巻頭言H29 年４月１日、名和豊春総⻑を中心に新しい大学執行部体制が始まりました。H29 年度は、第３期中期計画（H28−H33 年度）の２年度目にあたります。全学的な２大事業であるスーパーグローバル大学創成支援事業（Hokkaido ユニ
バーサルキャンパス・イニシアチブ）と研究大学強化促進事業が推し進められている中、本所の事業もこれら全学の動きに同調させながら、本所の目指す複合領域ナノサイエンスの研究を展開してきました。
大学新執行部で早速断行されたのが 7.5%の人事ポイント削減でした。これにより電子研の人件費ポイントも削減されました。運営費交付金の漸減傾向は、まだしばらく続くと予想されます。この厳しい予算状況を踏まえて、本所の事業計画を策定していく必要があります。
本所は、物質・デバイス領域共同研究拠点として文部科学省により認定されております。この拠点は、日本列島を縦断する５つの研究所（北海道大学電子科学研究所、東北大学多元物質科学研究所、東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所、大阪大学産業科学研究所、九州大学先導物質化学研究所）からなるネットワーク型拠点として活動しており、新しい共同研究拠点のあり方を示す鏑矢となっています（第２期中期計画期間の期末評価で最高評価「S」）。
H28 年度から、第３期中期計画期間となりネットワーク型拠点としてもリニューアルし、課題解決型アライアンスプロ
ジェクト事業「人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス」を推し進めております。
H30 年度早々に中間評価を受けるため、年度末にはそのための評価資料を５研究所をあげて作成しました。
また国際化に関しては、これまでに海外教育研究機関と 15 の連携協定を結んでおりますが、その中で最も連携実績のある台湾国立交通大学と共同研究教育センターを設立(H30 年度に設置予定)することにいたしました。この国際センター
は、９年間続いた国際ジョイントシンポジウムや、相互の人事交流の積み重ね、５研究所にも及ぶ共同研究など、時間をかけて築いてきた礎の上に設立されます。この国際センターは、物質デバイス共同研究拠点の台湾国際化のハブとしても機能していきます。
H30 年度には５研究所と連携した国際シンポジウムや共同講義を国立交通大学で実施する予定です。
本所の柱の一つであるナノテクノロジープラットフォーム事業は、平成 24 年度〜平成 33 年度（10 年間）で実施されており、6 年目となる平成 29 年度に第 2 回目の中間評価を受けました。その結果、質の高い研究論文の増加、⺠間における事業化事例の増加などから、必要性、有効性、効率性のいずれの観点においても高い評価をいただきました。特に、委託費を核として、実施機関の負担と利用料収入の相乗効果による投資効率の最大化の結果、委託費の約 2.9 倍の総活動規模にまで成⻑・発展し、運営を軌道に載せてきた実績は高い評価を得ています。
このプラットフォーム事業に関連して、学内での部局横断型プロジェクトを起こすべく概算要求事業（機能強化促進分）「最先端フォトニクス材料・デバイスを支えるナノテク整備事業」（H30-33 年度）を提案し採択されました。これは、工学研究院、理学研究院、地球環境科学研究院、情報科学研究科と共同で実施するものです。以上、二つのナノテク事業の推進には技術部の貢献が非常に大きく、特に共同利用に関しては極めて高い実績を誇っています。技術部のより生産的な業務体制を作り上げるために、H30 年度に向けた見直作業に着手いたしました。その一端として、技術部機械工作室の作業料金を引き上げるとともに、これまでは運営費交付金のみの支払いしかできなかったものを科研費等外部資金での支払いもできるように（所内のみ）しました（開始は H30 年度より）。
教育面に関しては、複合領域ナノサイエンスの授業科目を大学院や学部向けに提供しました。また、社会創造数学研究センターでは、産学連携として日立ラボの活動を活発化させるとともに、数学教室との連携で応用数理科学科目を開講しました。またニコンイメージングセンターが中心となり外国語で実施する講義（北海道大学サマーインスティテュートの登録科目）を行いました。
所員の意識を高めるべく、予算申請書添削事業やプレスリリースの書き方講座等を開催し、ファカルティデベロップメ
ントに取り組んでおります。その甲斐あり、新聞やテレビなどのマスコミを通じた広報活動も増えております。また、所員向けの研究支援のため、北キャンパス図書室に協力して文献データベース等の講習会を開催しました。
アウトリーチ活動である６月の研究所一般公開イベントは、例年通り千数百名の来場者を数え恒例の市⺠イベントとして定着しています。北海道新聞と北海道大学が包括連携のもとに推し進めている高校生向けの講義シリーズ（アカデミッ
クファンタジスタ事業）にも、積極的に貢献しております。新たな取り組みとして、読売新聞との連携講座を H30 年度より開始することになりました。研究成果の発信、高大接続などアウトリーチ活動は、日本の科学の裾野を広げるために重要であり、今後も積極的に取り組んでまいります。
大学改革の流れはより一層厳しさを増しておりますが、H29 年度も充実した研究・教育活動を行うことができました。
大学本来の理念を肝に銘じ、本所のより良いあり方を追求し続けていく所存です。ご指導ご鞭撻のほど切にお願い申し上げます。
所⻑ 中垣俊之

所長

教授会

光科学研究部門

光システム物理研究分野
ナノ材料光計測研究分野

所内各種委員会

コヒーレント光研究分野

物質科学研究部門

分子フォトニクス研究分野
スマート分子材料研究分野
ナノ構造物性研究分野
薄膜機能材料研究分野

生命科学研究部門

光細胞生理研究分野
生体分子デバイス研究分野

附属グリーンナノテクノロジー
研究センター

グリーンフォトニクス研究分野
光電子ナノ材料研究分野
ナノアセンブリ材料研究分野

附属社会創造数学
研究センター

人間数理研究分野
データ数理研究分野
知能数理研究分野
実験数理研究分野

連携研究部門

拠点アライアンス連携研究分野

研究支援部

ニコンイメージングセンター
国際連携推進室
ナノテク連携推進室
数理連携推進室

技術部

システム開発技術班
装置開発技術班
ナノ加工・計測技術班

目

次

組織図

Ⅰ．研究成果・活動
光科学研究部門
光システム物理研究分野 ·······························································································
ナノ材料光計測研究分野 ······························································································
コヒーレント光研究分野 ······························································································

4
10
15

物質科学研究部門
分子フォトニクス研究分野····························································································
スマート分子材料研究分野····························································································
ナノ構造物性研究分野 ·································································································
薄膜機能材料研究分野 ·································································································

22
26
32
39

生命科学研究部門
光細胞生理研究分野 ···································································································
生体分子デバイス研究分野····························································································

50
58

附属グリーンナノテクノロジー研究センター
グリーンフォトニクス研究分野 ······················································································
光電子ナノ材料研究分野 ······························································································
ナノアセンブリ材料研究分野 ·························································································

68
77
84

附属社会創造数学研究センター
人間数理研究分野 ······································································································
データ数理研究分野 ··································································································
知能数理研究分野 ·····································································································

92
104
113

連携研究部門
拠点アライアンス連携研究分野 ·····················································································

120

研究支援部
ニコンイメージングセンター ·························································································· 123
国際連携推進室 ·······································································································
ナノテク連携推進室 ··································································································

126
128

Ⅱ．各種データⅡ－１． 研究成果公表に関する各種の統計表 ··································································· 132
Ⅱ－２． 予算 ··········································································································· 133
Ⅱ－３． 外国人研究者の受入状況 ················································································· 135
Ⅱ－４． 修士学位及び博士学位の取得状況······································································ 136
Ⅲ．研究支援体制
Ⅲ－１． 技術部 ········································································································ 140

Ⅲ－２． 学術情報 ····································································································· 141
Ⅳ．資料
Ⅳ－１． 沿革 ··········································································································· 144
Ⅳ－２． 建物 ··········································································································· 147
Ⅳ－３． 現員 ··········································································································· 147
Ⅳ－４． 教員の異動状況····························································································· 148
Ⅳ－５． 構成員 ········································································································ 149

I.研究成果・活動-1-光科学研究部門

研究目的

本研究部門では、光と電子系との相互作用に関わる先端的な計測・制御・操作技術、高度光ナノイメージング技術、および微細加工技術をベースとして、フォトンマニピュレーション、プラズモニック材料、
コヒーレントＸ線イメージングなどの光科学・光技術のフロンティア
開拓に取り組んでいます。このような研究を、量子情報通信や機能性
ナノ材料デバイスなどの量子工学や、生命現象や病理の解明などの生命科学に広く応用展開します。

-3-

プラズモンを用いて、光渦やベクトルビームの分布をナノ光システム物理研究分野

空間に局在させる構造の検討を行った。図1(a)にその概要を示す。金ナノ円板の周期構造で囲まれた4つの三角形から教授

笹木敬司（阪大院、工博、1997.11～）なる四量体に光渦やベクトルビームを照射すると、四量体准教授

藤原英樹（北大院、工博、2008.6～）

中心にナノメートルサイズの四重極子場(局在プラズモン

助教酒井恭輔（京大院、工博、2010.12〜）

光渦場)が形成される。金ナノ円板の周期構造は、アンテナ

特任助教

石田周太郎（名大院、工博、2012.12〜）

アレイの役割を果たし、照射ビームのエネルギーを四量体

ポスドク

Christophe Pin （ University of Bourgogne

中心へ効率的に導く機能がある。また、照射ビームと構造Franche-Comte、PhD、2016.10〜）

中心との位置合わせ精度について、金ナノ円板の周期構造

その他のメンバーがある場合は、ない場合に比べて緩い条件となる(冗長性が修士課程

井手柾希、織田洋彰、新宅貴志、生まれる)(図1(b))。現在、本構造を作製・評価し、多重極菅原翔太郎、鈴木達朗、須藤広太、子遷移(∆j=±n)の実現へ向けた実験準備を行っている。

髙橋玄太、山内喬介∆x = 100 nm

周期構造 光渦中心なし∆x = 400 nm

max
|E|2

１．研究目標

∆x

1 mm

x

金属
ナノ構造

本研究分野では、光テクノロジーの究極を目指して、光y500 nm010 nm
400 nm

光渦中心

周期構造
あり

の量子性・波動性をフルに活用した新しい概念に基づく光10nm

情報処理、光計測制御など、新しい世代の光科学の研究にy取り組んでいる。具体的には、単一光子制御デバイスや高局在プラズモン光渦場

効率レーザーの開発を目指して、微小球や金属ナノ構造、

x
10 nm

(a)

ランダム構造、テーパファイバ等の微細構造体における光(b)

図１ 多重極子遷移の利用を目指す局在プラズモン光渦場の概要．
(a) ナノ円板と四量体からなる金属ナノ構造に光渦やベクトルビームを照射することで、ナノメートル領域に局在プラズモン光渦場が形成される．(b) ナノ円板の周期構造は位相アレイアンテナとして動作し、照射ビームと四量体との位置合わせ条件を緩やかにし、効率的にエネルギーを局在プラズモン光渦部へと導く．

子閉じ込めの解析や発光ダイナミクス制御の研究を進めている。さらに、プラズモン場を利用したナノ空間の光計測技術やマニピュレーション、単一分子・単一ナノ微粒子の分光計測、光の偏光・位相によるプラズモン場の直接制御や電子状態制御に関する研究を行っている。

(b) プラズモン場を利用した色素粒子の光捕捉と選択的堆積
金属ナノ構造中に勇気されるサブ波長サイズのプラズモ

２．研究成果ンホットスポットを利用すると、その強い勾配力によりナ(a) 多重極子相互作用を増強するプラズモニック構造

ノ粒子を正確に捕捉・配置することが可能となる。このたラゲール・ガウスビームに代表される光渦やその重ね合め、近年、プラズモン場の光圧によるナノ粒子操作が注目

わせで得られるベクトルビームなどの光波は、ビーム断面を集めている。しかし、ナノ粒子をナノスケールのホットに位相特異点をもち、特異点周りの位相変化は整数値(l)でスポットに粒子を引き寄せ、配置するのに必要な長距離の与えられる。このビーム断面の位相変化は光の軌道角運動

引力および表面結合は、通常、電熱加熱および表面化学処量(l)に対応することが示されており、円偏光として知られ理などの光圧以外の技術を必要とする。

るスピン(s=1)と合わせて光の角運動量を構成する要素と本研究では、薄いマイクロ流体チャンバー内の金プラズ

して活発に研究が進められている。特に注目を集めるのが、

モンアンテナに近赤外レーザービームを集光することで、電子が光を放出・吸収する際の電子遷移の選択則である。

アンテナのナノギャップにナノ粒子（φ30〜40nm）を捕捉「スピンに加えて軌道角運動量も光から電子へ与えられる

して堆積させることに成功した（図２）。試料として、熊本のであれば、電子の角運動量変化は∆j=±1とは限らず、全大学・深港教授から提供された蛍光色素分子の凝集により角運動量(|l±s|=n)で決まる∆j=±n となるのではないか」とい作製した蛍光ナノ粒子を使用した。同様のサイズの標準的う予想が永らく議論されている。本予想が真実であれば、な蛍光ポリスチレンナノ粒子を用いて実験を再現できるも光物質相互作用は双極子近似での遷移則(∆j=±1)から解放確認した。解析の結果、ナノ粒子の短距離引力および析出

され多重極子遷移(∆j=±n)での多様な発光・吸収過程が利用

は、プラズモンナノギャップの近傍における強い光勾配力可能となる。しかし、光の軌道角運動量が電子へ与えられの作用から生じるが、数マイクロメートルを超えるナノ粒

るためには、光の分布関数を電子の波動関数へ近づけ、光子の速い引力は、熱浸透として知られる熱現象に起因しての位相変化を電子が感じられるようにする必要がある。ついた。ナノスケールの精度でコロイド状ナノ粒子とプラズ

まり、光渦やベクトルビームの分布をナノメートル程度にモニックナノアンテナで構成されるヘテロ構造を直接構築

非常に小さくしなければならない。本研究では、局在表面-4-可能なこの技術は、ハイブリッドプラズモニックナノフォ度の励起光強度依存性を測定した。図３は、試料の同一ス

トニックデバイスにおけるナノスケールの光−物質間相互

ポットにおけるレーザー発振スペクトルを示している。励作用のさらなる研究と利用を可能にする新しい技術として起光強度を一定（128 MW/cm2）としているにも関わらず、の活用が期待される。

照明光の照射により、発振スペクトルのレッドシフトおよび発光強度の減少が確認できる。励起光強度依存性の測定結果から、照明光の照射により、発振しきい値が約 50
MW/cm2（照明光 OFF）から 90 MW/cm2（照明光 ON）と変化する様子が確認できる。また、この現象を利用し、空間的な照明光のパターン照明により、空間的にレーザー発
振の On、Off を制御できることを示した（図４）。さらに
照明光照射の代わりに試料温度を室温から 50 度まで変化させた結果、同様の現象を確認した。この結果から、照明
光がグラフェンにより熱に変換された結果、グラフェンの負の熱膨張率を持つグラフェンが収縮し、ランダム構造が変化したことによってレーザー発振が変化したと考えられる。

図２ トラッピングと堆積技術の（a）概念図および（b）堆積プ
ロセスの顕微鏡写真（横の数字は経過時間）．近赤外レーザーは、
目標の金のアンテナに数秒間照射した．この間、少数のナノ粒子が金ナノアンテナに引き寄せられて堆積する．レーザー照射により、以前に堆積した粒子（画像の右側の輝点）と同様に、左側にも輝点が現れている．レーザー集光位置からアンテナが離れても、粒子は試料に付着したままである．（c）レーザー照射前（左）とナノ粒子堆積後のアンテナ（真中と右）の SEM 画像。

図３ グラフェン混入 ZnO ランダム構造における(a)発振スペクト
ルと(b)発光強度の励起光強度依存性(照明光 ON:赤, OFF:黒) .

(c) 光熱変換を利用したランダムレーザー発振制御
本研究で注目しているランダム構造は、ナノ粒子の凝集体や基板表面のラフネス等を利用する事で簡単に作製できるだけでなく、光多重散乱と干渉効果により光局在現象が誘起されるため、発光デバイスへの応用の他、光触媒や光電変換、センサー等の大面積化や高機能化にむけた簡便・安価な光反応場としての利用が期待されている。近年では、
光多重散乱に基づく、無指向性や低空間コヒーレンス性を利用し、強度ムラの無い、高輝度な全視野イメージング用のレーザー光源として注目されているが、構造の最適化が

図４ 粉末グラフェン混入 ZnO ランダム構造の同じ領域のレーザ

難しく、低しきい値化に不可欠な空間・周波数的な局在モ

ー発振強度分布．(a) 照明光 OFF、(b) 照明光 ON . (c)、(d)中のード制御が困難であるという問題がある。これに対し、我々破線領域は照明光を ON とした領域を示している．

の研究では、サイズ・形状が均一な散乱体の共鳴を利用した簡便な光局在・発振モード制御方法を提案し、ランダム

３．今後の研究の展望

レーザー発振の低しきい値化を実証している。今年度の研究では、このランダムレーザー発振モード制御の一環とし

本研究分野では現在、「金属ナノ構造中のプラズモン局在て、レーザー発振の外部刺激によるスイッチング動作の実

モードの自在制御」、「微小共振器構造を用いた高効率プラ現を目指し、グラフェン粉末の高効率な光熱変換を利用しズモン励起」、「不規則構造を利用した高効率光捕集構造のた ZnO ランダム構造のレーザー発振制御を試みた。

開発」、「 1 分子光捕捉を目指したプラズモニックナノ構造

実験では、グラフェン粉末（平均粒径 600 nm）と ZnOの作製」等の研究を遂行中である。これらのプロジェクト

ナノ粒子（平均粒径 400 nm）を水中に分散した後、分散の展開として、(a) テーパファイバ結合微小球・トロイド構

液をガラス基板上に滴下・乾燥させたものを試料として用造を用いた光子制御デバイスの開発、(b) 輻射場を制御したいた。励起光源として紫外パルスレーザー(355 nm、1 kHz、

単一分子・粒子の分光計測、(c) テーパファイバを用いたナ

300 ps)を試料上に集光し、制御光として顕微鏡の照明光をノ粒子の選択捕捉・輸送、(d) 高空間分解分光イメージング

照射(ON)／非照射(OFF)した際の発振スペクトルと発光強-5-システムによる光局在場解析、(e) 金属ナノ構造体による光Keio Plaza Hotel, Tokyo, Japan (2017-08)

制御技術の開発、(f) 光の偏光・位相制御によるプラズモン

４) K. Sasaki*, M. Ide, S. Ishida and K. Sakai :モード制御、等の研究テーマを遂行する。

“Plasmonic Nano-Shaping & Nano-Manipulation”,
SPIE Optics & Photonics, San Diego Convention
Center, United States of America (the) (2017-08)

４．資料

５) K. Sasaki* : “Interference of Plasmonic Vortex

4.1 学術論文（査読あり）

Fields with Different Angular Momenta”, 8th１) H. Fujiwara, R. Niyuki and K. Sasaki: “White light

International

inducedphoto-thermal

switchinginaConferenceon

Metamaterials,

gra-

Photonic Crystals and Plasmonics (META 2017),

phene-flake-mixed ZnO nanoparticle random laser”,

Songdo Convensia, Incheon - Seoul, Korea (theJ. Phys. Commun., 2(3): 35022 (2018)

Republic of) (2017-07)

２) S. Ishida, K. Sudo and K. Sasaki: “Nano-particle６) H. Fujiwara* and K. Sasaki : “Fabrication ofrotation using a gap-mode plasmonic field of

low-threshold ZnO nanorod array random laser using

nano-structure”, Proc. OECC and PGC (2017)a laser-induced hydrothermal synthesis”, The 7th３) H. Fujiwara and K. Sasaki: “Fabrication ofInternational

low-threshold ZnO nanorod array random laser using

Multidiscipline

Conferenceon

Optofluidics 2017, Grand Copthorne Waterfront

a laser-induced hydrothermal synthesis”, Proc.

Hotel, Singapore, Singapore (2017-07)

Optofluidics 2017, 04196: 04196 (2017)

７) K. Sasaki* : “Plasmonic Nano-Manipulation Using

４) C. Pin, S. Ishida, G. Takahashi, T. Fukaminato andAngular Momenta ”, The Second A3 Metamaterials

K. Sasaki: “Near-field optical forces-assisted

Forum, Fudan University, China (2017-06)

molecular nanoparticle deposition in the nanogap

８) K. Sasaki* : “Efficient Light Coupling toof plasmonic nanoantennas”, Proc. SPIE, 10252:

Plasmonic Nanostructures ”, Optical Nanofibre

102520Z (2017)

Applications (ONNA), OIST Seaside House, Japan５) S. Ishida, K. Sudo and K. Sasaki: “Analysis of a(2017-06)

nano-particle rotation using a plasmonic trimer９) K. Sasaki* and S. Ishida : “Nano-Manipulation

nano-structure”, Proc. SPIE, 10252: 1025210–

with Plasmonic Chiral Fields”, The 8th Inter-(2017)

national Conference on Surface Plasmon Photon-

６) H. Fujiwara, Y. Yasuda, H. Orita, S. Ishida and K.
Sasaki:“Localized

field

controlat

ics(SPP8),theAcademia

Sinica,Taipei,Taiwan(Province of China) (2017-05)

nano-scale”, Proc. SPIE, 10252: 1025216 (2017)

ｂ．招待講演（国内学会）
１) 笹木 敬司* : 「ナノ光電場制御による分子・分子集

4.3 総説・解説・評論等

合体の自在操作と精密化」、レーザー学会学術講演会

１) 藤原 英樹、笹木 敬司: 「研究室紹介 光システム物

第 38 回年次大会、京都市勧業館みやこめっせ、

理研究分野」、フォトニクスニュース、3(1): 38–40(2018-01)(2017)

２) C. Pin*, S. Ishida, G. Takahashi, T. Fukaminato and4.6 講演K. Sasaki : “Optical trapping and deposition ofａ．招待講演（国際学会）

molecular

１) K. Sasaki* : “Whispering Gallery Mode Plasmonic

plasmonic antennas”, 日本化学会第 98 春季年会,

Nano-Cavities and Their Interaction with Nano-

日本大学理工学部船橋キャンパス, Japan (2018-03)

particles

and

Molecules

”,

653.

nanoparticles

in

the

nanogapofｃ．一般講演（国際学会）

WE-Heraeus-Seminar: Optical Microcavities and１) C. Pin*, S. Ishida, G. Takahashi, T. Fukaminato and

Their Applications (WOMA2017), Physikzentrum, Bad

K. Sasaki : “Thermo-plasmonic deposition of

Honnef, Germany (2017-11)

nanoparticles in the gap of gold nanoantennas”,

２) K. Sasaki* : “Optical Manipulation Using Designed

SPIE Nanophotonics Australasia 2017, Swinburne

Plasmonic Fields”, The International Nanopho-

University of Technology, Australia (2017-12)

tonics Symposium (INP-2017), Kawana Hotel, Japan２) C. Pin*, S. Ishida, G. Takahashi, T. Fukaminato and(2017-08)
３) K.

Sasaki*K. Sasaki : “Nanoparticle trapping and deposition: “Plasmonic

Manipulation

with

using

gold

plasmonic

nano-antennas”,

18th

Nano-Vortex Fields”, The 24th Congress of the

RIES-Hokudai International Symposium, Chateraise

International Commission for Optics (ICO-24),

Gateaux-6-

Kingdom

Sapporo, Japan (2017-11 〜2017-12)

部磁場によるランダムレーザー発振モード制御」、

３) H. Fujiwara* and K. Sasaki : “Lasing from a GaN

2018 年第 65 回応用物理学会 春季学術講演会、早稲

substrate by intense pulsed laser irradiation”,

田大学⻄早稲田キャンパス、(2018-03)

653. WE-Heraeus-Seminar: Optical Microcavities５) 山内 喬介*、藤原 英樹、笹木 敬司 : 「テーパファ

and Their Applications (WOMA2017), Physikzentrum,

イバを用いたダイヤモンドナノ粒子の選別」、2018 年

Bad Honnef, Germany (2017-11)

第 65 回応用物理学会 春季学術講演会、早稲田大学⻄

４) H. Fujiwara*, R. Niyuki and K. Sasaki : “Fab-早稲田キャンパス、(2018-03)

rication of low-threshold ZnO nanorod array random

６) 山内 喬介*、藤原 英樹、笹木 敬司 : 「テーパファ

lasers”, SPIE Optics & Photonics, San Diego

イバを用いたナノ粒子マニピュレーション」、レーザ

Convention Center, United States of America (the)ー学会学術講演会第 38 回年次大会、京都市勧業館み(2017-08)

やこめっせ、(2018-01)

５) S. Ishida*, K. Sudo and K. Sasaki : “Nano-particle７) 織田 洋章*、藤原 英樹、石田 周太郎、笹木 敬司 :rotation using a gap-mode plasmonic field of「白色光全反射照明による局在プラズモン場分布の

nano-structure”, 2017 CLEO Pacific Rim Con-

波長依存性の解析」、第５３回応用物理学会北海道支

ference, Marina Bay Sands Expo and Convention

部/第１４回日本光学会北海道支部合同学術講演会、Center, Singapore (2017-07 〜 2017-08)

北海道大学、(2018-01)

６) K. Sakai*, S. Sugawara, M. Ide and K. Sasaki :８) 菅原 翔太郎*、酒井 恭輔、笹木 敬司 : 「金属 四量“Nanofocusing of Optical Vortex in Plasmonic体構造 四量体構造 の形状パラメータ の形状パラメ

Structures”, CLEO®/Europe-EQEC 2017, ICM Centre

ータ が四重極子場 が四重極子場 に与える影響の解of the New Munich Trade Fair Centre, Germany

析」、第５３回応用物理学会北海道支部/第１４回日本(2017-06)

光学会北海道支部合同学術講演会、北海道大学、

７) H. Fujiwara*, Y. Yasuda, H. Orita, S. Ishida and(2018-01)

K. Sasaki : “Localized field control at the９) C. Pin*, S. Ishida, G. Takahashi, T. Fukaminato andnano-scale”, Optical Manipulation Conference

K. Sasaki : “Deposition of fluorescent nano-

2017, Pacifico Yokohama, Japan (2017-04)

particles in the gap of plasmonic nano-antennas”,

８) S. Ishida*, K. Sudo and K. Sasaki : “Analysis of2017 年第 78 回応用物理学会秋季学術講演会, 福岡国

a nano-particle rotation using a plasmonic trimer

際会議場, (2017-09)

nano-structure”, Optical Manipulation Confer-１０)藤原 英樹*、笹木 敬司 : 「GaN 平面基板上への高強

ence 2017, Pacifico Yokohama, Japan (2017-04)

度パルスレーザー照射による自己形成ランダムレー

９) C. Pin*, S. Ishida, G. Takahashi, T. Fukaminato andザー発振」、2017 年第 78 回応用物理学会秋季学術講K. Sasaki : “Near-field optical forces-assisted

演会、福岡国際会議場、(2017-09)

molecular nanoparticle deposition in the nanogap

１１)新宅 貴志*、クイトゥネン ヨウニ 、煮雪 亮、藤原 英

of plasmonic nanoantennas”, Optical Manipulation

樹、笹木 敬司 : 「レーザー誘起水熱合成法を用いた

Conference

ランダムレーザー発振特性制御」、2017 年第 78 回応2017,

Pacifico

Yokohama,Japan(2017-04)

用物理学会秋季学術講演会、福岡国際会議場、ｄ. 一般講演（国内学会）(2017-09)

