大学院総合理工学研究科物理電子システム創造専攻の高橋幸佑さん（修士課程2年）が、フリースタイルフットボールのギネス世界記録を8月24日に更新し、ギネス世界記録保持者として認定されました。

さらに、11月7、8日にかけてイギリス・ロンドンで開催された「レッドブル・ストリートスタイル2016・世界大会（Red Bull Street Style 2016 World Final）」に日本代表として出場し、見事、準優勝を果たしました。

フリースタイルフットボールとは

サッカーの基本技術であるリフティングを始めとしたボールを扱う技術を高め、自由な発想で楽しめる新しいスポーツです。足や頭など体を使ったリフティングが基本となりますが、ドリブルの技術を応用した技や、地面に座った状態で行う技、ダンスの要素を取り入れたアクロバティックな技もあり、エンターテイメント性が高いのが特徴です。

ギネス世界記録更新

今回更新したのは、「1分間で最も多く靴底でサッカーボールをタッチした回数（Most touches of a football with the soles in one minute)」です。高橋さんは、それまでの世界記録である270回（オランダのレオン・ウォルラベンさんが2015年6月に達成した記録）を大きく上回る299回を8月24日にマークし、同タイトルにおけるギネス世界記録保持者となりました。

※

その後、レオン・ウォルラベンさんが340回で同世界記録を更新した事が12月2日に正式に認められました。

世界大会準優勝

高橋さんは2015年のフリースタイルフットボールのアジアチャンピオンであり、今年5月に開催された「日本・フリースタイル・フットボール・チャンピオンシップ2016」で優勝したことを受け、11月の「レッドブル・ストリートスタイル2016・世界大会」に日本代表として出場しました。同大会には世界各地から15歳以上のフリースタイルフットボーラー34名が集い、円形のステージ上で2名の選手が30秒ごとに交代しながら計3分間のパフォーマンスを行います。世界の強豪が並み居るなか、初挑戦ながら準優勝を勝ち取りました。

高橋さんのコメント

• FINAL BATTLE - Charly (Argentina) vs Kosuke (Japan) :: Red Bull Street Style 2016
• フリースタイルフットボールの世界大会で日本代表Kosukeが準優勝 | RedBull.com
• ギネス世界記録・公式サイト | ギネスワールドレコーズ
• フリースタイルフットボール世界大会（RBSS）、日本代表・Ko-sukeが準優勝 | DEAR Magazine
• 所さんのニッポンの出番 9月13日の放送｜TBSテレビ
• 東京工業大学 工学院 電気電子系・電気電子コース 伊藤研究室
• フリースタイルフットボールとは？ | JFFA 一般社団法人 日本フリースタイルフットボール協会

11月19日、東京大学武田先端知ビルで開催された、日本最大級の学生向けアプリ開発コンテスト「ジャパンハックス2016アワード（JPHACKS 2016 AWARDDAY）」において、本学博士後期課程学生のダシュデンベレル・バトチュナグさん（情報理工学研究科 数理・計算科学専攻 修士課程）を含むチーム「Ants（アンツ）」が、見事最優秀賞にあたるベストハック賞（Best Hack Award）を受賞しました。

ハッカソン^※と呼ばれるこのコンテストにおいて、ダシュデンベレル・バトチュナグさんたちのチームは、冷蔵庫にある材料をまとめて撮った写真1枚から画像認識を行い、その材料で料理できるレシピを紹介するシステム「CookBot」を発表しました。自らの経験から、料理を作るときに同じことで悩んでいる人は大勢いるのではないかという発想から、「CookBot」で次の3つの課題解決を実現しました。

※

ソフトウェア開発者が、一定期間集中的にプログラムの開発やサービスの考案などの共同作業を行い、その技能やアイデアを競うイベント。「hack（ハック）」と「marathon（マラソン）」を組み合わせた造語。

1.

冷蔵庫の中に残っている材料で作れそうな料理（レシピ）を簡単に見つけられる

2.

誰でもわかるように、最適な調理手順（アルゴリズム）を生成しテキストでなく可視化してくれる

3.

その調理手順を双方向の会話をとおして教えてくれる

このシステムはCookBot | Devpostからアクセスできるようになっており、画像認識や自然言語処理などの技術が用いられています。

ダシュデンベレル・バトチュナグさんのコメント

• CookBot
• JPHACKS 2016 最終審査結果を公開しました | JPHACKS
• 情報理工学院 数理・計算科学系

東京工業大学は、大隅良典栄誉教授がノーベル生理学・医学賞を受賞したことを機に、将来の日本を支える優秀な人材の育成、および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等の育成の推進など、研究分野の裾野の拡大を目的として、東京工業大学基金の中に「大隅良典記念基金」を設立しました。

大隅良典栄誉教授
© Nobel Media AB 2016　Photo: Pi Frisk

同基金への寄附金は、（1）学生に対する修学支援、（2）若手研究者に対する研究支援、（3）その他基礎研究を実施するための研究環境の整備に活用します。

2030年に世界トップ10に入るリサーチユニバーシティを目指している本学のさらなる飛躍に向けて、「大隅良典記念基金」の趣旨をご理解いただき、ご支援ご協力を賜りますようお願いいたします。

詳細は大隅良典記念基金ページをご覧ください。

• 東京工業大学基金「大隅良典記念基金」

理学院の前田和彦准教授と生命理工学院の中戸川仁准教授が、第13回日本学術振興会賞を受賞しました。

日本学術振興会賞とは

同賞は、独立行政法人日本学術振興会が、優れた研究を進めている若手研究者を見い出し、早い段階から顕彰してその研究意欲を高め、独創的、先駆的な研究を支援することにより、我が国の学術研究の水準を世界のトップレベルにおいて発展させることを目的に2004年に創設されたものです。

受賞対象者は、人文・社会科学及び自然科学の全分野において、45歳未満で博士又は博士と同等以上の学術研究能力を有する者のうち、論文等の研究業績により学術上特に優れた成果をあげている研究者となっています。 受賞者には賞状、賞牌及び副賞として研究奨励金110万円が贈呈されます。

記念受賞式は2017年2月8日に日本学士院にて開催される予定です。

前田和彦准教授

前田准教授は、水を可視光分解して水素を生成する半導体光触媒や、二酸化炭素を可視光エネルギーだけで燃料物質に変換する新しい光触媒を、独自の発想と方法で開発することに成功しました。太陽光の主成分である可視光を吸収して水を分解する半導体光触媒の開発は、水素エネルギー製造の観点から重要な課題です。従来、バンドギャップの広い紫外光応答型の光触媒は数多く開発されてきましたが、よりバンドギャップの狭い可視光を吸収して水を分解できる光触媒は皆無でした。前田准教授は、各々単独では可視光を吸収しない窒化ガリウムと酸化亜鉛を組み合わせて固溶体とすることによってバンドギャップが縮まることを予測し、可視光を吸収して水を分解できる光触媒の開発に成功しました。さらに、複数の金属成分を助触媒に組み込むという新たな着想により、可視光による水分解の量子効率を飛躍的に向上させただけでなく、有機半導体も安定な可視光応答型触媒となり得ることを予見し、窒化炭素を金属錯体助触媒と結合させた新しい光触媒の開発にも成功しました。従来技術では、安定な二酸化炭素分子を活性化するためには高温高圧が必要でしたが、前田准教授が開発したこの触媒は、可視光エネルギーを利用して、常温常圧下で二酸化炭素をエネルギーキャリアとして有用なギ酸へと高効率高選択に変換することを可能にしました。

中戸川仁准教授

生体内で不要となった成分を細胞の自食作用によって分解する「オートファジー」現象は、1950年代に発見されました。2016年ノーベル医学・生理学賞を受賞した大隅良典栄誉教授の出芽酵母の遺伝学的研究により、この現象に関わる多数の Atg 遺伝子群が同定され、分子的理解が加速的に進みました。また、近年、マウスなどのモデル生物を用いた研究により哺乳動物における生理的重要性なども示されましたが、その生化学的実態ついては長い間不明のままでした。中戸川准教授は、オートファジー反応において不要物を包む「オートファゴソーム」と呼ばれる脂質膜の形成機構を生化学的手法により解明することに成功しました。すなわち、この反応に関わるユビキチン様タンパク質Atg8が、Atg12-Atg5結合体の酵素活性により脂質分子ホスファチジルエタノールアミン（PE）と結合するメカニズムを解明し、試験管内再構成系を用いてAtg8-PE結合体が、実際に、人工膜小胞を繋ぎ合わせ半融合させる機能を有することを証明しました。さらに、特定の標的を認識して分解する選択的オートファジーという新しい現象の分子機構を解明し、Atg39、Atg40が核および小胞体の分解に関わることも明らかにするなど、この分野において大きな業績を上げました。

• 第13回日本学術振興会賞受賞者 前田和彦 | 日本学術振興会賞｜日本学術振興会
• 第13回日本学術振興会賞受賞者 中戸川仁 | 日本学術振興会賞｜日本学術振興会
• 東工大教員8名が平成28年度科学技術分野の文部科学大臣表彰で「若手科学者賞」を受賞 | 東工大ニュース
• 平成27年度「東工大の星」支援STAR　採択者決定 | 東工大ニュース
• 平成27年度「東工大挑戦的研究賞」授賞式を実施―独創性豊かな若手研究者に― | 東工大ニュース
• 石谷・前田研究室
• 中戸川研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 前田和彦 Kazuhiko Maeda
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 中戸川仁 Hitoshi Nakatogawa
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脳の市民研究制度『BHQスクール』を開設
―脳を健康にするライフスタイルを発掘するシティズンサイエンスの立ち上げ―

