hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アシスト装具と身体能力に応じた動作戦略の変化に関する研究

本研究では動作変化と使用者の身体能力、アシスト装具による補助力との関係に着目し、被験者実験と運動解析により、使用者の身体能力とアシストによる動作変化との関係の解明、装具のアシスト力と動作戦略の関係のモデル構築を行い、身体能力とアシスト装具による動作戦略変化との関係を表す推定モデルを構築することを目標とする。昨年度は、3次元動作計測システムと床反力計、筋電計、その他アナログデータと映像を同期して記録し、身体測定及び身体能力を背筋力、握力、脚力等により定量評価する環境を構築し、試験計測を行った。今年度は中高齢者を対象とし、身長・体重等の身体データとTimed up and go test等の体力テスト、11mの平地歩行中の動作計測実験を、企業で開発中のアシストスーツのプロトタイプを用いて行い、アシスト装具使用時の動作変化を定量的に解析した。その結果、多くはアシスト力を受けてより大きな歩行動作に変化したものの、元の歩行能力が低い着用者はアシスト力に適応することができずアシスト力を上手く活用できない傾向がある可能性があることが明らかになった。この点に関しては引き続き調査を行い関係のあるパラメータ抽出を進める。また、昨年度から今年度にかけて、身体の複数の対象関節に対し任意の方向に弱い補助力をかけることが可能な実験用アシスト装具の設計・製作を行い、基礎的なテストを行った。次年度はこれを用いてより大人数の計測を実施し、アシスト方向と動作変化の関係も含めた実験を行いその関係性を明らかにする。予算の関係上、予定していた実験用アシスト装具の開発を行わずに他の研究テーマで開発される予定の機器を用いることとし、アシスト装具を用いた実験は今年度開始したため、当初の予定よりは遅れている。今年度は複数人を対象とした実験を2種類のアシスト装具を用いて行うことができたため、計画より遅れているものの順調に伸展している。新たに開発されたアシストスーツも用いて、身体能力パラメータと動作パラメータ、更に段階的なアシスト力との関係を計測・解析し、それらのモデル化を引き続き進める。今年度は、3次元動作計測システムと床反力計、筋電計、その他アナログデータと映像を同期して記録し、身体測定及び身体能力を背筋力、握力、脚力等により定量評価する環境を構築した。構築した環境により立ち上がり動作、歩行動作を複数人で計測し、動力学解析システムによりベースリンクの位置姿勢の軌道と関節角度軌道、関節トルクを解析し蓄積した。立ち上がり姿勢を取る際に、手すりのような外部環境に依存する程度を指示より変化させ、姿勢や力の変化を定量的に評価可能であることを確認した。当初は初年度に実験用アシスト装具を開発する予定であったが、予算の関係から本テーマ内では基本的な構想のみを行うこととし、次年度にアシスト装具着用時の動作変化に関する実験を行う。今年度は、着用者の全身動作を補助可能な装具を実現するため、計測した立ち上がり・歩行動作から必要な性能を検討し、身体の各関節を補助するアシスト機構を体幹・四肢に取り付け可能なスーツを設計した。今年度の成果をもとに、次年度は当初の実施計画に基づき複数人のアシスト装具使用時の定量的・定性的変化を明らかにする。予算の関係上、当初予定していた実験用アシスト装具の開発を行わずに、他の研究テーマで開発される予定の機器を用いることとし、アシスト装具を用いた実験は来年度行うこととした。今年度は、身体能力と動作の計測環境の構築と基礎的なデータの取得を行うことができた。以上から、計画より遅れているものの順調に伸展している。

予算の関係上、予定していた実験用アシスト装具の開発を行わずに他の研究テーマで開発される予定の機器を用いることとし、アシスト装具を用いた実験は今年度開始したため、当初の予定よりは遅れている。今年度は複数人を対象とした実験を2種類のアシスト装具を用いて行うことができたため、計画より遅れているものの順調に伸展している。身体能力と動作の計測環境の構築と基礎的なデータの取得を行うことができたため、アシスト装具使用時の動作計測を行い、動作変化の特徴を捉えるためのデータを蓄積する。新たに開発されたアシストスーツも用いて、身体能力パラメータと動作パラメータ、更に段階的なアシスト力との関係を計測・解析し、それらのモデル化を引き続き進める。実験スケジュール延期のため、次年度に謝金・旅費を使用する。他の研究予算のプロジェクトとの兼ね合いにより、アシスト装具開発費など本予算からの支出が不要になった経費があったため、当初予定と差額が生じた。次年度は、引き続き被験者実験を行うため、その準備や謝金、更に国際会議での成果発表に予算を使用する。
金属オキソ種を活性種とするフッ素化触媒の開発

