要点

• 高速炉を利用し4種類の長寿命核分裂生成物を効率的に短寿命化・減量
• 新しいLLFPターゲット集合体を考案
• LLFPターゲットおよび減速材の材料特性、製造性を実験により実証

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院 先導原子力研究所の千葉敏教授、東北大学の若林利男名誉教授、東京都市大学 工学部 原子力安全工学科の高木直行教授、日本原子力研究開発機構の舘義昭博士らは、原子力発電所の放射性廃棄物に含まれる長寿命の核分裂生成物（LLFP）^[用語1]であるセレン（⁷⁹Se）、テクネチウム（⁹⁹Tc）、パラジウム（¹⁰⁷Pd）、ヨウ素（¹²⁹I）の4種について高速炉^[用語2]の炉心周辺に装荷することで、数10万年から1000万年以上の半減期を有するこれらの核種が半分になるのに要する時間を9年以下に短縮する方法を見出した。

この新LLFPターゲット集合体は、YD₂およびYH₂減速材^[用語3]を組み合わせ、さらにLLFPのテクネチウムを熱中性子フィルター材料として使うことにより、隣接する燃料集合体の熱スパイク^[用語4]を抑制しつつ、効率的な核変換を行うことができる。本方式はLLFPの同位体分離を要さないことも特徴である。

4核種の新LLFPターゲット集合体をナトリウム冷却MOX燃料（ウランとプルトニウムの混合酸化物）高速炉のブランケット領域に装荷した場合、サポートレシオ（SR）^[用語5]1以上を確保しつつ、約8%/年の高い核変換率が達成できる。またLLFPターゲット、YH₂およびYD₂減速材の材料特性と製造の実験を通じLLFPターゲット集合体の実現性が明らかとなった。さらに、今後の効果的な再処理方法の実現により、これらの核種量を最終的に1/100程度まで低減させる可能性が拓かれた。

文部科学省国家課題対応型研究開発推進事業原子力システム研究開発事業により東工大が委託を受けた「高速炉を活用したLLFP核変換システムの研究開発」の成果で、成果は「Scientific Reports」に2019年12月16日にオンライン掲載された。

背景

高速炉は、余剰中性子を活用することにより、消費した以上の燃料を増殖したり、廃棄物として生成したLLFPやマイナーアクチニド（MA）^[用語6]を低減するなど、さまざまな目的に活用できる。MAおよびLLFPの核変換に関する多くの研究が行われている。LLFPに関しては環境への影響を低減するという観点から重要な6核種の核変換研究が実施されている。6種のLLFPは⁷⁹Se、⁹³Zr（ジルコニウム）、⁹⁹Tc、¹⁰⁷Pd、¹²⁹I、¹³⁵Cs（セシウム）である。

本研究グループではこれまでにナトリウム冷却酸化物燃料高速炉の炉心周辺にYD₂減速材を適切に配置したLLFPターゲット集合体を装荷することにより、これら6種のLLFPを同時に核変換しサポートレシオ（SR）を1以上とする方法を明らかにしてきた。

しかしながら、この方法の核変換率は低いため、大量のLLFPを装荷し繰り返し照射のためリサイクルする必要があった。これにより、リサイクル中にLLFPが失われる可能性がある。高い核変換率を達成することは、LLFPターゲットをリサイクルする際のロスの削減に重要である。

6種のLLFPすべてについて高い核変換率とサポートレシオ>1を同時達成することは困難である。特に¹³⁵Csと⁹³Zrは中性子吸収断面積が低いため非常に難しいと考えられている。そのため地層処分上も問題となる⁷⁹Se（半減期33万年）、¹²⁹I（同1570万年）に加えて⁹⁹Tc（同21万年）および¹⁰⁷Pd（同650万年）を高い核変換率を達成する対象核種として選択した。

高い核変換率を達成するためには、LLFPターゲット内の減速材の割合を増加させることにより、熱中性子の数を増やす必要がある。この目的のために、先行研究で用いられた重水素（D）に加えて、水素（H）を適用するシステムを考案した。重水素と水素を組み合わせることにより、LLFPターゲット集合体に隣接する燃料集合体内の燃料ピン出力増加増大（熱スパイク）を抑制しつつ、高い核変換率を達成することが必要となる。

今回の研究では、同位体分離を行うことなく4種の長寿命核分裂生成物（⁷⁹Se、⁹⁹Tc、¹⁰⁷Pd、¹²⁹I）を高速炉の炉心周辺に装荷して高い核変換率を達成する方法を明らかにした。さらに、LLFPおよび減速材の材料特性と製造に関する実験により、LLFP核変換ターゲットの実現可能性も明らかにした。

研究成果

解析にはモンテカルロコードのMVPコードとMVP-burnコード^[用語7]を、核断面ライブラリーはJENDL-4.0^[用語8]を使用した。図1に高速炉におけるLLFPターゲット集合体の装荷位置を、表1に本手法による放射能半減期間短縮の度合いを示す。

⁷⁹Seの場合、高い核変換率と隣接する燃料集合体の出力ピークの低減の観点から、ZnSe（セレン化亜鉛）とYD₂の体積比は1：9に設定され、核変換率は10.4%/年になった。また、SRは約28を達成したことがわかった。

⁹⁹Tcの場合、隣接する燃料集合体の出力ピークを抑制するために、減速材としてYH₂とYD₂を混合する手段を取った。 YH₂とYD₂の体積比を6：4に変更し、⁹⁹Tcと減速材（YH₂ + YD₂）の体積比を1：9に変更すると、変換率は7.9%/年だった。SRは4.3で、SR > 1を満たしている。

¹⁰⁷Pdの場合、PdとYD₂の体積比を1：9に設定することにより、変換率は8.0%/年だった。これは、高い変換率と隣接する燃料集合体の出力ピークの低減の観点からである。SRは1.8を達成することも分かった。

¹²⁹Iについては、熱中性子フィルターを備えた新しい¹²⁹Iターゲット集合体 （図2参照）を発明し、隣接する燃料集合体の出力ピークを抑制した。熱中性子フィルターとして、¹²⁹Iターゲット集合体の外層がTcに置き換えられた。TcピンのTcの体積比を40%に変更し、BaI₂とYH₂の体積比を1：9に変更することにより、変換率は7.5%/年、SRは1.5だった。

LLFP核変換ターゲットの実現可能性は、LLFPターゲット、YH₂およびYD₂減速材の材料特性と製造に関する実験を通じて明らかにした。

これらの結果、LLFPを同位体分離を行うことなく高速炉のブランケット」領域に装荷することにより、表1のように⁷⁹Seは7年、⁹⁹Tc、¹⁰⁷Pd、¹²⁹Iを9年以下の照射時間で半分に減量可能であることが示された。これは放射能半減に要する時間を、約1/2万から1/200万に短縮できることを意味する。また、照射したLLFPターゲットの再処理方法を効率化することにより最終的な廃棄物量として1/100まで低減可能となることが分った。これにより地層処分の負担となる長寿命の放射性廃棄物処理に対する重要な進展が得られた。

今後の展開

今後はLLFPのリサイクルを考慮した核変換システム全体の研究が必要であると考える。LLFP核変換ターゲットの分離と回収のロス率を考慮し長寿命核分裂生成物を1/100まで低減する高速炉LLFP核変換システムの構築を目指す。また、軽水炉の使用済み燃料に含まれるLLFPを処理するシステムの研究も進めていく予定である。

論文情報

掲載誌 :	Scientific Reports
論文タイトル :	Study on method to achieve high transmutation of LLFP using fast reactor
著者 :	Toshio Wakabayashi, Yoshiaki Tachi, Makoto Takahashi, Satoshi Chiba & Naoyuki Takaki
DOI :	10.1038/s41598-019-55489-w

• プレスリリース 長寿命核分裂生成物の半減時間を9年以下に短縮 ―高速炉を用いた効率的な核変換法を提案―
• 核分裂生成物の二つの転移機構を同時に説明可能な理論構築│東工大ニュース
• 超新星爆発ニュートリノで宇宙核時計テクネチウム98が生成されることを予言│東工大ニュース
• 核分裂時の原子核形状を把握するモデルを開発 ―核変換システム高度化や核分裂メカニズムの全容解明に道―│東工大ニュース
• 長寿命核分裂生成物を飛躍的に短寿命化する高速炉技術を利用した核変換システムを提案│東工大ニュース
• 低励起エネルギーにおける核分裂の動的様相│東工大ニュース
• S. Chiba Laboratory
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 千葉敏 Satoshi Chiba
• 東京工業大学 先導原子力研究所
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 (IIR)
• 東北大学
• 東京都市大学 工学部 原子力安全工学科
• 日本原子力研究開発機構
• 研究成果一覧

1月7日、公益社団法人日本化学会が、2019年度各賞（日本化学会賞、学術賞、進歩賞、女性化学者奨励賞、化学技術賞、技術進歩賞、化学教育賞、化学教育有功賞、化学技術有功賞）受賞者を発表しました。

東京工業大学からは、物質理工学院 応用化学系の田中克典教授が、第37回学術賞を受賞しました。

同学会によると、学術賞は「化学の基礎または応用の各分野において先導的・開拓的な研究業績をあげた者」を表彰する賞です。

授賞式は、2020年3月23日（月）に行われます。

受賞テーマ

生体分子の化学修飾法による機能解明と治療への応用

受賞理由

生体分子のアミノ基を利用した効率的な化学標識・複合化法を実現し、分子イメージングや治療戦略を改革する独創的研究を展開した。さらに、タンパク質に複数種の糖鎖を均一に複合化させて、標的の細胞上で「パターン認識」を効果的に発揮させることにより、がん細胞を自在にターゲティングするとともに、その細胞内で触媒的に抗がん活性分子を合成して治療することを可能とした。これら「低毒性・高効率な万能標識法」、「糖鎖パターン認識」、ならびに「生体内合成化学治療法」の一連の成果は国際的にも高く評価されており、日本化学会学術賞に値するものと認められた。

今回の受賞について田中克典教授は次のようにコメントしています。

• 触媒駆動型の生体内エチレンセンサー｜東工大ニュース
• 田中克典研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 田中克典 Katsunori Tanaka
• 物質理工学院 応用化学系
• 【お知らせ】2019年度各賞受賞者が決定｜公益社団法人日本化学会

記念式典

11月21日の記念式典は、文部科学省研究振興局学術機関課の西井知紀課長、資源研時代から5大学附置研アライアンス・共同研究拠点事業を共同で実施している東北大学多元物質化学研究所の村松淳司所長、同じく北海道大学電子化学研究所の中垣俊之所長が来賓として出席しました。本学の益一哉学長、資源研元所長の吉田賢右氏、辰巳敬氏のほか、名誉教授並びに研究所の元教員、化生研の現教員など、80名以上が参加して、盛大に行われました。久堀徹・化生研所長が、資源研の附置から現在に至る歴史を紹介し、益学長は本学の附置研究所を含む研究改革の紹介と化生研への期待を述べました。

