8月25日、中高生のためのプログラミング教室を開催しました。

講師リーダーの加茂雄也さん（情報理工学院 情報工学系 学士課程2年）のコメント

私はソフトウェア開発に興味があり、現在は情報工学系の授業などでプログラミングを勉強しています。

プログラミングには複雑な専門知識が必要なイメージがあるかもしれませんが、そういった知識がなくとも始めることが出来ます。

今回の教室で、参加者の皆さんに実際にゲームを作ってもらうことでプログラミングの難しいイメージを払拭し、身近に感じてもらえたら幸いです。

デジタル創作同好会traPとは

ゲーム制作を中心に、プログラミング、DTM（音楽制作）、2Dイラスト、3Dモデル、ドット絵、競技プログラミング、CTF（コンピュータセキュリティ技術を競う競技）など幅広く取り組んでいます。

デジタルコンテンツのチーム制作や技術共有を目的として、2015年4月に設立したサークルです。

また、ゲーム制作者交流イベントや中高生向けのプログラミング教室を主催するなど外部との交流も積極的に行っています。

• 中高生のためのプログラミング教室を開催しました！ | 東京工業大学デジタル創作同好会traP
• 東京工業大学 デジタル創作同好会traP
• デジタル創作同好会traPが中高生のためのプログラミング教室を開催(2018年 冬)｜東工大ニュース
• 東工大デジタル創作サークルtraPが、中高生のためのプログラミング教室を開催｜東工大ニュース
• 東工大デジタル創作サークルtraP（トラップ）が、中高生のためのプログラミング教室を開催｜東工大ニュース
• デジタル創作同好会traP｜サークル活動｜在学生の方

背景

今日の私たちが暮らす情報社会の次に訪れる未来社会として、サイバー空間とフィジカル空間を高度に融合させたシステムにより、経済発展と社会的課題の解決を両立する、人間中心の社会「超スマート社会（Society 5.0）」が提唱されています。この社会の実現に向けて、IoT（Internet of Things、モノのインターネット）やAI技術などを基軸とした製品・サービスが社会実装されていくことが求められますが、それを実現するにあたり生じる「データ量の増大」「消費エネルギーの増大」が課題として挙げられています。

これらの課題を解決するために、既存技術の延長線上には無い、高速化と低消費電力化を両立する次世代コンピューティング技術が注目されます。本プロジェクトを通じ、ソフト・ハード双方の面から量子アニーリングマシンの技術開発を一層促進し、きたるSociety5.0を支える新技術としての確立を目指します。

イジングマシン共通ソフトウェア基盤の研究開発 （事業代表者：早稲田大学）

早稲田大学、東京工業大学、情報・システム研究機構 国立情報学研究所、産業総合技術研究所、豊田通商株式会社、株式会社フィックスターズ、日本電気株式会社（以下、NEC。NECは早稲田大学の共同実施先）

Society5.0実現のため、先進的なモビリティサービスやスマートファクトリ、金融、創薬など多様な産業分野におけるディジタライゼーションの進展と、これに伴う高性能コンピューティングに対する社会的要請が高まっています。「最適化問題」、特に「組合せ最適化問題^[用語3]」は、Society5.0を実現する産業分野の至るところに内在し、難しいクラスの組合せ最適化問題であっても高速に最適解を求めることが、Society5.0の実現の成否を決めることになると言われています。

ここで組合せ最適化問題の高速解法のブレークスルーとして期待されているのが、量子アニーリングマシンをはじめとするイジングマシンです。いくつかのサンプルデータによれば、イジングマシンを活用することにより高速に組合せ最適化問題を解決できると言われています。しかも量子アニーリングマシンを支える基盤技術、例えば、超電導量子ビットや量子アニーリングによる組合せ最適化問題の高速解法はいずれも、90年代にわが国で提案され実証されたものです。

こうした背景のもと、現在、わが国でも量子アニーリングマシンや半導体によるイジングマシンをはじめ、活発にイジングマシンの研究開発が行われ、さまざまなイジングマシンハードウェアが提案・開発されています。ところが、現実課題とこれを解決するイジングハードウェアとの間に大きな乖離があり、いかにこの「乖離」を埋めるか、すなわち現実課題とイジングマシンとの中間層に、さまざまなイジングマシンアーキテクチャにとって共通的に動作する「ソフトウェア基盤」を構築するかが大きな問題となっています。

そこで本研究開発では、これらの問題を解決するため、現実課題とイジングマシンハードウェアの中間層として、ミドルウェア群および共通API^[用語4]等から構成される共通ソフトウェア基盤を研究開発します。その結果、現在までに開発された国内外のイジングマシンだけでなく、将来開発されることが見込まれるさまざまなイジングマシンにとって、共通的なソフトウェア基盤を提供することを可能とし、現実課題とイジングマシンハードウェアとの乖離を解消し、多様なイジングマシン上で複雑かつ多様な現実課題の解決を可能とします。

1.

早稲田大学：イジングマシン共通ソフトウェア基盤のための基本アルゴリズムと要素技術開発

2.

東京工業大学：イジングマシン共通ソフトウェア基盤評価のための量子アニーリング基礎理論開発

3.

情報システム研究機構 国立情報学研究所：イジングマシン共通ソフトウェア基盤評価のための古典アルゴリズム開発

4.

産業総合技術研究所：セキュリティ・マテリアルデザインアプリケーションの開発

5.

豊田通商株式会社：イジングマシン共通ソフトウェア基盤評価のための問題抽出と定式化検討、次世代モビリティ・ロジスティックス・サプライチェーンアプリケーションの開発

6.

株式会社フィックスターズ：イジングマシン共通ソフトウェア基盤評価のためのライブラリ開発とAPI開発

7.

NEC：ソフトウェアと連携した量子アニーリングマシンハードウェアのアーキテクチャ最適設計

超電導パラメトロン素子を用いた量子アニーリング技術の研究開発（事業代表者：NEC）

NEC、東京工業大学、早稲田大学、横浜国立大学、産業総合技術研究所（NECの共同実施先）、京都大学（NECの再委託先）

現状の量子アニーリングマシンは完成形でなく、現在の超電導量子アニーリングデバイスが持つ課題、すなわち高速計算の源泉とされる量子コヒーレンス^[用語5]と集積性を両立することが求められています。本プロジェクトではこの2つを両立し、国産の量子アニーリングマシンを実現するための要素技術開発を実施します。

参画機関合同で、超電導パラメトロン素子開発、3次元実装技術、信号読出・制御、およびそれらを支える理論検討・シミュレーションを通じて、量子アニーリングマシンの実現を目指すとともに、アプリケーション・ソフトウェアレイヤのソフトウェア基盤を開発する「イジングマシン共通ソフトウェア基盤の研究開発」と密接に連携して相互最適化を実現し、両者の強力な統合の実現を目指します。

Society5.0では、IoTによって、クラウドコンピューティングと有機的な結びつきを持った社会システムが成り立ちます。クラウドコンピューティングに全く新しい計算原理に基づくイジング計算が加えられることで、これまでは時間的制約で精度の低い近似解法に頼っていたような最適化問題に対し、短時間で精度の高い解を求めることができるようになります。このハードウェアの性能向上と共通ソフトウェア基盤開発の連携により、イジング計算を活用したアプリケーション開発が促進され、産業社会への波及効果を加速することができます。

1.

NEC、産業総合技術研究所：高コヒーレンス超電導パラメトロンアニーリング素子の研究開発、多ビット化を支える3次元実装技術の研究開発

2.

東京工業大学：多体相互作用の高効率な表現方法の研究開発、量子アニーリング機構の設計最適化技術に関する研究開発

3.

