東京工業大学は3月26日、大岡山キャンパス東工大蔵前会館にて、2019年度（令和元年度）学位記授与式を執り行いました。

学位記授与式は卒業生、修了生並びにご家族にとって大切な門出であり、例年通り挙行できるよう検討しましたが、新型コロナウイルス感染症の感染予防対策の観点からやむを得ず、大幅に規模を縮小しました。

今回の式典は学長式辞のみとし、学士課程は11時から、大学院課程は14時から行いました。また、出席がかなわなかった卒業生、修了生並びにご家族の方にもご覧いただけるよう、式典の様子はYouTube本学公式チャンネルにてライブ配信しました。

式典では、益一哉学長が英語で式辞を述べ、学士課程の卒業生と大学院課程の修了生、またご家族へのお祝いの言葉とともに、門出のメッセージを贈りました。益学長は、同窓生の例を挙げて、本学で得た知識や技術に加えて、起業家精神を持って新しい道に進むよう、卒業生・修了生に呼びかけました。

2019年度は、学士課程では1,023名（うち留学生49名）が卒業し、大学院課程では修士課程1,591名（うち留学生150名）、専門職学位課程28名、博士後期課程184名（うち留学生50名）の計1,803名が修了し、総計2,826名（うち留学生249名）の卒業生・修了生を送りました。

式典の規模を大幅に縮小したことに伴い、来賓の祝辞や卒業生及び修了生総代の謝辞、在学生の送辞も見送られました。来賓の代表として当日、祝辞を述べる予定だった本学同窓会である一般社団法人 蔵前工業会の石田義雄理事長（1967年理工学部機械工学科卒）から寄せられた、卒業生、修了生のみなさんへのお祝いの言葉を紹介します。

今回は例年通りの挙行がかないませんでしたが、本学一同、卒業生、修了生のみなさん並びにご家族のご健康とご活躍を心よりお祈りします。

なお、益学長が述べた式辞は下記のページからご覧いただけます。

• 令和元年度学位記授与式（大学院課程）式辞｜メッセージ｜学長｜東工大について
• 令和元年度学位記授与式（学士課程） 式辞｜メッセージ｜学長｜東工大について

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系教授で地球生命研究所（ELSI）主任研究者の吉田尚弘教授が、4月10日放送予定の放送大学『特別講義』に出演します。

「分子の履歴を読み解く～地球環境の指標・アイソトポマー～」と題し、アイソトポマーと呼ばれる同位体分子種を計測・解析することで、地球環境のさまざまな物質の起源を探る吉田教授の研究が紹介されます。

計測方法が新たに開発されて、環境中の分子・化合物は「履歴書を持っている」ということが明らかになりました。その履歴書は、アイソトポマーと呼ばれる、一つの化学種を構成する多数の同位体分子種にあります。
例えば、二酸化炭素（CO₂）には、2種類の炭素の安定同位体（¹²C、¹³C）と3種類の酸素の安定同位体（¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O）の組み合わせにより、12種類のアイソトポマーが存在します。そして、その自然存在比は起源を基にして循環経路によって変化するため、これを観測してCO₂の起源や履歴を特定することが可能です。
番組では、この原理を使って、温室効果ガスや環境汚染物質の起源や挙動を追跡することの重要性や、地球や生命の起源の解明を目指した研究などについて解説します。

『特別講義』は、学術、文化、芸能、スポーツなど、各界の第一人者を取材し、多彩な専門の世界を紹介する特別番組です。今回の撮影は大岡山キャンパスで行われ、地球生命研究所（ELSI）や、吉田教授の学生時代にまつわる場所が登場します。

吉田教授のコメント

番組情報

• 番組名
  放送大学BS231チャンネル
•  
  「特別講義 分子の履歴を読み解く～地球環境の指標・アイソトポマー～」
• 放送予定日
  2020年4月10日（金）20:15 - 21:00（随時再放送予定）

関連リンク

• 特別講義｜放送大学
• 吉田 尚弘｜メンバー｜ELSI
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 吉田尚弘 Naohiro Yoshida
• 物質理工学院 応用化学系
• 地球生命研究所（ELSI）
• メディア出演情報一覧｜東工大ニュース

東京工業大学と出光興産株式会社（トレードネーム：出光昭和シェル、以下「出光」）は、次世代材料の創成を目的として、2020年4月1日（水）に「出光興産次世代材料創成協働研究拠点」（以下「出光協働研究拠点」）を東工大すずかけ台キャンパス内に設置します。

東工大と出光は、2000年代初頭より高分子材料分野を中心に幅広い領域で共同研究に取り組み、新規繊維・フィルム材料開発をはじめとした優れた成果を上げてきました。今回新設する「出光協働研究拠点」は、これまでの個別共同研究の枠を超え、「組織」対「組織」の連携により大型で総合的な研究開発を推進し、新たな価値創造を目指した次世代材料の創成と人材育成に取り組みます。

「出光協働研究拠点」は、「東京工業大学オープンイノベーション機構」の研究企画から事業化までの支援のもと、高分子分野の基盤技術の強化・拡充と、次世代モビリティ・高速通信などの領域で社会変革を実現する革新的な技術開発に関する研究活動を行います。また、高分子以外の幅広い分野を含むテーマ探索も推進します。なお、高分子関連分野では、高分子構造・物性、成形加工を専門とする東工大物質理工学院の鞠谷雄士教授と出光の代表共同研究員である末次義幸Ph.D. が組織を共同運営します。

東工大と出光は、幅広い分野で高機能材料事業（潤滑油・機能化学品・電子材料・アグリバイオ等）を展開する出光の強みと、物質・材料をはじめとする広い領域にわたり、高度な学術的知見と最先端の科学・工学技術を保有する東工大の強みを融合し、新たな価値創造に挑戦し続けます。

出光興産次世代材料創成協働研究拠点の概要

• プレスリリース 出光と東工大、「出光興産次世代材料創成協働研究拠点」を発足―産学融合による次世代材料の創成―
• エネルギー産業の技術力向上へ「TEPCO廃炉フロンティア技術創成協働研究拠点」を設置｜東工大ニュース
• 技術力の融合と強化を目指し「AGCマテリアル協働研究拠点」を設置｜東工大ニュース
• ベンチャー企業との協働研究拠点「aiwell AIプロテオミクス協働研究拠点」を設置｜東工大ニュース
• 協働研究拠点の第1号「コマツ革新技術共創研究所」を設置｜東工大ニュース
• 扇澤研究室
• 鞠谷研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 扇澤敏明 Toshiaki Ougizawa
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 鞠谷雄士 Takeshi Kikutani
• 物質理工学院 材料系
• 研究・産学連携本部
• オープンイノベーション機構
• 出光興産株式会社（出光昭和シェル）

東京工業大学と株式会社ジェイテクトは4月1日、「ジェイテクト革新的基盤技術共同研究講座」を開設しました。

この講座では、高度機構研究及びメカニズム解析とモノづくり工場の根幹を担うスマートモニタリング技術の開発を行います。

東工大工学院の複数の教員とジェイテクトは、複数テーマの共同研究を2年2ヵ月行ってきており、本講座の開設はこの共同研究を発展させたものです。

本講座では、教員、所属学生、共同研究担当教員が人材育成も図りながら、ジェイテクトが自動車部品・軸受・工作機械で培った基盤技術に東工大の叡智を加味し、日本のものづくりを支える根幹技術の革新に貢献します。

本講座の概要

• 名称
  ジェイテクト 革新的基盤技術共同研究講座
• 研究実施場所
  工学院
• 設置期間
  2020年4月1日（水）～2023年3月31日（金）（3年間）
• 大学代表者
  岩附信行工学院長
• 共同研究担当教員
  工学院 機械系 岩附信行教授、武田行生教授、情報通信系 篠崎隆宏准教授
• 共同研究講座教員
  小林恒特任教授、松浦大輔特任准教授

• 研究者詳細情報（STAR Search） - 岩附信行 Nobuyuki Iwatsuki
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 武田行生 Yukio Takeda
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 篠﨑隆宏 Takahiro Shinozaki
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 松浦大輔 Daisuke Matsuura
• 岩附研究室
• 武田・菅原研究室
• 篠崎研究室
• 工学院 機械系
• 工学院 情報通信系
• 株式会社ジェイテクト

要点

• 化学反応経路を予測する理論計算により、新規な凝集誘起発光色素を開発
• 光る分子の設計ではなく、光らない反応経路を持つ分子の探索という逆転の発想
• 理論計算と情報科学の融合による機能性蛍光色素の設計に期待

