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産総研　血管をもつ生きた3次元組織の作製技術を開発

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2020年5月13日

　産業技術総合研究所（産総研）はこのほど、細胞分子工学研究部門ステムセルバイオテクノロジー研究グループが、実際の臓器と似た構造の血管をもつ組織を人工的に作る技術を開発したと発表した。

今回用いた組織培養デバイスと作製した血管を持つ人工組織
今回用いた組織培養デバイスと作製した血管を持つ人工組織

　細胞と組織ゲルを組み合わせてヒトの臓器や腫瘍を模倣した人工組織「3次元組織」は、医薬品開発や再生医療、がん研究といった分野で、医薬品の検査、失った臓器・組織の置き換え、抗がん剤の試験などへの応用が期待されている。

　しかし、3次元組織に動脈のように送液できる主血管や、そこから分岐する毛細血管を作ることは困難であり、失った臓器・組織の治療のために効率よく酸素と栄養を供給したり、医薬品の試験のために組織内部に薬剤を流し込んだりすることは難しかった。

　今回開発した技術は、組織培養デバイスの中で、組織や血管の元になる細胞（臓器の機能を担う実質細胞、血管の元になる血管内皮細胞、血管の形成を助ける間葉系幹細胞）とコラーゲン（組織ゲル）を混ぜ合わせて培養することにより、主血管と毛細血管をもつ3次元組織を作製する。この組織は、培養デバイスで培養液を流すことで、1週間程度維持することができた。

　血管に培養液を流すことで、酸素や栄養、薬剤の供給が可能となり、材料とする細胞やデバイスの形・大きさを変えることで、様々な組織（臓器や腫瘍）へ応用することができ、創薬や再生医療といった幅広い分野への貢献が期待される。

　今後は、より大きな組織（臓器）の作製や、がんモデルでの抗がん剤の評価、iPs細胞由来の細胞を用いた組織の大量生産・高機能化、他の細胞を用いての脳や膵臓、小腸の作製を行う。また、培養デバイスにも改良を加え、安定的な長期間の組織培養や、様々な形の三次元組織の構築を目指す考えだ。

　なお、今回の開発は、日本学術振興会の助成金と、日本医療研究開発機構の委託事業「防御シールドを形成し、免疫監視を回避するがん微小環境の理解と医療シーズへの展開（2018～20年度）」による支援を受けて行った。

ダイセル　新たな植物由来プラスチックをベンチャーと共同開発へ

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2020年5月13日

　ダイセルはこのほど、事業革新パートナーズ（BIPC：神奈川県川崎市）と、新たな植物由来プラスチックの共同開発を開始したと発表した。

　ダイセルは、植物由来セルロースを原料とする「酢酸セルロース」などのセルロース由来バイオプラスチックを長きにわたり製造。酢酸セルロースはグローバルに展開しており、繊維や液晶保護用などのフィルム、化粧品などの原料として利用されている。

　一方、BIPCは、膨大な資源量がありながら活用例の非常に少ない「ヘミセルロース」を原料とするバイオプラの開発に、世界で初めて成功したベンチャー企業。同社はこのバイオプラを「HEMIX」として2019年から販売しており、優れた海洋生分解性や流動性を持つ素材として、独自の化学合成技術と様々なプラスチック材料との混合技術を組み合わせ、新たな材料開発を積極的に進めている。

　セルロース由来バイオプラとヘミセルロース由来バイオプラは、いずれも植物由来で、海洋を含めた生分解性を持つなど環境に負荷を与えない自然回帰型のプラスチック。

　ダイセルとBIPCは、両社の様々な知見や技術、ネットワークを活用して互いの植物由来プラを組み合わせ、植物本来の多様な機能や特徴を引き出した新たなプラスチックの開発を目指している。

　現在は、樹木の特徴である強靭性を最大限に発揮しながらも、成形性や光学特性を兼ね備えた海洋生分解性プラスチックの開発を推進中だ。今後は、「100％植物由来」の新素材開発に挑戦し、ひいては地球環境問題の解決への貢献を目指していく考えだ。

 

北海道大学　AIプラットフォームの開発を成功、触媒設計を加速

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2020年5月8日

　北海道大学はこのほど、触媒データをオープンに共有でき、プログラミングを必要としない機械学習・データ可視化を可能とした触媒インフォマティクス・プラットフォーム「Catalyst Aquisition by Data Science（CADS）」の開発に成功し、ウェブ上で公開を開始した。近年、AIを適用した触媒開発が活発化しており、触媒インフォマティクスと呼ばれる新規分野として、学術界・産業界から注目されている。

