hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
嗅覚受容体センサアレイを用いた香りの記録再生と要素臭探索

匂い検出素子として、キイロショウジョウバエの嗅覚受容体を、共受容体およびカルシウム感受性蛍光タンパク質(GCaMP)と共発現させ、Sf21細胞系統を作出し、改変した発現ベクターとGCaMP6sを用いることで、SN良く匂い応答を示す細胞系統へと改良した。また、細胞からの蛍光を検出するために小型の蛍光測定装置及び匂いを供給するフロー測定系を構築した。測定系を最適化し、ロックイン計測法を導入し外乱光存在下で3桁検出下限を改善できた。また、複数種類の嗅覚受容体によりセンサアレイを構成する基礎実験を行った。最後に水晶振動子に細胞を吸着させ高湿度下で応答測定を行い、低濃度で気相測定できる可能性が示された。本年度は、キイロショウジョウバエの1種類の一般臭嗅覚受容体を対象に、補助タンパク質(Orco)及びカルシウム感受性蛍光タンパク質(GCaMP3)とともに遺伝子導入することで、一般臭を蛍光強度変化量として検出できるSf21細胞を作出した。光学イメージングにより、作出したSf21細胞は、導入した受容体が応答する匂い物質に対し蛍光強度変化を示し、匂い物質の濃度に依存して蛍光強度を増加することを示した。これにより、一般臭嗅覚受容体を効率的に発現させ、一般臭を検出できるSf21細胞の作出手法を確立した。さらに、匂いの記録再生システムを実現する上で必要な蛍光の測定系の開発を行った。まず、蛍光顕微鏡を購入し、昆虫の嗅覚受容体を発現した培養細胞sf21の蛍光画像を取得することができた。また、別途蛍光測定システムを試作し、匂い刺激に伴う蛍光強度変化を確認した。そして、蛍光画像の中で蛍光変化があるところのみの領域を抽出し、その部分の輝度変化を積算する画像処理ソフトウエアを作成した。ヒストグラムを作成して閾値を決定し、閾値以下の輝度変化を0とする。さらに差分処理により生じる雑音を除去するためにメディアンフィルタを使用した。その結果、作成した画像処理ソフトウエアによりS/N比の向上が図れることがわかった。本研究では複数のマイクロポンプにより要素臭溶液を調合してセンサアレイの応答パターンを得、対象臭溶液の応答パターンと比較し、要素臭構成比を調整して同じような応答パターンが得られるようにする。そこで、嗅覚受容体発現細胞をPDMSのチャンバ内に置き、マイクロポンプで匂い溶液をチャンバ内に導入する実験系を製作した。しかし、マイクロポンプの流量が速すぎて吸着した細胞が剥離する問題が発生したが、次年度解決できる見込みである。匂いセンサ素子の構築では、キイロショウジョウバエ一般臭嗅覚受容体を、補助タンパク質(Orco)およびカルシウム感受性蛍光タンパク質(GCaMP6s)とともに遺伝子導入することで、匂い物質に対してSN良く蛍光強度変化を示す細胞系統を作出した。作出した細胞系統が、アルデヒドやアルコールといった化学構造の異なる匂い物質を異なる蛍光強度変化量で検出できることを示した。これにより、複数の匂い物質に対する嗅覚受容体の応答を蛍光強度変化量として検出できる細胞系統の作出技術を確立した。次に測定系の検討を述べる。前年度は蛍光測定系の確立を行ったが、本年度は匂いの記録再生システムを実現する上で必要な測定系の改善を行った。マイクロポンプを使用してフロー測定系を構成し、嗅覚受容体を発現した細胞にリンガー液もしくは匂い溶液を供給する。前年には流量が大きすぎて細胞が剥離する問題があったが、マイクロポンプの駆動周波数、駆動電圧を調整することにより剥離の問題はなくなった。また、4サンプルをセットして電磁弁により自動的にサンプルを切り替えてセンサチャンバに匂いを供給するフロー測定系を開発して、その動作を確かめた。しかし、現状ではまだセンサ応答が予想される値より小さいために、次年度この点を改良する必要がある。また、前年度は、1種類の細胞の応答の測定のみを行ったが、本年度は複数種類細胞の測定の基礎的検討を行った。さらに、2つの流路を有するマイクロチャンバを用い光学系の対物レンズの倍率を下げることにより、2種類の細胞の蛍光輝度変化を同時に測定できることがわかった。それから、水晶振動子の上に嗅覚受容体発現細胞を吸着させ、高湿度下で匂い測定実験を行い、気相測定の可能性も示唆された。匂いセンサ素子の構築では、これまでに確立した細胞系統の作出技術に基づき、複数種類のキイロショウジョウバエ一般臭嗅覚受容体を対象に、嗅覚受容体を発現する細胞系統の作出を試みた。その結果、導入した嗅覚受容体の選択性に従い蛍光応答を示す2種類の細胞系統を作出した。様々な匂い物質に対する応答を取得したところ、作出した細胞系統はそれぞれ異なる応答特性で匂い物質を検出することを示した。これにより、異なる匂い物質を検出する匂いセンサ素子を完成した。次にフロー測定系の検討を行った。フローの駆動に用いる液体ポンプを検討し、マイクロポンプと比べて流量の安定性に優れたシリンジポンプの方が応答のバラツキが小さいことがわかった。そこで、大型な市販シリンジポンプの代わりに、ステッピングモータ駆動の液体ディスペンサを導入し駆動回路と制御ソフトを製作した。さらにチャンバの形状を検討した。デッドスペースがあるが高密度に細胞を実装できるチャンバとデッドスペースは小さいが流路から細胞を導入するために細胞密度が低いチャンバを比較した結果、前者の方がデータの安定性が優れていることがわかった。その後、最適化された実験パラメータを用いて、蛍光励起光を点滅させてそれに同期した成分だけを検出するロックイン計測法をさらに導入し、外乱光の影響の低減とSN比の改善を行った。

