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超高密度プラズマ中の原子核反応と低エネルギ-原子核物理

衝突エネルギ-が5keV以下では,DT,DD,DH^3_e,等の核融合をはじめとして,ほとんどの原子核反応はク-ロン反発力のため断面積が小さく,実験デ-タはほとんどない。本研究では,慣性核融合あるいは,微粒子ー固体インパクト核融合において実現可能な,高密度・高温プラズマを利用する低エネルギ-領域の原子核反応研究の可能性を検討した。これらのプラズマでは,高密度であることから,原子核の衝突頻度が高くなり,非常に断面積の小さい低エネルギ-の原子核反応の観測が可能になると期待される。この研究では,高出力レ-ザ-の爆縮で発生する高密度プラズマ中での原子核反応への高密度効果,特に高Zイオンの混入の効果を理論的に調べ,高密度プラズマ中でのDT,DD等の核融合反応断面積を求めた。その結果は,プラズマ温度が100eV1keVのレ-ザ-爆縮プラズマ及びD_2Oクラスタ-とTiDタ-ゲットの衝突実験に適用された。また,高密度星中の原子核の組成と反応率との関係に関するデ-タも提供出来た。(1)具体的な研究は以下の手順で進められた。軽イオン不純物高Zイオンおよび電子からなる三成分プラズマのイオン間動径分布関数をHNC方程式を用いて決定する。(2)その結果より,核反応時のク-ロン障壁の低下と不純物イオンの混合比率との関係を調べた。(3)その結果を用いて,軽原子核同志のトンネリング確率を明らかにし,密度,温度,高Zイオン混合比と核反応率との関係をグラフにして求めた。以上の研究結論は論文としてまとめられ,日本物理学会及び米国物理学会誌Physical Reuiew Aにおいて発表した。重水素と高Zイオン及び電子からなる三成分プラズマにおけるイオン間動径分布関数をHNC方程式及びト-マス・フエルミモデルを用いて決定した。その結果より、D+D→T+P及びD+D→^3He+nの核融合反応に対する高密度効果によるク-ロン障壁の低下の大きさを評価した。ク-ロン障壁の低下とプラズマの温度・密度との関係を求めて、高密度プラズマ効果による核融合反応率の増加の可能性を研究した。ク-ロン障壁の低下を評価した結果を用いて、重水素間のトンネリングの確立を計算し、密度・温度、高Zイオンの混合比と核融合反応率との関係をグラフにして求めた。具体的に行った作業は以下の通りである。(1)強結合三成分プラズマの統計モデルを設定し、数値計算がおこなわれ高Zイオンの電離度及びイオン間のポテンシャルを計算した。(2)重水素を炭素との混合プラズマについて計算をおこない、密度が10^<25>1/cm^3温度300eVでは核反応率が23倍増加することを明らかにした。(3)D_2Oのクラスタ-とTiD_2タ-ゲットの衝突実験結果を調査し、高い反応率が得られた実験結果を解析した。その結果は、実験の反応率を再現しなかった。実験結果の説明は今後の課題である。(4)高密度プラズマの原子状態の計算が出来るようになった。そのコ-ドを用いてレ-ザ-爆縮プラズマの原子過程のデ-タベ-スが得られつつある。平成2年度には,重水素と不純物高各イオン及び電子からなる三成分プラズマのイオン間動径分布関数及びイオン間の相互作用ポテンシャルをHNC方程式とト-マスフェルミ原子模型を用いて決定した。今年度は,その結果をもとにレ-ザ-爆縮プラズマ及び恒星内部のプラズマ中での核融合反率を課価し,核反応率へのプラズマの密度及び温度の効果を明らかにした。具体的には,以下の項目につき作業をおこなった。(1)低温・高密度プラズマ中の核反応断面積について,温度及び密度を変化させて数値計算をおこない,反応率の温度・密度依存性を明らかにする。

(2)C,Si,Ti等の高ZイオンとD,T, ^3He,Li,等とが混合したレ-ザ-爆縮プラズマの核反応数を評価し,高Zイオンの効果とプラズマパラメ-タ-との関係を明らかにした。また,そのために,高Zイオンを含むDTペレットの爆縮シミュレ-ションをおこなった。(3)核反応断面積の理論計算結果を実験的に検証するための具体的方法について考案した。(4)恒星内部及び高密度星のプラズマパラメ-タ-に対する核反応断面積を評価した。(5)理論研究の成果を論文として投稿したものについてレフェリ-からのコメントをもとに修正をおこない,理論モデルをより明確にした。論文は採択され,出版される予定である。以上の研究作業の結果は報告書としてまとめられ,冊子として印刷され関係者に配布された。
時空間分解ラマン分光法による出芽酵母単一生細胞の代謝活性計測

