hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
二分脊椎症で併発する下肢の変形及び運動障害の発症メカニズムに関する基礎的研究

椎弓及び棘突起の先天性欠損症である二分脊椎症は、これらの欠損に脊髄や硬膜の奇形を伴わない潜在性型と欠損が伴う嚢胞性型に大別される。日本における二分脊椎症の発生頻度は5000出産に対して23例であるといわれており、おおよそ潜在性型:嚢胞性型=3:7である。一般に潜在性型は無症状であるが、嚢抱性型は種々の程度の神経症状を示すことが知られている。これらの神経症状の発症原因は明らかになっていないが、二分脊椎患者では神経症状と脊髄組織の欠損程度及び位置との相関が見られることから、二分脊椎症に併発する神経症状の原因は胎生期における神経の損傷であると考えられている。我々はこれまでに二分脊椎症で見られる神経損傷の病態を詳細に解析するためにヒト二分脊椎症患者に似た後肢の運動障害や骨変形を示す二分脊椎ヒヨコを開発した。平成15年度では、このモデルにおける脊髄奇形領域における脊髄神経、特に運動神経に変化について焦点を合わせ、コリン作動性神経細胞のマーカーであるアセチルコリントランスフエラーゼの特異抗体を用い、二分脊椎ヒヨコの奇形脊髄の免疫染色を行った。すなわち、二分脊椎例及び正常発生例、それぞれ5例の第3腰髄の15μm厚の連続切片を作製し、各個体につき3切片毎(30μm毎)・25切片上の抗体陽性細胞数を数え、二分脊椎例では872.5±48.2個、正常発生例では752.0±37.0個であった。この結果から二分脊椎ヒヨコの奇形脊髄領域には正常発生例とほぼ同数の機能的な運動神経細胞が存在していることを示唆され、本モデルで見られる後肢の運動機能障害が運動神経細胞の機能異常によるものでなく、脊髄介在神経細胞などの運動神経の上位にある機能調整系の機能不全によって引き起こされたものであると結論した。2日齢二分脊椎及び正常発生ヒヨコにおける脊髄奇形領域における神経細胞のヒストグラム解析正常発生例(手術未適応例)の2日齢ヒヨコ脊髄の細胞断面積と細胞数のヒストグラムをNissel染色した連続切片から作製したところ、ニワトリ腰随節領域の神経細胞は300μm^2以下あるいは、300μm^2を越える断面積をもつ神経細胞の二区分できることがわかった。これに従い、胸随節から腰随節にかけて二分脊椎を持つヒヨコ5例と正常発生ヒヨコ5例の第3腰随節神経細胞のヒストグラムを作製し、神経細胞を区分した。この結果から300μm^2を越える断面積を与えた大型神経細胞数は両者の間に違いはみられなかった。一方、300μm^2より小さい細胞断面積を与えた小型神経細胞は未処置例に比べて二分脊椎例で減少していた。この結果は、我々のニワトリ二分脊椎モデルにおいて大型神経細胞数である運動神経細胞よりも中・小型神経細胞である介在神経細胞の発生に脊髄奇形による影響が強く顕れていることを示唆していた。免疫染色所見これまでに脊髄介在神経細胞は、D1・D2・D3のサブクラス分類できることが報告されている。そこで、D2介在神経細胞に陽性反応を与える抗Islet-1抗体を用い、6・9・12日目の二分脊椎及び、正常発生ニワトリ胚の腰部脊髄の免疫染色を行った。この抗体はD2介在神経細胞以外にも、後根神経節細胞・運動神経細胞に陽性反応を与えるが、これらの細胞の染色動態は、二分脊椎例と未処理例との間に違いはみられなかった。一方、これまでの報告と同様、介在神経については未処理例の脊髄中間帯領域の介在神経細胞に陽性反応を与えたが、6・9日目の二分脊椎例では、脊髄中間帯領域に陽性細胞を認めることが出来なかった。また、12日目の二分脊椎例では陽性細胞が中間帯領域に認められるが、その数は未処理例に比べて少なかった。これらの結果から、脊髄が開裂することによって介在神経細胞の発生障害が顕起されている可能性が示唆された。

すなわち、二分脊椎例及び正常発生例、それぞれ5例の第3腰髄の15μm厚の連続切片を作製し、各個体につき3切片毎(30μm毎)・25切片上の抗体陽性細胞数を数え、二分脊椎例では872.5±48.2個、正常発生例では752.0±37.0個であった。この結果から二分脊椎ヒヨコの奇形脊髄領域には正常発生例とほぼ同数の機能的な運動神経細胞が存在していることを示唆され、本モデルで見られる後肢の運動機能障害が運動神経細胞の機能異常によるものでなく、脊髄介在神経細胞などの運動神経の上位にある機能調整系の機能不全によって引き起こされたものであると結論した。
高水敷掘削型わんどおよび中水敷の水理特性と地形変化機構に関する研究