その結果、OR56a発現細胞の場合、ジオスミン50nM, OR13a発現細胞の場合、1-octen-3-ol23nMまで応答を確認できた。最後に、蛍光画像全体をセンサアレイとみなしそれから匂いの分類、定量を行うために、複数種類のOR発現細胞をチャンバに導入した。OR56a, BmOR3発現細胞をチャンバに導入して、細胞の位置をハフ変換で検出しラベル付けを行うことができた。その結果、細胞画像をパターン認識して匂い種類の識別ができるようになる。匂い検出素子として、キイロショウジョウバエの嗅覚受容体を、共受容体およびカルシウム感受性蛍光タンパク質(GCaMP)と共発現させ、Sf21細胞系統を作出し、改変した発現ベクターとGCaMP6sを用いることで、SN良く匂い応答を示す細胞系統へと改良した。また、細胞からの蛍光を検出するために小型の蛍光測定装置及び匂いを供給するフロー測定系を構築した。測定系を最適化し、ロックイン計測法を導入し外乱光存在下で3桁検出下限を改善できた。また、複数種類の嗅覚受容体によりセンサアレイを構成する基礎実験を行った。最後に水晶振動子に細胞を吸着させ高湿度下で応答測定を行い、低濃度で気相測定できる可能性が示された。匂いセンサ素子の構築において、平成25年度の技術を改良し、平成26年度では一般臭嗅覚受容体の応答をSN良く取得できる細胞系統の作出技術を確立した。この技術により、化学構造の異なる複数の匂い物質を蛍光強度変化量として検出できる細胞系統の作出を達成した。現在、この技術を複数種類の一般臭嗅覚受容体に展開し、細胞系統の作出、および匂い応答特性の取得に着手している。以上から、匂いセンサ素子の構築はおおむね順調に進展している。それから、測定系に関する部分であるが、現在までに複数サンプルの自動測定を行い、複数嗅覚受容体の応答を同時計測を可能にする見通しを得た。また、自動測定系を用いず手動測定を行った場合には、励起光に変調をかけて行うロックイン計測法と併用して500nM程度の濃度のジオスミンの計測に成功しており、かなり低濃度の測定も可能である。自動測定系を用いた場合はまだかなり高濃度にしないと測定できないが、測定システムを最適化できれば研究は飛躍的に進展すると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。計測システムこれまでに確立した技術を発展させ、平成27年度では、複数種類の一般臭嗅覚受容体を対象に、様々な一般臭を異なる蛍光強度変化量で検出できる細胞系統を作出する。作出した細胞系統について、光学イメージングにより、アルコール、アルデヒド、エステル、芳香族といった多数の一般臭に対する応答特性、および濃度応答を取得し、一般臭の検出性能を明らかにする。これにより幅広く一般臭を検出できる細胞系統を選択し、複数種類の匂いセンサ素子を完成させる。測定系に関しては、現在使用しているマイクロポンプは流量が大きく、低流量の実験には向かない。そこで、シリンジポンプも使用して、低流量でもセンサ応答の測定を行い、本実験系に適したポンプと流量の検討を行う。
STMによるフラーレン空隙ならびにポリマーのナノ配列制御

フラーレン系分子とピセンを対象として、バルク、薄膜ならびにナノメータスケールでの構造と物性に関する研究を進めた。ナノメータスケールでの構造に関する研究としては、C60ならびにC70分子をシリコン基板上に配列させて、STMで観察しながらSTM探針を近づけて局所電界を印加し、配列構造を破壊する研究を進めた。次に、薄膜スケールでは、C60ならびにピセンを活性層とする電界効果トランジスタを作製した。とくに、電極を導電性高分子とするトランジスタデバイスを作製し、将来的なフレキシブルデバイスに向けた基礎的な研究を行った。ピセンFETは、酸素を暴露すると著しく移動度とオン電流が上昇する。このデバイスを酸素センサとして利用するためには、低電圧駆動を実現しなければならない。我々は、従来用いてきた400nmの膜厚を有するSiO2絶縁膜を40nmまで薄くするとともに、表面をフッ素系材料でコーティングして、ゲート電流を低下させて、ピセンFETの安定な低電圧駆動を達成した。また、パリレンと呼ばれる高分子膜を誘電絶縁膜としてピセンFETを作製し、絶縁膜表面での水の存在下で起こる「バイアスストレスによるトラップ準位の増大に伴う伝達特性でのヒステリシスの出現」を完全に抑えることに成功した。これによって、連続印加電圧によってピセンFETのオン電流が時間とともに減衰する現象をなくすことに成功した。ピセンFETに関連しては、水素暴露によるオン電流の減少効果なども見いだしている。ピセンのバルク結晶中にアルカリ金属原子を挿入して、20Kという有機物としては、著しく高い超伝導転移温度を有する物質を作製した。これは、ピセンの擬二次元的構造への金属挿入に基づいており、「ナノ空隙を金属原子で埋める化学」と言うことができる。この結果は、「有機物の超伝導の歴史に新たな一歩を記すもの」として、Natureにおいて公表された。また、各種の科学雑誌(Scientific Americanなど)で紹介された。超高真空走査トンネル顕微鏡(STM)を使ってC70分子のSi(111)-(7×7)清浄表面上での積層過程の詳細な調査を行って, C70はVolmer-Weber型積層形態をとることを明らかにした.これは,これまでに研究したC60やM@C82とは異なる積層形態であって, C70の分極率がC60より高く, M@C82系に比べてクーロン斥力が小さいために,凝集力が大きくなることから生じた現象であることを示唆した.また, C70を積層後, 100°Cで12時間以上加熱することにより最密表面の形成に成功した. Si(111)-(7×7)清浄表面でのC70の最密表面形成に関する成功例はこれまでなく,今回が初めての成功である.また,異方的な形状であるC70分子での最密表面形成に成功したという点で非常に重要である.得られた最密表面の構造形態を詳細に調べるとともに, STM探針からの電界印加によって,分子スケールでの空隙形成と,空隙サイズの精密な制御を行った.C70最密表面はC60最密表面より多くの歪みを含んでおり,歪み部分への電界印加は,一度に20分子以上の空隙形成を引き起こすことを明らかにした.これによって,表面の不安定性を調べる手段として,探針からの電界印加が有効なプローブ手段となることを示した.このように, C70最密表面で人工的にナノ新物質構造を作りだすことができることを示した.この成果は,本研究課題の直接目標とするものであり,この方法を多様なフラーレンに適用することによって新規なナノ物質が作製できるものと期待される.得られた成果は, Applied Physics Letters(APL)誌に掲載された.芳香族分子であるピセンを使った高性能薄膜電界効果トランジスタ(FET)を作製し,このトランジスタが非常に良いpチャネルFET特性を示すとともに,酸素によってFET特性が大幅に向上する酸素センシング効果があることを明らかにした.酸素による特性向上は, Multiple shallow trap and releaseモデルに基づいた解析から,トラップの劇的な減少によって生じていることを明らかにした.さらに,ピセン結晶の空間にアルカリ金属原子を挿入することによって,金属化と20K付近での超伝導転移を実現することに成功した.この超伝導転移温度は,フラーレン系を除くと有機超伝導体の世界記録である.これらの研究成果に関連して, J.American Chemical SocietyならびにAPL誌に成果を報告するとともに特許出願した.また,超伝導の成果は現在論文投稿中である.フラーレン系分子とピセンを対象として、バルク、薄膜ならびにナノメータスケールでの構造と物性に関する研究を進めた。

