hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノセルロース/ポリマー複合粒子のエマルションテンプレート合成

本研究課題では、木質資源の有効利用へ向けたナノセルロース由来機能性材料創出を目的としており、樹木から調製されるナノセルロースの特異的サイズおよび表面物性を活かしたナノセルロース/ポリマー複合粒子の合成を行っている。本年度は、これまでに確立した合成法を用いてナノセルロース/ポリマー複合粒子の合成を行い、その物性解析を行った。針葉樹漂白クラフトパルプに対してTEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl)触媒酸化を行い、得られたパルプの機械的解繊処理によって、表面にカルボキシ基を有するナノセルロースの分散液を調製した。このナノセルロース分散液とモノマーを混合し、機械処理を施すことで、ナノセルロースで安定化したoil-in-water (o/w)エマルションを調製した。このエマルション液滴中のモノマーを重合することで、CNFで表面を包んだマイクロ粒子の合成を行った。このようにして得られたマイクロ粒子に対して各種分析を行った。粒子の動的光散乱測定により粒度分布を評価したところ、平均径は3マイクロメートルであり、光学顕微鏡観察の結果とよく一致した。また、粒子のゼータ電位測定を行ったところ、値は-47 mVであり、もともとのナノセルロースのゼータ電位とよく一致することが分かった。すなわち、粒子表面は均一にナノセルロースで覆われていることが示唆された。この粒子を走査型顕微鏡で観察したところ、粒子表面は均一かつ高密度にナノセルロースで覆われていることが分かった。表面を覆うナノセルロースの層は約8 nmであり、熱重量測定で評価した値とよく一致した。さらに、粒子内部は空隙などが存在せず、均一に重合したポリマーで充填されており、目的としている構造を形成することができた。ナノセルロース/ポリマーマイクロ粒子の調製方法を確立し、得られる粒子の基礎物性評価が行えている。各種顕微鏡観察や光散乱法により粒子の構造を精密に評価する手法も確立しており、計画通りに研究が行えている。当初の計画通り、得られたナノセルロース/ポリマーマイクロ粒子の物性評価を引き続き行う。粒子の力学物性評価や表面ナノセルロースの修飾など、利用へ向けた機能性評価を行う。木質資源の有効利用へ向け、ナノセルロースを用いた機能性材料創出を目的としている。本研究課題では、樹木から調製されるナノセルロースの特異的サイズおよび表面物性を活かし、ナノセルロース/ポリマー複合粒子の調製を行う。本年度は、ナノセルロース/ポリマー複合粒子の調製条件最適化を行った。針葉樹漂白クラフトパルプに対してTEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl)触媒酸化を施すことによって、表面にカルボキシル基を有するナノセルロース水分散液を調製した。このナノセルロース水分散液に対して開始剤を溶解させたモノマーを添加し、超音波処理を行うことでモノマー液滴がナノセルロースによって分散安定化されたoil-in-water (o/w)エマルションを調製した。モノマー液滴サイズは超音波処理時間に伴って減少し、1分ほどの処理で約3 μmにレベルオフすることが分かった。このo/wエマルションは非常に安定であり、一週間常温で静置してもクリーミングや液滴合一が起きなかった。このエマルションを加熱・撹拌処理することで、ナノセルロースに内包されたモノマーを重合し、粒子を得た。粒子が最も収率よく得られる反応条件を探るために、反応時の開始剤量、反応時間および温度を変化させて実験を行った。その結果、粒子合成に適した反応条件を見出すことができ、その際の収率は80%以上であった。また、他の様々な幅や表面荷電量を有するナノセルロースを用いて比較実験を行い、粒子合成に適したナノセルロースの条件も見出すことができた。このように、ナノセルロースで安定化したo/wエマルションをテンプレートにナノセルロース/ポリマー複合粒子を調製することが出来、最適な調製条件を見出すことができた。ナノセルロース/ポリマーマイクロ粒子を高収率で調製できる条件を見出しており、計画通りに研究が行えている。また、環境調和性の高い水系プロセスでマイクロ粒子を回収および精製できるプロセスを確立した点も特筆に値する。さらに、マイクロ粒子合成に適したナノセルロース調製条件に関する知見も得られており、概ね順調に研究が行えていると判断できる。

また、粒子のゼータ電位測定を行ったところ、値は-47 mVであり、もともとのナノセルロースのゼータ電位とよく一致することが分かった。すなわち、粒子表面は均一にナノセルロースで覆われていることが示唆された。この粒子を走査型顕微鏡で観察したところ、粒子表面は均一かつ高密度にナノセルロースで覆われていることが分かった。表面を覆うナノセルロースの層は約8 nmであり、熱重量測定で評価した値とよく一致した。さらに、粒子内部は空隙などが存在せず、均一に重合したポリマーで充填されており、目的としている構造を形成することができた。ナノセルロース/ポリマーマイクロ粒子の調製方法を確立し、得られる粒子の基礎物性評価が行えている。各種顕微鏡観察や光散乱法により粒子の構造を精密に評価する手法も確立しており、計画通りに研究が行えている。ナノセルロース/ポリマー複合マイクロ粒子の構造評価法の確立を目指す。本年度は、粒子のサイズ分布評価および形態観察を行う。サイズ分布評価は、動的/静的光散乱法を用いて行う。また、形態観察は光学顕微鏡および電子顕微鏡を用いて行い、得られるマイクロ粒子の構造を評価する。これら構造的知見を活かし、次年度以降にナノセルロース/ポリマー複合マイクロ粒子物性評価を行う。当初の計画通り、得られたナノセルロース/ポリマーマイクロ粒子の物性評価を引き続き行う。粒子の力学物性評価や表面ナノセルロースの修飾など、利用へ向けた機能性評価を行う。申請者の異動により、必要な実験機器に変更が生じたため。参加予定であった学会に参加しなかったため差額が生じた。
分布定数系の多分解能システム理論の構築 -モデル表現と包括的コスト最適制御-

