hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模センサアレイによるカクテルパーティ効果システム

本研究の目標は,本来は心理学の概念であったカクテルパーティー効果を,工学の分野にもちこみ,生体の機能に近いセンシングシステムを実現することである.この目標をめざして,本課題では,リアルタイム動作可能な実験システムを実際に試作しながら研究を進めた.3年間の研究の結果として,以下の成果を得た.第一は,ハードウエアの完成である.まず,156チャネルのマイクロホンアレイを完成させた.また,視聴覚融合を併用して音の抽出を行うために用いるビデオカメラのアレイ,音信号や画像をリアルタイムで処理するための並列演算用DSPモジュール,DSP間通信を効率良く行うための専用の通信モジュール,等を設計し製作した.第二は,DSP間通信モジュールでの通信プロトコルの研究である.大規模アレイの情報処理にあたって,最も問題となるのはDSP間通信をどう行うかである.映像や音声を効率よく通信し,DSP間通信のオーバーヘッドを最小限におさえ,かつソフトウエア開発も容易に行えるようなDSPボード間の通信方式を決定し,その方式にあった専用FPGAを設計した.以上,完成させたソフトウエア,ハードウエアでシステムを組み,大規模アレイによる信号分離を行ない有効であることを示した.また,それと平行して,数値シミュレーションを用いてさらに高度な信号分離アルゴリズムを開発し,センサ数を大規模化することの意味も示した.これは既存の独立成分分析の理論を大規模アレイにも使えるように拡張したものである.これら結果によって,センサアレイの大規模化の有効性の度合いが示され,また,大規模化したセンサを用いたシステムのアーキテクチャ設計やソフトウエア環境に対する指針を示すことができた.これらが本研究の成果である.本研究の目標は,本来は心理学の概念であったカクテルパーティー効果を,工学の分野にもちこみ,生体の機能に近いセンシングシステムを実現することである.この目標をめざして,本課題では,リアルタイム動作可能な実験システムを実際に試作しながら研究を進めた.3年間の研究の結果として,以下の成果を得た.第一は,ハードウエアの完成である.まず,156チャネルのマイクロホンアレイを完成させた.また,視聴覚融合を併用して音の抽出を行うために用いるビデオカメラのアレイ,音信号や画像をリアルタイムで処理するための並列演算用DSPモジュール,DSP間通信を効率良く行うための専用の通信モジュール,等を設計し製作した.第二は,DSP間通信モジュールでの通信プロトコルの研究である.大規模アレイの情報処理にあたって,最も問題となるのはDSP間通信をどう行うかである.映像や音声を効率よく通信し,DSP間通信のオーバーヘッドを最小限におさえ,かつソフトウエア開発も容易に行えるようなDSPボード間の通信方式を決定し,その方式にあった専用FPGAを設計した.以上,完成させたソフトウエア,ハードウエアでシステムを組み,大規模アレイによる信号分離を行ない有効であることを示した.また,それと平行して,数値シミュレーションを用いてさらに高度な信号分離アルゴリズムを開発し,センサ数を大規模化することの意味も示した.これは既存の独立成分分析の理論を大規模アレイにも使えるように拡張したものである.これら結果によって,センサアレイの大規模化の有効性の度合いが示され,また,大規模化したセンサを用いたシステムのアーキテクチャ設計やソフトウエア環境に対する指針を示すことができた.これらが本研究の成果である.本課題は,本来「心理学」の概念であるカクテルパーティー効果を,「工学」の分野にもちこみ,生体の機能に近いセンシングシステムを実現することを目標とする.この目的のため,本課題では,「視覚と聴覚の空間座標上での統合に適した分散型視聴覚融合デバイスによるシステム」という手法を提案し,その有効性を,ディジタル信号処理系を実際に試作することで実証する.本年度は,以下の成果を得た.まず第一の成果は,マイクロホンアレイを,大規模アレイに拡張したことである.当初の予定では64本のマイクからなる大規模アレイを試作することが目標であったが,実際には156本の大規模アレイを完成させることができた.このような大規模アレイが実現できた背景として,AD変換された各マイクロホン信号を束ね,音響信号処理用のDSPに導くための専用通信ネットワークモジュールの完成があげられる.実際に製作したモジュールは16chぶんのマイクロホン信号を多重化して隣のモジュールに転送する機構をもつもので,このモジュールの導入によって,大規模アレイを簡単に構成できるようになった.次に,動画像の前処理のためのDSPの並列処理による実時間システムを設計・製作については,DSPのモジュール数を増強した.また,画像入力,画像出力モジュールとして,標準的に用いることのできる基板を設計・製作し,次年度以降のカメラ数拡張のための準備を終えた.またDSP間の通信機能の強力なDSPを用いて動画像の並列処理に特化したシステムを構築する計画については,現在設計中で,どのような通信方式が適当かをここまでの成果に照らして検討中である.本来は心理学の概念であったカクテルパーティー効果を,工学の分野にもちこみ,生体の機能に近いセンシングシステムを実現することが本研究の最終的な目標である.この目標をめざして,本課題では,「視覚と聴覚の空間座標上での統合に適した分散型視聴覚融合デバイスによるシステム」という手法を提案し,その有効性を,ディジタル信号処理系を実際に試作することで実証する.本年度は,以下の成果を得た.第一の成果は,大量のセンサ情報をリアルタイムで処理するためのDSPボードを新たに設計・製作したことである.昨年度までは浮動小数点型のDSPを用いていたが,センサ情報処理のほとんどは固定小数点演算で十分であり,むしろ処理速度が早く,演算の途中結果を多ビットで蓄えられることのほうが重要であることがわかった.

