hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ジストロフィン欠損筋におけるマトリックスメタロプロテアーゼに関する研究

本研究では筋ジストロフィー犬(CXMDJ)の骨格筋におけるMMP-2,-9の活性および局在について検討し,筋ジストロフィーの病態における役割について検討した.正常犬およびCXMD_Jそれぞれ9匹(1、4、5、6、11、12、14、28ヶ月齢)の前脛骨筋を用いてgelatin zymographyでMMP-2、-9の活性を、また4ヶ月齢の正常犬およびCXMD_Jの前脛骨筋を用いてfilm in situ zymographyでgelatinaseの活性の局在部位を検討した。さらに、4ヶ月齢の正常犬およびCXMD_Jの前脛骨筋でMMP-2、-9、CD11b、laminin B2およびMHCdの局在を免疫組織化学的に検討した。proMMP-2、MMP-2、proMMP-9の活性は正常犬と比較しCXMD_Jで有意に増加し、月齢に関わらず高値が持続していた。正常犬ではproMMP-2の活性は月齢との有意な負の相関を認め、低月齢において増加していた。また、4ヶ月齢のCXMD_Jでは壊死・再生部位に強いgelatinase活性を認めたが、MMP-2およびMHCdは再生線維に共局在を認め、MMP-2陽性筋線維はMHCd陽性筋線維よりも少数であり、再生早期の筋線維に限局していた。一方、MMP-9は炎症細胞の侵入した壊死線維やその周囲間質に局在を認め、CD11bと共局在を示し、細胞浸潤を認めるMMP-9陽性の壊死線維ではLaminin B2の染色性が不均一に低下していた。以上の結果から、以下のことが推測された。(1)proMMP-2は低月齢の正常犬で有意に高く、生理的な筋組織の成長発達に関与している可能性がある。(2)MMP-2、-9の活性はCXMD_Jでは月齢に関わらず高値を示し、病態との関連が考えられる。(3)MMP-2はMHCd陽性線維の一部に共局在を認めたことから筋の再生の早期に関与している可能性がある。(4)MMP-9は壊死線維と炎症細胞に局在しており、壊死線維の除去による筋再生への促進的な役割もしくは過度な発現が組織障害性に働き、筋壊死に対して促進的に働いている可能性がある。Matrix metalloproteinases(MMPs)は細胞外マトリックス成分の分解の主役を担う酵素群であり、組織のremodelingにおいて重要な役割を果たす一方、癌や拡張型心筋症などにおいて活性調節機構が破綻していることが報告されている。我々はこれまでに、ジストロフィン欠損マウス(mdx)の骨格筋でMMP-9が高発現していることを報告した。また、正常筋における実験的壊死・再生系においてもMMPの発現が増加していることから、これらの分子がジストロフィー変化や筋壊死・再生の機序に関与している可能性について検討を行ってきた。筋ジストロフィー犬の骨格筋を用いて検討したところ、MMP-2、MMP-9およびこれらの活性調節分子であるMT1-MMP、MMPの内因性阻害因子であるTIMP-1、TIMP-2のmRNAレベルの増加が見られた。また、ゼラチンザイモグラム法を用いた検討では、筋ジストロフィー犬の骨格筋におけるMMP-2,-9の活性が正常対照群と比較し著しく高いことや、in situザイモグラムにおけるMMP-2,-9の局在は、壊死・再生部位と一致していることを明らかにした。
水面波の方程式の時間大域解の解析

単調な孤立波解を記述するKdV方程式や、振動する孤立波解を記述するKawahara方程式は、水面波の方程式の長波近似として形式的に導出される。水面波の方程式を無次元化するとδおよびεという二つの無次元パラメーターが現れる。これらは、それぞれ水深と波長の比、および振幅と水深の比で定まる無次元量である。長波近似はδ→0という極限に対応しており、より詳しくは、εδ^2→0がKdV近似に、ε=δ^4→0がKawahara近似に対応する。研究代表者はこれらの形式的な近似の数学的に厳密な正当性を与え、水面波の方程式の解の比較的長時間における振る舞いが上記の近似方程式の解で近似出来ることを証明した。さらに水底に凹凸がある場合、その凹凸が長波近似に与える影響も調べた。研究分担者の宮川は、2次元空間における非圧縮性粘性流体に対するNavier-Stokes方程式の初期値問題を全空間の場合、および単位円の外部領域の場合に考察し、その解の群対称性と時空間減衰率の関係を明らかにした。また、2次元外部領域における非圧縮性完全流体について、対応する圧力項の二乗可積分性と流れが物体に及ぼす力の総量との関係を明らかにし、得られた条件を満たす流れが、ある対称性の下に多数構成出来ることを示した。研究分担者の西畑は、球状の物体の外部に満たされている圧縮性流体に対するNavier-Stokes方程式の等エントロピーモデルの球対称解の時刻無限大での漸近挙動を研究し、初期値および流体に働く外力に対する適当な仮定の下、定常解が漸近安定になることを証明した。ここでは、もし流体に働く外力が物体からの引力になっていれば、初期値のSobolev空間におけるノルムの大きさの制限や引力の大きさの制限は課されてなく、いわゆる大きなデータに対する安定性の証明を与えている。研究分担者の隠居は、半空間における圧縮性Navier-Stokes方程式の密度が一定な静止状態を表す定常解の漸近安定性について詳細な解析を行った。ここでは、線形化問題の解公式を先行結果よりも取り扱いやすい形で提示し、それによって線形化問題の解の漸近挙動の詳細な解析を行うことができるようになり、振動積分の評価を注意深く行うことによって解の減衰評価として最良のものを得た。水面上に表面張力がある場合の水面波の方程式を考察し、比較的長時間におけるその解の振る舞いを調べた。Boussinesq scalingの下での水面波の方程式の解は、比較的長時間KdV方程式の解で(形式的に)近似されることは知られていた。その近似の正当性を数学的に厳密に証明した。さらに水底に凹凸がある場合も考察し、その凹凸が上記の近似に与える影響を調べた。凹凸があると二つのKdV型の方程式が連立した形で現れるこを示した。研究分担者の宮川はNavier-Stokes方程式の3次元非定常外部問題を無限遠でも境界でもゼロという境界条件下で考察した。初期値がある減衰条件と対称性の条件をみたせば、なめらかな時間大域解が存在し、各時刻で初期値と同じ対称性をみたし、かつL^1に属することを示した。