東京工業大学及び京都大学が参加している内閣府の革新的研究開発推進プログラム（ImPACT 山川プログラム）の企画の下、一般社団法人ブレインインパクト（理事長：山川義徳）（以下、「ブレインインパクト」といいます。）が、脳を健康にするライフスタイルを科学的に発掘するための活動の一環として、脳の市民研究制度『BHQスクール』を開始いたします。

BHQスクールでは、これまで専門家によって進められてきた脳の健康に関する研究に、一般の方々にも市民研究としてご参加いただきます。この市民研究では、ImPACT 山川プログラムが国際標準規格として提案している手法で開発された脳の健康指標（BHQ：Brain Healthcare Quotient）を用いることで、例えば、脳の健康状態に応じた食事や運動の方法、脳の健康を守るために最適な睡眠時間、脳の健康によい趣味や生活環境など、脳の健康を維持・向上させる様々なソリューションの発掘及び実証を行います。また市民による研究活動を専門家の視点からも科学することで、脳の健康に関する新しい研究の方向性も探索いたします。このようにBHQスクールを通じて、深い学術的知見を有する脳の専門家と多様な視点を持った市民の科学との交流という新たな研究開発スタイルを実践してまいります。

具体的に、BHQスクール参加者は、BHQ取得のためMRI（Magnetic Resonance Imaging：磁気共鳴画像法）による撮像を行い、「ご自身のBHQ」や「BHQから推定される脳年齢」等の情報からご自身の脳の健康状態を知ることができます。加えて、自らの生活改善によるBHQ変化を参加者同士で共有することで、脳によいライフスタイルの科学的発掘及び実証を進めるものです。

※

一般社団法人ブレインインパクトは、内閣府 総合科学技術・イノベーション会議（CSTI） 革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）「脳情報の可視化と制御による活力溢れる生活の実現」（プログラム・マネージャー：山川義徳）（本リリースでは、「ImPACT 山川プログラム」といいます。）の研究成果の社会実装を担う法人です。

脳の健康指標（BHQ）について評価

ImPACT 山川プログラムでは、国際標準化団体ITUとWHOが連携し進めているeHealthの検討枠組みの中で、脳の健康指標の共有や取り扱いなどの標準規格の提案を行っています。その標準規格として提案する手法に基づき、脳画像から脳の健康状態を示すBHQ（Brain Healthcare Quotient）という指標を開発しました。

BHQスクールでは、参加者ご自身の大脳皮質の量を指標化したGM-BHQと、神経線維の質を指標化したFA-BHQを活用いただきます。GM-BHQは、脳の灰白質と呼ばれる領域の神経細胞の広がり具合を指標化したもので、様々な学習に対する頭の柔らかさを示していると考えられます。一方、FA-BHQは、脳の白質と呼ばれる領域における神経線維のまとまり具合を指標化したもので、脳における情報の伝達効率を示していると考えられます（下図）。BHQは病気の診断や治療など医療行為として活用されるものではありませんが、今後、BHQスクールで研究を進めることで、指標の確からしさや利便性の向上に努めます。また、多様な生活シーンに応じた新たなBHQの開発も行うことで、BHQが広く社会で利用されるものになるよう進めてまいります。

BHQを通じた脳の健康状態の把握

ImPACT 山川プログラムでは、既に約150人分のBHQデータを解析し、全体的には年齢が高いほどBHQが低下する傾向があることを確認しました（下図）。これは年齢による脳の衰えを反映していると考えられ、BHQが脳の健康状態を表す指標として適切であることを示しています。

これらのデータを用いて、BHQスクールでは、参加者の皆様の脳が統計的に見て何歳程度に相当するかを推定脳年齢として算出いたします。それによって、実年齢に比べて脳の健康がどのような状態にあるかを把握することが容易になります。さらに、今回の制度を通してより多くの方のBHQを測定することで、将来的には加齢によって脳の健康がどのように変化するかなども明らかにできると考えています。

脳の健康によいライフスタイルの可能性

ImPACT 山川プログラムでは、これまでに、企業を対象とした「BHQチャレンジ」（旧「Brain Healthcare チャレンジ」 2017年より名称を変更）として、非医療分野の製品やサービスを用いた脳の健康によいアイデアを幅広く募集し、提案内容が脳の健康に与える影響を科学的観点から評価する活動を行ってきました。2015年の実施では、評価指標にGM-BHQとFA-BHQを用いて、オフィスでのストレッチやアートセラピーなど5つのアイデアについて、脳の健康への影響を評価しました（下図）。

BHQスクールではこれらのデータをもとに、参加者それぞれのBHQに応じて効果が高いと予測されるライフスタイル情報を共有いたします。参加者の方々にはその情報を参考にしていただき、ご自身のアイデアを持って研究を行っていただきます。このように、取り組みの全体的な結果も参加者で共有することで、個々人の職業や生活習慣に応じた脳の健康状態に応じたソリューションを明らかにしていきます。

BHQスクールでの市民科学の進め方について

BHQスクール参加者は、BHQ取得のためMRI（Magnetic Resonance Imaging：磁気共鳴画像法）による撮像を行い、「ご自身のBHQ」や「BHQから推定される脳年齢」等の情報からご自身の脳の健康状態を知っていただけます。加えて、自らの生活改善によるBHQ変化を参加者同士で共有することで、脳によいライフスタイルの科学的発掘及び実証を進めます。これら情報からご自身の脳の健康状態を知ることに加え、自らの生活改善によるBHQ変化についての情報を参加者同士で共有いただけます。情報の共有により、参加者個人それぞれが脳によいライフスタイルの科学的発掘及び実証を進めていきます。

※

BHQスクールは現在、招待制で取り組みの開発を進めています（ブレインインパクトが運営する、ImPACT 山川プログラムの成果の社会実装推進を議論する企業参加のコンソーシアム『B3C会議』の会員が主な参加者になっています）。一般の方の参加につきましては、もうしばらくお待ちください。

※

BHQスクールの取り組みについての取材等のお申込みにつきましては、ブレインインパクト問い合わせ先窓口(impact@bi-lab.org)までご連絡ください。

BHQスクールの企画・運営、大学の役割について

BHQスクールは、ImPACT 山川プログラムの企画の下、ブレインインパクトが運営を担い、京都大学、東京工業大学等と連携して開催いたします。各大学はそれぞれImPACT 山川プログラムに参加しており（研究責任者：京都大学こころの未来研究センター 特定准教授 阿部修士、東京工業大学科学技術創成研究院 教授 小池康晴）、本プロジェクトにはMRIの撮像拠点として参加し、複数拠点でも運用可能な標準的な脳情報の蓄積と解析の手法の開発等に取り組み、脳情報のインフラ基盤構築を進めます。今後もより多くの拠点に参加いただけるよう連携を進めてまいります。

一般社団法人ブレインインパクトについて

一般社団法人ブレインインパクトは、ImPACT 山川プログラムの研究開発成果の社会実装を加速することを目的の一つとして2016年3月に設立された法人です。当プログラムと連携し、異業種企業との共同研究支援の他、BHQチャレンジの活動支援、外部資金の調達、標準化や人材育成などの研究開発支援といった活動を行い、当プログラムの目標である脳情報を活用した新産業の創出の実現に向けた歩みを支援しています。

※

市民科学について
市民科学（シティズンサイエンス）とは、専門家だけではなく、一般市民も学術研究などの研究活動に参画することを意味します。

BHQレポート（サンプル）

• プレスリリース 脳の市民研究制度『BHQスクール』を開設―脳を健康にするライフスタイルを発掘するシティズンサイエンスの立ち上げ―
• 研究開発プログラム：山川義徳PM | 革新的研究開発推進プログラム ImPACT
• 小池・吉村研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 小池康晴 Yasuharu Koike
• 工学院 情報通信系
• 未来産業技術研究所
• 科学技術創成研究院（IIR）

理学院 地球惑星科学系の奥住聡准教授が、NHK BSプレミアム「コズミックフロントNEXT」に出演します。

当番組は、毎回、宇宙にまつわる謎に迫り、宇宙科学、天文学や科学史・技術史などの観点からひも解いていく科学番組です。今回は「惑星誕生のミステリー 1%の奇跡」と題して、奥住聡教授が研究する「微惑星の形成シミュレーション」について紹介します。

奥住聡准教授

奥住聡准教授のコメント

• 番組名
  NHK BSプレミアム「コズミックフロントNEXT」
• タイトル
  「惑星誕生のミステリー 1%の奇跡」
• 放送予定日
  2017年1月26日（木） 22:00 - 22:59
  （再放送）2017年2月2日（木） 0:00 - 0:59

• コズミックフロントNEXT
• 奥住聡准教授 ウェブサイト
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 奥住聡 Satoshi Okuzumi
• 奥住聡准教授が平成28年度東工大挑戦的研究賞を受賞 | 地球惑星科学系 News
• 平成28年度「東工大挑戦的研究賞」授賞式を実施－独創性豊かな若手研究者に－ | 東工大ニュース
• 巨大氷惑星の形成現場を捉えた―アルマ望遠鏡で見つけた海王星サイズの惑星形成の証拠― | 東工大ニュース
• 惑星形成環境の磁場強度に対する理論的制約の解明 | 東工大ニュース
• メディア出演情報一覧

科学技術創成研究院 先進エネルギー国際研究（AES）センターは、ニュースレター「AES News」No.8 2017冬号を発行しました。

AESセンターは、従来の大学研究の枠組みを越えて、企業、行政、市民などが対等な立場で参加する研究拠点である「オープンイノベーション」を推進しています。ここでは、低炭素社会実現のための研究プロジェクトを創生することを大きな目的の一つとしています。

