hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不純物・相転移を伴う複雑流体の分子論からの数値解析

計算機の動作周波数の速度が向上しなくなって久しく、近年の性能向上は主にコア数の増加とレジスタ幅の増加に依存している。したがって、計算機の性能を活かすには、マルチコアを用いた並列化と、増えたレジスタ幅の有効活用が必須となる。中でもビット演算は数値計算黎明期よりマルチスピンコーディングなどで活用されて来た。これは古典スピンの自由度を一つのビットに割り当てることでレジスタ幅だけの並列度を稼ぎ、演算を加速する手法である。しかし、マルチスピンコーディングによりモンテカルロ法を行うためにはランダムなビット列が必要となる。そこで我々は、任意の確率で各ビットが独立に1となるランダムなビット列を高速に生成するアルゴリズムを考案した。我々が提案したのはBinomial-Shuffle法、Poisson-OR法、有限桁法の三種類である。Binomial-Shuffle法は、予めいくつのビットが立つかを計算し、その後でビットをシャッフルするアルゴリズムである。立つビット数の計算にWalker's Alias法を、ビットのシャッフルにFloydのサンプリング法を使うことで高速なビット生成が可能となる。Poisson-OR法はTodo-Suwaにより提案されたアルゴリズムであり、Nビットのうち1ビットだけランダムに立っているビット列をランダムに組み合わせることでビット列を得る。有限桁法は確率が二進数表記でで有限桁で表せる時に有効な手法である。これらのアルゴリズムを組み合わせることにより、たかだか7回の乱数生成により任意の確率でビットが立っている32ビットのランダムビット列が得られる。我々はこの手法をDirected-Percolationのマルチスピンコーディングに応用し、スカラー実装に比べて14倍の高速化に成功した。このアルゴリズムは他のモデルへの応用も期待されている。近年、256ビット、512ビットと拡大を続けるレジスタ幅を、いかに数値計算に応用するかは非自明な問題であるが、任意のビット長に対して、各ビットが独立に任意の確率でランダムに1となるランダムビット列生成アルゴリズムを開発することで、幅広のレジスタを持つ計算機がモンテカルロ法に有効に活用できることを示した。当該研究は論文として出版され、実装例もサンプルプログラムとともに公開されており、本研究は順調に進展しているといえる。今年度は古典スピン系への応用を確認したが、同様に分子系への応用を試み、来るエクサスケールの数値計算資源をどのように活用していくかを検討する。気泡などの相転移を伴う系、もしくは高分子を含む複雑流体において、外部から注入されたエネルギーがどのように熱化するかを調べることは本質的である。一般にこのような複雑流体では熱化のプロセスは極めて複雑で、ミクロスケールとマクロスケールがカップルした現象となるため、その研究には必然的に大規模計算が必須となる。そこで我々は京コンピュータのフルノード(82944ノード、663552コア)で実用的に動作する大規模分子動力学法コードを開発した。その結果、137億粒子の計算で、2.44ペタフロップスの性能を実現することに成功した。これは京コンピュータの理論ピーク性能の23.0%に相当する。また、発行された四則演算命令のうち98.8%がSIMD化されるなど、コードは高度にチューニングされている。得られた結果を用いて、急減圧直後の気泡生成現象を解析し、急減圧直後は古典論の平均場近似が破綻していることが判明した。これは百億粒子以上の大規模計算により初めて到達可能な知見である。さらに熱化プロセスについて、単純化したLangevin系による解析も行った。急減圧後の気泡生成過程では、これはポテンシャルエネルギーが運動エネルギーに転化されることでエントロピーが単調増加しており、その過程で温度と圧力が向上していくこと、それがOstwald成長を支配する原動力になっていることなどがわかった。さらに、その圧力の時間変化と、大規模計算により解明された気泡の成長関数(Kinetic Equation)から見積もられた臨界気泡サイズの時間変化はコンシステントであり、気泡成長の古典論の記述が妥当であることがわかった。京コンピュータで計算した大規模気泡生成過程のデータから気泡生成率を直接推定する研究については論文にまとめて投稿した。Langevin系における熱化ダイナミクスも現在論文にまとめている。関連発表も国際ワークショップ、日本物理学会などで行っており、本研究は順調に進展していると言える。分子動力学法の温度制御法としてNose-Hoover法が広く用いられているが、系によっては正しく温度が制御されないことが問題視されていた。広く知られている例は調和振動子であるが、他にも相分離している系において、温度が非一様な状態で維持されることが知られている。しかし、調和振動子における温度制御に比べ、相分離系の温度制御の問題を調べた例はほとんどない。そこで我々は、二成分流体における温度制御の失敗について調べた。調和振動子系の場合、Nose-Hoover法が温度制御に失敗するのは系に漸近的に非自明な保存量を構築し、そのためにエルゴード性が破れることが原因であるが、二成分流体など相分離を起こす系において、部分系がそれぞれ異なる温度に制御されてしまう問題は、Nose-Hoover法は平均温度しか制御しないことに起因する。そのため、調和振動子系においてエルゴード性を改善するために提案されたKientic-Moments法などの多変数熱浴も、Nose-Hoover法と同様な理由で二成分流体の温度制御に失敗する。

なお、確率的熱浴であるLangevin法を用いれば正しく温度が制御されるが、これは確率的であることが本質ではなく、各自由度個別に温度制御をすることが本質である。その事実を明らかにするため、Nose-Hoover-Langevin法という、確率的で、かつ調和振動子は正しく温度制御できるが、二成分流体の温度制御には失敗する例を構築した。本研究により、調和振動子系と二成分流体系での温度制御の失敗理由は異なる原因で起きていること、確率的熱浴であればこのような問題をいつでも回避できるわけでは無いことが明らかになった。圧力制御においても同様な問題が存在するが、温度制御と異なり、局所的な圧力制御の方法は非自明であり、相分離した系を正しく圧力制御することは難しい。これは今後の課題となる。大規模分子動力学法、特に高分子や気泡などを含む非一様な系を正しく平衡化することは重要である。本研究により、どのような場合に温度制御に失敗するか、どうすれば回避可能であるかが明らかとなった。関連発表を物理学会で行い、かつ論文にまとめて投稿するなど、本研究は順調に進展していると言える。高分子を含む液体が、カルマン渦に与える影響を分子動力学法にて調べた。高分子が短い場合と長い場合について計算を行った結果、高分子鎖が短い場合には粘性率を変化させる効果しか認められなかったのに対して、長い高分子鎖を添加した場合には、同じレイノルズ数で高分子を含まない液体に比べてカルマン渦がぼやけ、かつ渦の放出周波数が長くなる効果が見られた。また、円柱にかかる力をフーリエ変換することで、長い高分子を添加するとスペクトルのピークが低周波側にシフトすること、またピークの幅が大きくなることがわかった。これらは実験で報告された、カルマン渦がぼやけること、かつ渦の放出周波数が長くなる結果と整合する。また、分子動力学法の性能向上のため、AVX2、AVX-512を用いたSIMD化を試みた。命令セットとしてAVX2を持つIntel Haswellの場合には、コンパイラによる自動ベクトル化の効果が薄く、手動によるSIMD化により数倍以上の性能向上があった。しかし、AVX-512を持つXeon Phi(Knights Landing)では、コンパイラの自動ベクトル化が効果的に働き、手動でSIMD化した最速コードは、自動ベクトル化されたコードにくらべて60%程度の性能向上にとどまった。また、効果的なSIMD化のためにはデータ構造が決定的に重要であることがわかった。データ構造は、レジスタとのデータのやりとりの効率だけでなく、キャッシュ効率とも密接に関わっており、例えばArray of Structure (AoS)とStructure of Array (SoA)のどちらが良いかはアーキテクチャに強く依存することがわかった。高分子添加による流動様式の変化を、分子動力学法により原子スケールから解像することに成功した。また、実験や流体シミュレーションでは得ることが難しい、流動中の高分子の配向度や大きさなどのミクロな情報が得られた。
中国における郷鎮企業の発展と地域的不均衡成長