さらに高次の対称性を初期値に要求すれば、空間無限遠での解の減衰率が上がることも示した。研究分担者の西畑は、双曲型方程式系と楕円型方程式系の連立系に対する初期値問題の時間大域解の存在とその挙動を考察した。初期条件を定数状態からの摂動とした時、その摂動が適当なSobolev空間で十分に小さければ時間大域解が存在し、その解は時間の経過とともに初期の定数状態に漸近する事を示した。さらに、この時間大域解は,対応する双曲-放物型連立系の解によって、時間漸近的に、より精密な近似率で近似される事を示した。研究分担者の隠居は、熱対流現象を記述するモデル方程式としてある種の非斉次非圧縮Navier-Stokes方程式系を考察した。そしてその初期値問題の時間大域的な弱解の存在を示し、そのOberbeck-Boussinesq極限を考察した。単調な孤立波解を記述するKdV方程式や、振動する孤立波解を記述すKawahara方程式は、水底が平らな場合の水の波の長波近似として導出され、これまでにその導出の数学的な正当性が幾つかの論文において証明されている。一方、水底に凹凸がありかつ遠方で非自明な一様流をもつ水の波に対しては、その流れが水底の凹凸によって波を発生させ、対応する長波近似方程式は外力項を伴うことになる。それらの方程式の形式的な導出はこれまでにも議論されていたが、数学的に厳密な正当性は議論されていなかった。そこで、その外力項を伴うKdV方程式およびKawahara方程式の導出の数学的な正当性の証明をSobolev空間の枠組みで行った。研究分担者の西畑は、球状の物体の外部に満たされている圧縮性Navier-Stokes方程式の等エントロピーモデルの球対称解の時刻無限大での漸近挙動を研究し、初期値および流体に働く外力に対する適当な仮定の下、定常解が漸近安定になることを証明した。ここでは、もし流体に働く外力が物体からの引力になっていれば、初期値のSobolev空間におけるノルムの大きさの制限や引力の大きさの制限は課されてなく、いわゆる大きなデータに対する安定性の証明を与えている。研究分担者の隠居は、半空間における圧縮性Navier-Stokes方程式の密度が一定な静止状態を表す定常解の漸近安定性について詳細な解析を行った。ここでは、線形化問題の解公式を先行結果よりも取り扱いやすい形で提示し、それによって線形化問題の解の漸近挙動の詳細な解析を行うことができるようになり、振動積分の評価を注意深く行うことによって解の減衰評価として最良のものを得ることが出来た。ここで行った線形化問題の詳細な解析とエネルギー法と組み合わせて、密度が一定な静止状態を表す定常解に対する撹乱の時間無限大における減衰の速さを評価し、また、全空間における初期値問題では現れない半空間問題に特有の非線形相互作用が起きることを示唆する評価を得た。単調な孤立波解を記述するKdV方程式や、振動する孤立波解を記述すKawahara方程式は、水面波の方程式の長波近似として導出され、これまでにその導出の数学的な正当性が与えられている。水面波の方程式を無次元化するとδおよびεという無次元パラメーターが現れる。これらは、それぞれ水深と波長の比、および振幅と水深の比で定まる無次元量である。長波近似はδ→0という極限に対応しているのだが、さらにε=δ^2→0がKdV近似、ε=δ^4→0がKawahara近似に対応する。
遺伝的アルゴリズムを用いたコルゲート翼型風力発電装置の最適設計と実用化への研究

平成30年度は,日本文理大学に転籍初年度となるため,主として実験環境の整備や加工環境や計測装置の整備を行った.以下に詳細を示す.(1)回流水槽の整備及び可視化計測:日本文理大学が所有する回流型可視化水槽を用いてコルゲート翼の可視化を行うため,水槽の再整備と駆動ファンとして用いられている軸流ファンの回転数と水槽内の流速状態を確認した.また,この中で長年使用している熱線流速計が故障したため,平成31年度に修理または更新する必要がある.(2)翼型製作装置の再整備:前所属機関との工作機器等が異なるためCAD/CAMの再構築を行った.3D-CADソフトは同一のものが使用できたため,CAMおよびNCフライスの再整備を中心に行った.(3)風力発電の計測装置の製作:平成29年度は,製作したコルゲート翼タービンを持つ風車を風洞実験装置内に設置し実験を行っている.このとき,入力として風の持つエネルギ,出力として発電機の発電量を用いて効率を算出していた.この出力を用いた場合は,減速機および発電機の出力も含まれた形になっており,製作したタービン単体の効率ではない.平成30年度は,発電機とタービンの間にトルクメータを設けることにより,タービン単独の出力を計測することが可能になった.(4)コルゲート翼の凹凸と効率の実験による解明:コルゲート翼の凹凸の数や形状などを変化させた風車用のタービンを製作し,(3)に製作した計測装置を風洞内に配置することによって性能を確認した.平成30年度は風車直径を250,500,750,1000mmの4種類を対象とし,それぞれの直径に対して凹凸形状を変化させた実験を行った.この中で,これまでの効率を1.3倍程度向上させる形状を確認することができ,最適化へ向けた指針を示すことができた.平成30年度より日本文理大学に転籍したため,新たに実験準備等が必要になり,全体的に遅れている.また,回流水槽内で使用する予定であった流速計の故障などもあり,本来行う実験を行うことができなかったことなども原因として挙げられる平成30年度の研究により日本文理大学における風車の製作技術の確立ができ,タービンに関しても半年間で10パターン以上の形状を製作することができた.研究最終年度となる零和元年は羽根の形状を更に10パターン程度増やし,遺伝的アルゴリズムを用いた最適化を用いた場合の形状の計算および製作を行い,最適化形状の場合の風車の形状を用いて実験から効率を算出し,遺伝的アルゴリズムの有効性を確認する.コルゲート翼型風車の効率向上を達成するため,本研究はコルゲート翼型形状を持つタービンの最適化を遺伝的アルゴリズムにより,探索することを目的としている.この研究では,タービンそのものの形状に加えて,タービン断面の凹凸形状の2種類の形状を対象としている.平成29年度は,回流水槽を用いた実験により,コルゲート翼凹凸内に作られる渦の発生と,後流に発生する剥離渦などの関係を可視化により明らかにした.凹凸のわずかな違いが翼の剥離に与える影響は大きいこと,迎角に関する後流幅の関係に大きな違いがあることなどを示すことができた.アルミ粉や紫外線照明などを用いた可視化手法の確立を行うことに加えて,熱線流速計による微流速領域における速度計測を行うことなどができたため,定量的な実験結果を残すことができており,次年度以降さらにデータの積み重ねを進める.一方,タービン翼に関してはウイングレットの有無,タービン先端の形状と効率の関係を風洞実験から明らかにすることができた.また,タービンを大型化した場合,最適なタービン形状が異なることも実験から明らかにすることができている.風洞実験と同時に数値解析も進めていたが,数値解析に関しては,コルゲート翼の凹凸は抵抗として作用するという解しか得ることができなかった.タービンのスケールと比較して,凹凸内部に発生する渦のスケールが1000分の1程度とスケールの大きさを設定することが難しいため,再度,乱流モデルと格子幅の設定を行い,実験結果と整合性のある解析の設定を再考する必要がある.重合格子法などを取り入れた計算手法を取り入れ進めていく.研究計画として,[平成29年度]コルゲート翼単体の性能の解明と最適化,[平成30年度]低速(03m/s)領域におけるコルゲート翼の凹凸形状と効率の関係解明,[平成31年度]風車最高効率点のピーク化からフラット化(生物模倣によるパッシブ制御活用)を予定した.平成30年度から予定した風力タービンに関する研究を先行的に進めており,複数のコルゲート翼の凹凸形状を持つタービンの型の作成と実験を行うことができている.今年度行うべきであった「コルゲート翼単体の性能の解明と最適化」に関しては回流水槽を用いた実験で進めてきていたが可視化の結果のみであり,十分な結果が得られているとは言い難い.平成30年度より,日本文理大学に所属機関が変わることが決まっており,新たな実験装置等を作る必要がなく,研究が進めていくことが可能になっており,平成30年度に実験の速度をあげながら進めていく予定である.平成30年度は,日本文理大学に転籍初年度となるため,主として実験環境の整備や加工環境や計測装置の整備を行った.以下に詳細を示す.