天然に存在し,温和な条件でアルカンのC-H結合を直接ハロゲン化する単核非ヘム鉄酵素SyrB2の触媒反応機構に学び,フッ素化触媒を開発することを目指した.ハロゲン化酵素SyrB2の酸化活性種の特徴は,シスの関係にあるオキソ基とハロゲン配位子を有するCl-Fe(IV)=O種である.本研究では,この酸化活性種を再現するために,シスの関係にある2つの配位交換可能な配位座を有する鉄錯体を合成し,C-Hフッ素化触媒反応を評価した.その結果,鉄錯体を触媒としてフッ素化生成物を得ることに成功した.天然に存在するハロゲン化酵素である単核非ヘム鉄酵素SyrB2は、オキソ基のシス位に塩素イオンが配位した単核オキソ鉄(IV)種を発生し、基質の不活性C-H結合から水素原子を引き抜き、鉄イオンに配位した塩素を生成した炭素ラジカルに結合させ、C-Hハロゲン化反応を達成している。一方、Grovesらは、マンガンサレン錯体やマンガンポルフィリン錯体を触媒に用いた場合、ヨードシルベンゼンを酸化剤、様々なフッ素源の存在下、ベンジル位C-H結合がC-F結合に直接変換できることを報告している。その活性種は、オキソ基のトランス位にフッ素イオンが配位したオキソマンガン(V)種であるとされている。本研究では、天然酵素と同じように、オキソ基のシス位にフッ素イオンが配位した高原子価鉄オキソ種を発生し、C-Hフッ素化反応を触媒する金属錯体触媒の開発を目指した。まず、既に、Grovesらの報告(Wei Liu, Xiongyi Huang & John T Groves, Nature Protocols 8, 2348-2354 (2013) doi:10.1038/nprot.2013.144)を参考にマンガンサレン錯体を酸化剤とし、ヨードシルベンゼンを酸化剤、トリエチルアミン3フッ化水素をフッ素源とし、ベンジル位C-Hフッ素化反応を行い、報告通り本条件下においてC-H結合を直接フッ素化できることを確認した。この条件下において、tpa、dpaq、propaqなど様々な窒素4座配位子、窒素5座配位子を用いて調製した単核鉄および単核マンガン錯体を触媒として用い、C-Hフッ素化反応を行った。その結果、これらのマンガン錯体を用いた場合、C-Hフッ素化生成物が低収率でしか得られないことが判明した。しかし、酸化剤を最適化することにより、オキソ基のシス位にフッ素イオンが配位した高原子価鉄オキソ種を発生可能な単核鉄錯体を用いた場合、C-Hフッ素化反応が高効率に進行することが判明した。今回、世界に先駆けてC-Hフッ素化反応を進行させる鉄錯体触媒を見いだすことができた。医薬など生理活性物質の開発において、含フッ素化合物への関心が高まっている。これに伴い、簡便に有機化合物のCーH結合を直接活性化しフッ素を導入する合成手段の開発が求められている。本研究では、天然に存在し、ハロゲン配位鉄オキソ種を活性種として温和な条件でアルカンをハロゲン化する単核非ヘム鉄酵素SyrB2の触媒反応機構に学び、医薬品等に含まれるCーH結合をワンステップ反応でCーF結合に変換するフッ素化触媒を開発する。具体的には、シスの関係にFeーF結合とFe=O結合の双方を有する錯種cis-FーFe=Oを活性種として発生する錯体触媒を合成し、鉄オキソ種によるCーH結合の活性化を鍵とする触媒的なCーF結合生成の化学を確立するとともに、含フッ素医薬品および18F-PET造影剤の合成に資する実用触媒を世に提供することを目指した。ハロゲン化酵素SyrB2によるハロゲン化反応の鍵反応である1鉄オキソ種によるCーH結合からの水素原子の引き抜き反応と2FeーX(ハロゲン)結合のラジカル開裂を伴うCーX結合反応のうち、反応1を高選択的に行う一群の単核鉄錯体を開発している。特に、シスの関係にある2つの配位交換可能な配位座とFe(dpaq)錯体の特徴であるカルボキサミドアニオン配位とを共に有するFe(propaq)錯体は、オリジナルのFe(dpaq)よりも高い選択性を示すことを明らかとしている.シスの関係にある2つの配位交換可能な配位座を有するFe(propaq)錯体,Fe(tpa)錯体,および,対応するマンガン錯体,さらにマンガンサレン錯体を用いて,種々の条件下,アルカンのフッ素化反応を網羅的に評価した結果,Fe(propaq)錯体を触媒とした場合に収率は低いながらもフッ素化反応が進行することを見いだした。Fe(propaq)錯体を触媒とした場合に収率は低いながらもフッ素化反応が進行することを見いだしている.天然に存在し,温和な条件でアルカンのC-H結合を直接ハロゲン化する単核非ヘム鉄酵素SyrB2の触媒反応機構に学び,フッ素化触媒を開発することを目指した.ハロゲン化酵素SyrB2の酸化活性種の特徴は,シスの関係にあるオキソ基とハロゲン配位子を有するCl-Fe(IV)=O種である.

本研究では,この酸化活性種を再現するために,シスの関係にある2つの配位交換可能な配位座とFe(dpaqR)錯体の特徴であるカルボキシルアミドアニオン配位とを共に有するH-propaqおよびカルボキシルアミドアニオン配位を持たない窒素四座配位子であるtpaを用いて,対応する鉄錯体を合成し,C-Hフッ素化触媒反応を評価した.PhIOを用いた場合,鉄錯体を触媒としてフッ素化生成物を得ることは出来なかった.また,PhIOとHFとの反応により,PhIF2の生成が報告されているため,酸素原子添加剤をPhIOからmCPBAに変更した.その結果,鉄錯体を触媒としてフッ素化生成物を得ることに成功した.Fe(tpa)Cl2を用いた場合はケトン体も得られたが,Fe(propaq)Cl2を用いた場合には,ケトン体は全く生成しなかった.ケトン体は,基質の水酸化生成物の酸化によって生成したと考えられる.そのため,Fe(propaq)Cl2では,酸化活性種によるC-H活性化により生成した炭素ラジカル種にOHラジカルのリバウンドよりもフッ素ラジカルのリバウンドする方が極めて有利であることが考えられる.また,Fe(tpa)Cl2,Fe(propaq)Cl2の何れの場合でも,ラジカルカップリング生成物と考えら得る二量体が得られた.この結果は,酸化活性種によるC-H活性化により生成した炭素ラジカル種がOHラジカル,フッ素ラジカルのリバウンドを受けずに溶媒ケージから抜け出した結果と考えられる.天然に存在し,温和な条件でアルカンのC-H結合を直接ハロゲン化する単核非ヘム鉄酵素SyrB2の触媒反応機構に学び,フッ素化触媒を開発することを目指した.ハロゲン化酵素SyrB2の酸化活性種の特徴は,シスの関係にあるオキソ基とハロゲン配位子を有するCl-Fe(IV)=O種である.本研究では,この酸化活性種を再現するために,シスの関係にある2つの配位交換可能な配位座を有する鉄錯体を合成し,C-Hフッ素化触媒反応を評価した.その結果,鉄錯体を触媒としてフッ素化生成物を得ることに成功した.今回、世界に先駆けてC-Hフッ素化反応を進行させる鉄錯体触媒を見いだすことができた。今後は、反応条件および錯体構造を最適化するとともに、酸化活性種の同定と反応機構の解明を行う。また、C-Hフッ素化反応を鍵とする医薬品の合成に取り組む。シスの関係にある2つの配位交換可能な配位座を有する錯体がフッ素化反応に有効であることを見いだした.さらに錯体触媒と反応条件の最適化を進める.生物無機化学本年度は、既に合成していた触媒を利用し、反応スクリーニングを行った。その結果、比較的単純な触媒を用いた場合でも、C-Hフッ素化が進行することが判明した。そのため、当初計画していた複雑な構造を有する触媒の合成を行わなず、反応条件の最適化に集中した。当初計画していたよりも早くフッ素化反応を触媒する錯体を見いだすことが出来たため.引き続き、反応条件の最適化を行うとともに、電子状態が系統的に異なる錯体群を合成するための合成器具の購入と、それらを用いた多数の反応を迅速に並行して行うための反応装置を購入する計画である。触媒構造の最適化と触媒条件の最適化を促進するための精製装置と反応解析装置を導入し、年度内に当初の目的を達成する計画である.
動物界におけるDーアルギニンの分布と代謝に関する研究