中国経済において、郷鎮企業の存在が益々大きくなっている。しかし一方では、郷鎮企業の沿海偏在に起因した地域格差の拡大、都市工業との過度競争、企業規模の零細さによる規模の不経済や環境汚染などの問題も深刻化している。本研究の目的は、こうした状況を踏まえながら、郷鎮企業の地域的不均衡成長の問題に焦点を当てて、問題の背景条件や進展状況、その社会的経済的影響、さらに問題解決のための対応策などを統計分析に基づいて解明しようとするところにある。分析に当たって、以下の手順で作業が進められてきた。(1)各地域の経済成長と構造変化の特徴を浮彫りにするために、関係の統計資料の収集とデータの入力作業が行われた。(2)省別の経済成長と産業別の総生産・就業者の構成変化について、データの解析が進められており、近々その成果が纒められる見通しである。(3)各省における経済成長と郷鎮企業とくに農村工業との関係について、統計データに基づいた実証分析の結果、郷鎮企業が経済の成長に大きく寄与したことが明らかとなった。(4)生産要素(資金、労働力)・技術の調達方法、人的資源と組織資源など郷鎮企業の形成・成長を規定する諸要素についても地域間の比較分析を行おうとしているが、関係資料の収集と蓄積が計画通り進められている。
鳴禽類における音声識別メカニズムの解明

動物が生後に接する環境や、他個体とのコミュニケーションによって後天的に獲得される能力は脳内の情報処理メカニズムや発達メカニズムなど不明な部分が多い。本研究では鳴禽類が音の組合せを特定の情報と認識・識別する情報処理メカニズム、神経メカニズム、およびその発達メカニズムを明らかにし、ヒトの「言語」などの高度な音声情報処理を可能にする生物学的な基盤の一部を明らかにした。本研究では鳴禽類が音の組合せを特定の情報と認識・識別する情報処理メカニズム、神経メカニズム、およびその発達メカニズムを明らかにすることで、「言語」などの高度な音声情報処理を可能にする生物学的な基盤の理解を深めることを目指す。本年度では鳴禽類の音声識別に使用される音素のシーケンス情報処理能力の解析を行った。鳴禽類は「歌」と呼ばれる音素シーケンスを用いて他個体とのコミュニケーションをとるが、歌の音素シーケンスにシステマティックなシーケンス改変を施し、それら識別の有無を行動学的に解析した。その結果、複数の個体で共通した音素シーケンス改変を識別することが分かり、鳴禽類が共通してもつ音素並びの法則の存在が示唆された。また、人工的に合成した音素シーケンスの順序法則を学習させ、それをもとに新たな音声シーケンスを識別させる実験系を立ち上げた。また、このような音声の識別に関わる神経領域を神経活動依存的な転写因子の発現を指標に、脳の全領域にわたり1細胞レベルで明らかにする実験を進行中である。これまでに候補神経領域を複数同定しており、そのうち1つについてはその領域を損傷することで、音声識別に影響がみられることを明らかにしている。本研究の進展により、鳴禽類が音のシーケンスの規則法則を理解し、それを音声識別に活用していることが明らかとなり、ヒト言語獲得のモデルとして、「文法」などの高次音声情報処理メカニズムの生物学的な基盤の解明につながるモデル生物実験系を提供することが可能となることが期待される。本研究では鳴禽類をモデル動物として用い、鳴禽類が音素のシーケンスの違いを検出してコミュニケーションに使用されるさえずり(「歌」)を高度に識別することができることを示し、その基本的情報処理メカニズム、および、神経メカニズムを明らかにすることを計画した。また、生後の幼少期に接する環境がその後の音声識別能力に及ぼす影響の詳細を解析し、音声シーケンス識別能力の生後発達のメカニズムを明らかにすることも計画した。これらの研究結果より、「言語」などの高度な音声情報処理を可能にする生物学的な基盤の理解を深めることを目的とした。本研究期間に於いては研究代表者により開発された鳴禽類の定量的行動解析実験系を用い、ジュウシマツ(Lonchura striata var.domestica)に対し様々に音素の並びを改変した音声シーケンスを聞かせ、識別の可否を体系的に検討した。この結果、ジュウシマツの「歌」の音声シーケンスには規則性が存在し、「歌」を受容する受け手が他個体と共通した識別を示すことが明らかとなった。また、生後に接触する音声情報を制限した個体を育成し、それら個体の音声識別能力を調べることにより、これらの識別能力の発達には後天的に他個体とのコミュニケーションをとることが必要かつ十分であることを示した。また、音声シーケンス構造規則エラーをもつ音声シーケンスを聞かせた時に活動化する脳内神経領域・回路の詳細を神経活動依存的な遺伝子の発現を指標に同定した。また、同定した神経核・領域の破壊により、神経活動を人為的に操作した際に音声シーケンス識別能力が障害されることを明らかにした。これらの成果は鳴禽類において音声情報を理解・識別する能力とその生後発達のメカニズムを明らかにした。これらの情報はヒトが音声情報を生成・理解する能力など、生後に接する環境や他個体とのコミュニケーションによって後天的に獲得される能力の情報処理メカニズムや発達メカニズムの理解に貢献することが期待される。
白血球膜糖蛋白質変異による歯周病の遺伝子診断の研究

