東京工業大学 工学院 電気電子系の岡田健一教授らの研究グループは、低スプリアス^[用語1]と低ジッタ^[用語2]を同時に実現する新方式のデジタル位相同期回路（PLL）^[用語3]の開発に成功した。

無線通信機器などで広く用いられる分数分周PLL^[用語4]では、原理的に出力信号に分周スプリアスが発生し、これを抑制する必要がある。従来のディザリング^[用語5]と呼ばれる方法では、スプリアスは除去できるが、ジッタが増加する課題があった。また、デジタル非線形補償（DPD）^[用語6]と呼ばれる方法では、PLLのロック時間が長くなるという課題があった。

今回の研究では、スプリアスが発生する周波数を帯域外の高周波にシフトし、除去するという新たな手法により、この課題を解決した。開発したPLLを、最小の配線半ピッチ（幅）65 nm（ナノメートル）のシリコンCMOSプロセス^[用語7]で試作した。スプリアスの低減により10kHzから10MHzの範囲で積分したジッタとして143.7fsを実現した。消費電力は8.89mWであり、DPDを用いることなく、分周スプリアス-60dBcを達成したデジタルPLLの中で、最高のFoM^[用語8]を達成した。このPLLは今後、小型で低消費電力、低位相雑音を重視するBeyond 5G機器向けSoCへの応用が期待される。

研究成果は、2月18日～22日に米国サンフランシスコで開催される「ISSCC 2024（国際固体素子回路会議）」で発表される。

Beyond 5G（B5G）では、スマートフォン等を用いて人が通信を行うだけでなく、交通、製造、医療など幅広い分野で、様々なIoT機器に無線通信機能やセンシング機能（例えばレーダーなど）が組み込まれる。IoT機器は、2030年代には1兆個にも達すると予想されているが、その実現には小型・低消費電力、低コスト化が不可欠であり、SoC（System on Chip）化が必須である。今回開発した位相同期回路（PLL：Phase-Locked Loop）は、無線通信やレーダーにおけるキーコンポーネントである。無線通信では局部発振器（Local Oscillator）に、レーダーではチャープ信号の生成などに用いられている。これらの応用において、PLLに要求される最も重要な性能指標の一つに位相雑音がある。位相雑音が大きいと、無線通信速度の低下やセンシング精度の低下につながる。そのため、SoCに集積可能で、低消費電力かつ低位相雑音を実現できるPLLの需要が高まっていた。

PLLの位相雑音を増大させる要因には、ジッタやスプリアスがある。近年、携帯端末向けなどには、デルタシグマ変調（DSM：Delta-Sigma Modulation）^[用語9]を用いた分数分周PLLが広く採用されている。最新の研究では、デジタル時間変換器（DTC：Digital-to-Time Converter）^[用語10]を用いて、位相比較器（PD：Phase Detector）への入力信号の範囲を狭め、またDSMの量子化雑音を打ち消すことにより、さらなる低消費電力化と低位相雑音化を図る方式が提案されている。しかしながら、DTCが積分非直線性（INL：Integral Nonlinearity）^[用語11]をもつため、誤差に周期性が生じ、それに起因するスプリアスが発生するという課題があった。

この課題に対して、図1（a）に示すような、信号経路にランダム信号を重畳する手法（ディザリング）が提案されている。これにより、誤差の周期性が崩れ、スプリアスのエネルギーが周波数軸に拡散する。ディザリングは、スプリアスを除去するのに有効であるが、ディザ信号自体が白色雑音であるため、帯域内の位相雑音が増加するという欠点があった。別の手法として、デジタル非線形補償（DPD：Digital Pre-Distortion）と呼ばれる技術もある。これは、DTCの非直線性をモデル化し、それを基にINLをデジタル信号処理で補正する技術である。この技術は、ジッタを増やすことなく、根本的にスプリアスを抑制することが可能であるが、デジタル信号処理に一定の時間を要するため、PLLの周波数が安定するまでの時間（ロック時間）が長くなるという欠点があった。

今回の研究で開発したPLLでは、（1）カスケード（縦列）型分数分周方式、（2）疑似差動型DTC、という2つの新しい回路技術を導入することにより、分数分周型のデジタルPLLにおいて、既存のDPD技術を使わずに、低ジッタと低スプリアス特性を実現した。

今回提案したカスケード型分数分周方式の構成と効果を図1（b）に示す。この構成では、元の周波数制御ワード（FCW）をFCW_mainとFCW_auxに分解し、それぞれDSM_mainとDSM_auxに供給してカスケードに分数分周を行う。DSM_mainとDSM_auxで発生する量子化雑音は、DTC_mainとDTC_auxでそれぞれ打ち消される。この時、FCW_mainとFCW_auxの分周比の分数部分が大きくなるよう分解するのがポイントである。分周スプリアスの周波数は、整数分周からのずれの大きさで決まるため、このように、FCWを分解して分数分周を行うことにより、ターゲット周波数から離れた高周波にスプリアスをシフトすることができる。PLLは、元々、低域通過特性を持つため、帯域外の高周波にシフトしたスプリアスは除去される。

今回、開発したPLLのもう一つの特徴は、疑似差動型DTCである。DTCは、DSMに起因する量子化雑音を打ち消す働きを行い、その遅延範囲は、デジタル制御発振器（DCO：Digitally Controlled Oscillator）の1周期（T_dco）をカバーする必要がある。従来のDTC設計では、消費電力、遅延範囲、雑音とのトレードオフのため、図2（a）に示すように一定量のINLが発生し、これが誤差となり、量子化雑音の低減効果に制約があった。今回開発した疑似差動型DTCでは、図2（b）に示すように、位相比較器の入力にDTCpとDTCnの2つの同じDTCを配置する。DSMからの量子化雑音が増加すると、DTCpの遅延は増加する一方、DTCnの遅延は減少するため、時間領域で擬似的な差動動作を行う。結果、提案したDTCのINLは、等価的にDTCpとDTCnのINLの差になり、大幅に小さくなる。さらに、DTCpとDTCnに必要な遅延範囲が半分になるため、INLは本質的に小さくなり、より強力にスプリアスを低減できる。

新たに提案したカスケード型分数分周方式と疑似差動型DTCを採用したデジタルPLL回路を、65 nmのCMOSプロセスを用いて実際に作製した（図3）。チップサイズは1.3 mm x 1.1 mmである。作製したPLL回路を評価した結果、10kHzから10MHzで積分したジッタは、元の243.5fsから143.7fsまで低減できることを確認した。これは、提案したカスケード型分数分周方式を適用することで、分周スプリアスが低減した効果によるものである。また、消費電力は8.89 mWであり、DPDを用いずに分周スプリアス-60dBcを達成したデジタルPLLの中で最高のFoM（Figure of Merit）を達成した。

来るべきSociety 5.0では、実世界（フィジカル空間）の膨大なセンシングデータをサイバー空間との間で通信する。Beyond 5Gは、こうした社会を支える中核的なインフラの役割を担うものである。本研究では、デジタル回路向けの微細CMOSプロセスとの親和性が高く、小型・低消費電力にSoC集積可能なデジタルPLL構成により、位相雑音の低い高性能なPLLを実現している。これにより、IoT機器の小型・低消費電力、低コスト化が可能となり、Beyond 5GにおけるIoTサービスの普及に貢献するものである。

本研究成果をさらに進め、さらなる高性能なPLLを実現するアーキテクチャや回路を探求するとともに、Beyond 5G無線通信機やレーダーなど実際のアプリケーションでの効果も実証していく。

12月13日、学生のための国際交流拠点Hisao & Hiroko Taki Plaza（ヒサオ・アンド・ヒロコ・タキ・プラザ 以下、Taki Plaza）にて、東京工業大学の学生が主体となり、第3回TECHクッキングスタジオ～日本全国のお雑煮～が開催されました。講師にお雑煮研究家の粕谷浩子氏を迎えてお雑煮についての講演と実演調理が行われ、留学生と日本人学生からなる参加者たちが楽しい時間を過ごしました。

本イベントは、本学卒業生の株式会社ぐるなび取締役会長・創業者の滝久雄氏の支援で立ち上げた、Taki Plazaを拠点として活動する東工大生を応援するプロジェクト「未来人材応援プロジェクト」の一環として企画され、本学学生と学生支援センター未来人材育成部門、学務部学生支援課支援企画グループ、一般社団法人蔵前工業会の協力を得て開催されました。

イベント前半の司会進行役はプロジェクトの学生運営メンバーである柳瀬梨紗子さんと橋本輝さんが務め、英語と日本語で開会を宣言しました。

お雑煮にまつわる粕谷氏の講演では、日本各地のお雑煮のだしや具材の話、お雑煮に使われる材料の由来についての解説がありました。また、1～2年ごとに住まいを移動して各地のお雑煮を調べて気がついた、お餅の形が丸餅（西）から角餅（東)に変わる境界線の話など、粕谷氏のさまざまな知識、体験からの興味深く魅力あふれる講演となりました。

また、粕谷氏から提供された資料を学生運営メンバーが英語に訳してスクリーンに映すなどの工夫とともに、学生支援センター未来人材育成部門の三木学修コンシェルジュの同時通訳もあり、留学生にはなじみのない単語や日本語特有の細かなニュアンスも分かりやすく、留学生、日本人学生を問わずお雑煮に関する知識が深まりました。

講演の後は、地域によって異なる具材の切り方が実演されました。さらに、輪切りには家庭円満・物事が丸く収まるという意味があるなど、それぞれの切り方が持つ意味についての説明もありました。お雑煮の作り方の実演では粕谷氏の故郷である香川県の「白みそ あん餅雑煮」が作られ、あんこ餅を初めて見る学生も多く、調理する粕谷氏の手元に視線が集中しました。また、試食できるのは2人限定であることがアナウンスされると、関西圏特有の白みそを使用した甘いお雑煮に興味津々の参加者たちの間で、白熱したじゃんけんが行われました。