このため,固定小数点型のDSPを用い,センサ情報の並列演算用に特化したDSPボードを試作した.第二の成果は,上記のDSPボード間の通信方式を決定し,その方式にあった専用FPGAを設計したことである.センサ情報の並列処理にあたって,最も問題となるのはプロセッサ間通信である。センサ情報に対する処理能力は,プロセッサ数を増やせば増強できるが,実際には,プロセッサ数を増やしていくと,通信が破綻をきたしてあるところで処理能力が飽和してしまう.そこで,本年度は,大規模センサアレイの処理に適したプロセッサ間通信モジュールを設計し,これをFPGA上で実現した.現在,3個のモジュールを試験的に製作し,本研究の使用に耐えうるかを試験している.最終年度では,すでに製作している大規模マイクロホンアレイとビデオカメラに,本年度の成果であるDSPボードを結合し,システム全体を完成させ,性能評価を行う予定である.本研究の目標は,本来は心理学の概念であったカクテルパーティー効果を,工学の分野にもちこみ,生体の機能に近いセンシングシステムを実現することである.この目標をめざして,本課題では,リアルタイムタイム動作可能な実験システムを実際に試作しながら研究を進めた.本年度は,以下の成果を得た.第一は,ハードウエアの完成である.前年度までの研究成果に基づいて設計した新しいDSPボードを,大規模マイクロホンアレイ用に20枚追加製作した.また,カメラから画像を入力するモジュール,およびモニタに画像や処理結果のグラフ出力を表示させるためのモジュールも製作した.さらに,156チャネルのマイクロホンアレイと新DSP部間のインターフェースも完成させた.第二は,DSP間通信モジュールでの通信プロトコルの研究である.大規模アレイの情報処理にあたって,最も問題となるのはDSP間通信をどう行うかである.前年度までの研究で,DSPボード間の通信方式を決定し,、その方式にあった専用FPGAを設計したが,本年度はそのFPGAを最も効率よく活用するためのソフトウエア,環境を整備した.大量の入出力を行い,かつリアルタイムで,かつ並列処理を行うシステムを構築するときには,デバッグを容易にすることも重要であり,今回製作した開発環境は,デバッグの方法においても視聴覚情報のリアルタイム処理に適したものが実現できたと言える.以上,完成させたソフトウエア,ハードウエアでシステムを組み,大規模アレイによる信号分離を行ない有効であることを示した.また,それと平行して,数値シミュレーションを用いてさらに高度な信号分離アルゴリズムを開発し,センサ数を大規模化することの意味も示した.この結果によって,将来のさらなるハードウエア拡張に対する指針も得られた.
日常身体活動が血中ナトリウム利尿ペプチドに及ぼす効果に関する研究

本研究では、佐賀J-MICCスタディーのベースライン調査に参加した約2,200人の中年男女を対象として、加速度計で測定された日常身体活動と血中ナトリウム利尿ペプチド濃度の関連について横断的に検討する。本研究により、ナトリウム利尿ペプチドの心臓からの放出を高め、このペプチドのもつさまざまな有益性を享受するための身体活動の強度(質)と時間(量)を明らかにする。
光で寿命制御可能な生分解性材料の創製

生分解性高分子は、微生物の酵素の作用で二酸化炭素と水にまで分解される環境低負荷材料として実用化が期待されている。実用化への課題の一つに、材料の寿命制御がある。従来は、結晶化度や分子量の制御、あるいはブレンドといった古典的方法で酵素分解の速度制御を目指した研究が進められてきた。しかし、いずれも分解速度を変化させているに過ぎず、酵素分解のON/OFF制御ではない。研究代表者らは、これまでに光照射によって固体と液体状態をスイッチング可能な材料を開発している。そこで本研究では、この光応答性材料を生分解性高分子と複合化し、酵素分解の開始を光反応で制御できる寿命制御型生分解性高分子材料を開発した。本研究では、使用期間中には高分子としての性能を発揮し、使用後には酵素の作用によって速やかに加水分解が開始されるという画期的な生分解性高分子材料を創製することを目的とする。具体的には、光照射によって融解と結晶化を制御できる独自に開発した「光で溶ける材料」を生分解性高分子表面に被覆、あるいは化学修飾する。そして、光応答性材料の物質状態で、酵素分解の起点である酵素吸着とその後の加水分解作用を制御する。研究期間中に、上に挙げた項目を達成することにより、酵素分解のON/OFF制御機能を付与した寿命制御型生分解性高分子材料を創製し、グリーンイノベーション研究を牽引する。本研究課題においては、具体的には、(A)光で溶ける材料の構造最適化、(B)生分解性材料の被覆・化学修飾法の開発、(C)生分解性材料の酵素分解性評価を実施する。平成26年度においては、研究項目(A)および(B)について実施した。本研究で目指す寿命制御型生分解性材料は、酵素分解される際に、表層に配置する光応答性材料の振る舞いとして、以下の二つを想定した。紫外線照射で光応答性材料が溶けることにより、1アゾ化合物が系外に拡散して酵素分解が進行、あるいは2アゾ化合物の間隙に酵素が浸透できるようになり、酵素分解が進行する。そこで、本年度は、それぞれに対応したアゾ化合物の設計・合成と生分解性高分子表面への配置法の開拓を目指した。化合物の組み合わせや薄膜作成方法の最適化を行った結果、光で溶ける材料と生分解性材料を積層した薄膜において、光照射によって生分解性高分子の被覆状態が変化していることを示す結果が得られた。研究期間中に、上で上げた項目を達成することにより、酵素分解のON/OFF制御機能を付与した寿命制御型生分解性高分子材料を創製し、グリーンイノベーション研究を牽引する。平成26年度には、上記(A)および(B)について実施し、その結果、光で溶ける材料と生分解性材料を積層した薄膜において、光照射によって生分解性高分子の被覆状態が変化していることを示す結果が得られた。そこで、平成27年度においては、前年度からの(A)および(B)に加え、(C)についての検討を実施した。特に、光で溶ける材料と生分解性材料を積層した薄膜において、薄膜形成条件の最適化を実施し積層膜の作製に成功した。また、その薄膜に紫外光を照射することにより、光で溶ける材料だけを液化し除去することに成功した。さらに、光照射後の薄膜に酵素を作用させることにより、光照射した部分のみにおいて生分解性材料の除去に成功した。本研究の目的である、酵素分解のON/OFF制御機能を付与した寿命制御型生分解性高分子材料として、生分解性高分子を被覆している光で溶ける材料の被覆状態の制御に成功しているため、本研究課題の目標をおおむね達成している。有機光化学今後は、生分解性材料の酵素分解性を劇的に変化させることを目指し、光で溶ける材料の分子構造と、それを用いた生分解性材料の被覆・化学修飾法を最適化し、生分解性挙動を詳細に解析する。物品費に関して、所内での共有リソースを活用したことに加え、一部を所内交付金にて購入したために次年度使用額が生じた。また、酵素等高額の試薬を次年度に購入計画であるために次年度使用とした。旅費に関しては、スケジュールの都合で海外出張を取りやめざるを得なくなったため、次年度使用額が生じた。
頭頚部悪性腫瘍におけるtelomeraseを用いた診断および治療への検討

