東京大学産学連携プロポーザル

本研究で提供するソフト・マイクロリアクターは、脂質で構成される袋状の有機構造体であり、半透膜の性質を有する。それ自身で融合や分裂も可能であり、内部には高分子、タンパク質などの生体分子、細胞由来微粒子、金属微粒子などを内包できる。製造方法の特徴は、内包する溶液（分散液）の比重を増し、それを分散させた油中水滴エマルションを調製後、水溶液上に重層して遠心分離する点である。他の製造方法と比べて、卓上遠心分離機しか用いない簡便さで、内包したい物質を高い濃度（数密度）で内包できることが利点である。

この研究室では主に微生物に由来する各種の産業上有用酵素について研究を行った実績がある。例えば、バイオ医薬品糖タンパク質(IgGなどの抗体医薬)の糖鎖を切断するエンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼ、アクリルアミドの工業生産に用いられるコバルト型ニトリルヒドラターゼ、脂質を分解できる好熱性リパーゼ（カルボキシエステラーゼ）、位置特異的な水酸化反応を触媒して抗生物質生産や化合物変換を行なうP450酵素、キラル化合物の合成に用いられるNAD(P)H依存性デヒドロゲナーゼ、C-C結合を加水分解して切断することにより難分解性物質を分解する酵素などである。

糖質関連酵素とは、グリコシド結合に作用する酵素の総称である。澱粉やセルロースなどの多糖に作用する酵素（アミラーゼやセルロースなど）だけでなく、高等生物の細胞表面に存在する複雑な糖鎖に作用するものも含む。例えば、澱粉、乳糖、蔗糖などの安価な可食性糖質に作用する酵素は新規な食品素材を生産するなどの応用が期待できる。また、セルロースやヘミセルロースなど植物細胞壁に作用する酵素は、非可食性糖質をバイオ燃料などの生物素材に変換する機能も持っている。一口に糖質関連酵素といってもその種類は驚くほど多く、加水分解酵素ファミリーに限ってもこれまで約１６０もの種類が発見されている。 この研究室では主に微生物に由来する糖質関連酵素の立体構造解析において豊富な業績、知見、知識を有している。

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。

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。

同じ遺伝情報をもつ細胞集団を、同じ環境下に置いたとして個々の細胞の状態（表現型）には大きなばらつきが見られる。生物はこのような「表現型ノイズ」を積極的に利用しながら柔軟に状態を変化させ、適応や分化などを達成している可能性がある。また、この表現型ノイズの統計的性質は、それ自体がひとつの「表現型」として細胞の状態を特徴づける量となりうるものであり、近年急速に関心が高まっている。 われわれの研究室では表現型ノイズの性質やその生物学的意義を明らかにするため、独自の「1細胞計測技術」を開発している。また、開発した技術を用いて細胞分裂や遺伝子発現のゆらぎの性質を調べている。 　表現型ノイズの生物学的意義を探る研究も精力的におこなっている。最近の例では、バクテリアやがん細胞が抗生物質に対して遺伝子変異なしに耐性を示す「パーシスタンス」と呼ばれる現象の背景機構の解析や細胞の老化現象の解析を行なっている。

折紙の折り畳みを応用した，ポータブルでアダプティブに変形する建築デザインの提案を行っている。折紙の建築スケールでの実現において重要な問題点の一つに，紙で作ると一見動くように見えても，厚みのあるパネルと回転ヒンジで実現すると，機構が成立せず，パネルに歪みが発生し致命的になる，という問題がある。この問題を厳密に考え，拘束された機構を解く「剛体折紙」の研究を行っている。折りによる拘束が特異となるようなパターンを探索することで連続的な変形メカニズムを保証したり，全体変形を脚部位置のみでコントロールするための，計算機を用いたインタラクティブなデザインおよびシミュレーション技術を開発している。(Rigid Origami Simulator，Freeform Origami，http://www.tsg.ne.jp/TT/software/で公開)

折紙は紙を折ることで様々な形を作る伝統的な遊び・創作活動であるが，近年では学際的な研究分野としても国際的な広まりを見せている。本研究室では，折紙をファブリケーションや物理ベースデザインへ応用するために，コンピュテーショナルなアプローチで折紙の数理と図学に関する研究を行っている。 建築空間や人が日常的に体験するものを作るためには，使う人によってそれぞれ異なる要求また空間的に異なる条件を加味した一つ一つ異なるデザインをする事が望ましい。このようなものづくりでは，効率的に一つ一つ異なる形を作る技術が求められる。ここで折紙を，金属や複合材シートにレーザー加工など二次元CNC加工で折り目を施し，折りによって成形するという成形技術として応用できる。本研究室では，任意三次元形状を折りパターンへと展開し，それを折ることで元の形状を得られるソフトウェアシステム「オリガマイザー」を開発している(http://www.tsg.ne.jp/TT/softwareにて無償公開)。また，折り線を曲線とすることで，複雑な形状を作る「曲線折り」の研究も行っている。

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

酸素の酸化還元反応は、水の電気分解や電解製錬、燃料電池、金属空気二次電池などに関わる学術的にも産業的に非常に重要な電気化学反応である。八木研究室では、酸素発生反応（水の酸化分解反応）およびその逆反応である酸素還元反応を促進する電気化学触媒の設計指針確立のための基礎研究を、大阪府立大学の山田幾也准教授や池野豪一准教授らと共同で進めている。その中で、酸化物中の遷移金属イオンや酸化物イオンの電子状態および構造が触媒活性に与える影響を明らかにしてきた。さらに現在、金属空気二次電池の出力とエネルギー密度の最大化のために、触媒の性能のみならず、価格や安定性などを考慮した部材の選定、様々な形状のセルや電極の設計・試作にも取り組んでいる。セルの形状は、言うまでもなく絶対的な正解の無いものではあるものの、確実に性能に影響を及ぼす極めて重要な因子である。