イベント後半は第二食堂に移動し、東工大生協の協力で関東風お雑煮の試食が行われました。お椀に入った焼きたてのお餅の上に、あらかじめ用意された小松菜・ニンジン・かまぼこの具材を各自でのせ、鶏肉の入ったすまし汁をかけてできあがったお雑煮は留学生にも大人気で、お替わりをする列が途絶えませんでした。また、じゃんけんに勝ち、甘塩っぱい味のする「白みそ あん餅雑煮」を試食した留学生は、出身地であるインドネシアの甘いスープに入った鶏肉の料理を思い出したと感想を述べました。参加者同士の交流と談笑する姿が印象的な試食タイムとなりました。

お雑煮は正月の家庭料理で、ほとんどの場合それぞれの「イエ」で作られるため、留学生が目にする機会は少なく、日本人学生も自分の家以外で食べることはあまりありません。そのため今回のイベントは、留学生にとっては日本の正月料理に触れる貴重な機会となり、日本人学生にとっては普段は知ることのない他地域の特色や味を知る良い機会となりました。今後もより多くの人たちが交流できる場となるよう「TECHクッキングスタジオ」を継続的に開催していく予定です。

野上純太郎 物質理工学院 応用化学系 博士後期課程3年

独立行政法人日本学術振興会

第14回（令和5（2023）年度）日本学術振興会 育志賞

1月18日

多彩なキラリティをもつ未踏環状芳香族分子の創製

2023年12月6日、東京工業大学学生支援センターは、一般社団法人 英語落語協会より鹿鳴家英楽さん、鹿鳴家幸楽さん、鹿鳴家一輪さんを迎え、国際交流拠点Hisao & Hiroko Taki Plaza（ヒサオ・アンド・ヒロコ・タキ・プラザ 以下、Taki Plaza）で「英語落語」を開催しました。

本イベントは、本学卒業生で株式会社ぐるなび取締役会長・創業者の滝久雄氏の支援により立ち上げられた、Taki Plazaを拠点として活動する東工大生を応援する「未来人材応援プロジェクト」の一環として企画され、本学学生が運営主体となり、学生支援センター未来人材育成部門、学務部学生支援課支援企画グループ、一般社団法人蔵前工業会の協力で開催したものです。

カナダ、台湾、タイ、ポーランド、ドイツ、フィリピンなど世界各国からの留学生に加えて、日本人学生、近隣住民の方など延べ52人が参加して、英語による落語と、その合間に披露された「色物」と呼ばれる芸を鑑賞し、実際に寄席にいる気分を楽しみました。

落語ならではの軽快な音楽が会場に流れる中、学生運営メンバーの柳瀬梨紗子さんと橋本輝さんが英語と日本語で開会を宣言し、イベントがスタートました。

プログラムは英楽さんによる英語での「落語解説」から始まりました。「上手」と「下手」で人物を描き分けるなどの決まりごとや、扇子などの小道具の使い方について、分かりやすく解説してもらいました。参加者に問いかけて笑いをとるシーンも見られ、楽しみながら落語の知識を得ることができました。

落語解説の後は、英楽さんによる英語での「時そば」、続けて幸楽さんによる日本語での「時そば」を鑑賞しました。同じ演目を異なる言語で聴くことで、表現方法やニュアンスの違いを感じることができました。

その後、一輪さんの色物「玉すだれ」が披露されました。初めて見る人も多かったようで、興味深げに見入っていました。

玉すだれの後には英語落語4席が演じられ、滑らかな語り口に加え、身振り手振り、小道具の手拭いを財布に見立てる仕草などで観客を惹きつけました。日本人が笑うタイミングで同じように留学生からも笑いがおき、落語の笑いのツボがよく伝わっていることがうかがえました。英語落語の合間には、英楽さんの色物「ウクレレ」を鑑賞しました。同じ歌が日本語と英語で披露され、英語ではできない日本語特有のジョークも織り交ぜられていて、日本人参加者も留学生も、使う言語による表現方法の違いを楽しみました。会場は、くすりとした笑いやどっという笑いがあちらこちらでおき、終始笑顔に満ちたイベントとなりました。

イベントの締めくくりでは、学生運営メンバーのキム・ナムギョンさんと上原綾太さんが司会を務め、学生支援センター未来人材育成部門の伊東部門長が、落語家さんや参加者への感謝を伝えるとともに、「今後も日本文化に触れ合い、交流を促進するイベントを企画していきます。次回もぜひご参加ください」と英語であいさつしました。

最後に参加者一同で記念撮影を行い、キムさんと上原さんによる英語と日本語での閉会のあいさつでイベントは終了しました。一部の参加者は、終了後も落語家さんから「玉すだれ」を説明してもらったり、一緒に写真を撮ったりと交流を楽しんでいました。

今まで落語を鑑賞したことがなかった留学生にとっては、日本の伝統文化に触れる機会となり、日本人参加者にとっては、落語を普段とは違う角度から味わう貴重な機会になりました。Taki Plazaを拠点としての国境を越えた交流イベントは、今後も継続的に開催していく予定です。

東京工業大学は、中高生を対象にしたワークショップ「パズルで始める量子アニーリング」を2023年12月29日に渋谷スクランブルスクエアビル41階の会場にて対面形式で開催し、2024年1月7日にはオンライン形式で開催しました。

量子アニーリングとは、量子の性質を利用した独特な計算手法です。イベントには全国の中学1年生から高校3年生まで合計40人が参加し、量子アニーリングの計算原理や実用例を学んだ上で、身の回りでどのような問題を解くことができるかアイデアを出し、議論しました。

量子コンピューティング関連教育は、親しみを深めるフェーズから、より能動的・実践的なフェーズに移りつつあります。このような情勢を踏まえて本イベントでは、実践的なエンジニアリングスキルを獲得して実問題を解決するためのアイデアを出すこと、さらにキャリア選択を見据えた量子コンピュータ業界の知識を獲得することを目的としました。

参加者はまず、古典コンピュータ（普通のコンピュータ）と量子アニーリングマシン^※1の動作原理の違いを学びました。次に、シミュレータを備えた特設のパズルサイトを通じて、アニーリング計算に特有の定式化方法を習得しました。「組合せ最適化」をアニーリングで解くには、通常ある程度の専門知識とプログラミングスキルが必要ですが、このパズルサイトは、中高生が取り組みやすいように身近な場面を題材にして、PC操作もマウスクリックで丸や線をつなぐような簡易な操作のみで、“定式化”に集中できるように設計されています。

TA（ティーチング・アシスタント）のサポートもあり、参加者の習得は早く、出題された全20問を時間内に解いた人もいました。サイトではプログラミング言語Python（パイソン）のコードも出力でき、学習をスムーズに発展させていくことができます。

ワークショップ中盤にはblueqat株式会社の湊雄一郎CEOが特別講演を行い、量子コンピュータ業界の動向を説明した他、仕事のやりがいと難しさ、エンジニアの日常、就職に必要なスキルなどを紹介しました。その後グループワークを行い、家庭や学校内のアニーリングで解けそうな問題を提案・議論しました。両日合わせて100件以上のアイデアが出され、希望者がグループを代表して発表も行いました。

アイデアの一部抜粋

• 遊園地のアトラクションを回る順番（距離、荷物の量、ショーの開始時刻を考慮）
• 家庭菜園で作る野菜のローテーション（配置と連作障害を考慮）
• 席替え（話をしたことがない人同士を近い席にする）
• 株式ポートフォリオ（新NISA開始を受けて）

参加者からは、「企業が実際に解いた難しい問題でも、構造は意外とシンプルだったことに驚いた」「グループワークが一番楽しかった。具体的な事例を知ることが話し合いのヒントになった」などのコメントがありました。講演者の湊CEOからは、「この（量子コンピュータの）分野では数学や物理をたくさん利用します。一つ一つの技術は高校で習ったことが基礎になっているので、今のうちからしっかり自分のものにして、キャリア選択の幅を広げてほしい」と参加者への激励がありました。

本イベントは、資料監修と会場提供はblueqat株式会社、パズル問題の作成はビネット&クラリティ合同会社（「東工大発ベンチャー」称号授与企業）の支援を受けて開催されました。

小山二三夫名誉教授（科学技術創成研究院 特任教授）
共同受賞者：コニー・チャン-ハスナイン カリフォルニア大学バークレー校 名誉教授

アイ・トリプル・イー（IEEE、Institute of Electrical and Electronics Engineers）

Nick Holonyak, Jr. Medal for Semiconductor Optoelectronic Technologies（ニックホロニャックメダル）

光通信およびセンシングのための垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）および VCSELフォトニクスへの先駆的な貢献

東京工業大学は、「東工大教育賞」の受賞者を決定し、11月22日、大岡山キャンパスで授与式を行いました。

教育に関して優れた業績を挙げたとして、次の28人（11件）が選ばれました。

小中高生に対して理数系さらには将来の工学への興味を喚起させることを目的に、動く機械を設計・試作して競争を行うなど、ものつくり実習出張授業を企画・実施している。1つのモーターで動く4足歩行機械やゼンマイユニットの振動を利用して走る移動機械など、短時間で安全に製作でき、受講生が独自の工夫を楽しめるテーマで実施しており、2010年から21校において延べ63回開講し、開催校アンケートや工学・教育関連学会で高く評価されている。

理学院 物理学系では2年次第4クォーター（4Q）から1年間、学士課程の学生に実験技術を習得させているが、例年1割程の学生が単位修得に苦しんでいる。そこで2年次第3クォーター（3Q）で実施する物理実験学で、グラフの作成方法やレポートの書き方などにこれまでより多くの時間を割き、具体例を示したり演習問題を課したりと工夫をした。その結果、同年度4Qのレポートの内容が改善されたとの報告があり、講義内容変更の成果が出たことが分かった。

