hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報通信技術の発展を考慮した我が国における流通システムの経済学的分析

このモデルは、企業・消費者間で情報の非対称性が存在する状況では、消費者が多数のセグメントに細分化されている時ほど、並行輸入を禁止しない方が、消費者厚生が向上することを示したものである。第2に昨年度から行ってきた、小売部門を垂直統合した企業内において実質的な卸価格となる、振替価格の役割をモデル化した論文が、国際学術誌に掲載された。企業が価格競争に直面している状況では、全部原価を用いたチャネル管理を行うことが有利であることが、これまでの先行研究で通念として認められてきた。本研究ではこの通念的な結果を覆し、企業が潜在的な参入の脅威にさらされている時は、直接原価に基づいた振替価格設定の方が有利となることをモデルにより示した。第3に、ある製造業者が小売業者を通した間接流通チャネルと直販チャネルの2つを利用して生産物を販売している時、直販価格と小売業者への卸価格の決定をどの時点で行えば良いかという、最適意思決定時点を求めるモデルを作成した。この研究に関して、本年度にボストンで開催されたアメリカマーケティング学会(American Marketing Association)の学術会議(Summer Educators' Conference)において2本の論文を報告した。さらにこの成果は現在、国際学術誌に投稿中である。本研究課題の3年目である平成24年度は交付申請書に基づき、経済学の論理を基礎として、我が国の流通システムを描写するためのモデル構築を継続した。具体的には、企業が消費者に直接販売を行う際に設ける、直販流通チャネルの経済への影響を特に分析した。家庭においてインターネットが普及するに伴い、情報通信技術を用いた直販が重要な流通チャネルとして利用される機会が、我が国においても多くなっている。直販チャネルは、しばしば消費者に向けて差別化された財を販売するために利用されることがある。これに対し本研究では、全く同質な財を、小売店などを介した間接流通チャネルと、直接流通チャネルの2つで販売する場合であっても、直販チャネルを設けるためには固定費用がかかるにも関わらず、それを設けておくことが企業の利潤を増大させるという帰結を導くモデルを構築した。これは特定の市場において潜在的な参入企業が存在するとき、直販のシステムが実質的には参入障壁として機能する可能性があるためである。このモデルは実務的にも重要な示唆を与える。この他、小売部門を垂直統合した企業内における実質的な卸価格である、振替価格に関する研究も行った。製造業者が流通チャネルの調整(coordination)を行う目的で振替価格を手段として用いるモデルは、これまでに多様なものが構築されている。本年度は原価基準振替価格設定の分析を行い、固定費に関する不確実性が存在する状況では、変動原価に基づく振替価格設定と、全部原価に基づく振替価格設定のいずれが企業にとって望ましいかを分析した。以上の具体的な研究成果は「研究発表」に示しているが、本年度も研究の進展を得ることができた。平成23年度は、流通システムに関する4本の単著論文が査読付きの国際学術誌に掲載され、加えて所属機関における英文によるワーキングペーパーを単著で4本執筆した。さらに流通・マーケティング分野で世界最大の国際学会で研究報告を行った。以上の客観的な研究成果から、「(1)当初の計画以上に進展している」と判断される。
波長多重走査型半導体レーザ光源によるインプロセス形状計測システムの実現

機械的駆動要素を必要としない静的波長走査光源を提案・構築し, AODによる波長走査が可能であることを実証した。波長走査幅は,約1(nm),周波数応答は約300(Hz)であった。また,高速度CCDカメラを用い,インプロセスでの鮮明な干渉縞画像検出ができることを確認した。これにより,外乱にロバストな干渉計測システムの実現が可能であることを示した。波長多重型半導体レーザ光源を構成するために、まず除振台上に2つの半導体レーザ(LD1(中心波長658nm、発光パワー5mW)およびLD2(中心波長785nm、発光パワー80mW)を配置し、光源レーザLD1に対して高精度の温度・電流同時制御を施した。温度制御の精度は、約0.01°Cと見積もられた。LD2の出射光を光スペクトラムアナライザでモニタしたところ、波長の時間安定度は従来に比べ一桁以上向上したことが確認できた。また、加熱用レーザLD2に電流コントロールを施して強度変調をかけ、LD1に入射することで、光熱変調システムを構成した。このシステムによる波長変調特性を測定したところ、波長のシフト量は通常の電流変調に比べて小さいものの、1kHz程度の波長応答特性が得られた。さらに、LD1の温度と電流を同時に制御し、2つのスペクトルを同時発振できることも確認した。このときの波長差は約0.5nmであり、940μm程度の合成波長を発生できることがわかった。さらに、超音波偏向器を用いた際のレーザ光の偏向角から、外部共振器を構成した場合、どの程度の波長走査幅が得られるかを計算により見積もったところ、格子定数1/1800(mm/本)の回折格子を用いた場合、0.6°の偏向角に対し、約2.5nmの波長変化が得られることがわかった。この結果を元に次年度予定している光外部共振器型半導体レーザ光源の構築を進めていく予定である。超音波偏向器、超音波偏向器ドライバーを新たに購入し、回折格子を組み合わせて外部共振器型半導体レーザ光源を構築した。ドライバーの中心変調周波数を80MHzとし、制御電圧を印加してビーム走査を行ったところ、印加電圧4Vにおいて約1.5度のビーム偏向角が得られた。これは波長に直すと約8nmの波長走査幅に相当すると考えられた。実際に、波長走査の実験を行ったところ、広範囲な波長走査が実現されるまでは至らず、ある範囲で波長が行き来する不安定な現象が観測された。さまざまな実験および検討を重ねた結果、この原因として超音波偏向器の0次光および1次回折光が同時に半導体レーザに戻っていることが考えられた。0次光を遮蔽するような光学配置をとって実験を行った結果、不安定な現象は解消され、波長が静的に走査できるところまでは確認することができた。ただし、これまでのところ波長の走査範囲が理論で予想された値に比べてかなり狭いため、次年度以降は捜査範囲の拡大を図っていく予定である。一方、光熱変調は、光軸の調整や光学系の再構成により安定して実現できた。加熱用レーザの電流値を80mAから90mAへ変化させたとき、0.27mの波長シフトが観測された。また、現有するスペクトラムアナライザの分解能の範囲では0.02nmの波長シフトが観測され、連続的な波長走査の可能性が示唆された。今後は、最終目標としている高精度インプロセス計測系の構築もあわせて行っていく予定である。まず,超音波偏向器を用い,機械的走査によらない静的波長走査機構を再構築し,安定に波長走査が行える条件を見出した。波長走査が不安定となっていた原因は,光源の半導体レーザに注入する電流が大きく外部共振器なしでシングルスペクトルに近い発振をしていたことに原因のあることがわかった。注入電流を下げ,発振スペクトルをブロード化するとともに,超音波偏向器の0次回折光の影響を除去する光学配置をとった結果,3nm程度の静的波長走査を安定に実現することができた。光スペクトルアナライザーによる観測では,波長のシフト間隔が0.060.08nmであった。次に,波長走査を施して変調をかけた干渉信号を発生させ,フォトダイオードによる観測を行った。光路差1mm以下の干渉計において直接変調による安定な干渉信号が得られることを確認した。光スペクトルアナライザーによる観測では,分解能から来る制限により,離散的な走査であることが判断されたが,干渉信号の観測からは,波長が連続的に走査されていることが確認できた。ただし,注入電流の値を小さく保つ必要があることから,干渉信号の振幅はそれほど大きくなく,良好なS/N比を確保するためには,増幅やフィルタリングといった信号処理が必要である。一方,高速度カメラによって,波長走査周波数100Hzの周波数においてマイクロメーターにより機械的に走査された段差面の干渉縞の観測を行った。

