hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サブテラヘルツ帯を用いた光通信速度を有する無線システム(Wi-FOS)の研究

本研究では、有線通信と無線通信の境界をなくす究極の技術目標を掲げ,通信距離を犠牲とすることなく無線通信の伝送速度を光通信の伝送速度まで引き上げる(Wi-FOS: Wireless with Fiber-Optic Speed)の実現を目指している。Wi-FOSでは,光通信と同じ伝送速度で互換インタフェースを用いることにより,光通信とシームレスな接続を行う。Wi-FOSの実現に向け、具体的な研究課題として、1連続時間系の機能シミュレーション、2連続時間高速同期検波回路の研究、3連続時間高速FIRフィルタの研究に取り組む。初年度である平成30年度では,Wi-FOS実現のための中心技術となるテラヘルツCMOS集積回路の研究を遂行するための電磁界シミュレーション及び高周波回路シミュレーション環境の構築を行った。機能シミュレーションにおいては、受信回路に用いられるキャリア信号復調のためのコスタスループと高速FIRフィルタ用複素帰還回路の性能検証を実施した。高速同期検波の研究においては、40GHzを中心とする変調信号に対するキャリアトラッキング回路の設計を行うとともに、同期検波回路に必要となる発振回路の高性能化の検討、設計、試作を行った。高速FIRフィルタの研究においては、複素フィルタを用いた連続時間高速FIRフィルタの文献調査とアーキテクチャの検討を行った。そのほかには、Wi-FOSを実現するための送受信機回路の要素回路となる増幅回路の高性能化の検討および、テラヘルツ回路の精密評価手法の検討を行った。さらに、Wi-FOS実現のために必要となる光インタフェースの動向調査と接続可能性についての検討を行った。テラヘルツCMOS受信回路において、300GHz帯信号をミリ波帯の40GHz±20GHzの周波数にダウンコンバートし、コスタスループによるキャリアトラッキングをすることにより、ディジタル信号を復調可能であることを確認した。さらに、コスタスループを含むテラヘルツCMOS受信回路の設計と試作を行った。また、今後設計予定のテラヘルツCMOS送受信回路の高性能化に向け、必要となる要素回路についての設計と、一部回路の試作・評価を行った。まず、増幅回路の帰還回路の理論検討を行い,帰還回路が雑音特性に与える影響について理論式を得た.これにより、帰還回路によりトランジスタ固有の最小雑音指数よりもさらに雑音指数を下げることが可能となる理論的示唆を得た。また、低雑音増幅回路を多段接続する場合、後段の増幅回路のインピーダンス整合回路を前段よりも先行して決定することにより増幅回路全体の雑音指数を低減する設計手法を明らかにした。さらに、増幅回路のインピーダンス整合回路にバンドパスフィルタ理論を応用することにより広帯域で平坦な周波数特性を得る設計手法を見出した。また、発振回路においては、テラヘルツ送受信機の低電力化に向け,発振回路を低電圧動作させることで消費電力を低減できることを確認した.また位相同期回路(PLL)に用いられる注入同期型分周回路(ILFD)において,パルス変調された信号を注入することで従来よりもはるかに大きな分周比で動作する分周回路を試作評価によって確認した.これによりPLLの消費電力を削減できる可能性を得た。発振回路では、Q値を高くし狭帯域とするととともに、ループを形成する増幅段の雑音指数の低減することが低位相雑音化につながることを示した。テラヘルツ要素回路の精密評価のために、尖った導体による電磁界増強現象を利用して非接触でチップに信号を出し入れする可能性についてドイツのPTBと予備的検討をおこなった.本研究課題2年目となる本年度は初年度に試作した高速アナログキャリアトラッキング回路付きの300GHz帯CMOS受信機の評価を行う。また、テラヘルツ送受信機に用いられる増幅器とミキサーのノイズ性能の理論限界とそれを実現する方法について考察を進める。これにより、テラヘルツ受信システムの設計指針を明らかにする.また、初年度に機能シミュレーションを実施したテラヘルツ送信機用高速CMOS FIRフィルタの設計を行う。また、テラヘルツ送受信回路の低消費電力化を進めるために、発振器の周波数帯及び周波数逓倍プランの最適化した回路設計を行うことにより、テラヘルツ信号源の低電圧化の検討を行う。送受信回路の高性能化に向けては、信号源の低雑音化が不可欠となるため,PLLのアーキテクチャや要素回路において,基準周波数の信号生成する水晶発振器の由来の雑音を抑えるための回路構成や水晶振動子の選び方などについて検討を行う.また、増幅回路の高性能化に向け、伝送線路を利用したトランス設計を検討する。さらに、回路設計において評価が重要になることから、非接触デバイス評価のための電磁界増強とエバネッセント場の利用について引き続き検討する.本研究では、有線通信と無線通信の境界をなくす究極の技術目標を掲げ,通信距離を犠牲とすることなく無線通信の伝送速度を光通信の伝送速度まで引き上げる(Wi-FOS: Wireless with Fiber-Optic Speed)の実現を目指している。

高速FIRフィルタの研究においては、複素フィルタを用いた連続時間高速FIRフィルタの文献調査とアーキテクチャの検討を行った。そのほかには、Wi-FOSを実現するための送受信機回路の要素回路となる増幅回路の高性能化の検討および、テラヘルツ回路の精密評価手法の検討を行った。さらに、Wi-FOS実現のために必要となる光インタフェースの動向調査と接続可能性についての検討を行った。テラヘルツCMOS受信回路において、300GHz帯信号をミリ波帯の40GHz±20GHzの周波数にダウンコンバートし、コスタスループによるキャリアトラッキングをすることにより、ディジタル信号を復調可能であることを確認した。さらに、コスタスループを含むテラヘルツCMOS受信回路の設計と試作を行った。また、今後設計予定のテラヘルツCMOS送受信回路の高性能化に向け、必要となる要素回路についての設計と、一部回路の試作・評価を行った。まず、増幅回路の帰還回路の理論検討を行い,帰還回路が雑音特性に与える影響について理論式を得た.これにより、帰還回路によりトランジスタ固有の最小雑音指数よりもさらに雑音指数を下げることが可能となる理論的示唆を得た。また、低雑音増幅回路を多段接続する場合、後段の増幅回路のインピーダンス整合回路を前段よりも先行して決定することにより増幅回路全体の雑音指数を低減する設計手法を明らかにした。さらに、増幅回路のインピーダンス整合回路にバンドパスフィルタ理論を応用することにより広帯域で平坦な周波数特性を得る設計手法を見出した。また、発振回路においては、テラヘルツ送受信機の低電力化に向け,発振回路を低電圧動作させることで消費電力を低減できることを確認した.また位相同期回路(PLL)に用いられる注入同期型分周回路(ILFD)において,パルス変調された信号を注入することで従来よりもはるかに大きな分周比で動作する分周回路を試作評価によって確認した.これによりPLLの消費電力を削減できる可能性を得た。発振回路では、Q値を高くし狭帯域とするととともに、ループを形成する増幅段の雑音指数の低減することが低位相雑音化につながることを示した。テラヘルツ要素回路の精密評価のために、尖った導体による電磁界増強現象を利用して非接触でチップに信号を出し入れする可能性についてドイツのPTBと予備的検討をおこなった.本研究課題2年目となる本年度は初年度に試作した高速アナログキャリアトラッキング回路付きの300GHz帯CMOS受信機の評価を行う。また、テラヘルツ送受信機に用いられる増幅器とミキサーのノイズ性能の理論限界とそれを実現する方法について考察を進める。
動的視覚環境での人間の知覚・行動特性に関するバーチャルリアリティ実験

