東京大学産学連携プロポーザル

「J. Phys. D: Appl. Phys. 54, 33LT01 (2021)」にて実現した、プラズマ援用インクジェット合成法による、単分散粒子合成プロセスの量産化技術に関心のある企業との連携を期待する。サブミクロン～数ミクロンオーダーにおける高いサイズ制御性とともに、多彩な単分散粒子合成が可能な合成法である。

　金属塩の水溶液を急速に超臨界状態にすると、金属塩の溶解度が急激に低下することで大きな過飽和度が与えられ、金属や金属酸化物のナノ粒子が生成する。この手法は超臨界水熱合成法と呼ばれ、粒径や分布を制御したナノ粒子を合成可能な技術として注目されている。 　この研究室では、イオン伝導体や誘電体、光触媒などの分野で応用が期待される複合酸化物ナノ粒子の合成について検討を進めている。特にBaZrO3ナノ粒子の合成について、ミリ秒オーダーでBa欠陥の多い構造が形成した後、秒オーダーでBaが取り込まれるという粒子の詳細な生成機構を明らかにし、反応時間の制御でナノ粒子の物性に大きく寄与するBa欠陥量の制御が可能であることを見出している。また酸化セリウムナノ粒子の合成について、温度に応じた晶析過程の違いを適切に利用することで、粒径分布を大きくせずにサイズを制御できる可能性を見出している。このように、ナノ粒子の生成機構の解明とそれに基づいたナノ粒子の物性制御を得意としている。 　また、超臨界水中ではナノ粒子と有機修飾剤が共存する場合、粒子表面をその場で修飾したナノ粒子の合成が可能である。このような有機修飾を行うことで、ポリマーへの良分散性を獲得することや、ドラッグデリバリーなどに利用することが可能となる。この研究室では、有機ケイ素化合物による表面修飾銅ナノ粒子・表面修飾酸化鉄ナノ粒子の合成が可能であることを見出しており、反応時間や修飾剤導入のタイミング等の制御による表面修飾量の制御を目指した検討を進めている。

　超臨界状態の水中では、有害物質の酸化分解反応が極めて高速に進行する。超臨界水酸化と呼ばれるこの反応は、新しい有害な化学物質の処理法として期待されており、その利用によって、各種有害廃液や有害廃棄物を排出された原点（オンサイト）で処理するためのコンパクトな処理装置の構築が可能となる。 　この研究室では、有害廃液の処理について二酸化マンガン等の固体触媒を併用すると、有害物質の分解がさらに高効率かつ完全に進行することを見出している。企業の共同研究を通じて、実験室から排出される有機系廃液のオンサイト処理装置を開発している。 　一方、医療廃棄物をはじめとする有害廃棄物は、その処理を厳重に行う必要性が高まってきている。現在主に行われている廃棄物の集約後に焼却する処理は、有害廃棄物の移動に伴う環境漏洩、不適切処理等のリスクを抱えており、その解決には排出された場所（オンサイト）で処理するシステムの活用が有効である。 　この研究室では、超臨界水酸化反応を利用することで、感染性物質の付着が懸念される注射器などの医療系廃棄物を使用後そのままの状態で完全酸化分解し、原形を残さずにオンサイト処理を行う処理システムの開発を行っている。この”魔法のゴミ箱”とも呼べる処理システムは、超臨界状態の水中では有機物質の酸化分解反応が400～500℃程度の比較的低温で、またコンパクトな装置で行えるために可能となるものである。 　この技術は医療系廃棄物だけでなく、管理や移動にリスクを伴う様々な有害廃棄物に適用可能と考えており、近年ではふぐ含毒部位の処理に利用可能であることを報告している。

　超臨界・亜臨界状態の水（以下、高温高圧水）は、常温常圧の水とは大きく異なる物性を示し、特に誘電率やイオン積が温度・圧力と共に大きく変化する。このようなチューナブルソルベントとしての性質を持つ高温高圧水は、水の持つ安価・安全であるという性質と相まって、新しい環境調和型反応溶媒として注目されている。 　有機合成においては、人体や環境への負荷が大きい有機溶媒を、環境負荷が小さく安価な水で置き換えることが期待されている。この研究室では、高温高圧水には水でありながら有機化合物が溶解することを利用し、様々な有機合成反応の研究を進めている。特に、高温高圧水と固体酸・塩基触媒の組み合わせに着目した研究を進めており、オレフィンの水和反応やアルドール縮合反応が高速に進行することを明らかにしている。 　またこの時、亜臨界水の高いイオン積によって、オレフィンの水和反応が著しく加速されることや、超臨界水の密度変化に応じて、グリセリンの脱水反応の生成物選択性を制御出来ることなど、溶媒物性と固体触媒の組み合わせにより多彩な反応制御が可能であることを見出している。 　上記のような高温高圧水中の反応は、石油に代表される既存の化成品原料を、環境負荷の小さい未利用資源に置き換えるためにも利用可能である。この研究室では、バイオディーゼル燃料の副生成物であるグリセリンから、化成品原料として重要なアクロレインを合成できることを明らかにしている。また、松ヤニに含まれるαｰピネンを有用なテルペン類に変換する異性化反応において、高温高圧水と固体触媒を組み合わせた反応ならではの生成物選択性を得られることを報告している。