横浜国立大学：量子磁束回路を用いた量子ビット用制御・読出し回路の研究開発

4.

NEC、京都大学：量子ダイナミクスの高速並列シミュレーションによる量子アニーリングの性能評価の研究開発

• プレスリリース 量子アニーリングマシンを使いこなす共通ソフトウェア基盤の研究開発に採択 モビリティ、金融、創薬など多様な産業分野の組合せ最適化問題の解決へ
• プレスリリース 高効率・高速処理を可能とする量子アニーリングマシンの研究開発に採択 ―モビリティ・金融・創薬など多様な産業分野の組合せ最適化問題の解決へ―
• 西森秀稔教授が量子コンピューティング用語の国際標準策定グループのメンバーに就任│東工大ニュース
• 「量子アニーリング」理論を応用したコンピュータが登場 ― 西森秀稔│研究ストーリー│研究
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 西森 秀稔 Hidetoshi Nishimori
• 量子コンピューティング研究ユニット
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 研究成果一覧

科学技術創成研究院 量子コンピューティング研究ユニットの西森秀稔教授が、公益財団法人NEC C&C（エヌイーシー シー＆シー）財団のC&C賞を受賞することが決定しました。

西森教授による「量子アニーリングの提唱と、同概念に基づく計算機創出の基礎となったランダムスピン系の研究に関する功績」に対して贈られます。

西森教授のコメント

NEC C&C財団によると、C&C賞は1985年に創設され、情報処理技術、通信技術、電子デバイス技術、およびこれらの融合する技術分野の開拓または研究、あるいはこの分野の進歩がもたらす社会科学的研究活動について顕著な貢献があった研究者に対して授与される賞です。国内外から推薦された候補者の中から、原則として毎年2件以内（1件3名以内）に授与されています。2017年度までに67グループ、110名が受賞しました。その後、ノーベル賞や文化勲章を受章した研究者もいます。C&Cは「コミュニケーション技術とコンピュータ技術の融合（Computers and Communications）」という意味です。

表彰式典は2018年11月28日（水）にANAインターコンチネンタルホテル東京にて行われ、各受賞者には、賞状、賞牌、賞金（1件当たり1千万円）が贈呈されます。

本賞のこれまでの本学からの受賞者には、末松安晴栄誉教授、伊澤達夫博士、伊賀健一名誉教授、辻井重男名誉教授が名を連ねています。

• 2018年度C&C賞受賞者｜公益財団法人NEC C&C財団
• 公益財団法人NEC C&C財団
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 量子コンピューティング研究ユニット
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 西森秀稔 Hidetoshi Nishimori
• 「量子アニーリング」理論を応用したコンピュータが登場 ― 西森秀稔｜研究ストーリー｜研究
• 西森秀稔教授が量子コンピューティング用語の国際標準策定グループのメンバーに就任｜東工大ニュース

物質理工学院 応用化学系の教授で地球生命研究所主任研究員の吉田尚弘博士が、米国地球物理学連合（American Geophysical Union 。以下、AGU）のフェローに選出されることが決定しました。

AGUは、米国の首都に本部を持つ地球・宇宙科学分野の国際的な組織で、世界の137の国と地域に約6万人の会員を有し、創立100年の歴史を有する世界最大の学術連合です。

AGUは1962年以来、全会員の中で0.1%以内の、地球・宇宙科学分野に偉大なる貢献をした会員を相互に選出し、AGUフェローとして顕彰しています。授賞式および招待講演は約3万人が参加する秋季大会（今年はワシントンDCで12月に開催）において行われます。吉田尚弘教授のこのたびの授賞は、同位体置換分子種の新たな計測法の開発とそ生物地球化学と大気化学研究への応用による貢献が評価されたものです。

吉田教授は今回の授賞により、現在の本学教員では地球生命研究所所長の広瀬敬教授に次ぐ2人目のAGUフェローとなります。

吉田尚弘教授のコメント

• 南極大気の歴史をひも解く新たなアプローチ ―硫酸と硝酸の三酸素同位体組成の変動から―｜東工大ニュース
• 高水素濃度の特殊な温泉に含まれるメタンの起源を解明｜東工大ニュース
• 地球寒冷化を引き起こす大規模火山噴火の特定が可能に｜東工大ニュース
• 米国地球物理学連合AGU
• フェロー｜米国地球物理学連合AGU
• 吉田グループ（吉田研・豊田研・山田研）
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 吉田尚弘 Naohiro Yoshida
• 地球生命研究所（ELSI）
• 物質理工学院 応用化学系

8月18日、第54回全国国立工業大学柔剣道大会（以下、六工大戦）が東京工業大学大岡山キャンパスにおいて開催され、東京工業大学剣道部が剣道の部 団体戦で全戦勝利し、優勝を果たしました。

また、剣道の部 個人戦男子において第2類の齋藤海晟さん（学士課程1年）が準優勝、同個人戦女子では工学部 機械科学科の北原麗さん（学士課程4年）が第3位を獲得しました。

六工大戦は、東工大、北見工業大学、室蘭工業大学、名古屋工業大学、京都工芸繊維大学、九州工業大学の柔道部および剣道部が一堂に会して行われる大会です。柔道・剣道それぞれにおいて団体戦と個人戦があり、団体戦は6大学でリーグ戦を、個人戦は各大学6名ずつ出場してトーナメント戦を行います。

コメント

剣道部とは

全国国立工業大学柔剣道大会優勝と、関東学生剣道大会の全日本大会出場を二大目標に、部員一丸となって稽古に取り組んでいます。本学武道場にて、学士課程学生を中心に男子学生22名、女子学生2名の計24名が活動しています。

• 柔道部・剣道部「全国国立工業大学柔剣道大会」総合優勝｜東工大ニュース
• 剣道部「全国国立工業大学柔剣道大会」剣道団体戦2連覇、女子個人戦2位、総合優勝｜東工大ニュース
• 東京工業大学剣道部

東工大から申請したプログラム「『物質×情報＝複素人材』育成を通じた持続可能社会の創造」が10月3日、文部科学省の平成30年度卓越大学院プログラムに採択されました。

卓越大学院プログラムとは

博士課程を設置する日本の国公私立大学を対象として今年度から始まった新規事業です。

新たな知の創造と活用を主導し、次代をけん引する価値を創造するとともに、社会的課題の解決に挑戦して、社会にイノベーションをもたらすことができる博士人材（高度な「知のプロフェッショナル」）を育成することを目的とする事業です。

修士博士一貫のプログラムですが、採用された学生は、特別カリキュラムを履修できるだけでなく、経済的支援も受けられる予定です。

今年度は38大学54件の申請があり、うち13大学15件が採択され、本学からは申請した1件が採択されました。

プログラム概要

• 名称

  「物質×情報＝複素人材」育成を通じた持続可能社会の創造

• プログラム責任者

  和田雄二教授（物質理工学院長）

• プログラムコーディネーター

  山口猛央教授（科学技術創成研究院）

• 内容

  本プログラムでは、情報科学を駆使して複眼的・俯瞰的視点から発想し新社会サービスを見据えて独創的な物質研究を進める、以下の能力を発揮する「複素人材」を育成します。

  1.

  物質と情報の両分野にまたがる複素的な新しい考え方を生み出す独創力

  2.

  大量の情報から正しく社会の課題を設定する俯瞰力

  3.

  原子・分子レベルから社会サービスまでスパイラル的に繋げ持続可能な社会に向けた課題を解決する実行力

  4.

