京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

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■研究・技術のプロセス／研究事例

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　プラスチック（高分子材料）には、軽い／水や薬品に強い／さびない／長持ちするという特徴があり、安価で容易に成形できるため、金属や木、ガラスといった天然の素材に代わり、生活の中の様々な場面で活用されています。しかし、このような高分子材料であっても他の材料に比べて、光・熱および水などの環境因子の作用を受けると劣化し易いという弱点があります。高分子材料の劣化は酸化劣化や分子鎖切断といった化学構造変化を伴って物性が低下します。このような劣化に関する研究は多く行われ、基本的な劣化機構はほぼ解明されていますが、実際の製品や部品に生じる劣化機構は複雑であるため、個々の製品に対して物性測定し、評価することが必要となります。
　我々の研究グループでは、劣化した高分子材料や加速劣化させた高分子材料に対して蛍光分光法を応用することにより非破壊で簡便に高分子材料の劣化を計測することができます。また、熱分析やその他分光分析、顕微鏡観察と併せて多角的に評価することができます。

■研究の概要

　血液の分子が脳に侵入すると神経細胞に多大なる悪影響を与えます。例えば、食物に含まれているグルタミン酸は、脳神経には強い興奮作用があり細胞死をおこします。ゆえに、脳の血管系は血液脳関門により自由な分子移動を制限しています。多くの脳疾病において、血液脳関門の破綻とそれによる血管透過性亢進、神経細胞死を引き起こすことが知られています。よって、血管透過性を調べることは脳疾病の研究において重要であります。一般に、低分子トレーサーとしてFluoresceinやEvans Blueなどの蛍光物質が血管透過性評価に良く用いられています。しかし、蛋白質などの高分子トレーサーは、アルデヒドなどで固定可能であるのに対し、これらの低分子トレーサーは固定不可能で、サンプル作製過程で移動・拡散が生じます。そこで、アミノ基に結合能を持つFluorescein誘導体Fluorescien isothiocyanate (FITC)を用い、組織への固定が可能な低分子トレーサーの血管透過性評価方法を開発しました。

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■研究・技術のプロセス／研究事例

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　さまざまな素材は、人々の生活を様々なシーンで支えていますが、その機能の設計・管理テクノロジーによって価値が決まります。特にヒトの身近で使われることが多い「やわらかい」素材は、より文化的な生活を実現していくために一層の発展が求められており、そのデザイン技術に高度化が必要となっています。
　そこで現在、あらゆる身近なモノを対象として、「やわらかさ」を定量化した上で、さらに生活を豊かにできる「やわらかさ」を実現するための研究に取り組んでいます。

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　鋳造や溶接、積層造形などの金属が凝固するプロセスを経る製品の品質は、製造時に形成される凝固組織によって決定されます。そのため、それらの製品の品質向上には高精度な凝固組織予測が不可欠です。典型的な凝固組織形態であるデンドライト（樹枝状結晶）の成長を高精度に予測可能な数値計算手法としてフェーズフィールド(PF)法が発展しています。PF法を用いてデンドライト成長の定量的評価を行うためには、固液界面近傍の計算格子にデンドライトの先端曲率半径の0.1～0.2倍程度の格子幅を用いる必要があり、多数の3次元デンドライト結晶が相互作用しながら成長するようなシミュレーションの実施にはスーパーコンピュータを用いた大規模計算が必須でした。
　本研究では、並列演算性能の高いGraphic processing unit (GPU)を用いたPF凝固計算にブロック構造解適合格子を適用し、固液界面近傍にのみ細かい数値格子を割り当てることで、計算コストの削減に成功しました。また、複数のGPUを用いた並列化により、GPU一枚あたりのメモリサイズに制約されずに計算規模を拡張できるようになりました。

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