また、パリレンと呼ばれる高分子膜を誘電絶縁膜としてピセンFETを作製し、絶縁膜表面での水の存在下で起こる「バイアスストレスによるトラップ準位の増大に伴う伝達特性でのヒステリシスの出現」を完全に抑えることに成功した。これによって、連続印加電圧によってピセンFETのオン電流が時間とともに減衰する現象をなくすことに成功した。ピセンFETに関連しては、水素暴露によるオン電流の減少効果なども見いだしている。ピセンのバルク結晶中にアルカリ金属原子を挿入して、20Kという有機物としては、著しく高い超伝導転移温度を有する物質を作製した。これは、ピセンの擬二次元的構造への金属挿入に基づいており、「ナノ空隙を金属原子で埋める化学」と言うことができる。この結果は、「有機物の超伝導の歴史に新たな一歩を記すもの」として、Natureにおいて公表された。また、各種の科学雑誌(Scientific Americanなど)で紹介された。
PRC部材の長期変形・ひびわれ幅の機構と解析法に関する研究

本研究はPRC部材のプレストレス導入後から死荷重を受けた後の長期変形・ひび割れ幅のメカニズムとその解析方法を検討するものである。平成6、7年度にわたって行った研究成果の概要は以下の通りである。1.重ね合わせの原理に基づき、コンクリートのクリープと収縮の影響を考慮したコンクリートの応力-ひずみ関係式を定式化した。これを用い、さらにコンクリートの全ひずみと鋼材ひずみの間に平面保持の仮定が成立するとして、変動応力化のひび割れ断面の、プレストレス直後から長期にわたる、クリープ解析に成功した。2.ひび割れ断面のクリープ解析に加え、重ね合わせ法を用いて全断面のクリープ解析を行い、さらにテンションスティフニング効果を考慮することにより、変動荷重を受ける場合にも適用可能な変形解析方法を提示した。3.テンションスティフニングの既往の代表的なモデル(ACI,CEB Manual、CEB Model Code 90(MC90))では、静的載荷時の場合、MC90はプレストレスが大きくなるにつれてテンションスティフニングを小さく評価する傾向にあり、長期においてはMC90、Manual,ACIの順に平均曲率を過大に評価する傾向が認められた。4.以上の検討に基づいて、設計のための短期、長期ともに適用可能な有効曲げ剛性式を提案し、標準示方書に取り入れられた。5.PRC部材のひび割れ幅の増加に及ぼす乾燥収縮の影響は持続載荷180日程度では乾燥収縮の寄与率は6580%であるが、載荷日数が長くなると寄与率が小さくなることを明らかにした。また、プレストレスを大きくすることによって引張鉄筋比を小さくすることはひび割れ間隔が広くなるが、ひび割れ幅の経時的な増加を助長することはなかった。さらに、長期変形に及ぼす乾燥収縮の影響はプレストレスが大きいものほど小さかった。平成6年度はPRC部材の基礎となるRC部材の長期変形・ひび割れ幅に及ぼす乾燥収縮の影響についても検討を行った。平成6年度に得られた知見は以下の通りである。1.RC部材のひび割れ幅に及ぼす乾燥収縮の影響は、屋外の場合、ひび割れ間コンクリートのひずみの増加は乾燥収縮ひずみにほぼ比例したが、屋内の場合には乾燥収縮ひずみが約300×10^<-6>以上でその増加割合が小さくなり比例しないことが認められた。また、ひび割れ幅増加に及ぼす乾燥収縮の影響度は屋内より屋外の方が高かった。2.PRC部材のひび割れ幅の増加に及ぼす乾燥収縮の影響は持続載荷180日程度では乾燥収縮の寄与率6580%であるが、載荷日数が長くなると寄与率が小さくなる傾向が認められた。3.ひび割れ断面および全断面有効断面の断面解析を重ね合わせ用いて行い、代表的な方法(CEB Manual,CE B Model Code 90(MC90))によるテンションスティフニング効果の妥当性と適用範囲について検討を加えた。静的載荷時の場合、MC90はプレストレスが大きくなるにつれてテンションスティフニングを小さく評価する傾向にあり、Manualはプレストレスが大きい場合に精度良く評価できた。長期においてはMC90,Manualの順に平均曲率を過大に評価する傾向が認められた。また、変形を計算する際に必要な換算断面二次モーメントにプレストレス力と乾燥収縮の影響を考慮した長期の算定式を提案し、示方書に取り入れられることが検討されている。

平成6、7年度にわたって行った研究成果の概要は以下の通りである。1.重ね合わせの原理に基づき、コンクリートのクリープと収縮の影響を考慮したコンクリートの応力-ひずみ関係式を定式化した。これを用い、さらにコンクリートの全ひずみと鋼材ひずみの間に平面保持の仮定が成立するとして、変動応力化のひび割れ断面の、プレストレス直後から長期にわたる、クリープ解析に成功した。2.ひび割れ断面のクリープ解析に加え、重ね合わせ法を用いて全断面のクリープ解析を行い、さらにテンションスティフニング効果を考慮することにより、変動荷重を受ける場合にも適用可能な変形解析方法を提示した。3.テンションスティフニングの既往の代表的なモデル(ACI, CEB Manual、CEB Model Code 90(MC90))では、静的載荷時の場合、MC90はプレストレスが大きくなるにつれてテンションスティフニングを小さく評価する傾向にあり、長期においてはMC90、Manual、ACIの順に平均曲率を過大に評価する傾向が認められた。4.以上の検討に基づいて、設計のための短期、長期ともに適用可能な有効曲げ剛性式を提案し、標準示方書に取り入れられた。5.PRC部材のひび割れ幅の増加に及ぼす乾燥収縮の影響は持続載荷180日程度では乾燥収縮の寄与率は6580%であるが、載荷日数が長くなると寄与率が小さくなることを明らかにした。また、プレストレスを大きくすることによって引張鉄筋比を小さくすることはひび割れ間隔が広くなるが、ひび割れ幅の経時的な増加を助長することはなかった。さらに、長期変形に及ぼす乾燥収縮の影響はプレストレスが大きいものほど小さかった。
アルザノール生合成経路の完全解明および生物生産プラットフォームの確立

