推進系の実現

本研究の目的は,推進剤として水を活用し3種類の高効率/大推力/多軸制御可能なスラスタを統合させたオールラウンド超小型推進系を実現させることである.この目的に向けて平成29年度の下記3つの柱の研究を進めた.1.水イオンスラスタ.本年度は下記4項目の実験および数値計算研究を実施した:1A:実験におけるイオン生成コストの低減,2B:電子電流増加のための基礎実験および作動モード確認,1C:3D-Full-PICプラズマ解析コードの発展(昨年度の多種イオンの強化および負イオン導入準備)および同コードを用いた推進剤流入位置検討,1D:全孔ビーム計算の確立.特に,1Aにおいてはイオン生成コストの143 W/Aまでの低減に成功し,1Dにおいては世界的にもイオンスラスタとして初となる全孔計算の成功とその必要性を示すことに成功した.2.水レジストジェットスラスタ.同スラスタの微小・希薄ノズルにおける低Re数の効果として,先行研究科から指摘されている境界層(粘性)の他に,背圧依存性が大きいことを見出した.また,水質量のリアルタイム測定方法を確立し精度の高い比推力評価方法を確立した.実応用面では気化室を統合したBBMおよびEMによりスラスタ作動の実証に成功した.3.排熱利用衛星設計.最終目的は,衛星システムの排熱を本スラスタへ利用するための最適な気化室設計とコンポーネント配置設計を行い,実機モデルを用いて実証することである.このために本年度は,昨年度に実施した6U CubeSatの水レジストジェットスラスタの熱設計結果を最適化するとともに,そこで得られた知見を,CubeSatの機器配置設計と熱設計の同時最適化手法としてまとめた.これにより,他機器の排熱を最大限活用した,衛星全体の電力使用量の最適化(最小化)が可能となった.本研究成果の1つである水レジストジェットスラスタならびに水イオンスラスタの技術をベースとして,大学発新産業創出プログラム「超小型衛星用の水を推進剤とした統合推進システム」が採択された.本プログラムは,事業化ノウハウを持った事業プロモーター(ここではUTEC)と共に事業化を目指すものであり,本研究課題ではカバーできていないサブコンポーネントの改良・開発と,事業化に向けた戦略を立案・遂行する.すなわち,研究課題の成果を応用するための最善の土台ができたと言える.水イオンスラスタに関しては,昨年につづき概ね計画通りの進捗状況と言える.プラズマ現の最適化および数値解析コードの構築は,当初の計画範囲内である.一方,イオンビームの全孔計算の成功は,当初予期していなかった成果と言える.電子源の増強に関しては,予想通り難易度の高い研究であるが,実際に様々なモードと電流増加が確認され今後の期待値は高い.水レジストジェットスラスタに関しては,昨年度に飛翔機会を得たために実応用重視の研究となっている点は,当初研究計画と異なりはするが,これは望ましい方向である.特に,特徴とする排熱利用に関しては,様々なモデル化によるシステム解析研究よりも,実プロジェクトの中で発生するリアルな問題を解決する点に意義がある.また,低Reノズルにおける新たな学術的知見を得た点も当初予期していなかった成果と言える.水イオンスラスタに関しては,これまでの実験系構築および試験・計算結果を元に,イオン源の作動パラメータの決定を行う.これと並行して,長時間作動に向けた試験系の構築を進め,次年度以降の長時間作動試験の開始に備える.数値計算に関しては,負イオンの導入と実験的検証を行い,イオンビーム計算とのカップリングを通じて最適化を測る.また,電子減の改良においては,飛躍的な電流量増加を狙った研究を継続し,成功すれば次世代イオンスラスタの研究を本格化させる.水レジストジェットスラスタおよび排熱再利用に関しては,実機搭載という最高の実証チャンスを引き続き有効利用して研究を進める.プロジェクトにおいて発生する,当初計画にはなかった多くの問題を解決していくことで,他のスラスタに先駆けて完成度を高めていく予定である.イオンスラスタ・レジストジェットスラスタの双方も,本研究の成果として性能改善が達成された場合,逐次,本年度より始まった大学発新産業創出プログラムへの適用を目指し,実応用を意識していく.研究代表者らは,これまでに50-kg級小型衛星の利用拡大を主導してきた.しかし,現在,その流れは10-kg超小型衛星,キューブサット,にまで進みはじめている.本研究の目的は,推進剤として水を活用し3種類の高効率/大推力/多軸制御可能なスラスタを統合させたオールラウンド超小型推進系を実現させることである.この目的に向けて平成28年度の下記3つの柱の研究を進めた.1.水イオンスラスタの最適化:本年度は実験および数値計算環境のインフラ整備を集中的に実施した.すなわち,水イオンビームによる推力計測測定装置の構築,遠隔操作および周波数変更可能な実験装置,既存3D-PICコードの水由来の多種イオンコードへの拡張,3D-PICコードとイオンビームコードとの融合である.この結果,既存のスラスタ形状を用いた水イオンスラスタに対して,実際の推力測定に成功し推力係数を算出し,周波数依存性の取得により最適な周波数を見出した.また,キセノンに対して水を利用することによるプラズマ密度/温度/電位の変化ならびに多種イオンの生成状況を把握した.2.水レジストジェットスラスタの形状最適化:本研究のレジストジェットスラスタは排熱利用のために低圧および低温での作動を特徴としており,レイノルズ数が低く境界層の影響を大きく受ける.本環境において最適なガス加熱部形状ならびにノズル形状を実験的に求めることに成功した.