八島教授は、高校の化学の教科書21冊全てと大学の教科書を精査し、7つの問題点を指摘して改善案を示し、学会や学会誌で発表した。その内容を反映した教科書も執筆し、東工大の学士課程1年および3年次と大学院の講義、高校での出張講義、高校生の東工大での実習に生かしている。高校の教員、高校生、大学生および大学院生からの反響も大きく、東工大の教育の質向上や、高校教育、高大接続、大学院や企業での研究開発へのスムーズな移行に貢献している。

理学院 地球惑星科学系の実験科目「地惑実験」は、化学実験・物理計測から野外実習に至るまで広範な内容を含むため、学生が身に着けるべき安全衛生の知識は多岐にわたる。また、得られた実験データを正しく解析する力も必要である。そこで地球惑星科学系では必修科目「地惑実験学」を設け、上記実験科目の履修に必要となる安全衛生およびデータ解析を同時かつ集中的に教えている。これにより学生が安全に実験を行い、かつレポート執筆に必要なデータ処理をスムーズに行えるような流れを構築することができた。

本取り組みは、系所属学生にとって初めてとなるプログラミング基盤科目の重要性に鑑み、自動採点システムと人間による直接指導を併用した授業演習形態を実践した。良いプログラムを書くには、プログラム動作の正誤だけでなく、速さはどうか、見た目や保守性はどうか、といったさまざまな観点を理解し習得しなければならない。本取り組みにより、約80人の受講生が自身でプログラムの正誤を判断できるようになった。また受講生全員に多様なプログラミングの理解度を1対1で対面確認できるようになった。

研究室配属においては、全員にとって妥当な配属となるようにすることはもちろん、他の学生を気にして「第一志望」を調整するための葛藤や不公平感を避けることも重要である。これを実現するために、理論保証をもつメカニズムを単純に利用すると、教員の負担が非常に大きくなる。そこで森立平助教（在職当時）と共に中心となって利点と負担のバランスを議論し、2022年度から新しい方法で情報理工学院の数理・計算科学系の研究室配属を行っている。

環境・社会理工学院 融合理工学系では、学内の問題を発見し、解決策をデザインする課題解決型の授業「システムデザインプロジェクト」を行っている。この授業では、「誰のどのような問題か」、「それがなぜ放置されているか」に注目しつつステークホルダーにインタビューし、解決策をプロトタイピングして検証する方法を学ぶ。また、日本語話者と英語話者が混合チームで協力し、異なる視点から問題に取り組む貴重な機会を提供している。

工学院、物質理工学院、環境・社会理工学院は、合同で欧米、アジア・オセアニア地域の有力大学と部局間協定を締結して、3ヵ月程度の学生の受け入れ・派遣を中心とした学生交流を促進している。特に派遣では留学研究の計画立案、実施等を学生が主体的に行い、その成果を留学後に発表会で公開形式で報告している。一方、受け入れ学生は学内国際学生ワークショップ（MISW）などにも参加し、本学学生との交流の場で重要な役割を果たしている。これらは参加学生の国際意識の醸成のみならず、視野の拡大、自主性、積極性の向上に大きく貢献している。

2016年度から実施された東工大教育改革の成果検証を行うため、各種エビデンスデータの収集・提供および教育改革評価報告書の分担執筆を行った。2019年の着任以来、所属部門（リベラルアーツ研究教育院）において教育成果検証のためのアンケート調査、インタビュー調査を実施してきた経験を生かし、教育改革の重点施策に関するインタビュー調査や卒業前・修了前の学生アンケート調査のデータ分析を行い、全学の多岐にわたる施策に関する多面的な成果検証の実現に貢献した。

博士後期課程に、従来の教養先端科目（1単位）に替えて、2単位の越境型教養科目を新設した。異なる研究室の学生との協同作業を通して知見を広げるという旧科目の特長は残しつつ、オリジナルの動画教材を作成し、ダイバーシティ&インクルージョンの基本理念の浸透を図っている。2単位化によって、修了要件を満たすにも当科目を1度履修するだけでよく、オンライン開講でもあるので、学生にとっては受講のしやすさも高まったはずである。

リベラルアーツ研究教育院（ILA）と博物館は共同で、学士2年次向けの「大学史」と修士1年次向けの「東工大のキャンパスに親しむ」という文系教養科目を運営している。大学の各分野の成り立ちに詳しい教員（ILA、博物館、工学院、生命理工学院）や卒業生、東急株式会社をはじめとする地域の企業や組織から多様な視点を提供してもらうことにより、両科目とも多数の受講生を集める人気科目となった。学生による博物館利用の拡大、および学生自身が記録を未来に残して発信するサイクルの形成という効果を生んだ。

東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の黒田公美教授と北海道大学の矢野（梨本）沙織助教、Trinity College Dublin（トリニティ・カレッジ・ダブリン）のAnna Truzzi（アンナ・トルッツイ）研究員、理化学研究所の篠塚一貴研究員（研究当時）らの国際共同研究グループは、小型霊長類コモン・マーモセット^[用語1]の子が、父母やきょうだいに世話をされて育つ中で、相手に応じた柔軟な社会性を獲得することを示した。

子どもが親（養育者）や近しい人を覚え慕うことを愛着と呼ぶ。幼少期に築かれた愛着行動は生涯にわたり社会性や心の健康の基礎となるため、動物モデルを使った基礎研究が必要とされている。今回、研究グループはヒトと同様に家族で生活し、父母と年長のきょうだいが協力して子を背負い育てるコモン・マーモセットを用い、家族ひとりひとりの子育ての個性と子の行動の関係を解析した。その結果、子どもは、困っている時に助けてくれる感受性^[用語2]の高い家族個体を求め、また辛抱強く背負ってくれる寛容^[用語2]な個体に背負われると安心できることが示唆された。さらに、このように相手に応じて柔軟に愛着を調節し、次第に自立していく力は、家族の中で育てられて身につくことが分かった。家族とのかかわりを妨げられると、子マーモセットは相手によらず家族を避け、その一方で強い分離不安を示す、人間でいう「無秩序型愛着」に似た状態を示すことも分かった。

本研究成果により、コモン・マーモセットが人間の子育てと愛着の優れたモデル動物であることが示された。将来的には、愛着形成の脳内メカニズムの解明や、幼少期の環境不全、虐待などに起因する社会性の問題（愛着障害）の理解や支援に貢献すると期待できる。

本研究成果は、上智大学 総合人間科学部 齋藤慈子教授、慶應義塾大学 医学部 岡野栄之教授、京都大学 ヒト行動進化研究センター 中村克樹教授らとの共同研究によって行われ、2月20日付の「Communications Biology」に掲載される。

哺乳類の子どもは未発達な状態で生まれ、他者に育ててもらわなければ生きていくことができないため、親や近しい大人を覚え慕い、「愛着」を形成する。幼い頃に形成された愛着は、成長後の心の健康や社会性の基礎となるため、愛着形成が脳にどのような変化をもたらすのか、げっ歯類やマカクザルなどを中心に研究が行われてきた。しかしヒトは多くの哺乳動物と異なり、安定した夫婦関係を築き共同で子育てを行うため、ヒトの愛着に関する理解を深めるためには、よりヒトに近い親子関係を持つモデル動物が必要とされてきた。

南米原産の霊長類コモン・マーモセット（以下、マーモセット）は、ヒトと同じように夫婦とその子から成る家族単位の群れを形成し、家族ぐるみで幼い子の世話を協力して行う。黒田公美教授らは2022年にマーモセットの家族の子育て行動を詳細に観察し、子育て行動を「子の鳴きへの世話行動の早さ（感受性）」と、「子を拒絶せずに背負い続ける忍耐強さ（寛容性）」で定義し、寛容性をつかさどる前脳の責任脳領域を明らかにした。今回は親子関係の中でも研究が遅れている、子から家族への愛着行動に注目し、マーモセットの子育てと愛着発達の関係性について調べた。

研究グループは、子どもと家族個体との1対1の関係を観察する「子の回収試験」（図1A）を用い、子と家族個体の行動や鳴き声をそれぞれ記録した。ひとりにされた子どもは鳴いて家族を呼び、それを聞いた家族個体が子どもを背負いに行く。その際、子どもは家族をきちんと見分けていて、見知らぬ個体を避けて家族個体にしがみつく（図1B）。子は、家族個体にしがみつくと安心してすぐに鳴き止む（図1C）。自力での移動が困難な生後3週までは、子どもはほとんど常に家族に背負われていて、自分から降りたり、背負いを拒否したりすることはまれである（図1D）。

（A）実験の模式図。家族から引き離した子どもをカゴに入れて右のケージに、家族個体の1頭を左のケージに入れた。金網を取り除いたのち、子どもと家族個体の行動を観察した。
（B）子どもは家族と見知らぬ個体とを区別し、家族が助けに来てくれるとすぐにしがみつく。
（C）子どもの鳴き声のスペクトログラム（上）と鳴き声の種類（下）。幼い子どもはひとりでいると鳴いて助けを呼び、背負われるとすみやかに鳴き止む。
（D）幼い子どもは家族にしがみついて過ごし、自発的に離れることはまれ。

しかし、一部の家族個体に対しては、子どもが背負われることを避けたり、背負われているにも関わらず不安が解消されず頻繁に鳴いたりする様子が認められた。こうした家族個体の子育てスタイルを調べてみると、子どもが鳴いていても無視したり、背負っている子どもを噛んだり壁や床にこすりつけたりして拒絶することが多いという特徴を持つことが分かった（図2A）。言い換えれば、子どもは、困っている時に助けてくれる（感受性の高い）家族個体を求める傾向にあり、辛抱強く背負ってくれる（寛容な）個体と一緒にいると安心できる、ということを示している。さらに、同一の家族個体に対しては、子ども達のとる愛着行動のパターンが似通っていたことから（図2B）、家族個体によって子どもは柔軟に振る舞い方を変えていることが分かった。

