hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自由表面をもつ塑性体の非定常な流動に関する理論的研究

液体と固体の中間的な存在である塑性体に着目し、自由表面をもつ塑性体が駆動力を受けておこなう非定常な運動の理論的研究に取り組んだ。これによりペーストや粉体などソフトマターの流動に見られる特徴的な実験事実を理解することを目指している。昨年度においては、まず非線形弾性論に応力緩和を組み込んだ等方的弾塑性モデルを構築し、続いて一定の外力で駆動される一定厚さの塑性流体の非定常な流動についての理論解析から、剪断流によって張力が発生すること、およびこの張力が塑性体内部に残留することを示した。これは、ペーストでの実験事実(中原明生氏らによって発見された乾燥破壊の記憶効果=「中原効果」の説明となり得る重要な知見である。昨年度の解析は、単純化のための制約をいくつか含んでいたが、本年度は一部の制約をゆるめた場合について検討をおこなった。まず振動外力に対する計算をおこない、やはり張力が発生することを示した。さらに空間次元を2次元でなく3次元に拡張した理論解析をおこない、中原氏らの実験に対応する異方的な応力状態が確かに存在することを示した。そのほか液膜厚さが一定であるという制約を除いた解析も試みたが、これは年度内の完成には至らなかった。ただし今回の研究期間中に得られた成果を発展させることにより、まもなく何らかの結果に到達できるものと期待できる。また、主に斜面流に関して得られた結果を整理して数学的な点での説明を補い、粉体における静力学的不定性との比較検討を追加したものを論文としてまとめた。この論文は、Physical Review Eに受理された。12月には、上記の中原氏らを講師として招待し、セミナーおよびミニ研究会を開催した。ミ二研究会では、実験・第一原理計算・現象論的モデルなど多様なアプローチが報告され、また討論も研究分野全体の将釆的進展に寄与しうる有意義なものであった。液体と固体の中間的な存在である塑性体に着目し、自由表面をもつ塑性体が駆動力を受けて非定常な運動をおこなう場合についての理論的研究に取り組んだ。これにより、ペーストなどが駆動力を受けて流動する場合に示す特徴的な実験事実を理論的に理解することを目指している。本年度は、斜面上を重力で駆動される塑性体の流動(斜面流)に着目して、理論的な解析をおこなった。まず、緩和時間描像による塑性の定式化と微分幾何学的な手法を組み合わせて、幾何学的非線形性を取り入れたMaxwell型の等方的弾塑性モデルを構築した。次に、流れの方向を一方向に限定する条件のもとで、自由表面をもち一定の外力によって駆動される塑性流動の解析をおこない、次のことを見いだした:●剪断流によって塑性体内部に法線応力差(流れに平行な方向の張力)が発生する。●流れの停止とともに張力が凍結され、塑性体内部に残留する(残留応力の発生)。この結果は、加振した炭酸カルシウムペーストの乾燥破壊実験において中原氏と松尾氏によって発見された履歴依存性に対する理論的説明となり得る。加振方向に流れが発生し、これによる剪断流が張力を作り出すとすれば、乾燥破壊による亀裂は加振方向に垂直に生じやすくなるはずであるが、これはまさに炭酸カルシウムペーストで実際に観察された結果と一致するからだ。結果の公表については2007年5月を目標に投稿準備中である。他方、一方向流れの制限を撤廃すること(これはほぼ必然的に自由表面の変形を伴う)を念頭におき、Newton流体の液膜の変分法的な定式化や近似理論に取り組んだ。ただし、本年度においては、これらのNewton流体の液膜についての知見を塑性体の流れに具体的に応用するまでには至らなかった。
水中衝撃波を用いた嫌気性バイオプロセスの高効率化に関する基礎的研究

本研究では,上記のバイオプロセスの問題を解決すために,嫌気性バイオプロセスを促進させる方法のうち従来から提案されている静水圧法と超音波法のそれぞれの長所を生かした方法として,衝撃波を静圧法によって生成した気泡を含む細胞破壊に作用させ,効率的な細胞破壊を行う方法の破壊処理速度の向上を目指すための基礎的な現象の解明を目的とする.つまり,立ち上がり周波数(数ナノ秒と言われている)が高く,数百MPaの高い圧力レベルの衝撃波を使って効率よく細胞を破壊し,エネルギーが小さいことで超音波を用いた場合に比べて熱的影響が小さいというのが本研究のポイントとなる.具体的には,細胞壁のような弾性膜(シェル)に囲まれた中にあるバブル(気泡)の衝撃波による変形および壁自身の変形のマイクロスケールでの運動の解析,数学的にいえば,柔軟壁,気泡,水の過渡的な連成振動問題を顕微鏡等のマイクロスケール上で実験的に観察および解析することにある.本年度の結果として以下の2点が得られた.(1)バブル封入マイクロカプセルの変形挙動の数値解析およびその数理モデルの再構築(数値計算)過去の研究で開発された衝撃波による1個の細胞の変形挙動の数理モデルを,内部に気泡がある場合に拡張し,その変形挙動を数値予測する.このとき,マイクロカプセルの膜の力学的物性値(ヤング率,ポアソン比),膜厚,カプセルの大きさ,および封入する気泡の大きさを考慮して,入力となる衝撃波の周波数および最大圧力(または,マッハ数)を用いて動的に解析し,モデルの拡張の妥当性ならびに最適な最大圧力(しきい値)ならびに波形を調べ,その妥当性について検討した.(2)パルスレーザを用いた衝撃波による移動バブル封入マイクロカプセルの変形挙動の観察と損傷実験(計測実験・損傷実験)連続型バイオプロセスにおいては流れ場中に細胞(カプセル)を流入することに対応するため,(1)の結果を利用して,水の流体回路を設け,その中を移動するバブル封入マイクロカプセルに衝撃波を作用させて,その瞬間的変形挙動および回路全体で破壊するカプセル量,すなわち漏洩薬物量を調べる損傷実験を行い,前年度までに行われたカプセル変形挙動観察による基礎的な変形挙動ならびに破壊のデータが適合するかどうかを比較・検討した.結果として,レーザ出力のファイバーでの出力低下およびファイバー端面と水面の界面でのエネルギーの損失が大きく,バイオプロセスで効率よく細胞を破壊できる(マイクロジェット生成する)ほどの衝撃波の強さが得られなかった.(1)細胞モデルとしてのマイクロカプセルの製作細胞を対象とした大きさ(数十μm)のマイクロカプセルをゲル化物質から製作し,現在ジェット流を用いた方法でカプセル径20μmのものまで製作できている.一方,この内部に液体を封入し,既設のマイクロマニュピレーションシステムを用いて,内部にCO_2ガスを流量制御しながら入れ,微小気泡をカプセル内部に注入を試みており,カプセル材質にも関係するが,気泡内包カプセルの試作品が完成しつつある.(2)パルスレーザを用いた衝撃波による静止バブル封入マイクロカプセルの変形挙動の観察(計測実験)既設のパルスレーザ(ルビーレーザ:出力1J)を光ファイバーを介し,衝撃波を発生させる予備実験を行っている.現在のところ,ファイバー先端をレンズ状に加工させて,幾何形状と生成される衝撃波伝播(圧力波形)の関係を測定しており,形状によっては最大圧力を大きくすることができることが確認されている.一方,バブル封入マイクロカプセルに衝撃波を作用させてカプセルの変形挙動を観察する実験に関しては,現在,顕微鏡を改造した光学システムを構築中である.また,カプセル内部の薬物徐放については,(1)のカプセル試作の改良を重ねた上で次年度実験を行う予定である.以上の結果より,これらの水中衝撃波を用いてマイクロカプセルの破壊率をコントロールできることが期待できる.本研究では,上記のバイオプロセスの問題を解決すために,嫌気性バイオプロセスを促進させる方法のうち従来から提案されている静水圧法と超音波法のそれぞれの長所を生かした方法として,衝撃波を静圧法によって生成した気泡を含む細胞破壊に作用させ,効率的な細胞破壊を行う方法の破壊処理速度の向上を目指すための基礎的な現象の解明を目的とする.つまり,立ち上がり周波数(数ナノ秒と言われている)が高く,数百MPaの高い圧力レベルの衝撃波を使って効率よく細胞を破壊し,エネルギーが小さいことで超音波を用いた場合に比べて熱的影響が小さいというのが本研究のポイントとなる.具体的には,細胞壁のような弾性膜(シェル)に囲まれた中にあるバブル(気泡)の衝撃波による変形および壁自身の変形のマイクロスケールでの運動の解析,数学的にいえば,柔軟壁,気泡,水の過渡的な連成振動問題を顕微鏡等のマイクロスケール上で実験的に観察および解析することにある.本年度の結果として以下の2点が得られた.(1)バブル封入マイクロカプセルの変形挙動の数値解析およびその数理モデルの再構築(数値計算)過去の研究で開発された衝撃波による1個の細胞の変形挙動の数理モデルを,内部に気泡がある場合に拡張し,その変形挙動を数値予測する.このとき,マイクロカプセルの膜の力学的物性値(ヤング率,ポアソン比),膜厚,カプセルの大きさ,および封入する気泡の大きさを考慮して,入力となる衝撃波の周波数および最大圧力(または,マッハ数)を用いて動的に解析し,モデルの拡張の妥当性ならびに最適な最大圧力(しきい値)ならびに波形を調べ,その妥当性について検討した.