自分の位置や移動に関する情報は人間の知覚の枠組みを決定している.しかし,実験統制の難しさゆえにそのメカニズム解明のための研究はすすんでいない.本研究では最先端のバーチャル・リアリティ装置を駆使することによって厳密に実験統制を行ない,この問題にアプローチした.まず,自己運動情報が物体認識に与える影響を検討した.物体の見えは自己運動(視点移動)によって時々刻々変化し,遮蔽等により見えない部分が発生するにもかかわらず,我々は容易に当該物体を認識できる.こうした日常経験は「自己運動に合わせて内部表現をアップデートさせる」という補正メカニズムの存在を示唆する.この仮説を検証すべく,頭部装着型視覚刺激呈示装置及び頭部位置検出システムを用いて,観察者の実際の動きに合わせて物体の見えを制御し,実験を行った.その結果,観察者の自己運動による視点変換は,物体自身を回転させることによる視点変換よりも物体認識を向上させることが認められた.その後の詳細な検討によって,観察者が実際に動かなくても,視点変換に関する動的視覚情報が与えられれば物体認識が向上することがわかった.本実験の成果は国際論文誌に投稿し,現在審査中である.次に,視覚的自己運動情報が聴覚的物体運動知覚に及ぼす影響を検討した.自己運動時には,外部対象は相対的に運動する.自己運動時に安定した世界を知覚するためには,この自己の動き由来の運動刺激と外部対象自体の動きを区別する必要がある.本実験はその聴覚メカニズムを明らかにするためのものであった.その結果,与えられた自己運動方向と逆方向に運動する聴覚対象に対する感受性が低下するグループと自己運動方向と順方向に運動する聴覚対象に対する感受性が低下するグループが認められた.これはおそらく受聴者が判断に用いた基準座標系の相違によるものと考えられた.この点を統制した検討を現在もすすめている.観察者の身体全体をすっぽりと覆うようなバーチャルリアリティ装置は非常に没入感が高く,動的視覚環境を構築すると,強烈な自己身体全体の移動感覚が惹起される(この際の視覚刺激を視覚性自己運動情報と呼ぶ).この感覚が惹き起されると,実際には観察者は静止しているにもかかわらず,静止時とは全く異なる情報処理が行なわれる.例えば,見かけの自己運動方向や速度に応じた視覚情報処理(時間順序処理や奥行き処理)や運動制御(不随意眼球運動)が行なわれる(寺本ら,2004;Teramoto et al.,2004).本研究では,視覚性自己運動情報が影響を及ぼす感覚モダリティや運動制御段階を特定するための2つの実験を行なった.第一の実験では,視覚性自己運動情報が聴覚情報処理に及ぼす影響を検討した.その結果,見かけの自己運動方向が聴覚的な知覚時間順序決定機構にも影響を及ぼすことが明らかになった.また,観察者を実際に移動させた際にも同様の現象が認められることから,バーチャルリアリティ装置によるアーチファクトではないことも明らかになった.ただし,聴覚情報処理のどの段階が視覚性自己運動情報の影響を受けているかについては,今後検討していく必要がある.第二の実験では,視覚性自己運動情報が随意眼球運動(サッカード)による視覚対象の定位に及ぼす影響を検討した.その結果,本実験で用いたサッカード課題には影響を及ぼさないことがわかった.本実験で用いた課題は,網膜中心座標系または頭部中心座標系を用いて行なわれるサッカードと考えられ,このような感覚座標から運動座標への変換過程に対しては視覚性自己運動情報は影響を及ぼさない可能性が示された.自己身体の位置や動きに関する情報は,筋骨格系,前庭系,視覚系などの様々な感覚系によって与えられ,我々の知覚や運動制御の基本的枠組みを決定している.例えば,外部対象に対して定位・運動を行う場合には自分は今どちらを向いているのかという情報は必然的に必要になり,自分が動いている場合にはその自己の動きに最適な情報処理が行なわれる.しかし,従来その詳細なメカニズムは明らかにされていない.空間移動時のよりリーズナブルな情報呈示技術やそれに関わる教育・訓練技術の開発のためには,その基礎となる人間の自己運動時の外部空間把握メカニズム解明する必要がある.第一の実験では視覚的自己運動情報が聴覚的物体運動知覚に及ぼす影響を検討した.自己運動時にはその運動に伴って外受容器上の多くの対象が相対的に運動する.しかし,生体は自己の動きによって生じた運動と外部対象自体の動きによって生じた運動を上手く区別している.この現象に関する聴覚的メカニズムを明らかにすべくバーチャルリアリティ装置及び回転椅子を用いて実験を行った.その結果,与えられた自己運動方向と逆方向に運動する聴覚対象を素早く正確に検出することが認められた.これは自己運動方向に依存した聴覚運動検出メカニズムが存在することを意味する.第二の実験では自己運動情報が物体認識に与える影響を検討した.従来物体認識は自己身体運動とは独立な処理過程と考えられ,その相互作用に関してはほとんど研究されていない.しかし,物体の見えは自己運動によつて時々刻々変化するにもかかわらず,我々は容易に当該物体を認識できる.これは自己運動に合わせた補正メカニズムによるものと考えられる.このメカニズムを明らかにすべく実験を行った,その結果,自己運動に合わせた効率のよい物体認識メカニズムを示すデータが得られた.自分の位置や移動に関する情報は人間の知覚の枠組みを決定している.しかし,実験統制の難しさゆえにそのメカニズム解明のための研究はすすんでいない.本研究では最先端のバーチャル・リアリティ装置を駆使することによって厳密に実験統制を行ない,この問題にアプローチした.まず,自己運動情報が物体認識に与える影響を検討した.