Ar-Krレーザーの導入により、可視領域(450-650nm)の離散的な励起波長を選択可能な広帯域励起波長可変ラマン顕微鏡の開発した。使用可能な励起波長は457.9,488,514.5,532,568.1,632.8,647.1nmである。当該装置は生細胞の分子イメージングをR標として開発されており、可視領域での励起には試料へのダメージが予想されたが、集光系の最適化により低い出力(0.4mW,457.9nm)での励起を可能とし、試料へのダメージを回避した。また、同じサンプルの同じ空間点の共鳴ラマン効果について議論可能なデータの測定が可能となった。開発された広帯域励起波長可変ラマン顕微鏡を生細胞に適用し、共鳴ラマン測定を行った。457.9nm励起測定では脂質、タンパク質の非共鳴ラマンバンドに加えてシトクロムcオキシダーゼの共鳴ラマンスペクトルを検出した。当該ラマンバンドの強度を定量的に測定することで、細胞内の酸化還元状態を評価できる可能性が示唆された。また532nm励起測定ではシトクロムc、bを検出した。その他の励起波長においてもシトクロム種由来と思われるラマンバンドの存在が確認できた。457.9,532,632.8nmの3波長で同一の単一酵母細胞のラマンイメージングを行った。これにより、従来の脂質やタンパク質のみのラマンイメージに加え、シトクロム種といった共鳴ラマン効果で検出可能な微量分子種のラマンイメージを取得することが可能となった。この手法の開発により、生細胞内のより多くの分子種の空間分布を得ることにより、細胞内の構造から機能に関する新しい知見を得ることが期待される。計画にあった多波長励起ラマン顕微装置の開発と、生細胞への応用により、細胞内の共鳴ラマン効果を検証することに成功した。加えて、457.9nm励起により、細胞内のシトクロムオキシダーゼの検出に成功し、予想外の大きな成果を得られた。今回の共鳴ラマン効果の検証により、生細胞中のラマン効果の測定が可能であることが判明した。それと同時に、より多くの情報を得るためには、1.より短波長励起による共鳴ラマン効果の検証、2.より励起波長分解能の高いラマン励起プロフィールの測定が必要である。そのため、より広帯域かつ、連続的に波長を変えることのできる励起光源による顕微ラマン分光装置の開発が必要である。また、短波長励起における生細胞へのダメージは大きい。現在はある程度回避されているが、問題として残っているため、より短時間低励起出力で高い信号対雑音比を実現する集光系の開発が必要であると考えている。1.広帯域励起波長可変ラマン顕微鏡の開発及び、生細胞内のラマン散乱による励起プロフィール測定連続波長可変光源の使用に先立ち、各種気体、固体レーザーによる、1602cm-1の離散的な励起プロフィール測定を行った。励起波長532nm、632.8nm、785nmで測定した結果、1602cm-1のラマンバンドはその強度に大きな変化が認められる。1602cm-1のバンド強度が励起波長に依存し、より短波長で励起することで、強い1602cm-1のバンド強度が得られる。この結果より、このバンドを持つ分子種は、532nmより短波長側に電子吸収を持つと考えられる。また、本研究の過程において、532nm励起の酵母のラマンスペクトルにおいて、酵母ミトコンドリア中における還元型のシトクロムCの測定に成功した。シトクロムCは、電子伝達系における電子の伝達の担い手であり、ATP合成過程に大きく寄与している。749cm-1の強く鋭いバンドは、還元性シトクロムCの指標となっている。このバンドに注目することにより、生細胞中の呼吸活性について、より深い知見を得ることが期待される。2.同位体置換培養酵母のラマンスペクトル測定本研究においては、炭素及び水素の同位体を含む炭素源による培養を行った。その結果、脂質と同様に、1602cm-1のバンドについて、同位体シフトが観測された。炭素源中の12Cを13Cに置換した結果、60cm-1のシフトを、水素を重水素に置換した際には3cm-1のシフトを見せた。この結果より、1602cm-1のバンドは、炭素二重結合伸縮振動に帰属され、また、小さな重水素によるシフトより、二重結合中の炭素には水素が結合していないと考えられる。1.広帯域波長可変ラマン顕微鏡の開発及び、生細胞内のラマン散乱による励起プロフィール測定最適な光源の選定を行った。水冷のAr-Krイオンレーザーにより、顕微鏡に振動を与えず、離散的ではあるが広帯域の波長可変光源の導入に至った。2.顕微ラマン分光器の高感度化及び、酵母単一生細胞中のダイナミクスの解析ラマン分光装置の高感度化により、1秒で、十分解析可能な酵母のラマンスペクトルの取得が可能となった。これにより、出芽酵母中の1602cm^<-1>のバンドの光褪色をより高い時間分解能で取得することに成功した。この結果に特異値分解解析をおこなうことによって、今まで一成分であると考えられていた時間変化成分が、2世分以上存在することが明らかとなった。

現在は、特異値分解解析の結果の再構成により得られた直交成分をより、物理的に意味のある成分に帰着させるため、多変量カーブ分解最小二乗法などの起用を含め、データ解析方法を検討中である。Ar-Krレーザーの導入により、可視領域(450-650nm)の離散的な励起波長を選択可能な広帯域励起波長可変ラマン顕微鏡の開発した。使用可能な励起波長は457.9,488,514.5,532,568.1,632.8,647.1nmである。当該装置は生細胞の分子イメージングをR標として開発されており、可視領域での励起には試料へのダメージが予想されたが、集光系の最適化により低い出力(0.4mW,457.9nm)での励起を可能とし、試料へのダメージを回避した。また、同じサンプルの同じ空間点の共鳴ラマン効果について議論可能なデータの測定が可能となった。開発された広帯域励起波長可変ラマン顕微鏡を生細胞に適用し、共鳴ラマン測定を行った。457.9nm励起測定では脂質、タンパク質の非共鳴ラマンバンドに加えてシトクロムcオキシダーゼの共鳴ラマンスペクトルを検出した。当該ラマンバンドの強度を定量的に測定することで、細胞内の酸化還元状態を評価できる可能性が示唆された。また532nm励起測定ではシトクロムc、bを検出した。その他の励起波長においてもシトクロム種由来と思われるラマンバンドの存在が確認できた。457.9,532,632.8nmの3波長で同一の単一酵母細胞のラマンイメージングを行った。これにより、従来の脂質やタンパク質のみのラマンイメージに加え、シトクロム種といった共鳴ラマン効果で検出可能な微量分子種のラマンイメージを取得することが可能となった。この手法の開発により、生細胞内のより多くの分子種の空間分布を得ることにより、細胞内の構造から機能に関する新しい知見を得ることが期待される。計画にあった多波長励起ラマン顕微装置の開発と、生細胞への応用により、細胞内の共鳴ラマン効果を検証することに成功した。加えて、457.9nm励起により、細胞内のシトクロムオキシダーゼの検出に成功し、予想外の大きな成果を得られた。今回の共鳴ラマン効果の検証により、生細胞中のラマン効果の測定が可能であることが判明した。それと同時に、より多くの情報を得るためには、1.より短波長励起による共鳴ラマン効果の検証、2.より励起波長分解能の高いラマン励起プロフィールの測定が必要である。そのため、より広帯域かつ、連続的に波長を変えることのできる励起光源による顕微ラマン分光装置の開発が必要である。また、短波長励起における生細胞へのダメージは大きい。現在はある程度回避されているが、問題として残っているため、より短時間低励起出力で高い信号対雑音比を実現する集光系の開発が必要であると考えている。
バルブ金属のアノード酸化を基礎とするマイクロ・ナノ構造構築技術のフロンティア