本研究ではカレープラントが生産する薬理活性成分アルザノールの生合成経路を網羅的に解明することを目的としている。アルザノールは特徴的なプレニル化ポリケチド二量体であり、1)ポリケチド生成、2)プレニル化および、3)酸化的カップリングの三段階で生成すると推察される。私は既にポリケチド合成酵素を同定しており、本年度はプレニル転移酵素に関する研究を検討した。まず始めに若葉トランスクリプトームデータをスクリーニングし、候補配列HiPTを確認した。本酵素のcDNAを発現ベクターpPICZAに組込み、酵母Pichia pastorisに導入して発現誘導の後、得られたミクロソーム画分を粗酵素としてアッセイを行なった。この結果、組換えHiPTはphloroacetophenoneにDMAPP由来のdimethylallyl基を転移し、アルザノール生合成前駆体のprenylated phloroacetophenone(2,4,6-Trihydroxy-3-(3,3-dimethylallyl)acetophenone)を生成することを確認した。次いで各種の芳香族及びプレニル基質を用いて基質特異性を検討した結果、本酵素の基質特異性は極めて厳密で、phloroacetophenone及びDMAPP以外の基質を受容しないことを確認した。以上からHiPTはアルザノール生合成経路に特化したプレニル転移酵素と結論した。アルザノール生合成経路の最終ステップはprenylated phloroacetophenoneともう一分子のポリケチド(6-ethytl-4-hydroxy-3,5-dimethyl-2- pyrone)の分子間酸化カップリングと推察しており、トランスクリプトームデータのスクリーニングから、本反応に関わる酸化酵素の候補配列を数種確認し、今後これらの酵素機能を確認する計画としている。本年度はアルザノールの生合成経路で機能するプレニル転移酵素の同定及び機能解析に成功し、またトランスクリプトームデータのスクリーニングから最終ステップを触媒する酸化酵素の候補遺伝子を確認した。以上より当初の目標をほぼ達成することができたと考えている。本研究では先に述べた通り、アルザノール生合成経路のポリケチド合成酵素とプレニル転移酵素を同定、キャラクタライズするに至っており、今後は酸化カップリング酵素の同定を中心に研究を進める。アルザノール生合成経路に予想される酸化カップリング酵素はポリケチド分子間のメチレンを介した炭素-炭素結合を形成すると想定しているが、このような分子間酸化反応を触媒する酵素は植物二次代謝では新規である。一方、分子内でのメチレンブリッジ形成を触媒する酵素としてFAD結合型オキシダーゼの一種であるベルベリン架橋酵素(BBE)が知られており、アルザノール生合成においてもBBE関連酵素がポリケチドの分子間カップリングを触媒する可能性を考えている。そこで今後は、トランスクリプトーム解析で確認したBBE関連配列について酵母で発現し、酵素活性を確認する計画である。また本計画により目的酵素をコードする遺伝子が得られなかった場合には、cDNA発現ライブラリーの作製及び組換え酵素の網羅的な機能解析に基づく機能発現スクリーニングを検討し、アルザノールの生合成に関わる酸化カップリング酵素遺伝子を同定する。

一方、分子内でのメチレンブリッジ形成を触媒する酵素としてFAD結合型オキシダーゼの一種であるベルベリン架橋酵素(BBE)が知られており、アルザノール生合成においてもBBE関連酵素がポリケチドの分子間カップリングを触媒する可能性を考えている。そこで今後は、トランスクリプトーム解析で確認したBBE関連配列について酵母で発現し、酵素活性を確認する計画である。また本計画により目的酵素をコードする遺伝子が得られなかった場合には、cDNA発現ライブラリーの作製及び組換え酵素の網羅的な機能解析に基づく機能発現スクリーニングを検討し、アルザノールの生合成に関わる酸化カップリング酵素遺伝子を同定する。本年度はプレニル転移酵素の機能解析を中心とする実験が比較的順調に進行したことから若干の未使用額が生じた。今後は酸化カップリング酵素の同定に関し、多くの候補遺伝子の機能解析が必要であることから未使用額と翌年度請求額を合わせて適切に使用することで実験の成功につなげる計画である。
気候変動下での暑熱障害と感染症による健康リスクの予測と統合的評価

気候変動下では、都市気象の変化により感染症や暑熱障害等の健康リスクが高まることが想定されており、特に途上国都市ではその脆弱性が懸念される。本研究は、東南アジアの都市を対象として、(1)熱中症や睡眠障害等の暑熱に関連する健康障害、(2)下痢症・皮膚病・眼病等の水系感染症、(3)デング熱やジカ熱等の蚊媒介感染症の3つの健康リスクをそれぞれ予測する機械学習モデルを開発する。そして、気候変動モデルとのカップリングにより、想定する気候変動適応オプション下における3つの健康リスクのDALY(障害調整損失年)をそれぞれ算定し、合計して経済的損失に換算することで、3つのリスクを統合的に評価する手法を構築する。気候変動に伴う個人の健康リスクを、暑熱病、水系感染症、虫媒病にフォーカスし、これらの複合的効果とリスクを数理モデル化する。さらに機械学習モデル化を目指している。この数理モデルを具体的な研究都市5つでの測定から解析することにより、社会に対して気候変動適応計画を提供しようとする野心的な計画である。これまでのモデルの脆弱性を考慮し、環境、社会条件を変数に組み込んだ複雑モデルへの展開は新規で学術的意義がある。異なる疾病リスクをDALYに換算して共通尺度として統合化する試みは世界的にも行われておらず、今後のSDGs関連研究のパイオニアとして期待が持てる。
サイトカインENFペプチドファミリーの受容体活性化機構の解明