　触媒インフォマティクスは多くの技術の融合分野で専門性が高い上、高度なプログラミング技術を必要とすること、各々の触媒研究者の所有するデータを統合的に蓄積・共有するデータセンターが存在しないことが、触媒インフォマティクスを推進する上で大きな障害であった。

　今回開発されたプラットフォームによって、研究者が持つデータの可視化や機械学習による触媒設計が可能となった。プログラミングやデータ科学の事前知識がなくても、ウェブブラウザ上での簡単なマウス操作で、触媒インフォマティクスを用いた触媒設計ができる。

　また、各自の触媒データをアップロードすることにより、世界の触媒研究者と情報共有でき、触媒データセンターとしての役割も果たせる。実際にOCM（メタン酸化カップリング）触媒データをCADSで分析し、インタラクティブ可視化などによって、OCMの反応収率に影響する要因の切り口を見いだした。今後CADSの普及により、データ駆動型の効率的かつ直接的な触媒設計が加速すると期待される。

　なお、同研究は、科学技術振興機構（JST）の戦略的創造研究推進事業CREST研究領域「多様な天然炭素資源の活用に資する革新的触媒と創出技術」研究課題「実験・計算・データ科学の統合によるメタン変換触媒の探索・発見と反応機構の解明・制御」の支援を受けて実施された。また、研究成果は4月に「Reaction Chemistry ＆ Engineering」誌にオンライン公開された。

DIC　産官学連携の接着技術開発プロジェクトに参画

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2020年5月7日

　DICはこのほど、科学技術振興機構（JST）が推進する未来社会創造事業の研究プロジェクト「Society5.0の実現をもたらす革新的接着技術の開発」（CREAプロジェクト）に今年度より参画したと発表した。

　同プロジェクトは、電気自動車（EV）や自動走行車など次世代モビリティの軽量化や部材リサイクルに貢献する、「革新的な接着技術」の研究開発を目的としている。九州大学の田中敬二教授らの研究グループが提案し、2018年度に文部科学省から示された大規模プロジェクト型の技術テーマの1つ。高分子科学、先端計測および数理科学を専門とする研究者と連携企業の連合体が、接着現象に関連する界面の学理からものづくりまで一貫して研究開発を行うもので、2022年には実証実験フェーズへの移行を目指す。

　Society5.0は、仮想と現実の空間を高度に融合させたシステムにより、経済発展と社会的課題の解決を両立する人間中心の社会のことで、第5期科学技術基本計画により、日本のあるべき未来社会の姿として提唱されたもの。その中に自動車産業の変革（CASE：つながる、自動運転、共有、電動）があり、「革新的な接着技術」は、それを実現するための重要な基盤技術の1つである。

　人命に関わるモビリティの接着技術には、強度や耐久性の保証と、それらに基づいた健全性や信頼性が求められる。共同研究では、モビリティの構造接着で重要な異種材料接合の高耐熱・高耐久機能と、廃棄の際に従来以上に容易に解体できる資源リサイクルに適した易解体性を兼備したエポキシ系接着樹脂の開発を目指す。

　DICグループは、新たなモビリティ社会に貢献するリサイクル性を兼備した複合材料の開発を進めることで、循環型社会の実現とSociety5.0の実現に貢献していく。

住友化学と東北大学　アルミ負極の劣化回避、新しい機構を解明

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2020年5月7日

　住友化学はこのほど、東北大学金属材料研究所の李弘毅特任助教、市坪哲教授をはじめとする研究グループと共同で、リチウムイオン二次電池（LIB）の負極の材料を高純度アルミニウム箔のみで、充放電時に起こる巨大体積ひずみを回避するという新しい機構を解明したと発表した。両者は2019年4月より連携して、LIB高容量化のための新しい負極の研究開発を行っている。

　LIBは、リチウムイオンが正極と負極間を移動することで充放電が行われ、負極は、充電時に正極から移動してきたリチウムイオンを取り込む役割を果たしている。現在の負極は炭素系材料が主流だが、電池のさらなる高容量化のために、炭素系材料に比べて3～10倍のエネルギーを蓄えられるシリコンのほか、スズやアルミニウムなどの金属系材料の使用が期待されている。しかし、それらの材料は、大きなエネルギーを蓄えられる反面、充放電時に2～4倍も膨縮するため内部の電極構造が崩れやすい点が、実用化の課題となっていた。