歯周病の遺伝子診断に向かって、1)接着分子インテグリンβ_2発現異常、および2)HLA-DQ遺伝子の変異について研究を行った。白血球表層の接着分子であるintegrinβ_2の発現が、歯周病の発症と進行に関わる機序を推察することを目的として、白血球粘着異常症(LAD)を有する前思春期性歯周炎患者2名(PP1およびPP2)、integrinβ_2の発現異常を認めるが、限局型若年性歯周炎(LJP)のみを発症している患者1名(LJP1)、integrinβ_2の発現に異常がないLJP患者1名とPP患者1名、および健常者2名のB細胞株について、細胞凝集に関わる細胞生物学的性状ならびにintegrinβ_2β鎖のmRNAレベルにおける変異を調べた。mRNA解析には、B細胞株から得た全RNAを用いて、ノーザンブロット法、reverse transcription-polymerase chain reaction(RT-PCR)法およびRNase cleavage法を応用した。B細胞凝集能において、LJP1由来のB細胞は、PMA刺激時、他のLJP患者および健常者由来の細胞に比較して小さいクラスターを多数形成し、細胞凝集の様態を異にした。PP1とPP2由来のB細胞は細胞凝集能をもたなかった。ノーザンブロット法により、PP1とPP2の細胞では、integrinβ_2β鎖mRNAに相当するバンドを約4.4kbとして検出し、その他の被験細胞では約3.2kbとして検出した。β鎖mRNAの発現量は、PP1とPP2の細胞では、その他の細胞に比較して少なかった。RT-PCR法により、すべての被験細胞のintegrinβ_2β鎖mRNAからβ鎖cDNA塩基配列上の73ntから1191ntの領域を増幅することができた。PP1とPP2の細胞のmRNAからは73ntから2385ntの領域を増幅することはできなかった。RNase cleavage法により、PP1とPP2のmRNAにおいて、965ntから1450ntの領域に遺伝子の変異が存在することを検出した。また、早期発症型歯周炎患者では、HLA-DQβ遺伝子のイントロンに特定な変異を伴うことが多いことを発見した。歯周病を含む細菌感染症に及ぼす白血球表層の接着因子であるLFAー1β鎖の発現異常の関与を調べるため、白血球粘着異常症(LAD)患者2名、刺激された好中球表層にLFAー1β鎖の発現が少ない早期発症型歯周炎患者1名および正常にLFAー1β鎖が発現する歯周病患者と歯周組織の健康な被験者のB細胞株を得た。未刺激の細胞株から得たmRNAを用い、LFAー1β鎖遺伝子の発現状態およびmRNAレベルの遺伝子変異を調べた。Springer博士から恵与を受けたLFAー1β鎖のcDNAを用いたノ-ザンブロット法により健康対照者に比較して、LAD患者はLFAー1β鎖mRNAの発現量が少ない上に大きいmRNAを発現していた。被験歯周病患者はすべてLFAー1β鎖mRNAの発現量と大きさが対照者と同じであった。LAD患者には明らかにLFAー1β鎖mRNAの構造異常とそれに影響される発現の異常が存在することが示唆される。3種類の合成オリゴタクレオチドを用いたreverse transcriptionーpolymerase chain

reaction法によるmRNAの増幅において、cDNAの塩基配列(Kishimoto,T.,et.al.,1989)上で73ntから1191ntまではすべての被験者のmRNAから増幅できたが、2385ntまではLAD患者のmRNAからのみ増幅できなかった。LAD患者ではLFAー1β鎖mRNAの1191ntから2385ntの間に遺伝子の挿入または塩基の変異が存在すると思われる。以上の結果から、早期発症型歯周炎患者のLFAー1β鎖mRNAは健康被験者のものと大きく異なっていることはないと考えられる。そこで、変異を悉く検出するために上述のcDNAを基準として被験者のmRNAの塩基配列の変異をRNase protection assayによって調べている最中であり、237ntから964ntまでの間には変異がないことを確認している。今後は、他の部分の変異の有無を調べるとともに、刺激下でのmRNAの発現状態ならびに刺激伝達系を調べる予定である。歯周病の遺伝子診断に向かって、1)接着分子インテグリンβ_2発現異常、および2)HLA-DQ遺伝子の変異について研究を行った。白血球表層の接着分子であるintegrinβ_2の発現が歯周病の発症と進行に関わる機序を推察することを目的として、白血球粘着異常症(LAD)を有する前思春期性歯周炎患者2名(PP1およびPP2)、integrinβ_2の発現異常を認めるが、限局型若年性歯周炎(LJP)のみを発症している患者1名(LJP1)、integrinβ_2の発現に異常がないLJP患者1名とPP患者1名、および健常者2名のB細胞株について、細胞凝集に関わる細胞生物学的性状ならびにintegrinβ_2β鎖のmRNAレベルにおける変異を調べた。mRNA解析には、B細胞株から得た全RNAを用いて、ノーザンブロッド法、reverse transcription-polymerase chain reaction(RT-PCR)法およびRNase cleavage法を応用した。B細胞凝集能において、LJP1由来のB細胞は、PMA刺激時、他のLJP患者および健常者由来の細胞に比較して小さいクラスターを多数形成し、細胞凝集の様態を異にした。PP1とPP2由来のB細胞は細胞凝集能をもたなかった。ノーザンブロット法により、PP1とPP2の細胞では、integrinβ_2β鎖mRNAに相当するバンドを約4.4kbとして検出し、その他の被験細胞では約3.2kbとして検出した。β鎖mRNAの発現量は、PP1とPP2の細胞では、その他の細胞に比較して少なかった。RT-PCR法により、すべての被験細胞のintegrinβ_2β鎖mRNAからβ鎖cDNA塩基配列上の73ntから1191ntの領域を増幅することができた。PP1とPP2の細胞のmRNAからは73ntから2385ntの領域を増幅することはできなかった。RNase cleavage法により、PP1とPP2のmRNAにおいて、965ntから1450ntの領域に遺伝子の変異が存在することを検出した。また、早期発症型歯周炎患者では、HLA-DQβ遺伝子のイントロンに特定な変異を伴うことが多いことを発見した。
ヒト人工染色体を用いた脆弱X症候群のCGGリピート伸長機構の解析系の構築