本学教員と本センター企業・自治体が連携し、既存の社会インフラを活かしながら革新的な省エネ・新エネ技術を取り入れ、安定したエネルギー利用環境を実現する先進エネルギーシステムの確立を目指しています。

本センターの活動を、より多くの方々にご理解いただき、また、会員および本学教職員の連携を深めるために、ニュースレター「AES News」を2015年度より季刊誌として発行しています。今回は第8号となる2017年冬号をご案内します。

また、今回は同AES Newsの内容向上を目指し、アンケートを実施することとしました。是非ご協力をお願いします。

AES Newsに関するアンケート

ニューレターの入手方法

• 東京工業大学科学技術創成研究院 先進エネルギー国際研究センター
• ニュースレター「AES News」No.7 秋号発行
• ニュースレター「AES News」No.6 夏号発行

内閣府総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）タフ・ロボティクス・チャレンジ（プログラム・マネージャー：田所諭）の一環として、東京工業大学 鈴森康一（すずもりこういち）教授と株式会社ブリヂストン 櫻井良（さくらいりょう）フェローらの研究チームは、極限の災害現場で活躍可能なタフなロボット実現のカギの一つである油圧駆動のハイパワー人工筋肉の開発に成功しました。今回開発した人工筋肉は材料にゴムチューブを用いることにより軽量かつ衝撃や振動に強く、大きな力を出すことができます。この人工筋肉を用いることで、コンパクトで省エネ型のタフなロボットの実現が可能になります。また、将来的には、今までにない小型軽量で高出力の産業用・家庭用ロボットへの展開も期待されます。

ポイント

• 「軽くて強い力」―超軽量、ハイパワー（従来の電気モータや油圧シリンダに比べ約5～10倍の大きな「力／自重比」）。
• 「丈夫で壊れにくい」―高耐久性・高耐油性ゴムによる高い耐衝撃性と耐振動性を実現。
• 「優しくて力持ち」―大きな力も細かな力も多彩な作業や制御が可能。産業用および家庭用ロボット等幅広い用途への発展も期待されます。

研究の背景と目的

ImPACTタフ・ロボティクス・チャレンジでは、東日本大震災、阪神淡路大震災など、災害時の極限環境においても人命救助や安全確保に効果を発揮できるタフでへこたれない「タフロボット」の実現を目指しています。現在のロボットを災害環境下へ適用する際には、「現場で動けない」、「現場の状況が不明」、「失敗すると全体が破綻」、「作業条件が合わない」等が課題として挙げられ、それらの課題の克服が本プログラムの目標達成のために必要です。

本プログラムでは、災害現場のような過酷な環境下でも壊れにくく、機動性に富み、大きな力を使って災害復旧などに活躍できる「タフロボット」の実現を目指し、そのキーコンポーネントの一つである「タフ油圧アクチュエータ」の研究開発を進めています。アクチュエータとは、モータやシリンダに代表される「動きや力」を発生する装置の総称です。現在の大多数のロボットは民生用を中心に広く使用されている技術の延長として電気モータで駆動されますが、構造上、（1）「力／自重比」（発生力をアクチュエータの重量で割った値）が低い（重くて力が弱い）、（2）外部からの衝撃や振動に弱い（壊れやすい）、（3）状況に応じて大きな力を出すと同時に柔らかく動くことが難しい、という問題がありました。

上記の問題を踏まえ、東京工業大学とブリヂストンは、大きな力を出すことができ、かつ作業に応じて柔らかく動くことも可能な人間の筋肉に着目し、それを人工的に再現することを試みてきました。さらに人間では出し得ないような高い出力を目指すアプローチにより、平成26年度より共同して「ハイパワー人工筋肉」の研究開発を進めてきました。この人工筋肉は、ゴムチューブと高張力繊維から構成され、油圧で動作します。ゴムチューブと高張力繊維によりなめらかな動きを実現するとともに、油圧での動作を可能とすることで高い「力／自重比」、高い耐衝撃性／振動性、さらに、作業に応じて柔らかい動作も可能、といった特徴を有します。

外部からの衝撃や振動に対して頑強で、大きな力作業が行え、必要に応じて微妙な力の制御が必要な作業も丁寧にこなすことができる、従来に比べて格段に「タフな」ロボット実現に新しい道を拓くものです。

研究成果の概要

今回開発に成功したハイパワー人工筋肉は、「マッキベン型」と呼ばれるタイプの人工筋肉です。図1に示すように、ゴムチューブとその外周に編み込んだスリーブ（多数の繊維を円筒状に組み上げたもの）から構成されます。通常のマッキベン型人工筋肉は0.3 - 0.6 MPa（≒3 - 6 kgf/cm²）の空気圧で動作しますが、今回開発した人工筋肉では、油圧での駆動を可能とし、通常のマッキベン型人工筋肉より遙かに高い5 MPa（≒50 kgf/cm²）の圧力での動作を実現することで、格段に大きな力を発生させることに成功しました。研究チームでは、（1）優れた耐油性と変形特性を持つゴム素材を新たに開発するとともに、（2）高張力の化学繊維の編み方を工夫し、（3）高圧に耐えうるチューブ端末締め付け技術の開発に取り組みました。この結果、耐圧性と耐油性を高いレベルで両立させ、また、高い油圧を効率よく力の発生に変換できる、革新的軽量ハイパワー人工筋肉を実現しました。これは、従来の電気モータや油圧シリンダに比べて約5～10倍の大きな「力/自重比」の発現が可能な革新的なアクチュエータです。

図1. マッキベン型人工筋肉の構造

今回開発した人工筋肉は、ゴムチューブと編み込まれたスリーブにより構成されることから、外部からの激しい衝撃や振動に対して頑強であることも大きな特徴です。従来の電気モータで駆動されるロボットでは難しかった衝撃の加わる作業（例えば、インパクトドリルを使った壁の穴あけ作業や、コンクリート壁等の斫り（はつり）作業）が行えるタフロボットの実現が期待されます。

開発した人工筋肉の一例について、図2に動作の様子を、図3に特性をそれぞれ示します。図4には、簡単なロボット関節への応用例を示します。

図2. 開発した「油圧ハイパワー人工筋肉」の動作例

図3.

開発した人工筋肉の特性（外径15 mm、最大収縮力 7 kN(=700 kgf)、最大収縮率30%）（注：収縮率とは人工筋肉の収縮量を人工筋肉の元の長さで割った割合）

図4. ロボットアームへの応用例（左：2本の人工筋肉を用いたロボットアーム、右：6本の人工筋肉を用いたロボットの手首部）

人工筋肉を使用したロボットを用いたドリルによるコンクリート破砕デモの様子

今後の展開

今後、本人工筋肉を用いたタフロボットの開発・実用化を進め、安全安心社会と高度なロボットサービスの実現、普及に貢献します。またさらなる高性能化を目指し、産業用・家庭用ロボットのアクチュエータとしても幅広く普及、展開を目指します。

本成果は、以下の事業・研究プロジェクトによって得られました。

内閣府 革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）

プログラム・マネージャー：	田所諭
研究開発プログラム：	タフ・ロボティクス・チャレンジ
研究開発課題：	高出力人工筋肉の開発
研究開発責任者：	鈴森康一
研究期間：	平成26年度～平成30年度

本研究開発課題では、タフ・ロボットを実現するために不可欠な要素技術である、高出力高精度な油圧アクチュエータの開発に取り組んでいます。

田所諭 ImPACTプログラム・マネージャーのコメント

ImPACTタフ・ロボティクス・チャレンジは、災害の予防・緊急対応・復旧、人命救助、人道貢献のためのロボットに必要不可欠な、「タフで、へこたれない」さまざまな技術を創りだし、防災における社会的イノベーションとともに、新事業創出による産業的イノベーションを興すことを目的とし、プロジェクト研究開発を推進しています。

災害環境で作業を行うロボットには、軽量で高出力であること、高精度に大きな力を制御できること、十分な耐衝撃性を持つこと、など、屋内や工場などとは異なる「機械的なタフさ」が求められます。その実現のためには、電気モータと減速機を用いる方式では限界があり、油圧アクチュエータは不可欠の要素技術です。本研究は、5 MPaの油圧によって駆動することができる新しいマッキベン型の人工筋肉を開発したものであり、軽量でありながら従来の方式と比べて飛躍的に高い力を発生することができます。また、高精度制御で問題となる摺動摩擦を小さく抑えることができ、衝撃にも強いという特徴を有しています。このコンポーネントによって、災害などのきびしい環境下でのロボットの実用化が飛躍的に進むと期待されます。

ポイント

• 窒素-空孔センターの電子スピンレベルの変化を使った新たな電界センサーを開発し、デバイス内部の電界を直接観察することに成功した。
• 原子レベルセンサーをデバイス内部に形成することで、デバイス性能を損なわず、定量的かつ高空間分解能計測を実現した。
• ワイドバンドギャップ半導体による省エネルギーパワーデバイス開発の促進が期待できる。

概要

JST戦略的創造研究推進事業の一環として、東京工業大学の岩崎孝之助教と波多野睦子教授、産業技術総合研究所 先進パワーエレクトロニクス研究センター 牧野俊晴研究チーム長らのグループは、ダイヤモンドパワーデバイス^[用語1]内部に原子レベルの構造である窒素-空孔（NV）センター^[用語2]を形成し、高電圧動作中のパワーデバイス内部の電界強度を定量的にナノメートルスケールで計測することに世界で初めて成功しました。