(1)回流水槽の整備及び可視化計測:日本文理大学が所有する回流型可視化水槽を用いてコルゲート翼の可視化を行うため,水槽の再整備と駆動ファンとして用いられている軸流ファンの回転数と水槽内の流速状態を確認した.また,この中で長年使用している熱線流速計が故障したため,平成31年度に修理または更新する必要がある.(2)翼型製作装置の再整備:前所属機関との工作機器等が異なるためCAD/CAMの再構築を行った.3D-CADソフトは同一のものが使用できたため,CAMおよびNCフライスの再整備を中心に行った.(3)風力発電の計測装置の製作:平成29年度は,製作したコルゲート翼タービンを持つ風車を風洞実験装置内に設置し実験を行っている.このとき,入力として風の持つエネルギ,出力として発電機の発電量を用いて効率を算出していた.この出力を用いた場合は,減速機および発電機の出力も含まれた形になっており,製作したタービン単体の効率ではない.平成30年度は,発電機とタービンの間にトルクメータを設けることにより,タービン単独の出力を計測することが可能になった.(4)コルゲート翼の凹凸と効率の実験による解明:コルゲート翼の凹凸の数や形状などを変化させた風車用のタービンを製作し,(3)に製作した計測装置を風洞内に配置することによって性能を確認した.平成30年度は風車直径を250,500,750,1000mmの4種類を対象とし,それぞれの直径に対して凹凸形状を変化させた実験を行った.この中で,これまでの効率を1.3倍程度向上させる形状を確認することができ,最適化へ向けた指針を示すことができた.平成30年度より日本文理大学に転籍したため,新たに実験準備等が必要になり,全体的に遅れている.また,回流水槽内で使用する予定であった流速計の故障などもあり,本来行う実験を行うことができなかったことなども原因として挙げられる平成30年度より共同で研究を遂行してきた日本文理大学マイクロ研究所に移動することが決まったため,前任者の実験装置等を使用することにより,コルゲート翼の可視化や力計測等は,より詳細な実験を行うことが可能になった.平成30年度は,この実験装置を用いて.実験データの収集に取り組んでいく予定である.タービン翼に関する研究は,大学内にある屋外計測装置を活用しながら進めていき,風洞実験と同時に屋外環境における研究も行っていく予定である.平成30年度の研究により日本文理大学における風車の製作技術の確立ができ,タービンに関しても半年間で10パターン以上の形状を製作することができた.研究最終年度となる零和元年は羽根の形状を更に10パターン程度増やし,遺伝的アルゴリズムを用いた最適化を用いた場合の形状の計算および製作を行い,最適化形状の場合の風車の形状を用いて実験から効率を算出し,遺伝的アルゴリズムの有効性を確認する.材料を大量に購入したことによる材料費の低下,および転籍などがあり当初の購入物品の予定から変更が生じたためである.日本文理大学に転籍したため,当初行う予定であった研究が行うことができなかったことや,新たな準備が必要になったことがなどが原因である.
中小企業金融における銀行の役割と金融監督政策のあり方について

今年度は、保証つき貸出の保証なし貸出の影響について分析を行った。昨年度報告した簡単なモデルを一般的なモデルに拡張し、担保付貸出が存在する場合についても分析を行った。これらの結果を踏まえ論文の形式にまとめたところである。この論文から得られる主な結果は以下の通りである。1.保証つき貸出は保証なし貸出にプラスの影響を与える補完的な効果をもつ場合がある。2. 1の効果は、銀行の健全性が損なわれているほど大きい。3.公的資金の注入は銀行貸出に対してプラスの影響を与え、そのインパクトは米国におけるそれとほぼ同じであった。以上から、保証枠の充実、公的資金の注入など銀行業への介入はこれらの要因を踏まえて慎重に行われるべきであることを示唆している。この論文は、共著者であるWilcox教授(UC Berkeley)によってFRBNY、FRBKCのコンファランスで発表された。さらに、2008年1月に行われたASSAの学会で報告を行った。また、3月には世界銀行のコンファランスにて共著者が報告を終えたところでありこれらの報告で受けたコメントを踏まえ、修正・改善をおこなった後に専門雑誌に投稿予定である。上記の論文は保証つき貸出が保証なし貸出に対して与える影響を理論、実証的に分析したものであるが、これらの日本の銀行行動が社会的に望ましいものであるのか否かの分析は行われていない。そこで、保証つき貸出は銀行に対してリスクテイクを促すか否かについて理論モデルを構築し終えたところであり、このモデルから得られる実証的インプリケーションを検証する準備段階に入ったところである。これらの分析にはもうしばらく時間を必要とする。なお、前年度から継続中の銀行貸出と生保貸出との関係の実証分析は引き続き修正中である。本年度は課題についての既存研究のサーベイを行い、理論論文と実証論文のそれぞれのジャンルについて問題点のリストアップ作業を行った。これらを踏まえて来年度には理論的課題についてモデル化の試みを行う予定である。今年度の研究実績としては、まず、金融仲介機関の銀行と生保の関係について実証的観点から分析を進めており、その一部の第一次原稿(ワーキングペーパー)を書き終えた段階である。これらの分析を通じて、銀行貸出と生保貸出の特徴付けを行っている。今後は、従来から知られる「限界資金供給者説」的な見方について、情報生産者としての金融仲介機関の観点からは説明がつかない可能性について分析を進める予定である。具体的には、分析手法の精緻化や、検証期間の拡張を行う予定である。次に、中小企業金融のデータを用いた実証分析については、上記のサーベイを経ていくつかの課題を発見したが、これを実行するためのデータの入手可能性について検討し、他の研究者の協力を経て実行する準備段階である。そして、中小企業金融の金融行政の問題については、信用保証制度について調査を行っている。今年度は、近年の日本の信用保証制度の変更やその実績に関するこれまでの研究の評価の再検討を通じて、来年度以降の研究課題を決定した。具体的には、信用保証制度の課題である公平性の観点から、可変的保険料率の問題と部分保証制度導入の問題について検討を始めている。特に後者の問題については、この制度を先行して導入している韓国の現状についての実務家を通じたヒアリングを経て理論的、実証的課題を検討した。この点については近く論文の形で発表するために、原稿の準備段階に入っている。今年度は、信用保証制度を中心に分析を行った。1990年代後半から2002年までの銀行別の信用保証残高のデータを用いて検証を行い、実証結果についてはほぼ出揃った状況である。この分析では、信用保証制度が銀行貸出の増加にそもそも効果があったのか否かという視点から分析を行っている。現在得られている実証結果の特徴は、銀行貸出に対して想定したよりも大きな影響を与える(1単位の信用保証の増加に対して2から6単位の貸出の増加)という点である。この実証結果をどのように解釈するかという問題に現在は取り組んでいる。この問題とあわせて、保証つき貸出、あるいは担保付貸出が他の通常の貸出にどのような影響を与えるのかという問題を理論的に解明すべく様々な論文のサーベイを行った。この内容の先行研究は思いのほか少ないことが判明したので、現在は間接的に関連する文献に対してもサーベイを行っている。これらの先行研究のサーベイから、銀行の直面する制約、例えば自己資本比率規制などに加えて、借り入れ企業側の直面する問題、例えば過少投資問題とあわせて議論を組み立てると、上記の現象などを既存理論とある程度整合的に説明できることが判明した。現在のところ、いわゆる過剰債務問題といわれるデットオーバーハングに直面する企業に対して、銀行が通常の貸出を行うインセンティブがない状況に陥り、いわゆる過少投資問題が発生しているときに、保証つき貸出を利用できると、この問題が解消する可能性について簡単なモデルを用いて確認した状況である。今後はこの簡単なモデルを一般化する可能性について探求する予定である。なお、前年度から継続中の銀行貸出と生保貸出との関係の実証分析は、いつくかのコメントを受けて修正中である。

