hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
粘土鉱物-色素複合体を用いた強発光材料の開発

シアニン類縁体、ビオロゲン誘導体、ビピリジン誘導体、ポルフィリン誘導体などを使って、それらの溶液中とナノシート上における発光挙動について検討した。その結果、分子内に回転部位を有する色素の多くで、ナノシート上では、溶液中に比べ、著しく発光強度が増強されることがわかった。蛍光量子収率、蛍光寿命の測定から、その発光増強の因子について検討した。放射速度の増加、もしくは、無放射失活速度の抑制が発光増強の原因であることを明らかとした。強発光性材料を作成するために粘土鉱物ナノシート上における色素の光化学挙動について検討した。ナノシート上の負電荷分布を考慮に入れて、分子内に三点、または四点のカチオン部位を有する色素を設計し、その合成を行った。それら色素の光化学挙動を、定常蛍光法、時間分解蛍光法により解析し、蛍光量子収率、蛍光寿命を求めた。これらの結果から、放射失活速度定数と無放射失活速度定数を求めた。ナノシートと複合化することで予期したとおり、著しい蛍光強度の増大が観察された。また、その要因は、色素の種類により、放射失活速度定数の増大、または、無放射失活速度定数の減少という二通り両方があり得ることが明らかとなった。ナノシート上に色素分子の構造が固定化されることにより、基底状態、励起状態の双方が類似する事により、これらの効果が得られたものと考察される。近年注目されている、凝集誘起発光(aggregation induced emission)では、色素の凝集による光化学特性の不明瞭化があるが、本手法では、実質的に完全な透明状態が保たれ、その応用性は高いと考えられる。また、適用する色素の構造を元に、蛍光増強がなされるかどうかを予想することも比較的容易である。また、色素によっては粉末状態としても発光が観察された。本手法で見出した原理を、表面固定誘起発光(Surface-Fixation Induced Emission(S-FIE))と名付けた。新たな蛍光増強原理を見出すことができた。粘土鉱物-色素複合体を用いた強発光材料の開発のタイトルのもと研究を進めた結果、下記のように優れた成果を得た。20を越える種類の化合物について系統的に、粘土鉱物との複合化による発光増強現象を調査した結果、ほとんどの色素において普遍的に発光増強が観察されることがわかった。粘土鉱物としてはおもに化学合成粘土鉱物である合成サポナイトを用いている。この材料は溶液状態、固体膜状態においてほぼ完全に可視域で無色透明となることができ、光学材料としての使用に適した性質を有している。適用する色素によっては10倍以上の発光増強が見られ、機能性光材料の開発において本技術が極めて有望であることがわかった。具体的には、ビオロゲン類、ポルフィリン類、ジミジウム塩類、スチルバゾリウム塩類などにおいて、著しい発光増強が誘起された。溶液状態、固体状態ともに著しい発光増強が認められたが、粘土鉱物は無色透明であるため視認性も非常に良い。また、発光増強のメカニズムについても、蛍光量子収率、蛍光寿命の解析の元に考察をすすめ、放射失活速度定数の増大、無放射失活速度定数の減少が、発光増強に大きく寄与することを明らかとした。具体的には温度効果実験を行い、エネルギーギャップ則に基づくデータの解析を行った。これらの結果からナノシート上の色素もエネルギーギャップ則に基づく発光挙動を示すことが明らかとなり、さらには、振電相互作用もこれらの発光増強機構に関与していることが示唆される結果を得た。これらの成果をもとに、国内外で招待講演などを行い、また、海外学術雑誌において、Invited Feature Articleとして総説による成果発信を行った。特に本現象を、Surface-fixation induced emission (S-FIE)と名付けた。今後はさらに適用色素を増加させるとともに応用面も見据えた研究展開をはかる予定である。今後は、より程度の大きい蛍光増強を見出すとともに、発光増強例を、より多く見出すことが望まれる。ここまでの研究により、当初提案した、粘土鉱物との複合化による発光増強について、予想以上に好結果が得られている。今後は、より応用面を意識した検討を手厚く行う予定である。例えば、固体応対における検討、環境応答性の付与、必要な波長における発光色素の探索などに重点を置き、研究をすすめる予定である。特に環境応答性を検討することで、表示材料、センサーなどの開発に結びつく可能性があり、高い発光効率を利用すれば、省エネルギーにも寄与することが可能であると考えている。光化学前年度に購入した試薬類を用いた研究が進展し、それらの試薬類での研究が大幅に増加したため。次年度は応用も見据えた研究を行うため、試薬類などの支出を行う予定である。
硫化銅鉱テトラへドライトの格子・電子物性の解明と高性能熱電変換鉱物の創製

