要点

• ヒストン修飾の生細胞でのカラー計測に成功
• 従来の細胞内局在変化を利用するプローブより明瞭な信号変化
• 遺伝子活性化の可視化プローブとして、創薬などへの応用に期待

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院の上田宏教授と鍾蝉伊（ショウ・ゼンイChung, Chan-I）研究員（研究当時）、木村宏教授らの研究グループは、ヒストンタンパク質^[用語1]の特定の翻訳後修飾^[用語2]（ヒストンH3タンパク質の9番目リジンのアセチル化、H3K9ac^[用語3]）を生細胞内の蛍光色変化として可視化する技術の開発に成功した。

細胞内抗体^[用語4]と蛍光タンパク質間の蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）^[用語5]を用いてH3K9acをその蛍光波長変化として直接検出する細胞内抗体プローブH3K9ac FRET-mintbody^[用語6] を開発し、生きた細胞をライブイメージングすることに成功した（図）。抗原に結合することによる細胞内抗体の微妙な構造変化と、二つの蛍光タンパク質同士の距離と配向の変化により、FRET効率が顕著に向上するプローブを構築できたと考えられる。

細胞内でDNAと結合しているヒストンタンパク質の翻訳後修飾は、遺伝子の働きを制御する重要な役割を果たしている。その中でヒストンH3のアセチル化修飾は遺伝子活性化の目印として働くと考えられており、発生や分化、iPS細胞（人工多能性幹細胞）の形成過程で大きく変動することが知られていたが、これまで生きた細胞内でその修飾量の変化を蛍光色で観察する技術は報告されていなかった。

この成果は7月15日に英科学誌「Scientific Reports（サイエンティフィックレポーツ）」にオンライン掲載された。

研究成果

ヒストンH3タンパク質9番目リジンのアセチル化（H3K9ac）特異的抗体の可変領域を、両側に蛍光色の異なる2種類の蛍光タンパク質を融合させた一本鎖可変領域抗体（single-chain variable region fragment, scFv）として細胞に発現させ、 蛍光共鳴エネルギー移動型細胞内抗体プローブ（fluorescence resonance energy transfer type modification-specific intracellular antibody, FRET-mintbody）を作製した。

試行錯誤ののち、哺乳動物細胞内とその細胞抽出液を用いて構築したFRET-mintbodyがH3K9acに特異的に結合して蛍光色を変化させることを確かめた。さらに、生細胞内でのH3K9acレベルのカラーライブイメージングに成功した。この結果、同条件での蛍光観察において、mintbodyの細胞内局在変化よりも大きな色（2波長での蛍光強度比）変化を、より簡便かつ正確に定量する事に成功した。

背景

多細胞生物の体を構成する細胞では個々の細胞に特有の遺伝子が活性化している。この遺伝子発現制御には、エピジェネティック制御が重要であることが示されてきた。エピジェネティック制御とは、DNA配列の変化を伴わずに起こる遺伝子発現の制御であり、DNAのメチル化やDNA結合タンパク質であるヒストンの翻訳後修飾などにより引き起こされる。

ヒストン修飾は細胞分化過程やシグナル応答などの発現遺伝子がダイナミックに変化する際に可逆的に変化するため、特に重要な役割を果たすと考えられている。H3K9acは、がん化などの細胞増殖制御に関わる遺伝子発現活性化に関与することが報告されており、筆者のうち木村教授らは、ヒストンのアセチル化亢進に伴うプローブの細胞質から核への局在変化を指標とするH3K9ac-mintbodyプローブをすでに開発していた。しかし、この変化を蛍光色変化として検出できるプローブは開発されていなかった。

研究の経緯

タンパク質の翻訳後修飾の検出法としては、細胞を固定した後に修飾特異的抗体^[用語7] を反応させる方法が最もよく用いられている。しかし翻訳後修飾の役割をより詳細に理解するためには、生きた細胞でダイナミックに変化する修飾を個々の細胞単位で調べる必要がある。木村教授らのグループはこれまで、各種修飾特異的抗体由来の生細胞プローブを開発し、生きた細胞の中で起こるヒストンタンパク質の翻訳後修飾を、蛍光顕微鏡を用いて観察するシステムを樹立してきた。

特に抗体の可変領域を蛍光タンパク質融合型scFv^[用語8]として細胞内に発現させたプローブmintbodyは、遺伝子改変動物の個体レベルの解析などに応用可能であったが、修飾に伴うプローブの細胞内局在変化を検出する原理のため、蛍光強度の変化が少なく定量的評価のためには核と細胞質での蛍光定量を厳密に行う必要があった。

そこで今回、蛍光抗体プローブ構築を専門とする上田教授らにより、抗体可変領域がH3K9acに結合する事で蛍光共鳴エネルギー移動の効率が変化するプローブの構築が試みられた。この結果、同条件での蛍光観察において、脱アセチル化阻害剤トリコスタチン添加によるmintbodyの細胞内局在変化よりも大きな色（2波長の蛍光強度比）変化を、より簡便に検出することに成功した。さらにこの変化のライブセルイメージングに成功した。

今後の展開

ヒストンの化学修飾はDNA配列の変化を伴わずに起こる遺伝子発現の制御であるエピジェネティクスで重要な役割を果たしており、なかでもヒストンのアセチル化修飾は遺伝子活性化の目印として注目されている。本研究により得られたH3K9 FRET-mintbodyにより、より高い精度で生細胞での解析が可能となり、この修飾の新たな側面が見いだされることが期待できる。また、本成果は今後、他の細胞内在性抗原検出のための抗体プローブ構築の指針になると期待される。

論文情報

掲載誌 :	Scientific Reports
論文タイトル :	Intrabody-based FRET probe to visualize endogenous histone acetylation
著者 :	Chan-I Chung1,5, Yuko Sato2, Yuki Ohmuro-Matsuyama1, Shinichi Machida3, Hitoshi Kurumizaka3,4, Hiroshi Kimura2 & Hiroshi Ueda1
所属 :	1Laboratory for Chemistry and Life Science, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology 2Cell Biology Center, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology 3Laboratory of Structural Biology, Graduate School of Advanced Science & Engineering, Waseda University 4Present address: Institute for Quantitative Biosciences, The University of Tokyo 5Present address: Department of Pharmaceutical Chemistry, University of California San Francisco
DOI :	10.1038/s41598-019-46573-2

• プレスリリース ヒストンタンパク質の翻訳後修飾の可視化に成功 －エピジェネティックマークを色で観察する細胞内抗体プローブ開発－
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• 上田・北口研究室
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• 研究者詳細情報（STAR Search） - 木村宏 Hiroshi Kimura
• 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所
• 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究センター
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 生命理工学院 生命理工学系
• 研究成果一覧

英国を訪問した東京工業大学の井村順一副学長（教育運営担当）は6月13日、ロンドンの日本大使館で岡田隆特命全権公使と面談しました。井村副学長は、本学協定校であるインペリアル・カレッジ・ロンドンと東工大博士後期課程の学生交流プログラム（インペリアルー東工大グローバルフェローズプログラム）が6月10日から14日までロンドンで行われたのに合わせて訪英し、最終報告の審査に先立ち、大使館を訪問しました。

岡田公使は様々な国際会議に出席した経験から次のように話し、インペリアル・カレッジと東工大の交流プログラムに期待を表明しました。

同大使館の小川浩司一等書記官（科学技術担当）には、特別講演の講演者や日本学術振興会ロンドン研究連絡センターへの紹介など協力していただきました。また、大使館訪問と会食には東工大 環境・社会理工学院 社会・人間科学系の金子宏直准教授が出席しました。

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東京工業大学は7月16日、第56回外国人研究者へのオリエンテーション及び外国人研究者等との懇談会を大岡山キャンパス東工大蔵前会館で開催しました。外国人研究者とその家族や受入れ教員等を含め、25ヵ国から99名が参加しました。

外国人研究者との懇談会は、学長主催により本学で教育・研究に従事している外国人研究者を招き、本学の教員及び各国の研究者の親睦を深めることを目的として、1991年から年2回開催されているイベントです。また2010年からは、本学に関する理解を深める機会としてオリエンテーションも併せて実施しています。

オリエンテーションでは、益一哉学長による大学紹介があり、その後のQ&Aセッションでは、益学長と佐藤勲理事・副学長（企画担当）、水本哲弥理事・副学長（教育担当）、渡辺治理事・副学長（研究担当）、藤野公之理事・副学長（財務担当）・事務局長の5名が回答者として登壇しました。参加者からは、大学のダイバーシティや財務に関する質問や意見があり、学長をはじめとする執行部がユーモアを交えながら、大学の現状や今後の課題について回答しました。

集合写真

• 「第55回外国人研究者へのオリエンテーション及び外国人研究者等との懇談会」開催報告｜東工大ニュース
• 「第54回外国人研究者へのオリエンテーション及び外国人研究者等との懇談会」開催報告｜東工大ニュース

7月17日、元素戦略研究センターの細野秀雄栄誉教授、金正煥助教による記者説明会を大岡山キャンパスにて行いました。説明会には、7媒体、8名が出席しました。

元素戦略研究センターでは、希少元素に対する資源不安を回避するために、ブレークスルーとなる材料の創出の研究開発を行っています。今回の記者説明会では、新しく開発した亜鉛（Zn）、シリコン、酸素からなるアモルファスZn-Si-O（a-ZSO）という仕事関数（1）が小さく、しかも電子の移動度の大きな透明半導体を電子輸送層として利用することで、低電圧で高輝度のペロブスカイト（2）LEDが実現可能になったという研究成果について説明がありました。

開発のポイント

テレビやスマートフォンなどのディスプレイとして有機EL（エレクトロルミネッセンス）が普及してきました。有機ELは自己発光型で高い画質を提供できるという魅力があります。一方で、寿命が短く、駆動電圧が高いといった課題があり、新たな発光材料の研究開発が進められています。

ディスプレイに求められる性能として、高い解像度とありのままの色を再現できることがあげられます。色の再現性の観点から、ペロブスカイトLEDが注目されています。ペロブスカイトLEDは、高い色純度とともに、製造に溶液プロセスが使えるという利点もあります。

現在、多くの研究者が低次元ペロブスカイトの研究を行っているのに対し、細野栄誉教授と金助教は光でなく電流を注入して発光させるLEDの場合には、電子と正孔が移動しやすい3次元ペロブスカイトの方が適していると考え、電極から発光層に電子を注入するのに適した半導体であるa-ZSOと隣接させてペロブスカイトLEDを作製しました。