物体の見えは自己運動(視点移動)によって時々刻々変化し,遮蔽等により見えない部分が発生するにもかかわらず,我々は容易に当該物体を認識できる.こうした日常経験は「自己運動に合わせて内部表現をアップデートさせる」という補正メカニズムの存在を示唆する.この仮説を検証すべく,頭部装着型視覚刺激呈示装置及び頭部位置検出システムを用いて,観察者の実際の動きに合わせて物体の見えを制御し,実験を行った.その結果,観察者の自己運動による視点変換は,物体自身を回転させることによる視点変換よりも物体認識を向上させることが認められた.その後の詳細な検討によって,観察者が実際に動かなくても,視点変換に関する動的視覚情報が与えられれば物体認識が向上することがわかった.本実験の成果は国際論文誌に投稿し,現在審査中である.次に,視覚的自己運動情報が聴覚的物体運動知覚に及ぼす影響を検討した.自己運動時には,外部対象は相対的に運動する.自己運動時に安定した世界を知覚するためには,この自己の動き由来の運動刺激と外部対象自体の動きを区別する必要がある.本実験はその聴覚メカニズムを明らかにするためのものであった.その結果,与えられた自己運動方向と逆方向に運動する聴覚対象に対する感受性が低下するグループと自己運動方向と順方向に運動する聴覚対象に対する感受性が低下するグループが認められた.これはおそらく受聴者が判断に用いた基準座標系の相違によるものと考えられた.この点を統制した検討を現在もすすめている.
新規コアクチベーターによる転写過程の包括的調節機構の解析

組換え体NF複合体をバキュロウイルスで作製し、試験管内転写因子で転写活性化能を検討した。NF45/90およびNF45/NF11複合体は、それぞれ転写を上昇させたが、NF45/NF11複合体の活性が高かった。両複合体とも転写活性化因子のない状態(基本転写)および転写活性化因子の存在する状態、どちらの場合も転写活性を上げた。転写活性化の機序を明らかにするために、ビーズに固定化した鋳型で転写を行い、基本転写装置内の各因子の挙動を検討すると、TFIIBとTFIIDのプロモーターへの結合の安定化が認められた。GSTプルダウンアッセイでは、NF90およびNF110がTFIIB、TFIID、TFIIHと結合することが明らかとなったことより、NF複合体は、基本転写因子との相互作用によってその結合を安定化させ、転写活性を上げることが示唆された。また、クロマチン免疫沈降法にてNF複合体の細胞内での挙動を調べた。NF複合体は、c-fos遺伝子を刺激する前には、c-fos遺伝子の上流領域に結合していた。C-fos遺伝子を活性すると、NF複合体はc-fos遺伝子の上流領域のみならず、遺伝子のコード領域にも局在することがわかった。この遺伝子内の局在は、RNAポリメラーゼIIと同じ部位に、同様の経時的変化を示し、RNAポリメラーゼIIとNF複合体が一緒に挙動することが分かった。また、NF複合体を細胞より精製すると、幾つかのタンパク質以外にRNAが結合していた。このRNAには低分子のものと、比較的高分子のものがあった。高分子のものはNF90/110の二本鎖RNA結合領域に変異を導入しても認められたため、二本鎖RNA結合領域以外で結合することが示唆された。NF複合体のin vivoでの機能解析を行うため、siRNAにてNF90/110のノックダウンを行った。3種類のsiRNAを検討した結果、この中の2種類のsiRNAでNF90/110の発現低下が見られることが、抗NF90によって確認できた。この時、NF45の発現も同時に低下し、NF45、NF90/110は複合体形成によって安定化していることが推測された。この条件下では、血清によるc-fos mRNAの発現誘導が低下しており、c-fos遺伝子誘導でのNF複合体の関与が明らかになった。c-fos遺伝子のプロモーターにルシフェラーゼをレポーターとしてつないだ系で解析を行うと、NF複合体の遺伝子を導入するとルシフェラーゼ活性が上昇し、NF複合体がc-fos遺伝子発現へ関与することが確認できた。興味深いことに、Ga14-VP16によって活性化するレポーター遺伝子にはNF複合体はまったく影響を与えず、NF複合体の作用にはプロモーター特異性があることが分かった。また、NF90およびNF110に変異を入れ二本鎖RNA結合能を低下させると、転写活性化能が著しく低下し、二本鎖RNA結合ドメインのRNA結合が何らかの形でc-fos遺伝子の発現を制御していることが示唆された。NF45、NF90ないしはNF110にFLAGエピトープをつけ、これらの遺伝子を安定に発現するHeLa細胞株を樹立した。外来生のNF45、NF90ないしはNF110は内因性の各遺伝子とほぼ同じレベルで発現した。また、HeLa細胞株由来の抽出液を解析すると、導入したNF45、NF90ないしはNF110は内因性のものと同ように、核と細胞質に分布した。M2アガロースにて精製をすると、NF複合体には多くのタンパク質が結合していることが分かった。
内視鏡を用いた自閉スペクトラム症の腸内菌細菌叢を明らかにすることによる病態解明

消化管には、100兆個を超える腸内細菌があり脳や行動に影響を与えている。腸脳相関は、腸内細菌が産出する代謝産物や神経伝達物質により、神経伝達系の障害を起こしていると考えられているが明らかになっていない。我々は腸内相関と関連が報告されている自閉スペクトラム症(ASD)に注目した。ASDは幼児期に発症する未解明な疾患で、治療法がなく症状は一生涯続く。ASDの病態解明を、腸内細菌叢に注目して行い、治療法の可能性を探る。
厳密繰り込み群による非繰り込み定理の導出