1msごとの干渉縞を取得できることが実験的に確認された。取得された干渉縞のビジビリティは比較的良好で,加工最中の物体の高精度インプロセス計測系を構築できる見通しが得られた。
開発における桎梏：ジェンダー問題における社会規範と人々の主観

本研究の目的は、ケニアとインドの農村におけるジェンダー問題を事例に、現地の社会規範と人々が個々に有する主観に注目し、それが将来の途上国開発にいかなる影響をもたらすかについて検証するものである。社会規範や個々の主観は、期待形成等を通じて開発にきわめて重要な影響を有する可能性があるが、国によって、社会経済状況によって、その意義は一律でない。この点について定量的に明らかにするのが本研究の試みである。社会規範と個々の主観との間には相互作用が生じうる点に注意が必要である。すなわち、この二つはそれぞれ時に開発を妨げ、時に促進することがありうる、という点である。2年目となる2018年度は、アジア政経学会にて「土地所有、教育投資、貧困削減:インドの家計データを用いた実証分析」を、Institute for Social and Economic Change(インド)にて"Changes in Landholdings and Household Welfare in Rural India"をそれぞれ発表した。いずれも人々の主観の影響を定量的に把握することを主眼としたもので、発表を通じて得たフィードバックにより、今後さらなる精緻化を図る予定である。またディスカッションペーパーとして"Landholdings, Occupation, and Investments in Education in Rural India: A Field Survey in Appadurai Village, Tiruchirapalli District, Tamil Nadu"を発表した。これに関してはデータの質の問題から人々の主観を取り扱うことはできなかったが、今後社会規範の観点からさらに分析を深めていく予定である。インド農村における現地調査に加え、家計データを補完するデータの整理を進めつつ、これまでに取得したデータを用いて実証論文を刊行した。インドのタミル・ナードゥ州の一村で独自に取得した家計データを用いた論文として、"Landholdings, Occupation, and Investments in Education in Rural India: A Field Survey in Appadurai Village, Tiruchirapalli District, Tamil Nadu"を執筆した。また大規模家計データを用いた実証研究に関しては、国内ではアジア政経学会にて「土地所有、教育投資、貧困削減:インドの家計データを用いた実証分析」を、南アジア学会のセミナーにて「経済発展、教育、女性のエンパワーメント」を、また海外ではインドのInstitute for Social and Economic Changeのセミナーにて「Changes in Landholdings and Household Welfare in Rural India」の研究報告を行い、そこで得たフィードバックを改訂作業に活用し、分析・執筆作業を進めている。以上のような状況から、全体としておおむね順調に進展している状況にあると考えられる。インドの家計データを用いた実証分析に関しては、既存データであるNational Family Health SurveysとIndia Human Development Studyを用いた論文の執筆をそれぞれ現在進めているところである。また独自に取得したデータに関してはすでにディスカッションペーパーを発表しているが、これをさらに精緻化する予定である。必要に応じて現地調査を行い、これを補完することとしている。ケニアの家計データを用いた研究に関しては、インド関連の作業に集中したこともあり進められなかったが、独自に取得したデータの整理はすでに終了しているため、実証分析を実施し、論文刊行へと進める予定である。いずれも2019年度秋に国内外で予定されている学会・研究会にて研究発表を実施する。この点に留意し、本研究では1開発における社会規範の変動とその影響、2期待形成において個々の主観が果たす役割、3変動する社会規範と個々の主観の相互作用と開発へのインパクト、の分析を通じ、社会規範と個々の主観が開発においていかなる影響を有するかに関し、社会経済状況が大きく異なる二ヶ国における動向について実証分析を行い、将来の開発の可能性を考察する。これらの研究目的を達成するために、既存の家計データを利用し分析を行うことに加え、二つの途上国の農村において現地調査を実施し得られた家計データの実証分析を合わせて行う。具体的には、(1)インドの二つの大規模家計データであるNational Family Health Surveys(NFHS)と、India Human Development Survey(IHDS)、(2)ケニア東部のキツイ県の農村にて進めている農村調査に基づく家計データ、の二つの実証分析が研究の大枠である。2017年度は(1)に関しては実証論文の刊行や学会・研究会での発表に加え、現地でのデータ収集・整理を、(2)に関しては既存のデータの整理と実証分析を進めた。初年度は所属の異動などもあり、現地調査を予定通りに進めることが困難であったが、実証論文の刊行に加え、家計データを補完するデータ(セミマクロデータとマクロデータ)の収集、データ整理を進めることができた。インドの大規模家計データを用いた実証研究に関しては、学会や研究会での研究報告を重ね、そこで得たフィードバックを改訂作業に活用し、論文執筆・発表を進めている。NFHSやセンサスのデータを用いた実証論文である"Demographic Change and Women's Status inIndia"は、すでにSenri Ethnological Studies誌にて刊行済みである。またネルー大学やデリー大学において1981年センサスの県レベルデータの収集をほぼ終えた。ケニアでの作業に関しては、既存データの分析、そして独自に得た農村家計データの整理は順調に進捗しているが、現地調査に関しては、所属の異動のために実施することが困難であった。他方、インドとケニアのデータを用いた実証論文ではないが、国際開発分野で近年大きな注目を集める開発と環境との関連について、「開発と環境--『応責原理』の現在地」と題した論文を『一橋経済学』誌にて刊行した。