3.公的資金の注入は銀行貸出に対してプラスの影響を与え、そのインパクトは米国におけるそれとほぼ同じであった。以上から、保証枠の充実、公的資金の注入など銀行業への介入はこれらの要因を踏まえて慎重に行われるべきであることを示唆している。この論文は、共著者であるWilcox教授(UC Berkeley)によってFRBNY、FRBKCのコンファランスで発表された。さらに、2008年1月に行われたASSAの学会で報告を行った。また、3月には世界銀行のコンファランスにて共著者が報告を終えたところでありこれらの報告で受けたコメントを踏まえ、修正・改善をおこなった後に専門雑誌に投稿予定である。上記の論文は保証つき貸出が保証なし貸出に対して与える影響を理論、実証的に分析したものであるが、これらの日本の銀行行動が社会的に望ましいものであるのか否かの分析は行われていない。そこで、保証つき貸出は銀行に対してリスクテイクを促すか否かについて理論モデルを構築し終えたところであり、このモデルから得られる実証的インプリケーションを検証する準備段階に入ったところである。これらの分析にはもうしばらく時間を必要とする。なお、前年度から継続中の銀行貸出と生保貸出との関係の実証分析は引き続き修正中である。
無機化合物超伝導体の研究

田中はBa【Pb_1】-xBix【O_3】系の研究では、超伝導機構,臨界温度Tcの限界等をほぼ解明した。さらにLa-Ba(Sr)-Cu-O系での高温超伝導の実現,超伝導相の構造決定,高臨界磁場の確立等を行った。またSi基板上のNb超薄膜の研究,Nb-Si多層膜でのTc以上での超伝導ゆらぎによる反磁性の研究を行った。庄野は超高圧および衝撃銃による【La_3】Al,CbS,【La_2】【S_3】の高圧合成を行い、超伝導との関連を調べた。又高温超伝導体を合成し、【Hc_2】(O)の値として56Tを得た。脇山は種々の非平衡準安定相超伝導の合成を行った。NoNx薄膜を作製した。A15型【V_3】Alの合成に成功し、13.2KのTc・onsetを得た。A15【Nb_3】Siのエピタキシャル成長を行った。三本木は遷移金属トリカルコゲナイドの超伝導を研究した。Zr【Te_3】の超伝導がバルクのものでないことを見出した。またNb【Te_4】は超伝導を示さないことを見出した。竹内はSi中の刃状転位に偏析させた金属原素による一次元伝導の実験に関しては明確な結論を得られなかった。Al-V系準結晶で超伝導遷移が観測され、より良質の試料で検討中である。作道はBa【Pb_1】-xBix【O_3】系超伝導体の研究を行った。Ba(Pb,Bi,Zr)【O_3】系固溶体についてTcの成分図を求めた。Ba【Pb_1】-xBix【O_3】のTcの静水圧依存性を測定し、従来と異なる結果を得た。弾性定数の温度依存性を測定し、X値に著しく依存することを見出した。村上は引続きBa【Pb_1】-xBix【O_3】の薄膜合成とその物性を調べた。邑瀬は【Pb_1】-xSnxTe,【Pb_1】-xGexTeに約1%のPb粒子を含む薄膜を作製し、その超伝導を調べた。この系の振舞いはPbTe半導体内への近接効果によって、Pb粒子がジョセフソン結合するためであることを明らかにした。鈴木はVの薄膜で、高磁場中でスピン常磁性効果による一次の超伝導転移を見出した。佐藤は低次元伝導性酸化物の電荷密度波とそのダイナミクス、【Li_(0.9)】【Mo_6】【O_(17)】の超伝導と電子局圧の研究を行い、又高温超伝導体である酸化物の単結晶を含む試料の物性測定を行った。

佐藤は低次元伝導性酸化物の電荷密度波とそのダイナミクス、【Li_(0.9)】【Mo_6】【O_(17)】の超伝導と電子局圧の研究を行い、又高温超伝導体である酸化物の単結晶を含む試料の物性測定を行った。
上肢のリハビリ支援を目指す二関節筋ロボットのバイラテラル・学習制御に関する研究