銅ベースの鉱物であるテトラヘドライトは,その高い熱電変換性能,ガラス並みに低い熱伝導率,および金属ー半導体転移のために,高い関心を集めている。本研究では,テトラヘドライトの輸送・熱特性と結晶・フォノン構造を調べた。その結果,銅原子の低エネルギーで非調和な振動(ラットリング)がガラス的な熱伝導率と相転移の発現に関係していると判った。また,テトラヘドライトの熱電性能を銅のゲルマニウムおよびスズ置換により高めた。また,新規な熱電鉱物の探索を行った。銅をベースにした鉱物と鉱物関連物質のコルーサイトとチオスピネルがそれぞれ660 Kにおいて高い熱電変換性能を示すことを見出した。本研究では,高性能熱電変換物質であるテトラへドライトCu12Sb4S13の格子・電子構造を調べることで,室温以上での低い熱伝導率と高い熱電能の原因を明らかにし,さらに85 Kでの金属ー半導体転移の起源を解明することを目的とする。また,テトラへドライトの熱電変換性能の向上と,新規な高性能物質の創製を目指す。本年度は,以下に示す成果を得た。(1)相転移のない置換系のCu10Zn2Sb4S13を用いた比熱と熱伝導率の測定から格子構造を調べた。比熱測定から,特性温度20 Kの低エネルギーフォノンモードが在ると判った。この低エネルギーモードは,[CuS3]三角形中のCuの面直方向への大振幅振動に起因すると予想した。さらに,Cu10Zn2Sb4S13の熱伝導率が4 K付近にプラトーを有するというシリカガラスに似た振る舞いを示すことを見出した。これは,熱を伝える音響フォノンと低エネルギーモードが強く相互作用していることを示唆する。(2)相転移の原因に関する知見を得るために,金属ー半導体転移に対する圧力効果を調べた。転移は物理的圧力の印加により抑制され,1 GPa以上の圧力で消失する。一方,SbをAsで置換して化学的圧力を印加すると相転移は安定化し,Cu12As4S13は124 Kで転移することが判った。現在,これらの結果と結晶構造の特徴を関係付けて相転移の機構について考察している。(3)新規な熱電変換物質の探索により,硫化銅鉱物のコルーサイトCu26V2M6S32(M = Ge,Sn)が660 Kにおいて高い無次元性能指数ZT = 0.73(Ge), 0.56(Sn)を示すことを見出した。コルーサイトが高い性能を示すのは,Cuー3dとSー3pの混成軌道からなる価電子帯が良い電気的特性をもたらし,結晶構造の複雑さが熱伝導率を下げているためであると判った。本研究は,硫化銅鉱物のテトラへドライトCu12Sb4S13における高い熱電能とガラス的な格子熱伝導率,および85 Kでの金属ー半導体転移の原因を明らかにすることを目的とする。また,硫化銅鉱物を対象として,高性能な熱電変換物質の創出を目指す。本年度は,前年度に実施したテトラへドライトのマクロ物性の研究を進めると共に,放射光X線回折実験,中性子非弾性散乱実験,および光電子分光実験から結晶・格子・電子構造に関する知見を得た。また,本研究で発見した高性能熱電物質のコルーサイトCu26V2Sn6S32の高性能化を目的としてキャリア密度制御を行った。研究実績の概要を以下に記す。(1)Cu12Sb4S13を相転移温度以下まで冷却すると,結晶構造が立方晶(axaxa)から正方晶(2ax2ax2c)へ変化することが判った。それと同時に,Cu原子の大振幅振動に由来する低エネルギーフォノン構造が大きく変化し,さらにフェルミ準位における電子状態密度が減少することを明らかにした。他方,SbをAsで全置換したCu12As4S13も相転移を示すが,転移温度以下でも立方格子(axaxa)を維持することが判った。(2)テトラへドライトとコルーサイトのフォノン物性を比較した。テトラへドライトは低エネルギー光学的モードを持つが,その様なモードは結晶的な熱伝導率を示すコルーサイトには存在しない事が判った。この比較から,テトラへドライトにおけるガラス的な熱伝導率の発現には低エネルギーモードが重要な役割を果たしていると結論できる。(3)コルーサイトCu26V2Sn6S32のCuをZnで置換して電子をドープし,Snを欠損させてホールをドープした試料の性能を評価した。Sn欠損系では400°Cでの無次元性能指数が10%程度向上し0.62となった。テトラへドライトCu12Sb4S13の多結晶試料および単結晶の作製方法を確立した。その試料を用いたマクロ物性測定とミクロ構造解析から,ガラス的な熱伝導率と金属ー半導体転移に関する知見が得られている。また,As置換系Cu12As4S13も相転移を示すことを見出した。さらに,それらのZn置換やAg置換試料の作製と測定も行っている。この様に,昨年度末に立てた研究推進方策を順調に遂行している。コルーサイトCu26V2Sn6S32の熱電変換性能の向上を目指したが,その増分はわずかであった。しかし,CuのZn置換による電子ドープとSn欠損によるホールドープという2つのキャリア制御の方法を明らかにしたことは大きな進展である。

本研究では,テトラへドライトCu12Sb4S13における高い熱電能とガラス的な格子熱伝導率,および85 Kでの金属ー半導体転移の原因の解明を目指す。また,硫化銅鉱物をベースにして高性能熱電物質を開発することを目的としている。本年度の研究実績の概要を以下に記す。(1)Cu12Sb4S13のCu+をGe4+およびSn4+で置換したCu12-xMxSb4S13(x≦0.6; M=Ge,Sn)を作製した。置換によりホールキャリア密度が減少した結果,M = Ge, Snの665 Kでの無次元性能指数ZTはx=0の0.46からx=0.3ー0.5の0.65まで40%も増大した。また,相転移がわずかな量のGe/Sn置換により消失すると判った。これは相転移の発現に電子構造が関係している可能性を示唆する。(3)コルーサイトのSをSeで置換しSnを欠損させた系Cu26V2Sn6-zS32-xSexを作製した。x=4; z=0.25, 0.5の試料の665 KでのZTは0.65に達し,x=z=0よりも14%増加した。(4)硫化銅鉱物の関連物質であるチオスピネルCu2TrTi3S8を合成し,660 Kでの出力因子が0.6 mW/K2mもあることを見出した。この高い出力因子のために,熱伝導率は2 W/Kmと高いものの,660 KでのZTは0.2に達した。銅ベースの鉱物であるテトラヘドライトは,その高い熱電変換性能,ガラス並みに低い熱伝導率,および金属ー半導体転移のために,高い関心を集めている。本研究では,テトラヘドライトの輸送・熱特性と結晶・フォノン構造を調べた。その結果,銅原子の低エネルギーで非調和な振動(ラットリング)がガラス的な熱伝導率と相転移の発現に関係していると判った。また,テトラヘドライトの熱電性能を銅のゲルマニウムおよびスズ置換により高めた。また,新規な熱電鉱物の探索を行った。銅をベースにした鉱物と鉱物関連物質のコルーサイトとチオスピネルがそれぞれ660 Kにおいて高い熱電変換性能を示すことを見出した。これまでに,テトラへドライトCu10Zn2Sb4S13の熱伝導率がガラス的な温度依存性を示すことと,Cuの大振幅振動に由来するであろう低エネルギーフォノンモードが存在することを見出した。しかし,室温以上でテトラへドライトの熱伝導率が低く抑えられている原因は明らかにできていない。また,金属ー半導体転移を示すCu12Sb4S13の圧力実験から,物理的圧力に対しては転移が抑制され,化学的圧力に対しては転移が安定化するという対照的な結果を得た。この結果を理解するためには,低温半導体相と圧力下での結晶構造の情報が不可欠である。この様に,テトラへドライトのマクロ物性研究については概ね順調に進展しているが,低熱伝導率と高い熱電能および相転移の起源を解明するためには,ミクロ測定により結晶・格子・電子構造を詳細に調べる必要がある。新規な熱電変換物質の探索は当初の計画以上に進んでいる。硫化銅鉱物の一種であるコルーサイトCu26V2M6S32(M = Ge, Sn)の合成方法およびホットプレス焼結法による高密度多結晶体の作製方法を確立し,この鉱物が約400°Cにおいて高い無次元熱電性能指数ZT = 0.73(Ge), 0.56(Sn)を示すことを見出した。テトラへドライトCu12Sb4S13およびその置換系のマクロ物性測定とミクロ構造解析の結果を取りまとめ,金属ー半導体転移の原因を明らかにする。Cu原子の大振幅振動が相転移の引き金になっていると考えられるので,原子変位パラメータと低エネルギーフォノンモードの関係を詳細に探る。
オープンデータを活用した地域向けアプリケーションの持続的開発・運用基盤