（A）子どもが家族個体を避けるケースでは、家族個体は子の要求を無視しがちであった。子が背負われている時も鳴いて不安を訴えるケースでは、家族個体は背負っている子どもを頻繁に拒絶していた。
（B）同一の家族個体に対しては、子ども達のとる愛着行動がきょうだい間で似通っていた。

次に、このような愛着の発達過程を明らかにする目的で、多子や家族の不調などのやむを得ない理由で家族から離されて育った子ども（人工哺育^[用語3]子）の愛着を調査した。その結果として、人工哺育子は、家族の中で育った子ども（親哺育子）とは違い、柔軟な愛着行動の調節が出来なくなっていることが明らかになった。人工哺育子を元の家族のケージに時々戻してやると、家族たちは親哺育子・人工哺育子を分け隔てなく助け、背負おうとする。しかし、人工哺育子は寛容で感受性が高い家族個体に対しても背負われるのを避けたり、ほんの少し拒絶されただけですぐに離れたりするために、ひとりで過ごす時間が長くなることが見受けられた（図3B左・中央）。さらに、親哺育子であれば自立して、ひとりで過ごせる日齢に成長しても、人工哺育子は家族を避けつつひとりのままでいながら、鳴いて助けを求め続けるという矛盾した行動が認められた（図3B右）。これらの結果から、相手に応じて柔軟に愛着を調節する力や、次第に自立していく力は、家族との自然なかかわりの中で身についていくと考えられる。

（A）実験方法。家族と再会した際の子どもと家族との関係性を評価した。
（B）左：人工哺育子は家族に背負われることを避けることが多かった。 中央：人工哺育子は背負われずにひとりで過ごす時間が長くなった。 右：親哺育子は成長するとひとりでも鳴かずに過ごすようになったが、人工哺育子は成長してもひとりになると激しく鳴いて不安を訴えた。

ヒトの発達心理学的研究において、子の愛着パターンは親の子育てパターンによって影響を受けることが知られている。本研究では、マーモセットの子は困ったときにすぐ助けてくれる家族個体、かつ辛抱強く背負ってくれる家族個体を求め、またそのような個体と一緒にいると安心することが分かった。これはヒトで言う「安定型」に似た愛着といえる（図4）。また、人工哺育個体では、ヒトで虐待・ネグレクトを受けた子どもに現れやすいという「無秩序・混乱型」に似た、ひとりで鳴き続けながら同時に相手を避けるという矛盾した愛着パターンを示すことも、明らかとなった。このように、本研究を通じ、ヒトとマーモセットの愛着行動の間に多くの共通点があることが見出すことができた。

子どもは、困ったときにすぐ助けて世話してくれる家族個体を求め、寛容で辛抱強く背負ってくれる家族個体といると安心できる。子どもは家族個体ごとに愛着パターンを変化させるが、家族との交流を制限された人工哺育子では、虐待・ネグレクトを受けたヒトの子どもで見られることが多い「無秩序・混乱型」に似た矛盾した愛着パターンに固定化されていた。

幼いころの愛着形成は、情緒や社会性の発達の基礎となり、成長後の心の健康や対人関係にも重要な役割を果たすことが知られている。一方、幼少期に十分な愛着の形成が出来ず、情緒の発達や周囲の人々との人間関係に困難を生じている状態を「愛着障害」と呼び、近年注目を集めている。しかしながら、愛着の脳内メカニズムに関する研究はその他の行動と比較して遅れており、愛着の形成によって脳内でどのような変化が起きているのか、また愛着障害が起こる脳内メカニズムなどは明らかにされていない。

本研究により、ヒトとよく似た家族構造を持つマーモセットにおいて、家族の養育スタイルに応じて子が柔軟に愛着を変える、子が自立していく力は家族の中で育まれるうちに身につく、といったヒトとよく似た多くの特徴を見出すことができた。ヒトに似た親子関係をもつマーモセットをモデル動物として愛着の脳内機構を研究することで、ヒトの愛着形成のメカニズムの解明や、愛着障害の理解や対策につながると期待される。

本国際共同研究チームは、マーモセットの子が幼少期に受けた養育が子の発達に及ぼす長期的な影響や、子の愛着行動を司る脳部位の探索についても研究を進めている。こうした研究を通じて、ヒトの親子関係を科学的に理解し、客観的で効果的な育児支援につなげることを目指す。

2024年10月1日に国立大学法人東京科学大学が設立されることを受け、国立大学法人東京工業大学および国立大学法人東京医科歯科大学は、国立大学法人東京科学大学の長の合同選考会議（以下「選考会議」という。）を設置し、2024年2月22日開催の選考会議において、初代国立大学法人東京科学大学の長（以下「法人の長」という。）候補者の選考について、選考基準や任期、選考の方法などについて決定しましたので、公示します。

法人の長候補者には、選考会議が定めた「初代国立大学法人東京科学大学の長の選考基準について」（後述）に記載された資質、能力などを満たすことが求められます。

法人の長の任期は、2024年10月1日から2028年3月31日までとし、自薦・他薦を問わず、2024年2月26日（月）から2024年3月21日（木）まで、法人の長候補者の推薦を受け付けます。

その他、選考にかかる詳細ならびに「初代国立大学法人東京科学大学の長の選考基準について」は以下をご覧ください。

2024年2月22日

国立大学法人東京科学大学の長の合同選考会議

国立大学法人東京科学大学の長の合同選考会議は、初代の法人の長となるべき候補者の選考を行うに当たって、別添のとおり選考基準を定めました。
選考会議が、推薦を受け付けるに当たっては、規模の大小を問わず大学等における組織経営を行った経験があるなど、選考基準に示す資質や能力のある多様な人材を、両大学の構成員の皆様から、自薦・他薦を問わず広く募ることとしました。その中から最も適した方を、最終責任者にふさわしい新たな法人の長として選び、従来の日本の大学が陥りがちであった閉鎖的な組織文化を完全に払拭し、本来アカデミアが持つべき「自由でフラットな人間関係」のもと、多様性に富んだ構成員による広く社会に開かれた組織文化を持つ新しい大学「東京科学大学」を率いてもらうことが我々の総意です。

大上雅史 情報理工学院 情報工学系 准教授

一般社団法人情報処理学会

マイクロソフト情報学研究賞

1月26日

生体分子の計算設計技術に関する研究

東京工業大学 物質理工学院 渡邉学助教、田中友規研究員、合田義弘准教授、公益財団法人 高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 高木康多主幹研究員、東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 中村哲也教授、東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 高田昌樹教授（一般財団法人 光科学イノベーションセンター 理事長 兼任）、東北大学 多元物質科学研究所 福山博之教授、安達正芳講師、打越雅仁准教授らの共同研究グループは、パラジウム―鉄合金が混合時に示す未解明の体積膨張（過剰体積^[用語1]効果）の起源を、電子状態から説明することに成功した。

原子サイズが異なる2種類の金属を混ぜて合金化すると、一般的には体積は混合前より小さくなるが、パラジウムと鉄の合金化では逆に混ぜる前より体積が増える不思議な現象（過剰体積効果）が起こる。この現象はこれまで、合金中の空孔（原子の抜け）が通常より多く形成されるためと説明されてきたが、実験的な証拠は不十分だった。

そこで今回、研究グループは、原子同士を引き寄せる役割を担う「電子」の挙動に着目する新たな手法を取り入れ、この合金の電子状態についての理論計算と、高輝度放射光X線を用いた硬X線光電子分光測定を実施した。その結果、パラジウム原子の原子同士を引き付ける力（金属結合）が弱体化していることが分かった。この金属結合の弱体化が起こるとパラジウム―鉄合金の体積が増加するため、過剰体積効果が生じることが矛盾なく説明できる。

この成果は、鋳造や溶接、3Dプリンティングなどで用いる溶けた金属についての数値シミュレーションを高精度化し、金属製品製造時の省エネルギー化と金属製品の歩留まりを改善させると期待される。また、東北大学 青葉山新キャンパスで2024年度から運用開始の3 GeV高輝度放射光施設（NanoTerasu）の利活用によるさらなる研究展開も予定している。本研究成果は、2月1日付の国際学術誌『Acta Materialia』に掲載された。

図1.