作製した緑色のLEDは、2.9Vで10,000 cd/m²、5Vで500,000 cd/m²の輝度を達成しました。通常のスマートフォンの最大輝度は400 cd/m²程度ですので、驚異的な明るさであることがわかります。

今後の展望

現状では、緑色と赤色に関しては高輝度を達成できていますが、青色については、まだ改善の余地があります。今回明らかにした概念は非常に有効であることがわかりましたので、これを応用して新たな材料を開発することで、次世代のLED誕生につながると期待できます。

（1）仕事関数

物質内の電子を外に移すのに必要な最小エネルギーの値。金属表面からの熱電子放出や、電場による電子放出は、仕事関数の大きい金属ほど起こりにくい。

（2）ペロブスカイト

ペロブスカイト構造は結晶構造の一つ。さまざまな原子が組み合わさった構造をしており、光吸収や電荷輸送促進などの性質をもつため、LEDとしての使用が検討されている。

資料

• 室温で緑色発光するp型／n型新半導体│東工大ニュース
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 細野秀雄 Hideo Hosono
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 金正煥 Junghwan Kim
• 東京工業大学 元素戦略研究センター
• 物質理工学院 材料系
• 研究成果一覧

要点

• 藻類はリンや窒素などの欠乏時に細胞内にオイルを高蓄積
• 藻類で栄養欠乏時に起こるオイルの高蓄積を制御する制御因子を発見
• 制御因子の改変により、オイル生産を自在に制御する仕組みへの活用に期待

概要

東京工業大学 生命理工学院のNur Akmalia Hidayati（ヌル・アクマリア・ヒダヤティ）博士後期課程3年、堀孝一助教、太田啓之教授、下嶋美恵准教授、岩井雅子特任助教と京都大学 福澤秀哉教授、東北大学 大学院情報科学研究科 大林武准教授、かずさDNA研究所 櫻井望チーム長（現所属・国立遺伝学研究所）らの研究グループは、バイオ燃料をはじめとする有用脂質生産に活用が期待される藻類の一種「クラミドモナス^[用語1]」で、リンや窒素の栄養欠乏時に起こるオイルの蓄積を制御する因子の同定に成功した。またこの制御因子は、特に栄養欠乏時の細胞内にオイルが大量に蓄積する時期に機能する主要な制御因子であることも突き止めた。

今回、種々の藻類で広く見られる栄養欠乏時のオイルの大量蓄積を制御する制御因子を見出したことで、明らかになった脂質蓄積の制御の機構や制御因子自体を、藻類で生産する有用脂質の種類や生産の時期を自在にコントロールするための仕組みづくりに活用することが期待される。

藻類はリンや窒素などの栄養欠乏時に細胞内にオイルを多量に蓄積することが広く知られている。この仕組みの解明が藻類で様々な有用脂質を自在に生産するための大きな手掛かりになると考えられていた。

研究成果は7月27日発行の英国科学雑誌「プラント ジャーナル（The Plant Journal）」に掲載された。

（注）この研究は、科学研究費基盤研究A、科学技術振興機構 産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム（OPERA） 「ゲノム編集による革新的な有用細胞・生物作成技術の創出」研究領域（研究総括：山本卓（広島大学教授））における研究の一環として行った。

研究の背景と経緯

これまで石油資源から生産されている様々な有用脂質を、光合成を行う藻類や植物で生産するバイオ燃料などで代替して製造し、石油資源への高い依存から脱却することが期待され、世界中で研究が進められている。中でも藻類は単位面積あたりの生産性が高いことや食用作物と競合しないという利点を持つ。

藻類が作り出すオイル（油脂、トリアシルグリセロール）は液体燃料として直接転用可能な原料となり、単位容積あたりのエネルギー効率も高いことから、ディーゼル燃料や航空燃料の代替として最適なバイオマスと期待されている。とりわけ、藻類はリンや窒素の欠乏時に細胞内に多量のオイルを蓄積することが広く知られており、その仕組みの解明に向けた研究が行われてきた。

藻類の栄養欠乏時におけるオイル蓄積を制御する仕組みを解明することができれば、その知見や制御を担う因子を活用することで、藻類で様々な有用脂質を適当な時期に自在に生産するシステムを構築することができると期待されている。しかし、特に栄養欠乏時のオイルの蓄積が顕著になる時期に油脂合成を制御する制御因子はこれまで全く同定されておらず、藻類の応用を見据えた基礎研究の推進が急務となっていた。

研究成果

太田教授らの研究グループは、モデル藻類のクラミドモナスを用いてオイル合成の最終段階を担う酵素「ジアシルグリセロールアシルトランスフェラーゼ（DGAT）^[用語2]」の遺伝子の一つであるDGTT1^[用語3]と同調的に遺伝子の発現が起こる転写因子の候補を網羅的に探索^[参考1]した。その中から、特にリン欠乏条件移行後のオイルが大量に貯まる時期に強く発現する転写因子LRL1（Lipid Remodeling reguLator1）^[用語4]の遺伝子を候補として見出し、解析をした。

LRL1の機能を明らかにするため、京都大学福澤研究室と共同で、遺伝子の発現が抑制された変異体を1ライン単離し、またクラミドモナスの遺伝子変異体のライブラリからLRL1の機能が抑制された変異体をもう1ライン単離して、それらの性質を詳細に解析した。その結果、変異体ではいずれもリン欠乏時にみられるオイルの蓄積が大きく抑制されていることが分かった。

さらにこれらの変異体では、栄養が十分ある際には細胞分裂が促進されて細胞のサイズが小さくなること、栄養が欠乏すると逆に細胞の増殖が抑制され、野生型に比べて細胞の色がやや薄緑色になることなどが分かった。またリン欠乏時に細胞内で不足したリンを生体膜のリン脂質から切り出して補い、リン脂質の代わりにリンを含まない糖脂質などを合成するリン欠乏時の膜脂質転換^[用語5]と呼ばれる仕組みにも異常が起こっていることが分かった。

LRL1がこれらの現象に関わる遺伝子を直接制御しているかどうかを明らかにするため、タバコの葉を利用した遺伝子の一過的な発現系を用いて、藻類の転写因子が、藻類の膜脂質転換に関わる遺伝子を直接制御しているかどうかを解析した。その結果、LRL1は、クラミドモナスに存在する別の転写因子（bHLH2）と二つの転写因子の結合を促進するタンパク質（TTG1）と共同することで、リン欠乏時に起こるダイナミックな脂質代謝の変動を直接制御していることが明らかになった。

また、LRL1は、リン欠乏応答の早期に関わる転写因子として広く知られるPSR1^[用語6]と同様な遺伝子を制御するが、PSR1とは異なり、リン欠乏のみならず窒素欠乏時にも発現が誘導されることから、栄養欠乏時の比較的後期に顕著にみられるオイルの蓄積や細胞分裂の抑制を制御する重要な制御因子であると考えられる。

今後の展開

今回の研究成果により、藻類の栄養欠乏時に広く見られるオイルの蓄積や膜脂質転換など脂質代謝の大きな変動（脂質転換）を制御する重要な制御因子の存在が明らかになった。今後、今回明らかになったLRL1の機能の仕組みやLRL1自体の活用により、藻類で大量生産が望まれる様々な有用脂質を必要な時期に自在に誘導蓄積する仕組みの構築が可能になることが期待される。

図1. LRL1変異体ではリン欠乏時の生育が抑制される。

上図：LRL1の二つの変異体、lrl1-1、lrl1-2のタグ挿入部位、下図：リン欠乏時の培養の様子。lrl1-1、lrl1-2では、いずれもリン欠乏時の細胞の増殖が抑制され、培養液がやや薄緑色になる。

図2. LRL1の二つの変異体のオイルの蓄積と細胞サイズの変化

赤：葉緑体のクロロフィル蛍光 緑：油滴

リン欠乏条件（－P）への移行後、野生型（C9とCC4533）では細胞のサイズが肥大し、オイルの蓄積に伴い油滴の肥大や数の増加が起こるが、二つの変異体lrl1-1、lrl1-2では、オイルの蓄積が抑制され、細胞のサイズも小さい。

図3. リン欠乏時におけるLRL1の機能のモデル

LRL1は、他の転写因子bHLH2や、制御因子の連結に関わる因子TTG1と共同してリン欠乏応答遺伝子の発現誘導に直接働いていることが明らかになった。

論文情報

掲載誌 :	The Plant Journal
論文タイトル :	LIPID REMODELING REGULATOR 1 (LRL1) is differently involved in the phosphorus-depletion response from PSR1 in Chlamydomonas reinhardtii
著者 :	Hidayati, Nur Akmalia; Yamada-Oshima, Yui; Iwai, Masako; Yamano, Takashi; Kajikawa, Masataka; Sakurai, Nozomu; Suda, Kunihiro; Sesoko, Kanami; Hori, Koichi; Obayashi, Takeshi; Shimojima, Mie; Fukuzawa, Hideya; Ohta, Hiroyuki
DOI :	10.1111/tpj.14473

要点

• 高性能ペロブスカイトLED実現に向けた新概念を提案
• 新アモルファス酸化物半導体で、励起子をペロブスカイト層内に閉じ込める
• 5 Vで500,000 cd/m²の緑色発光素子を実現

概要

東京工業大学 元素戦略研究センターの沈基亨大学院生、金正煥助教、細野秀雄栄誉教授らは、近年、新たな発光材料として注目を集めているペロブスカイト型ハロゲン化物を用い、低電圧駆動で超高輝度のペロブスカイトLED（PeLED）^[用語1]の開発に成功した。電極からのキャリアの注入と発光層内での移動の両方を促進するという新たなアプローチでLEDの高性能化を達成した。

開発したアモルファスZn-Si-Oは、CsPbX₃^[用語2] の伝導帯下端よりも浅い位置に伝導帯下端を持つことで励起子の閉じ込めが可能で、しかも高い電子移動度により効率的な電子注入が期待できる。この指針により作製されたCsPbBr₃の緑色発光素子は2.9 Vで10,000 cd/m^2[用語3]、5 Vで500,000 cd/m²に及ぶ低電圧超高輝度を実現した（電力効率は33 lm/W^[用語4]）。さらに赤色発光素子では20,000 cd/m²の世界最高輝度が得られた。この成果はPeLEDの実用化に向けた新たな方向性を提案するものである。