　今回、両者の研究グループは、高純度アルミニウム箔の硬さを最適化することにより、課題であった充放電時の体積膨縮の制御が可能なことを見出だした。今回の解明は、東北大学金属材料研究所の物質・材料に関する科学の力と、住友化学が長年にわたり高純度アルミニウム事業で培ってきた技術の融合による成果と言える。一体型アルミニウム負極の実現により、従来のLIBに比べて、電池製造のプロセスを大幅に簡素化できることから、製造工程の環境負荷低減とともに、高容量化や軽量化、低価格化なども期待できる。また、次世代電池として注目される全固体電池にも、研究成果を適用できる可能性がある。

　両者は引き続き、一体型アルミニウム負極の実現に向けて研究開発に励み、持続可能な社会の構築に取り組んでいく考えだ。

住友化学と東北大学アルミ負荷の劣化回避

NEDO　福島・愛知の「ロボットサミット」開催を延期

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2020年4月27日

　NEDOは、今年開催を予定していた「World Robot Summit（WRS）2020」の開催を延期する。新型コロナウイルスの感染拡大を受け、海外からの参加チームを中心に、出場に向けた準備遅延の報告や、延期要望・辞退相談などが複数寄せられたことから、今年の開催は困難であると判断した。

　8月には福島ロボットテストフィールド（福島県南相馬市・浪江町）、10月には愛知県国際展示場（愛知県常滑市）での開催を予定していた。WRSは経産省とNEDOが主催する、競技会と展示会からなるロボットの国際大会。一昨年の10月に開催したプレ大会となる「WRS 2018」では、競技会に23の国・地域から126のチームが参加、展示会には国内外から90社・機関が出展し、盛況を博した。

　今回の「WRS 2020」は本大会に位置づけられる。競技会は4つのカテゴリー（ものづくり、サービス、インフラ・災害対応、ジュニア）で実施され、参加者の技術を駆使したロボットが一堂に会し、課題作業の正確性やスピードが競われる。

　両者は同ロボットサミットを通じ、人間とロボットが共生し協働する世界の実現を目指している。その実現に向けて、①世界の高度なロボット技術を集結させ、競争を通じて技術開発を加速すると同時に、②ロボットが実際の課題を解決する姿を示すことで人々のロボットへの理解を深め、ロボットの社会実装の促進を目的にしている。

　なお、延期後も、「World Robot Summit 2020」の名称は使用される。すでに競技会に応募したチームの審査については、引き続き実施していく方針とのこと。延期後の日程など詳細は、今後決まり次第発表される。

日化協　LRI第8期の新規委託研究課題に6件を決定

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2020年4月24日

　日本化学工業協会はこのほど、LRI（ロングレンジ・リサーチ・イニシアティブ：化学物質が人の健康や環境に及ぼす影響に関する研究の長期的支援活動）の第8期（2020年度）研究課題として新たに6件を決定した。

　今年度は、研究内容に世の中のニーズをより反映し、その成果を社会に還元できるように、LRIで取り組む5つの研究分野（①新規リスク評価手法の開発と評価②ナノマテリアルを含む、新規化学物質の安全性研究③小児、高齢者、遺伝子疾患などにおける化学物質の影響に関する研究④生態・環境への影響評価⑤その他、緊急対応が必要とされる課題）から、予め研究課題の範囲を明示した6つの研究テーマに対する募集を行い、35件の応募があった。

　採択された研究課題は、毒性発現メカニズムを考慮した毒性予測手法が1件、小児における化学物質の影響の評価が4件、マイクロプラスチックに関連した有害性、環境中運命、ばく露、およびリスクの評価手法の開発ならびに評価の実施が1件となっている。前年度から継続となる研究課題7件と合わせ、第8期のLRIの委託研究課題数は13件となる。

　なお、新規の研究課題については3月から委託研究を開始している。

東北大学　積層ナノ磁性体の磁気振動、AI技術に新視点

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2020年4月21日

　東北大学はこのほど、産総研と共同で「ブランコの数理（係数励振）」に基づく積層ナノ磁性体の磁気振動の増幅効果を、独自の光計測技術で発見したと発表した。今回の発見は、AIハードウエアの要素となる磁気素子の開発に、新しい視点を与える成果である。