概要

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の岩井梨輝大学院生、小西玄一准教授、京都大学 福井謙一記念センターの鈴木聡博士、九州大学、大阪大学、仏ナント大学の研究グループは、化学反応の経路を予測する理論計算の方法を用いて、凝集誘起発光色素（以下、AIE色素）を設計・合成することで、溶液中では消光し、固体状態で100%に近い発光量子収率^[用語1]を示す色素の開発に成功しました。

AIE色素は、一般的な蛍光色素と逆に、希薄溶液状態では発光せず、固体・凝集状態で強発光する蛍光色素です。この性質を利用して、センサーや分子イメージングなどへの応用が期待されています。研究グループは、励起状態において大きな構造変化を起こすことが知られている蛍光色素スチルベン^[用語2]の二重結合のまわりを炭化水素鎖で縛った橋かけスチルベン^[用語3]をモデルにして、溶液中で消光する化学反応経路を持つ分子構造を理論計算により探索しました。見つかった色素分子を実際に合成すると、理論計算の予測通りの機能を示しました。

この理論計算による方法は、従来の経験的な構造設計に代わる、AIE色素の簡便かつ強力な設計法であり、今後、情報科学との融合などにより、目的に適合した機能を持つ色素の開発への応用が期待されます。

本研究成果は、ドイツ化学会とWiley-VCHの総合化学雑誌『Angewandte Chemie（アンゲヴァンテ・ケミー）』Web版に3月26日付で公開されました。

研究成果

溶液中で消光し、固体状態で強く発光する凝集誘起発光（AIE）色素は、分子イメージングや固体発光材料への多彩な応用への期待から、その分子設計法の確立が求められてきました。その中でも理論計算を用いる方法は、もっとも簡便かつ迅速ですが、実在系で計算から合成・物性検討まで行った例はほとんど知られていませんでした。

研究グループは、光を照射すると二重結合のまわりで大きな構造変化を起こすことが知られているスチルベン類に注目し、二重結合のまわりを炭化水素鎖で縛った「橋かけスチルベン」をモデルとしました（図1）。橋かけしていないフェニルスチルベンは、溶液中でも固体中でも強く発光します。この分子骨格をAIE色素にするには、励起された分子が溶液中で失活する（蛍光を放射せずに基底状態に戻る）ようにしなければなりません。

この橋かけスチルベンについて、量子化学をベースに化学反応の経路を計算する方法により、ポテンシャルエネルギー曲面^[用語4]を算出しました。その曲面の中で、円錐交差（CI）と呼ばれるポテンシャル面の交差点の近くでは失活が起こりやすく、消光の原因となります。そこで、橋かけ部位の長さを変えたスチルベン誘導体について、励起状態の溶液中での性質を計算したところ、橋かけ部位が5および6員環構造の場合（二重結合を強く縛った場合）には、CIが高いため、化学反応は蛍光発光する経路を通るのに対し、7員環構造の場合（二重結合をゆるやかに縛った場合）にはCIが低いため、化学反応の経路がCI付近を経由することから（その付近にねじれた構造の中間体が観察される）分子が失活し、蛍光を放射しないことが予測されました。この結果をエネルギーダイヤグラムで示したものが図2です。

実際にそれぞれの構造の分子を合成し、光物理的性質を検討したところ、図1に示すように、7員環化合物（n=7）のみが、AIE特性を示しました。またエネルギーダイヤグラムの各状態と、分子分光法から得られたデータがよく一致したことから、理論計算による光物理過程の予測精度が高いことがわかりました。

さらに、橋かけスチルベン（n=7）は、その量子収率が溶液中で0.4％、固体状態で95％以上と、発光のオン・オフをほぼ完璧に行うことができ、サイズが小さく分析対象の形状や物性に大きな影響を与えない非侵襲性があります。

背景

一般的に、蛍光色素は希薄溶液中で強発光し、固体状態になると蛍光が弱くなるか、消光します。しかし、2001年に香港科技大のタン教授（B. Z. Tang）らが発見し、凝集誘起発光（AIE）色素と名付けた色素は、それと正反対の挙動を示します。このAIE色素は分子イメージングや固体発光材料への応用が期待されています。たとえば、癌細胞に吸着した時のみ発光すれば、バックグラウンドなしで癌細胞の位置を蛍光で示すことができます。この20年間で、様々な種類のAIE色素が開発されてきましたが、サイズが大きくかつ構造が複雑なものが多く、合理的な分子設計法も確立されていませんでした。したがって、求める物性を実現するためには、実際に色素を合成して検討するという試行錯誤の繰り返しが必要でした。

研究の経緯

研究グループはこれまで、様々な機能を有する蛍光色素の開発とその応用を行ってきました^[文献1]。2015年に色素の原料合成の副産物として、9,10-ビス（ジメチルアミノ）アントラセンがAIE挙動を示すことを発見しました^[文献2]。これは発見当初、1段階で合成可能な高性能色素として注目されました。

その後、この蛍光色素のAIE挙動のメカニズムを、実験と理論計算を用いて調べたところ、従来知られていたAIE色素の分子の作動原理である「回転運動の抑制」ではなく、分子が溶液中において、励起状態で劇的な構造変化を起こして失活し、基底状態に戻ることを発見しました。具体的には、ポテンシャルエネルギー曲面の円錐交差（CI）が安定化されるため、反応経路がその近傍を経由して、分子が失活します^[文献3]。研究グループでは、この化学反応経路を探索する理論計算によって、分子の発光・消光を予測できるはずだと考えました。本研究では、この理論計算によってAIE色素を設計して、分子を合成し、機能の検証を行いました。

今後の展開

今回の研究では、化学反応経路を探索する方法による、AIE色素の合理的な設計が可能なことを実証しました。反応経路自動探索手法や、情報科学の手法（AIも含む）と融合することにより、求める機能を発揮するAIE色素の開発が迅速に行える時代が到来すると期待されます。また本研究は、反応速度が速く、分光学的に追跡することが難しい内部転換（内部変換）^[用語5]における分子の挙動を、理論計算によって解明したものであり、基礎研究の観点からも興味深いものです。さらに、AIEの性質には、励起された分子が溶液中で失活する反応経路が重要な役割を果たしていることが確認できました。

今回用いた設計手法は、AIE色素だけでなく、様々な発光材料の設計や光物理過程の予測・解析に役立ちます。今後の研究では、AIE色素の発光原理の確立を目指しています。同時に、国際共同研究を通して、AIE色素を応用した材料開発を展開していく予定です。

本研究は、文部科学省 科学研究費助成事業 新学術領域研究（研究領域提案型）「π造形科学」「ソフトクリスタル」および日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究（B）、科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業（さきがけ）などの支援により行われました。

論文情報

掲載誌 :	Angewandte Chemie International Edition
論文タイトル :	Bridged Stilbenes: AIEgens Designed via a Simple Strategy to Control the Non-radiative Decay Pathway（橋かけスチルベン：無輻射失活経路の制御に着目した凝集誘起発光色素のシンプルな設計戦略）
著者 :	Riki Iwai, Satoshi Suzuki, Shunsuke Sasaki, Amir Sharidan Sairi, Kazunobu Igawa, Tomoyoshi Suenobu, Keiji Morokuma, Gen-ichi Konishi
DOI :	10.1002/anie.202000943

• プレスリリース 理論計算による新設計法で凝集誘起発光色素の開発に成功―見たい対象だけ光らせる分子イメージング蛍光色素の自在設計―
• 特定の化学物質を簡便に検出できる高分子ゲルを開発 ―環境汚染物質トリハロメタンを光照射で検出― | 東工大ニュース
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• 小西研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 小西玄一 Gennichi Konishi
• 物質理工学院 応用化学系
• 研究成果一覧

要点

• 特異な電荷分布を持つペロブスカイト型酸化物コバルト酸鉛
• 圧力の印加でスピン状態転移と電荷移動転移が生じることを発見
• 同時に体積収縮を観測、新規負熱膨張材料への期待

概要

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の酒井雄樹特定助教（神奈川県立産業技術総合研究所常勤研究員）、東正樹教授、Zhao Pan（ザオ パン）研究員らの研究グループは、｢Pb²⁺_0.25Pb⁴⁺_0.75Co²⁺_0.5Co³⁺_0.5O₃｣という他に例のない電荷分布^[用語1]を持つペロブスカイト型^[用語2]酸化物コバルト酸鉛（PbCoO₃）に圧力を印加すると、スピン状態転移^[用語3]と電荷移動転移^[用語4]を生じることを発見した。

この際に体積の連続な収縮も観測されており、実用面では新しい負熱膨張材料^[用語5]につながることが期待される。

東教授らは2017年に世界で初めてPbCoO₃の合成に成功している。今回の研究成果により、学術はもとより、産業分野でも負熱膨張材料だけでなく新素材として、さまざまな分野での活用につながるものとみられる。