本研究では、厳密繰り込み群によって場の理論を定式化し、非繰り込み定理として知られる種々の結果をオペレーター間の関係式として厳密に導くことを目指した。QEDにおけるaxial anomalyをゲージ固定パラメターに依存しないゲージ不変なオペレーターの間の関係式として表すことにより、1-loopのaxial anomalyが2-loop以上の繰り込みの補正をうけないことを厳密に示すことができた。これはA. Zeeによって1970年代に得られた導出を精密化かつ一般化するものである。1.厳密繰り込み群を使ったアノマリーの非繰り込み性の研究-ゲージ理論のゲージ・アノマリーを厳密繰り込み群(ERG)と反場形式を使って,定式化した.ERGを使ってのアノマリーの非繰り込み性を証明は,本研究の目的の一つであるが,今年度は完全な証明を得るには至らなかった.とはいえ,最終的にどういう形で非繰り込み性が表せるかについて解析した結果,非摂動的なアノマリーの形を具体的に予想することができた.最終目的に一歩近づいたといえる.本研究は,新潟大学の伊藤克美,五十嵐尤二および佐藤雅尚との共同研究である.研究成果は,Progress of Theoretical Physicsに掲載される予定である.ここで得られた予想の検証は次年度の研究テーマとなる2.相構造の摂動的な解析-3次元の場の理論の利点は,ERGを摂動的に使うことにより,非摂動的な物理を解明できることがあることである.この研究の対象は,3次元空間で定義されるYukawa模型で,フェルミオンの数に応じて超対称性模型やO(N)不変なGross-Neveu模型と同じ不変類に属する興味深い模型である.Yukawa模型の相構造をERGを使って解析した.特にパラメターの繰り込み群の流れを摂動的に求めることにより,理論の相構造を導いた.超対称性を持つ繰り込み群の不動点があることを示した.これはemergent supersymmetryの例である.さらに当初予想していなかったことであるが,この模型には,N-vector模型と同じような1次相転移の可能性があることが分かった.この結果は,数値的な非摂動計算によって、検証するに値する.今後の課題としたい.研究結果はarXiv:1102.3974[hep-th]に論文としてまとめた.今年度は,以下の3つの問題に取り組んだ,1.厳密繰り込み群を使った普遍性の証明---本研究の目的は,厳密繰り込み群の定式化を使うことにより,QEDのaxial anomalyそのほかめ非繰り込み性を証明することである.そのためにもこの定式化の普遍性を理解することは重要である.厳密繰り込み群の定式化はカットオフ関数の選択に依存するが,物理現象は,その選択によらないはずで,ここでいう普遍性はそのことをさす.もっとも簡単な実スカラー場(3次元ユークリッド空間)の理論は,有名なWllson-Fisherの不動点を持つが,その臨界指数(特に場の異常次元)がカットオフ関数の選択によらないことを証明した.(正確に言うと,以前得られていた未発表の証明をさらに簡素化にすることに成功した,)成果は近く論文にまとめたい.2.厳密繰り込み群を使った臨界指数の計算---実際に厳密繰り込み群を使って,臨界指数を計算する場合,どうしても近似が必要になる,その近似が上で証明された普遍性を破ってしまう。したがって近似計算で得られる臨界指数はカットオフ関数の選択に少なからず依存してしまう。ところが近似の精度をあげれば,依存性も小さくなることが期待される.通常使われる微分展開のかわりに,ループ展開による近似計算を行った,場と質量それぞれの異常次元を2次まで計算した,質量の異常次元については,実際に1次の計算より依存性が小さくなることを確認できた,(場の異常次元は1時ではゼロになるので,比較できない。)この成果も近く論文にまとめたい.3.厳密繰り込み群を使ったQED axial anomalyの非繰り込み定理の証明--本研究で主な対象とするのは,QEDおよび超対称QEDにおける非繰り込み定理である.QEDにおけるaxial anomalyの非繰り込み性を考察した.axial anomalyの等式は,いくつかのcomposite operators(axialカレントや運動方程式のオペレータなど)の間の関係式だが,それぞれのcomposite operatorが明確に定義されていなければ,関係式に現れる係数は定まらない.composite operatorはBRST不変性によってある程度制限されるが,規格化の不定性を取り除くには,ゲージ固定パラメタへの独立性を要求しなければならない.composite operatorのゲージ固定パラメタへの依存性を表す式を模索しているが,解決にはもう少し時間がかかりそうである,本研究は厳密繰り込み群の定式化を使って、二つのタイプの非繰り込み定理を証明することを目的に行った.ひとつは,カイラルゲージ理論におけるゲージアノマリーの非繰り込みであり、もう一つは超対称ゲージ理論における運動項の非繰り込みである.

その準備として、QEDにおけるaxial anomalyの非繰り込みに対するAdler-Bardeenの定理を厳密繰り込み群を使って証明することを始めたが、最終的には、これを成し遂げたところで時間切れとなってしまった.この研究で得られた成果は、2012年9月にAussois, Franceで開かれたExactRenormalization Group2012で口頭発表した.論文は現在作成中である.この研究によって、U(1)ゲージ理論におけるゲージ不変なオペレータの概念を精密化し,オペレータがゲージ固定パラメターに依存しないための条件式を導いた.これはGreen関数に対するKhalatnikov-Landauの関係式を一般化する式である.この結果、axial anomalyをゲージ不変で、ゲージ固定パラメターに依存せず,かつ異常スケール次元のないオペレータの間の等式として定式化することを得た.これはAnthony Zeeによるaxial anomalyの「導出」を精密化するものである.今回は、当初の目的は果たせなかったが、目的を果たすための取っ掛かりは得られたと考える.QEDにおいてcomposite operatorsがゲージ固定パラメターにどう依存するかという問題が,思った以上に難しかった.24年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究方針に問題はない.研究時間の確保が最大の課題である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
バルーンカテーテルを用いた脳動脈血流一時遮断の安全性の確立に関する研究

Balloon catheterを利用した手術中のtemporary occlusionの安全性に関して、主にballoon周囲の血栓形成の有無という見地から実験的検討を行った。血流遮断中に親カテーテルからヘパリン加生理食塩水を注入し、balloonの近位部を局所的にヘパリン化することでballoon inflation中の血栓形成を予防した。ヘパリンを20IU/hrの速度で注入した場合には、5分のinflation timeでは血栓形成は起こらないが10分では4例中3例、15分では3例中2例で、30分では全ての例でballoonへの血栓の付着が認められた。また250IU/hrの速度で注入した場合には、inflation timeが10分では血栓の付着は認められないが、15分では4例中3例、30分では3例中2例に血栓の付着が認められた。500IU/hrの速度でヘパリンを注入した場合には、10分、15分のinflation timeでは血栓の付着は認められないが、30分では5例中2例でballoonへの血栓の付着が認められた。末梢血液の凝固時間、APTT、ヘパリン濃度を測定すると500IU/hrの速度でヘパリンを30分間投与した場合は若干抗凝固性が亢進するが、15分以内では凝固系への影響は少なかった。Ballonをinflateした部位の血管壁の組織学的検討を行った14例中5例に、内皮細胞の部分的な脱落と壁在血栓を認めた。ただしヘパリン注入速度やinflation time、およびballoonへの血栓の付着の有無との走間は認められなかった。従って、ヘパリンを500IU/hrの速度で注入しinflation time(遮断時間)を15分以内とすれば、balloon catheter周囲に血栓形成を起こさずに、しかも末梢血の抗凝固性を亢進させずにballoonによる一時血流遮断が行えることが示唆された。ただし、balloonのinflationは血流を遮断するのに最低必要な容量とし、over-inflationによる内膜損傷に注意することが重要と考えられた。
3次元地下探査レーダー画像再構成法の開発