D体のアミノ酸(D-アミノ酸)は生体内には存在しない非生体型のアミノ酸であると考えられてきたが,近年の研究からD-アミノ酸が様々な生物に存在し,重要な生理機能を果たすことが明らかとなってきた。本研究では動物界に存在するD-アルギニンとそれを基質とするアルギニンキナーゼの分布を確認した。また,ケヤリ・アルギニンキナーゼの基質認識機構を明らかにした。環境動物類のケヤリ(Sabellastarte indica)の生体内には高濃度で遊離D-アルギニンと,そのリン酸化合物である遊離D-アルギニンリン酸が存在している。また,D-アルギニン及びL-アルギニンを共に基質として利用し,D-アルギニンリン酸及びL-アルギニンリン酸を合成することのできる特異なアルギニンキナーゼが存在している。アルギニンキナーゼは無脊椎動物に広く存在するが,現在までにD-アルギニンを基質として利用することができる事が確認されているのは,ケヤリから単離されたアルギニンキナーゼのみである。これまでの研究によって,既にL-アルギニン及びD-アルギニンの認識に関与することが示唆されていたケヤリ・アルギニンキナーゼの54,64,89,320位のアミノ酸残基について,さらに詳細な検討を行った。これらのアミノ酸残基への様々なアミノ酸置換変異体が野生型酵素に比べL-アルギニン及びD-アルギニンへの基質特異性を大きく変化させる一方で,もう一つの基質であるATPへの基質親和性をほとんど変化させないことを確かめた。また,本年度はケヤリ以外の無脊椎動物において,D-アルギニン基質とするアルギニンキナーゼが存在するかどうかを確認するために,刺胞動物門,棘皮動物門などに分類されるいくつかの生物種からアルギニンキナーゼ遺伝子を単離した。現在は単離されたアルギニンキナーゼ遺伝子の発現系を構築中であり,発現タンパク質を用いた酵素機能の解明を進める予定である。環形動物類のケヤリ(Sabellastarte indica)の生体内には高濃度で遊離D-アルギニンと,そのリン酸化合物である遊離D-アルギニンリン酸が存在している。本研究では,無脊椎動物全般からアルギニンキナーゼ遺伝子を単離し,その進化的背景を明らかにすると共に,D-アルギニンを基質として利用できるアルギニンキナーゼがケヤリにのみ存在するのかどうかを確かめることを目的の一つとしている。本年度は様々な海洋無脊椎動物の内,棘皮動物と刺胞動物に対象を絞って研究を進めた。棘皮動物門から3種類のウニ類,9種類のウミシダ類,刺胞動物門からネマトステライソギンチャクを選び,アルギニンキナーゼ遺伝子の単離を行った。その結果,3種のウミシダ類とネマトステライソギンチャクからアルギニンキナーゼ遺伝子を単離することに成功した。特に,ネマトステライソギンチャクからは,他に例を見ない3ドメイン構造を持つアルギニンキナーゼ遺伝子を単離した。さらに,これらのアルギニンキナーゼ遺伝子をpET30bベクターに組み込み,大腸菌肌BL21(DE3)株を用いたリコンビナントタンパク質発現系を構築した。現在は得られたリコンビナントタンパク質を用いた詳細な酵素活性の検討を行っており,これらがD-アルギニンに対して活性を持つかどうかの確認も進めている。本研究では,無脊椎動物全般からアルギニンキナーゼを含むフォスファゲンキナーゼファミリーの遺伝子を単離し,その進化的背景を明らかにすると共に,D-アルギニンを基質として利用できるアルギニンキナーゼがケヤリにのみ存在するのかどうかを確かめることを目的の一つとしている。本年度は刺胞動物門のネマトステライソギンチャクからアルギニンキナーゼを含むフォスファゲンキナーゼファミリー遺伝子の単離を行った。その結果,ネマトステライソギンチャクから他に例を見ない3ドメイン構造を持つアルギニンキナーゼ遺伝子,2ドメイン構造を持つアルギニンキナーゼ,細胞質型のクレアチンキナーゼ,ミトコンドリア型のクレアチンキナーゼが2種類,鞭毛型のクレアチンキナーゼ,そして基質が不明なフォスファゲンキナーゼ遺伝子の実に7種類ものフォスファゲンキナーゼファミリー遺伝子が単離された。さらに,これらのフォスファゲンキナーゼ遺伝子をpET30bベクターに組み込み,大腸菌BL21(DE3)株を用いたリコンビナントタンパク質発現系を構築した。
高周期典型元素を含む有機化合物の合成、構造、物性と反応性

かさ高い2,4,6-トリ-t-ブテルフェニル基の立体保護効果を利用して、速度論的に安定化されたジホスフェンやホスファエテンのような低配位リン化合物が近年種々合成されている。本研究では、以下に述べるようなホスファエテンに関する興味ある研究結果が得られたので報告する。まず、2-メチル-3,3-ジフェニル-1-(2,4,6-トリ-t-ブチルフェニル)-1,3-ジホスファプロペン3-スルフィドを合成した。そのタングステン、パラジウム、白金錯体を合成単離し、構造解析を行った。タングステン錯体の生成に際しては、先ず、タングステン金属がSにモノ配位し、次にsp2型Pへの配位が起こり、段階的に2座配位子としての配位を許容していることが観測され、それぞれの段階での構造を確認した。さらに、2-メチル-3-スルフィド体を配位子とするジクロロパラジウム錯体は、いくつかの有機合成反応の触媒として有効であることがわかった。まず、フェニルアセチレンとヨードベンゼンとの薗頭カップリング反応が、室温で、ほぼ定量的に進行した。また、同じく、ヨードベンゼンとフェニルボロン酸との鈴木カップリング反応もよい収率で進行した。アニリンのアリルアルコールによる直接アリル化反応もこの2座配位子をもつパラジウム触媒で進行することがわかった。このように、本研究を遂行する段階で見いだされたP,S-2座配位子を有する遷移金属錯体が、いくつかのクロスカップリング反応の触媒として有効であることが見いだされ、今後の展開と研究の発展が期待される。周期表で第3周期以降の典型元素を含む多重結合の化合物は、その多重結合の原子間距離が長く、また、道の広がりが大きいため、いわゆるπ軌道の有効な重なりがあまり期待できない。さらに、高周期典型元素は混成軌道を形成しにくいことなどから、従来、このような多重結合化合物は不安定であるとされてきた。しかし、かさ高い置換基を分子内に組み込むことにより、不安定化学種を速度論的に安定化できることが明らかになってきた。本研究では、ホスファアルケンの反応性の研究を行った。2-クロロ-3,3-ジフェニル-1-(2,46-トリ-t-ブチルフェニル)-1,3-ジホスファプロペンは、硫化すると3位での硫化物を与えた。その硫化物は1-クロロ-2-(2,4,6-トリ-t-ブチルフェニル)-2-ホスファエテニルリチウムと塩化ジフェニルホスフィノチオイルとの反応でも合成できた。光反応により、E/Z異性化を起こすことが分かったが、Z体は、(シクロオクタジエン)タングステンテトラカルボニルとの反応でPとSとを配位部位とするタングステンカルボニル錯体を与えた。また、その硫化物にヨウ素を反応させたところ、電荷移動錯体を与え、その構造をタングステン錯体と共に、X線結晶構造解析により確定した。一方、1-クロロ-2-(2,4,6-トリ-t-ブチルフェニル)-2-ホスファエテニルリチウムは、ビス(ジイソプロピルアミノ)ホスフェニウムトリフラートとの反応により、相当するアミノ誘導体を与えたが、塩化白金(II)との反応により、PとSとを配位部位とする白金錯体の他に、CH活性化を経て生成したと思われる、ホスファインダンを配位子とする錯体も生成した。両者は、X線結晶構造解析により、その構造を明らかにした。
レーザートラップ交流電気泳動光散乱法を用いた複雑流体の局所力学物性測定