研究成果は2月21日付で米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society（ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサイエティー）」オンライン版に掲載された。

研究グループには東工大の西久保匠、石崎颯人、山本樹、福田真幸、大橋孔太郎、松野夏奈各大学院生、量子科学技術研究開発機構の綿貫徹次長、町田晃彦上席研究員、高輝度光科学研究センターの河口沙織研究員、台湾國家同歩輻射研究中心の石井啓文助理研究員、陳錦明研究員、何樹智助理研究員、に加え、中国科学院物理研究所、独国マックスプランク研究所、仏国放射光施設SOLEIL、英国エジンバラ大学が参画した。

背景

ペロブスカイト型酸化物は、強誘電性、圧電性、超伝導性、巨大磁気抵抗効果、イオン伝導など、多彩な機能を持つため、盛んに研究されている。こうした機能は、3d遷移金属^[用語6]が担っており、その価数やスピン状態によって変化する。しかしながら、スピン状態と価数の両方が変化する物質は非常に希（まれ）である。

東教授らは2017年にPbCoO₃が図1のPb²⁺_0.25Pb⁴⁺_0.75Co²⁺_0.5Co³⁺_0.5O₃（平均価数はPb^3.5+Co^2.5+O₃）という特殊な電荷分布を持つ新しい化合物であることを発見している。

Co²⁺はｄ軌道^[用語7]の7つの電子が持つスピンのうち、5つが平行、2つがそれらに反平行に揃った、高スピンという状態を持っているため、差し引き電子3つ分の磁化を持つ。それに対し、Co³⁺は6つの電子のスピンが3つずつ上向き、下向きになっているため、磁化を持たない。

研究成果

今回の研究では、Pb²⁺_0.25Pb⁴⁺_0.75Co²⁺_0.5Co³⁺_0.5O₃の電荷分布と高スピンのCo²⁺を持つPbCoO₃の圧力下の振る舞いを、大型放射光施設SPring-8^[用語8]のビームラインBL12XUでのX線発光分光実験^[用語9]と高分解能X線吸収分光実験^[用語10]、そしてBL22XUでの放射光X線粉末回折実験^[用語11]によって詳細に調べた。

その結果、15GPa（ギガパスカル）までの圧力で、高スピン状態のCo²⁺が、上向きスピン4つ、下向きスピン3つの低スピン状態へと変化し、さらに30GPaまでの間にPb⁴⁺とCo²⁺の間で電荷の移動が起こり、Pb²⁺_0.5Pb⁴⁺_0.5Co³⁺O₃の電荷分布へと変化することがわかった。高スピン状態から低スピン状態への変化でも、Co²⁺からCo³⁺への変化でも、イオン半径が収縮するため、体積の減少が起こる（図2）。

今後の展開

PbCoO₃では、圧力を印加することにより、いずれも体積の減少に繋がるCo²⁺の高スピン状態から低スピン状態への転移と、Pb⁴⁺とCo²⁺の間の電荷移動が起こることが確認できた。今後、PbCoO₃に化学置換を施すことで、こうした変化を温度の上昇によって引き起こすことができれば、半導体製造装置のような高精度な位置決めが求められる場面において、熱膨張によるずれを抑制できる負熱膨張の発現も期待される。

論文情報

掲載誌 :	Journal of the American Chemical Society, 139 (2020)
論文タイトル :	Sequential Spin State Transition and Intermetallic Charge Transfer in PbCoO3
著者 :	Zhehong Liu, Yuki Sakai, Junye Yang, Wenmin Li, Ying Liu, Xubin Ye, Shijun Qin, Jinming Chen, Stefano Agrestini, Kai Chen, Sheng-Chieh Liao, Shu-Chih Haw, Francois Baudelet, Hirofumi Ishii, Takumi Nishikubo, Hayato Ishizaki, Tatsuru Yamamoto, Zhao Pan, Masayuki Fukuda, Kotaro Ohashi, Kana Matsuno, Akihiko Machida, Tetsu Watanuki, Saori I. Kawaguchi, Angel M. Arevalo-Lopez, Changqing Jin, Zhiwei Hu, J. Paul Attfield, Masaki Azuma & Youwen Long.
DOI :	10.1021/jacs.9b13508

• プレスリリース コバルト酸鉛のスピン状態転移、電荷移動転移を発見―負熱膨張材料などへの応用に期待―
• 新材料の“温めると縮む”効果、2つのメカニズムの同時発生で高まることを発見│東工大ニュース
• 超高圧で合成される機能性酸化物の薄膜化に成功│東工大ニュース
• 2つの起源で“温めると縮む”新材料を発見│東工大ニュース
• 物質中の電気分極を制御することに成功│東工大ニュース
• 温めると縮む材料の合成に成功│東工大ニュース
• 東・山本研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 東正樹 Masaki Azuma
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 腰原伸也 Shinya Koshihara
• 科学技術創成研究院（IIR）
• 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所
• 物質理工学院 材料系
• 理学院 化学系
• Tokyo Tech World Research Hub Initiative（WRHI）
• 地方独立行政法人 神奈川県立産業技術総合研究所
• 高輝度光科学研究センター
• 量子科学技術研究開発機構
• 台湾國家同歩輻射研究中心
• 研究成果一覧

要点

• タンパク質異常のアミロイド線維は多くの病気に関係するが、仕組みが不明
• 出芽酵母のアミロイドタンパク質のアミロイド線維形成の観察に成功
• アミロイド線維が関わる病態の解明などさまざまな展開が期待される

概要

東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の奥田桃子大学院生（研究当時博士後期課程3年）、田口英樹教授および金沢大学ナノ生命科学研究所の紺野宏記准教授、中山隆宏准教授、安藤敏夫特任教授らの研究グループは、出芽酵母のプリオン^[用語1]タンパク質が多量体やアミロイド線維^[用語2]を形成する状況の観察に成功し、今まで不明だったアミロイド線維形成メカニズムの一端を解明することに成功した。

生命活動はタンパク質の機能によって成り立っている。タンパク質は特定の形を形成して働くのが基本だが、老化などの原因で異常な立体構造になることがある。異常構造の一つは「アミロイド」という線維状のタンパク質で多くの病気に関係することが分かっているが、どのような仕組みで線維ができていくのかについて、これまではよく分かっていなかった。

同グループは高速原子間力顕微鏡（高速AFM）^[用語3]を用いて、出芽酵母のプリオンタンパク質がアミロイド線維を形成する状況を直接観察した結果、プリオンタンパク質の単量体が立体構造を取らない状態でアミロイド線維末端に結合してからアミロイド線維が伸びることを示唆する結果を得た。

この成果はアミロイド線維というタンパク質の異常状態ができるメカニズムの解明に貢献するとともに、クロイツフェルト・ヤコブ病^[用語4]や狂牛病といったプリオン病、アルツハイマー病などアミロイド線維が関わる病気に関する病態解明などさまざまな波及効果が期待できる。

研究成果は3月23日付の「米国科学アカデミー紀要」電子版に掲載された。

背景

生命現象を担うタンパク質はアミノ酸が数珠状につながった鎖である。鎖が特定の形（立体構造）を形成して機能を発揮するのがタンパク質の基本だが、近年、立体構造を形成しない状態（天然変性状態^[用語5]）のままでも機能する場合があること、いったん形成したタンパク質の立体構造がアミロイドという線維状の異常な凝集状態に変化する場合があることが分かってきた。

アミロイド線維はアルツハイマー病、クロイツフェルト･ヤコブ病や狂牛病などで知られるプリオンなどに代表される多くの神経変性疾患から見つかってきたが、病気に関係しないアミロイド線維も知られている。その一例が、酵母プリオンタンパク質が形成するアミロイド線維である。

パンやビールなどを作る際に使われる出芽酵母は生命科学研究のモデル生物の一つで多くの研究がなされている。出芽酵母の中にアミロイドを形成するタンパク質が10種類以上見つかっており、酵母プリオンタンパク質と呼ばれている。哺乳類よりも単純な単細胞生物でのプリオン研究はアミロイドやプリオンのよいモデルとしてこれまで多くの研究が進められてきたが、アミロイド線維がどのように伸びていくのかに関して詳細な分子機構は不明のままだった。

研究成果

同研究グループは酵母プリオンタンパク質がどのようにアミロイド線維を形成するかを、代表的な酵母プリオンタンパク質である「Sup35」で研究した。線維形成の観察は高速原子間力顕微鏡（高速AFM）というタンパク質一個一個の動きを直接捉えることが可能な装置で行った。その結果、酵母プリオンタンパク質が形成する多量体の動態やアミロイド線維の伸長の様子を、0.05秒程度の時間分解能かつ0.1 nm（ナノメートル）程度の空間分解能で観察することに成功した（図1）。