１) 辻 剛志*、榊 祥太、越崎 直人、石川 善恵、藤原 英
樹、菊池 裕嗣 : 「コロイド状ナノ粒子のレーザー誘ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以起凝集過程の解析と制御 ~保護剤が球状サブミクロ外）

ン粒子の粒径分布に与える影響~」、電気学会 電子材

招待講演（国際研究会等）

料研究会 、くにびきメッセ、(2018-03)

１) K. Sasaki* : “Nano-Scale Optical Manipulation２) 酒井 恭輔*、北嶋 大暉、菅原 翔太郎、笹木 敬司 :using Designed Plasmonic Fields”, The 6th Hsinchu「金属ナノ四量体の光学特性 ―多極子相互作用へ向Summer Course and Workshop, NCTU, Hsinchu, Taiwan

けて―」、2018 年第 65 回応用物理学会 春季学術講演(Province of China) (2017-07)

会、早稲田大学⻄早稲田キャンパス、(2018-03)

招待講演（国内研究会等）

３) 北嶋 大暉*、酒井 恭輔、笹木 敬司 : 「金属ナノ四１) 笹木 敬司* : 「プラズモニックナノ渦場による物質

量体の光学特性Ⅱ ―散乱スペクトル―」、2018 年第マニピュレーション」、固体物理セミナー、大阪大学

65 回応用物理学会 春季学術講演会、早稲田大学⻄早

基礎工学研究科シグマホール、(2018-01)

稲田キャンパス、(2018-03)

２) 笹木 敬司* : 「ナノ光成形で拓く物理とその応用」、

４) 藤原 英樹*、海住 英生、西井 準治、笹木 敬司 : 「外第 28 回 光物性研究会、京都大学 宇治キャンパス、-7-(2017-12)

ｄ. 国際共同研究

３) 笹木 敬司* : 「マイクロ・ナノ光共振器による物質

１) 台湾交通大学応用化学科 副教授 杉山 輝樹

操作」、第 24 回 レーザー夏の学校、NTT 北海道セミ

２) RMIT Univ.Prof. Min Gu

ナーセンター、(2017-10)
４) 藤原 英樹* : 「レーザープロセス技術を利用した共4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）

鳴制御ランダムレーザーの開発」、電子材料研究会、

ａ． 科学研究費補助金

甲南大学 ネットワークキャンパス東京、(2017-09)

１) 酒井 恭輔、若手研究 A、ナノ空間に局在するプラズ

５) 笹木 敬司* : 「ナノ光マニピュレーション技術」、第モン反応場の角運動量状態制御、2017〜2019 年度

64 回 PST-net 例会、千歳アルカディアプラザ、

２) 藤原 英樹、基盤研究 C 一般、半導体ナノロッドアレ(2017-07)

イ構造の光局在場制御技術の開発とその応用に関す

一般講演（国際研究会等）

る研究、2017〜2019 年度

１) K. Yamauchi*, H. Fujiwara and K. Sasaki : “Study

３) 笹木 敬司、新学術領域研究 研究領域提案型、光圧をon light and matter control using a tapered fiber”,

極める：分子操作の極限化と光制御によるマクロ化、The 6th Hsinchu Summer Course and Workshop, NCTU,

2016〜2020 年度

Hsinchu, Taiwan (Province of China) (2017-07)

４) 笹木 敬司、萌芽研究、単一分子キラリティーセンシ

一般講演（国内研究会等）

ング、2016〜2017 年度

１) 山内 喬介*、藤原 英樹、笹木 敬司 : 「テーパファ

５) 笹木 敬司、基盤研究 A 一般、局在プラズモン角運動

イバを用いたナノダイヤモンドマニピュレーション」、

量制御による光ナノシェーピング、2014〜2017 年度

新学術領域研究「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」第 2 回公開シンポジウム、大阪大学豊中キャンパ

4.10 受賞

ス、(2018-01)

１) パン クリストフ: 松本・羽鳥奨学賞 2018年02月

２) 藤原 英樹* : 「高強度パルスレーザー照射による GaN

4.11 社会教育活動

基板上へのランダムレーザー素子作製」、人・環境とａ．公的機関の委員

物質をつなぐイノベーション創出 ダイナミック・ア

１) 笹木 敬司 : 日本学術会議北海道地区会議運営協議

ライアンス エレクトロニクス 物質・デバイス(G1)

会委員 （2017年11月24日〜2023年09月30日）

グループ分科会、山口県湯田温泉 ホテル常盤、

２) 笹木 敬司 : 科学技術振興機構戦略的創造研究推進(2017-10 〜 2017-11)

事業（ERATO)追跡評価委員 （2017年11月13日〜2018
年03月31日）

4.8 共同研究

３) 笹木 敬司 : 科学技術振興機構戦略的創造研究推進

ａ. 所内共同研究

事業（CREST)領域アドバイザー （2017年04月12日〜

１） ダークモードプラズモントラップのポテンシャル計

2019年03月31日）

測、上野貢生４) 笹木 敬司 : 日本学術振興会学術システム研究セン

２) 円偏光局在場・光渦局在場を用いた２光子重合、上野ター研究員 （2017年04月01日〜2018年03月31日）

貢生

ｂ．国内外の学会の役職

３) 金属ナノスリット構造を用いたナノ粒子マニピュレ１) 藤原 英樹 : 電気学会 ナノ材料作製のための最先端ーション、雲林院宏レーザプロセッシング技術調査専門委員会委員

４) 外部磁場印加によるランダムレーザー発振制御、海住（2016年05月01日〜2018年04月30日）

英生

ｃ．兼任・兼業

ｂ. 民間等との共同研究

１) 笹木 敬司 : 電気通信大学 レーザー次世代研究セン

１） 金属ナノギャップ構造を用いた真空中ナノ粒子の精

ター 共同研究員 （2008 年 04 月 01 日〜2018 年 03

密配、芦田昌明、大阪大学

月 31 日）２） 原子間力顕微鏡を用いた局在表面プラズモン場によd.外国人研究者の招聘

る光圧の精密計測、菅原康弘、大阪大学

１) AN Kyungwon、Korea、（2018 年 02 月 07 日）

３） ナノファイバ対向伝搬光によるNV中心含有ナノダイ

ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）

ヤモンド粒子の選別輸送、石原一、大阪府立大学

１) 情報科学研究科、電子情報工学演習Ⅱ、笹木 敬司、

４） THz領域擬似プラズモンにおける軌道角運動量の観測

2017年10月01日〜2018年03月31日と解析、田中耕一郎、京都大学

２) 情報科学研究科、光情報システム学特論、笹木 敬司、

５） サブミクロン酸化亜鉛球状粒子を用いたランダムレ

2017年10月01日〜2018年03月31日

ーザー発振制御、辻 剛志、島根大学

３) 工学部、電磁気学、藤原 英樹、2017年10月01日〜2018

ｃ. 委託研究年03月31日-8-４) 工学部、光工学、笹木 敬司、2017年04月01日〜2017
年09月30日
５) 工学部、光エレクトロニクス、笹木 敬司、2017年04
月01日〜2017年09月30日
６) 全学共通、物理学Ⅰ、藤原 英樹、2017年04月01日〜
2017年09月30日
７) 情報科学研究科、情報エレクトロニクス特別研究第二、
笹木 敬司、2017年04月01日〜2018年03月31日
８) 情報科学研究科、情報エレクトロニクス特別演習、笹木 敬司、2017年04月01日〜2018年03月31日
９) 情報科学研究科、情報エレクトロニクス特別研究第一、
笹木 敬司、2017年04月01日〜2018年03月31日
ｈ. ポスドク・客員研究員など
１) Christophe Pin（電子科学研究所非常勤研究員、電子科学研究所学術研究員）
i．修士学位及び博士学位の取得状況
修士学位：4名
１) 菅原 翔太郎 : 金属ナノ四量体構造における四重極
子場の解析
２) 井手 柾希 : プラズモニック構造体によるナノ渦場とナノ物質の相互作用の解析
３) 織田 洋彰 : 分光ナノイメージングによるプラズモ
ンモード干渉の観測に関する研究
４) 新宅 貴志 : レーザー誘起水熱合成法を用いたランダムレーザー発振特性制御に関する研究-9-ナノ材料光計測研究分野
教授

雲林院 宏(東北大院、博(理学)、2015年7月～)

准教授

平井

健二(京大院、博(工学)、2017年12月～)

助猪瀬朋子(阪大院、博(理学)、2015年10月～)

教大学院生
博士後期課程
修士課程

Zhang Qiang

上園周平、堀菜月、渡邉希理、石田拓都、
小谷伊吹、広瀬慎太郎

学部生

図１ 新たに合成した PDMS 上(a)銀ナノ粒子、(b)金コート銀ナノ粒
子の SEM 像

明石大輝、中尾佑輔、村杉拓

１．研究目標本研究分野では、金や銀をはじめとする貴金属ナノ構造
体を化学的手法により作成し、その光特性を最大限に利用した超高感度センサー基板の開発や、新たな光学顕微鏡の開発を行っている。また、これらナノ構造体や新規光学顕微鏡を用いて、生体細胞など、不均一で複雑なシステムの理解、病理診断・治療への応用を目指している。

２．研究成果図 2 作製した PDMS 上金コート銀ナノ粒子 SERS 基板の pH 応
答性

表面増強ラマン散乱を用いたケミカルセンシング

る新たな方法を開発した。金ナノ粒子は大気中でも安定なラマン分光法は、測定対象物質の振動スペクトルを測定すため、SERS基板の粒子として広く用いられているが、SERS

ることで化学結合の情報を直接得ることができる。振動ス

特性を示す波長は近赤外領域に限られる。一方、銀ナノ粒

ペクトルは分子構造の変化を鋭敏に反映するため、局所的子は紫外・可視光領域の光を吸収するため、SERS基板の汎な化学反応や生命機能などの詳細を解明するための本質的用性向上につながるが、空気中で非常に酸化されやすいとな情報を得ることができると期待されている。一方ラマン

いう問題点が挙げられる。そこで本研究ではPDMS上に銀分光法の課題として、非常に感度が低い点が挙げられる。

ナノ粒子を直接合成する方法を開発するとともに、合成しこのようなラマン分光法の弱点を補う方法の一つが表面増た銀ナノ粒子表面を金の薄膜で覆うことで、銀ナノ粒子の強ラマン散乱(SERS)である。SERSは、金や銀などの貴金属特性を維持しつつ、酸化にも強い新たなフレキシブルSERS

ナノ構造体に光を当てた時に、ナノ構造体表面に存在する基板の実現を目指し、実験を行った。 実際に銀ナノ粒子を分子のラマン散乱が強く励起される現象であり、理想的な直接PDMS上に合成したところ、図1(a)に示すようなフラワ

条件では通常のラマン散乱と比較して最大107倍程度の増ー形状を有する銀ナノ粒子が得られた。さらに、金コーテ

強が起こり、感度の良いラマン分光が可能となる。SERSのィングの際の反応速度を精密に制御することにより、フラ

感度は、ナノ構造体のサイズや形状に強く依存することがワー形状を維持したまま銀ナノ粒子表面上のみを金でコー知られており、高感度SERS基板の実現を目指し、これまで

ティングすることにも成功した(図1(b))。これらのナノ粒子

リソグラフィーやナノ粒子の凝集を利用した方法など様々のSERS特性を、0.2 mMの4-mercaptobenzoic acidを用いて評な作製法が報告されている。そのようななか近年、ポリジ

価したところ、ナノ粒子合成直後では銀ナノ粒子および金

メチルシロキサン(PDMS)と呼ばれるポリマーフィルム上

コーティング銀ナノ粒子のいずれにおいても高感度なに銀・金ナノ粒子を並べたフレキシブルなSERS基板が報告

SERS特性を示した。さらに同じ基板を1週間後に同様の方され、注目を集めている。このフレキシブルSERS基板を使法で測定したところ、銀ナノ粒子では大きなバックグラウ

うことで、平坦でない表面上の物質検出、例えばりんご表

ンドが観察されたのに対し、金コーティングした銀ナノ粒

面に付着している微量な農薬の高感度検出が可能であるこ子では1週間前と同様のSERSスペクトルが得られ、金コーとが報告されている。しかしながら、報告されているPDMS

ティングを行うことで銀ナノ粒子の酸化が抑制され、SERS

上SERS基板の作製法では、作製ステップ数が多く収率の向基板としての特性を長期間維持することに成功した。さら上が課題となっている。

に、図2で見られる1370cm-1付近で見られるブロードな本研究室ではこれまでに、新たなPDMS上SERS基板の作

SERSスペクトルは、銀ナノ粒子を用いた時に観測すること

製方法として、金ナノ粒子をワンステップで容易に合成す- 10 -

が可能な特有のスペクトルであり、金コーティング後も銀

EcoRV の４量体が結合している可能性を示唆している。

ナノ粒子の特性が維持されることを確かめている。作製し以上のように、超解像蛍光顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡

た金コーティング銀ナノ粒子のSERS基板について、pH応答を組み合わせ、その位置相関を取ることにより複雑な生体性を調べたところ、図2に示すように広範囲のpH応答性を

分子相互作用に関する詳細情報を得ることが可能である。

示し、pHセンサーとしての応用が可能であることを示唆する結果が得られた。（Chem. Commun. 2017.）
超解像顕微鏡を用いた生体分子相互作用の解明
プロテインなど生体マクロ分子の相互作用は、細胞プロセスにおける機能と制御に重要な役割を果たす。ナノメート
ルスケールでの単一分子イメージングは、それら相互作用の不均一性などの直接的な情報を得るために有効な手段である。このような背景から、様々な超高空間分解能蛍光顕微鏡法が開発されてきており、現在では20〜50nm 程度の空間分解能が蛍光顕微鏡で達成されている。しかしながら、蛍光顕微鏡では、蛍光ラベルのみが可視化されるにとどまり、世帯マクロ分子自体の構造は不明な場合がほとんどである。反面、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscopy: AFM）などの走査型プローブ顕微鏡を用いることでラベリングすることなくサブナノスケールイメージングが可能であるが、走査型プローブ顕微鏡は表面構造を可視化するのみであり化学的情報は得られない。
これら２つの顕微鏡法を組み合わせることで、生体マクロ

図 3 制限酵素（EcoRV）と DNA の相互作用不均一性の解析。(A)

分子同士の相互作用の詳細が得られることは自明であるが、EcoRV-lamda DNA 相互作用の AFM 像。(B) EcoRV バインド後の双方から得られる画像の相関を得ることが、しばしば困難

DNA の Bending 角分布。(C)EcoRV の AFM 体積測定分布。(D) EcoRVである。本研究室では、走査型プローブ顕微鏡によって可にラベルした蛍光分子のステップ退色。(E) EcoRV-DNA プラス

視化された DNA—プロテイン集合体のナノスケールイメー

ミドコンプレックスの AFM 像。(F)図３E 矢印部分のステップワ

ジと、超高空間分解能蛍光顕微鏡の相関を取ることにより、

イズ蛍光退色。

いくつのプロテインが DNA と相互作用しているか、その相互作用によって DNA の形状がどのように変化するかな

３．今後の研究の展望

ど の 詳 細 を え る 「 correlative fluorescence and force microsocpy」を開発した。（ACS Nano 2018）

超解像蛍光顕微や表面増強ラマン散乱顕微と走査型プロ制限酵素(EcoRV)と DNA の相互作用の様子を AFM で観測

ーブ顕微鏡のようなナノスケールの分解能を有する顕微鏡

し、EcoRV バインド後の DNA の曲り角（bending angle)を法を組み合わせることで、ナノメートル領域でおこる化学

測定することにより、曲がり角に２つの異なる分布が存在

反応を、固体表面のみならず、単一細胞内部で解析する手することが明らかになった（図３A-B）。これは相互作用に法を開発する。

不均一性が存在することを示す。また、AFM 像では、DNA
プラスミドと相互作用した EcoRV 酵素は、白い輝点として４．資料観測される（図3E）。しかし、AFM 像には化学的情報が欠如しているため、実際に EcoRV なのか、また幾つの EcoRV

4.1 学術論文（査読あり）

が結合しているかなどの情報は得られない。本研究で使用

１)

P. Walke, Y. Fujita, W. Peeters, S. Toyouchi, W. Fred-した EcoRV には、それぞれ単一の蛍光分子がラベルされて

erickx, S. De Feyter, H. Uji-i, “Silver nanowires forいる。そのため、AFM で観測されたプロテイン位置で、単highly reproducible cantilever based AFM-TERS mi-

一分子蛍光分析を行うことで何個の EcoRV が結合していcroscopy: towards a universal TERS probe”, Nanoscale

るかの情報も得られる（図3D, F）。ここで、酵素同士の距

2018, 10, 7556–7565.

離が光の回折限界以下であるため、超解像蛍光顕微鏡を用

２)W. Frederickx, S. Rocha, Y. Fujita, K. Kennes, H. De

いてそれぞれの酵素を位置的に分離する必要がある。そのKeersmaecker, S. De Feyter, H. Uji-i, “Orthogonal

ように位置分離をし、AFM 像と相関をとった EcoRV 結合

Probing of Single Molecule Heterogeneity by Correlative

位置での単一蛍光分析結果が図３F のようになり、４段階

Fluorescence and Force Microscopy”, ACS Nanoの蛍光体色が観測されたことから、図３E の矢印部分では2018 12, 168-177.

- 11 -

３)

R. Sola-Llano, Y. Fujita, L. Gómez-Hortigüela, A.

4.2 学術論文（査読なし）

Alfayate, H. Uji-i, E. Fron, S. Toyouchi, J. Pé-

該当なし

rez-Pariente, I. López-Arbeloa, V. Martínez-Martínez,“One-Directional Antenna Systems: Energy Transfer

4.3 総説・解説・評論等

from Monomers to J-Aggregates within 1D Nanoporous

該当なし

Aluminophosphates”, ACS Photonics 2018, 5, 151–157.
４)

R. Aubert, B. Kenens, M. Chamtouri, Y. Fujita, B. For-

4.4 著書tuni, G. Lu, J. A. Hutchison, T. Inose, H. Uji-i, “Surface

該当なし

density-of-states engineering of anataseTiO2 by small
polyols for enhanced visible-light photocurrent genera-

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

tion”, ACS Omega 2017, 2, 6309–6313.
５)

該当なし

B. Fortuni, T. Inose, S. Uezono, S. Toyouchi, K.
Umemoto, S. Sekine, Y. Fujita, M. Ricci, G. Lu, A. Ma-

4.6 講演suhara, J. A. Hutchison, L. Latterini, H. Uji-i, “Inａ．招待講演（国際学会）

situ synthesis of Au-shelled Ag nanoparticles on PDMS

１)

for flexible, long-life, and broad spectrum-sensitive SERS

toward Single-Cell Interrogation”, Hiroshi Uji-i, 2017

substrates”, Chem. Commun. 2017, 53, 11298-11301.
６)

RIIES-CIS Symposium, Oct. 28, 2017

Rahmoun, S; Mairesse, F; Uji-i, H; Hofkens, J; Sliwa, T,２)８)

copy toward Single-cell Interrogation”, Hiroshi Uji-i,

polymer analysis”, Signal Image and Video Processing

15th Conference on Methods and Applications in Fluorescence, Sep. 11, 2017

Y. Fujita, R. Aubert, P. Walke, H. Yuan, B. Kenens, T.

３)“Plasmonic endoscopy toward single cell interrogation”,

Inose, B. Fortuni, M. Chamtouri, K. Jansen, S. De Feyter,

Hiroshi Uji-i, RACI National Centenary Conference 2017,

M. B. J. Roeffaers, “Highly controllable direct femto-

July 26, 2017second laser writing of gold nanostructures on titanium

ｂ．招待講演（国内学会）

dioxide surfaces”, Nanoscale, 2017, 9, 13025-13033.

１)

M. Chamtouri, B. Kenens, R. Aubert, G. Lu, T. Inose, Y.

“シルバーナノワイヤー探針増強ラマン散乱顕微鏡”,
藤田康彦, 猪瀬朋子, 雲林院宏, 第 65 回応用物理学

Fujita, A. Masuhara, J. Hofkens, H. Uji-i, “Fac-会春季学術講演会, Mar. 18, 2018

et-Dependent Diol-Induced Density of States of Anatase
９)“Plasmonic Waveguiding Remote Excitation Spectros-“Curve computation by geodesics and graph modelling for2017, 11, 1469-1476.
７)“Remote Spectroscopy Using Plasmonic Waveguide２)“Layer by layer 法を利用した抗がん剤含有ナノ粒子

TiO2 Crystal Surface”, ACS Omega 2017, 2, 4032–4038のコーティングと細胞への取込み観察”, 猪瀬朋子,

G. Lu, H. Yuan, L. Su, B. Kenens, Y. Fujita, M.

「ナノマテリアルの実用展開」in ナノマテリアルコロ

Chamtouri, M. Pszona, E. Fron, J. Waluk, J. Hofkens, H.

キウム, Jun. 19, 2018

Uji-i, “Plasmon-Mediated Surface Engineering of Silver

３)“フレキシブルポリマー上への新規 SERS 基板作製法”,

Nanowires for Surface-Enhanced Raman Scattering”, J.

猪瀬朋子, 第 6 回錯体化学若手の会北海道支部勉強Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 2774–2779.

会, Nov. 10, 2017１０) K. Hirai, B. Yeom, K. Sada, “Pyrolysis of helical coor-

４)

dination polymers for metal-sulfide-based helices with

“Plasmonic endoscopy at single cell level”, Hiroshi Uji-i,
日本物理学会

broadband chiroptical activity”, ACS Nano 2017, 11,５)5309-5317.

2017 年秋季大会, Sep. 23, 2017

“プラズモン導波路リモート励起探針増強ラマン顕微鏡”, 藤田康彦, 猪瀬朋子, 雲林院宏, 第 73 回日本顕１１) K. Hirai, K. Sada, “Infrared laser writing of MOFs”,

微鏡学会学術講演会, Jul. 1, 2017

Chem. Commun. 2017, 53, 5275-5278.

ｃ．一般講演（国際学会）

１２) S. Tajima, Y. Kuroshima, T. Katayama, N. Tamai, K.

１)“Noble And Facile Fabrication Of Chemically Insert

Sada, K. Hirai, “Solid‐Solution Coordination Polymers as

SERS_Active Au Nanostars And AgNPs@Au-Shell On

Precursors for ZnxCd1–xS/C Composite Nanowires”, Eur.

PDMS Films”, Tomoko Inose, Beatrice Fortuni, Syuhei

J. Inorg. Chem. 2017, 18, 2444-2449.

Uezono, Yasuhiko Fujita, Hiroshi Uji-i, 15th Conference

１３) B. Fortuni, Y. Fujita, M. Ricci, T. Inose, R. Aubert, G.

on Methods and Applications in Fluorescence, Sep. 11,

Lu, J. A. Hutchison, J. Hofkens, L. Latterini, H. Uji-i,

2017“A novel method for in situ synthesis of SERS-active gold

２)

“Nano-sponge for active-targeting anti-cancer drug

nanostars on polydimethylsiloxane film”, Chem.Commun.

delivery”, Tomoko Inose, Beatrice Fortuni, Yasuhiko

2017, 53, 5121-5124.

Fujita, Yositaka Koseki, Hitoshi Kasai, Hiroshi Uji-i,- 12 -RACI National Centenary Conference 2017, Jul. 24, 2017

Hori, Yasuhiko Fujita, Yoshitaka Koseki, Hitoshi Kasai,ｄ. 一般講演（国内学会）
１)

２)

Hiroshi Uji-i, ナノ学会第 15 回大会, May 10, 2017

“Functionalization of Mesoporous Silica Nanoparticles

１２) “配位高分子を前駆体とした金属硫化物ナノワイヤのwith efficient Endosomal Escape for Cancer Targeted

合成と光水素発生” 田島信哉, 黒島佳希, 平井健二,

Drug Delivery”, Fortuni Beatrice, Ricci Monica, Susana

佐田和己, ナノ学会第 15 回大会, May 10, 2017

Rocha, Masuhara Akito, Inose Tomoko, Uji-i Hiroshi, 日

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以

本化学会第 98 春季年会, Mar. 20, 2018外）

“Novelandfacilefabrication

methodof

該当なし

AgNPs@Au-shelled flexible SERS substrate with a wide
range of pH response”, Inose Tomoko, Uezono Shuhei,

4.7 シンポジウムの開催

Fortuni Beatrice, Toyouchi Shuichi, Fujita Yasuhiko,

該当なし

Umemoto Kazuki, Masuhara Akito, Uji-i Hiroshi, 日本化３)

学会第 98 春季年会, Mar. 20, 2018

4.8 共同研究“MOF-高分子フィルムのレーザー分解による電気二ａ. 所内共同研究

重層キャパシタの作製”, 田島信哉, 平井健二, 佐田
４)

５)

該当なし

和己, 日本化学会第 98 春季年会, Mar. 20, 2018ｂ. 民間等との共同研究“C60 混合有機高分子フィルムを用いたレーザー照射１)による炭素電極の作製”, 川合茉利奈, 田島信哉, 平

ｃ. 委託研究井健二, 佐田和己, 第 52 回高分子学会北海道支部研１)

究発表会, Jan. 15, 2018ｄ. 国際共同研究“Surface density-of-states engineering of TiO2 by ad-

１)Prof. Steven De Feyter, KU Leuven, Belgium

sorption of small polyols for enhanced visible pho-２)

Dr. James A. Hutchison and Prof. Thomas Ebbesen,

to-catalytic activity” Remko Aubert, Bart Kenens, Maha３)

suhara, Hiroshi Uji-i, 錯体化学会第 67 回討論会, Sep.