（a）小石と砂を混ぜる場合：小石の隙間（空孔）に砂が入り込むため混ぜる前より混ぜた後の方が、体積が減少する。（b）パラジウムと鉄原子を混ぜる場合：混ぜることにより体積が増加する（過剰体積効果）。合金内のパラジウム原子の原子同士を引き付ける力（金属結合）が弱体化し、パラジウム原子が鉄原子から離れようとする。これにより体積が増加する。

溶接、鋳造、3Dプリンティングなどのように、金属を溶かして金属製品を製造する過程では、数値シミュレーションを用いて金属製品が作製可能であるかどうかの推定が行われている。現状ではこのシミュレーションは金属溶液モデルを用いて行われているが、単純な溶液モデルに基づいて計算されているために信頼性は低く、高精度なデータに基づく新たな溶液モデルの構築が必要となっている。

金属の溶液モデルの研究は、1937年のScatchard^{[参考文献1]}の報告以来、80年以上という長い期間にわたって行われてきたため、基礎研究はほとんど完了したと思われていた。しかし、研究グループの以前の研究により、規則―不規則変態^[用語2]を示す二元系合金の溶融状態では、従来の溶液モデルでは説明できない異常な体積膨張、いわゆる「過剰体積効果」が生じていることが明らかになった。

小石と砂を混ぜると、小石同士の隙間に砂粒が入るため、混ぜても全体の体積があまり増えない。同じように、原子サイズの異なる2種類の金属を混ぜて合金化すると、その体積は混ぜる前の合計より小さくなるのが一般的である（図1）。ところが、パラジウムと鉄の場合に、ほぼ同じ分量同士を混ぜて合金化すると、逆に混ぜる前の合計よりも体積が増えてしまうのが「過剰体積効果」である。従来の研究ではこの過剰体積効果の起源について、合金中で原子が抜けたような空間（空孔）が通常よりも多く形成され、その分、全体として体積が増すという説明が提唱されてきた。しかし、実際に空孔が多いことを示す実験的な証拠も不十分で、長年にわたり顕著な進展がなかった。この過剰体積効果について、従来の溶液モデルの研究手法にとらわれない新たな手法を用いて、原因を明らかにする必要性があった。

今回の研究では、理論計算（第一原理計算^[用語3]）を用いて、規則―不規則変態を生じ、かつ従来の研究では説明されていない大きな過剰体積効果を示すパラジウム―鉄合金の電子状態の推定を行った。その結果、鉄成分の増加とともにパラジウムの電子状態（Pd4dの上向きスピン^[用語4]の電子状態）が徐々に満たされていき、最終的には反結合軌道が全て満たされることが推定された（図2a）。この反結合軌道は原子間の結合を弱めることから、この計算結果はパラジウム原子の金属結合が弱体化したことを意味する。

この理論計算により予測されたパラジウムの電子状態の変化については、高輝度放射光X線を用いることができる大型放射光施設SPring-8^[用語5] BL46XUでの硬X線光電子分光（HAXPES）^[用語6]測定でも同様の傾向が推定され、理論計算と実験の結果が一致した（図2b）。また、パラジウム―鉄合金の体積（モル体積）からパラジウム成分の体積の増加率（パラジウムの部分モル体積）を算出すると、鉄成分の増加とともに急激なパラジウム成分の体積の増加も得られた（図3）。これにより、パラジウム―鉄合金の過剰体積の起源は、パラジウム原子の金属結合の弱体化により、パラジウム原子が鉄原子から離れていくことで生じる体積膨張であると結論づけられる。

図2.

（a）パラジウム―鉄合金の第一原理計算によって得られたパラジウムの部分状態密度、上図が上向きスピン、下図が下向きスピンを示している。（b）パラジウム―鉄合金の不規則状態試料の硬X線光電子分光（HAXPES）測定の結果。両結果とも、フェルミ準位近傍のパラジウムの電子状態（Pd4dの上向きスピン）のピークが鉄（Fe）成分の増加とともに内殻側へシフトしている。

図3.

不規則相におけるパラジウム―鉄合金のモル体積および過剰体積の組成依存性。鉄成分の増加によりパラジウム成分の体積（Pdの部分モル体積）が増加し、それに伴う過剰体積効果が生じていることが分かる。

今回得られた知見は、80年以上にわたって基礎研究が行われてきた金属溶液モデルに関して、「電子状態」という新たな視点を考慮する必要性を示した。今後、電子状態を考慮した高精度な溶液モデルを構築することで、3Dプリンティングなどのプロセスのシミュレーションの最適化が可能となるため、金属材料の製品開発の高効率・高精度化への貢献が期待される。

今後は、東北大学青葉山新キャンパスで2024年度から運用開始の3GeV高輝度放射光施設（NanoTerasu）の利活用による研究展開も予定している。これにより、金属溶液モデルおよび電子論研究のさらなる深化が期待される。

東京工業大学は、広報誌「TechTech（テクテク）」44号を発行しました。

「TechTech」は、学士課程・大学院課程の受験生向けに、東工大の最新の研究や学生生活、研究室の様子、卒業生の活躍などを豊富な画像とわかりやすい文章で紹介する広報誌です。

最新号は、情報理工学院 情報工学系の吉村奈津江教授による「脳波解析が可能にする人間の営みの再構築」、東工大と東京医科歯科大学の両大学の学生と学長による「クロストーク 知と好奇心が交わり、新境地へ」のほか、東工大生の使うツール紹介などの記事を掲載しています。

裏表紙にある人気コンテンツ「頭の体操QUIZ」にもぜひ挑戦してください。

学内の配布場所や、郵送での請求方法については、以下のページをご確認ください。

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東京工業大学は2024年10月に東京医科歯科大学と統合し、東京科学大学となります。東工大として発行するTechTechは今回44号が最後となります。長い間、東京工業大学広報誌TechTechをご愛読いただき、ありがとうございました。これからも東京科学大学として科学の魅力をお届けしてまいります。新大学の広報誌およびウェブコンテンツについては、今後ウェブサイトにてご案内いたしますのでどうぞご期待ください。

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の田中克典教授（理化学研究所（理研）開拓研究本部 田中生体機能合成化学研究室 主任研究員）、アンバラ・プラディプタ助教、大出雄大博士後期課程2年、理研 仁科加速器科学研究センター 核化学研究開発室の羽場宏光室長らの共同研究グループは、極小サイズのアジド基をがんの分子接着剤として開発し、マウス内のがんにさまざまな放射性核種^[用語1]を効率的に貼り付け、がんを精密に診断・治療する技術を開発しました。

本研究成果は、放射性核種によってがん細胞を特異的に標識し、検出したがん細胞を即時に治療する、がんの早期診断と治療の併用戦略（ラジオセラノスティクス）に貢献すると期待できます。

ラジオセラノスティクスの実用化に向けては、体内で放射性核種が選択的にがんに送達されない場合、あるいはがんに送達されても放射性核種が十分長い時間がんにとどまらない場合に、正常細胞にも放射線が照射されるため、危篤な副作用につながり得ることが課題でした。

今回、共同研究グループは、がんで大量に生産されるアクロレイン（CH₂=CHCHO）と反応するアジド基（−N₃）をがんに対する極小サイズの接着剤として開発し、放射性核種をがんに選択的に貼り付けることに成功しました。アジド基を持つ放射性錯体をヒト肺がん細胞移植マウスに注射投与したところ、放射性核種ががんに長時間とどまることを可視化できました。さらに、この結果を基に、マウス内のがんを効率的に放射線治療することができました。

本研究は、科学雑誌「Chemical Communications」オンライン版（2月29日付：日本時間3月1日）に掲載されました。

さまざまな放射性核種を用いて、がんを早期に診断し、がんを検出したときには分子特性の近い放射性プローブを使って即時に治療する戦略（ラジオセラノスティクス）が盛んに検討されています。しかし、放射性核種ががん細胞以外に送達されたり、あるいは送達されてもすぐにがん細胞から排出されたりする場合には、正確ながんの診断を行うことができません。また、正常組織が放射線のダメージを受け、さまざまな副作用が引き起こされます。診断精度と治療効果を高め、さらに副作用を低減するために、ラジオセラノスティクスでは放射性核種を高精度かつ迅速にがん細胞に送達することが求められています。

これまでに田中教授らは、がん細胞においてアクロレイン（CH₂=CHCHO）が特異的かつ大量に産生されていることを発見しました。さらに、アクロレインとアジド基（−N₃）を含む蛍光分子との環化付加から始まるカスケード反応^[用語2]により、がん細胞に目印となる蛍光分子を接着できることを報告しています^※1、2。

そこで本研究では、アジド基をがんへの極小サイズの分子接着剤として活用し、さまざまな放射性核種をがん細胞に結合させることにより、効率的ながんのイメージングと治療、すなわちラジオセラノスティクスの実現を目指しました。

共同研究グループは、極小サイズの分子接着剤として、細胞内でアクロレインと効率的に反応することが分かっている2,6-ジイソプロピルフェニルアジドを用いました^※3。このアジド基を、放射性核種を含む錯体^[用語3]として一般的に用いられるDOTA錯体やDTPA錯体に導入した放射性錯体を開発しました（図1A）。これらの放射性錯体はがん細胞に取り込まれると、がん細胞が産生するアクロレインと化学反応を起こし、ジアゾ基（=N₂）を持つジアゾ化合物へと変化します。ジアゾ基が細胞内のタンパク質と速やかに反応し共有結合を形成することで、放射線が長い時間がんにとどまり、がん細胞の検出や殺傷に利用できると予想しました（図1B）。

※3

体内での環化付加反応によるがん化学療法｜東工大ニュース（2021年3月31日プレスリリース）

この放射性錯体が実際にがんの診断・治療に機能するかを検証するため、ヒト肺がん細胞（A549）を移植したゼノグラフトモデルマウス^[用語4]を用いた実験を行いました。まず、SPECTイメージング^[用語5a]に用いられる核種であるインジウム111（¹¹¹In）を配位させた放射性錯体（アジド基を持たないもの、および2つまたは4つのアジド基を持つもの）を、ゼノグラフトモデルマウスの腫瘍内に投与しました（図2A）。投与の72時間後までイメージングを行った結果、アジド基を持たない放射性錯体は体全体に拡散したのに対して、アジド基の数が多くなるほどがんへの集積が増大することが分かりました。特にアジド基を4つ持つ放射性錯体では、投与の72時間後でも、約50％の放射性錯体ががん組織に残存していました。

これらのイメージングの結果を基に、アジド基を4つ持つ放射性錯体の¹¹¹Inを、治療用核種であるイットリウム90（⁹⁰Y）に変えて投与したところ、腫瘍の増大が顕著に抑制され、マウスが長く生存できました（図2B）。治療期間中はマウスの体重が維持され、炎症などの副作用も生じませんでした。