  新サービスを世界に展開する国際リーダーシップ力

  複素人材に期待するのは、持続可能な社会を構築するための物質と情報をリンクさせた新産業の創出です。

  元素戦略センターやスーパーコンピュータ「TSUBAME」を始めとする、本学が持つ高い学術基盤を活かすとともに、全6学院と科学技術創成研究院、リベラルアーツ研究教育院の総合力と、企業、国立研究開発法人、海外トップ大学との連携を活かした教育を展開します。

  修士課程から博士後期課程までの5年間の教育プログラムとして、全学横断型の学位プログラムである「物質・情報教育課程」を新設予定です。

• 連携先機関

  国立研究開発法人物質・材料研究機構、国立研究開発法人産業技術総合研究所、ライデン大学（オランダ王国）、マギル大学（カナダ）、マックスプランク研究所（ドイツ連邦共和国）、インペリアル カレッジ ロンドン（英国）、コーネル大学（アメリカ合衆国）、ソルボンヌ大学（フランス共和国）、清華大学（中華人民共和国）、トヨタ自動車株式会社、日産自動車株式会社、マツダ株式会社、株式会社ぐるなび、旭化成株式会社、富士フイルム株式会社、住友化学株式会社、三菱ケミカル株式会社、JX金属株式会社、東ソー株式会社、住友電気工業株式会社、三菱ガス化学株式会社、TDK株式会社、昭和電工株式会社、JFEスチール株式会社、株式会社東芝

• 平成30年度「卓越大学院プログラム」の選定結果｜文部科学省
• 卓越大学院プログラム｜文部科学省
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 山口猛央 Takeo Yamaguchi
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）

クリスマス・レクチャー日本公演2018を、9月15日、16日に大岡山キャンパス西5号館のレクチャーシアターで開催しました。午前と午後に1回ずつ計4回行われ、子どもや一般の参加者ら各回約200名、延べ約800名が出席しました。

「クリスマス・レクチャー」は、英国王立科学研究所（The Royal Institution of Great Britain。以下、RI）が青少年向けに開催するイベントで、190年以上続く人気の科学実験講座です。このクリスマス・レクチャーを日本で再現するイベントは1990年から始まり、東工大では2015年から毎年開かれ、今回は4回目です。英国側主催はRI、日本側主催は読売新聞社、共催東工大、後援駐日英国大使館・文部科学省で開催されました。

東工大は、2016年度からスタートした教育改革の取り組みの一つとして、新入生を対象とした「科学・技術の最前線」や「科学・技術の創造プロセス」などの実演・実験付き授業を開講しています。これらの授業はクリスマス・レクチャーを手本としており、レクチャーシアターを最大限活用した臨場感あふれる個性的な授業を展開しています。

大きな拍手で迎えられたスコット博士は笑顔と話術で観客を魅了し、「生物はどうやってコミュニケーションしているんだろう」と語りかけ、大人から子どもまで誰もが熱心に公演に見入っていました。本公演はすべて英語で行われましたが、一人ひとりに同時通訳の機械が配られ、英語が分からない人でも安心して楽しめるよう配慮がなされました。同時通訳の設備が整っていることはレクチャーシアターの特徴の一つです。また、登壇する子どもボランティアにはスコット博士がやさしく話しかけ、緊張気味の子どもたちを上手にリラックスさせていました。なかにはスコット先生に直接英語で受け答えをする子どももいました。

• 第27回英国科学実験講座 クリスマス・レクチャー日本公演2017 開催報告｜東工大ニュース
• 東工大版クリスマスレクチャー｜社会連携TOPICS｜社会連携
• Christmas Lectures｜国際フロンティア理工学教育プログラム
• クリスマス・レクチャー2018｜国際フロンティア理工学教育プログラム

要点

• ひも状のオリゴマー分子が、水中でナノカプセルと強く結合
• 短い分子は包み込み、長い分子は貫き通し構造を瞬時に形成
• 2つの様式の構造形成の鍵は、カプセル内での多点相互作用

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山科雅裕博士研究員、草葉竣介大学院生（修士課程2年）、吉沢道人准教授らは、ひも状分子のオリゴエチレンオキシドが、ナノカプセルに2つの様式で結合することを発見した。短いひも状分子はカプセル空間に内包されたが、長いひもはカプセル骨格を貫通した構造を形成した。分子カプセルとひも状分子を使った「貫通型ナノ構造体」の初の作製例であり、新たな分子機械や機能性ポリマー材料の開発が期待される。

酵素のタンパク質ポケット^[用語1]や合成カプセルの空孔はサイズや形状に依存して基質分子を結合するが、空間サイズより大きな基質は立体的に結合できない。特に、両親媒性^[用語2] ひも状分子のオリゴエチレンオキシドは幅広い分野で利用されているが、弱い相互作用のため、基質分子としての活用はほとんど未開拓だった。これまで非結合性と考えられていたこのオリゴマー分子^[用語3]が水中・室温で、瞬時かつ定量的に、ナノカプセルと結合することを見出した。結合様式は基質の長さに依存し、約3 nmまでのひも状分子はカプセル内部に包み込まれ、それより長いひも状分子はカプセル骨格を貫いて結合した。詳細な熱量分析から、この前例のない貫通型ナノ構造体の形成は、カプセル内面とひも状分子の多点相互作用が駆動力と判明した。

研究成果は株式会社リガクとの共同研究によるもので、10月12日付（英国時間）でNature Communications誌オンライン版に掲載された。

研究の背景とねらい

酵素はタンパク質からなるナノメートルサイズのポケットを利用して、特定の基質分子を結合する。化学的に合成した分子カプセルでも、その内部空間で基質を結合することができる。例えば、米国スクリプス研究所のレベックらは、ひも状の飽和炭化水素が分子カプセル内に取り込まれ、ラセン型構造を形成することを報告している^[文献1]。しかし、どちらの例も内部空間よりサイズ（体積）が大きな基質分子は、立体的な反発により結合できない。今回、この生物と化学の常識に反して、汎用的なひも状分子と合成カプセルを利用することで、カプセル空間より短いひも状分子は内包型で、長いひもは貫通型で結合されることを発見した（図1a）。熱量分析からこの前例のない貫通構造形成の駆動力は、カプセル内面とひも状分子の多点相互作用と判明した。

図1.

（a）ひも状分子とナノカプセルによる内包および貫通型ナノ構造体の形成（b）ナノカプセル1（R = -OCH₂CH₂OCH₃）と（c）ひも状分子の構造

合成カプセルとして、吉沢准教授らのグループが独自に開発したナノカプセル1を活用した（図1b）。芳香環に囲まれた約1 nmの密閉空間を持つナノカプセルは、水中で疎水性の硫黄クラスターや親水性の二糖のスクロース（ショ糖）を包み込むことができる^[文献2,3]。分子のひもには、親水と疎水の性質を合わせ持つオリゴエチレンオキシド（以下OEO; 図1c）に着目した^[文献4]。OEOは単純な繰り返し構造からなり、低い生体毒性と化学反応性のため、医薬や材料の分野で幅広く利用されている。その一方で、分子や固体表面との相互作用が弱いため、OEOの基質分子としての活用はほとんど未開拓だった。

研究内容

水中で、ナノカプセル1のOEOに対する結合能を調査した。まず、約2 nm長のOEOの5量体5EOをナノカプセルの水溶液に室温で添加したところ、瞬時かつ定量的にナノカプセルに包み込まれた（図2a左）。その溶液の¹H NMRスペクトルでは、ナノカプセルに由来するシグナルに加えて新たに、内包された1分子の5EOに由来するシグナルが、-0.2から0.3ppmの領域に観測された（図2b）。そのESI-TOF MSスペクトルから、内包体1・5EOの分子イオンピークが確認された。X線結晶構造解析より、カプセル空間の内径より長い5EOは丸まった構造で、完全に内包されることが判明した（図2d）。カプセル内面と5EOの間で、多点のCH-π相互作用^[用語4] と水素結合の形成が示された。また同条件の実験で、最長3 nm程度の8量体8EOまで、ナノカプセルに1分子内包されることが明らかになった。

図2.

