「Tokyo Tech Bulletin（トーキョー テック ブリテン）」は、東京工業大学の研究成果やニュース記事、学生の活動などを紹介し国内外へ広く配信する英文メールニュースです。この度、Tokyo Tech Bulletin No. 74 が発行されました。
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（Science Tokyo）となります。Tokyo Tech Bulletin No. 74 は東工大から配信する最後のメールニュースとなります。準備が整い次第、Science Tokyoより新大学のニュースを配信する予定です。

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Tokyo Medical and Dental University and Tokyo Institute of Technology will merge on October 1, 2024, to form Institute of Science Tokyo (Science Tokyo).
The merging universities have created a special website, the Science Tokyo introductory website, which reveals the philosophy, logo, and other verbal and visual elements of the new university.

The Joint Meeting for Selection of Head of National University Corporation Institute of Science Tokyo decided on June 18, 2024 to nominate Naoto Ohtake, currently Professor and Director-General of the Institute of Innovative Research, Tokyo Tech, as the final candidate for the inaugural president of National University Corporation Institute of Science Tokyo.

GSIC at Tokyo Tech started operation of its next-generation supercomputer, TSUBAME 4.0, on April 1.The TSUBAME series of supercomputers at Tokyo Tech has long supported research and development in industry, academia, and government, both in Japan and overseas, as "everyone's supercomputer." The latest system, TSUBAME4.0, is now in operation at Suzukakedai Campus and makes extensive use of its GPUs, a feature of the TSUBAME series, and has achieved a 5.5 to 20-fold improvement in performance and ease of use while maintaining the continuity with the TSUBAME3.0 system.

Tokyo Tech and Tokyo Medical and Dental University will merge in October 2024 to become Institute of Science Tokyo. Both universities have amassed numerous achievements and knowledge in the fields of science, engineering, medical and dental sciences. A round-table discussion with both presidents on research by students shows a glimpse of the cutting-edge research of those universities.

As climate change progresses and threatens the earth and our lives on it, Mr. Matsuura, who works for Sony Group Corporation, is tackling global challenges through the use of AI and sensing technologies. He is pursuing research on wheat growth sensing in Hokkaido. Looking back on his student days when he was immersed in device research, and forward to the present, he talked about his studies and experiences that are utilized in his daily work.

７月10日、東京工業大学 リベラルアーツ研究教育院は、本学留学生（日本語研修生）の「日本語研修コース修了ポスター発表会」をHisao & Hiroko Taki Plazaイベントスペースで開催しました。

発表会では留学生18人（アフガニスタン・アメリカ・アルゼンチン・イエメン・イスラエル・インド・エルサルバドル・韓国・コロンビア・タイ・フィリピン・ベリーズ・ペルー・メキシコから各1人、エジプト・モンゴルから各2人）が、日本語や日本文化を学んだ成果を披露しました。

各自が作成したポスターをもとにパソコンで動画や資料を見せたり、母国の国旗や通貨、民族衣装を実際に見せたりと、工夫を凝らしながら母国の文化・歴史・地理などについて日本語で発表を行い、日々の学習成果を十分に発揮しました。

留学生がこの発表会に先駆けて訪問した大田区立洗足池小学校から5、6年生と先生を合わせた約120人、鎌倉フィールドツアーで留学生を案内した神奈川県のボランティアガイド団体KSGG（Kanagawa Systematized Goodwill Guide Club／神奈川善意通訳者の会）から会員2人が発表会を訪れ、留学生との交流を深めました。

また、井村順一理事・副学長（教育担当）、留学生の受け入れ教員、研究室の友人、前年度に発表を行った先輩留学生など、東工大の多くの教職員、学生が発表を聴きました。発表会の終わりには井村理事・副学長が小学生を歓迎する言葉を述べ、洗足池小学校の伊藤聡校長と小学生の代表者からは発表会への招待に感謝する言葉や、留学生の発表に対する感想が述べられました。

年に2回開講する国費外国人留学生を対象とする日本語の集中講座です。定員に余裕がある場合は学内から特別受講生を募集します。本コースは、来日直後の学生に対する日本語初級レベルの能力養成を目的としていて、コース終了までにやさしい日本語で口頭発表ができる程度の語学力が身につきます。異なる文化背景を持った留学生にとっては、日本の生活に関する「情報交換の場」であり、心の寄りどころとなる「集いの場」や「学び合いの場」ともなっています。

授業の中では、鎌倉ツアー、防災体験学習施設防災体験施設「そなエリア東京」での防災体験学習、大田区立洗足池小学校、大田区立清水窪小学校（両校共大田区）の児童との交流など、留学生が地域の人々や日本文化に触れる機会や留学生活を安心して送るためのサポートを提供しています。

合意形成にはさまざまな視点が必要です。この「合意形成学」セミナーでは、「合意とは何か」、「合意形成とは何か」、「合意形成のためには何をすればいいのか」などの問いに対して受講生それぞれが自身の考えを手に入れることを目標に、合意形成のためのさまざまな視点を学びます。
合意がどこで形成されるのか（世界・国家、地域、自治体、場）、合意で何が形成されるのか（制度、政策、プロセス、納得）、合意をどうやって形成するのか（制度、アセスメント、フレーム、ファシリテーション、デザイン、マネジメント、技術、戦略）について、視点を広範・グローバルなものから精緻・ローカルなものへと移動させながら、全10セッションを進めます。理念、理論、方法、技術、戦略、事例、実践、体験を通じて、合意形成についての広く深い理解を促します。

2024年10月16日 - 12月18日（水曜日・最長10回）
各授業18:30 - 20:40（休憩10分含、講義時間は合計2時間）

Zoomによるオンライン開催（パソコン、アプリ、マイク、スピーカ、Webカメラ、ネットワーク環境等はご自身でご準備ください）

最少開催人数は13名（「総合コース」換算）。お申込が最少開催人数に達しなかった場合には開講されません。
定員は延べ50名。定員に達し次第、募集を締切とさせていただきます。

「合意形成学」セミナーでは、4つのコース4つのクラスを設置しています。

• 「合意形成学」セミナーのWEBサイトをご確認ください。
  • お申し込み｜合意形成学セミナー

8月27日、大竹尚登氏（現 東京工業大学 科学技術創成研究院 教授、同研究院長）が、文部科学大臣から、2024年10月に設置される国立大学法人東京科学大学の理事長に指名されました。

東京工業大学 理学院 物理学系の近藤洋介助教、中村隆司教授、ダルムシュタット工科大学（ドイツ）のJulian Kahlbow（ユリアン・カールボウ）氏、Thomas Aumann（トマス・オーマン）教授、Grand Accélérateur National d'Ions Lourds （GANIL、フランス）のOlivier Sorlin（オリビエ・ソルラン）氏、理化学研究所 仁科加速器科学研究センターの大津秀暁チームリーダー、上坂友洋部長らの国際共同研究チームは、理化学研究所 RIビームファクトリー（RIBF）^[用語1]において、フッ素同位体^[用語2]としてはこれまでで2番目に重いフッ素30を世界で初めて観測した。

フッ素30は中性子数が陽子数の2倍以上もある中性子過剰核^[用語3]であり、生成が難しく、寿命が短いため、これまで観測例がなかった。本研究ではRIBFで高エネルギーのネオン31を陽子標的に衝突させることでフッ素30を生成し、その崩壊過程を多種粒子測定装置（SAMURAI）で観測した。本研究の結果からはさらに、中性子数が過剰な酸素やフッ素同位体では魔法数^[用語4]20が消失し、これに起因して超流動^[用語5]状態が発生することが示唆された。本研究の結果は、未知の中性子間力の解明にもつながることから、中性子星^[用語6]の構造解明にも資すると期待される。

本研究は、8月23日付（現地時間）の「Physical Review Letters」誌に掲載される。本論文は同誌のEditors' Suggestion（注目論文）にも選ばれた。

物質は原子からできており、原子の中心には原子核がある。原子核は陽子と中性子でできており、半径は10兆分の1 cmほどと極めて微小ながら、物質の質量の99.9%以上を占める。身の回りの物質に含まれる原子核（安定同位体または安定核）は、陽子と中性子の数がほぼ同数である。これに対し、自然界で安定に存在できない不安定同位体（不安定核）は、陽子の数と中性子の数に大きな偏りができる。特に、超新星爆発や中性子星合体などの爆発的な天体現象では、中性子数が陽子数に比べて非常に大きい、短寿命の原子核（中性子過剰核）が瞬間的に生成されることがある。

中性子過剰核は、最近急速に進展した重イオン加速器や不安定核ビーム^[用語8]生成技術を用いると、地上でも人工的に生成できる。実際に不安定核ビームにより、中性子過剰核の新しい構造や反応様式が次々と明らかになりつつあり、宇宙の元素合成の仕組みや、高密度天体である中性子星の謎なども明らかになると期待されている。このように不安定核ビームを用いた中性子過剰核の研究は、現在の核物理の主要テーマとなっている。

原子核は量子力学の法則に従う微小な粒子であり、代表的な量子効果として、中性子や陽子の個数が2個、8個、20個、50個、82個、126個という特定の数（魔法数）の場合にはより安定になるという性質がある。一方で中性子過剰核では、安定核で確立したこうした魔法数が消失したり、逆に新しい魔法数が現れたりすることが明らかになってきた。例えば、魔法数20は、中性子過剰核のネオン（陽子数10）やマグネシウム同位体（陽子数12）では消失することが明らかとなっており、より陽子数の少ないフッ素同位体（陽子数9）で魔法数が消失するかどうかかが問題となっていた。最近の研究から、魔法数破れの兆候はフッ素28やフッ素29についても示されつつあった。

一方、液体ヘリウムに現れる超流動状態が、孤立した原子核でも出現することは以前より知られていたが、中性子数が陽子数の2倍を超える中性子超過剰核での超流動状態については不明だった。研究グループが昨年初観測を発表した中性子過剰核、酸素28（陽子数8、中性子数20）^{[参考文献1]}では魔法数の破れに伴ってさまざまな軌道を往きかう中性子対によって超流動状態になっているという予測があり、陽子数と中性子数がともに酸素28に近いフッ素30（陽子数9、中性子数21）の構造が注目されていた。

さらにこのフッ素30の質量観測は、未知の中性子間力である三中性子間力に対する制限を与える。そこから中性子星の構造や中性子星合体のメカニズムで重要な役割を果たす、中性子物質の状態方程式にも重要な知見を与えることも期待される。

本研究では、これまで見つかった中では2番目に重いフッ素の同位体である、フッ素30の生成とその同定に世界で初めて成功した。理化学研究所にある不安定核ビーム研究の世界的拠点RIビームファクトリー（RIBF）において、高エネルギーのネオン31（陽子数10、中性子数21）を陽子標的に衝突させ、ネオン31から陽子を叩き出した結果、フッ素30が生成された。フッ素30は、寿命が10のマイナス22秒程度と非常に短く、中性子1個を放出してフッ素29（中性子数20）にすぐに崩壊するが、その崩壊過程を多種粒子測定装置（SAMURAI）において観測することで、生成を確認した。さらに、これまで不明であったフッ素30の質量も同時に決定された。

フッ素30には、安定同位体であるフッ素19（中性子数10）の2倍以上の中性子が含まれている。これまで知られている最も重いフッ素同位体はフッ素31（陽子数9、中性子数22）である（図1）。フッ素30はこのフッ素31より中性子数は1個少ないが、フッ素31に比べて寿命が極めて短いため捕捉が難しく、これまで観測されていなかった。

今回得られたフッ素30の質量の値より、中性子数が20（本来は魔法数）に近いフッ素同位体について、中性子過剰核における魔法数20の破れが完全に確定した（図2）。これは、昨年発表した酸素28における魔法数20の破れに続く成果である。つまり、中性子魔法数20の消失は、陽子数8（酸素同位体）から9（フッ素同位体）に広がっていることが分かった。また一つ中性子の多いフッ素31では、魔法数の消失によって角運動量の小さい状態が混じりやすくなり、中性子ハロー^[用語9]と呼ばれる特異状態ができる可能性も示された。

この魔法数20の消失によって、2個の中性子がスピンゼロの対（クーパー対に対応）を作りながら、さまざまな軌道を往き来することが可能になり、超流動状態を作り出すことが示唆された。

一方、中性子数16を超える酸素やフッ素の中性子過剰核の質量は、三中性子間力（未知の中性子間力）の効果に敏感であるため、こうした未知の核力成分に対して制限を与えることが期待される。三中性子間力は、観測で見つかっている重い中性子星の謎を理解する上で鍵となると考えられており、その意味でも重要である。

本研究で得られた中性子過剰フッ素同位体の質量測定の結果は、未知の三中性子間力に制限を与える。これは同時に、近年重要となっている原子核構造の第一原理計算に対して有力なベンチマークにもなる。こうした研究は、中性子過剰核の安定性（どこまで中性子の数を増やすことができるのか）、宇宙の元素合成過程（中性子捕獲反応による重い元素の合成など）、謎の高密度天体、中性子星の構造や中性子合体のメカニズムを解く鍵となる。こうしたことから、今回の研究成果は、学際領域である宇宙核物理分野にも大きなインパクトを与えるものである。

中性子を原子核にどれだけつけ加えることができるのか。これは原子核物理だけでなく、宇宙における元素合成や中性子星の構造にも関わる問題である。本研究などにより、軽い酸素やフッ素ではどれだけ中性子をつけ加えられるのかがようやく分かってきたが、ネオンを超える元素を構成する原子核では全く分かっていない。今後の研究によって、より重い中性子過剰な同位体（中性子過剰核）の発見がさらに進むと期待される。

これまで中性子過剰核の研究は、世界的には日本の理研RIBFがけん引してきた。今後はRIBFに加えて、米国のFRIB（2022年稼働）、中国のHIAF（2026年頃から稼働予定）、ドイツのFAIR（2027年頃から稼働予定）などにより、未知の原子核の観測がさらに進み、関連する宇宙核物理分野などへの進展にもつながると期待される。

東京工業大学 生命理工学院の山田拓司准教授と大阪大学大学院 医学系研究科の谷内田真一教授と、京都府立医科大学の石川秀樹特任教授、国立がん研究センター中央病院の斎藤豊 内視鏡科長らの研究グループは、家族性大腸腺腫症（FAP）に特徴的な腸内環境を明らかにし、ポリープから大腸がんに至る腸内細菌変動を明らかにしました。

FAPはまれな遺伝性疾患で、大腸にポリープが100個以上でき、いずれはポリープががん化する病気です。標準的な治療法は20歳代で大腸（亜）全摘術^[用語3]を行うことですが、手術後は頻回な水様便、脱水など併発症があります。研究グループは、大腸（亜）全摘術に代わる治療法として、定期的（4〜12ヵ月ごと）に内視鏡を用いてポリープを徹底的に切除する「徹底的ポリープ摘除術」を開発し、臨床試験を行ってきました（図2）。

他方、これまでFAPの腸内環境は明らかになっていませんでした。FAPのポリープはがん化することが多いため、経時的に腸内環境を観察することができれば、「ポリープからがん」になる過程を「短いタイムスパン」でとらえることが出来ます。