本研究においては、電気化学的手法とレーザー照射を用いることにより、アルミニウムを中心とするバルブ金属表面にマイクロ・ナノ構造を構築し、新規な性質を付与する技術の開発を目的とした。高容量電解コンデンサーの試作、マイクロ・ナノ電子デバイスの作製および導電性高分子・無電解めっきを応用した新規表面処理法の開発を実現し、バルブ金属をエレクトロニクス・ナノテクノロジーの分野において利用するための新たな活用法を開拓することに成功した。1)超高容量アルミニウム電解コンデンサーの開発:MOCVD/アノード酸化プロセスを用いたNb_2O_5/Al_2O_3二層構造固体コンデンサーを開発し、耐久性の向上および大容量化を実現した。また、液層析出法/アノード酸化複合プロセスにより、直流エッチドアルミニウム箔上にTi-AI-O_x,複合酸化物皮膜を形成することに成功し、通常のアノード酸化皮膜に比べて50%の容量増大を見いだした。2)新規Nb固体コンデンサーの試作:アノード酸化皮膜に覆われたニオブ電極を溶液、MnO2およびポリエチレンジオキシチオフェンに接触させて電極のカソード分極挙動を調べ、ニオブアノード酸化皮膜の新しい半導体的性質を見いだした。3)マイクロアクチュエーターおよびマイクロリアクターの試作:アノード酸化/レーザー照射/金めっき/ピロール電解重合/素地金属溶解の新プロセルによるマイクロアクチュエーターの試作に成功するとともに、アノード酸化皮膜上に局部的に金属薄層を析出する技術を開発し、マイクロ電気化学リアクターの試作への準備を整えた。4)アノード酸化/電気・無電解めっきによる酸化皮膜/金属複合層の作製:アノード酸化皮膜上にNiおよびCu層を無電解めっきおよび電気めっきにより均一形成することに成功した。また、金属層と酸化皮膜層との間の密着性を制御する技術について検討した結果、無電解Niめっきおよびそれに先立つパラジウム活性化処理の温度が重要な因子であることを見いだした。(1)アノード酸化皮膜を化成したアルミニウム試料に無電解Niめっき、電気Niめっき、導電性高分子析出および電気Cuめっきを行い、酸化皮膜/金属/導電性高分子/金属からなる複合層を作製した。Cuめっき層および高分子層を剥離し、再び導電性高分子析出/電気Cuめっきを行うことにより、再利用可能なアルミニウム製印刷板の試作に成功した。(2)ポーラス型アノード酸化皮膜を化成したアルミニウム試料にレーザー照射および無電解めっきを施すことにより、アノード酸化皮膜上への金属析出法を検討した。金属析出試料の酸化皮膜を溶解・除去することにより、局部ナノファイバーを有する微細構造の試作に成功した。また、レーザー照射によりアルミニウム表面に局部的な凹凸を作製したのち、アノード酸化を施すことにより、アルミニウムおよび酸化皮膜からなる模擬配線板を作製できた。(3)アノード酸化/レーザー照射/再アノード酸化の連続プロセスにより、局部的なアノード酸化皮膜形成法を開発した。良好な耐食性を有するアノード酸化皮膜化成法を検討するとともに、局部アノード酸化皮膜の成長メカニズムを明らかにし、電子デバイスへ応用するための知見を得た。(4)アノード酸化/液相析出法/再アノード酸化の複合プロセスにより、高誘電率複合酸化物皮膜の形成法を開発した。液相析出の際に発生する酸による初期アノード酸化皮膜の溶解量を最小限にする方法を確立し、アノード酸化のみの皮膜に比較して数十%電気容量の高い複合酸化物皮膜を得た。
多層式セル構造放射線検出器の開発研究

前年度までの素材選定試験、加工試験によりラミネート素材としてはPETを用い、ラミネータで使用する接着剤をホットメルト式で多層化したセル構造を作成した。セルを形成するメッシュは16.5mech/inch及び31.8mesh/inchのPET素材を2:1の割合で使用し、電極には40μmの銅箔を使用した。またセル内部にはAr+CH4(90:10)混合ガスを用い高電圧を2kV印加した。このような状態でシンチレータとコインシデンスする信号を観測し、基本性能を確認した、主な測定項目としては、パルスの電荷量分布、時間分解能、長期安定性試験などである。β線源による出力電荷は約20pC程度でガスゲインとしては10万以上が達成していると考えられ、反応時間分布においては20ns以内に83%のイベントが観測された。安定動作試験では100時間連続動作時において連続放電による過電流およびチャージアップによる動作不安定状態は発生せず、PET素材による放射線測定器の使用可能性を示した。これはPETの比誘電率が3程度と大きいために電極間のメッシュの隙間での電場を局所的に高めることが可能になり、結果的にガス増幅による電子雲の発達を局所的に抑えることが可能になったためと考える。これらの結果は既存のマイクロパターンガスデテクターに比べ優位なガス増幅率、反応時間特性があると結論つけることができる。生産コストとしては約10cm^2で千円以内を達成した。このようなことから今回の研究目的となるメッシュとフィルムによるセル構造を利用した放射線検出器の可能性を示したと考える。これらの結果は日本物理学会において報告した。今後さらなる課題としては位置分解能、大面積化による影響の試験などが挙げられる。平成19年度においては基礎試験を中心に行った。候補となるサンプルフィルム(PP、PE、PETなど)に対して以下のような試験を行った:1、耐電圧試験2、長期安定性試験3、ホットラミネート(温度依存)による変形、変質試験実際の試験では10cm角の1層の試作品で信号の確認を行ったがフィルム上の沿面放電などにより高い印加電圧を与えることが難しく、ノイズに対して優位な出力信号を得ることが困難な状況にあることを確認した。そのため沿面放電を防ぐための対処法として、1絶縁塗料による処理、2放電開始電圧と放電ギャップの相関などの処理方法の確立をめざしている。現在では一部ゴム系塗料の有効性は確認しているがまだ確実性に欠ける部分が見られる。3種類のフィルムの中で現在優位な候補としてはPETを考えている。主な要因としては帯電性、接着時の変形、変質の影響の小ささがあげられるまた長期安定性は恒温槽サイクル試験で確認した。しかしながら長期安定性は接着剤にも依存するため次年度は複数の接着剤も試験を行う予定である。また同様にスペーサーとなるメッシュについてもPET、PE、PPの素材で10種類のメッシュを試験した。メッシュ数は80メッシュ/inchから200メッシュ/inchまで試験したがメッシュ数の大きいものは(線形が細いため薄くなる)変形の影響が大きく、十分な電圧印加が出来ないことが判明した。このためメッシュ数の大きな素材を中心に試験を継続する。前年度(20年度)においては主に安定に印加電圧を供給するために沿面放電の原因追及及び劣化を防ぐ方法について研究をおこなった。主な試験は以下のとおりである:1、PET又はPEを表面層とし、内部をPPメッシュで一定のギャップ(1.5mm)の単層のテスト検出器の作成(内部ガスは炭酸ガス)2、雰囲気の湿度を80%程度にまで上げ高電圧を(15kV)まで与え沿面放電の有無を確かめた。なおこの印加電圧は素材の絶縁破壊電圧より十分低いものである。テスト検出器の端部は無処理、アラルダイトによる碍子形状処理、絶縁ゴム塗料などを試験したがアラルダイトによる碍子形状がもっとも安定であった。また無処理の場合、端部が表面炭化焼損によるトラッキングにまで発展する場合も確認された。しかしながら製作精度によるバラツキがあるため安定な工法の確立が必要と考える。今年度においては単層での技術を踏まえ接着による多層化を試みる。現在計画中の工法としては単層を複数製作し、それらをバギングフィルム工法で接着するもので、接着剤としてほアラルダイト(エポキシ)、紫外線硬化型接着剤、ホットメルト接着剤を導入することにした。またフィルムを均一の力で張るためにスクリーン印刷で用いられる紗張機の技術を応用することも計画中である。ここでの多層構造は3層または5層程度を考えており、中間層の素材については現在検討中であるがいくつかのパターンを試験したいと考えている。多層構造製作の後、絶縁試験、放電試験を行い、パッド読み出しによる信号のデータ解析を行う。

