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結び目理論とその諸科学への応用の研究

研究課題

研究課題/領域番号 16H03928
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 幾何学
研究機関埼玉大学

研究代表者

下川 航也  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60312633)

研究分担者 河内 明夫  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 特任教授 (00112524)
石原 海  山口大学, 教育学部, 准教授 (40634762)
小沢 誠  駒澤大学, 総合教育研究部, 教授 (50308160)
三松 佳彦  中央大学, 理工学部, 教授 (70190725)
門上 晃久  金沢大学, 機械工学系, 教授 (80382026)
山口 祥司  秋田大学, 教育文化学部, 准教授 (30534044)
谷山 公規  早稲田大学, 教育・総合科学学術院, 教授 (10247207)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2017年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2016年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワード結び目 / DNA / 高分子 / トポロジー / ポリマー
研究成果の概要

この研究課題では、高分子、超分子などのトポロジーを結び目理論を用いて研究し成果を得た。特に、(1)染色体の立体構造を明らかにしそのトポロジーを解析し、(2)ナノチャンネルという管状の領域におけるDNAの振る舞いの研究を結び目理論を用いて行い、(3)組換え酵素がDNA絡み目を解く様子の特徴付けの研究と、その成果渦結び目の研究への応用を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

この研究では、高分子や超分子などのひも状のものが作る形を結び目理論を用いて解析し、これまで知られていなかった新たな性質を明らかにしている。この数学的なモデル化により、強力なトポロジーの解析の手段である結び目理論を様々な分野に応用することが出来、これまで無かった新しい視点をいくつかの研究分野において与えたことは学術的意義が大きいと考えられる。

報告書

(6件)
  • 2021 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
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2021 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (10件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 8件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件、 招待講演 12件) 図書 (1件) 備考 (7件) 学会・シンポジウム開催 (6件)

  • [国際共同研究] University of California, Davis(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Saskatchewan(カナダ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Davis(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Saskatchewan(カナダ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Davis(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Saskatchewan(カナダ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] UC Davis(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Saskatchewan(カナダ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Saskatchewan(カナダ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Davis(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] A metal-peptide capsule by multiple ring threading2019

    • 著者名/発表者名
      Sawada Tomohisa、Inomata Yuuki、Shimokawa Koya、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 5687-5687

    • DOI

      10.1038/s41467-019-13594-4

    • 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] Neighborhood equivalence for multibranched surfaces in 3-manifolds2019

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Kai、Koda Yuya、Ozawa Makoto、Shimokawa Koya
    • 雑誌名

      Topology and its Applications

      巻: 257 ページ: 11-21

    • DOI

      10.1016/j.topol.2019.02.005

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterising knotting properties of polymers in nanochannels2018

    • 著者名/発表者名
      N. R. Beaton, J. W. Eng, K. Ishihara, K. Shimokawa, C. E. Soteros
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 14 号: 28 ページ: 5775-5785

    • DOI

      10.1039/c8sm00734a

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Bounds for minimum step number of knots confined to tubes in the simple cubic lattice2017

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, Kai; Pouokam, Maxime; Suzuki, Atsumi; Scharein, Robert; Vazquez, Mariel; Arsuaga, Javier; Shimokawa, Koya
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 50 号: 21 ページ: 1-28

    • DOI

      10.1088/1751-8121/aa6a4f

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pathways of DNA unlinking: A story of stepwise simplification2017

    • 著者名/発表者名
      Stolz Robert、Yoshida Masaaki、Brasher Reuben、Flanner Michelle、Ishihara Kai、Sherratt David J.、Shimokawa Koya、Vazquez Mariel
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 12420-12420

    • DOI

      10.1038/s41598-017-12172-2

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Band surgeries and crossing changes between fibered links2016

    • 著者名/発表者名
      Dorothy Buck, Kai Ishihara, Matt Rathbun, and Koya Shimokawa
    • 雑誌名

      J. London Math. Soc.

      巻: 94(2) 号: 2 ページ: 557-582

    • DOI

      10.1112/jlms/jdw049

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dehn surgery and Seifert surface system2016

    • 著者名/発表者名
      Makoto Ozawa and Koya Shimokawa
    • 雑誌名

      Ann. Sc. Norm. Super. Pisa Cl. Sci. (5)

      巻: - ページ: 267-276

    • DOI

      10.2422/2036-2145.201410_008

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A knot with destabilized bridge spheres of arbitrarily high bridge number2016

    • 著者名/発表者名
      Yeonhee Jang, Tsuyoshi Kobayashi, Makoto Ozawa, Kazuto Takao
    • 雑誌名

      J. London Math.

      巻: 93 号: 2 ページ: 379-396

    • DOI

      10.1112/jlms/jdw004

    • NAID

      120006658032

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] An obstruction to embedding 2-dimensional complexes into the 3-sphere2016

    • 著者名/発表者名
      Kazufumi Eto, Shosaku Matsuzaki, Makoto Ozawa
    • 雑誌名

      Topology and its Appl.