今回、研究グループは、徹底的ポリープ摘除術を受けたFAP患者さんを対象に、経時的に腸内環境を観察しました。その結果、腸内細菌の種類に大きな変動がある時に発がんすることを解明しました。この変化は、FAP患者に限らず一般の人でも同様に当てはまるものであると考えられることから、腸内細菌叢を経時的に観察することで大腸がん予防が期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Gut」に、8月1日（木）に公開されました。

A. 大腸がんが発症しなかった患者 B. 大腸がんが発症した患者（細菌の属レベルで分類）

大腸ポリープは多くの方が持っている病気です。大腸ポリープは長い年月（約10〜20年）を経て大腸がんになることが知られています（大腸多段階発がんモデル^[用語4]）。したがって、ポリープが大腸がんになる腸内環境をとらえるためには長い年月が必要でした。

FAPのポリープは短期間でがん化することが多いため、経時的に腸内環境を観察することで「ポリープからがん」になる過程を「短いタイムスパン」でとらえることが出来ます。

また、大腸がんの発がんには環境要因も作用します。たとえば、双子のFAP患者さんでは、ポリープの数や発がん時期は異なります。これは環境因子（食生活、タバコ、アルコールなど）による影響と考えられています。FAPの大腸がんと一般的なポリープから大腸がんができる遺伝子異常は同じですので、FAP患者の環境因子（腸内細菌など）を調べることで、大腸がんになりやすい腸内環境の理解が深まります。

研究グループは、希少な遺伝性疾患FAPのうち大腸（亜）全摘術を受けていないFAP患者さんに研究の協力をお願いしました。これらの患者さんは国立がん研究センター中央病院や医療法人いちょう会石川消化器内科で「徹底的ポリープ摘除術」を定期的（4〜12ヵ月）に行っています。

まずFAP患者さんの腸内細菌叢を健常者の腸内細菌叢と比較しました。興味深いことに健常者では大腸内にはほとんど存在しない大腸菌（Escherichia coli）がFAP患者さんにおいて非常に増えていることが明らかとなりました（図3）。

FAP患者さんには定期的な「徹底的ポリープ摘除術」ごとに採便を依頼し（多い患者さんで10回）、定期的に腸内細菌叢の変化を観察しました。多くのFAP患者さんでは腸内細菌叢の変動はあまりみられませんでした。一方でポリープの組織学的悪性度（大腸腺腫が大腸がんになること）が変化するFAP患者さんでは、腸内細菌叢の変動が大きいことが明らかとなりました（図1）。

FAPはまれな遺伝性の病気です。しかし、FAP患者さんの前がん病変（ポリープ）から大腸がんになるメカニズムは一般的なポリープと同じです。FAPという疾患を研究することで「ポリープからがん」になる過程を「短いタイムスパン」でとらえることができ、大腸がんの発症機構の解明が大きく進みます。解明が進めば、大腸がんの原因となる細菌を特定し、それを制圧することで大腸がんの予防が期待できます。

「東京科学大学 設立記念吹奏楽コンサート」は、2024年10月の東京科学大学（Science Tokyo）の設立を記念して、東京工業大学・東京医科歯科大学の学生・教職員のうち管打楽器経験者の有志が集まって東京科学大学 祝祭吹奏楽団を結成して行う祝祭コンサートです。新大学の門出を演奏者・観客が一緒になって華やかに祝うことを目的に開催します。

2024年10月1日（火）、10月2日（水）両日ともに19:00開演

2024年10月1日（火）大岡山キャンパス 70周年記念講堂
2024年10月2日（水）湯島キャンパス 鈴木章夫記念講堂（M & Dタワー）

東京科学大学の学生・教職員および、学外の方（家族、友人、地域の方々など）

大岡山キャンパス 70周年記念講堂：600名
湯島キャンパス 鈴木章夫記念講堂（M & Dタワー）：400名

入場料無料

東京科学大学 設立記念吹奏楽コンサート実行委員会

東京工業大学 リベラルアーツ研究教育院
東京医科歯科大学 教養部

事前申請や予約は必要ありません。

東京工業大学 生命理工学院の石井佳誉教授（理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター（BDR）先端NMR開発・応用研究チーム チームリーダー）、モハンマド・ジャファー・テヘラーニ東京工業大学特別研究員、松田勇研究員、理研生命機能科学研究センタータンパク質機能・構造研究チームの山形敦史上級研究員、白水美香子チームリーダー、理研環境資源科学研究センター質量分析・顕微鏡解析ユニットの豊岡公徳上級技師、佐藤繭子技師らの国際共同研究グループは、家族性アルツハイマー病^[用語1]で観察される綿花状の老人斑^[用語2]を再現するアミロイド線維^[用語2]を作成し、その凝集体に含まれる新規構造モチーフ ^[用語3]をクライオ電子顕微鏡^[用語4]と固体NMR^[用語5]の統合解析により解明しました。

本研究は、線維構造の違いがアルツハイマー病（AD）の病態や進行を大きく変える可能性を示した先駆的な研究です。若年性ADに対する創薬や、ADのサブタイプによって異なる病態が生じる仕組みの解明に貢献すると期待されます。

家族性ADは遺伝子変異を伴うADの一つで、一般に若年で発症します。中でもβ-アミロイド（Aβ）^[用語2]の22番目のアミノ酸であるグルタミン酸がグリシンに変異した家族性ADは、綿花状の巨大な老人斑など特異な病態を示すため注目されています。

今回、国際共同研究グループは、この綿花状の老人斑の特徴を再現するAβの線維を脳由来試料を全く使わずに化学的に作成することに成功し、クライオ電子顕微鏡と固体NMRにより解析しました。その結果、βシート^[用語6]がW字型に折り畳まれた新規構造モチーフを発見し、脳由来の物質ではなくアミロイド線維の構造により綿花状の凝集体の特異性が説明できることを示しました。

本研究は、科学雑誌『Nature Communications』オンライン版（8月15日付）に掲載されました。

アルツハイマー病（AD）の脳内では、β-アミロイド（Aβ）の線維状の凝集体（アミロイド線維）が老人斑に蓄積し、これがADを引き起こすと考えられています。一般的に酵素などのタンパク質の機能はその分子構造によって決まりますが、ADで観測される病態や病気の進展と、Aβ線維の構造がどのように関連するかは長らく不明でした。

Aβは、主として40アミノ酸から成るAβ40と42アミノ酸のAβ42の2種類が脳内に存在しますが、老年期に発症する通常のADでは、直径10マイクロメートル（µm、1μmは100万分の1メートル）程度の直径の老人斑の核に、42残基のAβ42が線維を形成する形で蓄積することが知られています。近年の固体NMRやクライオ電子顕微鏡を使った研究により、Aβ42線維の構造は、βシートと呼ばれる平たい構造がS字型に折り畳まれ、多数のAβ42が平行に連なって長い繊維を作ることが明らかになってきています。

他方で、AD患者の中には通常の老人斑とは大きく異なる病態を示すサブタイプに分類できるケースがあります。Aβの22番目のアミノ酸であるグルタミン酸（E）がグリシン（G）に換わることで起きるE22G変異は、早期の発症を伴う家族性ADを引き起こすことが知られています。この家族性ADでは、cotton wool（綿花状）老人斑と呼ばれる直径100µmを超える巨大な綿花状の老人斑が形成されることが症例として見られます。綿花状老人斑は通常型ADとは異なり、中心にはAβ40の線維が蓄積し、その周囲にAβ42とAβ40の線維がリング状に形成される特徴的なコアシェル構造を示します。また、綿花状老人斑は、PET検査^[用語7]でADの老人斑を検出するために広く利用されるピッツバーグ試薬^[用語7]に対して反応が低いという特徴も持ちます。この綿花状老人斑は遺伝子変異を伴わない通常型のADでも見られますが、このような特異なADのサブタイプと考えられる病態が生じるメカニズムや、この病態とAβ線維の構造やその他の要素がどのように関係するかについては、長年大きな謎とされてきました。

近年になって、E22G変異を持つ家族性AD患者の脳から取り出したAβ線維の構造解析が行われましたが^{[参考文献1]}、綿花状老人斑などのこの家族性ADの特異性を反映した特徴のあるAβ線維の構造は得られておらず、複数の構造を持つAβ線維が試料に混在しているため、E22G Aβ線維の構造と家族性AD特有の病態の関連に関して分子レベルの理解を深めることは難しい状況でした。

今回、国際共同研究グループは、患者の脳からアミロイド線維を抽出するのではなく、化学合成したE22G Aβ40を用いて、合成生物学的なアプローチで綿花状老人斑の特徴を再現するアミロイド線維を作成しました。綿花状老人斑の特異性がE22G Aβのアミロイド線維に由来するという仮説はこれまでありませんでした。また、化学合成したE22G Aβ40を用いて線維を作成する試みはこれまでも行われていましたが、従来法では出来上がった線維が短く不均一であるなど（図1a）、構造解析には不向きでした。今回は作成条件を最適化し、均一な構造を持つ形で単離することに成功しました。均一な構造の存在は、固体NMRで確認されました。

通常のAβの線維は複数の線維が束を作りコンパクトな構造になりますが、今回単離されたE22G Aβ40線維は分散性が高く、一本ごとに分離していることが電子顕微鏡写真で分かりました（図1b）。このため、同じ重量でも野生型のAβ40線維と比べて約12倍の大きさを持つ密度の低い凝集体を作ることが分かりました（図2）。また、ピッツバーグ試薬と同じ分子骨格を持つ蛍光試薬（チオフラビンT）では検出しにくいことも示されました。これらのE22G Aβ40線維の特徴は、綿花状の老人斑で観測されているアミロイド線維の多くの特徴とよく一致します。さらに、通常のADでは脳内に多く存在するAβ40よりも少数派の42残基のAβ（Aβ42）が老人斑の形成を促すと考えられていますが、国際共同研究グループはE22G変異があるとAβ42よりもAβ40が早く凝集をすることを、老人斑が蓄積する細胞外環境の溶液状態に似せた試験管内の実験で示しました。

（a）従来法で作成したE22G Aβ40線維。さまざまな形状の線維が混ざっており、束を作っていることが分かる。このような不均一で分散性の低い試料はクライオ電子顕微鏡での構造解析が難しく、固体NMRによる解析でも複数の異なる構造の存在が示唆された。
（b）条件を最適化して得た線維。（a）の観察像では分からなかった強いねじれ（黄色矢印）を伴う線維が観測された。均一な形状が得られており、クライオ電子顕微鏡と固体NMRによる構造解析に最適である。この線維は、温度や振とう条件などを最適化して得た線維を超音波で破砕し、それを鋳型として凝集していないE22G Aβ40モノマーを加えて線維を成長させることを5回繰り返して得られた。

化学合成したAβを染色して試験管内で遠心沈殿させた観察像。
上段：（a）線維なしの試料。 （b）対照試料としての、アミノ酸変異を持たない野生型（WT）Aβ40線維。 （c）最適化して作成したE22G Aβ40線維。
下段：（b）、（c）を同じ倍率で拡大した画像。E22G Aβ40線維の沈殿の大きさが、同じ重量でも面積ベースでWTAβ40線維と比較して12倍程度大きいことを示し、綿花状の老人斑で大きく広がった老人斑を再現したものと考えられる。この理由として、図1bで確認されたように通常の線維のように束を作らず、分散しているために同じ量でも線維の分布範囲が大きく広がるためと説明できる。

国際共同研究グループは、今回単離されたE22G Aβ40に対して、クライオ電子顕微鏡と固体NMRによる統合構造解析を行いました。解析の結果、E22G Aβ40はこれまで観測されたことのない、βシートがW字型に折り畳まれた新規構造モチーフを持つことが分かりました（図3）。C末端の40番目のアミノ酸が他の残基と強く相互作用していないことから、Aβ42がE22G Aβ40線維の末端に吸着しても、C末端にある41と42残基が邪魔にならず相互作用可能で、Aβ42の共凝集を引き起こしやすいことがこの構造より示唆されました。

実際にこのE22G Aβ40線維を、凝集していない野生型のAβ42（WT Aβ42）のモノマー（単分子）に混ぜて実験を行ったところ、WT Aβ42の線維化が促進され、E22G Aβ40とWT Aβ42の共凝集が起こることが確認できました。さらに、得られた構造を基に分子動力学計算^[用語8]を行ったところ、E22G Aβ40とWT Aβ42が混ざった線維（キメラ線維）もW字型構造で安定であることが示唆されました。WT Aβ42で見られるS字型の構造ではAβ40の共凝集が起こりにくいことが以前から知られていましたが、今回観察されたW字型構造はAβ40とAβ42の共凝集を促進すると考えられます。

以上の結果より、E22G変異を伴う家族性ADでは、凝集の早いE22G Aβ40が分散性の高いW字型構造を持つE22G Aβ40線維を生成することで、Aβ40の大きなコアができると説明できます。さらにこのAβ40の大きなコアの周りに、Aβ42モノマーが共凝集によりリクルートされてAβ42の線維が蓄積することが、綿花状の老人斑に特有のコアーシェル構造の生成メカニズムであると示唆されました。

（a）W字型の新規構造モチーフを示すE22G Aβ40線維の構造。幅広のリボンの矢印はβシート構造を示し、赤と青の構造は180度回転するとほぼ対称形のW字になっている。
（b）クライオ電子顕微鏡で得られた密度マップ（分子内部密度の高低を白と灰色のアウトラインで表示）と得られた構造（緑と黄色の構造）の重ね合わせ。初期構造では内層の2層の他に外層の2層のβシート構造（灰色）も密度マップで示されたが、固体NMRで得られた構造情報と一致する内層の構造のみを示した。なおAβ40のN末端側11アミノ酸はおそらく定常的な構造を取っていないため、密度マップとして得られなかった。
（c）クライオ電子顕微鏡で得られた線維の画像。黄色矢印は、透過電子顕微鏡像で見られたねじれ（図1b）に対応する構造。
（d）クライオ電子顕微鏡で得られた構造に、固体NMRで観測された原子間の相互作用情報（矢印）を重ね合わせたもの。両者の位置関係がよく一致している。

今回の合成生物学的なアプローチにより、ADのサブタイプに分類され得る家族性ADの特異な老人斑の性質が、脳由来の物質を必要とせず化学合成された物質だけで説明できることが示されました。異なる病態を示すADのサブタイプは複数報告されていますが、Aβ線維の構造的な差異と、異なる病態の明確な関連は従来の研究では示されていませんでした。今回の研究は老人斑が異なる病態を示すADに対する発症メカニズムの理解と、それに対する適切な創薬のターゲットを選ぶ上で、関連するAβ線維の単離と構造の同定がキーになり得ることを示しています。

今回の研究はまた、E22G変異を伴う家族性ADでは、通常のADとは違い、Aβ42ではなくAβ40がまず線維化してAβ40の大きなコアができ、その周囲でのAβ42の共凝集が促進されて、家族性ADに特徴的な老人斑形成につながることが示されました。遺伝子変異により発症の第一幕であるAβ凝集の主役がAβ40に変更されることで、脇役となったAβ42を含む異なる種類のAβの間の相互作用でより複雑な病態が生まれることが示唆されました。Aβ凝集のメカニズムとAβ線維の構造を理解することで、複雑で手掛かりが少なかった家族性ADの発症プロセスと創薬のターゲットも理解できるようになり、有効な治療へとつながることが期待できます。