平成19年度は、平成18年度に引き続き、変異レベルにまで延長したCGGリピートを持つ脆弱X症候群(FXS)患者由来のX染色体を、染色体ドナー細胞として最適なマウスA9細胞へ、そして染色体改変の場として最適なニワトリDT40細胞へと順次導入し、人工染色体構築のための基盤資材を作製する過程が中心であった。しかし、ニワトリDT40細胞への導入が未だ成功していない。そこで同じトリプレットリピート病である、DRPLA(歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症)の原因遺伝子ATN1のリピート領域を対象として、系の妥当性を検討し、かつ、DRPLAの領域においても、同様のリピート伸長解析系を確立することを目指した。本研究において、劣性遺伝のFXSとは異なり、優性遺伝するDRPLAのモデルを作成することは、マウス個体において、より明確な表現型が出やすいという可能性では優位性がある。平成18年度:ヒトFXS患者由来のX染色体を一本保持するマウスA9細胞の作製目的のマウス細胞は得られ、染色体改変のステップに進んだ。平成19年度:X染色体FMR1領域のHAC搭載に向けた染色体改変ヒトFXS患者由来のX染色体が、染色体改変の場であるニワトリDT40細胞に移入できず、系のコントロールとして、DRPLA患者の皮膚細胞から、ATN1遺伝子領域の変異CAGリピートを含む12番染色体をマウスA9細胞にクローニングした。また、正常ヒト12番染色体はコントロールとして、すでにニワトリDT40細胞に移入した。これらの系から、X染色体に関しては何らか(おそらくセレクション)の理由で染色体導入がうまくいかなかったが、常染色体では、系が確かであることが示された。今後は、DRPLAのリピート領域を用いたトリプレットリピート解析系の構築を検討し、人工染色体導入マウスを用いたトリプレットリピート解析系の構築を目指していく。FXSのCGGリピートに関しては、個体がない限り、メチル化の状態、FMR1の不活性化のメカニズムと時期の解析ができないので、条件検討を重ね、再度、研究の継続を進めていく価値はある。そして、CAGとCGGリピート両方のリピート間でのリピート伸長、あるいは病態に関わる知見が得られるようなin vitroあるいはin vivoの系を確立することが肝要である。平成18年度は、変異レベルにまで延長したCGGリピートを持つ脆弱X症候群(FRAX)患者由来のX染色体を、マウスA9細胞へ、さらにニワトリDT40細胞へと導入し、人工染色体構築のための基盤資材を作製する過程が中心であった。本研究において染色体導入法は重要な手技であり、どの段階においても、単一の染色体が安定に導入された細胞を得ることが重要である。平成18年度の研究計画は、主に三つのセクションに分けられ、現在ステップ3)に差し掛かった段階であり、計画達成度は七割程度であった。1)FXS患者由来の線維芽細胞とマウスA9細胞の細胞融合マウスA9細胞はコルセミドにより微小核を効率よく形成するため、微小核を介した細胞融合をベースとする我々の染色体導入法には欠かせない細胞である。目的の資材を得るために、ヒトFRAX患者由来の線維芽細胞とマウスA9細胞を融合し、核型が比較的安定している雑種細胞を3クローンを樹立した。2)雑種細胞からの、ヒトFXS患者由来のX染色を一本保持するマウスA9細胞の作製ステップ1)で得られた雑種細胞をドナーとして再び染色体導入法を行い、ヒトFRAX患者由来のX染色体またはその断片を一本、安定に保持するマウスA9細胞を得ることができた。導入された染色体はFISH法およびPCR法にて確認している。染色体導入法は確立された技術ではあるが、ステップ2)において、安定に患者由来のX染色体を保持するマウスA9細胞クローンがなかなか得られなかったことが計画遅延の要因であった。3)X染色体FMR1領域のHAC搭載に向けた染色体改変ステップ2)で得られたA9細胞に含まれるFRAX患者由来のヒトX染色体は、ニワトリDT40細胞内で人工染色体への組み換えのために必要な染色体改変(具体的にはloxPサイトの導入)を行う必要がある。今年度前半にもこのステップ3)をクリアする。平成19年度:X染色体

FMR1領域のHAC搭載に向けた染色体改変ヒトFXS患者由来のX染色体が、染色体改変の場であるニワトリDT40細胞に移入できず、系のコントロールとして、DRPLA患者の皮膚細胞から、ATN1遺伝子領域の変異CAGリピートを含む12番染色体をマウスA9細胞にクローニングした。また、正常ヒト12番染色体はコントロールとして、すでにニワトリDT40細胞に移入した。これらの系から、X染色体に関しては何らか(おそらくセレクション)の理由で染色体導入がうまくいかなかったが、常染色体では、系が確かであることが示された。今後は、DRPLAのリピート領域を用いたトリプレットリピート解析系の構築を検討し、人工染色体導入マウスを用いたトリプレットリピート解析系の構築を目指していく。FXSのCGGリピートに関しては、個体がない限り、メチル化の状態、FMR1の不活性化のメカニズムと時期の解析ができないので、条件検討を重ね、再度、研究の継続を進めていく価値はある。そして、CAGとCGGリピート両方のリピート間でのリピート伸長、あるいは病態に関わる知見が得られるようなin vitroあるいはin vivoの系を確立することが肝要である。
紫外線照射皮膚でのリノール酸代謝-13ヒドロキシリノール酸とロイコトキシンを中心として-

最近、UV障害に種々の活性ラジカルや脂肪酸代謝の関与が報告されている。リノール酸(LA)代謝産生のうち、ロイコトキシン(LX)は熱傷時に出現する悪玉で、13HODEはラジカルスカベンジャー作用や抗炎症作用をもつ善玉とされている。皮膚でのLA代謝は不明な点が多い。我々は、活性脂質を産生するLA代謝とUV照射との関係を理解すべくUV照射時のLXと13HODEの動態に検討を加えた。結果(1):マウスの皮膚にUVを照射し表皮中の13HODEを経時的測定すると、照射後徐々に増加し、2時間で最高値に達し、24時間で未照射の値に戻ることが確認された。結果(2):非放射性LAを用いた実験で、表皮ホモジネートによる13HODE合成はpH依存性で至適pHを8.0とし、基質濃度と蛋白濃度にも依存し、様々の阻害剤による阻害様式がリポキシゲナーゼよりシクロオキシゲナーゼ(COX)に類似していた。P450の阻害剤と賦活剤により影響を受けなかった。これらは皮膚の13HODE合成にCOXが関与していることを示唆している。結果(3):1%Tween20で可溶化した皮膚の13HODE合成酵素は必ずしもCOX1抗体で十分阻害されず、現在検討中である。結果(4):LXの定量法をGC/MSでみたが、量的に優位な特徴的なフラグメントが得られず、感度特異性の低いHPLCによる測定を余儀なくされた。LA測定によるホスホリパーゼ(PL)活性評価が同時にできる利点があった。LX様物質はUV照射前には見られず、照射後に少量認められた。遊離LAはUV照射前に痕跡量存在し、1-3時間後に増加し24時間後には痕跡量に復帰した。考案:これらの結果は、皮膚の13HODE合成はCOXによる可能性が最も高く、皮膚へのUV照射に際し、PLの活性化が13HODEの産生増加やLX様物質の産生と蜜接な関係にあることを示唆している。13HODE合成酵素活性ならびにLX合成系が増加しているか否かについては今のところ不明である。両者とも結合型が酵素の活性により遊離してきている可能性も否めない。更なる検討が必要である。最近、地球環境の破壊による紫外線(UV)の増加が皮膚の炎症障害や老化、癌などの原因をなすとして社会問題となっている。ロイコトキシンは熱傷時に出現する悪玉で、13ヒドロキシリノール酸(13HODE)はラジカルスカベンジャー作用や抗炎症作用をもつ善玉であり、両者ともリノール酸代謝産物である。13HODEには微小循環や細胞増殖に関係する生理活性もある。今回は主にUV照射時の13HODEの動態に検討を加えた。結果:(1)マウスの皮膚にUVを照射し表皮中の13HODEを経時的測定すると、照射後徐々に増加し、2時間で最高値に達し、24時間で未照射の値に戻ることが確認された。