本研究では、複雑な内部構造を持つソフトマテリアル中で、ナノサイズの荷電コロイド粒子をレーザートラップしながら試料中の各点における複素電気泳動易動度を測定することで、試料の3次元的な構造や局所的力学応答をナノスケールの分解能で得ることを目指している。まず,本年度は単一粒子レーザートラップ交流電気泳動を行うためにレーザートラップシステムと広帯域、高分解能での粒子位置検出が可能な検出系の開発を行なった。まず、外部光導入が可能な倒立型光学顕微鏡システムに高出力のLD励起赤外レーザー光を顕微鏡の背面ポートから導入し、これを用いてプローブ粒子を空間内の特定の位置に捕捉することが可能なシステムを構築した。さらに、本システムでは2軸のガルバノスキャナーを導入することで、平面内でトラップした粒子を自由に操作することが可能となった。次にトラップ光に位置検出用のHe-Neレーザー光を重ね合わせて入射し、トラップされたプローブ粒子によるその回折光を4分割フォトダイオード上に結像させることでコロイド粒子位置の高精度検出を実現した。開発されたシステムによりサブミクロンサイズのプローブ粒子を任意の位置に移動させることならびにレーザートラップにより粒子のブラウン運動による揺らぎが抑制され、その運動を100kHz程度までの広帯域で観測することが可能となった。一方で、トラップを強くしすぎると易動度による変位が相対的に小さくなり、測定周波数を狭める原因になることがわかった。さらに、開発されたレーザーピンセットシステムを用いれば、複雑流体中での局所力学物性測定が可能であり、これまでに(1)1次元光ポテンシャル中での荷電コロイド粒子間相互作用の直接測定、(2)ネマチック液晶中でのコロイド粒子間相互作用の直接測定、(3)脂質ベシクルのマイクロマニュピュレーションによる粘弾性測定を行い、有用な知見を得ることに成功した。本年度は単一粒子レーザートラップ交流電気泳動を行うために以下に述べるようなレーザートラップシステムと広帯域、高分解能での粒子位置検出が可能な検出系の開発を行なった。まず、外部光導入が可能かつ蛍光観察が可能な倒立型光学顕微鏡システム(TE2000)に高出力のLD励起赤外レーザー光(BL-106C-3K、波長1064nm)を顕微鏡の背面ポートから導入し、これを用いてプローブ粒子を空間内の特定の位置に捕捉することが可能なシステムを構築した。さらに、本システムでは2軸のガルバノスキャナーを導入することで、平面内でトラップした粒子を自由に操作すること(例えば円運動など)が可能となった。開発されたシステムによりサブミクロンサイズのプローブ粒子を任意の位置に移動させることならびにその運動を100kHz程度までの広帯域で観測することが可能となった。現在、開発されたシステムを用いてサイズの異なる種々の球状コロイド1粒子(ポリスチレンラテックス、シリカ粒子等)を種々の単純液体に分散させ、その複素電泳動易動度スペクトルを数Hzから100kHzにわたる広い周波数帯域で測定し、開発されたシステムのトラップ力の評価およびコロイド粒子の電気的物性の評価を進めている。本年度は平成16年度に開発したシングルレーザートラップシステムに以下の改良を加えて、試料中で3次元的に任意の位置におけるプローブ粒子のレーザートラップを実現した。

(1)XY2軸ピエゾステージを導入し、その上で試料を2次元的に移動させることが可能となり、焦点面内の任意の位置でのレーザートラップを実現した。(2)2個の偏光ビームスプリッタおよび2個のガルバノスキャナを導入し、2本の光ピンセットを独立にマイクロメータの精度で操作することが可能となった。これにより、トラップ位置の微妙な調整および2次元平面上での高速走査を実現した。(3)He-Neレーザー光を粒子にあて、その回折光を4分割フォトダイオードにより検出することでプローブ粒子位置の高精度観測が可能となった。以上のような改良を行なった上で、ナノスケールの球状コロイド粒子の水中における複素電気泳動易動度スペクトルの測定を行なった。その結果、レーザートラップにより粒子のブラウン運動による揺らぎが抑制され、電気泳動易動度の高精度測定が可能となった。しかし、一方で、トラップを強くしすぎると易動度による変位も相対的に小さくなるために、測定が困難となり、測定周波数を狭める原因になることがわかった。さらに、開発されたレーザーピンセットシステムを用いれば、複雑流体中での局所力学物性測定が可能であり、これまでに(1)1次元光ポテンシャル中での荷電コロイド粒子間相互作用の直接測定、(2)ネマチック液晶中でのコロイド粒子間相互作用の直接測定、(3)脂質ベシクルのマイクロマニュピュレーションによる粘弾性測定を行い、有用な知見を得ることに成功した。
生合成酵素エンジニアリングと合成生物化学的アプローチによるテルペン精密酵素合成

天然有機化合物の利用は人類の社会をさまざまな面から支えており,新たな生理活性物質創製は人類を含めた地球社会の発展への重要な課題である。物質創製のアプローチとして,生合成を活用した物質生産と有機合成を融合させる[半生合成ー半有機合成]は,今後の医農薬等の有用物質の斬新な創出を期待させる。本研究は,植物がもつ複雑精緻なテルペノイドの合成の根幹となるテルペン生合成酵素の変異や機能改変によって,新たな構造や入手困難なテルペン類を生み出す人工テルペン創製酵素を作出し,生命科学分野における生理活性物質や有機材料分野に資する有用テルペン化合物を合成生物学的なアプローチで生み出すことを研究到達点とする。
変形局所化発生条件から見た各種応力速度の適性