本研究は現在科学技術振興機構（JST）の未来社会創造事業^{[参考文献2]}の大型プロジェクトで開発中である1.3ギガヘルツ（GHz）超高磁場NMRの利用を広げる研究の一例として行いました。今回の研究では、900メガヘルツ（MHz）の高磁場固体NMRを用いて、化学合成したAβ試料を解析しました。NMRは磁場が高くなるほど高感度になるため、1.3GHz NMRなどの超高磁場が実現すれば、ヒトやマウス由来など極微量の試料でも固体NMRとクライオ電顕の統合構造解析が可能となることが期待できます。これにより応用可能な試料の幅が大きく広がり、他の病気の理解にも適用できることが期待されます。

東京工業大学 物質理工学院 材料系の林智広准教授と国立台湾科学技術大学 化学工学科の江佳穎（Chiang Chia-Ying）教授らの国際共同研究チームは、バイオディーゼルの製造過程において副産物として生産されるグリセロールを、高選択性をもって物質変換する技術を開発した｡

グリセロールは、バイオディーゼル生産の副産物として大量に生成される一方で、その用途が限られているため、過剰供給が問題となっている。近年はその対応として、グリセロールを高付加価値の化学製品に変換する技術が注目されているが、生成物の選択性の制御に課題があった。

本研究では、ニッケル酸化物（NiOx）触媒を用いた電気化学的手法による物質変換において、グリセロールとほう酸の比率を最適化することで、高付加価値の三炭素化合物であるジヒドロキシアセトンとグリセルアルデヒドをそれぞれ選択的に生成する技術を開発した｡

この研究成果は、グリセロールの有効利用を通じて、バイオディーゼル産業全体の収益性向上に大きく貢献し、持続可能なエネルギーの利用促進に寄与することが期待される｡

本研究成果は、東京工業大学 物質理工学院 材料系の林智広准教授、前田翔一博士後期課程学生、千頭俊太博士後期課程学生と国立台湾科学技術大学化学工学科の江佳穎（Chiang Chia-Ying）教授、博士後期課程学生 Giang-Son Tran氏、Chih-Jia Chen氏らによって行われ、8月15日付の「Journal of Catalysis」に掲載された｡

近年、地球規模の気候変動や化石燃料の枯渇が懸念される中、再生可能エネルギーの利用拡大が求められている。その中でもバイオディーゼルは、植物油や動物脂肪を原料とし、再生可能で生分解性が高く、環境に優しいエネルギー源として注目を集めている。しかしバイオディーゼルの製造過程では、重量ベースで10%ものグリセロールが副産物として生成され、供給過剰状態にある。このことが市場におけるグリセロール価格の低下を招き、バイオディーゼル産業全体の収益性に悪影響を及ぼしている。この課題を解決するため、近年では、グリセロールを付加価値の高い化学製品へと変換する技術が注目され、その一環として電気化学的酸化反応が研究されている。

グリセロールは、3つの水酸基を持つため、酸化反応によりさまざまな三炭素化合物（ジヒドロキシアセトン、グリセルアルデヒド、グリセリン酸など）を生成する可能性がある。これらの化合物は、化粧品、医薬品、食品添加物などの分野で高い需要があり、特にジヒドロキシアセトンは、日焼け止め製品の主要成分として使用されている。しかしグリセロールの酸化は反応条件や触媒の特性に大きく依存するため、目的とする生成物の選択性を制御することが難しいという課題が残っていた。特に強アルカリ性条件では、グリセロールが過度に酸化され、低付加価値の二酸化炭素やギ酸が主要生成物となることが多く、目的とする高価値化合物の選択的生成は困難であった。　　

このような背景から本研究では、ニッケル酸化物（NiOx）触媒を用いたグリセロールの電気化学的酸化において、緩衝液の性質、特にほう酸とグリセロールのモル比が選択性に与える影響を詳細に解析した。

本研究では、ほう酸緩衝液中でのグリセロールの電気化学的酸化において、ほう酸/グリセロールのモル比を調整することで、目的とする生成物の選択性を大きく変えることができることを明らかにした。具体的には、ほう酸/グリセロール比が0.1の場合には、主にグリセルアルデヒドが生成される一方で、この比率を1.5に増加させた場合には、ジヒドロキシアセトンが主生成物として得られることが示された。この選択性の変化は、ほう酸とグリセロールの水酸基が形成する複合体の種類に起因するものと考えられる。

ほう酸とグリセロールは、1,2-ジオールおよび1,3-ジオールとそれぞれ五員環および六員環の錯体を形成する。本研究では、ラマン散乱分光法^[用語1]と高性能液体クロマトグラフィー（HPLC）を用いて、これらの錯体の生成が酸化選択性にどのように影響を与えるかを系統的に解析した。ラマン散乱分光分析では、ほう酸/グリセロール比が高い場合には六員環錯体が優勢に形成される一方で、この比が低い場合には五員環錯体が優勢となることが確認された。これにより、2級アルコール基の酸化が選択的に促進される条件下ではジヒドロキシアセトンが、1級アルコール基の酸化が促進される条件下ではグリセルアルデヒドが主生成物として得られることが示された。

さらに触媒表面でのグリセロールの吸着挙動についても、ほう酸/グリセロール比によって変化することが確認された。赤外分光法（FTIR）による分析では、高いほう酸/グリセロール比の条件下では2級アルコール基の吸着が優先される一方、低い比では1級アルコール基の吸着が優先されることが示され、これが生成物選択性の違いに寄与していると考えられる。

今回の研究では、バイオディーゼル生産の副産物として大量に生成され、過剰供給状態にあるグリセロールを、高付加価値の三炭素化合物に変換することで、有効利用できるようした。これにより、バイオディーゼル生産における経済的な課題を解決し、持続可能なエネルギーの利用促進に寄与することが期待される。

この成果は、バイオディーゼル産業以外のさまざまな分野にも展開が可能である。グリセロールから生成されるジヒドロキシアセトンやグリセルアルデヒドなどの三炭素化合物は、化粧品、医薬品、食品、化学工業などの分野で高い需要がある。このことから本研究の成果には、そうした化合物の供給を安定化させるとともに、製造コストの削減と環境負荷の低減を同時に実現する効果がある。また、今回の研究で用いられたニッケル酸化物触媒は、貴金属を使用しないため、コスト面でも優れており、広範な実用化が期待される。

また今回開発した、技術は他の遷移金属触媒にも応用可能であり、特定の反応生成物を選択的に得るための触媒設計に新たな指針を提供する。これにより、より効率的で環境に優しい化学プロセスの実現が可能となり、持続可能な社会の実現に向けた重要な一歩となることが期待される｡

今後の研究では、ほう酸/グリセロール比が酸化選択性に与えるメカニズムをより詳細に解明することを目指す。特に、触媒表面でのグリセロールの吸着挙動や、ほう酸グリセロール錯体の形成過程に関する理解を深め、これに基づく触媒設計の最適化を進める。また、異なる金属触媒や緩衝液系への応用展開を図り、他の高付加価値化合物の生成における選択性向上を目指す。

さらに、本研究で得られた知見を基に、工業的なスケールでのプロセス最適化を進め、実用化に向けた技術の確立を目指す。具体的には、反応条件の最適化、触媒の耐久性向上、プロセスコストの削減に取り組むことで、産業界における広範な応用が期待される。また、持続可能なエネルギー供給の一環として、再生可能資源からの高付加価値化合物の生成プロセスの開発に成功すれば、環境負荷の低減と資源の有効活用に寄与するだろう。将来的には、バイオディーゼル以外のバイオマス資源の利用可能性も探りながら、新たな応用分野の開拓を目指す。このような取り組みを通じて、持続可能な社会の実現に貢献し、環境保護と経済発展を両立させる技術革新を推進する。

東京工業大学 理学院 地球惑星科学系の横山哲也教授は、国立研究開発法人海洋研究開発機構（以下JAMSTEC）海洋機能利用部門 生物地球化学センターの吉村寿紘 副主任研究員と高野淑識 上席研究員、産業技術総合研究所の荒岡大輔 主任研究員、九州大学大学院理学研究院の奈良岡浩 教授、東京大学、堀場テクノサービス、北海道大学、名古屋大学の研究者らとともに、小惑星リュウグウのサンプルに含まれるブロイネル石（Breunnerite）^[用語1]などのマグネシウム鉱物や始原的なブライン（brine）^[用語2]の精密な化学分析を行うことで、その組成や含有量などを明らかにしました。

小惑星リュウグウは、地球が誕生する以前の太陽系全体の化学組成を保持する、最も始原的な天体の一つです。これまでさまざまな研究グループの分析により、鉱物・有機物と水が関わる水質変成（2023年9月18日既報、2024年7月10日既報）が明らかとなってきましたが、いわゆる「ブライン（brine）の化学組成とイオン性成分の沈殿」に関する反応履歴は、未だ不明のままでした。

そこで本研究では、小惑星リュウグウのサンプルから微小な炭酸塩鉱物（ブロイネル石）の単離・同定と陽イオン成分の溶媒抽出を行い、精密な化学組成分析を行いました。その結果、リュウグウに含まれる鉱物と最後に接触した水の陽イオン組成は、ナトリウムイオン（Na⁺）に富んでいることがわかりました。リュウグウにはマグネシウムに非常に富む鉱物が複数存在しており、これらが水からマグネシウムを除去した際の沈殿順序を解明しました。ナトリウムイオンは、鉱物や有機物の表面電荷を安定化させる電解質として働いたと考えられます。

本成果は、初期の太陽系の化学進化を紐解くものであるとともに、始原的なブライン（brine）の物質情報、炭素質小惑星上での水－鉱物相互作用の一次情報を提供した重要な知見となります。

本成果は、2024年9月5日付（日本時間）で科学誌「Nature Communications」に掲載されました。

小惑星探査機「はやぶさ2」が、小惑星リュウグウに含まれるブロイネル石（Breunnerite、右下の顕微鏡写真）を地球に帰還させるイメージ図（©JAMSTEC）

小惑星リュウグウに含まれる水（H₂O）は、太陽系内をさまよう中で凍結/融解を繰り返し、鉱物中に含まれるナトリウム（Na）、マグネシウム（Mg）、鉄（Fe）などが水に溶出することでブラインが形成され、「にがり」のような溶液を経て、やがてマグネシウムや鉄を含む鉱物（ブロイネル石）が析出したと考えられる。鉱物を単離して成分を分析することで、ブラインの組成と化学進化を紐解くことができる。

小惑星リュウグウは、小惑星帯で最も代表的なC型（炭素を多く含む）に属する始原的な小惑星です。初期の太陽系には惑星が存在しておらず、始原的な小惑星やガスが太陽系全体に漂っていました。その後、引力によって惑星が形成されていくなかで、太陽系で小惑星帯の内側に形成された第三惑星が「地球」であり、惑星系に取り込まれずに、小惑星帯の一部になったのが、岩石質の小惑星イトカワや炭素質の小惑星リュウグウと考えられています。小惑星探査機「はやぶさ2」によりリュウグウから直接サンプル採取がなされた後、多くの研究グループが先端的な分析を駆使することで、これまでにさまざまな性状や含有物、履歴などが明らかとなってきました。しかし、その可溶性成分の含有量や組成、化学的な性質は不明なままでした。可溶性成分のうち主成分元素は水質を左右します。これまでに化学モデル計算による水質進化のシミュレーションが行われていましたが、本研究では特定の鉱物の化学組成に着目することで水質の復元に成功しました。

小惑星リュウグウの化学進化を明らかにする上で、重要なキーワードは、「水、有機物、鉱物、そしてヒストリー（熱史）」です（2023年2月24日既報：2023年5月30日既報）。私たち研究グループは、初期状態の炭素（C）、水素（H）、窒素（N）、酸素（O）、イオウ（S）などの有機物を構成する軽元素組成、ならびに始原的な有機物や分子進化（2023年3月22日既報：2023年9月18日既報）の研究を行ってきました。リュウグウはかつて多量の水を含む母天体であり、さまざまな化学進化の源流がありました（2024年7月10日既報）。その中で、水質変成^[用語3]による元素の溶解と再沈殿が繰り返されていました。本グループでは、鉱物と化学抽出物の組成から当時の水質の一次情報と物質進化を観測できると予測していました（2020年11月27日既報）。

本研究では、リュウグウサンプル（図1）のナトリウム、マグネシウム、カルシウム、カリウムなどの主成分元素を交換性陽イオン、炭酸塩鉱物、ケイ酸塩鉱物の各成分に分けて段階的に抽出し、イオンクロマトグラフィーと高精度同位体質量分析法を用いることで、陽イオンの存在比とマグネシウムを含む鉱物の沈殿順序について精密な解析を行いました。その結果、水と鉱物が最後に接触したタイミングの水質はナトリウムに富むことが判明しました（図2）。ナトリウムイオンは、鉱物や有機物の表面電荷を安定化させる電解質として働き（図3）、また一部は、可溶性の有機物（2023年9月18日既報）や揮発性の低分子有機物（2023年2月24日既報：2024年7月10日既報）などとイオン結合を介したナトリウム塩を形成していると考えられます。

さらに、リュウグウに含まれるマグネシウムは金属の中でも鉄に次いで多量に存在していますが、マグネシウムに富む無機鉱物が水から沈殿した順序を解明しました（図4）。小惑星リュウグウに含まれるマグネシウムは、ナトリウムと比較して20倍程度の含有量ですが、水質変成を受けることでマグネシウムイオンは層状フィロケイ酸塩、炭酸塩鉱物として優先的に沈殿しました。反対に、水からマグネシウムが除去されるため、水質はナトリウムに富む組成へと化学進化を遂げたと考えられます。ナトリウムとマグネシウムは地球の海水においても主要な塩分であり、1番目（Na⁺）、2番目（Mg²⁺）に多量に含まれる陽イオンですが、リュウグウに存在した水でも同じ順序で主成分陽イオンとして溶存しており、初期太陽系における水を媒介した化学反応の履歴を明らかにしました。

これらは、地球外物質を大気暴露することなく回収した、はやぶさ2プロジェクト（2022年2月11日既報）による“新鮮な小惑星サンプル”がもたらした特筆すべき研究成果です。

図1.

小惑星リュウグウのサンプルに含まれるマグネシウム炭酸塩を単離し、その物質情報を解析する様子。（A）小惑星リュウグウ（162173）、および（B）採取された初期サンプル（サンプルID: C0002）の写真。（C）C0002から回収した主にマグネシウムと鉄からなる炭酸塩鉱物ブロイネル石（Breunnerite）の粒子。（D）C0002から選別した微小な炭酸塩の赤い点線の枠内を測定対象として、（E・F）高空間分解能顕微分析によって鉱物同定を行ったうえで精密な溶液化学分析に供した。ここでの極微小スケールのレーザー顕微鏡分析法の開発は、JAMSTECと株式会社堀場テクノサービスによる共同研究の一部です。

図2.