(2)パルスレーザを用いた衝撃波による移動バブル封入マイクロカプセルの変形挙動の観察と損傷実験(計測実験・損傷実験)連続型バイオプロセスにおいては流れ場中に細胞(カプセル)を流入することに対応するため,(1)の結果を利用して,水の流体回路を設け,その中を移動するバブル封入マイクロカプセルに衝撃波を作用させて,その瞬間的変形挙動および回路全体で破壊するカプセル量,すなわち漏洩薬物量を調べる損傷実験を行い,前年度までに行われたカプセル変形挙動観察による基礎的な変形挙動ならびに破壊のデータが適合するかどうかを比較・検討した.結果として,レーザ出力のファイバーでの出力低下およびファイバー端面と水面の界面でのエネルギーの損失が大きく,バイオプロセスで効率よく細胞を破壊できる(マイクロジェット生成する)ほどの衝撃波の強さが得られなかった.
物理世界での相互作用により情報弱者の協調作業を支援するシステム

情報通信技術の社会への浸透に伴い、人間とコンピュータとのインターフェイスの設計はますます重要になっている。そこで本研究は、特に幼児や高齢者のような情報弱者を対象とし、コンピュータを意識することなく、知的な作業を支援するためのシステムの構築を目指した。本年度は昨年度に引き続き、RFID(Radio Frequency Identification)技術に基づくセンシングボードを活用し、他者との協調学習を支援するためのシステムを構築した。具体的には、音楽を対象とし、ゲーム感覚で音に親しむとともに、和音の学習を支援するためのシステムの構築を行った。本研究では、まず最初に、物理世界と仮想世界とを連携させる拡張現実感の技術に基づき、直感的に操作可能なユーザインターフェイスを構築した。それにより、コンピュータを利用することによる身体的、精神的な障壁を軽減し、誰もが容易に協調作業に参加できることを目指した。構築されたシステムでは、センシングボード上に、利用者によって選ばれた複数の楽器を表示される。利用者は、物理的なコマ(RFIDタグを埋め込んでいる)を用いて表示された楽器の適切な場所に触れることにより、その楽器の任意の音色を奏でることが出来る。複数の利用者からの操作はセンシングボードによって瞬時に認識される(同時多入力)ので、音楽の伴奏に合わせつつ、グループで合奏を行うことが可能になる。利用者は、没入感の高い環境を通して視覚的、聴覚的なフィードバックを受けつつ他者と協調しながら、学習を進めることができる。本研究は、幼児や高齢者のような情報弱者であってもコンピュータを意識することなく、情報通信技術を活用した活動を支援するためのシステムの構築を目指している。本年度は、RFID(Radio Frequency Identification)技術に基づくセンシングボードを活用し、他者と相互作用しながらインターネット上の情報資源にアクセスするためのシステムの構築を進めた。具体的には以下の通りである。・ボード上に配置されたタグの空間的な配置に基づき、検索式に変換する機能RFIDタグに検索語を割り当て、そのタグをボード上に配置することにことにより、WWWなどの情報資源にアクセスできるようにした。キーボードやマウスで検索語を入力するのではなく、直接タグに触れ、操作できるようにすることで、誰でも容易に情報検索できるようにした。タグの空間配置に基づき、AND, ORなどの論理式に変換できる機能を実装した。・ネットワーク上の情報資源にアクセスし、構築された検索式を用いて検索を行う機能変換された検索式を用いて、WWWのインデックスサーバを検索し、関連するページを取得する機能を実装した。・検索された結果をボード上に投影し、視覚的に表示する機能検索結果を分かりやすく表示することはコンピュータに不慣れな人にとって、極めて重要である。そこで、検索結果を視覚化し、プロジェクタを介してボード上に投影することにより、没入感の高い環境で作業が出来るようにした。また、複数の利用者が同時にタグを操作することが可能であり、利用者の操作に応じて投影される画像が動的に変化する。そのため、利用者は楽しみながら、システムを用いることが可能となった。
アゾ基の構造ダイナミクスを利用した蛍光プローブの創製