本研究は、地下埋設物のレーダー探査を対象とし、以下の特徴を有する信号処理法の開発を目的とした。(1)限られた観測方向のデータから3次元の物体像が再構成できること(2)レーダー波長と同程度の大きさの物体の超高解像度な形状推定ができること(3)不要散乱波や媒質の不均質性等の強い擾乱に対して安定な推定が行えること(4)探査する地表の平坦性を必要としないこと本研究では不均質媒質中に存在する任意の材質および形状の物体による電波の散乱現象を忠実にモデル化し、これと観測信号を比較する手法により問題の本質的な解決を図り、信号に含まれる情報と先験的情報を最大限に活用して、高精度と安定性を両立させた推定を行う手法を採用した。また、雑音中の微弱な信号を抽出するため、地下探査レーダー画像に固有の特徴を利用した雑音抑制手法を開発し、耐雑音特性の向上を図った。まず11年度には、媒質の分散性を考慮して散乱波の伝播を模擬し、物体の形状をモデルとの比較に基づき反復改良により高分解能に推定する手法を開発した。本手法の中核をなすのは与えたモデルからの散乱波を高速に推定するアルゴリズムであり、これにはエッジ回折波を含むように拡張したレイトレーシング法を開発した。この手法を3次元に拡張するため、レイチューブの概念を導入して任意形状の面積要素からの散乱波と、その不均質媒質中の伝播を取り扱うアルゴリズムの検討と開発を進めた。続く12年度には、地下探査レーダー画像が双曲線上のパターンを持つことを利用し、雑音に埋もれた信号より、初期値推定に用いる目標物体情報を抽出するための非パラメトリック雑音除去アルゴリズムの開発を行った。特に地下探査レーダー信号に特化した放物型ウェーブレットを用いた手法について、その構成法や特性を研究して実装し、2次元フーリエ変換を利用した高速化を実現した。さらに、これを基本波形とする再帰的非直交分解により画像の特徴を抽出すると同時に雑音を抑圧するアルゴリズムを開発した。13年度には、これらのアルゴリズムを統合し、その性能を数値実験により定量的に評価し、これが実用性能を持つことを検証した。さらに、流星ヘッドエコー観測や宇宙プラズマ中の波動観測など、地下探査以外の各種レーダーや電波到来方向推定問題にも同一の原理を応用し、その有効性を示して、本研究で開発した手法の一般性を確立した。本研究では、地下埋設物のレーダー探査を対象とし、以下の特徴を有する信号処理法を開発することを目的とする。(1)限られた観測方向のデータから3次元の物体像が再構成できること(2)レーダー波長と同程度の大きさの物体の超高解像度な形状推定ができること(3)不要散乱波や媒質の不均質性等の強い擾乱に対して安定な推定が行えること(4)探査する地表の平坦性を必要としないこと本年度は、本研究で開発するアルゴリズムの基礎をなす以下の3分野の技術の開発・検討を行った。1.不均質媒質中の3次元物体による散乱電波のレイトレーシング表現(笠原)本手法の中核をなすのは与えたモデルからの散乱波を高速に推定するアルゴリズムであり、これにはエッジ回折波を含むように拡張したレイトレーシング法を開発し用いてきた。

この手法を3次元に拡張するため、レイチューブの概念を導入して任意形状の面積要素からの散乱波と、その不均質媒質中の伝搬を取り扱うアルゴリズムの検討と開発を進めた。2.3次元視野における主要散乱中心の把握による初期推定(佐藤)非線形反復良法で良好な解を得るためには初期値を適当に与えることが重要である。これを実現するため、対象とする視野に含まれる主要な散乱中心を抽出し、それらの位置関係や散乱特性を高速に把握する各種アルゴリズムの比較検討と改良を進めた。3.反復改良アルゴリズムの特性解析ならびに実験準備(佐藤、笠原)従来の2次元形状推定に比べ、3次元推定のおいてはモデルパラメータ数が飛躍的に増大する。従って反復アルゴリズムの性能がより重要となる。初期値周辺の収束に問題がある場合も想定し、ニューラルネットなどの高次元データに対する最適化手法を比較検討した。本研究では、地下埋設物のレーダー探査を対象とし、以下の特徴を有する信号処理法を開発することを目的とする。(1)限られた観測方向のデータから3次元の物体像が再構成できること(2)レーダー波長と同程度の大きさの物体の超高解像度な形状推定ができること(3)不要散乱波や媒質の不均質性等の強い擾乱に対して安定な推定が行えること(4)探査する地表の平坦性を必要としないこと本年度は、昨年度に引き続き、以下の3分野の技術の開発・検討を行った。1.3次元拡張電波到来方向推定アルゴリズムの構築(笠原)3次元物体については、エッジ回折波ならびにコーナー散乱波が存在するため複数の到来波を同時に推定する手法の開発が必要である。このため、波源分布がガウス分布に従うことを仮定し、複数の到来電磁波の伝搬ベクトルを正確に推定する手法を開発した。2.物体像検出アルゴリズムの開発(佐藤)雑音に埋もれた信号より、初期値推定に用いる目標物体情報を抽出するための非パラメトリック雑音除去アルゴリズムの開発を行った。特に地下探査レーダー信号に特化した放物型ウェーブレットを用いた手法について、その構成法や特性を研究して実装し、さらに2次元フーリエ変換を利用した高速化を実現した。3.土槽実験設備の構築(佐藤、笠原)3次元各種形状の散乱体を、誘電率および減衰率の異なる多層構造媒質中に正確に設置した模擬実験設備(約2m×1m×1m)を制作した。これに砂および電波吸収材などを充填し、上面を小型レーダーで走査してデータを取得する実験を開始した。データはインターフェースカードを介してデータ取得用ワークステーションに取得し、拡張ディスク装置に記録する。(1)限られた観測方向のデータから3次元の物体像が再構成できること(2)レーダー波長と同程度の大きさの物体の超高解像度な形状推定ができること(3)不要散乱波や媒質の不均質性等の強い擾乱に対して安定な推定が行えること(4)探査する地表の平坦性を必要としないこと最終年度である本年度は、以下の分野の技術の開発・検討を行った。1. 3次元拡張電波到来方向推定アルゴリズムの改良(笠原)波源分布がガウス分布に従うことを仮定し、複数の到来電磁波の伝搬ベクトルを正確に推定する手法を開発したきた。
視覚・聴覚・触覚による共同注意に関する発達的研究―健常児・視覚障害児を対象にして