さらに、アミロイド線維が伸びる際に、立体構造を形成していない天然変性状態のタンパク質が線維末端に結合してからアミロイドになることを示唆する結果を得た。これらを総合して、酵母プリオンタンパク質がどのようなメカニズムで多量体やアミロイド線維を形成するのかについての新たなモデルを提案した（図2）。

今後の展開

アミロイド線維が関わる病気は先に挙げたアルツハイマー病やクロイツフェルト・ヤコブ病以外にも多岐にわたる。これらアミロイド線維が関わる病気についてこれまで多くの研究がなされてきたが、現状では根本的な治療薬がなかった。その理由の一つとして、アミロイド線維の形成機構がいまだに十分分かっていないことが挙げられる。

今回の研究は、アミロイド線維になる前のタンパク質がどのような状態にあるのかについての新たな知見を含んでいる。このため、アミロイド線維というタンパク質の異常状態が形成されるメカニズムの解明に貢献するとともに、クロイツフェルト･ヤコブ病や狂牛病といったプリオン病やアルツハイマー病などアミロイドが関わる病気に関する病態解明、さらには創薬などへの波及効果が期待できる。

論文情報

掲載誌 :	Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America（米国科学アカデミー紀要）
論文タイトル :	Dynamics of oligomer and amyloid fibril formation by yeast 　prion Sup35 observed by high-speed atomic force microscopy（高速原子間力顕微鏡による酵母プリオンSup35が形成する多量体、アミロイド線維形成の動態）
著者 :	Hiroki Konno*, Takahiro Watanabe-Nakayama*,Takayuki Uchihashi, Momoko Okuda, Liwen Zhu, Noriyuki Kodera, Yousuke Kikuchi, Toshio Ando and Hideki Taguchi（*は共筆頭著者）
DOI :	10.1073/pnas.1916452117

• プレスリリース 酵母プリオンタンパク質のアミロイド線維形成を直接観察 ―関連する病態の解明など多様な波及効果に期待―
• 平成30年度手島精一記念研究賞 授与式を挙行│東工大ニュース
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• タンパク質合成過程における「緩急のリズム」を実証―大腸菌遺伝子産物の中間状態を網羅的に解析―│東工大ニュース
• 細胞内で「タンパク質の一生」を支える脇役 シャペロンの謎解明に向けさらなるステージへ ― 田口英樹│研究│研究ストーリー
• 田口研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 田口 英樹 Hideki Taguchi
• 科学技術創成研究院 (IIR)
• 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究センター
• 田口研究室 ―研究室紹介 #41―│生命理工学系 News
• 生命理工学院 生命理工学系
• 研究成果一覧

要点

• 天王星が軌道面から98度傾いて自転、衛星の軌道面も同様に傾いて回る謎。
• 天王星への巨大衝突で大蒸発がおこることに注目し、質量、軌道分布を説明する衛星形成の新モデルを構築。
• モデルは海王星や太陽系外の氷を多く含む惑星の新たな標準モデルとなり得る。

概要

東京工業大学 地球生命研究所の井田茂教授は、京都大学の上田翔士研究員（現・神戸大学 大学院理学研究科 学術研究員）、佐々木貴教助教、大学院理学研究科の石澤祐弥大学院生（博士後期課程2年）と共同で、天王星^[用語1]の衛星の起源を理論的に研究し、新たな衛星形成モデルを作成することに成功した。

研究チームは、天王星への巨大衝突で大蒸発がおこって水蒸気円盤が形成され、その円盤が衛星の材料になる氷が再凝縮するまで冷却される過程を精密に調べることで、現在の天王星の衛星群の分布が見事に再現される理論モデルを構築した。これは、これまで議論されてきた地球型惑星や木星型惑星の衛星形成とは全く異なり、天王星のような氷惑星に対する新しい理論モデルである。

巨大衝突を考えると天王星の衛星の傾いた軌道は説明可能だが、これらが天王星から遠くまで分布し、総質量が天王星の1万分の1しかなく、大きい衛星が外側に偏っていることは、今までは全く説明できず、天王星衛星の起源は大きな謎とされていた。

研究成果は2020年3月30日付（英国時間）の国際学術誌「Nature Astronomy（ネイチャー・アストロノミー）」に掲載された。

背景

太陽系の多くの惑星では自転軸が軌道面にほぼ直立している。ところが、天王星は自転軸が98度傾いて、ほぼ横倒しである。天王星は5つの主要衛星を持っているが、これら衛星の軌道面も天王星の自転軸に垂直に傾いていて、天王星の自転と同じ方向（順行）に回っている。

天王星は地球の15倍の重さで氷を主成分にした惑星だが、そこに地球質量の1～3倍の惑星が衝突すると、天王星を98度傾けることが可能である。その衝突の破片が再集積して衛星が形成するのが巨大衝突説である。一方で、天王星はその質量の10 %くらいの水素・ヘリウムのガスを纏（まと）っており、そのガスを取り込むときに一時的に形成されたガス円盤の中で氷が凝縮して衛星が集積するとする円盤説もある。巨大衝突説は地球の月形成、円盤説は木星のガリレオ衛星（ガリレオ・ガリレイによって発見された木星の4つの衛星）形成の標準モデルになっている。

巨大衝突説では、自然に98度傾いた軌道の衛星が形成される利点があるが、自身の10～20 %もの質量の原始惑星の巨大衝突では、地球の月の場合と同じように、本体の1 %程度の比較的大きな質量の衛星が形成可能な破片円盤が生まれる。ところが、天王星の衛星の総質量は天王星質量の0.01 %しかない。一方、円盤説では小さい衛星の形成が可能である。実際、木星のガリレオ衛星の総質量は木星質量の0.01 %で、その点は有利だが、98度傾いた順行軌道の衛星が作れない。

このように天王星の衛星たちがどのようにしてできたのかは大きな謎だった。

研究成果

研究チームは、天王星の主成分が氷であるため、衝突で作られるのは固体の破片円盤ではなく、完全に蒸発した水蒸気円盤であることに気づいた。この円盤は拡散して、広がりながら内側の水蒸気は天王星に落ち込んでいくが、水蒸気は熱がこもるので、その円盤で衛星の材料になる氷が再凝縮するには、円盤の半径が10倍も広がり、もとの円盤の99 %もの質量が天王星に落ち込まければならないことを精密な計算により発見した。

巨大衝突では惑星のすぐ近傍に円盤ができる。地球の月は重いので、地球のすぐそばで集積しても、その後の45億年で地球との重力相互作用でだんだん遠ざかっていくが、天王星の衛星は軽いのでほとんど遠ざからない。つまり、衝突直後の円盤から衛星ができると、実際の衛星軌道より遥かに内側の天王星半径の数倍のところに衛星ができることになるので、これも大きな謎だった（下図参照）。特に天王星では重い衛星が外側（天王星半径の15～25倍）に偏っている。

これに対し、研究チームは、円盤が薄く広がったあとに氷が再凝縮するので、氷の分布は現在の衛星軌道に一致することを発見した。円盤がある一定の薄さになったら氷が凝縮するので、最初にどのような蒸気円盤ができるのかにはあまり依存しないで、氷の分布が決まる。

予測した分布から微小氷天体群の衝突合体のコンピュータ・シミュレーションを行うと、実際の天王星衛星の分布に極めて近い衛星群ができることも示された。大蒸発の果てに残った1 %の物質から小さな衛星群が残るのである。

この理論モデルは、巨大衝突をもとにするのだが、地球の月形成とは全く異なる。地球は岩石を主成分とし、破片円盤は蒸発してもすぐに岩石は再凝縮し、月は最初の破片円盤の分布、つまり、どのような巨大衝突が起こるのかで決まる。しかし、氷衛星ではそうではなく、蒸発円盤がどのように冷えていって、どのように薄く広がるのかで決まることがわかった。これは地球型惑星や木星型惑星の衛星形成とは全く異なる、天王星のような氷惑星に対する全く新しい理論モデルで、海王星、太陽系外の氷を多く含むスーパーアース^[用語2]など、氷を主成分とする惑星に一般的に適用できる衛星形成の新たな標準モデルとなり得るのである。

論文情報

掲載誌 :	Nature Astronomy（ネイチャー・アストロノミー）
論文タイトル :	Uranian Satellite Formation by Evolution of a Water Vapor Disk Generated by a Giant Impact
著者 :	Shigeru Ida, Shoji Ueta, Takanori Sasaki and Yuya Ishizawa
DOI :	10.1038/s41550-020-1049-8

