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複雑ネットワーク解析に基づく物質・材料探索

計画研究

研究領域次世代物質探索のための離散幾何学
研究課題/領域番号 17H06468
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関立教大学 (2019-2021)
東京大学 (2017-2018)

研究代表者

大西 立顕  立教大学, 人工知能科学研究科, 教授 (10376387)

研究分担者 高橋 数冴  東京大学, 医科学研究所, 助教 (00909385)
久野 遼平  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 講師 (60725018)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
52,130千円 (直接経費: 40,100千円、間接経費: 12,030千円)
2021年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2020年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2019年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2018年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワード高分子ブロック共重合体 / 相分離構造 / エラストマー / 中心性 / 架橋 / マルチフラクタル / 複雑ネットワーク / 化合物空間 / ミクロ相分離 / 結晶性高分子 / 広角X線回折 / 小角X線散乱 / ランダムフォレスト / 生分解性 / 数理工学 / ソフトコンピューティング / トポロジー / 高分子構造・物性 / ハイパフォーマンス・コンピューティング / 一般化次元 / 重み付きネットワーク / 生物活性 / ケモインフォマティクス / コミュニティ抽出 / 構造・機能材料 / 化合物フィンガープリント / 計算物理
研究成果の概要

ネットワーク科学の手法でエラストマーの構造の不均一性を定量的に評価することで弾性特性を解析した.空間的な位置とトポロジーから算出される指標によって応力が統一的に記述できることを明らかにした.これにより,複雑な構造であっても各架橋点が応力に与える影響を定量化することができる.エラストマーを重み付きネットワークで表現し,一軸伸長下での構造変化を解析した結果,架橋点の弾性への寄与の仕方が架橋反応濃度によって異なることを明らかにした.シミュレーションで作成した高分子ブロック共重合体のミクロ相分離の準安定構造を解析し,最大連結成分やマルチフラクタル指標が自由エネルギーと強い相関があることを明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

複雑ネットワーク科学を応用してエラストマーの架橋点の空間上の位置とネットワーク上の位置の両方を考慮した新たな中心性指標を開発したことで,応力の統一的記述が可能になり,架橋点の応力への寄与や応力が集中する分子鎖の推定を実現した.ミクロ相分離の複雑な構造をマルチフラクタルで特徴づける手法を開発し,特異性指数や一般化次元などのマルチフラクタル指標が力学物性や自由エネルギーに関係していることを見出した.ミクロ相分離の構造情報のみから応力特性や自由エネルギーをある程度予測することが可能となり,計算コストの高いブロックコポリマーのシミュレーションにおけるパラメータ探索の効率化につながった.

報告書

(6件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 8件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] エラストマーの一軸伸長における重み付きネットワーク構造の変化2021

    • 著者名/発表者名
      ITO Mariko I.、AMAMOTO Yoshifumi、OHNISHI Takaaki,
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 20 号: 3 ページ: 89-91

    • DOI

      10.2477/jccj.2021-0040

    • NAID

      130008122395

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 3次元畳み込みニューラルネットワークの転移学習を用いたブロック共重合体の応力ひずみ曲線予測2021

    • 著者名/発表者名
      川口裕靖, 伊藤真利子, 青柳岳司, 大西立顕
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 20 号: 3 ページ: 100-102

    • DOI

      10.2477/jccj.2021-0037

    • NAID

      130008122399

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ランダムフォレストを用いた結晶性高分子のX線散乱回折データの解析2021

    • 著者名/発表者名
      TAKAHASHI Kazuki K.、AMAMOTO Yoshifumi、KIKUTAKE Hiroteru、ITO Mariko I.、TAKAHARA Atsushi、 OHNISHI Takaaki
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 20 号: 3 ページ: 103-105

    • DOI

      10.2477/jccj.2021-0042

    • NAID

      130008122394

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高分子の高次構造特徴量ー物性相関としてのサイバーポリマー2021

    • 著者名/発表者名
      天本義史, 菊武裕晃, 大西立顕
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 70 ページ: 133-134

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] ミクロ相分離構造の最大連結成分と自由エネルギー2020

    • 著者名/発表者名
      KAWAGUCHI Hironobu、ITO Mariko I.、YAMANAKA Sadato、AOYAGI Takeshi、OHNISHI Takaaki
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 19 号: 4 ページ: 136-138

    • DOI

      10.2477/jccj.2021-0001

    • NAID

      130008021858

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Complex Network Representation of the Structure-Mechanical Property Relationships in Elastomers with Heterogeneous Connectivity2020

    • 著者名/発表者名
      Amamoto Yoshifumi、Kojio Ken、Takahara Atsushi、Masubuchi Yuichi、Ohnishi Takaaki
    • 雑誌名

      Patterns

      巻: 1 号: 8 ページ: 100135-100135

    • DOI

      10.1016/j.patter.2020.100135

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Weighted Network Analysis for Computer-Aided Drug Discovery2020