むだ時間系・分布系のモデル表現について基礎検討をおこない,安定性解析(モノドロミ作用素のスペクトル解析)や制御系設計(状態予測制御系の拡張)に関する研究をおこなった.多分解能モデル表現に関して,周波数成分の分離による概周期信号予測とアシスト制御への応用に関する研究をおこなった.可変構造モデルの文脈では,可変分解能モデルによる熱システムのモデル予測制御, LPVモデルによる視覚フィードバック制御の研究をおこなった.またMPCの計算量に関して,非線形最適化と並列計算の観点から,検討した.またこれ以外にも,分布系の問題として,熱系・流体系のモデル化,制御にも取り組んだ.むだ時間系のモデル表現と偏微分方程式系への拡張に関して,モノドロミ作用素の定義域とスペクトルの関係についての共著論文が国際誌IEEE TACに掲載された.また,高次ホールド近似に基づくモノドロミ作用素のスペクトル計算に関する共著論文が国内誌ISCIE論文誌に掲載決定した.これらを発展させた作用素状態方程式表現に基づく状態予測制御系のモデリング,有限極配置の拡張などについても検討を進めている.スケーラブルな多分解能モデル表現については検討を継続中であるが,複数の観点を盛り込んだモデル化の例として,過渡成分と周期成分を考慮した概周期信号予測モデルについて,周期動作の最適アシストの文脈から検討している.これに関する国際会議論文2編(IEEE ICIT2015, IEEE AMC2016)と国内誌論文1編(JSME論文誌)が採択,掲載されている.また,市販のレーザープリンタを流用した,温度分布制御実験用のプラットフォーム作成にも着手している.同実験装置を用いた定着プロセスのモデル化と切替型温度推定オブザーバの設計に関する結果を国際会議IEEEISMS2016で発表した.さらにその内容を発展させたものを国際誌IJSSSTに投稿中である.さらに分布系のモデル化と制御の観点から,チューブポンプによる圧力変動のない流体の搬送について検討し,共著論文を国際会議IEEE ICIT2016で発表した.熱間圧延後の冷却テープルにおける鋼板の3次元温度分布制御に関して,可変分解能モデルと階層型制御方策によるモデル予測制御の検討を行い,結果を国際会議IEEE IECON2016に投稿中である.「研究実績の概要」に記したように,それぞれの項目に対して,会議発表・論文掲載を含む一定の成果が得られており,研究全体としてはおおむね順調に進展しているものと考えている.むだ時間系のモデル表現と偏微分方程式系への拡張に関して,状態予測制御系の有限極配置の拡張とロバスト性向上についての投稿論文が国際会議IEEE ICIT2017に採択され,発表をおこなった.また同手法を空圧シリンダの応答遅れに適用した事例に関して,国内学会(SICE制御部門マルチシンポジウム, MSCS2017)にて発表をおこなった.多分解能モデル表現に関連して,周波数成分の分離に基づくアシスト制御に関する結果を論文にまとめ,英語論文誌に投稿中である.また,可変分解能モデルと階層型制御方策によるモデル予測制御に関して,国際会議IEEE IECON2016で発表をおこなった.また,ハミング距離を用いた局所探索により分割アルゴリズムを高速化する方法について検討し,これについても国内学会(MSCS2017)にて発表をおこなった.非線形モデル予測制御に基づく運動制御についても着手している(一部MSCS2017で発表).これに関しても,計算量の削減のために可変分解能モデルが適用できないか,今後検討する.温度プロセスの制御については,プリンタ定着器のモデル化と切替オブザーバによる状態推定(むだ時間補償)に関する論文が国際誌International Journal of Simulation Systems, Science & Technology, IJSSSTに掲載された.ローラー表面の温度分布モデルを用いた局所加熱方式のエネルギー効率の検討をおこない,国内学会(SICE中国支部学術講演会)で発表した.チューブポンプへの応用についてはFEM解析を援用したモデル化,ローターFF制御による圧力変動低減の実験検証を進めている.「研究実績の概要」で述べたように,それぞれの項目に対して,会議発表・論文掲載を含む一定の成果が得られており,研究全体としてはおおむね順調に進展しているものと考えられる.むだ時間系のモデル表現と偏微分方程式系への拡張に関して,状態予測制御系の有限極配置の拡張とロバスト性向上についての学術雑誌投稿論文を準備中である.多分解能モデル表現に関連して,周波数成分の分離に基づくアシスト制御に関する論文がSICEJCMSI誌に掲載された.また,トルク推定のために時変季節性ARモデルを利用した,アシスト制御系に関する研究を,国内学会で発表した.関連する研究として,イナーターを用いたフルパッシブな機構で,トルク脈動に起因するエネルギー効率低下を抑制する方法についても,国内会議で発表している.可変構造モデルに関しては, LPV(線形パラメータ可変)モデルの視覚フィードバック系への応用に関する国際会議論文がASCC2017に採択され,共著発表をおこなった.さらにLPVモデル表現に基づくMPC (モデル予測制御)に取り組んでいるBritish Columbia大学のControl Engineering Laboratoryを訪問し,可変構造モデルによるMPCについての情報収集・意見交換をおこなった.モデル予測制御の計算量に関する研究としては,介護における抱き起しを念頭に置いた,最適な立ち上がり動作の自動生成についての研究をまとめ,国際会議SII2017にて発表した.

さらに,分岐予測と投機実行によるモデル予測制御のリアルタイム化に関する研究にも着手し,可到達集合による未来の状態範囲の推定に基づいて必要な並列計算コア数を見積もる枠組みについての結果を国内会議で発表予定である.むだ時間系・分布系のモデル表現について基礎検討をおこない,安定性解析(モノドロミ作用素のスペクトル解析)や制御系設計(状態予測制御系の拡張)に関する研究をおこなった.多分解能モデル表現に関して,周波数成分の分離による概周期信号予測とアシスト制御への応用に関する研究をおこなった.可変構造モデルの文脈では,可変分解能モデルによる熱システムのモデル予測制御, LPVモデルによる視覚フィードバック制御の研究をおこなった.またMPCの計算量に関して,非線形最適化と並列計算の観点から,検討した.またこれ以外にも,分布系の問題として,熱系・流体系のモデル化,制御にも取り組んだ.2年目以降は,時空間分解能・空間周波数を独立に扱う,より柔軟でスケーラブルなモデル表現の検討と,動的な分解能変更による計算コストも含めた包括的最適制御の実現に重点を置いて,研究を進めたい.今後は特に動的な分解能変更による計算コストも含めた包括的最適制御の実現を目指す.具体的には複数台のコンピュータによって計算クラスタを構成し,並列処理によって,計算資源喉的配分をおこなう.その上で,計算コストも含めた評価関数を設定することで,動的な分解能変更によって包括的最適制御を検討する.制御工学関連する国際会議出張が4月となったため,旅費の支出に変動が生じた.また温度分布制御実験プラットフォームを現有のレーザープリンターを元に作成したため,当初予想よりも使用金額が少なくなった.本人及び学生の外国出張旅費を他経費で賄うことになったため,支出見込に変動が生じた.本年度中の複数回の外国出張で旅費を執行する予定である.また追加経費を投じて,温度分布モニタ性能を向上させるなど,制御実験プラットフォームのバージョンアップを図る.計算コストを含めた包括的最適制御実験のための計算機クラスタの購入費用として,早期に執行予定である.
コラーゲン架橋分析による非侵襲的顎骨骨質リスク検査への挑戦