本研究では遠隔環境で行うリハビリ支援を目指した二関節筋構造モデルを用いたロボットの学習制御とバイラテラル制御を提案した.はじめに,二関節筋ロボットのマニピュレータダイナミクスが受動性を持つようにモデリングした.つぎに,二関節筋マニピュレータシステムを受動システムとさせたことを利用することで,制御目的を満足するような制御系設計を行った.二関節筋マニピュレータシステムを設計し,学習制御に対して検証実験を行い,制御則の有効性を確認した.繰り返しリーチング作業を介した上肢のリハビリ支援を目指し,本年度は二関節筋構造を有するロボットに対する学習制御則を提案した.はじめに,二関節筋ロボットを数学的にモデリングした.モデリングは,二関節筋ロボットのマニピュレータダイナミクスをオイラー・ラグランジュシステムとして捉えることで行った.なお二関節筋とは,人間が上肢と下肢に有している,二つの関節にまたがって動作することで両関節に同時に作用する特徴を持つ筋肉のことであり,二関節筋を考慮したロボットのモデルは通常構造のロボットとは異なるモデルとなる.つぎに,理想的な入力トルクと実際の入力トルクとの間の偏差と,角度および速度偏差に基づいたある出力との間に受動性が成立するようなロボットの入力トルクを提案した.提案した入力トルクは過去の試行を学習し,理論的に収束性を保証するものとなっている.最後に,MATLABとSimulinkを用いたシミュレーション検証を行うことで,提案する学習制御則の有効性を示した.本提案は,これまで個別に考えられてきた二関節筋ロボットの構造と,通常構造のロボットに対する学習制御を統合させることで,各モータの出力を抑えられかつ人間の腕の出力特性と同じ特性をロボットに持たせられる制御手法となっている.したがって,ロボットに直に接する患者の安全面をより考慮した制御手法として捉えることができる.本手法をより発展させることで,患者が一人で行う繰り返しリーチング作業療法を行えるシステムの構築へつながることが期待できる.今年度は主に二関節筋構造を有するロボットのバイラテラル制御の研究に取り組んだ.はじめに,二関節筋ロボットの遠隔操作システムを数学的にモデリングした.マスタのロボット,スレーブのロボットの両方を二関節筋マニピュレータとして捉えた.モデリングは,二関節筋ロボットのマニピュレータダイナミクスをオイラー・ラグランジュシステムとしてみなすことで遠隔操作システムを導出した.なお,操縦者の力の入力は定数入力としたが,遠隔環境はバネ・ダンパシステムでモデル化される受動的なシステムを想定した.つぎに,問題設定を行い,制御系を設計した.ロボットのバイラテラル制御は一般的に通信時間遅れを有する環境下での制御となる.本研究の二関節筋ロボットのバイラテラル制御においても時間遅れを陽に考慮した問題設定を行った.具体的には,通信路の最大往復遅延を既知の値として定義した問題設定を行った.また,制御系設計においては,モデル誤差の影響を抑える工夫が必要となる.したがって,不確かさを外乱として捉え,それらが存在する場合でも望ましい追従特性を達成するロバストな制御則の設計問題を考えた.制御則はモデリングした遠隔操作システムを受動システムとさせたことを上手く利用することで提案した.その際には,操縦者が遠隔環境との接触を直接的に感じることができるように,システムの機構透明性を強く意識した.マスタ側スレーブ側の両方が,PD型の制御則となっている.今年度は二関節筋構造を有するロボットに対する提案制御手法の実験検証に取り組んだ.はじめに,二関節筋構造を有するロボットシステムを一台製作し,繰り返しリーチング作業を介した上肢のリハビリ支援を目指した学習制御手法の実験検証を行った.製作した二関節筋構造を有する平面2自由度ロボットマニピュレータは,収縮要素はDCモータに,弾性要素はバネに,また粘性要素はモータに含まれるとみなしたものとなっている.実験システムは,リアルタイム処理を実現するための高速ディジタル制御装置を用いて制御した.検証実験では,完璧なゲイン調整を試みなくとも,繰り返し試行回数が増えるにしたがい,目標軌道との偏差が小さくなるという実験結果が得られた.したがって,提案手法の有効性を確認することができた.しかし,二関節筋構造を有さないロボットマニピュレータと同様に,モータの不感帯や摩擦の影響などにより目標軌道との偏差が少し残ってしまう結果となった.現在,製作した二関節筋構造を有するロボットシステムを改良しつつ,ロボットのバイラテラル制御の実験検証のためのシステム構築に取り組んでいる.マスタロボットに対するスレーブロボットの追従実験を行うための,二台のロボットシステムを製作している段階であるが,今後も引き続き研究を継続していき,二関節筋構造を有するロボットのバイラテラル制御の研究に対する有効性も,実験検証を通して確認する予定である.

本研究では遠隔環境で行うリハビリ支援を目指した二関節筋構造モデルを用いたロボットの学習制御とバイラテラル制御を提案した.はじめに,二関節筋ロボットのマニピュレータダイナミクスが受動性を持つようにモデリングした.つぎに,二関節筋マニピュレータシステムを受動システムとさせたことを利用することで,制御目的を満足するような制御系設計を行った.二関節筋マニピュレータシステムを設計し,学習制御に対して検証実験を行い,制御則の有効性を確認した.本研究では二関節筋構造を有するロボットのバイラテラル制御と学習制御に取り組んでいる.当初の計画では,今年度,二関節筋ロボットの部品を購入する予定であったが,よりふさわしい実験環境を整えようとロボット部品の選定に時間をかけたために,今年度中の部品の購入が間に合わず,来年度にまとめて二台分の部品を購入することとした.実験環境の構築がやや遅れているので,今年度挽回したい.ロボット制御提案した制御則を検討するために計算用ソフトウェアを用いて,シミュレータを作成しシミュレーション検証を行った後,二関節筋ロボットを用いた検証実験を行う.最初は二台の二関節筋ロボットを有線で直接つなぎ,マスタロボットに対するスレーブロボットの追従実験を行う.二台の二関節筋ロボットは一台の制御装置を用いて動かすが,陽に時間遅れが生じるようにプログラム上で工夫する.マスタスレーブ間の追従性能の確認に加え,力の伝達性能等を評価・検討する.満足する実験結果が得られた後で,インターネットを介した遠隔操作実験による評価を行う.具体的には,両ロボットの追従性能と機構透明性を測る.なお,一台の二関節筋ロボットを作成した段階で学習制御に対する実験検証も並列に行っていく.本研究では二関節筋構造を有するロボットのバイラテラル制御と学習制御に取り組んでいる.当初の計画では,今年度と来年度でロボットのバイラテラル制御を行い,また再来年度に学習制御を行う予定であったが,順番を入れ替えて今年度は学習制御を行った.それに伴い,来年度以降にバイラテラル制御を行っていく.また,今年度に一台分の二関節筋ロボットの部品を購入する予定であったが,来年度にまとめて二台分の部品を購入することとした.以上の変更はあったが,おおむね順調に研究は進展していると捉えられる.本研究では二台分の二関節筋ロボットの部品を購入する予定である.今年度にまとめて二台分の二関節筋ロボットの部品を購入する予定であったが,よりふさわしい実験環境を整えようとロボット部品の選定に時間をかけたために,来年度に購入することとした.今後は主に二関節筋構造を有するロボットのバイラテラル制御の研究に取り組む.はじめに,二関節筋ロボットの遠隔操作システムを数学的にモデリングする.モデリングは,二関節筋ロボットのマニピュレータダイナミクスをオイラー・ラグランジュシステムとして捉えることで遠隔操作システムを導出する.つぎに,問題設定を行い,制御系を設計する.ロボットのバイラテラル制御は一般的に通信時間遅れを有する環境下での制御となる.本研究の二関節筋ロボットのバイラテラル制御においても時間遅れを陽に考慮した問題設定を行う.また,制御系設計においては,モデル誤差の影響を抑える工夫が必要となる.したがって,不確かさを外乱として捉え,それらが存在する場合でも望ましい追従特性を達成するロバストな制御則の設計問題を考える.制御則はモデリングした遠隔操作システムを受動システムとさせたことを上手く利用することで提案する.
走査型プローブ顕微鏡を用いた粒子間相互作用の解析と静電気発生機構の検討