複断面河道の高水敷を掘削して作られるわんど内の流れ構造と砂堆積について,わんどの形状と中水敷の底面比高に着目して実験的に検討した.高水敷わんど部では高水敷凹部内で鉛直渦が発生し,高水敷の越流がない場合,鉛直渦はわんど全体に及ぶ1つの渦を形成する.高水敷を越流する流れが発生すると,わんど内にはく離に伴う横断渦が形成され,この渦と鉛直渦によって3次元的な流れ場を形成する.横断渦はわんどの掘り下げ深さの増大によって流下方向スケールが増大し,土砂堆積量および形状を変化させる.わんど形状が台形の場合は,斜め段落ち部において斜め方向の横断渦が発生する.この渦の流れ方向スケールは長方形の場合よりも小さく異なる流れ構造を示す.高水敷の越流がある場合は,横断渦の発生による流れ構造の変化により堆積形状が変化することが明らかとなった.次に,高水敷,中水敷,低水路を有する複々断面河道の中水敷を掘削して作られるわんど内の流れ構造と浮遊砂輸送および砂堆積にっいて検討した.複々断面構造では活発な横断方向運動量輸送が行われて中水敷及び高水敷が高速化し,中水敷上の浮遊砂を含む土砂輸送量が増大し,わんど内の土砂堆積を促進させる.わんど底面高さが低水路と同じ場合には上流部に平面渦の形成がみられ下流部から流入するが,底面高さを低水路より高くした場合は上流域で流入,中流部から下流域にかけて流出する.また,縦断的に見た場合,段落ちのはく離再付着点位置がわんど底面高さにより変化する.わんど内の土砂堆積部分に植生が繁茂したことを想定した実験では,植生模型ははく離再付着流れの構造を変化させるとともに,低水路からの横流入を妨げることにより,わんど内の土砂堆積量を変化させた.わんど域上流部の植生は,段落ち直後の堆積高さを減少させ,下流に広く堆積させる効果がある.複断面河道の高水敷を掘削して作られるわんど内の流れ構造と砂堆積について,わんどの形状と中水敷の底面比高に着目して実験的に検討した.高水敷わんど部では高水敷凹部内で鉛直渦が発生し,高水敷の越流がない場合,鉛直渦はわんど全体に及ぶ1つの渦を形成する.高水敷を越流する流れが発生すると,わんど内にはく離に伴う横断渦が形成され,この渦と鉛直渦によって3次元的な流れ場を形成する.横断渦はわんどの掘り下げ深さの増大によって流下方向スケールが増大し,土砂堆積量および形状を変化させる.わんど形状が台形の場合は,斜め段落ち部において斜め方向の横断渦が発生する.この渦の流れ方向スケールは長方形の場合よりも小さく異なる流れ構造を示す.高水敷の越流がある場合は,横断渦の発生による流れ構造の変化により堆積形状が変化することが明らかとなった.次に,高水敷,中水敷,低水路を有する複々断面河道の中水敷を掘削して作られるわんど内の流れ構造と浮遊砂輸送および砂堆積にっいて検討した.複々断面構造では活発な横断方向運動量輸送が行われて中水敷及び高水敷が高速化し,中水敷上の浮遊砂を含む土砂輸送量が増大し,わんど内の土砂堆積を促進させる.わんど底面高さが低水路と同じ場合には上流部に平面渦の形成がみられ下流部から流入するが,底面高さを低水路より高くした場合は上流域で流入,中流部から下流域にかけて流出する.また,縦断的に見た場合,段落ちのはく離再付着点位置がわんど底面高さにより変化する.わんど内の土砂堆積部分に植生が繁茂したことを想定した実験では,植生模型ははく離再付着流れの構造を変化させるとともに,低水路からの横流入を妨げることにより,わんど内の土砂堆積量を変化させた.わんど域上流部の植生は,段落ち直後の堆積高さを減少させ,下流に広く堆積させる効果がある.複断面河道の高水敷を掘削して作られるわんど内の流れ構造と砂堆積について,わんどの形状と中水敷の底面比高に着目して実験的に検討した.まずPIVを用いた実験から流れ構造を調べた.高水敷わんど部では,低水路流れによって高水敷凹部内で鉛直渦が発生する.高水敷の越流がない場合,鉛直渦はわんど全体に及ぶ1つの渦を形成し,中水敷高さを変化させても渦構造自体は2次元的でほとんど変化しない.高水敷を越流する流れが発生すると,わんどを越流する流れによってわんど内にはく離に伴う横断渦が形成される.この渦と先述の鉛直渦の2つの渦構造は相互作用し合って3次元的な流れ場を形成する.横断渦はわんどの掘り下げ深さの増大によって流下方向スケールが増大する.このことがわんど全体の3次元構造に変化をもたらし,土砂堆積量および形状を変化させている.わんど形状が台形の場合は,斜め段落ち部において斜め方向の横断渦が発生する.この渦の流れ方向スケールは長方形の場合よりも小さく,また下流の斜め段上がりによって低水路方向の流出が誘発されることから長方形とは異なる流れ構造を示す.土砂堆積実験について,掃流砂が卓越する場合,わんど部の中水敷高さが高いほど砂の流出が大きくなり堆積量は減少した.

浮遊砂が卓越する流れでは,高水敷越流がない場合において,わんど内の中水敷高さが高くなるにつれて,浮遊砂移入速度は増大することがわかった.これは中水敷の越流水深が小さくても,堆積する浮遊砂量は比較的大きくなることを意味している.これには複断面特有の2次流の効果が関係していると推測される.高水の敷越流がある場合は,横断渦の発生によ留流れ構造の変化により堆積形状が変化することが明らかとなった.以上よりわんど内への砂堆積形状の違いがある程度説明できることが示された.また,揖斐川の掘削区間のケレップ水制背後の砂堆積は次第に増大している.複々断面河道の中水敷を掘削して作られるわんど内の流れ構造と浮遊砂輸送および砂堆積について,わんどの長さと底面比高,および植生の影響に着目して実験的に検討した.今回は揖斐川河道をモデルにして高水敷,中水敷,低水路を有する水路を作成し,中水敷部分にわんどを設けた.複々断面構造は中水敷・高水敷と低水路間において活発な運動量輸送が行われ,中水敷及び高水敷がその水深に比べて高速化する.低水路域では半水深付近に最大流速が現れる.これは低水路の上層に中水敷からの低速流の輸送によるものと考えられる.その結果,水深差があるにも関わらず高水敷,中水敷上に高い浮遊砂輸送が維持され,これが低水路流体と混合することにより,低水路における上層の濃度が単断面よりも高くなり一様化したと考えられる.その結果,中水敷上の浮遊砂を含む土砂輸送量が増大し,中水敷の存在がわんど内の土砂堆積を促進させる可能性がある.わんど上部を越流するときのわんど内の流れ構造については,わんど底面高さが低水路と同じ場合には上流部に平面渦の形成がみられ下流部から流入するが,底面高さを低水路より高くした場合は上流域で流入,中流部から下流域にかけて流出する.また,縦断的に見た場合,段落ちのはく離再付着点位置がわんど底面高さにより変化する.このような流れ構造の違いにより砂の堆積形状が変化することがわかった.さらに,わんど内の土砂堆積部分に植生が繁茂したことを想定して,わんど内に木棒を一定間隔で設置した実験を行った.この植生模型ははく離再付着流れの構造を変化させるとともに,低水路からの横流入を妨げることにより,わんど内の土砂堆積量を変化させた.わんど域上流部の植生は,段落ち直後の堆積高さを減少させ,下流に広く堆積させる効果がある.これについてはさらに実際の植生の特性を踏まえた検討が必要である.わんど複断面中水敷渦構造土砂堆積浮遊砂3次元流れ構造
非線形振動に表われる分岐現象の数値解析

研究代表者山本範夫は,[1]で,周期培分岐点の軌跡上に現れる結節点等の特異点が,分岐方程式で定義される平面曲線の2重点として定式化できることを示すとともに,その計算法を提案し,実際にコンピュ-タで特異点を計算した。また,準周期解の特異点および分岐点については,従来,それらの点が生じるパラメ-タ値を直接計算する方法は知られていなかったが,山本は,[2]で,直接パラメ-タ値を計算する方法を提案するとともに,この方法を準周期外力をもつダフィング方程式に現れる特異点,分岐点の計算に適用した。一方,計算した値に対する誤差限界を与えることは,計算値の精度保証という立場から大変重要である。分担者新島耕一は,[3]で,流線拡散有限要素スキ-ムに対して誤差評価を与えた。この考え方は,流体に現れる渦などの分岐現象を近似する基礎となる。また,フラクタル図形を解析する道具として,与えられた集合がどれだけ密につまっているかを見るハウスドルフ次元が知られている。ハウスドルフ次元は,ハウスドルフ測度を用いて定義されるが,分担者岡崎悦明は,[4]で,もっと一般な測度について,その構造を研究した。また,分岐現象を解析するには,解の幾何学的構造を調べねばならない。分担者伊藤仁一は,[5]で,凸領域の幾何学的構造を研究した。一方,セルオ-トマトンにもカオスとフラクタルが起こることが知られている。分担者乃美正哉は,[6]で,そのセルオ-トマトンの挙動について研究した。また,分担者井上智恵は,山本が提案した方法に基づき,プログラムを作成し,実際にコンピュ-タで計算を実行し,分岐図を作成し,分岐現象を解析する手助をした。
電子エネルギーバンドの偏光マッピング