７)

Vasco, Spain.
４)Prof. Lusiale, University of Strasbourg, France“Noble, simple fabrication of flexible SERS substrates on

５)Prof. Loredana Latterini, University of Perugia, Italy

PDMS” Tomoko Inose, Beatrice Fortuni, Syuhei Uezono,

６)

Prof. Maurilio Sampaolesi, KU Leuven, Belgium

Yasuhiko Fujita, Hiroshi Uji-i, 錯体化学会第 67 回討論

７)Prof. Paolo Samoli, University of Strasbourg, France

会, Sep. 18, 2017８)

Prof. Jacek Waluk, Polish Academy of Sciences, Poland“MOF 担持高分子フィルムを原料とした無機-炭素

９)Prof. Gang Lu, Nanjing Tech University, China

コンポジットのレーザーライティング”田島信哉,平１０) Prof. Hua Zhang, Nanyang Technological University,
Singapole16, 2017

９)

Prof. Virginia Martínez-Martínez, Universidad del País

18, 2017

井健二, 佐田和己, 錯体化学会第 67 回討論会, Sep.
８)

東レリサーチセンター

University of Strasbourg, France

Chamtouri, Yasuhiko Fujita, Tomoko Inose, Akito Ma-

６)

東レリサーチセンター

１１) Prof. Bongjun Yeom, Hanyang University, South Korea“Noble fabrication of flexible Ag@Au NPs SERS substrateon PDMS” 猪瀬朋子、上園周平、Fortuni Beatrice、豊4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）

内秀一、藤田康彦、雲林院宏, 2017 年光化学討論会,

ａ． 科学研究費補助金

Sep. 5, 2017

１)

“Study of anti-cancer drug administration in single can-

単一細胞レベル解析、2017〜2020 年度

cer cells using remote excitation of SERS (RE-SERS)” 雲

２)

林院宏、Ricci Monica、Fortuni Beatrice、Rocha Susana、性制御、2017〜2018 年度

Sep. 4, 2017３)
waveguiding

RemoteTip-enhanced Raman Scattering”

Excitation

雲林院宏、新学術領域研究、プラズモン共鳴を用いた多光子異性化反応のナノメータ制御と巨視的光応答

豊内秀一、藤田康彦、猪瀬朋子, 2017 年光化学討論会,
１０) “Plasmonic

雲林院宏、基盤研究 B、ナノ粒子型薬輸送システムのof

雲林院宏、新学術領域研究、プラズモン導波路を用いたリモート励起多機能光トラッピング、2017〜2018

Yasuhiko Fujita,

年度

Tomoko Inose, Hiroshi Uji-i, ナノ学会第 15 回大会,

４)

May 10, 2017

平井健二、若手研究 B、配位高分子の犠牲鋳型法による無機酸化物のマルチスケール構造制御、2016〜2018

１１) “Layer by layer surface modification of mesoporous silica

年度

nanoparticles for taergeting drug delivery system”

ｂ．大型プロジェクト・受託研究

Tomoko Inose, Beatrice Fortuni, Kiri Watanabe, Natsuki

該当なし- 13 -

4.10 受賞
該当なし
4.11 社会教育活動
ａ．公的機関の委員
該当なし
ｂ．国内外の学会の役職
１) 雲林院宏：ナノ学会第15回大会実行委員（2017年5月）
２) 猪瀬朋子：ナノ学会第15回大会実行委員（2017年5月）
ｃ．兼任・兼業
該当なし
d.外国人研究者の招聘
１)

Edwin Yeow、Singapore、（2017 年 12 月）

ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）
１)

工学部、応用物性工学、雲林院宏、2017 年 10 月 1 日〜2017 年 11 月 30 日

２)

情報科学研究科、ナノマテリアル特論、雲林院宏、2017
年 6 月 1 日〜2017 年 8 月 2 日

３)

工学部、生体医工学基礎・医用工学概論、雲林院宏、2017 年 10 月 1 日〜2018 年 02 月 10 日

ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期間）
該当なし
ｇ. 新聞・テレビ等の報道
該当なし
ｈ. ポスドク・客員研究員など
該当なし
i．修士学位及び博士学位の取得状況
修士学位：0名
博士学位：0名- 14 -

光した XFEL を用いて、サブマイクロメートルサイズの細コヒーレント光研究分野

菌等の試料のイメージングを行ってきた。更に小さな100nm 程に集光した XFEL を利用して、数十 nm サイズのタ教

授

西野吉則（阪大院、理博、2010.4～）

ーゲットを測定するナノビームコヒーレントＸ線イメージ

助教

木村隆志（阪大院、工博、2011.4～）

ング装置（MAXIC-S）の開発を、高輝度光科学研究センタ鈴木明大（阪大院、工博、2016.4～）

ーと共同で進めている。MAXIC-S では、世界最先端技術で博士研究員

楊影（東工大院、工博、2015.12～）作製された KB（Kirkpatrick-Baez）配置のクロム/カーボン

技術補助員

新井田雅学（2015.12～）

多層膜ミラーを用いることにより、コンパクトであるが大西岡晶子（2016.5～）

開口で、XFEL を取りこぼしなく、超高密度に集光できる。

山崎涼子（2014.7～）

平成29年度は、MAXIS-S の立ち上げ実験を行い、ほぼ設

事務補助員
院生

谷直哉
（MC2）、丸岡篤史（MC2）、
木村円香（MC1）、

計通りの集光径を達成した。また、MAXIC-S を用いたコヒ橘 健朗（MC1）

ーレントＸ線回折のテスト測定を行った。
MAXIC-S で新たにターゲットとなる数十 nm サイズの試料には、生体粒子など再現性のある構造を持つものが含まれる。再現性のある構造を持った粒子を多数用意し、様々

１．研究目標な方位の粒子を XFEL で照射することにより、3次元イメー

Ｘ線回折は、伝統的に、結晶試料に対する原子構造解析

ジングが実現する。3次元イメージングに向けた試料粒子のに威力を発揮してきた。さらに、位相の揃ったコヒーレン

保持方法として、異なる方法の検討を進めている。重要な

トＸ線を用いることにより、例えば、細胞や細胞小器官な展開として、膜タンパク質を活性を保ったまま埋め込むこど、結晶化できない試料に対しても、Ｘ線回折に基づく構とのできる脂質膜マイクロチャンバーの開発に着手した。

造解析への扉が開く。Ｘ線の高い透過性を活かすことによ

図1に蛍光色素 Sulforhodamine B を封入した脂質膜マイクロり、透過電子顕微鏡では困難な、マイクロメートルを超え

チャンバーの蛍光顕微鏡像を示す。

る厚みのある試料も、薄切片にする必要なく、丸ごと 3次
元的にイメージングできる。これにより、試料が機能する
自然な状態に近い内部構造の観察が実現する。
本研究分野では、放射光や自由電子レーザーなどの先端的短波長コヒーレント光源の特徴を最大限活かし、マクロな世界から原子の世界までをイメージングする基礎および応用研究を展開する。これは、我々にとって関心の対象となるマクロな機能を、原子・ナノ構造と結びつけて理解す
る上で極めて重要であり、生命科学から物質科学に至る幅
広い科学分野で、新しい知見を与えるブレークスルーをもたらすと期待する。

図１ 蛍光色素 Sulforhodamine B を封入した脂質膜マイクロチャン
バーの蛍光顕微鏡像。

２．研究成果(a)

MAXIC-S を用いた PCXSS 実験で生理条件下にある生体Ｘ線自由電子レーザーを用いた複雑系生体分子の構

超分子の姿と動態を捉えるには、測定条件の最適化や実験造可視化に向けた研究

データの解析において、大規模な計算が必要となる。

新世代のＸ線であるＸ線自由電子レーザー（XFEL）を用MAXIC-S 実験に計算機シミュレーションを援用すべく、スいた複雑系生体分子の構造可視化を目指して、独自提案しーパーコンピュータ「京」の2017B 期の課題に申請し採択たパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（PCXSS）法の構築された（課題名「計算機実験を援用する XFEL バイオイメを進めている。XFEL がフェムト秒オーダーのパルス幅をージング 」）。

もつことを利用して、Ｘ線照射による試料の損傷なく、溶(b)

液中で自然な状態にある生物試料等をスナップショットイ

XFEL を用いた自動車用ナノマテリアルのイメージン
グ

メージングする。PCXSS 測定において溶液試料を自然な状

SACLA を用いた産業応用研究を推し進めた。理化学研究

態に保持するマイクロ液体封入アレイ（MLEA）の作製には、文科省ナノテクノロジープラットフォーム事業で運用され所は、SACLA の産業利用を促進するため、平成26年度よりている北大のクリーンルーム内の微細加工装置群を利用し「SACLA 産学連携プログラム」を開始した。平成28年度かた。

らは、当プログラムは、「SACLA 産業利用推進プログラム」
へと発展した。平成26年度より、これらプログラムにトヨ

これまでの PCXSS 測定では、マイクロメートル程に集- 15 -

タ自動車（株）と共同で申請し、共同研究を進めている。
平成29年度は、課題名「XFEL を用いた自動車用ナノマ
テリアルの形態や状態の把握」が採択され、SACLA を用いて各種の自動車用ナノマテリアルのイメージング実験を行った。新たなターゲットとして、次世代二次電池として注目を集めている全固体電池に用いられる固体電解質のPCXSS 測定を行った。固体電解質は、放射線損傷に対して脆弱であり、XFEL を用いた無損傷イメージングが重要となる。図2に硫化物固体電解質からのシングルショットコヒ
ーレントＸ線回折パターンを示す。
図 3 MAXIC-II を用いたポンプ・プローブ PCXSS 実験の様子。

温度制御に関しては、MAXIC-II 用に新たに試料温度制御装置を開発した。開発した装置を用いて、温度応答性金ナ
ノ粒子や温度制御 Microbacterium 菌の PCXSS 法による測定を進めた。
試料探索の過程で平成28年度に発見した、Thermus 属細菌細胞が培養条件に依って短くなる新規現象に関して、その機構を解明するべく、ポリアミン分析するなどの研究を進めた。

図 2 硫化物固体電解質からのシングルショットコヒーレントＸ線
回折パターン。

(c)

３．今後の研究の展望

Ｘ線レーザー回折による生細胞ダイナミクスの解明

日本の XFEL 施設 SACLA は、平成24年3月に供用運転がに向けた研究開始され、当研究分野ではこの新規光源を利用した研究を

XFEL のフェムト秒オーダーのパルス幅を利用して、異推進している。具体的には、溶液中で自然な状態にある生なる状態の細胞を、独自開発した PCXSS 法で放射線損傷な物試料をイメージングする研究や、溶液中でのみ構造を保くイメージングすることにより、生細胞のナノレベルダイ

ち機能を発揮するナノ物質をイメージングする研究を行っ

ナミクスを観察することを目指した研究を、平成27年度にている。研究は順調に進んでおり、さらなる技術開発を推採択された科研費基盤（S）（課題名「Ｘ線レーザー回折に進する。また、平成26年度より開始したトヨタ自動車（株）

よる生細胞ダイナミクス」）の一環として進めた。異なる状との共同研究では、触媒や電池材料など産業応用上重要な態の細胞の調製方法として、同調培養による細胞周期の同物質の実使用環境やプロセス過程でのナノレベル解析が期

期、温度制御、ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォ待される。

トリシスなどの手法の検討を進めた。

SACLA での PCXSS 測定における試料チャンバには、こ同 調 培 養 に 関 し て は 、 PCXSS 測 定 に 適 す る

れまで MAXIC を用いてきたが、平成29年度からは、MAXIC

Microbacterium 菌の細胞分裂周期の特定の段階にある細胞の後継機である MAXIC-II の運用が始まった。これにより、に対して XFEL 施設 SACLA を用いた PCXSS 測定を行い、ポンプ・プローブ PCXSS など、SACLA のパルス性を活か

データ解析を進めた。また、フローサイトメーターを用いした時間分解測定の可能性が広がった。

て同調率の評価を行った。

また、分子レベルでのイメージングに向けて、100 nm 集

ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスに関光 XFEL を実現する MAXIC-S の開発も平行して進められしては、平成29年度より SACLA において運用が始まったており、平成30年度以降の本格運用が期待される。

ポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージ。

ング用試料チャンバ（MAXIC-II）を用いた研究を開始した。
測定では、波長可変ナノ秒レーザーをポンプ光に、XFEL を

４．資料

プローブ光に用いた。MLEA 内の試料に、ポンプ光および4.1 学術論文（査読あり）

プローブ光を干渉なく照射する光学設計を行い実装した。

１)

K. Kuga, Y. Matsumoto, M. Okawa, S. Suzuki, T. Tomita,

開発した光学系を用いて、ポンプ・プローブ PCXSS 測定おK. Sone, Y. Shimura, T. Sakakibara, D. Nishio-Hamane,

よびケージドプロトンを用いたフラッシュ・フォトリシス

Y. Karaki, Y. Takata, M. Matsunami, R. Eguchi, M.

測定を開始した。図3に MAXIC-II を用いたポンプ・プロー

Taguchi, A. Chainani, S. Shin, K. Tamasaku, Y. Nishino,

ブ PCXSS 実験の様子を示す。

- 16 -

２)

M. Yabashi, T. Ishikawa and S. Nakatsuji: “Quantum va-

ray solution scattering”, International Conference on X-

lence criticality in a correlated metal”, Sci. Adv., 4(2):ray optics and applications 2017 (XOPT17), Pacifico

eaao3547– (2018)

Yokohama, Yokohama city, Kanagawa prefecture, JAPAN,

吉田 力矢、後藤 遼平、松浦 徹、丹田 聡、香村 芳Japan (2017-07 〜 2017-08)

樹、田中 良和、西野 吉則: 「コヒーレントＸ線回折

３)

T. Kimura*, A. Suzuki, Y. Joti, Y. Bessho and Y. Nishino :による電荷密度波物質の研究」、SPring-8 利用研究成“Development of Micrometer-sized Liquid Enclosure

果集、6(1): 60–64 (2018)

Chip for Imaging of Samples in Solution by Single-shot Xray Laser Diffraction”, International Conference on X-ray

4.2 学術論文（査読なし）

optics and applications 2017 (XOPT17), Pacifico Yoko-

該当なし

hama, Yokohama city, Kanagawa prefecture, JAPAN, Japan (2017-07 〜 2017-08)

4.3 総説・解説・評論等
１)

４)

A. Suzuki*, T. Tachibana, N. Tani, Y. Joti, Y. Bessho, T.

西野 吉則、木村 隆志、鈴木 明大、城地 保昌、別所Kimura and Y. Nishino : “New design of environmental

義隆: 「SACLA を用いた環境制御ナノイメージング」、

cells as a first step toward 3D imaging in solution by X-

レーザー研究、45(8): 508–512 (2017)

ray laser diffraction”, International Conference on X-ray
optics and applications 2017 (XOPT17), Pacifico Yoko-

4.4 著書hama, Yokohama city, Kanagawa prefecture, JAPAN, Ja-

該当なし

pan (2017-07 〜 2017-08)
ｄ. 一般講演（国内学会）

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

１)

該当なし

湯本 博勝*、小山 貴久、木村 隆志、鈴木 明大、亀島 敬、城地 保昌、登野 健介、谷 直哉、橘 健朗、
小西 祐輔、別所 義隆、西野 吉則、矢橋 牧名、大橋

4.6 講演

治彦 : 「コヒーレント回折顕微鏡のための高密度 X

ａ．招待講演（国際学会）

線ミラー集光光学系の開発」、2018 年度精密工学会春１)

Y. Nishino*, T. Kimura, A. Suzuki, Y. Joti and Y. Bessho :季大会学術講演会、中央大学後楽園キャンパス、Japan“Controlled Environment Nano-Imaging Free From Radi-(2018-03)

ation Damage by X-ray Laser Diffraction”, 5th Ringberg

２)

２)

Workshop on Structural Biology with FELs, Ringberg

野 吉則 : 「パルス状コヒーレント X 線溶液散乱計

Castle, Germany (2018-02)

測用マイクロ流路型環境セルアレイの開発」、2018 年

Y. Nishino* : “Coherent diffraction imaging”, SACLA Us-

度精密工学会春季大会学術講演会、中央大学後楽園キers' Meeting 2017, SACLA, Japan (2017-12)

ャンパス、Japan (2018-03)

ｂ．招待講演（国内学会）
１)

２)

木村 隆志*、鈴木 明大、城地 保昌、別所 義隆、西３)

木村 隆志*、鈴木 明大、三友 秀之、城地 保昌、別西野 吉則* : 「Ｘ線自由電子レーザーを用いたバイ

所 義隆、西野 吉則 : 「インクジェット技術を利用

オ関連イメージングにおける表面技術」、ASTEC2018

した微量試料の X 線自由電子レーザーイメージング（第 13 回先端表面技術展・会議）、東京ビッグサイ手法の開発」、第 31 回日本放射光学会年会・放射光科

ト、Japan (2018-02)

学合同シンポジウム、つくば国際会議場、Japan (2018-鈴木 明大*、木村 隆志、飯田 良、三友 秀之、城地01)

保昌、別所 義隆、新倉 謙一、居城 邦治、西野 吉則 :４)鈴木 明大*、木村 隆志、飯田 良、三友 秀之、城地「X 線レーザー回折による温度応答性ナノ粒子の溶

保昌、別所 義隆、新倉 謙一、居城 邦治、西野 吉則 :液中イメージング」、第 14 回 X 線結像光学シンポジ「X 線レーザー回折による温度応答性金ナノ粒子のウム、筑波大学つくばキャンパス、Japan (2017-11)

溶液中イメージング」、第 31 回日本放射光学会年会・ｃ．一般講演（国際学会）

放射光科学合同シンポジウム、つくば国際会議場、

１)

Japan (2018-01)

Y. Nishino*, T. Kimura, A. Suzuki, Y. Joti, T. Oshima and
Y. Bessho : “Controlled Environment Nano-Imaging Free２)

５)

木村 円香、楊 影、木村 隆志、鈴木 明大*、城地 保

From Radiation Damage by X-ray Laser Diffraction”,

昌、森屋 利幸、大島 泰郎、別所 義隆、西野 吉則 :Gordon Research Conference on X-Ray Science ,「Ｘ線レーザー回折による生細胞の温度制御イメー

Stonehill College Easton, MA, United States of America

ジング 」、第 31 回日本放射光学会年会・放射光科学(the) (2017-07 〜 2017-08)

合同シンポジウム、つくば国際会議場、Japan (2018-

N. Tani*, T. Kimura, A. Suzuki, Y. Joti, Y. Bessho and Y.

01)

Nishino : “Lipid bilayer chambers for pulsed coherent X-

６)- 17 -

小山 貴久*、湯本 博勝、木村 隆志、鈴木 明大、亀

島 敬、城地 保昌、登野 健介、谷 直哉、橘 健朗、(2017-11 〜 2017-12)

小西 祐輔、別所 義隆、西野 吉則、矢橋 牧名、大橋

７)

５)

Nishino : “Lipid bilayer chambers to observe membrane

イメージングのための超高密度集光光学系の開発―

proteins by pulsed coherent X-ray solution scattering”,

多層膜ミラー光学系の評価― 」、第 31 回日本放射光The 18th RIES-Hokudai International Symposium on 極,学会年会・放射光科学合同シンポジウム、つくば国際

Châteraisé Gateaux Kingdom Sapporo, Japan (2017-11

会議場、Japan (2018-01)〜 2017-12)

湯本 博勝*、小山 貴久、木村 隆志、鈴木 明大、亀６)“X-ray Laser Imaging of DNA-Bound Nanoparticles in

小西 祐輔、別所 義隆、西野 吉則、矢橋 牧名、大橋

Inkjet-Dispensed Mixed Solution”, The 18th RIES-Ho-

治彦 : 「SACLA における高分解能コヒーレント回折

kudai International Symposium on 極, Châteraisé Ga-

イメージングのための超高密度集光光学系の開発―

teaux Kingdom Sapporo, Japan (2017-11 〜 2017-12)
７)日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム、

大阪大学中之島センター、Japan (2017-11)

谷 直哉*、木村 隆志、鈴木 明大、城地 保昌、別所８)

鈴木 明大*、木村 隆志、飯田 良、三友 秀之、城地

義隆、西野 吉則 : 「Ｘ線レーザー回折イメージング

保昌、別所 義隆、新倉 謙一、居城 邦治、西野 吉則 :のための脂質二重膜マイクロチャンバーの開発」、「X 線レーザー回折による温度応答性ナノ粒子の溶2017 年度精密工学会秋季大会学術講演会、大阪大学

液中イメージング」、第 5 回アライアンス若手研究交

豊中キャンパス、Japan (2017-09)

流会、東京工業大学すずかけ台キャンパス、Japan木村 隆志*、鈴木 明大、城地 保昌、別所 義隆、西(2017-08)

野 吉則 : 「超微細インクジェットを利用した微量混

９)西野 吉則* : 「計算生命科学の進展」、新世代研究所

合液体試料の X 線自由電子レーザーイメージング技

第 24 回研究報告会（2016 年度研究成果報告会）、御術の開発」、2017 年度精密工学会秋季大会学術講演会、

茶ノ水ソラシティ カンファレンスセンター、Japan

大阪大学豊中キャンパス、Japan (2017-09)(2017-07)

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以１)西野 吉則* : 「Ｘ線顕微鏡」、大阪大学ナノサイエン
ス・ナノテクノロジー高度学際教育研究プログラム、

つくば国際会議場、Japan (2018-01)

９)T. Kimura*, A. Suzuki, Y. Joti, Y. Bessho and Y. Nishino :島 敬、城地 保昌、登野 健介、谷 直哉、橘 健朗、顕微システムの構築と集光ビームの評価―」、第 31 回

８)

N. Tani*, T. Kimura, A. Suzuki, Y. Joti, Y. Bessho and Y.

治彦 : 「SACLA における高分解能コヒーレント回折１０) 西野 吉則* : 「X 線自由電子レーザー施設 SACLA を外）

用いた環境制御ナノイメージング」、平成 29 年度 ダ西野 吉則* : 「Ｘ線レーザーで観た、生きた細胞」、

イナミックアライアンス G2 分科会、北海道大学電子

国立大学附置研究所・センター長会議(JCRIC) × ナレ

科学研究所、Japan (2017-07)

ッジキャピタル-日本の研究、最前線-、CAFE Lab. /グランフロント大阪 北館 ナレッジキャピタル、

4.7 シンポジウムの開催

Japan (2018-01)
２)

３)

該当なし

鈴木 明大*、木村 隆志、飯田 良、三友 秀之、城地
保昌、別所 義隆、新倉 謙一、居城 邦治、西野 吉則 :4.8 共同研究「X 線レーザー回折による温度応答性金ナノ粒子のａ. 所内共同研究

溶液中イメージング」、北海道大学電子科学研究所平１)

居城

邦治（生体分子デバイス研究分野）

成 29 年度研究交流会、北海道大学電子科学研究所、

２)

三友

秀之（生体分子デバイス研究分野）

Japan (2018-01)

ｂ. 民間等との共同研究

西野 吉則*、木村 隆志、鈴木 明大、城地 保昌、別１)

所 義隆 : 「X 線自由電子レーザー施設 SACLA を用

SACLA 産業利用推進プログラム「XFEL を用いた自いた環境制御ナノイメージング」、量子ビーム科学研

動車用ナノマテリアルの形態や状態の把握」」、2017

究施設研究会 / 人・環境と物質をつなぐイノベーシ

年度、Ｘ線自由電子レーザー施設ＳＡＣＬＡを用いてョン創出ダイナミックアライアンス「物質・物性評価

自動車用ナノマテリアルの形態や状態の把握を目指

横串サブグループ」研究会、大阪大学産業科学研究所、
Japan (2017-12)
４)

西野 吉則(トヨタ自動車株式会社) : 「平成 29 年度

した研究を行う。
ｃ. 委託研究

A. Suzuki*, T. Kimura, R. Iida, H. Mitomo, Y. Joti, Y.

該当なし

Bessho, K. Niikura, K. Ijiro and Y. Nishino : “X-ray laserｄ. 国際共同研究

imaging of thermoresponsive gold nanoparticles in solu-

１)

別所

義隆（Academia Sinica）

tion”, The 18th RIES-Hokudai International Symposium
on 極 , Châteraisé Gateaux Kingdom Sapporo, Japan

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）- 18 -

ａ． 科学研究費補助金１)〜2018 年 03 月 31 日

西野 吉則、基盤研究 S、Ｘ線レーザー回折による生３)細胞ダイナミクス、2015〜2019 年度
２)

オサイエンスの新潮流」、西野 吉則、2017 年 06 月 16

木村 隆志、若手研究 A、破壊計測用マイクロ流路に日

よる液中反応Ｘ線レーザーイメージング、2016～2019

４)

年度
３)

５)

情報科学研究科、ナノイメージング特論、西野 吉則、
木村隆志、鈴木明大、2017 年 04 月 01 日〜2018 年 03

2016～2017 年度

月 31 日ｂ．大型プロジェクト・受託研究６)

木村 隆志、JST さきがけ、ビッグデータアプローチ

工学部、情報エレクトロニクス演習、木村 隆志、2017
年 04 月 01 日〜2017 年 09 月 30 日

による X 線レーザーイメージングの高度化、2017～７)2020 年度

工学部、生体情報工学実験 1、木村 隆志、2017 年 04
月 01 日〜2017 年 09 月 30 日

８)
4.10 受賞
１)

工学部、科学技術英語演習、西野 吉則、2017 年 04 月
01 日〜2018 年 03 月 31 日

鈴木 明大、研究活動スタート支援、Ｘ線ナノイメー
ジング技術を応用したシングルショット波面計測、

１)

全学共通、環境と人間「ナノテクノロジーが拓くバイ

工学部、生体情報工学実験 2、鈴木 明大、2017 年 10
月 01 日〜2018 年 03 月 31 日

スタイルは任意。名前、授与機関、タイトル、日付な

９)

ど

全学共通、フレッシュマンセミナー、鈴木 明大、2017
年 04 月 01 日〜2017 年 09 月 30 日

該当なし

ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期間）

4.11 社会教育活動

１)

社会人、大阪大学ナノサイエンス・ナノテクノロジー

ａ．公的機関の委員

高度学際教育研究プログラム「Ｘ線顕微鏡法」、西野

１)

吉則 2017 年 11 月 02 日

西野 吉則 : 日本学術会議連携会員 （2017 年 10 月
01 日〜現在）

２)

３)
４)

ｇ. 新聞・テレビ等の報道

西野 吉則 : ＣＲＥＳＴ・さきがけ複合領域「計測技該当なし

術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計

ｈ. ポスドク・客員研究員など

測・解析手法の開発と応用」領域アドバイザー（2016１)

年 06 月 16 日〜現在）

i．修士学位及び博士学位の取得状況

西野 吉則 : 公益財団法人 新世代研究所 バイオ単

修士学位：1名

分子研究会 委員長 （2015 年 04 月 01 日〜現在）

１)

ージングによる膜タンパク質観察に向けた脂質膜マ術動向研究センター専門調査員 （2013 年 06 月 27 日

イクロチャンバーの開発〜現在）

博士学位：0名

西野 吉則 : Ｘ線結像光学研究会 幹事 （2015年12月
16日〜現在）２)

西野 吉則 : SACLA ユーザー協同体 評議員 （2013年 05 月 01 日〜現在）

ｃ．兼任・兼業
１)

西野 吉則 : 理化学研究所客員研究員（2010 年 04 月
01 日〜現在）

２)

木村 隆志 : 理化学研究所客員研究員（2011 年 06 月
〜現在）

３)

鈴木 明大 : 理化学研究所客員研究員（2016 年 06 月
〜現在）

d.外国人研究者の招聘該当なし
ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）
１)

工学部、生体工学概論、西野 吉則、2018 年 01 月 16日２)

谷 直哉 : 修士（情報科学）、Ｘ線レーザー回折イメ

西野 吉則 : 文部科学省科学技術政策研究所科学技ｂ．国内外の学会の役職
１)

楊 影（博士研究員）

工学部、応用光学 II、西野 吉則、2017 年 10 月 01 日
- 19 -

物質科学研究部門

研究目的

本研究部門では、電子科学や生命科学を支える物質創製と物性評価技術をベースとして、フォトニクスのための光機能性分子とナノ材料の創製、生体の情報機能や運動機能を理解し応用するための分子機能材料の創製、新規な太陽電池システムの物理学とクリーン系およびス
ピントロニクスへの物性理論を用いた基礎物理の解明、バルクでは見られない特異な電子・イオン輸送現象を示す薄膜機能材料の合成とそれを用いたデバイス開発に取り組んでいます。このような研究は、実社会で役に立つ機能材料や機能デバイスの創製に貢献します。

- 21 -

生体において活性酸素は老化や疾病の原因として着目を

分子フォトニクス研究分野
教

授集める物質である。活性酸素の中でも一重項酸素（1O2）はBiju Vasudevan Pillai（Kerala大学、Ph.D.化学、

特に生体毒性が高いため、その毒性を防ぐことによる病気

2016.2～）
准教授
助の治療法や、あるいは毒性を癌組織中にて選択的に発生さ髙野教勇太（筑波大学、博士(理学)、2017.4～）

柚山健一（奈良先端大、博士(理学)、2016.10

SOSGRなどの市販に蛍光検知試薬において行われている

～）
事務補助員
博士課程

せる光治療に有用である。従来法における 1O2 の検知はが、SOSGRは可視光条件下での安定性が乏しいことが知ら藤井 敦子（2016.4～）

れている。当研究室ではこの問題点を克服するために、クSushant Ghimere、Devika Sasikumar、Ajith

マリンとアントラセンを接続した新規分子を開発し、可視

Nair（環境科学院）

光 に 安 定 な 1O2 検 知 蛍 光 試 薬 の 開 発 に 成 功 し た 【 資 料修士課程

4.1-1）】。

小原怜子（環境科学院）

また光エネルギーを利用した細胞機能の制御手法の開発を並行して行った。光照射によって分子内が正電荷と負電荷に分離した状態をもつ分子を利用し、これを細胞膜や細１．研究目標胞内オルガネラに送達することにより、光照射をトリガー