研究の進捗状況を踏まえ,当初掲げた3つのテーマのうち,テーマ1とテーマ2を統合して大きく2つのテーマについて研究を実施した.テーマ1「リンクAPIを利用した情報の構造化による地域コミュニティ支援システムとアプリ開発」とテーマ2「開発アプリの複数地域における試用とその受容に関する統計的な分析」を統合し,「リンクAPIを利用した情報の構造化による地域コミュニティ支援システムとアプリ開発とその受容」をテーマとして設定した.本テーマにおいては,福岡県新宮町を対象として構築したシステムを国内の他の地域における転用可能性の検討とその評価結果に基づく改良を実施する.そのためには,対象地域に適合した観光語彙基盤を構築する必要があるため,そのためのデータ収集と解析,これに基づく観光語彙基盤の設計とシステムの実装とその評価を行った.また,オープンデータやビッグデータの活用は社会的課題の解決のために有効な手段となりうる一方で,これらのデータには,個人に関する情報が含まれている場合があり,その循環的な利用にはEUにおいて発効したEU一般データ保護規則(GDPR)を考慮した運用が必須となる.そこで,オープンデータやビッグデータを利活用する上での課題,特に個人情報保護を中心とした法的なリスクや課題について整理し,個人情報保護とのバランスを考慮したオープンデータ・ビッグデータ利活用の在り方について検討した.これらの成果については,査読付きのジャーナルと国際会議において投稿,採択された.テーマ3については,オープンデータの利活用において先進的な英国南部の事例として,オープンデータを活用しているNPOやEUプロジェクトの関係者へのインタビューを実施した.その結果,データ収集過程においては,ある程度の長期間にわたるデータの可用性と財政的な持続性が重要な要件であることを確認した.研究成果発表は当初の予定通り進めることができた一方で、平成30年度頭に福岡工業大学より移設したデータ蓄積用サーバの調子が悪く、稼働環境の再設定作業を行なった結果、3ヶ月間ほどサーバを起動することができない期間が生じてしまった。このため、データの蓄積作業に遅延が生じている。また、英国のオープンデータ関連プロジェクトの訪問調査日程を再調整する必要があり、渡航時期の再調整を行なった。研究期間を1年間延長し,引き続き,前年度の方針を踏襲し,当初掲げた3つのテーマのうち,テーマ1とテーマ2を統合して大きく2つのテーマについて研究を実施する.テーマ1「リンクAPIを利用した情報の構造化による地域コミュニティ支援システムとアプリ開発」とテーマ2「開発アプリの複数地域における試用とその受容に関する統計的な分析」を統合し,「リンクAPIを利用した情報の構造化による地域コミュニティ支援システムとアプリ開発とその受容」をテーマとして設定している.本テーマにおいては,福岡県新宮町を対象として構築したシステムを国内の他の地域における転用可能性の検討とその評価結果に基づく改良を実施する.そのためには,対象地域に適合した観光語彙基盤を構築するためのデータ収集と解析,これに基づく観光語彙基盤の設計とシステムの実装とその評価を行う.対象地域としては,キャンパスの位置する東京都渋谷区周辺とする.テーマ3「経済学的分析によるアプリの継続的運用環境の評価」については,今年度実施した事例調査に基づいて,主にデータの収集・分析と公開,システムの開発・運用と更新の2点においてオープンデータの利活用モデルの評価分析を行う.特に初年度において調査した事例の経過分析を実施する.平成28年度は,当初掲げた3つのテーマを実施した.以下,各テーマの研究実績について整理する.まず,テーマ1「リンクAPIを利用した情報の構造化による地域コミュニティ支援システムとアプリ開発」については,地域の観光資源に関する情報流通を促進するために,福岡県新宮町において収集された観光情報を対象として,情報処理振興機構の共通語彙基盤をベースとした観光語彙基盤のプロパティに沿って新宮町LOD(Linked Open Data)を作成した.そして,ポータルサイトのプロトタイプを構築し,提案手法による意味検索機能の高度化が実現できたことを確認した.テーマ2「開発アプリの複数地域における試用とその受容に関する統計的な分析」については,行政主導,地域連携によるオープンデータの利活用環境が整っていない地域における市民主導によるオープンデータ環境整備推進の試行として,具体的に山梨県の観光情報の収集と発信を目的としたスマートフォン用のプロトタイプアプリを試作し,製作コストの検証と試用を行った.その結果,試作アプリの受容には,効果的な活用環境整備が必須であることを確認した.テーマ3「経済学的分析によるアプリの継続的運用環境の評価」については,事例調査として,平成28年10月に,オープンデータ・バロメータによるランキングが首位の英国のうち,スコットランドにおけるオープンデータ整備状況の調査を実施した.その結果,スコットランドでは,ユーザ参画を基本として,行政主導,地域連携でオープンデータを活用したアプリの開発が行われており,アプリの利用を促進することで,データを継続的に最新に保つことや,アプリ自体を頻繁なアップデートができるだけ必要ないような設計にすることの必要性が認識され,持続的なオープンデータの利活用環境の構築が目指されていることを確認した.[研究実績の概要]において記したように,当初掲げた3つのテーマのうち,テーマ1とテーマ3については,初年度の平成28年度は概ね計画通りの作業を実施することができた.一方で,テーマ2の「開発アプリの複数地域における試用とその受容に関する統計的な分析」については,平成28年度において開発したものが利用地域として範囲を限定するものにとどまっており,受容に関する統計的な分析の対象となるレベルには達していない.この点において当初の計画よりやや遅れたものとなっている.当初掲げた3つのテーマを分担者と共に実施した.以下,各テーマの研究実績について整理する.

テーマ1「リンクAPIを利用した情報の構造化による地域コミュニティ支援システムとアプリ開発」では,初年度に構築したシステムを改良した.自治体などによりオープンデータ化も進んでいるが,これらのデータ構造は主語・述語・目的語の3組(Triple)で構成されるLinked Open Data(LOD)がUniform Resource Identifier(URI)ではなく文字型のリテラルで表現されている場合が多く.また,用語も十分に統一が図られていないので,データ間の繋がりもリンクが多くはない.これらの問題に対処するため,福岡県糟屋郡新宮町の観光情報サイトを対象に,観光語彙基盤を新たに定義し,クラス,ドメイン,プロパティからなる語彙体系を定義し,出来る限りURIで表現しWebサイトにもコンテンツを構造化して知識ベース化を図った観光情報サイトを構築した.これにより新宮町の観光に関連する質問応答システムを構築し,ほぼ質問に対して正しく回答できることを確認した.テーマ2「開発アプリの複数地域における試用とその受容に関する統計的な分析」では,オープンデータの活用が進んでいる福井県鯖江市の状況についての調査を行い,他の地域の観光情報に対してテーマ1の成果を活用するためんの検討を行った.テーマ3「経済学的分析によるアプリの継続的運用環境の評価」については,オープンデータの種類を時間軸に対して静的なものと動的なものに分類し,リアルタイムでデータ収集を行った結果を活用する公共交通情報を例にデータの精度とそのコストのバランスについての検討を進めた.研究成果については積極的に対外発表に努め,LOD Challenge 2017に応募した結果,「ゴールドスポンサー賞: JIST賞」を受賞した.[研究実績の概要]において記したように,当初掲げた3つのテーマのうち,テーマ1とテーマ2については,概ね計画通りの作業を実施し,研究成果をあげることができた.その結果,オープンデータを活用した地域向けアプリケーションの開発・運用が持続的に展開できているケースとそうでないケース間の重要な差異として,オープンデータの持続的な利活用にはLOD化の推進が極めて重要であるという知見が得られた.この結果に基づき,積極的なLOD化を推進しているケースにおけるより具体的な事例調査分析が必要であるとの判断に到達し,具体的な検討項目の見直しを行った.この点において当初の計画よりやや遅れたものとなっている.研究の進捗状況を踏まえ,当初掲げた3つのテーマのうち,テーマ1とテーマ2を統合して大きく2つのテーマについて研究を実施した.テーマ1「リンクAPIを利用した情報の構造化による地域コミュニティ支援システムとアプリ開発」とテーマ2
水晶体上皮細胞内でのグルタチオンレドックス回路によるデヒドロアスコルビン酸の還元