このような状態でシンチレータとコインシデンスする信号を観測し、基本性能を確認した、主な測定項目としては、パルスの電荷量分布、時間分解能、長期安定性試験などである。β線源による出力電荷は約20pC程度でガスゲインとしては10万以上が達成していると考えられ、反応時間分布においては20ns以内に83%のイベントが観測された。安定動作試験では100時間連続動作時において連続放電による過電流およびチャージアップによる動作不安定状態は発生せず、PET素材による放射線測定器の使用可能性を示した。これはPETの比誘電率が3程度と大きいために電極間のメッシュの隙間での電場を局所的に高めることが可能になり、結果的にガス増幅による電子雲の発達を局所的に抑えることが可能になったためと考える。これらの結果は既存のマイクロパターンガスデテクターに比べ優位なガス増幅率、反応時間特性があると結論つけることができる。生産コストとしては約10cm^2で千円以内を達成した。このようなことから今回の研究目的となるメッシュとフィルムによるセル構造を利用した放射線検出器の可能性を示したと考える。これらの結果は日本物理学会において報告した。今後さらなる課題としては位置分解能、大面積化による影響の試験などが挙げられる。
哺乳動物細胞の形質発現を制御する光スイッチングシステムの開発

光(可視光)によってヒト細胞内で機能する生体スイッチの開発を試みた。人工臓器作成の過程で形態を整える必要が生じた際に、過剰となった細胞にアポトーシスを誘導するため、レーザー光による集積回路(LSI)作成技術の応用が可能ではないかと考えたのが発端である。すなわち哺乳類の細胞に光を当ててシグナルを送り、細胞内反応を惹起するシステムを開発する。光受容体システムとしては植物細胞のPhytochromeB(PhyB)/PIF3システムの応用を考えた。植物細胞ではPhyBは発色団であるphytochromobilin(PCB)と結合し、細胞質内に限局する。赤色光の照射によるPCBの立体構造変化を通じてPhyBは核内に移行し、転写因子PIF3と結合する。このシステムを動物細胞内でも機能させるために、PhyBのPCB結合ドメインと哺乳類細胞で機能する転写因子との融合蛋白質(キメラ)を作成してヒト細胞内に発現させる。また動物細胞ではPCBを合成る酵素を欠くため、PCBを細胞外から取り込ませる。通常の状態では細胞質にあって不活性である転写因子を赤色光照射によって核内に移行させることにより転写のスイッチを入れることが可能となる。本研究では転写因子としてテトラサイクリンによる遺伝子誘導発現系で用いられる転写因子を用い、クラゲの緑色色素蛋白GFPを発現させる系で検証した。PCBはリポフェクチン法で細胞内に導入した。一過性発現および永久発現の系においてキメラ転写因子は細胞質内に分布し、赤色光照射によって核内に移行した。それに伴ってGFPの誘導発現を見たことから、研究の目的は達成された。実用化に向けて発現効率の改善と、現在高価な試薬を用いているPCBの導入法の改善が今後の研究の課題である。
穀物とイモからみるアフリカ諸国の食料生産・消費をめぐる構造変動

データの解析作業が遅れていることや、予定していた海外調査先の政情が悪化し渡航のリスクが増したこと等をふまえて、研究の方向性と進め方に関して調整を図った。その上で、本年度も、農業・農村開発・食料・栄養等に関する諸文献(アフリカ以外も含む)の収集と読解に努めたほか、穀物単収の向上等に関して、海外現地調査を行った。また、学会やシンポジウム等に出席することで、本研究課題に関する現状や研究動向等のタイムリーな把握に努めつつ、国際経済、食料・農業経済、アフリカ地域研究などの研究者との間でのディスカッションも行なった。具体的には、以下の成果となった。第一に、アフリカと比較的類似した穀物生産構造を持ちながらもアフリカに先駆けてミレットの単収向上で顕著な成果を上げてきたインドで現地調査を行うことを通じて、同地でのトウジンビエ(ミレットの一種で、アフリカでも生産が多い)の単収向上の経験と経路に関して、実態把握と検討を進めた。第二に、アフリカのなかでも西アフリカおよび中央アフリカで重要なカロリー源となっているイモ類(特にヤムイモ、キャッサバ)に関して、その流通過程と消費について、文献調査等を通じて実態把握を進めた。第三に、アフリカ以外の途上国には相応に普及していながら、アフリカにはまだあまり波及していない食料増産のテクノロジーについて、そのこれまでの変化と到達点および問題点を、人類史のなかに位置付けて再検討した。データの加工・解析作業に依然として遅れがある。その原因としては、編者を務める予定の著書の刊行に対して、想定以上のエフォートを割かざるを得なくなっているという事情が大きい。ただし、方向性の調整により、当初に予定していなかった成果を得られている面があることも付記しておきたい。編者を務める予定の著書の執筆・編集作業のために、本研究課題へのエフォートが低下してきたところであったが、このうち執筆作業については、おおむねケリがついたように思われる。編集作業についてはなお残っているものの、前年度よりは本研究課題のエフォートを向上させることができるであろうことから、これまでの遅れを取り戻したい。データの加工・解析作業のほか、これまでの研究で明確になってきた課題についても、鋭意取り組む。本年度は、まず、農業・農村開発・食料・栄養等に関する諸文献(アフリカ以外も含む)の収集に努めた。また、アフリカにおける食料生産、特に単収(土地生産性)の向上については、アフリカだけを見るよりも、他地域との比較によってより適切に把握できると考えられることから、アフリカ外での単収の向上の史的展開過程にかかわる文献の収集と、その読解も進めた。さらに、学会やシンポジウム等に出席して、本研究課題に関する現状や研究動向等の把握に努めつつ、研究領域の近い研究者との間でのディスカッションも行なった。具体的には、以下の成果を得た。第一に、単収の向上は、早くから灌漑が整備され、限られた土地に多くの労働力を投下する営農体系が確立されていたところで、その取組が進められやすく、しかもその取組の成果も上がりやすいということを、中国・台湾・朝鮮・インド・インドネシア・エジプト等の各地域経済史の研究成果から汲み取ることができる。単収の向上については、緑の革命に関する研究成果によって、「灌漑発展→改良品種普及→肥料増投」という順序が指摘されてきたが、そもそも人びとが灌漑を管理してきた歴史の厚みが地域毎にどの程度あったかという点に目を向けることも、必要であるように思われる。第二に、インドとアフリカでは乾燥に強い雑穀類の生産が盛んだが、インドでは、灌漑の整備によって、これらの生産が給水可能地から駆逐される傾向が19世紀からあったことを、インド経済史の研究成果から汲み取ることができる。これらの事実は、いずれも、アフリカにおける単収の向上に関して示唆するところ大である。第三に、FAOSTATがカバーしていない1960年以前の単収の変動について、日本、タイ、フィリピン、ビルマ、仏印、マレーシア、蘭印、台湾、朝鮮、中国、フィリピン、スリランカなどでのデータを整理し、灌漑と改良品種の影響を検討した。編者を務める予定の著書の刊行にエフォートの多くを割くことになるなどの事情により、当初に予定していたデータの加工・解析作業が遅れている。他方で、当初に予定していなかった成果を得られるなどのこともあったため、総合的にみて「やや遅れている」としたい。