生命現象を理解する上で、生きている状態のままの生体でリアルタイムかつ高い時空間分解能で生命現象を可視化することは、それらの理解の上で極めて重要である。このような観察を実現する技術として、簡便性や高い感度、高い時空間分解能から蛍光イメージングが生命科学研究において汎用されている。本研究においては、合成化学を駆使して新しい機能を持つ有機小分子の創製を行った。特に有機小分子内での分子の動きを制御することによって、光照射によって生じる「分子の励起状態」を制御し、光機能性分子(蛍光プローブや光増感剤)の開発を目指した。生体内における異常な低酸素状態はがんや虚血性疾患などと密接に関与している。本年度は、低酸素環境を認識し発蛍光する蛍光プローブに加えて、低酸素環境で活性化し光増感能を回復する機能性光増感剤の開発を行った。このような機能性光増感剤の開発は、がん細胞に取り込ませてレーザー照射によって治療を行う光線力学療法(PDT)や、細胞死を誘導してその機能を解析するcell ablationに応用される。これまでに開発に成功している低酸素環境を検出する蛍光プローブの分子デザインとして、アゾ基が低酸素環境下選択的に還元的開裂反応を受けること、及びアゾ化合物が一般的に無蛍光物質であることに着目した。すなわち、蛍光団の共役系にアゾ基を導入することで蛍光を消失させ、低酸素環境依存的にアゾ基が還元的開裂を受けることで蛍光が回復する低酸素感受性蛍光プローブの開発に成功している。一方、光増感剤の分子設計としては、重原子効果により高い効率で一重項酸素を生成することが知られているSe-xanthene系色素のアゾ誘導体としてdiMe SeRを開発し、それを母核としたdiMe azoSeRをデザイン・合成し、さらに生細胞への応用も行った。これら研究を通して、本「柔らかな分子系」の有用性を示すことに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究においては、アゾ基の特性を利用して、光照射によって生じる「分子の励起状態」を制御し、蛍光プローブを創製することを目指している。以下に平成26年度にて得られた研究成果を記す。(1)アゾ基の導入による蛍光色素の無蛍光化のメカニズムの解明ローダミン系蛍光色素のキサンテン環にアゾ基を導入したアゾローダミン(MARおよびMASR)をデザイン・合成した。合成した化合物はいずれも蛍光量子収率が0.1%以下と無蛍光性であり、過渡吸収測定によるMARの励起寿命はクロロホルム中で4.1 psecと算出されたことから、分子デザイン通りにアゾ基に起因する高速な失活過程により無蛍光性になっていると考えられた。(2)近赤外蛍光を発する低酸素環境を検出する蛍光プローブの開発近赤外領域(650から900 nm)は透過性の高さ及び自家蛍光の低さから動物個体でのイメージングに適した波長領域である。そこで、近赤外蛍光色素にアゾ基を組み込んだ新たな近赤外蛍光プローブを開発した。開発したプローブは水中において無蛍光性であり、本分子設計は近赤外蛍光色素に対しても有効であった。また、生細胞においてマイルドな低酸素環境に対しても優位な蛍光上昇を示した。さらに、プローブをマウスに静脈内投与し、門脈及び腎静脈・腎動脈の結紮により肝臓と腎臓の虚血モデルを作製したところ、結紮による蛍光の上昇を観察することに成功した。

一方、光増感剤の分子設計としては、重原子効果により高い効率で一重項酸素を生成することが知られているSe-xanthene系色素のアゾ誘導体としてdiMe SeRを開発し、それを母核としたdiMe azoSeRをデザイン・合成し、さらに生細胞への応用も行った。これら研究を通して、本「柔らかな分子系」の有用性を示すことに成功した。当初の計画では、平成26年度は「アゾ基の導入による蛍光色素の無蛍光化のメカニズムの解明」および「近赤外蛍光を発する低酸素環境を検出する蛍光プローブの開発」の2つの研究項目の着手を予定していたが、本新学術領域内での共同研究を行うなど、何れの研究項目も当初の計画以上に進展しており、研究成果が得られてきている。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は当初の計画以上に進展したので、引き続き本研究を進行するとともに、計画通りに平成27年度からは機能性光増感剤の開発にも着手する予定である。
嗅覚障害に対する新規他覚的検査法確立と再生医療開発に関する研究

嗅覚受容器の存在する鼻腔環境に応じたDrug delivery system(DDS)開発を行い、ここから徐放する嗅細胞再生促進因子の有効性を組織学的、機能的に評価すると同時に、光コヒーレンストモグラフィー(optical coherence tomography: OCT)を用いて、非侵襲的かつ他覚的な組織レベルでの至適な画像診断方法を明らかにし、将来の臨床的他覚的嗅覚検査法の開発の基礎を確立するための基礎研究を施行した。平成26年度に施行した実験研究内容は以下の通りである。動物実験用の光コヒーレンストモグラフィー(OCT)機器を用意し、マウスでの測定が可能なシステムを京都大学医学部にセットアップした。三重大学の動物実験施設内の実験室で、マウスを対象に鼻腔の手術トレーニングを行い、この中で鼻腔のOCT撮像のための解剖学的至適部位とその測定方法の詳細な技術を検討した。その結果、マウスで嗅粘膜と呼吸粘膜の両方が測定可能な部位として、鼻中隔中央部の粘膜をOCT撮像の至適部位であると判断した。この部位のOCT撮像が可能な手術方法を検討し、その方法を確立した。上記結果をもとに、京都大学でマウス鼻中隔のOCT撮影を行い、その画像の質の改良を図った。また、撮像した動物の頭部標本を作製し、三重大学へ搬送して、パラフィン固定組織切片標本を作製し、OCT像と組織標本像との比較検討を施行した。マウスに対してメチマゾールを投与し、投与から3日、7日、14日、または42日経過後に全身麻酔下で鼻粘膜を露出させ、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)装置(OCS-1300ss, Thorlab)で嗅上皮を可視化した。その後、屠殺、パラフィン切片を作成、ヘマトキシリン・エオジン(HE)染色を施行した。OCT画像では、嗅上皮および呼吸上皮において粘膜表面から粘膜固有層の血管の表層側で作成した包絡線までの距離を測定した。また、HE染色を行った切片は顕微鏡写真を撮影し、嗅上皮、および呼吸上皮の厚さを測定した。次に、OCTで測定した呼吸上皮(RE)の厚さは、メチマゾール投与、および経時変化に対して有意な変化を示さなかった。(two-way ANOVA)。一方、OCTで測定した嗅上皮(OE)の厚さは、経時変化を示す。また、メチマゾール投与によってday 3で有意に減少した。(two-way ANOVA, post-hoc)以上から、OCT装置で嗅上皮の厚さの変化を捉えることが可能であることを明らかにした。OCT装置で嗅上皮の厚さの変化を捉えることが可能であることを明らかにできたため。本研究はマウスを用いた動物実験で施行した。マウスに対してメチマーゾルを投与し、投与から3、7、14、42日経過後に全身麻酔下で鼻粘膜を露出させ、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)装置(OCS-1300ss、Thorlab)で嗅上皮を可視化した。OCT画像では、嗅上皮およびこ嗅上皮において、粘膜表面から粘膜固有層の血管の表層側で作成した包絡線までの距離を測定した。また、HE染色を行った切片は顕微鏡下で写真撮影し、嗅上皮と呼吸上皮の厚さを測定した。その結果、まず、HE染色の組織切片で測定した呼吸上皮の厚さは、嗅上皮を薬物性に脱落させるメチマゾールの投与により、有意な経時的変化を示さなかったが、嗅上皮の厚さは、メチマゾール投与後3日目に薄くなる経時的変化を示した。その後、7日、14日目には徐々に厚みが回復し、42日後には元の厚さにまで回復したのを確認した。次に、メチマゾール後の呼吸上皮と嗅上皮の厚さの変化をOCTで測定した結果、HE染色で測定した結果と同様の経時的変化を確認することができた。すなわち、メチマゾール投与後の嗅上皮の厚みの減少とその後の経時的な回復の経過をOCTで測定することができた。以上から、OCT装置で嗅上皮の厚さの変化を非侵襲的に測定することの基礎が確認できた。現在、この結果を論文化する作業を取り組んでいるところである。マウスに対してメチマーゾルを投与し、投与から3、7、14、42日経過後に全身麻酔下で鼻粘膜を露出させ、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)装置(OCS-1300ss、Thorlab)で嗅上皮を可視化し、ヘマトキシリン・エオジン(HE)染色標本と比較して、嗅上皮と呼吸上皮の厚さを測定するという、基本的な実験は順調に進んだ。しかし、その論文化がまだ進行中であり、終了していないので、やや遅れていると評価した。マウスに対してメチマゾールを投与し、投与から3、7、14、42日経過後に全身麻酔下で鼻粘膜を露出させ、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)装置(OCS-1300ss、Thorlab)で嗅上皮の可視化を図った。OCT画像では、嗅上皮および嗅上皮において、粘膜表面から粘膜固有層の血管の表層側で作成した包絡線までの距離を測定した。