本研究では、2次元、あるいは、1次元性の表面新物質、および、2次元的な高温超電導物質などの新物質の電子状態を解析し、新奇な電子物性の発現メカニズムを解明するために最も適した測定方法である放射光励起の2次元表示型角度分解光電子分光装置を開発した。そして、それにより、標準的な2次元物質である単結晶グラファイト、および、表面系として代表的なSi(100)表面の電子状態の研究を行った。本測定装置を立命館大学SRセンターBL-7に専用ビームラインとして開発した。大門が発明した2次元球面鏡電子エネルギー分析器は電子の運動エネルギーを分析しながら、非常に広い立体角に放出される電子の角度分布を同時に測定できる。そのため、従来行われているような検出立体角が非常に小さい小型のエネルギー分析器を試料の周りで回転させる角度分解光電子分光と比べると、ブリルアンゾーンの非常に広い領域のデータを短時間で同時測定できる。この短時間に測定できることは、表面敏感な性質を持つ物質の物性を測定する際にはきわめて重要な利点である。放射光の分光器には、東京大学物性研究所で利用が終了した変形ローランド型斜入射分光器を立命館大学に移設・整備した。本ビームラインでは30-150eVのエネルギー範囲で水平面内で直線偏光した放射光が得られている。装置は、光電子分光のための測定室、表面清浄化・蒸着などができる試料作製室、試料導入室からなり、いずれも超高真空に排気されている。2次元表示型エネルギー分析器の立ち上げ・性能評価は、グラファイトの低速電子回折像の観測などにより行った。グラファイトの2次元表示型角度分解光電子分光の結果では、(i)+-50°の立体角で光電子放出を測定でき、フェルミ面の形状を決定し、(ii)第1から第2ブリルアンゾーンの全領域のバンド構造を測定し、(iii)それにより、光電子放出の際の構造因子を求め、(iv)励起光の直線偏光特性を活用し、本研究テーマとしている電子の偏光マッピングの測定により、価電子バンドを構成する原子軌道を決定した。Si(100)表面では、Si表面ダイマー原子のダングリングボンドからの光電子放出パターンと、ブリルアンゾーンの原点付近のバルクの電子状態を分離検出できた。以上の結果から、本研究で開発した放射光励起2次元表示型角度分解光電子分光装置により2次元層状物質、表面物質の電子状態が測定でき、従来のエネルギー分析器を回転させて行う光電子分光と比較して、飛躍的に多くの知見が得られることを示した。今後は、表面上に創り出せる1次元性の強い新物質、2次元性の高温超伝導体、強相関電子物質などの電子状態を測定し、それらの新物性の発現メカニズムの解明を行う。

本研究の目的は、固体表面に形成される新しい物性を現す物質(表面新物質)を研究対象にして、新物質のバンド分散と構成原子軌道を求め、新奇な表面電子物性の特性とメカニズムを解析することである。二次元や一次元の低次元物質は、低次元性のゆえにこれまでにも電荷密度波などの特異的な物性が見出されてきた。超伝導や電荷密度波などの物性の解明にはフェルミ面の形の研究が欠かせないにも関わらず、形を直接見た例はほとんど無い。このような電子の関与する新奇な物性の解明手法として、本研究では、直線偏光放射光と、「二次元表示型球面鏡分析器」という我々が開発した2次元分析器を活用する。数十eVの真空紫外放射光を試料に照射して、放出される光電子を2次元分析器で測定する。広い立体角の範囲に渡って、あるエネルギーの光電子の角度分布が一度に測定できるので、エネルギーバンド構造の二次元分布を一度に取ることができる。表面のような二次元の試料においては、バンド分散が完全に分かることになる。本年度は、立命館大学放射光施設のビームラインにおいて直線偏光を用いたエネルギーバンドの二次元測定を行えるように、ビームラインの整備を行った。放射光を単色化するための分光器は、東大の物性研田無分室から移設して整備した。それに放射光を導入するビーム輸送系を設計、製作した。その後ろに付ける分析装置を設計、製作した。これらをビームラインに並べ,立ち上げる作業を行っている段階である。分析装置には、試料表面を作成する真空槽が付属しており、作成した表面新物質を汚すことなく分析できるようになっている。来年度はこれらの装置を駆使して成果が出せるように整備を進める予定である。本研究では、結晶表面に創り出せる2次元、あるいは、1次元性の新物質、あるいは、高温超伝導体などの2次元物質のバンド分散と構成原子軌道を解析し、新奇な表面電子物性の特性と、それが発現するメカニズムを解明する。本年度は、その目的のために立命館大学SRセンターのBL7に開発してきた30から150eVの真空紫外分光ビームラインを完成した。このエネルギー範囲での分光特性として、ほぼ予測したような結果が得られ、今後の光電子分光実験に利用できることを確認した。また、本計画で開発した2次元表示型球面分析器のついた超高真空表面測定装置の立ち上げを行った。また、それらと併行して、従来の角度固定型のエネルギー分析器を用いて、Cu(755)ステップ表面の放射光励起光電子分光の予備的な測定を行った。それによると、2次元の平坦なCu(111)表面とは非常に異なった光電子スペクトルが得られ、表面の1次元的なステップ配列が、まったく新しい電子状態を発現していることを見出した。来年度は、本2次元表示型球面分析器により、上記の結果に基づいて、1次元原子配列を有するCu(755)表面電子状態のフェルミ面形状の測定をはじめ、Si単結晶上の2次元金属原子層、SiC表面電子準位の測定などを行い、表面に発現する低次元物質のフェルミ面形状について集約的な実験を進める予定である。本研究では、表面上に創りだせる1次元、2次元の低次元新物質、高温超伝導体などの低次元性を現す結晶のバンド分散と、バンドを構成する原子軌道を解析し、それらの低次元電子物性の特性と、その発現機構を解明することを目的としてきた。
システムズアプローチに基づく学校教育相談の一次支援モデルに関する実証的研究