・リアルタイムPCR(Roche)を用いてhTERTを定量した。・PCR-プライマーエクステンションによるTelomeric repeat amplification protocol(TRAP)assay法でTelomerase活性を測定した。4.免疫組織染色やフローサイトメトリーにより細胞増殖率や細胞周期を測定した。さらにマイクロダイゼクションを用い特定細胞を比較検討した。5.口腔腫揚細胞を用いてTelomerase逆転写酵素阻害剤(AZT・EGCG・SMT-312など)やアンチセンス(TERT発現ベクターの変異導.入・p53遺伝子発現ベクターの変異導入など)の細胞内導入を試み、細胞増殖やTelomerase活性の発現の変化を検討した。・リアルタイムPCR(Roche)を用いてhTERTを定量する。・PCR-プライマーエクステンションによるTelomeric repeat amplification protocol(TRAP)assay法でTelomerase活性を測定する。4.免疫組織染色やフローサイトメトリーにより細胞増殖率や細胞周期を測定する。さらにマイクロダイゼクションを用い特定細胞を比較検討する。5.口腔腫瘍細胞を用いてTelomerase逆転写酵素阻害剤(AZT・EGCG・SMT-312など)やアンチセンス(TERT発現ベクターの変異導入・p53遺伝子発現ベクターの変異導入など)の細胞内導入を試み、細胞増殖やTelomerase活性の発現の変化を検討する。5.口腔腫瘍細胞を用いてTelomerase逆転写酵素阻害剤(AZT・EGCG・SMT-312など)やアンチセンス(TERT発現ベクターの変異導入・p53遺伝子発現ベクターの変異導入など)の細胞内導入を試み、細胞増殖やTelomerase活性の発現の変化を検討する・リアルタイムPCR(Roche)を用いてhTERTを定量した。
室内空気中の浮遊微粒子を媒体とした新たな汚染メカニズムの解明と健康リスク評価

本研究では,室内空気中における浮遊微粒子の役割に着目し,浮遊微粒子にSVOCが付着することに関して,現象の把握,健康への影響について検討することを目的とする。DEHPを模擬浮遊粒子に吸着させる実験を行い,それらの要因が吸着挙動に及ぼす影響を検討した。さらに,室内環境のための吸着予測モデルの提案を行った。実験から,浮遊粒子へのDEHPの吸着は,一般室内空間で想定される浮遊粒子の滞留時間と比較して迅速に生じ,浮遊粒子の組成の違いは吸着挙動に大きな影響を及ぼさないことを示した。また,空間のDEHPガス濃度を把握することで本研究によるモデルを用いて正確に評価できる可能性を示した。本研究では,室内空気環境における汚染メカニズムの解明として,室内空気環境における浮遊微粒子の存在に着目し,浮遊微粒子にその他の汚染物質,例えば準揮発性有機化合物(SVOC)や微生物などが付着し,浮遊微粒子を媒介にして室内環境中で移流する現象を想定して,実験的にその可能性の検討を行い,その挙動を解明することを目的とする。更に浮遊微粒子や各汚染物質単体では健康影響がないものの,このような現象によって引き起こされる健康リスクの増大の可能性についても検討を行うことにより,複合的な室内空気汚染機構について新たな展開を示すものである。今年度は,SVOCについては浮遊微粒子の付着試験システムを製作し,粒子の種類,環境温度,付着時間を変化させて,ガスと粒子の分配比の導出を行った。更に既往の研究によるモデル式を精査し,比較することで,モデルの妥当性について検討を行った。また浮遊微生物の付着特性として,微生物同士が共存状態における増殖特性について,基礎的な検討を行った。更に,浮遊微粒子単体の健康リスクについて,文献調査を中心に検討する。浮遊微生物,特にカビや細菌については種類別,個体別の吸引リスクについて調査を行った。本年度は,昨年度に引き続き,チャンバーを用いたSVOCの付着実験を行い,試験粒子の種類及び試験粒子の表面積に注目して,SVOC付着に関するパラメータについて検討を行った。様々な組成の異なる粉体について,表面積計による表面積の測定と共に,浮遊状態及び沈着状態におけるSVOC(今年度はDEHP)の付着試験を行った。結果として,粉体表面積に付着量は大きく影響を受けると共に,粒子の組成によっても吸着量が異なってくることを確認した。更にその吸着傾向は粒子組成により異なることが示唆されたため,今後詳細に検討する必要性を確認した。また,粒子と浮遊微生物との付着傾向についても,微粒子と微生物とが付着することが可能かどうかについて,大型チャンバーを用いた予備実験を行い,それぞれの粒子の発生方法,計測方法などの検討を行った。今後は,浮遊微粒子濃度と微生物濃度の関係など,実測調査結果との関連性について検討することにより,その特性について検証する。浮遊微粒子に付着した際のリスク評価については,既往の研究を参考に,単体の汚染物質の健康リスクに加え,浮遊微粒子に付着した際のリスク評価について検討を行った。本研究では,室内空気環境における汚染メカニズムの解明として,室内空気環境における浮遊微粒子の存在に着目し,浮遊微粒子にその他の汚染物質,ここでは準揮発性有機化合物(SVOC)が付着し,浮遊微粒子を媒介にして室内環境中で移流する現象を想定して,実験的にその可能性の検討を行い,その挙動を解明することを目的とする。更に浮遊微粒子や各汚染物質単体では健康影響がないものも,この様な現象によって引き起こされる健康リスクの増大の可能性についても検討を行うことにより,複合的な室内空気汚染寄稿について新たに展開するものである。本年度は,昨年度に引き続き,チャンバーを用いたSVOCの付着実験を行い,様々な種類の試験粒子を用いて付着に関するパラメータの検討を行った。各試験粉体については,オートソーブを用いて比表面積を計測し,試験粒子の組成の違いよりも,粉体表面積が付着量に大きく影響することを示した。これを元に,浮遊粉じん濃度,粒径分布,滞留時間,SVOCガス濃度などをパラメータに浮遊粒子への吸着に関するモデル式を構築した。更に,室内に堆積した粒子(ダスト)への吸着過程についても検討することで,浮遊及び堆積粒子に関して吸着メカニズムの一端を明らかにした。また,浮遊微粒子に付着した際のリスク評価については,既往研究により,単体の汚染物質の健康リスクに加え,浮遊微粒子に付着した際のリスク評価についての検討を行った。本研究では,室内空気環境における汚染メカニズムの解明として,室内空気環境における浮遊微粒子の存在に着目し,浮遊微粒子にその他の汚染物質,例えば準揮発性有機化合物(SVOC)や微生物などが付着し,浮遊微粒子を媒介にして室内環境中で移流する現象を想定して,実験的にその可能性の検討を行い,数値解析的にその挙動を解明することを目的とする。