以上のような状況から、全体としては予定より若干遅れている状況であると考えられる。本研究の目的は、ケニアとインドの農村におけるジェンダー問題を事例に、現地の社会規範と人々が個々に有する主観に注目し、それが将来の途上国開発にいかなる影響をもたらすかについて検証するものである。社会規範や個々の主観は、期待形成等を通じて開発にきわめて重要な影響を有する可能性があるが、国によって、社会経済状況によって、その意義は一律でない。この点について定量的に明らかにするのが本研究の試みである。社会規範と個々の主観との間には相互作用が生じうる点に注意が必要である。すなわち、この二つはそれぞれ時に開発を妨げ、時に促進することがありうる、という点である。2年目となる2018年度は、アジア政経学会にて「土地所有、教育投資、貧困削減:インドの家計データを用いた実証分析」を、Institute for Social and Economic Change(インド)にて"Changes in Landholdings and Household Welfare in Rural India"をそれぞれ発表した。いずれも人々の主観の影響を定量的に把握することを主眼としたもので、発表を通じて得たフィードバックにより、今後さらなる精緻化を図る予定である。またディスカッションペーパーとして"Landholdings, Occupation, and Investments in Education in Rural India: A Field Survey in Appadurai Village, Tiruchirapalli District, Tamil Nadu"を発表した。これに関してはデータの質の問題から人々の主観を取り扱うことはできなかったが、今後社会規範の観点からさらに分析を深めていく予定である。インド農村における現地調査に加え、家計データを補完するデータの整理を進めつつ、これまでに取得したデータを用いて実証論文を刊行した。
観光政策の地域産業連関分析研究

本研究は観光経済の最近の統計と地域間産業連関分析を調査したものである。地方政府は、イベントや観光の効果を分析するツールとして産業連関分析が利用している。そして、これが精度の高い効果を分析できる方法になるための技術が必要である。手法の1つはノンサーベイ手法である。これら方法やエネルギーデータを利用して、効果的な分析を調査した。本研究は、今まで観光統計・環境経済研究が全く取り組まれていなかった日本の観光経済分野において、世界の観光基準に照らし合わせながら、観光統計と経済統計を利用してデータベースを構築し、地域産業連関分析手法を用いた、経済(労働を含む)、環境およびエネルギーを含めた初めての実証的な研究を行うことが目的である。今後の観光経済研究の考察と政策の検討を行い、それによって、現在の日本の観光政策が地域経済においてどのような直接・間接的な効果を示すかを明らかにするものある。この研究目的のために、平成22年度(2010年)は海外観光サテライトアカウント調査および日本の観光調査研究を行い、Tourism Satellite Account Recommended Methodological Framework (2008)の概要をまとめている。地域観光動態調査の情報収集、観光消費動向調査の検討を行い、調査全体について基礎データを入手した。また、観光統計および海外の観光経済モデルの情報収集のため調査を実施した。それによって、今後の地域産業連関分析のための基礎的情報が収集できた。詳細は以下の通りである。平成22年度(2010年):海外観光サテライトアカウント調査および日本の観光調査研究を行った。既存研究調査として、Tourism Satellite Account Recommended Methodological Framework (2008)の概要をまとめUNWTOのTSAの基準に対する文献調査を行った。地域観光動態調査の情報収集、観光消費動向調査の全体についてまとめた。次に、国内観光調査基礎資料の収集として、三重県伊勢市の観光調査についてヒアリング調査を行い、入込統計調査の活用状況の問題点を把握した。さらに、観光統計および海外の観光経済モデルの情報収集として、観光統計、観光経済分析、地域のTSA研究者へのヒアリング調査を実施し、近年の論文を入手した。この研究目的のために、平成22年度(2010年)は海外観光サテライトアカウント調査および日本の観光調査研究を行い、Tourism Satellite Account Recommended Methodological Framework(2008)の概要をまとめている。平成23年度(2011年)は地域観光動態調査の情報収集、観光消費動向調査の検討を行い、調査全体について基礎データを入手した。また、観光統計および海外の観光経済モデルの情報収集のため調査を実施し、サーベイ論文を行った。平成23年度(2011年):分析方法について、海外の論文をサーベイし、本研究の方法論を検討した。また、海外観光統計および分析事例の調査を行った。さらに、観光統計および海外の観光経済モデルの情報収集として、観光統計、観光経済分析、地域のTSA研究者と意見交換を行った。日本の地域に特化した地域間産業連関表を作成し、分析を環太平洋産業連関分析学会雑誌『イノベーション&I-0テクニーク』(査読付学術掲載)に掲載された。平成24年度(2012年)はデータ収集を継続するとともに、1年目、2年目の研究成果を取りまとめる。またデータ分析結果として、論文をまとめる予定であり、その準備は平成23年度(2011年)の作業結果として終了している。地方政府はイベントや観光の効果を分析するツールとして産業連関分析が利用している。そして、精度の高い効果を分析できるために、データや分析手法を検討する必要がある。その手法の1つはノンサーベイ手法である。詳細な研究実績は以下の通りである。(1)国内観光調査基礎資料の収集によって、調査票および調査の範囲およびデータの蓄積状況を把握すること、観光庁の観光地域経済調査の実施状況を把握することができている。(2) UNWTOのTSAの基準に対する文献調査で情報まとめることができている。(3)観光統計および海外の観光経済モデルの情報収集、ヒアリング調査を行い、UNWTOのTSAの基準に準じて行う観光分析の調査より情報を得ている。さらには、海外では、大型イベントの経済効果分析において調査し、税金を投入する大型イベントには、プロジェクト評価研究が重要であり、観光経済分析を精通する専門家の必要である知識と情報を得ている。(4)計量経済研究会および観光経済経営研究会議出席し、作成途中の論文の報告を行っている。