本研究における教育相談体制は,アメリカにおけるキャリアエデュケーションにみられるシステムズアプローチの枠組をベースに,総合的ガイダンスカウンセリングならびに日本の学校心理学の実践を加味し,学習面,進路面,心理・社会面に問題を抱える生徒を援助するチーム(Student Support Team,以下SSTと略)による生徒援助システムを日本に適合するよう開発を行った。SSTモデルは,(1)生徒のアセスメント,(2)援助課題の特定,(3)援助目標の策定,(4)個別援助計画の策定,(5)援助実践,(6)総括的評価,という一連のシステマティックな援助サイクルを持っている。また,SST実践はMicrosoft社のAccess2000によって独自開発したSST援助データベースソフトによって,モニタリングを行っている。兵庫県下の小規模・中規模中学校において,学習不振や不登校傾向をもつ生徒に対してSSTを実践し,生徒および教師組織への効果測定を行った。効果測定は,生徒に対してはSST実施前後に行った「教育相談のための綜合調査」(大阪心理出版)の得点比較および学習成績の変容比較,教師に対しては「学校経営診断カード(児童・生徒指導編)」(牧昌見編)による組織評価の変容比較を実施した。その結果,SST実施後に生徒の学習面・情緒面・社会面での改善や学習成績の上昇が認められた。また,教師集団もSSTを通して,援助目標の共有化や組織運営面での改善が促進された。したがって,SSTは短期間であったが,生徒や教師集団への高い変容効果をもつことが明らかとなった。今年度は,当初計画していたシステムズアプローチをより包括的なガイダンスカウンセリングシステムとするために,第一段階として国内外の実践モデルの事例研究を行った。その結果,学習面,進路面,心理・社会面に問題を抱える生徒を援助するチーム(Student Support Team,以下SSTと略)による生徒援助システムを日本に適合するよう開発を行った。SSTに関しては,石隈利紀のチーム援助をはじめアメリカメリーランド州ハワード郡公立学校システムにおけるStudent SupportTeam(1996),ノースカロライナ州ウェイク郡公立学校システムにおけるStudent SupportTeam/Collaborative Model(1999)の実践を参考にした。このSSTモデルに基づいて,第二段階の実証研究では,兵庫県下の2校の小規模・中規模中学校において効果測定を行った。SSTの実施期間は,本年度の1学期間である。効果測定は,生徒に対してはSST実施前後に行った「教育相談のための綜合調査」(大阪心理出版)の得点比較および学業成績の変容比較,教師に対しては「学校経営診断カード(児童・生徒指導編)」(牧昌見編)による組織評価の変容比較を実施した。また,生徒の行動記録や,チーム援助記録,チーム会議録等を電子的に管理することを目的として,マイクロソフト社のAccess2000によって独自のSSTデータベースソフトを開発し,対象校での運用を行った。対象生徒は,学業不振生徒であり,心理・社会面ならびに進路面にも問題をかかえている。SST実施後は,特に情緒面での安定性が高まり,2学期以降学業成績の向上がみられた。また,教師集団もSSTを通して,共通理解の深化とコミュニケーションの活発化が図られ,組織改善が促進された。今年度は、昨年度のシステムズアプローチをさらに発展させたチーム援助とシステマティックな援助サイクルを特色とする生徒援助システムモデル(SST : Student Support Team)に基づいて、兵庫県内の公立中学校1校において実証研究を実施した。ターゲット生徒は中学校3年生である。本研究の成果としては、以下の2点があげられる。第一に、非常勤のスクールカウンセラーとの密接な協動関係を構築した。その際に、昨年使用したデータベースならびに暗号化メールを活用した遠隔コミュニケーションづくりを行った。これにより、ターゲット生徒ならびにその保護者・スクールカウンセラー・学校教師間のコミュニケーション上の障壁が大幅に除かれた。チームメンバー間の即時的・持続的・非公開のコミュニケーションネットワークの確立に伴い、コミュニケーション頻度が高まり相互信頼性が増加した。

そのことは、ターゲット生徒の心理的安定性の向上をもたらした。第二に、中学3年生という特性上大きな進路不安を抱えていたため、学習面での援助に力点を置いた個別教育計画を策定した。チーム援助の力点は、進路相談を主とする学習および進路援助にあった。その結果、昨年同様に心理面ならびに学習面での高い向上が見られ、結果として進路達成意欲の上昇が確認された。
火星探査飛行機の実現に向けた高揚力生成プラズマアクチュエータの開発

本研究は火星飛行機におけるプラズマアクチュエータの適用可能性を模索するために、真空チャンバー中での放電実験と、火星大気風洞を用いた風洞実験を実施した。放電実験においては、ガス圧力を大気圧から火星大気である0.7 kPaまで徐々に変えながら、放電の特性がどのように変化するかを観測した。計測したパラメータは放電電圧、電流、放電発光である。これらを様々なガス圧、ガス種(空気、酸素、窒素、二酸化炭素)環境下で計測した。また、放電特性に加えて、シュリーレン法によりプラズマアクチュエータで発生する誘起流の可視化を行った。火星大気風洞を用いた風洞実験においては、コード長50 mm、スパン長100 mmの平板翼を用いてプラズマアクチュエータによる剥離制御実験を行った。平板翼は3Dプリンタを用いて作成し、平板翼の内部に静圧孔を開けることで翼表面にかかる静圧の計測が行えるようにした。プラズマアクチュエータを点けた場合と点けない場合とで翼面に生じる圧力にどのような違いが生じるかを計測し、プラズマアクチュエータによる剥離制御効果を評価した。実験は20 kPa, 10 kPa, 5 kPa環境下で行った。また、圧力計測に加えて、風洞中でのシュリーレン計測を行った。高速度カメラを用いることでプラズマアクチュエータにより流れが非定常に変化する様子をとらえることに成功した。プラズマアクチュエータに関する研究はこれまでそのほとんどが大気圧環境下で行われてきているが、本研究により減圧環境下でもプラズマアクチュエータは有効に動作する可能性が示された。初年度の前半は実験環境の整備を中心的に行った。主な項目として、放電用の交流高電圧電源の製作と、火星大気を模擬するための真空チャンバーの準備である。放電用の電源の開発については、ハーフブリッジインバータにより100Vを直接スイッチングすることで周波数やデューティー比を自由に変えられる電源を開発した。出力電圧は最大で8kVpp程度、放電周波数は30kHz程まで上げることが出来、予備実験用としては十分な性能が出ていることを確認した。また真空チャンバーの準備に関しては、火星大気を模擬するための0.7kPa程度まで気圧を調整出来ることを確認し、実際に二酸化炭素を充満させて放電を生成させることが出来ることを確認した。初年後後半は開発した高電圧電源と真空チャンバーを用いて、放電発光の計測とシュリーレン法による誘起流の可視化実験を行った。気圧とガス種、印加電圧を様々に変え、発光と誘起流を観測することで、翌年度以降に計画されている風洞実験のための基礎データを取得することを目的とした。気圧を低くすることで放電の進展距離が長くなり、またガス種を空気から二酸化炭素に変えることで放電発光が弱くなることが観測された。シュリーレン計測では、まず大気圧空気下では先行研究通りに放電による誘起流が生成できていることを確認し、次に低圧の二酸化炭素下でも同様の誘起流が生成できていること確認した。これにより、火星大気環境下でもプラズマアクチュエータが誘起流を発生させ、気流制御が行える可能性を示すことに成功した。実験に必要な高電圧電源の開発と、真空チャンバーの準備を滞りなく行うことができた。また実際にこれらの装置を用いて実験を行い、様々なガス圧・ガス種・印加電圧条件下での放電発光と誘起流の特性評価を行うことができた。本年度は真空チャンバー中での放電実験と、火星大気風洞を用いた風洞実験を実施した。風洞実験の準備が想定以上に進み、最終年度に実施予定だった風洞実験を本年度中に2回行うことが出来、結果として減圧環境下でのプラズマアクチュエータの有効性を示すことが出来たため。この成果により、最終年度には十分な時間をかけてプラズマアクチュエータのパラメータサーベイを行うことが出来るようになった。