骨密度と骨質から規定される骨強度は、歯科インプラント治療において重要な因子と考えられているが、骨質を術前CT検査だけで評価することは難しく、その客観的評価方法は未だ確立されていない。本研究では、骨内におけるコラーゲン架橋に着目し、酸化ストレスにより骨内の非生理的架橋が増加するとされる高ホモシステイン血症モデルを用いて、脆性破壊強度を測定することで非生理的架橋が骨に与える影響を明らかにすることを目的とした。その結果、ウサギ大腿骨において実験群は最大荷重と破断力に対して有意差を認めるが、ラマン分光測定により非生理的架橋が増加していることから、「硬いが脆い骨」に変化している可能性が示唆された。骨密度と骨質から規定される骨強度は歯科インプラント治療においてきわめて重要な因子と考えられているが、術前CT検査でのハンスフィールド値だけで評価することは難しく、その客観的評価方法はいまだ確立されていない。一方、糖尿病性骨症患者においてAGEsによる非酵素的コラーゲン架橋の量が増加することから、AGEs架橋が増加するとされる高ホモシステイン血症モデルを用いて顎骨の脆性破壊強度に与える影響をナノスケールで明らかにすることを目的とした。平成26年度は18週齢ニュージーランド雌性ウサギ20匹を用いて実験群10匹に卵巣摘出手術後、高メチオニン食を16週給餌させた。投与開始から16週経過後一般状態に特記すべき変化は認めなかったことを確認後,剖検時に大腿骨と下顎骨を採取した.採取した大腿骨に対し三点曲げ試験を行ったところ、最大荷重から破断力を引いた値、すなわちFracture toughnessにおいては実験群の方が対照群よりも有意に低い値を示した。また下顎骨のNanoindentation試験では実験群の方が対照群と比較し貯蔵弾性率が低い傾向を示した。以上のことから、高ホモシステイン血症ウサギは硬くて脆い骨質へ変化している可能性が示唆された。補綴・理工系歯学
土地利用に基づく植物資源を活用した民家構法デザインに関する研究

これからの循環型社会構築に向け、数年で成長することで循環利用可能な植物資源を建材の一部に利用することは今後増々重要になると考えられる。本研究は、現代求められる植物資源の循環利用が江戸時代から戦後頃まで各地域で行われていたという仮説に基づき、その仕組みを現存する伝統的な民家や土地利用を資料として明らかにすることを目的としている。研究対象地は森林資源が豊富なため江戸時代において天領であり現代においても伝統的な民家が多数残る飛騨、木曽地方と本州とは植生が異なり特徴的な民家が多数現存する奄美大島とする。2018年度は飛騨・木曽地域で4回の現地調査(8/6、11/11、11/24、12/1)を行い、奄美大島で1回の現地調査(3/2-3/5)を行った。木曽地域においては、王滝村池越集落に現存する石置き板葺屋根の実測調査を行い、サワラ材を使った屋根構法を記録した。この地域で多く見られた板葺き屋根が現在においても維持、使用されており、大変貴重な資料として記録することができた。今後は木曽地域に豊富にあるサワラ材に着目してその利用についても検討を加えたい。奄美大島では大島本島山間部で成立したと考えられる伝統的なヒキムン構法民家の実測を西仲間集落と市集落で2棟行い、この調査報告を2019年度に開催される日本建築学会大会学術講演にて発表予定である。実測した民家はいずれも当初より床の間を持つ間口二間の比較的大きな民家であり、そのような民家は床の間でヒキムン材が留まりヒキムンが短くなるため、それを補完するためにヒキムン材を内法高さと天井高さの二段に設ける事例や床の間と平行にさらに一本のヒキムン材を架ける事例が確認された。またヒキムン構法民家の主要構造部はイジュが多いとの記録が一般的であるが、山間部ではユスの利用が散見されることが明らかとなったため、今後はユスが利用される要因について検討を加えたい。当初予定していた奄美大島の山間部に現存する伝統的な民家の実測棟数を増やすことができた。また木曽地域においては現存する石置き板葺屋根を確認し記録することができた。飛騨・木曽地域、奄美大島ともに実測調査事例を確実に増やすことができたと考える。また奄美大島においては今後調査予定である離島集落の土地利用に関する資料を入手したため、現地調査と並行して土地利用について明らかにすることで、奄美大島において特徴的な構法民家の成立要因を考察したいと考えている。2019年度は、2018年度の現地調査において奄美大島本島山間部の集落から離島へ移築された民家があるとの情報を得たため、離島の現地調査を重点的に行う予定である。また各地の民家と共に付属屋についても平行して検討を加えていきたい。また奄美大島においては昨年度入手した土地利用図の解析を行うことで、特徴的な構法である民家成立の背景をとらえたいと考えている。

2019年度は、2018年度の現地調査において奄美大島本島山間部の集落から離島へ移築された民家があるとの情報を得たため、離島の現地調査を重点的に行う予定である。また各地の民家と共に付属屋についても平行して検討を加えていきたい。また奄美大島においては昨年度入手した土地利用図の解析を行うことで、特徴的な構法である民家成立の背景をとらえたいと考えている。2018度は木曽地域において緊急に実測が必要な民家を確認したため、木曽地域が重点的な調査対象地となり当初2回の現地調査を予定していたが4回の現地調査を行った。一方奄美大島は、当初2回の現地調査を予定していたが1回の現地調査となり、比較的近い調査対象地(飛騨・木曽地域)が重点地域となったため旅費の支出が抑えられた。2019年度は奄美大島を重点的な調査対象地とし、昨年度実施できなかった現地調査分と合わせて3回の現地調査を予定している。当初の予定に基づき、効率的な使用を心がけたいと考えている。
同期機の塊状磁極表面損失の現象解明と計算精度向上に関する研究