(2)非放射性リノール酸を用いた実験で、表皮ホモジネートによる13HODE合成はpH依存性で至適pHを8.0とし、基質濃度と蛋白濃度にも依存し、インドメタシン、アスピリン、NDGA、ETYAによる阻害様式がリポキシゲナーゼよりシクロオキシゲナーゼ(COX)に類似していた。P450の阻害剤と賦活剤により影響を受けなかった。これらのデータは皮膚の13HODE合成にプロスタグランジン合成酵素であるシクロオキシゲナーゼが関与していることを強く示唆している。(3)新たな疑問点として、UV照射後の13HODE量の経時的な変化は、基質の供給増加に依るものなのか、13HODE合成酵素増加に依るものなのか不明であり、ホスホリパーゼの活性変動が問題となることが判明した。また、13HODE合成酵素がCOXであるとして、抗体による免疫沈降法による同定を試みているが今の処確実な結果が得られていない。ロイコトキシンの病態とともに更なる検討が必要性である。最近UV障害に種々の活性ラジカルやアラキドン酸代謝の関与が報告されているが、今回、ロイコトキシンや13ヒドロキシリノール酸(13HODE)などの活性脂質を産生するリノール酸代謝動態とUV照射との関係を検討することにした。これまでの研究で、13HODEがマウスの皮膚で産生され、UV照射後の表皮中で経時的に変動することを確認し、その合成に関与する酵素はP450やリポキシゲナーゼよりシクロオキシゲナーゼの可能生が高いことを、pH依存性、リポキシゲナーゼやシクロオキシゲナーゼ、P450の阻害剤に対する挙動より推定した。今年度、更に、13HODE合成酵素とシクロオキシゲナーゼの同一性を確定すべく抗体免疫沈降法で検討したところ、現時点では、1%Tween 20で可溶化した皮膚の13HODE合成酵素は必らずしもシクロオキシゲナーゼ(HOX1)抗体で十分には阻害されないことが判明した。抗体としては抗羊PGH合成酵素ポリクローナル免IgG抗体を使用した。この結果が、方法上の問題なのか本質的な違いによるものなのか、別の抗体を使用する等して今なお検討中である。また熱傷時にロイコトキシンの産生が報告されているが、UV照射時の皮膚中については不明である。HPLCによるロイコトキシンの定量法は皮膚中の濃度を測定するには感度が低くすぎることが判明し、質量分析器による測定法の確立を継続検討している。総じて6年度の研究は労多くして益少なしであったが、今後の継続研究で発展を期待したい。最近、UV障害に種々の活性ラジカルやアラキドン酸代謝の関与が報告されている。構造上非常に類似してるリノール酸代謝産物のうち、ロイコトキシン(LX)は熱傷時に出現する悪玉で、13ヒドロキシリノール酸(13HODE)はラジカルスカベンジャー作用や抗炎症作用をもつ善玉とされている。LXの合成経路は今のところ未解決であり、皮膚での13HODE合成酵素についても曖昧である。皮膚でのリノール酸代謝は生理的にも臨床的にも重要と思われるのに不明な点がおおい。我々は、活性脂質を産生するリノール酸代謝とUV照射との関係を理解すべくUV照射時のLXと13HODEの動態に検討を加えてきた。今年はホスホリパーゼとLXについて若干検討を行った。
養殖ガキの味上げ法の開発

食生活の向上に伴い、養殖ガキにも高品質化が望まれている。本研究は、フランスガキにプランクトンや人工配合飼料を与えて飼育し、食味試験、成分分析を行い、品質改善の基礎データを得ようとするもので、2年間の研究成果の概要は次のとおりである。2.飼育ガキを海面垂下養殖ガキを対照に食味試験を行ったところ、I.g区は甘味、うま味、渋味が好まれ、総合的に高い評価を得た。一方、C.g、N.cおよびR1区はテクスチャー、フレーバー、塩味などで劣った。3.一般成分では、飼育ガキはグリコーゲンが少なく、その傾向はC.gおよびN.c区で著しかった。また、エキス成分では、I.g区にTau、Gly、Gluが多かったが、C.gおよびN.c区にAlaとGluが著しく少なかった。4.軟体部の飽和脂肪酸、一価不飽和脂肪酸および高度不飽和脂肪酸の割合はそれぞれC.g区33:17 :50、N.c区32:16:52、I.g区34:15:51、R1区32:21:47および対照区35:15:50となり、R1区で多価不飽和脂肪酸が少なかった。さらにR1区では、他の試験区と比較してn-3系列脂肪酸が少なく、n-6系列脂肪酸が多かった。5.プランジャーを用いて測定したテクスチャーの強さ(g/mm^2)は、消化管では、N.c区は最高の42g、その他は27-32gであった。同組織のタンパク質組成をみると、水溶性35-53%、塩溶性21- 33%、アルカリ可溶性18-26%および不溶性5-6%でR1区の水溶性が35%と他の試験区よりやや低くかった。テクスチャーとの間には明確な相関は認められなかった。本研究はカキ類の品質評価上重要な要素の一つである食味に関わりの深いグリコ-ゲンや、遊離アミノ酸(FAA)などの含窒素エキス成分を分析するとともに、カキ類、特にフランスガキにプランクトンや人工飼料を与えて飼育し、食味と上記成分の変化を調べた。1.宮城県気仙沼湾で養殖中のフランスガキを1989年10月から1990年12月まで隔月に採取し、軟体部全体のほかに外套膜、鰓、閉殻筋、結合組織、消化器官の5組織のグリコ-ゲンを含む一般成分、FAA、ベタイン類、核酸関連物質を調べた。その結果、結合組織と消化器官にグリコ-ゲンFAAが、閉殻筋にFAAが多く、FAAは24月に増加し8月に減少するものが多かった。また、いずれの試料からも核酸関連物質のIMPが検出された。2.宮城県気仙沼湾で養殖中のマガキとオリンピアガキを1989年および1990年12月に採取し、マガキの軟体部全体および5組織、オリンピアガキの軟体部全体について一般成分とエキス成分を分析し、同時期のフランスガキと比較した。その結果、一般成分や含窒素エキス成分は種や年によって異なったが、オリンピアガキにGlyが著しく少なく、マガキにTauがかなり少ない点が目立った。本研究は、フランスガキにプランクトンや人工配合飼料を与えて飼育し、品質改善を図ろうとするもので、本年度の研究成果の概要は次のとおりである。