この研究室では、航空機の主翼に用いられる翼型が迎角を上げていったときに、突然揚力を失う翼型失速に関して、この翼型失速が発生することを出来るだけ遅らせる（高い迎角に至るまで失速を抑制する）ことを目指した実験的研究を行っている。そもそも失速は翼型上に生じている層流剥離泡が崩壊するが一つの要因となっている。そこで、翼型表面にとりつけられた「剥離泡崩壊制御板」と呼ぶ小型の部材の位置と高さを適宜調整することで、翼型失速を抑制できることを明らかにしてきた。更に、この剥離泡崩壊制御板と自律型アクチュエーターを組み合わせた翼型失速抑制システムを開発し、このシステムによる翼型失速抑制効果を実証している。

下記研究者、及び博士課程在籍の杉山一生氏による本発明は、結晶中に強磁性ナノ細線を作製する手法に係るものである。酸化ニッケルをはじめとする反強磁性体薄膜を作製する際に、格子定数が薄膜と異なる基板を用いることで、格子定数差を緩和するために、薄膜中に一次元の格子欠陥である転位が導入される。この転位を利用することで、原子スケールで微細な一次元強磁性体を作製することができる。 作製される微細な磁性体は、反強磁性結晶中に埋め込まれているため、反強磁性との相関を利用して特異な物性を発現させることができる。例えば、酸化ニッケル中の転位は、周辺の反強磁性領域との相互作用により、4 Tを超える極めて大きな保磁力と、250℃を超えるキュリー点を有する。

この研究室では、セラミック結晶にナノ量子細線の束を導入することにより、絶縁体セラミックスに導電性を付与する技術を開発している。実験では、代表的な絶縁セラミックスであるサファイアを用い、これを高温、高圧下で処理することにより規則正しい結晶の皺を作り、その中に金属を浸透（拡散）させることにより、直径数nmの金属細線（ナノ量子細線）を１cm2あたり10億本という極めて高い密度で形成することに成功した。

この研究室では、最先端の高分解能分析電子顕微鏡法、収差補正走査透過電子顕微鏡法や ナノプローブ分析電子顕微鏡法などを駆使して、構造および機能セラミックスをはじめとする各種先端材料に関する原子および電子レベルでの構造解析技術を確立している。また、これらの構造解析データと粒界・界面での原子配列についての理論計算を併用することによって、新しい材料機能創出のための設計指針を得ている。

当研究室では、医学・心理学・教育学を組み合わせた「新しい生物・心理・社会的アプローチ」を用い、子どもから成人へ至る一生涯を通じた心身の健康・Well-beingの保持増進・疾病予防のメカニズムを目に見える形で実証的に明らかにし、家庭・学校・職場などの社会環境の現場における予防教育的介入の効果検証を目指している。 これまで医師として病気をもつ方々の診療にあたってきたが、「病院に来ようとする前に何かできなかったか」と考えさせられる日々であった。そこで、新しくできた当研究室では、一般に日常生活を送る人々に対して病気に至る前（未病）の段階で発症予防を目指すアプローチで、「病院に来ようとする前」にフォーカスして、目に見えないと思われてきたはずのその予兆を＜見える化＞するという全く新しい挑戦的な検討を行っている。 そのため、「簡便・小型・非侵襲性・移動可能性」を特徴とするテクノロジー（科学技術）を用いて、日常生活の中で心身の健康情報や生体情報の測定を行い、臨床（保健・医療・福祉）や学校・教育や産業・労働の【現場で役立つ客観的なバイオマーカー（生物学的指標）を開発】しようと試みている。将来的には、これらの中でいくつかが「一般健康診断」にまで取り入れられることを目指す。 例えば、脳機能（前頭葉機能）測定、心拍変動計や電子瞳孔計、唾液計測（内分泌・免疫・炎症指標など）への取り組みをすでに始めているが、大規模な実証的研究を進めるためには、さらなる協力体制や研究の加速が必要である。 こうした簡便なバイオマーカーやICT/IoT技術を用いることで、日常生活の健康情報や生体情報や心理行動情報を把握しやすくなってきており、さらにその情報を適切に本人へフィードバックすることで、認知行動療法に基づいた心理行動的介入も応用しながら、さらなる健康行動を促す予防教育的介入へ繋げていくことができると考えている。

近年、ビットコインやイーサリアムを始めとするブロックチェーン技術は今後社会に大きなイノベーションをもたらすと言われている。しかし、ブロックチェーンの有効な活用のためには、既存のビジネスとは大きく異なる柔軟な視点が必要な上、情報科学、経済学、法律、起業ノウハウなど分野横断的な知識と経験を要する。そこで、東京大学大学院工学系研究科は「ブロックチェーンイノベーション寄付講座」を開設し、参画企業と連携しながら「技術開発」「社会実装」「人材発掘・開発」を軸とした活動を行っている。 その中で、学生とともに新たなブロックチェーンビジネスモデルの創出と、その基盤となる技術開発に取り組んでいる。具体的には、CO.NECTと称したブロックチェーン学生起業家支援プログラムを開催している。これは、学内外より極めて優秀な学生を募集・選抜し、約4ヶ月半の期間中、参加学生は自身のオリジナルの事業立案、それを実現するためのサンプルアプリケーションの実装を行う。学生は、期間中「人的サポート」「環境サポート」「資金サポート」の3つのサポートを受けることができる。「人的サポート」とは参画企業からブロックチェーン技術のみならず経営ノウハウや、法律面など多岐にわたるアドバイスを受けられるもので、「環境サポート」はキャンパス内にある知的活動に集中できる空間が提供される。「資金サポート」は参加学生への報酬、さらに事業開発のために必要な資金の提供をするものである。 一方、CO.NECTの活動のプロセスで得られたブロックチェーン技術の社会実装に関する技術的問題点に対して研究を行っていき、より社会的ニーズの高い研究成果を出していく。