（a）水中でのナノカプセル1とひも状分子5EOおよび10EOの結合形成（b）内包体1・5EOと（c）貫通体1・10EOの¹H NMRスペクトル（c）1・5EOのX線結晶構造および（d）1・10EOの最適化構造（外面親水基とカウンターアニオンは省略）

より長いOEOに対する結合実験を行った。OEOの10量体10EOは、約4 nmの長さで、ナノカプセル1の空間より1.1倍の体積を有するため、常識的にはこのカプセルに結合されない。ところが、10EOとナノカプセルを水中、室温で混合すると、1：1の比率の結合体1・10EOを形成することが質量分析で明らかになった。その¹H NMRスペクトルでは、内包された5EOと異なり、10EOに由来するシグナルが-0.5から1.8ppmの領域に、顕著にブロード化して観測された（図2c）。また、ナノカプセルのNMRシグナルの複雑化と温度可変のNMR測定、分子モデルによる考察から、長いひも状分子の10EOは、カプセル骨格の芳香環パネルの間を貫き通していることが明らかとなった（図2a右, 2e）。このような複雑な貫通型ナノ構造体が、ナノカプセルとひも状分子を水中で混ぜ合わせるだけで、瞬時にかつ100%の収率で形成した。

構造形成のメカニズムを解明するため、等温熱滴定型熱量計（ITC）による熱量分析を行った。その結果、大きな負のエンタルピーとエントロピー^[用語5]の変化値（ΔH = -60 kJ mol^-1, TΔS = -25 kJ mol^-1 at 25 ℃）が得られた。すなわち、結合の駆動力はエンタルピー支配であり、これはカプセル内面とひも状分子間の多点のCH-π相互作用と水素結合が効いていると判断した。また、ITCによる結合定数の算出から、貫通体1・10EOの高い構造安定性（K_a = 10⁶ M^-1）が示された。

さらに長いOEOとして、約9 nmの22EO（平均分子量1,000）を用いて、貫通型ナノ構造体の作製を行った。ナノカプセル1に対して小過剰の22EOを加えると、瞬時に10EOと同様のNMRスペクトルが得られた。滴定実験とITC測定から、1本の長いひも状分子が2つのカプセルを連続して貫いた構造体(1)₂・22EOを形成していることが判明した（図3）。また、ナノカプセルと約18 nmの44EO（平均分子量2,000）の反応でも、選択的に2：1の比率のダブル貫通体(1)₂・44EOが得られた。長いOEOと結合したカプセルは、ひもに沿ってシャトリング運動^[用語6]していることが示唆された。

今後の研究展開

吉沢准教授らは汎用的なひも状分子のオリゴエチレンオキシドと分子カプセルを組み合わせることで、水中・室温で瞬時かつ定量的に、内包型および貫通型ナノ構造体を作製することに成功した。今後は、ひも上で一次元的に移動できるカプセル骨格に、連結部位や刺激応答部位を導入することや、他の合成・生体関連のひも状分子を活用することで、新たな分子機械や動的な機能性ポリマー材料の開発に挑戦する。

論文情報

掲載誌 :	Nature Communications
論文タイトル :	Cramming versus Threading of Long Amphiphilic Oligomers into a Polyaromatic Capsule（芳香環カプセルによる両親媒性オリゴマーの内包と貫通挙動）
著者 :	Masahiro Yamashina, Shunsuke Kusaba, Munetaka Akita, Takashi Kikuchi, Michito Yoshizawa*
DOI :	10.1038/s41467-018-06458-w

• プレスリリース ナノカプセルを貫く分子のひもを発見
• “バイオプラスチック”を捕まえるナノカプセル｜東工大ニュース
• 硫黄ナノクラスターの“精密”質量分析法｜東工大ニュース
• “甘さ”を見分ける分子カプセル｜東工大ニュース
• 夢中になって研究していたら、面白い分子ができていた。～分子の自己組織化から見えてきた、化学の新しい可能性～ ― 吉沢道人｜研究ストーリー｜研究
• 穐田・吉沢研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 吉沢道人 Michito Yoshizawa
• 物質理工学院 応用化学系
• 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所
• 科学技術創成研究院（IIR）
• 研究成果一覧

要点

• オートファジーに必須のAtg2の機能に重要な領域を決定
• Atg2が脂質膜に結合することを解明
• Atg2がオートファゴソーム前駆体膜を小胞体に繋留するモデルを提唱

概要

東京工業大学 生命理工学院の小谷哲也博士研究員、中戸川 仁准教授、科学技術創成研究院の大隅良典栄誉教授らは、機能が全く分かっていなかったAtgタンパク質^[用語1]であるAtg2について解析を行い、Atg2が伸張中のオートファゴソーム前駆体膜を小胞体につなぎとめることを明らかにした。これまでオートファゴソームの膜の供給源の候補と考えられてきた小胞体とオートファゴソーム前駆体膜との関係を示した本研究成果はオートファゴソーム形成機構の解明への糸口となると期待される。

オートファジーは真核生物に備わった細胞内の分解機構。オートファジーではオートファゴソームと呼ばれる膜小胞^[用語2]が形成され、その中に分解すべきものを取り込む。大隅栄誉教授のグループが発見したAtgタンパク質と呼ばれるタンパク質群が協調的に働いてオートファゴソームは形成されるが、そのメカニズムはよくわかっていなかった。

研究成果は9月25日発行の米国科学アカデミー紀要 （Proc. Natl. Acad. Sci. USA）電子版に掲載された。

背景

オートファジーはタンパク質やリボ核酸（RNA）などの細胞質成分や細胞小器官を分解する機構であり、酵母からヒトにいたるまで真核生物に広く保存されている。栄養飢餓などによりオートファジーが誘導されると、隔離膜と呼ばれる扁平な小胞が現れ、分解対象を取り込みながら球状に伸張し、閉じることで二重の膜構造を持ったオートファゴソームが形成される（図1）。

完成したオートファゴソームはリソソームや液胞^[用語3]と融合し、リソソームや液胞の内部にある分解酵素によってオートファゴソームの内容物が分解される。これまでにオートファゴソーム形成に関わるATG遺伝子/Atgタンパク質が数多く同定されているが、個々のAtgタンパク質の膜形成における具体的な役割の理解は不十分であり、オートファゴソーム形成の詳細なメカニズムは未だに明らかになっていない。

研究の経緯

研究グループは、出芽酵母を用いてオートファゴソーム形成に関わるAtgタンパク質の一つであるAtg2の機能解析を行った。Atg2は1,592個のアミノ酸からなる大きなタンパク質だが、アミノ酸配列からは既知のドメイン構造は予測されない。Atg2はホスファチジルイノシトール3-リン酸（PI3P）^[用語4]と結合するタンパク質であるAtg18と複合体を形成して、Atgタンパク質の中で最後にオートファゴソーム形成の場に局在化することが分かっていたが、具体的な機能は分かっていなかった。

異なる生物種間でのAtg2の一次配列の保存性を調べると、N末端領域とC末端領域^[用語5]は非常に保存性が高いことが分かった。そこでこれら二つの領域に注目して様々なAtg2の変異体を作製し、オートファジーの活性を評価した。その結果、N末端領域とC末端領域内にAtg2の機能に重要な領域があることを突き止めた。