1.珪藻のChaetoceros gracilis(C.g)およびNitzschia closterium(N.c)、ハプト藻のIsochrysis galbana(I.g)、稚エビ用人工飼料(R1)をそれぞれフランスガキに与えて30日間飼育し、海面垂下養殖ガキを対照に、脂肪酸組成、タンパク質組成およびテクスチャー(歯ごたえ)の強さを調べた。脂肪酸組成軟体部の飽和脂肪酸、一価不飽和脂肪酸および高度不飽和脂肪酸の割合はそれぞれ33:17:50、32:16:52、34:15:51、32:21:47および35:15:50となり、R1区で多価不飽和脂肪酸が少なかった。さらにR1区では、他の試験区と比較してn-3系列脂肪酸が少なく、n-6系列脂肪酸が多かった。テクスチャープランジャーを用いて測定したテクスチャーの強さは、消化管では、N.c区は最高の75g、R1区は57g、その他は47-52gであった。一方、閉穀筋ではR1区が57gと最も硬かった。タンパク質組成消化管では、水溶性35-53%、塩溶性21-33%、アルカリ可溶性18-26%および不溶性5-6%で、R1区の水溶性が35%と他の試験区よりやや低かったが、テクスチャーとの間に明確な相関は認められなかった。2.養殖フランスガキの生産量はいまだ少ないが、今後普及すると考えられることから、加工適正の検討を行った。歩留まりは16.5%、凍結保存後の解凍ドリップは4.7%とマガキ(それぞれ15.8%および5.7%)より良好であった。フライ加工品では、生ガキをそのまま使用すると渋味が残り、一ケ月凍結保存したものを使用すると渋味が減少するが、いずれもマガキと比較して遜色なかった。
低速で航行する船のまわりの波動流場に関する研究

彼の非線形的取扱の1つとして低フル-ド数の場合の低速造波抵抗理論がある。しかし、同じ近似でも波の伝播理論に関係した波線理論がある。前者との違いは自由表面条件の差にあり、波線理論では二重模型まわりの流れと純粋に自由波のみを表す波動流れ分けられる。しかし、波動流れは同次解であるため一意にその大きさを決定するためには何等かの条件を必要とする。本研究は自己相似流れに対する研究を押し進め、摂動論的観点から一般の船に対する新しい低速造波抵抗理論を構築することを目的とする。今年度は半没細長回転楕円体が低速航行する場合の波動流れを求めた。以下に得られた知見を示す。1、物体近傍の流場(近場)で2重模型まわりの流れを求めた(近場の形式解)。この解は2次元的で、波動を表す項は含まれていない。また水面と物体の交点において対数特異性があり、近似を進めるに連れて特異性が強まることが分かった。2、近場で波線理論に従い波動流れの一般解を求めた(波動解)。波線理論を適用すると問題は特異な初期値境界値問題となる。このため、船首近傍における漸近解及び水面と物体の交点近傍における級数解を求めれば、大きさは未定だが波動解が得られることが分かった。3、物体から十分遠方の流場(遠場)での流れを求めた(遠場解)。遠場解は通常の細長体近似に基づき、摂動論的には問題があるが自由表面条件には1/Fn^2の項を残して解析した。その結果、遠場解に含まれる波動項は近場の波動解とマッチングさせることができ、波動流れの大きさが確定できることが分かった。
固体内部および表面における電子励起誘起原子過程の量子化学的模擬

平成5年度は、励起子緩和による表面からの原子放出ならびに固体内部における欠陥生成について、理論的な研究を行い、実験結果と比較した。平成4年度までに、励起子緩和による格子欠陥の生成ならびに表面からの原子放出について、ICECAP計算機コードを用いたHartree-Fock計算を行った。自己捕獲励起子の生成の初期では、励起子の正孔部分が自己捕獲正孔の形を取り、これを構成するハロゲン分子イオンが移動してハロゲン空格子点と格子間ハロゲン原子欠陥対に変換する。申請者らは、分子イオンの並進運動と回転運動の2座標に対する断熱ポテンシャルエネルギー曲面を求め、励起子から欠陥対への変換に、ハロゲン分子イオンの回転運動が必要であることを指摘した。また、表面については、表面近傍のハロゲン空格子点に捕らえられた電子の励起により、アルカリ原子の放出が生じることを明らかにした。平成5年度は、平成4年度までの成果を受け、主として実験との比較を念頭に、実験と理論との不一致を詰めるべく計算を行い、次のように研究を進展させた。1)表面における励起子緩和による原子放出について、実験では励起後放出までに時間遅れがみられる。平成4年度までの計算では、表面近傍のハロゲン空格子点の電子系を基底状態におき、周辺原子を変位させてエネルギー極小値を求め、その配位における基底状態と励起状態との断熱ポテンシャルエネルギー曲面を求めたが、この時間遅れの根拠が明確に出来なかった。本年度は、励起状態における断熱ポテンシャルエネルギー曲面をアルカリ原子の表面からの垂直方向の変位と平行方向の変位を共に考慮し、詳しく計算した。その結果、断熱ポテンシャル曲面の形態は、アルカリ原子の放出方向に強く依存するが、いずれの方向においても原子放出に対するポテンシャルエネルギーの山が存在し、放出に遅れがみられるという実験結果を説明できることが明かとなった。基底状態は、励起状態よりエネルギーが低く、そのためアルカリ原子の放出には、励起状態から基底状態への無輻射電子遷移をともなう必要がある。励起状態の断熱ポテンシャルエネルギー曲面からの無輻射遷移が、原子放出を支配することが明かになった。2)固体内部における緩和励起子の原子構造の計算結果と実験結果が必ずしもよく一致しない。これまでの研究によって、その原因が配位間相互作用ならびに電子相関を考慮していないことによるという見通しを得た。このため、ICECAPコードに配位間相互作用モードを作用させること、さらに配位間相互作用として現在の所最も標準的な計算機コードGAUSSIANを購入し、配位間相互作用を自己捕獲励起子の電子構造解析に取り入れることを試みた。まず自己捕獲正孔と格子間ハロゲン原子の電子状態における配位間相互作用の寄与を調べた。その結果、共にハロゲン分子イオンで構成される自己捕獲正孔と格子間ハロゲン原子遷移エネルギーの差異が、両センターのハロゲン分子イオンのイオン間距離と配位間相互作用によって説明できることが明かとなった。すなわち、格子間ハロゲン原子のイオン間距離が自己捕獲正孔の場合より小さく、このため配位間相互作用を考慮しない場合の遷移エネルギーは、前者の方が大きい。これに対して、Σ遷移では、配位間相互作用が大きく、そのため遷移エネルギーが押し下げられるが、П遷移では、配位間相互作用が小さい。これにより、自己捕獲正孔に比べて、格子間ハロゲンイオンでは、П遷移のエネルギーは大きく、Σ遷移のエネルギーはほぼ同じとなるという実験結果をよく説明できる。自己捕獲励起子に対する配位間相互作用の効果についても計算を行いつつある。