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要点

• 高分子電解質の「シャボン玉」を鋳型にしてスズ薄膜球を作成、レーザーを照射してEUV発生に成功
• EUV発生高効率化に不可欠な極低密度スズを信頼性高く、安価に合成
• 現在の13.5 nm光だけでなく、次世代の6.x nm光や他の量子線発生にも適用可能なレーザー用ターゲット

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長井圭治准教授、クリストファー　マスグレイブ特任助教（現 ユニバーシティ　カレッジ ダブリン）、庄司俊太郎大学院生の研究グループは、高分子電解質^[用語1]を界面活性剤として用いたシャボン玉を鋳型として、レーザーの低密度ターゲットとなるスズ薄膜球を作成することに成功した。使用したスズの量は、シャボン玉１個あたり4.2 ナノグラムと少なく、原子数、サイズの制御性も高い。実際にレーザーを照射すると、金属スズと変わらない13.5 ナノメートル（nm）の極端紫外線の発光を確認できた。

高分子電解質の泡は、いわば極めて安定なシャボン玉であり、大量の製造に適している。今回開発した手法は、原理的にはスズだけでなく、他の元素にも適用できるため、レーザー式では開発が困難と考えられている6.x nmの光源や、がん治療などに用いられている炭素イオンビーム用のターゲットなどにも展開が可能である。

近年、高強度レーザー^[用語2]の開発が進む一方で、レーザーの標的（ターゲット）の開発が遅れており、特に極低密度で、大量製造が可能な、安価なターゲットが求められている。本手法はこれらの条件を満たすものであり、その発展が見込まれる。

本成果は2020年4月3日付の『Scientific Reports』電子版に掲載された。

背景

今世紀に入って、高強度レーザーの高出力化、高繰り返し化、低価格化が急速に進んでいる。こうした高強度レーザー技術を応用した量子線源の研究開発も盛んになり、EUでは大型レーザー施設の建設ラッシュが続いている。こうした高強度レーザーを集光して物質に照射すると、高温高密度状態を作ることが可能であり、この状態からは電子、イオン、X線などの量子線が高輝度に発生する。こうした方法は、レーザープラズマ方式と呼ばれる。レーザーのターゲットとしては、低密度材料の方が吸収の効率が良いため、軽石のように穴の多い多孔質材料がしばしば用いられる。

このような大型加速器のコンパクト化を目標とした研究開発の一方で、レーザープラズマ方式の初の社会実装として、これよりも出力が弱いレーザーを用いた、13.5 nmの光源による半導体集積回路の製造が始まった。13.5 nmという波長は、X線よりもやや長波長の極端紫外線（Extreme Ultraviolet）^[用語3]の範囲にあり、昨年のSamsungのEUVリソグラフィーへのレジスト供給の問題でも記憶に新しい。

現在実用化されているEUV光源では、液体金属スズにプレパルスを照射して低密度化させている。開発段階では、この低密度化のプロセスで確実性の問題が生じ、光源開発が大幅に遅れた経緯がある。また次世代の6.x nm光源で用いられるガドリニウムは、高融点で液体金属化が困難であり、大型加速器によるリソグラフィーが提案されている。

こうした背景から、研究グループでは長年にわたり、レーザーターゲット用の低密度材料を開発してきたが、その製造コストや大量生産性に課題があった。

研究成果

本研究では、シャボン玉という、容易かつ大量に製造できる低密度構造に着目した。シャボン玉の界面活性剤として高分子電解質を用いることで、安定性を向上させ、これを鋳型とすれば、レーザーターゲットとなる極低密度材料の大量生産を低コストで実現できることを示した。

このシャボン玉にスズナノ粒子を被覆して低密度スズ膜を形成させ、さらに重ね塗りしてスズの被覆量を増やした。こうして作成したスズ薄膜球を乾燥させたのちに、ネオジムヤグレーザーを照射した。その結果、最新の半導体リソグラフィーに用いられている13.5 nmの発光を確認することができ、発光量についても、金属スズにレーザーを照射した場合と同レベルを達成できた。

今後の展開

今回新たにシャボン玉を鋳型として作成された低密度スズ薄膜球のターゲットと、レーザーを組み合わせれば、コンパクトな13. 5 nmの光源ができる（ただし、リソグラフィーに用いるほどの高繰り返しには、デブリ除去などが技術的な課題である）。　さらに次世代の6.x nm光源の実現、さらに短い波長であるX線の高輝度化、がん治療用の炭素イオンビーム発生装置のコンパクト化も期待される。国内外の大型レーザー施設と共同研究も進めたい。

論文情報

掲載誌 :	Scientific Reports
論文タイトル :	Easy-handling minimum mass laser target scaffold based on sub-millimeter air bubble ―An example of laser plasma extreme ultraviolet generation―
著者 :	Christopher S. A. Musgrave, Shuntaro Shoji, and Keiji Nagai
DOI :	10.1038/s41598-020-62858-3

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東京工業大学は4月1日、学士課程新入生を様々な面からサポートするために「学士課程新入生特別チーム」を結成しました。そしてこのほど、「新入生Welcome（ウェルカム）相談窓口」を開設しました。

新入生の気持ちに寄り添ったサポートを提供

新型コロナウイルスの感染拡大にともなう社会状況の急激な変化の中で、4月に入学した新入生、特に学士課程の新入生は、大学という新しい学びの場（世界）に入ってきました。平常時であっても、新入生は高校から大学という環境の変化に大きな戸惑いや不安を抱えています。

そこで、大学における学修や学生生活に関わるサポートのみならず、精神的なケアまでも含めて、様々な面で新入生のサポートを行うために、「学士課程新入生特別チーム」を結成しました。また、特別チームのもとに「新入生Welcome相談窓口」を開設し、次の7つのサポートチームで相談を受け付けています。

• 情報サポートデスク
• Zoomサポートデスク
• 教務サポートデスク
• 生活サポートデスク
• 文系教養サポートデスク
• 理工系教養サポートデスク
• 学院別サポートデスク

各チームの連絡先や利用方法などの詳細は以下のページをご覧ください。

• 新入生Welcome相談窓口｜相談窓口｜在学生の方

東工大では、特別チームのもとで新入生がスムーズに大学生活をスタートできるように、また、入学時に抱く希望を失うことなく、将来、その希望を花開かせることができるように、新入生の気持ちに寄り添ったサポートを提供します。

一般社団法人日本鉄鋼協会は1月21日、東京工業大学の加藤雅治名誉教授に2020年の学会賞（西山賞）を、また物質理工学院 材料系の中田伸生准教授に2020年の学術記念賞（西山記念賞）を授与すると発表しました。授賞式および記念講演は、3月17日、日本鉄鋼協会第179回春季講演大会で行われる予定でしたが、新型コロナウイルス感染症対策のため中止となりました。

日本鉄鋼協会は1915年に設立された鉄鋼に関する学会です。学会賞（西山賞）は「鉄鋼に関する学術，技術の研究に卓越した功績のあった会員」を、また、学術記念賞（西山記念賞）は「鉄鋼に関する学術、技術の研究に多大の功績のあった会員」を毎年、表彰しています。ともに西山彌太郎氏（1893－1966、元川崎製鉄株式会社社長）の功績を記念した表彰であり、賞状およびメダルが贈呈されます。

学会賞（西山賞）加藤雅治名誉教授の受賞題目

金属材料の組織と力学特性の基礎研究

学術記念賞（西山記念賞）中田伸生准教授の受賞題目

鉄鋼組織の内部応力に関する研究

今回の受賞について中田伸生准教授は次のようにコメントしています。

• 中田伸生研究室―研究室紹介 #10―｜物質理工学院 材料系
• 北野政明准教授、中田伸生准教授が平成28年度東工大挑戦的研究賞を受賞｜物質理工学院 材料系
• 中田研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 加藤雅治 Masaharu Kato
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 中田伸生 Nobuo Nakada
• Nobuo Nakada 中田伸生｜Tokyo Tech World Research Hub Initiative（WRHI）
• 物質理工学院 材料系
• 表彰｜日本鉄鋼協会

東京工業大学 科学技術創成研究院 未来の人類研究センター長でリベラルアーツ研究教育院の伊藤亜紗准教授が、2020年の第13回「（池田晶子記念）わたくし、つまりNobody賞」を受賞したと、賞を主催する特定非営利活動法人（NPO法人）「わたくし、つまりNobody」が1月31日、発表しました。表彰式と記念講演会は3月3日、出版クラブ（東京都千代田区）で行われ、記念メダル「メビウスの輪」と副賞100万円が伊藤准教授に贈られました。