第三に、アフリカ以外の途上国には相応に普及していながら、アフリカにはまだあまり波及していない食料増産のテクノロジーについて、そのこれまでの変化と到達点および問題点を、人類史のなかに位置付けて再検討した。データの加工・解析作業に依然として遅れがある。その原因としては、編者を務める予定の著書の刊行に対して、想定以上のエフォートを割かざるを得なくなっているという事情が大きい。ただし、方向性の調整により、当初に予定していなかった成果を得られている面があることも付記しておきたい。編者を務める予定の著書の執筆編集作業のために、エフォートが低下しているが、この仕事を早めに片付けることで、本研究課題のエフォートを徐々に向上させていく。データの加工・解析作業にも、取り組む。編者を務める予定の著書の執筆・編集作業のために、本研究課題へのエフォートが低下してきたところであったが、このうち執筆作業については、おおむねケリがついたように思われる。編集作業についてはなお残っているものの、前年度よりは本研究課題のエフォートを向上させることができるであろうことから、これまでの遅れを取り戻したい。データの加工・解析作業のほか、これまでの研究で明確になってきた課題についても、鋭意取り組む。当初に予定していたデータの加工・解析作業に遅れが生じているためである。したがって、次年度以降にこの作業を進めることで、その分の費用の支出がなされる予定である。第一に、当初に予定していたデータの加工・解析作業に遅れが生じていること、第二に、予定していた海外調査先の政情悪化により渡航先を変更した結果として費用の支出が抑えられたこと、第三に、海外渡航に際して航空券代の支出を抑える工夫をしたこと、である。第一の点については、次年度以降にこの作業を進めることで、その分の費用の支出がなされる予定である。また費用の支出を抑えられた分については、別の調査費用等に充てる予定である。
ＲＮＡ成熟マシナリーの構造的基盤と機能進化

本研究は、「RNA成熟システムの全体像を物理・化学的手法で包括的に理解する」ことを目標とした。申請は、3年間の短期申請で、生命の3つのドメイン(真正細菌、古細菌、真核生物)で起源生物に近い単細胞生物のRNA成熟システムを中心に調べた。RNA成熟に関わるtRNA修飾酵素、tRNAスプライシングエンドヌクレアーゼなどについて、X線結晶構造解析、生化学的解析を併用して、その性質を明らかにした。また、遺伝子破壊株解析からRNA修飾ヌクレオシドと修飾酵素のネットワークの環境応答を明らかにした。さらに、古細菌tRNAの新規修飾をいくつか発見した。本研究は、生命の三つのドメインで、もっとも起源に近い生物群の持つRNA成熟システムを比較し、その基本原理を探ることを目標としております。本申請は、3年間の短期計画であり、平成23年度は初年度でありました。下記項目を重点目標に掲げ、以下の成果を得ました。TrmlのX線結晶構造解析に成功し、その反応機構を推定し、論文として発表しました。また、TrmHのRNA認識機構について解析を終了し、論文を執筆中です。(2)葉酸依存性RNA修飾酵素の精密生化学分析と反応機構の解明葉酸依存性RNAメチル化酵素の新規酵素活性測定法を開発し、精密生化学解析への道を切り開きました。現在、RNA認識機構に関する論文を執筆中であります。(3)局所認識型RNA修飾酵素と全体構造認識型RNA修飾酵素の構造比較局所認識型RNA修飾酵素(Trml,TrmI1,TrmFO)の解析を終えました。全体構造認識型RNA修飾酵素(Trml1/112複合体)について、現在、解析を進めております。(4)RNAスプライシングエンドヌクレアーゼの構造と基質認識問題A.perniy由来α2β2型スプライシングエンドヌクレアーゼのX線結晶構造解析に成功し、論文として発表するに至りました。(5)RNAリガーゼの構造と生理機能スプライシング時に機能するRNAリガーゼについて、現在、遺伝子破壊株の解析を進めております。(6)RNA修飾ネットワークの解析主要な酵素については、すでに報告ずみです。現在、細部を詰めています。本研究は、RNA成熟システムの詳細について、主に生物の三つのドメイン(真核生物、真正細菌、古細菌)を比較し、システムを構成する核酸やタンパク質の機能を構造を基本に解明しようとするものである。本研究は平成2325年度の3年計画であり、平成25年度は最終年度にあたる。平成25年度には、3つの論文を出版し、2つの総説をまとめ、18の学会発表、2つの招待講演を行った。まず、ヒト細胞に熱ショックを与えた時、タンパク質合成系が一時的に停止する現象は古くから知られていたが、東京大学、岡山大学と共同して、この原因として開始メチオニンtRNAが特異的に分解されることおよび分解に関与するヌクレアーゼを特定することができた(Watanabe et al. (2013) NucleicAcids Res.41, 4671-4685)。これは、ガン温熱療法のガン細胞内で何が起こっているのかを考える上で重要な成果であると言える。次いで、タンパク質ノット型RNAメチル化酵素の多段階基質tRNA認識機構において、初期結合過程では基質tRNAと基質にならないtRNAは区別されず複合体形成が起こること、基質にならないtRNAは、誘導適応過程で保存モチーフ2の動きを伴って排除されることを報告した(Ochi et al. (2013) J. Biol. Chem. 288, 25562-25574)。3つ目の論文は、好熱好酸古細菌のtRNA修飾に関するもので、アンチコドン一文字目に古細菌では報告されていなかった真核生物型の修飾があること、また、7-メチルグアノシンがすべての生物で新規ポジションに当たる49位に存在することなどを報告した(Tomikawa et al. (2013) FEBS Lett. 587, 3575-3580)。総説のうち一報は、現在、修正原稿が審査中であり、業績欄には記述していない。本研究は、RNA成熟に関するRNA修飾酵素、スプライシング酵素群の構造と機能を包括的に議論し、生命進化に伴うそれらの変遷を探ろうという計画です。平成24年度は、その2年目に当たり次のような成果を得ることができました。(1)最小クラスの生命体・ARMAN-2の介在配列除去システム(tRNAスプライシングエンドヌクレアーゼ)のX線結晶構造解析に成功し、このシステムがおそらくARMAN-2が進化したごく短期間に独自に幅広い基質RNA選択性を獲得したことを推定し、Nucleic Acids Res.誌に報告することができました。本研究は、慶応大学、アメリカ航空宇宙局(NASA)エイムズ研究所、カリフォルニア大学バークレー校との共同研究であります。

