hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動脈硬化症予防におけるオートファジーの役割

本研究では、運動が動脈硬化症を抑制するメカニズムとして、不要なタンパクを排除し細胞や組織の恒常性を維持する働きを持つオートファジーの変動に着目し検討を行った。その結果、運動は動脈硬化層の形成を抑制すること、血中の総コレステロール、LDLおよびVLDLを低下することとオートファジータンパクを低下することが明らかにした。これらの結果は、運動は大動脈のオートファジーを抑制することで動脈硬化症を抑制する可能性を示唆している。定期的運動は動脈硬化症などの循環器系疾患の予防に効果があることが近年の疫学調査より報告されている。しかしながら、運動が動脈硬化症を予防する分子メカニズムを解明し予防や治療への応用を試みた報告は少ない。そこで本研究では、オートファジーに着目し、運動による大動脈のオートファジーの変動と動脈硬化症予防との関連を検討することを目的とした。実験には代表的な動脈硬化症モデルマウスであるアポリポプロテインE欠損マウスを用い、運動には15週間のランニングホイールによる自発運動を使用した。運動期間終了後、マウスから心臓、大動脈および血液を採取し、動脈硬化の形成はオイルレッドO染色、大動脈のオートファジーはウェスタンブロット、血中のサイトカインおよびケモカインはサイトカイン定量抗体アレイ、血中コレステロールはHPLCでそれぞれ評価した。その結果、12週間の自発運動は動脈硬化の発症を有意に抑制した。大動脈のオートファジー関連タンパクの発現は、安静群に比べ運動群の方が有意に低かった。血液中のサイトカインは、検討した40種のサイトカインおよびケモカインのうち、1種類のサイトカインと2種類のケモカインが運動により顕著に低下した。血中コレステロールは安静群に比べ運動群の方が低値を示したが有意差は見られなかった。定期的な運動は動脈硬化症の発症を予防する。しかしながら、この分子メカニズムは未だ不明な点が多い。オートファジーは細胞内の不要なタンパクや構造を排除するシステムであり、生体や細胞の恒常性維持に重要な役割を果たしている。しかしながら、定期的な運動による動脈硬化症の抑制と大動脈のオートファジーとの関連は明らかにされていない。本研究では、運動による動脈硬化症の抑制と大動脈のオートファジーとの関連について検討した。実験には8週齢の雄性アポリポプロテインE欠損マウスを使用した。マウスは、運動群と安静群の2群に分け、運動群は自発走行運動を16週間行った。その間安静群は通常飼育した。運動期間終了後、血液、胸部大動脈および心臓を採取した。血液は遠心分離にて血清を単離し、コレステロールとサイトカインの濃度をそれぞれHPLCと抗体アレイにて評価した。胸部大動脈はウェスタンブロットにてタンパクの発現の評価に使用した。心臓は、OCTコンパウンドにて包埋後に薄切し、Oil red O染色にて動脈硬化の進行を評価した。動脈硬化層の形成は、安静群に比べ運動群の方が有意に小さかった。血中コレステロール濃度は、総コレステロール、LDLおよびVLDLが安静群に比べ運動群で低い傾向を示した。血中サイトカインは、測定した40項目のうち2種類のサイトカインが安静群に比べ運動群で顕著に低かった。オートファジータンパクであるLC3-II、Atg7とBeclin 1は安静群に比べ運動群で低い傾向を示し、オートファジーの流動を示すp62は安静群と運動群の間に有意差はなかった。これらの結果は、運動による動脈硬化症の抑制が運動によるオートファジーの抑制と関連する可能性を示唆している。申請書では、運動はオートファジーを促進すると仮説していたため、オートファジーを抑制する薬剤の投与を計画していた。しかしながら、仮説とは異なりオートファジーは抑制されたため、オートファジーを抑制する薬剤の投与実験は不要となった。仮説とは反対の結果ではあったが、得られたデータは極めてクリアであり興味深い。また、申請書で計画した実験は、前述の薬剤投与実験を除くほぼ全てが遂行されているため、研究はおおむね順調に伸展していると考えている。スポーツ科学、応用健康科学、運動分子生物学今後は、1)大動脈で観察されたオートファジーの局在、2)運動がオートファジーを調節する因子の同定と情報伝達経路の解明を進めたいと考えている。
膜蛋白質耐熱化のメタロミクス研究