低炭素社会への貢献が大きいパワーデバイスは、従来のSi（シリコン）半導体から、SiC（炭化ケイ素）、GaN（窒素ガリウム）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体^[用語3]を使った次世代パワーデバイスへ置き換えることで、さらに大幅な省エネ化、機器の小型化が実現できます。パワーデバイスは大きな電圧を保持することが重要な性能となりますが、これまでに電圧をかけたときのデバイス内部の電界を定量的に計測することができませんでした。

研究グループは、原子サイズのNVセンターの電子スピン^[用語4]レベルを電界で変化させる新たな電界センサーを提案し、パワーデバイスの内部に形成させた状態で光を検出することにより、デバイス内部の電界を定量的にその場で計測できることを実証しました。デバイスシミュレーションが困難な状況への適用も期待でき、パワーデバイスの動作計測を通して、次世代低損失パワーエレクトロニクス実現への貢献が期待できます。

本研究成果は、2017年1月23日（米国東部時間）に米国化学会の学術誌「ACS Nano」でオンライン公開されました。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

研究の背景と経緯

ダイヤモンド半導体は電力損失の少ない次世代低損失パワーエレクトロニクスを構築する高性能デバイス材料です。ダイヤモンドデバイスの実現により、自動車、鉄道、自然エネルギーによる発電とその送電、スマートグリッドの電力制御など大電力変換時の大幅な省エネルギー化が期待されています。新しい材料によるパワーデバイスの早期実用化に向けて、各デバイス内部の情報を検出し、デバイスの製造にフィードバックを行い、より効率的に開発を進めることが重要となります。

半導体デバイス内部の電界は、デバイス性能を決める重要な要素です。電界強度が材料を破壊する限界の電圧を超えると、システムは正常かつ安全に動作することができなくなります。予期せぬ動作や性能の詳細な解析には、パワーデバイスの内部電界を直接観察する技術が必要になります。現在、電気特性評価として走査型プローブ顕微鏡^[用語5]による方法がありますが、この場合は材料表面のみの計測となってしまい、定量的かつナノメートルスケールの空間分解能で内部電界を計測することは困難でした。

この問題を解決するために、研究グループはダイヤモンド半導体中の窒素－空孔（NV）センターを利用し直接デバイス内部の電界を計測する手法を開発しました。NVセンターはダイヤモンド格子中に1つの窒素原子と1つの空孔からなる原子レベルの構造であるため、ナノメートルスケールで電界、磁場、温度などの外部環境変化を計測することができます（図1）。NVセンターはダイヤモンドの大きなバンドギャップ中にエネルギーレベルを形成するため、熱的に安定であり、室温や大気中でも高感度センサーとして機能します。

図1. NVセンターによるダイヤモンドパワーデバイスの内部電界検出

（左図）NVセンターの構造図
（中央図）NVセンターの共焦点顕微鏡像
（右図）計測系およびデバイス構造
NVセンターとは、ダイヤモンド中の隣り合った炭素原子が窒素（N）と空孔（V）に置き換わったもので、高感度な磁気センサーや電界センサー、温度センサーなど幅広い応用が期待されている。中央図で、共焦点顕微鏡像中に見える明るい点が、デバイス中に作りこんだNVセンターからの発光。この発光の強さをマイクロ波および逆方向にバイアスをかけながら測定することで、デバイス内部の電界を検出することができる。

研究の内容

本研究では、NVセンターをダイヤモンドパワーデバイス内に作りこむことによって、デバイス内部にかかる高電界を定量的に直接計測することに世界で初めて成功しました。図1は、NVセンターを含むダイヤモンドpinダイオードの構造と電界計測のための検出系です。ダイヤモンドデバイスに窒素イオンを注入することで、NVセンター一つ一つを分離できる量のセンサーを表面から約350 nmの深さに形成しています。空間分解能は光の回折限界である約300 nmであるため、ナノメートルスケールの内部計測が可能となります。

パワーデバイスはスイッチがオフのときに大きな電圧を保持し、高い内部電界を発生します。そこで、pinダイオードの逆方向バイアス印加時（図2（a））における電界計測を行いました。また、NVセンターを導入してもデバイスは低いリーク電流を保っており、ダイオードとして動作していることを確認しました。

計測は光検出磁気共鳴法（ODMR）^[用語6]で行いました。緑色のレーザーで励起したときにNVセンターが出す赤色蛍光を観測することで、NVセンターが感じる電界を検出する方法で、NVセンターのスピンレベル間に対応するマイクロ波周波数位置で赤色強度が減少することを利用します。電界との相互作用により、このエネルギー位置が変化するため、ODMRでの共鳴点がシフトして、このシフト量から電界を定量的に求めることができます。図2（b）は逆方向にバイアスを上昇させたときのODMRスペクトルです。電圧が高くなるにつれ、発光強度の谷（共鳴点）が変化していく様子が確認できます。これは、NVセンターのN-V軸に垂直な電界E⊥を検出していることに対応します。共鳴点の位置から電界を算出した結果が図2（c）です。電圧の上昇に伴い電界も増加し、150 Vで約350 kV/cmになります。これはNVセンターで検出した電界で最も大きな値です。実験で得られた電界強度はデバイスシミュレーターの結果と一致しており、定量的にパワーデバイスの内部電界をナノメートルスケール計測できることを確認しました。

図2. 光検出磁気共鳴法（ODMR）による電界計測

（a）ダイヤモンドpinダイオードの電流電圧特性
（b）逆方向バイアス印加時のODMRスペクトル
（c）検出電界と電圧の関係
大きな電圧を印加することで発光強度が減少する発光強度の谷（共鳴点）の位置がシフトしていく様子が見られる。発光強度の谷同士の幅から電界を算出したものが右図。デバイスシミュレーションと一致していることから、この手法によりデバイスの内部電界を定量的に計測できていることがわかる。

今後の展開

本研究により、パワーデバイスの内部電界が定量的かつナノメートルスケールで計測できることを実証しました。この手法は、予期しない電界集中発生や大きなリーク電流下、絶縁破壊電圧印加時での電界測定など、正確なシミュレーションが困難な状況への適用も期待できます。また、複数のNVセンターを利用することで、電界強度をイメージングすることも可能になります。さらに超解像顕微鏡^[用語7]と組み合わせることで空間分解能を10 nm程度まで向上させられることや、パワーデバイスの動作解析を通して材料開発へのフィードバックが加速することで、次世代低損失パワーエレクトロニクス実現への貢献が期待できます。

また、ダイヤモンド中のNVセンター以外にも、SiC（炭化ケイ素）、GaN（窒素ガリウム）、AlN（窒化アルミニウム）、h-BN（六方晶窒化ホウ素）などさまざまなワイドバンドギャップ材料中に原子レベルの発光構造（SiC中のSi空孔など）があることが確認されています。発光構造の形成方法およびスピン制御技術の開発により、これらの材料に対しても、今回開発した計測手法が適用可能であると期待できます。

付記

本成果の一部は、公益財団法人東電記念財団 研究助成（基礎研究）の支援から得られました。

論文情報

掲載誌 :	ACS Nano
論文タイトル :	"Direct Nanoscale Sensing of the Internal Electric Field in Operating Semiconductor Devices Using Single Electron Spins" （単一電子スピンを用いた半導体デバイス内部電界の直接的ナノスケールセンシング）
著者 :	Takayuki Iwasaki, Wataru Naruki, Kosuke Tahara, Toshiharu Makino, Hiromitsu Kato, Masahiko Ogura, Daisuke Takeuchi, Satoshi Yamasaki, and Mutsuko Hatano
DOI :	10.1021/acsnano.6b04460

2016年12月15日、16日の2日間にわたり、大岡山キャンパスの百年記念館にて、IT特別教育プログラムの成果展覧会「The Day Break ～光（アプリ）が照らす。あなたにも、わたしにも。～」を開催しました。

本展覧会は、情報理工学院が開講するIT特別教育プログラムの演習科目「システム開発プロジェクト」の1年間の成果を、学生自身の運営により発表するものです。

IT特別教育プログラムとは

情報理工学院に設置されている修士課程学生、もしくは修士課程入学予定者を対象にした特別教育プログラムです。ソフトウェア開発に関する実践的な知識や経験を習得することを目的として、基礎科目群、基盤ソフトウェア科目群、ソフトウェア工学科目群、ソフトウェア開発科目群に分かれて開講しています。

システム開発プロジェクトとは

システム開発プロジェクトは、5～6名からなるチームを組み、アンドロイド端末とサーバー側アプリケーションとの連携システムを開発する、PBL型（Project Based Learning: 問題解決型授業）の実践的ソフトウェア演習科目です。与えられたテーマに沿って学生が自主的にチーム運営を行い、「自ら考え、行動する」ことが求められる授業です。

今年の開発テーマは『「東工大のイメージアップにつながるアプリ」を開発せよ。』でした。チームづくりは4月に始まり、デザイン思考や要求開発などの新しい技術を活用しながら、「誰」にとっての「何」を開発すべきか議論を進めました。様々なプログラム実装技術を駆使し、試行錯誤を繰り返しながら活動してきた9ヵ月の成果を、本展覧会では集約して展示しました。

成果展覧会

当日は開場と同時に学内外から訪れた見学者が続々と来場し、会場内は賑やかな雰囲気となりました。プレゼンテーションでは、各チームから自分たちが開発したアプリと、開発プロセスについて発表しました。自分たちがなぜこのアプリが東工大のイメージアップに繋がると考えたのか、誰をユーザと設定し、どんなユーザ課題を解決しようとしたのか、そしてその過程がいかに激闘の連続だったのかについて発表がありました。