化学抽出物中に含まれるマグネシウム、カルシウム、ナトリウムとカリウムのモル濃度の総和に対する各陽イオンのモル比を示した三角図。それぞれ青い矢印の方向に向かって濃度の増加を示す。本研究では2種類のリュウグウ試料（赤いシンボルのA0106、青のC0107）を分析に用いた。比較対象として、地球に落下したCI隕石（リュウグウと同じ隕石タイプに属するオルゲイユ隕石）は黄色、その他の代表的な炭素質隕石（Cung隕石、CM隕石）は水色で示す。抽出に用いた溶媒と抽出物の種類は右上の凡例を参照。参考のため太陽系全体の存在比を星印で示す。リュウグウの交換性イオンから復元した水質は十字のシンボルでプロットされ、ナトリウムに富んだ組成であることが明らかになった。

図3.

小惑星リュウグウの陽イオン—有機物—鉱物間の相互作用を説明する概念モデル。層状フィロケイ酸塩鉱物の接触領域では、陽イオンや有機化合物が静電相互作用によって鉱物の表面近傍に位置し、負の表面電荷をナトリウムなどが安定化させる。主な溶存陽イオンはNaであり、層状フィロケイ酸塩鉱物の陽イオン交換プールのイオン組成から復元した。

図4.

リュウグウに含まれる主要鉱物で、マグネシウムの主なホスト相であるケイ酸（フィロケイ酸塩、P）と炭酸塩（ドロマイト、D）の沈殿順序の記録復元（モデルシミュレーション）。左から右に向かって溶存マグネシウムを材料に鉱物が形成されるが、最初にフィロケイ酸塩としてマグネシウムが沈殿し、オレンジの区間ではドロマイトが同時に沈殿する。計算の制約条件には産業技術総合研究所で測定した炭酸塩鉱物と交換性イオンのマグネシウム同位体比（縦軸）を用いた。

本成果の鍵の一つは、極微小スケールの非破壊分析法の技術、極微量スケールかつ原子・分子レベルで元素・同位体比組成を高精度に評価する破壊分析法の技術である。これらの技術基盤は、境界領域研究への波及効果に限らず、例えば、物質科学的な一次情報の保証、基準物質の標準化の確立、革新的な研究開発を生み出す知識基盤の進展に貢献すると考えられる。

現在、国際的な地球外サンプルリターンプロジェクトが進行しています（2023年5月30日既報）。今後、地球が誕生する前の太陽系物質科学として、始原的なイオン性基質を含めた可溶性成分や包括的な有機分子群の性状から、化学進化の統合的理解を深めることが期待される。

東京工業大学は7月11日に、本学協定校である台湾の国立成功大学（以下、NCKU）を会場として、同大学と政府系研究機関である台湾半導体研究センター（以下、TSRI）と共同で、次世代異種機能集積技術^※に関するフォーラムを開催しました。

今回のフォーラムは、2023年8月22日にNCKUとTSRIのメンバーが本学すずかけ台キャンパスを訪れて開催した技術交流会をより発展させたものとして位置づけられ、本学からは益一哉学長、科学技術創成研究院 未来産業技術研究所の中村健太郎所長、同研究院 WOWアライアンス異種機能集積研究ユニットリーダーの大場隆之特任教授、同研究院 同ユニットの依田孝特任教授、同研究院 未来産業技術研究所の平田祐樹准教授他11人が参加しました。本フォーラムは台湾、日本の学術界、産業界関係者約150人が一堂に会し、盛況を呈するイベントとなりました。

フォーラムの冒頭、NCKUのシェン・メンルー（沈孟儒）学長、TSRIのトゥオハン・ホウ（侯拓宏）理事長、益学長による開催宣言が行われ、益学長からは、台湾の半導体産業のグローバルな競争力と影響力を高く評価しつつ、「台湾側と協力することによって、技術および産業の持続的発展が促進されることを期待します」とのメッセージがありました。また3者は、今後の半導体産業を中心としたナノテク産業の競争力強化、高度人材育成などの分野での協力を進めていくことを表明しました。

国立大学法人東京科学大学の理事長となるべき者として文部科学大臣から指名された大竹尚登氏（現 東京工業大学 科学技術創成研究院 教授、同研究院長）は、国立大学法人東京科学大学の長の合同選考会議において、大学総括理事として下記の者を任命することについて意見を聴き、賛同を得たことから、本日、同人を大学総括理事候補者として文部科学大臣へ申し出ましたので、お知らせします（文部科学大臣の承認が得られた後、2024年10月1日に理事長が任命することとなります）。

現職・職名：国立大学法人東京医科歯科大学 学長 田中雄二郎

日本電信電話株式会社（以下「NTT」）と東京工業大学 理学院 物理学系の納富雅也教授らの共同研究チームは、相変化物質と半導体の特殊なハイブリッドナノ構造の実現により、物質の相転移によって世界で初めて光のトポロジカル相転移を引き起こすことに成功しました（図1）。

1996年にノーベル物理学賞が授与された固体のトポロジカル物性の原理が、近年ナノ構造中の光に適用され新しい光の自由度として活発な研究が進んでいますが、これまで光のトポロジカルな性質は構造に固定され、作製後には変更することができませんでした。本成果では、物質の相転移を利用して、構造作製後にオンデマンドに光のトポロジカル相を切り替えられることを実証しました。この成果は、物質の相転移と光の相転移を結び付けた新しい学術分野の創造につながるとともに、光のトポロジカルな性質を利用した再構成可能な新機能光集積回路の実現により、光を用いた高度な情報処理基盤の開拓につながるものです。

本研究成果は、2024年8月23日（米国東部夏時間）に米国科学誌「Science Advances」のオンライン版に掲載されました。

図1.

本発表の概要、フォトニック結晶上に配置した物質相転移を起こす物質により、光トポロジカル相転移を引き起こすことに成功。Cはチャーン数。

トポロジーとはもともと数学の概念で、例えば物体の穴の数のような、連続変形では値が変わらない離散量（トポロジカル不変量^[用語1]）によって決まる性質として議論されてきましたが、近年この概念が物理の世界に導入され、2016年のノーベル物理学賞は固体の電子状態の中にトポロジカルな性質が隠れていることを発見した三人の科学者に与えられました。彼らの研究により、固体中の電子がチャーン数^[用語2]（C）と呼ばれるトポロジカル不変量を持ち、これにより決まるさまざまな性質が発現することがわかり、その一つとしてトポロジカル絶縁体^[用語3]と呼ばれる特殊な状態が発見され活発に研究されています。最近になり、同様なトポロジカルな性質が人工的な誘電体構造であるフォトニック結晶^[用語4]の中に光の性質として現れることが判明し、研究が活発化しています。人工誘電体構造がノンゼロのチャーン数を持つ場合に光のトポロジカル絶縁体^[用語5]となり、この状態では内部に光が通りませんが、チャーン数が異なる界面に光の導波路が形成されます。この導波路は、光の伝播方向が一方向に固定されたり、後方散乱損失が抑制されるといった興味深い特長があり、将来の光集積回路への応用が期待されています。

一般に固体から液体、気体のように物質の性質が大きく変わる現象を相転移と呼びますが、もしも光のトポロジカル絶縁状態とノーマル状態を切り替える相転移が実現すれば、この界面を自由に生成することができ、任意の位置にトポロジカルな性質を持った光の配線をオンデマンドで生成することが可能となります。しかし、これまでの技術では光のトポロジカルな性質は構造で決まっており、構造を作製した後には変更ができませんでした。代表例として、ハニカム格子型フォトニック結晶を用いて光トポロジカル絶縁体を形成する方法を示します（図2）。この場合、中央のハニカム格子に対して、6個の穴が内側にずれた構造ではノーマルな光絶縁体（ノーマル相）になり、外側にずれた構造ではチャーン数が1の光トポロジカル絶縁体（トポロジカル相）になることが知られていますが、構造が決まってしまうとチャーン数は不変です。ここでバンドの上下が入れ替わっていますが、チャーン数を変化させトポロジカル相転移を実現するためには、バンド反転^[用語6]が必要であることがわかっています。これまでさまざまな手法を使って、トポロジカルな性質を制御しようとする研究は多く行われてきましたが、バンド反転が難しいため、チャーン数を変化させてトポロジカル状態をスイッチする、即ち光トポロジカル相転移を実現した例はありませんでした。

図2.

（上）従来技術におけるハニカム格子型光トポロジカル絶縁体形成手法と（下）対応するバンド構造。バンド反転によってCがノンゼロのトポロジカル絶縁体が実現する。

Ge₂Sb₂Te₅（GST）^[用語7]はよく知られた相変化材料の一つで、温度や光パルスによって結晶相とアモルファス相という異なる結晶構造の間で相転移が起き、屈折率が大きく変化することから、書き換え可能なDVDなどで実用化されています。相転移を起こしたあとその状態は無電源で保持されることから、近年GSTの相転移を用いた光メモリや光回路の研究が活発化しています。本研究では、このGSTをシリコンフォトニック結晶の上に装荷することで、GSTの相転移によりフォトニック結晶に大きな屈折率変化を与えて、光トポロジカル相転移を引き起こすことを狙いました。つまり、物質の相転移によって、光の状態の相転移を引き起こすことを狙うのです。ただし、GSTをフォトニック結晶の上に一様に成膜しただけでは、チャーン数を変化させることはできません。そこでNTTと東工大の研究グループでは、詳細に構造中の光状態を分析することにより、特殊な配置（図3左）でパターニングしたGSTをシリコンフォトニック結晶の上に装荷することで、光トポロジカル相転移を引き起こせることを発見しました。この特殊な構造では、GSTが結晶相からアモルファス相に相転移すると、フォトニック結晶のバンド構造が反転し、光の状態がノーマル相からトポロジカル絶縁相へ相転移します（図3右）。このような原理はこれまで知られていませんでした。

図3.

（左）提案するハイブリッドフォトニック結晶の構造図。（右）左の構造について、GSTが結晶相の場合とアモルファス相の場合について理論計算したバンド構造。結晶相の場合にはチャーン数が0のノーマル相であるが、GSTがアモルファス相になるとチャーン数が1のトポロジカル相になる。

図3で説明した構造を実現するためには、フォトニック結晶を構成するシリコン層と、その上に装荷するGST膜に異なるパターンを形成する必要があります。しかし、従来の殆どのフォトニック結晶は複数材料で構成してもパターンは共通でした。今回、NTTと東工大の研究チームでは、最先端の微細化加工技術と正確な位置合わせ技術により、フォトニック結晶上に任意のパターンの薄膜構造を形成する技術を確立し、図3に理論提案した構造を実際に作製することに成功しました。

具体的な作製プロセスを図4上に示しますが、電子線露光によるパターン形成を二段階で行い、正確な位置合わせ技術によりハイブリッド構造を作製しています。図4下に作製した構造の電子顕微鏡像および原子間力顕微鏡による立体像を示しますが、2つの材料のナノスケールのパターンが設計通りに位置合わせされて形成されており、ホストとなるフォトニック結晶の上にパターンの異なる機能材料が装荷されたハイブリッドフォトニック結晶構造が実現されていることを示しています。このようなハイブリッド構造はこれまでに世界の研究機関で作製された例はありませんでした。

図4.

（上）ハイブリッドフォトニック結晶の作製方法。（下）作製した構造の電子顕微鏡像及び原子間力顕微鏡像。

作製したハイブリッドフォトニック結晶構造のフォトニックバンド構造を、角度分解反射分光法^[用語8]と呼ばれる手法で測定した結果を図5に示します。左の結果はGSTが結晶相にある場合、右はGSTがアモルファス相にある場合の同一試料に対する測定結果です。2つの逆向きの放物線形状がそれぞれフォトニックバンドに相当しています。左の結果では放物線の底の位置で下のバンドが明るく見えていますが、右の結果では逆に上のバンドの頂点が明るく見えています。この明るさのコントラストが反転する現象が、バンドが反転し光のトポロジカル相転移が起きた証拠となっています。さらに詳細な分析から、左のバンドはチャーン数の大きさがゼロのノーマル相、右は1であるトポロジカル相であることが確認されました。この実験結果は、GSTの相転移によって、フォトニック結晶のバンドが反転し、光のトポロジカル相転移が実現したことを示しています。

図5.

角度分解反射分光法によるバンド測定実験の結果。GSTの相転移により上下のバンドの明るさが反転し、光トポロジカル相転移が起きていることを示している。

物質の相転移による光トポロジカル相転移を観測した例はこれまでになく、世界で初めての成果です。元々物質の相転移と光の相転移はこれまで全く別のものと考えられてきましたが、この成果では2つの世界の相転移現象を連携させることに成功したことになり、学術的に新しい分野の創出につながるものと考えられます。また、この結果は、構造作製後にGSTを相転移させればいつでもフォトニック結晶を光トポロジカル絶縁状態またはノーマル状態にできることを示しています。GSTは光パルス照射により双方向に相転移させることができるので、この技術を用いれば任意の場所のフォトニック結晶を光トポロジカル絶縁体に変えたり、また逆に戻したりすることが可能となりますが、これは任意の場所にチャーン数が異なる界面によるトポロジカル光導波路を形成することが可能になることを意味し、図6に示すような再構成可能な光トポロジカル回路の将来的な実現に向けた大きな一歩と言えます。

図6.