CsPbX₃は発光中心となる励起子の束縛エネルギーが小さいので、非発光型遷移^[用語5]が起こりやすく、低い発光効率の原因と考えられていた。そのため量子閉じ込め効果を持つ低次元の発光材料^[用語6]が専ら研究されてきた。しかし、低次元材料は電子や正孔が動きにくく、電流注入での発光効率が高くなりにくいという問題が生じる。今回の研究ではCsPbX₃を発光層とし、これに適した電子輸送層を用いることで、電極からのキャリア注入と発光層内での移動の両方を促進する新たなアプローチでLEDの高性能化を狙った。

研究成果は文部科学省元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞によって得られたもので、7月30日（現地時間）に米国応用物理学会「Applied Physics Reviews」に掲載された。

研究の背景

近年、スマートフォーンやテレビなどに有機EL（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイが急速に普及しつつある。有機ELは自己発光型で低温プロセスなどを特徴としており、高い画質やフレキシブルエレクトロニクスなどの観点で非常に魅力的である。しかし、短い寿命や高い駆動電圧などの弱点を伴うことが問題とされており、新たなEL用発光材料の探索が広く行われている。

ペロブスカイト型ハロゲン化物（CsPbX₃、ここではX＝Cl、Br、I）は、その候補として新たに注目を集めている発光材料であり、高い色純度や溶液プロセスで作製が可能などを特徴とする。近年は量子閉じ込め効果を有する低次元系のハロゲン化物が多く研究されており、従来の三次元構造のCsPbX₃よりも優れたEL特性が得られるといった例が多数報告されている。

このような背景から、低次元性材料＞3次元材料という関係式が当然視されている。しかし、これには非常に重要な事実が見逃されている。発光材料の評価として一般的に用いられるのは蛍光量子効率（PLQY）^[用語7]である。従って、量子閉じ込め効果を有する低次元材料が高いPLQYを示すのが一般的である。しかしながら、このPLQYは光で励起した際の発光効率の値であり、電極から電子と正孔を注入して、発光体のなかで再結合して光らせるEL素子に適しているかどうかは別の話である。

つまり、いくら高いPLQYを有する発光材料だとしても、電子と正孔の供給がない限りELでは決して光らない。さらに局在性の高い低次元性材料では、有効質量が大きいため電子と正孔が移動しにくく、再結合の確率が低下するので高い効率での発光が難しい。今回の研究ではCsPbX₃の持つ優れた電気的性質を利用しつつ、優れた特性を有する電子輸送層を用いて、励起子の生成濃度の増大とその閉じ込め効果によって特性の大幅な向上を試みた。

研究成果

CsPbX₃は当初、太陽電池として注目された材料であり、小さい励起子束縛エネルギー^[用語8]や小さい電子と正孔の有効質量を特徴とする。これは励起子が容易に電子と正孔に解離し、電極まで速やかに移動できることを示唆する。このような特性は太陽電池で高い短絡電流を得るために重要であるが、EL発光の観点からは非発光型遷移（消光）の要因になってしまう。

太陽電池とELの素子構造は非常に似ているが、実際に要求される物性が大きく違う。つまりCsPbX₃のように励起子束縛エネルギーが小さい発光材料は消光確率が高く、EL素子には適さないという結果が予想される。研究グループは実際にCsPbX₃の消光現象を調べるため次のような実験を行なった。

図1に示したように電子親和力^[用語9]が異なる透明酸化物半導体をガラス基板上に成膜し、その上のCsPbBr₃薄膜の発光特性を調べた。ここで透明酸化物半導体として当研究室が開発したアモルファスZn-Si-O（a-ZSO）を用いた^{[参考文献1]}。a-ZSOはZnとSiの割合によって電子親和力を連続的に変化させることが可能である （図1a）。

図1bのように、PL寿命がCsPbBr₃に隣接した層のエネルギー準位^[用語10]に大きく左右されることが明らかである。つまり、隣接したZSO層の伝導帯下端の位置がCsPbBr₃のそれよりも深いと励起子が容易に解離し、隣接層に逃げてしまうことが示唆される。

また、a-ZSOのZn/Si比が80/20に達してからは、ガラス基板上の寿命とほとんど変わらないことから、隣接層の伝導帯下端の位置がCsPbBr₃のそれと同等、もしくはより浅いときには消光現象が生じないとことが分かる。一方、0次元的電子構造^[用語11]を有するCs₃Cu₂I₅^{[用語12] [参考文献2]}では、隣接層に関係なく同様なPL特性が得られており（図1c）、これは隣接層由来の消光現象と励起子束縛エネルギーが強く相関していることを示唆する。

図1.

（a）ITO、90ZSO、85ZSO、80ZSO及び75ZSO薄膜の電子親和力。（b） ITO、90ZSO、85ZSO、80ZSO、75ZSO、及びガラスに成膜されたCsPbBr₃薄膜のPL 寿命及び発光写真（励起波長：365 nm）（c）各基板に製膜したCs₃Cu₂I₅ 薄膜の発光写真（励起波長：254 nm）

図1の実験結果からは隣接した層とペロブスカイト層とのエネルギーの違いに伴う、消光現象や励起子の閉じ込め効果を明確にみることができた。また、Zn/（Zn+Si）<80 %のZSOを用いることで、ペロブスカイト層の励起子の閉じ込め効果が期待される。そこで80ZSOを電子輸送層（ETL）に用いたPeLEDを作製した。発光層にはCsPbBr₃（緑色発光）を80ZSO ETL上にスピンコート法で成膜した。

図2のように80ZSOを電子輸送層（ETL）として用いたPeLEDは2.9 V、10,000 cd/m²という低電圧駆動で、33 lm/Wの高い電力効率を示した。また、最高輝度としては5 Vで500,000 cd/m²の超高輝度が確認され、これまで報告されたPeLEDよりも非常に優れた特性を得ることができた。また、a-ZSOは成膜条件や組成によって導電性の調整が容易であるため、発光層に注入される電子と正孔の電荷バランスを制御できる。

図2bのように電導性を調整することで電力効率は7.5 lm/Wから22 lm/Wまで大きく上昇することがわかる。ペロブスカイト層と隣接した層のエネルギーアライメント^[用語13]の重要性の視覚化のため、図2eのようにZSO ETL上に部分的にZnO（酸化亜鉛）を成膜した電子注入層を使ってPeLEDを作製した。その結果、ZSOと隣接している面のみが明確に発光しており、エネルギーアライメントが極めて重要であることが実証された。このコンセプトをさらに赤色や青色のPeLEDを作製し優れたEL特性を確認できた（図3d）。

この研究で得られたPeLEDの特性は、これまでに報告された低次元性ペロブスカイト発光材料を用いたLEDのそれを大きく上回っており、3次元性CsPbX₃の励起子束縛エネルギーが小さくても、隣接層を用いた閉じ込め効果を得ることができれば、非常に優れたPeLEDが実現するという研究グループの戦略の妥当性を裏付ける（図3c）。

図2.

（a）PLとエレクトロルミネッセンス（EL）のスペクトル比較、（b）80ZSO薄膜を ETLを用いたPeLED素子の電圧-EL、電圧-電流特性、（c）電流効率および電力効率（d） ZSO ETLの電導性によるPeLEDのEL特性比較、（e）ZSO ETL上に“Tokyo Tech”模様のZnOを部分成膜したPeLEDの素子構造および（f）発光写真。

図3.

（a）発光材料の構造的次元性に伴う励起子の閉じ込め効果と電荷輸送特性のトレードオフ関係、（b）隣接層を利用した3次元性ペロブスカイトの量子閉じ込め効果の増大、（c）3次元性ペロブスカイト及び低次元性ペロブスカイト^{[参考文献3]}のPL特性及びEL特性の比較、（d）ZSO ETLを用いたPeLEDの最高輝度、ELスペクトル、発光写真、そしてCIE1931色空間座標。sRGB：1998年に国際標準化団体のIEC（国際電気標準会議）が決めた色再現範囲、現在使われているディスプレイほとんどがsRGBの色再現性を示す。一方、本研究で作製されたPeLEDはこのsRGBよりも極めて広い領域での色再現が可能であることがわかる。

今後の展開

本研究からは高性能PeLEDを実現するための有効な指針を得たと考えている。今後は同様な概念に基づき、新たな発光材料の探索に繋げていくことが何よりも重要だと考えている。

論文情報

掲載誌 :	Applied Physics Review
論文タイトル :	Performance Boosting Strategy for Perovskite Light-Emitting Diodes
著者 :	Kihyung Sim, Junghwan Kim, Taehwan Jun, Joonho Bang, Hayato Kamioka, Hidenori Hiramatsu, Hideo Hosono（上岡隼人氏の所属は日本大学 文理学部、他は東京工業大学）
DOI :	10.1063/1.5098871

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• 研究者詳細情報（STAR Search） - 方俊皓 Joonho Bang
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 平松秀典 Hidenori Hiramatsu
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 細野秀雄 Hideo Hosono
• 東京工業大学 元素戦略研究センター
• 研究成果一覧

電子情報通信学会はこのほど、電子工学および情報通信に関する学術または関連事業の業績を表彰する2018年度の選奨を発表し、東京工業大学からは松澤昭名誉教授、工学院 電気電子系の岡田健一教授、科学技術創成研究院の小山二三夫教授の3名が業績賞を、荒井滋久名誉教授が教育功労賞を受賞しました。業績賞の表彰式は6月6日、教育功労賞の表彰式は3月21日に行われました。

本学の受賞者を紹介します。

業績賞

電気情報通信学会の選奨規定によると、業績賞は「電子工学及び情報通信に関する新しい発明、理論、実験、手法などの基礎的研究で、その成果の学問分野への貢献が明確であるもの」「電子工学及び情報通信に関する新しい機器、又は方式の開発、改良、国際標準化で、その効果が顕著であり、近年その業績が明確になったもの」など3分野の業績を表彰します。

• 
  松澤昭 名誉教授
• 
  岡田健一 教授
• 
  小山二三夫 教授

• 研究者詳細情報（STAR Search） - 松澤昭 Akira Matsuzawa
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 岡田健一 Kenichi Okada
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 小山二三夫 Fumio Koyama
• 岡田研究室
• 未来産業技術研究所 フォトニクス集積システム研究コア（小山、植之原、宮本研究グループ）
• 小山二三夫教授（フォトニクス集積システム研究コア）が2018年度 電子情報通信学会業績賞を受賞（2019年6月6日）
• 工学院 電気電子系
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 未来産業技術研究所