文科省の西井課長は、2000年にノーベル化学賞を受賞した白川英樹博士が東工大で学び資源研助手としてノーベル賞につながる研究に取り組んだことを紹介し、資源研の我が国の学術研究への貢献と資源研・化生研が共同利用・共同研究拠点として果たしてきた役割に対して謝意を述べました。引き続き、村松東北大多元研所長からアライアンス・共同研究拠点事業の紹介があり、名誉教授の先生方からは、その時々で資源研の教員がどのように基礎科学研究をはじめとする研究活動に向き合ってきたかが紹介されました。

記念シンポジウム

11月22日は、場所をすずかけ台キャンパスに移して、資源研出身で現在国立大学教授として活躍しているOB教員を講師として招き、化生研の教員も加えて、全12題の記念講演が行われました。OB教員、本学教員、化生研に所属する学生・教職員など250名以上が参加しました。文部科学省研究振興局学術機関課の吉居真吾課長補佐は、祝辞とともに、資源研での日々の研究活動は優れた研究成果を創出し、若手人材の育成にもつながっていると述べました。続いて、桑田薫副学長（研究企画担当）が本学を代表して挨拶しました。シンポジウムでは、資源研OB教員の講師から、それぞれ資源研時代の研究をその後どのように展開して研究の発展につなげたかという興味深い講演があり、現教員の大きな励みになりました。また、学生にとっても、資源研・化生研が我が国の化学分野の研究でどのように研究水準を維持し、貢献してきたのかを知るよい機会となりました。

二日間の創立80年記念行事は、資源研から化生研に至る東工大での化学研究の歴史を振り返る機会になり、現在の化生研教員にとっては、今後の研究所の発展の方向を見定める重要な情報交換・意見交換の場ともなりました。

• 資源化学研究所 創立80周年｜東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所

要点

• 東工大のラマン分光技術と台湾科技大の触媒反応技術を組み合わせて実現
• 触媒表面における化学反応メカニズムを解明、最適な反応条件を見つけ出す
• 廃棄物の資源化、水素の産生により持続可能な社会構築に向け大きな貢献

概要

東京工業大学 物質理工学院 材料系の林智広准教授らは台湾国立科学技術大学のジア－イン チャン准教授（Prof. Chia-Ying Chang）のグループとの国際共同研究により、バイオディーゼル燃料の生産過程で廃棄物となるグリセロール^[用語1]から、付加価値の高いジヒドロキシアセトン（dihydroxyacetone、DHA）^[用語2]と水素を選択的に生成する技術の開発に成功した。安価な触媒である酸化銅（CuO）を用いた電気化学的反応により達成した。

本研究グループは、東工大のラマン分光^[用語3]技術と台湾科技大の触媒反応技術を組み合わせることにより、触媒表面における化学反応メカニズムを解明し、最適な反応条件を見つけ出した。この研究によって、廃棄物の資源としての再利用に加え、水素の産生という2つの異なる成果が生まれ、持続可能な社会の構築へ向けた大きな貢献が期待される。

研究成果は、オランダの科学誌「Applied Catalysis B: Environmental（アプライド・カタリスィス・エンバイロメンタル）」オンライン速報版に2019年12月19日（現地時間）に掲載された。

研究成果

本研究の成果はCuOという地球上に豊富に存在し、かつ安価な材料を触媒として、バイオディーゼル製造の際の廃棄物であるグリセリンから、化粧品、甘味料などに使用されるDHAおよび水素を選択的に製造する技術を確立したことである。特にCuO触媒表面における化学反応を、ラマン分光を用いてその場観察^[用語4]することで、反応メカニズムの解明、反応選択性を最大化するための反応条件の最適化の2つを達成した。

研究の背景

バイオディーゼル燃料（BDF）はカーボンニュートラルな軽油代替燃料として注目されているが、その製造時には副産物として原料の10%程度のグリセロール（グリセリン）が生成される。このグリセロールには有効な応用用途がなく、付加価値が高い物質への転換方法が求められていた。この物質転換の研究には金、白金などの貴金属が触媒に用いられていたが、地球上により豊富に存在する安価な触媒が求められていた。

図1.

本研究の成果によって可能となるバイオディーゼル燃料の生産と廃棄物再生プロセス。バイオディーゼル燃料生産（左）における副生産物であるグリセリンから付加価値の高いDHAと水素を生み出す（右）。

今後の展開

現在、本国際共同研究において、さらなる新触媒の開発、反応効率の向上という2つの観点から実用化に向けた研究が進んでいる。触媒の種類、溶液条件（特にpH値）などの違いによる反応経路の違いなどのデータが蓄積してきたことから、今後は機械学習などの情報科学的手法との融合により、最小限の実験で最適な物質変換条件を導出する技術の開発を行っている。

論文情報

掲載誌 :	Applied Catalysis B: Environmental
論文タイトル :	Selective Electro-oxidation of Glycerol to Dihydroxyacetone by a Non-precious Electrocatalyst - CuO
著者 :	Chin Liu, Makoto Hirohara, Tatsuhiro Maekawa, Ryongsok Chang, Tomohiro Hayashi, Chia-Ying Chiang
DOI :	10.1016/j.apcatb.2019.118543

• プレスリリース 廃棄グリセロールからDHAと水素の生産に成功 ―地球上に豊富に存在する安価な酸化銅を触媒に採用―
• 林研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 林智広 Tomohiro Hayashi
• 林智広研究室 ―研究室紹介 #42―｜材料系 News
• 物質理工学院 材料系
• 研究成果一覧

東京工業大学が加盟するアジア・オセアニア工学系トップ大学リーグ（The Asia-Oceania Top University League on Engineering 以下「AOTULE」（アオチュール））は2007年に発足し、アジアとオセアニアの13大学からなる連盟です。加盟する大学間の合同ワークショップや、学生・教職員の派遣交流などを通して、工学系の教育研究の質を向上させ、国際意識を養うことを目的としています。AOTULEは年に1度、加盟大学の代表が集まり、「系長会議」「スタッフ会議」「学生会議」を開催しています。2019年度は本学が主催し、11月25日から27日にかけて、教職員45名、学生37名、合計82名を招聘し、本学大岡山キャンパスなどで行われました。

概要

加盟大学と当日のプログラムは以下の通りです。

1.

バンドン工科大学（インドネシア）

2.

チュラロンコン大学（タイ）

3.

ハノイ工科大学（ベトナム）

4.

インド工科大学マドラス校（インド）

5.

KAIST（韓国科学技術院）（韓国）

6.

南洋理工大学（シンガポール）

7.

国立台湾大学（台湾）

8.

香港科技大学（香港）

9.

メルボルン大学（オーストラリア）

10.

清華大学（中国）

11.

マラヤ大学（マレーシア）

12.

モラトゥワ大学（スリランカ）

13.

東京工業大学（日本）

開会式

2日目の11月26日午前にディジタル多目的ホールで行われた開会式は、本学の佐藤勲総括理事・副学長、および主催である本学工学院、物質理工学院、環境・社会理工学院の3学院を代表し、和田雄二物質理工学院長の歓迎の挨拶で始まりました。その後、AOTULE会長のインド工科大学マドラス校アショーク・クマール・ミシュラ教授が本会議への祝辞を述べました。

学生会議

学生会議では、2日目の午前中に、各加盟大学の代表学生たちが4つのテーマ別セッションに分かれて自分の研究発表を行いました。その後、参加学生全員を7つの複数大学混成チームに分け、“Actions towards Achieving the Sustainable Development Goals (SDGs) in Asia and Oceania”『アジア・オセアニア地域において持続可能な開発目標を達成するための活動』にそったテーマを決めて話し合いを重ね、最終日にグループ発表を行いました。本学代表の学生20名は、8月7日～8日に開催された第11回多専門領域にわたる国際学生ワークショップ（11th Multidisciplinary International Student Workshop (MISW 2019)）で選抜されました。

グループ発表では複数の審査員による審査が行われ、「産業と技術革新の基盤をつくろう」をテーマに議論し、独自の解決法を発表したグループに最優秀グループ賞が贈られました。

系長会議

運営会議

歓迎レセプション・祝賀会・都内観光（ギャラリー）

• 2018 AOTULE 学生会議 参加報告｜東工大ニュース
• 2017 AOTULE 学生会議 参加報告｜東工大ニュース
• アジア・オセアニア工学系トップ大学リーグ（AOTULE）

東京工業大学のグローバル水素エネルギー研究ユニット（GHEU）は、将来の「水素社会」に向けて、水素の利用体系について総合的かつ技術的な検討を進め、産官学の連携の下、さまざまな活動を展開しています。

加えて、国内外の水素利用技術の現状と将来展望を関係者の間で共有するために、公開シンポジウムを1年に1回開催しています。

5回目となった今回のシンポジウムのテーマは「脱炭素に向けた水素導入の社会ビジョン」です。11月21日に東工大蔵前会館くらまえホールで開催し、来場者は今年も300人を超えて、308人となりました。

来場者の所属も多様で、大学や研究機関の関係者をはじめ、メーカーやエネルギー関連企業、建設会社、商社など幅広い分野にわたる企業の方々や、政府や自治体の方々など、多くの分野の方が集まりました。

講演の中でも、コストについての話題が多く出て、水素利用技術の実現に向けて現実味が増していることを感じる内容となりました。

また、シンポジウムの後には意見交換会の場も用意され、多数の方が参加。異分野の交流の輪が広がっていました。

今回は、脱炭素に向けた新しい社会ビジョンや国内の水素エネルギー戦略の最新情報について、二つの招待講演を実施しました。

招待講演

株式会社三菱総合研究所 理事長（東京大学 第28代総長） 小宮山 宏氏

経済産業省 資源エネルギー庁 省エネルギー・新エネルギー部 新エネルギーシステム課
水素・燃料電池戦略室 課長補佐 宇賀山 在氏

パネル討論

• パネリスト
  前 東芝エネルギーシステムズ株式会社 水素・燃料電池技師長 中島良氏
  一般社団法人 日本ガス協会 企画ユニット 環境部長 深野行義氏
  一般社団法人 燃料電池開発情報センター 事務局長 羽藤一仁氏
  川崎重工業株式会社 技術開発本部 水素チェーン開発センター プロジェクト推進部 部長 新道憲二郎氏
  東京工業大学 工学院 機械系 平井秀一郎 教授
  東京工業大学 環境・社会理工学院 技術経営専門職学位課程／イノベーション科学系 梶川裕矢 教授

• モデレータ
  東京工業大学 科学技術創成研究院 特命教授
  グローバル水素エネルギー研究ユニット 岡崎健ユニットリーダー

招待講演の後は、パネル討論が開かれました。岡崎ユニットリーダーがモデレータを務め、6人のパネリストがさまざまな話題を提供しました。

その中で、「オリパラ後のさらなる水素利活用を進めるには、ゴールの量的ポテンシャルをにらんだ上で『導入中間シナリオ』が必要」という意見や、「水素利用技術を導入する時期の初期はインセンティブ制度が重要」という指摘が出ました。