光トポロジカル相転移を利用して将来的に実現が期待できる再構成可能な光回路の概念図

この研究において、ハイブリッド構造の作製は主にNTTが行い、理論解析および測定はNTTと東工大の両者で行いました。NTT研究所は高度な半導体微細加工技術を有しており、これまでも世界有数の高品質フォトニック結晶を作製してきましたが、今回はこの高度な技術をハイブリッド構造に適用して独自のナノ構造作製に成功しました。

GSTは光パルスによって相転移が可能であることから、今後光パルスによる光トポロジカル相転移の実現をめざします。また、この光トポロジカル相転移現象を用いて、チャーン数が変化する境界を作り、オンデマンドで再構成可能な光導波路を実現する予定です。またさらに、これらの技術を用いて図6に示した再構成可能な光回路への応用を狙い、最終的にはこのトポロジカルな性質による光の新たな自由度を活用して光による大容量の情報処理に適用し、情報処理基盤の高度化に寄与することをめざしています。光のトポロジカルな性質の研究は世界的にも基礎的な研究段階で未知な部分が少なくないですが、現在もさまざまな新しい性質が発見されており、今回の成果は、そういった多様な光のトポロジカルな性質を光トポロジカル相転移によって操作できる可能性を示しており、学術的にも応用的にも大きな広がりが期待されます。

また、今回用いたハイブリッドフォトニック結晶作製技術は、GST以外の物質にも適用可能であることから、さまざまな機能材料を用いたハイブリッドフォトニック結晶を実現することで、さまざまな光学応答の制御にも応用できる可能性があります。

東京工業大学 物質理工学院の熊井真次特任教授、同学院 材料系の村石信二教授ら、株式会社UACJはこのほど、かねてから取り組んでいる国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（以下「NEDO」）のアルミ素材高度資源循環システム構築事業である「資源循環型社会構築に向けたアルミニウム資源のアップグレードリサイクル^[用語1]技術開発プロジェクト」（以下「本事業」）において、本事業の中核となる「縦型高速双ロール鋳造実験機」（以下「本鋳造実験機」）を開発・完成しましたので、お知らせします。アルミの量産化を目指した鋳造技術としては、世界で初めて（UACJ調べ）の取り組みとなります。

これまで、アルミ溶湯^[用語2]に鉄（Fe）やシリコン（Si）などの不純物が混入すると、材料の特性が低下してしまうため、アルミニウム展伸材^[用語3]の原料にリサイクル材を使用することには技術的な課題が多く困難とされてきましたが、今回開発した技術を用いることで、不純物の許容量を大幅に増やすことができ、大量のリサイクル材を使うことが可能になりました。

今回開発した本鋳造実験機は従来の横型双ロール鋳造機と比べ、溶湯とロールの接触面が長いことや、熱伝導性が高いロールを採用したことなどにより、アルミ溶湯の冷却速度と鋳造速度はほぼ数十倍に向上しました。これにより、急速な凝固プロセスが構築され、アルミ合金の溶湯に混入した不純物による晶出物^[用語4]の微細化および分散化が可能になり、展伸材としてのアルミリサイクル品の製造が実現します。

今後は、アルミニウムのサーキュラーエコノミー実現に向けた中核となる本鋳造機の活用などで、2030年以降に高品質なアルミニウムリサイクル材の量産化と、大幅なCO₂排出量削減を目指します。

アルミニウムは、再生地金を使用することで、新地金を使用するよりも製造時のCO₂排出量を97%削減できることから、循環型経済推進への取り組みが近年特に期待されています。

現在、アルミ展伸材は不純物の許容度が低いため、アルミ缶以外の分野では十分に水平リサイクル^[用語1]が行われておらず、不純物許容度の高い鋳物やダイカスト^[用語3]へのカスケードリサイクル^[用語1]が主となっています。しかし今後、アルミ展伸材の生産量は増加する見通しの一方、EV化の影響などで、カスケードリサイクルの受け皿となる鋳物やダイカストの生産量の伸びは小さいと予想されています。このようなことから、アルミニウムのリサイクル率を上げるために、従来のカスケードリサイクルに加えて展伸材へのリサイクルが求められています。

このような背景のもと、3者は2021年度に開始した本事業で、循環型社会構築に向けたアルミニウム資源のアップグレードリサイクル技術開発に取り組んできました。今後は、アルミニウムのアップグレードリサイクル技術開発における量産技術の確立に向けて、3者で協力して取り組みを進めてまいります。

縦型高速双ロール鋳造は、横に並べた一対の水冷銅製ロールにサイドダム^[用語5]とノズル^[用語5]を付け、上から溶湯を注ぎ、2～5 mm程度の厚さの薄板を20～80 m/分の高速で直接製造する連続鋳造法です。これは従来の横型双ロール鋳造圧延と比較すると、冷却速度と鋳造速度が数十倍に向上します。これは、本鋳造実験機が、溶湯とロールの接触面が長いこと、ロール上面に溶湯プール^[用語5]を形成することによる押湯効果^[用語6]、さらに、熱伝導性が高いロールを採用したことなどで実現しています。

このように縦型高速双ロール鋳造は多くの特長を持ちますが、溶湯の安定供給や表面品質制御などが難しく、これまで実用化されてきませんでした。本事業では、プロジェクトメンバーである学校法人常翔学園（所在地：大阪府大阪市、理事長：西村泰志）の大阪工業大学、学校法人東京電機大学（東京都足立区、理事長：石塚昌昭）が所有する小型ラボ実験機を使った基礎実験を行い、そのデータに基づいて、新たに設計・製造しました。本実験機では、200 kgのアルミ溶湯を用いて、幅200 mmの薄板を数分間で鋳造することが可能です。これにより、ロールの表面温度を早く安定させることができ、実機での量産を再現することができました。

本縦型高速双ロール鋳造実験機は、板幅は200 mmと狭いものの、溶湯供給や各種条件制御などは実操業を想定した仕様となっており、ロール幅を拡大することで量産機の設計に展開できると想定しています。縦型高速双ロール鋳造実験機は高速で生産性が高いため、板幅を2,000 mmとすれば、年間約20万トンの薄板製造能力があることになります。これは従来のDC鋳造^[用語7]、熱間圧延であれば中規模以上のラインに相当します。従来のDC鋳造、熱間圧延プロセスで同等の薄板を製造するには、（1）溶解、（2）鋳造、（3）均質化処理、（4）面削、（5）圧延前加熱、（6）熱間圧延の6工程が必要であるのに対し、縦型高速双ロール鋳造では（1）溶解、（2）鋳造の2工程だけで済みます。そのため、従来のプロセスと比較して、製造時間や設備設置の面積のほか、費用や製造に必要なエネルギーをおよそ20％削減することができます。既存材においても、縦型高速双ロール鋳造実験機で製造することで、Scope1のCO₂排出量削減が可能になります。さらに、急冷凝固はアルミリサイクル材の不純物の影響を軽減することができ、水平リサイクルの推進にも寄与できます。

NEDOとUACJと東京工業大学は、縦型高速双ロール鋳造実験機での高品質なアルミリサイクル材の量産化を目指し、量産化に必要な技術課題の解決を進めます。2030年以降に量産設備を実現し、2050年には業界全体で年間1,800万トン規模のCO₂排出量削減を目指してまいります。

日本航空株式会社（以下「JAL」）と東京工業大学（以下「東工大」）は、お客さまにスムーズにご搭乗いただくことを目的に機内混雑を緩和する最適な搭乗方法の共同研究を行ってきました。

このたび、JALと東工大 環境・社会理工学院 大佛俊泰教授との共同研究結果から、機内の通路が2本あるワイドボディ機材において現行よりも機内混雑の緩和が見込まれる搭乗方法が明らかになったため、JAL国内線のワイドボディ機における搭乗方法を本日9月11日（水）より変更しました^（※1）。

（※1）一部機材において異なる運用となる場合があります。

事前改札・優先搭乗（Group1-2）ののち、Group3として後方座席と前方窓側座席のお客さま（赤色部分）、Group4として前方座席（青色部分）を含むすべてのお客さまにご搭乗いただく方式に変更し、ワイドボディ機材においてGroup5は廃止します。なお、事前改札と優先搭乗はこれまでと変更はありません。

ボーディングブリッジを2本使用してご搭乗いただく機材において、これまではご利用クラスに応じたボーディングブリッジ通路をご案内しておりましたが、普通席において列ごとにご案内する運用に変更します。これによりL2ドア付近での混雑が緩和され、スムーズにご搭乗いただけるようになります。

機内に設置した360度カメラにより搭乗中のお客さまの動きを計測し、得られたデータから独自の搭乗シミュレーションモデルを構築しました。このシミュレーションモデル上において、搭乗順序などを変化させ複数のシナリオを約1,000回にわたって試行することにより最適な搭乗方法を導きました。

今回の研究結果による搭乗方法をワイドボディ機材に導入することにより、現在の搭乗方法に比べ機内混雑が緩和され、所要時間の短縮が期待されます。

東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の山田拓司准教授、サリム・フェリックス博士後期課程学生（当時）らによる研究チームは、リンチ症候群（LS）^[用語1]患者の大腸がんと腸内細菌の関連を明らかにした。

リンチ症候群は遺伝性大腸がんの種類の一つであり、リンチ症候群における大腸がんの病態形成と腸内細菌の関連性はこれまで明らかになっていなかった。本研究では、リンチ症候群患者の大腸がん進行において、腸内細菌が重要な役割を果たしていることを明らかにした。具体的には、リンチ症候群患者の大腸がん患者では特定の細菌が増加しており、この細菌が大腸がん発生後の免疫調整や治療に対する耐性に関わっていることが予測された。さらにリンチ症候群患者の糞便代謝物は、腫瘍の有無に関わらず非リンチ症候群患者と異なることから、早期の代謝変動が観察された。この成果により、今後はリンチ症候群患者の腸内細菌をターゲットとした新しい治療法の開発など、新たな予防と治療の可能性が開けたと言える。

本成果は、6月4日付の「iScience」に論文が掲載された。

大腸がん（CRC）患者は近年増加しつつあり、死因の上位に入る。大腸には多種多様な細菌などの腸内微生物が常在していることが知られており、腸の健康状態に大きな影響を与えていると考えられている。大腸がんにおける腸内細菌の役割は解明されつつあるものの、遺伝性大腸がんにおける腸内細菌の役割についてはまだ十分に理解されていない。

リンチ症候群（LS）は遺伝性大腸がんの種類の一つである。リンチ症候群は、DNAミスマッチ修復（MMR）遺伝子^[用語2]（MLH1、MSH2、PMS2、MSH6）またはEPCAMの病原的な生殖細胞系列変異によって引き起こされる、常染色体優性の家族性疾患であり、大腸がんや子宮内膜がんのリスクが報告されている。しかしこれまで、リンチ症候群患者の腸内細菌が大腸がん進行にどのような役割を果たしているかは明らかになっていなかった。

本研究では、リンチ症候群患者の腸内微生物群および代謝物のプロファイルを、大腸がんの各進行段階で詳細に解析するというアプローチにより、遺伝性大腸がんにおける腸内細菌の役割を解明することを目指した。具体的には、71人の日本人リンチ症候群患者を対象に、糞便のメタゲノム解析と代謝物解析を行った。リンチ症候群患者は、アデノーマまたはがんの形成歴がないグループ（LS-CTR）、アデノーマのあるグループ（LS-ADE）、大腸がんのグループ（LS-CRC）、および過去にがん形成による結腸切除を受けたグループに分類した。また、同じサンプリングプロトコルを用いて、リンチ症候群ではない大腸がん患者からもデータを取得した。その結果、次のようなことが明らかになった。

リンチ症候群患者は非リンチ症候群患者に比べて、腸内微生物のアルファ多様性^[用語3]の低下が見られた。また、大腸がんの進行度に関わらず、リンチ症候群患者の腸内細菌にはフィーカリバクテリウム（Faecalibacterium）属^[用語4]の細菌が少ないという傾向が見られた。ただし、アルファ多様性の低さとフィーカリバクテリウムの少なさは、炎症性腸疾患（IBD）^[用語5]に関連していることが報告されており、この結果は、大腸がんの進行と関連しない、非リンチ症候群患者の腸内環境における炎症性が観察されたと見られる。

LS-CRCグループの患者の腸内からは、フソバクテリウム・ヌクレアタム（Fusobacterium nucleatum）^[用語6]とその毒性因子であるfap2が見出され、LS-CTRグループより高い相対存在量が観察された。また、LS-ADEグループのフソバクテリウム・ヌクレアタムがLS-CTRと有意な差を示さないことから、この細菌の増加が大腸がんの発生後に起きたことが分かる。

先行研究の報告から、フソバクテリウム・ヌクレアタムが特にdMMR/MSI-H型^[用語7]の大腸がん患者の腸内に豊富であり、大腸がんの進行、転移、疾患予後、治療反応に影響を与える可能性が示唆されている。本研究の観察結果からは、リンチ症候群患者の大腸がんにおけるフソバクテリウム・ヌクレアタムの役割は、主に大腸がん発生後の免疫調整や治療に対する耐性であると予測された。

メタゲノム解析によって、リンチ症候群の大腸がん患者ではアミノ酸の一種であるリジンとアルギニンの分解に関わる細菌の遺伝子が増加し、そうしたアミノ酸の代謝活動が促進されていると予測された。糞便代謝物データから、これらのアミノ酸の濃度が、大腸がんの進行に関わらず、リンチ症候群患者に高いことが観察された。がん発生の特徴の1つとして代謝変動が提唱されており、本研究の成果から、リンツ症候群患者の大腸がんにおいて、宿主側の早期の代謝変動が腸内細菌への選択圧として働いていると仮定できた。

本研究はリンチ症候群におけるCRCの病態形成に関与する要因を多角的に探索するものであり、腸内微生物の構成や代謝物の変化が、特に早期のdMMR遺伝子変異によって誘発される宿主の免疫応答と密接に関連していることを示唆している。さらに、フソバクテリウム・ヌクレアタムなどの特定の微生物種の増加がCRCの進行と関連するという従来の推定が正しいことが裏づけられ、これらの微生物が、腫瘍の成長と病態の進展にどのように寄与するかを理解するための重要な手がかりを提供している。

今回の研究の結果は、リンチ症候群患者における腸内細菌の役割が大腸（結腸直腸）がんの腫瘍形成において他の要素よりも重要である可能性を示している。

今回の発見は、リンチ症候群結腸直腸がんの理解を深め、将来的な予防と治療のための新しいアプローチを提供する可能性がある。具体的には、リンチ症候群患者の腸内細菌をターゲットとした新しい治療法や代謝変動早期発見の一助になることが期待される。

東京工業大学 物質理工学院 材料系の山口晃助教、宮内雅浩教授、An Niza El Aisnada（アン・ニザ・エル・アイスナダ）大学院生（博士後期課程）、同 地球生命研究所（ELSI）の中村龍平教授（理化学研究所チームリーダー）、海洋研究開発機構の北台紀夫主任研究員らの研究チームは、多様な複合金属硫化物^[用語1]を用いた二酸化炭素の電解還元^[用語2]において、重回帰分析^[用語3]や分類といった機械学習の手法を用いて従来よりも簡便な触媒設計の指針を見出した。

温室効果ガスである二酸化炭素（CO₂）を削減・利用する技術の開発が望まれる中、電解還元によりCO₂を他の物質に変換する手法に注目が集まっている。電解還元の際の電極にどの材料を用いるか、という点は変換効率などに関わる重要な研究課題であり、長年にわたり材料検討が進められてきた。中でも、金属硫化物はスケーリング則^[用語4]からの脱却という観点から二酸化炭素変換電極として期待されているが、明確な設計指針は確立されておらず、より簡便なパラメータに基づく電極設計の指針が求められていた。

今回の研究では、18種類の金属硫化物を電極として用いてCO₂の電解還元反応を行い、電流効率を比較するとともに、一酸化炭素（CO）生成の選択性を決めるパラメータ解明のために重回帰分析を実施した。結果として、複合金属硫化物を用いた二酸化炭素変換では、一酸化炭素を得る上では構成元素よりも結晶系^[用語5]に着目した触媒設計が必要であることが示唆された。本研究成果は、金属硫化物という自然界に普遍的に存在する材料を用いた二酸化炭素変換触媒の開発の一助となることが期待される。

本研究成果は、9月13日（現地時間）付の「Materials Science & Engineering R」に掲載された。

二酸化炭素（CO₂）をはじめとする温室効果ガスの排出量と吸収量を均衡させるカーボンニュートラルの重要性が叫ばれる昨今、排出されたCO₂を有効利用する技術がより強く求められている。その手段の一つとして注目を集めているのが、再生可能エネルギーなどで発電した電力を用いた電解還元により、CO₂を原料に有用な化学物質をつくり出す電気化学^[用語6]的なCO₂の還元である。この電解還元によるCO₂変換については、金属電極の種類をはじめ100年以上も研究が進められているにも関わらず、いまだ発展途上の技術であり、新たな電極材料群の開発が必要とされている。

CO₂の還元では、一酸化炭素（CO）やメタン、ギ酸など、さまざまな生成物が得られるため、これらの生成物の比率を上手にコントロールしていくことが、還元の活性を高める鍵であると考えられてきた。電解還元によるCO₂変換を行おうとする際、電極に銅（Cu）などの単一元素からなる金属を用いると、最終生成物に至る際に経由する化学種（中間体）のエネルギーを最適化する際に、スケーリング則によって触媒設計の自由度が制限されるという課題が存在する。スケーリング則による制約を解決し得る材料群として、複数の反応サイトを有する金属硫化物に注目が集まっている。

また、金属硫化物は鉱物として広く海底に存在しているために、その二酸化炭素変換のメカニズムを調べることは、「海底での炭素変換によって生命が誕生した可能性」に関する検討の足掛かりとして、生命起源の観点から地球科学の分野においても研究が行われている。しかしながら、二酸化炭素変換材料としては歴史が浅く、有効な二酸化炭素変換電極として明確な設計指針は得られていなかった。特に、従来の触媒開発においては「中間体の吸着エネルギー」のような負荷の高い計算が必要なパラメータが設計指針として提示されており、より簡便なパラメータを提示できれば、触媒開発がより効率化するものと期待できる。

そこで本研究では、2つの金属を含む複合金属硫化物を用いたCO₂還元では、どのような物性パラメータが活性を決めているのかを、実験及び計算科学の手法を用いて明らかにし、より簡便なパラメータに基づく電極設計の指針を獲得しようと試みた。

本研究ではまず、検討対象として18種類の複合金属硫化物を合成し、それらの電気化学的な二酸化炭素変換活性を実験により調べ、一酸化炭素（CO）生成に対する電流効率^[用語7]を測定した（図1）。その結果、サンプルごとに活性が異なり、特にZnIn₂S₄を用いた場合には90%以上ものCO生成効率が達成された。

図1.