「わたくし、つまりNobody」によると、この賞は、日本語による「哲学エッセイ」を確立し、2007年に亡くなった文筆家、池田晶子さんの意思と業績を記念し、2008年に創設されました。賞の趣旨は「ジャンルを問わず、ひたすら考えること、それを言葉で表わし、結果として新たな表現形式を獲得しようとする人間の営みに至上の価値を置くものです。考える日本語の美しさ、その表現者としての姿勢と可能性を顕彰し、応援してゆこうとするものです」と説明されています。

NPO法人の会員が推薦した候補者や、自薦の応募者から、会員の選考メンバーが賞にふさわしい人物を毎年1人、選びます。

伊藤准教授の受賞理由（NPO法人「わたくし、つまりNobody」による）

「体」という「内なる他者」と、どう向き合うか。

肥大する情報空間の中で身体性が希薄化していく現在、ますます重要度が高まる問いです。

伊藤亜紗氏が近年取り組んでいるのは、障害ゆえに自らの「体」と独自の関係を作り上げてきた人たちの「言葉」を手掛かりに、私たちが自明と思いなしている「自分」とは何か、「世界」とは何かを、根源から問い直す試みです。

未知なる世界認識の可能性に向けて、真摯な探究心とやわらかく開かれた文章で迫る伊藤氏のさらなる展開に期待し、当賞を贈ります。

伊藤准教授のコメント

賞の名前について

賞の名前について「わたくし、つまりNobody」は次のように説明しています。

• 池田晶子記念 わたくし、つまりNobody賞
• 言葉と体　伊藤亜紗｜web春秋 はるとあき
• 伊藤亜紗准教授が考える“本当の多様性”とは｜研究ストーリー｜研究
• 伊藤亜紗准教授 Webサイト
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 伊藤亜紗 Asa Ito
• 未来の人類研究センター
• 科学技術創成研究院
• 環境・社会理工学院 社会・人間科学系

4月1日付で就任した学院長、科学技術創成研究院長からの挨拶をご紹介します。

工学院長 植松友彦

• 工学院

• 機械系
• システム制御系
• 電気電子系
• 情報通信系
• 経営工学系

物質理工学院長 須佐匡裕

• 物質理工学院

• 材料系
• 応用化学系

生命理工学院長 近藤科江

• 生命理工学院

• 生命理工学系

科学技術創成研究院長 久堀徹

• 科学技術創成研究院

※

4月15日 17:00 本文を一部訂正しました。

東京工業大学は「科学・技術の力で世界に貢献する人材」を育成する教育カリキュラム「グローバル理工人育成コース」を2013年度に開設し、世界に羽ばたく学生を育成しています。このコースに所属しさまざまな留学を経験した学生が、自らの体験を後輩の学生に伝えるシンポジウム「理工人の未来設計―コース所属生たちのグローバルな活躍」を1月15日、大岡山キャンパス70周年記念講堂で開催しました。

コース所属生と修了生計3名が、グローバル理工人育成コースでの履修や海外での経験が、どのように将来計画に繋がっているのか、また現在の活躍にどう活かされたのか、を発表しました。

学士課程1年次の学生を中心に、200名以上が参加しました。パネルディスカッションでも、学生から質問が活発に行われ、盛況なシンポジウムとなりました。

3名の留学経験

「英語を」ではなく「英語で」勉強する意識

3名の発表に先立ち、髙田潤一副学長（国際連携担当）がグローバル理工人育成コースについて、次のように紹介しました。

「グローバル理工人育成コースには、学士課程、修士課程学生を合わせて現在約2200名が所属しており、今年度入学の学士課程1年次の学生においては学年全体の約4割にあたる430名程が所属しています。これは、東工大に入学する多くの学生が、国際的な経験をしてグローバルで活躍できる能力を身につけたいという意欲の表れであると感じます。いま1年目の皆さんは、国際経験がどういうものなのか、そして「国際化」や「グローバル化」の中で何をすべきか、現時点で具体的な目標がなくとも、本コースの活動や他の所属生、留学生との交流を通じて、少しずつ将来計画やいま取り組むべきことが明確になることを期待しています。」

また、閉会の挨拶をした須佐匡裕グローバル人材育成推進支援室長は、「先輩たちの話に圧倒されずに、地道に頑張ってほしい」と激励しました。さらに、「留学に関することも含め情報収集に努めてほしい。『英語を』勉強するのではなく、『英語で』勉強する意識、つまり自分の将来に役立つことを英語で勉強する姿勢が大切です。将来、自分が何をやりたいのかを考えた上でグローバルな環境で活躍するイメージをつかんでほしい」と呼びかけました。

参加者の声　行動が大事

シンポジウム後のアンケートでは、以下のような感想が寄せられました。

グローバル理工人育成コースとは

グローバル理工人育成コースは、東京工業大学の学士課程・修士課程において「国際基礎力｣、「国際実践力」、「国際協働力」を段階的に発展させる国際性涵養に特化した教育カリキュラムです。専門性を基礎としたアイデンティティー・知識・経験・技術力を基軸とし、多様性を理解し、倫理観を持って、グローバル社会の未知な課題に対応できる「科学・技術の力で世界に貢献する人材」を育成することを目的とします。

• 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
• グローバル理工人育成コース ―国境を越えて活躍するエンジニアを育てる―｜教育TOPICS｜教育
• グローバル理工人育成コース｜教育プログラム｜教育
• グローバル理工人育成コース

東京工業大学 科学技術創成研究院 未来の人類研究センター センター長でリベラルアーツ研究教育院の伊藤亜紗准教授が、4月25日にNHK Eテレで放送予定の対談番組『SWITCHインタビュー 達人達（たち）』に出演します。

伊藤准教授の対談相手は、若者にも大人気の落語家・柳家喬太郎さん。新作落語、古典落語のどちらも巧みに演じ、落語界きってのウルトラマン好きで知られる柳家喬太郎さんを、大岡山キャンパスに招きました。

『SWITCHインタビュー 達人達（たち）』は、異なる分野で活躍する2人の“達人”がクロストークを行う番組です。前半と後半でゲストとインタビュアーを「スイッチ（切り替え）」しながら、それぞれの仕事現場（こだわりの場所、ゆかりの地など）を訪問し、「仕事の極意」について語り合います。

伊藤准教授のコメント

番組情報

• 番組名
  NHK Eテレ『SWITCHインタビュー 達人達（たち）』
• タイトル
  落語家 柳家喬太郎 × 美学者・東京工業大学准教授 伊藤亜紗
• 放送予定日
  2020年4月25日（土）22:00 - 22:49
• 再放送予定日
  2020年5月2日（土）00:00 - 00:49（金曜深夜）

関連リンク

• SWITCHインタビュー 達人達（たち）｜NHK Eテレ
• 伊藤亜紗准教授が考える“本当の多様性”とは｜研究ストーリー
• 東工大リベラルアーツ初／発の研究組織「未来の人類研究センター」が発足｜東工大ニュース
• 伊藤亜紗HP
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 伊藤亜紗 Asa Ito
• 未来の人類研究センター
• リベラルアーツ研究教育院
• メディア出演情報一覧｜東工大ニュース

東京工業大学と株式会社デンソー（以下「デンソー」）は、「デンソーモビリティ協働研究拠点」（以下「協働研究拠点」）を4月1日に設置しました。

東工大とデンソーは、これまでも車載コンピュータにおける熱マネジメント技術や実装技術など多くの領域で共同研究を進め成果を創出してきました。CASE（※）時代に向けた共同研究をさらに加速させるため、東工大とデンソーは組織的連携協定を締結し、幅広い分野において組織対組織の総合的な研究開発を協働研究拠点にて行います。

※

CASE：自動車をはじめとしたモビリティの次世代技術や新たなサービスの潮流を表す「Connected（コネクテッド）、Autonomous（自動化）、Shared（シェアリング）、Electric（電動化）」の頭文字をとった造語。

具体的には、東工大大岡山キャンパス内に専用スペースを設置し、車両用部品の放熱技術に関する応用研究を深化させるとともに、機械・半導体・電子・電気・通信・IT・情報など専門分野が異なる研究者と、新たな研究テーマの創出や共同研究を推進します。また、東工大とデンソー双方の人材で構成された共同研究の企画機能を担うチームを発足させ、東京工業大学オープンイノベーション機構の研究企画から事業化までの支援のもと、研究成果の社会への実装や、他社とのオープンイノベーションによる事業開発を目指します。