放電実験においては、ガス圧力を大気圧から火星大気である0.7 kPaまで徐々に変えながら、放電の特性がどのように変化するかを観測した。計測したパラメータは放電電圧、電流、放電発光である。これらを様々なガス圧、ガス種(空気、酸素、窒素、二酸化炭素)環境下で計測した。また、放電特性に加えて、シュリーレン法によりプラズマアクチュエータで発生する誘起流の可視化を行った。火星大気風洞を用いた風洞実験においては、コード長50 mm、スパン長100 mmの平板翼を用いてプラズマアクチュエータによる剥離制御実験を行った。平板翼は3Dプリンタを用いて作成し、平板翼の内部に静圧孔を開けることで翼表面にかかる静圧の計測が行えるようにした。プラズマアクチュエータを点けた場合と点けない場合とで翼面に生じる圧力にどのような違いが生じるかを計測し、プラズマアクチュエータによる剥離制御効果を評価した。実験は20 kPa, 10 kPa, 5 kPa環境下で行った。また、圧力計測に加えて、風洞中でのシュリーレン計測を行った。高速度カメラを用いることでプラズマアクチュエータにより流れが非定常に変化する様子をとらえることに成功した。プラズマアクチュエータに関する研究はこれまでそのほとんどが大気圧環境下で行われてきているが、本研究により減圧環境下でもプラズマアクチュエータは有効に動作する可能性が示された。次年度からは風洞実験に向けた準備を進める。まずは火星大気風洞を連続稼働するための風洞の改修を行う。同時にプラズマアクチュエータを風洞に取り付けるためのフランジや冶具の設計を行う。風洞の改修とプラズマアクチュエータの取り付けが完了し次第、実際の試験を行う。プラズマアクチュエータを駆動させた時とさせない時とでの壁面の静圧を計測し、アクチュエータの性能を評価する。これまでの研究において、減圧環境下でのプラズマアクチュエータの有効性を示すことに成功した。今後は同様の減圧環境下でのプラズマアクチュエータの性能をさらに向上させるべく、プラズマアクチュエータの設置位置や放電周波数、放電電圧を変化させて実験を繰り返しデータを蓄積しながら改良を重ねていく。特に、放電電圧波形に関しては、一般的なプラズマアクチュエータでは交流高電圧が使われることが多いが、本実験ではパルス電圧による気流制御にも挑戦する。パルス電圧によるプラズマアクチュエータは高レイノルズ数環境下ではその有用性が確かめられているが、本実験で行うような低レイノルズ数環境下での有効性は確認された例がない。また、性能を向上させるだけではなく、真空チャンバーを用いた放電実験と風洞実験を組み合わせ、かつ、減圧環境下の流れ場という特殊な環境を利用することで、放電プラズマと気流との相互作用に関する理解を深めていく。火星大気風洞の改修のための設計が予定より遅れており、改修に必要な材料の購入が行えていないため。風洞実験に使用するアルミフレーム等の物品を節約できたため。次年度の風洞実験で計測設備の改良を計画しているため、そのための予算として使用する予定である。すみやかに設計を完成させ、風洞改修に必要な材料の購入を進める。
極限集積化知能デバイスのための分子設計支援システムの開発とその応用

人間の知能に限りなく近い多種多様な情報の入出力を超高速処理するシステムの実現には、既存の半導体技術の延長ではなく、新しいコンセプトに基づくハードウェア構築が切望される。そのためには、実験的なアプローチに加え、理論化学的な分子設計手段の開発が必須である。そこで本研究では、分子動力学(MD)法、モンテカルロ法、密度汎関数(DFT)法、コンピュータグラフィックス、バーチャルリアリティなどを統合化した極限集積化知能デバイスのための分子設計支援システムの開発を行った。具体的には、まず量子化学的に対象系のダイナミックスを扱うことができるTight-binding分子動力学計算プログラムを新たに開発した。この方法では電子状態の計算に拡張Huckel法を活用するため、通常数原子程度しか扱うことができない密度汎関数法を活用したCar-Parinello法に比較し、高速でしかも大きな系の計算が可能である。本プログラムを活用し、Siクラスターのエネルギー準位、振動数、ダイナミックスなどを正確に再現することに成功した。また、SiO_2表面のCVD結晶成長過程を扱うことが可能な分子動力学計算プログラムを開発した。本プログラムでは、解離を考慮した2体、3体ポテンシャルの高精度化により、表面上で起こる縮合反応過程を再現することに成功した。同様に、Si表面のエピタキシャル成長過程を再現することが可能な分子動力学計算プログラムの開発をも行った。さらに、3次元周期境界条件下での密度汎関数計算を行うことにより、水素、フッ素などでタ-ミネートされたSi表面について、その詳細な電子状態、反応性などを明らかにした。
新しい突然変異マウスの作出と胚バンクの設立

遺伝子トラップ法を用いて変異マウスを作製するとともに、変異した遺伝子を容易に単離するため、方法論の開発を行い、それを用いて実際に変異マウスを作製し、その方法の効率を検討した。まず、効率よく遺伝子をトラップするために、胚葉体形成によるトラップクローンのスクリーニング系を樹立した。胚葉体は、初期胚における遺伝子発現を比較的忠実に再現しており、よいスクリーニング系と思われた。ついで、トラップベクターの開発を行った。従来のベクターでは、マウス内在性遺伝子をトラップしたとしても、それを単離しにくいという欠点があったが、バクテリオファージP1のCre-loxP組換えシステムを利用することにより、ベクターが複数コピー組込まれても、容易にそれらを除去し、遺伝子単離が容易になることが判った。さらに、遺伝子トラップ法の欠点の一つは、トラップの結果完全破壊はできても小さな変異を導入できないことであったが、いったんDNAが挿入されれば削除できないような変異型loxPを利用することにより、それが可能と考えられた。これを確認するため、左の反復配列に変異を導入したlox77と、右の反復配列に変異を導入したlox66を組み合わせることにより、遺伝子を挿入できることが判った。そこで、この変異型lox71をトラップベクターに利用することとした。これにより、トラップ後に、任意の遺伝子を挿入でき、小さな変異のみならあらゆる遺伝子をその部位に挿入できると期待された。上記の方法を用いて、遺伝子トラップを行なったところ、約4割が既知の遺伝子へ、4割がESTのデータベースに出ているものと相同性を有すること、残り2割が全く未知であることがわかった。以上から、胚葉体形成というスクリーニング系を用い、loxPを応用したトラップベクターを用いることにより、より効率的に遺伝子破壊マウスを作製し、かつ破壊した遺伝子を容易に単離し、その発現パターンを解析できることがわかった。今後、多数の変異マウス作製を試みる予定である。遺伝子トラップ法を用いた変異マウス作製において、トラップクローンの選択が重要なポイントなる。ES細胞の浮遊培養により得られる胚様体形成を選択法として用いることにした。まず、胚様体を用いることの是非について検討するため、内胚葉由来の肝臓で発現する遺伝子である、α-fetoprotein、transthyretin、albuminをマーカーとして用い、胚様体形成の過程での発現を解析した。その結果、α-fetoproteinとtransthyretinは早期から遺伝子が発現するが、albuminはかなり後期にならなければ発現しないことがわかった。したがって、胚様体形成を選択法として採用してもよいと推察された。トラップベクターが複数コピー組み込まれた場合は、トラップクローンからの内在性遺伝子の単離は容易ではない。このため、ES細胞に挿入された余分なベクター部分を取り除くために、マーカー遺伝子の両端にloxP配列を組み込んだベクターの作製に成功した。マーカー遺伝子としては、大腸菌のlacZ遺伝子とネオ耐性遺伝子を融合したβ-geo遺伝子を用いた。このベクターを用い、ES細胞に電気穿孔法で導入し、ネオマイシン耐性トラップクローンを100個単離した。これらを順次フィーダー細胞を除いて浮遊培養し、胚様体を形成を行なわせた。胚様体形成過程で、X-gal染色を行ない、発現パターンを解析した。その結果、基本的には6つの発現パターンに分類することができた。