本研究分野は、分子および量子ドットにおける新規光学とした分子および周辺環境の変調による細胞活動の制御に特性と量子効果を利用した有機・無機フォトニクス材料の成功した【資料4.1-2),-3),-4)】

開発と、それらを利用したレーザー光学的技術の開発およ開発している光機能性のナノ材料や分子を、溶液中で任

び細胞工学的応用利用技術の開発を目標としている。

意に操るための光操作技術の研究も行っている。高強度レ

新たなフォトニクス材料やレーザー光学技術は、光発電ーザーを集光照射すると、光圧やキャビテーションバブル

材料や発光性材料、医療向けの光検知試薬や光治療薬、レ発生に伴う衝撃力などが誘起される。本年度は、これらのーザー加工技術における技術革新やブレークスルーをもた光の力学作用をタンパク質の局所濃縮に応用した。レーザ

らすことが期待される。

ーの焦点近傍でタンパク質を濃縮することにより、結晶化やアミロイド形成を時空間的に制御して誘起することに成功した【資料4.1-5),-6),-8)】。また、本手法を次世代半導体材料として期待されているハイブリッド型ハライドペロブ
スカイトの前駆体に応用し、溶液中で一つのペロブスカイ
ト結晶を任意の場所に作製することにも成功した。
以上のように、有機化合物や半導体量子ドットをベースとしたフォトニクス材料の開発を基にした研究遂行によって、新たな材料開発、機能性解明、および生物学的な応用における重要な知見を見出した。

３．今後の研究の展望
今後は、各種半導体性ナノ粒子についての新規合成手法の開発から基礎物性解明、応用利用についての包括的研究の遂行を行う。併せて、新規発光性材料の発見や細胞内環
境の酸化還元反応の人為制御への利用を目指して有機分子

図１ 本研究分野の研究概要

プローブの開発を行う。そして、開発材料に最適な光操作技術の開発を並行して行う。これにより、分子生物学的お２．研究成果よび細胞工学的に利用可能な革新的光学分子材料の開発を

周辺環境や周辺分子の状態・量によって発光性を変化さ行う。

せる分子は、環境中の有毒物質や、生体内中の活動に影響を与える分子の分布状況や状態を検知することが可能である。また同様の性質を有する半導体性ナノ粒子（ナノ結晶

４．資料ともいわれる）は、高い安定性と発光性を有することが知4.1 学術論文（査読あり）

られていおり、上記のような検知のためや、ナノスケール

１)

R. Kohara, K. Yuyama, Y. Shigeri and V. P. Biju: “Blueでの光学素子開発に向けて盛んに研究が行われているフォ

Emitting Electron Donor-Acceptor Dyads for Naked-Eye

トニクス材料である【資料4.1-11）】。

Fluorescence Detection of Singlet Oxygen”, ChemPho- 22 -

２)

toChem, Wiley-VCH, 1(7): 299–303 (2017)

quantum dots to photoluminescence, lasing, and energy

Y. Takano, E. Hanai and H. Imahori: “Photoinduced

harvesting”, Journal of Photochemistry and Photobiology

electron transfer reaction in mitochondria for spatio-

C, Elsevier、34: 137–151 (2018)

temporal selective photo-oxidation of lipids by donor/acceptor linked molecules ”, Nanoscale, The Royal

4.2 学術論文（査読なし）

Society of Chemistry, 9: 17909–17913 (2017)
３)

該当なし

Y. Takano, R. Munechika, V. P. Biju, H. Harashima, H.
Imahori and Y. Yamada: “Optical control of mitochondrial

4.3 総説・解説・評論等

reductive reactions in living cells using an electron do-

１)

nor–acceptor linked molecule”, Nanoscale, The Royal

タンパク質結晶成長制御」、レーザー研究（The Review

Society of Chemistry, 9: 18690–18698 (2017)４)

杉山 輝樹、柚山 健一: 「集光レーザーの光圧によるof Laser Eingineering）、45(5): 283–287 (2017)

C. Ning, Y. Takano, T. Numata, R. Inoue, T. Murakami

２)

柚山 健一: 「結晶成長の光学的な制御を可能とする

and H. Imahori: “Strategy to Attain Remarkably High

液面での光トラッピング」、光化学（Photochemistry）、

Photoinduced

光化学協会、48(1): 32–35 (2017)

Charge-Separation

Yield

of

Donor–

Acceptor Linked Molecules in Biological Environment via

３)髙野 勇太: 「光機能性フラーレンを用いた細胞機能

Modulating Their Cationic Moieties”, Journal of Physicalの光制御アプローチ」、生物工学会誌、日本生物工学

Chemistry C, American chemical society, 121(32):

会、95(12): 705–707 (2017)17457–17465 (2017)
５)

T. Liu, K. Yuyama, T. Hiramatsu, N. Yamamoto, E.

4.4 著書Chatani, H. Miyasaka, T. Sugiyama and H. Masuhara:

該当なし“Femtosecond Laser-Enhanced Amyloid Fibril Formationof Insulin”, Langmuir, 33(33): 8311–8318 (2017)６)

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

K. Yuyama, M. Ueda, S. Nagao, S. Hirota, T. Sugiyama

該当なし

and H. Masuhara: “A Single Spherical Assembly of Pro-

７)

tein Amyloid Fibrils Formed by Laser Trapping”, An-

4.6 講演

gewandte Chemie International Edition, 129(24): 6843–

ａ．招待講演（国際学会）

6847 (2017)

１)

A. Umeno, V. P. Biju and Y. Yoshida: “In vivo ROS

Cellular Activities”, The RIES International Seminar on

production and use of oxidative stress-derived bi-'Light, Molecules and Nanomaterials', Hokkaido Univ.,

omarkers to detect the onset of diseases such as Alz-

Hokkaido, Japan (2017-05)

heimer's disease, Parkinson's disease, and diabetes.”,８)

２)

Y. Takano* : “Unique Properties of Paramagnetic En-

Free Radical Research, Taylor & Francis, 51(4): 413–427

dohedral Metallofullerenes for the Future Molecular(2017) V. P. Biju, T. Mori, T. Aasahi and H. Miyasaka:

Tools”, 2nd International Symposium on NanoCarbons -“Preface for special issue on photosynergetics”, Journal

Fullerenes,Endofullerenes, Carbon Nanotubes, Gra-of Photochemistry and Photobiology C, Elsevier, 34: 1–

phenes and Carbon Nanostructures, Huazhong Univer-(2018)

sity of Science & Technology, Wuhan, China, China

K. Yuyama, K. Chang, J. Tu, H. Masuhara and T.

(2017-06)

Sugiyma: “Rapid localized crystallization of lysozyme by３)

laser trapping”, Physical Chemistry Chemical Physics,

V. P. Biju* : “A Few Intracellular Pathways Of Quantum
Dot Bioconjugates”, MAF2017, ブ ル ッ ヘ , Belgium

20: 6034–6039 (2018)９)

Y. Takano* : “Electron Transfer for Photocontrol of(2017-09)

M. Ando, V. P. Biju and Y. Shigeri: “Development of

４)

V. P. Biju* : “Quantum Dots for Single Molecule Detec-

Technologies for Sensing Ozone in Ambient Air”, Ana-

tions: Recent Progress and Challenges”, 2017 RIES-CIS

lytical Sciences, The Japan Society for Analytical Chem-

Symposium, 国立交通大学, Taiwan (Province of China)

istry, 34(3): 263–271 (2018)(2017-10)

１０) S. Pillai. Sreenadh , H. Yukawa, D. Onoshima, V. P. Biju

５)

V. P. Biju* : “Semiconductor Quantum Dots in Single

and Y. Baba: “Quantum Dot-Peptide Nanoassembly on

Molecule Detections: Prospects and challenges”, ICPA,

Mesoporous Silica Nanoparticle for Biosensing”, Nano

Kottayam, India (2017-11)

Hybrids and Composites, Trans Tech Publications, 19:６)

55–72 (2018)

V. P. Biju* : “Semiconductor Quontum Dots in Bioimagion: Progress and Challenges”, 9th Bangalore India

１１) G. Sushant、V. P. Biju: ”Relations of exciton dynamics in

NANO, Bangalore, India (2017-12)- 23 -

７)

V. P. Biju* : “Semiconductore Quantum Dots for Sin-

東北大学青葉山キャンパス, Japan (2017-09)

gle-molecule Detections in Living Cells: Challenges andProgress”,

Nanobiotechnology,

Trivandrum,１０) V. P. Biju* : “Single molecule detections &Bioimaging

Indiausing Semiconductor Nanocrystals.”, Emerging Frontiers(2017-12)

in Chemical Science 2017, カリカット, India (2017-09)

ｂ．招待講演（国内学会）

１１) 髙野 勇太*、宗近 玲那、Vasudevan Pillai Biju、原島 秀

該当なし

吉 、 山 田勇 磨 、 今 堀博:

ｃ．一般講演（国際学会）「 Fullerene-porphyrin-ferrocene linked molecule for１)

V. P. Biju* : “Single molecule detections &Bioimaging

optically-controlled intracellular electron transfer in mi-using Semiconductor Nanocrystals”, Emerging Frontiers

tochondria for targeted cancer cell death」、第 53 回フラin Chemical Science 2017, India (2017)

ーレン・ナノチューブ･グラフェン総合シンポジウム、ｄ. 一般講演（国内学会）
１)

２)

３)

京都、京都大学 宇治キャンパス、Japan (2017-09)

髙野 勇太*、花井 衣里奈、Vasudevan Pillai Biju、今１２) S. Ghimire*, L. Chouhan, K. Yuyama, Y. Takano and V.

堀 博 : 「光誘起電子移動反応を利用したミトコンド

P. Biju : “Extended Diffusion of Charge Carriers in Per-

リア内脂質の選択的光酸化剤の開発」、第１２回日本

ovskite Nanocrystal Assembly”, 日本化学会第 98 春季

ケミカルバイオロジー学会年会、北海道大学、札幌、

年会 2018, 日本大学理工学部 船橋キャンパス, Japan

Japan (2017-06)(2018-03)

山田 勇磨*、髙野 勇太、宗近 玲那、福田 豊、今堀 博、

１３) 柚山 健一*、Vasudevan Pillai Biju : 「気液界面への連

原島 秀吉 : 「癌細胞ミトコンドリアを標的とした光続発振レーザー集光照射による有機無機ハイブリッ

殺細胞効果の検証」、第 70 回日本酸化ストレス学会学

ドペロブスカイト化合物の結晶化」、日本化学会第 98

術集会、茨城、つくば国際会議場、Japan (2017-06)

春季年会 2018、日本大学理工学部 船橋キャンパス、

柚山 健一*、Vasudevan Pillai Biju : 「界面での半導体

Japan (2018-03)

ナノ材料の光トラッピング」、2017 年光化学討論会、
４)１４) Y. Takano*, R. Munechika, V. P. Biju, H. Harashima, H.

東北大学青葉山キャンパス、Japan (2017-09)

Imahori and Y. Yamada : “Photoinduced reductive reac-髙野 勇太*、宗近 玲那、福田 豊、Vasudevan Pillai Biju、tion in mitochondria by electron donor/acceptor linked

今堀 博、原島 秀吉、山田 勇磨 : 「光誘起電荷分離

molecules”, 日本化学会第 98 春季年会, 日本大学理工分子からの電子移動反応を利用した癌細胞ミトコン

学部 船橋キャンパス, Japan (2018-03)

ドリア内での光還元反応手法の開発」、2017 年光化学

５)

６)

７)

討論会、宮城、東北大学青葉山キャンパス、Japan

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以(2017-09)外）

D. Chiu*, Y. Liu, K. Yuyama, H. Masuhara and T.

１)子・ナノ粒子集合体の時空間形成」、第 33 回ライラッ

dissolution of L-phenylalanine”, 2017 年光化学討論会,

クセミナー・第 23 回若手研究者交流会、おたる自然

東北大学青葉山キャンパス, Japan (2017-09)の村おこばち山荘、Japan (2017-06)

J. J. Chen*, K. Yuyama, H. Masuhara and T. Sugiyama :２)

CH3NH3PbBr3 by Optical Trapping at Solution Surface”,

irradiation at solution surface”, 2017 年光化学討論会,

The 18th RIES-Hokudai International Symposium, シャ

東北大学青葉山キャンパス, Japan (2017-09)

トレーゼガトーキングダムサッポロ, Japan (2017-11

T. Liu*, K. Yuyama, T. Hiramatsu, N. Yamamoto, E.

〜 2017-12)
３)

S. Ghimire*, V. Nair, K. Yuyama and V. P. Biju : “Thelaser-induced crystallization and amyloid fibril formation

Dynamics

of insulin”, 2017 年光化学討論会, 東北大学青葉山キ

Self-Assembled Semiconductor Nanocrystal Structures”,

ャンパス, Japan (2017-09)

The 18th RIES-Hokudai International Symposium, シャ

S. Wang*, T. Kudo, K. Yuyama, T. Sugiyama and H.

トレーゼガトーキングダムサッポロ, Japan (2017-11

Masuhara : “Spectroscopic study on laser trap-of

Photogenerated

ChargeCarriersin〜 2017-12)

ping-ssembling dynamics of nanoparticles at solution

９)

K. Yuyama* and V. P. Biju : “Crystallization of“Bubble generation in L-phenylalanine solution by laser

Chatani, H. Masuhara and T. Sugiyama : “Femtosecond

８)

柚山 健一* : 「集光レーザーの放射圧を用いた分Sugiyama : “Laser trapping-controlled crystal growth and４)

R. Kohara*, K. Yuyama and V. P. Biju : “Electron Do-

surface”, 2017 年光化学討論会, 東北大学青葉山キャ

nor-Acceptor Dyads for Singlet Oxygen Detection: Ox-

ンパス, Japan (2017-09)

idation vs Dimerization”, The 18th RIES-Hokudai In-

R. Kohara*, K. Yuyama and V. P. Biju : “Fluorescenceternational Symposium, シャトレーゼガトーキングダ

Detection of Singlet Oxygen Using Intramolecular Elec-

ムサッポロ, Japan (2017-11 〜 2017-12)

tron Donor-Acceptor Dyads ”, 2017 年光化学討論会,

５)- 24 -

柚山 健一*、Vasudevan Pillai Biju : 「集光レーザーの放射圧を用いたタンパク質の光捕捉とアミロイド集

ｂ．国内外の学会の役職

合体形成」、第 5 回アライアンス若手研究交流会、東
６)

該当なし

京工業大学すずかけ台キャンパス、Japan (2017-08)

ｃ．兼任・兼業

柚山 健一*、Vasudevan Pillai Biju : 「集光レーザーの１)

光圧を用いたペロブスカイト前駆体溶液表面での光Biju Vasudevan Pillai : Mahatma Gandhi University 招聘
教授（2017.8.1-2018.7.31）

捕捉」、「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」第２

２)

回公開シンポジウム、大阪大学豊中キャンパス、Japan

Biju Vasudevan Pillai: 名 古 屋 大 学 招 聘 教 員(2017.4.1-2018.3.31)(2018-01)

d.外国人研究者の招聘
１) H. Peter Lu, アメリカ、（2017.4.23-2017.4.25）

4.7 シンポジウムの開催

２) Andey L. Rogach, 香港、（2017.5.8-2017.5.11）

１)

1st International Seminar on Light, Molecules and３) Raju Francis, インド、（2017-05.14-2017.5.27）

Na-nomaterials, Vasudevan Pillai BIJU, Hokkaido Uni-

４) Elizabeth

versity, Sapporo, (2017-05)

MariamThomas、インド（2018.2.1-2018.3.31）、
ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）

4.8 共同研究

１) 大学院、光電子科学特論 I、Biju Vasudevan Pillai、ａ. 所内共同研究

2017.10.1-2018.03.31

該当なし

２) 大 学 院 、 英 語 演 習 中 級 、 Biju Vasudevan Pillai,ｂ. 民間等との共同研究

2017.04.01-2017.09.30

該当なし

ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期ｃ. 委託研究

間）

該当なし

該当なし

ｄ. 国際共同研究
１)

ｇ. 新聞・テレビ等の報道

台湾国立交通大學の増原教授、杉山副教授と光トラッ

該当なし

ピングに関する共同研究を実施した。
２)

ｈ. ポスドク・客員研究員など

インド Mahatma Gandhi 大学の Raju Francis 教授と量

該当なし

子ドットを用いた新規ポリマー材料開発に関する共i．修士学位及び博士学位の取得状況

同研究を実施した。

修士学位：１人
博士学位：０人

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）

修士学位：

ａ． 科学研究費補助金

１)

１)

Biju Vasudevan Pillai、新学術領域研究、One and multiple
高野勇太、基盤研究 C、光電荷分離分子による細胞小器官機能の光制御法開発、2016-2017 年度

３)

柚山健一、若手研究 B、光捕捉によるアミロイド集合
体の時空間形成と蛍光解析によるそのダイナミクス
解明、2017-2018 年度

ｂ．大型プロジェクト・受託研究１) 髙野 勇太、カシオ科学振興財団研究助成、ナノ炭素
ケージ内に封じた金属原子の特異な磁性・発光性の開拓と利用、2017-2018年度
4.10 受賞１)

怜子 : 修士、Electron Donor-Acceptor Molec-

ular Dyads for Fluorescence Sensing of Singlet Oxygen

photon induced generation、2017-2018 年度
２)小原

S. Ghimire, 優秀ポスター賞, The 18th RIES-HokudaiInternational Symposium, (2017-11 〜 2017-12)

4.11 社会教育活動
ａ．公的機関の委員
該当なし- 25 -

モータータンパク質ミオシン－アクチンを用いたモーティ

スマート分子材料研究分野

リティー実験、筋繊維の収縮現象といったマクロな運動現
象へAzoTPを適用する実験を行った。

教授

玉置信之（千葉大院、工博、2008.10～）

助教

Yuna Kim（Yonsei University、工博、2011.8～）
相良剛光（東京大院、工博、2015.7～）
松尾和哉（京都大院、工博、2015.6～）

事務補助員
学

田山紘子

生
博士課程
Halley M M、Islam MD Jahirul、Viswanatha H M、Noushaba
Nusrat Mafy、Sampreeth Thayyil、Shariful Haque
修士課程
芦野史弥

図１ 光応答性高エネルギー化合物の分子構造

学部生

山下和希、植田海透

図１にAzoTPを含む今回新たに合成した光応答性高エネ
ルギー化合物の分子構造を示す。アゾベンゼンの芳香環上のメチル基や三リン酸とアゾベンゼンをつなぐリンカーの構造の高エネルギー化合物としての特性への影響を調べる

１．研究目標ためにこれらの化合物を設計、合成した。図２には、ミオ

生体内では、DNA、タンパク質、糖、脂質などが、生体シンに対する高エネルギー化合物の活性を評価するための内外の刺激を受け、分子構造、集合状態、他の分子との相F-アクチンモーティリティーアッセイの結果を示す。キネ

互作用を変化させることで結果的に情報を処理して、何らシンに対して活性を示したAzoTPおよびその誘導体はミオ

かの最終的な化学的または物理的変化として出力を行う、

シンに対しても活性があること、特にエーテル結合を有す

いわゆる「スマート分子」として働いている。われわれは、るAzoethoxyTPは高い活性と親和性を有すること、アゾベ

スマート分子を合成によって創成することを目的として、

ンゼン部位がトランス体からシス体に変化すると活性が大光等の刺激によって構造変化を示す分子の合成、分子構造

きく低下すること、が明らかとなった。以上の結果は、ア変化によって誘起される分子集合状態や他の分子との相互ゾベンゼン部位を有する三リン酸化合物であるAzoTP及び作用の変化の解析を行っている。具体的には、光刺激を利その誘導体の光応答性高エネルギー化合物としての特性は、用した分子内の回転運動の制御、生体分子機械の運動の光

モータータンパク質に対してある程度の一般性があること

スイッチ、光エネルギーを使って位置を変化させる光駆動を示す。

分子機械の創成、光応答性分子による液晶分子配列の制御、
物理的キラル場による分子キラリティーの誘起を目指している。

２．研究成果(a)モータータンパク質ミオシン-アクチンの光制御
これまでに当研究室では、アデノシン三リン酸（ATP）に代わって高エネルギー化合物として働き、かつ高エネルギ
ー化合物としての活性を光で可逆的にスイッチしうる「光応答性高エネルギー化合物」AzoTPを開発し、モータータ
ンパク質キネシンに与えて、その運動速度を光で可逆的に約８０％スイッチできることを示してきた（N. Perur et al.,

図２ モーティリティー実験における F-アクチンの滑走速度の高Chem. Commun., 2013, 49, 9935）。光による活性の変化は、エネルギー化合物の濃度依存性。黒丸(上部の曲線上の丸)は光照

AzoTP内のアゾベンゼン部位のトランス－シス光異性化に

射前（トランス体）。青丸（下部の曲線上の丸）は、紫外線照射後伴うキネシンに対する親和性の変化に依っている。今回、（シスリッチ状態）。赤線（下部の曲線）は、光定常状態での残存

AzoTPの働きの一般性およびマクロな運動系への適用の可トランス体の活性のみを考慮したときの F-アクチンの滑走速度の能性を明らかにするために、ATPを基質とするもう一つの計算値。

- 26 -次に、AzoTPを用いて筋繊維の運動を光反応によって制御することを試みた。これまでに、ニワトリからとった筋
繊維にATPを添加すると筋繊維が収縮することが知られている。ミオシン－アクチンを含む筋繊維内でその分子運動がATPの加水分解によって誘起され、結果的に筋繊維の収縮という目に見える大きさの現象が起こっている。ATPの加水分解という分子レベルの変化が、筋繊維の収縮というマクロレベルの運動へとつながっている点が興味深い。今、光応答性の高エネルギー分子であるAzoTPを用いることで、筋繊維のマクロな運動を光で制御できるかに関心が持たれる。あらかじめ紫外線照射によってシス体としたAzoTPを添加したときは、ミオシンーアクチンを含む筋繊維の収縮は全く起こらなかった（図３a 写真内左）。シス体のAzoTPを添加した後に、AzoTPのアゾベンゼン部位のシス→トランス光異性化反応が誘起される510nm光を照射すると直ちに約４０％の筋繊維の収縮が起こった（図３b 写真内右）。
この結果は、AzoTPの分子レベルでの活性の光変化を利用することで、マクロなサイズの運動を制御できることを初めて示したもので興味深い。本研究成果を模式的に表した絵は、本論文を掲載した英国王立化学会の雑誌”Organic &図４ ”Organic & Biomolecular Chemistry”誌のInside cover

Biomolecular Chemistry”誌のInside coverに使われた（図４）。
(b) 圧力印加によって光不活性状態から光重合状態に転移するジアセチレン結晶
当研究室では、刺激として主に光に応答する有機化合物の研究を行っている。一方で、単一の刺激ではなく２つ以上の刺激が与えられたときにのみ応答する有機化合物またはその集合体は、より選択的な応答と、その機能を活かした応用が期待されるために、注目されている。一部のジ
図３アセチレン誘導体は、結晶状態で光照射することによって光応答性高エネルギー化合物AzoTPを添加したときの筋a) 左の写真はAzoTPを加える前の２本の筋繊維のジアセチレン部位が重合反応を起こすことが古くから知ら状態を示す。右の写真は２本の筋繊維にそれぞれ、紫外線照射しれていた。これまでに研究室ではジアセチレン誘導体の一てシス体にしたAzoTP（写真内左）または光を照射せずにトランス部に、結晶状態の違いによって光重合性が大きく変化する

体のままのAzoTP（写真内右）を添加し、60秒経過後の筋繊維の状化合物が存在することをいち早く見出し、研究を続けてき態を示す。b) 左の写真は予め紫外線照射してシス体にしたAzoTPた。例えば、水素結合性のウレタン結合やアミド結合を分を添加した２本の筋繊維の状態を示す。右の写真はそのまま光を子内に有するジアセチレン誘導体の中には、通常の再結晶

照射せずに保った筋繊維（写真内左）とシス→トランス光異性化によって得た三次元結晶では光重合しないものの、特定の反応を誘起する510nm光を照射した筋繊維（写真内右）の状態を示

溶媒から得られる一次元結晶（有機ゲル状態）では速やかす。

に光重合するものが存在することを示した（N. Tamaoki, et

繊維の収縮。

al., Langmuir, 2000; J. Nagasawa, et al.,Eur. J. Org.