ENFペプチドは成長の制御や細胞増殖、免疫細胞の活性化など様々な活性を有する昆虫由来のサイトカインである。我々は、メタノール資化性酵母Pichiapastorisを用いた融合発現系を用いることで、このサイトカインの解析に有効な大量生産系の構築に成功した。また、このENFペプチドの受容体活性化機構に関連するタンパク質であるGBP-BPとの相互作用解析を進め、その作用機構の一端を明らかにした。ENFペプチド等による昆虫免疫系等における受容体及び受容分子との相互作用を明らかにして活性化機構を分子レベルで理解するために、本年度は、以下の検討を行った。まず、ENFペプチドに関する構造生物学的研究を円滑に進めることを目標に、既存の大腸菌を用いたENFペプチド大量発現系に加えて、酵母を用いたENFペプチドの大量発現系の構築について検討を進めた。融合タンパク質を用いた新しい手法の導入により発現効率を大幅に向上させることに成功した。次に、ENFペプチドが相互作用することがすでに明らかになっているEGF受容体及び受容分子GBP-BPを中心に、構造生物学的アプローチにより、それらの相互作用に関する情報の解析を進めた。NMR法による相互作用解析及びSPR法による相互作用解析を進め、ENFペプチドが関連分子と相互作用する際の重要残基に関する検討を行った。その結果、ENFペプチドのGBP-BPとの結合における重要残基に関するいくつかの知見を得ることに成功した。さらに、ENFペプチドと一次配列上の相同性は低いながら、立体構造が類似しているケモカイン様サイトカインHCPについても、その受容体との相互作用について、変異体解析を中心に進め、昆虫免疫系における、受容体刺激と活性化の機構についての検討をおこなった。この結果、HCPの活性発現に重要な役割を果たす領域について有用な知見を得ることに成功した。特に、糖鎖修飾部位を有するC末端側の領域についてその構造と機能が活性発現に与える影響について興味深い成果を得ることができた。ENFペプチド等による昆虫免疫系等における受容体及び受容分子との相互作用を明らかにして活性化機構を分子レベルで理解するために、本年度については昨年度に引き続いて以下の検討を進めた。まず、昨年度までに構築した大腸菌及び酵母によるENFペプチド発現系の改良を進め、効率的にNMR解析に有効な安定同位体標識試料を調整する技術のさらなる検討を進めた。次に、受容体活性化メカニズムの分子機構の解明については、昨年度に引き続きENFペプチドが相互作用することがすでに明らかになっているEGF受容体及び受容分子GBP-BPを中心に、構造生物学的アプローチにより、それらの相互作用に関する情報の解析を進めた。NMR法による相互作用解析及びSPR法による相互作用解析から、ENFペプチドに対するスカベンジャーとして働くと考えられるGBP-BPとの結合に関していくつかの新しい知見を得ることに成功した。また、昆虫免疫系における新規受容体の同定と解析については、昆虫の血球細胞活性化に関与すると考えられるアダプター分子などがごく最近新規に同定されているが、ENFペプチドの直接の受容体についてはまだ同定されていないことから、新規の受容体の同定を目指した検討を進めた。また、ENFペプチドと一次配列上の相同性は低いながら、立体構造が類似しているケモカイン様サイトカインHCPについては、その受容体との相互作用について、変異体解析を中心に進め、活性発現に重要な残基及び立体構造上の特徴について、いくつかの新しい知見を得ることに成功した。まず、構築した大腸菌及び酵母によるENFペプチド発現系の改良を進め、効率的にNMR解析に有効な安定同位体標識試料を調整する技術のさらなる検討を進めた。受容体活性化メカニズムの分子機構の解明については、引き続きENFペプチドが相互作用することがすでに明らかになっているEGF受容体及び受容分子GBP-BPを中心に、構造生物学的アプローチにより、それらの相互作用に関する情報の解析を進めた。NMR法による相互作用解析及びSPR法による相互作用解析から、ENFペプチドに対するスカベンジャーとして働くと考えられるGBP-BPとの結合に関して新しい知見を得ることに成功した。ENFペプチドと一次配列上の相同性は低いながら、立体構造が類似しているケモカイン様サイトカインHCPについては、その受容体との相互作用について、変異体解析を中心に進め、活性発現に重要な残基及び立体構造上の特徴について、新しい知見を得ることに成功した。計画している各種の相互作用解析が順調にすすんでおり、概ね順調と言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究については、本年度に引き続き、遺伝子組換え技術により調整した安定同位体標識ENFペプチド及びHCPを活用することで、相互作用分子との相互作用部位及び重要な立体構造上の特徴についての解析を進め、未知の点が多いENFペプチド及びHCPの活性化
金属触媒を用いない革新的クロスカップリング反応によるビアリ-ル新合成とその応用

芳香族化合物は医薬、農薬の基本骨格であるだけでなく、そのオリゴマーやポリマーは近年、材料科学分野で実用化されているため、有用な前駆体となる高度に官能基化された芳香族化合物類の高効率的な合成法の開発は重要な研究課題である。今回申請者はまず、チオフェン類とヨウ素反応剤から生成するヨードニウム塩の反応性を利用した、3位置換チオフェン類の位置選択的なビアリールカップリング反応を応用し、有用光素子であるMK-2の簡便合成に成功した。さらにその他の芳香族化合物としてフェノール類の酸化的カップリング反応を検討し、ディスコティック材料の重要な中間体であるヘキサヒドロトリフェニレン(HHTP)の簡便合成法の開発に成功した。我々はこれまでに、毒性の高い重金属酸化剤に代わる、安全で多様な反応性を有する3価の超原子価ヨウ素化合物、特にphenyliodine diacetate(PIDA)やphenyliodine bis(trifluoroacetate)(PIFA)を用いた種々の芳香族化合物のカチオン種を経由する、新規炭素ー炭素結合形成、官能基化反応を開発すると共に、各種生物活性天然物の合成における鍵反応として利用してきた。さらに、最近ではヘテロ芳香族化合物へと本手法を展開し、様々なヘテロ芳香族化合物の、ヨードニウム中間体を経由する酸化的クロスカップリング反応の開発に成功している(J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 1668.)。本年度はその応用として、まずチオフェン環を主骨格として持つ、光増感型の太陽電池の素子であるMKー2の簡便合成法の開発に成功した。また、その他の芳香族化合物への応用として、フェノール類であるカテコールを特定のプロトン酸を添加し、超原子価ヨウ素反応剤と反応させると、ディスコチック液晶材料の中間体、機能性有機材料の原料として有用な2,3,6,7,10,11-ヘキサヒドロキシトリフェニレン(HHTP)が得られることを見出した。本反応は一般的な重金属酸化剤である、タリウム(1II)、パナジウム(V)等の重金属酸化剤を用いない、非常にクリーンな反応である。また芳香族化合物の修飾だけでなく、超原子価ヨウ素反応剤を用いた新規官能基化反応を開発し、抗腫瘍活性天然物ラクトナマイシンの全合成達成、不斉合成を達成すべく研究を行っている。ビアリール類は、近年医薬や農薬関連分野において薬物活性発現に重要な役割を担う部分構造として注目度が高いだけでなく、そのオリゴマーやポリマーは、すでに材料科学分野で実用化されている。そのため有用な前駆体となる高度に官能基化されたビアリール化合物の高効率的な合成法の開発はこれからも重要な研究課題である。芳香環に芳香環をつなぐ手法としては、熊田・玉尾・コリューや鈴木・宮浦カップリングなどに代表されるような、遷移金属触媒を用いたクロスカップリング反応が汎用されており、現在も多くの研究者らにより活発に新たなクロスカップリング反応の研究開発が行われている。中でも官能基化を必要としない芳香族化合物の酸化的なクロスカップリング反応は、ハロゲン化やメタル化等の官能基化が予め必要な遷移金属を用いた結合形成反応に比べ、原料の構造修飾を必要としない直接的かつ簡便で、副産物の少ない有用な手法である。しかしながら酸化的手法を用いたクロスカップリング反応の場合、目的とするカップリング体の他にホモダイマーが副生したり、過剰酸化の問題があり、反応の制御が困難でこれまでに効果的な手法は報告されていなかった。最近我々は、超原子価ヨウ素反応剤を用いたヘテロ芳香族化合物の酸化的クロスカップリング反応を報告している。今回我々が開発した反応の拡張として、ヨウ素反応剤を用いた様々な芳香族化合物への酸化的カップリングの開発を目的とし、検討した。その結果、ヘテロ芳香族化合物であるチオフェン類の効率的なカップリング反応並びに、電子豊富芳香族化合物のクロスカップリング反応へと展開することに成功した。ビチオフェンの二量化体は、良質なπ共役系ポリマーの出発原料や天然物の母核となる有用な化合物群である。現在その合成には主にチオフェン類のハロゲン体やメタル体等の前駆体をあらかじめ調製して、遷移金属を用いてカップリングさせる方法が汎用されており、選択性が高い点で有用な方法である。しかしこれらの手法は、前駆体を予め調整する必要があるため多くの工程数を要する。