また、HE染色を行った切片は顕微鏡下で写真撮影し、嗅上皮と呼吸上皮の厚さを測定した。その結果、まず、HE染色の組織切片で測定した呼吸上皮の厚さは、嗅上皮を薬物性に脱落させるメチマゾールの投与により、有意な経時的変化を示さなかったが、嗅上皮の厚さは、メチマゾール投与後3日目に薄くなる経時的変化を示した。その後、7日、14日目には徐々に厚みが回復し、42日後には元の厚さにまで回復したのを確認した。次に、メチマゾール後の呼吸上皮と嗅上皮の厚さの変化をOCTで測定した結果、HE染色で測定した結果と同様の経時的変化を確認することができた。すなわち、メチマゾール投与後の嗅上皮の厚みの減少とその後の経時的な回復の経過をOCTで測定することができた。以上から、OCT装置で嗅上皮の厚さの変化を非侵襲的に測定することの基礎が確認できた。現在、この結果を国際誌に発表するための論文作成作業に取り組んでいるところである。嗅覚受容器の存在する鼻腔環境に応じたDrug delivery system(DDS)開発を行い、ここから徐放する嗅細胞再生促進因子の有効性を組織学的、機能的に評価すると同時に、光コヒーレンストモグラフィー(optical coherence tomography: OCT)を用いて、非侵襲的かつ他覚的な組織レベルでの至適な画像診断方法を明らかにし、将来の臨床的他覚的嗅覚検査法の開発の基礎を確立するための基礎研究を施行した。OCT撮像条件を確立するのが困難で、予想外に時間を要したため。マウスにおける本研究結果が、ヒトにおいても応用可能かどうかを確認する方針である。耳鼻咽喉科引き続き、三重大学、京都大学の2研究拠点において、当初の計画通りの実験研究を推進する。物品費が予想したよりも安く購入できたため。物品費が予想よりも安く購入できたため。当該年度の実験計画よりも実験遂行がわずかに遅れたため、それに従って、わずかに次年度使用額が生じた。ただし、その金額は当該年度使用予定額のわずか1.1%である。引き続き予定通りの実験計画遂行の必要経費として使用する予定。引き続き予定通りの研究計画遂行の必要経費として使用する予定。
離散体―連続体連成解析で紐解く柔構造擁壁の耐震性能：石積擁壁を中心に

今年度は、柔構造擁壁の地震時応答シミュレータとして開発を進めている不連続性岩盤解析手法であるNMM-DDAの妥当性検証を目的として石積擁壁の模型振動台実験を実施し、その再現解析を行った。実験はオーストラリアのニューサウスウェールズ大学との共同研究として現地大学所有の水平・鉛直二軸振動台を利用して実施した。背面地盤にはシドニー砂を使用し、石材をコンクリート製ブロックで模擬した。加振条件はテーパーつき正弦波による水平加振を基本ケースとして、崩壊(石材の滑り出し)時の加速度を検討した。また、ブロック間の摩擦抵抗で土圧に抵抗する石積擁壁では鉛直動が安定性に影響を与えることから、鉛直動を考慮した実験も実施した。この際、水平動と鉛直動の位相差による挙動の違いも検討するため、鉛直方向には水平方向と同位相あるいは逆位相のテーパー付き正弦波を入力する2ケースを行った。模型実験結果からは今回設定したブロックの積層条件ではいずれの加振条件でも最下段のブロックから滑りが生じて主働破壊することがわかった。ただし、滑り出しのタイミングは加振条件によって異なり、水平動と同位相の鉛直動を入力したケースがもっとも早く(小さな加速度で)破壊し、水平動のみのケースがもっとも破壊が遅かった。以上の実験結果に対しNMM-DDAによる再現解析を行った。ブロックをDDAで地盤をNMMでモデル化し、実験で使用したブロックの摩擦係数、砂の強度定数を用いて実験と同じ条件で加振した結果、鉛直動の有無による滑り出し時刻やその後の変位量の違いを定量的に再現することができ、NMM-DDAの石積擁壁への適用性が示された。実験および解析結果で観察された破壊メカニズムより極限釣合い式を導出し、破壊タイミングについて検討した結果、石積擁壁の崩壊タイミングと形態は地盤の主働破壊と石材滑りのいずれが先に生じるかで決定されることがわかった。当初より計画していた石積擁壁の模型振動台実験が滞りなく完了し、さらにはNMM-DDAを用いた再現解析についても定量的に合致する結果を得ることができた。これにより開発中の数値解析法の妥当性を検証できた。それに加えて、実験および数値解析結果に基づき極限釣合いに基づく安定性評価式を導出し、加振条件による挙動の違いを説明できた点は大きな進展であった。次年度は、これまでにその妥当性が検証されたNMM-DDAを用いて様々な構造条件下での石積擁壁の地震時挙動を総合的に検討し、脆弱な構造条件を明らかにする。具体的には、石材の寸法や形状、積み上げる段数、勾配といった条件に関するパラメトリックスタディをを行い、そのシミュレーション結果に基づき崩壊メカニズムを整理し、極限釣合い式を導出することで、より汎用性の高い安定性評価手法を提案する。