イヌ水晶体上皮細胞をグルコースを含まない(Glu(-))培養液で30分3時間、1mMのDHAと共に培養した場合(以下-Glu+DHA)、細胞内のGSHは60100%酸化され走査型電子顕微鏡にて著しい形態変化を認めた。グルコースを含む(Glu(+))培養液で同様の実験を行った場合(以下+Glu+DHA)、GSHの酸化はほとんどなく形態変化もみられなかった。グルタチオンレダクターゼ阻害剤である0.3mMのBCNUで30分pre-cultureした後、Glu(+)の培養液で1mMのDHAとともに培養した場合(以下+BCNU+Glu+DHA)、細胞内のGSHは55100%酸化され著しい形態変化を認めた。Glu(-)の培養液でDHAの濃度を変えて30分培養した場合、細胞内のGSHはDHAの濃度依存性に低下し、GSSGは増加した。0.53mMのDHAとともに30分培養した場合、ペントースリン酸回路の活性は611倍の上昇を認めた。(+BCNU+Glu+DHA)の条件では活性の上昇はなかった。ウサギ培養水晶体を(-Glu+DHA)で13時間培養した場合、水晶体上皮細胞内のGSSGは2259%増加し、赤道部および前嚢下に混濁を生じた。(+Glu+DHA)では、GSHの酸化はほとんどなく水晶体の混濁もごく軽度であった。(+BCNU+Glu+DHA)の条件で培養した場合、細胞内のGSSGは4789%増加し水晶体赤道部および前嚢下に混濁を認めた。イヌ水晶体上皮細胞および培養ウサギ水晶体中には、デヒドロアスコルビン酸レダクターゼの酵素活性認めなかった。グルタチオンレドックス回路が正常に機能しない条件で、水晶体や水晶体上皮細胞をDHAに暴露した場合、上皮細胞中のGSHは減少しGSSGは増加し水晶体の混濁および著しい細胞の形態変化を生じた。水晶体上皮細胞内でのDHAの還元は、グルタチオンレドックス回路により酵素を介さずに行われることが明かになった。DHAは酸化障害を生じるため、水晶体上皮細胞内での還元機構はきわめて重要である。DHAの蓄積による水晶体の混濁を起こさないために、グルタチオンレドックス回路の活性を正常に維持することがきわめて重要であると考えられた。
全身性エリテマトーデスにおけるCTLA-4遺体子変異体の発現解析と臨床的意義

本研究で得られた研究実績の概要は以下の通りである.1.CTLA-4遺伝子変異体のクローニングと塩基配列の決定:SLEの末梢血単核細胞より膜貫通領域をコードするエクソン3が選択的スプライシングによって欠失したCTLA-4遺伝子変異体をクローニングした.塩基配列より細胞外ドメインはリガンドとの結合領域を保持するが,C端側には22個の非CTLA-4アミノ酸の付加が推定された.2.CTLA-4遺伝子変異体による蛋白発現:CTLA-4遺伝子変異体組換え発現ベクターをCOS-7細胞に遺伝子導入すると,培養上清には可溶性CTLA-4活性が検出された.3.可溶性CTLA-4特異的モノクローナル抗体の作製とサンドイッチELISAの確立:C端側非CTLA-4アミノ酸をペプチド合成し,ペプチド-KLHをマウスに過免疫したのち,細胞融合法により可溶性CTLA-4に反応するモノクローナル抗体H11.6(IgG2a,κ)を作製した.既存のモノクローナル抗CTLA-4抗体との組み合わせによって可溶性CTLA-4を検出するサンドイッチELISAを初めて確立した.4.SLEにおける血清中可溶性CTLA-4レベルの測定と臨床的意義:本研究にて確立したサンドイッチELISA法により,SLE症例と健常者の血清中可溶性CTLA-4レベルを測定した.SLE群では健常者群に比較して可溶性CTLA-4レベルが有意に低下していた(P<0.03).可溶性CTLA-4レベルと臨床検査データおよびステロイド1日量などとの有意な相関は認めないが,CTLA-4レベルの低下がT細胞活性化の持続に関与する可能性が示唆された.5.可溶性CTLA-4の構造解析と存在様式:可溶性CTLA-4を含む培養上清をSuperose 12 HPLCにて解析すると,可溶性CTLA-4活性は分子量約26,000の位置に分画された.しかし,ヒト血清と混合したのちのSuperose 12HPLCおよび陰イオン交換クロマトグラフィー解析から,血清中ではアルブミンが可溶性CTLA-4のキャリア蛋白であることが初めて明らかとなった.本研究で得られた研究実績の概要は以下の通りである.1.CTLA-4遺伝子変異体のクローニングと塩基配列の決定:SLEの末梢血単核細胞より膜貫通領域をコードするエクソン3が選択的スプライシングによって欠失したCTLA-4遺伝子変異体をクローニングした.塩基配列より細胞外ドメインはリガンドとの結合領域を保持するが,C端側には22個の非CTLA-4アミノ酸の付加が推定された.2.CTLA-4遺伝子変異体による蛋白発現:CTLA-4遺伝子変異体組換え発現ベクターをCOS-7細胞に遺伝子導入すると,培養上清には可溶性CTLA-4活性が検出された.3.可溶性CTLA-4特異的モノクローナル抗体の作製とサンドイッチELISAの確立:C端側非CTLA-4アミノ酸をペプチド合成し,ペプチド-KLHをマウスに過免疫したのち,細胞融合法により可溶性CTLA-4に反応するモノクローナル抗体H11.6(IgG2a,κ)を作製した.既存のモノクローナル抗CTLA-4抗体との組み合わせによって可溶性CTLA-4を検出するサンドイッチELISAを初めて確立した.4.SLEにおける血清中可溶性CTLA-4レベルの測定と臨床的意義:本研究にて確立したサンドイッチELISA法により,SLE症例と健常者の血清中可溶性CTLA-4レベルを測定した.SLE群では健常者群に比較して可溶性CTLA-4レベルが有意に低下していた(P<0.03).可溶性CTLA-4レベルと臨床検査データおよびステロイド1日量などとの有意な相関は認めないが,CTLA-4レベルの低下がT細胞活性化の持続に関与する可能性が示唆された.5.可溶性CTLA-4の構造解析と存在様式:可溶性CTLA-4を含む培養上清をSuperose 12 HPLCにて解析すると,可溶性CTLA-4活性は分子量約26,000の位置に分画された.しかし,ヒト血清と混合したのちのSuperose 12HPLCおよび陰イオン交換クロマトグラフィー解析から,血清中ではアルブミンが可溶性CTLA-4のキャリア蛋白であることが初めて明らかとなった.平成11年度の研究計画を実行し、以下の研究成果が得られた。SLE症例の末梢血単核細胞において全長サイズのCTLA-4遺伝子発現をRT-PCR法にて解析した。SLEでは予想全長サイズのPCR産物と共に,それより約100塩基対短いPCR産物が明確に検出された.後者のPCR産物をTAベクターにサブクローニングして塩基配列を決定すると、1塩基のみ異なる2種類のCTLA-4cDNA変異体が得られ、何れもエクソン3の110塩基対が欠損していた。エクソン3は細胞外ドメイン基部と膜貫通領域をコードすることから、このCTLA-4cDNA変異体は、フレームシフトにより22個の非CTLA-4アミノ酸配列をC端側に有する可溶型CTLA-4蛋白をコードすることが予想された。シグナル配列内に存在する1塩基置換は、既に報告されている遺伝子多型の部位であったことから、両CTLA-4cDNA変異体は対立遺伝子における選択的スプライシングにより生成されると考えられた。CTLA