乾式粉体操作に於いて粒子に働く力は粒子の凝集・付着など様々な現象に係わっており、最も重要な要素と言える。しかしながら既存の研究では遠心分離法等のように巨視的であり、系に多くの粒子を含む平均的な描像、粒子が平面から離れる直前の最大付着力のみを議論にするに留まっており、個々の粒子に働く静電気力等、相互作用力のナノ、ミクロ領域に於ける発生メカニズムの詳細は殆ど解明されていないと言える。こうしたナノ、ミクロスケールのメカニズムは微粒子だけの問題に留まらず微細現象を扱うマイクロマシンなどを設計する上で基本的な知見をもたらすことになると考えられる。一方、近年の微粒子の高機能化要求や製造技術の発達に伴いコーティング粒子や複合粒子が利用されてきているが、こうした多成分からなる粒子は局所的帯電現象の様に単一成分からなる粒子に比べ複雑な系となることが予想される。そこで本研究ではコーティング粒子のモデルとして金コーティング粒子を用い、原子間力顕微鏡(AFM)を応用し気相中に於けるコーティング粒子-金属表面間に働く相互作用力を直接検討した。金コーテイング粒子を金コーティング金属基板に接近させる際に遠距離から斥力が生じ、この力はフォースカーブの解析により静電気力によるものであることが分かった。通常の接触帯電による静電気力とは異なり、引力でなく斥力であり、高湿度でも発現し、接触後も減少せず強く働くことがわかった。この斥力はコーティング方法に依らず発現したが、コーティング膜厚が大きくなるにつれ斥力は小さくなることがわかった。斥力は非コーティング表面と金コーティング層間に生じたナノメータオーダの局所的双極子によるものであることが示唆された。粒子上の不均一に分布している電荷の代わりにそれと同じ電界を生じさせる仮想電荷を導入することにより、斥力を定量的に表現することが可能となった。しかしながら既存の研究では遠心分離法等のように巨視的であり、系に多くの粒子を含む平均的な描像、粒子が平面から離れる直前の最大付着力のみを議論にするに留まっており、個々の粒子に働く静電気力等、相互作用力のナノ、ミクロ的なメカニズムは殆ど解明されていないと言える。本研究では原子間力顕微鏡(AFM)を応用し気相中に於ける単一粒子と金属表面間に働く相互作用力を直接測定し、さらに粒子の帯電現象の検討を行なった。その結果、以下のことが明らかとなった。粒子に働く相互作用力を液架橋力、静電気力などに分離して検討することが可能となった。付着力においては液架橋力が支配的であり、相対湿度が高くなるにつれて最大付着力は増大することがわかった。粒子を金属基板に接近させる際に遠距離から働く引力は静電気力によるものである。また、この静電気力は相対湿度が下がるにつれより強く働くことがわかった。粒子が金属基板に接触を繰り返しても同一の接触面に於いてはそれ以上帯電しないことがわかった。接触回数が増加するにつれて静電気力は減少し0に近づいたが、これは粒子上の電荷が接触によって基板に移動するのでなく、電荷は殆どそのまま粒子上に存在しており、粒子上の水分子の関与によって静電気力が減少した為であることが示唆された。ガラス粒子上の不均一に分布している電荷が生じさせる静電気力の、粒子-基板間距離依存性は非常に複雑であるが、この分布している電荷の代わりにそれと同じ電界を生じさせる仮想電荷を導入することにより、静電気力を定量的に表現することが可能となった。

粒子上の不均一に分布している電荷の代わりにそれと同じ電界を生じさせる仮想電荷を導入することにより、斥力を定量的に表現することが可能となった。
多能性造血幹細胞、白血病細胞に対するインタ-ロイチン、造血因子の作用機構の解析

正常多能性造血幹細胞、白血病細胞に対する各種インタ-ロイキン(IL)、造血因子の作用機構に関する基礎的検討を行い以下の結果をえた。1)、多能性造血幹和細胞をinvitroで増殖させる最も効果的な因子の組み合せは、マウスではILー3+ILー6であった。マウス未分化造血幹細胞中にはILー3のでは増殖できず、ILー3とILー6のの円名を必要とする集団が存在することが明らかとなった。ヒトについても同様の検討を行い.現在のところILー3+GMーCSF+SCFが最も造血幹細胞の増殖を刺激する条件であった。2).マウス骨髄、ヒト骨髄より非喰食細胞を分離後、Percoll比重遠沈法により細胞を分画した。さらに各分画の細胞より各種line age特異状体陰性、CD34(ヒト)、SCAー1(マウス)陽性細胞をイムノビ-ズおよびFACSを用いて分離した。最終段階での細胞の3050%がin uitroでコロュ-を形成した。3).小児白血病細胞のなかにはGーCsF、GMーCSF、ILー3(骨髄性)、ILー2、ILー3、ILー7(リンパ性)に反応して増殖する症例がみられた。4).成熟好中球をGーCSF、GMーCSF反応後、細胞内Ca^<2+>濃度をカルシウム顕微測光システムを用いて測定したところ、充分に評価できる結果(Priuing効果)がえられた。純化した造血幹細胞を用いて同様の検討を行ったが、現在の方法では明らかなCa^<2+>、PHなどの変化はみられなかった。5).現在まで不明であったトロニボポエチンqlつがILー6であることが明らかとなった。6).プロティユキナ-ゼC(PKC)の活性化およびd・own reg ulationと細胞増殖との関係が明らかとなった。正常多能性造血幹細胞、白血病細胞に対する各種インタ-ロイキン(IL-1IL-7)、造血因子(G-CSF、GM-CSF、EP、LTF)の作用機構に関する基礎的検討を行った。本年度の主要成績として以下のごとき結果がえられた。1)多能性造血幹細胞をin vitroで増殖させる最も効果的なインタ-ロイキン、造血因子の組み合せを検討し、マウスではIL-3とIL-6の両者の存在下で骨髄細胞を液体培養することにより、CFU-Sを大巾に増幅することが可能となった。ヒトにおいても同様の検討を行い、現在のところIL-3+IL-6が最も効果的な組み合せのように思われる。2)小児白血病初診時、再発時の骨髄細胞を用いて、各種インタ-ロイキン、造血因子に対する反応性を検討すると、IL-3やGM-CSFで白血病細胞が著明に増殖する症例がみられた。3)プロテインキナ-ゼ(PKC)の活性化およびdown regulationと細胞増殖の関係が明らかにされた。4)正常多能性造血幹細胞を用いて、インタ-ロイキン、造血因子の細胞内シグナル伝達を検索するための予備実験として、成熟好中球を用いて、G-CSF、GM-CSFと反応後の細胞内Ca^<++>濃度を細胞内カルシウム顕微測定システムを用いて測定したが、充分に評価しうる結果がえられた。5)現在まで不明であった血小板増多因子の1つがIL-6であることがin vitro、in vivoの研究で明らかになった。6)各種小児血液疾患に対する有効な造血因子、インタ-ロイキンの臨症応用に関する有易な結果がえられた。