また、「大きなビジョンを描き水素をいろいろな形で使って需要をまとめる」ことの重要性や、「水素キャリアを合成メタンにすることで都市ガスのインフラを活用し社会コストを抑制しつつ脱炭素化に貢献できる」という考えも提示されました。

さらに、「オリパラを契機に水素の新しい魅力を考える必要がある」という声や、「水素エネルギーは国際的な安全保障にも寄与する」という見方など、いろいろな発言が次々に出ていました。

東工大 新エネルギー研究／教育コンソーシアム発足講演

• 講演1： 「コンソーシアムが目指すエネルギー社会と研究概要」
  東京工業大学 物質理工学院 応用化学系 伊原学 教授

• 講演2： 「最適化アルゴリズムのエネルギーシステムへの展開の可能性」
  東京工業大学 情報理工学院 情報工学系 小野功 准教授

• 講演3： 「再生可能エネルギー大量導入に向けた連系用インバータによる系統安定化機能の開発」
  東京工業大学 工学院 電気電子系 河辺賢一 助教

• 
  講演する伊原教授
• 
  講演する小野准教授
• 
  講演する河辺助教

本学は、新しいエネルギー社会構築に関する研究／教育コンソーシアム「InfoSyEnergy（インフォシナジー）研究／教育コンソーシアム」を新設します。このコンソーシアムは、ビッグデータ科学を活用して新しいエネルギー社会をデザインしていきます。

今回のシンポジウムでは、その概要と関連研究の紹介もしました。

まず、本学の水本哲弥理事・副学長（教育担当）があいさつをしました。

その中で、本学における三つの重点分野の一つがエネルギーであり、ビッグデータ科学を水素エネルギーなどいろいろなエネルギー研究に積極的に活用し、産業界も巻き込んで総合的なエネルギーの共同研究や特徴的な教育プログラムを実施するための組織として、この「InfoSyEnergy研究／教育コンソーシアム」を設立したと説明しました。

続いて、このコンソーシアムの代表を務める伊原教授が、「InfoSyEnergy研究／教育コンソーシアムが目指すエネルギー社会と研究概要」と題して、学内の60名以上の教授、准教授を中心に、ここで取り組んでいく9つの重点研究テーマについて説明しました。

10年以上の枠組みとして作ったこのコンソーシアムで、大学と企業が一緒になって、学理をベースにした共同研究の実施とビジョンの共有をしていきたいと抱負を語りました。

また、すでに10社以上のInfoSyEnergyコンソーシアムへの参画が決まっており、企業紹介がありました。

また、このコンソーシアムに参加する小野准教授が、「最適化アルゴリズムのエネルギーシステムへの展開の可能性」という題で、自身の研究を説明しました。

試行錯誤を通じて目的関数を最小にする解を探索する「進化計算」が、エネルギーシステムに展開できる可能性を示しました。

最後に、若手の河辺助教が登壇しました。「再生可能エネルギー大量導入に向けた連系用インバータによる系統安定化機能の開発」と題して、再生可能エネルギーが電力系統の安定性に与える影響を解説しながら、インバータ連系リソースが系統の安定化に貢献することを説明しました。

シンポジウム後には、東工大蔵前会館 ロイアルブルーホールにて意見交換会が行われ、本学の益一哉学長があいさつしました。シンポジウムの熱気が引き継がれ、活発な議論が交わされました。

• 東京工業大学 科学技術創成研究院 グローバル水素エネルギー研究ユニット
• 研究ユニット｜東京工業大学 科学技術創成研究院（IIR）
• 東工大グローバル水素エネルギー研究ユニット 第4回公開シンポジウム開催報告｜東工大ニュース
• 東工大グローバル水素エネルギー研究ユニット 第3回公開シンポジウム 開催報告｜東工大ニュース
• 東工大グローバル水素エネルギー研究ユニット 第2回公開シンポジウム 開催報告｜東工大ニュース
• 東工大　グローバル水素エネルギーコンソーシアム発足記念シンポジウム　開催報告｜東工大ニュース

東京工業大学リーダーシップ教育院（ToTAL）の第2期（11月登録）生の登録式およびオリエンテーションが12月2日、本学大岡山キャンパス本館で行われました。

登録式は、プログラム第2期（11月登録）生の9名（うち5名が留学生または外国人学生）を迎えて行われました。益一哉学長の祝辞の中では、本学が2018年、文部科学大臣から指定国立大学法人の指定を受けたことが触れられ、「指定国立大学法人として高いレベルの教育を提供するプログラムの一つであるリーダーシップ教育院において、他の学生や教員と良好な関係を築きながら沢山のことを学んでほしい」との話がありました。

異なる専門分野、文化的背景をもつ仲間と切磋琢磨する中で、志を立て成長してゆく学生達の今後の活躍にご期待下さい。

• リーダーシップ教育院登録式 第2期（6月登録）生18名を迎えて開催｜東工大ニュース
• リーダーシップ教育院登録式 第1期（11月登録）生9名を迎えて開催｜東工大ニュース
• リーダーシップ教育院登録学生を迎え、本格始動｜東工大ニュース
• ToTAL - 東京工業大学リーダーシップ教育院

東京工業大学の教職員4名および本学学位取得者1名が2019年12月12日、公益財団法人井上科学振興財団（以下、井上財団）の第36回井上学術賞・井上研究奨励賞を受賞しました。

井上学術賞は、自然科学の基礎的研究で特に顕著な業績を挙げた50歳未満（申込締切日時点）の研究者に対して授与されるもので、賞状および金メダル、副賞200万円が贈呈されます。今回は、関係する38学会および井上財団の元選考委員や井上学術賞の過去の受賞者など155名に候補者の推薦依頼がなされ、32件の推薦を受け、選考委員会による選考を経て5件が採択されました。

井上研究奨励賞は、理学、医学、薬学、工学、農学等の分野で過去3年間に博士の学位を取得した37歳未満（申込締切日時点）の研究者のうち、優れた博士論文を提出した若手研究者に対して授与されるもので、賞状および銅メダル、副賞50万円が贈呈されます。今回は、関係242大学に候補者の推薦を依頼したうち38大学から133件の推薦があり、選考委員会における選考を経て40件が採択されました。

贈呈式は2020年2月4日（火）に行われます。

上記の賞を受賞した東工大関係者は以下のとおりです。

井上学術賞

• 笹川崇男准教授がフロンティアサロン第7回永瀬賞特別賞を受賞｜東工大ニュース
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 笹川崇男 Takao Sasagawa
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）

井上研究奨励賞

• 研究者詳細情報（STAR Search） - 鳥海尚之 Naoyuki Toriumi
• 理学院 化学系

• 研究者詳細情報（STAR Search） - 坂野遼平 Ryohei Banno
• 情報理工学院｜学院｜組織一覧｜東工大について

• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）

関連リンク

• 新着情報 | 井上科学振興財団
• 本学教員および本学学位取得者4名が第35回井上学術賞・井上研究奨励賞を受賞 | 東工大ニュース
• 本学教員等4名が第34回井上研究奨励賞を受賞 | 東工大ニュース
• 本学教員および本学学位取得者が第33回井上学術賞、井上研究奨励賞を受賞 | 東工大ニュース
• 紋野雄介研究員が第32回井上研究奨励賞受賞｜東工大ニュース
• 玉置悠祐助教と野村龍一WPI研究員が第31回井上研究奨励賞受賞｜東工大ニュース

要点

• 腸内細菌は、胃切除を含む様々な治療と関連する可能性があることが知られていますが、治療による腸内環境への影響は詳細には明らかになっていませんでした。
• 本研究では、便検体を用いたメタゲノム解析およびメタボローム解析により、健常者と胃切除術を受けた患者を比較し、胃切除術後の患者に特徴的な腸内細菌叢やその機能、代謝物質の変化を明らかにしました。
• 胃切除後の患者にみられる腸内細菌の豊富さと多様さは、腸内細菌の代謝機能の変化を反映していると考えられます。
• また、大腸がんに関連する細菌や代謝物質の量が、胃切除後の患者、特に胃全摘術後の患者では相対的に多いことも確認されました。
• 便検体を用いた腸内環境の評価は今後、胃切除後の低栄養や貧血などの併発症の要因を解析する非侵襲な手法としての応用が期待されます。

概要

東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の山田拓司准教授と大阪大学 大学院医学系研究科の谷内田真一教授（ゲノム生物学講座・がんゲノム情報学、前国立がん研究センター研究所・ユニット長）、慶應義塾大学先端生命科学研究所の福田真嗣特任教授、国立がん研究センター・中央病院 内視鏡科の斎藤豊科長らの研究グループは、胃がんの治療として胃切除^[用語1]の手術を受けた患者を対象に、凍結便を収集しメタゲノム解析^[用語2]やメタボローム解析^[用語3]を行いました。

腸内細菌は、病気の発症や進行だけでなく術後の病状にも関与しています。本研究では、胃切除後の患者の併発症や栄養状態などの改善を目的として、これまでほとんど解明されていない、胃切除の影響による腸内細菌叢^[用語4]の構造や代謝物質の変化を調べ、術後の併発症^[用語5]との関連性を検討しました。その結果、胃切除術を受けた患者は健常者と比較して腸内環境に大きな違いがあり、大腸がんと関連する細菌や代謝物質が増加していることを明らかにしました。この成果は、便検体を用いて腸内環境を評価することにより、胃切除後の併発症の要因を理解し個々人の腸内環境を評価することで、胃切除後の併発症の予防や治療に貢献する医薬品などを生み出す可能性を示すものです。

本研究は1月17日に英国学会誌「Gut」に掲載されました。

背景

ヒト一人の細胞数が約37兆個であるのに対し、ヒト一人あたりの腸内細菌数はおよそ40兆個、重さにして約1～1.5 kgとされています。これらの腸内細菌叢の乱れが炎症性腸疾患^[用語6]などさまざまな疾患と関係することが、最近になって分かってきました。また腸内細菌が、胃切除を含むさまざまな治療と関連する可能性があることも報告されています。胃切除は胃がんや重篤な肥満の治療法であり、欧米における肥満の治療のための胃切除手術の場合、術後の体重減少が腸内細菌叢の変化と関連することが報告されています。しかしながら、胃がんの治療のための胃切除による腸内環境への影響は、これまでほとんど明らかになっていませんでした。胃切除術後には、低栄養や貧血、ダンピング症候群などの併発症があります。また胃がんの患者は、腸内細菌との関連が指摘されている異時性大腸がんを術後に発症するリスクが高いことが知られています。したがって、胃切除術を受けた患者における腸内環境を探索することは重要と考えられました。