第1は、ずっと発現するタイプ、第2は、胚様体形成と共に、発現が消失するタイプ、第3は、胚様体形成と共に、発現が増加するタイプ、第4は、ネオ耐性ではあるもののlacZの発現は検出できないもの、第5は、中間の時期に発現が減少または消失するもの、第6は、中間の時期のみに発現が増大するものである。遺伝子トラップ法を用いた変異マウス作製において、トラップクローンをどのような基準で選択するのかが重要なポイントとなる。昨年度、胚様体形成過程が、初期胚の発生過程に類似していることを示唆するデータを得ていたが、種々の肝臓特異的転写因子についても解析したところ、やはり内胚葉の形成過程をある程度反映することが分かった。この方法でトラップベクター(loxP-SA-β-geo-loxP-pUC19)を導入した120クローンを単離したが、このうち50クローンについてトラップベクターの挿入様式を解析した。その結果、31クローンが単一コピーのみ組込まれていたが、そのうち24クローンについては、前方に配置したloxPが欠失していた。前方のloxPが消失すると大きいβ-geo遺伝子を削除できず、そのため単離できるマウスのゲノムサイズが小さくなるという欠点がある。したがって、この欠点を補なうために、loxP-SA-loxP-β-geo-loxP-pUC19というベクターを作成した。これを用いて、遺伝子トラップを開始した。また、単離した4つのESクローンについて未知遺伝子の単離を行なった。その結果、3つはそれぞれ既知のリボゾームRNA、サイクリンB1、ミトコンドリア遺伝子であった。1つは未知の遺伝子であった。loxP配列をベクターに挿入しておくことにより、比較的容易にトラップした遺伝子を単離できることがわかった。これら4つのクローンについては、いずれも生殖キメラマウスに作製できた。遺伝子トラップ法による変異マウス作製において、欠点の一つはトラップの結果完全破壊はできても小さな変異を導入できないことである。バクテリオファージのCre-loxPシステムは、ファージの中では挿入と削除の反応が起こるが、ほ乳類細胞では通常loxPの挟まれた中間のDNAの削除しか利用できない。そこで、いったんDNAが挿入されれば削除できないような変異型loxPを用いれば、挿入も可能と考えられた。これを確認するため、左の反復配列に変異を導入したlox77をあらかじめES細胞にに導入しておき、そこに右の反復配列に変異を導入したlox66と挿入したい遺伝子を持つプラスミドをCreとともに電気穿孔した。loxPを介して組込まれたのなら、変異型lox-遺伝子-正常loxPとなり、変異型と正常loxPの間ではもはや組換えが起こらないことを予想したが、そのとおりであることが判った。約10%の細胞は組込まれたままであること、したがって変異型loxPにより遺伝子を挿入できることが判った。そこで、この変異型lox71をトラップベクターに利用することとした。これにより、トラップ後に、任意の遺伝子を挿入でき、小さな変異のみならあらゆる遺伝子をその部位に挿入できると期待された。
マルコフ過程の汎関数に関する極限定理とその応用