Chem., 2011）。この一連の研究の中で、最近になって、全
く新しい現象として、溶媒から再結晶によって得られた結晶中では光重合しないものの、その結晶に１MPa 程度以上の圧力を印加した後では光重合が起こるジアセチレン誘導体を見出した（図５，６、特願 2017-222951）。すなわち、
圧力印加によって「光重合特性が変化する」ジアセチレン
誘導体結晶が存在するということである。本現象は、圧力という外部刺激を位置選択的に与えることで、位置選択的に光重合体を形成できることを意する。この特性を利用す
れば、モールドを埋め込んで樹脂に凹凸をつけて固める従- 27 -

来のナノインプリントとは異なり、材料の表面に凹凸を有に得られる化合物の分子構造および光重合収率に関しては、するモールドを接触させて位置選択的に圧を加えて、光重

粉末 X 線回折、ラマンスペクトル、熱分析、重量法などで合性を変化させてから全面照射して、位置選択的に光重合調べた。その結果、圧力印加によって明確に結晶構造が転物を得るという新しいナノインプリント法を可能にすると移していること、圧力印加後の紫外線照射によってジアセ考えられる。この方法によれば、モールドを表面に接触さチレンがポリアセチレンへと重合していること、紫外線照せるだけで、埋め込むことがないため、離型時にモールド射によって３０％近くのジアセチレンモノマーが有機溶媒

が樹脂からうまく剥がれないという問題点を克服できる。

に溶解しないポリマーに変化しておりその重合率は紫外線を照射する前の圧力を大きくするに従い増加することが明らかになった。

３．今後の研究の展望
モータータンパク質の運動の光制御に関しては、す

図５ 結晶状態で圧力印加後に光重合性を示すジアセチレン誘導でに報告していたキネシンやF1―ATPaceに加えてミオシン体の分子構造の運動を制御できることを今回示すことができた。光反応性のアゾベンゼンを組み込んだ高エネルギー化合物（AzoTP
やその類縁体）や阻害剤を用いることで、他のモータータ
ンパク質の運動機能を光で可逆的に制御できると考える。
モータータンパク質は、生体において様々な重要な機能を司っていることから、その機能を外部刺激によって位置選
択的に自由に制御できることは基礎科学としてのみならず、
医療応用という点からも関心が持たれる。今後は、我々の
図６ 左は結晶粉末に 254nm 光を当てた後の結晶の様子。写真内

モータータンパク質に対して働く光応答性高エネルギー化

右の瓶は圧力をかけずに光を当てたもので、写真内左の瓶はペイ合物または光応答性阻害剤という概念を、より広い範囲のントシェーカーで圧力をかけた後に光を当てたもの。右の写真は、タンパク質に適用し、医療応用の可能性も探っていきたい。

結晶粉末み部分的（写真内左側の部分）に爪で圧力をかけ、その圧力印加によって光重合性が発現するジアセチレン誘導体

後全体に 254nm 光を照射したもの。圧力をかけた部分だけが青くの研究では、今回、基礎的な知見と新しいナノインプリン

変化（光重合）している。

ト技術への応用の可能性を示すことができた。今後は、より広い範囲の分子骨格を有する化合物を合成して構造－物

われわれは、上記の圧力に応答して光重合性を変化させ性相関を調べ、より低い圧力に応答して光重合性を変化さるジアセチレン誘導体の結晶薄膜を基板上に作成し、そのせる化合物を開発する予定である。また、実際にナノイン

上からパターン状の凹凸を有するモールド（線幅は約 1mm）

プリントへ応用する場合には、均一な２次元薄膜を得る必を押し付け、その後、全面に紫外線照射することで、モー要がある。近年、有機半導体の成膜技術としてキャスト法

ルドの凸部が当たって圧力がかかった部分のジアセチレンなどで大面積の均一な２次元結晶薄膜を得る技術などの報

誘導体のみが重合反応を起こして青色のポリジアセチレン

告があるので、類似の方法で我々のジアセチレン誘導体のに変化していることを確認した。その薄膜が付いた基板を均一二次元結晶薄膜が得られるかを検討する予定である。

ジアセチレン誘導が溶解する溶媒でリンスすることで未重合部のみが除かれ、モールドの凸部のパターンと同じ形状

４．資料のポリジアセチレン薄膜が基板に形成された（図７）。

4.1 学術論文（査読あり）
１)

Halley M. Menezes, Md. Jahirul Islam, Masayuki
Takahashi and Nobuyuki Tamaoki, "Driving and photo-regulation of myosin-actin motors at molecular andmacroscopic levels by photo-responsive high energy
molecules", Org. Biomol. Chem., 2017, 15, 8894-8903

２)

図７ 左は、“HU”の凸部を有するモールドを押し付けた後に全面

Ammathnadu S. Amrutha, K. R. Sunil Kumar, Takashi

を紫外線照射した後の試料。右は、その後溶媒でリンスした後のKikukawa and Nobuyuki Tamaoki, "Targeted Activation

試料（“HU”以外の膜が洗い流された）。

of Molecular Transportation by Visible Light", ACS Nano,
2017, 11(12), 12292-12301

圧力印加によって光重合特性が変化する機構や光照射後- 28 -

３)

Minsu Han, Mithrabinda K. Poduval, Haijin Shin, No-

Advanced Display Materials & Devices, "Twisting or

buyuki Tamaoki, Taiho Park, Yuna Kim, Eunkyoung. Kim:

untwisting: Two possible mechanisms in photo-regulating“Programmable dual electrochromism in azine linked

cholesteric liquid crystals", Nagoya, (2017-7)

conjugated polymer” Opt. Mater. Exp. 2017, 7,
４)

２)

control based on chiral liquid crystals”, 2017 RIES-CIS

Yoshimitsu Sagara, Christoph Weder, Nobuyuki Tamaoki,

Symposium, Center for Interdisciplinary Science, NCTU,“ Asymmetric Cyclophanes Permit Access to Super-

Taiwan (Province of China) (2017-10)

cooled Nematic Liquid Crystals with Stimulus-Responsiveｂ．招待講演（国内学会）

Luminescence”, Chem. Mater. 2017, 29, 6145-6152.
５)

Yoshimitsu

Sagara,Nobuyuki

Tamaoki,

該当なし“Mecha-ｃ．一般講演（国際学会）

noresponsive Luminescence and Liquid-Crystalline BehaviourofaCyclophane

Featuring１)

Twoon Macromolecules, Prague, Czech
ｄ. 一般講演（国内学会）

Yoshimitsu Sagara, Marc Karman, Ester Verde-Sesto,１） 寺内賢太郎、伊藤誠一郎、玉置信之、青木健一：「脂Kazuya Matsuo, Yuna Kim, Nobuyuki Tamaoki, Chris-

環末端型ジアセチレン有機ゲル化剤の合成と光パタ

toph Weder, “Rotaxanes as Mechanochromic Fluorescentーニング材料への応用」、第２６回ポリマー材料フォ

Force Transducers in Polymers”, J. Am. Chem. Soc.

ーラム、大阪、2017 年 11 月 16 日
２） 小谷昌輝、高橋大樹、玉置信之、青木健一：「ジアセKazuma Mase, Yoichi Sasaki, Yoshimitsu Sagara, No-

チレン誘導体の２成分混合によるハイブリッド型ゲ

buyuki Tamaoki, Christoph Weder, Nobuhiro Yanai,

ルネットワークの形成と光重合ゲルの高性能化」、第Nobuo Kimizuka, “Stimuli-Responsive Dual-Color Pho-

２６回ポリマー材料フォーラム、大阪、2017 年 11 月

ton Upconversion: A Singlet-to-Triplet Absorption Sen-

16 日

sitizer in a Soft Luminescent Cyclophane”, Angew. Chem.
８)

Republic (2017-09)

7, 47056-47062.

2018, 140, 1584-1587.
７)

Yuna Kim : “Photoresponsive cholesteric liquid crystals
for color and mechanical functions”, 81st Prague Meeting

1,6-Bis(Phenylethynyl)Pyrene Groups”, RSC Adv. 2017,
６)

Yuna Kim: “Light-driven color and mechanical motion

2117-2125.

３） 内田啓太、植田美里、玉置信之、青木健一：「高い光Int. Ed. 2018, 57, 2806-2810.

重合率を有する L-アラニン末端型ジアセチレンゲル

Kazuya Matsuo, Yuki Nishikawa, Marie Masuda, Itaru

化剤の合成と特性評価」、第２６回ポリマー材料フォ

Hamachi, “Live-cell Protein Sulfonylation Based on

ーラム、大阪、2017 年 11 月 16 日

Proximity-driven N-Sulfonyl Pyridone Chemistry”, An-

４） 相良 剛光、
「非対称性シクロファンが示す刺激応答発gew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 659-662.

光特性」、第 66 回高分子討論会、
2017 年 9 月 21 日 (依頼講演)

4.2 学術論文（査読なし）

５） 松尾和哉、玉置信之：「アフィニティ駆動型化学修飾

該当なしを利用した光制御型キネシンの開発」、日本薬学会第138 年会、石川県立音楽堂ほか（2018-3）

4.3 総説・解説・評論等

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以１)Kazuya Matsuo, Itaru Hamachi : “Ligand-Directed Tosyl外）

and Acyl Imidazole Chemistry” 、 Chemoselective and１） 玉置信之、「分子機能の光スイッチ」、物質・デバイス

Bioorthogonal Ligation Reactions: Concepts and Ap-

領域共同研究拠点｢光応答性ナノ集合体の生体機能開pli-cations, Chapter 6, 147-164 (2017)

拓｣講演会、2017 年 3 月 17 日
２） Yuna Kim: “Light-driven color and mechanical functions

4.4 著書from photoresponsive cholesteric liquid crystals ” ,該当なし

Séminaire PPSM, ENS Cachan (Paris-Saclay), France(2017-09)

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

３） Kazuya Kubo, Yuna Kim, Asako Morita, Tomofumi Ka-

１）玉置信之、Yuna Kim：特願2017-222951、「パターンのdoya,Shin-ichiro Noro, Takayoshi Nakamura and Jun-ichi

製造方法および半導体装置の製造方法」、平成29年11

Yamada: “Development of new electrochromic materials

月20日

based on unsymmetrical metal-dithiolene complexes”,
JSPS Core-to-Core/Leverhulme Trust 7th Joint Work-

4.6 講演

shop, Nagoya, 2017,"Organic Electronics of High-ａ．招待講演（国際学会）

ly-Correkated Molecular Systems", Nagoya, Japan１)

Nobuyuki Tamaoki: 21st International Symposium on(2017-11)- 29 -

４） Yuna Kim: “Light-Driven Color and Mechanical Motionｃ. 委託研究

Control Based on Chiral Liquid Crystals ” , Invited

該当なし。

Seminar, Yonsei University, Department of Chemical andｄ. 国際共同研究

Biomolecular Engineering, Korea (the Republic of)１)(2018-01)

相良 剛光:

スイ スの Adolph Merkle Institute のChristoph Weder 教授と機械的刺激応答性発光材料に

５） Yoshimitsu Sagara: “Thermo- and Mechanoresponsive

関する共同研究を行った。

Luminescent Cyclophanes”, 1st International Seminar on'Light, Molecules and Nanomaterials' 2017 年 5 月 10 日.

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）（招待講演）

ａ． 科学研究費補助金

６） 相良 剛光、
「環状化合物が凝集相で示す外部刺激応答

１） 相良剛光、若手研究 B（代表）、「水溶性の機械的刺激特性」、第 38 回光化学若手の会、2017 年 6 月 17 日.（依応答性発光材料の機能拡張と生体応用」、2016〜2017

頼講演）

年度。

７） 相良 剛光、
「ピレン骨格を持つ非対称型シクロファン

２） 相良剛光、新学術領域研究「柔らかな分子系」・公募が示す刺激応答発光特性」、第 5 回アライアンス若手班（代表）、「柔らかなシクロファンを用いた機械的刺研究交流会～共同研究の輪を広げる～、2017 年 8 月

激応答性発光材料の開発」、2016〜2017 年度。

21 日.（ポスター）

３） 松尾和哉、若手研究（B）（代表）、「キネシンの細胞

８） 相良 剛光、
「水中で機械的刺激を検知する分子集合体

内物質輸送における分子機構の解明を目指した化学の開発」、第 10 回ナノバイオ若手ネットワークシンポ

修飾法の開発」、2016〜2017 年度

ジウム、2017 年 6 月 10 日.（口頭発表）
９） Yoshimitsu Sagara, “Development of mechanoresponsive

ｂ．大型プロジェクト・受託研究

luminescent materials utilizing flexible cyclophanes”,

１）

KAKENHI International Symposium on “Studying the

研究助成（代表）、「分子ロボットに視覚と知能を与えるた

Function of Soft Molecular Systems”, 2017 年 6 月 28 日.

めの光応答性化合物の研究」2016～2018 年度（口頭発表）
１０）

２）

松尾和哉、玉置信之：「化学修飾による光応答

材料の創成」2017 年度

若手研究交流会、東京工業大学 すずかけ台キャンパス

３）

大学会館（2017-8）

相良剛光、JST さきがけ（代表）、「ロタキサン型メカ
ノプローブの開拓とメカノバイオロジーへの応用」

Kazuya Matsuo, Nobuyuki Tamaoki: “A Reversi-

2017〜2020 年度。

bly Photoswitchable Biomachine Constructed by Chemi-

４）cal Pro-tein Engineering”, The 18th RIES-HOKUDAI

相良剛光、旭硝子財団（代表）、「機械的刺激に応じて発光特性が変化するインターロック分子の開発」、

Interna-tional Symposium 極 , Châteraisé Gateaux

2016〜2017 年度。

Kingdom Sapporo (2017-11)
１２）

玉置信之、公益信託伊藤徳三ひまし研究基金研究助成（代表）、「ウンデシレン酸を原料とする新規感圧光記録性モータータンパク質の構築」、第 5 回アライアンス

１１）

玉置信之、公益財団法人 光科学技術研究振興財団

５）松尾和哉、玉置信之：「ケミカルエンジニアリ

相良剛光、江野科学振興財団

田中ゴム科学技術賞（代表）、「ロタキサンを超分子メカノルミノファーとングによるモータータンパク質の機能改変」、第 3 回して導入したエラストマーの開発」、2017〜2018 年度。

北大部局間横断シンポジウム、北海道大学 医学部学

６）

友会館フラテホール（2018-1）

相良剛光、公益財団法人

新世代研究所（ATI）2017

年度 ATI 研究助成（代表）、「シクロファンを用いた機械的刺激を鋭敏に検知する複合材料の開発」、2017〜

4.7 シンポジウムの開催

2018 年度。

該当なし。

７）

相良剛光、公益財団法人クリタ水・環境科学振興財団
2017 年度

国内研究助成（代表）、「水中で起きる機

4.8 共同研究

械的刺激を可視化するための有機分子の開発」、2017ａ. 所内共同研究〜2018 年度。

１) 光電子ナノ材料研究分野の西井準治教授、藤岡正弥助

８）

教とナノインプリント材料に関する共同研究を行っ相良剛光、公益財団法人 双葉電子記念財団（代表）、「水中で微小な力を検出できる蛍光性シクロファン

た。

の創製と生細胞への導入」、2017 年度。

２) ナノアセンブリ材料研究分野の高橋仁徳助教と機械

９）的刺激応答性発光材料に関する共同研究を行った。

相良剛光、公益財団法人 中谷医工計測技術振興財団
奨励研究助成（代表）、「インテグリンが生み出す力のｂ. 民間等との共同研究

定量評価を目指した超分子メカノプローブの開発」、該当なし。

2017 年度。
- 30 -

１０） 相良剛光、公益信託 五峯ライフサイエンス国際基金

ｈ. ポスドク・客員研究員など（海外研究者招聘）（代表）、「細胞が生み出す力の計

該当なし

測に資する機械的刺激応答性発光材料の開発」、2017i．修士学位及び博士学位の取得状況

年度。

博士学位：１名

１１） 相良剛光、公益財団法人 小笠原科学技術振興財団

１)2016 年度一般研究助成（代表）、「インターロック構

myosin–actin motor at molecular and macroscopic level

造を積極活用することによる機械的刺激に応答してby photo-responsive high energy molecules

発光特性が変化する高分子材料の創製」、2017 年度。
１２） 相良剛光、公益財団法人コスメトロジー研究振興財団
平成 28 年度研究助成（代表）、「化粧品の評価・開発に資する微小な力を検知する水溶性の分子集合体の開発」、2017 年度。
4.10 受賞
１） 相良剛光、公益財団法人 江野科学振興財団

田中ゴ

ム科学技術賞
4.11 社会教育活動
ａ. 公的機関の委員
該当なし
ｂ．国内外の学会の役職
１） 松尾和哉：日本化学会 生体機能関連化学部会

若手会幹事（2018年3月〜現在）
ｃ．兼任・兼業
１） 相良剛光、JST さきがけ研究員（兼任）
d.外国人研究者の招聘
１） Eunkyoung Kim、韓国（2018 年 01 月 11 日〜2018 年
01 月 13 日）
２） Younghoon Kim、韓国（2018 年 01 月 09 日〜2018 年
01 月 31 日）
３） Mehboobali Pannipara、インド （2017 年 6 月―2017
年 8 月）
ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）
１)

理学部、生物系の熱力学、玉置信之、2016 年 4 月 7日～2016 年 6 月 9 日

２)

生命科学院、生命物質科学特論（分子組織科学）、玉
置信之、2016 年 7 月 10 日～2016 年 8 月 7 日

３)

生命科学院、生命融合科学概論（生体機能を合成する）、
玉置信之、2016 年 5 月 25 日

４)Halley Mariet Menezes：Driving and photo-regulation of

大学院共通, Communicating Your Research, Yuna Kim,
2017-4 ~ 2017-9５) 全学教育、一般教育演習（フレッシュマンセミナー）「体験して学ぶ物質と生命の科学最前線:ナノからマクロまで」、相良剛光、2017年04月01日～2017年09月30日
ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期間）
該当なし
ｇ. 新聞・テレビ等の報道
該当なし- 31 -

ナノ構造物性研究分野
教

授

准教授
学生

石橋

晃（東大院、理博、2003. 01～）

近藤憲治（東大院、工博、2003. 04～）
石田 雄一(B4)伊藤 蓮(M1)

１．研究目標図1．ABE2 空間における多角的な展開

アトム(Atom)・ビット(Bit)・エネルギー(Energy)/環境(Environment)空間 [ABE2 空間] を念頭において、ナノテ

２．研究成果ク・ナノサイエンス分野で得られる新しい効果や機能を、
今後、SiベースのITインフラ構造やエネルギーデバイスと(a) 次世代高機能デバイス・システム

接続して相乗効果を引出すことで、ナノとマクロを結合す(a1) 新型光電変換システム

ることを目指している。

従来型の太陽電池では光進行方向と生成フォトキャリア移ロードマップに沿った展開を示しつつも遂に限界が指動方向が平行であることに起因する光吸収とフォトキャリ

摘され始めたSi ベースの LSI や従来型太陽電池は、その構

ア収集の間のトレードオフが存在するのに対し、図 2 に示造が外在的ルールで決まるトップダウン型のシステムの代す新型光電変換素子では、太陽光の進行方向とキャリアの表格であるが、素子サイズ上、動作パワー上、及び製造設

移動方向を直交させることができ（図 2 左下断面図参照）、

備投資上の限界がいわれて久しい。次世代高機能デバイ

このトレードオフを解消することができる。そこでは太陽ス・システムに向けて、ナノテク・ナノサイエンス分野で光の吸収とフォトキャリアの収集効率の最適化が両立可能得られる新しい効果や機能を既存の Si ベースの IT インフとなり、異なるエネルギーギャップを有する半導体マルチラ構造と接続し相乗効果を引出しつつナノとマクロを結合

ストライプを用いて全太陽光スペクトルに亘って光電変換することは重要である。従来の「ボトムアップとトップダを実行することで究極の変換効率に肉迫することができる。

ウンの統合」が両者の“いいとこ取り”で、長所を各々活か

その際、空間伝搬光を効率的に２次元導波光化することがしてナノ構造を作るというもの（積集合）であったのと異重要である。回折格子構造を設けることで、空間伝搬光のなり、我々は両者の相互乗り入れを可能とする(接続・統合

２次元導波光化は可能であるが、波長依存性が大きいため、による和集合の)観点から取組んでいる。両者の構成原理が周期性のことなる複数の回折格子を用いても、太陽光スペ

大きく異なるため、勿論容易ではないが、もしトップダウ

クトル全体に亘る２次元導波光化は容易ではない。より根ンーボトムアップの両系を繋ぐことができれば、その意義

源的な問題として、空間反転(左右)対称性を持つ構造では、は極めて大きい。

時間反転対称性と相まって、３次元より２次元導波光化し次世代デバイスの作作製に向け、極限高清浄環境を実現

た光が再び３次元光化することの抑制が難しいが、左右非するクリーンユニットシステムプラットフォーム (CUSP)
を利用して、金属薄膜のエッジ同士が対向した量子十字デSunlight (incoming photons)

バイス、特に次世代超高密度メモリーや、高効率の光電変換素子創製を目標としている。トップダウン系に対するアンチテーゼとして最近その重要性が認識されてきた一つの2D Guided photons

流れは、自律分散型相互作用など内在的ルールにより構造（asymmetric wave-guide → high efficiency 2D conversion)が決まっていくボトムアップ系である。バイオ系に代表さcross-section

れる自律分散系の他、たとえば半導体量子ドットなど無機物のセルフアセンブル系を含め、広くボトムアップ系に期待が集まっている。しかしながら、両系は未だに専ら独立

基板
Substrate
屈折率異
導波路
導波路
方性を有 WG
する層

Parabolic
周期配列
mirrors
放物線鏡

で、トップダウン、ボトムアップ両系の間に橋渡しするこ

pn接合面

2次元導波光
2D
photons

Guided photons

ナローギャップ
Narrow-gap

Parabolic miror

半導体

透明
resin
透明
Medium-gap
中間ギャップ半導体
樹脂
樹脂
Wide-gap
semiconductor
ワイドギャップ

3D photonsとは極めて重要である。当研究室では、デバイスベースの太陽光（入射光）3D photons

アプローチとツールベースのアプローチにより上記の課題

図 2．非対称導波路結合フォトン・フォトキャリア直交型マルチ
ストライプ半導体太陽電池(上面図)。左下：同断面図、右下：テ
イパー非対称導波路の場合の導波シミュレーション結果。

に取り組むことで、新しい高機能デバイスやシステムを効率的に創出することを実験と理論の両面から進めている。

- 32 -

半導体

対称な導波路（WG）では、この制約から解放され、変換とができた。塵埃・菌に対してはもとより、放射線も含め効率向上へ繋がると期待される。

て、人に対して害を及ぼさない環境は今後ますます重要とそこで３次元伝播太陽光を２次元伝播光化する導波路なってくる。CUSP は孤立・閉鎖環境性を特徴として持って（リディレクション導波路）の一つの候補として、図２左おり、それを最大限に活用することで、原子力発電所本体

下内挿図に示すような周期配列した放物線鏡を作製し、更はもとより近隣自治体に設けられる非常時の避難施設（学に今回 WG としてテイパー非対称導波路を採用した。本系

校の体育館等）への装備が有効である。即ち、非常時のみ

は、反射光学系を成すので、回折光学系と異なり、導波効

ならず、平時においても CUSP システムをフィルターへの負率の波長依存性を小さく抑えることができる。図２右下に荷を極小にしながら活用することができる。今回開発した示すように良好な導波特性が期待される。この導波路端に

CUSP システムにより原子力発電所施設、近隣避難施設を始は、在来の面入射型の（タンデム型を含む）太陽電池を結め、放射線を利用する医療機関に対しても、より高度な対合することもできる。多角的に最適なシステムへと進化さ

放射線上の安心・安全の向上を図ることができる。

せることで高い光電変換効率の実現が期待される。
(a2)極限高清浄環境（Clean Unit System Platform: ＣＵ(b)理論：全体の目的としては、物性理論の観点から、トポＳＰ）の展開ロジカルな磁性現象の解明やトポロジカル絶縁体の特異な半導体クリーンルームに留まらず、一般住宅を構成する

バンド構造を利用した新奇なスピンデバイスの提案ならび各部屋の居住環境でも無菌・無塵環境は、今後益々重要とにスピン軌道相互作用の非可換ゲージ場の側面を活かしたなる。できるだけ既存のフレームワークを維持しつつ、製デバイスの検討を行うことにより、工学的にはスピントロ

造、医療・看護施設、オフィス、学習施設、リラクゼーシ

ニクスへ寄与することを目指しており、理学的にはトポロ

ョン施設等における居住性能向上を実現することが求められる。今回、更に放射性物質を含む塵埃に対応することのできる CUSP の開発を行った。図３の内挿図に示すように、一般に用いられる家庭用空気清浄機のフィルターに放射線のラディエーションレンジ程度の厚みを有する金属筐体を装着して、ファンフィルターユニット（FFU）として、コン
パクト CUSP に適用し清浄度を測定した。セシウム 137 を始め、チェルノブイリ原発事故で観測された放射性元素からのγ崩壊エネルギーは 600～900keV のレンジにほぼ収まっているので、このエネルギーに対応する Pｂの必要厚みは
約 10ｍｍである。今回は加工性を重視して、10 ㎜厚みの鉄板を金属筐体材料として採用した。この CUSP システム内の図 ４ : The superlattice consisting of topologicalinsulators with magnetization and ordinary insulators.

清浄度を時間経過と共に計測した結果を図３に示す。用いたファンフィルターユニット(FFU)は、一般的な中性能フィ
ルターであるが、初期値の 100000／cf のダスト粒子数から、約 20 分で 100／cf 程度へ減少し、US209D クラス１００のジーの物性への影響を調べることを目的としている。
今年度の成果は以下のものである。
今年度は、Burkov 等によって提唱されたトポロジカル

クリーンルームと同等乃至それ以上の清浄度を実現するこ

絶縁体と通常絶縁体で形成される超格子構造において発現するワイルセミメタルについて、通常具体的に計算されることが少ない Fermi アークについて計算を行った。図４にトポロジカル絶縁体と通常絶縁体で形成される超格子構造を示す。図中の赤い矢印は、時間反転対称性を破る目的でいれた磁性不純物の磁化の方向である。ワイルポイントは
時間反転対称性か反転対称性が破れないと出現しないので、
磁性トポロジカル絶縁体を考えている。この系のハミルト
ニアンは Burkov によって与えられているが、以下のようになる。

H    vF z ( zˆ  σ )  k ij  m z ij   s x ij
k ,ij1
1  D  j ,i 1   D  j ,i 1  ck† ,i ck , j22


図 3．放射線対応CUSPの清浄度。内挿装図は放射性塵埃対応の金属筐体付きフィルターの実写。

- 33 -

ここで、τはトポロジカル絶縁体の表面と裏面を区別する

３．今後の研究の展望

擬スピンであり、i と j は異なるトポロジカル絶縁体を区別する指標である。M は磁化で、ΔS と ΔD はそれぞれ、同じ

トップダウン系とボトムアップ系の接続・統合を Gen-

トポロジカル絶縁体の表面と裏面間のトンネルおよび隣接

erating function として、デバイスベース並びにプラットフ

するトポロジカル絶縁体間のトンネルを示している。このォームベースのアプローチを進めていく。フォトンの進行固有値を求めれば、バルクのワイルセミメタルのバンド構

方向とフォトキャリアの移動方向が直交した、マルチスト

造は簡単にわかるが、Fermi アークは出てこない。

ライプ構造を有する新しい光電変換デバイスの実現を念頭

そこで、このハミルトニアンを x 軸方向に離散化した以下に、太陽光（黒体輻射）の吸収とフォトキャリアの収集効のハミルトニアンを構築する。こうすることで、x 軸方向率の最適化を両立可能とし、全太陽光スペクトルに亘ってに垂直な面の情報を取り出せる。

光電変換を実行することを目指す。従来の入射モードでは、
光吸収量に支配されて変換効率が決まる活性層厚みの小さH  [vF (ky x sin kx y ) {m(1 cos kx )/ 2 (kz )} z ]ck†x ckx .

い領域でも、端面入射配置では高い変換効率が得られる。

kx

移動度の高い無機半導体材料を用いることで、電極間隔を広げることが可能となり、より高効率の光電変換素子を実ここで現することができる。これを更に、導波路と結合したフォ (k z )   S2   2D  2 S  D cos(k z d )トン・フォトキャリア直交型マルチストライプ半導体太陽電池と進化させる。即ち、太陽光の伝播方向を変換する仕である。この固有値問題を解いた結果が図５である。

組みであるリディレクション導波路の端に、エッジ入射型(a)の太陽電池を配置する。空間伝播する太陽光を、周期的屈折率変調構造により平面導波光に変換し、この光を導波路の端に設けた複数のバンドギャップを持つマルチストライ
プ半導体pn接合面に沿って導くことで、太陽光の全スペク
トルに亘って光電変換が可能で、熱はけが良くまた拡散光にも強い熱力学限界に迫る高光電変換効率を有する集光発電システムの可能性を追求して行く。
理論の方からは、トポロジカルなDirac点やWeyl点における摂動をUniversal unfoldingという特異点論の手法で行い、従来と異なる観点から、トポジカル絶縁体の分類を行う予定である。これはすでに寺本先生などと一緒に、一部(b)

行い、発表している。同時にトポロジカルな物性はトポロ
ジカル絶縁体に限らないので、他のトポロジカルな励起であるスカーミオンというトポロジカルな磁気渦の研究にも着手する。そこでは、スカーミオンの移動やスカーミオン・
ホール効果などの特性をLLGによるマイクロマグネテッ
ク・シミュレーションで明らかにすることによって、スカーミオンのデバイスへの応用を考える。また、トポロジカ
ル絶縁体の概念は最近進化し、高次トポロジカル絶縁体という概念が議論されている。そこで、この電子構造やスピン構造の計算も行う予定である。一方、低次元電子のシス
テムにスピン軌道相互作用と電子間斥力が同時に働く場合
において、1電子スペクトラムやスピン圧縮率や電荷圧縮率

図５: The band structure of (a) both bulk and surface states and (b)only the surface state (so-called Fermi-Arc). In both cases, pa-にどのような変化が定量的に現れるかも基礎理論として検討する予定である。

rameters are v F  2.0,  S   D  m  10.0 .