さらに酵母から精製したタンパク質と人工膜小胞^[用語6]を用いた試験管内での実験により、どちらの領域も膜へ結合する機能を有しており、この二つの膜結合領域を介してAtg2が二つの膜構造体をつなぎ合わせることを示した。また、C末端領域がAtg2の結合相手であるAtg18のPI3Pを含む膜への結合に必要であり、Atg2-Atg18複合体のオートファゴソーム形成の場への局在化に必要であることを明らかにした。

一方、N末端領域はAtg2-Atg18複合体がオートファゴソーム形成の場へ局在化した後に重要な役割を果たすこと、さらにAtg2と小胞体との結合に関与する可能性があることを示した。以上の結果から、Atg2はオートファゴソーム前駆体を小胞体につなぎとめて、オートファゴソームの形成を開始し、膜の伸張を媒介するモデルを提唱した（図2）。

今後の展開

オートファジーの研究は世界中で活発に行われているが、オートファジーの最大の特徴である二重の膜構造を持ったオートファゴソームの形成機構については、膜がどこからどのようにして供給されるのかなど、未だに多くの疑問が残されている。これまでに小胞体がオートファゴソーム形成のための膜の供給源であることを示唆する結果が報告されている。また、今回の研究によりAtg2が隔離膜と小胞体を繋ぎ合わせる可能性が示された。

しかし、小胞体から隔離膜へどのように脂質が輸送されるのかといった膜伸張反応に関する機構に関しては未だに不明のままである。Atg2が小胞体のどこと結合しているのか、結合した後に何が起きるのかを詳細に解析することで、膜伸張反応のメカニズム解明へと近づけると期待される。

オートファジーは神経変性疾患や癌といった様々な疾患と関連することが報告されている。オートファゴソーム形成機構の理解は、これらオートファジーが関わる疾患の治療のための創薬における基盤情報になると期待される。

論文情報

掲載誌 :	Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
論文タイトル :	The Atg2-Atg18 complex tethers pre-autophagosomal membranes to the endoplasmic reticulum for autophagosome formation
著者 :	Tetsuya Kotani, Hiromi Kirisako, Michiko Koizumi, Yoshinori Ohsumi, and Hitoshi Nakatogawa
DOI :	10.1073/pnas.1806727115

• プレスリリース オートファゴソーム前駆体を小胞体につなぎとめる ―「Atg2タンパク質」の役割を解明―
• 新しいMOOC「オートファジー」を世界に向けて公開│東工大ニュース
• オートファジー－ノーベル賞を受賞した大隅栄誉教授の研究とは│東工大ニュース
• 細胞の核と小胞体を分解する新しい仕組みを発見│東工大ニュース
• 顕微鏡観察がすべての出発点～あらゆる生物に備わる生存戦略「オートファジー」と出会って～ ― 大隅良典｜研究ストーリー｜研究
• 前田和彦准教授と中戸川仁准教授が第13回日本学術振興会賞を受賞│東工大ニュース
• 中戸川研究室―研究室紹介 #7―│生命理工学系 News
• 中戸川仁研究室
• 大隅研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 中戸川仁 Hitoshi Nakatogawa
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 大隅 良典 Yoshinori Osumi
• 生命理工学院 生命理工学系
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究センター
• 研究成果一覧

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、「AES News」No.15 2018秋号を発行しました。

ニュースレターを読む

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「オープンイノベーション」プラットフォームを推進しています。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し、社会実装することをその大きな目的の一つとしています。

季刊誌「AES News」は、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、年4回発行しています。

• 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.14 2018夏号発行
• ニュースレター「AES News」No.13 2018春号発行

要点

• Rad51タンパク質は1本鎖DNAにらせん状に結合してDNA鎖交換反応を触媒
• このRad51タンパク質がSwi5-Sfr1タンパク質で安定化されるしくみを解明
• ガン抑制に関わる相同組換え因子の機能解明に道

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院の岩﨑博史教授、伊藤健太郎研究員、黒川裕美子研究員、国立台湾大学の李弘文教授（Pro. Hung-Wen Li）、台湾国立中央研究院の冀宏源准教授（Assoc. Prof. Peter Chi）等からなる国際研究チームは、DNA相同組換えの中心的な反応である“DNA鎖交換反応”をつかさどるDNA―Rad51タンパク質^[用語1]複合体形成制御のしくみを世界で初めて明らかにした。

相同組換えは、全ての生物で起きる生命現象で、傷ついたDNAの修復や遺伝的多様性を生み出すのに必須の働きをしている。相同組換えは、似た配列を持つ（このことを“相同”という）DNA鎖の交換反応が中心的な反応で、Rad51リコンビナーゼ^[用語2]によって触媒される。

Rad51は、1本鎖DNAにらせん状に結合したフィラメント構造を作る。この構造体は、相同二重鎖DNAを検索してDNA鎖の交換を触媒する。しかしこの構造体は、かなり不安定であり、補助因子Swi5-Sfr1タンパク質複合体によって安定化される必要があるが、どのような分子機構でフィラメント構造が安定化するのか不明だった。

本研究では、フィラメント一分子をリアルタイムで観察することで、Rad51が1本鎖DNAへ結合・解離する過程を解析してSwi5-Sfr1複合体がRad51の解離を抑制しフィラメントの安定化を促進することを世界で初めて示した。

この成果は、10月8日（米国東部時間）付けの『Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA（米国科学アカデミー紀要）電子版』に掲載された。

研究成果

本研究では、Rad51が1本鎖のDNAと結合するとDNAを伸長させるという性質を利用して、（1） DNAの末端に微小なスチレンビーズを付加してビーズのブラウン運動を観察してDNAの伸長を検出する実験系、（2） DNA鎖を蛍光でラベルし、蛍光共鳴エネルギー移動 （Fluorescence resonance energy transfer: FRET）の原理を利用してDNAの伸長を検出する実験系を構築。1本鎖DNA上にRad51フィラメントが結合・解離する様子を一分子単位でリアルタイムに観察することに成功した。

これら2つの実験系を駆使し、様々な条件で解析した結果、まず、2～3分子のRad51が1本鎖DNA上に小さなフィラメント核を形成後、その核の末端にさらにRad51が結合してフィラメントが伸長していくことが分かった。さらに真核生物が共通して持つ複合体形成の促進因子であるSwi5-Sfr1タンパク質は、Rad51の1本鎖DNAからの解離を抑制することで、フィラメントを安定化することを明らかにした（図1）。

研究の背景と経緯

今後の展開

Rad51―単鎖DNAのフィラメント形成を制御する因子はSwi5-Sfr1タンパク質の他にも様々なものが存在することが知られている。有名なものでは、家族性乳ガンの原因遺伝子であるBRCA1、BRCA2などがある。これら因子がどのようにRad51―単鎖DNAフィラメントを制御するのか、より具体的な議論が可能となるばかりでなく、実際にこれらタンパク質を用いて解析ができれば、このガン抑制因子が、どのようにDNA鎖交換反応開始のスイッチとして働くのかという医学的に重要な分子機構に迫っていくことができる。

論文情報

掲載誌 :	Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA
論文タイトル :	Swi5–Sfr1 stimulates Rad51 recombinase filament assembly by modulating Rad51 dissociation
著者 :	Chih-Hao Lu, Hsin-Yi Yeh, Guan-Chin Su, Kentaro Ito, Yumiko Kurokawa, Hiroshi Iwasaki, Peter Chi, and Hung-Wen Li
DOI :	10.1073/pnas.1812753115