模型実験の計測用にハイスピードカメラの購入を予定していたが、コンパクトデジタルカメラ(本研究課題にて購入)の高速撮影機能にて対応したためその差額分が次年度使用額となった。研究計画よりもスムーズに数値解析手法の検証が進んだ結果、次年度は多くのパラメトリックスタディを実施することとなったため、多くのケース数を同時に検討できるよう計算機環境の拡充に充てる予定である。
宇宙機の長秒時航行へ向けた極低温推進薬の熱流動挙動解明とその数値予測技術の構築

本研究では、宇宙輸送システムにおける極低温流体管理技術の確立へ向けて、宇宙機の推進薬タンク内部の自由表面流を対象とし、様々な加速度条件下における熱流動特性を、加振器を用いた地上実験と先進的な解法に基づく数値解析の両面から詳しく調べた。実験では、動的加速度環境ならびに低重力環境の実現方法と熱流動特性の計測手法を確立し、常温液体だけでなく、液体窒素と液体水素を用いた極低温スロッシング試験を実施した。その結果、大きな気液温度比が課される極低温条件に特徴的な凝縮・沸騰現象を確認した他、可視化観察を通じて液面挙動と気液熱交換の相関を整理した。一方、液体ロケットの推進機関を設計するために不可欠な基盤技術として、相変化と実在流体効果を適切に考慮した独自の自由表面流数値解析手法を更に発展させて提案した。本研究では、宇宙輸送システムにおける極低温流体管理技術の確立へ向け、推進薬タンクを想定した密閉容器内部の自由表面流を対象とし、様々な加速度環境における熱流動特性を、地上実験と先進的な数値解析の両面から解明することを目的としている。同時に、宇宙輸送システムの推進機関を設計するための基盤技術として、相変化と実在流体効果を適切に考慮した独自の自由表面流数値解析手法を発展させることを目指す。実験では、高精度の位置決めが可能な電動スライダーを構成要素とする加振器を用い、断熱密閉容器を製作して加振実験に供した。供試液体として、相変化の影響を排除するために不揮発性の常温シリコン油を用い、断熱膨張を利用して容器内に気液間温度差を生じさせたうえで、液体揺動(スロッシング)と温度場が連成する流れ場を創出した。容器内部の圧力が、密閉された気体の内部エネルギー総和に比例することを利用し、熱交換に起因する圧力変動に関しても再現性のあるデータを取得し、熱入力を定量的に評価できた。初期条件と境界条件が比較的明確に課された系を実験室で実現することで、数値解析の検証用に適する実験データを取得できた。並行して、断熱容器と同じ内壁形状を有する透明容器を製作して加振実験に供し、高解像度の高速度カメラを用いた微速度撮影を行うとともに、液体揺動の振幅や砕波発生の有無を観察した。加速度振幅、加振周波数、気液温度差を色々に変えた実験を通じ、液体揺動の規模と圧力変動の相関を定量的に考察した。その結果、線形応答的で穏やかな液体揺動の場合に比べ、飛沫や砕波の発生を伴う非線形応答的で激しい液体揺動の場合に、気体側への熱入力が桁違いに大きくなることが確認された。加えて、液面観察結果と圧力変化履歴の照合により、飛沫の発生に加えて、液体揺動が容器壁を濡らすことに伴う液膜の存在が、気体側への熱入力に大きく影響していることが示唆された。数値解析については、報告者らが開発している自由表面流解法(CIP-LSM)を用い、先ずは、不揮発性の供試液体を用いた加振実験に対応する計算を行った。実験データとの比較を通じ、液面における適切な熱伝達モデルの検討と、固体壁面上の薄い液膜を再現できるだけの格子解像度の検討を行ったうえで、加振実験の数値的模擬を試みた。その結果、液体揺動に伴う気液間熱伝達促進と圧力変動をよく再現することができた。相変化を考慮した計算手法の高度化へ向け、準備を進めることができた。本年度は、昨年製作した電動加振器と耐圧断熱密閉容器に改良を加えた加振実験を継続した。また、供試液体として極低温流体である液体窒素を新たに用い、液体揺動と温度場が連成する流れ場を実験的に創出できた。その結果、液体窒素と気体窒素を共存させた密閉容器(クライオスタット)を激しく加振すると、液相に冷やされる気相側で凝縮が発生し、容器内部の圧力が急降下する現象が計測されるとともに、観察窓を通じた高速度カメラ撮影により、気相側の凝縮現象を観察することに成功した。今後、気相側の温度をパラメータとして、液体揺動の規模と圧力変動の相関を定量的に整理するとともに、液体揺動を減衰させる邪魔板を容器内に装備した場合や、界面熱伝達を強制遮断する浮体を導入した場合について試験を行い、各種デバイスがタンク内熱環境に与える影響に関する知見を獲得するという研究指針が得られた。

一方、無重力環境で濡れ性に駆動される液体の挙動を詳細に観察するための落下塔試験の準備を進めた。数値解析については、申請者らが開発している自由表面流解法(CIP-LSM)を用い、加振実験に対応する計算を行った。実験データとの比較室通じ、液面における適切な乱流熱伝達モデルの検討を行うとともに、相変化モデルを組み込んだ解析に着手した。また、小さな計算格子を用いた詳細計算により、固体壁面上の薄い液膜が、液体揺動と連成する熱伝達促進に大きく寄与していることが示唆された。本研究では、宇宙輸送システムにおける極低温流体管理技術の確立へ向け、推進薬タンクを想定した密閉容器内部の自由表面流を対象とし、様々な加速度環境における熱流動特性を、地上実験と先進的な数値解析の両面から解明することを目的としている。同時に、宇宙輸送システムの推進機関を設計するための基盤技術として、相変化と実在流体効果を適切に考慮した独自の自由表面流数値解析手法を発展させることを目指す。本年度は、研究初年度に製作した電動加振器と耐圧断熱密閉容器に改良を加えた加振実験を継続した。供試液体として、昨年までの常温不揮発性流体に加え、揮発性流体(FC-72)を供し、液体揺動と温度場および相変化が連成する流れ場を実現した。容器内部の圧力が、気体側における内部エネルギーの総和に比例する値を呈することを利用し、熱交換に起因する圧力変動を計測し、潜熱と顕熱を含めた気体側への熱入力を定量化するのと同時に、透明な断熱容器を加振実験に供し、高速度カメラにより液体揺動の振幅や砕波発生を観察することで、液体揺動の規模と圧力変動の相関を整理した。さらに、宇宙航空研究開発機構の協力を得て、昨年実施した液体窒素の場合に加え、液体水素を用いた実験を試み、より実際的なロケットタンク内熱環境に関する知見を獲得した。液体と同種の気体による加圧を行い、タンクが単成分非平衡二相系場合、砕波を伴う大振幅の液体揺動に伴って、系の温度は液体温度に支配され、系の圧力は液体温度に対応した飽和蒸気圧に向かって短時間のうちに変化することが確認された。並行して、既存の実験データを用いて沸騰現象の直接計算を試み、本解析における相変化現象の定式化が妥当であることを確認するとともに、人為定数をできるだけ排した相変化モデルを構築した。また、本研究課題で構築される数値流体解析手法をより実用的なものとするため、汎用計算機(PC)での計算実行速度向上のための残差切除法に基づく計算技法を実装した。
パートナーへの感染告知促進による先天梅毒予防を目指した日本版保健指導手引きの作成