18種類の金属硫化物を電極として用いた際の、二酸化炭素からの一酸化炭素生成効率

続いて、複合金属硫化物上におけるCO₂からのCO生成の選択性を決めるパラメータを解明すべく、重回帰分析を実施した。

実験により活性度の指標として得られた電流効率のデータを、諸条件の影響を受けて変化する目的変数に設定した。また、キャラクタリゼーションにより特定した構造に対する量子化学計算により得られた、金属硫化物の結合長や格子体積といった「構造的なパラメータ」と、金属硫化物の表面エネルギーやバンド位置といった「電子的なパラメータ」を、電流効率に影響を与えうる説明変数として設定した。その上で重回帰分析を行って、最も係数の大きい、すなわち活性への寄与が大きいパラメータを抽出した。

その結果、CO₂をCOへと変換する反応においては表面全エネルギーと格子体積が大きく反応へと寄与していることが見出された（図2）。

図2.

重回帰分析において得られた各パラメータの寄与度。異なる色の棒グラフは異なる回帰分析手法を表す。

続いて、得られた表面全エネルギーと格子体積を基に、既存のデータベースに存在する204個の複合金属硫化物に対してCO生成効率を予測した（図3）。これらを結晶系ごとに分類してみると、六方晶系、三方晶系、単純格子、および菱面体晶系の硫化物が高いCO生成効率を示すことが予測された。

一方で、構成元素ごとに分類してみると、カドミウム（Cd）、インジウム（In）、亜鉛（Zn）を含む硫化物が高いCO生成効率を示すことが予測された。しかしながら、これらを含むCdIn₂S₄は実際には低い効率を示しており、これはCdIn₂S₄の格子構造が、活性が低いことが予測される面心立方格子構造であるためだと考えられる。したがって、金属硫化物上でのCO生成では、構成元素よりも結晶系が大きく選択性に影響していることを示唆する結果が得られた。

図3.

データベース上に登録されている204個の複合金属硫化物に対する、CO生成効率の予測。(b)、(c)はそれぞれ結晶系、構成元素によって分類したもの。

CO₂の削減ならびに資源としての利用は、カーボンニュートラルを達成させる上で解決すべき喫緊の課題である。本研究では、それらを電気化学的に達成可能な新規材料として複合金属硫化物に着目し、その電極触媒としての設計指針を提示した。本研究成果を基に、触媒研究が加速され、将来的な脱炭素社会の実現に近づくことが期待される。

本研究の結果、CO₂の有効活用の一手段として注目される金属硫化物を用いたCO₂還元について、どのような物性パラメータが活性度に深い関わりを持つかが明らかになった。本研究で提示した設計指針に従うことで、金属硫化物という身近で新たな材料群をベースとしたCO₂資源化材料の開発につながると期待される。さらに、本研究で適用したパラメータ抽出のワークフローは複合金属硫化物上でのCO₂変換だけでなく、他の反応系・触媒系にも適用可能であることが予想され、触媒開発の分野に大きく貢献することが期待できる。

7月17日、東京工業大学 リベラルアーツ研究教育院の日本語セクションは国際交流支援の一環として、留学生を対象とした茶道イベントを東工大茶道部と共同開催しました。

コロナ禍後、初の共催となった本イベントには、留学生33人（大学院生、研修生、研究生、海外交流学生やサマープログラム参加者など）が参加し、日本文化の体験、茶道部員との国際交流を楽しみました。

最初に着物を着た茶道部員によるお点前が披露され、参加した留学生らは緊張感をもって見守りました。お点前の間、茶道部員の留学生から「道具をきれいにしています」「お茶碗を温めるためにお湯を注ぎます」「お茶碗は形が非対称なものもあり、それを鑑賞して楽しみます」など、英語での解説がありました。

続いて、参加者にお菓子が振る舞われると、「お菓子の後にお茶を召し上がっていただきます」という茶道部員の言葉に緊張がほぐれた様子でお菓子の袋を開けていました。そして抹茶を味わいながら「そのお道具は何に使うのですか」「お点前はいつも静かに行うものですか」「他にどのようなお点前があるのですか」「どのような時にお茶会をしますか」などの質問をしていました。

質問が一段落すると、参加者は抹茶を点てる体験をしました。部員から教わりつつお茶碗に抹茶を入れ、お湯を注ぎ、茶筅を使ってお茶を点てました。自分で点てた抹茶をいただき、「茶道で抹茶以外のお茶を使うことはありますか」「ようかんは甘すぎますが抹茶はおいしいです」とやさしい日本語と英語で会話をしながら、お茶碗の鑑賞や着物姿の部員との写真撮影など、参加者同士も交流を楽しみました。イベント終了後も、茶道部に関心を持った参加者が部員に質問をしたり、自国に関する話をするなどの交流が続きました。

イベント後のアンケートでは、「とても興味深いイベントでした。日本の茶道について学び、自分でお茶も点てました。他の学生とも話ができました」「茶道の手順について学びました。茶道部のメンバーはとても美しい着物を着ていて、私たちの質問にとても丁寧に答えてくれました」などの感想が参加者から寄せられました。

東京工業大学 工学院 電気電子系の阪口啓教授の研究グループは楽天モバイル株式会社と共同で、東京工業大学 大岡山キャンパスにBeyond 5G^[用語1]モバイルネットワークの実証フィールドを構築し、大学キャンパス内のMEC^[用語2]サーバで稼働するデジタルツイン^[用語3]と連携することで、ARグラス^[用語4]を用いて歩行者の危険回避を促す実証実験に成功した。

近年、MECとARグラスを用いた危険回避などのアプリケーションが注目を集めており、工場内などの特定の環境での活用が始まっているが、スマートシティなどのダイナミックスの高い公共の環境での活用は実現されていなかった。

本研究では、まず東京工業大学 大岡山キャンパスにBeyond 5Gモバイルネットワークの実証フィールドを構築し、ARグラスとARアプリケーションが稼働する楽天モバイルMECサーバの間での超高速低遅延通信を実現した。次に、大学キャンパス内のデジタルツインが稼働する東工大MECサーバと、ARアプリケーションが稼働する楽天モバイルMECサーバが相互連携可能なアーキテクチャを構築することで、公共の環境でプライバシーを担保しつつ、低遅延にEnd-to-Endで情報を処理するネットワークアーキテクチャを構築した。これらの環境を活用することで、キャンパス内で発生する衝突事故をデジタルツイン上のAIを用いて予測し、歩行者のARグラスに低遅延で通知することに成功した。

本実証実験で検証したBeyond 5GやMEC間連携アーキテクチャを活用することで、将来のスマートシティにおけるさまざまなサービスへの展開が期待される。

本研究成果は、情報通信硏究機構（NICT）の受託硏究「Beyond 5G超大容量無線通信を支える次世代エッジクラウドコンピューティング基盤の研究開発」の一部として実施されたものであり、6月27日公表の終了評価（対今年度までの目標）で最高評価の「S」を得ている^（※）。

「スマートシティ」と呼ばれる人が住みやすい未来都市を実現するためのネットワーク技術として、2030年頃に導入が見込まれる次世代の通信インフラ「Beyond 5G」に関する研究開発が進められている。スマートシティでは、Beyond 5Gモバイルネットワークを介して都市と人がつながることで、新たな生活スタイルやサービスが創出される。スマートシティにおける人のインターフェースとして期待されているのが、スマートウォッチやARグラスなどのウェアラブル端末である。ARグラスなどを用いることで、現状のスマートフォンとは異なり、直接視覚や聴覚に訴えることが可能になり、即時性の高いサービスが提供可能になる。一方ネットワーク側では、地域密着のARアプリケーションとの間で即時性の高い低遅延な通信を実現するためにMECの活用が必要になる。近年、MECとARグラスを用いたサービスは、工場内などの閉空間での危険回避アプリケーションとして導入が始まっているが、スマートシティなどのダイナミックスの高い公共の環境への導入は実現していなかった。

こうした背景を受けて、東京工業大学と楽天モバイルは2021年度より、情報通信硏究機構（NICT）の受託硏究「Beyond 5G超大容量無線通信を支える次世代エッジクラウドコンピューティング基盤の研究開発」において、スマートシティの実現に必要となるネットワークアーキテクチャの研究開発に取り組んできた。今回の研究ではその一環として、Beyond 5GとMEC、ARグラスを活用した、スマートシティにおける歩行者の危険回避システムの実証実験を実施した。

本研究では、スマートシティの実証フィールドとして、東京工業大学 大岡山キャンパスにBeyond 5Gモバイルネットワークを構築した（図1）。キャンパス内では、広域の4GエリアにSub 6とミリ波^[用語5]のエリアがヘテロジニアスに展開されている。5Gで導入されたミリ波は、4G/Sub 6と比較すると高速かつ低遅延な通信が可能である一方で、カバレッジが狭いという課題があり、いまだ普及が進んでいない。これに対して、Beyond 5Gの活用を目指した本研究では、ミリ波のカバレッジ問題を解決するために、ミリ波アナログリピータをフィールド内に複数設置し、カスケードやマルチホップなど多段に中継可能なアーキテクチャを導入することで、屋内／屋外のカバレッジを拡張している。その結果、ミリ波のカバレッジはSub 6と同等またはそれ以上になり、キャンパスの主要な場所で1 Gbps以上の面的なカバレッジが実現可能になった。さらに本フィールドには、スマートシティで必要となる低遅延アプリケーションを稼働させる楽天モバイルMECサーバが導入されており、キャンパス内のARグラスユーザに対して、アプリケーションレベルで超高速かつ低遅延な通信環境を提供できる。

図1.

Beyond 5Gモバイルネットワーク実証フィールド

スマートシティの実現において重要な役割を果たすのがデジタルツインである。ただし、工場内などの閉空間でのデジタルツインは既存のネットワークとMECサーバを用いて実現可能であるのに対し、スマートシティなどのダイナミックスの高い公共の環境でのデジタルツインの実現には、ネットワークの高速性と低遅延性だけでなく、計算サーバのスケーラビリティと柔軟性、さらにプライバシーの保護が必要になる。

そこで本研究では、クラウドサーバに単一の巨大なデジタルツインを構築するのではなく、分散したMECサーバに場所や役割に応じたデジタルツインを構築し、異なるMECサーバおよびクラウドサーバをARアプリケーションがオーケストレート^[用語6]する階層型デジタルツインを提案した。具体的には、本研究の実証フィールドにおいて、スマートモビリティデジタルツインが稼働する東工大MECサーバと、ARアプリケーションが稼働する楽天モバイルMECサーバが相互連携可能なネットワークを構築した（図2）。このネットワークでは、ARグラスユーザがキャンパス内の特定の位置に到達すると、ARアプリケーションが東工大MECサーバをオーケストレートする。これにより、東工大MECサーバから楽天モバイルMECサーバに向けて、ARナビゲーションが必要とする情報を、プライバシーを保護しつつ、低遅延に送信できる。

図2.

デジタルツインが稼働する東工大MECサーバとARアプリケーションが稼働する楽天モバイルMECサーバが相互連携可能なネットワークアーキテクチャ

スマートシティにおける新たなサービスの検証のために、上記のネットワークを利用して、キャンパス内で発生する衝突事故などの危険情報をARグラスユーザに低遅延に通知し、危険回避を促すシステムを構築した。このシステムではまず、東工大MECサーバで稼働するスマートモビリティデジタルツインが、キャンパス内に設置された路側機^[用語7]のカメラやLiDAR^[用語8]などのセンサを用いて、交差点周辺の自転車や歩行者などの物体を認識する。次にデジタルツイン上の機械学習AIを用いて物体の数秒後までの経路を予測し、複数の物体の予測経路が交わるか否かで衝突予測を行う。衝突の可能性がある場合は、楽天モバイルMECサーバに物体の位置や衝突予測位置などの情報を送信し、ARアプリケーションが緊急度と危険エリアに応じた衝突アラートを生成し、ユーザが利用するARグラスに通知し、表示することで行動変容を促す。

見通しの悪い曲がり角での危険回避を促す実証実験（図3）では、歩行者は危険を事前に認識し、衝突する前に歩行を停止したため、衝突を回避できた。こうしたARコンテンツの切り替えによる行動変容の例以外にも、聴覚演出、視覚演出などの検証実験も行った（詳細は動画を参照）。

図3.