一般的亜弾性に,変形速度も含めた客観的応力速度を用いることを検討した。各応力速度の持つ特性は,解析的に結果が比較できる弾性問題と変形の局所化解析を通して比較検討した。特に弾塑性変形局所化問題の場合,平面ひずみ状態の予測はより現実的な値になり,一軸応力状態では実験で観察されるような引張圧縮で異なるせん断帯方向を予測できた。以上によりTruesdell応力速度を用いることの合理性を明らかにした。適切な応力速度という指標を決めるための理由について,じっくり検討を加えてきた。特に昨今の計算力学の分野では,汎用ソフトでは用いられていない超弾性モデルが主流になりつつあり,その物理的な意味の不鮮明性に大きな疑問を抱いていたが,そもそも保存的であるためには超弾性という選択しか無いのも事実であった。そこで超弾性と,非保存的でしかない亜弾性の比較をするに当たり,長年研究し続けていた弾塑性構成則の観点から,変形が大きな状況での塑性表現の解釈を根本的にし直した。その結果,いわゆる更新ラグランジュ的な記述に立脚して,超弾性および亜弾性を見直すのが望ましいことが判明した。それを踏まえて,超弾性の更新ラグランジュ的な増分関係で定義できる亜弾性が,いわゆるトゥルーズデル応力速度と変形速度との構成関係であることを明らかにすることができた。それに基づき,単純せん断と一軸引張の弾性挙動を,いくつかの応力速度を用いて比較検討し,結果の物理的な検討結果から,トゥルーズデル応力速度の優位性を示すことができた。これに対し弾塑性挙動を対象とした検討のために,計画でも述べていた変形の局所化解析を実施した。今年度は最も基本的な応力状態しか対象にはできなかったが,その結果,3次元的な応力状態であっても,コーシー応力のヤウマン速度よりはやや現実的な応力レベルで局所化が発生することを示すことができ,引張と圧縮で異なる挙動を予測する点でも,実験結果と定性的には整合する結果が得られた。また平面ひずみ状態では,トゥルーズデル応力速度が予測する局所化発生応力とせん断帯の向きは,これも実験結果と定量的にもよく合致することが判明した。まず現在得られている解の正当性を確認するために,微小変形理論の枠内の古典的な手法で得られている解との比較を行った。その結果,特に地盤や岩盤で重要となる圧縮側の解の信頼性に問題が発見された。その原因を探りながら,整合条件の扱い方について検討をした。結局,圧縮条件の扱いについては今後の課題となっているが,いくつか新しいことも得られた。一つは本格的なシミュレーションと整合条件に関連してであり,シミュレーションは次年度以降の課題であるが,簡単な一様場の計算をいくつか行った結果,整合条件をより厳密に考える必要があることが数値的に明らかになった。もしそうであれば,降伏条件を非線形関係のまま扱う必要が生じ,この局所化発生条件がそのまま用いることができるかどうか怪しくなっている。というのも,局所化条件が増分型でしか与えられていないからであり,それはそれで物理的には明白だからである。このあたりを種々定式化して比較した。したがって,当初厳密化のために目標としていた,この非線形関係をある程度考慮して整合条件を使わない手法に向かっての定式化にはあまりメリットは無いという印象を持つことになった。また二つ目の,ヤウマン応力速度とトゥルーズデル応力速度という選択以外の場合との比較検討は四種類程度での着手となったため,用いる応力速度間の特徴の網羅的かつ定性的な比較まで至っていないが,ヤウマン系とそうでない系の二種類くらいに分類できそうなことが,対象とした応力速度間の比較で明らかにできた。したがって,その定義と物理的な意味が明白な,上の二種類の応力速度に限定して今後は比較してもあまり問題は無いという結論を得ている。汎用ソフトでは力学的には相応しくない応力速度が実装され,また近年は数学的な超弾性が主流になっている。一方で歴史が古い塑性論は,増分構成則で力学的に明確な構成則を合理的に表現している。本研究では超弾性に則し,トゥルーズデル応力速度に着目した。まず弾性の場合,ヤウマン速度では振動する単純せん断有限変形を適切に表現できることを証明し,一軸状態有限変形でも広い変形領域で線形に近い応力ひずみ関係を表現できた。変形の局所化については,従来は物理的に容認できない程の大きな荷重でしか生じなかった局所化が,少なくとも平面ひずみ状態ではその一桁程度小さい荷重で発生し得ることを示した。また3次元状態でも,実験結果のように圧縮と引張で異なる角度の局所化を予測できた。しかしながら,圧縮における局所化発生は,従来の結論とほぼ同様軟化条件下でしか発生しない上に,まだその発生荷重の予測値は大きい。これは理論的には,圧縮状態では孤立した局所化ではなく周期的な局所化しか生じないことを意味すると考えている。

最終目標であった境界値問題への応用では,標準的な有限要素定式化で必要な6x6のサイズの各種行列を,非対称なものも含めて9x9のサイズに変更した結果の解の確認をする必要がある等,数値解析については道半ばである。しかし,一つ明らかになったことは,いわゆる有限変形における内力仮想仕事項がノミナル応力速度で表現されるべきであるという説明を明確化したことであり,さらに,それを厳密に取り扱った場合で特に弾性の場合,トゥルーズデル応力速度を用いて等方弾性構成則を定義した場合に限って,接線剛性行列が対称になることを証明できた。亜弾性そのものは非保存の弾性構成則しか生まないものの,巨視的な増分の力学場においては,接線的には汎関数が存在することを新たに証明することができた。工学トゥルーズデル応力速度を選択する物理的根拠を明確にすることに今年度は集中した。というのも,現実的な材料パラメータを用いた実際の材料挙動の弾塑性ケーススタディにおいては,その変形レベルがさほど大きくないため,用いる応力速度による差異が鮮明にはならないと想像されたからである。計画当初は亜弾性に執着し過ぎ,また,物理的な意味が明確にはできない超弾性を軽んじていたが,保存的であるという弾性の基本原理からすれば超弾性は不可避の選択であることも事実であったため,それと亜弾性の対応について十二分な検討を行った。結果的には,塑性の記述を有限変形状態に対して拡張モデル化する場合の,基準配置の考え方に着目した結果,亜弾性を含む増分構成方程式は,物理的にも意味が明確な更新ラグランジュ的な定義で与えることが望ましいという結論に至った。あとは,多軸応力状態の検討の前に,基本となる平面ひずみ状態での局所化解析を実施したところ,予想通りの改善が得られたが,一昨年のような,特殊な塑性の整合条件を用いた場合に比べるとその改善度が良好ではなかったため,その理由を種々検討した。残念ながらその明確な理由は現在のところ判明していない。さらに,3次元応力状態を対象とした場合には,Rudnicki and Riceの報告にもあるように,かなり軟化が進んだ状態での局所化しか見つからず,その理由を探し出すのに時間がかかった。結局Rudnick and Riceも指摘していないような硬化係数の特性値の物理的な意味が解明でき,軟化がかなり進まない限り局所化しない理由を得た。用いる応力速度が持つ特徴については,定性的な比較はほぼ計画通り実施できた。ただし,構成則に非線形の降伏条件を用いることを検討していたことから,局所化条件が予測する解の特徴の比較が,代表的なすべての応力速度に対しての網羅的な検討は実施していない。その原因の一つは,報告にも書いた圧縮での評価の問題点が明らかにできなかったことである。もう一つは,目的で設定していた厳密な降伏条件使用が,そもそも増分型の局所化条件と両立可能かどうかについて模索し過ぎたことであった。結果的には,微小変形理論との比較による整合性を確保するためにも,増分型の局所化条件を用いるのが望ましく,結局は構成則も増分型を古典的な整合条件を満足させつつ定式化すべきであるという結論を得た。そもそも塑性論が履歴依存の構成則の数理的モデルである以上,増分型の構成則がまずは重要であり,降伏条件が非線形であるか否かとは別の理屈であることから,実は当たり前の結論であった。
金属クラウンクラスターと機能性有機分子による超分子ナノコンポジット