アトム(Atom)・ビット(Bit)・エネルギー(Energy)/環境

図５(a)はバルクの状態と表面状態を両方描いたもので、(Environment)空間 [ABE2空間] において、AB平面では、次ワイル点は真ん中の接している辺の両端である。バルクだ世代の高機能電子デバイスを、またBE平面では、フォトけプロットすればそれはわかる。一方、ワイル点を結んでン・フォトキャリア直交型高効率太陽電池を、そしてAE平いるのは表面状態の Fermi アークであることも図 2(b)を見

面では、プラットフォームベースのアプローチとして、廉ると分かる。

価にして高性能である CUSP 技術を展開し、“Clean space
for all of us” の観点で製造環境としてはもとより、医療や養- 34 -

護・療養環境としてもCUSPの機能性を高め、社会へのフィ

４) 石橋 晃、原 史郎: 特許第6241862号, 高清浄装置、高ードバックへとつなげていく。市民生活の様々な局面で生清浄環境システム、高清浄環境装置の使用方法および活水準の向上、健康維持に役立ち、高齢者はもとより、乳デバイス製造装置の組み立て、立上げまたはメンテナ

幼児等の免疫力が弱く環境対応力が相対的に少ない高感受ンス方法, 2017年11月17日

性者への福音となろう。ナノとマクロの世界とをつなぎ、

５) 石橋 晃 : 特願2017-219568、建築物およびその製造方

今後もトップダウン－ボトムアップ両系の統合に端緒をつ

法、2017年11月15日

ける可能性を目指していく。

６) 石橋 晃、安武 正弘 : 特願2017-203211、代謝測定シ
ステムおよび代謝測定方法、2017年10月20日
７) 石橋 晃 : 特願2017- 181884、光導波装置、光電変換

４．資料装置、建築物、電子機器及び移動体、2017年09月22日

4.1 学術論文（査読あり）

８) 石橋 晃 : 特許第6202412号、高清浄環境システム、
2017年09月08日

１) *A. Ishibashi, T. Matsuoka, R. Enomoto, M.
Yasutake, “New solar cell and clean unit system

９) 石橋 晃、江藤 月生、野口 伸守、松田 順治 : 特願

platform (CUSP) for earth and environmental

2017- 81064、建築物およびプレフィルター、2017年04

science”, IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 93

月17日

012081 1-7 (2017) DOI :10.1088/1755-1315/93/1/

・国際特許

012081
２) *A. Ishibashi, H. Kobayashi, N. Sawamura, K. Kondo,
T. Kasai, “Symmetric and Asymmetric Wave-guides
forMulti-striped

Orthogonal

ZL201510790429.X, Device Manufacturing Apparatus,
2018年03月27日

Photon-Photocarrier-

１１）石橋 晃 : PCT/JP2018/11601、建築物およびプレフ

Propagation Solar Cells (MOP3SC)”, IEEE-ICASI 2017,

ィルター、2018年03月23日

Meen, Prior & Lam (Eds) ISBN 978-1-5090-4897-7,

１２）石橋 晃 : (Thailand登録) 1703000921、Construction

p1477-1479 (2017)３)１０）S. Hara, S. Haraichi and A. Ishibashi : (China登録)

and Gas Exchange Device、2017年05月29日*Hiroshi Teramoto, Kenji Kondo, Shyūichi Izumiya,
Mikito Toda, and Tamiki Komatsuzaki”, Classi-

１３）A. Ishibashi, M. Yasutake and F. Ishibashi : (Singapore

fication of Hamiltonians in neighborhoods of band登録) 11201604190R, System and method using infor-

crossings in terms of the theory of singulari-mation of involuntary body movement during sleep, andties”, Journal of Mathematical Physics 58, 073502

sleeping state detection system and method, 2017年05月(2017).

11日
１４）A. Ishibashi, M. Yasutake and F. Ishibashi : (Singapore
出願) 11201703256W, System and method using infor-

4.2 学術論文（査読なし）

mation of involuntary body movement during sleep, and該当なし

sleeping state detection system and method, 2017年04月
20日

4.3 総説・解読・評論等
該当なし

4.6 講演ａ．招待講演 (国際学会)

4.4 著書１） *A. Ishibashi, T. Matsuoka, R. Enomoto, M. Yasutake,

該当なし“New solar-cell system and clean unit system
platform (CUSP) for Electronics, Communications and4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

Networks”, The 7th International Conference on

・国内特許

Electronics,

１) 石橋 晃 : 特許第6292563号、建築物およびその製造方

Communications

andNetworks(CECNet2017), Hualien, Taiwan (2017-11)

法、2018年02月23日

２） *A. Ishibashi, R. Enomoto, T. Ishikawa, M. Yasutake,２) 石橋 晃 : 特許第6261088号、光電変換装置、建築物お“Systems Development in Atom-Bit-Energy/Environment

よび電子機器、2017年12月22日(ABE2) Space for a New Solar-cell, Medical and Safety

３) 石橋 晃 : 特許第6241784号、放射性物質及び放射線対

Applications Based on Clean Unit System Platform

応ファンフィルターユニット、放射性物質及び放射線(CUSP)”, Collaborative Conference on Materials Research

対応高清浄環境システム、放射性物質含有廃棄物の減(CCMR2017), Jeju Island, Korea (2017-06)

容処理システム、放射性物質および放射線対応フィル
タ並びに水洗除染装置、2017年11月17日

ｂ．招待講演 (国内学会)- 35 -

の進展とクリーン環境ＣＵＳＰの展開」、平成29年度
物質・デバイス領域共同研究拠点事業『次世代デバイ
ス・システムの展望 ～ 新型太陽電池並びに清浄環
境の新展開』研究会、北海道大学 (2017-07)
５) 石 橋 晃 * 、「 ABE^2 4 次 元 空 間 と 新 型 高 清 浄 環 境（CUSP)」、平成29年度附置研アライアンス～人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミックア
ライアンス G2分科会、北海道大学 (2017-07)
６) 石橋 晃*、河西 剛、近藤 憲治、澤村 信雄、「非対称
導波路結合フォトンフォトキャリア直交型マルチス
トライプ半導体太陽電池」、平成28年度附置研アライ
アンス成果報告会～人・環境と物質をつなぐイノベー
ション創出ダイナミックアライアンス、東京工業大学(2017-06)
７) 石橋 晃*、安武 正弘、野口 伸守、松田 順治、大橋 美
久、「高機能清浄環境CUSP・新型太陽電池の展開とミニマルファブ」、平成29年度ファブシステム研究会定期総会、産業技術総合研究所（つくば中央）(2017-04)
８) 松田 順治*、石橋 晃、「一家に１部屋「どこでもクリーンルーム」を！！」、第31回ビジネスEXPO 2017、
アクセスサッポロ(札幌市) (2017-11)
９) 松田 順治*、石橋 晃、「CUSPがもたらす”どこでもク
リーンルーム”」、いきいき健康・福祉フェア２０１７、
アクセスサッポロ(札幌市) (2017-10)

１) 石橋 晃* : 「体動分離型代謝測定システム」、JSTものづ
くり系新技術説明会、東京・市ヶ谷 (2017-12)
ｃ．一般講演（国際学会）
１) *A. Ishibashi,“Symmetric and Asymmetric Waveguides for Multi-striped Orthogonal Phton-PhotocarrierPropagation Solar Cells (MOP3SC) ”, 2017 IEEE International Conference on Applied System Innovation, Sapporo, Japan (2017-05)
２) *A. Ishibashi, Y. Ohtsuki, R. Enomoto, M. Yasutake, J.
Matsuda, Y. Ohashi, “Clean Unit System Platform (CUSP)
for radioactive dusts”, The 18th RIES-Hokudai International Symposium, Sapporo, Japan (2017-12)３) *M. Yasutake, A. Ishibashi, “A Unique Non-Contact
Method To Assess Sleep Quality By Detecting Body
Movements Via Monitoring Air-borne Particles In An Ultraclean Space”, SLEEP 2017, Boston, USA (2017-06)
４) K. Kondo* and H. Teramoto: “An Arbitrary Order
Effective Hamiltonian of Hexagonal Warping Effectsof Dirac Cone”, The 62nd Annual Conference on
Magnetism and Magnetic Materials, Pittsburg,
Pennsylvania, USA (2017).
５) R. Itoh* and K. Kondo, “Topological Spin Currents
in Graphene Nanoribbons”, SpinTech IX, New Fukuoka, JAPAN (2017).
ｄ．一般講演（国内学会）
１) 石橋 晃*, 河西 剛, 近藤 憲治, 澤村 信雄, 「フォトン・フォトキャリア直交型マルチストライプ半導体太陽電池に向けた周期配列放物線鏡付テイパー非対称
導波路構造」、日本応用物理学会 2018年春季大会, 早
稲田大学 (2018-03)
２) 石橋 晃*、松田 順治、野口 伸守、江藤 月生、大橋 美
久、原 史朗、「Clean Unit System Platform (CUSP)とミ
ニマルファブシステムのシナジーの可能性」、日本応
用 物 理 学 会 2017 年 秋 季 大 会 、 福 岡 国 際 会 議 場(2017-09)
３) 伊藤 蓮*、近藤 憲治 : 「グラフェンナノリボンと量子スピンホール相」、2017年 第64回応用物理学会春季
学術講演会、パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）、Japan(2017).
４) 伊藤 蓮*、寺本 央, 近藤 憲治 : 「ディラック・コー

4.7 シンポジウムの開催
１) 石橋 晃: 平成29年度附置研アライアンス～人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミックア
ライアンス G2分科会
２) 石橋 晃: 平成29年度物質・デバイス領域共同研究拠点事業『次世代デバイス・システムの展望～新型太陽電池並びに清浄環境の新展開』研究会
4.8 共同研究a．所内共同研究
１)近藤 憲治-寺本 央、「特異点論を用いたトポロジカル
絶縁体の分類と有効ハミルトニアンの導出」
b．民間等との共同研究
２) 安武 正弘 (日本医科大学) 、石橋 晃: 「」

ンのヘキサゴナルな歪みの効果に対する任意次数の１）石橋 晃(H29年度物質・デバイス領域共同研究拠点共有効ハミルトニアンの導出」、第78回応用物理学会 秋同研究)：「フォトン・フォトキャリア直交型太陽電池

季学術講演会、福岡国際会議場（福岡県博多）、Japanに向けたラテラル方向に組成の傾斜したInGaAlN層の(2017).

成長」。研究代表者:東北大学金属材料研究所 松岡 隆

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以外）
１) 石橋 晃*、澤村 信雄、野口 伸守、江藤 月生、大橋 美
久、「ミニマルファブとのシナジー を目指した高機能
清浄環境CUSPと新型太陽電池の最近の展開」、平成29
年度ファブシステム研究会臨時総会、産業技術総合研究所（つくば中央）(2017-09)
２) 石橋 晃*、松田 順治、安武 正弘、「トレーニング、介護等にも活用可能な高清浄環境ＣＵＳＰ（クリーンユニットシステムプラットフォーム)」、SPORTEC 2017、東京ビッグサ
イト (2017-07)
３) 石橋 晃*, 松田 順治*, 大橋 美久、「高清浄環境ＣＵ
ＳＰ（クリーンユニットシステムプラットフォーム)」、平成29年度北海道トライアル新商品展示会、札幌・北海道庁 (2018-01)
４) 石橋 晃*、「フォトンフォトキャリア直交型太陽電池- 36 -

志２) 石橋 晃(H29年度物質・デバイス領域共同研究拠点共同研究)：「放射線検出器γＩと清浄環境ＣＵＳＰの結合の進展」、研究代表者:東京大学宇宙線研究所 榎本良治３) 石橋 晃(H29年度物質・デバイス領域共同研究拠点共同研究)：「睡眠障害診断への高清浄度環境技術CUSPの応用、研究代表者:日本医科大学 安武正弘
４) 石橋 晃(H28年度物質・デバイス領域共同研究拠点共同研究)：「ミラー構造を組み込んだ非対称リディレク
ション導波路の検討」、研究代表者:帝人株式会社フィルム事業本部 久保耕司
５) 石橋 晃(H29年度物質・デバイス領域共同研究拠点共同研究)：「清浄環境 CUSPの展開の検討」、研究代表者

１) 石橋

飛栄建設株式会社 松田順治

晃: 産総研コンソーシアム ファブシステム研究会委員(2010-03-2018-03)

６）石橋 晃(H29年度物質・デバイス領域共同研究拠点共２) 石橋

晃:光給電検討委員会委員(2016-04-2018-03)

同研究)：「ガス交換ボックスによるCUSP高清浄環境の

３) Kenji Kondo: Editorial Board Member for Scientific Re-

展開の研究」、研究代表者: シーズテック株式会社大橋

ports (published by Nature Publishing Group) (2014-06-

美久

present)c．委託研究ｃ．兼任・兼業

該当なし

１)

石橋晃：産業技術総合研究所 客員研究員 (2010.02 -d．国際共同研究2018.03)

該当なし

２)

石橋晃：シーズテック株式会社（北海道大学発ベンチャーカンパニー）技術担当取締役（CTO） (2007-04-2018-05)

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）

ｄ．外国人研究者の招聘

ａ．科学研究費補助金

該当なし

１) 研究代表者：石橋 晃、基盤研究(B) 一般、16H04221

e．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）「非対称導波路結合光子・フォトキャリア直交型マルチ

１)

理学院: 半導体物理学 I

ストライプ半導体太陽電池の研究」、2016〜2018年度
２) 研究代表者：石橋 晃、挑戦的萌芽研究、「新清浄環境

２)日〜2018年03月31日

タの研究」、2016〜2017年度

３)

理学院: 現代物理学（分担）、石橋 晃、2017年4月1日

３) 研究代表者：近藤憲治 科学研究費助成事業（基盤研～2017年9月30日

究（C））4,810千円：「スピン軌道相互作用が強い物質

４)

全学教育:環境と人間「ナノテクノロジー」（分担）、石橋

及び現象のトポロジーに基づく研究とスピン素子への晃、2017年4月1日～2017年9月30日

応用」

５)

全学教育: 現代物理学入門（分担）、石橋 晃、2017年4科学

月1日～2017年9月30日

研究費助成事業（基盤研究（B））18,980千円：
「量子ド

６)

理学部、物理外国語文献講読II、近藤憲治、2017年4

ット内蔵光ファイバーを用いた光子を介する遠隔電子

月1日～2017年8月31日

スピン間制御」3) 研究代表者：植村 哲也、研究分担者：近藤憲治

晃、2017年10月1日～

理学部、物理外国語演習、石橋 晃、2017年10月01(CUSP)を用いた安否確認・睡眠分析(KSG) ビッグデー

2) 研究代表者：笹倉 弘理、研究分担者：近藤憲治

石橋2018年3月31日

７)

理学院、物理学特別研究I、近藤憲治、2017年4月1日

科学～2018年3月31日

研究費助成事業（挑戦的萌芽研究）3,900千円：「核電８)

理学院、物理学論文輪講、近藤憲治、2017年4月1日～

気共鳴を用いた全電気的核スピン制御法の確立」

2018年3月31日
９)

理学院、電子物性物理学（トポロジカル物質の理論とb．大型プロジェクト・受託研究

スピントロニクス）、近藤憲治、2017年4月1日～2017

１) 石橋 晃:飛栄建設株式会社 松田順治：「ガス交換ユニ

年8月31日ットの高機能化とCUSP清浄環境の向上」

ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期２ ) 近 藤 憲 治 （ Center for Spintronics Research Net間）

work(CSRN),Tohoku University）(スピントロニクスデ

該当なし

バイス理論研究領域):「トポロジカルな性質を持つ物

ｇ．新聞・テレビ等の報道

質とその応用の研究」2016年度-現在。

新聞

URL: http://www.csrn.tohoku.ac.jp/jp/research/１)

松田 順治、石橋 晃 : さっぽろ経済 2017年08月10日「どこでもクリーンルーム」

4.10 受賞

テレビ

該当なし

１)

松田 順治、石橋 晃 : 北海道放送（ＨＢＣ）今日ドキッ 特集 2017年12月04日 「松田社長の活動紹介とＣ

4.11 社会教育活動

ＵＳＰの最近の展開の紹介」

ａ．公的機関の委員
１) 石橋

晃: 独立行政法人日本学術振興会 科学研究費該当なし

委員会専門委員
２) 石橋(17：16-17:31放映)

ｈ. ポスドク・客員研究員など
i．修士学位及び博士学位の取得状況

晃: 国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術

修士学位：４人

総合開発機構（NEDO）技術委員

博士学位：１人

ｂ．国内外の学会の役職○卒論指導（近藤憲治）- 37 -

１） 石田雄一：「A Formation and Dynamics of a Magnetic

Skyrmion」○修士論文副査 (近藤憲治)
１） 寺山

拓：「超流動量子渦の構造と１粒子励起」

２） 木村

卓：「Kitaev梯子模型に観る分数励起」

３） 千葉 大祐：
「擬一次元有機導体(TMTTF)2Xにおける非線形電気伝導」
４） 河野

航：「Abrikosov格子状態におけるHall効果の微視的研究」○博士論文副査 (近藤憲治)
１） 植木 輝：「Microscopic Theory of the Flux-Flow Hall
Effect in Type-II Superconductors」- 38 -

（c） 光・電気・磁気記憶デバイスの開発

薄膜機能材料研究分野
教

授

遷移金属酸化物の多くは、酸素過剰／欠損やプロトン化

太田裕道（東工大院、工博、2012.9～）などの非化学量論組成とすることにより、その光・電気・准教授

山ノ内路彦（東北大院、工博、2014.5～）

磁気特性が大きく変化することが知られている。例えば、

ポスドク

Anup Sanchela（IIT Bombay、Ph.D、2016.7～）

エレクトロクロミック材料として知られる WO3 は、そのま

事務補助員

春日さと子 （2016.10～）までは可視光に対して透明な絶縁体だが、電気化学反応を

博士課程

張

雨橋、小野里尚記（情報科学研究科）

利用してプロトン化する（HxWO3）ことで青色の金属に変

修士課程

魏

冕
（10月入学）、
小山田達郎、
根津有希央、化する。また、ブラウンミラライト型の結晶構造を有する

呉

宇璋（10月入学）（情報科学研究科）

学部学生

SrCoO2.5 は、磁石にならない絶縁体だが、酸素中で加熱し横井直樹（生体情報）、佐藤壮（電気電子）、て酸化するか、電気化学的に酸化すると、ペロブスカイト

佐藤晃一（電気電子）、小澤良輔（電気電子）、善正晴紀

型の結晶構造を有する SrCoO3 に変化し、電気が良く流れ（電気電子）（工学部情報エレクトロニクス学科）

る強磁性金属になることが知られている。このように、遷移金属酸化物をうまく利用することで、光透過率と電気伝導度、磁性と電気伝導度を切替え、記憶するデバイスが実

１．研究目標現できると考えられる。遷移金属酸化物にとって、H+イオ

従来セラミックスとして扱われてきた機能性酸化物を素ン（プロトン）は強力な還元剤、OH−イオンは強力な酸化材として、原子レベルで平坦な表面を有する高品質薄膜を剤として働くので、電気化学反応を利用すれば上記デバイ

作製し、機能性酸化物の持つ真のポテンシャルを最大限引スは実現可能だが、電解液などの液体を用いなければなら

き出し、世の中で役に立つデバイスの開発を目指している。

ないという課題がある。当研究分野では、ナノ多孔質ガラ

具体的には、「熱電変換材料」、「透明酸化物半導体」、「光・スのナノ孔に自然に導入される水を電解液の代わりに使い、

電気・磁気記憶デバイス」、「スピントロニクスデバイス」

様々な 機能性酸化物の光・電気・磁気特性を切替えることの開発を行っている。そのために必要な高品質薄膜を作製に成功した。

するための「特殊なエピタキシャル薄膜成長方法」の開発（d）スピントロニクスデバイスの開発も行っている。

エレクトロニクスの低消費電力化を可能とする不揮発性ラ（a）熱電変換材料の開発

ンダムアクセスメモリや不揮発性ロジックの構成素子とし熱を電力に変える「ゼーベック効果」と、電流で冷やす「ペて、三端子磁気トンネル接合(MTJ)が注目されている。このルチェ効果」に代表される、金属や半導体などの導体が示

三端子MTJの動作では、電気的な磁化方向の検出と制御がす、熱⇔電気変換効果は、総称して「熱電効果」と呼ばれ必要である。高スピン偏極率のハーフメタルを三端子MTJている。熱電効果は、熱源さえあれば電力を取り出せるとに適用することにより、電気的な磁化方向検出の高感度化いう特長を利用した惑星探査機の動力源や、振動・騒音をが期待されるが、ハーフメタルにおいては電気的な磁化方発生しない冷却が可能という特長を利用した小型冷蔵庫と向制御に関する研究は少なく、ハーフメタルのスピントロ

して実用化されている。希少・毒性元素を含まず、化学的・ニクス応用の可能性を調べるうえでも、さらなる研究が必

熱的に安定な金属酸化物で高い変換性能を示すものが見つ要である。そこで酸化物ハーフメタルをベースとする機能

かれば、例えば、工場や発電所、自動車などから排出され性酸化物において、電気的な磁化方向制御手法として期待る熱を電力に変換できるようになる。現在は、超精密な薄されているスピン軌道相互作用に基づく電流誘起有効磁場

膜合成技術を武器として、極薄の金属酸化物が示す巨大なと電流誘起磁壁移動に関する研究を行っている。

熱電効果の起源を解き明かし、真に実用的な変換性能を示（e）特殊なエピタキシャル薄膜成長方法の開発

す酸化物熱電材料の実現を目指している。

高温超伝導体として知られるYBa2Cu3O7に代表されるよ（b）透明酸化物半導体の開発

うに、多くの複合酸化物が複雑な層状の結晶構造になるこITO（スズ添加酸化インジウム）に代表される透明導電性とが知られている。層状複合酸化物を原子・分子オーダー

酸化物は、古くから液晶テレビや有機ELテレビの透明電極

周期の超格子とみなすと、様々な興味深い物性を示すこととして利用されている。一般的には、スパッタリング法なが期待される。単結晶薄膜は薄膜デバイスを作製するため

どでガラス基板上に作製されたセラミックスのような多結に必要不可欠だが、層状複合酸化物の単結晶薄膜を合成す

晶薄膜が用いられている。当研究室では、透明導電性酸化ることは容易ではない。例えば、InGaO3(ZnO)m（mは自然物を、透明酸化物半導体として利用可能にするための研究

数）単結晶薄膜を一般的な気相薄膜成長法で作製しようとを行っている。具体的には、積層構造の作製を可能にし、しても、構成成分の蒸気圧差が大きいため、単一結晶相を

髙いキャリア移動度を実現するための高品質エピタキシャ

得ることすらできない。当研究分野では「反応性固相エピ

ル薄膜の作製と、製造コストを下げ、実用化が可能な材料

タキシャル成長（R-SPE）法」を発展させ、様々な層状複にするために、室温下で高品質アモルファス薄膜を作製す

合酸化物のエピタキシャル薄膜作製に取り組んでいる。

る研究を行っている。
- 39 -

２．研究成果（a）熱電変換材料の開発
効率良く熱（温度差）を電気に変換するため、熱電変換
材料には、高い導電率、大きな熱電能、低い熱伝導率の三つの性質を同時に満たすことが求められる。しかし、導電率と熱電能の大きさの間にはトレード・オフの関係があり、性能を高めるためには導電率と熱電能の相関関係を改良する必要がある。ひとつの解決方法として、1993年にマサチューセッツ工科大学のドレッセルハウス教授らによって「狭い空間に電子を閉じ込めると，導電率を変えることなく熱電能を高められる」という理論が提案された。この理論
は、2007年、「導電性の極薄層を、絶縁体で閉じ込めた人工超格子」を用いて実証されたが、バルクの約5倍大きな熱電能増強が起こるものの、絶縁層を含む人工超格子全体の変換性能はバルクの最大値とほとんど変わらないという問題があった。
この問題を解決するため、本研究では、2016年に齋藤理

図 1 （上）作製した SrTiO3 人工超格子の模式図、HAADF-STEM 像、一郎教授（東北大学）とドレッセルハウス教授らによって計算によって求めた超格子中の電子密度、（下左）熱電能の増強度合新たに提案された理論「大きく広がった電子を狭い空間にい、（下右）熱電変換出力因子

閉じ込めることで、より大きな熱電能増強が起こる」の実証に取り組んだ。電子には、粒子としての性質と、波とし格子の導電率は電子キャリア濃度にほぼ正比例して変化しての性質があることが知られている。ここで、電子の広がたが、人工超格子の熱電能の電子キャリア濃度依存性は、

りを、ド・ブロイ波長を用いて規格化する。まず、従来よバルク（キャリア濃度が1桁変化すると、熱電能は198 μV

りもド・ブロイ波長が長い極薄層（厚さ0.4 nm～5 nm）を

K-1変化する）よりも急な傾き（約300 μV K-1）で変化する

用意し、この極薄層を電気が流れない絶縁体（厚さ約4 nm）
で挟み込んだ，サンドウィッチのような構造（人工超格子）ことが分かった。これらのデータを用いて、熱電出力因子（＝熱電能×熱電能×導電率）を算出したところ（図1下右）、

を作製することにより、大きく広がった電子を狭い空間に

x ＝ 0.6 の 人 工 超 格 子 が 、 従 来 比 約 2 倍 に 相 当 す る 5.5

閉じ込めた。

mW/mK2の熱電変換出力を示すことを見出した。これらの電気を通す極薄層の材料として、2007年の報告と同じチ

結果は、2016年に齋藤教授とドレッセルハウス教授らによ

タン酸ストロンチウムにニオブを加えた物質を選択した。

って提案された理論が正しいことを実験的に証明するもの

チタン酸ストロンチウムとニオブ酸ストロンチウムの間にであり、チタン酸ストロンチウム以外の熱電材料に適用すは、SrTi1-xNbxO3固溶体（0≦x≦1）を形成できることが知ることで、その熱電変換出力が大幅に高められることを明られています。まず、SrTi1-xNbxO3固溶体（0≦x≦1）の薄

確に示すものである。

い膜を作製し、そのド・ブロイ波長を調べたところ、x≦0.3

今回の発見は、ド・ブロイ波長が長い材料を低次元化し、の場合には従来と同じ4.1 nmだったが、x≧0.4の場合には電子を無理矢理狭い空間に閉じ込めることで、熱電材料に5.3 nmとなり、約30％大きく広がることが分かった。

温度差を与えた際に発生する電圧に相当する熱電能をバル

次に、SrTi1-xNbxO3固溶体（x＝0.2，0.3，0.8）を極薄の導ク比１桁増強するという画期的な結果であり、現在、世界電層として使用し、絶縁体SrTiO3層で挟み込んで人工超格中で活発に研究されている熱電材料を高性能化するための子（図1上）を作製し、熱電特性を計測した。ここでは便宜

有力な材料設計指針となると期待される。
（この研究成果は、的に、x≦0.3をA領域，x≧0.4をB領域と定義する。図1下左に、 x≦0.3（A領域）と x≧0.4（B領域）の導電極薄層（12018年6月20日 Nature Communications に掲載された）（b）透明酸化物半導体の開発～12単位格子、1単位格子の厚さは0.4 nm）を、厚さ約4 nm