また、この研究成果は、愛媛大学ホームページ研究欄で取り上げられた他、愛媛新聞平成24年9月23日朝刊でも報道されました。(2)葉酸依存性RNAメチル化酵素(TrmFO)の基質RNA認識機構について、J. Biol. Chem.誌に報告することができました。当研究室が開発した二段階酵素活性測定法の改良バージョンが、酵素反応の精密解析を行う上で威力を発揮しました。(3)ヒト細胞に熱ショックを与えた時、タンパク質合成系が停止する現象はよく知られており、これまで、tiRNA産生によるタンパク質合成系の阻害によると説明されてきました。しかしながら、研究代表者らは、開始メチオニンtRNAが細胞質で特異的に分解されること、核から細胞質への開始メチオニンtRNAの輸送が一時的に停止し核内に蓄積すること、分解するヌクレアーゼはXrn1/2であることなどを発見し、新たな経路として、Nucleic Acids Res.誌に報告することができました。本研究成果は、温熱療法が、どうやってガン細胞のタンパク質合成系を停止させているのかを解明したとも言えます。極めてインパクトの高い国際学術誌に複数の論文を掲載するに至っており、国内外の学会で多くの研究成果を発表できている。ただし、タンパク質-RNA複合体の結晶化などにおいては、良質な結晶化が得られていないものもあり、「(2)おおむね順調に進展している。」と自己評価いたします。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、3年計画の2年目でありました。ほぼ予定どおりの進捗状況にあると言えます。個別の研究課題では、m2G6メチル化酵素遺伝子同定の論文を海外のライバルグループに先に出されるなど、予定外のことがありました。しかしながら、インパクトある国際学術誌に3つの論文を報告できています。また、現在、投稿間近にあり、詰めを急いでいる研究課題がいくつもあり、国際的にも十分に評価される研究業績を得ることができております。よって、きわめて順調に進展していると判断できます。研究が、ほぼ順調に推移していることもあり、平成23年度計画を継続する方向です。現在、国内外の複数の研究機関から共同研究のオファーがあります。本研究の範囲に含めてもよい課題もありますので、慎重に対応したいと考えております。平成25年度は3年計画の最終年度であり、いくつもの研究課題において、国際的学術誌へ投稿すべく、最終の詰めを急いでいる状態にあります。具体的には、トポロジカル・ノット型RNAメチル化酵素のtRNA認識部位に関する論文、好熱好酸古細菌の新規tRNA修飾に関する論文、真正細菌型tRNA (m1A58)メチル化酵素の基質認識に関する論文、古細菌tRNAリガーゼの構造と機能に関する論文、真核生物マルチサブユニットRNAメチル化酵素の基質認識に関する論文などです。おそらく、これらのうちいくつかは平成25年度中に受理されるものと思います。よって、初期計画は変更せず、実施する方向で考えています。
「ニュー・アカデミズム」の学際性に関する知識社会学的研究

本研究では、日本の人文・社会科学における「学際性」の事例として「ニュー・アカデミズム」現象に着目し、大学大衆化状況以後の日本の学術知およびその背景としての学術界の構造について検討する。理論・思想としての「学際性」について、思想雑誌等の媒体において、「現代思想」が受容・展開された過程を跡づける。また学者・研究者の「学際性」について、「ニュー・アカデミズム」現象で活躍した学者・研究者たちの活動を整理する。
歯周病原細菌取込み色素を利用した抗菌光線力学療法の基礎解析

近年,抗菌光線力学療法(aPDT)の歯周病治療に応用され注目を集めているが,現法は色素染色により光励起に誘導された活性酸素種(ROS)による細胞毒性を引き起こす。歯周病原細菌を用い,細菌のエネルギー代謝に用いられる色素を応用したaPDTの効果を検討した所,細菌固有色素を光照射によって励起,ROSの産生とDNAに対する酸化障害による殺菌効果が認められた。今回の検討により現在用いられている方法よりも生体への影響が少なく,細菌に対する殺菌効果の高い治療法の可能性が示唆された。近年,抗菌光線力学療法(antimicrobial PDT; aPDT)が歯周病治療へ応用され注目を集めている。aPDTの代表的な方法は,標的細菌を染色し光を当てることで生じる活性酸素種を利用し殺菌するものである。しかし,従来型aPDTは開業医主導の臨床報告が主であり,詳細な殺菌メカニズムや安全性に対する基礎的研究はほとんど行われていない。加えて歯周病に対するaPDTの治療ガイドラインの設定にも至っていないため,早急にaPDTによる殺菌メカニズムの解明と宿主細胞への影響が認められない方法の開発が急務であるため,本研究課題を遂行するために以下の研究を行った。in vitro X-band electron spin resonance (ESR;電子スピン共鳴)法を用い,歯周病原細菌が取り込む色素を光励起することにより産生される活性酸素種の探索と同定を行った。また,この産生される活性酸素種における至適励起波長の探索を行った結果得られた至適波長は青色光でありまた得られる活性酸素種は一重項酸素であることを同定した。さらに光の出力および色素量の変化に伴う活性酸素種の産生量の変化をin vitroX-band ESR法を用いて検討した。加えて歯周病原細菌に対する効果の検討を行う前段階としてEscherichia coliとStaphylococcus aureusを用い,細菌に対する色素の影響をColony Formoing Unitを用いて,色素のみでは細菌に対し直接的な影響がないことを確認した。同様に光照射のみでの殺菌効果を出力を変化させて検討を行い10Jまでは光照射単独による影響を受けないことを確認した。当該年度は歯周病原細菌が取り込む色素であるポルフィリンにより生成される活性酸素種の解析を行うことが目標であった。よって,活性酸素種の特定および至適光波長の探索および特定が行えたことより概ね順調に進展していると考えます。近年,抗菌光線力学療法(aPDT)が歯周病治療へ応用され注目を集めている。現在のaPDTは標的細菌を染色,光照射によって生じる活性酸素種を利用した方法である。しかし,従来型aPDTは開業医の臨床報告が主であり,詳細な殺菌メカニズムや安全性に対する基礎的研究はほとんどない。加えて歯周病に対するaPDTの治療ガイドラインの設定にも至っておらず,早急にaPDTによる殺菌メカニズムの解明と宿主細胞への影響が認められない方法の開発が急務であるため,本研究課題を遂行するために平成27年度の研究に加え,下記の研究を行った。本年は,活性酸素種が励起する色素がPorpyromonas gingivalis (P. gingivalis)に存在するポルフィリン様物質であること,この菌体内ポルフィリンは菌量依存的に増加することを確認した。さらに、青色光照射をP. gingivalisにすることでCFUsが照射エネルギーに依存して抑制されることを確認した。この殺菌メカニズムは青色光に励起された活性酸素種がDNAを酸化し細菌の増殖抑制を引き起こしていることを確認した。以上の結果を元に論文を執筆投稿中である。P. gingivalisに対する青色光照射は細菌体内に存在する色素を励起し,活性酸素種を誘導DNAを酸化し細菌増殖を抑制することが判明した。これまで,aPDTは染色に用いられる色素励起による詳細なメカニズム不明だったが,今回の検討にて,菌体内に存在する色素が励起され活性酸素種を産生,DNAを酸化障害するメカニズムの解明に至った。さらに,本邦は外部色素を用いないため従来型aPDTと比較し,宿主細胞への影響が少ないことが示唆されることから,今後,菌体内色素を用いたaPDTの応用は宿主に対する弊害が少ない新たな治療法の確立につながることが示唆された。当初の計画通り,歯周病原細菌が取り込む色素であるポルフィリンと光励起による歯周病原細菌の殺菌効果の解析を行い,これら研究計画によって実施された研究結果内容を欧文雑誌に投稿するため論文執筆および広く国内外の学会にて発表していく予定である。医歯薬学当該年度に歯周病原細菌の細菌株を購入する予定であったが,購入を次年度に回したため,細菌株および細菌培養に関わる消耗品および生化学的測定における試薬等消耗品に関しても当該年度に購入しなかったため。当該年度に購入を行わなかった細菌株および試薬等の消耗品の購入以外は当初の予定通りの使用計画である。
２型糖尿病治療の創薬標的分子としてのリゾホスファチジン酸第４受容体