本研究の目的は、感染予防対策として、梅毒患者のパートナーへの感染告知及び受診を支援する日本版手引きを作成することである。諸外国では、性感染症対策としてのパートナーへの感染告知支援は標準化・制度化が進み、早期発見・治療につながる効果をあげている。ところが、我が国ではこのような支援制度は整備されておらず、パートナーの感染を契機に検査を受けた割合はわずかである。我が国においてパートナーへの感染告知が進まない理由を早急に解明し、日本の実情に応じたパートナー感染予防対策の具体化が必要である。本研究で作成する手引きは、梅毒への新たな対策として効果的介入方法を医療および公衆衛生担当部門に提供できる。
食品の抗酸化能力を評価する方法の開発

1.ARAC法の高度化:PQQ類の抗酸化能力や生体系に近く抗酸化剤を含まない牛胎児血清にビタミンEを加えて、均一溶媒やミセルと比べてフリーラジカル消滅能力がどのように変化するかを検討した。また、トマト、パプリカ、紫ニンジンなど野菜抽出物のARAC値を評価を実行中であり、実際に野菜の抗酸化能力の評価に用いることができることが分かった。2.SOAC法の高度化:金属イオンのような抗酸化剤以外の食品成分が一重項酸素消滅能力に与える影響をレーザーを用いた評価方法の結果と比較して論文や学会発表を行った。また、一部のフラボン類、女性ホルモン、アロエ含有類似分子、米糠などの食品のSOAC値を求めて、論文発表を行うとともに総説を執筆した。3.ATREC法の開発:ダブルミキシングストップトフロー法を用いて抗酸化剤や食品のビタミンE再生能力ATREC値を評価する方法を開発した。ATREC値が小さい場合は、正確な値を求めるためにシミュレーションを行う必要があることが分かった。また、緑茶に含まれるカテキン類のビタミンE再生反応では量子論的トンネル効果が重要な役割を果たすことが分かった。1.ARAC法の高度化及び全般的進捗申請書では、ARAC法、SOAC法、ATREC法を統合して農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業に応募して大規模試験につなげることは平成28年度以降に計画していたが、トマト、パプリカ、紫ニンジンなど野菜抽出物のARAC値を評価を実行して実際に野菜の抗酸化能力の評価に用いることができることが分かるなど、当初の計画以上に研究が進展したため、平成27年度内に平成28年度の「発展融合ステージ」に申請をすることができた。2.SOAC法の高度化アロエ含有類似分子の一重項酸素消滅能力を評価して、大韓民国済州島で行われた27th international conference of photochemistry国際学会でspecial guaranteed oral speakerとして招待された。さらに、共同研究者とともに行ったアロエ含有類似分子のような分子内水素結合を含む分子の一重項酸素消去に関わる励起状態分子内プロトン移動の理論的研究が日本コンピュータ化学会秋季年会2015精選論文特集に選ばれた。こうしたことから、当初の計画以上に研究が進展していると考えられる。3.ATREC法の開発様々な天然抗酸化剤のATREC値を求めることは平成28年度以降に計画していたが、シミュレーションを用いて緑茶に含まれるカテキン類のビタミンE再生反応で量子論的トンネル効果を見いだして論文として投稿しているので、当初の計画以上に進展している。1.ARAC法の高度化:パーキンソン病の治療に重要な役割を果たすと言われているドーパミン類を含むカテコールアミン類のフリーラジカル消去活性やα-トコフェロールとの相乗作用、ヒト血清とα-トコフェロールの相乗作用、フラボノイドの活性を研究した。また、一部の野菜抽出物、食用油のARAC値を予備的に評価して、実際に食品の抗酸化能力の評価に用いることができることが分かった。2.SOAC法の高度化:実際の生体・食品系に近いミセル中でのカロテノイドやα-トコフェロールの一重項酸素消去活性、金属イオンなどの食品成分の影響、フラボノイドの活性を研究した。また、一部の野菜抽出物、食用油のSOAC値を予備的に評価して、実際に食品の抗酸化能力の評価に用いることができることが分かった。3.ATREC法の開発:緑茶成分のビタミンE再生能力をシミュレーションを用いて評価して、ATREC法の論文がはじめて掲載された。ビタミンEの再生に量子論的トンネル効果が重要な役割を果たすことを示し、カテコールアミン類の活性や生体に近い系での値も評価した。1.ARAC法の高度化及び全般的進捗昨年度応募した農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業「発展融合ステージ」は残念ながら不採択であったが、こうした申請は最終年度に計画していたものであり、当初の計画以上に研究が進展して応募が可能になった。一部の野菜抽出物、食用油のARAC,SOAC値を予備的に評価して、実際に食品の抗酸化能力の評価に用いることができることが分かった。さらに、愛媛県の地元企業から実際の食品の評価依頼も来ており、今後の進展が期待される。2.SOAC法の高度化レーザーを用いた方法によるSOAC値の評価がイギリス王立化学会が2016年に発行した中で最も引用された総説で解説され、高く評価されている。カロテノイド類などの活性評価を大阪で開催されたThe 26th IUPAC Symposium on Photochemistryで発表した。こうしたことから、当初の計画以上に進展していると考えている。3.ATREC法の開発様々な天然抗酸化剤のATREC値を求めることは平成28年度以降に計画しており、その発表は29年度になると予想していたが、28年度内にATREC法の開発を説明する初めての論文をイギリス王立化学会発行の論文誌に発表できたので、当初の計画以上に進展している。また、実際の生体に近い系での評価も行うことができた。1.ARAC法の高度化:均一溶媒中で食品に含まれる脂肪酸エステル類やカロテノイド類のARAC値を測定して水素引き抜き反応の構造活性相関を解析した。フラボン類やアントシアニジン類についても検討した。本格的に均一溶媒中の食用油に応用して解析を進めている。2.SOAC法の高度化:食品に含まれるフラボン類やアントシアニジン類のSOAC値を測定して、ARAC値や紫外線防御機能を発現する励起状態分子内プロトン移動(ESIPT)能力との相関を解析した。