教育功労賞

教育功労賞は「電気情報通信学会の教育に関わる組織活動において特に大きな功労が認められた個人」を表彰します。

• 
  荒井滋久 名誉教授

• 研究者詳細情報（STAR Search） - 荒井滋久 Shigehisa Arai
• 荒井・西山研究室

推薦理由については、電気情報通信学会ウェブサイトの2018年度各賞受賞者ページの名誉員欄にある「Click」からご覧ください。

8月に本学が開催する、一般の方が参加可能な公開講座、シンポジウムなどをご案内いたします。

超スマート社会推進国際フォーラム「AIが実現する超スマート社会」

• 超スマート社会推進国際フォーラム「AIが実現する超スマート社会」｜イベントカレンダー

科学教室「植物の葉について学ぼう ―葉脈のしおりを作ろう―」

• 科学教室「植物の葉について学ぼう ―葉脈のしおりを作ろう―」｜イベントカレンダー

科学教室「棘皮動物の運動とウニランプの作成」

• 科学教室「棘皮動物の運動とウニランプの作成」｜イベントカレンダー

ひらめきときめきサイエンス2019 ―目で見てわかる昔の日本語と今の日本語：タイムマシンに 乗らずに行ける昔の世界―

• ひらめきときめきサイエンス2019｜イベントカレンダー

高校生・受験生のためのオープンキャンパス2019（大岡山キャンパス）

• 高校生・受験生のためのオープンキャンパス2019（大岡山キャンパス）｜イベントカレンダー

中高生のためのプログラミング教室（2019年 夏）

• 中高生のためのプログラミング教室（2019年 夏）｜イベントカレンダー

夏休み特別企画「地球とあそぼう2019」

• 夏休み特別企画「地球とあそぼう2019」｜イベントカレンダー

• イベントカレンダー

• 予選を通過した強豪20チームが東工大と阪大に集結、本選 （8月19日～23日）に挑む
• 東京工業大学のスーパーコンピュータTSUBAME3.0を使用
• 成果発表会・表彰式を8月23日に東工大・阪大で同時開催

最終日の成果発表会・表彰式では、その奮闘の様子を紹介いたします。成果発表会・表彰式にお越しいただき、若者たちの熱い戦いをご覧ください。（要事前連絡）

本選

成果発表会・表彰式

• プレスリリース 第25回スーパーコンピューティングコンテスト
• Supercomputing Contest
• 東京工業大学 学術国際情報センター
• 大阪大学 サイバーメディアセンター
• 第24回スーパーコンピューティングコンテスト本選開催報告｜東工大ニュース
• 第23回スーパーコンピューティングコンテスト本選開催報告｜東工大ニュース
• 第23回スーパーコンピューティングコンテスト ―高校生・高専生の熱き知的な戦い「夏の電脳甲子園」（東京工業大学・大阪大学共同開催）｜東工大ニュース
• 第22回スーパーコンピューティングコンテスト本選開催報告｜東工大ニュース
• 第22回スーパーコンピューティングコンテスト 高校生・高専生の熱き知的な戦い「夏の電脳甲子園」開催｜東工大ニュース

要点

• 水棲型と陸棲型のタイプの異なる匂いセンサーができるメカニズムを解明
• たった一つの遺伝子の制御でマウスが感じとる「匂いの世界」は大きく変化
• 水棲から陸棲へ、匂い感覚の陸棲適応を解明する手がかりを見出す

概要

東京工業大学バイオ研究基盤支援総合センターの廣田順二准教授と榎本孝幸研究員（研究当時）らは、生命理工学院の梶谷嶺助教、伊藤武彦教授、米国モネル化学感覚研究所の松本一朗博士らと共同で、鼻の中でタイプの異なる2種類の匂いセンサー細胞（嗅神経細胞）が作り出されるメカニズムを世界で初めて明らかにした。

様々な匂い物質を感知する嗅覚受容体はゲノム上で最大の遺伝子ファミリー^[用語1]を形成している。嗅覚受容体ファミリーは、魚類から哺乳類に至る脊椎動物に共通して存在するクラスI（水棲型）と陸棲動物に特異的なクラスII（陸棲型）の2種類に大きく分類される。つまり鼻の中では発現する受容体のタイプによって異なる2種類の嗅神経細胞が作り出されるが、そのメカニズムは長年未解明のままだった。

今回研究グループは、2種類の嗅神経細胞^[用語2]を作り分けるのに必要な転写因子^[用語3]を発見し、その生体内での機能を明らかにして、2タイプの嗅神経細胞ができる仕組みを解明した。さらに、この転写因子の発現を人為的に操作するだけで、鼻の中が主に水棲型の嗅神経細胞もしくは陸棲型の嗅神経細胞からなるマウスの作出に成功した。興味深いことに、水棲型と陸棲型のバランスが崩れたマウスは、例えば、食べ物の腐った臭いに極端に敏感になる一方、天敵の臭いをあまり嫌がらなくなるなど、感じとる「匂いの世界」が大きく変化することがわかった。

研究成果はSpringer Nature（シュプリンガー・ネイチャー）社の科学誌『Communications Biology』（オンライン版）に8月7日に公開された。

研究の背景

嗅覚は環境中の匂い物質を感知し、食物探索・天敵からの回避・生殖など個体の生存や種の保存に必要な行動を誘導する重要な感覚である。多種多様な匂い物質を受容する嗅覚受容体はゲノム上最大の遺伝子ファミリーを形成し、その数はマウスで約1,100個にも及び、実にマウスの全遺伝子の約5%を占める（ヒトでは約400個、ヒト全遺伝子の約2%）。

この巨大な嗅覚受容体ファミリーは、大きくクラスI型とクラスII型の2種類に分類される。クラスIは「魚類から哺乳類に共通したタイプ（水棲型）」で水に溶けやすい親水性の匂い分子を、クラスIIは「陸棲動物特異的なタイプ（陸棲型）」でより水に溶けにくい疎水性の高い匂い分子を受容すると考えられている。

両者は神経解剖学的にも明確に区別される。クラスI嗅覚受容体を発現する嗅神経細胞（クラスI嗅神経細胞）は嗅上皮^[用語4]の背側に限局して存在し、嗅球（脳の一部）の背側領域に神経接続する。一方、クラスII嗅神経細胞は嗅上皮全体に分布するが、嗅球のクラスIより腹側の領域に接続する。

嗅神経細胞が作り出される過程では、細胞はまずクラスIかクラスIIかのいずれかの運命を選択し、その運命決定に従い、対応するクラスの嗅覚受容体レパートリーから、1種類の受容体のみを選択的に発現する。こうして嗅神経細胞は発現する嗅覚受容体が異なる多様な個性を有する細胞集団として産生される。

この多様性こそが複雑な匂い情報の感知・識別を可能にする分子基盤を形作っている。リンダ・バック（Linda・Buck）とリチャード・アクセル（Richard・Axel）の嗅覚受容体の発見（2004年ノーベル生理学医学賞）以降、嗅神経細胞における「1細胞1受容体」の発現機構の解明が大きく進展してきた一方で、その前段階である「嗅覚受容体のクラス選択」は嗅覚機能の基盤をなす重要なプロセスであるにもかかわらず、その分子メカニズムは長年未解明のままだった。

研究成果

細胞の運命決定は転写因子と呼ばれるタンパク質によって制御されることが知られている。今回、研究グループは「嗅覚受容体のクラス選択は、クラス特異的に発現する転写因子によって制御される」との仮説のもと、トランスクリプトーム解析^[用語5]を通じてクラスII嗅神経細胞のみに発現する転写因子Bcl11bを同定した。

この転写因子Bcl11bの機能を明らかにするために、マウスにおいてBcl11b遺伝子を欠損させたところ、変異マウスの鼻の中ではクラスI嗅神経細胞の数が大幅に増加し、一方クラスII嗅神経細胞の数が激減していることを見出した（図1）。逆にすべての嗅神経細胞にBcl11bを強制的に発現させたところ、今度はクラスI嗅神経細胞がほぼ消失してしまった。

つまり嗅神経細胞は、Bcl11b非存在下ではクラスIの運命を選択し、Bcl11b存在下ではクラスIの運命選択は抑制され、クラスIIの運命選択が可能になることが示された。この一連の実験により、嗅覚受容体のクラス選択を制御する転写因子がBcl11bであることを世界で初めて明らかにした。

では、Bcl11bがクラスIの運命選択（クラスI嗅覚受容体の発現）をどのように抑制しているのか。今回の研究は、その分子メカニズムも解明した。ゲノム上に長大な単一の遺伝子クラスター^[用語6]を形成するクラスI嗅覚受容体遺伝子の発現は、J-エレメント^[用語7]と名付けられた超長距離作用性のエンハンサー^[用語8]によって制御されることが同研究グループによって明らかにされている（Iwata et al., Nature Communications 2017）。今回の研究のBcl11bとJ-エレメントの機能相関を明らかにする実験から、Bcl11bがJ-エレメントのエンハンサー活性を負に制御することで、クラスI嗅覚受容体の全体の遺伝子発現を抑制していることが明らかになった。

研究グループは嗅覚受容体のクラス選択の分子メカニズムを明らかにしたことで、人為的に転写因子Bcl11bの発現を制御することで嗅神経細胞の運命をコントロールできることを示した。その結果、主にクラスI嗅神経細胞からなる水棲型の鼻をもったマウス（図1）と、主にクラスII嗅神経細胞からなる陸棲型の鼻をもったマウスを作り出すに成功した。

これら遺伝子改変マウスが感じる「匂いの世界」がどのように変わるのかを明らかにするために、2種類の匂い物質を用いて、マウスの匂いに対する行動を解析した。用いた匂い物質は、クラスI嗅覚受容体が感知するとされる腐敗臭の原因物質2-メチル酢酸、もう1つはクラスII嗅覚受容体が感知すると考えられている天敵臭TMT（トリメチルチアゾリン）である。

野生型マウスは両方の臭いを嫌がる行動を示すが、興味深いことに、水棲型の鼻をもったマウスは腐敗臭を極端に嫌がる一方で、天敵臭をあまり嫌がらなくなった（図2）。逆に陸棲型の鼻のマウスは、腐敗臭をあまり嫌がらなくなり、天敵臭は野生型と同様に嫌がることがわかった。つまり鼻の中の異なる2つのタイプの嗅神経細胞のバランスが崩れることで、マウスが感じる匂いの世界は大きく変わることがわかった。

比較的変化の少ない水中の環境と比べて、陸上の環境は多種多様で変化に富んでいる。水棲から陸棲への進化の過程で動物を取り巻く環境は大きく変化し、その結果クラスII（陸棲型）嗅覚受容体が陸棲動物特異的にその数を爆発的に増やし、分子進化したと考えられている。すなわち嗅覚の陸棲適応である。