本研究は、生理活性脂質であるリゾホスファチジン酸の第4受容体(LPA4)特異的アンタゴニストが2型糖尿病の新規創薬ターゲットとなりうると考え、特異性・親和性に優れたLPA4アンタゴニストを得ることを目的としている。研究期間内に、東京大学創薬機構保有の化合物ライブラリーよりLPA4特異的なアンタゴニスト活性をもつ37の化合物を得た。また、LPA4に対するアンタゴニスト活性が報告されている化合物とその類縁体の計7化合物の活性に関しても評価したが、アンタゴニスト活性は検出できなかった。本研究は、生理活性脂質の1種であるリゾホスファチジン酸の第4受容体(LPA4)特異的アンタゴニストが2型糖尿病の新規創薬ターゲットとなりうると考え、生体への適用が可能な特異性・親和性に優れたLPA4アンタゴニストを得ることを目的としている。平成26年度は、東京大学創薬オープンイノベーションセンター保有の化合物ライブラリー(約20万のサンプルから構成される)よりリード化合物を得る計画であった。化合物のアンタゴニストとしての活性は、LPAに対する応答を示さないラット神経芽腫細胞株B103細胞にLPA4を安定的に過剰発現させ(B103-LPA4細胞)、LPA4-Gq経路による細胞内カルシウム応答の阻害効果を指標として受容体依存的な応答を検出した。候補化合物の一次評価では、n = 1で多検体のアッセイを行った。その結果、約1万の化合物から構成されるコアライブラリーから、91の化合物を絞り込んだ。次に、二次評価として、n = 4での再現性と特異性を評価し、さらなる絞り込みを進めた。特異性の評価は、LPAの代わりにATPを作用させた際に阻害効果が認められた化合物をLPA4非特異的な反応を引き起こしているとして、候補から除外した。その結果、18化合物を候補化合物として同定することができた。これら18化合物に関しては、約20万のサンプルから構成されるフルライブラリー中の類縁体も評価の対象とし、計115化合物の特異性・親和性を検討した。特異性・親和性の評価は、LPA刺激によるカルシウム応答が認められる他のLPA受容体(LPA1, LPA2, LPA3, LPA5)に対する化合物の用量依存的な応答を検討することで行った。その結果、LPA4特異的なアンタゴニスト活性をもつと考えられる37化合物を同定することが出来た。平成26年度には、東京大学創薬機構保有の化合物コアライブラリー(約1万のサンプルから構成される)より37のリード化合物を得た。平成27年度にはこれらの化合物に加え、LPA4に対するアンタゴニスト活性が報告されている化合物の活性評価を行った。本スクリーニング系では、リゾホスファチジン酸に対する応答を示さないラット神経芽腫細胞株B103細胞にLPA4を安定的に過剰発現させ(B103-LPA4細胞)、LPA-LPA4-Gq経路による細胞内カルシウム応答の化合物添加による阻害効果を指標としてアンタゴニストの同定を進めた。BrP-LPA (ChemMedChem, 2007, 2, 679-690), H2L 5987411 (J. Biol. Chem., 2009, 284, 17304-17319)は、IC50がそれぞれ0.3 microM, 1.5 microMの化合物として報告されている。BrP-LPA, H2L 5987411に加え5つのH2L 5987411類縁化合物の計7化合物を評価した結果、アンタゴニスト活性は検出できなかった。この結果は、実験に用いたシグナル測定系や細胞株の違いに起因すると考えられる。今後は、候補化合物で認められているアンタゴニスト活性が受容体への直接結合によるものか検証する。具体的には、LPA4を過剰発現している細胞の膜画分を生化学的手法によって分離し、放射線同位体標識されているリゾホスファチジン酸の膜画分への結合を各候補化合物が競合阻害するか否かによって評価する計画である。平成26年度の化合物ライブラリーよりLPA4特異的アンタゴニストのリード化合物を同定する計画は、当初の予定通り遂行する事ができた。脂質生物学平成27年度には、同定したリード化合物を合成展開し、最適化を進める計画である。

当初の計画に加え、現在同定している37の候補化合物のLPA4への直接結合を合成展開に先立って確認する。直接結合は、各候補化合物がリゾホスファチジン酸のLPA4への結合を競合阻害する否かによって評価する。試薬類購入に伴う端数が生じたため。平成27年度分経費に合算して使用する。
細胞性粘菌における細胞骨格制御のポストゲノム解析