東工大に集積されている先端研究を通じた学術的知見と、デンソーが車載分野の製品開発で培ってきた技術やノウハウを活用し、研究分野に取り組みます。

デンソーモビリティ協働研究拠点の概要

• プレスリリース 「デンソーモビリティ協働研究拠点」を設置
• 出光興産次世代材料創成協働研究拠点を設置｜東工大ニュース
• エネルギー産業の技術力向上へ「TEPCO廃炉フロンティア技術創成協働研究拠点」を設置｜東工大ニュース
• 技術力の融合と強化を目指し「AGCマテリアル協働研究拠点」を設置｜東工大ニュース
• ベンチャー企業との協働研究拠点「aiwell AIプロテオミクス協働研究拠点」を設置｜東工大ニュース
• 協働研究拠点の第1号「コマツ革新技術共創研究所」を設置｜東工大ニュース
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 渡邊治 Osamu Watanabe
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 井上剛良 Takayoshi Inoue
• 工学院 機械系
• オープンイノベーション機構
• 研究・産学連携本部
• 株式会社デンソー

東京工業大学は3月13日、学校法人東邦大学と連携・協力推進にかかわる包括協定を締結しました。「医工連携」を進めるなど、大学間連携を強化する教育・研究や人材交流に取り組み、両大学の更なる発展と一層の社会貢献をめざします。

東工大大岡山キャンパスで開かれた包括協定調印式には益一哉東工大学長と高松研東邦大学長が出席し、包括協定に署名しました。両学長は、連携と協力の進め方について話し合いました。

本学と東邦大学は、教育・研究のそれぞれの分野において交流を重ね、更に両大学の「強み」を活かした連携を発展させることができないか意見交換を行ってまいりました。包括協定を締結することにより、以下のような効果が産まれることが期待されます。

東邦大学の医療センターは大森病院、大橋病院、佐倉病院を運営しています。東邦大学が、医療現場で生じたニーズを本学に提示し、本学が工学の観点でその解決策を示す医工連携を進めて、メディカルイノベーションの創出を目指します。

また、本学の理工系学生が東邦大学の医療センターにおいて、病院実習カリキュラムを行って医療現場を体験することにより、新たな発見や研究のヒントを得るといった教育効果が期待されます。

今後、この包括協定に基づき、連携・協力の施策について具体的な取組みを進めてまいります。

• 東邦大学

要点

• 空気過剰率を上げた超希薄燃焼ガソリンエンジンに筒内水噴射を適用
• ピストン上に低温水蒸気層を形成し、ノッキングと冷却損失を効果的に低減
• 乗用車用ガソリンエンジンとして世界最高水準の図示熱効率52.6 ％を達成

概要

東京工業大学 工学院 システム制御系の小酒英範教授、長澤剛助教、佐藤進准教授らは、慶應義塾大学の飯田訓正名誉教授、横森剛准教授らとともに、空気過剰率^[用語1]を2程度まで上げた超希薄燃焼ガソリンエンジンに筒内水噴射^[用語2]を適用し、これまで40 ％程度だった乗用車用エンジンの正味熱効率を51.5 ％、図示熱効率^[用語3]を52.6 ％に向上させることに成功した。

高い熱効率が期待される超希薄燃焼ガソリンエンジンだが、さらなる熱効率向上を目指すには高負荷領域におけるノッキング^[用語4]抑制と冷却損失^[用語5]低減が欠かせない。同グループは燃焼室内のピストン表面近くに水を噴射して低温水蒸気層を形成することにより、超希薄燃焼においても燃焼を悪化させることなくノッキング抑制と冷却損失低減を実現することを目指した。

各種の条件を最適化し、最終的には圧縮比^[用語6]を17まで上げることで乗用車用ガソリンエンジンとしては世界最高水準の熱効率を達成した。これらに加え、水噴霧の可視化と熱流束^[用語7]の計測により当初の狙い通りピストン表面近くに低温水蒸気層が形成されていることを示唆する結果を得た。

本研究成果は、英国機械学会の国際学術誌「International Journal of Engine Research」オンライン版に4月6日付で掲載された。

研究の背景

超希薄燃焼ガソリンエンジンでは低温燃焼による冷却損失の低下に伴って熱効率の大幅な向上が期待されるものの［参考文献1］、さらなる熱効率向上を目指す上では高負荷領域におけるノッキング抑制と冷却損失低減が欠かせない。ガソリンエンジンの効果的なノッキング抑制・冷却損失低減手法として、水噴射が以前より研究されている。これは水の蒸発によって筒内ガス温度を低下させ、ノッキングと冷却損失の低減を図るものであり、主に理論空燃比^[用語8]を対象として行われてきた。本研究では水噴射を超希薄燃焼に適用することで、熱効率のさらなる向上を図った。

本研究のアプローチ

従来の理論空燃比におけるガソリンエンジン水噴射の多くは水を吸気ポートより噴射する形式であり［参考文献2］、この場合、空気・燃料の混合気は比較的均一に冷却される。しかし混合気への水の均一添加によって燃焼速度は大きく低下するため、超希薄燃焼においては燃焼不安定性の増加が懸念される。

そこで本研究では図1に示すように、水を筒内に直接噴射し、点火プラグ近傍を避けてピストン表面付近に水蒸気を集中的に分布させる「層状水蒸気遮熱」を提案した。これにより超希薄燃焼でも燃焼を悪化させることなく水の冷却効果が得られ、またピストン近くの未燃領域で多く発生するノッキングとピストン表面から外部への大きな冷却損失を効果的に低減できると期待される。

研究成果

本研究では筒内水分布が熱効率向上の大きな鍵を握るため、石英ガラス製の可視化エンジンを用いて水噴射時期が水噴霧分布に与える影響を調査した。その結果、図2に示すように上死点^[用語9]前150°に水噴射した場合、水は時計回りの流れに乗って吸気側からピストン表面近くに輸送され、層状に分布する様子が確認された。

実機エンジン試験においても、圧縮行程前半（上死点前150°～120°）に水噴射することで燃焼安定性を保ちつつノック・冷却損失低減効果が得られ、熱効率が上昇することが確認できた。

また図3には、ピストン表面およびエンジンヘッドの熱流束計測から得られた水噴射による平均気体温度低下率と壁面熱流束低下率の関係を示したものである。これより同一の平均気体温度の低下に対して、ピストン側の熱流束低減割合はヘッド側より大きいことから、ピストン表面近くに水蒸気層が形成されて低温となる温度成層化^[用語10]が起きていることが示唆された。

以上の結果をもとに0.5 L（リットル）クラスの単気筒エンジンで、さらに水噴射条件および運転条件の最適化を行うことで熱効率の向上を図った。その結果を熱バランスの形で示したものが図4である。

圧縮比15、空気過剰率1.9にて水噴射を行うことにより、ノッキングと燃焼変動を抑えた状態でグロス図示熱効率（機械損失やポンプ損失を含まない効率）が48.7から50.2 %まで上昇した。ここで、さらに圧縮比を17まで増加させたところ、ノッキングと燃焼変動を十分低く抑えたうえで排気損失、未燃損失、冷却損失が低減されることにより、グロス図示熱効率は最大52.6% まで上昇した。

これは0.5 Lクラスのガソリンエンジンとしては世界最高水準の熱効率であり、次世代の超高熱効率ガソリンエンジンの1つの可能性を示したといえる。今後は水蒸気分布と熱流束の同時計測などによって熱効率向上の機構解明を進めるとともに、水噴射インジェクタの形状や設置位置を含めた最適化を行うことにより、さらなる熱効率の向上につながると期待される。

論文情報

掲載誌 :	International Journal of Engine Research
論文タイトル :	Thermal efficiency improvement of super-lean burn spark ignition engine by stratified water insulation on piston top surface
著者 :	Tsuyoshi Nagasawa, Yuichi Okura, Ryota Yamada, Susumu Sato, Hidenori Kosaka, Takeshi Yokomori, Norimasa Iida
DOI :	10.1177/1468087420908164

• 超希薄燃焼と水噴射でガソリンエンジン熱効率52 ％を達成 —温度成層化によるノッキング抑制と冷却損失低減効果—
• 小酒・佐藤研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 小酒 英範 Hidenori Kosaka
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 長澤 剛 Tsuyoshi Nagasawa
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 佐藤 進 Susumu Sato
• 工学院 システム制御系
• 研究成果一覧

要点

• 50 ℃未満で水素と窒素からアンモニアを合成できる触媒の開発に初めて成功
• 今回、開発した触媒は既存の触媒を凌駕する性能で、CO₂排出ゼロを実現
• 開発した触媒によって自然エネルギーからのアンモニア生産へ道が開かれた

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院の原亨和教授、元素戦略研究センター長の細野秀雄栄誉教授らは、50 ℃未満の温度で水素と窒素からアンモニアを合成する新触媒の開発に成功した。この触媒は豊富なカルシウムに水素とフッ素が結合した物質「水素化フッ素化カルシウム（CaFH）^[用語1]」とルテニウム（Ru）ナノ粒子の複合材料「Ru/CaFH」で、室温で水素と窒素からアンモニアを合成できる。