同じ対象への注意を他者と共有することを「共同注意(joint attention)」という。共同注意研究に関して,先行研究では「同じ対象を見る」という視覚的な共同注意のみが扱われており、聴覚や触覚などの感覚モダリティによる共同注意が看過されてきたことを踏まえ、本研究では視覚モダリティを越えた視点から共同注意について明らかにすることを目的とした。国立特殊教育総合研究所などの協力を得、視覚障害を持つ乳幼児とその母親を研究協力者として募り、昨年度より3名の児とその母親の行動観察を継続している。対象児や研究方法の性質上、研究協力者と十分なラポールを形成し倫理面でも慎重に配慮を行った。手続きとしては、1、2ヵ月に1回の頻度で家庭訪問を行い、母子のおもちゃ遊び場面をビデオカメラにより撮影した。データを分析した結果、視覚障害児の母親には健常児の母親にはほとんど見られない「触覚・聴覚による注意喚起行動」を行っており、視覚障害児にとって母親のそのような注意喚起行動が、共同注意を成立させるために有効であることが判明した。また、母親の注意喚起行動に対する反応として、視覚障害児にはいくつかの行動特徴があること見出した。共同注意は、子どもが外界情報について学び、概念形成を行う過程において非常に重要な役割を果たすため、本研究によって得られた知見を視覚障害児の発達支援に応用することは有益である。また本研究によって得られた結果について、国内外の学会などで発表を行った。共同注意研究に関して、先行研究では「同じ対象を見る」という視覚的な共同注意のみが扱われており、聴覚や触覚などの感覚モダリティによる共同注意が看過されてきたことを踏まえ、本研究では視覚モダリティを越えた視点から共同注意について明らかにすることを目的とした。また、従来の共同注意研究のように子どもの語彙獲得などの認知発達的側面を扱うばかりでなく、共同注意が日常場面などの社会的文脈の中でどのようになされているか、またそれは子どもの発達に応じてどのように変化するのか、という社会発達的側面についても明らかにするため、母子の共同注意を中心とする日常的な文脈の中での相互交渉について、子どもの発達的変化を視野に入れた行動分析を行うことを目的とした。国立特殊教育総合研究所、東京都立久我山盲学校、および杏林アイセンターが主催する「盲学校探検プログラム」への参加者の中から視覚障害を持つ乳幼児とその母親を研究協力者として募った。本年度4月より3名の児とその母親の行動観察を開始し、4月以降、順次、国立特殊教育総合研究所等の機関との連携を取りながら対象となる研究協力者を増やすが、対象児や研究方法の性質上、研究協力者と十分なラポールを形成し倫理面でも配慮を行うことが必要である。研究方法としては1ヵ月に1回の頻度で約1年間家庭訪問を行うことによって母子のおもちゃ遊び場面をビデオカメラにより撮影し、縦断的な行動観察を行う。おもちゃは、視覚障害を持つ子どもが操作可能なデザインのものを選定し、母親との聴覚・触覚による共同注意が引き出せるよう配慮した。
静電力を用いたバイオマテリアルのマイクロマニピュレーション

タンパク分子の運動を電気的に制御することができれば,タンパクの分析・分離に関する技術に新しい測定法をもたらすのみならず,将来の分子機械(ナノマシン)などの構築の有力な手段となりうることが予想される。本研究においては,交流静電界の効果ー誘電泳動ーにより,水溶液中のタンパク分子の運動を制御すること主たる重点を置いて研究を進めた。その成果の概要は,以下のようである。電界中でタンパク分子を誘電泳動させるには,ブラウン運動に打ち勝つだけの電気力がなければならないが,マイクロマシーニングの技術を用いて製作された数μmの大きさを持つギャップ中に発生する高周波高電界はこれに十分な力を供給することを示した。また,従来,ジュール損のために急激な温度上昇がおきてしまうので,10^6V/mを超える定常電界の生体高分子水溶液に与える効果の観察は困難であるとされていたが,本年度の研究においては,(表面積/体積)の比の大きいマイクロギャップ中の電界を利用すれば,この問題も克服できることを示した。次に,この基本技術を応用して,タンパク分子のパターニングの技術と,分離分析技術を開発した。前者は,微小ギャップに誘電泳動により引き寄せられるタンパン分子がそれと対向して置かれた基板に吸着されることを利用するもので,微小ギャップを望みの形状に作ることにより,基板上に任意の2次元形状のタンパクパターンを描くことができる。後者は,多段に配列された微細電極系とそれを覆う微細流路からなり,タンパン分子の電極への引きつけられ易さの差を利用して,分子の分離・分析を行うものである。以上により開発された手法は,生化学的分析,バイオセパレーション,分子構造の構築,脂質膜中へのタンパクパターンの形成などに応用が可能であり,本研究「静電力を用いたバイオマテリアルのマニピュレーション」は所定の成果を挙げたものと考えられる。
癌細胞の浸潤・転移におけるLIMキナーゼシグナル経路の機能

癌の悪性化に伴う癌細胞の浸潤と転移において、癌細胞に特有の細胞間接着の減弱や細胞運動能の亢進などの変化が認められる。細胞の接着や移動において、アクチン細胞骨格の再構築が中心的な役割を担っており、低分子量GTP結合蛋白質であるRhoやRacはその中心的な役割を担っている。私達は、新規なプロテインキナーゼ、LIMキナーゼ(LIMK)を同定し、これがRac, Rhoの下流因子として、アクチン脱重合因子であるコフィリンをリン酸化することを見い出し、アクチン骨格の制御におけるRac, Rho→(PAK), ROCK→LIMK→コフィリンというシグナル伝達経路の存在を明らかにした。本研究では、LIMキナーゼ(LIMK1,LIMK2)及びその類縁キナーゼであるTESK1,TESK2の細胞骨格制御における役割を解明し、細胞遊走や細胞質分裂におけるコフィリンのリン酸化の役割について研究を行い、以下の結果を得た。1)ケモカインSDF-1によるT細胞の遊走において、LIMK1によるコフィリンのリン酸化が必須の役割を果たしていることをはじめて明らかにした。2)LIMKの類縁キナーゼであるTESK1,TESK2を同定し、これらがコフィリンをリン酸化し、アクチン再構築を誘導することを明らかにした。TESK1はインテグリンシグナルによって活性化されることを見出した。3)コフィリンホスファターゼとしてSlingshotを同定した。4)M期特異的にLIMK1がリン酸化され、活性化されること、コフィリンのリン酸化レベルが上昇することを見出し、LIMK1によるコフィリンのリン酸化が細胞質分裂に重要で'あることを明らかにした。
生体分子およびその集合体の構造形成と揺らぎに対する溶媒効果の分子論