さらに、環太平洋産業連関学会、UNWTOの会議に参加することにより海外における分析方法やデータの活用を知る機会を得ている。(5)経済統計、観光統計のデータベース構築作業ためのヒアリング調査、データを整備できた。(6)地域産業連関分析の検討と枠組構築の準備として既存研究を調査し、地域間交易係数の検討を行っている。(7)観光の環境分析手法についても既存研究を調査し、観光による経済効果としてのプラス効果とマイナス効果となる環境負荷の影響の分析事例の状況を把握できた。(8)観光経済分析用データベース作成している。(9)都道府県の地域産業連関表を作成し、観光のみ、エネルギーと環境と観光とあわせ分析が可能になっている。研究の目的である分析方法について、海外の文献調査やヒアリングによって状況把握が可能になった。収集したデータをとりまとめ、分析モデルを検討している段階である。1年目、2年目の研究成果をまとめ、分析する手法が決まっているため、本年は分析データのとりまとめと分析結果をまとめる作業、全体を取りまとめる作業が残されている。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度(2012年)はデータ収集を継続するとともに、1年目、2年目の研究成果を取りまとめる。またデータ分析結果として、論文をまとめる予定であり、その準備は平成23年度(2011年)の作業結果として終了している。本研究を取り組む中で、地域の観光振興に関する観光業、特に小規模宿泊施設の研究も観光統計上から課題があることがわかった。そのため、この調査研究も一部取り入れた分析を行う予定である。統計データの入手を行っているが、統計調査についてデータは収集されているが、公表がなされていないデータがあるため、詳細なデータ入手が課題である。
各種の制約がある場合の入試データの解析に関する研究

入試データの解析においては、様々な制約を考慮した解析方法が必要とされる。本研究では、制約を考慮した入試データの解析問題として、総合得点における各科目成績に対する重みに制約がある場合の望ましい重みの決定方法、受験者集団が必ずしも一致しない場合の科目成績の標準化方法および成績データがグループ化されている場合の統計的解析法について検討し、いくつかの新たな方法を与えた入試データの解析においては、様々な制約を考慮した解析方法が必要とされる。本研究では、制約を考慮した入試データの解析問題として、総合得点における各科目成績に対する重みに制約がある場合の望ましい重みの決定方法、受験者集団が必ずしも一致しない場合の科目成績の標準化方法および成績データがグループ化されている場合の統計的解析法について検討し、いくつかの新たな方法を与えた本研究では,次の三つの問題について研究を行う。(A)学内成績との相関を最大にする入試成績の重み係数に2次および1次の制約がある場合の問題(B)同一教科内科目の共通受験者データが欠損している場合の科目間難易度の多重比較問題(C)適性試験の統計情報に基づく個人の新司法試験合格可能性とその安定性の問題平成20年度においては,(A)については2次制約に1次制約が加わった場合の相関係数最大化問題について検討し,2次制約だけの場合の問題と等価になる条件を明らかにした.この条件は,特別な場合として1次制約が重み係数の対比の形式で記述される場合を含んでおり,実際的な有用性があると考えられるものである.また,条件が満たされる場合の数値計算アルゴリズムを与えた.(B)については,Propensity Scoreを利用した科目間の難易度比較の方法と適用条件について検討を加えた.なお,関連する研究課題として,科目間の関係を明らかにする新たな方法として,自己組織化モデルによる方法を開発した.(C)については,必要な統計情報は,必ずしも個人情報の問題等から完全な形で与えられ無いことから,得点分布あるいは得点の範囲等の不完全な形で与えられる場合に対応した試験データの分析法の開発を試みた.このような不完全なデータに対する分析法は,一般にSymbolic data analysisと呼ばれる最近研究されている方法であるが,本年度の研究によりいくつかの分析法について新たな方法が得られた.本研究では,次の三つの問題について研究を行う。(A)学内成績との相関を最大にする入試成績の重み係数に2次および1次の制約がある場合の問題(B)同一教科内科目の共通受験者データが欠損している場合の科目間難易度の多重比較問題(C)適性試験の統計情報に基づく個人の新司法試験合格可能性とその安定性の問題平成21年度においては,(A)については2次制約に1次制約が加わった場合の相関係数最大化問題について引き続き検討し,2次制約だけの場合の問題と等価にならない場合には解析解を得ることが困難であることから.反復計算による方法を実現するための基本的な知見を得た.また,入試の成績を入学後の複数科目の成績と関連して扱うために,2次制約の下での正準相関係数最大化問題へのこれまでの方法の拡張を試み,解析解の得られる条件について検討した.(B)については,Propensity Scoreを利用した科目間の難易度比較の方法と適用条件について引き続き検討を加え,得点調整の新たな方法を提案した.なお,関連する研究課題として開発した自己組織化モデルによる方法についても計算上の改善を行った.(C)については,統計情報が得点分布あるいは得点の範囲等の不完全な形で与えられる場合に対応した試験データの分析法の開発をさらに進め,系列カテゴリーデータに対する新たな分析法を導いた.方法は,カテゴリーのあいまいさも表現できるという意味で従来の方法を拡張したものである.本研究では,次の三つの問題について研究を行う。(A)学内成績との相関を最大にする入試成績の重み係数に2次および1次の制約がある場合の問題(B)同一教科内科目の共通受験者データが欠損している場合の科目間難易度の多重比較問題(C)適性試験の統計情報に基づく個人の新司法試験合格可能性とその安定性の問題平成22年度においては,(A)については平成21年度に引き続き、正準相関モデルの場合について、2次+1次の制約がある場合の相関係数最適化解について検討を加え、1次制約が原点を含む場合には解析解の得られることを明らかにした.また,これまでの結果に基づいて,数値計算プログラムの整備を行った.(B)については,Propensity Scoreによって受験者群の学力差の補正が偏りの無くできる条件について引き続き検討を加え,学力差を補正するための新たな方法および補正されたデータによる科目間の難易差比較の方法について検討を加えた.(C)については,統計情報が得点分布あるいは得点の範囲等の不完全な形で与えられる場合に対応した試験データの分析法の開発を引き続き検討し,多重系列カテゴリーデータに対する新たな分析法を導いた.方法は,論文「Interval-valued scaling of successive categories」としてまとめ学術誌に投稿した
口腔インプラントの脱落要因を探る：インプラント周囲細菌叢の時空間的解析