細胞性粘菌は生育、分化の各ステージで多様な細胞運動(広義の細胞運動:細胞質分裂、細胞移動、貧食作用、飲作用など細胞形態変化を伴う細胞機能やその前提となる細胞基質間接着、細胞間接着なども含めて考える)を示し、半数体で変異株が使える、タギング法や標的遺伝子破壊など正逆遺伝学的手法に優れるなどの利点から高等動物の細胞運動の最も有力なモデル真核微生物である。本研究は、完了間近のゲノムプロジェクト及び筑波大漆原秀子先生らによるESTプロジェクトの配列情報を利用し、上述の広義細胞運動の制御に関わる細胞性粘菌の低分子量GTPase、特にRhoファミリーGTPaseとその制御分子(RhoGDI, RhoGAP, RhoGEF)、さらにエフェクター分子(IQGAPなど)を網羅的に同定し、どの分子が細胞質分裂、どれが貧食作用といった細胞内機能のカタログ化、さらに各機能のシグナルカスケードの解明を目指している。昨年度までにRhoファミリーGTPase自身、RhoGDI、エフェクターIQGAPについて、分子の同定とクローニング、細胞内局在の決定、遺伝子破壊株の解析、酵母two-hybridd法の網羅的相互作用解析によるシグナルカスケードの解明を行ってきた。今年度は、RhoファミリーGTPaseの新機能と考えられた細胞内膜輸送の解析のため、細胞性粘菌のゴルジ体及び小胞体マーカーを作製した上で、これらを利用して昨年度解析を開始したRhoGAP、RhoGEFのうちRhoGAP1のゴルジ体と小胞体への局在を証明した。これまでに明らかになっていたRacH、RacIに加え、RacLのゴルジ体局在も明らかになり、RhoファミリーGTPaseの膜輸送への関与が示唆された。また、細胞性粘菌の全15種のRhoファミリーGTPaseすべてについて、CA型1種、DN型2種の変異体をGFPをN末端に融合して高発現させ、増殖期における細胞内局在と発現細胞の表現型を野生型の場合と比較した。その結果、CA型の場合、細胞内局在は野生型と変わらないが生育が悪くなるものが見られ、DN型の場合、生育その他表現型は変わらないが局在が変化するものが見られることがわかった。
スパイラルによる離散データの表現

螺旋は、曲率が単調なために、変曲点、尖点、ループに代表される特異点が表れないためにコンピュータグラフィックスでは平面上において与えられた曲線を延長したり、二本の曲線間、例えば、直線と円、円と円(交わる場合、一方がすっぽりともう一方に含まれる場合等)、直線と直線等をつなぐために使われる。特に、曲率が連続で3次曲線から構成される螺旋は数値制御が容易なためNC旋盤の設計、高速道路、鉄道、工業用ロボットの軌道等に使用される。そのために,本年度"曲率"の面から,平面上のデータの"出来るだけ自然でかつ出来るだけデータの性質を保存するような"表現法について,数式処理ためののMathematicaとMapleのソフト使って3次の平面曲線がスパイラル言い替えれば螺旋(曲率が単調で特異点や変曲点を含まないので取扱が容易である)になるためのデータの満たすべき実用的な必要十分条件を見つけた。3次の平面曲線に対して曲率の極値の決める方程式は5次式となる。そのため,螺旋になることを確かめるためには、零点の分布を決定することが要求される。我々は,数式処理のソフトを使い,Offset curveのスプライン近似を始め,円と直線,交わらない円と円,直線と直線,一方が他方に含まれる二つの円を幾何学的連続度1(つなぎ目で方向ベクトルが一致する)螺旋で結ぶためのアルゴリズムの開発等これまでに,次のような結果を得た。これらの結果を「情報の可視化」というテーマで,2004年5月,7月タイのパタヤビーチとマレーシアのペナンで開催されたIEEE主催のコンピュータグラフィックスに関する国際会議で研究成果を発表した。これまでは,ベジェ曲線(Bezier curves)によるものが主流であったが最近は,グラフの形状,「計算の手間」と「計算の精度」の面から3次スプライン関数が使われるようになってきた。本研究では,スプライン関数を使って,平面上,空間内の離散データの単調性,凸性,正値性,特に曲率等の形状保存(shape-preserving)の当てはめ方を考えた。その際,思いがけない(unwanted)あるいは望ましくない(undesirable)特異点(loopとcusp)や変曲点(inflection points)が表れる場合がある。購入した数式処理言語のソフトを使い,我々はこれまでに,どのような条件下で,特異点や変曲点が表れるを研究し,いくつかの結果を得た。その結果,データ点の移動により特異点や変曲点の解消の可能性が調べられた。我々は,数式処理のソフトを使い,Offset curveのスプライン近似を始め,円と直線,交わらない円と円,直線と直線,一方が他方に含まれる二つの円を幾何学的連続度1(つなぎ目で方向ベクトルが一致する)螺旋で結ぶためのアルゴリズムの開発等これまでに,「情報の可視化」(visualization)というテーマで,7月ロンドン大学でのCGに関するシンポジューム,12月京都大学数理解析研究所,龍谷大学で開催された研究集会で,理工学研究科後期課程2年のズルフィカールハビブと共同で中間成果を発表した。本研究では外国旅費を使用して,この分野の代表的な研究者のカナダ・ブリッツコロンビア大学のボブラッセル教授との研究打ち合わせすることが出来た。

スパイラル関数によるデータの当てはめ方への応用として3次のスプライン関数が,数式処理言語のMathematicaとMapleのソフト使ってどのような条件下で特異点(loopとcusp)や変曲点(inflection points)が現われないスパイラル曲線になるかを調べ,スパイラル条件(曲率が単調で特異点や変曲点を含まないので取扱が容易である)になるためのデータの満たすべき実用的な必要十分条件を見つけた。この結果を用いて,曲線で囲まれた領域を比較的容易にスパイラル曲線で近似することが可能になった。主な研究業績は以下の通りである。螺旋は、曲率が単調なために、変曲点、尖点、ループに代表される特異点が表れないためにコンピュータグラフィックスでは平面上において与えられた曲線を延長したり、二本の曲線間、例えば、直線と円、円と円(交わる場合、一方がすっぽりともう一方に含まれる場合等)、直線と直線等をつなぐために使われる。特に、曲率が連続で3次曲線から構成される螺旋は数値制御が容易なためNC旋盤の設計、高速道路、鉄道、工業用ロボットの軌道等に使用される。そのために,本年度"曲率"の面から,平面上のデータの"出来るだけ自然でかつ出来るだけデータの性質を保存するような"表現法について,数式処理ためののMathematicaとMapleのソフト使って3次の平面曲線がスパイラル言い替えれば螺旋(曲率が単調で特異点や変曲点を含まないので取扱が容易である)になるためのデータの満たすべき実用的な必要十分条件を見つけた。3次の平面曲線に対して曲率の極値の決める方程式は5次式となる。そのため,螺旋になることを確かめるためには、零点の分布を決定することが要求される。我々は,数式処理のソフトを使い,Offset curveのスプライン近似を始め,円と直線,交わらない円と円,直線と直線,一方が他方に含まれる二つの円を幾何学的連続度1(つなぎ目で方向ベクトルが一致する)螺旋で結ぶためのアルゴリズムの開発等これまでに,次のような結果を得た。これらの結果を「情報の可視化」というテーマで,2004年5月,7月タイのパタヤビーチとマレーシアのペナンで開催されたIEEE主催のコンピュータグラフィックスに関する国際会議で研究成果を発表した。