正常多能性造血幹細胞,白血病細胞に対する各種インタ-ロイキン(IL),造血因子(GーCSF,GMーCSF,EPO,LIF,SCF)の作用機構に関する基礎的検討を行った。本年度の主要成績として以下のごとき結果がえられた。1).ヒト多能性造血幹細胞をin vitroで増殖させるための最も効果的なIL,造血因子の組み合せを,ヒト骨髄細胞,未梢血単核封より分離したCD34陽性細胞を標的細胞としてメチルセルロ-ス法を用いて検討した。ヒトCD34陽性細胞の増殖を最も刺激する因子はILー3,GMーCSF,SCFを組み合せた条件であった。この組み合せにより液体培養下で前駆細胞(CFUーGM,BFUーEなど)は数倍に増幅することが可能であった。2).マウス骨髄,ヒト骨髄細胞よりそれぞれSCAー1,CD34モノクロ-ナル抗体および各種lineage特異抗体を組み合せたイムノビ-ズを用いて造血幹細胞の純化を行った。最終段階での細胞はマウス,ヒトいずれにおいても約30%50%がin vitroでコロニ-を形成した。3).白血病細胞のなかにはGーCSF,GMーCSF,ILー3(骨髄性),ILー2,ILー6,ILー7,ILー3(リンパ性)に反応しして増殖する例がみられた。4).純化した造血幹細胞を用いて,各種インタ-ロイキン,造血因子反応後の細胞内Ca^<2+>,PHの変化,PKCを終時的に測定したが,現在の方法では明らかな変化は観察されなかった。5).培養造血幹細胞を用いたマウス骨髄移植実験は実施できなかった。
分子インプリントの「星形ナノ粒子」と液膜を用いたキラル分離プロセスの開発

乳化重合法による、L-フェニルアラニンでインプリントした星形高分子の合成、およびそれをキャリアとした、L-フェニルアラニンの液膜輸送を試みた。ジメチルジチオカルバミン酸ベンジルを開始剤としてメチルメタクリレートをリビングラジカル重合し、末端に開始剤能を残した直鎖型ポリメチルメタクリレート(リビングPMMA)を合成した。このリビングPMMAをクロロホルムに溶解し、鋳型としてのL-フェニルアラニン、架橋性モノマーのメチレンビスアクリルアミド、および機能性モノマーのメタクリル酸を水に溶解した。両溶液を石英セルに仕込み、紫外線照射しながら激しく撹拌した。その結果、非水溶性溶媒中で高い分散能を持つコロイド状の共重合体が得られた。この共重合体を光散乱法で分析したところ、平均直径は200nmであり、前回の溶液重合法で合成したものと変化はなかったが、直径分布幅は小さくなった。核磁気共鳴分析の結果、この共重合体は、星形高分子であることも分かった。さらに、この星型高分子をクロロホルムにて溶解し、U字管に仕込んだ。供給側水相にL-フェニルアラニンを溶解したリン酸緩衝水溶液(pH7.4)、回収側水相を酢酸緩衝水溶液(pH4.0)として、バルク液膜実験を行った。両水相のL-フェニルアラニン濃度経時変化から、輸送速度を評価した。160時間に渡るバルク液膜実験の結果、回収相側の濃度には、L-フェニルアラニンの緩やかな濃度上昇が見られた。しかし、供給側には濃度減少は見られなかった。一方、クロロホルムに星形高分子溶かさなかった場合、あるいはL-フェニルアラニンを加えずに合成した星型高分子を溶解した場合は、回収相にL-フェニルアラニンは全く検出されなかった。この結果は、星形高分子が液膜用キャリアとして、機能しうることを示唆している。ただし実用化するには、この高分子の輸送能はあまりに低い。PMMAによる疎水部位があまりに大きいため、鋳型が特異結合部位に、アクセスしにくいためであろう。リビングPMMAに代わり、疎水鎖の短い開始剤(炭素鎖20程度)を、用いて星形高分子を合成する方法を開発している。本年度は研究の初期段階として、星形高分子のナノ粒子が、液膜中でキャリアとして機能する条件を特定した。今回は星形高分子にはインプリントしていないものを用いた。(1)リビングラジカル重合法によって、末端に開始剤機能を有した鎖状ポリメタクリル酸メチルを合成した。ゲル浸透クロマトグラフィーで分析した結果、その分子量は約1万であった。(2)鎖状ポリメタクリル酸メチルを開始剤とし、ジメタクリル酸エチルとビニルフェニルボロン酸を共重合させた。クロロフォルムやジクロロエタンのような非水溶性の溶媒によく溶解した。分子量は100万以上にも達した。(3)核磁気共鳴分析法(NMR)で、鎖状ポリメタクリル酸メチルと共重合体のスペクトルは、ほとんど同じであった。ジメタクリル酸エチルとビニルフェニルボロン酸でコアを形成された星形高分子が合成された可能性が高い。(4)U字ガラス管の底部にクロロフォルム、上部の片側にドーパミンまたはフェニル-β-D-グルコシド水溶液、もう片方に酸性水溶液を充填した。両水溶液の濃度の経時変化を観察し、輸送速度を観察した。(5)フェニル-β-D-グルコシド水溶液の輸送速度は、星形高分子を加えることにより、約2倍になった、ドーパミンの場合は約8倍になった。以上の結果から、本合成法によって、非水溶性有機溶媒によく分散する星形高分子が得られた可能性が高く、また該高分子は、液膜のキャリアとして機能しうることが伺われた。今後は、この粒子に液膜輸送の対象となるドーパミンやフェニル-β-D-グルコシドを鋳型として、星形高分子を合成し、輸送速度が高まるか否かを検討する。またそれらの選択輸送能についても評価する。リビングラジカル重合で、疎水性直鎖poly methylmethacrylate(MMA)を合成した。このリビングpolyMMAを開始剤として、鋳型としてのL-phenylalanineの存在下で架橋性モノマーとしてのmethylele bisacrylamide、機能性モノマーとしてのmethacrylic acidを共重合し、分子インプリント星型高分子を合成した。(この合成法にオリジナリティーがあるが、特許申請準備中のため、方法については詳述を差し控える。)この高分子は、chloroformやdichloromethaneなど、非水溶性有機溶媒によく分散した。この高分子の大きさを光散乱法で分析した結果、その直径は約200nmであった。U字管の中に、ジクロロメタンの有機相と、L-phenylalanine供給水相と回収水相を形成した。攪拌することで、バルク液膜輸送実験を行った。その結果、120時間で、供給相側の10%ほどのL-phenylalanineが、回収相側に移動した。また鋳型を加えずに同じ方法で合成された星型高分子をもちいて同様の輸送実験を行った。その結果、L-phenylalanineの移動は見られなかった。その結果から、分子インプリント星型高分子が、液膜プロセス用のキャリアに利用できることが分かった。今後は、選択輸送能(特にキラル識別能)について評価する。さらに、低濃度側から高濃度側へ移動させるアップヒル輸送についても評価する。