この研究では、インプラント治療を行っている患者から、インプラント周囲に付着しているさまざまな細菌の集合体であるプラークを採取し、インプラント周囲にどのような細菌が生息しているかを調べることにより、インプラントが脱落する大きな原因の一つであるインプラント周囲炎の早期発見や、インプラント周囲炎に対する新しい治療法の発見につなげる事を目的としている。特に、インプラントが口の中に露出した直後から、時間が経過するにつれて周囲に生息する細菌の種類が変化していく様を観察し、インプラント手術の直後から周囲にさまざまな細菌がどのように定着していくかを分析する事で、プラークが成熟する前の定着する前段階に高い活動性を示す細菌を特定し、それらの菌に対する定着阻止のための対策を考案する足掛かりとするものである。2018年度では、インプラント治療を行っている患者から、インプラントが口の中に露出した直後から、それぞれの時間間隔をあけてプラークを採取し、その中に存在する細菌の種類を遺伝子情報(DNA)を読み取ることで明らかにした。インプラント周囲に生息する細菌の種類は、口の中にインプラントが露出してからおよそ1か月半の間に、時間の経過とともに変化していく様を確認することができた。インプラント周囲に生息する細菌の種類は、患者毎によっても異なり、また、時間経過によっても変化していく事が明らかになった。インプラント周囲に生息する細菌の、患者毎による種類の違いは、他の歯の健康状態や、その患者の歯科治療の経過によっても、異なってくると考えられる。インプラント治療を行っている患者から、口の中にインプラントが露出してから、1週間後、2週間後、4週間後、6週間後でそれぞれプラークを採取し、遺伝子情報(DNA)を読み取ることによって、インプラント周囲に生息している細菌の種類を分析している。現時点で、4年計画の内、予定している対象患者数の約35%からプラークを採取し、データ解析まで進行中である。今後も同様に、インプラント治療を行っている患者からのサンプル採取を継続して行い、3年を目安として予定患者数のサンプル採取を完遂する予定である、2018年度では、今までに歯周病に罹ったことのない患者に対してインプラント治療を行ったもののサンプルを採取してきた。インプラント治療においては、今までに歯周病に罹ったことのない人と、これまでに歯周病に罹ったことのある人では、将来的にインプラント周囲炎になるリスクが異なると考えられている。よって、2019年度では、歯周病に罹ったことのある患者に対してインプラント治療を行い、インプラント周囲からのプラークを採取し、遺伝子情報から生息している細菌の種類を確認し、インプラントが口の中に露出してからの時間経過による変化と、歯周病に罹ったことのあるなしによる差を明らかにしていく予定である。2018年度に予定した以上の患者数からのサンプル採取が終了しており、現在DNAシーケンス作業およびデータ解析を行なっている。

2019年度に採取予定のサンプルと合わせてシーケンス作業およびデータ解析を進めるため、2018年度使用額の一部を2019年度使用分と合わせて試薬の購入および、データ解析に使用するスーパーコンピューターの利用料に充当する予定である。
光熱変換効果によるナノ粒子リアルタイム３次元イメージング法の開発

本研究では,光熱変換効果による局所的な温度変化および光波の干渉を利用することによって,光学顕微鏡下に干渉計を組み込んだ簡便かつ安価なシステムで単一ナノ粒子を光学的にイメージングすることを目的としている.さらに,本手法では,ナノ粒子に光熱変換効果を生じさせるための励起光に,レンズを用いてエネルギ密度の空間分布を持たせることで,ナノ粒子の3次元イメージングを可能にすることを目指す.これまでは,保有している光熱変換イメージングシステムの高倍率化,高分解能化および,光熱変換シグナルの測定精度向上に取り組んだ.また,適切な励起光の変調周波数を決定するために有限要素解析ソフトウェアを用いた非定常熱伝導解析を行った.ここで得られた解析結果を元に,改良した光熱変換イメージングシステムを用いてPVA薄膜中に分散させた直径20nmの金ナノ粒子をサンプルとして観察を行った.その結果,一般的な光学顕微鏡下で観察することが困難である金ナノ粒子の位置を,高感度に3次元イメージングできることを確認できた.また,一連の実験を進める中で,光熱変換シグナルの位相情報に,粒径など粒子の状態に対する依存性が存在する可能性を見出した.そこで,今年度は,光熱変換シグナルの位相情報について着目して研究を進めてきた.ここでは,PVA薄膜中に分散させた直径20nmの金ナノ粒子をサンプルとした光熱変換イメージの位相像に注目すると,個々の粒子像はある一定の位相値を示しており,ナノ粒子の3次元的な位置検出のみならず,粒径判別等にも有用であると考えられるデータが得られた.以上より,高精度な粒径判別および物性判別に応用可能であると考えられる.なお,上記の成果は,当該研究室所有の装置を用いて実現できたため,今年度は研究費の支出無く遂行できた.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,光熱変換効果による局所的な温度変化および光波の干渉を利用することによって,光学顕微鏡下に干渉計を組み込んだ簡便かつ安価なシステムで単一ナノ粒子を光学的にイメージングすることを目的としている.さらに,本手法では,ナノ粒子に光熱変換効果を生じさせるための励起光に,レンズを用いてエネルギ密度の空間分布を持たせることで,横方向だけでなく深さ方向にも像のコントラストを生じさせ,ナノ粒子の3次元分布イメージングを可能にすることを目指す.そこで,まずは保有している光熱変換イメージングシステムを高倍率化および高分解能化し,更に励起光強度を正弦波変調しロックイン検出を適用することで感度向上に取り組んだ.ここで,適切な励起光の変調周波数を決定するために伝熱解析を行った.その結果,変調周波数をMHzオーダに設定した励起光に対しても局所的な温度変化が十分に追随することを確認した.その上で,直径20nmの金ナノ粒子の位置を高感度にイメージングできることを確認できた.これらの結果をまとめ,2014年9月17日に鳥取県で開催された2014年度精密工学会秋季大会学術講演会で発表した.次に,システムの3次元イメージングへの拡張を行った.ここではサンプル深さ方向に形成される励起エネルギ密度の分布を利用することで,深さ方向の空間分解能を持たせた.また,サンプルをピエゾステージにより深さ方向に走査することで,ナノ粒子の3次元イメージングが可能か,構築したイメージングシステムを用いて実証実験を行った.サンプルとしてPVA薄膜中に分散した直径20nmの金ナノ粒子を用いて3次元走査によるイメージングを行った結果,期待通り,深さ方向にも空間分解能を持つナノ粒子の光熱変換シグナル分布が得られた.これらの結果は,2015年3月17日に東京都で開催された2015年度精密工学会春季大会学術講演会にて発表した.本研究では,光熱変換効果による局所的な温度変化および光波の干渉を利用することによって,光学顕微鏡下に干渉計を組み込んだ簡便かつ安価なシステムで単一ナノ粒子を光学的にイメージングすることを目的としている.さらに,本手法では,ナノ粒子に光熱変換効果を生じさせるための励起光に,レンズを用いて深さ方向にエネルギ密度の空間分布を持たせることで,ナノ粒子の3次元分布イメージングを可能にすることを目指す.前年度は,保有している光熱変換イメージングシステムに無限遠補正対物レンズを組込み高倍率化および高分解能化し,更に高精度化のためロックイン検出を適用した結果,20nm金粒子を高感度に3次元イメージング可能であることを確認した.また,一連の実験を進める中で,光熱変換シグナルの位相情報に,粒径などに対する依存性があることを見出した.これは,光熱変換イメージングの単一ナノ粒子キャラクタリゼーションに応用できる可能性があることを示している.そこで,今年度は,光熱変換シグナルの位相情報に着目し研究を進めてきた.20nm金粒子を用いた光熱変換イメージの位相像に注目すると,個々の粒子像はある一定の位相値を示しており,ナノ粒子の3次元的な位置検出のみならず,粒径判別等にも有用であると考えられるデータが得られた.以上の結果を,米国サンノゼにて行われたCLEO2015にて口頭発表した.次に,光熱変換シグナルの位相情報の粒径に対する依存性を確認するため,有限要素解析法による数値解析を行った.その結果,期待通り,粒径によって位相遅れが異なる結果が得られた.