本年度は,ハウスダストに含有するSVOCについて,粗大粒子も考慮に入れ,チャンバー実験及び実大空間実験を行った。新たに粗大粒子発生システムを構築し,SVOCの粗大粒子への吸着試験を行った結果,従来の吸着モデル式とは異なる結果となり,空間中での滞留時間などを考慮に入れた検討の必要性が示された。実空間における空間中の粒子,ガス及びハウスダストの三態のSVOCの吸着について,環境条件を考慮に入れ,SVOCの分配に影響を与える項目について検討を行った。以上の知見をもとに,既報モデルをより室内環境に適した評価が可能となるように検討・提案を行い,実測値と予測値の比較からモデルの妥当性について検証を行った。本研究では,室内空気中における浮遊微粒子の役割に着目し,浮遊微粒子にSVOCが付着することに関して,現象の把握,健康への影響について検討することを目的とする。DEHPを模擬浮遊粒子に吸着させる実験を行い,それらの要因が吸着挙動に及ぼす影響を検討した。さらに,室内環境のための吸着予測モデルの提案を行った。実験から,浮遊粒子へのDEHPの吸着は,一般室内空間で想定される浮遊粒子の滞留時間と比較して迅速に生じ,浮遊粒子の組成の違いは吸着挙動に大きな影響を及ぼさないことを示した。また,空間のDEHPガス濃度を把握することで本研究によるモデルを用いて正確に評価できる可能性を示した。本研究においては,実測により得られた知見を元に,小型チャンバーを用いて,粒子とSVOCの共存実験を構築し,その実験データを元に付着機構の一端を明らかにしたものである。更に,粒子については,浮遊及び堆積粒子における付着過程についての検討も行い,各環境条件におけるモデル式の構築を行うことで,空間中及びダストでのSVOC付着のメカニズムについても明らかにした。また,健康リスク評価についても,文献等より最新情報を入手することで,室内空気質の現状と健康評価まで総合的な検討を行うことができた。よって,本研究は当初の目的通り,おおむね順調に進展していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。建築環境工学本研究結果を基に,実際の建物での実測を通じて,汚染機構モデルの妥当性を検討する必要がある。様々な環境条件においても,適用できるようなパラメータの検討が更に必要と考えられる。また,数値解析シミュレーションを用いて,粒子表面における現象及び空間中での粒子及びガスの挙動についても,詳細に検討することも必要と考えられる。計画していたシステムの組み上げを行い,当初の性能通りの実験ができることを確認した。更には,既丁の研究のモデル式を整理することで,今後の展開についても検討を行うことができた。本研究においては,実測より得られた知見を元に,小型及び大型チャンバーを用いて,粒子とSVOC及び微生物との共存実験から,その付着傾向を実験的に明らかにすることを主眼にした,実験的研究である。現在まで,その実験装置の組み立てや実験を着実に行っており,データの蓄積についても順調に得ることが出来ている。
触媒反応を駆使した生物活性シード創出への挑戦

本研究の目的は、分野融合型-有機化学を起点に、新規骨格を有する生物活性シードを創出することである。特に、不斉点や四置換炭素を内包した複素環化合物の合成法の開拓と生物活性評価に焦点を当てる。複素環化合物は承認薬の59%を占めるが(J. Med. Chem. 2014, 57, 10257)、連続不斉点や四置換炭素を内包した複素環化合物はその合成の難しさから十分な活性評価がなされていない。そこでこれまで申請者の研究グループが蓄積してきた知見を基盤として、『1.独自の触媒反応による小規模化合物ライブラリーの構築』、『2.生物活性評価』を推進する。まず、これまでに開発した触媒反応により供給される複素環化合物群をライブラリー化した(Nat. Commun. 2017, 8 , 14875; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8661; Heterocycles, 2017, 95, 1030; Chem. Commun. 2016, 52, 14903)。すなわち、これらの化合物ライブラリーについてストック溶液の調整を行った。また、既に確立している触媒反応については電子及び立体構造に着眼した独自の基質展開・多官能基化を行うとともに、新規触媒反応の開発にも取りくみ化合物群が構築するケミカルスペースを拡張することができた。更に、得られた新規化合物については、各種スペクトル解析、DFT計算により、その固体及び溶液中での三次元構造についての知見も得ることができた。これらの一部の化合物については、理研の所有するNPDepoに寄託することで、これらの新規化合物群に潜在的に秘められた様々な生物活性の検証を進めている。またスループットは高くないもののタンパク質メチル化反応のプロテオーム解析についても、阻害活性を評価するための独自の系を確立することもできた。これまで異なる研究テーマとして断片化されていた反応開発研究とケミカルバイオロジー研究とを有機的に結びつけるための研究体制を構築させることができた。また、独自の化合物群が構築するケミカルスペースの理解と拡張についても順調な進展が得られたため。生成物の多官能基化に取り組む過程において、多様な反応基質を合成した。これらは生成物とは異なる分子骨格、電子および立体構造を有する。そこで、これらもライブラリー化することでさらにケミカルスペースを拡張する。また、現在取り組んでいる活性評価において得られたヒット化合物については、詳細な構造活性相関研究を検討する。当初の計画を効率的・効果的に進めた結果、直接経費を節約しながら、化合物ライブラリー化については順調に進行させることができた。これらの化合物の詳細な活性評価を行うことを目的として、次年度使用額を計上した。
ホウ素、ケイ素およびリン複合共役系分子の構築

アリーレンエチニレン骨格の側鎖にホウ素、ケイ素およびリンのうち、異なる2種類を導入した交差共役系の合成と光物性について検討した。1,4-(ビスフェニルあるいはトリメチルエチニル)-2,5-ジブロモ-ベンゼンを出発原料として、ジメチルフェニルシリル基、ジメシチルボリル基あるいはジフェニルホスホリル基を導入した。また酸化反応によりリンの酸化も行った。これら化合物の吸収および蛍光スペクトルを測定し、光物性について検討したところ、ホウ素のpPi-Pi*共役、またケイ素のsigma*-Pi*共役LUMOが大きく低下し、吸収および蛍光は電荷移動性の強いものであることが示唆された。π共役系の側鎖または主鎖中にホウ素、ケイ素、あるいはリンを導入すると、π電子とホウ素の空のp軌道とのpーπ*共役、またケイ素とのσーπあるいはσ*ーπ*共役、またリンの孤立電子対とのnーπ共役などの軌道間相互作用によって特異な電子状態また興味深い光物性を示す。ここで複数個の異なる典型元素をπ共役系へ導入した場合には、同一分子内にそれぞれpーπ、σーπ、σ*ーπ*、あるいはnーπ共役が存在することになる。これらの複合型交差共役系を合成し、その電子状態および吸収、発光特性について検討を目的とした。例えば、オリゴ(p-フェニレンエチニレン)の側鎖に例えばジメシチルボリル(B)基とジフェニルホスホリル(P)基を導入した場合、母体のp-フェニレンエチニレン骨格のπ共役に対し、側鎖方向にホウ素によるpーπ共役とリンによるn-π共役の異なる共役系が同一分子内に存在することになる。この特異な共役系によって分子のHOMOおよびLUMOは母体のπ共役に対して大きく変化することが期待される。またリンは多様な結合様式をとることが出来、酸化(ーP(=O))や金属配位などの化学的な修飾が可能で、これに伴いその電子状態と構造が変化する。一方、母体となるπ共役系に電子供与あるいは電子吸引性基を導入するとπ共役系自体の電子状態が変化し、典型元素との軌道間相互作用も大きく摂動を受けることになる。ホウ素、ケイ素またリンのうち異なる二種類を導入したジエチニルベンゼンと芳香族ハロゲン化物とのカップリング反応によって合成した複合共役系分子の吸収および蛍光スペクトルの光物性測定と、フッ素アニオンやルイス酸、塩基、および金属等を添加による、光物性変化とセンシング機能について検討した。ここで複数個の異なる典型元素をπ共役系へ導入した場合には、同一分子内にそれぞれpーπ、σーπ、σ*-π*、あるいはn-π共役が存在することになる。またリンは多様な結合様式をとることが出来酸化(ーP(=O))や金属配位などの化学的な修飾が可能であり、これに伴いその電子状態と構造も変化する。複合共役系分子の合成は、ホウ素、ケイ素またリンのうち異なる二種類を導入したジエチニルベンゼンと芳香族ハロゲン化物とのカップリング反応によって行った。これら化合物の吸収および蛍光スペクトルの測定、およびモデル化合物の分子軌道計算を行った。