-4cDNA変異体をSRα系発現ベクターに組換え、COS-7細胞に遺伝子導入した。培養上清中には、抗CTLA-4ポリクローナル抗体と同モノクローナル抗体を使用したサンドイッチELISAにて検出される蛋白が同定されたことから、CTLA-4cDNA変異体は少なくともCTLA-4の細胞外ドメインを含む可溶型蛋白を実際にコードすることがわかった。3.CTLA-4cDNA変異体がコードする可溶型CTLA-4特異的モノクローナル抗体の作製可溶型CTLA-4に特異的なモノクローナル抗体を作製するために、C端側非CTLA-4アミノ酸を合成し、このペプチドのKLH抱合体をマウスに過免疫し、細胞融合法にてモノクローナル抗体を作製した。クローンH11.6(IgG2a,κ)は、ペプチドのみならず可溶型CTLA-4分子も認識でき、既存の抗CTLA-4抗体との組合せによるサンドイッチELISA法を確立した。平成12年度の研究計画を実行し,以下の研究成果を得た.1.可溶性CTLA-4の臨床的意義前年度において作製したモノクローナル抗可溶性CTLA-4抗体(H11.6 : IgG2a,κ)を使用したサンドイッチELISA法により,全身性エリテマトーデス(SLE)患者(n=49)と健常者(n=36)の血清中可溶性CTLA-4レベルを測定した.健常者群では中央値49.3U/mlに対してSLE群では中央値33.0U/mlであり,SLE群では健常者群に比較して可溶性CTLA-4レベルが有意に低下していた(P<0.03).健常者群ではある一定レベル以上の可溶性CTLA-4が認められるのに対して,SLE群では可溶性CTLA-4が血清中に殆ど認められない症例が約22%(11/49)も存在していた.可溶性CTLA-4低下SLEは白血球数減少や補体価低下傾向が認められ,SLEの疾患活動性を反映していると考えられた.2.可溶性CTLA-4の構造解析と存在様式可溶性CTLA-4cDNAの発現ベクターをFuGENE6法によりCOS-7細胞に遺伝子導入し,低血清培養液中の可溶性CTLA-4活性をELISA法により確認した後,Superose 12 HPLCにて解析した.可溶性CTLA-4活性はヒト血清アルブミン(HSA)ピークとは異なる分子量約26,000の位置に検出されたことから,二量体として存在することが明らかとなった.次に血清中の存在様式を調べるために,可溶性CTLA-4活性のない健常者血清と混合して同様に解析すると,可溶性CTLA-4活性はアルブミンピークに一致していた.また,この活性ピークを陰イオン交換クロマトグラフィーにて再解析しても,アルブミンと可溶性CTLA-4活性は同一ピークを示したことから,可溶性CTLA-4のキャリア蛋白はアルブミンであることが初めて明らかとなった.しかし,可溶性CTLA-4を精製HSAと混合しても,両ピークは一致しないことから,血清中の第三の成分が可溶性CTLA-4とアルブミンの会合に関与している可能性も示唆された.
発現ベクタ-を目標とするヒトサイトメガロウイルス組み換え体の作製

ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)を外来遺伝子発現のための培養細胞でのベクタ-として使用できるかどうかの検討を行い、以下のような結果を得た。1.外来遺伝子導入部位・方法としてはHindIII0断片領域を引き抜いてかわりに外来遺伝子を導入する置き換え型の組換えが有効であった。この組換え体は非常に安定でリバ-タントの発生を見られず、感染増殖も良好であった。組換え体の産生率は出現ウイルスの10%と高率であった。2.外来遺伝子発現のためのプロモ-タ-としてはウイルス自身のプロモ-タ-だけでなく、ウイルス以外のプロモ-タ-でも効率よい発現が得られた。大型DNAウイルスにおいて自身以外のプロモ-タ-が有効であったのはこれが最初の例と思われる。特にSV40ウイルスのプロモ-タ-は良好な発現が得られたが、それでも感染後期では何らかの発現抑制が見られ現在解明中である。これが明らかにされるとさらに効率のよい発現ベクタ-ができる可能性がある。3.外来遺伝子として1acZ遺伝子を用いたが組換え体のアカラ-アッセイが容易にかつ確実に行えた。今後はこれを親株として組換えを行い、親好は青いプラ-クを組換え体は無色のプラ-クを生じるので組換え体の選択が簡単に行える。以上の結果から培養細胞における発現ベクタ-としてのヒトサイトメガロウイルスの有効性は大きいことが示唆された。ヒトサイトメガロウイルスに外来遺伝子を導入して組換えウイルスを作製するために、外来遺伝子導入部位の検討、遺伝子導入方法の検討、遺伝子発現のためのプロモ-タ-検討等を行いその結果、1.外来遺伝子導入の部位としてはHinddIII 0断片領域が適していて、この部位に外来遺伝子を導入してもウイルスの感染・増殖にはあまり影響を与えない。2.導入方法としてはウイルスのゲノムサイズが増大するインサ-ションベクタ-よりゲノムサイズがあまり変化しないリプレイスメントベクタ-の方が効率が圧倒的によく、燐酸カルシュウム法のトランスフェクションにより子孫ウイルスの約10%が組換えウイルスであった。3.遺伝子発現のためのプロモ-タ-としては、ウイルス自身の後期のプロモ-タ-(PgB)が有効であったが、SV40ウイルスの初期プロモ-タ-(PSV)はさらに効率がよかった。後者において遺伝子発現は感染6時間目より検出され、以後はほぼ一定量の発現が感染後期まで続いた。4.レポ-タ-遺伝子としてのlacZは有効で、組換えウイルスではXーgal添加後24時間以内に発現したβーガラクトシダ-ゼの働きによりブル-の発色が見られる。5.挿入された遺伝子は安定に存在し、子孫ウイルスでの挿入遺伝子の脱落は見られなかった(0.1%未満)。以上の結果から培養細胞における発現ベクタ-としてのヒトサイトメガロウイルスの可能性はきわめて有望なことが示唆された。昨年度の研究の結果、外来遺伝子発現ベクタ-としてのヒトサイトメガロウイルス(HCMV)の可能性を確認した。今年度はさらに応用性を高めるために各種の検討を行いその結果、1.SV40ウイルスの初期遺伝子プロモ-タ-を用いたときには、感染初期・中期では発現量はHCMV自身のタンパク合成に匹敵できる程度の多さであった。しかし感染後期になるとHCMV後期タンパクの発現量に比べて多くなく、HCMVの産生物によるネガティブなトランスアクティイングファクタ-の影響が示唆された。現在このファクタ-に関しての同定を行っている。判明すればそのファクタ-を産生しない温度変異株(tsミュ-タント)を親株として組換えを行えば感染後期にも発現量がさらに増加することが期待される。2.TK遺伝子を組換えウイルスに導入して薬剤感受性のHCMVを作ろうとする試みに関しては、まだ結果が得られていない。TK遺伝子をHCMVのDNAと一緒にトランスフェクションして組換えウイルスを得ようとしたが、まったくプラ-クが生じまいという不思議な現象が起こる。TK遺伝子の発現がHCMVの増殖に有害であるかもしれない可能性が示唆されるので、これについて確認の実験を行っているが、新しい抗ウイルス剤の開発につながる可能性がある。

3.メタロチオネインのプロモ-タを付けたlacZ遺伝子を作製して組換ウイルスを作製した。重金属の添加による遺伝子発現の誘導を現在確認中である。以上の結果から培養細胞における発現ベクタ-としてのヒトサイトメガロウイルスの可能性は大きいことが示唆された。
アセチルグルコース修飾ゲフィチニブの放射線増感機序の解明と新規増感剤の創製

本申請研究である「アセチルグルコース修飾ゲフィチニブの放射線増感機序の解明と新規増感剤の創製」は,UTX-103の抗腫瘍活性や放射線増感活性の詳細な機序を明らかにし,腫瘍移植鶏卵モデルおよびマウスモデルを用いて放射線増感剤としての有用性を評価してより最適なリード化合物を設計・合成し,臨床利用が可能な放射線増感剤の創出を行うものであり,平成30年度の計画は、ゲフィチニブ誘導体UTX-114の詳細な作用機序の解明と腫瘍移植鶏卵モデルを用いたin vivo活性の評価である。今年度の研究成果として,UTX-114はHepG2細胞に対してGLUT阻害剤サイトカラシンBと同程度の強いグルコース取込阻害活性を示した。よって、UTX-114はニトロイミダゾール基の酸素類似体としての作用に加えて、グルコース取込阻害を介して解糖系を阻害することで放射線増感活性を発揮することが示唆された。しかしながら、肺がんに対するゲフィチニブと放射線の併用は重篤な副作用が報告されているため、ゲフィチニブ誘導体UTX-114も同様の副作用が懸念される。そこで、ゲフィチニブと同様に上皮成長因子受容体(EGFR)のチロシンキナーゼ阻害剤であるエルロチニブをリード化合物として選択し、アセチルグルコースを修飾したエルロチニブ誘導体UTX-119を分子設計・合成した。UTX-119のA549細胞に対する毒性は100μM未満では見られなかった。また、細胞内動態試験の結果、細胞内でアセチルグルコースとエルロチニブ誘導体が解離し、UTX-119の代謝物の取込量が添加24 h後で最大となった。さらに、UTX-119はエルロチニブよりも有意に高い放射線増感活性を示した。以上の結果より、アセチルグルコースを導入することでゲフィチニブと同様にエルロチニブでも放射線増感活性を付与することができることが証明された。研究実績の概要に記載の通り,平成30年度の計画であるUTX-114の詳細な作用機序の解明およびエルロチニブをリードとした新規誘導体UTX-119の分子設計・合成・活性評価を達成しているが、腫瘍移植鶏卵モデルを用いたin vivo活性の評価は検討したもののポジティブな結果を得ることが出来なかったため、このように判断した。今後は,腫瘍移植鶏卵モデルを用いて新規ゲフィチニブ誘導体UTX-114およびエルロチニブ誘導体UTX-119の薬物動態解析および放射線増感活性の評価を実施し,QSARによる放射線増感剤候補薬剤の創出を目指す。本申請研究である「アセチルグルコース修飾ゲフィチニブの放射線増感機序の解明と新規増感剤の創製」は,UTX-103の抗腫瘍活性や放射線増感活性の詳細な機序を明らかにし,腫瘍移植鶏卵モデルおよびマウスモデルを用いて放射線増感剤としての有用性を評価してより最適なリード化合物を設計・合成し,臨床利用が可能な放射線増感剤の創出を行うものであり,平成29年度の計画はUTX-103の詳細な作用機序の解明と,UTX-103をリードとした新規誘導体の分子設計・合成である。今年度の研究成果として,UTX-103は細胞内でのグリコシドの解離が見られず,ゲフィチニブ本来のEGFR自己リン酸化阻害効果が消失していた。そこで,グリコシドの解離能とEGFR自己リン酸化阻害効果を兼ね備えた放射線増感剤として,ゲフィチニブとアセチルグルコースとの間に炭素鎖(n=2,3,4)を導入したゲフィチニブ誘導体UTX-114, 115, 116を分子設計・合成した。合成したゲフィチニブ誘導体についてヒト表皮癌A431を用いて細胞内における代謝産物を追跡した結果,グリコシド結合の解離が確認された。また,ゲフィチニブ誘導体はEGFRの自己リン酸化を阻害することも確認され,その中でもUTX-115はゲフィチニブよりも高いEGFR自己リン酸化阻害活性を有することが明らかとなった。さらに,UTX-115およびUTX-116は6GyのX線との併用でゲフィチニブよりも有意に高い放射線増感活性を示し,その中でもUTX-115はより高い放射線増感活性を有することが明らかとなった。以上の結果より,EGFR自己リン酸化阻害効果と放射線増感効果を併せ持つ新規放射線増感剤UTX-115の開発に成功した。研究実績の概要に記載の通り,平成29年度の計画であるUTX-103の詳細な作用機序の解明およびUTX-103をリードとした新規誘導体の分子設計・合成を達成していることから判断した。