プレゼンテーションも盛況

プレゼンテーションが終わると、それぞれの展示ブースを再び見学者が訪れ、制作した学生たちとの積極的な質疑応答が繰り広げられました。特に企業の方からは、「チームでの開発にどんな苦労があり、どんな工夫をして乗り越えてきたのか」「その体験を通して何を学んだのか、何を次に活かすのか」といった、開発プロセスに関する質問が多かったようです。まさに、それがこのPBL型演習で学んで欲しかったポイントです。また、企業の方からは実際のシステム開発の現場目線での厳しい質問もありました。学生にとって、自分たちが開発したアプリを実務の目で厳しくチェックしてもらい、フィードバックを得るという、よい経験になりました。

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  開発プロセスの説明をする学生

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  開発アプリにも鋭い質問が

来場者にはアンケートへの記入と、チームへの採点をお願いしました。その結果、部活マネージャーの支援アプリを開発した「KNOWHOW（ノウハウ）」が最高得点を得ました。また、1人暮らしの大学生向け夕食レシピの推薦アプリを開発した「チームつよそう」が優秀アプリ賞を獲得しました。

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  総合優秀賞の「KNOWHOW」

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  優秀アプリ賞の「チームつよそう」

優勝した「KNOWHOW」の開発アプリ・開発プロセスは、2017年1月27日（金）に大阪で開催される「enPiTシンポジウム」においてポスター展示が行われました。

• IT特別教育プログラム Cloud Bauhaus
• IT特別教育研究コース 成果展覧会 開催報告 | 東工大ニュース

発表のポイント

• 冥王星とその巨大な衛星カロンは、地球と月の形成と同様に、原始惑星のジャイアント・インパクト^[用語1]によってできた。
• そのジャイアント・インパクトの痕跡が、冥王星の赤道域に広がる褐色のクジラ模様、通称「クトゥルフ領域^[用語2]」だと考えられる。
• 地球形成領域から太陽系外縁部までにわたって、原始惑星同士が頻繁に衝突・合体する大変動を経て、現在の太陽系ができあがったことを示唆。

発表概要

2015年8月、探査機ニューホライズンズ^[用語3]は、冥王星に初めて接近通過し、観測を行った。その結果、冥王星表面には驚くほど多様な物質や地形が存在していることがわかった。その中でも目を引くのが、クジラ模様の褐色の地域「クトゥルフ領域」である。クトゥルフ領域は冥王星の赤道域に存在しており、何らかの大規模現象でできた可能性があるが、その成因は全くの謎であった。

東京大学 大学院理学系研究科の関根康人准教授、東京工業大学 地球生命研究所の玄田英典特任准教授らは、このクトゥルフ領域が冥王星の巨大な月カロンが形成したときのジャイアント・インパクトの痕跡であることを示した。関根准教授は室内実験によって、冥王星に存在する単純な分子種が、およそ50 ℃以上で数ヵ月以上加熱されると、クトゥルフ領域に存在するような褐色の有機物になることを明らかにした。玄田特任准教授は数値シミュレーションによって、そのような加熱がカロン形成のジャイアント・インパクト時に、クトゥルフ領域と同程度の位置や広さにわたって生じることを示した。冥王星以外のカイパーベルト天体^[用語4]にも、クトゥルフ領域に見られるような褐色物質が存在しているが、これまでその成因や多様性についての統一的な説明はなされていなかった。本研究は、カイパーベルトで頻繁に起きていたジャイアント・インパクトが、このような天体の色の多様性を生み出したという新たな描像も提案する。このことは、地球―月系の起源であるジャイアント・インパクトも含め、地球形成領域から太陽系外縁部までにわたって原始惑星同士が頻繁に衝突・合体するという大変動があり、これを経て現在の姿になったことを示唆する。

発表内容

冥王星は太陽系外縁部カイパーベルトに存在する準惑星であり、直径2,400 km程度の天体である。冥王星は地球と太陽との距離のおよそ30倍も離れた軌道を公転しており、大型望遠鏡をもってしても、地球から見ればほぼ点でしかない。地球と同じ太陽系のメンバーでありながら、その実態はほとんど謎に包まれた、太陽系に残された人類未到のフロンティアが冥王星であった。

2006年に打ち上げられたNASAの探査機ニューホライズンズは、9年の歳月をかけてカイパーベルトに到達し、2015年8月に冥王星に接近してフライバイ観測を行った。これは太陽系の未到領域に到達するという意味において、真に地平線を切り開く探査であったが、それ以上に人々を驚愕させたのは、探査機が明らかにした冥王星の姿に他ならない。研究者の多くは、冥王星をはじめとするカイパーベルト天体は、はるか昔に地質活動を終えた、クレーターだらけの退屈な氷の塊だと思っていた。しかし、実際の冥王星の表面を見ると、ハート形の氷河や氷の火山など、驚くほど多様な物質や地形に彩られていた（図1）。このような生きている天体“冥王星”の姿は全くの予想外であり、研究者だけでなく、広く一般の人々をも瞠目させるニュースとなったことは記憶に新しい。

図1.

探査機ニューホライズンズによって撮影された冥王星（右下）とカロン（左上）の写真（画像提供 NASA/APL）。冥王星の左下に、褐色のクトゥルフ領域が見える。

そのような冥王星の多様な物質や地形の中で、ひときわ目を引くのが赤道域に存在するクジラ模様、通称「クトゥルフ領域」である（図2）。クトゥルフ領域は赤道域を中心に、幅およそ300 km、長さおよそ3,000 kmに広がる、褐色に彩られた領域である。探査機ニューホライズンズの取得した分光データから、クトゥルフ領域は、水氷と褐色の高分子有機物が混合した物質でできていると考えられている。これまで、冥王星に限らずカイパーベルト天体に存在する褐色物質の候補として、大気中の化学反応でできる有機物エアロゾルが考えられてきた。しかし、このようなエアロゾルは全球的に生成し、地表面に比較的均一に分布するはずであり、クトゥルフ領域のように地域性の高い褐色物質の分布を説明できない。クトゥルフ領域は赤道全体のおよそ1/3を占めるため、この形成にはかつて冥王星でおきた大規模な物理・化学過程が関わっているはずであるが、その成因は全くの謎であった。

図2.

探査機ニューホライズンズが撮影した画像を基に、メルカトル図法で作成された冥王星の地図（画像提供 NASA/APL）。下図の点線は、クジラ模様の褐色の領域「クトゥルフ領域」を模式的に示している。

関根准教授と玄田特任准教授らは、クトゥルフ領域の成因に関して、冥王星の巨大な月であるカロンの形成に注目した。カロンは冥王星の衛星であり、その直径は冥王星の約半分と非常に大きな衛星である。これほど主天体に対して大きな質量の衛星を持つものは、太陽系では冥王星―カロン系と地球―月系しかない。このカロンの起源としては、地球―月系と同様、原始惑星が冥王星に衝突したジャイアント・インパクト（巨大天体衝突）説が提唱されていたが、あくまで仮説の一つであり、実証的な証拠にかけていた。

関根准教授と玄田特任准教授は、冥王星にジャイアント・インパクトが起きた場合、衝突地点付近の氷が加熱されて広大な温水の海ができ、そこで冥王星に元々存在していた単純な分子種が重合反応を起こして褐色の有機物が生成されるのではないかと考えた。この仮説を検証するため、まず、関根准教授は室内実験により、ホルムアルデヒドやアンモニアといった、カイパーベルト天体に普遍的に含まれる分子種を含む水溶液を、温度と反応時間を様々に変えて加熱した。つまり、巨大衝突後の温水の海の中での化学反応を実験室で再現した。反応後の水溶液や生成した有機物の色の変化を調べた結果（図3）、およそ50 ℃以上で数ヵ月以上の加熱時間の場合、冥王星に元々含まれる物質から、クトゥルフ領域と同様の褐色の有機物が生成することが明らかになった。

図3.

ホルムアルデヒドとアンモニアを含む水溶液を50 ℃で4ヵ月間加熱した可視透過スペクトル（左）と水溶液の写真（右）。元々の水溶液は無色透明だが、加熱によって複雑な有機物が生成し、水溶液の色が褐色になっていることがわかる。可視透過スペクトルを見ると、反応時間2ヵ月程度まで褐色化が進行している。

玄田特任准教授は、このような温度条件が、はたしてカロン形成のジャイアント・インパクト時に達成されるのかを数値シミュレーションによって調べた（図4）。その結果、カロンのような大きさの衛星を形成する衝突条件の場合、ほぼすべてのケースでクトゥルフ領域と同程度の広さの加熱領域が冥王星の赤道域を中心に形成されることが明らかになった。つまり、カロンを形成するようなジャイアント・インパクトが起きた場合、その帰結として必然的に赤道域に褐色の領域が形成されるのである。裏を返せば、クジラ模様のクトゥルフ領域が冥王星に存在することは、ジャイアント・インパクトによって冥王星―カロン系が形成したことを強く裏付ける物的証拠と言える。

図4.

