東京大学産学連携プロポーザル

生体や食品を必要に応じて利用するためには需要と供給のバランスをとるため、貯蔵することが不可欠であり、そのための高品位な凍結・凍結乾燥技術は実用的に非常に重要なものである。生体や食品は、水分を多く含み、常温で劣化し易い性質を持つことから、その保存には水の凝固(凍結)やガラス化といった相の変化や、分子運動の程度(活性)を測定・制御することが重要である。 　凍結に関しては、冷却速度や生体内の溶質濃度を考慮した細胞内外の凍結現象の解析や、氷結晶の粗大化を抑止したり監視する技術の開発を行ってきた。また、特に医療用生体の乾燥保存を目的として、生体内の水分子の運動の緩和現象を測定する手法を開発し、結合水の定量測定をすることで水分子のダイナミクスが保護効果に及ばす影響を調べている。現在は、養殖用魚卵の保存、医療用検体やプロテインチップの乾燥保存に取り組んでいる（詳細については、下記研究室ＨＰを参照のこと）。

ゼオライトは典型的には結晶性多孔質アルミノシリケートである。アルミニウムが同型置換することによって生じる表面負電荷を補償するために、骨格外に正電荷をもつイオンを交換担持することができる。そこにH（プロトン）を配置すると酸触媒となり、石油精製・石油化学分野の酸触媒プロセスにおける必須な素材となっている。この酸触媒作用は主に炭素－炭素間結合を切断する機能であり、現在は過分解された炭化水素（メタンなど）は燃焼排気されている。メタンや二酸化炭素など、このような形で廃棄される炭素資源材料を、塩基触媒作用の重要な炭素－炭素結合形成機能を利用して再資源化することが究極の目標である。 その塩基触媒は、酸触媒と比較して検討例が極めて少ないのが現状である。この研究室では、シリカ骨格の酸素を窒素に同型置換することによって生じる塩基性もしくは求核性が触媒として有効に作用する反応系を見いだした。さらには、窒素置換することで生じるN-H結合のHをメチル基に置換できることを見いだし、この操作によってN上の孤立電子対の求核性（塩基性）が増大することをも見いだした。現在はこの触媒を用いて二酸化炭素を反応物とする戦略に邁進している。

がんやアルツハイマー病などの難治性疾患にも有効な医薬品の開発が望まれるさなか、ペプチド製剤やタンパク質製剤は魅力有る医薬群として注目を集めており、「化学修飾型タンパク質製剤」が次世代型医薬群として有望視されている。 しかし、タンパク質の化学修飾法はその機能向上や人工機能付与を行なえる方法論だが、立体構造への影響を最小限にしつつ、高い化学選択性をもってそれを行うことは従来困難だった。 この研究室では、独自開発した「安定有機ラジカル」を用いることにより、生物活性ペプチド・酵素・抗体などに含まれるトリプトファン残基に対し、多彩な機能性小分子を結合させ、均質性の高い修飾体を得る方法を開発した。水中・室温・ほぼ中性条件・短時間で実施でき、試薬を混ぜるだけの簡便な操作で行えるため、合成化学が専門でない科学者でも実施可能な、実用性の高い手法である。

　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。

　超臨界状態の水は、誘電率が低いことから、樹脂や油などの有機物をよく溶解する一方、金属などの無機物の溶解度は低い。この特徴を利用することで、有機物と有価金属が混合した廃棄物から、金属のみを効率的に分離回収することが可能になる。またこの時、有機物に関しては樹脂のモノマーや油として回収することや、処理に酸素を共存させることで二酸化炭素まで完全に酸化分解することが可能である。 　この研究室では、酸化鉄と研削油の混合物である製鉄スラッジからの酸化鉄回収や、シリコンと研削油の混合物であるシリコンスラッジからの金属シリコン回収、プリント基板からの金・銅回収、レントゲンフィルムからの銀化合物回収に本技術が有効であることを見出している。また、有機物が分解する際の金属との相互作用を利用することで回収資源の酸化数を変化させることが出来ることや、装置設計（半回分式装置の利用）により回収資源の純度を向上出来ることを明らかにしており、回収資源の付加価値向上に向けた方法論の検討を進めている。

　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。

清酒酵母の育種では予期せぬゲノム変異（オフターゲット変異）が起きやすく、それが日本酒の品質や製造効率を大きく左右している。このような課題の解決に向け、本研究室では清酒酵母のCRISPR-Casシステムを用いたゲノム編集を行い、安定した品質と高い製造効率を得られる酵母の開発に成功した。 本技術では、酵母のゲノム編集において高効率で狙った部分だけ変異を加えることが可能であり、オフターゲット変異を極めて低頻度に抑制できる。例えば、清酒酵母のAWA1遺伝子の機能欠失により、もろみ中に泡の層の形成を防ぎ、高い醸造効率が得られる。また他の３種の遺伝子の変異／機能欠失によって香りの構成物質や有害物質の発生量のコントロールを実現している（図１～３）。 なお、本技術の詳細については、関連情報の技術紹介資料をご覧いただきたい。

哺乳動物の卵子の発達には、多くの増殖因子やホルモンなどのシグナルが複雑に関与している。しかし、未発達の卵子（卵母細胞）自身はこれらの増殖因子・ホルモンの受容体を発現していないため、これらの多くのシグナルは卵母細胞の周囲に存在している体細胞（卵丘細胞）を直接または間接的にターゲットとしている（図）。すなわち、卵母細胞の発達を制御するこれらのシグナルは、卵丘細胞の発達を制御することによって卵母細胞の発達を促進する。 この研究室では、マウスを用いて卵巣内の各種のシグナルが卵丘細胞の発達を介して卵母細胞の発達を制御する機構の解析を進めている。得られた知見を応用することで、卵子の発達を促進することや（人の不妊治療薬や、家畜の繁殖能の向上）、逆に阻害すること（避妊薬のターゲット、害獣の駆除）への応用が期待できる。

農村は、農業資源や環境資源と呼ぶべき土地、水、動植物、生態系、バイオマスなどの地域資源に満ちている。しかしながら、これらの地域資源の利活用に関しては、次のような問題から、有効な利活用が進んでいない地域も少なくない。 ・資源が小規模で分散 ・他の用途による利用との競合 ・経済性の問題 ・利活用する主体の不在 ・利活用の方法に関する利害関係 ・資源評価に対する価値観の相違 このような問題を解決して農村における地域資源を有効に活用するには、以下のような一連の地域資源マネジメントの手法を確立し、実践する必要がある。 ・地域資源の多面的評価 ・地域資源の利活用計画の策定 ・地域における合意形成