葉緑体の祖先種である紅色光合成細菌の中で唯一熱を好んで生育するThermochromatium tepidumは、カルシウムイオンを巧みに利用することにより、光を電気エネルギーに変換する光捕集反応中心蛋白質の安定性を高めている。本研究では、さまざまな物理化学的な手法を用いて、金属ー蛋白質間相互作用、金属ー色素間相互作用、金属結合部位を解析することにより、Thermochromatium tepidum由来光捕集反応中心蛋白質における耐熱性向上の分子機構について有益な知見を得た。Thermochromatium(Tch.)tepidumは紅色光合成細菌の中で唯一の耐熱菌であり、その光捕集1反応中心膜蛋白質複合体(LH1-RC)は光合成電荷分離反応に必要なエネルギーよりも低いエネルギーの光を吸収する特性を示す。本研究代表者らはこれらの特性にCa2+が関与していることを見出したが、その詳細な分子機構は不明である。本研究では、Tch.tepidumのCa2+結合能を利用して、蛋白質、色素、金属、アミノ酸を標的とした4つアプローチにより、Ca2+がどの部位に結合し、どのような構造変化を誘発して巨大な膜蛋白質複合体の耐熱化および低エネルギー吸収特性を実現しているのか、その分子機構の解明を研究目的としている。今年度は以下の項目について研究を実施した。(1)ATR-FTIRによる蛋白質のプローブ:金属置換に伴うタンパク質やアミノ酸の構造変化を検出し、同位体置換によるバンドの帰属により、その一部を同定した。(2)紫外ラマンによる色素(Trp)のプローブ:Trpの振動を選択的に検出することに成功し、金属イオンにより変化する色素分子とトリプトファンの相互作用を観測した。(3)原子吸光によるCa2+のプローブ:LH1-RC以外からのCa2+の汚染を防ぐ方法を検討し、再現性を含めてデータの収集を行っている。(4)プロテアーゼ及びLC-MSを用いたLH1蛋白質C末端アミノ酸のプローブ:LH1-RCのリシルプロテアーゼ処理による選択的なリジン残基の断片化を確認し、それらの耐熱性や吸収特性を検証し、リジン残基の重要性を示唆する結果を得た。Thermochromatium(Tch.)tepidumは紅色光合成細菌の中で唯一の耐熱菌であり、そのアンテナである光捕集1反応中心膜蛋白質複合体(LH1-RC)は光合成電荷分離に必要なバンドギャップエネルギーよりも低い位置に光吸収特性を示す。本研究代表者らはこれらの異常な特性にCa2+が関与することを見出したが、その詳細な分子機構は不明である。本研究ではCa2+を生合成的にSr2+置換したSr2+変異体を用いて、蛋白質、色素、金属、アミノ酸を標的とした4通りの分析アプローチを試みる。Ca2+がどの部位に結合し、どのような構造変化を誘発して巨大な膜蛋白質複合体の耐熱化および低エネルギー吸収特性を実現しているのか、その分子機構の解明を研究目的とする。具体的には、1ATR-FTIRを用いた蛋白質のプローブ、2近赤外(紫外)ラマンを用いた色素(Trp)のプローブ、3原子吸光及び蛍光X線を用いた金属のプローブ、4プロテアーゼ及びLC-MSを用いたLH1蛋白質C末端アミノ酸のプローブを行うことにより、野生型LH1-RC複合体とSr2+変異体の分光学的特性の違いを明らかにする。今年度は1のATR-FTIR計測システムを構築し、金属置換に伴うタンパク質やアミノ酸の構造変化を検出することに成功した。2については、近赤外ラマン測定より、色素とタンパク質の静電的な相互作用に金属イオンが関与していることを見出した。また、紫外ラマン測定による解析を進めている。3については実験系を確立し、理論値に近い値が得られている。現在、データの収集および再現性を含めて、測定を進めている。4についても予備的な実験を開始しており、各種プロテアーゼ処理によるLH1蛋白質C末端アミノ酸残基の役割について検証を進めている。Thermochromatium (Tch.)tepidumは紅色光合成細菌の中で唯一の耐熱菌であり、その光捕集1反応中心複合体(LH1-RC)はLH1サブユニットのC末端部位とCa2+との相互作用により耐熱性を獲得することが知られているが、その詳細な分子機構は不明である。本年度は、紫外可視分光法、原子吸光分析、赤外分光法による分光学的手法、及び等温滴定カロリメトリーによる熱力学的手法を用いて、野生型及び生合成的にSr2+置換したTch.tepidum由来LH1-RCの金属結合サイト及び金属結合に伴うLH1サブユニットの構造変化をモニターし、耐熱化に関わるLH1のC末端部位と金属イオンの相互作用について解析を行った。原子吸光分析より、野生型またはSr置換型Tch.tepidum由来LH1-RCが細胞内で本来結合しているCa2+またはSr2+を検出したが、両者の金属イオン濃度には顕著な差異が見られた。

等温滴定熱量分析より、野生型及びSr置換型LH1-RCには同数の金属結合サイトが存在すること、及びCa2+結合における親和性や相互作用の種類に違いが見られることが判明した。全反射フーリエ変換赤外分析より、Ca2+からSr2+への置換に伴うLH1 C末端部位の構造変化を検出したが、Ca2+除去によっても同様の構造変化が観測された。また、金属結合の競合実験より、Ca2+とSr2+は同一サイトに結合していることが示唆された。以上の結果より、野生型およびSr置換型Tch.tepidum由来LH1-RCがin vivoにおいてもCaおよびSrを結合していること、金属結合サイトはそれぞれ16サイト存在すること、生合成的Sr置換によりLH1-RCに不可逆的な構造の違いが生じていること、CaとSrの結合部位は極めて近いが同一ではないことが示唆された。光合成ATR-FTIRによる蛋白質のプローブでは、装置の立ち上げ及び信号の検出についてまとめた内容を欧文雑誌に掲載した。更に、現在、15Nおよび13C同位体置換試料を用いて金属置換に伴うタンパク質由来のバンドを解析している。紫外ラマンによるTrpのプローブでは、224nmのレーザー光を用いることにより、バクテリオクロロフィルとTrpの相互作用を示すラマン信号の変化を捉えることに成功した。現在、より詳細な条件での解析を進めている。原子吸光によるCa2+のプローブでは、LH1-RC以外からの汚染があることが判明した。この課題をクリアするため、バッファー類のCa2+除去を含めた分析方法の確立を進めており、予測値に近い結果が得られてきている。プロテアーゼ及びLC-MSによるLH1蛋白質C末端アミノ酸のプローブでは、リシルプロテアーゼを用いることにより、Tch.tepidum由来LH1-RCの耐熱性及び吸収特性が変化すること、その変化がC末端のリジン残基に由来している可能性があることを見いだした。現在、ATR-FTIRによる解析と組み合わせた実験系を確立している。以上の理由により、当初の研究目的に沿った形で計画が進んでおり、その達成度も概ね順調であると考えられる。1ATR-FTIRを用いた蛋白質のプローブでは、計測装置の構築、測定条件の最適化を達成し、タンパク質由来の有意な信号を検出することに成功した。現在、種々の条件でデータを集積しており、研究計画通りに進んでいる。2近赤外(紫外)ラマンを用いた色素(Trp)のプローブでは、近赤外ラマンの解析は終了し、色素とタンパク質の静電的な相互作用に金属イオンが関与していることを見出した。また、紫外ラマンを用いて、特定のアミノ酸をプローブする解析も順調に進んでいる。当初の計画では266nmのレーザー光を用いる予定であったが、有意な信号が得られなかった。一方、より短波長の214nmのレーザー光を用いることにより、有意な信号が検出されている。3原子吸光及び蛍光X線を用いた金属のプローブでは、蛍光X線による解析に克服すべき問題点があり、現在検討中ではあるが、原子吸光による解析は順調に進んでおり、金属の濃度に関する新たな知見を見出している。今年度も引き続き計測を重ねることにより、信頼性の高いデータを得ることが可能であると考えられる。
食行動質問表の活用による子どもの肥満防止対策