我々は、3価の超原子価ヨウ素反応剤phenyliodine(III) bis(trifluoroacetate) (PIFA)を用いる、フェニルエーテル類やアルキルアレーン類の前駆体を必要としない酸化的カップリング反応をヘテロ芳香族化合物であるチオフェン類へと応用し、ビチオフェン類の合成に成功した。(Eur. J. Org. Chem., 2011, 6326-6334.)さらに我々が以前に報告している3価の超原子価ヨウ素反応剤であるPIFAを用いたアルキルアレーン類の新規クロスカップリング反応をフェニルエーテル類へと応用展開し、ヨウ素反応剤の構造を最適化することで副反応を抑えてさらに収率良く、効率的にクロスカップリングを進行させ、天然物類似の酸素官能基化ビアリール類を効率よく得ることに成功した。(Org. Lett., 2011, 13, 6208-6211.)ヘテロ芳香族ビアリール類は生理活性天然物や医薬品に多くみられる重要な化合物である。先に述べたように申請者らは最近、芳香族化合物の一電子酸化により生成する、ヘテロ芳香族化合物の超原子価ヨウ素中間体を経由する酸化的手法を用いた、遷移金属触媒を用いない世界で初めてのクロスカップリング反応を見出し、その手法を応用展開ている。今後申請者は、遷移金属触媒を一切用いないヘテロ芳香族化合物のさらなる網羅的な官能基化反応を検討する。ヘテロ芳香族化合物は酸化電位が非常に低く、酸化的カップリングを用いた反応の制御は非常に困難である。最近になってようやく遷移金属を触媒とする、インドール類やピロール類などの異種分子間カップリング反応が報告されたが、過剰な基質と高温条件が必要であり、酸化剤の他に遷移金属触媒の添加が必要であるといった課題がある。現在、ヘテロ芳香族化合物であるチオフェン類、ピロール類やインドール類において、ヨウ素反応剤を選択することにより、ヨードニウム中間体が収率よく生成することを確認している。今後、更にカルバゾール類、アゾール類のヨードニウム中間体を合成し、カップリング反応や求核種導入による官能基化反応へと展開し、本研究を完遂したい。平成24年度、主なものとして、種々の消耗品代として160万円の6割は試薬代を予定している。また、ガラス器具や担体等は各々約30万円と考えている。研究成果の発表には論文1報当たり数万円が必要であり、別刷り代金とし約10万円を計画している。また、学会参加を通じて情報収集や成果発表を行う必要があることから、国内、海外旅費約20万円を計画している。
アメリカ合衆国の知育論の比較教育哲学的研究

本研究は、子どもの自己実現に最適の知育のあり方を探究するため、アメリカ合衆国の主要な教育哲学を比較研究することを目ざした。具体的には、進歩主義,論理経験主義、改造主義、実存主義,伝統主義の知育論の特色を検討した。進歩主義については、「進歩主義教育の知育論」と題して椙山女学園大学研究論集第21号(1990年)で発表した。ここでは、進歩主義の知育論が、子どもへの迎合教育ではなくて、成長を究極的価値として子どもの発達、興味、教師の指導性、教材の組織化を科学的に究明する立場であることを明らかにしている。したがって、道徳的価値を科学的探究の領域外にあると主張する論理経験主義とは立場を異にしている。改造主義に関しては、「改造主義教育」及び「ブラメルド,T.」と題して『新教育学大時点』(第一法規,1990年)で,また「改造主義」と題して平光昭久・甲斐進一論『教育の本質と目標』で発表した。改造主義は進歩主義に多くの点で共鳴しながらも、文化改造の教育の角度からの知育論の確立に関心を示している。改造主義の知育論の鍵概念は、社会的自己実現を目ざした合意的確認の方法である。合意的確認とは、社会的自己実現の内実を科学的、学際的研究によって解明するとともに、それが多数者の理解、合意が得られることを重視するものである。実存主義に関しては「実存主義」と題して前掲の『教育の本質と目標』で発表した。ここでは主体的知的、創造的知性の育成の重要性を論じた。伝統主義に関しては、「創造的思考」、「直観的思考」と題して発表した。ここでは、ブル-ナ-の発見学習が、これらの思考の育成に貢献することを明らかにした。また、創造的思考は無からではなくても経験の深化と拡大によって生まれること、直観的思考は、幼い子どもにも、最先端の学問領域の学者にも有益な武器となることを明らかにした。
ナノ・マイクロダブルパターニングポーラスSi基板上高出力GaN系LED