ARAC値とSOAC値は正の相関を示してB環からの電子移動が重要な働きを示すことなどで説明できたが、両者はESIPT能力と負の相関を示した。ESIPTの結果は節面モデルで説明できることが分かった。均一溶媒やミセル中のパーム油や大豆油など各種食用油についても解析を進めている。1.ARAC法の高度化及び全般について現在行っている野菜抽出物のARAC値評価を拡大して、SOAC値やATREC値とともにデータベースにまとめる。申請した平成28年度農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業「発展融合ステージ」は不採択であったが、評価方法の改良、データの追加等を行ってARAC法、SOAC法、ATREC法を統合して、何らかの形で再度の申請につなげたい。2.SOAC法の高度化フラボン類、女性ホルモン、アロエ含有類似分子に加えてパーキンソン病の治療に重要な役割を果たすと言われるドーパミン類のSOAC値を求めて、抗酸化との関係を検討する。また、牛胎児血清など生体系に近い系での実験を行い、均一溶媒やミセルと比べて一重項酸素消滅能力がどのように変化するか、フィチル基(細胞膜中で安定に存在させる機能があるビタミンE分子の尾)が与える影響などを検討する。3.ATREC法の開発緑茶に含まれるカテキン類のみならず様々な抗酸化剤のATREC値を求めるとともに、生体系に近い系での実験も行う。1.ARAC法の高度化及び全般について現在行っている野菜抽出物や食用油のARAC,SOAC値評価を拡大して、ATREC値とともにデータベースにまとめる。単なる値の羅列ではなく、そうした値になる原因まで掘り下げた評価を行う。農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業「発展融合ステージ」は残念ながら不採択であったが、評価方法の改良、データの追加を行ってARAC法、SOAC法、ATREC法を統合して、何らかの形で再度の申請を行いたい。2.SOAC法の高度化アントシアニジンやフラボノールを含むフラボノイドの一重項消去活性を評価して論文を執筆する。緑茶成分であるカテキン類の活性は酸化電位と負の相関があるが、従来の分子軌道計算では説明することができていない問題を解明する。愛媛県の地元企業から実際の食品の評価依頼に対応して、地元の特産品において高いSOAC値が得られる原因を解明する。3.ATREC法の開発生体系に近い系での実験を進展させる。反応化学正確な人件費の支払いのために年度末まで残額をある程度残す必要があったが、予定よりも人件費が少額だったので、全ての予算を使い切るには至らなかったため。次年度人件費と合算して使用する。
分泌型IgAにおけるjoining chainの基礎的研究

本研究の今年度の結果としては研究実施計画に述べた如く,まずヒトJ鎖cDNAをPCR法を用い増幅し,得られた遺伝子をタンパク発現ベクターであるpGEX-2Tに組込み,ヒトJ鎖発現ベクターの構築を行なった。そしてこの発現ベクターを用い,宿主大腸菌(DH5_α)の形質転換を行なった結果,大腸菌内にIPTGによって強く誘導される蛋白質をSDS-PAGEによって確認し,Western blot法でこの蛋白質がヒトJ鎖融合タンパク質であることが判明し,ヒトJ鎖融合タンパクを発現させることができた。次にこの融合蛋白質の精製を行なったが,発現している融合タンパク質は大部分が不溶性であったことから,各種海面活性剤および培養温度の違いによる融合タンパク質の溶解度について検討し,アフィニティーカラムを用いた精製に及ぼす影響について検討した。その結果,25°Cで培養した大腸菌から0.1%SDSを用い,精製した場合,少量ではあるが精製度の高いヒトJ鎖融合タンパク質を得ることができた。しかしこの蛋白質はトロンビンによる消化が困難であったため実施計画に述べたヒトJ鎖タンパクの分離精製は困難であった。そこでトロンビンによる消化を行なわずヒトJ鎖融合タンパク質を免疫原としてモノクローナル抗体の作製を試みた。融合タンパクの精製は先に述べた通り少量であったため,in vitro stimulation法による免疫を行ない,マウス抗ヒトJ鎖モノクローナル抗体の作製を行なった。ヒトJ鎖と反応する抗体を得ることができたが,得られた抗体は本研究の免疫法にin vitro stimulation法を用いたためIgMクラスであり,抗体の精製や親和性の点において不利な点があった。今後は大量の免疫原としての融合タンパク質の精製法を検討し,より有用性の高い抗体の作製が課題となる。
音波を用いた境界層剥離の制御

本研究は,ボルテックスジェネレータにおけるように付加的な抵抗増を伴わない,より理像的な剥離防止策の実現を念頭に置いた基礎研究であり,具体的には「渦の音響励起による境界層の剥離抑制法」を提案し,その基礎研究として,剥離抑制に最も有効な強い渦構造(およびそのスケーリング法則)と音波がその渦構造を励起する機構を明らかにし、その基礎研究の成果を種々の実用上有用な剥離流れに適用することを目的としている。平成4年度は,前年度に引き続き,本研究において提案する手法の実用性を確認するための2次元翼列流れの剥離制御に関する実験とその結果の分析を行い,剥離抑制効果を圧力係数や全圧比の観点から評価した。次に,渦の音響励起の機構についてさらに考察するため平板翼の前縁剥離を対象として,パネル法と渦点法に基づく数値シミュレーションを行った。以下に主な成果を要約する。NACA65(12)10翼型(solidity1.25,流入角60゚)を用いた翼列流れ(レイノルズ数2.8×101)については,渦の音響励起により、圧力係数が自然状態(迎角α=14.5゚)における0.386から0.426(迎角α=22゚)に増し,全圧比(産業用圧縮機の周速度・軸流速度を仮定した場合)に換算すると1.40程度の値が期待できるという結論が得られた。前縁剥離の数値シミュレーションでは,平板迎角8゚の場合についてパネル法と渦点法の併用によって前縁剥離流れを模擬できることが明らかにされ,次に音波による粒子速度場をポテンシャル流で近似する手法として,強さが時間的に正弦変化する湧き出しを用い,渦の音響励起を試みた計算から,剥離剪断層が波動の状態をほとんど経ることなく渦が励起され,しかもこれによって平板壁近くに運動量とエネルギが注入されて剥離が抑制されることが示され,渦励起による剥離制御の機構が明確になった。本研究は,抵抗増というペナルティを伴わない理想的な剥離防止策の実現を念頭に置いた基礎研究であり,具体的には「渦の音響励起による方法」を提案し,その基礎研究として剥離抑制に最も有効な強い渦構造(およびそのスケ-リング法則)と,音波がその渦構造を励起する機構を明らかにすることを目的としている。初年度(平成2年度)は,基本的な剥離流れである平板翼の前縁剥離とNACA0015翼上の剥離泡を対象として,音波を用いた剥離制御を行い次の知見を得た。いずれの場合も,剥離点直後に適切なスケ-ルの強い渦を容易に音響励起することができ,その渦の連行作用により剥離を顕著に抑制できることを明らかにした。鋭い前縁からの剥離では,効果的な渦のスケ-ルは剥離泡の壁からの高さ程度であり(同様の結果は,鋭い角からの剥離流についても確認された),従って,剥離泡が大きくなるにつれて,剪断層の厚さに支配される線形安定論的に最も不安定な撹乱のスケ-ルよりも大きなスケ-ルの渦がより効果的になる。また,翼面からの剥離では,迎角により剥離点が翼面上を移動しても常に剥離点周りで渦が音響励起され,実験に用いたNACA0015翼ではα=19°まで失速を抑制できる。この場合,励起された渦の働きにより制御された流れでは剥離位置が移動し,その結果励起される渦自身が抑制に効果的な渦のスケ-ルの目安である剥離泡の高さを変える。従って,剥離点が動く翼面のような曲面では,抑制に有効な渦のスケ-ルの範囲は,前述の前縁剥離の場合より広い。本研究は,ボルテックスジェネレ-タにおけるように付加的な抵抗増を伴わない,より理想的な剥離防止策の実現を念頭に置いた基礎研究であり,具体的には「渦の音響励起による境界層の剥離抑制法」を提案し,その基礎研究として,剥離抑制に最も有効な強い渦構造(およびそのスケ-リング法則)と音波がその渦構造を励起する機構を明らかにし,その基礎研究の成果を種々の実用上有用な剥離流れに適用することを目的としている。前年度は,翼の失速防止に有効な過構造(のスケ-ル,強さ)とそれを音で効率的に励起するための受容性に関する基礎知識が集積されたが,平成3年度はその成果を踏まえ,本手法の実用性をさらに示すために,2元次翼列流れ(NACA65(12)10翼型,ソリディテ-1.25,流入角60°)に対して剥離の抑制効果を調べた。また,渦の音響励起に関する基礎研究の一つとして,円柱の後流渦(カルマン渦列)の音響励起(ロックイン現象)について実験と数値計算により調べた。翼列流れ(レイノルズ数2.8×10^4)については,自然状態では転向角8.5°(翼の迎え角18°)で失速するが,渦の音響励起により転向角25°(翼の迎え角21°)まで翼に沿う流れを実現できた。カルマン渦列の音響励起については,ロックイン現象は,攪乱の増幅を支配する剥離剪断層と円柱後流の2つのタイプの不安定性のうち後者の不安定性の極めて鋭い周波数選択性と密接に関係していて,音波により導入された攪乱がその段階で自然攪乱との増幅競争に打ち勝つときに起きることが明らかにされた。