    • 著者名/発表者名
      Mariko I. Ito, Takaaki Ohnishi
    • 雑誌名

      In: Czarnowski I., Howlett R., Jain L. (eds) Intelligent Decision Technologies. IDT 2020. Smart Innovation, Systems and Technologies

      巻: 193 ページ: 27-36

    • DOI

      10.1007/978-981-15-5925-9_3

    • ISBN
      9789811559242, 9789811559259
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological Data Analysis of Microdomain Patterns of Block Copolymer2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Mototake, S. Yamanaka, T. Aoyagi, T. Ohnishi, K. Fukumizu
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2020 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2020)

      巻: - ページ: 517-520

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] uantification of microphase separated structures from the viewpoint of multifractal2020

    • 著者名/発表者名
      Mariko I. Ito, Sadato Yamanaka, Takeshi Aoyagi, Takaaki Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2020 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2020)

      巻: - ページ: 480-483

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ブロック共重合体のミクロ相分離構造に対するマルチフラクタル解析2019

    • 著者名/発表者名
      ITO Mariko I.、YAMANAKA Sadato、AOYAGI Takeshi、OHNISHI Takaaki
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 18 号: 5 ページ: 214-216

    • DOI

      10.2477/jccj.2019-0043

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 化合物空間の重み付きネットワーク解析2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤真利子, 大西立顕
    • 雑誌名

      ケモインフォマティクス討論会予稿集

      巻: 2019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Relationship between multifractal and physical properties of microphase separated structure in block copolymers2021

    • 著者名/発表者名
      Mariko Ito
    • 学会等名
      International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Change of network structure of elastomers under elongation2021

    • 著者名/発表者名
      Mariko Ito, Yoshifumi Amamoto, Takaaki Ohnishi
    • 学会等名
      Conference on Complex Systems 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エラストマーの一軸伸長における架橋点間距離の変化のネットワーク構造依存性2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤真利子, 天本義史, 大西立顕
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2021春季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ブロック共重合体の自由エネルギーに関わるミクロ相分離構造の定量化2021

    • 著者名/発表者名
      川口裕靖, 伊藤真利子, 山中貞人, 青柳岳司, 大西立顕
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] X線散乱・回折データの機械学習による結晶性高分子の物性に関わる階層構造の解析2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋数冴,天本義史,菊武裕晃,伊藤真利子,高原淳,大西立顕
    • 学会等名
      NANOSPEC2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マルチフラクタル解析によるミクロ相分離構造の特徴づけ2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤真利子, 山中貞人, 青柳岳司, 大西立顕
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Minimum spanning tree of biologically relevant chemical space2020

    • 著者名/発表者名
      Mariko Ito, Takaaki Ohnishi
    • 学会等名
      NetSci-X 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural feature extraction on chemical space by clustering and network analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Mariko Ito, Takaaki Ohnishi
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation on a more appropriate network representation of chemical subspaces2019

    • 著者名/発表者名
      Mariko Ito, Takaaki Ohnishi
    • 学会等名
      15th German Conference on Cheminformatics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dimension Reduction of Molecular Fingerprints2019

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Ohnishi, Mariko Ito
    • 学会等名
      Conference on Complex Systems 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複雑ネットワークとデータサイエンスを活用した高分子計算機科学の可能性2019

    • 著者名/発表者名
      大西立顕
    • 学会等名
      高分子計算機科学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ブロック共重合体のミクロ相分離構造に対するマルチフラクタル解析2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤真利子,山中貞人,青柳岳司,大西立顕
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2019年秋季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 化合物の生物活性予測に最適なフィンガープリント表現2019

    • 著者名/発表者名
      大西立顕,伊藤真利子
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2019年秋季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ネットワーク解析による架橋高分子の構造物性相関2019

    • 著者名/発表者名
      天本義史,大西立顕
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 化学反応データベースを用いた逆合成経路探索のための化合物のグラフ表現2019

    • 著者名/発表者名
      大西立顕,福島真太朗
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 領域知識創出のためのビッグデータ活用2019

    • 著者名/発表者名
      大西立顕
    • 学会等名
      第8回計算社会科学とその周辺セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 化合物空間の幾何学的特徴を使ったクラスタリング2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤真利子,大西立顕
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 化合物フィンガープリントの次元削減2019

    • 著者名/発表者名
      大西立顕
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] The topological features of fingerprint space and its application to the efficient retrosynthetic analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Mariko Ito, Takaaki Ohnishi
    • 学会等名
      Conference on Complex Systems 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Three State Model for Temporal Network Change Detection2018

    • 著者名/発表者名
      Chikara Mizokami, Takaaki Ohnishi
    • 学会等名
      NetSci-X 2018: International School and Conference on Network Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-07-04   更新日: 2023-01-30  

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