1.研究開始当初の背景近年わが国において肥満の子どもが増加し、その予防が小児保健上重要な課題となっている。2.研究の目的研究者らは、小児肥満の背景となる要因を明らかにするために、母子食行動と肥満との関連の研究に取り組んできた。肥満児ではその母も肥満者が有意に多く、食行動も類似していた。また、肥満の原因を母子共に体質にあると考えていること等が明らかとなった。本研究では子どもへの肥満予防対策の一環として、学校・病院等で食行動質問表を活用しその結果を子ども自身に画面上でグラフ化させ、自身の食行動の傾向を自覚・改善させることをねらいとした画像ツールと指導マニアルの開発を目的として取り組むものである。3.研究の方法・成果本研究は子どもの肥満予防対策として、視覚的により理解しやすい媒体としてコンピューター画面上で回答する「食行動質問表を活用した肥満予防対策画像ツール(音声あり・音声なしの2方法)の開発」を目的としたものである。従来の紙媒体の質問紙ではできなかった、回答結果をグラフ化し直ちに画面に表示できるため、その場で自己の食行動を認識できるようになった。また、そのグラフを用いて学校等の保健室、企業の健康管理室、保健センター、クリニック等での保健指導に活用できる等の有用性がある媒体である。プログラム開発をNTT-アドバンステクノロジー社に依頼し、担当者とともに、画像ツールの開発に必要な仕様・操作画面等について複数回の検討を重ね、「食行動質問表を用いた肥満予防対策画像ツール(音声あり・音声なしの2方法)の開発をおこなった。現在、試行受け入れ施設は学校(中学校・高等学校・大学)の保健室3箇所、企業の健康管理センター1箇所、クリニック1箇所である。引き続き試行を継続していく。本研究は、食行動質問表とその結果のグラフ化を画像ツールとして開発すること、および指導マニアルの作成を目的とするものである。1.平成18年度は文献検討・アンケート項目の検討を行った後、紙媒体の食行動質問表によるアンケート調査を行った。短期大学部の女子学生720名を対象に食行動質問表、および自己の現在の体重についての認識を問うアンケート調査を実施した。その結果、BMI25以上の肥満群は全体の14.9%、BMI18.5未満の痩せ群は9.3%で、BMI18.525未満の普通群は75.8%であった。現在の体重の認識について「太っている」71.8%、「痩せている」5.6%、「丁度よい」22.3%であったが、現在の体重を「減らしたい」は86.7%、「増やしたい」1.7%、「このままでよい」11.6%であった。また、肥満群の全員が「自分は肥っている」と答え、普通群の73.2%が「肥っている」、24.3%が「ちょうどよい」、2.3%が「痩せている」と答えていた,痩せ群では19.4%が「自分は肥っている」、40.3%が「ちょうどよい」、40.3%が「痩せている」と答えていた。これらの結果より自己の体重の認識に大きなずれがあり、痩せ願望の強い若者の多いことが明らかとなった。回答結果の平均値の比較では、過去の研究結果と同様に肥満群では「体質」に関する項目が高値であった。これらの結果について平成19年度に開催される学術集会での報告と、論文化の準備を進めている。2.平成18年度秋の小児保健学会(於:甲府)では、「青年期男女の食行動と肥満との関連について」を発表し、現在論文化をすすめている。3.画像ツールの開発では、業者の選定、発注、検討、試作等を行い、音声化した画像ツールも作成した。3月までに試行受け入れ施設を2箇所準備でき、それぞれの施設に画像ツールを組み入れたパソコンを設置した。

実際の試行は平成19年4月から開始する。なお、本研究の倫理的配慮に関しては、横浜市立大学医学部研究倫理委員会に審査申請を行い、承認された。本研究は子どもの肥満予防対策として、視覚的により理解しやすい媒体としてコンピューター画面上で回答する「食行動質問表を活用した肥満予防対策画像ツール(音声あり・音声なしの2方法)の開発」を目的としたものである。対象者は「肥満者に多い食行動(子ども45問)」に回答しながら、肥満になりやすい食行動について学習することができる。そして、従来の紙媒体の質問紙ではできなかった、回答結果をグラフ化し直ちに画面に表示できるため、その場で自己の食行動を認識できるようになった。また、そのグラフを用いて学校等の保健室、企業の健康管理室、保健センター、クリニック等での保健指導に活用できる等の有用性がある媒体である。プログラム開発をNTT-アドバンステクノロジー社に依頼し、担当者とともに、画像ツールの開発に必要な仕様・操作画面等について複数回の検討を重ね、「食行動質問表を用いた肥満予防対策画像ツール(音声あり・音声なしの2方法)の開発をおこなった。現在、学校(中学校・高等学校・大学)の保健室、企業の健康管理センター、クリニック等で試行中であり、対象者データーの蓄積と、保健指導の有効活用への方策を試行しているところである。保健師・医師からグラフを用いて説明を受け、日常の食生活についての話し合いの資料として活用されている。実施後の感想として「このような食生活をしていることを今まで全く意識していなかった。少し食事を注意してみて、半年経ったらまた、調査にきたい。」という対象者もあることから、印刷したグラフを個人ファイルに残し、その後の結果と比較してみる方法を試みている。現在、試行受け入れ施設は学校(中学校・高等学校・大学)の保健室3箇所、企業の健康管理センター1箇所、クリニック1箇所である。引き続き試行を継続していく。研究成果は第54回日本小児保健学会(於:前橋)で発表した。学会誌への投稿を準備中である。
腎細胞癌における同種細胞間接着装置異常の分析-カドヘリン分子構造の異常と機能・転移との関係について-

(1)手術標本における免疫染色の結果と予後との検討:E-カドヘリン発現群は予後良好であり、一方予後不良であるE-カドヘリンの発現減弱例では現在術後治療の主体となっているインターフェロン(IFN-αまたは-γ)によっても予後の改善につながらないことが示され、治療法の改変が望まれると考えられた。(2)腎癌細胞株でのカドヘリン・カテニンのmRNAおよび蛋白の発現:7種の腎癌細胞株からtotalRNAおよび蛋白の抽出を行い、ついでE,N-カドヘリンおよびα-カテニンに対するmRNAの有無をRT-PCR法およびnestedPCR法により、蛋白発現をウエスタンブロット法によりそれぞれ検討した。その結果、mRNAについては全株において各カドヘリン・カテニンの欠損は認められず、正常腎と同サイズのPCR産物が認められた。E-カドヘリン分子の場合は胃癌株にて遺伝子異常が報告されているため細胞内外ドメイン,膜貫通部位,Caイオン結合部位に分けて検討したが、腎癌細胞株では異常は認められなかった。蛋白発現については、島状発育を示し強固な細胞接着が予想される細胞株KRC/Y以外は正常腎に比してE-カドヘリンの発現は減弱していた。細胞株A704も発育形態が島状であるがE-カドヘリンの発現は減弱していた。N-カドヘリンは1株(ACHN)以外では減弱していた。α-カテニンの発現は全株で認められた。以上より腎癌における同種細胞間接着分子E,N-カドヘリンおよびα-カテニンの発現は転写段階以降にて調節されていると考えられた。N-カドヘリンの発現は腎癌における同種細胞間接着には重要ではないと考えられ、また一部の腎癌ではE,N以外のカドヘリンの関与も考えられた。
茶葉成分の活性酵素消去作用と生体内メイラード反応阻害に基づく老化制御