ここで複数個の異なる典型元素をπ共役系へ導入した場合には、同一分子内にそれぞれpーπ、σーπ、σ*-π*、あるいはn-π共役が存在することになる。これらの複合型交差共役系を合成し、その電子状態および吸収、発光特性について検討した。例えば、オリゴ(p-フェニレンエチニレン)の側鎖に例えばジメシチルボリル(B)基とジフェニルホスホリル(P)基を導入したX型化合物を合成し、その光物性について調査した。その結果、吸収および蛍光スペクトルにおいて長波長シフトが観測され、母体のp-フェニレンエチニレン骨格のπ共役に対し、側鎖方向にホウ素によるpーπ共役とリンによるn-π共役の異なる共役系が同一分子内に存在することが示唆された。またリンは多様な結合様式をとることが出来、例えば酸化(ーP(=O))によるスペクトル変化、フッ化物アニオンの添加によるホウ素アニオンの生成によってもスペクトル変化が観測された。さらに分子軌道計算を行い、HOMOおよびLUMOがホウ素、ケイ素、あるいはリンを導入によって大きく摂動すること確認した。またこれらの研究途中で、トリメチルシリル基とペンタフルオロフェニル基を同一分子内に有する化合物に触媒量のフッ化物アニオンの添加することで連鎖的重縮合が進む、新しい重合を開発することが出来た。有機化学ホウ素、ケイ素あるいはリンの典型元素の導入によるパイ共役電子系の変化、また交差型モデル分子の電子状態について基礎的な知見を得る事が出来た。またフッ化物アニオン等の添加による物性変化の観測などにより、ホウ素、ケイ素あるいはリンの典型元素の特徴に基づく機能について確認した。前年度の研究スタート遅れがあり、研究全体の進捗としてはやや遅れてはいるが今年度の目標は達成したものと考えている。研究代表者の移動があったこともあり、当初予定していた研究進行が遅れてしまった。しかし、ホウ素、ケイ素あるいはリンの典型元素の導入によるパイ共役電子系の変化、また交差型モデル分子の電子状態について基礎的な知見を得る事が出来たと考えている。これまで得られた知見とともに、引き続き、ホウ素、ケイ素またリンを導入したX字型元素ハイブリッド共役分子系ハイブリッド分子およびポリマーの合成を行い、これらの光物性、また、フッ素アニオンやルイス酸、塩基、あるいは金属等を添加し、X字型元素ハイブリッド共役分子の光物性変化やセンシング機能についてさらに検討する。またケイ素置換π電子系において遷移金属を用いないカップリング反応が進行する予備的知見が得られたので、これについても研究を進める。これまで得られた知見とともに、ホウ素、ケイ素またリンを導入したX字型元素ハイブリッド共役分子系ハイブリッドポリマーの合成を行い、これらの光物性についても調査する。また、フッ素アニオンやルイス酸、塩基、あるいは金属等を添加し、X字型元素ハイブリッド共役分子の光物性変化あるいはセンシング機能について検討する。初年度に研究代表者の移動があったこともあり、当初予定していた研究進行が遅れており、次年度使用額が生じた。研究セットアップに時間がかかり研究達成度が遅れていることもあり、繰り越した研究費を次年度に使用し、研究進行のスピードアップを図る。研究費としては実験ガラス器具および薬品等を主に考えている。今年度の研究達成度が当初予定に対し遅れていることもあり、繰り越した研究費を次年度に使用し、研究進行速度のスピードアップを図る。研究費として、実験ガラス器具および薬品等を考えている。
量子井戸サブバンド間遷移と2次元フォトニック結晶による熱輻射制御

研究目的:熱輻射光源は,照明や分光分析などに広く応用されている.しかしながら,熱輻射光源の発光帯域は,応用上,必要とされる周波数帯域に比べて,非常に広く,光源のエネルギーの利用効率が低い.よって,所望の周波数帯域でのみ発光するように熱輻射を制御できれば,エネルギーの利用効率は大幅に改善できると考えられる.また,制御された熱輻射光源は,熱エネルギーを効率よく熱輻射に変換してから,太陽電池に入射して発電を行う高効率太陽光熱光発電にも応用できる.そこで,本研究では,所望の周波数で狭いスペクトル線幅をもって発光する熱輻射光源の実現を目指す.研究方法:従来の熱輻射制御に関する研究は主に,物質の光子系を制御することによって行ってきた.しかし,光子系の制御範囲は,物質の発光帯域に比べて,非常に狭く,これまで十分な熱輻射制御が実現できなかった.そこで,本研究ではまず,これまで制御されなかった物質の電子系を制御して,物質そのものの発光帯域を限定した上で,光子系を制御して強い熱輻射制御を行う.そこで,物質の電子系と光子系の制御には,それぞれ,量子井戸のサブバンド間遷移と2次元フォトニック結晶を採用した.研究成果:上記の方法によって,発光線幅は,従来の黒体光源の1/30程度と狭くできることを昨年度実証した.今年度は,本制御方式に基づく電流注入型光源を作製し,一定の投入パワー時に,本光源の熱輻射ピーク強度は,黒体の4程度まで増大化できることを実験で示した.これらの成果は,2011年8月と2012年3月の応用物理学会,2011年10月のIEEE Photonics Conference 2011国際学会にて発表した.初めは,十分に時間を掛けて,目的に達するために必要な計画を立て,計画通りに研究を進めた.研究を行うに当たって,生じた課題点などを研究グループ内で議論して解決できた結果,より速やかに研究を進めることができた.本研究で開発した熱輻射光源は,従来の低効率,低出力パワーの中赤外発光ダイオードや量子カスケードレーザの代わりに応用可能になると考えられる.また,本熱輻射制御技術を用いて,広い太陽光スペクトルを光電変換セルで効率よく吸収可能な周波数帯域に変換した上で,光電変換セルに入射させることが可能になれば,光電変換セルの発電効率は飛躍的に向上すると期待される.研究目的:熱輻射光源は一般的に広い発光スペクトルを有するため,狭い周波数帯域のみの光を必要とされる応用において熱輻射光源の利用効率が非常に低い.そこで,最初から所望の周波数帯域で発光するように熱輻射を制御すれば,熱輻射光源の利用効率が高くなる.また,制御された熱輻射光源は,熱エネルギーを効率よく熱輻射に変換してから,太陽電池に入射して発電を行う高効率太陽光熱光発電にも応用できる.そこで,本研究では,所望の周波数で狭いスペクトル線幅をもって発光する熱輻射光源を実現することを研究目的とする.研究方法:上記の目的に向けた従来の研究は,物質の光子系を制御することに基づいていた.しかし,その制御範囲は物質そのものの発光帯域に比べて限られている.そこでここでは,まず物質の発光帯域を電子系の制御によって限定し,次に光子系を制御するというこれまでになかった新たな方法で,熱輻射の制御を試みる.ここで,そのための電子系の制御には量子井戸サブバンド間遷移と光子系の制御には2次元フォトニック結晶を採用している.研究成果:昨年度,サブバンド間遷移を用いて物質そのものの熱輻射帯域を限定できることを実証した.また,今年度,その周波数帯域内で光子系の制御を行うことで,さらに熱輻射帯域を限定することに成功した.これらの成果は,2010年9月と2011年3月の応用物理学会,2010年5月のConference on lasers and electro optics2010国際学会にて発表した.また,上記の成果はNatureにも投稿する予定である.研究目的:熱輻射光源は,照明や分光分析などに広く応用されている.しかしながら,熱輻射光源の発光帯域は,応用上,必要とされる周波数帯域に比べて,非常に広く,光源のエネルギーの利用効率が低い.よって,所望の周波数帯域でのみ発光するように熱輻射を制御できれば,エネルギーの利用効率は大幅に改善できると考えられる.また,制御された熱輻射光源は,熱エネルギーを効率よく熱輻射に変換してから,太陽電池に入射して発電を行う高効率太陽光熱光発電にも応用できる.そこで,本研究では,所望の周波数で狭いスペクトル線幅をもって発光する熱輻射光源の実現を目指す.研究方法:従来の熱輻射制御に関する研究は主に,物質の光子系を制御することによって行ってきた.しかし,光子系の制御範囲は,物質の発光帯域に比べて,非常に狭く,これまで十分な熱輻射制御が実現できなかった.