廉価・高性能な発光ダイオード(LED)の実現に向け、新たな基板(ポーラスSi(PSi))を作製し、この上にLED用半導体材料(GaN)を形成する実験を行った。従来問題となった反りおよび歪みが低減され優れた発光特性を得たが、ヒビやポンホールが観察され平坦性が悪かった。調査したところPSi基板が高温時に変形することが原因であることがわかった。この変形を抑制することで上記問題が大幅に改善された。ポーラスSi(PSi)は表面に多数の微小孔を有し、格子ミスマッチの緩和や転位のベンディングによる転位低減、さらに柔軟な構造による反りの低減が期待される。本年度は転位・反りの低減を目的とし、ポーラスSi基板上に高品質GaNの結晶成長を試み、特性を評価した。PSi基板について、p型Si(111)基板をHF水溶液ベースの電解液中でダブルパターニング陽極化成したものを使用した。PSi層の膜厚は約20100μmである。結晶成長は横型MOCVD装置により行った。成長圧力は100Torrである。1120°CにてAlN中間層50nm、GaN層1μmを順次成長した。また、LED応用を目的に20ペアn-GaN/n-AlN(20/5nm)多層膜を介したn-GaN0.5μm構造も結晶成長させた。比較のために同一構造を通常のSi基板(Flat Si基板)上に成長した。PSi基板上GaNは反りがほとんど観察されず、レーザー測長器の測定限界以下であった。室温PLの結果、PSi基板上GaNはFlat Si基板上GaNよりバンド端発光が強く、深い準位からの発光が弱かった。GaN基板上、サファイア基板上n-GaNともに、77KにおけるPLスペクトルを測定したところ、GaN基板上のピークに対し(無歪と仮定)、サファイア基板上のピークは高エネルギー側に現れ(面内圧縮歪み)、PSiおよびFlat Si基板上は低エネルギーに現れた(面内伸張歪み)。PSi基板上GaNはFlat Si基板上よりGaN基板上のピークに近く、特にn-AlN/n-GaN多層膜を挿入したPSi基板上が最も近い。PSi基板を結晶成長用基板として用いることで反りおよび面内歪みが低減され、光学的に優れた特性を持つGaNを得ることができた。昨年度、ポーラスSi(PSi)基板上へのGaNの単結晶成長を行い、通常のSi基板上GaNと比較して反りおよび面内歪みが低減し、フォトルミネッセンスバンド端発光強度が向上した。しかしながら、多数のクラックやピットが観察され、平坦性も悪かった。本年度はこの原因を調べるため、詳細な断面観察を行い、その改善を行った。断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、PSiの数数10nmスケールの微細構造が失われ、サブミクロンスケールのフォーム状構造に変化していることがわかった。窒化物層とPSiの界面にボイドが存在する箇所のGaN表面にはピットが現れることもわかった。GaNの成長時間を025min(1μm相当)変化させた試料を作製し、変化の過程を調べた。その結果、0minの段階で既にPSiの構造が変形していること、時間と共にフォーム状構造が大きくなっていくことがわかった。さらにピット付近の透過電子顕微鏡による観察を行ったところ、フォームの空洞底に窒化物層/PSi界面層が下方に移動していることがわかった。これらの結果より、成長中にPSiが窒化物層ごと変形、界面に窪みを形成し、その上に横方向成長する過程でピットが発生することがわかった。そこで、PSiの変形を抑えるためにPSi基板上に12μmのSi薄膜をエピタキシャル成長させたSi/PSi基板の使用を試みた。その結果、Si基板上GaNと同様、AlN中間層上でほぼ擬二次元成長する成長様式であり、界面ボイドやピット、さらにはクラックの発生が抑制された。AFMによる表面粗さ測定の結果、Si基板上GaNと同程度に小さく、平坦性も大幅に改善された。顕微ラマン分光により膜中応力の推測を行ったところ、僅かながら応力の低減が認められた。これはエピタキシャルSiの厚さがGaNと同程度の膜厚であり、フレキシブル性が弱められたためと考えている。エピタキシャルSi層を薄くすることにより、平坦かつ応力の小さなGaNを成長できるものと期待できる。
18世紀末から19世紀初頭のドイツにおけるローマ史解釈の政治学

政治学と歴史叙述の関係史において、18世紀末から19世紀初頭のドイツにおけるローマ史解釈論争は転換点となった。フランス革命に端を発する政治的混乱の最中、ドイツ知識人たちは、同時代の政治的争点をめぐって、ローマ史を題材に政論を展開したのである。そこにはドイツ政治社会の構造、さらには同時代の思想的配置図が反映されていた。とりわけ、この論争は政治学と歴史叙述との関係を根底から問い直す性格をもっていた。政治的歴史叙述という伝統と、歴史学の学問的自律化という新傾向との対立が、論争の基調をなすのである。本研究は、近代的史料批判の確立者でもあるローマ史家、B.G.ニーブーアを中心に、当時のローマ史論家たちを政治思想史の文脈に位置づける。本年度の研究は順調に進展した。本年度の基調としては、ニーブーアとその周辺に関する先行研究を分析した。5月24・25日には、関西大学千里山キャンパスにて開催された政治思想学会(自由論題・分科会1)において、「18・19世紀転換期におけるローマ王政期解釈の政治学」と題した報告をおこなった。さらに、報告時の質疑応答の結果をふまえた修正をほどこしたうえで、論文「ある政治史の出発: B.G.ニーブーアのローマ王政論」を、同学会誌『政治思想研究』に投稿した。同論文は、査読を通過し、刊行待ちの状態にある。8月後半から9月初めにかけて、フランクフルト国立図書館において、日本では入手困難な二次文献についての史料収集を行った。その際には、マックス・プランク欧州法史研究所で、M. Stolleis氏、およびH. Mohnhaupt氏らから研究上の助言を得ることができた。また、年明けの2月21日には、東京大学大学院法学政治学研究科の「政治理論研究会」において、博士論文の内容に関する報告(「19世紀ドイツにおけるフランス革命史の政治学」)をおこなった。本研究課題は、翌年度、交付申請を辞退する研究課題のため、記入しない。
人工知能技術応用による病院建築計画の総合的最適化法に関する基礎的研究