1.茶葉(日本産緑茶、中国産黒茶、南アフリカ産ルイボス茶)抽出物、1,1-ジフェニル-2-ピクリルヒドラジルを用いる比色法、および、5,5-ジメチルピロリン-N-オキシド付加体として検定するESR法を適用したところ、いずれも活性酸素(O2-)を含むラジカル補足能を示しており、活性は、緑茶>ポ-レイ茶>ルイボス茶の順であった。2.ストレプトゾトシンを投与して糖尿病を誘発させたWistarラットに各種茶葉抽出物を飲料水として摂取させ、AGEsの経時的変化を調べたところ、ポ-レイ茶と緑茶が有意に血漿中のAGEs量を低下させた。ポ-レイ茶抽出物中のケルセチン、ミリセチン、ケンフェロール、ルチン、ミルシトリンが、また緑茶抽出物中の(-)-エピガロカテキンガレートを含む4種のカテキン類がAGEs生成に対する阻害物質であると推定した。3.アフィニティHPLC法およびELISA法により、ヒト糖尿病患者の血漿中のAGE量が健常者と比べて有意に高いこと、AGEs量とHbA_<1C>値が高い相関性を示すことを明らかにした。還元糖とタンパク質が共存した場合、Maillard反応が進行するが、生体内で本反応が起こると最終的にadvanced glycation endproducts(AGE)が生成する。老化や糖尿病の発症に伴い、AGEが健常人に比べて有意に増加することから茶葉成分によるAGEの生成抑制作用を検討した。本年度はin vivo実験として茶葉抽出物を糖尿病Wistarラットおよび老化促進マウス(SAM)に経口的に自由摂取させ、血しょうおよびレンズクリスタリン中のAGE量の変化を抗AGE抗体を用いるELISA法およびアフイニテイHPLC法で測定した。その結果、糖尿病ラットではレンズ内AGEの蓄積が水道水投与群に比べて有意に低下すること、また、SAMでは寿命の延長、グレーデイングスコアーの低下、メイラード反応の遅延が観察された。また、還元糖とヒト血清アルブミンの反応液に茶葉抽出物を添加し、ESRで測定したところ、スーパーオキシド消去活性が高い酢酸エチル抽出物と比べてその活性が低い水画分が最も強い阻害活性を示した。それ故、茶葉はラジカル捕捉能とともにそれとは異なる別の抑制機構を有するものと推定した。現在,ヒトの血しょう中のAGE量の変化と茶葉摂取量との関係を検討中である。糖尿病患者および糖尿病ラット(ストレプトゾトシン投与により発症)の血しょうについてアフイニテイHPLC法あるいはELISA法により,メイラード反応の最終生成物であるadvanced glycation endproducts(AGE)の分析を行い,健常人および正常ラットのデータと比較し,次の知見を得た.1)糖尿病患者と糖尿病ラットの血しょうのHPLCにおけるクロマトグラムは極めて類似した溶出パターン(ピーク14)を示した.しかし,ヒトのAGEと考えられるピーク4はラットほど顕著に認められなかった.ピーク4は抗AGE抗体で陽性を示した.2)健常者31名と糖尿病患者61名の血しょう中糖化タンパク量を比較したところ,HbAlcと同様に糖尿病の進行により増加した.3)糖化タンパク質(ピーク14)はHbAlcと高い相関性(r=0.858)を示したが,年齢との相関は低かった(r=0.632).糖尿病ラットに緑茶(日本産不発酵茶),ポ-レイ茶(中国産発酵茶)およびルイボス茶(南アフリカ産ハ-ブ茶)の熱水浸出液を飲料水とした投与したところ,69週後に血しょうとレンズクリスタリン中のAGE量が有意に減少した.茶葉成分が還元剤あるいはラジカル捕捉剤として作用しているものと推定した.これらの結果は茶葉抽出物が糖尿病を含む成人病や老化の制御に有効であることを示唆するものであった.
溶接止端部に発生する延性きれつによる接合部の低応力破壊の防止に関する研究

複雑な形状の接合部が、単調増加あるいは数回の繰り返し荷重を受けたとき、十分な塑性耐力に達しないまま亀裂が発生し、破断に到ることがある。この種の接合部の破壊は、構造物の十分な塑性変形性能を確保するためには最も避けたい。破壊形態であるが、その防止対策は確立されていない。その対策の基礎としては、溶接止端部での延性亀裂からの発生とこれがぜい性破壊に移行するときの限界となる材料特性を明らかにする必要がある。本研究は、T型に板を溶接した接合都のモデルを作成し、引張力と曲げモ-メントを同時に加え、溶接止端部に大きなひずみを与えて、亀裂を発生進展させる方法が溶接端部の靭性値評価に有効であるかを調査するための実験を行った。実験変数は板厚、引張応力と曲げ応力とした。板厚や引張力を増大させると曲げによる破断時の変形角が低減する。このことは溶接止端部が一定のひずみ度に達すると亀裂が発生伝播して破断することを示している。すなわち、亀裂発生限界ひずみを材料定数として特定できることを示している。しかし、亀裂発生時の溶接止端部でのひずみ度を直接測定することは困難であり、本研究で採用したひずみ測定の方法も溶接止端部の近傍のものであり、亀裂発生点上のひずみ度とは言えていない。この実験に加えて、解析(非線形有限要素解析など)により亀裂発生点でのひずみを推定する必要があることも明らかにした。さらに、この試験方法が溶接止端部の靭性値を評価する有効な方法であることを確認した。複雑な形状をもつ接合部の典型である鋼管K継手においては、局部変形や局部座屈のほかに溶接止端部の亀裂が破壊の要因になる場合がある。本研究では、破壊形態を継手形状と応力状態によって分類し、特に、溶接止端部の亀裂による終局耐力の予測式を導いた。溶接止端部からきれつが発生し、そのきれつの進展によって接合部全体がぜい性的に破壊することがある代表例として、鋼管K継手におけるギャップ部溶接止端からの引張り破断を取り上げ、解析を行った。ギャップ部分の一部が引張材として荷重に抵抗する簡単なモデルを想定し、引張り材の寸法をK継手の終局耐力式を用いて定め、この引張材の負担応力が材料の引張り強さに達するときにK継手が引張り破断を生じると仮定して、既往の実験値と比較した。その結果、上に述べた簡単なモデルによる解析によっても、実験値を良好に説明できることが分かった。しかし、上に述べた解析では、寸法効果や材料の破壊靱性が継手の破断耐力に及ぼす影響を明確にすることができない。そこで、隅肉溶接によるT継手を製作し、隅肉溶接の止端部が引張りになるような、引張り曲げ加力を行い、止端部よりのきれつの発生・伝播を再現する実験を行った。この実験に用いた供試体の鋼材は厚さ12mmの熱延材であるために継手の靱性が極めて高いが、実験装置、供試体形状に種々の工夫を加えることによて、止端部よりのきれつの発生・成長による破壊を起こさせることができた。溶接T継手による実験は、試験体が簡単な形状をしているので、有限要素解析により上記の破壊挙動を再現することが容易である。今後実験、解析を繰り返して、上述のようなぜい性的破壊の発生条件を特定することを試みる予定である。