研究成果

研究グループでは、国立がん研究センター・中央病院 内視鏡科（斎藤豊科長ら）を受診し、大腸内視鏡検査（大腸カメラ）を受けた106名の受検者（胃切除した患者50人と健常者56人）を対象として、食事などの「生活習慣などに関するアンケート」調査、凍結便、大腸内視鏡検査所見などの臨床情報を収集しました。この凍結便に対して、東京工業大学（山田拓司准教授ら）や慶應義塾大学先端生命科学研究所（福田真嗣特任教授ら）と共同で、メタゲノム解析とメタボローム解析を行いました。その上で、胃切除した患者50人と健常者56人の腸内細菌叢を比較し胃切除後の患者に特徴的な細菌や代謝物質を探索しました。

その結果、胃がんの治療のための胃切除術と、それに伴う消化管の再建が、患者の腸内環境に大きな影響を与えることが明らかになりました。これを踏まえて、胃切除後の生理学的な変化が、腸内細菌叢や代謝物質にどのような変化をもたらし、それが術後の病態にどのように影響するのかという、それぞれの変化の関連性について検討しました（図1）。

本研究で行った解析では、胃切除後の患者は健常者と比較して、腸内細菌の種の豊富さ^[用語7]と種の多様性^[用語8]の高さが確認されました（図2 A、B）。これらの違いは、胃切除による腸内環境の変化を反映している可能性があります。その変化の1つとして、胃切除後の患者では、口腔内でよく検出される細菌の相対的な量が多いことが確認されました（図2C）。

胃切除術は、栄養障害、貧血、下痢、ダンピング症候群^[用語9]などを引き起こすなど、術後の患者の代謝に影響を及ぼすことも広く知られています。本研究の解析でも、術後の患者の代謝の変化に関連する、腸内細菌の代謝機能の変化が見られました。例えば、胃切除後の患者では、小腸でのビタミンB12の吸収不足が知られていますが、今回の解析でも、ビタミンB12が小腸で吸収されずに大腸まで残り、それを細菌が利用するべく、ビタミンB12の摂取能力を持つ細菌が増加することが観察されました。

胃がんの患者は、異時性大腸がん^[用語10]を発症するリスクが高いことも報告されています。胃切除後の発がんメカニズムは、散発性大腸がん（通常の大腸がん）とは異なる可能性がありますが、本研究では、散発性大腸がんに関連することが知られている細菌の種類や代謝物質が胃切除後に多いことが観察されました。研究チームは最近、大腸がんの発生の初期にのみ増加する細菌を同定しています（Nature Medicine 2019年6月号）。今回の解析でも、その1つであるAtopobium parvulum（図2D）や、発がんの初期から関連することが知られているFusobacterium nucleatum（図2E）が、胃切除後の患者で増加していることが認められました。特に、胃全摘術を受けた患者では、Fusobacterium nucleatumの量が多いことも確認されました（図2F）。さらに、肝臓がんおよび散発性大腸がんにおいて発がん性が知られているデオキシコール酸も、胃切除後の患者の便中に多く含まれていました（図3B）。こうした結果は、胃切除後の患者に対する定期的な全身のフォローアップの重要性を示しています。

胃切除による生理学的な変化を灰色、本研究により明らかになった腸内環境の変化を青色、その腸内環境の変化による影響を赤色で示しています。実線の矢印は、本研究の結果から説明できる繋がりを表しています。破線の矢印は、それぞれの繋がりが先行研究によって得られた仮説であることを表しています。

腸内細菌の種の豊富さ（A）とその多様性（B）はどちらも、胃切除後の患者で多いことが確認されました。（D、E、F）は、大腸がんの発がんとの関連性が報告されている細菌の一部の相対的な存在量を表しています。発がんの初期にのみ量が多いAtopobium parvulum（D）と、発がんの初期に関係することが知られているFusobacterium nucleatum（E）は胃切除後の患者で多いことが分かりました。また、Fusobacterium nucleatumは胃を全摘出した患者で特に多いことが確認されました（F）。D、E、Fでは図中の外れ値を省略して表示しています。

メタボローム解析により、胆汁酸^[用語11]と関連がある代謝物質が胃切除後の患者で変化していることが認められました。肝臓がんおよび散発性大腸がんで発がん性が知られているデオキシコール酸は、胃切除後の患者で多いことが確認されました。一次胆汁酸であるタウロコール酸とグリココール酸は肝臓で生成され、その後腸肝循環^[用語12]によって腸管内へ移動され、腸内細菌によってコール酸と二次胆汁酸の1つであるデオキシコール酸へ代謝されることが知られています。図中の代謝物質の箱ひげ図は外れ値を省略して表示しています。

今後の展開

本研究では、胃切除後の病態メカニズムを腸内環境の変化という観点から検討しました。その成果は、胃切除だけではなく、他の疾患の治療後の長期的な併発症にも応用可能なフレームワークの可能性を示しています。また、本研究成果は、胃切除後の患者に定期的に大腸内視鏡検査を行って、異時性大腸がんの発生を早期に発見する必要性がある可能性を示唆しています。本研究で明らかになった知見は、便検体を用いた腸内環境の観点から、胃切除後の低栄養や貧血などの病態を理解し、今後、その病態を非侵襲的に評価する手法として応用される可能性や、術後の栄養状態の改善などに腸内細菌の観点から介入し、それらを改善する医薬品や健康食品などを生み出す可能性があります。

支援事業

本研究は下記事業の支援を受けて行われました。

• 日本医療研究開発機構（AMED）難治性疾患実用化研究事業「医と食をつなげる新規メカニズムの解明と病態制御法の開発」

  研究開発課題 ： 生体試料（糞便や腸管粘膜等）のサンプリング法や解析法（特にメタゲノムならびにメタボローム解析）の標準化と臨床情報を含む統合的情報基盤の構築

  研究代表者 ： 谷内田真一（大阪大学 大学院医学系研究科 がんゲノム情報学 教授、前 国立がん研究センター がんゲノミクス研究分野・特任ユニット長）

• 日本医療研究開発機構 次世代がん医療創生研究事業（P-CREATE）

  研究開発課題 ： “Microbiome-Based Precision Medicine”を見据えた腸内微生物叢の変動に基づく大腸がん発症機構の解明と予防・診断・治療技術の創出

  研究代表者 ： 山田拓司（東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系 准教授）

• 科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業 さきがけ

  研究領域 ： ビッグデータ統合利活用のための次世代基盤技術の創出・体系化

  研究課題名 ： ヒト腸内環境ビッグデータ

  研究者 ： 山田拓司（東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系 准教授）

• 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 AIP加速課題

  研究課題名 ： ヒト腸内環境ビッグデータを基軸としたMicrobiome-based Precision Medicine

  研究代表者 ： 山田拓司（東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系 准教授）

論文情報

掲載誌 :	Gut
論文タイトル :	Influence of gastrectomy for gastric cancer treatment on faecal microbiome and metabolome profiles
著者 :	Pande Putu Erawijantari1, Sayaka Mizutani1,2, Hirotsugu Shiroma1, Satoshi Shiba3, Takeshi Nakajima4, Taku Sakamoto4, Yutaka Saito4, Shinji Fukuda5,6,7, Shinichi Yachida3,8*, Takuji Yamada1* 1School of Life Science and Technology, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan 2Research Fellow of Japan Society for the Promotion of Science, Tokyo, Japan 3Division of Cancer Genomics, National Cancer Center Research Institute, Tokyo, Japan 4Endoscopy Division, National Cancer Center Hospital, Tokyo, Japan 5Institute for Advanced Biosciences, Keio University, Yamagata, Japan 6Intestinal Microbiota Project, Kanagawa Institute of Industrial Science and Technology, Kanagawa, Japan 7Transborder Medical Research Center, University of Tsukuba, Ibaraki, Japan 8Department of Cancer Genome Informatics, Graduate School of Medicine, Osaka University, Osaka, Japan *Corresponding authors（責任著者）
DOI :	10.1136/gutjnl-2019-319188

• プレスリリース 胃切除術による腸内環境の変化を解明 ―胃切除後の合併疾患の克服へ―
• 麹菌A. oryzaeの進化と家畜化の関係│東工大ニュース
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• 東京工業大学 生命理工学院 山田研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 山田拓司 Takuji Yamada
• 生命理工学院 生命理工学系
• 大阪大学医学系研究科・医学部
• 慶應義塾大学先端生命科学研究所
• 国立がん研究センター
• 研究成果一覧

要点

• 炭素―炭素の結合の形成反応に高い活性と安定性をもつ固体触媒を発見
• 触媒となる物質はY₃Pd₂という化合物で電子が陰イオンとして働く電子化物
• 優れた特性はイオン化しやすい電子と負の電荷をもったパラジウムに起因

概要

東京工業大学 元素戦略研究センター長の細野秀雄栄誉教授、同センターの叶天南（Tian-Nan Ye）特任助教、北野政明准教授らは、金属間化合物^[用語1]のなかで、電子が陰イオンとして働く電子化物（エレクトライド）^[用語2]であるY₃Pd₂（イットリウム・パラジウム）が、鈴木カップリング反応^[用語3]に対して高い活性と安定性をもつ固体触媒として機能することを見出した。

電子化物はこれまでアンモニアの合成や分解、オレフィン類^[用語4]の選択的な水素化反応の触媒として有効に機能することが見出されてきたが、今回の研究成果により、電子化物の新たな適用範囲が広がったことになる。

炭素―炭素の結合形成^[用語5]は、有用な有機分子を合成するのに極めて重要である。その中でも鈴木カップリング反応は取扱いが容易で適用範囲が広いため、工業分野で広く応用されている。その触媒としては溶媒に溶けるパラジウムの錯体が一般的に用いられているが、パラジウムを含む固体で活性が高く安定な物質であれば、反応後に触媒の回収が容易になるなどのメリットがある。

研究成果は英国科学誌Nature Communications（ネイチャー・コミュニケーション）オンライン版に2019年12月11日に掲載された。

背景

鈴木カップリング反応は、有機化学で最も重要な化学反応の一つである炭素―炭素の結合を生成するのに広く用いられている。

この反応では一般的に可溶性のパラジウムの錯体が触媒として用いられている。固体のパラジウム触媒を用いてこの反応を効率よく進めることができれば、反応物、出発分子や溶媒と触媒の分離が容易になる。さらに高価なパラジウムが構造中にしっかり組み込まれた金属間化合物では、反応によって表面からパラジウムの溶出が抑えられ、再利用性に優れたものが得られると期待できる。

研究成果

空気中でも安定な金属間化合物Y₃Pd₂（図1）を鈴木カップリングの触媒に用いると、図2のようにパラジウム（Pd）金属だけの場合よりも触媒活性が大幅に増大し、反応の活性化エネルギーも約30%減少した。また、触媒を繰り返して使用しても活性の低下は観測されず、それ自体にも変化が見られなかった。このような触媒活性と安定性はこれまで同反応に対して報告された固体触媒の中で最も優れていると判断できる。

図2.

