東京大学産学連携プロポーザル

大気よりはるかに大きな熱容量と物質溶解度をもつ水は、地球環境を構成する最も重要な要素である。特に、地球に存在する水の97%を占める海水と海水を運ぶことで熱や物質の分布を決める海流は、気候や環境に支配的な影響を与えている。こうした重要性と海への知的探求心により、この研究室では海洋大循環の研究を進めている。 未知の領域である深層については、深層循環の全体像をとらえるために流速の長期測定が重要であり、深海に１～２年設置する係留系に測器をつけて流速や水温・塩分の連続測定を行っている。ひとつの測器からはその点でのデータしか得られないため、空間的な広がりを知るには多くの測器を設置する必要がある。そのため、高性能な流速計や水温・塩分計が安価で手にはいることが望まれるが、現在の機器は高価なものとなっている。

ナノプローブでは、微細構造の幾何学的形状情報ばかりではなく物性的情報を得ることが可能である。この研究室では、ナノプローブを光照射下にて動作させることによって、被測定試料の光学的特性を可視化・計測する研究に取り組んでいる。このような手法を応用して、太陽電池素子等を解析・診断する技術および装置の開発を行いたい。 ケルビンプローブフォース顕微鏡（KFM）は原子間力顕微鏡（AFM）をベースとした顕微鏡の一種であり、試料の表面形状とポテンシャル像を同時に得ることができる。このKFMを光照射下で用いれば、光起電力特性の計測や、その空間分布の観測が可能となる。図1は、光援用KFMで観察したCu(In,Ga)Se2化合物半導体太陽電池における(a)表面形状像と(b)暗状態での表面電位像、(c)光起電力像である。1mm程度の結晶粒やその粒界付近での光起電力分布が可視化されていることが見て取れる。また、光起電力測定の応用によって、太陽電池材料における重要な特性指標である少数キャリアの寿命や拡散長などの局所的計測にも成功している。一方、光照射に伴う被測定試料の熱膨張量をAFMにて観測する光熱分光計測の開発にも取り組んでいる。図2は、多結晶Si太陽電池上で観測した(a)表面形状像と(b)光熱信号像である。特定の結晶粒界近傍で、光熱信号が増大していることがわかる。これは、この粒界付近で、太陽電池での損失に対応する光励起キャリアの非発光再結合が促進されていることを示している。

人間のチームが協調することによって高度なサービスを提供したり、新たなアイデアを提案したりすることが、イノベーションにとって重要となっている。そこでこの研究室では、チームの協調行動についての基本原理を解明するとともに、円滑な協調やアイデア創出を支援する技術について研究している。チーム協調の基本原理については相互信念モデルを提案して、チーム・パフォーマンスの評価手法やチーム協調を促進する訓練手法などを開発し、航空管制、プラント運転などの業務に適用した。また、チームによる合意形成を支援する技術として、参加者の立場を可視化しながら議論を進める機能や、会議録の自動要約機能を備えた電子会議システムなどを開発した。 キーワード：チーム協調／チーム・パフォーマンス／合意形成／電子会議

私たちの感覚、認知、記憶、運動などの機能は、脳の複数の領野の個々の神経細胞が相互に情報をやり取りし、神経細胞間のつなぎ目であるシナプスでの情報伝達効率が変化することで実現している。この脳内情報処理機構を理解するためには、哺乳動物モデルであるマウスの複数領野の神経活動を大規模かつ同時に測定することが不可欠で、かつ単一細胞・単一シナプスレベルでの空間解像度を持つことが望ましいが、これは現在広く市販されている蛍光顕微鏡では実現が難しい。 そこで本研究室では、複数領野の活動をイメージングするための、顕微鏡対物レンズ直下に視野を移動させる機能を持った小型光学装置（図１）を挿入する顕微鏡、「超視野２光子顕微鏡」（特許出願2015-184497）、広域シナプス活動を高速イメージング(1 mm視野、0.21 μmピクセルサイズ、60 fps)するための、8Kスーパーハイビジョンカメラとスピニングディスク共焦点顕微鏡を組み合わせた顕微鏡、「8Kスピニングディスク共焦点顕微鏡」を開発した。特に前者は、既存の顕微鏡への小型光学装置の挿入によって実現でき、最長6.4 mm離れた視野の連続イメージングが可能（図２）で、高速化などさらなる改良が見込まれる。  

脂質は生体における最大のエネルギー源であり、細胞膜を構成する主要成分であり、シグナル分子としても働く。また脂質は食品から摂取される環境栄養因子であると同時に、適宜代謝を受けて時空間的に生体応答を制御する組織環境調節因子でもある。 本研究室では、脂質ならびにその代謝産物が関与する脂質ネットワークにフォーカスを当て、脂質代謝に関わる酵素（特にホスホリパーゼA2分子群）や受容体の遺伝子改変マウスに脂質の網羅的分析（リピドミクス）を展開することで、多様な疾患の分子病態を解明し、これを基盤に、脂質代謝の変容が関わる疾患の診断・予防・治療に向けた臨床展開を目指している。具体的には、脂質代謝関連の遺伝子改変マウスにおける疾患関連の表現型を精査するとともに、組織・細胞から抽出した脂質をリピドミクス解析して当該疾患における脂質の量的・質的な変動を調べることで、疾患と相関する新規脂質経路を同定する。特定の脂質経路の異常は、代謝疾患・免疫アレルギー疾患・循環器疾患・皮膚疾患・神経疾患・不妊症などの多岐に渡る疾患と密接に関連している。このことから、疾患と結びつく脂質分子やその産生に関わる代謝酵素を標的とした創薬は、疾患の新規治療法やバイオマーカーの開発に結びつくポテンシャルを秘めている。