原教授らはCaFHが低い温度で電子を与える力が強いことに着目し、その学理を低温でアンモニアを合成する触媒の開発に繋げた。アンモニア生産の大幅な効率化だけでなく、自然エネルギーを使った温室効果ガスのCO₂排出ゼロにつながることが期待される。

アンモニアは肥料として世界人口の70 %の命を支える人類に必須の化学物質で、水素と空気中の窒素から触媒を介して生産する。しかし原料の水素はメタンなどの化石資源から作られるため、CO₂排出は総排出量の3 %を越えている。

水から水素を作ればCO₂排出問題は解決するかのようにみえるが、従来の触媒で水素と窒素からアンモニアを合成するには400 ℃近くの高温が不可欠。従来のアンモニア生産を自然エネルギー発電と繋げても発電量の大半はアンモニア生産に費やされ、十分な水素を作れない。水素と窒素からのアンモニア合成の温度を大幅に下げる触媒の開発はCO₂排出ゼロのアンモニア生産への道を開く成果である。

本研究成果はネイチャーコミュニケーションズ（nature communications）オンライン速報版に4月24日に掲載された。

背景

アンモニア（NH₃）は触媒を介して水素（H₂）と空気中の窒素（N₂）から生産される化学物質であり、肥料として人口の70 %の生命を支えている。人類が最も多く生産する化学物質で、年間1億7千万トンに達する。このように、人類にとって重要なアンモニアだが、地球温暖化とともにその生産が大きな問題となっている。

それは、どこから水素を得るかということである。現在、アンモニアの原料となる水素は天然ガス、石炭、石油といった化石資源を燃やして生産している。その結果、膨大な量のCO₂が排出され、総排出量の3 %を越えている。人口が増え続ける限り、化石資源が枯渇するまで、アンモニア生産に伴うCO₂排出は増え続けることになる（図1）。

CO₂の排出なしに、アンモニアを生産する方法として、自然エネルギー発電の利用が考えられてきた（図2）。風力や太陽光発電によって水を電気分解すれば、CO₂排出なしにクリーンな水素を得られる。この水素を原料にすればCO₂排出なしに、そして化石資源の枯渇に怯えることなく、人類はアンモニアを手に入れることができる。

しかし、この手法には大きな問題がある。それは水素と窒素からアンモニアを合成する既存触媒は400 ℃程度の高温を必要とすることだ。電力で高温を生み出すには、かなりのエネルギーが必要になる。これは、自然エネルギーの発電量の大半を水素と窒素からのアンモニア生産に消費され、水の電気分解による水素生産に回せる電力が足りなくなるという本末転倒の結果になりかねない。自然エネルギー利用のアンモニア生産のシナリオを可能にするには、水素と窒素からアンモニアを合成する触媒の作動温度を大幅に低下させることが求められている。

研究成果

すなわち、従来のアプローチは、作動の起点を100～200 ℃とする傾きの異なる触媒を開発する取り組みで、傾きの大きな触媒が高性能な触媒とされてきた（図3赤線部分）。しかし、これでは高温での合成速度は速くなるが、低温での合成速度は速くはならず、大幅な低温化は実現できない。

本研究では、触媒の作動温度を50 ℃未満にスライドさせ、温度－アンモニア合成速度曲線自体を低温側に引き下げるアプローチを試みた（図3青線）。こうすれば、低温領域のアンモニア合成が著しく高くなるはずだが、これまで成功した事例はなかった。

上述のアプローチはこれまで試されたことがないため、何がこのアプローチに繋がるかは手探りの状態だった。原教授らは、まず低温で強く電子を与えることができる材料（電子供与材）の開発に着手した。アンモニア合成の最大の難関は窒素分子N₂の窒素原子にまで分解する過程である。窒素分子は強固な結合によって結ばれた2つの窒素原子から成る安定な分子。この分子を原子にまで分解するには鉄などの遷移金属から窒素分子へ電子を一時的に与える必要がある（図4）。

そこで、原教授らは大学の1年次で基礎として学ぶ古典的な学理を利用することにした。それはCa²⁺とより強い結合をつくる陰イオンを入れ、Ca²⁺—H–の結合エネルギーを弱めてしまうということである。Ca²⁺—F–の結合エネルギーはCa²⁺—H–のそれの2倍の強度をもつため、CaH₂のヒドリドイオンの一部をF–で置き換え、水素化フッ素化カルシウムCaFHをつくれば、そのヒドリドイオンは低温で水素分子として脱離し、低温で強い電子供与能を発揮するはずである（図5）。実際に合成したCaFHでは室温程度からヒドリドイオンが水素分子として抜けることが確認された。

なお、Ru/CaFHの活性化エネルギー^[用語2]は20 kJ mol^-1であり（表1）、これまで報告され現在のアンモニア生産にてできたアンモニア合成触媒の1/2程度にしか過ぎない。また、Ru/CaFHは安定な触媒であり、300 ℃を越える反応温度でも900時間以上アンモニア合成速度の低下なく、作動し続ける。

今後の展開

今回開発したRu/CaFHに2つの意味がある。

第一に、触媒の最低作動温度を引き下げるという新しいアプローチと、それを可能にする新たな触媒材料の開発によって300 ℃以下の低温領域のアンモニア合成触媒性能を著しく上げたこと。

第二に、100 ℃以下でも作動する触媒を生み出したこと。これまでの触媒は100 ℃以下では作動しない。従って、いかなる改良を施しても、100 ℃以下でアンモニアを合成することはできない。「0に何をかけても0にしかならない」からだ。一方、Ru/CaFHは室温程度でもアンモニアを合成できる。これまでの触媒がこれまでのアプローチによってその性能を向上してきたように、Ru/CaFH、あるいはその概念に基づく触媒の性能はまだまだ押し上がる余地が十分に残っている。

論文情報

掲載誌 :	nature communications
論文タイトル :	Solid solution for catalytic ammonia synthesis from nitrogen and hydrogen gases at 50 ℃
著者 :	Masashi Hattori, Shinya Iijima, Takuya Nakao, Hideo Hosono, Michikazu Hara
DOI :	10.1038/s41467-020-15868-8

資料

• プレスリリース 50 ℃で水素と窒素からアンモニアを合成する新触媒 ―「CO2排出ゼロ」のアンモニア生産へブレークスルー―
• 2019年度「大隅良典基礎研究支援」授与式を開催│東工大ニュース
• 貴金属触媒を使わずバイオマスからプラスチック原料を合成│東工大ニュース
• 硫黄化合物を低温・高効率で酸化する環境型触媒を開発│東工大ニュース
• 副産物ほぼゼロの特異構造のナノ粒子触媒による有用物合成│東工大ニュース
• 低温で高効率にアンモニアを合成できる触媒を開発│東工大ニュース
• 欲しいものだけを合成する新触媒 ―医農薬からバイオマスの高付加価値化まで―│東工大ニュース
• 新触媒で糖由来化合物から欲しいものだけを合成―バイオマス資源から有用化成品製造への応用に期待―│東工大ニュース
• 原・鎌田研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 原 亨和 Michikazu Hara
• 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 元素戦略研究センター
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 物質理工学院 材料系
• 研究成果一覧

東京工業大学の公認学生サークルである鉄道研究部、写真研究部、美術部の第5回作品展が2019年11月から2020年2月にかけて、本学附属図書館との協働により、附属図書館大岡山本館で行われました。

作品展の日程と概要は以下のとおりです。

鉄道研究部写真展

部員が全国各地で撮影した鉄道の写真計122点を展示しました。

• 鉄道研究部

写真研究部作品展「一月展」

館内4ヵ所に展示スペースを設け、作品27点を展示しました。

• 写真研究部

美術部作品展「図展（とてん）」

学外の方もご覧いただける1階ロビーに、作品6点を展示しました。

• 美術部：アートを楽しむ仲間との出会い！｜サークル活動｜課外活動・アルバイト｜在学生の方

作品展のポスターもそれぞれのサークルの学生が作成しています。附属図書館は、学生の学びを支えると共に、親しみや安らぎのある場の提供を目指し、今後も学生と共にさまざまな企画を実施していく予定です。

• 東工大学生サークルが附属図書館で第4回作品展を開催｜東工大ニュース
• 東工大学生サークルが附属図書館で第3回作品展を開催｜東工大ニュース
• 東工大学生サークルが附属図書館で作品展を開催｜東工大ニュース
• 東工大写真研究部・美術部が附属図書館で作品展を初開催｜東工大ニュース
• 東京工業大学附属図書館