マルコフ過程に対する汎関数に関連した極限定理を通して確率過程の構造を明らかにすることを目的として研究を行い,以下の成果を得た:フラクタル上の拡散過程の片側滞在時間分布の漸近挙動を調べた(梶野氏らとの共同研究);マルチレイ上の拡散過程の滞在時間同時分布に関する極限定理を得た;フルヴィッツゼータ関数の確率論的特殊値計算方法を提示した(藤田氏との共同研究);加法過程の最大値処罰問題を支配するシグマ有限測度を構成した;一次元拡散過程に対する原点回避条件付けの問題を考察した(矢野氏との共同研究);一次元拡散過程に対するランダム時刻による局所時間処罰問題を解決した(Profeta氏らとの共同研究).1.梶野直孝氏,熊谷隆氏,Mateusz Kwasnicki氏,渡辺信三氏との共同研究において,フラクタル上の拡散過程の片側滞在時間分布について考察し,昨年度までに分布関数及び密度関数の端点における漸近挙動に関する結果を得ている.現在共著論文を修正中であり,修正を完了次第投稿する予定である.2.マルチレイ上の拡散過程の滞在時間同時分布に関する研究で,昨年度までにウィリアムズ公式及び二重ラプラス変換公式の一般化を得,また原点局所時間及び逆過程の密度関数を用いた滞在時間同時分布密度関数の表現公式を得ている.本年度は一般化ウィリアムズ公式の簡明な証明を得,更に一般化二重ラプラス変換を応用することによってある時間スケーリング分布収束が成り立つための十分条件を与えることに成功した.このため,論文を修正し,現在投稿に向けて準備中である.3.加法過程の最大値に関する処罰問題における普遍的なシグマ有限測度の構成に関する論文が,Annales del'Institut Henri Poincareに採択された.4.藤田岳彦氏との共同研究であるフルヴィッツゼータ関数の特殊値計算法の確率論的アプローチに関する論文が,Kyoto Journal of Mathematicsに掲載された.5.特異なドリフト係数を持つ一次元確率微分方程式に関する情報収集を行った.6.測度集中現象に関する情報収集を行い,関連研究者と研究交流を図った.1.梶野直孝氏,熊谷隆氏,Mateusz Kwasnicki氏,渡辺信三氏との共同研究において,フラクタル上の拡散過程の片側滞在時間分布について考察し,一昨年度までに分布関数及び密度関数の端点における漸近挙動に関する結果を得ている.昨年度から引き続いて共著論文を修正中であり,修正を完了次第雑誌に投稿する予定である.2.マルチレイ上の拡散過程の滞在時間同時分布に関する研究で,昨年度までにウィリアムズ公式及び二重ラプラス変換公式の一般化を得,また原点局所時間及び逆過程の密度関数を用いた滞在時間同時分布密度関数の表現公式を得た.更に,一般化二重ラプラス変換を応用することによってある時間スケーリング分布収束が成り立つための十分条件を得た.以上を纏めた論文を投稿した.3.加法過程の最大値に関する処罰問題における普遍的なシグマ有限測度の構成に関する論文が,Annales del'Institut Henri Poincareに掲載された.4.矢野孝次氏との共同研究において,拡散過程の周遊の規格化及び修正零レゾルベントについて考察した.現在も継続して共同研究を行っている.5.拡散過程及び加法過程に関して,様々な方向から情報収集を行った.特に,ベッセル過程の到達時刻について濱名裕治氏と,ベッセル過程に近い拡散過程について笠原勇二氏と,アルファ-CIRモデルのスペクトルギャップに関する話題について半田賢司氏と,それぞれ研究相談を行った.1.拡散過程の片側滞在時間分布について考察した.特に,フラクタル上の拡散過程の片側滞在時間分布密度関数の漸近挙動,及びマルチレイ上の拡散過程の滞在時間同時分布に関する研究を行った.(1)梶野直孝氏,熊谷隆氏,Mateusz Kwasnicki氏,渡辺信三氏との共同研究において,フラクタル上の拡散過程の片側滞在時間分布について考察した.伊藤による周遊理論に基づいてウィリアムズ公式が成り立つことを示し,それにより導かれる二重ラプラス変換公式を用い分布関数の端点における漸近挙動を求めた.更に,フラクタル上の拡散過程の滞在時間分布密度の研究に,一次元拡散過程の正側滞在時間分布密度に関する渡辺-矢野-矢野(2005)の結果が応用できることを発見し,分布密度関数の端点における漸近挙動を決定した.(現在共著論文を投稿準備中)(2)マルチレイ上の拡散過程の滞在時間分布を考察し,マルチレイ版ウィリアムズ公式及び二重ラプラス変換公式を得た.この結果は,Barlow-Pitman-Yor(1989)によるマルチレイ上の歪ベッセル拡散過程の滞在時間同時分布に関する結果の一般化である.更に,渡辺-矢野-矢野(2005)の結果に基づき,原点局所時間とその逆過程の分布密度による滞在時間同時分布密度の表現公式を得ることに成功した.(現在論文を投稿準備中)(3)(2)で得られた結果を用い,マルチレイ上の拡散過程の滞在時間同時分布に関する時間スケーリング極限定理を得た.(現在論文を執筆中)2.藤田岳彦氏との共同研究であるフルヴィッツゼータ関数の特殊値計算法の確率論的アプローチに関する論文が,Kyoto Journal of Mathematicsに採択された.マルコフ過程,特に一次元拡散過程及び一次元加法過程に対する汎関数に関連した極限定理を通して,確率過程の構造を明らかにすることを目的としている.

1.矢野孝次氏(京都大学)との共同研究において,一次元拡散過程に対する原点回避条件付けの問題を考察した.修正零レゾルベント及びスケール関数の原点消滅過程に対する調和性を調べ,零再帰的もしくは過渡的な場合は不変,正再帰的な場合は超過的であるという結論を得た.フェラーの境界分類に加えて自然境界の場合を更に三通りに分類し,その場合分けに従ってレゾルベントの計算を遂行した.以上を纏めた論文を投稿し,Seminaire de Probabilitesに掲載が決定した.また概要を統計数理研究所共同研究リポートに寄稿し,掲載された.2.矢野孝次氏(京都大学)及びChristophe Profeta氏(フランス・イヴリ=ヴァル=デソンヌ大学)との共同研究において,一次元拡散過程に対する処罰問題の研究を行った.これまでの処罰問題では固定時刻に対する時間無限大極限を考察していたが,極限の議論において確率過程の自己相似性に頼らざるを得ず,ブラウン運動,ベッセル過程,安定過程に対する結果が知られるのみであった.本研究では,固定時刻の代わりに指数時刻,到達時刻,逆局所時間を用いた処罰問題を考察し,上述の1.で調べた場合分けを駆使することにより,一部を除いて一般論の構築に成功した.以上を纏めた論文を執筆中である.また概要を確率論シンポジウム報告集として京都大学数理解析研究所講究録に寄稿し,掲載される予定である.マルコフ過程,特に一次元拡散過程及び一次元加法過程に対する汎関数に関連した極限定理を通して,確率過程の構造を明らかにすることを目的としている.1.マルチレイ上の拡散過程の滞在時間同時分布に関する研究成果(一般化されたウィリアムズ公式及び二重ラプラス変換公式,滞在時間同時分布密度関数公式,及び時間スケーリング分布収束に関する結果)を纏めた論文が,Journal of Theoretical Probabilityに掲載が決定した.2.矢野孝次氏(京都大学)及びChristophe Profeta氏(フランス・イヴリ=ヴァル=デソンヌ大学)との共同研究において,一次元拡散過程に対する処罰問題の研究を行った.特に,指数時刻を用いた最大値過程の重み付けによる処罰問題について考察し,その過程で新たなアゼマ-ヨールマルチンゲールを導出した.現在も継続して共同研究を行っており,共著論文を執筆中である.3.藤田岳彦氏(中央大学)との共同研究において,ランダムウォークによる離散確率解析に関する研究を行った.特に,離散アゼマ-ヨールマルチンゲールの確立とそのスコロホド埋め込み問題への応用について考察した.現在も継続して共同研究を行っている.4.2014年1月に亡くなったMarc Yor氏(フランス・パリ第六大学)による加法過程の指数汎関数に関する概説の代理執筆を,Ju-Yi Yen氏(アメリカ・シンシナティ大学)と共に行っている.現在も継続して共同執筆中である.マルコフ過程に対する汎関数に関連した極限定理を通して確率過程の構造を明らかにすることを目的として研究を行い,以下の成果を得た:フラクタル上の拡散過程の片側滞在時間分布の漸近挙動を調べた(梶野氏らとの共同研究);マルチレイ上の拡散過程の滞在時間同時分布に関する極限定理を得た;フルヴィッツゼータ関数の確率論的特殊値計算方法を提示した(藤田氏との共同研究)
吹き出しを伴う管内乱流の流動・伝熱特性に関する基礎的研究