透明酸化物半導体 La ドープ BaSnO（以下LBSO と略す）
3の絶縁体層で挟み込んだ人工超格子の熱電能増強度合を示

は、可視光の最大エネルギー（3.1 eV）よりも大きなバンす。導電層の厚さが減少するにつれて熱電能が増大し、ドギャップを有するため透明であり、バルク単結晶が320x≦0.3（A領域）の人工超格子では、従来と同じくバルク比

cm2 V−1 s−1の高い電子移動度を示すことが報告されて以来、4-5倍の熱電能増強が見られたが、本研究のx≧0.4（B領域）

世界中で活発に研究が行われている。しかし、LBSO 薄膜の人工超格子の熱電能増強度合は10倍に達した。

の電子移動度は低く（<100 cm2 V−1 s−1）、実用化の障害とな

次に、極薄導電層の厚さを1単位格子（0.4 nm）に固定しっている。移動度を抑制している原因は、LBSO 薄膜/酸化て、導電率と熱電能を計測した。バルクと同様に、人工超- 40 -

物単結晶基板間の格子不整合に由来する貫通転位と信じら（c） 光・電気・磁気記憶デバイスの開発れているが、格子不整合のない単結晶基板（BaSnO3単結晶）

2017年度下期から三菱財団自然科学部門 助成金を獲得を用いた場合も移動度は低いことが報告されており、そのして研究を継続して行っている。本研究のターゲットは、

原因は明らかにされていない。

電解質代わりに利用している多孔質絶縁体（細孔に水を含本研究では、LBSO 薄膜の電子移動度が低い原因を明らむ）の組成や微細構造を変化させることで、イオン伝導性

かにし、バルク単結晶と同等の高移動度を示す薄膜を実現を高め、デバイス化した際の動作電圧・動作時間を下げるするため、格子定数の異なる２種類の酸化物単結晶を基板ことである。具体的な数値目標は、駆動電圧3 V 以下、駆とし、電子輸送特性の膜厚依存性を計測するという、極め動時間1 s 以内である。2017年度末には、WO3を活性層とすて基本的な検討を行った。その結果、LBSO よりも格子定る薄膜デバイスでこの数値目標をクリアし、現在新しい研数が小さい SrTiO3基板と、LBSO よりも格子定数が大きい

究プロジェクトに向けた研究を行っている。

MgO 基板上に作製した LBSO 薄膜において、両者の電子輸（d）スピントロニクスデバイスの開発

送特性はほぼ同様の膜厚依存性を示した。
（結晶粒径、格子

近年、スピントロニクス素子の磁化方向を電気的に制御

定数、微細構造の膜厚依存性は全く異なった）膜厚増加にする方法として、スピン軌道相互作用に起因した電流誘起

伴って、キャリア電子濃度と移動度が共に増加した（図2）。

有効磁場の利用が注目されている。本年度は、昨年度に観（この研究成果は、2018年6月6日 Applied Physics Letters に測した酸化物ハーフメタルLa0.7Sr0.3MnO3（LSMO）における掲載された）

電流誘起有効磁場の機構を調べるため、有効磁場のチャネ作製した薄膜表面の Sn の酸化数を XAS で調べたところ、

ル 方 向 依 存 性 を 調 べ た 。 膜 厚 11 u.c. の LSMO 薄 膜 をSn4+とともに Sn2+が検出された。成膜時の雰囲気の酸化力がSrTiO3(001)基板上にパルスレーザ堆積法によりエピタキシャル

十分ではないと判断し、酸素よりも酸化力の強いオゾンを成長させた。そして、薄膜をフォトリソグラフィとウェッ

10％ほど混合した雰囲気中で薄膜成長を行ったところ、薄トエッチングにより、[100]と[110]に沿った幅10μmのチャ

膜が薄い段階でキャリア濃度、移動度が急激に増加し、最ネルと2対のホールプローブを備えたホールバー形状に加

終的には酸素中の薄膜を15％上回る移動度が得られた。
（論

工した。磁化方向を容易軸方向の１つに揃えた後、外部磁場

文投稿中）を掃引して磁化方向を別の容易軸方向にスイッチングさせた。
そのスイッチング磁場の電流依存性から有効磁場を調べたとこ
ろ、[100]と[110]チャネルの素子ではともに電流と直交する方向の有効磁場が誘起された。また、有効磁場の大きさを[100]と[110]チャネルの素子で比較したところ、図3に示すようにそれらにエラーバーの範囲で違いは見られなかった。このことから、LSMOの有効磁場は試料構造などの結晶方向によらない機構に起因していることが示唆される。

 0H eff (mT)0.10[100] channel[110] channel

130 K

0.05

0.00
0.0

0.5

1.0

1.5 2.0
I (mA)

2.5

3.0

図 3 [100]と[110]チャネルの素子における電流誘起有効磁場の電流依存性（e）特殊なエピタキシャル薄膜成長方法の開発
2017年度から開始した基盤研究(A) 「熱電材料の高 ZT
図 2 LBSO 薄膜の（上）キャリア濃度、（中）熱電能、（下）Hall化に向けたナノ周期平行平板構造の熱伝導率解明」に供す

移動度の膜厚依存性（室温）る試料として、反応性固相エピタキシャル成長法によるCa3Co4O9薄膜および InGaO3(ZnO)m 薄膜の作製に取り組ん- 41 -

だ。現在、両薄膜の作製と熱伝導率の計測が完了したとこ

７)

Hiromichi Ohta*, Sung Wng Kim, Shota Kaneki, Atsushi

ろであり、今後、比較・解析・計算を行った後、論文投稿

Yamamoto, and Tamotsu Hashizume*, “High thermoe-

する予定である。

lectric power factor of high-mobility two-dimensional
electron gas”, Adv. Sci. 4, 1700696 (2017).
８)

３．今後の研究の展望

Amit Khare, Jaekwang Lee, Jaeseoung Park, Gi-Yeop
Kim, Si-Young Choi, Takayoshi Katase, Seulki Roh, Tae

2016年度末で前助教が栄転し、その後、すぐに助教を採Sup Yoo, Jungseek Hwang, Hiromichi Ohta, Junwoo Son,

用することができなかったため、2017年度は一部研究が滞and Woo Seok Choi, “Directing oxygen vacancy channels

った部分があったが、2018年度に入りHai Jun Cho助教が着in SrFeO2.5 epitaxial thin films”, ACS Appl. Mater. In-

任し、再びアクティブな研究体制に戻すことができた。特terfaces 10, 4831-4837 (2018).

に、2017年度から新たに開始した薄膜の熱伝導率に関する

９)

Hirofumi Matsuoka, Kaito Kanahashi, Naoki Tanaka,

研究テーマや、熱デバイスの開発に大きな進展が予想されYoshiaki Shoji, Lain-Jong Li, Jiang Pu, Hiroshi Ito, Hi-る。また、国際共同研究が活発になってきており、2018年

romichi Ohta, Takanori Fukushima, and Taishi Takenobu,

度のJSPS-NRF日韓二国間共同研究事業に採択されるなど、“Chemical hole doping into large-area transition metal

学生・若手研究者の交流の機会も大幅に増えそうである。

dichalcogenide monolayers using boron-based oxidant”,

これまでの国際交流の成果も、高インパクトファクタの学

Jpn. J. Appl. Phys. 57, 02CCB15 (2018).

術論文掲載という形で徐々に現れてきており、お互いに１０) Ke-Ke Fu, Rong-Bin Wang, Takayoshi Katase, Hiromichi

Win-Winの関係で交流できている。

Ohta, Norbert Koch, and Steffen Duhm*, “Stoichiometricand oxygen deficient VO2 as versatile hole injection
electrode for organic semiconductors”, ACS Appl. Mater.

４．資料

Interfaces 10, 10552–10559 (2018).

4.1 学術論文（査読あり）
１)

Amit Khare, Dongwon Shin, Taesup Yoo, Minu Kim, Tae

4.2 学術論文（査読なし）

Dong Kang, Jaekwang Lee, Seulki Roh, Jungseek Hwang,

該当なし

Sung Wng Kim, Tae Won Noh, Hiromichi Ohta, and Woo

２)

Seok Choi, “Topotactic Metal-Insulator Transition in

4.3 総説・解説・評論等

Epitaxial SrFeOx Thin Films”, Adv. Mater. 29, 1606566

１)

Kataseand

Hiromichi

Ohta,“Transi-(2017).

tion-metal-oxide based functional thin-film device using

A.V. Sanchela, T. Onozato, B. Feng, Y. Ikuhara, and H.

leakage-free electrolyte”, J. Ceram. Soc. Jpn. 125,

Ohta, “Thermopower modulation clarification of the in-608-615 (2017). The 71st CerSJ Awards for Advance-trinsic effective mass in a transparent oxide semicon-

ments in Ceramic Science and Technology (Dr. Katase):

ductor, BaSnO3”, Phys. Rev. Materials 1, 034603 (2017).
３)

Takayoshi

Review

Shao-Pin Chiu, Michihiko Yamanouchi, Tatsuro Oyamada,２)

太田裕道：「特集：電子材料の新展開 エレクトロクロミック

Hiromichi Ohta, and Juhn-Jong Lin, “Gate tunable

材料とその可能性」、日本電子材料技術協会会報、48：

spin-orbit coupling and weak antilocalization effect in an

2-5 (2017)

epitaxial La2/3Sr1/3MnO3 thin film”, Phys. Rev. B 96,４)５)085143 (2017).

4.4 著書Jae-Yeol Hwang, Young-Min Kim, Kyu Hyoung Lee,

１)

Hiromichi Ohta, Chapter 18 Thermoelectrics based on

Hiromichi Ohta, Sung Wng Kim, “Te monolayer-driven

metal oxide thin films in “Metal Oxide-Based Thin Film

spontaneous van der Waals epitaxy of two-dimensional

Structures (1st Edition) Formation, Characterization andpnictogen chalcogenide film on sapphire”, Nano Lett. 17,

Application of Interface-based Phenomena”, Ed. Nini

6140 (2017).

Pryds, Vicenzo Esposito (ISBN 9780128111666), ELSE-

Takayoshi Katase, Yuki Suzuki , Hiromichi Ohta, “Highly

VIER (2017).

conducting leakage-free electrolyte for SrCoOx-based
non-volatile memory device”, J. Appl. Phys. 122, 135303

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）(2017).
６)

該当なし

Yukio Nezu, Yu-Qiao Zhang, Chunlin Chen, Yuichi
Ikuhara, and Hiromichi Ohta, “Solid-phase epitaxial film

4.6 講演growth and optical properties of a ferroelectric oxide,ａ．招待講演（国際学会）

Sr2Nb2O7“, J. Appl. Phys.122, 135305 (2017).

１)- 42 -

H. Ohta, “Electrochemical function modulation of oxides

using three-terminal thin film transistor structure with２)

water infiltrated insulator”, The 3rd Functional Oxide

性酸化物ナノ層の創製”, 日本金属学会 2017 年 秋期

Thin Films for Advanced Energy and Information Tech-

講演大会, 北海道大学, 札幌, 2017 年 9 月 6 日―8 日

nology, Sheraton Roma, Roma, Italy, 2017 年 7 月 5 日–8（基調講演）

日 (Invited)２)３)測”, 第 14 回 薄膜材料デバイス研究会, 龍谷大学 響

two-dimensional electron gas”, IUMRS-ICAM (The 15th

都ホール校友会館, 京都, 2017 年 10 月 20 日－21 日（招International Conference on Advanced Materials), Yo-

待講演）
４)

ンデマンド赤外線透過率-導電率制御デバイス”, 日Hiromichi Ohta, “Electrochemical modulation of func-

本真空学会 スパッタリングおよびプラズマプロセス

tional oxides using three-terminal thin film transistor

技術部会, 機械振興会館（東京都）2017 年 10 月 31日（招待講演）at Tshinghua University (hosted by Prof. Yu Pu),

５)会シリコン材料デバイス・電子デバイス合同研究会,（セミナー講演）

北海道大学 百年記念会館（北海道, 札幌市）, 2018

Hiromichi Ohta, “Epitaxial film growth and some appli-

年 2 月 28 日-3 月 1 日（招待講演）
６)

太田裕道, “水を使った機能性酸化物の光・電気・磁気

ries at Materials Science & Engineering, University of

特性切替え”, 平成 29 年度日本表面科学会東北・北海

Toronto, Toronto (Canada), 2017 年 10 月 3 日（招待講

道支部講演会, 室蘭工業大学, 北海道室蘭市, 2018 年

演）６)

太田裕道, “半導体薄膜の熱電特性”, 電子情報通信学

Tshinghua University, Beijing, China, 2017 年 9 月 26 日

cations of functional oxides”, Distinguished Lecture Se-

５)

片瀬貴義, 太田裕道, “含水多孔質ガラスを用いたオ

月 27 日–9 月 1 日 (Invited)

structure with water infiltrated gate dielectrics”, Seminar４)

太田裕道, “薄膜トランジスタ構造を用いた熱電能の計

H. Ohta, “Electric field modulation of thermopower inshida Campus, Kyoto University, Kyoto, Japan, 2017 年 8３)太田裕道, “固相エピタキシャル成長法を駆使した機能

3 月 8 日-9 日（招待講演）

Hiromichi Ohta, “Electric field thermopower modulation

７)

太田裕道, “二次元電子系の熱電ゼーベック効果”, 第measurement”, Seoul National University, Seoul (Korea),

65 回 応用物理学会春季学術講演会, 早稲田大学 西2017 年 10 月 13 日（セミナー講演）

早稲田キャンパス（東京都, 新宿区）, 2018 年 3 月 17 日

Hiromichi Ohta, Yu-Qiao Zhang, “Double enhancement-20 日（招待講演）

of thermoelectric power factor in oxide two-dimensional

７)

electron system via precise dimensionality control”, 2017

ｃ．一般講演（国際学会）

Fall Korean Physical Society (KPS) Meeting, Gyeongju,

１)

Ikuhara, and Hiromichi Ohta, “Thermopower modulation

Michihiko Yamanouchi, Tatsuro Oyamada, Takayoshi

clarification of intrinsic carrier transport of novel trans-

Katase, and Hiromichi Ohta, “Current-induced effective

parent conducting oxide, BaSnO3“, IUMRS-ICAM 2017

magnetic field in La0.67Sr0.33MnO3/SrTiO3“, The 9th(The 15th International Conference on Advanced Mate-RIES-CIS symposium, National Chiao Tung University,

rials), Yoshida Campus, Kyoto University, Kyoto, Japan,

Taiwan, 27th October, 2017 (Invited)
８)

Takayoshi

Kataseand

Hiromichi

27 Aug.-1 Sep. 2017 (Oral).
Ohta,

２)

Y. Zhang, B. Feng, H. Hayashi, T. Tohei, I. Tanaka, Y.

“Room-temperature-protonation-driven optoelectronic

Ikuhara, and H. Ohta, “Thermoelectric Performance ofdevice with water-gated thin-film-transistor structure”,

SrTi1-xNbxO3

the 8th International Conference and Exhibition on La-

IUMRS-ICAM 2017 (The 15th International Conferencesers, Optics & Photonics, Las Vegas, USA, 15-17 No-

on Advanced Materials), Yoshida Campus, Kyoto Uni-

vember, 2017 (Invited)９)

Anup V. Sanchela, Takaki Onozato, Bin Feng, Yuichi

Korea, 25-27 October, 2017 (Invited)

System(Bulk

andSuperlattices)”,versity, Kyoto, Japan, 27 Aug.-1 Sep. 2017 (Oral).

H. Ohta, A. Sanchela, “Thermopower of oxide hetero-３)

Rongbin Wang, Keke Fu, Takayoshi Katase, Hiromichi

structure”, ICAMD2017 (The 11th International Con-Ohta, Steffen Duhm, and Norbert Koch, “Vanadium di-ference on Advanced Materials and Devices), Jeju, Korea,oxide as high work function electrode”, DPG Spring

5-8 December, 2017 (Invited)

Meeting and EPS-CMD27, Berlin, 11-16 March, 2018４)

Hiroaki Nakade, Shun Kondo, Eita Tochigi, Bin Feng,ｂ．招待講演（国内学会）

Yukio Nezu, Hiromichi Ohta, Naoya Shibata, and Yuichi

１)

太田裕道, “水を使った機能性酸化物薄膜の光・電気・

Ikuhara, “Direct observation of martensitic phase trans-

磁気物性切替え手法”, 産業技術総合研究所 中部セン

formation in yttria stabilized tetragonal zirconia”, 6th

ター 講演会, 産総研中部センター（愛知県, 名古屋市）,

International

2017 年 9 月 5 日（招待講演）(ISAC-6), Tohoku University, Sendai, Japan, March- 43 -

Symposiumon

Advanced

Ceramics

12-14, 2018

日-2 日
９)

M. Wei, A. V. Sanchela, B.Feng, J. Lee, G. Kim, H. Jeen,ｄ. 一般講演（国内学会）

Y. Ikuhara and H. Ohta, “Origin of mobility suppression

１)

金橋魁利，竹腰直哉，Yong-Young Noh，太田裕道，

in La-doped BaSnO3 films”, 第 53 回応用物理学会北海

田中久暁，竹延大志, “電解質ゲートによる導電性高道支部/第 14 回日本光学会北海道支部合同学術講演

分子 DPPT-TT の熱電特性変調”, 第 78 回 応用物理学会, 北海道大学・学術交流会館（北海道・札幌市）, 2018

会 秋季学術講演会, 福岡国際会議場（福岡県, 福岡

年 1 月 6 日-7 日市）, 2017 年 9 月 5 日-8 日
２)１０) 小 山 田 達 郎 , 片 瀬 貴 義 , 太 田 裕 道 , 山 ノ 内 路 彦 ,Kaito Kanahashi, Naoki Tanaka, Yoshiaki Shoji, Masatou“La0.67Sr0.33MnO3/SrTiO3 ホールバー構造における電流

Ishihara, Masataka Hasegawa, Hiromichi Ohta, Takanori

誘起有効磁場の膜厚・チャネル方向依存性”, 第 53 回

Fukushima“Extremely

応用物理学会北海道支部/第 14 回日本光学会北海道

high-density hole-carrier doping into graphene films by a

支部合同学術講演会, 北海道大学・学術交流会館（北andTaishiTakenobu,

boron-based oxidant”, 第 53 回 フラーレン・ナノチュ

３)

４)

５)

６)

海道・札幌市）, 2018 年 1 月 6 日-7 日

ーブ・グラフェン 総合シンポジウム, 京都大学 宇治

１１) 中出博暁, 栃木栄太, 馮 斌, 柴田直哉, 幾原雄一, 近

おうばくプラザ（京都府, 宇治市）, 2017 年 9 月 13

藤 隼, 根津有希央, 太田裕道, “イットリア安定化正日-15 日（ポスター）

方晶ジルコニアの応力誘起相変態その場観察”, 日本

金橋魁利, 竹腰直哉, Yong-Young Noh, 太田裕道, 田

セラミックス協会 2018 年年会, 東北大学川内北キャ

中久暁, 竹延大志, “導電性高分子のフィリング制御

ンパス（宮城県仙台市）, 2018 年 3 月 15 日-18 日と熱電変換特性”, 日本物理学会 2017 年秋季大会,

１２) 魏 冕，サンチェラ・アナップ，馮 斌，李 浚赫，金 高

岩手大学（岩手県, 盛岡市）, 2017 年 9 月 21 日-24

韻，陳 亨秦，幾原雄一，太田裕道, “La ドープ BaSnO3日（ポスター）

薄膜の電子移動度抑制の起源（I）”, 2018 年 第 65 回

竹腰直哉, 金橋魁利, 田中久暁, 伊東裕, 太田裕道,

応用物理学会春季学術講演会, 早稲田大学・西早稲田

竹延大志, “イオン液体ゲートトランジスタによる導キャンパス（東京都）, 2018 年 3 月 17 日‐20 日

電性高分子 PBTTT の熱電特性制御”, 日本物理学会

１３) サンチェラ・アナップ，魏 冕，馮 斌，李 浚赫，金 高

2017 年秋季大会, 岩手大学（岩手県, 盛岡市）, 2017

韻，陳 亨秦，幾原雄一，太田裕道, “La ドープ BaSnO3

年 9 月 21 日-24 日（ポスター）

薄膜の電子移動度抑制の起源（II）”, 2018 年 第 65

小野里尚記, Yi-Ming Chang, Yu-Miin Sheu, 太田裕道,

回応用物理学会春季学術講演会, 早稲田大学・西早稲“配向制御した層状コバルト酸化物エピタキシャル薄田キャンパス（東京都）, 2018 年 3 月 17 日‐20 日

膜の熱電特性”, 平成 29 年度日本セラミックス協会

１４) 田中久暁，竹腰直哉，金橋魁利，太田裕道, 伊東 裕，

東北北海道支部研究発表会, 東北大学片平さくらホ

竹延大志, “電解質ゲートによる導電性高分子の電子ール（宮城県仙台市）, 2017 年 11 月 1 日-2 日

状態及び熱電特性変調”, 2018 年 第 65 回応用物理学

根津有希央, 張 雨橋, 陳 春林, 幾原雄一, 太田裕道,

会春季学術講演会, 早稲田大学・西早稲田キャンパス“固相エピタキシャル成長法による Sr2Nb2O7 エピタキ（東京都）, 2018 年 3 月 17 日‐20 日

シャル薄膜の作製と光物性”, 平成 29 年度日本セラ

７)

ミックス協会 東北北海道支部研究発表会, 東北大学

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以片平さくらホール（宮城県仙台市）, 2017 年 11 月 1外）

日-2 日（ポスター）

１)

Yuqiao Zhang, Bin Feng, Hiroyuki Hayashi, Isao Tanaka,

科学研究費補助金 新学術領域研究「ナノ構造情報のYuichi Ikuhara and Hiromichi Ohta, “Large enhancement

フロンティア開拓‐材料科学の新展開」 第9回全体会

in effective thermoelectric power factor of Sr(Ti,Nb)O3

議, メルパルク京都, 京都, 2017年7月19日

superlattice”, 平成 29 年度日本セラミックス協会 東８)太田裕道, “酸化物ナノ層の熱電特性”, 文部科学省

２)

Yu-Qiao Zhang, Feng Bin, Yuichi Ikuhara, and Hiromichi

北北海道支部研究発表会, 東北大学片平さくらホー

Ohta,ル（宮城県仙台市）, 2017 年 11 月 1 日-2 日

Sr(Ti,Nb)O3/SrTiO3 superlattices”, 新学術領域研究「ナAnup V. Sanchela, Takaki Onozato, Bin Feng, Yuichi

ノ構造情報のフロンティア開拓 ― 材料科学の新展

Ikuhara and Hiromichi Ohta, “Electric field thermopower

開」第５回若手の会, 晴海グランドホテル, 東京,

modulation of a transparent oxide semiconductor, BaSnO3:

Carrier

effective

mass

and

“Thermoelectric

power

factorof2017 年 7 月 25 日‐26 日（ポスター発表）

degener-３)

小野里尚記, 太田裕道, “層状コバルト酸化物エピタ

ate/non-degenerate threshold”, 平成 29 年度日本セラ

キシャル薄膜の熱電特性－結晶方位依存性－”, 新学

ミックス協会 東北北海道支部研究発表会, 東北大学

術領域研究「ナノ構造情報のフロンティア開拓 ― 材

片平さくらホール（宮城県仙台市）, 2017 年 11 月 1

料科学の新展開」第５回若手の会, 晴海グランドホテ- 44 -

４)ル, 東京, 2017年7月25日‐26日（ポスター発表）

省 科学研究費補助金 新学術領域研究 「ナノ構造情

根津有希央, Yu-Qiao Zhang, Chunlin Chen, 幾原雄一,

報のフロンティア開拓‐材料科学の新展開」 第 5 回公開

太田裕道, “固相エピタキシャル成長法によるシンポジウム, メルパルク京都, 京都, 2018 年 3 月 7 日

Sr2Nb2O7エピタキシャル薄膜の作製と光物性”, 新学

５)

術領域研究「ナノ構造情報のフロンティア開拓 ― 材

4.7 シンポジウムの開催

料科学の新展開」第５回若手の会, 晴海グランドホテ

１)

diode （熱のダイオードの試作）」、講師：寺崎一郎 教

小山田達郎, 片瀬貴義, 太田裕道, 山ノ内路彦, “酸化授 （名古屋大学）、電子科学研究所学術交流委員会主物ハーフメタルLa0.67Sr0.33MnO3における電流誘起有効

催、2017 年 6 月 30 日.

磁場の膜厚依存性”, 新学術領域研究「ナノ構造情報

６)２)epitaxial thin films: Topotactic phase transformation,

手の会, 晴海グランドホテル, 東京, 2017年7月25日‐

orientation control, and improper ferroelectricity」、講26日（ポスター発表）

師：Woo Seok Choi （韓国・成均館大学校）、電子科学

太田裕道, “透明酸化物半導体BaSnO3薄膜のキャリア

研究所学術交流委員会主催、2017 年 8 月 7 日.
３)電子科学研究所学術講演会、「電圧スピン制御技術の創出ダイナミック・アライアンス G1 エレクトロニ

進展 ～電圧制御型磁気メモリの実現に向けて～」、講

クス 物質・デバイス グループ分科会, 西の雅常盤,師： 野崎隆行 氏（産業技術総合研究所）、「高分解能山口, 2017年10月31日-11月1日

電子顕微鏡法による酸化物機能性発現メカニズムの解

山ノ内路彦, “酸化物ヘテロ構造における電流誘起有明」、講師： 藤平哲也 氏（大阪大学 基礎工）、電子科

効磁場”, 人・環境と物質をつなぐイノベーション創学研究所学術交流委員会主催、2017 年 12 月 13 日

出ダイナミック・アライアンス G1 エレクトロニク８)

電子科学研究所学術講演会、「Brownmillerite SrFeOxのフロンティア開拓 ― 材料科学の新展開」第５回若有効質量”, 人・環境と物質をつなぐイノベーション

７)

電子科学研究所学術講演会、「Trial devices for thermal

ル, 東京, 2017年7月25日‐26日（ポスター発表）

４)

電 子 科 学 研 究 所 学 術 講 演 会 、 「 The Mott insulator

ス 物質・デバイス グループ分科会, 西の雅常盤, 山

Ca2RuO4 in a non-equilibrium steady state (非平衡定常口, 2017年10月31日-11月1日

状態におけるモット絶縁体 Ca2RuO4)」、講師： 寺崎一郎

Anup V. Sanchela, H. Zensyou, Bin Feng, Yuichi Ikuhara

教授（名古屋大学）、電子科学研究所学術交流委員会

and Hiromichi Ohta, “High-mobility transparent con-

主催、2017 年 12 月 13 日

ducting BaSnO3 film”, The 18th RIES-Hokudai International Symposium 極

９)[Kyoku], Chateraise Gateaux

4.8 共同研究

Kingdom Sapporo, Sapporo, Japan, 30 Nov.-1 Dec. 2017ａ. 所内共同研究（ポスター）

１)

Y. Zhang, B. Feng, H. Hayashi, I. Tanaka, Y. Ikuhara,

グリーンフォトニクス研究分野（三澤弘明教授、上野貢生
准教授、押切友也助教）と密接に共同研究を実施した.

and H. Ohta, “Double enhancement of thermoelectric２)

power factor in advanced oxide two-dimensional electron

光システム物理研究分野（藤原准教授）と酸化亜鉛薄膜作製などの共同研究を実施した。

system”, The 18th RIES-Hokudai International Symposium 極 [Kyoku], Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo,ｂ. 民間等との共同研究

Sapporo, Japan, 30 Nov.-1 Dec. 2017（ポスター）

該当なし

１０) Y. Nezu, Y. Zhang, C. Chen, Y. Ikuhara, and H. Ohta,“Solid-phase epitaxial film growth and optical properties
ofaferroelectricoxide,

Sr2Nb2O7“,

RIES-Hokudai International Symposium 極Theｃ. 委託研究

18th

該当なし

[Kyoku],Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo, Sapporo, Japan,

ｄ. 国際共同研究

30 Nov.-1 Dec. 2017（ポスター）

１)

１１) Takaki Onozato, Yi-Ming Chang, Yu-Miin Sheu, and

移金属酸化物薄膜の熱電能計測に関する共同研究をHiromichi Ohta, “Absence of thermal conductivity ani-

実施した。

sotropy in Ca3Co4O9“, The 18th RIES-Hokudai International Symposium 極

韓国・成均館大学校の Woo Seok Choi 助教と密接に遷２)[Kyoku], Chateraise Gateaux

韓国・成均館大学校の Sung Wng Kim 教授との共同研究
成果が独科学誌 Advanced Materials に掲載された。

Kingdom Sapporo, Sapporo, Japan, 30 Nov.-1 Dec. 2017３)

（ポスター）

台湾・アカデミアシニカの Wei-Li Lee 博士に CAN ゲート
SrTiO3 トランジスタを送付し、共同研究を継続中。超伝導１２) 太田裕道, “捨てられている熱を電気に変えよう！”, 札幌

転移を確認したとの報告を受けている。

市青少年科学館 先端科学技術講座, 18 Feb. 2018４)１３) 太田裕道, “酸化物ナノ層の熱電特性増強”, 文部科学

台湾・国立交通大学の Yu-Miin Sheu 助教と、超格子薄膜の熱伝導率計測に関する共同研究を行った。

- 45 -

５)
６)

韓国・釜山大学校の Hyoungjeen Jeen 准教授と二国間共

Gowoon Kim4, Hyoungjeen Jeen4, Yuichi Ikuhara3, Hi-

同研究を申請し、採択された。

romichi Ohta1,2 （北大院情報 1，北大電子研 2，東大院工韓国・ソウル大学校の Kookrin Char 教授と透明酸化物半

3，釜山大物理 4）

導体に関する共同研究を開始した。
７)

５) サンチェラ アナップ クマール, 第 47 回 電子科学

中国・清華大学の Pu Yu 教授と遷移金属酸化物の酸化研究所 松本・羽鳥奨学賞

還元反応に関する共同研究を開始した。
８)

カナダ・トロント大学の Uwe Erb 教授との共同研究を開始

4.11 社会教育活動した。

ａ．公的機関の委員
該当なし

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）
ａ． 科学研究費補助金

ｂ．国内外の学会の役職

１)１) 太田裕道：日本熱電学会 評議員、2014 年 11 月 20

太田裕道（代表）、基盤研究(A)、「熱電材料の高 ZT 化に向けたナノ周期平行平板構造の熱伝導率解明」、

日～.