このことから,光熱変換シグナルの位相情報から高精度な粒径判別および物性判別が可能であると考えられる.現在は,解析結果を元に実証実験を進めており,ここで得られた結果をまとめてInt. J. of Optomechatronicsへの投稿を予定している.一般的な光学顕微鏡では検出困難な,粒径が100nm以下であるナノ粒子の位置検出を,光熱変換効果およびビームスプリッタを用いた準共通光路型干渉計を併用することで実現するシステムを構築している.本年度は,準共通光炉型干渉計を組み込んだ共焦点顕微鏡と変調励起光を用いたロックイン検出を組み合わせることにより,ナノ粒子の三次元マッピングに成功している.また,ロックインアンプより出力される光熱変換シグナルの位相成分に,粒径などに対する依存性があることを見出した.これは,単純な位置検出だけでなく,単一ナノ粒子キャラクタリゼーションへの応用が可能であることを示しており,今後は生体細胞や材料科学などの分野への応用が期待できる.以上の結果は,当初の申請書に記述した目標をより深めていることから期待以上の研究の進展があったと認められる.本研究では,光熱変換効果による局所的な温度変化および光波の干渉を利用することによって,光学顕微鏡下に干渉計を組み込んだ簡便かつ安価なシステムで単一ナノ粒子を光学的にイメージングすることを目的としている.さらに,本手法では,ナノ粒子に光熱変換効果を生じさせるための励起光に,レンズを用いてエネルギ密度の空間分布を持たせることで,ナノ粒子の3次元イメージングを可能にすることを目指す.これまでは,保有している光熱変換イメージングシステムの高倍率化,高分解能化および,光熱変換シグナルの測定精度向上に取り組んだ.また,適切な励起光の変調周波数を決定するために有限要素解析ソフトウェアを用いた非定常熱伝導解析を行った.ここで得られた解析結果を元に,改良した光熱変換イメージングシステムを用いてPVA薄膜中に分散させた直径20nmの金ナノ粒子をサンプルとして観察を行った.その結果,一般的な光学顕微鏡下で観察することが困難である金ナノ粒子の位置を,高感度に3次元イメージングできることを確認できた.また,一連の実験を進める中で,光熱変換シグナルの位相情報に,粒径など粒子の状態に対する依存性が存在する可能性を見出した.そこで,今年度は,光熱変換シグナルの位相情報について着目して研究を進めてきた.ここでは,PVA薄膜中に分散させた直径20nmの金ナノ粒子をサンプルとした光熱変換イメージの位相像に注目すると,個々の粒子像はある一定の位相値を示しており,ナノ粒子の3次元的な位置検出のみならず,粒径判別等にも有用であると考えられるデータが得られた.以上より,高精度な粒径判別および物性判別に応用可能であると考えられる.なお,上記の成果は,当該研究室所有の装置を用いて実現できたため,今年度は研究費の支出無く遂行できた.一般的な光学顕微鏡では検出困難なサブ100nm粒子の位置検出を,光熱変換効果と干渉計を併用することで実現するシステムを構築している.本年度は,共焦点顕微鏡と変調励起光を用いることで,粒径20nmの金粒子を三次元的に位置検出することに成功している.また,伝熱解析も進めており,ここでは空間的な分解能を高めるための最適な変調条件の導出を行っている.その結果,20nmの金ナノ粒子の位置を三次元的に捉えることに成功した.また,干渉計と組み合わせたことにより高感度な測定ができることを明らかにした.
セルロースの1級水酸基の酸化で始まる新規生分解経路の解明