鋼構造における複雑な形状の接合部が、十分な塑性耐力に達しないまま亀裂が発生し、破断に到ることがある。この種の接合部破壊は、構造物の十分な塑性変形性能を確保するためには最も避けたい破壊形態であるが、その防止対策は確立されていない。その対策の基礎としては、溶接止端部での延性亀裂の発生と、これがぜい性破壊に移行するときの限界となる材料特性を明らかにする必要がある。本研究は、下型に板を溶接した接合部のモデルを作成し、引張力と曲げモ-メントを同時に加え、溶接止端部に大きなひずみを与えて、亀裂を発生進展させる方法が溶接止端部の靭性評価に有効であるかを調査するための実験を行った。実験変数は板厚、引張応力と曲げ応力とした。板厚や引張力を増大させると曲げによる破断時の変形角が低減する。このことは溶接止端部が一定のひずみ度に達すると亀裂が発生伝幡して破断することを示している。すなわち、亀裂発生限界ひずみを材料定数として特定できることを示している。しかし、亀裂発生時の溶接止端部でのひずみ度を直接測定することは困難であり、本研究で新らたに開発したひずみ測定の方法も溶接止端部の近傍のものであり、亀裂発生点でのひずみ度とは言えていない。この実験に加えて、解析により亀裂発生点でのひずみを推定する必要があることも明らかにした。さらに、この試験方法が溶接止端部の靭性を評価する有効な方法であることを確認した。
シリコン基板一体型多孔質層の応用-細胞操作への展開-

シリコン基板上に背面まで貫通した多孔質部を部分的に形成することにより、細胞等の微小物体の吸引固定を可能にした。細胞の培養液には、代謝による生成物等が含まれるため、多孔質部の目詰まりが生じやすいが、培養液が多孔質部を透過する際の圧力損失等を測定した結果、吸引固定が十分可能であることが予想され、実際に吸引固定を実証した。さらに、吸引固定後、吸引力を調整することにより、細胞破砕が可能であることを示した。本年度は,本研究の基礎となる貫通した多孔質層の性質として,流体の透過係数を計測し,また形成技術を確実なものとした.具体的には,貫通した多孔質を透過する空気および水の流量を計測した.空気を用いた実験から,厚さ10-20μmの範囲内では,貫通多孔質層は均質なものとして考えてよいことが分かった.水の場合,1気圧の圧力差で吸引部表面では500μm/s以上の流速が得られることが観測された.微細孔の直径を電子顕微鏡により測定し,円管近似により流速を計算した結果,オーダーは一致するものの,円管近似の方が大きくなることが分かった.計算値と実測値で差が生じたが,多孔質層内部の複雑な構造によるものと考えれる.また,従来シリコンが湿式エッチングにより加工していたが,プラズマエッチング利用の可能性を検討し,部分的に利用できることが分かった.一方,吸引固定デバイスは,試料を誘導するため,また,溶液等の蒸発を防ぐために,流路およびカバーが必要となる.そこでチップの流路を兼ねた蓋構造を試作することに専念した.流路およびカバーは,耐薬品性が高いこと,陽極接合を行えることから,ガラス材料を用いることにした.流路の形成には,ふっ酸によるエッチング工程があるため,単純なレジスト保護ではうまく加工出来ない.クロム・金薄膜を上手く使うことにより,エッチングを可能とした.上記のように,本年度は次年度へ向けての基礎的準備を進めた.本年度は,生細胞の吸引整列固定実証を主たる目的として研究を進めた.まず,研究室内における,細胞培養環境の構築を行った.これにより, Jurkat細胞(ヒト白血病由来の細胞)の培養を行えるようになり,生細胞を用いた実験を容易に行える環境を整えた.実際に,細胞吸引固定を行うための準備として,血清を含んだ細胞培養液の粘度等の測定を行い,実験に支障がないことを確認した.しかしながら,実際に生細胞の吸引固定を試みたところ,培養液に含まれる細胞の生成物による多孔質吸引部の目詰まりにより,細胞吸引はほとんど見られなかった.そこで,新鮮な培養液に生細胞を分散させた.この結果,吸引が観察されたが,細胞膜が破砕され多孔質部に細胞が吸引されて,デバイス表面から消失しまう現象が見られた.デバイス表面に金属薄膜を成膜することにより,細胞破砕に関しては暫定的に対処できることを見出したが,抜本的な改良を進める必要がある.上記の検討により,生細胞を実際に整列固定することに成功した.細胞吸引整列後,各種計測を検討している.このため,短時間を想定しているが多孔質シリコン上において細胞培養を行う必要がある.使用しているシリコンには,濃度は低いながらヒ素やアンチモン等の毒性元素が含まれている.また,表面形状等の培養への影響が懸念される.そこで,いくつか形状が異なる多孔質シリコン上での細胞培養を試みた.現在までの結果から,急性の毒性は見られないが,多孔質上での細胞生存率の低下が観察された.細胞がアポトーシスを起こしている可能性が高く,要因の特定を進めている.昨年度までに、細胞吸引捕捉に成功したものの、捕捉の再現性が乏しかった。そこで、培養液の貫通孔質部における流速計測を試みた。およそ300μm/sの流速が見込まれることが分かり、細胞の吸引補足には十分と考えられる流量であった。多孔質部では、流体の界面の比率が大きくなり、表面張力等の影響が大きくなる。貫通多孔質部から空気の吹き出しを行ったところ、表面に水の層がある場合には、吹き出しに与圧が必要なことが分かった。再現性の低い原因として、界面力により、吸引実験開始前に不純物が多孔質内部に濃縮される可能性が高いことが分かった。吸引細く開始前の与圧付与等の改善策を検討中である。一方、多孔質シリコン部で、細胞のアポトーシスが激しいことが分かってきたが、加工中に施していたプラズマエッチングの影響が大きいことが分かった。ふっ素含有物が表層に残っており、これらの成分を短時間の熱酸化で排除することにより、細胞の生存率の大幅な向上が見られた。貫通多孔質部の透明化のためにも、熱酸化を検討していたが、酸化による膨張のための基板変形が問題となっていた。650°Cの比較的低温で4時間の酸化により、基板変形を抑制して酸化が可能であることが分かった。
超高感度紫外線検出器の試作研究