MCとπ共役分子ワイヤーからなる新規な無機/有機ポリロタキサン無機化合物である巨大環状ポリオキソモリブデン酸クラスター(MC)はレドックス活性であり、電子ドナーとしての性質をもつ非常にユニークな無機ホスト化合物であることがわかった。これまでの有機ホスト分子のほとんどが電気化学的あるいは光化学的に不活性な化合物であったのに対し、MCはその両性質を兼ね備えており、マテリアル科学への応用に対して非常に高いポテンシャルを持っている。MCを規則的に配向・集積化させることができれば、高い導電性や光応答性をもつマテリアルの開発につながると予想できる。このような背景から我々は、MCと分子ワイヤーからなるポリロタキサンの開発を行った。置換基に複数個のアミノ基を持つロッド状ポリマーとMCを混合すると、ポリロタキサンが形成することが明らかになった。透過型電子顕微鏡(TEM)や、吸収スペクトルや蛍光スペクトルなどの種々の分光分析を用いてその構造の同定を行った。ポリロタキサン構造の検証は、MCとポルフィリンの包接型複合体からのポルフィリンの追い出し実験によって明らかにした。さらにMCから追い出すことができないヘキサフェニルベンゼン誘導体を用いてリファレンス実験を行い、結果の妥当性を証明することに成功した。本研究成果はAngew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2070-2073に掲載され、表紙でハイライトされな。1.MC/ポルフィリンナノコンポジットを用いた不斉認識MCは酸-塩基の相互作用によって、その内部ナノ空間に複数個のアミノフェニルポルフィリンをface-to-faceで集積化することができる。また、MCはポリアニオン的な性質を持ち、界面活性剤などカチオン性の物質と相互作用することが知られている。我々は、このようなナノコンポジットにキラルなアンモニウムカチオンを添加したところ、ポルフィリンの吸収帯から円二色性(CD)が得られることを見いだした。MCは包接しているポルフィリンを放出することなく、静電相互作用によって複数個のカチオンを捕集して、集積しているポルフィリンアレーに立体的なストレスによるねじれを与えることがわかった。2.MCとπ共役分子ワイヤーからなる新規な無機/有機ポリロタキサンMCはレドックス活性であり、電子ドナーとしての性質をもつ非常にユニークな無機ホスト化合物であることがわかった。
再生可能エネルギー利用促進のための啓発教育システムの開発

風力などの自然エネルギー利用についてさらなる普及を図るには,学生や一般市民などに身近に感じてもらう必要があると思われるが,このためにも,そのエネルギー量の調査手段として,データロガーの普及が必要と考えられる。そこで,本年は,安価で利用しやすい普及型データロガーの開発を進めた。風力発電を推進していくには,条件の良い建設地を探し出すことが重要である。そのための風況調査では,現地に風速計・風向計などを設置し,その測定値をデータロガーに記録し解析する必要がある。また,すでに設置された風力発電装置の運転実績を知るためにも,発電出力状況などに加えて,風況も同時に記録する装置が必要と考えられる。しかし,既製のデータロガーは,測定対象の自由度が低く高価であるため,予算規模の小さな組織や個人,ことに学校教育などの現場においては容易に購入できない。また,さらに信頼性のある風況マップを展開していくには,より多くの測定点が必要であり,そのための標準的なロガーが求められる。そこで,著者らは以下の項目を目標に検討を進め,量産試作の段階まで漕ぎ着けた。(1)誰もが利用できる簡単で安価な計測システム,(2)多チャンネル測定データを記録可能,(3)PCによるデータ吸い上げが可能,(4)長期間記録可能なメモリを搭載。本データロガーを用いることで,再生可能エネルギー利用啓発が可能となると考えられる。試作品は米国大学の研究機関とも連携し,その性能検査をほぼ終えることができた。今後は安価な製品の量産段階に発展する。また,太陽熱利用の啓発教育について検討し,前年度,開発した自然エネルギー利用啓発のための教材としてソーラークッカーを用いた教育実践例を国際会議にて発表した。さらに,小中高校生などを対象とした自然エネルギー利用啓発を目指すプログラム教材として手作り風車キットを提案した。このキットも教材メーカーによる量産段階まで発展した。上述のように,再生可能エネルギー利用促進のための啓発教育システムの開発が進展した。日本における自然エネルギー利用の可能性について太陽熱および風力について検討した。まず,このために必要なデータロガーの開発を行った。今後,風力などの自然エネルギー利用についてさらなる普及を図るには,学生や一般市民などに身近に感じてもらう必要があると思われるが,このためにもロガーの普及が必要であろう。そこで,著者らは以下の項目を目標に検討を進め,試作器の開発まで漕ぎ着けた。つぎに,太陽熱利用の啓発教育について検討した。学生や一般市民に対して,自然エネルギー利用啓発のための教材としてソーラークッカーを開発し,これを用いた環境エネルギー教育について検討し,小中高校生などを対象とした授業方法を提案した。実際に,小中学生徒に対する模擬授業を行い,できる限り幅広い層への自然エネルギー利用啓発を目指すプログラムを提案した。上述したように,再生可能エネルギー利用促進のための啓発教育システムの開発が進展した。