そこで,本研究ではまず,これまで制御されなかった物質の電子系を制御して,物質そのものの発光帯域を限定した上で,光子系を制御して強い熱輻射制御を行う.そこで,物質の電子系と光子系の制御には,それぞれ,量子井戸のサブバンド間遷移と2次元フォトニック結晶を採用した.研究成果:上記の方法によって,発光線幅は,従来の黒体光源の1/30程度と狭くできることを昨年度実証した.今年度は,本制御方式に基づく電流注入型光源を作製し,一定の投入パワー時に,本光源の熱輻射ピーク強度は,黒体の4程度まで増大化できることを実験で示した.これらの成果は,2011年8月と2012年3月の応用物理学会,2011年10月のIEEE Photonics Conference 2011国際学会にて発表した.初めは,十分に時間を掛けて,目的に達するために必要な計画を立て,計画通りに研究を進めた.研究を行うに当たって,生じた課題点などを研究グループ内で議論して解決できた結果,より速やかに研究を進めることができた.本研究で開発した熱輻射光源は,従来の低効率,低出力パワーの中赤外発光ダイオードや量子カスケードレーザの代わりに応用可能になると考えられる.また,本熱輻射制御技術を用いて,広い太陽光スペクトルを光電変換セルで効率よく吸収可能な周波数帯域に変換した上で,光電変換セルに入射させることが可能になれば,光電変換セルの発電効率は飛躍的に向上すると期待される.
単一bZIP型転写因子遺伝子のショ糖非感受性型の導入による高糖度果実の作出

本申請研究では、トマトからtbz17の相同遺伝子である2つの遺伝子を単離し、まずこれらの遺伝子がショ糖による翻訳抑制現象(Sucrose-induced Repression of Translation, SIRT)を引き起こすことを確認した。ショ糖濃度を感知する上流ORFを含む領域を削除し、果実特異的プロモーターの下流に置いた組換えプラスミドを構築した。このプラスミドを生食用にも用いられているマネーメーカー品種に形質導入し、トマト果実を得た。これらの果実内のショ糖、グルコースそしてフルクトースの総和は野生株トマトの値の約1.5倍となっており、本申請の当初目的を達成することができた。クラスSに分類されるbZIPタンパク質をコードする遺伝子SlbZIP1とSlbZIP2を、トマトから同定・単離した。両遺伝子は、葉齢の高い葉で発現が高く、花器官ではSlbZIP1は高発現であるが、一方SlbZIP2はほとんど発現していなかった。これらの結果からSlbZIP1とSlbZIP2はタバコのtbzFとtbz17の各オールソログと考えられた。トマト両遺伝子の産物は、1.植物細胞で核に局在すること、2.転写活性化因子であること、3.アスパラギン合成酵素遺伝子とプロリン脱水素酵素遺伝子を標的遺伝子とすること、を明らかにした。さらに、両転写物の5'非翻訳領域には3つおよび2つの上流ORFが存在しているが、このうち進化的に保存されている転写開始の5'端からそれぞれ2つ目の上流ORFを介してショ糖特異的に主open reading frame (ORF)の翻訳を抑制することを示した。すなわち、ショ糖誘導性翻訳抑制機構を持つ遺伝子であることを確認した。このSlbZIP1とSlbZIP2転写物から上流ORF部分を欠いた形の遺伝子をトマトに形質転換を以下のように行った。トマト品種としてはマイクロトムとマネーメイカーを用いた。導入遺伝子の発現のためのプロモーターとしては、2種類の果実特異的なプロモーターと老化葉特異的プロモーターを使用してきた。E8プロモーターを用いマネーメーカーへ導入した形質転換個体からは形質転換した種子を得ることが出来ている。これらを育てステージ6のほぼ完熟した果実からの抽出液の糖度を糖度計を用いて測定したところ、10系統中6系統では野生型果実の同ステージの糖度より1020%糖度が上昇している結果を得ている。トマト由来のクラスS(SはSmallの略)を2つ得て、SlbZIP1およびSlbZIP2と命名した。さらにトマト品種マイクロトム(昨年度)と食用品種マネーメーカー(今年度)における両遺伝子の発現解析を行った。、両者のcDNAの5'上流域に上流Open-reading frame (ORF)が含まれ、ショ糖による翻訳レベルでの抑制がおこることは確認した(昨年度)。両cDNAの上流ORFを除いたものをトマト果実特異的E8プロモーターの支配下に発現するプラスミドを構築し、マネーメーカー種にアグロバクテリウム法を用いて遺伝子導入を行い、形質転換体を得ていた。これらの個体から種子を得て、ホモ個体を選抜した。これらを非組み換え個体と同時に生育させ、種々の生育のパラメーター(例、植物の高さ、分枝の数、節間長など)を調査した。形質転換個体と非組換体との間に大きな差がないことを明らかにした。得られたトマト果実の大きさ等にも差がみられなかったが、組換個体由来の果実(一個体から得た果実の数は約20)はブリックス糖度計を用いた解析で約40%糖度が高いことを確認している。現在、糖分析そしてアミノ酸分析を行っている。さらに高糖度化を目指すためには、E8プロモーターよりもトマト果実で初期段階からより強く発現するプロモーターが適切と考え、2A11プロモーターを用いることにした。プラスミドを構築し、マネーメーカー種に導入した。分化してきた個体とし、SlbZIP1とSlbZIP2から4つと5つを得たが、ゲノム解析の結果それぞれ1つずつで遺伝子の導入を確認した。遺伝子の導入を再度行うとともに、得られた形質転換体の育ててホモ個体を選抜し、生育特性そして糖分析等を行っていく予定である。イネより低温誘導性遺伝子として単離したlip19遺伝子の遺伝子産物はbZIP型の転写因子であった。lip19遺伝子そしてトウモロコシやタバコから単離された相同遺伝子の発現はいずれも低温処理や老化によって誘導されるといった共通性を示した。イロイヌナズナ由来のbZIP遺伝子は75種類存在し、それらは分子系統学的に13のクラスに分類されている。1998年、オランダのグループは、bZIP11(クラスSに属する)の翻訳がショ糖により特異的に抑制されることを見出し、Sucrose-induced repression of translation (SIRT)と名付けた。さらにSIRTにはbZIP11転写物の5'-leader領域にある植物間に保存された上流open-reading frame (SC-uORF)が必要であることも報告された。lip19遺伝子ファミリーは、シロイヌナズナのクラスSに最も近縁であった。タバコ由来のlip19ファミリー遺伝子であるtbz17遺伝子は、SIRTを示した。さらに興味深いことにSIRT非感受性のtbz17遺伝子を過剰発現したタバコの葉では、ショ糖濃度が野生型タバコ葉の約4倍となっていた。このことは、Sc-uORFは、細胞内のショ糖濃度の感知に関わっていることを強く示唆した。