• 分裂酵母の性（接合型）変換を制御する新たな遺伝子を発見│東工大ニュース
• 遺伝子撹拌装置をタイミング良く染色体から取り外す仕組み│東工大ニュース
• 葉緑体増殖の基礎的しくみを解明―葉緑体分裂・増殖時にDNA分配を制御する酵素の発見―│東工大ニュース
• 岩崎博史教授が2016年日本遺伝学会木原賞を受賞│東工大ニュース
• DNA相同組換えの複雑な制御機構を解明 ―分裂酵母DNAヘリカーゼFbh1が多様な働き―│東工大ニュース
• 岩崎研究室 ―研究室紹介 #11―
• 岩崎研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 岩﨑 博史 Hiroshi Iwasaki
• 細胞制御工学研究センター｜東京工業大学 科学技術創成研究院
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 生命理工学院 生命理工学系
• 国立台湾大学
• 研究成果一覧

工学院 経営工学系の石田大輝さん（学士課程3年）がポケモンワールドチャンピオンシップス（以下、ポケモンWCS）2018のポッ拳部門（マスターディビジョン）に日本代表として出場し、世界4位に入賞しました。

ポケモンWCSは、ポケモンのゲーム部門、カードゲーム部門、ポッ拳部門に分かれて行われる世界大会で、今年は8月24日から26日にかけてアメリカのナッシュビルで開催されました。石田さんが出場したポッ拳部門はNintendo Switch（任天堂スイッチ）の「ポッ拳DX」を用いた、1試合最大5ゲームのうち3ゲーム先取の1対1のダブル・エリミネーション方式（2敗した時点で敗退となるトーナメント方式）で行われ、世界各国の予選で招待出場権を獲得した14名と、現地の最終予選を勝ち抜いた2名の計16名が決勝大会に進出しました。石田さんは3月に開催された日本大会で優勝し、日本の招待出場権を獲得しました。

石田さんは、1試合目に3対1、2試合目に3対0、3試合目に0対3、4試合目に3対2、5試合目に0対3で敗退し、4位となりました。

石田さんのコメント

• 「ポケモンワールドチャンピオンシップス2018」の優勝者を発表！｜ポケットモンスターオフィシャルサイト

東工大合氣道部が「第37回全日本心身統一合氣道競技大会」に出場し、個人の部で、主将の井上翔太郎さん（生命理工学院 生命理工学系 学士課程3年）と山崎雄大さん（工学院 電気電子系 学士課程2年）のペアが金賞、また団体の部では、東工大が銅賞を受賞しました。

本大会は9月23日、栃木県芳賀郡の心身統一合氣道会天心館道場で、「個人の部」と「団体の部」（それぞれ「中等部」「高等部」「大学部」）に分かれて行われ、日本全国から113名の学生が参加しました。

主将の井上さんのコメント

合氣道部とは

東工大合氣道部は1968年に活動を開始し、今年で創立50周年を迎えます。週4日の稽古のうち、心身統一合氣道会師範の小原英雄先生（心身統一合氣道七段）による稽古を週1回行っています。日々の稽古の中では「心が身体を動かす」ということを重視し、心と身体を一つにして用い、「相手の心を尊重して導く」ことを学んでいます。

• 東京工業大学 心身統一合氣道部 公式HP
• 第37回全日本心身統一合氣道 競技大会 結果発表｜心身統一合氣道会
• 東工大合氣道部が全国大会で金賞受賞 | 東工大ニュース

このたび本学同窓生の滝久雄氏が紺綬褒章^※1を受章され、益一哉学長から褒章（飾版）、褒章の記および木杯が手交されました。

「末松基金」^※2の趣旨に賛同された滝氏から多額の寄附をいただいたことを受けたもので、今年1月の紺綬褒章受章に続き本学からの申請では2回目の受章となりました。

※1

紺綬褒章は、公益のために私財（個人の場合500万円以上、団体の場合は1,000万円以上）を寄附した者を対象に、表彰されるべき事績の生じた都度、各府省等の推薦に基づき審査され授与されるものです。国、地方公共団体または公益団体（公益を目的とし、法人格を有し、公益の増進に著しく寄与する事業を行う団体であって、当該団体に関係の深い府省等の申請に基づき賞勲局が認定した団体）に対する寄附が対象となります。

※2

本学は2014年、末松安晴栄誉教授・元学長からの寄附を原資として東京工業大学基金の中に「末松基金」を設立しました。末松基金は、末松栄誉教授の、研究者だけが覗き見られる隠れた未来の姿を現実の社会へ引き寄せて定着させる活動が、澎湃として湧き出すことを望む思いを継承し、研究活動を奨励するため設立されたものです。

滝氏は1963年3月に本学理工学部 機械工学科を卒業後、1996年に飲食店情報サイト「ぐるなび」を創業し、現在は株式会社ぐるなびの代表取締役会長をされています。また、滝氏は第46回運輸省交通文化賞（1999年）、東京都功労賞（2003年）をはじめ、数々の賞を受賞しています。

• 本学同窓生 滝久雄氏が紺綬褒章を受章│東工大ニュース
• 勲章・褒章制度の概要│内閣府

科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所の細野秀雄教授（元素戦略研究センター長）が、米国材料学会（Materials Research Society、以下MRS）の最高位の学会賞であるフォン ヒッペル賞（Von Hippel Award）を受賞することが決定しました。表彰式と受賞記念講演「材料研究における元素戦略（Element Strategy in Materials Research）」は、2018年11月28日（水）、米国ボストンで開催されるMRSの秋学会で行われます。

MRSは、材料に関する学際的研究を促進することを目的に1973年に創設された世界最大の材料学会です。90以上の国・地域から集まる会員のうちの半数以上が米国以外の研究者で構成されており、その分野は化学、生物学、物理学、工学等多岐にわたります。

フォン ヒッペル賞は、アーサー・R・フォン ヒッペル教授（Arthur R. von Hippel, 1898-2003）を記念し、分野を横断した材料について際立った研究業績を挙げた研究者（会員・非会員を問わない）1名に毎年授与されています。本賞は今回で第42回を数えますが、日本人が受賞するのは初めてです。

受賞業績は「鉄系高温超伝導体の発見と透明酸化物半導体と無機エレクトライドの創出」です。

銅酸化物と並ぶ高温超伝導物質の新大陸となった鉄ニクタイド系超伝導物質、有機ELテレビなどに応用されているIGZO（イグゾー）等の酸化物半導体、そして温和な条件下でのアンモニア合成触媒への道を開いた無機エレクトライドの創出といった開拓的研究の業績が評価されたものです。