冥王星へのジャイアント・インパクトでカロンを形成する数値シミュレーションの計算結果の1例（衝突速度はおよそ1 km/秒で、衝突角度は60度）。左が各経過時間におけるスナップショットで、右が衝突後の冥王星の表面および深さ200 kmにおける温度分布。色のコンターは温度を示す。この衝突条件の場合、カロンと同様の衛星が形成され、冥王星の赤道域が広範囲にわたって50 ℃以上に加熱される。

本研究は、冥王星―カロン系が、地球―月系と同様、ジャイアント・インパクトでできたことを示すものである。さらに本研究の結果、衝突の速度や角度を変えると、全球が褐色になる場合やほとんど加熱されない場合が生じることなども明らかになった。カイパーベルトには、冥王星の他にもマケマケやセドナ、エリスといった大型の天体が存在するが、これら天体の表面の色には多様性があることも最近わかってきた。例えば、マケマケやセドナは全球的に褐色な一方、エリスは白っぽい色をしている。これまで、このようなカイパーベルト天体の多様性の起源について、これまで統一的な説明はなかったが、かつてカイパーベルトではジャイアント・インパクトが頻発し、その結果として上記の多様性が生じたという、統一的な説明が、本研究で初めて提示された。

最新の太陽系形成理論によると、太陽系初期において火星よりも太陽に近い内側太陽系では、20個以上の原始惑星同士が数十回、ジャイアント・インパクトを繰り返して、現在ある4つの地球型惑星を作り上げたとされる。これらジャイアント・インパクトの引き金となったのは、木星や土星という巨大ガス惑星の形成と移動だと考えられている。そのような巨大ガス惑星の形成と移動が起きれば、海王星以遠の領域も同様に影響を受けて、原始惑星同士のジャイアント・インパクトが起きるだろう。本研究の結論は、巨大ガス惑星の形成と移動という最新理論とも調和的である。太陽系初期には地球形成領域から太陽系外縁部までにわたって、原始惑星同士のジャイアント・インパクトが頻発する大変動があり、これを経て太陽系は現在の姿になったと考えられる。

本研究の一部は、以下の研究費を受けて行われた。

• 科学研究費補助金 若手研究（A）・挑戦的萌芽研究（関根康人 26707024・16K13873）
  挑戦的萌芽研究（玄田英典 15K13562）
• 自然科学研究機構 アストロバイオロジーセンター・サテライト研究（関根康人）

論文情報

掲載誌 :	Nature Astronomy（英科学誌 ネイチャー・アストロノミー）
論文タイトル :	The Charon-forming giant impact as a source of Pluto's dark equatorial regions
著者 :	Y. Sekine*, H. Genda*, S. Kamata, T. Funatsu（*の著者は、本研究に対して同等の寄与を行った）
DOI :	10.1038/s41550-016-0031

東工大の教員5名が、公益財団法人井上科学振興財団（以下、井上財団）の第33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、井上財団により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。第33回の同賞では、関係する36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の154名に候補者の推薦を依頼し、そこから25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、自然科学の分野で過去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）の研究者で、優れた博士論文を提出した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42大学から142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2017年2月3日に開催される予定です。

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

• 村上修一（ムラカミ シュウイチ） ｜ 研究者検索システム 東京工業大学 STAR Search
• 理学院

井上研究奨励賞

• 井上中順（イノウエ ナカマサ） ｜ 研究者検索システム 東京工業大学 STAR Search
• 情報理工学院

• テキサス大学オースティン校

• 田原弘量 | 京都大学 教育研究活動データベース
• 京都大学

• 金正煥（キム ジョンファン）| 研究者検索システム 東京工業大学 STAR Search
• 元素戦略研究センター

関連リンク

• 井上科学振興財団
• 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
• 平野照幸研究員と関根亮二研究員が第30回井上研究奨励賞受賞 | 東工大ニュース

2月に本学が開催する、一般の方が参加可能な公開講座、シンポジウムなどをご案内いたします。

フランシス・ガリ世界知的所有権機関（WIPO）事務局長　東工大記念講演会

ガリ事務局長からは、主に国際的に活躍することに興味を持っている学生、研究者、技術者等に向けて、WIPO等の国際機関における勤務・連携の重要性についてご講演いただきます。また併せて、WIPOの高位幹部である高木事務局長補からは、日本人が国際機関で働くことの意義についてご講演いただきます。

日時	2月1日（水）14:30 - 15:25
会場	大岡山キャンパス蔵前会館1階 くらまえホール
参加費	無料
対象	本学の学生・教職員、一般
申込	必要

• フランシス・ガリ世界知的所有権機関（WIPO）事務局長　東工大記念講演会

東京工業大学工学院創設シンポジウム・記念式典

日時	2月2日（木）シンポジウム 15:00 - 17:40、記念式典 17:55 - 18:35、祝賀会 18:50 - 20:00
会場	大岡山キャンパス西9号館2階 ディジタル多目的ホール （祝賀会は百年記念館 3F フェライト会議室）
参加費	シンポジウム・記念式典は参加無料、祝賀会は会費2,000円
対象	本学の学生・教職員、一般
申込	必要

• 東京工業大学工学院創設シンポジウム・記念式典

社会人アカデミー主催 講座「コーヒーの科学」

世界で消費される「コーヒー」をめぐって、生産から焙煎・抽出の方法、さらには文化や健康などさまざまな観点から、初めての方にもわかりやすく解説します。

日時	1月21日（土） 10:30 - 16:10、1月28日（土） 10:30 - 16:40、2月4日（土） 10:30 - 16:40、2月18日（土） 10:30 - 16:10、2月25日（土） 10:30 - 14:30
会場	2月18日・2月25日：田町キャンパス キャンパスイノベーションセンターCIC410教室 2月4日：STOCK2階（東京都港区高輪2-16-4）
受講料	30,856円（税込み）
対象	一般（30名：最小開催人数10名）
申込	必要

• 社会人アカデミー主催 講座「コーヒーの科学」

第3回 大岡山健康講座

東京工業大学リベラルアーツ研究教育院と東急病院共催で、地域や沿線にお住まいの方々を対象にした、「第3回大岡山健康講座」を開催します。

日時	2月7日（火）14:30 - 16:00（予定）
会場	大岡山キャンパス蔵前会館1階 くらまえホール
参加費	無料
対象	本学の学生・教職員、一般
申込	必要

• 第3回 大岡山健康講座

中高生のためのプログラミング教室

「プログラミングをどうやって始めたらいいのかわからない」、「始めてみたけれど、ここがわからない」などの悩みをもっている中高生のために、大学生のチューターと一緒に学んでいくことができる「中高生のためのプログラミング教室」を開催します。

日時	2月19日（日）10:00 - 17:00
会場	大岡山キャンパス 西9号館 W933
参加費	無料
対象	プログラミング初心者の中高生
申込	必要

• 中高生のためのプログラミング教室

一部締め切りを過ぎているものがございますが、取材をご希望の場合はご連絡ください。

• プレスリリース
• イベントカレンダー

2016年12月21日、デンマーク王国のフレディ・スヴェイネ駐日大使が本学を訪問し、三島良直学長、大竹尚登副学長（研究推進担当）と懇談しました。スヴェイネ大使の本学来訪は、2006年11月にアナス・フォー・ラムスセン首相（当時）に大使が随行して以来、10年ぶりの2度目になります。

歓迎の挨拶に続いて、三島学長から2016年4月に開始した教育改革後の新教育システムの特色や産学連携の取り組み、重点研究分野の紹介を中心に本学の概要説明が行われ、スヴェイネ大使からは、学士課程から修士課程、修士課程から博士課程までの一貫教育やアクティブ・ラーニングを取り入れた具体的な目的について質問がありました。三島学長は、新教育システムにより、学生の履修機会を増やし、カリキュラムを学年ではなく達成度に応じて履修させることで、履修期間を短縮し、海外留学などに活用してもらうことを狙いとしていること、また、アクティブ ・ラーニングの導入により、従来受け身になりやすい学生の学習姿勢をより積極的なものにすることを 目的としていることを説明しました。

スヴェイネ大使は、デンマークに進出している日系企業、同国の大学の特色、日系企業と同国教育・研究機関の連携事例を紹介し、三島学長、大竹副学長と、産学連携や国際交流に関してさらなる意見交換を行いました。また、日本・デンマーク外交関係樹立150周年にあたる2017年も引き続き、デンマークと日本の様々な分野での連携を推進していきたい旨の要望が、スヴェイネ大使から伝えられました。

• デンマーク大使館

東工大ジャグリングサークル「ジャグてっく」の平野武さん（情報理工学院 情報工学系 情報工学コース 修士課程1年）が、10月8日～10日にかけて、国立オリンピック記念青少年総合センターで開催された「ジャパン・ジャグリング・フェスティバル2016」のチーム部門に出場し、見事優勝しました。ジャグリングとは、ボールや棒などの複数の道具や物を空中に投げ続けて巧みに操る技のことで、歴史的には大道芸やサーカスなどの曲芸やパフォーミングアートとして知られていますが、近年はスポーツとして愛好者が増え、競技会も活発に行われています。

ジャパン・ジャグリング・フェスティバルとは

日本ジャグリング協会主催による日本最大のジャグリングのイベントです。プロからアマチュア、初心者までジャグリングを愛する人たちが年1回一堂に会し、ジャグリングの楽しさや面白さを幅広く伝えること、日本のジャグラーが交流する機会とすること、そして日本のジャグリング技術の向上を図ることを目的に開催されています。競技会（チャンピオンシップ）では、出演者が決められた時間の中で演技をし、個人部門（男子・女子）、チーム部門（2人以上の出場者が規定の演技を行うルーティン）に分かれて、その技術の高さ、オリジナル性等を競います。