今回解明したBcl11bによる嗅覚受容体のクラス選択の分子メカニズムは、嗅覚の陸棲適応時に動物が獲得した可能性が考えられる。この仮説を検証するために、単一の個体で水棲から陸棲へと生活環境を変える両生類のカエルに着目した。これまでの研究から、水中で生活するオタマジャクシの鼻にはクラスI（水棲型）嗅覚受容体のみが発現している。成体のカエルの鼻では、空中にでる部分（air nose）にクラスII（陸棲型）嗅覚受容体が、水に浸かっている部分（water nose）にクラスI（水棲型）嗅覚受容体が発現する。

転写因子Bcl11bのカエルでの発現パターンを解析したところ、水中で生活するオタマジャクシの嗅神経細胞ではBcl11bは発現しておらず、変態期になって初めて将来air noseとなる部分でBcl11bが発現し始め、成体となったカエルではクラスII嗅神経細胞が存在するair noseにのみにBcl11bが発現していることがわかった（図3）。これは、Bcl11bが嗅覚の陸棲適応に深く関わっていることを示唆する結果であり、今回の研究成果の生物学的、進化学的重要性を示すものとなっている。

今後の展開

研究グループは、嗅覚受容体の発見以来、四半世紀以上未解明であった嗅覚受容体のクラス選択の分子メカニズムを明らかにした。さらに末梢神経である嗅神経細胞の運命を変えるだけでマウスが感じる匂いの世界と嗅覚行動は大きく変化することを示した。しかし、嗅覚受容体のクラス選択、つまり末梢から中枢への感覚入力の変化が、脳内の神経回路形成や情報処理に及ぼす影響はブラックボックスのままである。

今後、Bcl11bによる嗅覚受容体のクラス選択の遺伝学的操作を通じ、これらを明らかにすることで、嗅覚受容体クラス選択と動物の嗅覚行動を繋ぐ神経基盤が解明できるものと期待される。

論文情報

掲載誌 :	Communications Biology
論文タイトル :	Bcl11b controls odorant receptor class choice in mice
著者 :	Takayuki Enomoto, Hidefumi Nishida, Tetsuo Iwata, Akito Fujita, Kanako Nakayama, Takahiro Kashiwagi, Yasue Hatanaka, Hiro Kondo, Rei Kajitani, Takehiko Itoh, Makoto Ohmoto, Ichiro Matsumoto, and Junji Hirota*
DOI :	10.1038/s42003-019-0536-x

謝辞

本研究は文部科学省科研費「新学術領域研究」（JP21200010、18H04610、19H05256）、日本学術振興会科研費「基盤研究C」（JP20570208、JP16K07366）、「基盤研究B」（JP19H03264）、「若手研究B」（JP25840085、JP16K18361、17K14932）、千里ライフサイエンス財団、稲森財団、住友財団、倉田記念日立科学技術財団の支援を受けて行われた。

• プレスリリース 鼻の中でタイプの異なる匂いセンサーができる仕組みを解明 ―遺伝子制御で匂いの感じ方が大きく変化―
• 両親由来のゲノム配列を個別に決定する新手法｜東工大ニュース
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• 超巨大遺伝子群を制御するゲノム領域を発見｜東工大ニュース
• 廣田研究室
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• 研究者詳細情報（STAR Search） - 榎本孝幸 Takayuki Enomoto
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 梶谷嶺 Rei Kajitani
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 伊藤武彦 Takehiko Itoh
• 廣田研究室 ―研究室紹介 #54―｜生命理工学院 生命理工学系
• 生命理工学院 生命理工学系
• バイオ研究基盤支援総合センター
• 研究成果一覧

要点

• アクセプター性骨格のみからなる高分子構造を設計
• 環境負荷が低い直接アリール化重縮合による効率的な合成に成功
• 異性体構造によるトランジスタ性能の違いを実証
• 室温大気下で1ヵ月保存後でも十分な電子移動度を保持する安定な高分子トランジスタの開発に成功

概要

東京工業大学 物質理工学院 材料系の王洋博士研究員（現在、理化学研究所）と道信剛志准教授らは、環境負荷が低い直接アリール化重縮合法を用いて、電子アクセプター性の芳香環構造だけからなる電子輸送型（n型）の有機半導体高分子^[用語1]を合成した。

従来のn型の有機半導体高分子は、作製したトランジスタなどの安定性の低さが問題となっていた。しかし、今回得られた有機半導体高分子では、最低空軌道（LUMO）準位^[用語2]が深く、水との副反応が起こりにくいため、大気下での長期保存が可能なn型高分子トランジスタを作製できた。この高分子トランジスタを室温大気下で1ヵ月保存しても、十分な電子移動度を保持していることが確かめられた。また、引加電圧に対しても優れた安定性を示した。

今回、環境負荷が低い経路によって合成された有機半導体高分子は、有機エレクトロニクス研究における新しい標準物質として利用できると期待される。

この成果は6月18日発行の「Angewandte Chemie International Edition」オンライン版に掲載された。

背景

最近、電子移動度が高い有機半導体高分子が開発されるようになっている。こうした有機半導体高分子は通常、ドナー性モノマーとアクセプター性モノマー^[用語3]が交互に連結するような設計になっている。例えば、現在市販されている汎用の電子輸送型（n型）高分子「N2200」は、ビチオフェン（ドナー）とナフタレンジイミド（アクセプター）からなる。しかし、このアプローチで得られる高分子は、最低空軌道（LUMO）準位が十分に深くないため、有機トランジスタを作製して作動させた際、大気中の水分の影響によって性能が徐々に劣化するという問題があった。この安定性の低さは応用研究の障壁となっており、解決策として、LUMO準位が深い有機半導体高分子の開発が挙げられていた。具体的には、アクセプター性骨格のみからなる高性能な半導体高分子の合理的な設計指針が求められてきた。

研究成果

本研究では、アクセプター性骨格だけからなるn型有機半導体高分子を新たに設計した。基本骨格として、電子アクセプター性の強いモノマーであるナフタレンジイミドとチエノピロールジオンを選択し、πスペーサーとして電子吸引性のチアゾールを採用して、チアゾールの向きが異なる2種類の高分子（P1とP2）を設計した（図1（A））。有機半導体高分子は一般的に、パラジウム（Pd）触媒を用いたクロスカップリング重合^[用語4]で合成されることが多いが、本研究のモノマーに含まれるチアゾール部位には、ハロゲンやトリアルキルスズのような官能基を導入することはできなかった。そこで、チアゾールの炭素-水素結合を官能基として利用するクロスカップリング重合である、直接アリール化重縮合^[用語5]を試したところ、重合が進行することを見出した。重合条件を最適化した結果、P1とP2の両方で高分子量体を得ることに成功した。

このP1とP2は、チアゾールの向きが異なるだけで、他の構造がほぼ等しい異性体であるにも関わらず、吸収スペクトルや結晶性が大きく異なることが確かめられた。例えば、P1の薄膜の吸収極大は578 nmで観測されたが、P2の薄膜では535 nmに短波長シフトしていた（図1（B））。また、P1の薄膜のX線回折では1次回折しか観測されなかったが、P2の薄膜では5次回折まで見られ、結晶性が高いことが示された（図1（C））。一方、P1とP2の主鎖骨格はともにアクセプター性の芳香環構造のみからなるため、LUMO準位が-4.0 eV以下と非常に深いことも分かった。

図1.

（A）既存の電子輸送型高分子と本研究で開発したアクセプター骨格のみからなる高分子の比較、（B）P1とP2の吸収スペクトル、（C）P1とP2の薄膜X線回折像

さらに、P1とP2の薄膜トランジスタを作製して、電子移動度を評価したところ、結晶性が高いP2の方が高い電子移動度を示した。P2の電子移動度は、薄膜トランジスタの作製直後には2.18 cm² V^-1 s^-1であった。このP2トランジスタを室温大気下で保管したところ、1ヵ月経過後でも電子移動度は1.0 cm² V^-1 s^-1で、大きな劣化は見られなかった（図2（A）および（B））。さらに、60 Vの電圧を1,000秒間印加した後でも電圧-電流特性に変化は見られず、高い安定性を示した。

図2.

（A）室温大気下で保管されたP2トランジスタの電子移動度の時間依存性、（B）実際のトランジスタの伝達特性の変化

今後の展開

今回の成果は、環境負荷が低い合成経路を採用しているため、新しい電子輸送型高分子を開発する際の有用な方法論となる。またP2は、実験室レベルでの物性研究において、N2200に代わる新しい標準物質として用いることできると期待される。

論文情報

掲載誌 :	Angewandte Chemie International Edition
論文タイトル :	Significant Difference in Semiconducting Properties of Isomeric All-Acceptor Polymers Synthesized via Direct Arylation Polycondensation
著者 :	Yang Wang, Tsukasa Hasegawa, Hidetoshi Matsumoto, and Tsuyoshi Michinobu
DOI :	10.1002/anie.201904966

• プレスリリース 大気下での安定性に優れた電子輸送型高分子トランジスタの開発に成功 ―有機エレクトロニクス研究における標準物質としての利用を期待―
• 水素結合を利用して高分子トランジスタを開発｜東工大ニュース
• 高い電子移動度を持つ有機半導体高分子を開発｜東工大ニュース
• 道信研究室 ―研究室紹介 #39―│材料系 News
• 道信研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 道信剛志 Tsuyoshi Michinobu
• 物質理工学院 材料系
• 理化学研究所
• 研究成果一覧

東工大硬式野球部の淵脇空輝さん（工学院 電気電子系 学士課程4年）が東都大学野球連盟2019年春季リーグ戦4部リーグで首位打者を獲得しました。春季リーグ戦は4月および5月に一橋大学グラウンド、上智大学グラウンドにおいて熱戦が展開され、東工大チーム自体の成績は最下位に甘んじたものの、淵脇さんは8試合に出場、38打席、31打数13安打、打率0.419にて首位打者に輝きました。13安打のうち6本が2塁打と、高い長打率でした。

東工大硬式野球部について

部報創刊号（昭和29年）に初代野球部長・植村琢先生が寄稿された一文によると、「野球部が設置されたのは大正11年」です。戦前は東京商科大学（現・一橋大学）、東京文理科大学（現・筑波大学）、千葉医科大学（現・千葉大学医学部）などと対抗戦を行っていたようです。昭和21年春から東都大学リーグに加盟し、今日に至っています。現在、東都大学リーグは4部に分かれて全21校が参加していて、1部、2部にはプロ野球に選手を毎年送り込むような強豪校がひしめいています。東工大は昭和23年春から25年秋までの3年6シーズンは１部にいましたが、それ以後は3部や4部での戦いとなっています。最近10年ほどは4部に甘んじていますが、授業や実験の合間、早朝の練習を工夫するなどして技術とチーム力の向上に励んでいます。創部以来100年近い歴史の中で卒業生は450名程度と考えられます。先輩たちの応援のもと、東工大らしい野球を追究して3部昇格を目指しています。

