東京大学産学連携プロポーザル

この研究室では、アルツハイマー病（AD）患者脳内に蓄積する老人斑の主要構成成分βアミロイド蛋白を標的としたAD治療薬開発を目指し研究を進めている。特にβアミロイド蛋白産生にかかわる酵素であるβ、γセクレターゼの活性を制御することによりADの病因論的根本治療法の開発につながることが期待されており、これらセクレターゼの活性測定系の開発・構造解析および構造活性相関解析・活性制御分子の探索を進めている。共同研究者の低分子化合物・有機化合物・遺伝子等のライブラリーを本評価系に応用することで、mechanism-basedなセクレターゼ活性制御法の開発、ひいては新たなAD治療薬創薬標的の探索を行いたい。

カテコールアミン（ノルエピネフリン（ノルアドレナリン）、エピネフリン（アドレナリン）、ドーパミン）は、生体内において神経伝達物質やホルモンとして重要な働きをしている。その生体濃度測定は重要であることから多くの分析法が開発されている。しかしながら、煩雑な前処理が必要であったり、感度が十分でないために多くの試料を必要とする分析法が多い。我々は、これまでに、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）と化学発光検出法を用いたカテコールアミンの分析法を開発した。本分析法は、高選択性と高感度を兼ね備えており、血漿、尿、組織等の生体試料を前処理することなく分析することが可能である。非常に濃度の低い血中カテコールアミン濃度を測定するために必要な血漿量は20マイクロリットル程度である。生体内カテコールアミンの高感度な分析を望まれる企業との共同研究を望む。

この研究室では、顕微鏡でリアルタイム観察しながら、微細構造物の組立・接合作業を行うシステムを開発しているが、その応用として、10μmm～10nm程度の微細構造物を対象として、実際に破壊実験を行い、力学特性の評価や内部構造の観察を行っている。物体の物性や構造などは、理論的な推定や数値計算などさまざまな方法で評価することが可能であるが、実物を使って直接的な評価は不可欠である。 たとえば、染色体の内部構造を解明することを目的として、凍結乾燥した染色体の断面作製作業を行った。図1に機械的に破断させた染色体の断面写真を示す。ビーム加工による切断面では内部構造にダメージが残るのに対して、機械的に切断した断面には内部構造を表すパターンが観察できることを示した。また破断面の形状から、クロマチンファイバが染色体の軸と垂直方向の層状に折り畳まれていることを示した。 その他にも、図2に示すように、直径30nmの酸化タングステンのナノワイヤを電子顕微鏡下で撓ませて破断させ、ツール先端の変形量からナノワイヤのヤング率や破断強度を求める研究なども行っている。

殆どのバルク金属加工（圧延、鍛造、押出し）は圧縮型の加工である。この過程で、塑性変形をおこすための降伏応力は加工設計の最も重要な指標の一つである。しかし、圧縮試験による金属材料の降伏応力・流動応力の測定は、摩擦の介在による不均一な変形、さらに高温域では温度分布などの外乱があるため殆ど行われておらず、工程設計で利用できるデータは極めて少ない。 この研究室では、逆に圧縮試験による不均一変形、温度分布を含む測定データから、単軸降伏応力・流動応力を解析・同定する手法を開発した。この手法と研究室が所有する2台の高速圧縮試験機（500mm/s－8パス、3500mm/s－3パス）を利用した降伏応力測定・流動応力測定及び加工工程の設計について、企業・団体との共同研究を行う用意がある。 　

この研究室では、環境、エネルギー分野で中心的な役割が期待されているナノ空間材料を主な研究対象として、これまでにない新規ナノ空間材料の創出やそのための合理的なプロセスの開発を目指している。 研究対象の１つであるゼオライトは、結晶性・多孔性アルミノシリケートの総称で、1nm以下の細孔を含有し、イオン交換特性、吸着特性、固体酸性質（酸触媒特性）をもつため、工業的に広く利用されている。ナノサイズ化させるとこれらの様々な特性が向上することが知られているが、ナノサイズ化の最も一般的な手段である水熱法には、希薄溶液中で結晶化させるため生産性が低い、また結晶化制御のために使用する有機構造規定剤が高価、といった問題がある。 本研究では、ゼオライトをビーズミルにより粉砕し、粉砕によって生じた非晶質層を再結晶化させることで結晶性の高いナノゼオライトの作製に成功した。この製法により、以下のような効果があった。 　・有機構造規定剤を使用せずにナノサイズ化が可能 　・収率はほぼ100%を達成（安価な原料がすべてナノサイズ化） 　・粉砕の度合いで粒度分布を自在に制御可能 （30nm～） 　・工業的に利用されているすべてのゼオライトのナノ化に成功