本研究の目的は、溶媒効果の自由エネルギーの定量的解析である。リン脂質二重膜への物質結合を系統的に検討し、タンパク質の安定性に及ぼす水の効果を自由エネルギーに即して定量的に扱った。1.2000原子程度からなるαラクトアルブミンの水和自由エネルギーを計算した。計算値は1500kcal/mol程度におよぶ大きなものであった。蛋白質配座を固定した場合、100ps程度の短時間MDによって、計算誤差は1%程度となることも分かった。さらに、アンフォールディング経路に沿った、溶媒効果の自由エネルギー安定化が見出され、分子内効果との競合を定量的に明らかにした。2.1,2-dimyristoy1-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (DMPC)膜への小分子結合の自由エネルギー解析を行った。疎水性分子の場合、膜中で大きな自由エネルギー安定化が起きるが、膜内部では強い局在化の傾向が無いことを示した。SDSミセルの場合には疎水性コアへの局在化を見出しており、DMPC頭部がいくつかのメチルやメチレン基を結合し親水性が「中途半端」であることによって、疎水性コアでの局在度がDMPCの場合に弱くなることを明らかにした。溶媒和自由エネルギーをDMPCからの寄与と水からの寄与に分割し、膜の界面領域にあるとき、水は溶質を安定化する方向に働くことを見出した。3.溶質サイズ増加に伴う溶媒和自由エネルギーの極限値を、解析的に決定した。多くの近似理論では、極限値が純溶媒の圧縮率で表されるために、溶媒和自由エネルギーを溶質体積で割ったものは、真の値(1 atm)を過大評価することを見出した。理論改善の方途が、圧縮率支配の挙動を圧力支配の挙動に転換することにあることを明らかにした。蛋白質やミセルといったナノスケールの分子やその集合体の溶液内での振る舞いを取り扱うために、溶媒和自由エネルギーの解析法を確立することが必須である。そこでは、大きな自由度をもつ構造ゆらぎの細部に立ち入ることなく、解析・算定を行う手法の開発が重要である。本研究の目的は、内部自由度をもつ溶質およびその集合体の溶媒和自由エネルギーについての分子論的解析手法の確立である。本年度は、方法論の開発と単純なモデル系への応用を行い、以下の成果を得た。1.これまでに提案した、溶媒和自由エネルギーに対するエネルギー表示の方法を、構造揺らぎの大きな溶質系に対して精度よく適用できるように拡張した。溶媒の存在によって溶質構造の分布関数が大きく変わらないときは、これまでに定式化した方法で溶媒和自由エネルギーを計算できる。しかし、溶媒の存在によって、溶質の構造分布が大きく変わるとき、以前の方法では効率が落ちる。そこで、溶質の構造変化の情報を取り入れてやると、溶媒和自由エネルギーの算出が効率よくなることを見出した。もちろん、改善された手法でも、溶液内での溶質構造の分布関数を、多次元の溶質座標の上で得る必要は無く、溶質系の分子内エネルギーの分布関数に関する情報だけを取り入れてやれば十分であることが分かった。2.上記1で定式化した方法を用いて蛋白質やミセルの構造組織化をモデル化する疎水性溶質の多体会合の自由エネルギー解析を行った。多体の疎水性溶質分子の凝集を、溶質間の直接相互作用による効果と水-溶質間相互作用の効果を分離して、水の効果を会合数の関数として解析した。その結果、2体の会合がmarginalな場合でも、水の存在によって3体以上の会合が促進されることを見出した。また。球状会合体の形成は、溶質間の直接相耳作用が斥力であるため自由エネルギー的に不利となり、円筒状の会合体の形成が促進されることが分かった。本研究の目的は、内部自由度をもつ溶質およびその集合体の溶媒和自由エネルギーの分子論的解析手法の確立である。本年度は、量子化学手法と結合とミセルの可溶化現象への応用を行い、以下の成果を得た。1.これまでに提案した溶媒和自由エネルギーに対するエネルギー表示の方法を、溶質の電子状態が揺らぐQM/MM系に対して精度よく適用できるように拡張した。化学反応の理論的取り扱いでは、反応種(部位)の量子論的記述は必須である。そこで、反応種(溶質)を量子化学的に取り扱い、環境(溶媒)を古典的に取り扱うQM/MM法は、溶質の電子状態の環境に対する応答や揺らぎをexplicitに取り扱うことができる。溶媒和構造の不均一性・非一様性の大きい超臨界流体中では、電子状態の揺らぎも対応して大きく、その自由エネルギーへの寄与が常温常圧中と同程度であることを見出した。2.前年度までに定式化した方法論を用いて、ミセルの可溶化現象の解析を行った。可溶化は、有機化合物の溶質が、バルクの水からミセルの内部へ移行する過程に相当する。ミセル系を、水と界面活性剤からなる「混合溶媒」とみなすことで、ミセル系への溶質挿入の自由エネルギー変化を取り扱った。エネルギー表示の方法の特徴は、その定式化に、系の均一性や熱力学極限を仮定する必要がない点にあり、不均一で部分的に有限な混合溶媒系に、そのまま適用することが可能である。

典型的なsodium dodecylsulfate系への疎水性溶質の可溶化が精度よく記述できることを見出した。蛋白質やミセルといったナノスケールの分子やその集合体の溶液内での振る舞いを取り扱うために、溶媒和自由エネルギーの解析法を確立することが必須である。本研究の目的は、内部自由度をもつ溶質およびその集合体の溶媒和自由エネルギーの分子論的解析手法の確立である。本年度は、ミセルの可溶化とペプチド系への応用を行い、以下の成果を得た。1.これまでに定式化した方法論を用いて、ミセルの可溶化の解析を行った。可溶化は、有機化合物の溶質が、バルクの水からミセルの内部へ移行する過程に相当する。ミセル系を、水と界面活性剤からなる「混合溶媒」とみなすことで、ミセル系への溶質挿入の自由エネルギー変化を取り扱った。典型的なsodium dodecylsulfate系への疎水性溶質の可溶化の取り扱いを行った。可溶化能の小さな分子は、ミセル表面にも存在するのに対して、可溶化能の大きなものは、疎水性コアに局在することを見出した。セル外部に及ぶ相関の不在を示した。これは、擬相モデルの妥当性を示すものである。2.グリシンやエンケファリンの分子内構造と水和の関係の自由エネルギー解析を行った。真空中で安定な中性状態とプロトン移動をおこした双性イオンとの比較、および、伸びた構造と縮まった構造の比較を行った。水和の影響によって、真空中では不安定な双性イオンが最安定であることを見出した。グリシンの場合は、連続体モデルによる計算もあわせて行い、連続体モデルでは、水中でも中性状態が安定であることを示した。これは、水素結合のような分子レベルの安定化機構が重要であることを示すものである。また、エンケファリンについて、真空中でもっとエネルギー的に不利な、伸びた双性イオン構造が、最も大きく水和によって安定化され、実現する構造であることを見出した。本年度は、リン脂質二重膜への物質結合を系統的に検討し、タンパク質の安定性に及ぼす水の効果を自由エネルギーに即して定量的に扱い、以下の成果を得た。1.リン脂質二分子膜系へ分子結合を解析するために、1,2-dimyristoy1-3n-glycero-3-phosphatidylcholine(DMPC)をもちいて、CO、CO_2、ベンゼン、エチルベンゼンの結合自由エネルギーを解析した。膜内の各位置に溶質を挿入する自由エネルギー変化(溶媒和自由エネルギー)に焦点を置き、その位置依存性を検討した。溶媒和自由エネルギーは、膜内部で熱エネルギー(k_BT)程度の揺らぎで変化することが見出し、強い局在化の傾向が無いことを明らかにした。溶媒和自由エネルギーをDMPCからの寄与と水からの寄与に分割し、膜の界面領域にあるとき、水は溶質を安定化する方向に働くことを見出した。2.タンパク質の全原子自由エネルギー計算を行った。αラクトグロブリンのアンフォールディング経路上の特徴的構造の水和自由エネルギーを、エネルギー表示法によって計算した。水和自由エネルギーは-1千数百kcal/molのオーダーであり、100ps程度のシミュレーションによって、10kcal/mol(相対的に1%)以下の95%エラーに収めることができる。
2成分系溶液内凝固過程の動的挙動とその制御に関する研究