アンドープGaNの結晶成長条件と電気的特性の関係について詳しく検討し、特にアンモニア流量を増加することにより、高感度紫外線検出に必要な超高抵抗GaNの作製に成功した。サファイア上のIII族窒化物半導体結晶成長において、低温堆積中間層の挿入という新しい結晶成長法を開発した。この新しい結晶成長法により、紫外線検出に最も悪影響を及ぼすと云われているGaN中の貫通転位を、従来に比べて2桁以上低減することに成功した。また、同法をAlGaNに適用し、全組成域に亙りGaNと同程度の高い結晶品質を持ち、しかもクラックの無いAlGaNの作製に世界で始めて成功した。新しい結晶成長法により作製した低転位GaN結晶を用いて、くし形電極による光伝導セルを試作した。アンドープGaNを用いて100pW/cm^2以下の照射強度で応答する受光面を実現した。実用レベルは1,000pW/cm^2なので、少なくとも10倍以上の高感度であった。またアンドープAl_<0.2>Ga_<0.8>Nにおいて、紫外光応答を確認した。吸収端は335nmであった。感度は5A/Wであり、世界最高水準であった。更に同結晶成長法によりp-n接合型GaNフォトダイオードを試作した。実用上問題となる暗電流の起源について検討し、低逆バイアス時においては反応性イオンエッチングにより作製したメサ部での表面電流が、数ボルト以上の高逆バイアス時には、pn接合でのトンネル電流が支配的であることを明かにした。実際の使用バイアス条件において0.8pAの超低暗電流を実現した。従来は、10、000pA以上であった。今後更に高AlNモル分率AlGaNのpn接合の実現、波長選択型検出器の実現、電流駆動力の大きいフォトトランジスタタイプの光検出器の実現等の課題に取り組む予定である。本研究では、III族窒化物半導体を用い、バンドギャップの大きい材料を受光側にし窓効果を利用して高効率化する。更にフォトトランジスタ構造にして、アバランシェ増幅が起る高電界下で動作させる事により、実用的超高感度紫外線検出器の実現を目指す。本年度は、(1)超高感度化のための高純度GaNの作製、及び(2)高電界印加のための漏れ電流の評価を目的とした。まず(1)の高純度GaNの作製に関しては、OMVPE法を用いて、特に成長中の原料ガスの供給比を変化させ、V族原料であるアンモニア供給量を増加させる事により、従来と比較して極めて低残留ドナー濃度GaN結晶の作製が可能である事を見出し、故意に不純物を添加しない成長で、室温での正孔濃度が10^<11>10^<13>cm^<-3>程度のp型GaNを得る事に成功した。(2)の漏れ電流の評価に関しては、pn接合を持つGaNホモ接合ダイオード構造を成長の後、大きさの異なる様々なメサを作製し、逆方向漏れ電流を評価した。その結果、漏れ電流の起源が、殆どメサ界面を流れる表面電流である事を見出し、更に-1V印加時で漏れ電流1pA以下という極めて漏れ電流の少ないpn接合ダイオードの作製に成功した。

また、同法をAlGaNに適用し、全組成域に亙りGaNと同程度の高い結晶品質を持ち、しかもクラックの無いAlGaNの作製に世界で始めて成功した。新しい結晶成長法により作製した低転位GaN結晶を用いて、くし形電極による光伝導セルを試作した。アンドープGaNを用いて100pW/cm^2以下の照射強度で応答する受光面を実現した。実用レベルは1,000pW/cm^2なので、少なくとも10倍以上の高感度であった。またアンドーブAl_<0.2>Ga_<0.8>Nにおいて、紫外光応答を確認した。吸収端は335nmであった。感度は5A/Wであり、世界最高水準であった。更に同結晶成長法によりp-n接合型GaNフォトダイオードを試作した。実用上問題となる暗電流の起源について検討し、低逆バイアス時においては反応性イオンエッチングにより作製したメサ部での表面電流が、数ボルト以上の高逆バイアス時には、pn接合でのトンネル電流が支配的であることを明かにした。実際の使用バイアス条件において0.8pAの超低暗電流を実現した。従来は、10、000pA以上であった。今後更に高AlNモル分率AlGaNのpn接合の実現、波長選択型検出器の実現、電流駆動力の大きいフォトトランジスタタイプの光検出器の実現等の課題に取り組む予定である。
ホッジ加群及び一般混合層の理論の新たな応用

ホッジ構造論、代数サイクル論、特異点論、特性類論などといった代数幾何学の様々な分野において、ホッジ加群の理論を応用する事により多くの新しい結果を得た。例えば特性類論においては、射影多様体の完全交叉部分多様体の特性類と仮想特性類との差を表すヒルツェブルフ・ミルナー類をホッジ加群の消滅輪体を用いて帰納的に表す全く新しい公式を得た。これらの結果の多くはホッジ加群の理論無しには証明され得ないものである。まずグリフィス・グリーン・ケールのネロン模型を一般化し,更にそれを改良するという問題の研究を行い、今迄各ストラータ上に制限した部分には解析構造は入るものの、全体としては位相構造しか入って無かったものに対して、或る意味では全体的に解析的な構造を与える事を試みた。それと関連して、許容法函数の零点の解析性の研究も行った。これはホッジ予想とも深く関連しており、無限遠因子が滑らかな場合は比較的簡単であるが、一般にはかなりの技術的困難を伴う。これらに関連して、底空間が一次元の場合にシュネル氏のネロン模型がどの様なものになるかについて、例えばそれがグリフィス・グリーン・ケールのネロン模型に対してかなり特殊なブロウアップを繰り返すことによって得られる事等を、シュネル氏との共同研究の結果明らかにした。代数サイクルに関してはミュラー・シュタック氏との共同研究により、3次元の射影多様体から任意の射影多様体への写像に対して相対チャウ・キュネット分解が存在することを証明し、その系として3次元の場合の絶対チャウ・キュネット分解が存在するための幾つかの十分条件を得た。超平面配置については、1次のミルナー・コホモロジーが消えないための十分条件等を、ブドゥール氏やディムカ氏らと研究し、さらに超平面配置の場合のp-進又は位相的ゼータ函数の極とb-函数の根との間の関係についての井草氏及びロゼール、デーネフ両氏の予想に関する研究をブドゥール、ユズヴィンスキーの両氏と行い、3次元の場合等にその肯定的解決を得た。D-加群に関しては、非確定型の場合の半単純代数的D-加群に関する柏原氏の予想の解決には、サバ氏の微分方程式の標準形に関する予想が不可避である事等を、確定型では起こり得ない事例の構成等により示した。まずホッジ加群の対称積に関するマキシム、シュルマンの論文にかなり基本的な誤りがあるのを発見したので、それを訂正して、ホッジ加群の多重外部積上への対称群の自然な作用の存在を証明して、それを彼らとの共著の論文にまとめた。これにより、彼ら二人や彼らの別の共同研究者らによる対称積のヒルツェブルフ特性類に関する理論の正当性が保証された。これは、ホッジ加群の理論が極めて表面的にしか理解されていない事に依るものであるが、この種の誤りは実際よくおこる事でもあり、それを防ぐ為に現プロジェクトが存在するゆえんでもある。これに続いて、超曲面の特性類と仮想特性類との差を消滅輪体を用いて表す彼らの公式が、射影多様体の豊富因子の場合を含んでいないのに気がついたので、この場合の公式を発見し、それを証明するプロジェクトを現在彼らとの共同研究として行っている最中であるが、どうやら証明のめどはたってきたようではある。次に、ホッジ加群の次数付き商の双対に関するシュネル氏の論文について、理論がそれがあるべき姿では述べられていないのに気がついたので、もっと一般のフィルター付きD-加群の次数付き商の双対の理論として自然な定式化と証明を与え、それを共著の論文にまとめているところである。その他には、消滅輪体の代数的公式に関するコンツェヴィチ氏の予想についてのサバ氏の論文に、かなり本質的な誤りがあるのに気づいたので、彼との共同研究として、かなり以前にやったホッジ加群の消滅輪体の計算を使ってもっと自然な証明を与える試みを現在行なっている最中であるが、これもどうやらできそうではある。コンツェビッチ予想とは、代数多様体のドラーム複体に一変数形式冪級数体をテンサーした複体の微分を与えられた代数多様体上の関数を使ってひねった複体を用いることにより、その関数の消滅輪体を表そうというものであるが、それを一般の確定特異点型のホロノミック系の場合にまで拡張して証明する計画に関しては、サバ氏との度重なる議論の末に何とか論文の形にまとめることができ、現在その査読の結果を待っているところである。これは将来、コンツェビッチ氏らの理論においてかなり役立つものと期待されている。超曲面の特性類と仮想特性類との差を表すミルナー類に関するマキシム及びシュルマンの両氏との共同研究では,これを非特異射影多様体の完全交叉部分多様体の場合に拡張するのが自然である事がわかり、その証明も混合ホッジ加群の理論を使って比較的簡単に得ることができた。これはこの分野においてある程度基本的な論文になるものと期待されている。