ARグラスを用いて歩行者の危険回避を促す実証実験

動画:

「Beyond 5G超大容量無線通信を支える次世代エッジクラウドコンピューティング基盤の研究開発」の研究成果

本研究成果は、スマートシティのサービス実現に向けて、Beyond 5GやMEC、ARグラスのポテンシャルを、実証実験を通して示したものである。今後、さらに小型・軽量で視野角の広いARグラスの製品化が予定されており、ARグラスを介して人と都市がつながることで、新たな生活スタイルやサービスが創出される未来も遠くないと期待されている。

本実証実験で検証したBeyond 5GやMEC間連携アーキテクチャを活用することで、将来のスマートシティにおけるさまざまなサービスへの展開が期待される。ARグラスを用いたスポーツ観戦やショッピング、スマートウォッチが子供の安全な通学路を守る街などワクワクする未来が待っている。

東京工業大学 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究センターの小田春佳博士研究員（研究当時）と木村宏教授は、近畿大学 生物理工学部 山縣一夫教授、同 大学院生物理工学研究科 米澤直央博士後期課程1年、慶應義塾大学 医学部 信藤知子電子顕微鏡研究室技術員、大阪大学 大学院生命機能研究科 平岡泰招へい教授、原口徳子特任教授の研究グループと共同で、精子の代わりに精製したDNA溶液を生きたマウス卵子に注入することにより、人工細胞核を構築することに世界で初めて成功しました。

これまで、マウス卵子内において人工細胞核の部分的構造の再構築は可能だったものの、機能を正確には再現できていませんでした。本研究では、細胞の核として機能させるために必要な条件も見出しました。本研究成果は、細胞核の機能獲得に必要なメカニズムを明らかにするとともに、絶滅動物の復活や人工的な生命の創生などにつながることが期待されます。

本件に関する論文が、2024年8月14日に、国際的な科学雑誌「Genes to Cells（ジーンズ トゥー セルズ）」に掲載されました。

マウス卵子内に構築された人工細胞核の電子顕微鏡写真。 精製したDNA溶液を用いて構築した人工細胞核（右）は、卵子由来の天然の細胞核（左）と形態が酷似していた。

細胞内にある核は、遺伝情報であるゲノムDNAが入っており、DNA複製や転写などほぼ全ての生命現象に関わる重要な細胞小器官です。しかし、核の構造と機能が構築されていく過程や、核が形成されるために必要な要因などについてはあまり研究が進んでおらず、未だに不明な点が多いのが現状です。

これまでの細胞の核形成に関する先行研究の多くは、カエルの卵母細胞の抽出物を用いており、細胞が生きたままの状態で核を観察することができませんでした。そこで、研究グループは、先行研究においてDNAビーズ^[用語1]をマウスの受精卵の細胞内に導入し、ライブセルイメージング^[用語2]により細胞を生きたまま観察することで、核の構築メカニズムの解明に取り組んできました。その結果、DNAが特定の構造をとり、核として必要な核膜や核膜孔複合体^[用語3]を形成する様子を人工的に再現することに成功しました。しかし、マウス受精卵内で構築した核に似た構造体は、核に本来ある核と細胞質の間の物質輸送能力を持っておらず、核の機能を完全に獲得した構造の構築は達成できていませんでした。

研究グループは、哺乳類の卵子内で人工的に細胞核をつくりだすことで、核構築のメカニズムや、核を形成するための必要最低条件を調べることをめざし、研究に取り組みました。

先行研究の結果をふまえ、卵子に導入するDNAの種類や長さ・濃度、導入方法、注入時期を詳細に検討することで、物質輸送能力を持つ人工細胞核が再構築されるかを評価しました。

その結果、精製したDNA溶液を精子の代わりに注入することで受精のような過程が進行し、本物の核に非常に似た構造を構築できることがわかりました。また、DNAの長さや濃度により、注入したDNAの挙動が異なることもわかり、最適なDNAの長さと濃度を明らかにしました。

DNA溶液を注入した胚を観察した結果、注入したDNAがヌクレオソーム構造^[用語4]を形成していること、注入したDNAの周囲に本物の核と似た核膜と核膜孔複合体ができていること、そして、核として必要な物質輸送能力があることなどを確認できました。また、ライブセルイメージングで観察したところ、注入したDNAが核膜孔複合体を獲得する様子を世界で初めて捉えました。

本研究により、核輸送能力がある人工の核をつくりだすことに成功し、今後さらに研究を進めることで完全な人工細胞核を作製できれば、絶滅動物の復活や人工的な生命の創生などにつながることが期待されます。

研究グループが先行研究で試みた、マウス受精卵内にDNAビーズを導入する方法で再構築した核様構造は、ヌクレオソーム構造や核膜・核膜孔構造を有しており、また、これまでに核構築に関わるとされるさまざまな分子も通常の核と同様に存在していました。それにも関わらず、核と細胞質間の物質輸送能力を欠いていました。この原因として、特定の分子の欠乏というよりは、DNAの量や長さ、DNAの注入タイミングといった物理化学的因子のミスマッチが考えられました。そこで研究グループは、細かく条件設定がしやすい精製DNA溶液を用いて、検討を行いました。

マウス卵子内でDNAから人工細胞核を作製するためには、卵子細胞質中にDNAを注入する必要があります。マウス卵子へのDNA注入法は、マイクロインジェクション技術を用いました（図1）。DNAはDNAビーズとしてではなく、DNA溶液として注入し、核様構造を形成するために必要なDNAの長さ・濃度・時間の条件を検討しました。その結果、少なくとも長さ48.5 kbp（キロベースペア）^[用語5]以上で、濃度100 ng/µLであれば卵子内で拡散せず、本物の核に酷似した形態を持つ核様構造になることがわかりました。また、注入されたDNAの挙動はDNAの長さや濃度により異なることがわかりました。さらに、天然の核に酷似した核様構造を構築するためには、DNAを注入するタイミングが重要であり、卵子の細胞周期のうち、分裂終期を通過する条件に注入をすればよいことも明らかになりました。

核輸送を行う核タンパク質のなかに、ヌクレオソームに結合するRCC1があります。つまり、注入したDNAが核輸送能力を獲得するためには、注入DNA上にヒストンタンパク質が集積し、ヌクレオソームの構造を形成する必要があります。免疫染色法^[用語6]により確認した結果、注入したDNA上にヒストンタンパク質の集積を確認しました。次に、ヌクレオソームを形成していることの指標となるタンパク質であるRCC1-EGFPについて、ライブセルイメージングを用いて確認しました。さらに、別のヌクレオソーム結合プローブであるJF646-LANAも用いて確認しました。その結果、注入したDNA上でそれぞれのタンパク質のシグナルを検出することができました（図2）。以上の結果から、マウス卵子内に注入したDNAは、ヌクレオソームを形成していることがわかりました。

図2.

注入したDNA（黄色矢尻）上でヌクレオソームマーカーであるRCC1-EGFP（上段、緑色）とJF646-LANA（下段、緑色）が観察された。

核輸送は、核膜上に多数点在する核膜孔複合体と呼ばれる穴を通じて行われます。つまり、注入したDNAが核輸送能力を獲得するためには、核膜と核膜孔複合体を形成している必要があります。これらの構造の有無を確かめるために、まずは電子顕微鏡観察を行いました。その結果、注入したDNAの周囲に本物の核と酷似した核膜と核膜孔複合体が観察されました（図3a）。さらに、核膜孔複合体を構成するタンパク質や核膜タンパク質が存在するかを、免疫染色により確かめたところ、注入したDNAを取り囲むように、それらの存在が観察されました（図3b）。また、核膜孔複合体を構成するタンパク質をライブセルイメージングにより観察したところ、DNA注入直後は認められませんでしたが、時間経過とともに観察され、注入したDNAが核膜孔複合体を獲得する様子を世界で初めて捉えました（図3c）。

図3.

（a-c）卵子核と注入DNA由来の核様構造の核膜および核膜孔複合体構造の評価。注入DNA周囲に卵子核と酷似した構造が観察された。
（a）電子顕微鏡画像。黄色矢尻は核膜孔複合体を示す。
（b）核膜タンパク質と核膜孔複合体構成タンパク質の免疫染色画像。
（c）核膜孔複合体構成タンパク質のタイムラプス画像。黄色矢尻は注入DNA、青色矢印は卵子核を示す。

最後に、作製した人工細胞核が核輸送能力を持っているか確認するために、蛍光タンパク質を付加した核局在化シグナル（NLS）^[用語7]が人工細胞核に入るかどうかを観察しました。その結果、蛍光タンパク質が人工細胞核内に流入することが確認されました。この蛍光タンパク質が取り込まれた人工細胞核に対して、核輸送阻害剤であるimportazoleを添加したところ、蛍光タンパク質が流出することが観察されました（図4上段）。さらに、核輸送に関与する因子として知られるRanというタンパク質が人工細胞核に存在していたことから（図4下段）、研究グループは、核輸送能力を有する人工細胞核を構築できたと結論づけました。

上段：核輸送マーカーであるsfGFP-EGFPを用いたタイムラプス画像。人工細胞核においてそのシグナルが観察され、核輸送阻害剤を加えると消失した（二重矢尻）。下段：核輸送関連タンパク質であるRanの免疫染色画像。人工細胞核においてそのシグナルが観察された。

本研究では、マウス卵子内に導入するDNAの長さ、濃度、注入タイミングを調整することで、卵子由来の天然の細胞核と酷似した構造を持ち、かつ核輸送能を持つ人工細胞核を再構築することに成功しました。しかしながら、作製した人工細胞核では、転写やDNA複製が行われているかはわかっておらず、ましてや分裂をさせることにも成功していません。完全な細胞核を作製するためには、今後のさらなる検証が必要になりますが、これらの試みを地道に繰り返すことで、細胞核の構築原理の定性的・定量的な解明に結び付くと考えています。また、細胞核の機能を完全に再現できる人工細胞核を作製することができれば、例えば絶滅動物などのゲノムDNAを試験管内で人工的に合成し、近縁種の卵子に注入すれば絶滅動物の復活が望める可能性があります。

東京工業大学は、お茶の水女子大学、奈良女子大学と2024年度から、日本の未来を担う優秀な女子STEAM^※生徒の発掘・育成を目標とした教育プログラム「女子STEAM生徒の未来チャレンジ」において、「みらいの扉キャンプ」および「みらいの扉ビジット」を実施します。入試女子枠を設けるなど、D&I改革を行う本学と、新たに工学部を設置したお茶の水女子大学、奈良女子大学が3大学合同で取り組み、これまでの理工系選択の啓発活動に関する知見・経験を活かすことで、卓越した理工系女性人材の発掘・育成を目指します。

「みらいの扉キャンプ」では、全国各地より卓越した才能を有する女子高校生1、2年生50名を選抜・招待し、2泊3日の合同合宿を開催します。合宿では、ものつくり実習や社会課題解決コンテスト、物理化学実験、先進理工学講義、女性キャリアパス講義を通して、生徒自身の未来につながる学びをイマーシブに体験させることにより、理工系キャリアの選択を促すことを目指します。本年度の選抜は9月、実施は12月を予定しています。

「みらいの扉ビジット」では、女子高校生をはじめとした全希望者を対象とし、各大学における研究室見学会など、みらいにつながる学びをダイレクトに体験できる機会を広く供与します。オンラインツールを活用することにより、全国の女子高校生とその関係者に対して、理工系選択の促進や理工系女性人材の育成に対する啓発活動を行っていきます。実施に関する情報のWEB公開は10月以降を予定しています。

本プログラムの特色は下記の3点です。

「みらいの扉キャンプ」では、全国各地から選抜された優秀な女子高校生が、STEAM先端講義や実験・実習、社会課題解決ワークやロールモデルとの懇談などの、生徒自身の未来につながる学びを得ることができます。これにより、優秀な女子生徒のSTEAM分野への進学を促進し、日本の将来を支える卓越した理工系女性人材の育成につながることが期待できます。
一方の「みらいの扉ビジット」は、希望者参加かつオンライン参加も可能であることから、キャンプ不参加の高校生や保護者、教育従事者、産官学界など、多くの関係者の啓発につながるという点で、社会への高い波及効果が期待できます。

本プログラムは、一般財団法人三菱みらい育成財団による2024年度助成事業カテゴリー3「卓越した能力を持つ人材を早期に発掘育成する『先端・異能発掘・育成プログラム』」の助成を受けて実施されます。3年間の助成期間終了後も、産業界による協力で運営を続けていく方針です。これにより、一貫性と継続性を持って、女性の理工系選択のための活動を進めていくことが可能となります。DE&I、特に女性活躍促進に向け、3大学それぞれの得意分野で互いに補完し合いながら、学内研修や環境整備にとどまらない取り組みを続けていきます。

8月11日から8月17日、東京工業大学の益一哉学長がインドネシア共和国の協定校を表敬訪問しました。また、同国の東工大卒業生らと交流を図るため、インドネシア蔵前会発足式などの一連のイベントに出席しました。

表敬訪問として、本学との全学協定校であるインドネシア大学、ガジャマダ大学、バンドン工科大学、および部局間協定校のサンプルナ大学を訪れました。各大学への訪問では、東京医科歯科大学との統合によって設立される東京科学大学（Science Tokyo）の紹介や、今後のさらなる国際交流・産学連携等の可能性についての活発な意見交換が行われました。

また、3都市3大学（ジャカルタ：サンプルナ大学、ジョグジャカルタ：ガジャマダ大学、バンドン：バンドン工科大学）において、Tokyo Tech Alumni and Friends Gathering（東工大同窓会）を開催し、合計約170人の東工大同窓生、および東工大への留学を希望する現地学生らが参加しました。本イベントでは、益学長が現在の東工大の取り組みについて講演を行い、同窓生へこれまでの感謝を伝えるとともに、 Science Tokyoへの応援を呼びかけました。講演後のレセプションではどの会場においても、同窓生らが思い出話に花を咲かせ、近況報告をしあうなど、久々の再会を大いに喜び楽しみました。

またガジャマダ大学においては、インドネシア蔵前会発足式も開催されました。東工大では2023年5月時点で118人のインドネシアからの学生が学んでおり、留学生数を国籍別にみると2番目に多い国となっています。帰国後においても同窓生間のネットワークは世代を超えて強く、益学長のインドネシア訪問に伴い、14ヵ所目の東工大海外同窓会としてインドネシア蔵前会（Kuramae-Indonesia）が発足しました。

発足式では、東工大卒業生であるガジャマダ大学前学長 パヌト・ムリオノ教授が、初代インドネシア蔵前会会長として蔵前会発足宣言を行い、益学長が祝辞を述べました。Science Tokyo 大竹尚登理事長候補および蔵前工業会理事長 井戸清人氏からの祝賀ビデオメッセージも放映され、同窓生らは大きな拍手で蔵前会発足を祝いました。

今回のインドネシア訪問における東工大同窓生との一連のイベントは、東工大特定准教授を兼務するサンプルナ大学のファリド・トリアワン准教授、Tokyo Tech Alumni Ambassadorであるバンドン工科大学のマナハン・シアラガン助教、ガジャマダ大学のベニ・レスタリ研究員による多大な協力のもと開催することができました。

東工大はScience Tokyoに生まれ変わりますが、これからも創立143年の長い歴史における国内および海外同窓生との絆を大切にし、さらなる応援・期待に応える大学であり続けます。

東京工業大学 科学技術創成研究院 ゼロカーボンエネルギー研究所の近藤正聡准教授と工学院 機械系の武藤龍平大学院生、北海道大学電子科学研究所／創成研究機構の遠堂敬史特任助教、核融合科学研究所研究部超高流束協奏材料ユニットの田中照也准教授らの研究チームは、FeCrAl合金^[用語1]が保護性α-Al₂O₃膜^[用語2]を形成する際に引き起こす異常酸化現象^[用語3]の原因を特定し、その改善策を見出した。

FeCrAl合金は、使用前に酸化処理を施して材料表面を緻密で保護性に優れたα-Al₂O₃膜で覆うことにより、過酷環境下における耐食性を劇的に改善する機能を有する材料である。しかし、特定の条件において、表面に多孔質な酸化物（異常酸化物）が局所的に成長し、均一な膜の形成が阻害されることがあった。そこで近藤准教授らは、この異常酸化物について透過型電子顕微鏡などを駆使して分析した結果、FeCrAl合金のワイヤー放電加工^[用語4]面に形成されるマイクロクラック内に残存するワイヤー成分が原因であることを突き止めた。さらに、高温で酸化処理を施して異常酸化物の直下に緻密なAlリッチ膜を成長させることにより異常酸化現象を克服可能であることを示した。