文部科学省は共用設備の活用による研究開発を推進しており、平成24年度にプラットフォーム事業を開始した。東京大学は微細加工および微細構造解析の各分野で事業拠点となり、共用設備の利用を開始している。また令和3年度からはマテリアル先端リサーチインフラ事業に引継ぎ、継続的な研究支援を行っていく予定である。 本リサーチインフラハブは、電子顕微鏡をはじめ、表面分析装置、結晶構造解析装置、電磁特性測定装置、光学特性測定装置など、様々な分野の装置を取り揃えており、1カ所で多角的な分析ができるのが大きな特長である。 電子顕微鏡は走査型透過電子顕微鏡(STEM)、透過型電子顕微鏡（TEM）、走査型電子顕微鏡（SEM）が設置されており、各種の用途に応じて使われている。特にSTEM/TEMではJEM-ARM200F(日本電子)が4台、稼働しており、原子分解能観察や各種分析に活用されている。 結晶構造解析装置は薄膜、粉末用にSmartLab（リガク）3台、単結晶用にVariMax Dual（リガク）、さらに高精度の解析向けにSuperLab（リガク）が設置されている。この他に有機高分子材料用にMicro7HFM-AXISⅦなどが設置されている。 SIMSは空間分解能50nmのNanoSIMS 50L(アメテック)が設置されている。国内で外部に利用が解放されているのは当拠点のものだけである。 その他にもXPS、エリプソメーター、プローバー、など各種の分析機器が設置されている。 利用については、まずコーディネート室(Tel:03(5841)6372, mail:info@lcnet.t.u-tokyo.ac.jp)にお問い合わせいただきたい。問い合わせ内容により、利用者、設備担当者およびコーディネート室の3者で相談できる場を設け、試料の組成や形状および分析目的等の説明をしていただき、分析可能かどうか、他に手法はあるかなどを検討する。また、その場で利用規則を説明し、了解をいただいた後、利用申請の手続きを行うことにしている。利用者は連絡先や研究課題などを登録し、手続きが完了する。利用申請後、利用者は直接、設備担当者に連絡し、設備の利用予約をして、利用が開始される。 利用形態は、利用者自身が機器を利用する機器利用、設備担当者に補助をしてもらいながら利用する技術補助、試料分析を依頼する技術代行があるが、当拠点では機密保持、マンパワーの点から機器利用を推奨している。初めての方は技術補助から始めることができるが、速やかに機器利用に移行していただけるよう、各種機器の利用に関する講習会や分析手法についてのセミナーを開催している。

発光性化合物は有機エレクトロルミネセンス(EL)材料などディスプレー素材として着目を浴びている。発光性物質の多くは芳香環（πユニット）で連結した化合物群であるが、その多くは有色（可視光に吸収を有する）であり、固体状態でπ-スタッキングや凝集を起こし、蛍光強度の低下がしばしば観測される。こうした欠点を打破するためケイ素を含む有機化合物の研究を行っている。具体的にはケイ素を含む5員環（ジベンゾシロール類）、6員環化合物（9,10-ジヒドロ-9,10-ジシラアントラセン類）やケイ素―ケイ素結合（ジシラン類、オリゴシラン類）を有する化合物を金属錯体触媒と塩基の存在下、効率良く合成している（図）。これらは単結晶X線構造解析により固体状態では分子間に相互作用は存在せず、それ故に固体中で高い蛍光量子収率を示す。

世界的に持続可能な水産業が求められているが、生物学的な知見が不十分で、かつ利用可能なデータも大きな誤差を含むという不確実性のため、水産資源の適切な評価や管理は依然として困難である。近年、統計学的手法やコンピュータ・シミュレーションによって資源評価や資源管理の妥当性を検討する試みが注目されている。現在実施されている資源評価の精度はどの程度か、あるいは現実の不確実性の下で本当に資源管理は可能であるのか、といった点に対し定量的な評価が可能である。そして、不確実性に対し頑健な評価や管理方法の開発を可能とする。 この研究室では、我が国周辺の水産資源の評価や管理に関して統計学的手法やシミュレーションを用いて研究している。水産庁や関連する研究機関からの依頼により、マサバやスルメイカなどの資源量の推定、資源管理方法の修正・改良を提言している。

この研究室ではコンピュータを使いやすくするためのユーザインタフェースの研究を行なっている。特に2次元形状をつかんで自由に回転・移動したり変形したりすることのできる手法を提案している。 骨組み等をあらかじめ仕込むことなくこのような操作を実現するための手法としては空間を歪ませる方法が通常用いられるが、物体の形状を考慮していないため実世界の物体をつかんで動かしているような効果を得ることが困難である。また、バネモデルや物理シミュレーションによる方法もあるが、計算に時間がかかるという問題がある。提案手法は、ユーザが掴んで動かしている点を制約として、それらの制約を満たしつつ、図形の局所的なゆがみが最小になるように形状を瞬時に決定するというものである。

この研究室では、無重力環境における熱流動現象の研究に関連し、様々な加速度環境における液面の動きを予測する自由表面流シミュレーションプログラムを開発している。このプログラムは、液体ロケットに搭載されるタンク内部の燃料液体挙動を予測するために新たに開発されたもので、重力と表面張力を考慮したアルゴリズム:CIP-LSMに基づいている。本手法は、微小重力環境など、表面張力と濡れ性が卓越する自由表面流の予測 （図１）に有効であり、数値解と実験結果の比較により妥当性を確認している。