細野教授のコメント

• Von Hippel Award | Materials Research Society
• 細野秀雄教授が明かすIGZO（イグゾー）薄膜トランジスタ開発物語 Nature Electronics誌に発表│東工大ニュース
• 溶液塗布だけでできる透明p型アモルファス半導体を開発│東工大ニュース
• 貴金属を使わない高性能アンモニア合成触媒を開発│東工大ニュース
• 新たな発光材料の可能性を拓く「ナノコンポジット蛍光体」を開発 ―蛍光体探索の新たな道筋を示す―│東工大ニュース
• 新しいシート状物質「ホウ化水素シート（ボロファン）」の誕生 ～優れた水素吸蔵性能を有する新材料～│東工大ニュース
• 新アンモニア合成プロセス実用化へ ―細野秀雄教授 味の素、UMIと新会社―│東工大ニュース
• 東工大の研究グループが有機ELディスプレイの電子注入層と輸送層用の新物質を開発│東工大ニュース
• 希少元素を使わずに赤く光る新窒化物半導体を発見│東工大ニュース
• 電子を巧みに操り、物質の潜在能力を引き出す ― 細野秀雄（上）│研究ストーリー｜研究
• 電子を巧みに操り、物質の潜在能力を引き出す ― 細野秀雄（下）│研究ストーリー｜研究
• トムソン･ロイター引用栄誉賞に細野秀雄教授、大隅良典特任教授が選出│研究ストーリー｜研究
• 細野秀雄教授の研究が、高校の化学の教科書に掲載│東工大ニュース
• 細野秀雄教授が英国王立協会外国人会員に選出│東工大ニュース
• 細野・平松研究室 ―研究室紹介 #45―│材料系 News
• 細野・神谷・平松・片瀬研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 細野秀雄 Hideo Hosono
• 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 東京工業大学 元素戦略研究センター
• 物質理工学院 材料系

要点

• 水分に弱い水素結合とは原理的に異なる新しい会合性分子ユニットを発見
• 高分子量かつ分子量分布の広いアモルファス高分子へ適用可能
• アモルファス高分子材料への熱可塑性の付与やナノパターニング材料、物質輸送材料などへの応用に期待

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所の石割文崇助教、福島孝典教授らの研究グループは、同物質理工学院 応用化学系の戸木田雅利准教授、東北大学 多元物質科学研究所 高田昌樹教授（理化学研究所 放射光科学研究センターグループディレクター）と共同で、高分子鎖の末端に導入するだけでアモルファス高分子^[用語1]に3次元的な高次構造を誘起し、劇的な粘度の上昇をもたらす分子ユニットを開発した。

高分子に3次元の規則構造を誘起する技術^[用語2]は、ナノパターニング材料や物質輸送材料、フォトニック材料の開発など、様々な分野で重要となっている。研究グループは、特異な置換パターンを持つトリプチセン誘導体^[用語3]を、広く産業で用いられているポリジメチルシロキサン^[用語4]の末端のみに導入した新たな分子を作製。このテレケリックポリマー^[用語5]の構造を調べたところ、トリプチセンが入れ子状に自己集合した2次元シートが、規則的に積層して3次元構造を形成することを発見した。この構造変化によって、室温で液体だったポリジメチルシロキサンの粘度が1万倍以上に上昇したことで固体化し、熱可塑性^[用語6]を付与できることも明らかとなった。

このトリプチセン分子ユニットは、一見大きな会合力を持たないように見えるが、分析してみると非常に高い自己集合能力を持つ新しい会合性分子であることがわかった。このような高分子の末端修飾法は、様々な高分子系にも適用できると期待される。また、置換基の位置のみが異なるトリプチセン誘導体を導入しても上記のような構造化は全く示さないという興味深い結果も得た。

本研究成果は、2018年10月3日（米国時間）に米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載された。

研究の背景

高分子で3次元の規則的な構造を誘起することは、ナノパターニング材料をはじめ、物質輸送材料やフォトニック材料の開発など様々な分野で重要視されている。その実現のためには、自己集合（ミクロ相分離）を起こすブロックコポリマー^[用語7]を用いるのが一般的である。

一方で、高分子の末端部位のみを修飾したテレケリックポリマーでは、高分子鎖全体に対して末端ユニットは重量比が非常に小さいため、一般に高次構造の誘起は困難であると考えられてきた。実際、テレケリックポリマーで高次構造を誘起した報告例は、非常に強力な会合能を持つ多重の水素結合部位^[用語8]を導入した、分子量数千がDa（ダルトン）程度の低分子量体かつ、分子量分布^[用語9]の非常に狭いものに限られていた（図1右）。

図1.

今回発見した分子ユニット「1,8位置換トリプチセン」を導入したテレケリックポリジメチルシロキサン（左）と、既存の4重水素結合性官能基を導入したテレケリックポリ（オリゴ）ジメチルシロキサン（右）の物性差。

研究内容と成果

研究グループでは以前から、1,8,13位に置換基を持つ「三脚型トリプチセン」誘導体が、トリプチセンの2次元入れ子状パッキング（図1左下）によりシート構造を形成し、そのシートが1次元的に積層した規則な構造（2次元（D）＋1次元（D）構造）へと自己集合することを見出していた。今回、この三脚型トリプチセンと類似の構造を持つ1,8位に置換基を有するトリプチセン誘導体を、代表的なアモルファス高分子であるポリジメチルシロキサン（数平均分子量約2万Da、分子量分布 M_w/M_n = 約2）^[用語9]の鎖末端に導入し、合成を行った。その構造を大型放射光施設SPring-8（BL45XU）の放射光X線^[用語10]で解析したところ、トリプチセンはまず2次元シート構造を形成し、そのシートが約20 nmという1次元的に長周期に積層した「2D+1D構造」という規則的な構造に集合することが明らかとなった（図2）。

また、この高次構造化に伴い、末端修飾前は液体であったポリジメチルシロキサンの粘度が1万倍以上に劇的に上昇することがわかった。この粘度上昇により固体化し、加熱、冷却することにより可逆的に融解／固化を繰り返すような、熱可塑性を示すことも明らかとなった（図1左および図2）。

トリプチセン分子ユニットは、一見すると水素結合のような明確な相互作用を持たないにもかかわらず、非常に高い会合能力を有し、幅広い分子量分布を持つポリマーに対してわずか数%程度の導入率で高次構造を誘起することがわかった。（図1左および図2）。

図2.

無置換のポリジメチルシロキサン（上段）および「1,8位置換トリプチセン」を導入したテレケリックポリジメチルシロキサン（下段）の構造と物性

今後の展開

1,8位置換トリプチセン分子ユニットによる高次構造形成能を活かしたナノパターニング材料、物質輸送材料などの開発や、粘度の大幅上昇を利用した熱可塑性材料などの開発が期待される。さらに、本系では水素結合を利用していないことから、これらの高分子は水素結合を阻害する水分の存在下での使用も可能であると考えられる。現在、さらに高い会合能を持つ分子ユニットの開発を検討しており、今後、この末端修飾法の様々な高分子系への適用が期待される。

本成果は、科学研究費助成事業の以下研究支援により得られた。

論文情報

掲載誌 :	Journal of the American Chemical Society
論文タイトル :	Terminal Functionalization with a Triptycene Motif That Dramatically Changes the Structural and Physical Properties of an Amorphous Polymer
著者 :	Fumitaka Ishiwari, Gen Okabe, Hibiki Ogiwara, Takashi Kajitani, Masatoshi Tokita, Masaki Takata, and Takanori Fukushima
DOI :	10.1021/jacs.8b09242

• プレスリリース アモルファス高分子の高次構造形成や粘度上昇をもたらす分子ユニット ―わずか数%で高分子物性が劇的に変化―
• プラスチックに数層の分子配向膜を形成する手法の開発とその応用に成功│東工大ニュース
• 新しい不斉源「トポロジカルキラリティ」の機能を解明│東工大ニュース
• 混ぜるだけで簡単に有機エレクトロニクス材料を合成―新反応により多様なπ共役化合物合成を簡便・低コストで実現―│東工大ニュース
• 紙おむつの材料から新しいカルシウムセンサーを開発│東工大ニュース
• 革新材料・グラフェンの大量生産に大きな指針―電子レンジとイオン液体で高速、高効率なグラファト剥離に成功―│東工大ニュース
• 高秩序な大面積分子集積膜の構築に成功―基材を選ばず、簡単な成膜法により均一な有機薄膜形成が実現―│東工大ニュース
• 超ルイス酸性分子の開発に成功│東工大ニュース
• 福島研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 福島孝典 Takanori Fukushima
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 石割文崇 Fumitaka Ishiwari
• 化学生命科学研究所
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 物質理工学院 応用化学系
• 研究成果一覧