よって、UTX-114はニトロイミダゾール基の酸素類似体としての作用に加えて、グルコース取込阻害を介して解糖系を阻害することで放射線増感活性を発揮することが示唆された。しかしながら、肺がんに対するゲフィチニブと放射線の併用は重篤な副作用が報告されているため、ゲフィチニブ誘導体UTX-114も同様の副作用が懸念される。そこで、ゲフィチニブと同様に上皮成長因子受容体(EGFR)のチロシンキナーゼ阻害剤であるエルロチニブをリード化合物として選択し、アセチルグルコースを修飾したエルロチニブ誘導体UTX-119を分子設計・合成した。UTX-119のA549細胞に対する毒性は100μM未満では見られなかった。また、細胞内動態試験の結果、細胞内でアセチルグルコースとエルロチニブ誘導体が解離し、UTX-119の代謝物の取込量が添加24 h後で最大となった。さらに、UTX-119はエルロチニブよりも有意に高い放射線増感活性を示した。以上の結果より、アセチルグルコースを導入することでゲフィチニブと同様にエルロチニブでも放射線増感活性を付与することができることが証明された。研究実績の概要に記載の通り,平成30年度の計画であるUTX-114の詳細な作用機序の解明およびエルロチニブをリードとした新規誘導体UTX-119の分子設計・合成・活性評価を達成しているが、腫瘍移植鶏卵モデルを用いたin vivo活性の評価は検討したもののポジティブな結果を得ることが出来なかったため、このように判断した。今後は,腫瘍移植鶏卵モデルを用いて新規ゲフィチニブ誘導体UTX-114の薬物動態解析および放射線増感活性の評価を実施し,QSARによる放射線増感剤候補薬剤の創出を目指す。今後は,腫瘍移植鶏卵モデルを用いて新規ゲフィチニブ誘導体UTX-114およびエルロチニブ誘導体UTX-119の薬物動態解析および放射線増感活性の評価を実施し,QSARによる放射線増感剤候補薬剤の創出を目指す。次年度使用額が生じた理由は、合成したゲフィチニブ誘導体の数が予想より少なくて済んだため,合成および評価実験にかかる費用が削減できたためである。この繰越金については、QSARを実施するために必要な誘導体の合成に使用する計画である。腫瘍移植鶏卵モデルでの評価に供した化合物の数が想定より少なくて済んだため,合成および評価実験にかかる費用が削減できたためである。この次年度使用額については、腫瘍移植鶏卵モデル評価およびQSARを実施するために必要な誘導体の合成に使用する計画である。
東アジア海域史研究における史料の発掘と再解釈-古地図・偽使史料・文学表現-

大陸沿岸・半島部・島嶼部で構成される東アジアでは、海を舞台とした人間の営みが大きな意味を持つ。本研究では、東アジアの国際関係史、文化交流史および海事史などで扱われている諸課題を相互に連関させ、かつそれらを基礎づけるとものとして「海域史」を位置づける。その立場から既知・未知を問わずに資史料を発掘し、新たな方法論を提示して、これまで見えてこなかった局面に光をあてた。こうした「海域史」の立場から資史料を見たとき、常に大きな困難となるのは資史料の性格である。第1に、中心(国家)から周縁(地域)を見る立場から作成された資史料が多いこと、第2に、「嘘」や「誇張」が含まれた記述を解釈しなければならないこと、第3に、文学作品や舞台表現など、そもそも「事実」であることを保証していないものも、資史料として活用しなければならないことなどである。以上の認識に基づいて、(1)古地図は何を語っているのか、(2)文学表現のなかの言説と「事実」のあいだ、(3)偽使の虚実を超えての3点の課題を設定し、これからの海域史研究における史資料活用の可能性を広げるための検討をおこなった。その結果、研究代表者・研究分担者だけでなく、研究協力者からも多様な成果が提示された。それらの成果は、国際的な学術誌を含め、論文・著書として発表され、最新の成果に関しては研究報告書に結実した。本研究の目的は、古地図・偽使・文学表現の3つの研究対象について、海域史研究における史資料活用の可能性を広げることである。そのなかでも第1年度の目標は、これまでの成果を発表し、この研究において何をめざすのかを明らかにすることであった。それぞれについて、成果、問題点、そして次年度以降の課題について略述する。古地図については、朝鮮製の地図について成果を発表することができた(ロビンソン、高橋)。ここでの成果を前提に、中国製の地図について検討する方針が明確になった。16世紀以降、中国で出版されてきた地図帳『広輿図』を混一系世界図との関連で注目し、日米の諸機関から収集した7種のコピーにもとづいて基礎的な分析を開始し、中間報告を行なった。また神戸市立博物館・大阪歴史博物館などで東アジア各地に関する地図の調査も実施した。偽使については、15・16世紀の朝鮮に関わる偽使についての総括的な検討と、17世紀以降の鬱陵島など日本海を舞台にした興味深い活動についての分析が発表された(橋本、池内)。その成果を前提に、偽使が朝鮮にもたらした情報、あるいは安龍福が日本側に与えた衝撃などを史料分析によって再検討する方針が明確になった。文学表現については、隠岐地域での現地調査を実施し、「隠州視聴合記(紀)」に関する分析(池内)、あるいは外交文書をどのように理解したかについての検討など(高橋)、やや個別的な成果が発表されたが、本研究の目標を設定するという点からすると、出遅れた感は免れない。2年度に向けて、漂流記など海域史に関する文学表現について、より時間を割いて検討する必要がある。そのなかでも第2年度の目標は、1年度に引き続き、これまでの成果を発表し、この研究において何をめざすのかを明らかにすることであった。それぞれについて、成果、問題点、そして最終年度をどのように総括するかについて略述する。古地図については、地図のみではないが、『海東諸国紀』について成果を発表することができた(ロビンソン、橋本)。中国製の地図については、地図帳『広輿図』の諸本について、初年度で収集したテキストに加え、米国国会図書館での調査も実施し、基礎的な分析を行なっている。また山口県文書館・九州国立博物館などで東アジア各地に関する地図の調査も実施した。