発電所・工場・家庭などで広く用いられている同期機(発電機とモータ)を対象に,発熱や効率低下を引き起こす塊状磁極表面損失の高精度計算法開発を目的にして,表面損失の測定および解析を実施した。その結果,開発のための指針を得ることができた。高精度計算のためには,直流磁界に応じて透磁率を大きく変える必要があることや,ヒステリシス損を考慮する必要があることを明らかにした。本成果に基づき,今後も高精度計算法開発を進めていく。同期機は,発電所におけるほぼ唯一の電力発生源であるとともに,工場・社会インフラ・家庭などにおいてあらゆる用途に使われる電動動力源であり,きわめて重要な機器である。同期機の塊状鉄心磁極の設計においては,表面損による磁極の過熱の有無と,表面損による効率低下量を予測することが重要である。このためには,表面損を精度良く計算できることが必要である。しかし,現状の表面損の計算方法は計算精度が不十分である。このため,表面損の物理現象を把握すると共に,高精度計算方法を確立することが望まれている。これが実現すれば,同期機の効率向上・設計期間短縮・磁極過熱防止・構造改善に寄与できる。そこで当該研究では,基礎的検討として磁極と同一材料の塊状鉄心リング試料を対象にして,表面損の物理現象把握と計算精度向上方案の探索を進めている。当該年度に実施した項目は次の通りである。(1)塊状鉄心リング試料を設計・製作した。また,該リング試料と同一ロットの材料で角捧試料を製作した。(2)直流磁束に交流磁束が重畳した条件でリング試料を測定する設備を構築し,表面損を測定した。(3)高精度計算に必須の入力項目である導電率を角棒試料によって測定した。(4)測定した表面損と導電率の値から有限要素解析によって,高精度計算に必須の入力項目である比透磁率を推定した。当該年度に得られた成果は次の通りである。(1)直流磁束に交流磁束が重畳した場合の表面損測定を実現した。(2)表面損および推定比透磁率が直流磁界によって大きく変わることを明らかにした。(3)高精度計算のためには,直流磁界に応じて比透磁率を大きく変える必要があることを示した。今後は,試料のマイナーヒステリシスループと推定比透磁率の関係を明らかにすることによって表面損の物理現象を把握し,高精度計算方法の確立を目指す。同期機の設計においては,塊状鉄心磁極の表面損を精度良く評価することが重要である。このため,表面損の高精度計算法の確立が望まれている。これが実現すれば,同期機の電力効率向上・設計期間短縮・磁極過熱防止・構造改善に寄与できる。そこで当該研究では,基礎検討として表面損の計算精度向上方案の探索を進めた。第1に,塊状鉄心磁極の近似モデルとしてリング試料を採用し,以下の項目を実施した。(1)試料のヒステリシス損特性と増分透磁率特性を測定により明らかにした。(2)このヒステリシス損特性に基づいて,表面損失に含まれるヒステリシス損の割合を概算する方法を構築した。この結果,ヒステリシス損の割合が約3割と無視できないことを明らかにした。計算精度向上のためにはヒステリシスを考慮する必要があるという指針を得た。(3)前記増分透磁率特性に基づいて,鉄心内の比透磁率分布を推定した。この結果,前年度に推定した比透磁率よりも実態に近い値が得られた。今後はこの知見に基づいて高精度計算法を考案していく。第2に,グルーブを施した塊状鉄心リング試料を対象にして,以下の項目を実施した。(1)リング試料を設計・製作した。(2)試料の表面損を測定した。その結果,交流印加磁界同一の条件においては,グループによって表面損が増加することが判明した。この成果を21年度に学会発表予定である。判明した特性は,実機におけるグループによる表面損低減効果と逆の特性であるため,今後は測定条件やモデル形状を詳細に検討していく。第3に,前年度に試作した塊状鉄心磁極同期機を対象にして,以下の項目を実施した。(1)試作機の表面損を近似的に測定した。(2)試作機の表面損を有限要素解析によって計算した。その結果,解析値は測定値よりも2割程度小さくなった。これはヒステリシスを無視して解析したためと考えられる。今後,ヒステリシスを考慮した解析方法を考案していく.
エピジェネティック変異の人為的方向づけによる耐病性植物の作出

本研究は、特殊な処理(RE処理)を施して作製されたイネ個体のゲノム全体に広範なメチル化状態変化が引き起こされることを手掛かりとして、エピジェネティック変異の方向付けによる耐病性イネの作製を試みた。本研究により開発された方法により、エピジェネティック変異による世代を超えた抵抗性状態の維持に成功した。本研究により開発された方法は、エピジェネティック変異を利用した新規育種技術に繋がる可能性が高い。植物病理学
軟骨由来多機能因子カートデューシンによる骨代謝に関わるアンドロゲンの産生調節機構

マウス精巣ライディッヒ細胞において、カートデューシンの発現が生後3週齢より開始し、生後68週齢では最も強いことが分かった。マウス精巣由来ライディッヒ細胞株を用いてカートデューシンの作用を解析した結果、ライディッヒ細胞に対してテストステロンの産生促進作用が認められ、StARやP450sccなどのステロイド合成に関わる蛋白の発現も誘導されることが確認された。さらに、カートデューシンのテストステロンの産生促進作用にはcAMP/PKAシグナル伝達経路が関与している可能性が示された。我々が軟骨組織から同定した新規分泌蛋白Cartducin(カートデューシン)は新たなカテゴリーである「C1q/TNFスーパーファミリー」に属し、生理的・病理的に多様な作用を発揮することが知られており、前年度までの研究で、CartducinがサイクリックAMPを介して精巣ライディッヒ細胞におけるアンドロゲンの産生を促進することを明らかにした。平成24年度の研究では、Cartducinのアンドロゲン産生促進作用に関する分子群を探索した。アンドロゲンの合成過程では、ミトコンドリア内部へステロイド産生急性調節蛋白(StAR)によって運ばれたコレステロールが、コレステロール側鎖切断酵素(P450scc)によって代謝されてアンドロゲンとなり細胞外へ分泌されることが必要である。ライディッヒ細胞株TM3を組換えCartducinで刺激して、これらの蛋白や酵素の遺伝子発現やタンパク発現の変化を経時的に調べたところ、CartducinはStARおよびP450scc遺伝子の発現を著しく誘導し、その発現の最大ピークは3時間後であった。同様に、CartducinはStARおよびP450sccタンパクの発現も著しく誘導したが、その発現の最大ピークは遺伝子発現のピークよりも遅く12時間後であった。さらに、Cartducin刺激のセカンドメッセンジャーであるサイクリックAMPの下流のシグナル伝達経路についてもTM3ライディッヒ細胞で調べたところ、Cartducinの刺激に応答して転写因子であるCREBのリン酸化が一過性にみられた。また、Cartducinによるアンドロゲン産生促進作用がプロテインキナーゼAの阻害剤であるH89により抑制されることも判明した。したがって、サイクリックAMPの下流のシグナル伝達経路として、プロテインキナーゼA / CREBを介する経路の可能性が示唆された。前年度までの研究で、CartducinがStAR(ステロイド産生急性調節蛋白)やP450scc(コレステロール側鎖切断酵素)などのステロイド合成に関わる蛋白の発現をライディッヒ細胞内で誘導してアンドロゲンの産生を促進することを明らかにし、その作用にはサイクリックAMP/プロテインキナーゼA/CREBを介するシグナル伝達経路が関与している可能性を明らかにした。平成25年度の研究では、Cartducinの精巣での発現が個体の年齢に応じて変動しているのではないかという仮説の下で、マウス個体の周産期、思春期、成体期における精巣でのCartducinの発現の変化を調べた。なお、周産期、思春期、成体期はマウスではそれぞれ2、46、8週齢に相当するので、生後0,1,3,4,6,8週齢の雄マウスの精巣を試料としてパラフィン包埋標本を作製して免疫組織化学染色行った。その結果、0,1週齢マウスの精巣ではライディッヒ細胞にCartducinの発現が認められなかったが、3週齢に達する前思春期から弱く発現を開始し、思春期以降の4,6,8週齢では強く発現することが明らかになった。これらの結果からCartducinは思春期以降の精巣からのアンドロゲン(テストステロン)分泌に関わっている可能性が示唆された。また、ライディッヒ細胞におけるCartducin遺伝子の発現調節機構についても検討を行った。しかしながら、ライディッヒ細胞培養系においてLH(黄体刺激ホルモン)やEGF(上皮成長因子)、TGF-alphaなどの因子によるCartducin遺伝子の発現変化を調べたが、Cartducin遺伝子の発現を増加させる因子は今までのところ同定するに至っていない。我々が軟骨組織から同定した新規分泌蛋白Cartducin(カートデューシン)は新たなカテゴリーである「C1q/TNFスーパーファミリー」に属し、骨格の形成・成長を調節するなど生理的・病理的に多様な作用を発揮することが明らかになっている。血液中のCartducinの由来を調べる過程で、精巣のアンドロゲン産生細胞にCartducinが多く発現していることが明らかになった。平成23年度の研究で、CartducinがサイクリックAMPを介して精巣ライディッヒ細胞におけるアンドロゲン(テストステロン)の産生を促進することが示された。ライディッヒ細胞株TM3を組換えCartducinで刺激して、アンドロゲン産生の促進作用を調べたところ、濃度依存性にCartducinはアンドロゲン産生を最大で約3倍に促進した。一方、Cartducinは軟骨細胞や血管内皮細胞などに対して細胞増殖を促進することが明らかになっているが、TM3ライディッヒ細胞の増殖には影響を示さなかった。