「夏の電脳甲子園」として、高校生・高専生が4日間をかけて難題を解くプログラムを作成し、その性能を競う「スーパーコンピューティングコンテストSuperCon（スーパーコン）2018」（以下、スーパーコン）の本選が、8月20日から8月24日にかけて東京工業大学学術国際情報センターで開催されました。

東京工業大学学術国際情報センター、大阪大学サイバーメディアセンターが主催するスーパーコンは、高等学校もしくは高等専門学校の高校相当学年の学生からなる2～3人のチームが、スーパーコンピュータを駆使して難問を解くプログラミングコンテストで、今年は本学のTSUBAME3.0が使用されました。35チームの応募があり、その中から予選により22チーム（東日本12チーム、西日本10チーム）が選抜されました。本学の会場には東日本12チームが、大阪大学サイバーメディアセンターの会場には西日本10チームが集まり、本選を戦いました。

今年の本選課題

今回のプログラムの作成では、いかに効率よく計算を行うプログラムを作るかということ がポイントとなります。

課題 ： 問題の入力として量子回路を与える。入力は、

で与えられる。

量子ビットの数Nは25≤N≤30、量子ゲートの数Kは500≤K≤2000、各G__iは量子ゲートの種類を表していて、パウリX変換 X、パウリZ変換 Z、アダマール変換 H、コントロールX変換 CX、コントロールZ変換 CZ、トフォリ変換 CCXのいずれかである。ただし、Hの総数は125以下とする。

量子ビット｜00･･･0〉を量子回路の入力としたときに、その量子回路から出力される量子状態を測定した際に得られる確率が一番高い測定結果とその確率を問題の解とする。この問題を解くプログラムを作成せよ。確率は相対誤差10^^-5未満を正解とし、順位付けは、「計算結果が正しいものが多い方が上位」「計算結果が正しいものが同数の場合は実行時間の総和が小さい方が上位」というルールに従って決める。

本選課題の詳細はSupercomputingContest2018からご覧いただけます。

発表会・表彰式

本選結果

上記発表会・表彰式において、1位から3位までのチームにメダルと賞状が、佐藤 勲理事・副学長から贈呈されました。

また優れたアルゴリズムやプログラムを作成したチームに贈られる学会奨励賞（電気情報通信学会通信・システムソサイエティスーパーコンピューティング奨励賞、情報処理学会若手奨励賞）は3位のチーム「SHIROXTL」が受賞しました。

競技結果

来年も「夏の電脳甲子園」の熱戦を期待しています。

• 第23回スーパーコンピューティングコンテスト本選開催報告｜東工大ニュース
• 第22回スーパーコンピューティングコンテスト本選開催報告｜東工大ニュース
• 「夏の電脳甲子園」第21回スーパーコンピューティングコンテスト開催報告｜東工大ニュース
• Supercomputing Contest - Supercomputing Programing Contest Official Site
• SupercomputingContest2018
• [GSIC]東京工業大学学術国際情報センター
• 大阪大学サイバーメディアセンター

9月24日から25日に中国・北京の清華大学で開催された「第1回国際工学教育フォーラム」（以下、フォーラム）に益一哉学長が基調講演者として招待され、関口秀俊副学長（国際連携担当）と共に出席しました。

• 東工大・清華大学大学院合同プログラム｜国際交流TOPICS｜国際交流
• 世界で活躍する同窓生 東工大・清華大学大学院合同プログラム修了生｜社会連携TOPICS｜社会連携
• 清華大学との大学院合同プログラム｜特色ある国際交流の取り組み｜国際交流
• 東京工業大学・清華大学 大学院合同プログラム
• 清華大学
• 蔵前工業会

7月3日、教育革新センターとリベラルアーツ研究教育院が推進しているGSA（Graduate Student Assistant、大学院生アシスタント）プログラムの4回目となる認定証授与式が、大岡山キャンパス西9号館にて開催されました。

GSAとは ―学士課程学生の学びを支援し自ら学ぶ―

GSAは教員と協働で学士課程の教育活動などに携わる大学院生アシスタントのことで、文部科学省の支援事業である「学びのコミュニティ」をサポートします。「学びのコミュニティ」は、構成員の学士課程学生、大学院生、教職員が相互に学びあうことを目指しており、その中で、GSAは授業等を通じて学士課程学生の学びを支援し、自らの学びを深めていきます。

社会の中でチームの力を最大限発揮するためには、従来の「指導」型リーダーシップではなく、「支援（ファシリテーション）」型リーダーシップや人としての総合力が不可欠です。GSAプログラムでは現在3つのコースを設けて、生涯に渡って非常に重要なこれらの力を、大学のカリキュラムのなかで身に着けることができる仕組みを提供しています。学生の学びを支援するGSA-F（GSAファシリテーター）、学生の執筆活動を支援するGSA-R（GSAレビューアー）、オンライン教材を制作するGSA-D（GSAデベロッパー）のコースですが、いずれも試験の点数の良し悪しだけではなく、教職員や他の学生との関わりの中で自らやチームメンバーをどのように活かすことができるかが評価されます。規定の条件を満たすと、学びのコミュニティの中でGSAとしての責務を果たした証として、教育革新センターから認定証が授与されます。

13名にGSAファシリテーター認定証を授与

今回対象となったのは、今年度第1クォーターに開講した「リーダーシップアドバンス」の履修者です。「リーダーシップアドバンス」は、学士課程1年目の学生の必修科目「東工大立志プロジェクト」に教員と共に積極的に関わり、ファシリテーター型リーダーシップについて実践的に学ぶ修士課程科目です。この科目は、前年度に「リーダーシップ道場」でリーダーシップの基礎を学び、好成績を修得していないと履修することができないというハードルの高い条件がついている点でも特徴的です。今回は、この「リーダーシップアドバンス」で好成績を修得した24名のうち、出席者13名にGSA-F認定証が授与されました。

今年度新しく教育革新センター長に就任した井村順一教授は、一人ひとりへの授与を終えた後、後輩の学びに深く関わりながら自らも成長した学生達を称えました。

「後輩のロールモデル」として

いずれの教授からも「認定証を受け取ったことがゴールではない、むしろこれをスタートとして活躍し、後輩のロールモデルとして道を示してほしい」との熱い期待が述べられました。この認定証は単にプログラムを修了したという証ではなく、GSAプログラムが認めるファシリテーターとなった証であり、受け取った人はその能力を活かすことが求められているのです。

最後は学生代表からの大変頼もしい挨拶で締めくくられました。「授業を通して、他の人を信頼し、他の人に委ね、そして他の人と共に成長するというファシリテーター型のリーダーシップを学びました。関わった人すべてにとってプラスに働くこのスキルを活かして、今の日本、いや世界をより良くすることの手伝いができればと思います」

本プログラムは順調に成果を上げており、これまでに、GSA-F（GSAファシリテーター）36名、GSA-R（GSAレビューアー）40名、GSA-D（GSAデベロッパー）8名、合計84名の大学院生アシスタントが誕生しています。

• GSA（大学院生アシスタント）プログラム初の認定証授与式を開催｜東工大ニュース
• 教育革新センター
• コア学修｜教育｜リベラルアーツ研究教育院
• 「学びのコミュニティ」をサポートする大学院生アシスタント（GSA）プログラム紹介｜リベラルアーツ研究教育院