検討したカップリング反応（上）、触媒の活性（中）と反応の繰り返しによる安定性（下）。 Pd金属に比べ、反応速度、TOF（触媒回転数）も大幅に増大し、活性化エネルギー（Ea）は30%程度減少している。

研究の経緯

電子がアニオン（陰イオン）としてみなすことができる物質は電子化物（エレクトライド）と総称される。細野栄誉教授らの研究グループは、これまで電子化物で最大の課題となっていた空気中で安定な物質を2003年に初めて実現して以来、電子化物の物質科学とその応用に力を注いでいる。

これまでの研究で、電子がいずれの構成元素の軌道に属さないので、仕事関数^[用語6]が小さいという普遍的な物性を有することを明らかにしており、この物性を活用できる応用を検討してきた。温和な条件下でのアンモニア合成触媒の開発はその一例である。2016年には電子化物の母物質は絶縁体だけでなく、金属間化合物まで拡張できることを報告した。

Y₃Pd₂は結晶構造内に3種の空隙が存在し、そこに高い電子密度をもつ金属間化合物である。その仕事関数は3.4 eV（電子ボルト）で、パラジウム金属（5.1 eV）より圧倒的に小さい。また、パラジウムは電子陰性度^[用語7]の小さいイットリウムによって、X線光電子分光のピークの位置から分かるように、明確に負の原子価になっている。

低仕事関数のアニオン電子^[用語8]と負の原子価をもつパラジウムによって、反応分子であるハロゲン化アリール^[用語9]に作用して電子を供与することで、カップリング反応の律速段階である炭素―ハロゲン結合の切断を促進することで、優れた触媒作用を示すと考えられる（図3）。

今後の展開

今回の研究は金属間化合物の電子化物を炭素―炭素結合の生成反応の触媒に応用したもので、金属間化合物の電子化物LaCoSi（ランタンとコバルトの金属間化合物）のアンモニア合成触媒（2018 Nature Catalysisに掲載）に続くものである。今後、より価値の高い反応へ展開することをめざしている。

論文情報

掲載誌 :	Nature Communications
論文タイトル :	Palladium-bearing intermetallic electride as efficient and stable catalyst for Suzuki cross-coupling reactions（鈴木カップリング反応に適した高効率で安定な触媒としてのパラジウム系金属間化合物エレクトライド）
著者 :	叶天南（Tian-Nan Ye）、Yangfan Lu、肖泽文（Zewen Xiao）、李江（Jiang Li）、中尾琢哉（Takuya Nakao）、阿部仁（Hitoshi Abe）*、丹羽尉博（Yasuhiro Niwa）、北野政明（Masaaki Kitano）、多田朋史（Tomofumi Tada）、細野秀雄（Hideo Hosono） （*高エネルギー加速器研究機構、他は東工大元素戦略研究センター）
DOI :	10.1038/s41467-019-13679-0

• プレスリリース 高効率で安定な固体触媒「Y₃Pd₂」を活用 ―鈴木カップリング反応の高活性化と安定性を実現―
• 導電性を制御可能な新しいナノシート材料の開発に成功│東工大ニュース
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• 低電圧高輝度ペロブスカイトLEDを実現│東工大ニュース
• 中温域で世界最高の伝導度を示すヒドリドイオン伝導体を実現│東工大ニュース
• 計算科学と実験で新機能物質（MAX相）を発見│東工大ニュース
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• 細野秀雄教授が明かすIGZO（イグゾー）薄膜トランジスタ開発物語 Nature Electronics誌に発表│東工大ニュース
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• 電子を巧みに操り、物質の潜在能力を引き出す ― 細野秀雄（上）｜研究ストーリー｜研究
• 電子を巧みに操り、物質の潜在能力を引き出す ― 細野秀雄（下）｜研究ストーリー｜研究
• 細野秀雄特命教授に栄誉教授の称号を授与│東工大ニュース
• クラリベート・アナリティクス社「Highly Cited Researchers 2018」に教員3名が選出│東工大ニュース
• 細野秀雄教授が米国材料学会（MRS）のフォン ヒッペル賞を受賞│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） - 北野政明 Masaaki Kitano
• 東京工業大学 元素戦略研究センター
• 高エネルギー加速器研究機構
• 研究成果一覧

自転車に乗って2人1チームでサッカーのようにゴールを狙う室内競技、サイクルサッカーの女子部門が、12月14、15日に開かれた全日本室内自転車競技選手権大会で初めて実施され、東京工業大学サイクリング部サイクルサッカー班が初優勝しました。優勝したのは、木澤佐椰茄さん（環境・社会理⼯学院 建築学系 学士課程4年）と藤戸木さん（理学院 物理学系 学士課程3年）のチーム「ウッドモック」です。

これまでの大会では全て男女混合で行われていましたが、今回、桃山学院大学（大阪府和泉市）で開かれた第50回大会で念願の女子部門が正式種目として新設されました。世界大会でも女子サイクルサッカーはまだ開催されていません。今回の全日本選手権大会で世界に先駆けて実現したことになり、東工大チームは世界初の女子チャンピオンに輝きました。

サイクルサッカーとは

サイクルサッカーは、2人1チームとなって自転車を巧みに操りながら、ゴールを狙うサッカーのようなスポーツで、体育館などで行われる室内自転車競技の⼀種です。競技には専用の自転車を使い、主に前輪を使ってドリブルやパス、シュートをします。ルールはサッカーとほぼ同じで、フリーキックやペナルティキック、コーナーキックもあります。

ほとんど立ちこぎでプレーするため、自転車はハンドルが上を向き、360度回転します。ギアは固定ギアで、後ろにこげばバックもできます。

使用するボールは表面が布製で直径は17～18センチ、重さは500～600グラム。コートの広さは11×14メートルで、試合は2対2で行います。試合時間は前半7分、後半7分の合計14分。試合中、選手は地面に足を着いてはいけません。日本ではほとんどの選手が大学から始めます。英語ではサイクルボールと呼ばれます。

全日本室内自転車競技選手権大会

日本室内自転車競技連盟が主催する大会で、学生だけでなく社会人も出場します。サイクルサッカー男⼦は18チーム、サイクルサッカー女⼦は4チームが出場しました。

サイクルサッカー班の木澤さんと藤戸さんのチームウッドモックが出場したサイクルサッカー女子部門では、1日目に4チームの総当たりのリーグ戦が、2日目に決勝戦が行われました。東工大のウッドモックは1日目の予選リーグ戦を3戦全勝し順位1位で決勝戦に進出。決勝戦では関西大学と立命館大学の合同チームと対戦しました。前半は0―0と膠着状態が続き大接戦となりましたが、後半残り約1分で得られたゴール近くのフリーキックを木澤さんが決め、1―0で勝利しました。

試合結果を伝えた日本室内競技連盟のウェブサイトでは「女子大会は初の試みであったが、気持ちのこもったプレーが展開され、非常に見ごたえのあるゲームとなった」と評価されています。

また、サイクルサッカー男⼦部門では「全日本学生サイクルサッカー選手権大会」で優勝した増⽥翔さん（⼯学院 システム制御系 学士課程4年）と市橋啓太さん（環境・社会理工学院 建築学系 学士課程3年）のチーム（チーム名：東工大1）が健闘し、社会人のチームが多い中、ベスト8に⾷い込みました。

東工大サイクリング部とは

東工大の公認サークルとして、東京工業大学、お茶の水女子大学、東京外国語大学の学生を中⼼に活動しています。主にツーリング班、サイクルサッカー班、レーサー班の3班に分かれて100名ほどが活動しています。今回メンバーが優勝したサイクルサッカー班は東⼯大大岡⼭キャンパスの屋内運動場で週2回練習しています。

• サイクリング部サイクルサッカー班が全日本学生選手権大会で14年ぶりの優勝｜東工大ニュース
• サイクリング部サイクルサッカー班が全日本新人戦で優勝、全日本学生リーグでは第2位に｜東工大ニュース
• サイクリング部サイクルサッカー班 チャンピオンズカップで優勝し、世界大会に出場決定｜東工大ニュース
• 東京工業大学サイクリング部サイクルサッカー班
• 日本室内自転車競技連盟
• 第50回全日本室内自転車競技選手権大会｜日本室内自転車競技連盟

要点

• これまで困難だった架橋高分子の粉末を混合一体化する革新的手法を開発
• 可逆的に分子が組み換わる「動的共有結合」による架橋高分子の自己修復に関する独自の研究成果を異種架橋高分子の接着に展開
• 開発された接着方法は簡便であり、多くの高分子新素材開発への展開に期待

概要

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の大塚英幸教授、青木大輔助教らは、再加工が困難とされる架橋高分子^[用語1]の粉末を分子レベルで接着させ、簡便な操作で新規の高分子素材をつくる革新的手法を開発した。可逆的に分子が組み換わる動的共有結合^[用語2]を利用する自己修復性高分子^[用語3]に関する独自の研究成果を活用し、架橋高分子の粉末を複数混合、加熱することによって、異種架橋高分子を分子レベルで接着させることに初めて成功した。

動的共有結合は従来から知られる一般的な高分子合成法によって導入できる。また接着方法も簡便なため、今後、多くの高分子新素材開発への展開が期待されるだけでなく、異種材料の革新的な接着技術としても応用が期待される。

分子の鎖が網目状につながった架橋高分子は、ゴムのような柔らかい素材から樹脂のような硬い素材まで、化学構造の違いによって多様な性質を示し、汎用材料から最先端素材まで私たちの生活を支えている。大塚教授らはこれまでに、架橋高分子の一部に組み換え可能な特殊な共有結合を導入することにより、高分子材料の内部や界面で共有結合が組み換わり、架橋高分子に自己修復性を付与することに成功している。

研究成果は2019年12月30日発行のドイツ化学会誌（Wiley-VCH）「Angewandte Chemie（アンゲヴァンテ・ケミー）International Edition」に掲載された。

研究の背景

異なる素材を効率的に接着させることで、多くの製品がつくられているが、部品を接合させるための部材や接着剤を使わずに異種材料の接着を行うことで、例えば、自動車や航空機の部材などの軽量化を実現でき、燃費向上による省エネ化、低炭素化に貢献することが期待されている。部材や接着剤を使わない接着技術を実現するためには、分子の鎖が網目状につながった架橋高分子の接着技術が必要である。架橋高分子は柔らかい素材から硬い素材まで、化学構造の違いによってさまざまな性質を示し、汎用材料から最先端素材まで私たちの生活を支えている。だが、架橋高分子は溶解性や溶融性を示さないため、異なる架橋高分子を混合一体化することが困難という課題があった。

大塚教授らはこれまでに、架橋高分子の一部に「動的共有結合^[用語2]」と呼ばれる組み換え可能な共有結合を導入することで、高分子材料の内部や界面で共有結合が組み換わり、架橋高分子に亀裂や傷を復元できる自己修復性を付与することに成功している。しかしながら、こうした成果は同一の架橋高分子に限られており、異なる架橋高分子を使った技術に適用された例はない。

研究成果

大塚教授らは自己修復性高分子に関する独自の研究成果を活用して、動的共有結合を組み込んだ架橋高分子の粉末を複数混合し、加熱することで、異種架橋高分子を分子レベルで接着させて混合一体化ことに初めて成功した（図1）。動的共有結合は、従来からよく知られている一般的な高分子合成法によって、架橋高分子の中に導入された。

今回の研究では、これまで自己修復性を付与するために利用していた熱により動的性質を示すビス（2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-イル）ジスルフィド （BiTEMPS）^[用語4]と呼ばれる分子骨格の組み換え反応に基づいた、異種架橋高分子間の新規融合手法を開発した。BiTEMPSは以下の理由から穏和な条件で異種架橋高分子の融合を実現する上で理想的な骨格であることを見いだした。

1.