また、磁場閉じ込め核融合炉の液体LiPbブランケット^[用語5]では、液体金属が高磁場下を横切るように流れる際に誘導電流が発生し、それにより液体金属を流すためのポンプに大きな負荷を与えるMHD圧力損失（電磁ブレーキ効果）^[用語6]を生じてしまう。本研究では、核融合炉液体ブランケット体系を想定した数値シミュレーションを実施した結果、α-Al₂O₃膜が部分的に異常酸化物を巻き込んだとしても、液体金属に生じるMHD圧力損失（電磁ブレーキ）の効果を大きく抑制する性能があることが分かった。

本研究成果は、Elsevierの「Surface and Coatings Technology」オンライン版に8月19日に掲載された。

核融合炉の液体ブランケットや集光型太陽熱発電システムの構造材料として、冷媒として使用される高温の液体金属に耐える性能を有することが必要とされる。FeCrAl合金は、使用前に酸化処理を施すことにより、自らα-Al₂O₃膜を形成して表面を保護するという特性を有する。このα-Al₂O₃膜は化学的に極めて安定で緻密な組織を有するため、液体金属環境下における構造物の耐食性を劇的に向上させるものであり、エネルギープラントのような大型構造物の被覆も可能である。

さらに、α-Al₂O₃膜は非常に大きな電気抵抗を示すため、磁場閉じ込め核融合炉において高磁場条件で液体金属が流れる場合に発生するMHD圧力損失（電磁ブレーキ効果）を抑制する絶縁性被覆としても期待されている。しかし、特定の条件において表面で異常酸化現象が生じることが分かっており、スポット的に多孔質な酸化物（異常酸化物）が形成されることで、均一な膜の形成が阻害されることがあった。こうした場合、被膜本来の保護性や電気絶縁性も損なわれてしまう。

ワイヤー放電加工は、導電体であればどんなに硬い材料であっても複雑な形状に精度良く加工することができるという特徴を有し、FeCrAl合金をはじめとするさまざまな材料の加工に用いられている加工法である。ワイヤー放電加工後に白層を取り除く研磨処理を施したFeCrAl合金APMT(Fe-22Cr-6Al-3Mo) に対して、保護性α-Al₂O₃膜を形成するための表面酸化処理を施した結果、図1に示すような異常酸化物が形成された。透過型電子顕微鏡などを駆使して詳細に分析した結果、異常酸化物の下には幅1マイクロメートル^[用語7]以下で深さ10マイクロメートル以上の細いクラックが存在することが分かった。また、そのクラック内部にはCuやZnなどの濃度が高い物質が存在することが分かった。このCuやZnはワイヤー放電加工時に使用したワイヤーの成分であり、加工時にAPMTのマイクロクラック内に付着したものである。ワイヤー放電加工面に形成された加工影響層は削ることにより除去することができるが、深く伸びたクラックが残存したものと思われる。マイクロクラック内部に付着したワイヤー成分の酸化反応により、異常酸化物が形成したことが分かった。

マイクロクラックや残留したワイヤー成分を完全に除去することは困難である。そこで、CuやZnなどを主成分とする異常酸化物が、多孔質な組織を有している点に注目した。本研究チームでは、酸化温度を上げることにより、酸素を異常酸化物の中を通過させてFeCrAl合金の表面へ届けることにより、異常酸化物の下にAl濃度の高い緻密な酸化被膜が形成できないかと考えた。酸化処理の温度を従来の1,273 Kから1,373 Kに上昇させた結果、図2に示すようにAl濃度の高い緻密な酸化被膜を異常酸化物の直下に成長させることに成功した。

CuやZnを主成分とする異常酸化物は電気を通しやすい特徴を有していた。そのため、異常酸化物が発生すると被膜の絶縁性は著しく低下してしまう。本研究では、異常酸化物の下にAl濃度の高い酸化被膜を形成させることにより、電気絶縁性を大きく向上させることができることも分かった。

磁場閉じ込め核融合炉の液体ブランケットでは、液体金属が高磁場下を横切るように流れる際に誘導電流が発生し、MHD圧力損失（電磁ブレーキ効果）が生じることで、液体金属を流すためのポンプに大きな負荷を与えてしまう。対策として、図3(a)に示すように、導電率の低いα-Al₂O₃膜で流路内壁を覆い絶縁する方法が挙げられる。そこで、磁場閉じ込め核融合炉の液体ブランケットの流路を簡易的に模擬した図3(a)の体系を対象にしてシミュレーション計算を行った。1,373 Kで酸化処理を行った場合のAPMT配管では、被膜により配管壁に流れ込む誘導電流が遮断されるため、電磁ブレーキの効果による流れのエネルギーの損失が、本研究で研究したα-Al₂O₃膜がない時に比べて約1,000倍以上小さくなり、つまり1,000倍以上流れやすくなることが分かった。

本研究では、FeCrAl合金の酸化挙動がワイヤー放電加工による影響を受けることを明らかにした。さらに、局所的な異常酸化という潜在的影響を排除する手法も明らかにしたことにより、FeCrAl合金が形成するα-Al₂O₃膜の信頼性を劇的に向上させることにつながる。結果として、液体LiPbブランケット開発における材料共存性と電磁ブレーキ発生の課題をα-Al₂O₃膜の活用により解決しうる見通しを得た。核融合炉などの先進エネルギープラントやさまざまな液体金属機器の早期実装を可能とするものであり、カーボンニュートラル社会の実現に拍車がかかると期待される。今後は、核融合炉液体ブランケットなどの苛酷環境下を想定した条件での実証実験へと進めたい。

小池英樹 情報理工学院 情報工学系 教授

一般社団法人日本ソフトウェア科学会

日本ソフトウェア科学会2023年度基礎研究賞

9月10日

Vision-based Human-Computer Interactionに関する研究

東京工業大学は6月21日、第23回となる2024年度挑戦的研究賞の受賞者11人を発表しました。うち3人は、末松特別賞にも選ばれました。授賞式は9月13日に行われました。

挑戦的研究賞は、東工大の若手教員の挑戦的研究の奨励を目的として、世界最先端の研究推進、未踏の分野の開拓、萌芽的研究の革新的展開または解決が困難とされている重要課題の追求などに、果敢に挑戦している独創性豊かな新進気鋭の研究者を表彰するもので、受賞者には支援研究費を贈ります。40歳未満の准教授、講師または助教が対象です。これまで本賞を受賞した研究者からは、多くの文部科学大臣表彰の受賞者が生まれています。

挑戦的研究賞受賞者のうち特別に優れている研究者には「末松特別賞」を贈っています。「末松特別賞」は、末松安晴栄誉教授・元学長の若手研究者支援に対する思いを継承して設けられた「末松基金」による顕彰です。「末松基金」は、末松栄誉教授が2014年に日本国際賞を受賞した際、賞金の一部を東工大に寄附したことから、東工大が若手研究者を奨励するために設立したものです。多様な分野で、未開拓な科学・技術システムの発展を予知・研究し、隠れた未来を現実の社会に引き寄せる研究活動を奨励するため、若手研究者を中心に支援しています。

研究課題名：例外点プラズモニックセンサの実現と量子生物学への適用

研究課題名：観測誘起相転移の冷却原子系での実現に向けた理論構築

研究課題名：超小型ソーラーセイルの姿勢・軌道統合制御と多様なミッション設計および宇宙実証に向けた実践研究

研究課題名：電気・磁気・歪の相関関係による水素検出

研究課題名：CO₂ダイナミクスに基づいた音響応答リポソームの設計と薬物徐放技術への展開

研究課題名：比較進化生理学的解析によるアクアグリセロポリン基質選択メカニズムの解明

研究課題名：コンクリート中の波動伝搬モデルの開発

研究課題名：クランプトアイソトープ分析技術が拓く海洋生物の生息環境履歴の解読

研究課題名：抗体分子の潜在的機能部位の網羅探査

研究課題名：欠陥秩序に基づく物質設計

研究課題名：分子ダイナミクスを起源とする非従来型熱輸送の探索

東京工業大学 研究・産学連携本部イノベーションデザイン機構（以下、Id機構）は6月27日、Venture Café Tokyoとの共催イベント「Tokyo Tech Startup Night 2024」を開催し、会場とオンラインで479人が参加しました。

オープニングではId機構の辻本将晴機構長のあいさつに続き、「第1回社会変革チャレンジ賞」の授賞式が行われました。この賞はスタートアップを通じた社会実装の促進を目的として若手研究者の優れた研究に光を当て、研究成果で世界を変えたい意欲を持つ研究者への支援を行うものです。多数の応募の中から選ばれた優秀賞5件、奨励賞10件の研究者が、益一哉学長より表彰を受けました。

Tokyo Tech Gap Fund^※1 2023採択者による1年間の成果発表となるピッチセッションをはじめ、スタートアップを目指す人たちに向けた基調講演、Greater Tokyo Innovation Ecosystem（以下、GTIE）^※2 GAPファンド2024に採択された研究者、東工大発ベンチャーAward2024参加企業の代表者によるピッチセッションが行われました。また、辻󠄀本機構長をモデレーターとして行われたディスカッションでは、大学発のスタートアップが世界に資するための課題と現状について議論が交わされました。

東京工業大学は、「スーパーグローバル大学創成支援事業」の支援期間終了にあわせて外部評価を実施し、その結果を広く学内外に共有するために外部評価報告書を作成、公表しました。外部評価は本学が独自に実施したものであり、2022（令和4）年度に続き2回目の実施となりました。

2014（平成26）年度に採択された本学のスーパーグローバル大学創成支援事業（以下、SGU）の構想名は、「真の国際化のためのガバナンス改革によるTokyo Tech Quality（トーキョー・テック・クオリティ）の深化と浸透」で、本学の教育研究の質と実を「Tokyo Tech Quality」と定めて深化させ、世界に浸透させることを目的として事業を推進してきましたが、10年の支援期間を経て、2023（令和5）年度に最終年度を迎えました。

今回の外部評価はこれまでの構想を振り返り、自走化および事業の横展開に向けた意見や助言を今後に生かしていくために実施したものです。この報告書は、2022年度に実施した分と併せ、東工大スーパーグローバル大学創成支援事業のページでご覧いただけます。

外部評価は前回と同じ3人の有識者にお願いし、本学がSGU事業を通じて取り組んできた改革とそのインパクトについて、幅広に意見を募りました。外部評価委員からは、ガバナンス改革における学長の強いリーダーシップと教育研究における取り組みに対して高い評価を受けるとともに、本事業における取り組みを継続・発展させていくための数多くの建設的な助言や提言がありました。さらに、本学と同じくSGU事業に採択されている東京医科歯科大学との統合で誕生する東京科学大学（Science Tokyo）に対する意見も寄せられました。

SGU事業は終了しましたが、今回の外部評価の結果を生かしながら、引き続き先駆的な取り組みを実施し、真の国際化を進めていきます。

7月12日と19日、東京工業大学学生支援センター未来人材育成部門と学務部学生支援課支援企画グループは、一般社団法人蔵前工業会の協力の下、運営の主体を本学学生として「第4回Taki Plaza講演会 MOVIES IN TAKI～夏休み前の冒険～」を開催しました。

本講演会は、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により立ち上げられた、Hisao & Hiroko Taki Plaza（以下、Taki Plaza）を拠点として活動する「未来人材応援プロジェクト」の一環で、毎回、学生の運営メンバーによって企画されます。

7月12日：『インセプション』ワーナー・ブラザース
7月19日：『スタンド・バイ・ミー』コロンビア・ピクチャーズ

今年度は「Adventure for Summer～夏休み前の冒険～」をテーマとした映画を運営メンバーが選定し、両日で延べ90人が映像と音楽を楽しみました。上映された映画は国際的に高い評価を得ているクリストファー・ノーラン監督の『インセプション』（2010年公開）と、青春映画の名作と言われる『スタンド・バイ・ミー』（1986年公開）の2本で、参加者はTaki Plaza地下２階の大画面モニターに映し出される迫力あるシーンと、ノスタルジックな音色に包まれて、非現実世界を旅するようなひとときを楽しみました。またポップコーンと冷たいドリンクのプレゼント（先着順）も大好評でした。

講演会は運営メンバーの橋本輝さんとキム・ナムギョンさんが日本語と英語の2言語でユーモアを交えながら司会を務め、和やかに進行しました。リベラルアーツ研究教育院 小泉勇人准教授による、映画をより楽しむための解説は「MOVIES IN TAKI」の醍醐味の一つで、作品の解釈や見どころ、社会的背景などの説明に新たな発見をする有意義な時間となりました。また、鑑賞後に設けられたクイズタイムでは参加者同士が意見を交換するなど、インタラクティブなイベントとなるプログラム構成でした。

未来人材応援プロジェクトでは、今後も学生たちに交流の場を提供するために、さまざまなTaki Plaza講演会を実施していきます。

上映前には作品と監督の紹介、鑑賞後は作品のテーマやストーリーの細部について説明がありました。作品の背景知識や製作過程でのエピソード、他の作品との比較などの詳しい解説に、参加者は真剣に聴き入りました。

登場人物それぞれがストーリーの中で果たす役割が、とても重要になっている作品です。解説中には「ノーラン監督の演出手法には役者を一つの駒のように機能的に扱う傾向があるのでは」といった議論もなされました。そういった側面もまた作品の構成に欠かせないものとなっていて、その構成を認識することが作品を理解する上で重要な視点となります。

原作小説のタイトルは『The Body（死体）』でしたが、映画の上映・興行に合わせて『Stand by Me（スタンド・バイ・ミー）』に変更されました。「死体を探しに行く」というストーリーのモダンホラー作品で、登場人物の誰かが過去を回想し終えて幕を閉じるという“枠物語”のスタイルです。関連要素を備えた日本映画として、他者への印象を巡る『桐島、部活やめるってよ』（2012）や、過去の振り返りが重要な意味を持つ藤本タツキ原作のアニメ映画『ルック・バック』（イベントと同時期に公開）が紹介されました。

東京工業大学は9月20日、大岡山キャンパス70周年記念講堂で、令和6（2024）年度９月学位記授与式を執り行いました。
10月に東京医科歯科大学と統合し東京科学大学（Science Tokyo）となるため、「東京工業大学」として最後の学位記授与式となりました。

学士課程では92人（うち留学生10人）が卒業し、大学院課程では修士課程210人（うち留学生150人）、専門職学位課程6人（うち留学生1人）、博士後期課程115人（うち留学生79人）が修了し、総計423人に学位が授与されました。

続いて、部局長を代表して、大竹尚登科学技術創成研究院長がお祝いの言葉を述べました。

また、本学同窓会「一般社団法人蔵前工業会」の井戸清人理事長（1973年理学部数学科卒）が来賓として祝辞を贈りました。

卒業生、修了生の皆さん、ならびにご家族のご健康とますますのご活躍を心よりお祈りいたします。
なお、益学長が述べた式辞は以下のとおりです。