• 平成31年度春季-選手成績（4部）｜一般財団法人 東都大学野球連盟
• 東京工業大学 硬式野球部

世界の「生産性至上主義」による「搾取（収奪）型近代文明・農業科学」は「環境土壌汚染・土壌機能の低下・地球環境（生態系）物質循環系の破壊」、すなわち、「地球温暖化と生物多様性減少」の二大環境問題の根源の一つとなっています。この問題を解決するために、「循環共生圏農工業研究推進体」は東京工業大学の最先端科学技術を領域横断的に総動員し、畜産・畑作複合体をモデルとしたSDGs時代の循環型農業の基盤技術および社会制度設計を確立を産学連携で取り組んでまいります。

日時	2019年8月19日（月） 13:30 - 18:00（12:30受付開始）
場所	東京工業大学 大岡山キャンパス 東工大蔵前会館
対象	学外一般、企業・研究者、卒業生、在学生、教職員
参加費	無料
申し込み	事前参加登録申し込みフォーム（当日受け付け可）

• プレスリリース 循環共生圏農工業研究推進体 キックオフシンポジウム 開催のご案内
• 循環共生圏農工業研究推進体

東京工業大学は2019年4月、データサイエンスと人工知能（AI）に関するトップレベルの研究のハブとして、情報理工学院を中心に「社会的課題解決型データサイエンス・AI研究推進体（DSAI）」を設立しました。全学的な横断組織で先端研究に取り組む「イノベーション研究推進体」（2019年4月現在、8推進体が活動中）の新しい組織です。多くの教員が協力し、産業界とも連携しながら、データサイエンスとAIについて多面的なアプローチで社会的課題の解決を目指します。

この研究推進体設立に伴い、キックオフシンポジウムを6月18日に東工大大岡山キャンパス大岡山西8号館で開催しました。学内外から約130名が出席し、データサイエンスとAI研究の最先端の動向を話し合いました。

第1部は、益一哉学長、渡辺治理事・副学長（研究担当）、情報理工学院の横田治夫学院長のあいさつに続き、「計算の進化と科学・工学」というタイトルで株式会社Preferred Networks（プリファードネットワークス）の丸山宏フェローが基調講演を行いました。

第2部の「本学のデータサイエンス・AIの研究事例」に関する研究発表セッションでは、情報理工学院 情報工学系の村田剛志准教授が「深層学習による桜島噴火予測」について、情報理工学院 情報工学系の小野功准教授が「進化計算によるブラックボックス最適化」について、情報理工学院 情報工学系の下坂正倫准教授が「時空間ビックデータを用いた街の異常混雑予測」についてそれぞれ講演を行いました。

左から上から情報工学系の下坂准教授、小野准教授、村田准教授

さらに、第3部は「日本におけるデータサイエンス・AIの未来」をテーマにパネルディスカッションを開きました。パネリストとして丸山氏、国立情報学研究所の喜連川優所長、産業技術総合研究所人工知能研究センターの麻生英樹副センター長、理化学研究所革新知能統合研究センターの杉山将センター長、統計数理研究所 統計的機械学習研究センターの福水健次センター長が参加し、活発な討論が繰り広げられました。

その後、百年記念館に場所を移し、ポスターセッション及び情報交換会を開きました。若手教員や大学院生が最新の研究成果のポスター発表を行い、来場者と熱心に議論しました。

社会的課題解決型データサイエンス・AI研究推進体の研究分野

基盤的研究の推進とともに、外部資金の獲得、産学連携および大型プロジェクト等の活動拠点の形成、関連する分野の人材育成に取り組みます。

対象分野は「データサイエンス」「数理、統計的モデリング」「探索・最適化（量子アニーリング等を含む）」「人工知能、機械学習」「次世代データ統合、ヘテロ情報統合」「ビッグデータ解析、可視化」「セキュリティ、プライバシー」「情報倫理、ポリシー」「研究成果の技術移転等を通じた社会実装」の9分野です。研究分担者として情報理工学院など7学院・研究院の教員42名が所属しています。

英語名は「Data science & artificial intelligence research group for solving socially important problems」、略称はDSAIです。

イノベーション研究推進体とは

国際的研究拠点の形成基盤となるように、部局の組織を越えて個別に実施している研究分野をグループ化し、全学的な横断組織として設置される本学独自の研究組織です。設置期間は原則として5年以内で、2002年に最初の研究推進体が設置されて以降、多くの推進体が活動してきました。中には本学の共通研究センターとして発展したり、外部資金を獲得するなど、研究の核として機能しています。

• イノベーション研究推進体｜東京工業大学 研究・産学連携本部
• 社会的課題解決型データサイエンス・AI研究推進体
• 情報理工学院 情報工学系

発表のポイント

• 37 ℃という人の体温と同等の温度環境で、DNAを合成し5,000倍以上に増やすことができる人工細胞の構築に成功しました。
• DNAを増やす反応の開始を、光を使って人間が制御することもできます。
• 生命システムの再構成や分子ロボット^[用語1]の開発に貢献するものと期待されます。

概要

東北大学 大学院工学研究科 野村 M. 慎一郎准教授、同大学院生 佐藤佑介氏（研究当時、現：東京工業大学 情報理工学院 日本学術振興会特別研究員（SPD）） らの研究グループは、東京工業大学 情報理工学院 情報工学系 小宮健助教らと共同で、体温と同等の温度（37 ℃）で人が設計したDNAを5,000倍以上に増やすことのできる人工細胞を構築しました。

今回構築した人工細胞は、外からの刺激や標的となるDNAに応じて、DNAを増やすことのできる「分子回路」が組み込まれています。そして、この分子回路は37 ℃で適切に動作するよう設計されており、体内と同等の温度環境でDNAを増やすことができます。将来的には、微量の標的分子を検出し、がんを診断・治療したり細胞の世話をしたりする人工細胞や分子ロボット開発のための要素技術としての発展が期待できます。

これらの研究成果は英国王立化学協会刊行の国際学術雑誌「Chemical Communications」にオンライン版で先行公開され、2019年8月11日（日）に発行された63号の裏表紙（The outside back cover、図1）に掲載されました。

研究の背景

私たち生命の機能の大部分は、細胞膜の中で起こる生化学反応によって制御されています。これまでにも、生命現象の理解や有用な人工細胞を創ることを目指して多くの研究が行われています。人工細胞を創りその機能を制御することは、病気の診断・治療技術の開発などの発展が考えられます。

人工細胞の機能を制御する上で、DNAは有用な材料の一つです。DNAは一般に、遺伝子をコードする分子として認識されています。一方で、DNAの塩基配列を人の手で設計することで、人工細胞や分子ロボットの機能を制御するための「信号分子」として使うこともできます。

しかし、従来は人工細胞や分子ロボットの機能を制御するためには、多量の信号DNAが必要でした。つまり、微量の信号DNAしか存在しない環境では、人工細胞はうまく働くことができません。そのため、微量の信号DNAを検出し、その信号を人工細胞内部で増やすことのできる仕組みが必要でした。

研究成果

今回、研究グループは 37 ℃という人の体温と同等の温度で、DNA を5,000倍以上に増やすことのできる人工細胞を構築しました（図1）。今回構築した人工細胞には、 人工細胞膜の内部に「DNA増幅回路」が組み込まれています（図2a）。この回路は、 増幅回路のスイッチを ON にする「入力信号DNA」を検出すると、「出力信号DNA」を産出・増幅することができます。このような反応回路では、しばしばエラーが起こってしまいますが、LNA^[用語2]という人工核酸をうまく組み込む事で、エラーを防ぐことに成功しています。

研究グループは、人工細胞の中にあらかじめ加える信号DNAの量を様々に変えながら、人工細胞の中で起こる増幅回路の性能を評価しました。そして、人工細胞が約2時間で5,000倍以上のDNAを増幅可能であることを確認しました。

さらに、研究グループは、人工細胞内部でのDNA増幅反応の開始を光の照射で制御することにも成功しました（図2b）。この成果は、人工細胞の時空間的制御へと繋がるものであり、構築した人工細胞を人の手で制御するための技術としての発展が期待されます。

本成果は、将来的には増やしたDNAを薬として使ったり、ミクロな世界で働く分子ロボットを制御するための機構として使ったりなど、人工細胞研究のみならず、医学、 工学などの他分野へと波及していくものと期待できます。

図2.

（a）DNAを増幅する人工細胞の模式図。人工細胞膜の中にDNA増幅回路が封入されている。入力信号DNAに応じて回路が動作し、37 ℃下で出力信号DNAを産出・増幅する。（b）光刺激によるDNA増幅開始制御の様子を撮影した顕微鏡画像。人工細胞膜はマゼンタ色で示されている。

謝辞

この研究は、日本学術振興会・科研費、新学術領域「分子ロボティクス」、日本医療研究開発機構（AMED-CREST）、革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）の助成を受けて遂行されたものです。

論文情報

掲載誌 :	Chemical Communications
論文タイトル :	Isothermal amplification of specific DNA molecules inside giant unilamellar vesicles 「巨大単層膜小胞の内部における特定DNA分子の等温増幅」
著者 :	Yusuke Sato1, Ken Komiya2, Ibuki Kawamata3, Satoshi Murata3, and Shin-ichiro M. Nomura3
所属 :	1東北大学 大学院工学研究科（現所属 東京工業大学 情報理工学院） 2東京工業大学 情報理工学院 情報工学系 3東北大学 大学院工学研究科
DOI :	10.1039/c9cc03277k

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海外から東京工業大学で学ぶ留学生が増えています。全体で1,700人を数え、大学院では、修士課程の17%、博士課程の36%が留学生です（2018年5月1日現在）。毎月開く国際交流イベントは留学生が日本文化を気軽に体験できることに加え、専攻や研究室を超えて交流する場となっています。4月の新入生を迎える「ウェルカムコーヒーアワーズ」には59名が参加し、5月～7月に計3回開催したイベントでは、のべ39名が折り紙や七夕といった日本の伝統を経験しました。2019年度前期の活動を紹介します。