偽使については、15世紀末に朝鮮に派遣された「久辺国主」について、偽使がどのような「ウソ」をついためか(高橋)、17世紀以降の竹島・隠岐島など日本海を舞台にした安龍福の興味深い活動についての分析が発表された(池内)。文学表現については、初年度と同様、やや出遅れているが、研究協力者の位田絵美、清水太郎を得て、最終年度に向け、成果を発表する準備をしている。最終年度においては、古地図では、『広輿図』と混一系世界図双方を視野に入れた研究および各地での地図調査の報告、偽使では、朝鮮史料に現れる偽使を視野に入れた「ウソ」についての基礎的な研究、文学表現では、漂流記(朝鮮から安南、日本から韃靼への漂流など)についての研究などを集約し、この共同研究の総括としたい。大陸沿岸・半島部・島嶼部で構成される東アジアでは、海を舞台とした人間の営みが大きな意味を持つ。本研究では、東アジアの国際関係史、文化交流史および海事史などで扱われている諸課題を相互に連関させ、かつそれらを基礎づけるとものとして「海域史」を位置づける。その立場から、既知・未知を問わずに資史料を発掘し、新たな方法論を提示して、これまで見えてこなかった局面に光をあてた。こうした「海域史」の立場から資史料を見たとき、常に大きな困難となるのは資史料の性格である。第1に、中心(国家)から周縁(地域)を見る立場から作成された資史料が多いこと、第2に、「嘘」や「誇張」が含まれた記述を解釈しなければならないこと、第3に、文学作品や舞台表現など、そもそも「事実」であることを保証していないものも、資史料として活用しなければならないことなどである。以上の認識に基づいて、(1)古地図は何を語っているのか、(2)文学表現のなかの言説と「事実」のあいだ、(3)偽使の虚実を超えての3点の課題を設定し、これからの海域史研究における史資料活用の可能性を広げるための検討をおこなった。その結果、研究代表者・研究分担者だけでなく、研究協力者からも多様な成果が提示された。それらの成果は、国際的な学術誌を含め、論文・著書として発表され、最新の成果に関しては研究報告書に結実した。
3次元形状モデル陰関数表現の高速自動生成と多重解像度表現

本研究課題は陰関数曲面による3次元形状のモデリングを対象とし,曲面生成に伴う計算量およびメモリ使用量の問題の解決を目標としている.このうち,今年度は特に以下の3つ項目について成果が得られている.(1)曲面上の色分布関数の生成と品質向上3次元形状を陰関数として表現・デジタル化する研究はこれまで盛んに行われ,特にレーザスキャナなどの計測装置に基づく形状モデリング手法が多く提案された.本研究ではさらに色情報の再現を含めた曲面生成手法を提案し,曲面上の複雑な色情報の表現,および色境界の自動判別に成功している.(2)ウェーブレット変換による陰関数曲面の多重解像度解析3次元形状を陰関数として表現した場合,そのデータ量やノイズがしばしば問題となる.この問題を解決するために,本研究では曲面表現にウェーブレット変換を導入した.すなわち,曲面をウェーブレット変換に用いられる基底関数で表現することでその多重解像度解析を実現し,従来の画像処理で用いられる圧縮とノイズ除去の技術を曲面モデルにも適用可能とした.これは日本応用数理学会のセミナーで公表済みであり,今後,雑誌論文への掲載を目指す.(3)並列処理の導入微細構造を含む形状のモデリングやレンダリングではその計算量が問題となり,本研究では並列計算の導入による解決を目指している.特に共有メモリ型と分散メモリ型が混在する並列計算環境を想定し,このような特殊な環境下でも計算機の性能を十分に発揮する並列化の実現を目標としてきた.この実現のために,本研究ではプロセスの階層的な分割を考え,各階層を共有メモリ環境と分散メモリ環境に割り当てることで効率的な並列計算を実現している.ある3次元形状を表現する陰関数をその表面点群から生成するとき,最大の問題となるのは計算量と消費メモリの増大である.例えば3次元形状計測装置により得られる点群は数万点に及ぶことが多いが,この場合,その点数の2乗に比例する要素数を持つ行列を生成し,さらにこの行列を係数行列とする大規模な連立1次方程式を解かなければならない.最も典型的な直接解法では計算量は点数の3乗に比例する.本研究ではこの問題点を解決するために以下の構成により陰関数を生成する手法を用いた.まず,生成される係数行列が疎行列となるような陰関数モデルを採用することでメモリ消費量の大幅な削減を図り,さらに,連立1次方程式の解法として前処理付きの反復解法を適用することで,計算量の削減を図った.ここでポイントとなるのは,係数行列の特徴に応じた前処理と反復解法をどのように構成するかということである.まず前処理としては,不完全Cholesky分解,および可変的前処理が適することが確認された.また,反復解法としては最も単純な共役勾配法(CG法),および収束が保障される一般化最小残差法(GMRES法)による高速化の実現が可能となる.併せて,ウェーブレット変換による多重解像度表現の可能性を勘案し,そのプロトタイプとして四辺形メッシュで構成される3次元形状の多重解像度表現を実現した.これは,リフティングスキームと呼ばれるウェーブレット構成法を用いることで実時間での3次元形状の解像度変更を実現することを特徴とする.これは例えば3次元形状計測装置によって密に得られた点群を,その形状をできるだけ保ったまま疎な点群に変換するという目的で利用されるものである.近年3次元形状計測装置に基づく形状モデリングが一般的となった.特に精度向上のために高精細な計測データからの形状モデルの生成が必要とされ,計測される点群数は数万数百万に及ぶことも多い.このような計測データの大規模化に伴い,形状モデル生成のための計算量とデータ量の増加が問題となっている.点群データに基づく形状モデリングの代表的な方法として形状を陰関数曲面モデルとして表現する手法が挙げられる.このような陰関数曲面を大規模な点群データから生成する方法は現在数多く提案されおり,それぞれ生成速度や補間性能などに特徴が見られる.この典型的な手法の一つはCSRBF(Compactly Supported Radial Basis Function)を基底関数として陰関数を構成する方法である.その生成過程は大規模疎行列を係数とする連立1次方程式を解く問題に帰着され,共役勾配法による求解が有効とされている.我々は共役勾配法を効率的に適用するために,まず非零要素がランダムに分布する係数行列を帯行列に変換し,さらにこれに不完全コレスキー分解を施すことで反復解法の前処理とする方法を提案した.これは不完全コレスキー分解の不完全性を低減する効果があり,共役勾配法の収束性の向上を図ることができる.この有効性は数値実験により確かめられた.また,データと計算量の大規模化への対策として進めている並列化の研究についても成果が得られた.並列計算機のメモリアーキテクチャは共有,分散,あるいはそれらが混在するようなケースが考えられるが,我々はいくつかの基本的な数値解法について,このような多様なメモリアーキテクチャに適切に対応する並列化手法を提案し,数値実験を通してその有効性を確認した.今後はウェーブレット変換に関する昨年度の成果を応用することで,陰関数の多重解像度表現の実現を目指す.本研究課題は陰関数曲面による3次元形状のモデリングを対象とし,曲面生成に伴う計算量およびメモリ使用量の問題の解決を目標としている.このうち,今年度は特に以下の3つ項目について成果が得られている.(1)曲面上の色分布関数の生成と品質向上3次元形状を陰関数として表現・デジタル化する研究はこれまで盛んに行われ,特にレーザスキャナなどの計測装置に基づく形状モデリング手法が多く提案された.