これまでの研究によって、その原因が配位間相互作用ならびに電子相関を考慮していないことによるという見通しを得た。このため、ICECAPコードに配位間相互作用モードを作用させること、さらに配位間相互作用として現在の所最も標準的な計算機コードGAUSSIANを購入し、配位間相互作用を自己捕獲励起子の電子構造解析に取り入れることを試みた。まず自己捕獲正孔と格子間ハロゲン原子の電子状態における配位間相互作用の寄与を調べた。その結果、共にハロゲン分子イオンで構成される自己捕獲正孔と格子間ハロゲン原子遷移エネルギーの差異が、両センターのハロゲン分子イオンのイオン間距離と配位間相互作用によって説明できることが明かとなった。すなわち、格子間ハロゲン原子のイオン間距離が自己捕獲正孔の場合より小さく、このため配位間相互作用を考慮しない場合の遷移エネルギーは、前者の方が大きい。これに対して、Σ遷移では、配位間相互作用が大きく、そのため遷移エネルギーが押し下げられるが、П遷移では、配位間相互作用が小さい。これにより、自己捕獲正孔に比べて、格子間ハロゲンイオンでは、П遷移のエネルギーは大きく、Σ遷移のエネルギーはほぼ同じとなるという実験結果をよく説明できる。自己捕獲励起子に対する配位間相互作用の効果についても計算を行いつつある。ハロゲン化アルカリにおける自己捕獲励起子の原子構造を明らかにするために格子欠陥電子状態のabinitio計算コ-ドおよび半経験的分子軌道(INDO)コ-ド適用の最適条件を求めた。ハロゲン化アルカリ自己捕獲励起子は、ハロゲン分子イオンを構成する正孔と電子より成り、前者はオフ中心変位を起こし電荷の中心は一致しない。前年度までにLiClとKClを用いて、比較的オフ中心変位の小さい励起子緩和状態について計算を行った。その結果、ハロゲン分子イオンが結晶におけるハロゲン原子間距離の1/5程度変化した点でエネルギ-の極小点が現われることが明らかとなった。しかしながら、最近の研究では、ハロゲン化アルカリの緩和励起状態はいくつかの形態を取ることが明らかとなって来た。しかも我々の研究室で得た実験的知見によると、自己捕獲励起子は、ハロゲン分子イオンが最近接点まで変化したF・H中心と同様の配置も取ることが明らかとなった。そのため、さらにハロゲン分子イオンを変化させて得られるいくつかのF・H中心対での電子状態の計算が必要である。本年度においては、まず両計算コ-ドのパラメタ-とさらにF中心の電子を記述する擬電子軌道のパラメタ-を求めることに専念した。その結果、KClおよびNaClについてF中心およびH中心を記述出来るパラメタ-を得た。それを用いて行った予備計算によると、ハロゲン分子イオンが最近接点まで変位すると、ハロゲン分子イオンが回転する方がむしろ系のエネルギ-が低下することを見つけた。
ヒト癌細胞浸潤過程におけるプラスミノーゲン・アクチベータ-・レセプターの発現と局在

ヒト癌細胞におけるウロキナーゼ型プラスミノーゲン・アクチベータ-(uPA)及びuPAレセプター(uPAR)の発現及び局在について検討する前に、各種の培養癌細胞におけるuPAの産生を検討するため、以下のヒト培養癌細胞の培養上清及びcell lysateを収集した。直腸癌の高転移株L-10、低転移株RCM-1及びWiDr、腎細胞癌の高転移株SN12C-PM6、SN12C-MM3、低転移株SN12C及びSN12C-Clome 8、転移能未検索の腎細胞癌株MRT-1及び線維肉腫細胞株HT1080を用いた。いずれの細胞株ともuPAを産生しており、高転移株の方が低転移株に比して有意に多量のuPAを産生していた。これらの細胞株においてuPAの産生は対数増殖期に多く、増殖静止期には少なくなっており、浸潤・転移過程において癌細胞増殖の関与が示唆された。また、いずれの細胞ともPAインヒビター1(PAI-1)もしくはPAI-2を同時に産生しており、特に、MRT-1とHT1080はuPAとともに組織型PA(tPA)・PAI-1及びPAI-2のいずれも産生していた。WiDrはいずれも極少量しか産生していなかった。(結果の一部を2nd International Congress of Pathophysiology, in Kyotoにて報告した)培養癌細胞において免疫細胞学的に、また、ヒト癌組織凍結切片上において免疫組織学的にuPA及びuPARの局在を検討すると、細胞質にび慢性に染色され、細胞膜表面への局在は未だ証明しえていない。パラフィン切片上でも明瞭な局在を証明しえなかった。今後、固定の条件・時間等を変えていく予定である。また、種々の細胞外基質中での細胞の動きに伴うuPA及びuPARの発現・局在を明らかにしたい。uPAとuPARとの結合を阻害すると報告されているスラミンを用いて、SN12C-PM6及びClone 8における培養上清中及びcell lysate中のuPA及びPAI-2の変動を検討すると、結合阻害のみから予想される結果と違って、培養上清中のuPAは減少し、PAI-2は増加した。cell lysate中の量はほとんど変化無く、スラミンがuPAの結合を阻害するだけでなく、産生も抑制していることが明らかとなった。(Clin. Exp. Metastasis, 1995, in press)ヒト癌細胞におけるウロキナーゼ型プラスミノーゲン・アクチベータ-(uPA)及びuPAレセプター(uPAR)の発現及び局在について検討する前に、各種の培養癌細胞におけるuPAの産生を検討するため、以下のヒト培養癌細胞の培養上清及びcell lysateを収集した。(Clin. Exp. Metastasis, 1995, in press)
松果体における内分泌性光受容細胞の光応答特性とシナプス結合に関する研究