さらに、Cartducinの受容体は現在不明であるが、アンドロゲンの産生促進作用にセカンドメッセンジャーとしてGタンパク質共役受容体を介した細胞内サイクリックAMPや細胞内カルシウム濃度の上昇が関わっているかどうかをTM3ライディッヒ細胞で調べたところ、Cartducinの刺激に応答して細胞内サイクリックAMPが一過性に上昇することが判明した。したがって、セカンドメッセンジャーとして細胞内サイクリックAMPが関わっていることから、Cartducinの受容体はGタンパク質共役受容体のタイプであることが示唆された。我々が軟骨組織から同定した分泌蛋白Cartducinは新たなカテゴリーである「C1q/TNFスーパーファミリー」に属し、生理的・病理的に多様な作用を発揮することが知られている。これまでの研究で、CartducinがStAR(ステロイド産生急性調節蛋白)やP450scc(コレステロール側鎖切断酵素)などのステロイド合成に関わる蛋白の発現を精巣ライディッヒ細胞内で誘導してアンドロゲンの産生を促進することを明らかにし、その作用にはサイクリックAMP/プロテインキナーゼA/CREBを介するシグナル伝達経路が関与している可能性を明らかにした。また、Cartducinの精巣での発現が個体の年齢に応じて変動しているのではないかという仮説の下で、マウス個体の周産期、思春期、成体期における精巣でのCartducinの発現の変化を免疫組織化学染色で調べた結果、0,1週齢の周産期マウスの精巣ではライディッヒ細胞にCartducinの発現が認められなかったが、3週齢に達する前思春期から弱く発現を開始し、思春期以降から成体期にかけての4,6,8週齢では強く発現することが明らかになった。これらの結果からCartducinは思春期以降の精巣からのアンドロゲン(テストステロン)分泌に関わっている可能性が示唆された。さらに、最終年度にはCartducin遺伝子欠損マウスの作製に成功したので同マウスの飼育繁殖と表現型解析を行った。Cartducinノックアウトマウスは生後1年まで外見上の異常が認められなかった。この結果は、他のC1q/TNFスーパーファミリー分子との機能的Redundancy(分子欠損時の代償)によるものではないかと考えられた。医歯薬学-歯学-病態科学系歯学・歯科放射線学当該年度の研究予定項目である、Cartducinのアンドロゲン産生促進作用に関する分子群の探索、およびCartducin刺激のセカンドメッセンジャーであるサイクリックAMPの下流のシグナル伝達経路の同定において成果が得られた。当該年度の研究予定項目である、Cartducinの精巣組織での時間的発現変化の解析において成果が得られた。一方、ライディッヒ細胞におけるCartducin遺伝子の発現調節機構においては現時点では解明するに至っていない。しかしながら、Cartducinは思春期以降の精巣からのアンドロゲン(テストステロン)分泌に関わっている可能性が示唆されたことで、精巣におけるCartducinの生理的役割に関する大きな手がかりが得られた。
分子軌道法によるペロブスカイト型酸化物中の水素の電子状態の計算と伝導機構の解明

本研究では、プロトン伝導機構の解明の手がかりを電子論の立場から得ることを目的として、プロブスカイト型酸化物SrTiO_3中の水素の電子構造の計算を行なった。そして、O-H間の相互作用はもとより、プロトンの導入およびアクセプターイオンの導入による母格子原子間の化学結合の変化についても詳細に調べた。電子構造の計算には、DV-Xα分子軌道法を用いた。水素を、O-Oイオン間の中点(O-H間の距離=0.138nm)もしくは、O-H間の距離が0.1nmの位置に配置した。また、電子状態に及ぼすドーパアントの影響を調べるために、クラスター中心のTi原子をドーパントM(M=Sc,Fe)で置換し電子構造の計算を行なった。純SrTiO_3にScを導入すると、価電子帯の上部にO-2pを主成分するアクセプターレベルが現れる。一方、水素はドナードーパントとして働き、伝導帯下部にドナーレベルが現れる。ScとHを同時導入すると、水素のイオン価は+0.12+0.06だけ増加する。この値は、ドナーレベルにおけるH-1s成分の占有率とほぼ一致する。これら一連の電子構造の計算より、ドナーレベルからアクセプターレベルへの電荷の補償機構が明らかになった。また、母格子原子間の化学結合に及ぼすドーパントの影響が明らかになった。例えば、水素を含む場合、Scの導入によってO-H間の結合力が大きく増加するが、Oと周りの金属原子間の結合力が著しく減少する。一方、Feを導入した場合、全ての原子間の結合力がほぼ同じか、あるいは若干増加する傾向がある。さらに、酸素イオン空孔の導入によって、バンドギャップ中にTi-3d電子を主成分とする欠陥レベルが現れることが明らかになった。
寝たきり高齢者のＱＯＬ改善のための機能性繊維の応用に関する研究