乳化重合法による、L-フェニルアラニンでインプリントした星形高分子の合成、およびそれをキャリアとした、L-フェニルアラニンの液膜輸送を試みた。ジメチルジチオカルバミン酸ベンジルを開始剤としてメチルメタクリレートをリビングラジカル重合し、末端に開始剤能を残した直鎖型ポリメチルメタクリレート(リビングPMMA)を合成した。このリビングPMMAをクロロホルムに溶解し、鋳型としてのL-フェニルアラニン、架橋性モノマーのメチレンビスアクリルアミド、および機能性モノマーのメタクリル酸を水に溶解した。両溶液を石英セルに仕込み、紫外線照射しながら激しく撹拌した。その結果、非水溶性溶媒中で高い分散能を持つコロイド状の共重合体が得られた。この共重合体を光散乱法で分析したところ、平均直径は200nmであり、前回の溶液重合法で合成したものと変化はなかったが、直径分布幅は小さくなった。核磁気共鳴分析の結果、この共重合体は、星形高分子であることも分かった。さらに、この星型高分子をクロロホルムにて溶解し、U字管に仕込んだ。供給側水相にL-フェニルアラニンを溶解したリン酸緩衝水溶液(pH7.4)、回収側水相を酢酸緩衝水溶液(pH4.0)として、バルク液膜実験を行った。両水相のL-フェニルアラニン濃度経時変化から、輸送速度を評価した。160時間に渡るバルク液膜実験の結果、回収相側の濃度には、L-フェニルアラニンの緩やかな濃度上昇が見られた。しかし、供給側には濃度減少は見られなかった。一方、クロロホルムに星形高分子溶かさなかった場合、あるいはL-フェニルアラニンを加えずに合成した星型高分子を溶解した場合は、回収相にL-フェニルアラニンは全く検出されなかった。この結果は、星形高分子が液膜用キャリアとして、機能しうることを示唆している。ただし実用化するには、この高分子の輸送能はあまりに低い。PMMAによる疎水部位があまりに大きいため、鋳型が特異結合部位に、アクセスしにくいためであろう。リビングPMMAに代わり、疎水鎖の短い開始剤(炭素鎖20程度)を、用いて星形高分子を合成する方法を開発している。
水表面に作用する風応力によって起こる気-水運動と気体輸送現象の可視化計測法の開発

水域の環境を考える上で、酸素や二酸化炭素等の溶存気体量を精度よく評価、予測することが必要である。海洋や湖などにおいて水表面を通した気体輸送は、主に風応力が水表面に作用し、表面が乱されることにより促進される。これまでの研究では専ら上空の風速とバルクな溶存気体量から、気体輸送係数を求めており、直接風速と気体輸送係数を関係付けている。しかし、現地計測の気体輸送係数の結果は、風速に対して大きくばらつく。気体輸送量をより正確に評価、予測するには、水表面での気体輸送機構を理解する必要がある。本研究では、以下の技術について開発を行った。(1)水表面を通した二酸化炭素の溶入過程の直接可視化法の開発蛍光強度のpH依存性を利用して、二酸化炭素の溶入過程の直接可視化法を開発した。水溶性の蛍光染料(ウラニン)がpH6以上では蛍光強度が変化せず、pH6以下では、pHの減少とともに蛍光強度が急激に減少減少する。この特性を利用して、アルゴンイオンレーサーを励起光として、LIF(Laser Induced Fluorescence)法により、風波発生時の二酸化炭素溶入過程の可視化に成功した。(2)微小水滴をトレーサーとした気体PTVの開発気流のPTV用トレーサーとして一般的に、微小油滴が用いられる。しかし、水表面での気体輸送現象を目的とした場合、水表面に油膜を作ってしまうため問題となる。本研究では、医療用ネブライザーを用いた微小水滴発生装置を試作し、PTVが可能であることを示した。風が水表面に作用することによって生じる風波発達初期に,水表面を通した気体輸送が促進されることが,これまでの実験,および現地計測結果から明らかとなっている。しかし,これまでの計測技術では,実際にどのように水表面を通して気体が輸送されるのかを明らかにするのは困難であった。今回は,レーザ励起蛍光法(LIF)を用いて直接炭酸ガスが水中へ溶入する過程を可視化する技術を関発した。また,この技術を用いて,風波発生時の炭酸ガスの溶入過程を直接可視化することに成功した。観察の結果,風波による水表面を通した炭酸ガスの溶入メカニズムは,非常に3次元性の高いものであり,これまで提案されているモデルとは全く違ったものであることが明らかとなった。さらには風波による表面付近の流れ場の画像解析手法を検討した。ダブルパルスNd:YaGレーザーをシリンドリカルレンズにより、水底より照射し、砕波点の水表面近傍の画像を撮影した。トレーサーとしては50ミクロンのナイロン粒子(比重1.02)を用いた。撮影には、1008(H)×1018(V)画素のコリレーションCCDビデオカメラを用い、コンピュータ制御によりダブルパルスレーザーと同期して撮影した。ダブルパルスのディレイ間隔はマイクロ秒単位で制御でき、流れ場の速度に対応して決定する。撮影された2時刻の画像上の同一粒子の対応付けには申請者らが開発した粒子追跡速度計測法(Partile Tracking Velocimetry,PTV)であるSuper-Resolution KC法を用いた。計測の結果、表面近傍の微細な流れ構造を計測することができた。また,水表面での気体輸送を目的とした気流PTVのため,微小水滴トレーサーを大量に発生させる装置を開発し,気流の計測に成功した。
Stroh formalismによる非等方弾性方程式の研究

1.Stroh formalismを用いて,非斉次等方弾性方程式及び非斉次横等方弾性方程式に対して,layer stripping法のアルゴリズムを確立した。これは非斉次等方弾性体及び非斉次横等方弾性体の弾性テンソルを,十分多くの境界変位と境界応力を観測することにより,同定する非破壊検査法の理論的ガイドラインを与える。そして,これは非斉次等方弾性体の横等方的残留応力の同定にも応用できる。2.斉次非等方静弾性方程式の複素特性多様体が,多重特性となる場合にStroh formalismの理論を整備した。そして斉次非等方静弾性方程式の基本解を,積分を含まない形で与えるMalenの公式を完全に証明した。さらに斉次横等方静弾性方程式の基本解を,弾性テンソルのみを用いて代数的に表現した。これらの結果は,転位論及び境界要素法に役立つ。補助金により購入したパーソナルコンピューターは,我々が得た基本解を用いた境界要素法による数値計算に使っている。