100℃程度の加熱により特定の共有結合が可逆的に均一開裂^[用語5]し、安定ラジカルを発生する。

2.

熱によって発生する安定ラジカルの官能基許容性^[用語6]が高いため、多くの分子構造は影響を受けないことから、種々の高分子に適用できる。

3.

安定ラジカルを介した動的共有結合の組み換え反応が非常に早く起こる。

4.

空気中で加熱するだけで反応を誘起でき、高価な触媒を必要としない。

以上のような特性を持つ動的共有結合ユニットであるBiTEMPS骨格を、異なる主鎖骨格を持つ架橋高分子中に組み込み、架橋高分子間における結合組み換え反応を引き起こすことで、無溶媒条件下で融合を達成した。図2に示すように、架橋高分子の粉末を均一に混合し、鋳型に入れて加熱すると、粒子界面が分子レベルで接着し混合一体化する。得られたフィルムは、可視光の波長レベルで均一化しており、透明性が大幅に向上することを明らかにした。一方、動的共有結合を導入しなかった架橋高分子では、このような透明化は全く観測されない。

研究の経緯

革新的な接着技術の登場が要望されている中で、これまで研究を進めてきた高分子の自己修復現象を「同一高分子材料間の接着」と捉えることで、「異種高分子材料間の接着」や「材料の再加工性の向上」にも適用できるのではないかとの着想を得て、研究が行われた。本研究は、革新的な接着技術を開発することで画期的なモビリティ製造イノベーションを目指す未来社会創造事業「界面マルチスケール4次元解析による革新的接着技術の構築」（研究開発代表者：田中敬二 九州大学教授）の一環として実施された。本研究開発課題では、科学的知見に基づいたモビリティ等のマルチマテリアル化や軽量化に資する次世代接着技術設計指針の構築及びその指針に基づく高機能な接着技術の創出に取組んでおり、大塚英幸教授らのグループはその中で自己修復性の分子骨格を利用した革新的接着技術の開発に取り組んでいる。

今後の展開

本研究で架橋高分子の自己修復技術を異なる架橋高分子の混合同一化に展開できることが実証された。今後は高分子新素材開発や異種材料の革新的接着技術の開発に本技術を導入し、実装環境へ適合するための改良等を継続することで社会実装に向けて研究を加速する。

今回の研究成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られた。

論文情報

掲載誌 :	Angewandte Chemie International Edition
論文タイトル :	Fusion of Different Cross-linked Polymers Based on Dynamic Disulfide Exchange
著者 :	Ayuko Tsuruoka, Akira Takahashi, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
DOI :	10.1002/anie.201913430

• プレスリリース 異なる架橋高分子材料を接着する新手法を開発 自己修復研究の技術を革新的接着に展開－
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東京工業大学大岡山キャンパス正門付近に2020年冬、「Hisao & Hiroko Taki Plaza（ヒサオ・アンド・ヒロコ・タキ・プラザ 以下、Taki Plaza）」がオープンします。2019年5月に着工し、利用開始後の活動について企画・検討を進めています。建物コンセプト「外国人学生と日本人学生がここで出会い、絆を深め、共にまだ見ぬ未来を生み出そう」に加え、各フロアの機能イメージを明確にするため、このほど、地下2階から地上2階まで4フロアのコンセプトを策定しました。

Student-Centeredとなる建物を目指して

フロアコンセプトを考案したのは、約10名の学生から成る「Taki Plaza学生ワーキンググループ」です。このワーキンググループは、2018年10月に開催したTaki Plazaの活用を検討する学生ワークショップ「東工大グランプリ」参加者の中から発足しました。

学生が考案したフロアコンセプトは以下のとおりです。

東工大に息づく丘の文化をイメージした4層からなる建物の形より、「1本の木」をコンセプトシンボルとしました。

イベントスペースのある地下2階は、原動力となる養分や水分を取り入れる「根っこ」。仲間と交流し、原動力「Inspiration」を得ます。留学・就職情報エリアのある地下1階は、雨や風にも負けない強い「木の幹」。世界を通じて己を知り、積極的に学修し、何にも負けない知識「Knowledge」を得ます。一般開放フロアとなるカフェやパブリックアートのある1階は、外の世界へ葉を広げる「木の枝」。さまざまな人との交流を深め、外の世界に「Association（つながり）」を生み出します。クリエイティブスペースのある2階は、地下2階から1階で身に付けた力が結実する「果実」。同じ方向を向いた仲間と長い年月や苦難を越えて、1つの大きな果実「Technology」を結びます。

「Taki Plaza学生ワーキンググループ」は、教職員で構成される「Taki Plaza検討ワーキンググループ」の一員として企画段階から参加してきました。他の大学を訪ねて気づいた知見も参考に、学生の声をTaki Plazaの検討に反映しています。

また、2019年4月にオープンしたAttic Lab （アティック・ラボ、東工大生による東工大生のためのコワーキングスペース）の運営メンバーやAttic Labで活動する学生と協力し、Taki Plaza2階クリエイティブスペースの機能を検討しています。今後は、学内の学生団体やサークルにTaki Plazaでやってみたいことについてヒアリングを行う予定です。

Taki Plazaウェブサイト

2019年11月に開設したTaki Plazaウェブサイトでは、Taki Plazaのフロアマップ、フロアコンセプト、寄附者・設計事務所・Taki Plaza学生ワーキンググループからのメッセージなどを掲載しています。工事の進捗状況も随時更新中です。

• Hisao & Hiroko Taki Plaza

関連リンク

• 大岡山キャンパスに、東工大生のためのコワーキング・スペース「Attic Lab」が誕生｜東工大ニュース
• 2020年、学生向け国際交流の施設が誕生｜東工大ニュース
• Taki Plaza活用検討学生ワークショップ「東工大グランプリ」開催報告｜東工大ニュース
• 学生交流支援基金｜基金による支援事業｜東工大への寄附
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※

1月23日10:50 本文中に誤りがあったため、一部修正しました。

若松教授のコメント

『小林秀雄 美しい花』について

• 蓮如賞｜一般財団法人 本願寺文化興隆財団
• リベラルアーツ研究教育院 News｜リベラルアーツ研究教育院
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 若松 英輔 Eisuke Wakamatsu
• 「読むと書く」若松英輔公式ホームページ
• 若松英輔教授著『小林秀雄 美しい花』が第16回角川財団学芸賞を受賞｜東工大ニュース

要点

• 液体のりの主成分であるポリビニルアルコールを中性子捕捉療法用のホウ素化合物に加え、治療効果を大幅に向上。
• マウスの皮下腫瘍に対する治療効果はほぼ根治に近いレベルを実現。
• 臨床応用を目指し、ステラファーマ株式会社の協力を得て研究を推進。

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所の野本貴大助教と西山伸宏教授（川崎市産業振興財団ナノ医療イノベーションセンター主幹研究員兼任）の研究グループは、液体のりの主成分であるポリビニルアルコール^[用語1]を中性子捕捉療法用のホウ素化合物（ボロノフェニルアラニン＝BPA）^[用語2]に加えるだけで、その治療効果を大幅に向上できることを発見し、マウスの皮下腫瘍をほぼ消失させることに成功した。

BPAはがんに選択的に集積することができる優れたホウ素化合物であるが、がんに長期的に留まることができず、その滞留性を向上させることが強く望まれていた。野本助教と西山教授は、スライムの化学^[用語3]を利用してポリビニルアルコールにBPAを結合することにより、結合させた物質ががん細胞に選択的かつ積極的に取り込まれ、その滞留性を大きく向上できることを発見した。さらに、京都大学研究用原子炉にて、マウスの皮下腫瘍に対するその治療効果を検討した結果、ほぼ根治することを確認した。本研究成果は、従来の方法では治療困難ながんに対する革新的治療法として応用が期待される。

本研究成果は2020年1月22日（米国東部時間）に米国のオープンアクセスオンライン科学誌「Science Advances」に掲載された。また本研究の臨床応用を目指し、ステラファーマ株式会社^[用語4]の協力を得て研究を進める予定である。

背景

ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）^[用語5]は、ホウ素（¹⁰B）に対して熱中性子^[用語6]を照射することにより核反応を起こし、細胞傷害性の高いアルファ粒子^[用語7]とリチウム反跳核^[用語8]を発生させて、それによりがんを治療する方法である（図1）。従来の方法では治療することが困難な再発性のがん、多発性のがんに対しても有効であるため、第4のがん治療法と呼ばれる免疫療法に続く、第5のがん治療法として大きな期待を集めている。

BNCTではいかにホウ素をがんに選択的に集積させることができるかが重要である。現在、臨床で主に使用されているホウ素化合物はボロノフェニルアラニン（BPA）という物質である。BPAは、LAT1^[用語9]というがん細胞上に多く発現しているアミノ酸トランスポーターを介して細胞に取り込まれる性質があるため、選択的にがんに集積することができる化合物である。

現在、BPAの臨床試験はステラファーマ株式会社が行っており、臨床試験第II相において、再発頭頸部がんに対しBNCT施行90日後の奏効率71.4%という治療効果が得られている。このように使用されているBPAだが、がん細胞に選択的に集積することができるものの、長期的にはがん細胞に滞留することができないケースもあり、BPAのがんにおける滞留性を長期化できれば、BNCTの治療効果を更に向上できると考えられていた。

研究成果

BPAががん細胞に長期的に留まることができない原因の一つとして、LAT1の交換輸送メカニズムが関連していると考えられている。LAT1は細胞外のBPAを取り込む際に細胞内のアミノ酸を排出するが、細胞外のアミノ酸を取り込む際に細胞内のBPAを排出することもある。その結果、細胞外のBPA濃度が低下すると細胞内のBPAが流出してしまう現象が起きる（図2）。このような細胞外へのBPAの流出を抑えるために、東京工業大学の野本助教と西山教授の研究グループは、液体のりとホウ砂から作られるスライムと同様の化学反応を利用した方法を開発した。