4月 ウェルカムコーヒーアワーズ

新入留学生を入学式の後に歓迎する茶話会、ウェルカムコーヒーアワーズは年2回開いています。井村順一副学長（教育運営担当）の歓迎の挨拶で始まりました。来日したてで異文化の環境への不安がまだ大きい新入生ですが、コーヒーを飲みながらリラックスした雰囲気で交流しました。先輩の留学生から大学生活に関する情報を教えてもらい、ストレスや不安は軽くなったようです。

茶菓子を交えた歓談に加え、留学生会TISA（ティサ）や学生の国際交流グループSAGE（セージ）、国際問題に取り組む起業コンペティションHULT PRIZE（ハルト・プライズ）に関わる学生が活動を説明しました。リベラルアーツ研究教育院日本語セクションの教職員も加わり、日本語の授業や履修について相談する留学生もいました。

5月 折り紙

6月 どら焼きづくり

参加者は、どら焼きの生地作りのデモンストレーションを見学した後、ホットプレートで思い思いの形や大きさの皮を焼きます。あんこ、カスタードクリーム、クリームチーズの3種類のうちから好きなものを塗り、皮にはさんで味わいました。中には4人合同でお好み焼きほどの大きさの重さ500 gもある大作を作るチームも現れました。参加者は「他の学生と日本の食べ物を作る経験ができた」「日本の伝統的なお菓子のどら焼きを作るのは初めての体験だった」と喜んでいました。

7月 七夕

七夕の起源や風習に関する動画を見て説明を聞いた後、おのおの短冊に願いごとを書き、笹に吊るしました。自分の書きたいことを日本語でどのように表現すればよいのか懸命にスマートフォンで検索し、願いごとを書き上げた学生もたくさんいました。願いごとを吊るした後は、折り紙で思い思いに七夕飾りを作りました。折り紙の変形や伸縮する様子について工学的な観点から興味を持つ学生も多くいました。参加者からは「七夕は初めての経験だったのでやってみてとても楽しかったし、新しい文化体験ができた」「日本文化についてさらにたくさんのイベントで学びたい」といった感想が聞かれました。

2019年度後期も、留学生と日本人学生、教職員との交流が深まるイベントを開催します。

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要点

• 量子反強磁性体中で量子干渉効果により磁気準粒子が動けなくなることを中性子散乱実験で観測
• この磁性体の相互作用のフラストレーションが完全であることを確認
• 格子欠陥の作用によって形成される量子力学的励起状態を観測
• 量子磁性材料の開発に期待

概要

東京工業大学 理学院 物理学系の栗田伸之助教、田中秀数教授、青山学院大学 理工学部 物理・数理学科の山本大輔助教、古川信夫教授、理工学研究科 理工学専攻基礎科学コース博士前期課程の金坂拓哉大学院生（研究当時）、日本原子力研究開発機構 J-PARCセンターの河村聖子研究副主幹、中島健次研究主席の研究グループは、量子反強磁性体Ba₂CoSi₂O₆Cl₂の中性子散乱実験により、この磁性体中ではトリプロンと呼ばれる磁気準粒子^[用語1]が、相互作用のフラストレーション^[用語2]（図1）による量子干渉効果^[用語3]によって全く動けなくなることを確認した。また、格子欠陥による不対スピンとトリプロンが量子力学的励起状態を形成することを明らかにした。

通常の磁性体では、磁気準粒子は波のように結晶中を伝搬し、一般にその励起エネルギーは波の波長と進行方向によって異なる値をとる。しかし、磁気準粒子に働く相互作用のフラストレーションが完全な場合には、磁気準粒子は磁性体中を全く動けなくなり、その励起エネルギーが一定になることが理論的に示されていた。本研究では、この現象がBa₂CoSi₂O₆Cl₂で起こることを実証するとともに、通常は観測できない格子欠陥の効果が明確になることを示した。今回の結果は、今後の量子磁性材料の開発につながると期待される。

この成果は7月13日付けの米国の学術誌「Physical Review Letters」電子版に掲載された。

図1.

スピンのフラストレーション
矢印の向きは電子スピンの向きを表す。スピン1を上向き、スピン2を下向きにすると、スピン3はどちらを向いて良いかわからなくなる。

背景

磁性体の磁気は磁性原子のもつ電子のスピン^[用語4]が担っている。電子のスピン間にはスピンを平行（強磁性）、あるいは反平行（反強磁性）にする働きをもつ交換相互作用^[用語5]が働いている。このためにほとんどの磁性体では、温度を下げると、スピンが平行に揃った強磁性状態や、反平行に揃った反強磁性状態への相転移が起こる。このような磁気秩序状態をもつ磁性体では一般に、スピンを古典的なベクトル（矢印）のように考えても、磁性を理解することができる。相転移は矢印の向きの秩序と考えることができるし、スピンの運動は矢印の変動として理解できる。これに対して、磁性体を量子力学的粒子の集団と考える方がより的確に磁性を理解できる場合がある。本研究の対象であるBa₂CoSi₂O₆Cl₂はこの場合に当たる。

Ba₂CoSi₂O₆Cl₂は、反強磁性的な強い交換相互作用で結ばれたスピンの対（ダイマー）が、他のダイマーと弱い交換相互作用を及ぼし合う磁性体である（図2（a））。スピンダイマーの量子力学的状態には、磁気が消えたシングレット状態と、磁気をもつトリプレット状態の2つがあり、磁場がない場合にはシングレット状態のエネルギーの方が低い。このため、スピンダイマーから構成される磁性体では、ゼロ磁場において磁気相転移は起きず、絶対零度では磁気が消えたシングレット状態になる。このような量子力学的効果を強く示す磁性体は、量子磁性体と呼ばれる。

スピンダイマーから構成される量子磁性体での磁気励起は、シングレット状態からトリプレット状態への励起であり、これはトリプロンと呼ばれる準粒子で説明される。一般に、ダイマー上に生成されたトリプロンは、ダイマー間の弱い交換相互作用によって隣のダイマー上に移動することができるので（図2（b））、波として磁性体中を伝搬することができる。波のエネルギーは波長や進行方向によって異なるので、トリプロンの波は分散関係^[用語6]をもち、励起のエネルギーは有限な幅をもつ。一方、ダイマー間に2種類の交換相互作用（赤い線と青い線）がある場合（図2（a））には、この交換相互作用を経由して隣のダイマー上に移動するトリプロンの波が逆位相になるため、干渉効果によって、トリプロンが移動する確率が減少する。この図2（a）の場合のように、逆の効果をもつ2種類の相互作用が競合している状況をフラストレーションと呼ぶ。2種類の相互作用エネルギーが全く同じ場合には、トリプロンが隣のダイマー上に移動する確率がゼロになり、トリプロンは全く動けなくなる。このような完全なフラストレーションが起こると、磁化曲線^[用語7]は階段状になり、飽和磁化の半分の値のところで磁化が磁場によらず一定になる平坦領域（プラトー）が現れることが知られていた。この磁化プラトー領域では、トリプロンが互いの斥力を避けるように一つおきにダイマー上に配列する結晶化が起きている（図2（c））。Ba₂CoSi₂O₆Cl₂でも、実際にそのような磁化曲線が観測されたことから、完全なフラストレーションが起こっているのではないかと考えられていた^{[参考文献1]}。

図2.

Ba₂CoSi₂O₆Cl₂の磁気模型と準粒子トリプロンの模式図
（a）Ba₂CoSi₂O₆Cl₂の磁気模型。スピン（白丸）が反強磁性的交換相互作用（太い実線）で結ばれてスピン対（ダイマー）を形成し、隣りあうダイマーが反強磁性的交換相互作用（赤い線と青い線）で弱く結ばれている。（b）磁気準粒子トリプロンの運動の模式図。ダイマー間の交換相互作用によって、トリプロンは量子力学的粒子のようにダイマーを移動する。（c）磁化プラトー状態で予想されるトリプロンの配列（結晶化）。トリプロンは互いの斥力を避けるように一つおきに配置する。

研究の経緯

フラストレーションと量子力学の効果によって、磁気準粒子が磁性体中で動くことができなくなり、磁化曲線にプラトーが現れる巨視的量子現象の観測は、これまでほとんど例がなく、他の理論模型で表される量子磁性体での一例しかない^{[参考文献2]}。したがって、このような顕著な量子効果が、図2（a）の理論模型で表される実際の物質で起こることを示すことは重要である。本研究グループは、Ba₂CoSi₂O₆Cl₂の磁気励起に着目した。中性子散乱^[用語8]は、広い波長領域とエネルギー領域の磁気励起を調べる唯一の実験手段である。研究グループは、60個以上のBa₂CoSi₂O₆Cl₂の薄い結晶を結晶方位が揃うように並べ、中性子散乱実験を行なった。使用した装置は、大強度陽子加速器施設「J-PARC^[用語9]」の物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー分光器AMATERAS（アマテラス）（図3）で、低エネルギーの励起を高精度に検出できる世界有数の装置である。

本研究では東京工業大学と日本原子力研究開発機構 J-PARCセンターのグループが試料育成と中性子散乱実験を行い、青山学院大学のグループが理論解析を行った。

図3.

J-PARC物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー分光器AMATERASの見取り図
2つのチョッパーの回転数を調整することによって、特定のエネルギーの中性子のみが試料に入射できるようになっている。

研究成果

この中性子散乱実験の結果、鮮明な3種類の励起スペクトルが得られた（図4（a））。これらはいずれも、励起エネルギーが波数に依存しないことから、波として伝搬する励起ではなく、結晶中の特定の位置に局在する励起である。特徴的なことは、図4（c）－（e）のように、実験で得られた3種類の励起について、結晶のab面に平行な波数空間に励起強度をマップすると、励起強度の波数依存性が全て異なることである。

まず、励起スペクトル（図4（a））で中間に位置する励起（E = 5.8 meV）は、強度が最大で、強度の波数依存性がない（図4（d））。これは結晶本来の励起である。この励起が1つしかないことから、全てのダイマーが等価であることがわかる。この結果と、以前観測された磁化プラトーのある階段状の磁化曲線から、Ba₂CoSi₂O₆Cl₂ではダイマー間交換相互作用のフラストレーションが完全で、トリプロンが全く動くことができなくなっていることが明らかになった。

次に問題になるのは、励起スペクトル（図4（a））の上と下に位置し（E = 6.6、4.8 meV）、励起強度に波数依存性がある励起（図4（c）と（e））の起源であるが、これは、格子欠陥による不対スピンとダイマーが結合して形成される、2種類の量子力学的励起状態である。これは、不対スピンとダイマーの結合模型（図4（b））に基づいて計算した励起強度のマップ（図4（f）と（h））が、実験結果（図4（c）と（e））の波数依存性を非常によく再現することからわかる。格子欠陥は多くの磁性体結晶に存在するが、その効果は、磁性体本来の波数依存性のある磁気励起に隠されて、ほとんど観測できない。一方、Ba₂CoSi₂O₆Cl₂では、励起エネルギーに波数依存性がないため、結晶本来の励起と格子欠陥が関与する励起がはっきりと分離しているので、格子欠陥の効果の観測が可能になったと言える。

図4.