平野さんのコメント（チーム名：Furtners）

東工大ジャグてっくとは

ジャグてっくは東京工業大学の学生を中心としたジャグリングサークルです。 日々、学内で練習しており、毎週金曜日には近隣の小学校の体育館を借りて練習をしています。その練習の成果を披露する場として、毎年工大祭でステージ・パーフォーマンスとして、また図書館前で大道芸として演技しています。地域の幼稚園や小学校などの施設やお祭りなどでもパフォーマンスやジャグリング体験なども行っています。

• ジャグてっく「Japan Juggling Festival」男子個人部門優勝 | 東工大ニュース
• JJF2016 in Tokyo
• 東工大ジャグリングサークル ジャグてっく

ポイント

• 癌幹細胞は癌の進展と治療抵抗性、再発に深く関与する癌の責任細胞です。
• 悪性脳腫瘍などの手術時に頻用される光線力学診断薬5-ALAによる癌幹細胞の検出を、癌幹細胞が免れる仕組みを備えていることをマウス脳内移植実験などで明らかにしました。
• 鉄キレート（捕捉）作用を持つ既存薬DFOと5-ALAの併用で癌幹細胞の検出が可能になることも発見し、手術時に癌幹細胞を見逃さない手法への応用が期待できます。
• 癌幹細胞の代謝特性に影響を与える物質として鉄やヘムを明らかにしており、今後これらを標的として癌の再発リスクを抑える新たな診断・治療法の開発に道を拓くものです。

図1. 癌幹細胞の取りこぼしによる癌再発と改善策の発見

東京医科歯科大学 難治疾患研究所 幹細胞制御分野の田賀哲也教授、椨康一助教、Wenqian Wang大学院生らの研究グループと、東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の小倉俊一郎准教授らの研究グループは共同で、難治性の癌である悪性脳腫瘍などの術中診断薬（腫瘍細胞検出薬）として用いられている5-アミノレブリン酸（5-ALA）による検出を、腫瘍再発に深く関わる癌幹細胞が免れていることを明らかにし、癌幹細胞の代謝特性の解析から既存の鉄キレート剤デフェロキサミン（DFO）との併用で癌幹細胞の検出が可能になることを発見しました（図1）。この研究は文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究「癌幹細胞を標的とする腫瘍根絶技術の新構築」などの支援のもとでおこなわれたもので、その研究成果は、国際科学誌Scientific Reports（サイエンティフィック リポーツ）に、2017年2月7日午前7時（英国時間）にオンライン版で発表されました。

研究の背景

1981年以降日本人の死因の第一位は癌であり、現在も増加の一途を辿っています^[引用1]。「癌幹細胞」は癌を構成する多様な細胞を生み出す能力と自ら複製する能力を持ち、従来の放射線化学療法に抵抗性を示すことから、癌の進展と治療抵抗性、再発に深く関わる責任細胞と考えられており、癌の診断・治療法の開発にあたり考慮すべき重要な細胞です。

5-アミノレブリン酸（5-ALA）はその代謝産物で蛍光を発する性質をもつプロトポルフィリンIX（PpIX（ピーピーナイン））が腫瘍特異的に蓄積することから、悪性脳腫瘍などの摘出手術時に光線力学診断^[用語1]薬として用いられてきました。しかしながら、5-ALAを用いた術中診断法の癌幹細胞に対する有効性についてはこれまで十分に検討されてきませんでした。

そこで、本研究グループは脳腫瘍細胞についてフローサイトメーターによる1細胞レベルでのPpIX蛍光検出系を開発し、5-ALAによる癌幹細胞の検出効率を検証しました。

研究成果の概要

脳腫瘍の中でも頻度が高く予後の悪い悪性神経膠腫（グリオーマ）の癌幹細胞を用いて、5-ALA処理後に蓄積するPpIXの蛍光強度を比較したところ、癌幹細胞は通常の大多数の癌細胞よりもPpIXの蓄積が少なく、検出が困難であることが明らかとなりました。さらに免疫不全マウスの脳内移植実験において、特にPpIX蓄積性の低い（検出の困難な）細胞群が高い腫瘍形成能を有することが確認されました。

さらに研究グループは、PpIXがヘム（蛍光を発しない）へと変換される際に鉄（Fe）が付与されることに着目し、PpIXの蓄積に対する鉄のキレート効果を検証しました。その結果、鉄キレート剤デフェロキサミン（DFO）と5-ALAを併用することにより、癌幹細胞におけるPpIXの蓄積が通常の大多数の細胞における蓄積レベルまで劇的に亢進することが明らかとなり、5-ALAを用いた癌幹細胞の検出効率を著しく改善することに成功しました。

また癌幹細胞がPpIXの蓄積性が低い一因として、細胞内5-ALA代謝経路のうちPpIXからヘムへの変換後に作用するヘム分解酵素ヘムオキシゲナーゼ1（HO-1）の発現が癌幹細胞で高いこと、および細胞内への鉄取り込み受容体（トランスフェリン受容体）の発現も高いことが明らかとなり、癌幹細胞は5-ALAによるPpIXの蓄積を回避して、手術時の検出を免れる利己的な代謝特性を有していることが示されました（図2）。グリオーマ患者の遺伝子発現データベースを用いた解析からも、HO-1遺伝子の発現がグリオーマの中でも最も悪性度の高い神経膠芽腫（グリオブラストーマ）患者で高いことや、グリオーマ患者の予後との間に有意な相関が確認されました。

図2. 癌幹細胞に特異的なALA-PplX代謝と検出法の改良の可能性

研究成果の意義

本研究成果は、現行の術中診断法でグリオーマの癌幹細胞が検出・摘出できていない可能性を指摘しており、臨床診断学的に意義の大きな示唆を与える発見です。鉄キレート剤DFOは我が国で承認済みの既存薬であり、ドラッグ・リポジショニング^[用語2]を視野に入れた脳腫瘍診断薬への適応拡大も期待できます。また本研究では癌幹細胞の特性に影響を与える代謝関連因子として鉄以外にもヘムやHO-1の存在を明らかにしており、今後それらを標的とした新たな診断法と根治療法の開発が期待できます。

論文情報

掲載誌 :	Scientific Reports
論文タイトル :	Enhancement of 5-aminolevulinic acid-based fluorescence detection of side population-defined glioma stem cells by iron chelation
著者 :	Wenqian Wang, Kouichi Tabu, Yuichiro Hagiya, Yuta Sugiyama, Yasuhiro Kokubu, Yoshitaka Murota, Shun-ichiro Ogura & Tetsuya Taga
DOI :	10.1038/srep42070

リベラルアーツ研究教育院の中島岳志教授が、NHK Eテレ「100分de名著」に出演します。

「100分de名著」は、誰もが一度は読みたいと思いながらも、なかなか手に取ることができない古今東西の「名著」を、25分×4回の計100分で読み解く番組です。

今回は、インドを独立に導いた指導者マハトマ・ガンディーの「獄中からの手紙」を読み解きます。

中島岳志教授

中島岳志教授のコメント

• 番組名
  NHK Eテレ「100分de名著」
• タイトル
  ガンディー「獄中からの手紙」
  第1回 政治と宗教をつなぐもの／第2回 人間は欲望に打ち勝てるのか／
  第3回 非暴力と赦し／第4回 よいものはカタツムリのように進む
• 放送予定日
  2017年2月6日、13日、20日、27日（月）22:25 - 22:50
  （再放送）2017年2月8日、15日、22日、3月1日（水）5:30 - 5:55、12:00 - 12:25

• NHK Eテレ「100分de名著」：獄中からの手紙
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 中島岳志 Takeshi Nakajima
• メディア出演情報一覧

要点

• 室温で純粋な円偏光を発するスピン発光ダイオードの試作に世界で初めて成功
• 大電流下の発光で円偏光が増幅される現象を発見
• 生命科学、暗号通信など多分野での活用に期待

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院 未来産業技術研究所の西沢望特任助教、宗片比呂夫教授らは、室温で純粋な円偏光を発するスピン発光ダイオード（スピンLED）を世界に先駆けて創製した。

この新たなスピン^[用語1]LEDは、電流が小さいと偏光は起きないが、電流を大きくすると発光強度とともに円偏光の純度が上がる。室温での円偏光発光の壁となっていた半導体と磁性体金属の接合面で起こる非磁性物質の生成反応を抑制したことで達成された。将来的には超小型化や集積化が可能で、これまで考えられなかった、内視鏡に組み込みガン細胞を検出したり、特殊な暗号通信の伝送光に利用するなどへの応用が期待できる。

2017年2月8日に米国科学アカデミー紀要（PNAS）でオンライン掲載された。

背景

近年様々な種類の光が、理学、工学、医学など様々な分野で利用されている。その中で注目を集めているのが円偏光だ。これは、光の波の振動面（偏光面）がらせん状に右あるいは左方向に回転しながら進む光で、光学活性^[用語2]物質の選別、特に合成化学産業の分野で多用されている。ランプやレーザー光を分光器と様々なフィルターに通過させて作製される。しかし、この方法だと光源とフィルターの精密な位置合わせが必要であり、また装置全体の大型化や、円偏光回転向き切替え速度が遅いなどの問題がある。

研究の経緯

これまで円偏光のらせんの回転方向を司る電子の自転軸の向きを全て揃えるための原理開拓と、素子中の半導体と磁性体金属の接合で生じる非磁性物質の生成をなくす作製法の開拓が室温円偏光実現の最大課題と考えられてきた。

今回、宗片研究室で独自開発した“結晶性アルミナ中間層”によって、大電流を流していても接合面での化学変化を抑えこむことに成功した。これによって、大電流下の発光で円偏光が増幅される現象を発見することができた。半導体を用いたスピントロニクス素子を室温で駆動することを疑問視する専門家は多かったが、その疑問を打ち破る成果でもある。