我が国の寝たきり高齢者の人口が福祉先進国よりも圧倒的に多い。福祉先進国では、介護器具を用いて身体の残存機能を活かして高齢者の自助を支援する。本研究は、介護システムや介護器具について調査した。また、尿臭、排泄物臭のような身体起源の悪臭が問題視されていることから、本実験では、寝たきり高齢者の病室内環境を想定した実験室を作り、消臭性繊維を悪臭源近傍で消臭する方法を検討した。まず、室内空気の流れをシミュレーションした装置を作成し、消臭性繊維の消臭機構および消臭効果を調べた。次に、排気ダクト内や換気マットレス内に消臭性繊維を設置または寝具に応用し、消臭効率を測定して消臭性繊維の適正化を提案した。本研究は、病院・高齢者施設の室内の悪臭に対して、効率よく消臭するデバイスをシステム化することを目的とした。高齢者施設は、排泄物臭や体臭などの悪臭が問題であり、悪臭除去のために消臭カーテン、換気扇などの大掛かりな設備を使って行っている。このような設備はエネルギー消費が多い。そこで、我々は、悪臭を悪臭源近傍で効率よく消臭できるシステム化を試みた。実験は、室内に寝たきり高齢者と医者が存在することを仮想した病室を作り、表面温度37°Cに調節したダミーマネキンで高齢者を想定し、股間から尿や汗の悪臭の原因物質であるアンモニアガスを発生させた。寝たきり高齢者の背中とベッドの間に空気を吸引し換気するマットレスを装着し、マットレスの換気量を調整し、空気を屋外へ排気させた。室内の悪臭ガス濃度は医者の口の位置(床面から約170cmの高さ)を目安として、消臭繊維製不織布を排気口、換気マットレスの中などの位置に設置し、消臭効果を最適化する消臭デバイスを設計・試作した。消臭性繊維は、繊維表面に酸加工を施してある活性炭素繊維を用いた。活性炭素繊維を換気マットレス内部、排気口、かけ布団に用いて、それぞれの消臭効果を比較した。その結果、掛け布団に用いると最も効果が高いことが分かった。また、換気マットレスを使用すると約70%の消臭効果があることがわかった。さらに、換気マットレスとかけ布団を組み合わせると、100%アンモニアが消臭でき、局所消臭システムが構築できた。成果を論文として発表できた。本研究は、高齢者施設や病院の排泄物臭、尿臭、体臭などの悪臭に対して、悪臭源近傍で悪臭を効率よく除去する方法を考案することである。平成27年度は、これまでの成果を踏まえて悪臭源近傍で換気マットレスと消臭性繊維を組み合わせることで局所消臭システムの基礎的な知見が得られた。このシステムを実用化するにあたり悪臭源近傍で除去した悪臭を外気へ排出する際、環境への配慮を考える必要がある。平成28年度は、局所消臭システムに排気ダクトを組み入れた実験装置を作り、装置内の排気ダクト内で消臭性繊維を設置して消臭効果を調べた。悪臭として尿臭を模したアンモニア臭を用い、消臭性繊維として活性炭素繊維、鉄フタロシアニンを用い、ダクト内の温度、湿度およびアンモニアガスの流速が消臭効果に与える影響を調べた。その結果、鉄フタロシアニンよりも活性炭素繊維の方が高い消臭効果を示した。活性炭素繊維の消臭効果は温度2028°Cの範囲では消臭効果に差が見られなかったが、湿度3075%の範囲では湿度が高いほど消臭効果が低下した。また、アンモニアガス流速が速いほど消臭効果が低下することが分かった。さらに、福祉先進国であるデンマークの高齢者施設で介護用品、介護システムおよび現状の問題点などについて調査を行った。調査結果から、導尿バックに対して消臭抗菌性繊維が応用でき、利便性を考慮した装着の工夫が必要だと考えられる。また、ベッドから車椅子に移動する際に使用するスライディングボードなども機能性繊維を使えることがわかった。当初の目標であった高齢者施設や病院の悪臭を効率よく対処する消臭方法は確立できたように思われる。我が国は高齢化が急速に進み、高齢者を受け入れる施設、医療現場の人材不足、介護負担の増大などの問題が山積している。その中で、我が国はデンマークやスウェーデンのような福祉先進国と比べて、寝たきり高齢者数が多いことが特徴である。デンマークは福祉大国として高齢者福祉が進んでおり、介護者の負担の軽減を考慮した介護器具の開発も進んでいる。このような背景から、我々は日本とデンマークの介護制度や介護用品について現地で調査を行った。補助器具を作る補助器具センターやそれを認定するデニッシュスタンダード、高齢者施設を訪問し、高齢者自立の取り組み、高齢者の残存機能と介護用品の種類、介護用品の認定の比較などについてインタビュー調査を行った。その結果、高齢者は不自由になった体の部分の残存機能を活かすような補助器具が多く使われていた。また、介護者に負担がないように、デンマークは高齢者をベッドから車椅子に移動するリフトやアームレストやフットレスト着脱可能な介護用椅子などが使われており、残存機能に対して補助器具の用い方が優れていた。また、デンマークは市の判定委員会が高齢者の身体機能を調べ、高齢者へのサービス内容を決定し、実際の介護はサービス提供者が行っていた。市の判定委員会、サービス提供者、利用者の三者が連携して行う制度であった。さらに、デンマークの高齢者施設にて機能性繊維を用いて、尿臭に対する消臭効果を実際の介護現場で評価した。尿臭は、尿を貯める導尿バックから発生する。

導尿バックに消臭抗菌抗アレルギー繊維を用いて評価した結果、1時間程度で臭気強度は低下し、快不快度は不快から無臭に変化して消臭効果が実証できた。我が国の寝たきり高齢者の人口が福祉先進国よりも圧倒的に多い。福祉先進国では、介護器具を用いて身体の残存機能を活かして高齢者の自助を支援する。本研究は、介護システムや介護器具について調査した。また、尿臭、排泄物臭のような身体起源の悪臭が問題視されていることから、本実験では、寝たきり高齢者の病室内環境を想定した実験室を作り、消臭性繊維を悪臭源近傍で消臭する方法を検討した。まず、室内空気の流れをシミュレーションした装置を作成し、消臭性繊維の消臭機構および消臭効果を調べた。次に、排気ダクト内や換気マットレス内に消臭性繊維を設置または寝具に応用し、消臭効率を測定して消臭性繊維の適正化を提案した。消臭機構の異なるさまざまな消臭繊維を用い、悪臭源近傍で消臭する局所消臭システムを試みる。福祉先進国であるデンマークで介護用品を調査し、消臭抗菌性繊維など優れた機能を介護用品に展開できるように提案する。被服学本実験はデンマーク工科大学で行い、思ったよりも経費が少なくて済んだ。今後は、局所消臭システムをさらに進めるために、経費を使用する予定である。
皮膚ケラチノサイト IL-1αの活性化および分泌機構に関する研究