　社会を取り巻く情報量は爆発的に増大しており、これを効率よく利用するための量子計算技術やAI技術などの研究が各国で進んでいる。その1つにナノスケール磁石の発する磁気の振動や波動を情報の担体とし、それらの重ね合わせを演算に用いる波動計算やリザーバー計算がある。これまで通電により動作するナノ磁気発振器や増幅器を用いる研究が進められてきたが、エネルギー効率が課題の1つであった。

　今回発見した積層ナノ磁性体は、新しい動作原理によるもので、通電不要の磁気振動や波動のナノ増幅器、あるいはナノ発振器の可能性を開くもの。同研究の積層ナノ磁性体は、厚み1㎚以下の非磁性金属（ルテニウム金属）を、厚み3㎚の磁性体（ホウ化コバルト鉄）で挟んだ。この2層の磁性体はバネのような力で結びついており、この力のため、2つの層の磁気が、同じあるいは逆のタイミングで振動することが分かっている。

　この2つの磁気の合成振動の運動を、独自のパルス光を用いて、数ピコ秒の時間分解能で観察。強い励起パルス光を照射すると2つの磁気振動が発生し、遅れて照射する弱いパルス光の反射の仕方から、磁気の振動を検出する。磁気の振動は摩擦力が働くため、時間とともに減衰するが、ある条件を満たした場合には、磁気の振動が時間とともに増幅することを発見した。

　2つの磁気の振動の仕方には、ブランコを漕ぐときのように最初は揺れが小さくても、次第に揺れが大きくなる（増幅する）、係数励振と呼ばれる数理が内在していることが分かった。2つの合成された磁気振動のうち、一方がもう一方を漕ぐことで、振動を増幅できるとしている。今回明らかとなった磁気振動の数理は、この積層ナノ磁性体が通電不要のナノ磁性素子となり得ることを示している。

　今後は、素子として用いる際の基本的な特性と材料、集積化した際の性質など、AIハードウエアへの応用を目指した研究を進める方針だ。

東京大学　世界で初めて窒素ドープ型ナノチューブを化学合成

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2020年4月20日

　東京大学は14日、同大学院理学系研究科の磯部寛之教授の研究グループが、窒素原子の量と位置を完全に制御した窒素ドープ型ナノチューブの化学合成に世界で初めて成功したと発表した。

　カーボンナノチューブやグラフェンなどのナノカーボンは、その発見以来、新材料としての期待が高い。炭素以外の異種元素をドープ（埋め込み）すると、物性が大きく変えられる。なかでも、窒素ドープ型ナノカーボンは半導体利用などの応用研究において注目されており、年間200報に迫る論文が発表されている。しかしこれまで、物理的方法で製造されていることから構造中の窒素原子の位置や数を制御することが不可能であり、新材料開発を阻むボトルネックとなってきた。

　同グループは今回、窒素原子が周期的に埋め込まれた窒素ドープ型ナノチューブの化学合成に成功。昨年独自に開発したベンゼンのカップリング反応を活用したナノチューブ分子化学合成法に対し、新たにピリジン（アミンの一種）を用いることにより、窒素原子を組成・位置・構造などを完全に制御した上で埋め込むことが可能となった。

　ナノチューブ分子の304個の構成主原子のうち、8個を窒素原子とし、窒素原子の含有率を精確に2.6％とすることができた。これまで材料科学分野で検討されてきた窒素ドープ型ナノカーボンの窒素含有率は2～5％の幅であるが、今回の窒素含有率はその幅内に収まっていることから、これまで検討されてきた窒素ドープ型ナノカーボンの電子的性質・化学的性質を正確に探るために適した組成である。

　また最先端X線構造解析法により、窒素上の孤立電子対（ローン・ペア）の存在を明確にした。さらに理論計算の結果、窒素にはナノチューブに電子を注入させやすくする効果があることが分かった。

　窒素ドープ型ナノチューブはp型半導体にもn型半導体にもなることが報告されていたが、今回、窒素が電子を受け取り易くすることで、n型半導体になりやすくさせることが明らかとなった。これらの新知見は、今後、窒素ドープ型ナノカーボン材料の開発を加速させることが期待される。