液体のりの主成分であるポリビニルアルコール（PVA）は、生体適合性の高い材料として古くから研究されてきた物質であり、さまざまな医薬品の添加物としても使用されている。PVAは多くのジオール基^[用語10]を持っており、このジオール基はホウ酸やボロン酸と呼ばれる構造と水中でボロン酸エステル結合を形成することができる。野本助教と西山教授らはこの化学を利用してBPAをPVAに結合させたところ、PVAに結合したBPA（PVA-BPA）はLAT1介在型エンドサイトーシス^[用語11]という経路で細胞に取り込まれるようになり、従来のBPAが細胞質に蓄積するのに対し、PVA-BPAはエンドソーム・リソソーム^[用語12]に局在するようになった（図3(A)）。その結果、がん細胞に取り込まれるホウ素量が約3倍に向上し、細胞内で高いホウ素濃度を長期的に維持することが可能となった。

更に、マウスの皮下腫瘍モデルを用いて、がんへの集積性を評価したところ、従来のBPAと同等以上の集積性を示した（図3(B)）。従来のBPAは徐々に腫瘍内の集積量を低下させた一方で、PVA-BPAはその高いホウ素濃度を長期的に維持することができた。そして、熱中性子を照射すると、PVA-BPAは強力な抗腫瘍効果を示し、ほぼ根治に近い結果を得ることができた（図3(C)）。

今後の展開

BNCTの開発において、我が国は最先端の研究をリードしている状況である。このBNCTの最先端研究を支えてきたのは、我が国の学術界で唯一、BNCTに必要な中性子を産生することができる京都大学複合原子力科学研究所の研究炉（KUR）の役割が極めて大きい。今後もPVA-BPAの効果をより詳細に明らかにすべく、KURを中心にした基礎研究を推進する予定である。

一方、最近の臨床研究においては、BNCTの普及を目指した加速器型中性子線源が主流になっている。しかし、現状の加速器型中性子線源による熱中性子の産生量では、浅い部位のがんに適応が限定されると考えられている。治療の適応を深部まで拡げるためには、がん組織内のホウ素濃度を長期的に高く維持することが求められており、この点において本研究成果のPVA-BPAは大きく貢献できるものと期待される。

また、PVA-BPAはスライムを作るように、水中でPVAとBPAを混ぜるだけで簡単に合成することが可能である。製造が容易である上に治療効果も非常に優れていることから本研究成果は極めて実用性が高いと考えられる。今後、ステラファーマ株式会社の協力を得て更なる研究を行うことになり、安全性を精査しながら臨床応用への可能性を検討していく予定である。

追記（研究の経緯）

本研究成果は精力的に活動する多様な研究者が集まる東京工業大学という土壌があってこそ生まれたといえる。野本助教と西山教授は精密設計高分子を基盤にした薬物送達システムの開発に従事し、特に光などの物理エネルギーに応答して治療効果を出す化合物をがんに選択的に送達する技術の開発を継続的に行ってきた。

2013〜14年に野本助教と西山教授が着任した科学技術創成研究院 化学生命科学研究所（当時、資源化学研究所）には、中村浩之教授（2015〜19年、中性子捕捉療法学会会長）がおり、3人でBNCTに使用する薬物をがんに届ける方法について研究の議論を重ねてきた。その途中の2016年、大隅良典栄誉教授がノーベル生理学・医学賞を受賞し、主流となる研究を追いかけるのではなく、誰も注目しないような側面に焦点を当てて研究をすることが面白いということを学内の講演会で強調された。

大隅栄誉教授のこのメッセージに鼓舞され、野本助教と西山教授は薬物の代謝という今までに焦点が当てられなかった側面に着目し、今回のBPAのがん細胞における滞留性の向上についてアイディアを着想した。野本助教と当時、修士課程学生の井上透矢氏が中心になって実験を重ね、BNCTの評価に必要とされる研究手法については中村教授から助言を受けて進め、本研究成果につながった。

本研究のコンセプトはまさに教職員と学生が一丸になった“Team東工大”により創出されたものである。そして、我が国の学術界で唯一BNCTに必要な中性子を産生することができる京都大学複合原子力科学研究所と、最先端の分析機器を備える川崎市産業振興財団 ナノ医療イノベーションセンター（iCONM）の助力を得て、BNCTに有用な研究成果であることが明らかになった。

論文情報

掲載誌 :	Science Advances
論文タイトル :	Poly（vinyl alcohol） Boosting Therapeutic Potential of p-Boronophenylalanine in Neutron Capture Therapy by Modulating Metabolism
著者 :	Takahiro Nomoto, Yukiya Inoue, Ying Yao, Minoru Suzuki, Kaito Kanamori, Hiroyasu Takemoto, Makoto Matsui, Keishiro Tomoda, Nobuhiro Nishiyama
DOI :	10.1126/sciadv.aaz1722

本研究は下記からの支援を受けて遂行された。

• 独立行政法人 日本学術振興会（JSPS）
  科学研究費助成事業（課題番号18K18383, 18H04163, 15H04635）
• 国立研究開発法人 科学技術振興機構（JST）
  センターオブイノベーション（COI）プログラム
• 国立研究開発法人 日本医療研究開発機構（AMED）
  橋渡し研究戦略的推進プログラム補助事業（拠点名：筑波大学、研究開発代表者: 東京工業大学 野本貴大）「シーズA17-89超低侵襲中性子捕捉療法を実現する代謝制御型ホウ素送達システム」
  革新的バイオ医薬品創出基盤技術開発事業（研究開発代表者: 東京工業大学 西山伸宏）「高分子ナノテクノロジーを基盤とした革新的核酸医薬シーズ送達システムの創出」
  次世代がん医療創生研究事業（研究開発代表者: 東京工業大学 西山伸宏）「DDS技術を基盤とした革新的がん治療法の開発」
• 筑波大学つくば臨床医学研究開発機構（T-CReDO）
• 文部科学省
  ダイナミック・アライアンス

• プレスリリース 「スライムの化学」を利用した第5のがん治療法 ―液体のりの主成分でホウ素中性子捕捉療法の効果を劇的に向上―
• ポリマー化技術により肝臓がん幹細胞の標的化を実現│東工大ニュース
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• "切らない手術"を実現するナノマシンを開発―がんの日帰り治療の実現に向けて―│東工大ニュース
• がんへの光選択的遺伝子導入に成功 ―三層構造の高分子ミセル型ナノマシンで実現―│東工大ニュース
• 高分子デザインで、医療に革新をもたらすナノマシンを実現！ ― 西山伸宏｜研究ストーリー｜研究
• 東工大関係者6名が平成31年度科学技術分野の文部科学大臣表彰を受賞│東工大ニュース
• 西山研究室 ―研究室紹介 #50―｜生命理工学系 News
• 西山研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 野本貴大 Takahiro Nomoto
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 西山伸宏 Nobuhiro Nishiyama
• 化学生命科学研究所
• 生命理工学院 生命理工学系
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 京都大学複合原子力科学研究所
• 川崎市産業振興財団 ナノ医療イノベーションセンター
• ステラファーマ株式会社
• 国立研究開発法人 日本医療研究開発機構
• 研究成果一覧

2019年12月6日、東京工業大学役員会において、本学フィリピンオフィスのアドバイザーを務めるロナルド・S・ガラルド氏（デラサール大学）に東京工業大学フェローの称号を授与することが決定しました。12月13日には、フィリピンオフィス長の西崎真也教授（本学学術国際情報センター）がフィリピンオフィスを訪れ、ガラルド氏に称号記が贈られました。

ガラルド氏は、フィリピン共和国の首都マニラにあるデラサール大学において、副総長補佐、副学長補佐、総長・学長室技術顧問といった要職を歴任してきました。2005年9月にデラサール大学内に本学フィリピンオフィスが設置されて以来、フィリピンオフィスの運営への協力、学生のためのインバウンドおよびアウトバウンド交流プログラムなど教育に係る支援、本学とフィリピンにおける研究交流の促進、本学卒業生を中心に構成されるフィリピン蔵前会（ATTARS）への活動支援など、多様な側面から本学の活動に貢献いただいています。

東京工業大学フェローの称号は、本学以外の機関を主な拠点として活躍している方のうち、学術上または教育上の功績において国際的に高い評価を受けており、かつ本学との交流を通じて本学の教育研究に功労がある方に対して授与するものです。ガラルド氏は、2019年10月に称号を授与された清華大学の邢新会（シン・シンホエイ、XING Xinhui）教授に続いて2人目の選出となります。

西崎教授は、ガラルド氏に称号記を贈るにあたり、これまでの功労に深く感謝を表すとともに、今後も「Team東工大」の一員として引き続き本学の教育研究へご協力いただき、本学とフィリピンの交流のさらなる発展に期待していることを伝えました。

• 益一哉学長が、デ・ラ・サール大学と本学フィリピンオフィスを訪問｜東工大ニュース
• 東工大附属科学技術高校の生徒が東工大フィリピンオフィスを訪問｜東工大ニュース
• 東京工業大学 フィリピンオフィス
• デ・ラ・サール大学
• フィリピン同窓会（ATTARS）

2019年10月12、13日に予定されていた東京工業大学の学園祭「工大祭2019」は台風19号の影響で直前に中止されましたが、12月21日に行われた「学園祭グランプリ2019」の企画「“幻の学園祭”プレゼン」に工大祭実行委員会が出場し、準備していたプログラムを紹介しました。

学園祭グランプリはイベント情報サイト「レッツエンジョイ東京」が主催し、首都圏の大学学園祭のナンバーワンを決めるコンテストです。2019年は141キャンパスがエントリーし、過去最大となりました。工大祭は2015年にMVP賞・地域活性化賞・SNS実行賞の3つの企画賞を受賞し、2018年は総合5位に入賞しています。

最終審査会の中で今年度が初めての特別プログラム「“幻の学園祭”プレゼン」が行われ、台風で中止になった計3大学の学園祭実行委員らが、幻に終わった内容を発表しました。

工大祭2019実行委員会委員長の芥川聖さん（理学院 物理学系 学士課程3年)らがテーマ「Hello World!!」に込められた想いや、工大祭の目玉企画である研究室公開企画、フリーマーケット、学生有志団体によるステージイベントなどについて発表しました。

Hello Worldという言葉は、プログラミングで最初に作る動作確認として有名です。工大祭が世界の無限な可能性へ踏み出す第一歩になればという思いで、2019年のテーマに選びました。研究室公開企画では、古代魚やハリネズミベイビーを展示し進化の物語を解き明かす企画やチタンの酸化反応を利用したオリジナルキーホルダー作り、たたら製鉄の実演などが予定されていました。掘り出し物がみつかるフリーマーケットも毎年人気を集めています。

工大祭2019は台風19号の影響でJR東日本の計画運休が決定し、来場者の安全の確保、並びに参加団体の来校が難しいため、前日の10月11日、2日間の全日程の中止を発表しました。