セルロース分解菌Trichodermareeseiを、セルロースの酸化処理によって調製したセロウロン酸(β-1,4グルクロナン)を含む液体培地で培養した。T.reeseiはセロウロン酸を唯一の炭素源とする培地で生育することができ、菌体外液中に27kDaの分子最を持つタンパク質を最も多量に生産することが判明した。そこで検出したタンパク質のcDNAをT.reeseiの全ゲノム情報を用いてクローニングし、さらにメタノール資化酵母Pichia pastorisに導入し、組み換えタンパク質を大量発現させた。得られた組み換えタンパク質でセロウロン酸を処理し、分解生成物を^<13>C NMRで分析したところ、本酵素はβ-脱離反応によりセロウロン酸を分解するβ-1,4グルクロンナンリアーゼ(TrGL)であることが示された。TrGLのアミノ酸配列と相同性の高いタンパク質を検索した結果、全てHypothetical proteinであり、どの多糖リアーゼ(PL)とも相同性を示さなかつたことから、本酵素は新規多糖リアーゼファミリー(PLファミリー20)に属することが明らかとなった。本研究により、セルロース分解菌として有名な糸状菌Trichodermareeseiがグルクロナンリアーゼを生産することが初めて証明された。また、データベースを用いた配列解析から、約10のグルクロナンリアーゼ活性を有する可能性が高いタンパク質の存在が明らかになり、いずれも高い細胞壁(セルロース)分解能を有する微生物由来のタンパク質であった。これまで自然界におけるセルロースの分解機構としては、加水分解酵素(セルラーゼ)による分解のみが知られているが、本酵素の発見はセルロース分解にリアーゼ型酵素が関与することを示唆する重要な知見である。
生体組織再生を目指した糖鎖リソグラフィーの開発

生体内に広く存在する糖転移酵素1種であるβ-ガラクトース転移酵素(β-GalT)は、糖鎖生合成だけでなく、細胞表面に発現し受精など細胞間の接着に関与するレクチンとしても知られ生物学的にも医学的見地からも注目を集めている。そこで、本研究ではGalTのレクチン様作用の詳細を調べるため、人工的にGalTがクラスター化した状態をつくりだし、同じくクラスター化したNアセチルグルコサミン(GlcNAc)との結合する際の相互作用の解析を行った。相互作用は直接観察が可能な原子間力顕微鏡(AFM)を用いた。まずGalTとマルトース結合タンパク質との融合体タンパクであるMBP-GalT (Galactose transferase-fused Maltose binding protein)をマルトトリオースを介してAFMプローブに固定化した。GalTの基質であるGlcNAcは、金薄膜上に自己組織化単分子膜(SAM)を形成させることでクラスター化させた。固定化GalTとクラスター化GlcNAc間のChemical Force測定を種々の条件で行った。MBP-GalTとGlcNAc単分子膜間には平均して95 pNの相互作用が見られた。GlcNAcの無い基板と比較した結果、40pN程度の差が観察された。プローブの形状からGlcNAcと相互作用可能なGalTは、数個程度と考えられる。このようにクラスター化したGalTとクラスター化したGlcNAc間では、相互作用が強く観測されることが分かった。本研究は糖転移酵素と基質との相互作用を直接計測した初めての例である。本研究はAFMプローブを活用し、糖鎖をナノスケールで配向固定化することを目的としている。糖鎖をナノサイズで基板上に固定化するために、原子間力顕微鏡(AFM、Nanoscope IIIa)によるリソグラフィー技術を用いた。AFMのプローブに活性を維持した状態で糖転移酵素を固定化するため、糖転移酵素の1種であるガラクトース転移酵素は、タグとなるマルトース結合タンパク質(MBP)と共に発現したものを用いた。まず、酵素のMBP部位とAFMプローブを結合させるリンカー分子(マルトトリオース誘導体)を設計し合成した。リンカー分子は、片末端のマルトトリオースによりMBP部位と、もう片末端のチオール基を介して金コートされたAFMプローブ(NPG probe、Veeco)と結合する。酵素固定化までの各段階は、IR-RAS、MALDI-TOF MSやSPRにより確認した。次に、アクセプターとなる糖を持つ基板を作製した。アクセプター糖となるN-アセチルグルコサミンをもつ糖脂質を合成し、自己組織化単分子膜(SAM)作成法により、金基板上に単分子膜とした。作製した糖転移酵素固定化プローブを用いて、基板上での糖転移反応を行った。AFMフォースカーブ測定から、糖転移酵素-アクセプター糖鎖の間に大きな相互作用が観察された。一方、ネガティブコントロールとして用いた糖鎖提示のない基板と糖転移酵素間では、相互作用は見られなかった。このことから糖転移反応が基板上の任意のポイントで行えることを確認した。今後は、より広範囲に糖転移を行い、ナノスケールでのリソグラフ技術を実現する生体内に広く存在する糖転移酵素1種であるβ-ガラクトース転移酵素(β-GalT)は、糖鎖生合成だけでなく、細胞表面に発現し受精など細胞間の接着に関与するレクチンとしても知られ生物学的にも医学的見地からも注目を集めている。
自明結び目のアーク表示をほどくために必要な基本変形の回数の上界