本研究では、2成分溶液内での凝固過程の動的挙動に着目し、そのプロセス(固化領域の厚さ及び凝固速度)を制御するために、簡便でかつ実用的に十分な精度を有する非定常一次元凝固解析モデルを提案することを目的とした。2成分溶液内での凝固はマッシー層(一種の多孔質層)を形成するため、まず水で飽和した多孔質層内での凝固過程について検討した。冷却面温度を変化させた時の固相厚さの変動について1次元モデルを提案し、2次元数値シミュレーションと実験結果と比較して良く一致することが確認できた。1次元モデルは液相域で対流が活発な場合も熱伝導が支配的な場合も共に凝固層の厚さ変動をよく説明することを確認した。次に2成分水溶液を用いた凝固現象について検討を行なった。18cmx18cmx18cmの矩形水槽と硝酸ナトリウムを用いた室内実験を併せて行い、同モデルの妥当性を検証した。境界条件は上方冷却と下方冷却の二種類について実験と解析を行なった。上方冷却の場合は水溶液の密度分布は不安定となり、活発な自然対流が発生する。また、固相の成長に伴い溶質の排出があるため、液相内ではほぼ一様に濃度が増加して行くのが認められた。これは液相部が自然対流により活発に撹拌されていることを示している。実際液相内での鉛直方向温度分布は典型的な逆S字形となっており、温度差に基づく対流が支配的であることが確認できた。また、固液界面の不安定現象により固相は針状結晶の集合体でマッシー層を形成することになる。マッシー内の固相率が一定であると仮定して鉛直方向の1次元モデルを提案し、固相成長の経時変化を精度良く予測することが出来た。下方冷却についても同様のモデルを提案し、下方冷却面から成長する固相(マッシー層)の成長を予測することが出来た。さらに地中熱交換器の集熱量予測に関連して、鉛直円柱周りの凝固と自然対流を解析した。最後に対流熱伝達が関与する1次元凝固モデルと同様の考えに基づいて、熱伝導と対流が同時に存在する連成熱伝達問題を検討し、有限の熱伝導率を有する壁が2つの温度の異なるレザバーを隔てている時の平均熱流束を予測する簡便なモデルを提案し、実験によりその有用性を確認した。本研究の目的は、2成分溶液内での凝固過程の動的挙動に着目し、そのプロセス(固化領域の厚さ及び凝固速度)を制御するために、簡便でかつ実用的に十分な精度を有する非定常一次元凝固解析モデルを提案することにある。これにより凝固過程の動的特性を支配する無次元パラメータを同定し、かつこれらのパラメータと動特性との関係を明らかにする。さらに、二次元、三次元の数値解析と室内実験を併せて行い、同モデルの妥当性と限界を明らかにする。この種の問題は、ステファン問題として古くから知られている。

しかし、本研究では古典的なステファン問題と異なり、冷却面温度が非定常で変化し、かつ固液界面では対流熱伝達の存在を考慮する必要がある。特に固液界面において溶質の排出や吸収が発生するため、温度差と溶質濃度差による所謂二重拡散に基づく対流が発生する。このため固相近傍で複雑な自然対流が発生し、固液界面を通過する伝熱量の評価が難しい課題である。さらに、固液界面の不安定現象からマッシー領域の形成が考えられる。このようなマッシー領域を通しての伝熱量評価も何らかの近似的モデルが必要となる。凝固過程における凝固速度の制御は固相のモルフォロジーを決定する上で極めて重要である。さらに固相中における溶質の濃度分布を制御することは、材料の物性を種々に改変する可能性を秘めており、その手法の確立は材料科学の分野で有用である。今年度は主に二重拡散現象を計算する二次元数値計算プログラムを開発した。その計算例として塩化カルシウム水溶液を例に取り、側方冷却による固相生成問題を数値計算によって解明した。その結果、既往の報告と良い一致を示し、数値計算プログラムが正常に動くことを確認することが出来た。本研究の目的は、2成分溶液内での凝固過程の動的挙動に着目し、そのプロセス(固化領域の厚さ及び凝固速度)を制御するために、簡便でかつ実用的に十分な精度を有する非定常一次元凝固解析モデルを堤案することにある。これにより凝固過程の動的特性を支配する無次元パラメータを同定し、かつこれらのパラメータと動特性との関係を明らかにする。さらに、二次元、三次元の数値解析と室内実験を併せて行い、同モデルの妥当性と限界を明らかにする。この種の問題は、ステファン問題として古くから知られている。今年度は主に炭酸ナトリウム水溶液を用いた実験を行い、以下の知見を得た。水溶液濃度が共晶濃度5.9%より低い場合は、冷却面に共晶組成の層が発達し、固界面温度が共晶温度より上がると、初めて氷層が発達する。この場合の一次元解析モデルを提案し、実験結果をよく説明することを確かめた。一方、濃度が共晶濃度を越える場合は共晶組成が発達し、その後炭酸ナトリウムのマッシー層が発達することを確かめた。本研究の目的は、2成分溶液内での凝固過程の動的挙動に着目し、そのプロセス(固化領域の厚さ及び凝固速度)を制御するために、簡便でかつ実用的に十分な精度を有する非定常一次元凝固解析モデルを提案することにある。これにより凝固過程の非定常特性を支配する無次元パラメータを同定し、かつこれらのパラメータと非定常な固相の成長特性との関係を明らかにすることができる。さらに、18cmx18cmx18cmの矩形水槽と硝酸ナトリウムを用いた室内実験を併せて行い、同モデルの妥当性を検証した。硝酸ナトリウム水溶液は前年度に実施した炭酸ナトリウム水溶液に比べ共晶濃度が大きく、共晶温度も低いため、共晶濃度以下での初期水溶液濃度を種々設定することができる。