また,太陽熱利用の啓発教育について検討し,前年度,開発した自然エネルギー利用啓発のための教材としてソーラークッカーを用いた教育実践例を国際会議にて発表した。さらに,小中高校生などを対象とした自然エネルギー利用啓発を目指すプログラム教材として手作り風車キットを提案した。このキットも教材メーカーによる量産段階まで発展した。上述のように,再生可能エネルギー利用促進のための啓発教育システムの開発が進展した。
日本語の特徴を利用した和文テキストの効率的な圧縮方式に関する研究

本研究では、以下に示すような方法で日本語文章の圧縮を試みた。(1)日本語文章の特徴として、ひらがな、カタカナが比較的連続する傾向がある。EUC漢字コードの場合、ひらがなは上位バイトが(a4)_h,カタカナは上位バイトが(a5)_hとそれぞれ共通のものを使用している。そこで、このような連続部分の開始位置と終了位置を何らかの方法で表し、個々の仮名文字を下位バイトだけで表現することによって仮名文字を表すのに必要なバイト数を減少することを試みた。(2)日本語は2バイト文字であるために、LZW(Lempel-Ziv-Welch)方式を用いて1バイト単位で最長一致する文字列を符号化していくと、文字の途中で区切ってしまったり、学習が遅くなり距離や長さの分布が広がってしまう場合が多い。そのため1バイトの文字のデータに比べて一般的に日本語データは圧縮率が悪いことが多い。そもそもLZW方式はいかに長い一致文字を探すかがポイントとなっている。そのために考えられることは、2バイト文字を途中で切ってしまわないようにする。また文法的に助詞を判断し、今後出てくると思われる文字列を前もって符号化テーブルに登録しておくことによって圧縮率を向上させた。(3)我々は日本語文章を読むとき、ある程度まで文章を読むことによって経験的に未読の部分を予測することが可能である。これを利用して正しく予測されたテキストは除去することによって圧縮率の向上をはかる。このために、良く使われる文章や単語の辞書を作成した。実際にこれらの方法を単独あるいは併用して日本語文章の圧縮のシミュレーションを行なった。その結果、多くの日本語テキストに対しての圧縮率を従来より向上させることができた。現在(3)の方法は実現は必ずしも十分ではないので今後さらに検討を行う予定である。
千島・北海道東部出土遺物を用いた複合的な資料情報の収集・活用に関する基礎研究

北海道大学植物園・博物館所蔵千島・根室採集考古資料の資料目録を作成することを目的として、所蔵全資料の撮影および注記類のデータベース化、調査を行い、従来千島採集資料として位置づけられてこなかった資料を含め、約2,000点の千島採集資料目録の原稿を完成させた。目録には、1930年代の採集調査時の精細写真および資料寄贈者からの書簡、博物館における管理記録などの周辺情報の調査結果もまとめ、千島考古学研究の上で質・量ともに重要な資料群の今後の研究利用の効率化、活性化に寄与するものとした。北海道大学北方生物圏フィールド科学センター植物園・博物館所蔵考古資料の悉皆調査及び注記の撮影を80%ほど終了し、得られたデータのデータベース登録と従来のデータベース情報との照合を行った。これにより、これまで資料台帳上で「千島」収集という記載が行われていなかった千島収集資料を10点ほど追加することができた。また、各資料に施されている注記方法のグループ化、受け入れ時の書簡、収集した研究者の論文、報告、写真などとの照合により、採集者や収集時期などの情報がさらに追加できる可能性が示唆されている。この他、道東地域のアマチュア考古学者から寄贈された資料について、当時の新聞記事、関係者からの聞き取り調査などを実施し、資料に追加できる情報を得た。千島収集考古資料の実測、図化、属性化がほぼ終了し、資料目録として刊行する準備を整えた。基礎データ部分だけで、200ページを超える分量になることが確定しており、千島地域の考古学研究の基礎資料として重要な価値を持つものになることが期待される。今後、上述した注記の検討による資料情報を加えながら、2017年度の刊行に向けて編集を進めてゆく予定である。千島出土土器のうち、付着炭化物が確認できた3点の資料について、年代測定を行った。これまで、当該地域の出土遺物を利用した年代測定は実施されておらず、他地域、他文化期との比較検討、当該手法の妥当性の検討など、新たな知見を得ることができた。この他、他博物館に所蔵されている千島地域収集考古資料の調査・比較検討を行い、情報を整理、報告を行った点、千島・道東地域に特異的にみられる骨角器の出土分布、所属時期などの検討を行い、学会発表を行った点が成果として挙げられる。平成24年度においては、本研究課題の第一目的である北海道大学植物園・博物館に所蔵されている千島・北海道東部地域の考古学資料の目録化の達成のため、該当資料の抽出と実測、図面化を進め、土器資料および骨角器の調査をほぼ終了した。これらを整理し、目録として刊行することで、多くの研究者の研究基盤が整備されることになる。特に、骨角器の原材料について、専門家の支援を受けて特定できたことは、資料価値を高める上で重要な成果となった。上記に並行して、歴史的背景の調査として主たる資料収集者である名取武光や寄贈者が残した書簡等の調査を行った。名取の残した書簡類には当該考古資料に関係するものは残されていなかったが、いくつかの寄贈者や原所蔵者が残した書簡、メモ類が確認されたため、現存する考古資料との照合作業を行うための素地を整備することができた。また、研究協力者である根室市の博物館学芸員である猪熊によって、道東地域資料の採集者についての聞き取り調査、史料調査が進められ、資料情報を追加する準備が整った。あわせて、名取が博物館に残さなかった一部の資料が札幌国際大学に残されていることを確認し、それらに関連資料が含まれている可能性を見出した。これらの結果は、従来から資料に注記してあった情報意味を明確にすることやその精度を高めることになり、資料価値を向上させたという点で意義がある。考古学的観点からの調査として、市立函館博物館、旭川市立博物館の所蔵資料の調査を行い、関連資料の所在確認と比較検討を実施した。これらの調査において他の所蔵機関の資料についての情報交換を行い、次年度以降に実施する調査を効率的に行う基盤を整備した。調査の対象とした北海道大学植物園・博物館所蔵考古資料のラベル・注記情報の悉皆調査を終え、採集者、調査者による報告及び博物館の管理簿と照合した結果、従来の管理情報として、千島あるいは道東地域の収集資料であると評価されていなかった約30点の資料が当該地域で収集されたものであることが明らかとなった。同時に、誤ったデータが付随する資料が若干存在することも明らかとなり、使用に際しての注意喚起体制の整備も行った。以上の結果、研究期間を通して準備を行った資料の目録に掲載される資料点数は2,000点弱となった。