松果体において、メラトニンを分泌している内分泌性細胞の指標として、メラトニンの前駆物質であるセロトニンがよく用いられている。本実験でも抗セロトニン抗体を用いて、内分泌性光受容細胞の同定を行った。実験材料には電気生理学的、免疫組織化学的研究においてこれまで実績のあるカワヤツメを用いた。1.内分泌性光受容細胞の形態免疫反応をFITC標識二次抗体を用いて可視化し、共焦点レーザー顕微鏡で観察した。その結果、(1)セロトニン腸性細胞は長い基底突起を有しており、多くの細胞が松果体の最基底部で34本に分岐していた。そして、各々の分岐が神経網を形成していた。(2)一部の腸性細胞において、比較的短い突起が神経節細胞(または介在ニューロン)に接触していることが確認された。(3)既に報告されている一次感覚性光受容細胞も長い突起を持っているが、トレーサーとの二重標識法によって、一次感覚性松果体光受容細胞はセロトニン陰性であることが確認された。(4)副松果体の内分泌性光受容細胞に、中枢からの遠心性神経線維がシナプス結合している可能性が示された。現在、これらの神経網や結合部位について電子顕微鏡レベルでの検討を始めている。(5)セロトニン陽性細胞は、松果体終末嚢において、中央部の陥入部に特に多くみられるが、その周辺部は終末嚢の他の部位に較べ数が少ない。セロトニン陽性細胞の分布には局在性が見られる。2.内分泌性光受容細胞の光応答現在の所、典型的な光受容細胞と思われる細胞からの光応答しか記録されていない。前述した組織学的な実験結果より、内分泌性光受容細胞の局在部位が明かとなったので、今後この結果を参考にして実験を進めていく。
密集配置をした小形垂直軸風車のウインドファームに関する数値流体力学解析と風洞実験

米国の研究者らによって、高いアスペクト比(H/D)を持った小形垂直軸風車を密に配置することによって、単位面積当たりの発電出力が大形ウインドファーム以上に高くなる可能性が示されている。本研究では、一般的な低いアスペクト比(H/D = 0.868)のミニチュア・バタフライ風車を対象として、数値流体力学解析(CFD)と風洞実験によって、小形風車の密集配置の仕方による出力の違いと後流の挙動を調べ、最適な風車配置に関する知見を得ること、さらには小形風車の密集配置の有効性を明らかにすることを目的としている。平成30年度は、ロータ直径D = 50 mm、ロータ高さH = 43.4 mm、翼弦長20 mm、翼型NACA 0018、翼数3枚のミニチュア・バタフライ風車を3Dプリンターによって製作した。このミニチュア風車のトルク特性を風洞実験によって計測した。このミニチュア風車を2つ並べて、その間隔(gap)と主流方向に対する風車ペアの向きを任意に変更可能な装置を設計・試作した。数値解析としては、本年度は風車ペアが主流と垂直な方向に離れた設置状態を対象として2次元CFDを実施した。この場合、2つの風車が同方向に回転するCO状態(Co-rotating)と、互いに反対方向に回転し、風車間の流れが風車の翼の移動方向と同じとなるCD状態(Counter-Down)および風車間の流れが翼の移動方向と逆向きとなるCU状態(Counter-Up)がある。この3つの状態において、gapが10、15、25、50、100、200 mmとなる6ケースについて解析を行った。CFD解析結果として、大局的に見て、CD > CO > CUの順で出力が向上することが分かった。また、もし2方向の風向が支配的であり、その風速が均等であると仮定した場合には、gap/D = 1.0のCO状態が最良となる可能性が示された。ミニチュア風車の製作は、設計を鳥取大学が行い、3Dプリンターによる造形を香川高専が担当した。直径50mmの小さな風車モデルであるため、当初は苦労したが、何度かの試行の後、ほぼ同等の特性を持つ複数の風車モデルの製作に成功している。風車単体のトルク計測は鳥取大学が実施し、複数の風車を用いる風洞実験装置の設計・製作は香川高専が行った。当初計画にはなかったが、2つの風車の間隔(gap)を任意にかつ精度良く設定できる方法(スライド式)を香川高専が見出し、次年度以降に実施予定の風洞実験において、後流の影響を高い精度で計測する準備が整った。CFD解析は、市販のソフトウェアであるSTAR-CCM+を使用し、最近組み込まれた2次元の剛体運動予測モデルを利用して、複数風車の動的相互作用の計算実行を可能とした。このモデルでは、流れ場の計算と同時に風車の運動方程式も解くため、風車モデルは、計算の時間進行に伴い回転数が変化する。単体の風車モデルの予備的CFD解析によって、トルク特性を予測し、その最大出力状態から風車モデルの回転数に対応した負荷トルクを決定した。また、計算格子には、オーバーセットメッシュ(重合格子)を採用し、2つの風車ロータの密接配置を計算可能とした。ただし、2次元計算であるにも関わらず、動的な相互作用の計算であるため、回転状態がある程度一定の状態に収束するまでに、かなりの計算時間を要することが判明した。そのため、申請時に計画していた初年度の2次元計算におけるマルチペア配置の計算までは実施できず、1ペア配置についても、基本的な3状態(CO, CD, CU)の計算を実施するに留まった。香川高専の風洞を用いた1ペアの風洞実験は、初年度に2次元CFDで計算した基本的な3状態(CO, CD, CU)の実験から実施する。その後に、2つの風車を主流と平行になるように並べたタンデム配置により、上流風車の後流に入った風車の回転状態(出力状態)のgap依存性を調べる。初年度に香川高専が開発したスライド式の風車設定装置を使用し、最大gapとして500mmまでのタンデム配置を計測する。なお、タンデム配置では2つの風車が同じ方向に回転する場合(TCO状態)と互いに逆方向に回転する場合(TIR状態)があるので、この2つのケースそれぞれについて実験を行う。以上の実験結果に基づいて、代表的なgapの値を決定し、その特定のgapを持った1ペアの風車を初年度に製作した回転ステージに搭載して、主流に対する風車の配置方向を細かく変え、1ペア風車特性の風向依存性を計測する。CFD解析については、上記実験のタンデム配置と同様な2次元配置において、同方向回転(TCO)と逆方向回転(TIR)の2ケースで剛体運動予測モデルを用いた計算を行う。なお、これまでの経験から、初期状態を最終の収束状態に近づけて設定できれば、ある程度の時間短縮ができるため、収束状態が予想できる計算ケースについては、できるだけ初期回転数の設定を予測値に近くなるようにする。タンデム配置の解析が終了した後に、回転ステージを用いた風洞実験の結果を参照し、それと同等の条件で、1ペアの風向依存性のCFD解析を実施する。第2年度は、風洞実験が先行する形となるが、風洞実験とCFD解析の結果を比較して、両者において同様の傾向が得られることを示すことが目標である。また、国内外での成果発表を実施する予定である。