このように、マウス体内のがん細胞にアジド基を用いて放射性核種を貼り付け、精密にがんをイメージングし、治療する効率的なラジオセラノスティクスを実現しました。

本研究では、アジド基をがん細胞への極小サイズの分子接着剤として利用し、細胞内での有機合成化学反応を基盤とした、前例のないラジオセラノスティクス手法を開発しました。今回、放射性核種の配位子として用いたDOTAやDTPAには、PETイメージング^[用語5b]に使用される銅64（⁶⁴Cu）やガリウム68（⁶⁸Ga）、放射線治療に用いられる銅67（⁶⁷Cu）、α線内用療法への活用が期待されているアクチニウム225（²²⁵Ac）も導入できるため、今後、幅広い核種を用いたラジオセラノスティクスへの展開が期待できます。

さらに、アクロレインはあらゆるがんで普遍的に発生しているバイオマーカーです。これまでがん細胞内での滞留性に問題のあったさまざまな診断薬や薬剤に対しても適応可能であり、がん診断・治療を変革する技術になると期待できます。

2024年10月1日の新大学発足にあたり、東京工業大学と東京医科歯科大学（以下、医科歯科大）は1月16日、両大学の教育について互いに理解を深め、より良い教育の実現に向けて協力をしていくための第一歩として、合同ファカルティ・デベロップメント（以下、FD）となる「教育交流ワークショップ（以下、ワークショップ）」を東工大蔵前会館で実施しました。このワークショップには東工大から24人、医科歯科大から25人の教員が参加しました。

当日はワークショップに先だち、医科歯科大からの参加者に向けた東工大キャンパスツアーも行いました。ツアーには医科歯科大から19人が参加し、東工大の益一哉学長と共に大岡山キャンパスの百年記念館（博物館）、附属図書館、Hisao & Hiroko Taki Plaza等を見学しました。参加者からは「東工大を理解するのにいい機会になった。“百聞は一見に如かず”を実感した」という声も聞かれました。

ワークショップは、東工大 教育革新センター（以下、CITL）の畠山久准教授による司会の下、益学長の開会あいさつで開始しました。益学長はあいさつの中で、会場の「東工大蔵前会館」の名称は、東工大の前身である東京職工学校が当時の浅草蔵前に開校したことに由来するなど、東工大の歴史を紹介しました。また医科歯科大の若林則幸理事・副学長（教育担当）が、田中雄二郎学長の開会に向けたメッセージを代読しました。

続いて、CITL副センター長の加藤由香里教授からワークショップの趣旨と進行方法についての説明がありました。グループワークは両大学の教員が5人1組となって、日頃実施している教育方法や指導内容を紹介し合い、両大学の学生の特性やカリキュラムの相違を理解する機会となりました。さらにメンバーを変えて同じテーマでグループワークを行い、より多くの教員が膝を交えて教育について語り合いました。

次に、参加者それぞれが、「現行の授業をどう改善するか（短期目標）」と「新大学でどのような教育を行いたいか（長期目標）」について自分の考えをまとめ、グループ内で発表し合いました。その後、医科歯科大 統合教育機構の金子英司准教授と山口久美子准教授の司会で全体発表会が行われ、各グループ代表の10人のプレゼンターが、新大学での「短期目標」と「長期目標」を披露しました。

ワークショップのクロージングとして、医科歯科大 若林理事と東工大 井村順一理事・副学長（教育担当）らが、グループワークと全体発表会での参加者の取り組みに対しコメントをしました。また、医科歯科大の田中学長は、「新大学の教育では、専門に分化する前のネットワーキングが重要」と述べ、さらにハーバード・メディカル・スクールから学んだ良い教育のための3つの秘訣（1.学生中心の教育 2.教育技術を高めるFD 3.教育を“システム”として考えて質保証する）を紹介しました。

最後は、CITLセンター長である神田学副学長（教育運営担当）から閉会のあいさつがあり、参加者全員で記念撮影を行いました。ワークショップ閉会後には、西5号館のつばめテラスで懇親会が行われ、所属や専門分野といった垣根を超えた活発な交流が続きました。

プログラム終了後の参加者へのアンケートでは、「とても満足」と「やや満足」を合わせて100％で満足度が非常に高く、特にグループワークが有益だったことが分かりました。また、自由記述欄には、「両大学の先生方との良い交流の機会になりました」「東工大の講義の内容や方法などを知る機会となり、大変勉強になりました」「懇親会では医科歯科の先生方のお人柄をよく感じることができたので、ぜひ、継続を願います」などの意見が寄せられました。

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Tso-Fu Mark Chang（チャン・ツォーフー・マーク）准教授と陳君怡特任講師、そして台湾国立陽明交通大学工学院材料系の徐雍鎣教授（兼 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 特任教授）を中心とする国際連携の研究チームは、Au@Cu₇S₄ヨーク-シェルナノ構造^[用語1]を持つ二重プラズモニック^[用語2]光触媒を新たに開発し、可視光および近赤外線照射下で顕著な水素生産を達成した。

半導体光触媒を用いたソーラー水素生産は持続可能なエネルギー開発の中核的コンセプトとして注目されている。なかでも太陽光のエネルギー分布の50％超を占める近赤外線は未利用のエネルギー源として重要であり、近赤外光照射に反応できる光触媒の開発が求められてきた。

本研究で開発したAu@Cu₇S₄は可視光および近赤外線励起下で長寿命の電荷分離状態を維持した。さらにヨーク-シェルナノ構造の利点を生かし、Au@Cu₇S₄は励起波長500 nmで9.4％、2,200 nmで7.3％という記録的な量子収率（AQY）^[用語3]を達成し、共触媒を必要としない水素生産において優れた性能を発揮した。

今回の研究成果では、自己ドープされた非化学量論^[用語4]半導体ナノクリスタルの局所表面プラズモン共鳴（LSPR）^[用語5]特性を利用して、広範なスペクトル駆動可能な光触媒反応の実現可能性が示された。この可視光および近赤外線応答型の持続可能Au@Cu₇S₄光触媒システムの開発により、太陽エネルギーのより効率的な活用や、水素などの再生可能なエネルギー源の生成が期待される。これにより、持続可能なエネルギーの生産が促進され、環境への負荷が軽減される可能性がある。また、この研究は光触媒応用の新たな可能性を示唆し、将来的にはさらなるエネルギー革命や環境保護にも貢献できる。

本研究成果は、1月9日付の「Nature Communications」に掲載された。

ソーラー水素燃料は世界のエネルギー需要を満たす潜在能力を持つことから、過去半世紀にわたり大きな関心を呼んでいる。太陽エネルギーと半導体光触媒を用いて水素を生産することは、持続可能なエネルギー開発の中核的なコンセプトとなっている。この太陽光から水素への変換効率の上限は、光触媒の光吸収能力によって規定される。光吸収範囲を拡張して光子収穫能力を向上させることは、光触媒活性の最大化にとって不可欠である。

太陽光のエネルギー分布は、紫外線（λ < 400 nm）で約6.8％、可視光（λ = 400～700 nm）で約38.9％、近赤外線（λ = 700～3,000 nm）で約54.3％であることから、1,000 nmよりも長い波長の近赤外光照射から生じる光子は、膨大な未利用エネルギー源だと言える。これまでに開発された光触媒のほとんどは、紫外線と可視光の範囲でしか太陽スペクトルを収穫できない。したがって現在利用可能な光触媒には、近赤外光照射に反応できるものはほとんどない。そのため、広範囲駆動型水素生産を実現するためには、近赤外光に応答する光触媒の創成が必要とされている。

従来の近赤外光に応答する光触媒は、鉛や水銀カルコゲナイドなどの特定のナローバンドギャップ半導体に限定されている。しかしこうした半導体も、高い毒性、劣化しやすさ、およびバンドギャップの狭まりによる酸化還元力の低下といった問題があり、ソーラー水素生産における実用化のさまたげとなっている。一方で自己ドープ半導体は、ナローバンドギャップ半導体と比較すると調整しやすいプラズモニック特性を持っており、ソーラー水素生産向けの有望な材料として利用することができる。この自己ドープ半導体の特徴には、局所表面プラズモン共鳴応答（LSPR）の動的制御が可能であり、LSPR波長の拡張度が大きいという点がある。

Cu₂-_xSで実現可能なLSPR波長は700 nmから2,000 nmを超える範囲にわたっており、NIRスペクトルのほぼ全体をカバーすることができる。Cu₂-_xSは、その中間バンドギャップとともに、可視光および近赤外光照射に対して反応し、全太陽放射の90％以上を利用することができる。この研究では、Au@Cu₇S₄ヨーク-シェルナノ構造を合成し、可視から近赤外スペクトル領域で顕著な水素製造のための光触媒として利用した。Auヨークナノ構造とCu₇S₄シェルナノ構造はどちらも局所表面プラズモン共鳴を示し、可視から近赤外領域までの光子を収穫できる。

水素製造の場合には、ヨークとシェルの空隙サイズが水素生成速度に影響する重要なパラメータと考えられる。本研究では、3パターンのAu@Cu₇S₄ヨーク-シェル型ナノ構造体の作製と評価に成功した。1-Au@Cu₇S₄、3-Au@Cu₇S₄、5-Au@Cu₇S₄の空隙サイズはそれぞれ65.7 ± 5.6 nm、40.0 ± 4.6 nm、26.5 ± 3.0 nmであった（図1a-c）。

図1.