これらの資料の価値を評価するため、釧路市埋蔵文化財センター、マガダン州をはじめとする千島採集資料及び関連資料を所蔵する機関の所蔵資料を調査した結果、本研究の対象となった資料群が、質・量ともに重要かつ基礎的な資料であることが明確となり、平成27年度に刊行を予定している千島地域採集資料目録の重要性を確認することができた。目録の刊行により、当該地域の考古学および隣接分野の研究が飛躍的に発展することが期待される。また、平成26年度に根室市歴史と自然の資料館において、本研究によって明らかとなった道東地域の考古学研究の歴史的背景と、北海道大学植物園・博物館の所蔵資料との関係に関するテーマ展示を行った。大学という研究機関に所蔵されている資料が、地域のアマチュア研究者の協力によって充実していることを示し、大学と社会との連携の重要性を示すことができたと考えている。あわせて本研究を遂行するにあたって協力を得た地域の研究者との連携は、北海道大学植物園・博物館及び根室市歴史と自然の資料館の今後の活動に寄与するものと期待される。博物館資料史、博物館史資料目録刊行に必要な情報整理は予定通り進捗しており、本研究の第一目的である目録の編集は間違いなく終了できる状況にある。注記の傾向による資料のグループ化については、全資料の調査及びデータベース化後の検討が必要である。調査そのものは予定通り進めているが、期待される成果が得られるかどうかについては、十分な情報が現存しているか否かにかかっており、迅速に検討作業を進めてゆく必要がある。最終年度に予定している目録刊行に向けて、資料調査そのものは順調にすすんでいる。博物館資料史的調査は、博物館の収蔵庫の新営に伴う資料移動の関係で若干遅れているものの、研究遂行の支障になる程度ではない。資料の考古学的調査については、千島地域収集資料の目録化の準備を終えたことから、調査対象範囲を道東地域、サハリンにも拡大し、その成果を本研究課題の対象となっている資料群にフィードバックさせることを目指す。また、平成25年度に実施する予定でありながら、実施できなかった他博物館の所蔵資料調査を行い、より精度の高い情報整備を行うこととする。この他、学会・論文発表、根室市の博物館における企画展示など得られた成果の社会発信に力を入れ、将来的な研究者、地域との連携の実現の基盤作りを目指す。計画初年度である平成24年度の成果を踏まえ、継続して石器資料の図面化等を着実にすすめてゆく。あわせて、当初調査対象としていた東北大学等よりも関連資料が多く所蔵されていることが確認された東京大学や天理大学の資料調査を行い、調査対象の資料価値をより向上させてゆく。研究遂行の上で、北大植物園・博物館の耐震補強工事が平成25年度から26年度にかけて予定されおり、所蔵資料の移動・保管場所の確保の必要性から調査環境が悪化する可能性が懸念されるが、博物館との連携を密にして遅延することのないように配慮する。当初計画していた本州の博物館所蔵資料の追跡調査の結果、所蔵資料数や資料情報の付属状況が本研究課題の遂行に有益なものと位置付けるには疑問が生じた一方、釧路地域の博物館所蔵資料の調査の必要性が生じたことで計画を変更した。この調査にあたる予定の研究協力者の業務の都合により、次年度に調査を行うこととした。また、根室の博物館における普及活動の打ち合わせ、準備を平成26年度に行うこととし、打ち合わせのための旅費を次年度に使用することとした。従来把握できていなかった釧路地域の資料の調査のために、研究代表者、分担者も同行して調査を行う。普及活動の質向上のため、研究代表者と協力者との打ち合わせ回数を当初予定の1回から2回に変更する。
有限温度・密度QCDにおけるハドロンの性質の研究

量子色力学(QCD)は低温・低密度ではカラーが閉じ込められ、カイラル対称性が自発的に破れた秩序相にあるが、温度や密度を高いと,カラーが開放されカイラル対称性が回復する相へと相転移を起こす。非摂動論的QCDの手法を用いてこの相転移の性質を明らかにするのがこの研究の目的であった。当該研究期間の開始時に発見されたペンタクォークが大きな話題となり、それを契機に、エキゾティックハドロンの構造と生成反応、通常のハドロンのエキゾティック成分の分析、その他、関連する研究がホットな話題となり、有限温度・密度のQCDの視点で関連する研究を行った。最も主要な成果を挙げると1.QCD和則によるペンタクォークおよびエキゾティックハドロンのスペクトルの研究QCD和則を用いた解析で、ペンタクォークの量子数と質量に関する予言を世界に先駆けて行った。その結果、質量の低い正パリティのペンタクォークは存在の可能性が低いことを指摘した。また、軽いスカラーメソンおよび負パリティのバリオンが、テトラクォーク、あるいはペンタクォーク状態である可能性と、クォーク数の違う状態の混合の度合いを定量的にする手法を提案した。これをスカラーメソン、ラムダバリオンに適用し、いずれも多クォークのエキゾティック状態が主成分であることを示した。2.格子QCDによるペンタクォークおよびエキゾティックハドロンのスペクトルの研究格子QCDを用いて、ペンタクォークの量子数、質量を解析し、QCD和則による予言との整合性を調べた。この計算では、クェンチ近似の格子QCDにおいて連続状態と共鳴状態を区別するために、フレーヴァー毎に異なる境界条件を課す新たな処方を提案し、その有用性を確かめた。同じ処方を負パリティのΛ励起状態の5クォーク成分にも適用した。強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)は低温・低密度ではカラーが閉じ込められ、カイラル対称性が自発的に破れた秩序相にあるが、温度や密度を高くすると,カラーが開放され、カイラル対称性が回復する相転移を起こすと信じられている。このような相転移の性質を明らかにするために、いくつかの非摂動論的QCDの手法を用いた研究を行った。主な成果は1.格子QCDによるクォーク・グルーオン混合凝縮の有限温度計算クォーク・グルーオン混合凝縮の温度変化を計算し、カイラル対称性の回復がクォーク凝縮同様に現れることを確認し、その温度依存性がクォーク凝縮と強く相関していることを発見した。2.クォーク質量関数の格子QCDデータを用いた、シュヴィンガー・ダイソン(SD)方程式の積分核の研究格子QCDのクォーク伝播関数解を再現するSD方程式の積分核と、その物理的意味を与えた。また、有限温度で同方程式を解き、カイラル対称性の回復の現れ方を考察した。3.QCD和則によるメソンとバリオンの結合定数の評価CD和則によって、SU(3)バリオン8重項と擬スカラー中間子の結合定数を評価した。SU(3)極限では、F/D比がSU(6)から予想される値と無矛盾で、πの結合ではSU(3)の破れの効果が小さいことを示した。4.QCD和則によるペンタクォークバリオンの質量とパリティの決定最近発見された、ペンタクォークバリオンの質量とパリティをQCD和則により決定した。5クォーク状態としてはパリティが負であることを示した。質量はほぼ実験値を再現する。