上記の結果に着想を得て、トマト由来のSIRTを示すbZIP遺伝子を単離した。これらの遺伝子をSIRT非感受性にして、かつトマト果実特異的プロモーター支配下に発現するコンストラクトを作成して生食用トマト品種マネーメイカーに導入し、複数の形質転換トマトを得た。形質転換トマトの生育や形態は、野生型のそれらと大きな差異が観察されなかった。一方、糖濃度(ショ糖+ブドウ糖+果糖)は野生型の果実の値の約1.5倍となっていた。本手法は、植物のショ糖の高濃度化法として有用である。本申請研究では、トマトからtbz17の相同遺伝子である2つの遺伝子を単離し、まずこれらの遺伝子がショ糖による翻訳抑制現象(Sucrose-induced Repression of Translation, SIRT)を引き起こすことを確認した。ショ糖濃度を感知する上流ORFを含む領域を削除し、果実特異的プロモーターの下流に置いた組換えプラスミドを構築した。このプラスミドを生食用にも用いられているマネーメーカー品種に形質導入し、トマト果実を得た。これらの果実内のショ糖、グルコースそしてフルクトースの総和は野生株トマトの値の約1.5倍となっており、本申請の当初目的を達成することができた。E8プロモーターを用いたコンストラクトから得られた形質転換個体の果実の糖度が約40%上昇している結果を得ている。昨年度のヘテロ個体由来の果実でも糖度上昇の傾向をつかんでいたが、ホモ形質転換トマト個体の複数個体の解析から同様の結果を得ており本アプローチでの高ショ糖化の実現可能性は高い。現在、E8よりも強力な果実特異的プロモーターを用いた実験を行い、こちらからも形質転換個体をすでに得ている。糖分析、その他の果実の成分分析が楽しみである。27年度が最終年度であるため、記入しない。植物分子生物学E8プロモーターの支配下に作出した形質転換トマトについては、すでにホモ形質転換個体由来の果実を得ているので、成果を取りまとめていきたいと考えている。2A11プロモーターの支配下に作出した形質転換トマトについても1個体ずつ形質転換体であることを確認している。引き続き、遺伝子導入実験を行うと同時に得られた形質転換体からホモ個体を得て生育特性を調査する。こちらについても、糖分析その他の成分分析を行い、公表していきたい。初年度にトマトの目的とする遺伝子を同定し、特徴づけをほぼ終えたこと、またショ糖による翻訳抑制が起こらない形でトマトへの遺伝子導入を行ったこと、さらには予備的な結果ながらマネーメーカー品種で得られた形質転換トマトの果実の糖度が野生型トマトに比べて高くなる結果を得ていることから、おおむね順調に進展していると評価する。使用するプロモーターをこれまで果実特異的なもの、老化葉特異的なもので導入コンストラクトをつくってきたが、これらから得られるトマト果実の糖度を評価し、最適なプロモーターを選抜する。
神経栄養因子シグナルを制御する新規細胞間シグナル伝達機構の解析

神経細胞に強く発現する受容体型膜蛋白質SHPS-1は、神経栄養因子刺激により細胞内領域がチロシンリン酸化を受け、チロシンホスファターゼSHP-2と結合して下流へとシグナルを伝える。SHPS-1は神経栄養因子のシグナル系の一部を担うと考えられるが、その詳細は明らかではない。SHPS-1遺伝子破壊マウスから培養した海馬神経細胞を神経栄養因子で刺激し、下流シグナルの動きを野生型神経細胞と比較したところ、神経栄養因子の下流シグナルであるMAPK、Aktの活性化については野生型とSHPS-1KOマウスで明確な差は認められなかった。SHPS-1シグナルはこれらの下流シグナルとは異なる経路で神経栄養因子シグナルを制御する可能性が考えられる。一方、SHPS-1はその細胞外領域のリガンドである膜蛋白質CD47と細胞間相互作用シグナルシステムを形成するが、今回、SHPS-1がCD47に比べて神経細胞の軸索に強く局在することを明らかにし、CD47とSHPS-1は神経軸策と樹状突起間で、方向性を持った細胞間シグナルとして機能する可能性を示した。さらに、培養神経細胞を用いた解析により、特にCD47シグナルが神経突起形成やフィロポディア形成を促進的に制御することを見出している。SHPS-1とCD47の相互作用シグナルは、神経栄養因子シグナルと神経細胞間相互作用シグナルのクロストーク機構として、神経形態の変化を制御し、神経回路網の形成に関与する可能性が考えられる。今後、CD47とSHPS-1による細胞間相互作用シグナルが神経栄養因子シグナルのどのような機能と関わっているのかについて、さらに解析を進める予定である。
離散要素法を用いた付着性粉体の凝集過程の数値計算と実験による検証