      巻: 198 ページ: 117-125

    • DOI

      10.1016/j.topol.2015.11.008

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Knot homotopy in subspaces of the 3-sphere2015

    • 著者名/発表者名
      Yuya Koda, Makoto Ozawa
    • 雑誌名

      Pacific J. Math.

      巻: 282 号: 2 ページ: 389-414

    • DOI

      10.2140/pjm.2016.282.389

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] DNAと結び目理論2021

    • 著者名/発表者名
      下川航也
    • 学会等名
      埼玉大学・埼玉医科大学包括協定締結記念キックオフシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] DNA組換え酵素の結び目理論的考察2021

    • 著者名/発表者名
      下川航也
    • 学会等名
      MIMS/CMMA「第1回トポロジーとその応用融合研究セミナー」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Untying pathways of vortex knots2021

    • 著者名/発表者名
      Koya Shimokawa
    • 学会等名
      ヘリシティと時空対称性、古典場から量子場まで
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 3-dimensional topology and polycontinuous pattern2019

    • 著者名/発表者名
      Koya Shimokawa
    • 学会等名
      International Symposium “Polymers and networks via topology and entanglement”
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 3-dimensional topology and poly-continuous pattern2019

    • 著者名/発表者名
      Koya Shimokawa
    • 学会等名
      MATERIALS RESEARCH MEETING 2019, Mathematical Materials Science -Mathematical Approaches for Materials Designs in the Data Driven Society-
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Handlebody decomposition of 3-manifolds and their application2019

    • 著者名/発表者名
      Koya Shimokawa
    • 学会等名
      可微分写像の特異点論とその応用
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] トポロジーと高分子科学2019

    • 著者名/発表者名
      下川航也
    • 学会等名
      2019年度年会企画特別講演
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 結び目理論の高分子科学への応用 -- DNA組換え酵素、高分子化学、 材料科学、統計力学的エントロピー--,2018

    • 著者名/発表者名
      下川航也
    • 学会等名
      名古屋大学多元数理科学研究科談話会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] On chirality of molecular graphs2018

    • 著者名/発表者名
      Koya Shimokawa
    • 学会等名
      Cyclic & Topologically Complex Polymers, Spring 2018 American Chemical Society Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Lattice knots and links confined in tube regions2017

    • 著者名/発表者名
      Koya Shimokawa
    • 学会等名
      Conference on Means, Methods and Results in the Statistical Mechanics of Polymeric Systems II, Fields Institute, University of Toronto, Canada
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] トポロジーの高分子化学への応用2016

    • 著者名/発表者名
      下川航也
    • 学会等名
      ナノ学会主催 ナノ構造・物性- ナノ機能・応用部会 合同シンポジウム
    • 発表場所
      グランドパレス川端(秋田県大仙市)
    • 年月日
      2016-12-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 結び目理論の応用について -DNA 組換え酵素、高分子化学、統計力学的エントロピー-2016

    • 著者名/発表者名
      下川航也
    • 学会等名
      第63 回トポロジーシンポジウム
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-07-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Topology of Polymers2019

    • 著者名/発表者名
      Shimokawa, Koya, Ishihara, Kai, Tezuka, Yasuyuki
    • 総ページ数
      89
    • 出版者
      Springer, SpringerBriefs in the Mathematics of Materials
    • ISBN
      9784431568865
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 下川研究室

    • URL

      https://www-p.sci.ocha.ac.jp/shimokawa-lab/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 下川航也ホームページ

    • URL

      http://www.rimath.saitama-u.ac.jp/lab.jp/KoyaShimokawa.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書 2016 実績報告書
  • [備考] 国際シンポジウムホームページ

    • URL

      http://www.rimath.saitama-u.ac.jp/lab.jp/kshimoka/polymersandnetworks2019.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 下川航也 ホームページ

    • URL

      http://www.rimath.saitama-u.ac.jp/lab.jp/KoyaShimokawa.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 国際ワークショップ Knots and Polymers

    • URL

      http://www.rimath.saitama-u.ac.jp/lab.jp/kshimoka/knotsandpolymers2017J.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] Topology and graphs in polymer chemistry

    • URL

      http://www.rimath.saitama-u.ac.jp/lab.jp/kshimoka/polymerchemistryJ.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] International Workshop on Spatial Graphs 2016

    • URL

      http://www.f.waseda.jp/taniyama/SG2016/SG2016.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 国際シンポジウム"Polymers and networks via topology and entanglement"2019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 国際ワークショップ “The Topology of Nucleic Acids: Research at the Interface of Low-Dimensional Topology, Polymer Physics and Molecular Biology” (19w5226)2019

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 国際シンポジウム“Polymers meet Topology”2019

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 国際ワークショップ Knots and Polymers: Aspects of topological entanglement in DNA, proteins and graph-shaped polymers2017

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 国際ワークショップ Topology and graphs in polymer chemistry2016

    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-08-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] International Workshop on Spatial Graphs 20162016

    • 発表場所
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • 年月日
      2016-08-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2023-01-30  

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