グラフ（a）はAMATERASで測定したBa2CoSi2O6Cl2の磁気励起スペクトル。（b）は格子欠陥（破線の丸）によって生じた不対スピンとダイマーの結合模型。（c）－（h）は、励起エネルギーがそれぞれE = 6.6、5.8、4.8 meVの磁気励起の強度マップ。このうち（c）（d）（e）は実験結果、（f）（g）（h）は理論計算結果の強度マップである。
QaとQbはそれぞれ結晶のa軸とb軸方向の波数。測定温度は4.0 Kである。

今後の展開

本研究は、フラストレーションが強い量子反強磁性体Ba₂CoSi₂O₆Cl₂がもつ新奇な磁気励起を明らかにし、磁場中で磁気をもったトリプロンの結晶化が起こることを裏付けた。今回のような純良単結晶を用いた精密な中性子散乱実験から、今後も多くの新しい現象が発見され、物性研究のフロンティアが拓かれていくものと考えられる。磁性体は、磁気記録、磁気ヘッド、永久磁石など様々な応用がなされているが、これまでは主に古典的磁性が用いられてきた。磁性体の量子効果を応用できれば、新しい磁気デバイスの開発につながる。本研究は、今後の量子磁性材料の開発につながると期待される。

本研究は、科学研究費補助金基盤研究（A）（26247058及び17H01142）、基盤研究（B）（17H02926）、基盤研究（C）（16K05414及び18K03525）の支援を受けている。また、中性子散乱実験はJ-PARC物質・生命科学実験施設でのユーザープログラム（課題番号2015A0161）の下で行った。

発表論文

掲載誌 :	Physical Review Letters 123 (2019) 027206
論文タイトル :	Localized Magnetic Excitations in the Fully Frustrated Dimerized Magnet Ba2CoSi2O6Cl2
著者 :	N. Kurita, D. Yamamoto, T. Kanesaka, N. Furukawa, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima and H. Tanaka
DOI :	10.1103/PhysRevLett.123.027206

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本学と全学協定を結んでいる大連理工大学の「世界大学学長フォーラム」が6月15日に大連市（中華人民共和国）で開催され、本学から益一哉学長と工学院材料系の史蹟教授が出席しました。

また、翌日には「大連理工大学70周年記念式典」にも出席しました。

本フォーラムは世界各国の大学、政府機関及び企業から170名以上が参加しました。益学長は、「国際的トップ人材育成のための大学間ジョイントプログラムの取り組み」をテーマに基調講演を行い、本学の教育改革や大連理工大学との連携、また新しい未来に貢献できる人材を育成するための国際的な大学連携による共同プログラムなどについて講演を行いました。

総会では、益学長より「東京工業大学の現状」についての紹介があり、本学が卒業生との連携を大切にしていることを伝えました。また、中国東北蔵前会メンバーからも同会の活動報告がありました。

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東京工業大学では文部科学省の平成30年度卓越大学院プログラムとして物質・情報卓越教育院において「『物質×情報＝複素人材』育成を通じた持続可能社会の創造」の教育・研究を実施しています。

この設備のひとつとして、GPUを採用するVDI（Virtual Desktop Infrastructure）^[用語1]システムを国内に先駆けて導入しました。VDIシステムは学術国際情報センターのスパコン「TSUBAME3.0^[用語2]」と同じ建物内に設置され、スパコンとVDIシステムが連携することにより、スパコン利用者の利便性が大きく向上します。

今回導入するVDIシステムは、最大240人のユーザにワークステーションクラスの仮想デスクトップ環境を提供可能です。VDIはクラウドの技術であり、ネットワーク経由で画面イメージのみを転送するため、手元のPCやタブレットなどの機種や性能に依存せず、スパコンを高性能ワークステーションから接続しているような感覚で利用できます。

「TSUBAME3.0」の大容量ストレージ上にある大規模シミュレーション等で生成された膨大なデータをダウンロードすることなく、仮想デスクトップ内で計算結果の確認、可視化やデータ処理を行うことによってデータの移動を最小化します。これにより研究室や学内のネットワーク環境だけでなく、遠隔地からもストレスなくスパコンが利用できるようになります。またセキュリティの観点でも安全性が向上します。

物質・情報卓越教育院ではスパコンを用いた教育を行うため、学術国際情報センターと連携し、「TSUBAME3.0」を利用した物質・情報の演習でVDIシステムを利用しますが、年内を目途にTSUBAMEの学内利用、学外利用、産業利用へと順次展開して行く予定です。

今回導入するVDI環境は、AMD EPYCプロセッサ（32コア）を2基、NVIDIA V100 Tensor Core GPUを3基搭載したサーバを5台、により構成されています。

ネットワークインターフェイスとしてMarvell Semiconductor, Inc.製のFastLinQ 100G NICまたは25G NICを搭載します。仮想GPUソフトウェアには、 NVIDIA GRID Quadro 仮想データセンター ワークステーション （Quadro vDWS）、仮想化ソフトウェアには、VMware vSphere、VDI製品には、VMware Horizon、バックアップ製品にはVeeam Backup & Replicationを採用しています。

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• 卓越大学院プログラム｜文部科学省

6月4日から6月14日まで大岡山キャンパスで、本学の協定校である米国のジョージア工科大学より講師を招き、昨年度に引き続き「グローバルリーダーシップ実践-Global Leadership Practice」の集中講義（90分×8回）を開講しました。本講義ではリーダーシップ能力を育成するワークショップや、事例研究、ディスカッション、自己分析等を通じて、グローバルな環境において自身の価値や目的を実現するためのリーダーシップに必要な要素について学ぶことを目的としています。

「グローバルリーダーシップ実践」は本学の修士課程学生向けの授業として昨年度より開講され、今年度が2回目です。グローバル理工人育成コース上級の選択必修科目ともなっています。

※

グローバル理工人育成コースは、世界の様々な分野で活躍できる人材を育成するために2013年度に開設しました。現在2088名（上級47名）がコースを履修しています。

国際色豊かな受講生

合計10名の受講生の出身国は日本7名、イタリア1名、ウクライナ1名、チュニジア1名でした。2名のティーチングアシスタント（TA）はブラジルとインドネシアで、講師はアメリカ人2名、ゲストスピーカーはベトナム出身の本学卒業生です。日本人学生は2019年3月にジョージア工科大学にて実施したリーダーシッププログラムの参加者や留学経験者のほか、本学協定校への留学が決まっている学生や、近い将来留学を予定している学生が多く、留学生や講師に対し活発に話しかけている姿が印象的でした。

参加型の講義・アクティブラーニング

本講義は、ジョージア工科大学で実践されているリーダーシップの講義を基に、昨年度1回目の講義参加学生からのフィードバックを反映し講義内容を発展させたものです。

アメリカ型の授業では、入念な予習と復習を基に、授業では積極的に発言することが求められます。本講義も、講義開始以前から、リーダーシップに関する教科書を一冊読みこなし、その上で自身のリーダーシップやチームワークに関するブログを毎回アップロードするという多くの準備と課題が課されました。また、学生には講義に先んじてオリエンテーションを行い、計8回の講義に対し各回の講義内容のポイントや課題を1冊にまとめた英文のマニュアルを配布しました。マニュアルを事前に読んでおくことで、日本人学生もグループワーク・ディスカッションを効果的に行うことができました。講義はすべて英語で行われましたが、教室内を歩いて様々な学生と話をしたり、100枚のカードを用いたグループワーク、各国の挨拶の仕方をロールプレイングしたりと、笑顔が多いリラックスした雰囲気の中、講義が展開されていきました。

講義ではまずFamily Tree（ファミリー・ツリー）というテーマで自身の本質を振り返り、自身の長所・価値観・適正能力等の気づきを通じリーダーシップに必要な能力を養成する方法を主体的に学びました。

異文化でのチームワークから学ぶ

また、各国のリーダーシップのスタイル（平等主義、階級主義）について、その国の歴史、文化、習慣も前提とした違いについても学びました。組織内での意思決定の方法は国によって大きく異なっており、各国のリーダーシップスタイルの特徴と、その中で起こりうる意識的あるいは無意識的な偏見への対処法などについて学びました。

チームビルディングのセッションでは、グーグルジャパンに勤務する本学卒業生のミン・グエン（Minh Nguyen）氏による講義を受けました。受講生たちはミン氏の実体験に基づく日本企業とグローバル企業の比較や、様々な環境の中で自分の能力を活かし目標を実現するための沢山のヒントを伺い、自身の将来の方向性を考える参考となりました。

最終発表セッション

最終日には3グループが、それぞれ世界各国のリーダー2名を選んで事例研究を行い、相違点やリーダーシップに必要な要素について分析を発表しました。ここでも履修生の多様な国籍を活かし、ソフトバンクのCEOであり日本を代表する実業家の孫正義さん、イタリアの物理学者であるファビオラ・ジャノッティ（Fabiola Gianotti）さん、日本人女性宇宙飛行士の山崎直子さん、トロント大学の心理学の教授でありベストセラー作家のジョーダン・ピーターソン（Jordan Peterson）さん、チュニジアの女性起業家・人権擁護活動家のアミラ・ヤヒアウイ（Amira Yahyaoui）さんといったリーダーを取り上げ、社会変革をもたらす方法について共有しました。

学生は最後に学んだことを今後どのように自分の将来に適用していくかを具体的に示しメンバーと共有しました。講師はこの集中講義後も彼らのリーダーシップ実践について個別にフォローアップをしていきます。

学生にとっては毎回の授業が刺激的でチャレンジを積み重ね、大きく成長につながった2週間となりました。

グローバル理工人育成コースでは引き続き、ジョージア工科大学に約2週間訪問しリーダーシップについて学ぶ短期留学プログラムとして「ジョージア工科大学リーダーシッププログラム」も2020年3月に開催予定です。今後も世界の企業、大学、研究所、国際機関など、様々な分野で活躍できる科学者・エンジニア・技術者＝「グローバル理工人」を育成するためのカリキュラムを企画・提供していきます。

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• グローバル理工人育成コースの成果報告書を発行｜東工大ニュース
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• ジョージア工科大学リーダーシッププログラム -2019・春｜留学レポート｜グローバル理工人育成コース