本研究では従来の離散要素法に新たに付着力の概念を導入し、粒子どうしの各接触点での付着力が接触反力(分離力)を上回った場合には並進運動と回転運動が相手粒子によって拘束されることを考慮した数値解析プログラムを開発した。本研究では付着性粉体が凝集するときの力学的挙動を数値計算によって明らかにするため、まず実験結果との比較が容易な貯槽(ホッパー)における閉塞現象に着目して解析を行った。まず二次元で作成したプログラムを三次元に拡張し、密度や付着力等の粒子物性およびホッパー角や出口幅等の貯槽の幾何学的条件を種々変化させたときに起こる粉体の凝集に起因する貯槽出口の閉塞現象を約1万個の粒子を用いた数値計算によって求めた。計算によって得られた閉塞現象の発生限界は、炭酸カルシウムやデンプン等の実際の付着性粉体を用いて行った実験結果とよく一致し、本研究で開発した付着性粉体の数値解析プログラムが実際の現象の予測に有効であることを示した。次に容器内で攪拌される粒子の運動を対象とした数値解析を行った。円筒形容器内に充填した約1万7千個の粒子を4枚の平板翼で攪拌する場合の運動を数値解析した結果は実際の粒子群の運動をよく表現した。さらに本研究ではより複雑な場合として、気泡流動層(二次元)中の約10万個の粒子の運動も数値解析した。気流の運動は粒子の抗力と回転揚力による相互干渉を考慮したNavier-Stokes式と連続の式を解き、粒子の運動は多体接触による粒子間相互作用を離散要素法によって計算し抗力と回転揚力を考慮したLagrangian形運動方程式を解いて求めた。この場合の計算結果も実際の現象の可視化実験結果ならびに速度特性値の測定結果等とよく一致し、本研究の計算手法が非常に複雑な粒子の運動にも適用できることが明らかになった。本研究ではまず付着性粉体の力学挙動を明らかにするため貯槽からの粉体排出時における閉塞現象に着目し、粒子の付着力、真密度、かさ密度、粒径、摩擦係数、貯槽出口幅、ホッパー角を種々変化させた場合について、約8000個の直径10mmの粒子を対象として付着性粉体が貯槽から排出される過程を付着力を考慮した3次元離散要素法によって数値解析した。付着力を種々変化させて計算を行ったところ、付着力の影響により粒子群の流動状態は大きく変化し、最終的に粒子群内部に生成する凝集体や貯槽出口に形成されるアーチによる閉塞状態が表現できた。また付着力が異なる4種類の付着性粉体(タルク、炭酸カルシウム、フライアッシュ、澱粉)を用いて貯槽出口幅を変化させたときの閉塞点を、求める実験も併せて行った。計算と実験によって得られた閉塞限界値を前述の各変数で構成される無次元数で表すと両者の値はほぼ一直線上に表現され、付着力を導入した離散要素法によって付着性粉体の挙動が正しく計算でき、閉塞限界値を予測できることがわかった。つぎに気流により流動化された場合の付着性粒子群の挙動を調べるため、粒径310μm,粒子数約10万個,気流空塔速度0.2m/sの気泡流動層に着目して数値解析を行った。粒子運動は、多体接触による粒子間相互作用を離散要素法によって記述し、流体抗力と回転揚力を考慮した並進と回転に関するLagrangian形運動方程式を解いて求めた。気流運動は、粒子群との相互作用を考慮したNavier-Stokes式と連続の式に基づき、慣性項には4次の中央差分法を用いて直接数値計算を行って求めた。計算結果をほぼ同一条件の実験結果と比較した結果、瞬時粒子位置の経時変化、粒子の平均速度分布等は両者ともよく一致しており、粒子群中の気泡や剪断層の発生と消滅等、気泡流動層の流れ場に特徴的な現象がよく表されることがわかった。

気流の運動は粒子の抗力と回転揚力による相互干渉を考慮したNavier-Stokes式と連続の式を解き、粒子の運動は多体接触による粒子間相互作用を離散要素法によって計算し抗力と回転揚力を考慮したLagrangian形運動方程式を解いて求めた。この場合の計算結果も実際の現象の可視化実験結果ならびに速度特性値の測定結果等とよく一致し、本研究の計算手法が非常に複雑な粒子の運動にも適用できることが明らかになった。
電子機器の静電気耐性改善に要するESD保護素子モデリング技術の確立

電子機器メーカが製品を開発する際,故障や誤動作の原因となる静電気放電(ESD)に強い回路設計を確実かつ効率的に行うためには,電子機器にESDが加わった際に機器内部の半導体部品が受けうる電気的ストレスを推定する回路シミュレーション技術が必要である.そのため本研究では,そのシミュレーションの実現に必要不可欠な,電子機器で多用される静電気対策部品(ESD保護素子)の現実的な特性のモデリング方法の開発と改良を行う.電子機器メーカが製品を開発する際,故障や誤動作の原因となる静電気放電(ESD)に強い回路設計を確実かつ効率的に行うためには,電子機器にESDが加わった際に機器内部の半導体部品が受けうる電気的ストレスを推定する回路シミュレーション技術が必要である.そのため本研究では,そのシミュレーションの実現に必要不可欠な,電子機器で多用される静電気対策部品(ESD保護素子)の現実的な特性のモデリング方法の開発と改良を行う.
免疫B細胞におけるV(D)J遺伝子組み換えを阻害する環境汚染物質の検索方法の開発

近年のアレルギー性疾患等免疫系の異常による疾患の増大は、先進工業国における人々の肉体的、精神的、経済的に大きな損失であることが問題となっている。この、免疫系の異常による疾患の増大は、遺伝的要因と環境要因が考えられるが、特に環境汚染物質の関与が疑われて久しい。しかしながら、ディーゼル微粒子が環境因子として認められつつある以外は、免疫系疾患に関わる環境汚染物質中の原因物質の同定が進んでいない。これは、複雑な免疫系に作用する物質を検出する良いシステムがなかったからである。そこで、本研究では、免疫系に作用して機能の異常をもたらす環境汚染物質を鋭敏に検出するシステムを、免疫B細胞におけるV(D)J遺伝子組み換えに焦点を絞って開発することを試みた。ダイオキシン類化合物の中には、免疫機能に異常を起こす化合物Pentoxifyllinが存在することが知られている。したがって、この免疫遺伝子の体細胞組み換えを検出するシステムが完成すれば、環境汚染物質の中に、V(D)J遺伝子組み換えを阻害する化合物が見い出されるはずである。マウス・プレB細胞38B9をリポ多糖(LPS)処理により成熟B細胞に分化し、その過程で免疫遺伝子のV(D)J組み換えを行うことが報告されている。そこでK鎖遺伝子組み換えの検出を、分化した細胞のgenomic DNAをテンプレートとしてPCRを行い、共通配列をプローブとしてサザンハイブリダイゼーションすると4本のバンドとして検出された。この方法を用いれば、環境汚染物質による組み換え阻害による免疫毒性を評価できると考えられる。