3.レジストジェトスラスタのための排熱利用衛星設計:最終目的は,衛星システムの排熱を本スラスタへ利用するため,最適な気化室設計とコンポーネント配置設計を行い,実機モデルを用いて実証することである.このために本年度は,気化室内における液滴挙動の基礎実験,衛星搭載用気化室の3Dプリンタ製造,6Uキューブサットの熱設計を実施した.この結果,気化室と通信系を最小化し,かつ熱的に成立する設計を見出すことに成功した.水イオンスラスタに関しては,概ね計画通りの進捗状況と言える.特に,水プラズマ中において水素イオンの存在が推力を下げることが懸念されていた,実推力測定によりその懸念が取り払われたことは幸いであったと言える.実験系の構築に関しても予定通りであり,これまでよりも格段に効率的な実験が実行可能な状況となった.計算コードにおける多種イオンの導入も大きな障害なく,複数種イオンを取り扱える状況にいたった.当初の計画から変更した点としては,水レジストジェットスラスタへの研究エフォートを深めた点である.これは2つの要因,A:本研究課題の3本柱の1つである水レジストジェットスラスタを搭載するキューブサット探査機の提案が採択され実機開発がスタートしたことと,B:低レイノルズ数による性能低下の影響が想定(文献値)よりも大きかったことによるものである.Aに関しては,本研究課題により設計した熱構造モデルおよび気化室を,実機(正確には飛翔モデルの1つ前のモデル)により実証する機会を得たことになり,これは想定外の進展と言える.Bに関しては,想定外の障壁となったが,推力測定装置の構築ならびに高精度化を実施し,パラメータスタディを実施することにより解決の見通しがたった.また,Aと関連して実機搭載に足るスラスタ設計を要求されたことから,3Dプリンタ製造技術を取り入れることにより気化室およびスラスタの小型化に成功した.本研究の目的は,推進剤として水を活用し3種類の高効率/大推力/多軸制御可能なスラスタを統合させたオールラウンド超小型推進系を実現させることである.この目的に向けて平成29年度の下記3つの柱の研究を進めた.1.水イオンスラスタ.本年度は下記4項目の実験および数値計算研究を実施した:1A:実験におけるイオン生成コストの低減,2B:電子電流増加のための基礎実験および作動モード確認,1C:3D-Full-PICプラズマ解析コードの発展(昨年度の多種イオンの強化および負イオン導入準備)および同コードを用いた推進剤流入位置検討,1D:全孔ビーム計算の確立.特に,1Aにおいてはイオン生成コストの143 W/Aまでの低減に成功し,1Dにおいては世界的にもイオンスラスタとして初となる全孔計算の成功とその必要性を示すことに成功した.2.水レジストジェットスラスタ.同スラスタの微小・希薄ノズルにおける低Re数の効果として,先行研究科から指摘されている境界層(粘性)の他に,背圧依存性が大きいことを見出した.また,水質量のリアルタイム測定方法を確立し精度の高い比推力評価方法を確立した.実応用面では気化室を統合したBBMおよびEMによりスラスタ作動の実証に成功した.3.排熱利用衛星設計.