申請者らは培養皮膚系を用いて表皮細胞が無カルシュウム条件ではIL-1 αをプロセスできず、低カルシュウム条件では極めて限られたプロセスが生じ、高カルシウム条件において初めて成熟型IL-1αとなることを明らかにした。これらは、再現性があり、かつ細胞内カルシウム流入により活性化されたIL-1α転換酵素により起こるプロセスで、このIL-1αのプロセシングにより、成熟化とともに、IL-1αの細胞外への分泌の亢進が生ずることを明らかにし得た。これらの事実は、また我々が作成した、成熟型IL-1αトランスジェニックマウスにおいて細胞内だけでなく、細胞外への大量の成熟型IL-1αの分布を明らかにしえたことより裏付けられた。以上の成果をまとめて、投稿中である。
慢性炎症性疾患の病原性細菌リピドAによる生体刺激作用の分子生物学的研究

本研究は,歯周病と同様に慢性炎症病巣を形成するHelicobacterpyloriのリピドAを用いて,宿主に対する免疫生物学的作用および細胞内情報伝達機構を歯周病の原因菌とされるPorphyromonas gingivalisリピドAのそれと比較検討することにより,その構造と機能の共通性を明らかにしようとした.また,最近問題になっている易感染性宿主におけるグラム陰性菌による敗血症性ショックに対する細胞内情報伝達系について併せて検討した.その結果,概略次のような結果を得た.1) H.pyloriおよびF.gingivalis由来のリピドAによるマウス致死活性,発熱作用,シュワルツマン反応およびリムルステストのいずれの内毒素活性も,大腸菌やサルモネラ属菌タイプのリピドA(化合物506および516)のそれらに比較して非常に低毒性であった.2) H.pyloriリピドAのマイトジェン活性は,供試したいずれの系統の異なるマウス脾細胞に対しても活性がみられなかった.F.gingivalisリピドAでは,BALB/c,C3H/HeNおよびC3H/HeJマウスにおいて明確な活性がみられた.サイトカイン産生性では,H.pyloriおよびF.gingivalisリピドAは,低IL-1β,高IL-6であり,同mRNAレベルにおいても同様な所見が得られた.また,多クローン性B細胞活性化作用,アジュバント作用,非特異的・特異的感染防御作用,ナチュラルキラー細胞活性や特異的腫瘍免疫増強作用は,化合物506および516のそれらと同程度の活性がみられ,低毒性でかつ有用な免疫薬理学的活性を発揮することがわかった.3)ガラクトサミン負荷マウス由来の肺胞マクロファージからのサイトカイン産生は,カルモデュリン(CaM)阻害剤により特異的に抑制された.4) CaM活性化剤や抗IL-1β抗体により,化合物506によるマウス致死活性を抑制する効果がみられた.本研究は,歯周病と同様に慢性炎症病巣を形成するHelicobacterpyloriのリピドAを用いて,宿主に対する免疫生物学的作用および細胞内情報伝達機構を歯周病の原因菌とされるPorphyromonas gingivalisリピドAのそれと比較検討することにより,その構造と機能の共通性を明らかにしようとした.また,最近問題になっている易感染性宿主におけるグラム陰性菌による敗血症性ショックに対する細胞内情報伝達系について併せて検討した.その結果,概略次のような結果を得た.1) H.pyloriおよびF.gingivalis由来のリピドAによるマウス致死活性,発熱作用,シュワルツマン反応およびリムルステストのいずれの内毒素活性も,大腸菌やサルモネラ属菌タイプのリピドA(化合物506および516)のそれらに比較して非常に低毒性であった.2) H.pyloriリピドAのマイトジェン活性は,供試したいずれの系統の異なるマウス脾細胞に対しても活性がみられなかった.F.gingivalisリピドAでは,BALB/c,C3H/HeNおよびC3H/HeJマウスにおいて明確な活性がみられた.サイトカイン産生性では,H.pyloriおよびF.gingivalisリピドAは,低IL-1β,高IL-6であり,同mRNAレベルにおいても同様な所見が得られた.また,多クローン性B細胞活性化作用,アジュバント作用,非特異的・特異的感染防御作用,ナチュラルキラー細胞活性や特異的腫瘍免疫増強作用は,化合物506および516のそれらと同程度の活性がみられ,低毒性でかつ有用な免疫薬理学的活性を発揮することがわかった.3)ガラクトサミン負荷マウス由来の肺胞マクロファージからのサイトカイン産生は,カルモデュリン(CaM)阻害剤により特異的に抑制された.4) CaM活性化剤や抗IL-1β抗体により,化合物506によるマウス致死活性を抑制する効果がみられた.本研究は,歯周病同様に慢性炎症病巣を形成するHelicobacter pyloriのリピドAを用いて,宿主に対する免疫生物学的作用および細胞レベルにおける刺激伝達機構を歯周病の原因金とされるPorphyromonas gingivalisリピドAのそれと比較検討することにより,その構造と機能の共通性について検討した.その結果,本年度に以下の結果を得た.1)H.pyloriおよびP.gingivalisを微好気的ないし嫌気的条件下で大量培養後菌体を集め,その凍結乾燥菌体から温フェノール/水法,酢酸で加熱処理後,精製リピドA画分を得た.大腸菌およびサルモネラ属菌型の合成リピドA(化合物506および516)は市販品を用い,陽性対照とした.2)H.pyloriおよびP.gingivalis由来のリピドAによるマウス致死活性,発熱作用,シュワルツマン反応およびリムルステストのいずれの内毒素活性も,化合物506および516のそれらに比較して非常に低毒性であった.3)免疫生物学的作用として,H.pyloriリピドAのマイトジェン活性は,供試したいずれの系統の異なるマウス脾細胞に対しても活性がみられなかった.P.gingivalisリピドAでは,BALB/c,C3H/HeNおよびC3H/HeJマウスにおいて明確な活性が認められた.化合物506および516では,BALB/c,C3H/HeNマウスにおいて活性があった.サイトカイン