Au@Cu₇S₄ヨーク-シェルナノ構造の特徴。（a）1-Au@Cu₇S₄、（b）3-Au@Cu₇S₄、（c）5-Au@Cu₇S₄、（d）純粋なCu₇S₄、（e）純粋なAu、（f）Au+Cu₇S₄のTEM画像。（g）5-Au@Cu₇S₄のHRTEM画像。（h）TEM画像と対応する（i）SAEDパターン。（j）TEM-EDSマッピングプロファイル。

ヨーク-シェルナノ構造は光触媒反応に適した多くの魅力的な物質特性を持っている。卵黄（ヨーク）粒子は殻（シェル）に封入されており、反応過程中の凝集や剝離を防ぎ、優れた長期安定性を有している。この中空の殻には内部と外部の両方の表面があるため、豊富な活性部位をもたらす。透過性のある殻は反応物質の拡散を可能にし、殻内の空間は反応物と生成物の相互作用を促進する頑丈なナノリアクターとして機能することができる。一方、移動可能な卵黄粒子は反応溶液をかき混ぜて均質な環境を作り出し、反応速度を増加させる物質輸送のための分子運動を加速する。

この研究では、in-situ X線吸収分光法（XAS）および超高速瞬時吸収分光法（TAS）の解析結果により、ベクトル式電荷移動メカニズムの提案とその検証を行った。ヨーク-シェルナノ構造の有利な特徴との組み合わせにより、5-Au@Cu₇S₄は追加の共触媒を必要としない条件で、励起波長500 nmで9.4％、2,200 nmで7.3％という最高量子収率（AQY）示した（図2）。

図2.

（a）ソーラー水素生産の活性。6つの関連サンプルでの水素生産活性の比較。（b）純粋なCu₇S₄と5-Au@Cu₇S₄で測定された異なる入射波長での量子収率AQY値。（c）追加の可視光照射有無での純粋なCu₇S₄と5-Au@Cu₇S₄での水素生産活性。（d）5-Au@Cu₇S₄を30時間連続してソーラー水素製造に使用した場合の水素生産活性。

さらにこの研究では、Au@Cu₇S₄ヨーク-シェルナノ構造を二重プラズモニック光触媒に応用し、顕著なソーラー水素製造に利用できることを示した。Au@Cu₇S₄の優越性は、可視光および近赤外光励起の両方に長寿命の電荷分離状態が広く存在し、かつヨーク-シェルナノ構造の有利な特徴が見られることにある。この研究では、太陽スペクトル全体およびそれ以上の光子を収穫できる効率的な二重プラズモニック光触媒パラダイムを実現している。

二重プラズモニックヘテロ構造を光触媒アプリケーションで光触媒として使用することは、まだ初期段階にある。今回の研究結果は、未利用の近赤外エネルギーから太陽燃料を生成する特別なタイプのプラズモニック光触媒プラットフォームを提供するだけでなく、特異な非化学量論的半導体ナノクリスタルとその光触媒での有用性の基本的な理解を進めている。特に、Au@Cu₇S₄の顕著な近赤外光活性の発見は、現在利用可能な光触媒の近赤外スペクトルの利用を補完できるため、さらなる技術発展へのインスピレーションを与える。そのため、二重プラズモニック光触媒は、持続可能な社会の実現に貢献する重要な技術として期待される。

光触媒として機能するAu@Cu₇S₄ヨーク-シェルナノ構造は、水素製造、環境浄化、二酸化炭素還元などへの応用が期待できる。今後は、さらなる研究と開発によって効率的な触媒システムとしての実用化が期待されている。これにより、環境への負荷を減らし、エネルギーの効率的な利用を可能にすることによって、脱炭素社会の実現に貢献できる。

東京工業大学は、40歳未満の若手研究者に対し基礎研究資金を支援する「大隅良典基礎研究賞」の2023年度受賞者を決定し、1月24日にすずかけ台キャンパスで授賞式を行いました。

本賞は、2016年にノーベル生理学・医学賞を受賞した大隅良典栄誉教授からの寄附をもとに東工大が設立した「大隅良典記念基金」を原資に、2018年度に「大隅良典基礎研究支援」として立ち上げられ、2023年度から名称を「大隅良典基礎研究賞」に変更しました。本支援は長期的な視点が必要な基礎研究分野における若手研究者支援を目的として研究費の支援を行います。前身の「大隅良典基礎研究支援」から数えて第6回目となる今回は20人の応募があり、3人が採択されました。

授賞式では益一哉学長から本学の基礎研究賞の取り組みについて説明があった後、大隅栄誉教授から祝辞が贈られました。また、受賞者と益学長、渡辺治理事・副学長（研究担当）などの審査員に大隅栄誉教授を交えた懇談が行なわれ、受賞者が現在取り組んでいる研究テーマ等について活発な意見交換が行われました。

2016年、「オートファジーの仕組みの解明」によりノーベル生理学・医学賞を受賞した大隅良典栄誉教授からの寄附を基に設立した基金です。将来の日本を支える優秀な人材育成のため、経済的支援を必要とする学生が本学で学ぶための修学支援（奨学金）、並びに長期的な視点が必要な基礎研究分野における若手研究者支援の推進など、研究分野の裾野を拡大することを目的としています。
「基礎研究支援」は、若い人がチャレンジングな課題に取り組める環境整備や次世代を担う研究者の育成支援を、大隅栄誉教授が要望したことに基づき発足した賞で、2023年度から「大隅良典基礎研究賞」と名称を変えてさらに幅広い支援を行っています。
東工大は大隅良典記念基金をさらに充実させるため、寄附を受け付けています。

12月18日、東京工業大学 学生支援センター 未来人材育成部門 学修コンシェルジュ窓口は、同部門に所属する学生スタッフの学修コンシェルジュJr.（ジュニア）が企画する、第10回イブニングセミナー「デジタル天体観測会 大岡山から星を見よう」をTaki Plaza屋外の広場で開催しました。

イブニングセミナーには留学生3人を含む、学士課程1年から博士後期課程までの幅広い年代の東工大生10人が参加し、レンズで光を集めて天体を見る屈折望遠鏡や、パソコン画面に天体を映し出す電視観望という方法で星雲や星団の観測をしました。

大岡山キャンパスでは都会の光害の影響が強く、星雲など光の弱い天体を肉眼で見ることはできません。そこで、光害の影響を弱める特殊なフィルターと天体用カメラを組み合わせ、リアルタイムで画像処理をする電視観望で肉眼では見えにくい天体を画像として映し出し、モニター上で観測ができるようにしました。この方法では、時間の経過にともない画像のノイズが減って天体の姿が鮮明になっていく様子も同時に観察できます。

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の田中拓哉大学院生と小西玄一准教授、九州大学 大学院理学研究院 生物科学部門 松本惇志博士と池ノ内順一教授らの研究チームは、高光安定性かつ低毒性のソルバトクロミック蛍光色素^[用語1]を開発し、約1時間の細胞分裂において、細胞膜中の脂質の組成や流動性を連続撮影することに成功した。

生きた細胞の生体膜中の脂質層の組成や秩序とその時間変化の解析は、細胞接着やシグナル伝達などの生命現象や、がんなどの病態形成の解明の鍵を握っている。しかし、従来用いられてきた蛍光色素には高い毒性や低い光安定性といった問題があり、生きた細胞膜の脂質組成などの長時間観察はこれまで実現されていなかった。

本研究チームは、蛍光の極性応答に必要な電子受容性官能基^[用語2]として、脂質に含まれるエステル結合を用いてソルバトクロミック蛍光色素を開発した。細胞死を誘導せず、強いレーザー光を照射しても安定なこの新しい色素を用いることで、生命イベントの連続的な可視化に成功した。この色素は一般的な蛍光顕微鏡だけでなく、数ナノのサイズを判別する超解像顕微鏡にも用いることができ、多様な膜機能の解明、細胞外／細胞内刺激に応答した膜タンパク質の活性化などのメカニズム解明につながると期待される。

本研究成果は、総合科学雑誌「Advanced Science」（インパクトファクター: 15.1）に3月12日（現地時間）に公開された。

生きた細胞内で起こるイベントの可視化とその基礎的なメカニズム解明は、疾患の理解と治療方法の確立に貢献するものとして、以前から研究が行われている。そうしたイベントの長時間に渡る連続観察は、下村脩博士によってオワンクラゲから単離された蛍光タンパク質（FP）とその発展型のFPが細胞の様々な部位に適用されたことで、大きな進歩を遂げた（2008年ノーベル化学賞）。しかし、生体膜における脂質組成の変化が引き起こす膜の秩序と流動性の観察は、脂質と比べて巨大な分子であるFPを用いた解析では困難なため、これまで実現していなかった。

生体膜は、細胞の形態形成、運動性、物質交換、シグナル伝達などのプロセスを制御することで、細胞機能において重要な役割を果たしている。また上皮細胞におけるがんや線維症などの病態形成にも関係している。生体膜の基本構造である脂質二重膜は、数千種類もの異なる脂質分子から構成されるが、個々の脂質分子種の機能はほとんど明らかになっておらず、生命科学のフロンティアの一つである。生きた細胞膜の組成解析にはこれまで、膜中の脂質組成に応じて発光色を変化させる、化学合成されたソルバトクロミック蛍光色素が用いられてきた。現在、その標準色素としては、プロダン（1979年）と当研究室が開発したピレン色素PK（2013年 ^{[参考文献]}）が知られている。しかしそうした有機蛍光色素は、蛍光の明るさが不足することや、毒性があるために長時間の観察が細胞死を誘導することなど、それぞれ欠点があり、生きた細胞活動の全容を長時間に渡って追跡することが困難であった。

研究グループは、発光特性、光安定性、低毒性のすべての性質を最適化した実用的なソルバトクロミック膜プローブを開発するために、ソルバトクロミック色素の電子受容基として、生体適合性が高いと予想されるカルボン酸エステルを採用し、様々なπ電子系骨格^[用語3]との組み合わせを検討した。系統的な色素の合成と細胞の染色実験による探索の結果、π共役拡張フルオレン色素FπCMが発光特性、光安定性、低毒性においてバランスの取れた分子設計であることが分かった（図2）。FπCMの蛍光輝度^[用語4]は、標準色素であるプロダンの370の約100倍であり、顕微鏡観察に理想的な色素である。また、蛍光強度の経時変化を調べたところ、光安定性と生体への適合性が高いことが確認できた（図3a）。

図3.