工大祭2020

工大祭2020は、2020年10月10日（土）、11日（日）に開催予定です。

東工大ならではの、普段は見ることが出来ない最先端の研究・技術に触れることができる研究室公開企画や、各サークルによる模擬店企画など来場された皆さんに楽しんでいただけるよう、実行委員一同全力で準備を進めていきます。

ぜひ皆さんご期待ください。

• 工大祭が「学園祭グランプリ2018」で5位に｜東工大ニュース
• 工大祭が「学園祭グランプリ2015」のMVPを受賞｜東工大ニュース
• 東京工業大学工大祭2019公式サイト

東京工業大学 工学院 電気電子系の千葉明教授が、国際的な学会IEEE（アイ・トリプル・イー、Institute of Electrical and Electronics Engineering）の2020年ニコラ・テスラ賞（IEEE Nikola Tesla Award）を受賞することが決まりました。千葉明教授の業績として「ベアリングレス・リラクタンスモータへの貢献」が認められ、2020年受賞者として選出されたものです。

IEEEは電気・電子・情報関連分野における最も権威がある世界最大（43万人）の技術系の学術団体です。IEEEでは、32の専門分野（Field）にわけ、各分野に1人、あるいは3人までのグループに毎年Field Award（フィールド・アワード）を授与しています。いずれもその分野の著名な人物の名前などが賞の名称についています。

ニコラ・テスラ（1856 - 1943）はエジソンの時代に、現在でも多数利用されている交流送電、誘導モータの発見・実用化などに多大な貢献を行った人物です。また、磁束密度の単位のTeslaはテスラ氏の名字が発祥です。そこで、IEEEは「電力の利用・発電に関して特筆すべき貢献を行った人」を受賞者に選んでいます。ニコラ・テスラ賞は1976年から44年間続き、毎年1人に与えられています。IEEEでも歴史がある賞です。

IEEEのField Awardは本学の電気・電子・情報分野では1986年に末松安晴栄誉教授・元学長、2003年に伊賀健一名誉教授・元学長、2008年に赤木泰文特任教授、2009年に深尾正名誉教授、2010年に古井貞熈名誉教授、2015年に岩井洋名誉教授らが受賞しています。50才台での受賞は末松元学長、赤木特任教授につづき3人目とみられます。また、著名な日本人では、1961年に江崎玲於奈氏、1998年には赤崎勇氏と中村修二氏などのノーベル賞受賞者もIEEE Field Awardを受賞しています。

千葉教授のコメント

• 本学教員が関東工学教育協会賞業績賞を受賞｜東工大ニュース
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 千葉明 Akira Chiba
• 千葉研究室
• 千葉研究室 ―研究室紹介 #44―
• IEEE 日本カウンシル
• IEEE Nikola Tesla Award｜IEEE
• 工学院 電気電子系

大学IR（Institutional Research）は教学分野で遂行され、近年、多くの大学において大学の運営に関わるIRも求められるようになってきています。本講座では、IR実務者のスキルアップのために、IRの背景、基礎、応用を最先端のIR実務者による講義も含めた内容から学びます。

大学におけるIR実務に携わる皆様のご参加を、心よりお待ちしております。

詳細は下記チラシ及び関連リンク先の講座・プログラム案内ページをご覧ください。

要点

• 光照射のみでメタンの二酸化炭素改質反応を起こすことに成功
• 複合光触媒を開発し、従来の光触媒とは異なる反応機構を解明
• 地球温暖化ガスの有効利用策として期待

概要

東京工業大学 物質理工学院 材料系の庄司州作博士後期課程3年と宮内雅浩教授、物質・材料研究機構の阿部英樹主席研究員、高知工科大学の藤田武志教授、九州大学 大学院工学研究院の松村晶教授、静岡大学の福原長寿教授らの共同研究グループは、低温でメタンの二酸化炭素改質反応（ドライリフォーミング^[用語1]）を起こすことができる光触媒材料の開発に成功しました。

ロジウムとチタン酸ストロンチウム^[用語2]からなる複合光触媒を開発し、光照射のみでドライリフォーミングを達成しました。ヒーター等による加熱を必要としないため、燃料の消費が大幅に抑えられるとともに、加熱による触媒の劣化が起こらず長期間安定的に反応を継続することができ、地球温暖化ガスを有効利用できる方策として期待されます。

ドライリフォーミングは温室効果ガスのメタンと二酸化炭素を有用な化学原料に変換できる魅力的な反応ですが、800 ℃以上の加熱が必要で、かつ加熱による触媒凝集ならびに炭素析出による劣化の問題から、実用化には至っていません。

本研究は科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業CREST 研究領域「多様な天然炭素資源の活用に資する革新的触媒と創出技術」（研究総括：上田渉）における研究課題「高効率メタン転換へのナノ相分離触媒の創成」（研究代表者：阿部英樹）において実施しました。研究成果は英国科学誌「Nature Catalysis 」に1月27日（現地時間）にオンライン掲載されました。

研究の背景と経緯

ドライリフォーミング反応は温室効果ガスであるメタンと二酸化炭素から、水素と一酸化炭素の合成ガスに変換することができます（CH₄ + CO₂ → 2CO + 2H₂）。生成した合成ガスはアルコールやガソリン、化学製品を製造する化学原料となるため、ドライリフォーミング反応は天然ガスやシェールガス^[用語3]の有効利用および地球温暖化抑止のために注目されています。

しかし、この反応を効率よく進行させるためには800 ℃以上の高温が必要となり、大量の燃料消費と高温条件における触媒の劣化が問題となっていました。本研究グループは、光エネルギーを使ってドライリフォーミング反応を起こす光触媒^[用語4]を開発しました。従来の光触媒反応は水中の水素イオンが反応の媒体となって駆動する一方、乾燥条件で進行するドライリフォーミングに適した光触媒の探索が重要なポイントでした。

研究成果

開発した光触媒はチタン酸ストロンチウムに金属ロジウムがナノスケールで複合されています（図1）。この光触媒はチタン酸ストロンチウムとロジウム塩水溶液を密閉容器内で加熱処理することにより簡便に合成することができます。

図1.

（a）開発した光触媒の透過型電子顕微鏡観察像、（b）同光触媒粒子の高倍率観察像。数十nmの大きさのチタン酸ストロンチウムに対し、1－2 nmほどのロジウムのクラスターが高分散で複合化されている。

この光触媒に紫外線を照射すると、加熱をしない条件でも50 %を超えるメタンと二酸化炭素転換率を示しました。従来型の熱触媒で同じ性能を出すためには、500 ℃以上の加熱が必要となることから、本研究グループの開発した光触媒の性能の高さがわかります。

図2（a）に光触媒の各温度での活性を示します。点線は熱力学的に計算される熱触媒の性能上限値ですが、本研究グループが開発した光触媒に光照射を行うことで、熱触媒の性能上限値を大きく上回りました。また、この光触媒による水素と一酸化炭素の生成速度は、メタンと二酸化炭素の消費速度の2倍となりました（図2（b））。このことから、光照射でドライリフォーミング反応が化学量論的^[用語5]に進行し、副反応がほとんど起こっていないことが示唆されました。なお、光触媒として従来からよく知られる二酸化チタンを用いた場合は、本研究で用いたチタン酸ストロンチウムのような高い性能を示しません。

図2.

（a）触媒活性の温度依存性（濃度1 %のメタンと二酸化炭素の混合ガスを使用）、（b）温室効果ガスの消費速度と合成ガスの生成速度

この光触媒の耐久性を調べたところ、長期にわたり安定であることがわかりました。図3は反応前の光触媒（a）と反応後の光触媒（b）の超高解像度の電子顕微鏡写真を示しています。反応の前後でチタン酸ストロンチウム及び、複合したロジウムに変化がないのに対し、従来型の熱触媒の代表であるニッケルを担持したアルミナの場合では、反応の前後で大きな変化が観察されました（c－d）。

反応後にみられるチューブ状の物質は触媒表面で析出‐成長したカーボンチューブであり触媒劣化、反応器の破壊の原因となります。すなわち、光触媒では加熱による触媒劣化が抑制されたのみでなく、工業的に致命的な副反応となる炭素析出が劇的に抑制されました。

図3.

光触媒及び従来型熱触媒の反応前後の電子顕微鏡像（a）光触媒の反応前、（b）光触媒の反応12時間後、（c）従来型熱触媒の反応前、（d）従来型熱触媒の反応5時間後

次に、反応メカニズムを明らかにするため、開発した光触媒に対して実際の触媒反応の条件下で電子スピン共鳴法^[用語6]の解析を行ったところ、光照射によって生じた電子と正孔の電荷が反応を駆動していることがわかりました。ドライリフォーミングは二酸化炭素の還元反応を含むため、種々の光触媒の中でも高い電子の還元力をもつチタン酸ストロンチウムが好適であることがわかりました。

さらに、同位体^[用語7]を用いた詳細な解析により、チタン酸ストロンチウム内の格子酸素のイオンが反応の媒体として作用していることを明らかにしました（図4）。これまでよく知られている光触媒反応である水の分解や二酸化炭素還元などの人工光合成反応では、反応の媒体として水素イオンが使われていましたが、本研究の光触媒反応は格子酸素イオンを媒体とする新しい反応で、様々な気相反応への展開が期待できます。

今後の展開

本研究では光触媒として紫外線応答型のチタン酸ストロンチウムを使っていますが、実用化に向けては太陽光の主成分をなす可視光の利用が重要です。一方で、本研究では酸素イオンが媒体となるエネルギー製造型反応の機構を初めて見出し、今後この新しい反応機構をもとに、可視光を吸収できる光触媒材料に展開することも可能です。本研究成果が天然ガスやシェールガスの有効利用につながるとともに、温室効果ガス低減に貢献できると期待されます。また、低温で合成ガスを製造することができるため、既往の工業的手法と組み合わせることでガソリン製造などの施設の大幅な簡略化と効率化が望めます。

論文情報

掲載誌 :	Nature Catalysis
論文タイトル :	Photocatalytic uphill conversion of natural gas beyond the limitation of thermal reaction systems
著者 :	Shusaku Shoji, Xiaobo Peng, Akira Yamaguchi, Ryo Watanabe, Choji Fukuhara, Yohei Cho, Tomokazu Yamamoto, Syo Matsumura, Min-Wen Yu, Satoshi Ishii, Takeshi Fujita*, Hideki Abe*, Masahiro Miyauchi*
DOI :	10.1038/s41929-019-0419-z

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• 軽量で安全な水素キャリア材料を開発｜東工大ニュース
• 温室効果ガスを有用な化学原料に転換｜東工大ニュース
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 宮内雅浩 Masahiro Miyauchi
• 宮内研究室
• 坂井・宮内研究室 ―研究室紹介 #29―｜物質理工学院 材料系
• 高知工科大学
• 九州大学 大学院工学研究院
• 静岡大学
• 国立研究開発法人 物質・材料研究機構
• 国立研究開発法人 科学技術振興機構
• 研究成果一覧