本研究は,ボルテックスジェネレータにおけるように付加的な抵抗増を伴わない,より理像的な剥離防止策の実現を念頭に置いた基礎研究であり,具体的には「渦の音響励起による境界層の剥離抑制法」を提案し,その基礎研究として,剥離抑制に最も有効な強い渦構造(およびそのスケーリング法則)と音波がその渦構造を励起する機構を明らかにし、その基礎研究の成果を種々の実用上有用な剥離流れに適用することを目的としている。平成4年度は,前年度に引き続き,本研究において提案する手法の実用性を確認するための2次元翼列流れの剥離制御に関する実験とその結果の分析を行い,剥離抑制効果を圧力係数や全圧比の観点から評価した。次に,渦の音響励起の機構についてさらに考察するため平板翼の前縁剥離を対象として,パネル法と渦点法に基づく数値シミュレーションを行った。以下に主な成果を要約する。NACA65(12)10翼型(solidity1.25,流入角60゚)を用いた翼列流れ(レイノルズ数2.8×101)については,渦の音響励起により、圧力係数が自然状態(迎角α=14.5゚)における0.386から0.426(迎角α=22゚)に増し,全圧比(産業用圧縮機の周速度・軸流速度を仮定した場合)に換算すると1.40程度の値が期待できるという結論が得られた。前縁剥離の数値シミュレーションでは,平板迎角8゚の場合についてパネル法と渦点法の併用によって前縁剥離流れを模擬できることが明らかにされ,次に音波による粒子速度場をポテンシャル流で近似する手法として,強さが時間的に正弦変化する湧き出しを用い,渦の音響励起を試みた計算から,剥離剪断層が波動の状態をほとんど経ることなく渦が励起され,しかもこれによって平板壁近くに運動量とエネルギが注入されて剥離が抑制されることが示され,渦励起による剥離制御の機構が明確になった。
地理教育の人間形成論的意義の解明－カントの地理教育思想を手がかりに－

(1)カントにおける地理教育の基底性カントが地理教育を重視した理論的背景を、当時の啓蒙・Bildung概念の発生・変成過程を追うとともに、『実践理性批判』の嘘の問題を理念性と現実性と読み解くことにより、明らかにした。カントの教育思想は、Bildung概念が依拠する歴史性ではなく、啓蒙概念がその射程に入れる地理性・空間性にその基底性を有しているとともに、現実の事物を常に理論的に捉え、それを体現するものとしての地理的事物の学びが、現実的行為と理念との乖離から生ずる嘘という、道徳的行為に反する行為の克服に通ずることを明らかにした。さらにこれらの意味するところが、キリスト教的倫理・教育思想から距離を取ることにも一役かっていることを考察した。この成果は、2012年7月に行ったドイツ・カールスルー工工科大学における招待講演「教育の基底としての地理学一カント教育哲学におけるアクチュアリティ(Geographie als Basis der Erziehung : Aktualitat zur Kants Erziehungsphilosophie)」(ドイツ語)として発表した。(2)道徳的問答法の意義とその位置づけ道徳的問答法は、カント教育思想において具体的方法論として広く知られるものである。しかしこの道徳的方法論は、カントにおける自律的人間の形成という、個別的人間の形成においてのみ論じられることがほとんどであった。本研究では、そのような従来のカント解釈に対して、道徳的問答法をカントの発達段階的教育論として包括的に考察するとともに、『教育学』のみならず、『実践理性批判』の方法論や『人倫の形而上学』における道徳的問答法の記述とも有機的に結びつけることを通して、道徳的問答法が、社会的な人間形成を基礎とするとともに、さらに悪の克服という観点から社会の変革をめざしているものである、というその社会性の観点を考慮に入れてはじめてなされることを解明した。この成果は京都大学大学院教育学研究科紀要第59号(2013年4月発行)に掲載された論文「子どもに道徳を教えるということーカントにおける道徳的問答法の意義を問うー」にまとめた。この論考は、カントにおける地理教育的人間形成論が行き着く、具体的な教育方法についてのものである。平成23年度は以下の3点を研究した。(1)カントにおける「思考」と「啓蒙」をめぐって地理教育における認識と行為の紐帯をなす「思考」と「啓蒙」の内実とその意味を、『1765年講義計画公告』を軸にして、『純粋理性批判』や『人間学』にも関連させながら、思考することが自ら良心に語りかける行為をも含む独自なものであることを明らかにした。(2)シティズンシップ教育と世界市民的地理教育の現状と課題-イギリスにおける議論から2011年6月よりロンドン大学教育研究所に留学し、シティズンシップ教育の思想的背景とイギリス・ナショナルカリキュラムにおけるシティズンシップ教育の位置づけと実践の現状と課題、また世界市民的地理教育の問題点を掘り下げた。その成果の一部をイギリス教育哲学会オックスフォード・カンファレンス(2012年3月)での発表原稿Cosmopolitanism, Education and Kant's Physical Geographyに執筆した。(3)カントにおける世界市民教育と地理教育世界市民性をPluralism(複数主義)という点から再考し、とりわけカントのPluralismは、普遍性へと到る手段であるとともに、普遍性と密接に結びついた目的であり、さらに人々のそれぞれの幸福追求そのものを体現しているという意味で「手段-目的」という二元論を超えた、生きるということまさにそのものであるということを明らかにした。