吹き出しを伴うダクト内乱流は,壁面の冷却や,環状二相流の相変化の影響を評価するうえで,有用な流れである.本研究では,この流れの流動・熱伝達特性を調べるために,数値解析や乱れ場の測定を3年にわたって行った.数値解析では,一様吹き出しを伴う多孔壁円管内乱流をとりあげ,基礎方程式を差分近似して解き,乱れ量の予測にk-ε2方程式モデルを用いる手法を開発した.他者の測定結果との対比により,吹き出し開始点直後の層流化傾向の定性的予測,および,より下流の領域における壁面摩擦係数,圧力勾配などの予測に対して,開発した手法が有効であることが判明した.層流化傾向をより詳細に検討するために,下壁から一様な吹き出しを行える水平2次元チャンネルを自作し,レーザドップラー流速計による2方向の乱れ量の系統的な測定を行い,次の結論を得た.(1)吹き出し面の近傍では,吹き出し開始点の前後でレイノルズせん断応力uvの絶対値および乱れ強さu'とv'が急減する形式の,一時的な流れの層流化傾向が生じる.これは,吹き出しの直接の影響によるものであり,乱れの生成機構および再配分機構双方が変化する事にもとづく.(2)吹き出しのない上面の近傍では, uvの絶対値とv'が下流に向かって漸減する形式の層流下傾向が生じる.これは,直接的に吹き出しによるものではなく,この領域に集中的に生じる流れの加速によるものであり,主として乱れの再配分機構の変化によって生じる.上で得られた速度変動信号に象限分け法を適用したところ,レイノルズせん断応力に大きく寄与するエジェクション現象が,吹き出しにより相対的に弱まることが分かり,層流化傾向を裏付けていることが判明した.吹き出しを伴うダクト内乱流の特性がある程度明らかになったが,層流化傾向の定量予測が可能な数値解析法の開発や,下流の乱れ量の測定などは,今後も検討を続ける予定である.吹き出しを伴うダクト内乱流は,壁面の冷却や,環状二相流の相変化の影響を評価するうえで,有用な流れである.本研究では,この流れの流動・熱伝達特性を調べるために,数値解析や乱れ場の測定を3年にわたって行った.数値解析では,一様吹き出しを伴う多孔壁円管内乱流をとりあげ,基礎方程式を差分近似して解き,乱れ量の予測にk-ε2方程式モデルを用いる手法を開発した.他者の測定結果との対比により,吹き出し開始点直後の層流化傾向の定性的予測,および,より下流の領域における壁面摩擦係数,圧力勾配などの予測に対して,開発した手法が有効であることが判明した.層流化傾向をより詳細に検討するために,下壁から一様な吹き出しを行える水平2次元チャンネルを自作し,レーザドップラー流速計による2方向の乱れ量の系統的な測定を行い,次の結論を得た.(1)吹き出し面の近傍では,吹き出し開始点の前後でレイノルズせん断応力uvの絶対値および乱れ強さu'とv'が急減する形式の,一時的な流れの層流化傾向が生じる.これは,吹き出しの直接の影響によるものであり,乱れの生成機構および再配分機構双方が変化する事にもとづく.(2)吹き出しのない上面の近傍では, uvの絶対値とv'が下流に向かって漸減する形式の層流下傾向が生じる.これは,直接的に吹き出しによるものではなく,この領域に集中的に生じる流れの加速によるものであり,主として乱れの再配分機構の変化によって生じる.上で得られた速度変動信号に象限分け法を適用したところ,レイノルズせん断応力に大きく寄与するエジェクション現象が,吹き出しにより相対的に弱まることが分かり,層流化傾向を裏付けていることが判明した.吹き出しを伴うダクト内乱流の特性がある程度明らかになったが,層流化傾向の定量予測が可能な数値解析法の開発や,下流の乱れ量の測定などは,今後も検討を続ける予定である.実験に関しては、下壁からの吹き出しを伴う水平矩形ダクト内乱流の流れ方向および高さ方向の2成分の速度をレーザードップラー流速計を用いて同時測定し、特に吹き出し開始点の近傍に見られる流れの層流化傾向について検討した結果、以下のような結論を得た。(1)吹出し面の近傍では、吹き出し開始点の前後でレイノルズせん断応力の絶対値が急激し、それとほぼ対応するように流れ方向乱れ強さと高さ方向乱れ強さの変化が生じる形式の,一時的な流れの層流化傾向が生じる。この層流化傾向は、吹き出しの直接の影響によるものであり、乱れの生成機構および再配分機構双方が変化することにもとずく。(2)吹き出しを行わない上面の近傍では、レイノルズせん断応力の絶対値は下流に向かって漸減し、流れ方向乱れ強さには顕著な変化は生じないものの、レイノルズせん断応力の絶対値の変化とほぼ対応して高さ方向乱れ強さが変化する形式の層流化傾向が生じる。この層流化傾向は、直接的に吹き出しに伴うものではなく、この領域に集中的に生じる流れの加速によるものであり、主として乱れの再配分機構の変化によって生じるものである。これらの結果は昭和62年5月に、日本伝熱シンポジウムにて発表予定である。

いっぽう、数値解析に関しては、昭和60年度中に、吹き出しあるいは吸い込みを伴う円管内乱流にK-ε2方程式乱れモデルを用いる数値計算を応用し、吹き出し開始点から十分下流の領域については、かかる計算法によってその流動、伝熱特性が合理的に予測できること、したがってこの計算法が環状二相流の流動、伝熱特性の推算に応用できることを、第3回アジア流体力学会議において明らかにした。数値計算結果より、吹き出し開始点近傍については定量的な予測が十分ではないことが判明したため、これを改善すべく計算コードを変更した。現在、改良したコードによる予測値と他者の測定値との比較・検討を行いつつある。
二重層ゲルに包括した固定化植物細胞によるターゲティング物質連続生産プロセスの構築

本研究では、従来法により細胞を固定化したアルギン酸カルシウムゲルの周囲を細胞を含まない同ゲルの薄層でコーティングするという二重層ゲルに包括固定化した植物細胞のリアクター培養において、特定の代謝産物をターゲティングとした抽出溶媒を添加することにより、代謝産物の高効率連続生産を可能とするプロセスを構築することを目的とする。今年度は、二重層ゲルに包括したタバコ細胞の固定化培養をフラスコおよびリアクタースケールで行い、フェノール類生産における本固定化法の有効性を検討すると共に、ニンジン細胞の懸濁培養系においてβ-カロチン生産に及ぼす抽出溶媒添加の影響を検討した。タバコ細胞のフラスコスケールの固定化培養では、ゲル内の細胞増殖を抑制せずに培地中への細胞漏出を防ぐための適切なコーティング層厚さが存在することを示した。また、本固定化法によって、二次代謝物の一つであるフェノール類の総生産量、および細胞外生産量が共に著しく増加することを明らかにした。さらに、ドラフトチューブ付エアーリフト型リアクターを用いた固定化培養では、固定化により細胞が流体剪断力から保護されているため増殖を良好に維持できること、フェノールの総生産量および細胞外生産量がフラスコの場合と同様に大きく増加することを示した。一方、ニンジン細胞のフラスコスケールの懸濁培養では、抽出溶媒としてn-ヘキサデカンを添加することにより、細胞増殖およびβ-カロチン生産が共に促進されることを示した。また、この培養では、培地中に多くのカロチンがエマルションの形で放出されており、このカロチン粒子数は培養の経過に伴い増加していることが分かった。さらに、抽出溶媒と共に細胞壁透過促進剤であるジメチルスルホキシドを添加することにより、細胞外カロチン生産量を著しく増加させることができた。以上の結果から、二重層ゲルに包括固定化した植物細胞を用いて抽出溶媒添加培養を行うことは、代謝産物の効率的な生産に極めて有効であると考えられる。