研究成果

室温で純粋な円偏光を発するスピンLEDを世界に先駆けて創製した。このダイオードは、中間層に結晶性アルミナを用いて、電流が小さい時は自然光に近い偏光のない「無偏光」な発光であったものが、電流を大きくして発光強度を上げていくと円偏光の純度がみるみる上昇して純粋な円偏光に達する。この性質から、ダイオード中で発生した強い発光自体に円偏光を増幅する効果があると推定される。

図1. 結晶性AlO_xトンネルバリア

今後の展開

現状で素子中の結晶性アルミナ中間層は大電流通電状態で1週間程度の耐久性しかない。今後は、その品質をさらに向上させるとともに、円偏光を発する超小型レーザーの実現を目指していく。その過程で、今回判明した円偏光が増幅する原理が解き明かされる可能性がある。

地球上のあらゆる生物を構成する分子は光学活性があるので、円偏光を利用すれば、これまで観察困難だった生命活動を詳細に観察できるようになるかもしれない。また、円偏光を使った暗号通信への応用も期待される。

図2. 新光源という観点からの展望

図3. 円偏光

光の電場成分（黄色）が光の伝搬軸（z軸）の周りを
らせん状に回転する。

図4. 直線偏光

光の電場成分（黄色）が特定の面上を振動する。

論文情報

掲載誌 :	Proceedings of National Academy of Science of United States of America
論文タイトル :	Pure circular polarization electroluminescence at room temperature with spin-polarized light-emitting diodes
著者 :	Nozomi Nishizawa, Kazuhiro Nishibayashi, and Hiro Munekata
DOI :	10.1073/pnas.1609839114

東京工業大学生命理工学院は2016年10月に、ライフイノベーションの知の協創拠点として「生命理工オープンイノベーションハブ（LiHub：ライハブ）」を創設しました。LiHubは、生命科学やバイオインダストリーの現在と未来に対して、アカデミアとしての役割を社会に果たすことを目的としています。LiHubの母体である東京工業大学生命理工学院は、国内で最多の研究室（75研究室）を擁する生命科学と生命工学の学術組織です。LiHubはこの特色を生かし、生命科学と生命工学の最先端と、社会や産業との間をつなぐ協創の反応場となることを目指しています。産学交流の場として本フォーラムを開催いたしますので、奮ってご参加ください。

開催概要

日時	2017年2月22日（水）　13:30～17:00（受付13:15～）
会場	大手町 サンケイプラザ
参加費	無料
登録	参加申し込みフォームから事前登録をお願いします。

関連情報

• プレスリリース 生命理工 オープンイノベーションハブ キックオフ・フォーラムのご案内
• 東京工業大学　生命理工 オープンイノベーションハブ キックオフ・フォーラム
• 東京工業大学　生命理工 オープンイノベーションハブ キックオフ・フォーラム チラシ

要点

• 細胞内のタンパク質結晶化を利用し、分子フィルターを作成
• 生きたままの細胞内でターゲット分子の選択的集積を達成
• 3つのアミノ酸を欠損させるだけで結晶中に細孔空間を形成

概要

東京工業大学 生命理工学院の安部聡助教、上野隆史教授、理化学研究所（理研） 放射光科学総合研究センター 生命系放射光利用システム開発ユニットの平田邦生専任技師（科学技術振興機構さきがけ研究者 兼任）、山下恵太郎基礎科学特別研究員、京都工芸繊維大学の森肇教授らの研究グループは、分子フィルターの役割を果たすタンパク質結晶の細胞内合成に成功した。ある種のタンパク質が細胞中で結晶化することに着目して実現した。

このフィルターは細胞が生きたままでもターゲット分子を選択的に吸着させる点が特徴で、細胞内の解毒に威力を発揮する。また、タンパク質結晶は分子構造解析に用いられるため、細胞中で特定の分子を集積させることにより、これまで困難とされてきた細胞に内在する分子の構造や、それらの反応による構造変化を追跡する分子のカゴとしての利用も期待される。

この研究では、昆虫ウイルス^[用語1]が細胞感染時に作り出す多角体^[用語2]とよばれるタンパク質を用いた。多角体が細胞内で結晶化する際に結晶中に隙間ができるように、アミノ酸を欠損させた変異体を作成し、細胞内で細孔空間を有する結晶を作成した。わずか三つのアミノ酸を取り除いただけの変異体の結晶が、野生型では吸着しないアニオン性（陰イオン）の蛍光色素を細胞内で選択的に吸着することを見出した。この分子の設計には、わずか数マイクロメートル（μm）^[用語3]のサイズしかない微小結晶の構造解析が不可欠であり、大型放射光施設 SPring-8^[用語4]の微結晶測定用ビームラインBL32XU/BL41XUと自動データ収集・解析システムを用いることによって初めて実現可能となった。

今回の成果は日本学術振興会の最先端・次世代研究開発支援プログラムおよび科学研究費補助金の支援によるもので、化学・材料分野において最も権威のある学術誌の一つである「ACS Nano（米国化学会 ナノ材料誌）」のオンライン版で2月9日に公開された。

研究背景

多孔性の結晶材料^[用語5]は、ゲスト分子の貯蔵、分離や触媒反応場としての利用など様々な応用が可能な固体材料として注目されている。しかしながら、細胞内などの生体環境下で利用可能な多孔性材料の開発は安定性や設計性の問題から達成されていない。そこで、東工大の安部助教、上野教授らはタンパク質が細胞内で自発的に結晶化する現象に着目し、多孔性のタンパク質結晶を細胞内で合成して分子のフィルターの役目をするタンパク質の結晶性材料を構築した。

研究内容

同研究グループは細胞内で多孔性空間を有するタンパク質結晶のテンプレートとして、昆虫細胞内で合成される「多角体」とよばれるタンパク質結晶に着目した。多角体はウイルス保護という本来の機能のため、乾燥、有機溶媒に高い耐性と極めて高い安定性を示す。そこで、多角体タンパク質のアミノ酸側鎖を欠損した結晶を作成することにより、細胞内で選択的に分子を吸着するフィルター材料を構築した（図1）。具体的には多角体タンパク質の分子界面に位置するL4ループ^[用語6]を形成するアミノ酸残基のうち三つのアミノ酸残基（192 - 194番目のアミノ酸）を欠損させることにより、本来の結晶パッキングを維持したまま結晶内部の細孔を拡大した（図2）。

図1. （a）アミノ酸欠損による結晶内細孔空間の構築、（b）細胞内における結晶内への蛍光色素の吸着。

図2. 野生型多角体の結晶構造。分子界面に存在するL4ループ上のアミノ酸残基（192 - 194番目）を欠損した変異体を合成した。

L4ループの3つのアミノ酸を欠損し、作成した変異体は野生型と同様、昆虫細胞内で結晶を形成した。多角体結晶はわずか数マイクロメートルのサイズしかない微小結晶であるため、この変異体結晶の構造解析は大型放射光施設 SPring-8のビームラインBL32XU、BL41XUにて行われた。理研が開発したZOOシステム（自動データ収集システム）を用いて多量の微小結晶から測定を行い、KAMOシステム（自動データ処理システム）でデータ処理を行うことにより迅速な測定・構造解析が可能となった。

その結果、これらの変異体結晶は、結晶系や格子定数が野生型と同じであること、変異領域以外の構造がほとんど変化ないことがわかった（図3）。詳細な構造解析の結果、変異領域の分子間、分子内水素結合の数が減少し、分子間相互作用が弱くなり、変異領域の柔軟性が高くなっていることがわかった。

図3. 変異体結晶（オレンジ色）の結晶構造と野生型（マゼンタ色）の結晶構造の重ね合わせ。

作成した変異体結晶への試験管内、細胞内での吸着を行った。試験管内での蛍光色素の取り込みを検討した結果、アミノ酸を欠損した変異体では、アニオン性の蛍光色素の取り込み量や速度が野生型より大きいことがわかった。一方、双性イオンやカチオン性の色素では、ほとんど取り込み量に変化がない。さらに、細胞内においても野生型ではみられないアニオン性色素であるフルオレセイン^[用語7]の吸着が変異体結晶において観察された（図4）。

図4.

共焦点顕微鏡観察による細胞内で合成した野生型（a）、変異体（b）結晶への蛍光色素の吸着。
上図は1細胞の蛍光イメージ、下図はAからBの蛍光強度。

今後の展開

今回の研究では、細胞内で結晶を形成する多角体タンパク質の分子界面に位置するアミノ酸残基をわずか3残基欠損させることにより、細胞内での選択的分子吸着を可能とする多角体結晶の合成に成功した。この成果によって合成した結晶材料は、細胞内での選択的な分子認識や吸着、貯蔵が可能であるため、細胞内解毒に威力を発揮すると考えられる。また、タンパク質結晶は、分子構造解析に用いられることから、細胞内で特定の分子を集積させることにより、これまで困難とされてきた細胞内分子の構造解析や反応による構造変化を追跡する分子のカゴとしての利用も期待される。

論文情報

掲載誌 :	ACS Nano
論文タイトル :	Crystal Engineering of Self-Assembled Porous Protein Materials in Living Cells
著者 :	Satoshi Abe, Hiroyasu Tabe, Hiroshi Ijiri, Keitaro Yamashita, Kunio Hirata, Kohei Atsumi, Takuya Shimoi, Masaki Akai, Hajime Mori, Susumu Kitagawa and Takafumi Ueno
DOI :	10.1021/acsnano.6b06099