（a）生細胞中の色素の蛍光強度の経時変化。60分後の蛍光強度はそれぞれ初期強度の60%（FπCM）と<10%（PK）になった。（b）ソルバトクロミック色素（FπCM or PK）と蛍光タンパク質（mCherry）の同時観察による細胞膜形態変化の比較。 赤枠で示した部分が細胞死で観察される形態変化を表す。

このFπCMを用いて、生命現象の一つである細胞分裂を観察したところ、従来色素のPKでは見られなかった細胞分裂の一部始終の観察に成功した（図4）。またFπCMとPKを用いて細胞膜の形態変化を観察したところ、PK観察時には細胞死（アポトーシス）^[用語5]の進行に伴う変化が観察されたが、FπCMではそうした変化は見られず、明らかに細胞毒性が低いことが分かった。(図3b) さらにFπCMは、比較的強力なレーザー光を用いても壊れないため、強いレーザー光が必要な超解像顕微鏡での観察も可能であることが確認できた。

本研究は、1979年に蛍光ソルバトクロミック蛍光を示す膜プローブが開発されて以来、約50年間残されていた光安定性と毒性の問題を解決した。観察のためのメソッドが新たに確立されたことで、細胞接着のメカニズムの解明といった細胞レベルでの基礎研究の発展や、がんや線維症などの疾患の原因追及や治療方法の確立への貢献が期待される。また、市販されている従来色素より低コストで合成可能であることから、研究者が手に取りやすく、新たなスタンダード色素としての普及が見込まれる。

研究グループでは、今回開発した色素を、生命イベントに伴う形態変化や脂質組成の解析や、超解像光学顕微鏡を用いた極微少領域の観察に応用するための研究を進めている。そこからさらに、細胞膜の脂質組成とタンパク質機能との未解明な相関関係を明らかにし、生命イベントのメカニズムを紐解いていくことを目指している。本研究で利用したカルボン酸エステルを含む有機蛍光色素は、細胞イメージング以外でも発光色素として優れた性質を示すことから、高分子材料や有機-無機発光材料分野への応用も検討中である。

東京工業大学科学技術創成研究院の伊澤誠一郎准教授、神戸大学分子フォトサイエンス研究センターの岡本翔助手と小堀康博教授、自然科学研究機構分子科学研究所の平本昌弘名誉教授らの研究グループは、近赤外光を高効率に可視光へ変換可能な有機薄膜固体内部における電子スピン^[用語1]のミクロな運動を調べ、中間体として生成する三重項励起子^[用語2]が固体内部の回転拡散運動でスピン状態を変化させて短波長の光を高効率に生じる様子を捉えることに世界で初めて成功しました。今後、高効率光エネルギー変換デバイス開発が進展し、世界的なエネルギー問題解決に貢献するとともに、人体に害のない近赤外光を光アップコンバージョンさせ利用する光線力学的ながん治療や診断など幅広い分野への展開が期待されます。この研究成果は、2024年3月14日午前9時（日本時間）に、米国科学雑誌「The Journal of Physical Chemistry Letters」に掲載されました。

持続可能社会の実現に向けて、これまで利用されてこなかったエネルギー資源を有効活用していく取り組みは非常に重要です。例えば太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池の利用はそうした取り組みの一環ですが、赤外線など波長が長い光のエネルギーは低く、太陽光発電には利用困難です。

そこで、光アップコンバージョンと呼ばれる長波長光を短波長光に変換できる現象を活用し、あらゆる波長の光を太陽光発電に利用するという取り組みがあります。光アップコンバージョンの素過程である三重項－三重項消滅（TTA: Triplet-triplet annihilation）と呼ばれる化学反応を利用することで、太陽光などの弱い光であっても波長変換を起こすことが可能となり、太陽電池や有機発光素子をはじめとする光エネルギー変換デバイスの高性能化に大きく貢献することが期待されます。これまで世界中の研究者が、様々なアイデアを駆使して材料開発に取り組み、このエネルギー変換効率が徐々に改善されてきました。

しかし、TTAによる光アップコンバージョン（TTA-UC）のメカニズムについては十分に理解されておらず、材料開発のボトルネックとなっていました。TTAは、2個の三重項励起子が1個の一重項励起子に変換される化学反応であり、励起子のスピン多重度が変化します。短波長光源になる一重項励起子の高効率生成条件を明らかにするには、スピン多重度変換の仕組みを理解することが必要ですが、電子スピンの動的効果に着目する研究はほとんど進んでおらず、特にTTA反応中の電子スピン状態の時間発展を直接観測した例はありませんでした。

本研究では、ITIC-Clと呼ばれる近赤外光を吸収する非フラーレン型アクセプタ分子の薄膜と、ルブレンと呼ばれるTTAを起こすドナー分子の非晶性薄膜で構成される二層平面型の固体TTA-UC材料（図1）^{[参考文献1]}を測定対象にしました。720 nmパルスレーザー光を照射しながら、材料内部に生成した反応中間体の磁気的性質をマイクロ波により検出する時間分解電子スピン共鳴法^[用語3]を用いて、光アップコンバージョンの素過程で生成する励起子の電子スピン状態を観測しました。

図1.

本研究で使用した測定試料の断面模式図。ガラス基板上にITIC-Clをスピンコート法により塗布し、さらにその上からルブレンの非晶性薄膜を蒸着することで測定試料を作成した。測定試料に近赤外光を照射すると、非晶性ルブレン層に三重項励起子が生成し、光アップコンバージョンが起こり可視光を放出する。

その結果、ルブレン中に生成した三重項励起子によるマイクロ波の吸収（A）および放出（E）の信号を1,000万分の1秒の精度で検出することに成功しました（図2）。この中間体は、近接するルブレン分子間をおよそ10億分の1秒間隔で移動しており、2つの三重項励起子同士が最接近した際にTTA反応を起こし一重項励起子を生成することが分かりました。この三重項励起子は、あたかも溶液中をグルグルと回転するように分子配向をランダムに変えながら拡散運動し、三重項励起子同士の距離や配向が時々刻々と変化することによって（図3）、特異なマイクロ波の放出信号を与えることが示されました。

図2.

非晶性ルブレン薄膜とITIC-Cl薄膜で構成される二層平面型試料への720 nmパルスレーザー光照射によって観測された時間分解電子スピン共鳴スペクトル。図中右側にルブレンの分子構造を示した。三重項励起子の運動性を考慮したスペクトルシミュレーション（赤線)により、観測された特異なマイクロ波放出スペクトルを再現した。

図3.

非晶性ルブレン固体薄膜内部における三重項励起子対（TT）の配向運動に伴い進行する光アップコンバージョンのスキーム。ルブレン層に生成した2つの三重項励起子は、薄膜内部を拡散運動することで、（a）互いの距離が遠く離れた状態（T…T）と、（b, c）近接した状態（TT₁, TT₂）を10億分の1秒間隔で繰り返し往復する。（c）に示すように非晶性固体内部では三重項励起子対の分子配向も様々な状態をとる。

また、TTA反応途中に形成される三重項励起子がペア（TT）となった状態のスピン多重度は、統計的な割合では11%が一重項TT（S-TT）、33%が三重項TT（T-TT）、55%が五重項TT（Q-TT）ですが、三重項励起子の運動についてモデル解析した結果、T-TTとQ-TTをS-TTに変化するスピン多重度変換が起きたことで、発光性の一重項励起子を77%におよぶ効率で生じさせていることも判明しました。このように三重項励起子の配向運動によるスピン双極子間相互作用^[用語4]の変調が、TTA反応効率に重要な役割を果たすことが実験的に明らかとなりミクロな観点からの知見に基づく光アップコンバージョン材料設計指針を世界で初めて示すことができました。

光アップコンバージョンを起こす材料およびデバイスの研究開発は近年盛んに行われていますが、依然として確かな設計指針は示されておりません。この分野では次々と新しい材料が開発され、光アップコンバージョン効率の改善が報告されていますが、「なぜ高効率化できたのか？」という問いに対し、ミクロな分子配向の変化が電子スピンに及ぼす効果に着目し答えを追究する研究はありませんでした。本研究は、固体材料内部における三重項励起子の運動性による電子スピンの変換が、高効率光アップコンバージョンにおいて重要であることを示しました。このようなミクロな観点を取り込んだ材料設計戦略により、高効率光アップコンバーター開発が進展し、世界的なエネルギー問題解決に貢献するとともに、人体に害のない近赤外光を光アップコンバージョンさせ利用する光線力学的ながん治療や診断など幅広い分野への展開が期待されます。また本研究により得られた知見は、基礎プロセスとしてのTTA反応のしくみの理解を大きく前進させるものです。今後は光アップコンバージョンの研究分野だけでなく、励起子間の相互作用によりスピン多重度が変化する量子現象を活用した様々な基盤技術への応用にも大きな期待が持たれます。

東京工業大学社会人アカデミーは、一般の方を対象にした講座「理工系一般プログラム」を毎年開催しています。2024年度は、「環境科学」、「健康を維持するための衛生学」の2コースを開講いたします。
理工系一般プログラムは、私たちを取り巻く生活環境に焦点を当て、受講者自身で問題と解決策について考えていただく位置付けで実施しています。
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講師陣は“環境”に関して研究・教育を重ねてきた大学・研究機関のスペシャリストです。
理工系科目を専攻したことがない方々にも分かりやすい講義となっております。

2024年5月18日 - 7月6日 毎週土曜日（全8回）15:00 - 17:00

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2024年5月22日 - 7月10日 毎週水曜日（全8回）18:30 - 20:30

• 東京工業大学 社会人アカデミーWEBサイトをご確認ください。
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16,500 円（税込）

2024年5月8日（水）正午

Zoomミーティングを用いたオンライン講義

30名（1コースあたり）