産生性では,H.pyloriおよびP.gingivalisリピドAは,低IL/1β,高IL-6で,他方,化合物506および516では高IL-1βおよびIL-6であり,この低IL-1β産生がH.phyoriおよびP.gingivalisリピドAの低毒性に関与していることが推測される。H.pyloriおよびP.gingivalisリピドAの多クローン性B細胞活性化作用,アジュバント作用,非特異的・特異的感染防御作用,ナチュラルキラー細胞活性や特異的腫瘍免疫増強作用については,化合物506および516のそれらと同程度の活性がみられ,低毒性でかつ有用な免疫薬理学的活性を発揮することがわかった.本研究は,歯周病同様に慢性炎症病巣を形成するHelicobacterpyloriのリピドAを用いて,宿主に対する免疫生物学的作用および細胞レベルにおける刺激伝達機構を歯周病の原因菌とされるPorphyromonasgingivalisリピドAのそれと比較検討することにより,その構造と機能の共通性を明らかにしようとした.また,これら慢性炎症を惹起する病原細菌リピドAと強毒素性の大腸菌やサルモネラ属菌由来のリピドA刺激による生物学的活性や細胞内情報伝達系の異同を調べることにより,最近問題になっている易感染性宿主におけるグラム陰性菌による敗血症性ショックに対する細胞内情報伝達系について調べた.その結果,1) P.gingivalisリピドAと同様にH.pyloriリピドAは,大腸菌型合成リピドA(化合物506)に比べてヒト末梢血単球およびマウスマクロファージからのTNF-αおよびIL-1βの産生誘導能は弱かった.なお,IL-6産生誘導は,化合物506よりやや弱いものの明確なサイトカイン産生を示した.同mRNAレベルにおいても同様な所見が得られた.2)ガラクトサミン負荷マウス由来の肺胞マクロファージからのサイトカイン産生に対する種々のプロテインキナーゼ阻害剤の影響について調べた.その結果,P.gingivalisリピドA刺激によるIL-1β産生誘導は,カルモデュリン(CaM)阻害剤により特異的に抑制された.これらサイトカイン産生の抑制と同様の結果がmRNAレベルにおいてもみられた.3) CaM活性化剤や抗IL-1β抗体により,化合物506によるマウス致死活性を抑制する効果がみられた.これらの結果から,グラム陰性菌による敗血症性致死活性は,その宿主の細胞内情報伝達系を調節することにより回避できることが示唆され,今後のエンドトキシンショックを含めた敗血症の予防や治療に応用されることが期待される.
レベル依存するM/G/1型マルコフ連鎖の新解法と待ち行列モデルへの応用

レベル依存するM/G/1型マルコフ連鎖とは、非負整数値を取るレベル変数と、レベル変数が取る値が与えられたとき、その値に依存する有限集合から値を取る相変数の組を状態とする2変数マルコフ連鎖において、1回の遷移でレベル変数が高々一つしか減少しないという性質を持つものの総称である。情報通信システムの性能評価で用いられる大多数の待ち行列モデルにおける系内客数過程はレベル依存するM/G/1型マルコフ連鎖を用いて表現されるため、構造化されたマルコフ連鎖の中でも、特に重要なクラスと考えられている。平成28年度では,既約で正再帰的なレベル依存するM/G/1型連続時間マルコフ連鎖において,レベルが一つ下がる遷移を表現するブロック行列があるレベル以上では全てM次元行列であり、かつ、正則であるという仮定の下で、レベルがN以下であるという条件付き定常状態確率の数値計算アルゴリズムの開発を行い、海外学術雑誌に研究成果を発表した。平成29年度は、上記の仮定を外、一般の既約で正再帰的なレベル依存するM/G/1型連続時間マルコフ連鎖を対象に、前年度と同様の計算アルゴリズムが、アルゴルズムの実行過程で計算される各量がもつ確率的意味を考察することで、適用できることを示した。平成30年度は、上記の成果をまとめた論文を海外学術雑誌に出版した。これにより、研究開始当初の主要な目標は達成されたと考えている。また、特別な構造を持たない一般のマルコフ連鎖への拡張を目指して検討を行い、新たな糸口を見出した。一方、応用面に関しても検討を続けてたが、自明な応用以外に特筆すべき成果は得られていない。情報通信システムの性能評価で用いられる大多数の待ち行列モデルにおける系内客数過程はレベル依存するM/G/1型マルコフ連鎖を用いて表現されるため、構造化されたマルコフ連鎖の中でも特に重要な位置を占める。本研究の目的は、レベル依存するM/G/1型マルコフ連鎖の定常状態確率の数値計算法を確立した上で、それを基礎として様々な待ち行列モデルの解法を確立することである.この目的を達成するために、平成28年度では,既約で正再帰的なレベル依存するM/G/1型連続時間マルコフ連鎖において,レベルが一つ下がる遷移を表現するブロック行列があるレベル以上では全てM次元正方行列であり、かつ正則であるという仮定の下で、レベルが任意に与えられた閾値以下であるという条件付き定常状態確率の数値計算アルゴリズムの開発を行った。この数値計算法の開発に当たっては。停止条件が問題となっていたが、これに関しては境界ベクトルが(M-1)-単体の相対的内部に存在することを利用して、問題を解決した。さらに、待ち客の途中退去がある複数サーバ待ち行列モデルにおいて、サーバ数が1000の場合でも、系内客数分布が計算可能であることを数値計算実験を通じて示した。研究計画通りに進捗している。平成28年度には,既約で正再帰的なレベル依存するM/G/1型連続時間マルコフ連鎖において,レベルが一つ下がる遷移を表現するブロック行列があるレベル以上では全てM次元行列であり、かつ、正則であるという仮定の下で、レベルがN以下であるという条件付き定常状態確率の数値計算アルゴリズムの開発を行い、海外学術雑誌に研究成果を発表した。平成29年度は、上記の仮定を外し、一般の既約で正再帰的なレベル依存するM/G/1型連続時間マルコフ連鎖を対象に、前年度と同様の数値計算アルゴリズムが、アルゴルズムの実行過程で計算される各量がもつ確率的意味を考察することで、適用できることを示した。さらに、数値計算アルゴリズムの停止条件を改良した。レベル依存しないものも含め、構造化されたマルコフ連鎖に対する従来の数値計算アルゴリズムにおいて、数値計算結果の誤差評価が可能なものは存在しない。その意味で、本研究の成果は画期的である。当初の計画通りに研究は進んでいる。研究実績の概要に示したとおり、平成29年度は、一般のレベル依存するM/G/1型マルコフ連鎖を対象に研究を進めた。まずはじめに、平成28年度の研究において仮定した、レベルが一つ下がる遷移を表現するブロック行列があるレベル以上では全てM次元行列であり、かつ、正則であるという条件の下で成立することが示された、数値計算アルゴリズムの基礎をなす理論的結果が、特別な構造を持たないG/G/1型マルコフ連鎖においても成立することを示した。ただし、この理論的結果に基づいた数値計算アルゴリズムを考える際、鍵となる量が一般のG/G/1型では計算することができない。一方、対象を一般のレベル依存するM/G/1型マルコフ連鎖に絞れば、平成28年度の研究成果をそのまま利用して、この鍵となる量を効率的に計算可能である。