特異点の理論に関するディムカ氏との共同研究においては,無限遠点において従順な特異性を持つ多項式で定義された写像に付随した局所系の無限遠点におけるウェイト・フィルトレーションがモノドロミー・フィルトレーションと一致するというサバ氏の結果を,フーリエ変換や非確定特異点型の微分方程式系等を使わずに,特異点の専門家にとっても解り易い方法で証明する論文を書いた。これに続いて,代数多様体の族に対してその局所モノドロミーのジョルダン因子の中で大きさが理論上最大値を取るものの個数を,特異点の還元により得られた正規交叉因子の重複度等を使って一定の条件下において表す公式を得た。この証明にはステンブリンク氏やズッカー氏等によって始められた幾何学的極限混合ホッジ構造の理論が本質的に使われる。ただしここでより興味あるのは、その個数が組合せ論的な情報だけでは決まらない様な例が存在する事のように思われる。24年度が最終年度であるため、記入しない。
3,4次元多様体と結び目理論の不変量

この研究計画の目的は、結び目理論を利用して、3次元多様体や4次元多様体の位相不変量を開発・発展させようということであり、具体的には次の項目を挙げることができる:(1)結び目理論の基礎理論の充実(結び目の解消数やトンネル数の決定法、統計力学と関係したJones多項式不変量の諸問題の展開、Vassiliev不変量の解析、2次元結び目理論とその不変量の開発)(2)結び目理論の3次元、4次元多様体への応用を探ることこの研究を押し進めるために、1994年11月7-10日の間,大阪商工会議所賢島研修センターにおいて、研究集会「Art of Low Dimensional Topology」を主催した。参加者数は81名で、この会議で行われた講義内容を知らしめるため、報告集「Art of Low Dimensional Topology」を刊行した。具体的に,(1)に関連するこの会議の成果としては,河野(俊丈)のknot全体の空間上の微分形式の研究;谷山の空間グラフの研究;B.Kurpitaのcolored Jones多項式とAlexander多項式の関係に関する研究(Murasugiとの共同研究);藤田の3次元有理球面内の絡み目の研究;大槻の絡み目の量子Sp(n)不変量の初等的構成的研究(村上(斉)との共同研究);出口のGaussian polygonの結び目生成確率の研究(津留崎との共同研究);小林(毅)の結び目のthin positionの研究(Heathとの共同研究);内田の高次元リボン結び目のリボン表示の研究(丸本、安田との共同研究);小笠の2つの高次元球面のより高次な球面内での交わりの研究があった。(2)に関連するこの会議の成果としては,村上(順)のVassiliev不変量から定義される3次元多様体不変量の構成の研究;山田の3次元多様体の量子SU(3)不変量の研究;松本(尭)による1助変数族の4次元多様体トポロジーへの応用の仕方の研究;茅嶋による無限巡回基本群をもち、ホモロジーハンドルを境界とするような4次元多様体の構成の研究および佐藤によるそのような4次元多様体の2次元Betti数の研究;茂手木による結び目のDehn手術により得られるSeifert多様体の研究(宮崎との共同研究):西によるSeifert多様体のSU(n)Chern-Simons不変量の研究;河野(未佳)によるminimal modelによるbraid群の表現と3次元多様体の不変量の構成の研究;杉原による3次元無向多様体上のspin構造の研究;小島による境界付き3次元双曲的多様体を目で見る研究;河内によるスライス結び目のDehn手術で得られる3次元ホモロジー球面のフロアホモロジーの研究があった。
アミロイド線維形成を引き起こす生体内分子環境の解明