安藤龍郎、西川友紀、林美和と以下の共同研究を行った。平面上のアイソトピーによって、交差点をn個持つ結び目の射影図を縦線が2n+2本以下のグリッド表示に変形できることや、結び目の射影図のザイフェルト・サークルたちを縦線2本と横線2本の四角形に、交差点の代わりのアークたちが縦線1本に変形できることを示した。n本の縦線を持つグリッド表示の一番上と一番下の横線の間のエクスチェンジ変形やマージ変形が何回以下のライデマイスター変形で実現できるかnの式で評価した。自明結び目のアーク表示は何回以下のエクスチェンジ変形をすればマージ変形できるようになるかアークの本数が小さい場合にコンピューターで調べた。自明結び目のarc表示はarcの数を変えないexchange変形と減らすmerge変形のみでarc2本まで変形できることをDynnikovが示した.これは結び目が自明であるか否かの判定アルゴリズムを与える.しかし,何回の変形が必要か,大雑把な評価しかなく,このアルゴリズムが実用的であるか否か明確でない.arcがn本のとき,mergeするまでに最大何回のexchangeが必要かnの式で上から良い評価を与えるのが第1の目標である.それを用いて,自明結び目の平面上のdiagramをR変形を用いて交差点無しに変形するのに最大何回の変形が必要か交差点数cの式で上から良い評価を与えることが第2の目標である.2013年度は立教大学の安藤龍郎氏の協力を得て,予定の研究の順番を変更して,第2の目標の研究を先に行った.arc表示は平面上のrectangular diagramとほぼ同じものであり,それを用いて,HenrichとKauffmanはR変形の回数を評価した.構想としては優れているが,彼らの研究には複数の疑問点があった.rectangular diagramに対するexchange変形やmerge変形が何回のR変形で実現できるかという問題は,rectangular diagramの一番上と一番下の辺の操作を考えていなかったが,それを2012年度修了の学生,西川友紀との共同研究で評価した.2013年度は安藤氏とその評価の改良を行い,論文を専門雑誌に投稿中である.また,平面のambient isotopyによって,diagramをrectangularに直す研究も行った.交差点数cに対してrectangulardiagramの辺の数を少なく済ませる.ほぼ最善の結果を得て,論文を執筆中である.研究協力者として安藤龍郎氏(本学学術研究員)の協力を得て研究を進めている。Cromwellはどんな結び目もアーク表示を持つことを示した。3次元空間R3内の縦軸とそれを境界とする半平面(頁)をn枚用意する。結び目が各頁と1本のアークで交わるように配置されているとき、アーク表示されていると言う。アークの端点を頂点と呼ぶ。Dynnikovは、自明結び目のアーク表示は、アークの本数を変えないエクスチェンジ変形と本数を減らすマージ変形のみで、途中でアークを増やさずに、アークが2本の表示に変形できることを示した。何回以下の変形で済むか調べるのが研究目的である。そのために、アークがn本のときにマージする前に何回のエクスチェンジ変形が必要であるか、その上界を求めたい。結び目のアーク表示はアーク列と頂点列の2つのサイクリックな数列の組で表される。アークがn本の場合、軸上の頂点たちに上から順に1からnまで番号を振る。頁とその中のアークたちに軸の周りに現れる順に1からnまで番号を付ける。結び目に向きを付け、アークを1本選び、その上に始点を取る。そこから結び目に沿って向きの方向に一周し、現れた順にアーク(頂点)の番号を並べてアーク列(頂点列)を得る。アーク列(頂点列)内に続き番号(iとi+1(mod n))が並んでいるとき、アーク表示にマージ操作を適用できる。また、i番のアーク(頂点)とi+1番のそれをエクスチェンジすると、アーク列(頂点列)の番号iとi+1の位置が入れ替わるが、頂点列(アーク列)は変化しない。アーク列と頂点列を一般化して、1からnの番号を様々な順に並べた数列を考える。続き番号が並ばない数列全ての集合Wを考え、続き番号の位置を入れ替える操作で移り合う2つの数列は同値とする。Wは幾つかの同値類に分かれる。26年度は同値類に属する元の最大数をコンピューターを用いて求めた。n=7,8,9,10のときの最大数はそれぞれ15, 216,1363,16290であった。結び目とは3次元空間内の輪であり、連続的に動かしても同じ結び目と見なす。ただし、動かす際に、輪の紐同士を交わらせてはならない。自明結び目とは上記のように動かして平面上に交差無く配置できる結び目のことである。3次元空間内の縦軸とそれを境界とする半平面(頁)をn枚用意する。Dynnikovは、自明結び目のアーク表示は、アークの本数を変えないエクスチェンジ変形と本数を減らすマージ変形のみでアークが2本の表示に変形できることを示した。2本の表示まで減らすのに最大何回の変形が必要か、nの式で求めるのが当該年度の研究目的である。マージ変形できるまでに最大何回のエクスチェンジ変形が必要であるかが問題である。

今までに調べた範囲での最大値はn=7のとき1回、n=8のとき2回、n=9のとき4回、n=10のとき7回、n=11のとき11回であり、nが9以下のときは全ての場合を調べたうえでの最大である。残念ながら、n=12のときは数が多すぎてメモリが足りず、うまく計算できていない。n=9のときの具体例はエクスチェンジ変形が1箇所しかできないので、そのような自明結び目のアーク表示を全て求めた。n=10のとき、そのようなもののうちでマージするまでに必要なエクスチェンジの最大回数は6であり、n=11のときは9であった。n=12のときはまだ計算途中である。全体での最大値を実現する例がこの形で表されるわけではないことが分かったが、エクスチェンジできる場所が少ないほうがnが一般のときの必要回数の評価がしやすいと思われる。また、カンドル彩色を用いて自明結び目であることを判定する方法を発案し、10交差点の図まではそれが上手く行くことを示した。安藤龍郎、西川友紀、林美和と以下の共同研究を行った。平面上のアイソトピーによって、交差点をn個持つ結び目の射影図を縦線が2n+2本以下のグリッド表示に変形できることや、結び目の射影図のザイフェルト・サークルたちを縦線2本と横線2本の四角形に、交差点の代わりのアークたちが縦線1本に変形できることを示した。n本の縦線を持つグリッド表示の一番上と一番下の横線の間のエクスチェンジ変形やマージ変形が何回以下のライデマイスター変形で実現できるかnの式で評価した。自明結び目のアーク表示は何回以下のエクスチェンジ変形をすればマージ変形できるようになるかアークの本数が小さい場合にコンピューターで調べた。平成26年度までにn=11まで計算を進めたかったが、まだできていない。メモリー不足になって途中で計算が止まってしまう。しかしながら、元の数が最大の同値類について、nが奇数の場合には或る特定の元が含まれると予想しており、その予想に基づいて計算すると、n=11の場合の最大数は131671である。n=13の場合は現在計算途中であり、6000000を超えることは分かっている。nが偶数の場合と奇数の場合ではかなり様子が異なることが分かってきた。すると、奇数の場合はn=7,9の場合しか計算ができておらず、偶数の場合はn=8,10の場合しか計算ができていないので、同値類の元の個数の最大数をnの式で表すなど、まだ細かい予想をたてるのが難しい状況である。したがって、研究が予定より大幅に遅れているわけではないけれども、思ったよりも状況は難解であるということから、達成度は「やや遅れている」と評価せざるを得ない。現在、コンピューターのメモリー不足の解消方法を模索中である。Linux (Ubuntu)とLispの組み合わせでプログラミングしてきたが、最近になって、WindowsとMathematicaの組み合わせも見直している。DoやWhileなどの繰り返しの命令を使わないで、極力MapやApplyという関数を用いるようにすると、プログラムはかなり読みにくくなるが、その代わり、どうやら動作が速くなり、メモリーも節約されるようである。上記のn=13の特殊な場合の計算はその手法を用いている。現在、n=11の一般の場合の計算にこの手法を適用すべく、プログラムを改訂中である。