本研究では,建築設計における総合的最適化に関する基礎的研究として,建築計画的・構造計画的な最適化について考察を行った.各年度ごとに以下のようにまとめられる.1年目:建築計画では,手術室などの各部屋を近接させるべき度合いを「親近度」で表現し,部屋間の相互関係に関する知識ベースを構築した.あいまいな知識はファジィ表現により記述した.これを踏まえて,各部屋の配置問題を,親近度に基づく動線量の最小化問題として定式化し,動的計画法およびニューラルネットワークによる解法を提案した.構造計画では,動的ねじれ特性の適正化を主眼に置き,耐震要素の配置問題に対して分枝限定法を適用した手法を提案した.2年目:実設計に向けて,建築計画では解探索の一層の効率化と,構造計画では建物強度算定の精度向上が問題となり,これらの問題点の解決を当年度の目標とした.建築計画では,新たに逐次線形計画法を用いた最適化手法を提案し,計算効率と解の精度の点で有効であることを確認した.しかし,平面計画のエスキス段階のように,条件を満たす多数の配置結果を要する場合は,ニューラルネットワークのような人工知能技術も有効であった.また,一次元の施設配置問題として,病院の廊下に沿うナースステーション,便所および避難階段の配置計画を数理的に取扱い,入院患者の利用距離最小の理論解を誘導するとともに,実設計との比較を行った.構造計画では,耐震2次診断レベルの安全性の確保を目標に,保有水平耐力を制約条件とした壁配置問題を設定し,具体的な設計例への適用によって制約条件が壁配置に及ぼす影響を考察した.本研究では,全体のシステム最適化を,建築計画と構造計画に分けて取扱っているが,動線量の最小化を目標として各部屋の配置を決定し,得られた部屋配置に対して,壁量が最小となる壁配置を決定すれば,全システムの最適化が可能である.本研究では,建築設計における総合的最適化に関する基礎的研究として,建築計画的・構造計画的な最適化について考察を行った.各年度ごとに以下のようにまとめられる.1年目:建築計画では,手術室などの各部屋を近接させるべき度合いを「親近度」で表現し,部屋間の相互関係に関する知識ベースを構築した.あいまいな知識はファジィ表現により記述した.これを踏まえて,各部屋の配置問題を,親近度に基づく動線量の最小化問題として定式化し,動的計画法およびニューラルネットワークによる解法を提案した.構造計画では,動的ねじれ特性の適正化を主眼に置き,耐震要素の配置問題に対して分枝限定法を適用した手法を提案した.2年目:実設計に向けて,建築計画では解探索の一層の効率化と,構造計画では建物強度算定の精度向上が問題となり,これらの問題点の解決を当年度の目標とした.建築計画では,新たに逐次線形計画法を用いた最適化手法を提案し,計算効率と解の精度の点で有効であることを確認した.しかし,平面計画のエスキス段階のように,条件を満たす多数の配置結果を要する場合は,ニューラルネットワークのような人工知能技術も有効であった.また,一次元の施設配置問題として,病院の廊下に沿うナースステーション,便所および避難階段の配置計画を数理的に取扱い,入院患者の利用距離最小の理論解を誘導するとともに,実設計との比較を行った.構造計画では,耐震2次診断レベルの安全性の確保を目標に,保有水平耐力を制約条件とした壁配置問題を設定し,具体的な設計例への適用によって制約条件が壁配置に及ぼす影響を考察した.本研究では,全体のシステム最適化を,建築計画と構造計画に分けて取扱っているが,動線量の最小化を目標として各部屋の配置を決定し,得られた部屋配置に対して,壁量が最小となる壁配置を決定すれば,全システムの最適化が可能である.1.病院建築計画条件の分析に関しては、手術室などの各部屋を近接させるべき度合いを、動線量に基づく「近親度」で表現し、既存の調査データから数値を設定して、部屋間の相互関係に関する知識ベースを構築した。また、あいまいな知識はファジイ表現を用いて記述した。2.3次元構造の力学的特性の分析に関しては、3次元建物の構造計画では、動的なねじれ特性の評価および保有水平耐力による強度の評価によって、全体構造における力学特性を整理した。更に耐震壁の配置計画問題にこれらの構造特性を制約条件として加え、最小重量設計問題として定式化を行い、Prolog言語を用いて表現した。3.空間モデルと構造モデルによる知識モデルの構築に関しては、空間モデルと構造モデルの統合化を以下の2段階の手順で行った。1)各部屋の配置を、動線量の最小化を目標として決定する。必要であれば、最小解だけではなく、様々な配置結果(満足解)も生成する。2)上記で得られた部屋配置に対して、各種の力学的制約条件下で壁量が最小となる耐震壁の配置を決定する。4.組み合わせ最適化手法の構成に関しては、動的計画法、逐次線形計画法およびニューラルネットワークによって比較的単純な空間の最適化を行い、各種法の比較を行った。計算効率から逐次線形計画法による方法が現段階では最も有効であるが、平面計画のエスキス段階のように、条件を満たす多数の配置結果を要する場合は、ニューラルネットワークも有効な最適化手法であることを確認した。壁配置計画では、解の正確さ・計算効率から現段階では分枝限定法が最も有効であると考えられる。

5.一次元の施設配置問題に関しては、病院の廊下に沿うナ-スステーション、便所および避難階段の配置計画を一次元最適配置数理計画問題にモデル化し、定常的な入院患者分布に対する利用距離最小の規範に基づくこの問題の理論解を誘導するとともに、数値シミュレーションのためのプログラム開発を行った。1.病院建築計画条件の分析に関しては、全システムとサブシステムとの相互関連因子などを抽出し、Prolog言語で記述し、病院建築に関する知識ベースを構築した。2.3次元構造の力学的特性の分析に関しては、3次元建築構造について、構造種別と特徴の整理、これを部分構造に分解してそれと全体構造における力学特性の相互関係の整理、更に構造安全性に関連する要因の抽出を行って、多種の制約条件と評価関数を整理した。3.空間モデルと構造モデルによる知識モデルの構築に関しては、建築空間分析と構造分析により得られた知識ベースから空間モデルと構造モデルを整合させ、統合化を図るため、知識ベースをフレームモデルによる知識表現に再構成し、各オブジェクトの階層構造を明確化した。4.組み合わせ最適化手法の構成に関しては、知識表現された空間モデル群と構造モデル群を組み合わせて最適建築システムを構成する最適化手法を開発した。以上の手法を用いて、耐震壁の最適配置に関して、建物の保有水平耐力を制約条件とした定式化、また経済性(建設コスト)に関係する壁量の最小化を目的関数として定式化し解析した。後者の場合の最適壁配置問題は、設計変数が耐震壁の配置位置や枚数など離散的であり、組み合わせ最適化手法として分岐限定法を用い効率的に解の探索をした。設計上の制約条件として、強度制約条件・層間変位制約条件・編心率制約条件を設定し、具体的な設計例への適用によって制約条件が壁の配置に及ぼす影響を考察した。また、病院の廊下に直線上に並ぶ設備施設や看護施設の配置計画を一次元最適配置数理計画問題にモデル化し解析した。距離の自乗を評価関数とし、その平均値最小で定式化し数値シミュレーションのためのプログラムを開発した。具体的病院のナースステーション、手洗い便所の最適配置へ適用し実際と理論解との比較をした。