アミロイド線維は、蛋白質が異常な立体構造をとり線維を形成したものである。これまでにアルツハイマー病βアミロイド線維(fAβ)、及びβ2-ミクログロブリン(β2-m)アミロイド線維等について、試験管内線維形成反応系を開発している。本研究ではこれらの反応系を用い、(1)種々の生体分子がアミロイド線維形成を促進・阻害する分子機構を、生体分子間相互作用の解析を通して疾病発症機構(医学)の観点から明らかにすること、及び、(2)種々の有機化合物による線維形成阻害・分解の分子機構の解明を目指して研究を行い、本年度は以下の成果を得た。1.β2-mアミロイド線維の試験管内形成において、生体に存在する線維形成促進因子として親水基に陰性荷電を持つ界面活性剤である、リゾフォスファチジン酸とリゾフォスファチジルエタノールアミンなどのリゾリン脂質が線維伸長促進効果、核形成誘起効果、形成された線維の安定化効果を有することを報告した。透析患者の体内でのリゾリン脂質の効果を解析し、血中濃度の上昇を確認したが、他の促進因子と相乗的に作用している可能性、あるいは関節などの沈着局所で高濃度となり作用している可能性がある。また、類似する促進因子である遊離脂肪酸(オレイン酸等)についても、患者血液中の濃度測定などを行い、透析患者における生理的線維形成促進機構を探索した。2.脳アミロイドアンギオパチーを引きおこす脳血管へのβアミロイド線維沈着について、核形成過程に影響を及ぼす生体分子間相互作用の解析を行った。この為にチオフラビンT分光蛍光法とプレートリーダー型分光蛍光光度計を用いたハイスループット反応・解析系を構築した。次いで、この反応系に各種生体分子(細胞外マトリックス成分、グリコサミノグリカン等)を添加し、核形成の促進・抑制効果の解析を行った。アミロイド線維は、蛋白質が異常な立体構造をとり、線維を形成したものである。これまでに、アルツハイマー病βアミロイド線維(fAβ)、及びβ2-ミクログロブリン(β2-m)アミロイド線維等にっいて、試験管内線維形成反応系を開発している。1.β2-mアミロイド線維の試験管内伸長において、生体に存在する伸長促進因子を探索した。親水基に陰性荷電を持ち、ミリスチン酸オレイン酸の脂肪酸側鎖を有するリゾフォスファチジン酸とリゾフォスファチジルエタノールアミンなどのリゾリン脂質が線維伸長促進効果を有することを確認した。また、ミリスチン酸、オレイン酸などの遊離脂肪酸に線維伸長効果があることを見出した。さらに、血液中における脂肪酸輸送蛋白質であるアルブミンが低濃度存在しても、高濃度の脂肪酸を添加することで線維伸長が促進されることを確認した。2.試験管内でAβ蛋白質からのfAβ形成を阻害し、かつ形成されたfAβを不安定化する有機化合物(ミリセチン等の各種フラボノイド)の分子機構を電気泳動法などを組み合わせさらに詳細に解析し、重合核核形成過程に強く干渉することなどを示した。3.脳血管へのβアミロイド線維沈着による、アミロイドアンギオパチーについて、試験管内で線維形成過程を解析する為のモデル系を構築を進めている。
仮想現実感技術を用いた遺物の復元と保存

この報告は,考古学における遺物破片をリアルに再現するための,立体モデルの構築法に関するものである.本研究は二つの形状計測法を開発した.1.厚みの薄い物体の計測法本研究は物体には水平面に安定に置ける姿勢が存在することを手がかりにして,破片の表と裏の測定データを統合する手法を考案した.破片が水平な計測台に安定に置かれているときに接地している点は,破片を裏返すと,見えるような格好になり,それらの3次元座標が測定可能になる.本研究はこれらの点を抽出し,それらが存在する平面を決定する.この平面が計測台の面に一致するように,破片データを座標変換し,さらに,計測台上での平行移動,回転移動を行うことにより,破片の裏面の形状データと表面の形状データを統合する.提案手法の有効性の検証実験ではアクリル板,出土した遺物破片,市販の陶器のコップの破片の形状測定を行ない,物体の形状を正確に再現されたことを確認した.2.回転台と単眼カメラによる形状計測法物体を水平の回転台に載せ,回転台の回転中心に向いているカメラを回転台の横に設置する.物体を回転しながら物体の画像を連続的に撮影する.各画像から物体の輪郭を抽出し,画像が撮影された時の回転角度の情報を利用して,それらの輪廓線を一つの三次元座標系に統合する.隣同士の輪廓線をつなぐことにより,物体の表面の三次元形状が再現される.しかし,この方法では,物体の上の凹みの部分が正確に測定できない.そこで,再現された物体の三次元形状に基づいて,コンピュータグラフィックスで物体の映像を合成し,合成した画像と実写画像と照合することによって,凹みの部分を発見し,修正することによって,物体の正確な形状情報がえられる.この報告は,考古学における遺物破片をリアルに再現するための,立体モデルの構築法に関するものである.既存の三次元形状計測装置の制限により,厚みの薄い遺物の破片の形状が一回の計測で獲得できないため,複数回の計測で得られた形状データを統合する処理が必要になる.従来の多視点統合処理は,異なる計測データにある物体の表面の重複する部分を一致させることで行なわれた.しかし,遺物破片のような厚みが薄いものの場合,表面と裏面の共通部分である側面の面積は非常に小さいため,正確に統合できないことは多かった.本研究はほとんどの遺物の破片には水平面に安定に置ける姿勢が存在することに着目し,破片が水平面に安定に置いた時の接地点を手がかりにして,破片の表と裏の測定データを統合する手法を考案した.三次元形状計測装置を用いて計測された遺物破片の形状は,三次元の点群データである.破片が水平な計測台に安定に置かれているときに接地している点は,破片を裏返すと,見えるような格好になり,それらの3次元座標が測定可能になる.本研究はこれらの点を抽出し,それらが存在する平面を決定する.この平面が計測台の面に一致するように,破片データを座標変換し,さらに,計測台上での平行移動,回転移動を行うことにより,破片の裏面の形状データと表面の形状データを統合する.提案手法の有効性を検証するために,厚みが既知であるアクリル板で作った模擬破片と,出土した実物の遺物破片,陶器のコップを割って作った破片を用いて実験を行った結果,ほぼ正確な仮想破片が構築され,本手法は有効であることを確認した.この報告は,考古学における遺物破片をリアルに再現するための,立体モデルの構築法に関するものである.本研究は二つの形状計測法を開発した.1.厚みの薄い物体の計測法本研究は物体には水平面に安定に置ける姿勢が存在することを手がかりにして,破片の表と裏の測定データを統合する手法を考案した.破片が水平な計測台に安定に置かれているときに接地している点は,破片を裏返すと,見えるような格好になり,それらの3次元座標が測定可能になる.本研究はこれらの点を抽出し,それらが存在する平面を決定する.この平面が計測台の面に一致するように,破片データを座標変換し,さらに,計測台上での平行移動,回転移動を行うことにより,破片の裏面の形状データと表面の形状データを統合する.提案手法の有効性の検証実験ではアクリル板,出土した遺物破片,市販の陶器のコップの破片の形状測定を行ない,物体の形状を正確に再現されたことを確認した.2.回転台と単眼カメラによる形状計測法物体を水平の回転台に載せ,回転台の回転中心に向いているカメラを回転台の横に設置する.物体を回転しながら物体の画像を連続的に撮影する.各画像から物体の輪郭を抽出し,画像が撮影された時の回転角度の情報を利用して,それらの輪廓線を一つの三次元座標系に統合する.隣同士の輪廓線をつなぐことにより,物体の表面の三次元形状が再現される.しかし,この方法では,物体の上の凹みの部分が正確に測定できない.そこで,再現された物体の三次元形状に基づいて,コンピュータグラフィックスで物体の映像を合成し,合成した画像と実写画像と照合することによって,凹みの部分を発見し,修正することによって,物体の正確な形状情報がえられる.