プラズマの密度を測定する手段として静電プローブとマイクロ波干渉計がある。前者は簡便であるが測定プラズマを乱してしまうという欠点がある。後者は信頼性は高いが測定システムが複雑で空間的情報が得られないという欠点がある。マイクロ波透過計により簡単なシステムで局所的な密度情報を得られる可能性があるが、まだ、実際のプラズマで試験されていない。この手法はマイクロ波の透過率を周波数の関数として測定するもので、周波数可変の発振器と検出器から構成される。図は、プロセスプラズマへの適用の概念をしめしたものであり、プラズマへ入射されたマイクロ波は、基板で反射し、再びプラズマを透過して検出される。数値的、解析的な検討の結果、この手法は厚みが比較的薄く、長さ方向に一様なシート状のプラズマに対して有効であり、プロセスプラズマへの適用が期待される。

本研究で提供するデバイスは、水中で浮遊するマイクロメートルサイズの柔らかい微粒子（人工小胞体、ゲル微粒子、細胞など）をサイズによって選別し、目的のサイズのものをマイクロメートル間隔で配置できる。デバイスの材質は、透明性が極めて高いポリジメチルシロキサンとガラスであるため、光学顕微鏡（特に蛍光顕微鏡）でデバイス内の微粒子を一つ一つ観測することが可能である。 なお、本デバイスは、東京大学生産技術研究所の竹内昌治研究室との共同研究の成果であり、生命動態システム科学拠点事業「複雑生命システム動態研究教育拠点」から支援を受けて創製された。

ナノプローブを用いて微細構造の幾何学的形状情報ばかりではなく物性的情報（電気的、光学的情報等）を得るための研究を進めている。特長は、ナノプローブの持つ高い空間分解能を生かして、形状情報と同時に各種物性的情報を検知できることにあり、非破壊での評価、大気圧中での評価も可能である。これらの研究を応用して、LSI等、微細構造を有する電子デバイスに関する不良解析・診断技術の開発および装置の開発を行いたい。 磁気力顕微鏡（MFM）を用いて電流誘起磁場を観測する研究において、サブmm幅の微細金属電流路に1mA程度以下の電流を流したときの表面形状像、磁気力信号の振幅、位相成分の観測を通じて、磁気力信号強度と電流値との間によい比例関係があること、位相情報を利用して電流の向きを同定できること、などを確認している。また、カーボンナノチューブをチャネルとする電界効果トランジスタに同様の手法を適用している。図(a)、(b)は、それぞれ、ナノチューブチャネル周囲で観測した形状像と磁気力信号像であり、ナノチューブ近傍での磁気力信号の明瞭な変化が捉えられている。また、図(c)は、様々なバイアス条件に対する磁気力信号強度の依存性であり、トランジスタの電流-電圧特性に相当する。このように、個別ナノチューブチャネルにおける閾値電圧や伝達コンダクタンス特性などの解析が可能である。さらに、ネットワーク状のナノチューブチャネルの中から主たる電流経路の同定にも成功している。

この研究室では、「分子ほぞ」という分子を噛み合わせることで一義自己集合体を形成するという手法を開発し、これにより1辺2 nmの立方体である「ナノキューブ」を開発した。ナノキューブの特徴は以下の通りである。 (1) 構成要素となる歯車状両親媒性分子を水に溶かすことで2 nmサイズの一義的な集合体を容易に調製できる。 (2) ナノキューブは高い安定性を示し最も安定なものの分解温度は142 ℃である。 (3) ナノキューブの内部に形成される疎水性空間に有機分子や陰イオンを包接できる。 (4) 歯車状両親媒性分子の合成の最終段階でナノキューブを表面修飾する分子を導入可能である。 (5) 安価な出発原料から歯車状両親媒性分子をグラムスケールで合成できる。

近年、スマートフォンを始めとするモバイル型端末の爆発的普及に伴い、これまで主流であった固定センサを軸とした都市センシング手法に対して、モバイル型端末をセンサとして利用するユーザ参加型センシングについての研究が進められている。 本研究室では、スマートフォンをセンサとして利用し、人流や騒音など、様々な環境情報をセンシングし、クラウドで可視化することによって都市センシングの研究実績を積み重ねてきた。 固定センサを利用する都市センシングでは、固定センサの購入・設置費用、給電などのメインテナンスコスト、設置にあたっての調整労力など、莫大なリソースを必要とする一方、モバイル端末を用いた都市センシングでは、これらのコストを抑えられる他、センシング範囲内を参加者が密に探索することにより、高精度な結果をアウトプットできる。