2017～2020 年度.
２)２) 太田裕道：日本セラミックス協会東北・北海道支部

太田裕道（代表）、新学術領域、「ナノ構造情報」計画

理事、2017年4月1日～.

班：「原子層制御による新しい材料機能探索」、2013

３) 山ノ内路彦：応用物理学会～2017 年度.
３)

北海道支部

庶務幹事、

2016年4月1日～2018年3月31日.

寺崎一郎（代表）、太田裕道（分担）、基盤研究(B)、「光
ドープされた伝導体の電子輸送特性」、2013～2017 年

ｃ．兼任・兼業

度.

１)

太田裕道：韓国・成均館大学校 BK21＋プロジェクト
Visiting Professor、2014 年 3 月～.

ｂ．大型プロジェクト・受託研究
１) 太田裕道、旭硝子財団 2017 年度 ステップアップ助

d.外国人研究者の招聘

成「半導体界面に蓄積された二次元電子ガスの熱電能

１)電界変調」 2017 年度～2019 年度.

Jason Tam、カナダ、2017 年 6 月 20 日～2017 年 8 月
21 日２) 太田裕道、三菱財団 平成 29 年度 自然科学部門 助成

２)

金「色・導電率を切替え可能な三端子型 WO3 薄膜トラン

Soogil Lee、韓国、2017 年 9 月 10 日～2017 年 9 月 23日

ジスタの低電圧・高速動作に向けた材料改質」 2017 年

３)

Gowoon Kim、韓国、2017 年 9 月 10 日～9 月 23 日

10 月～2018 年 9 月

４)Joonhyuk Lee、韓国、2017 年 9 月 10 日～9 月 23 日

５)

Gowoon Kim、韓国、2018 年 1 月 14 日～1 月 29 日

4.10 受賞

６)

Eunyoung Ahn、韓国、2018 年 1 月 14 日～22 日

１) 第 71 回（平成 28 年度）日本セラミックス協会賞 進７)

Jianbing Zhang、中国、2018 年 3 月 4 日～18 日

歩賞, 片瀬貴義, 「遷移金属酸化物の酸化・還元を利８)Jason Tam、カナダ、2018 年 3 月 19 日～4 月 19 日

用した薄膜機能デバイスの開発」, 2017 年 6 月 2 日２) Award for Encouragement of Research in IUMRS-ICAM

ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）

2017, Anup V. Sanchela, “Thermopower modulation

１)

clarification of intrinsic carrier transport of novel trans-

太田裕道、2017 年 4 月～7 月.

parent conducting oxide, BaSnO3”, IUMRS-ICAM 2017

２)

(The 15th International Conference on Advanced Mate-

大学院、光電子物性学特論、太田裕道、山ノ内路彦、
2017 年 6 月～7 月.

rials), Yoshida Campus, Kyoto University, Kyoto, Japan,

３)

27 Aug.-1 Sep. 2017 (Oral)

全学教育科目「環境と人間」ナノテクノロジーが拓く
光・マテリアル革命（分担）、太田裕道、2018 年 4 月

３) 平成 29 年度日本セラミックス協会 東北北海道支部

14 日.

研究発表会 優秀発表賞 小野里尚記, Yi-Ming Chang,

４)

Yu-Miin Sheu, 太田裕道, “配向制御した層状コバルト

大学院、ナノテクノロジー・ナノサイエンス概論Ⅱ 講義責任者、太田裕道、2017 年 11 月 15 日-17 日.

酸化物エピタキシャル薄膜の熱電特性”, 東北大学片５)

平さくらホール（宮城県仙台市）, 2017 年 11 月 1 日-2 日

工学部情報エレクトロニクス学科、電子デバイス工学、大学院、ナノテクノロジー・ナノサイエンス概論Ⅱ、
太田裕道、2017 年 11 月 16 日.

国際共同研究６)1４) Mian Wei , 第 21 回応用物理学会北海道支部発表奨励

工学部情報エレクトロニクス学科、応用数学演習Ⅱ、
山ノ内路彦、2017 年 4 月～7 月.

賞, “Origin of mobility suppression in La-doped BaSnO3

７)

films”, Anup V. Sanchela2, Bin Feng3, Joonhyuk Lee4,

工学部情報エレクトロニクス学科、学生実験（分担）、
太田裕道、山ノ内路彦、2017 年 4 月～7 月.

- 46 -

８)

工学部情報エレクトロニクス学科電気電子工学コー２０) “青色 LED 材料を活かして、熱を電気に変換”, J-Net 21,

ス、科学技術英語演習、太田裕道、山ノ内路彦、20172017 年 11 月 27 日

年 11 月～2018 年 3 月.

２１) “北大と産総研など、半導体二次元電子ガスが熱電変換材料に比べ 2～6 倍も大きな熱電変換出力因子を示すこｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期とを発見”、日本経済新聞（プレスリリース）、2017 年 11 月

間）
１)

27 日

該当なし

２２) “産総研, GaN を用いた高効率熱電変換に成功”, OPTRONICS ONLINE, 2017 年 11 月 27 日

ｇ. 新聞・テレビ等の報道
１)

２３)“北海道大学ほか 高効率な熱電変換材料 窒化ガリ由来で発見”, 日刊産業新聞 朝刊 12 面, 2017 年 11 月

fabcross for エンジニア, 2017 年 11 月 28 日

21 日
２)

２４)

化、北大など（森元美稀）”, 日経テクノロジーonline,

electron gas developed”, Electronics 360, No-2017 年 11 月 29 日
２５)

“ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,

５)

研究者 勝 未来), 2017 年 11 月 29 日

“ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,

２６)を示す（馬本隆綱, EE Times Japan）”, EE Times Japan,“ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,

2017 年 11 月 29 日
２７)

“ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,

８)

マイナビニュース, 2017 年 12 月 1 日“ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,

２８)“北大、青色 LED 材料を活かして熱を電気にScience Newsline, November 20, 2017

変換- 最先端熱電変換材料の 2〜6 倍”, excite ニュ“ Reusing waste energy with 2D electron gas”,

ース, 2017 年 12 月 1 日

Humanitarian News, November 20, 2017９)

“北大、青色 LED 材料を活かして熱を電気に変換- 最先端熱電変換材料の 2〜6 倍（早川厚志 ）”,Phys.org, November 20, 2017７)

“北大ら、性能を高める熱電材料の設計指針

Technology Breaking News, November 20, 2017
EurekAlert!, November 20, 2017６)

“青色 LED 材料を活かして、熱を電気に変換”,“科学技術書・理工学書”読書室－SBR－（科学技術

Science Daily, November 20, 2017４)

“青色 LED 材料を活かして熱電材料を高性能“ Method for recycling waste energy with 2D
vember 20, 2017３)

“北大と産総研など、半導体二次元電子ガス

が大きな熱電変換出力因子を示すことを発見”,

２９)“ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,“青色 LED 材料を活かして熱電材料を高性能化、北大など”, エネ速, 2017 年 11 月 29 日

Physics News, November 20, 2017

３０)１０) “ Reusing waste energy with 2D electron gas”,”北大、青色 LED 材料を活かして熱を電気に変換- 最先端熱電変換材料の 2〜6 倍”, goo ニュー

EnviromentGuru, November 20, 2017ス, 2017 年 12 月 1 日

１１) “Reusing waste energy with 2-D electron gas”, The

３１) “北大など 青色ＬＥＤ材料で熱を電気に効率変換”,

Expanding Universe, November 20, 2017

日本経済新聞（電子版）, 2017 年 12 月 3 日

１２) “Reusing waste energy with 2-D electron gas”, 15
Minute News, November 20, 2017ｈ. ポスドク・客員研究員など

１３) “ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,

１)Anup Sanchela（科研費新学術領域研究）

Parallel State, November 20, 2017
１４) “Reusing waste energy with 2-D electron gas”, My

i．修士学位及び博士学位の取得状況

News, November 20, 2017

修士学位：0名

１５) “ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,

博士学位：0名

HiTechDays, November 20, 2017
１６) “Reusing waste energy with 2-D electron gas”, News
Locker, November 20, 2017
１７) “ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,
telezkope, November 20, 2017１８) “ Reusing waste energy with 2-D electron gas”,
Energy Daily, November 23, 2017１９) “青色 LED の材料を活かして、熱を電気に高効率に変換！：北海道大学/産業技術総合研究所ほか”, つくば
サイエンスニュース, 2017 年 11 月 24 日
- 47 -

生命科学研究部門

研究目的

本研究部門では、非線形光学過程を用いたイメージングや解析、分子配列制御などの基盤技術をベースとして、生きたままの個体、組織
深部の“in vivo”観察・操作を実現する新しい生命機能の解析法の開発、ＤＮＡやタンパク質およびナノ粒子などの超分子構造体創製などに取り組んでいます。このような研究は、生命現象の基盤となる生体分子ネットワークや生命機能発現の解明のみならず、「光と細胞や脳科学」などの学際領域やナノテク・バイオ融合領域の発展に貢献すると共に、新しい治療や臨床応用へと繋げます。

- 49 -

光細胞生理研究分野
教 授 根本知己（東工大院、博(理)、2009.9〜）
准教授 榎木亮介（東京薬大院、博（生命科学）、2018.1〜）
助 教 川上良介（九大院、博(理)、2010.6〜2017.6）
助 教 大友康平（東北大院、博（薬）,2016.4〜）
特任助教 飯島光一朗 (京大院、博(生命科学)、2011.1～
2018.3)
特任助教 堤 元佐（北大院、博士(生命科学)、2017.4～）
特任助教 石井宏和（甲南大院、博士（理工学）、2017.6～）
博士研究員 喬 琳（北大院、博士(理)、2017.6～2918.2）
学術研究員 何 倩（中国広西医科大院、Ph.D.、2018.1～
2018.3）

図１“in vivo” 2 光子顕微鏡は生体内の組織の深部を高分解

事務補佐員 佐藤絵美（2017.3〜）

能で長期間観察を可能とする。麻酔下のマウス大脳新大学院生

皮質の神経細胞及び海馬 CA1・歯状回ニューロン。

博士後期課程 青柳佑佳、澤田和明、山口和志
修士課程 山中祐実、安宅光倫、後藤亜衣、高橋泰伽
べき、マウス生体脳の脳表から約1.6 mmの蛍光断層観察に

学部生 鎌田恭史、柴田雅史、柏葉 紘則

成功し、大脳皮質全層及び海馬CA1, 歯状回の蛍光イメー

１．研究目標ジングに成功している。その他、前頭前野、小脳、ＲＭＳ等での生体脳in vivoイメージングに成功している。さらに聴覚野の本研究分野は、超短光パルスレーザーによる非線形光学過

in vivo イメージングのための外科処理法の新プロトコルの確程を用いたイメージングを中心に、遺伝子工学、電気生理学、立を目指した。

光機能分子などを活用することで、生き個、組織での、「光に(b) 我々は一連のin vivo2光子顕微鏡システムを用いた研よる観察」と「光による操作」を同時に実現する新しい生命機

究によって、その原因は標本の種類や観察部位に依存した能のイメージング法を展開させることを目標とする。さらに、光光学的なパラメーターの非一様性にあることを見出した。そこ

バイオイメージングの技術を駆使し、哺乳動物の持つ24時間でレーザー波面操作による収差補償に関する補償光学の研周期の概日性リズムの研究を推進すると共に、中枢神経系の究を推進した。光学的なパラメーターや収差の評価を行い、コネクトミクスや、内分泌・外分泌腺の生理機能や糖尿病、がレーザー光導入光学系の改良を実施した。特に微小な蛍光ん等の疾患の分子機構の基礎の解明に応用し、光学から生

ビースの生体脳内への導入法を検討し、生体脳での点像分

命科学までにわたり、医学的な応用を目指す新たな学際的布関数を評価するための方法論を確立した。この方法論を用な研究領域「光・脳科学」「光・細胞生物学」を推進することをいて、レーザー照射条件、特に有効NAと補正環効果の検索目的とする。

を行った。その結果、深部イメージングにおいて最適な照射

２．研究成果条件は浅層とは異なっていることが判明した。浸液の屈折率のミスマッチによって発生する球面収差がマウス生体脳深部(a) 2光子顕微鏡は、近赤外域のフェムト秒光パルスによりの空間分解能に与える影響を検討し、最も高い空間分解能

生じる非線形光学過程である2光子励起過程を利用する顕を与える条件を決定した。さらに、レーザー波面操作による補微鏡法であり、他の顕微鏡法では観察が困難な、生体組織

償光学システムの構築に着手した。これらの成果は日本バイ

深部の観察が可能である。現在、生物個体中で細胞や生体

オイメージング学会「ベストイメージング賞ニコン賞」の受賞に

分子機能の非侵襲的な可視化解析が可能な方法論として、つながった。

期待されている。我々は、この顕微鏡法の黎明期より、その確

この方法論を用いて、マウス生体脳中の皮質深層での神経立と生命科学への応用を先導し，世界で最も深い深部到達

線維破断をターゲットとし、照射時間や浸液の屈折率、レー性とサブマイクロメーターの分解能を実現する生体用 “inザー照査条件の検討を行った。その結果、同一のマウス個体

vivo” 2光子顕微鏡システムを構築することに成功した（図1）。

の生体脳中において、近赤外超短光パルスレーザー光を神

特に、物質・デバイス共同研究拠点事業やJST・CREST、経細胞の局所に集中させることにより、知る限り世界で初めて、AMED・BRAIN/MIND（革新脳）による共同研究を通じて、東脳表から500μm以上の深部で神経線維のin vivo光操作・光北大学NICHeの横山研究室と開発した半導体ベースの新規破断に成功した（図２）。さらに生体脳中での光破談の影響を

パルスレーザー光源を活用することで、世界深度記録という- 50 -

像解析の方法論については、自然科学研究機構基礎生物学研究所の木森義隆博士と共同研究を実施し、パターンマッ
チングの基づくアルゴリズムを確立した。その結果、RMS周辺
領域の新生ニューロンの位置の網羅的な自動検出に成功した。
また、超解像顕微鏡である構造化照明法とこの新規透徹剤を組み合わせることで、樹上突起スパインネックなど微細な構造が可視化できることが明らかになった。鬱病モデルマウ

図２ マウス生体脳における神経線維の光切断スにおいて樹上突起スパインの構造が変化する様子を解析することに成功し、原著論文として出版した。

評価するために、理研BSI・平瀬肇博士よりご提供いただいた、

(e)

2+

主としてアストロサイトにCa 感受性蛍光タンパク質である

神経科学に資する新たなイメージング技術を開拓す

GCaMP7を発現するトランスジェニックマウスを用いて、in vivo

るために、AMED「革新的技術による脳機能ネットワークの全Ca2+イメージングを開始した。その結果、大脳新皮質深部で容解明プロジェクト」の個別技術開発課題を受託し、新規レのCa 振動のライブイメージングに成功した。なお本成果はーザー光源による超深部in vivo顕微鏡法、超解像顕微鏡法「第3回北大部局横断シンポジウム・ベストポスター賞」を受賞の開発を推進している。光は波動としての性質のために回折した。

限界が存在するため、レンズを用いた場合、波長程度の有限

また、物質・デバイス共同研究拠点事業を通じて、in vivoイ

な大きさまでしか絞ることができない。これが光学顕微鏡の空メージングにおけるオープンスカル法の改善を目指し、東海間分解能の限界の1つの大きな原因となっており、300 nm程大学工学部・岡村陽介准教授のグループと、ナノシートを用度である。従って、シナプス小胞を始め、生理機能を担っていて頭蓋骨の置換を行いという全く新しい手法の開発に着手いある。そこで、回折限界を越える蛍光イメージングを可能とした。その結果、外科手術が容易となり、今までは困難であっする方法論を、「ベクトルビーム」を用いて開発した。特に、液たマウス前頭前野の深部イメージングや全脳イメージングに晶デバイスを用いて光渦を発生させることで、誘導放出抑制成功した。本成果はInternational Symposium on Nanomedi-現象（STED）を利用し、2光子顕微鏡の空間分解能を上げ、２cine 2017 (ISNM2017)において「The Best Poster Award」を受光子顕微鏡の超解像イメージング化の開発に成功した（図3）。

賞した。

さらにSTED用新規レーザー光源を導入し、超解像イメージン(d) 固定脳における深部イメージングの改善のため、透徹グの分解能の向上と安定化を推進した。

2+剤として有力な試薬の候補を発見した（PLOS ONE誌被引用(f) (株)横河電機と共に、ニポウディスク式高速2光子顕微数トップ25％）。本方法論を用いて、名古屋市立大・医、澤本

鏡システムによる時間分解能の向上にも着手した。高ピーク

和延教授との共同研究を通じて、新生ニューロンの網羅的解

パワーの近赤外超短光パルスレーザーシステムの導入や光析を推進した。特に脳側室から、ＲＭＳから嗅球への移動す学パラメーターの最適化を実施することで、視野を10倍に拡る新生ニューロンの観察に成功し、微細なニューロンの形態

大しつつも、10 msという高速のフレームレートを実現することの解析を進めた。さらに詳細なニューロン形態の自動的な画に成功した。さらに新規917nm高出力レーザーの導入により

図 3：２光子 STED 顕微鏡による超解像イメージングの比較。(a)微小蛍光ビーズ像、（b）固定した COS7 細胞の微小管の抗体蛍光染色サン
プル。TPLSM は通常の２光子顕微鏡、TP-STED は２光子 STED 顕微鏡- 51 -

子の放出に伴う分子過程を定量化する方法論を開発することが重要である。また、これらの方法論を拡張し、がん組織、骨組織など多様な生組織の深部解像能を向上させ、可視化と光操作の同時実行による生体分子動態の高精度解析を可能としたい。その為に、このような実験を広く可能とするプラット
ホームの確立や研究コア・グループの形成が必要であろう。さらに、先述のように深部断層イメージングに成功しているマウ
ス大脳新皮質と、その他の生体臓器との間の光学的な差異についても検討し、その結果を反映してレーザー顕微鏡の光学系の改良に努めることが肝要であろう。またマウス生体脳のin vivoイメージングは、神経回路網の機能がどのように実現されているのかを理解するためにも有用である。このように、イメージング技術を展開させることと、真の生体内部で生じている現象の定量的、統合的に理解することを縦糸・横糸とすること
で、我々の身体における生理機能や病理の理解を推進し、広く国民の福祉へと還元していきたいと考える。
図 4： 二光子 CSU 顕微鏡によるマウス血流の in vivo 超高速イメージ
ング

４．資料

緑色系の蛍光分子や蛍光タンパク質への適用をはかることに

4.1 学術論文（査読あり）

成功した（図4）。本研究は、新学術領域研究(研究領域提案

１)型)「レゾナントバイオロジー」において研究計画「ベクトルレー

K. Sawada, R. Kawakami, R. Shigemoto and T. Nemoto:“Super-resolution structural analysis of dendritic

ザー光を用いた高速in vivoイメージング技術の高度化と応用」

spines using three-dimensional structured illumination

を受託し研究を進めた。

microscopy in cleared mouse brain slices”, Eur. J.

本方法論と先述の GCaMP7 を発現するトランスジェニックマ

Neurosci, 47(9): 1033–1042 (2018)

ウスを用いて膵臓外分泌腺および膵臓ランゲルハンス氏島の２)

in vivoCa2+イメージングを開始した。長期間に渡って同一個

K. Sawada, R. Kawakami, Y.-C. Fang, J.-H. Hung, Y.
Kozawa, K. Otomo, S. Sato, H. Yokoyama, T.Nemoto:

体内部の同一の細胞の応答を追跡することが可能となった。

“Improvement of two-photon microscopic imaging in

さらに W-VIEW 光学系を改良することにより、蛍光およびdeep regions of living mouse brains by utilizing a light

SHG の高速偏光分解イメージングを実現するシステムの開発

sourceに着手した。その結果、日本顕微鏡学会北海道支部会優秀

based

on

an

electricallycontrollable

gain-switched laser diode”, Proc. SPIE, p. 104982L-1 -ポスター賞の受賞につながった。

104982L-10 (2018)

本法により、拠点アライアンス・コララボ村田隆客員教授との３)共同研究において、植物細胞における細胞分裂過程においJ. Hung, K. Sato, Y. Fang, L. Peng, T. Nemoto and H.
Yokoyama:ての微小管の再構成の３D ライブイメージングに成功した。ま"Generationofhigh-peak-power

sub-nanosecond 650-nm band optical pulses based on

た麻酔下のマウスの血流を、2 光子励起蛍光や第２次高調波

semiconductor laser controlling technologies", Appl.

発生を用いて 100fps 以上の高速度で、撮影することにも成功

Phys. Express, 10(10): 102701-1-102701-4 (2017)

した。

４)

さらに開発した装置は、研究支援部ニコンイメージングセン

S. Hiruma, T. Kamasaki, K. Otomo, T. Nemoto and R.
Uehara: “Dynamics and function of ERM proteins dur-

ターにおいてstation-5として共同利用に供しており、物質・デing cytokinesis in human cells”, FEBS Lett, 591(20):バイス共同研究拠点事業や、科学研究費補助金新学術領域

3296–3309 (2017)

先端バイオイメージング支援授業を通じて、多くのユーザー

５)に利用をしていただいた。

H. Zhang, A. Masuda, R. Kawakami, K. Yarinome, R.
Saito, Y. Nagase, T. Nemoto and Y. Okamura:

３．今後の研究の展望"Fluoropolymer nanosheet as a wrapping mount for highquality tissue imaging", Advanced Materials, 29:

今後の我々の研究目標は、生体脳・中枢神経系モデルに1703139-1-1703139-6 (2017)

おいて、SNARE分子やその結合因子など、開口放出を引き起こす分子機械の機能解明とその生理機能、破綻として病理

4.2 学術論文（査読なし）の理解にある。そのためには、この分子機械の有力な候補分

１)

子の動態、複合体形成などを同時多重可視化し、生合成分

大友 康平、渡邊 裕貴、山中 祐実、後藤 亜衣、日比輝正、根本 知己: 「新規光技術を用いた多光子顕微- 52 -

鏡の空間分解能・時間分解能向上」、顕微鏡、52(2):１)

67–71 (2017)榎木 亮介* : 「室傍核ウルトラディアンリズムの発生機序」、第 95 回日本生理学会大会、サンポートホール高松、高松市

4.3 総説・解説・評論等
１)

２)

川上 良介、大友 康平、根本 知己: 「新規レーザー

根本 知己* : 「外観検査アルゴリズムコンテスト
2017 画像紹介」、精密工学会画像応用技術専門委員

による生体イメージング」、光アライアンス、28(12): 21–会(ViEW2017)、パシフィコ横浜、横浜市 (2017-12)

25 (2017)
２)(2018-03)

３)

根本 知己* : 「多光子励起による生体組織や脳の深堤 元佐、大友 康平、一本嶋 佐理、川上 良介、根本部イメージング」、応用物理学会第６０回光波セン

知己: 「多光子顕微鏡技術の新展開」、生体の科学、シング技術研究会、東京理科大学、東京都

68(5): 392–393 (2017)(2017-12)４)

大友 康平*, 根本 知己, “新しい光学技術による二4.4 著書

光子顕微鏡の機能拡張”, RIKEN seminar「二光子励１)

Ryosuke Kawakami and Tomomi Nemoto : 「In vivo

起顕微鏡による深部高速観察と補償光学」, 理化学

imaging of all cortical layers and hippocampal, CA1研究所, 和光市 (2017-10)

pyramidal cells by two-photon excitation microscopy」,

５)

大友 康平* :「Improvements of two-photon excitation

Advanced Optical Methods for Brain Imaging, Nature

microscopy by utilizing novel optical technologies」, 第Springer (2018)

55 回 生 物 物 理 学 会 年 会 , 熊 本 大 学 、 熊 本 市(2017-09)

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

６)

該当なし

根本 知己*、川上 良介、大友 康平、一本嶋 佐理、
山中 祐実 : 「２光子顕微鏡による非侵襲的な生体
組織観察の高度化」、第 26 回 日本バイオイメージ

4.6 講演

ング学会学術集会、東京薬科大学、八王子市

ａ．招待講演（国際学会）
１)(2017-09)

T. Nemoto*, R. Kawakami, A. Tanabe and T. Hibi :７)"Improvement of Multi-photon Microscopy by Utilizing

鏡の原理と応用」、京都大学医学部セミナー、京都

Novel

大学大学院医学系研究科、京都大学医学部、京都市

OpticalTechnologiesandMaterials",

11th

Ingternational meeting of Nanomedicine (ISNM2017),(2017-07)

Tohoku University, Japan (2017-12)
２)

８)

T. Nemoto* : “Improvement of multi-photon micros-

国際センター、仙台市

Congress of the International Commission for Optics

４)９)(2017-06)

根本 知己* : 「新規レーザー光技術の活用による生(ICO24), Keio Plaza Hotel (Tokyo), Japan (2017-08)

体非線形イメージングの高度化」、ナノ学会第 15 回

Kohei

大会、札幌市

Otomo*,Tomomi

Nemoto,“Improving(2017-05)

two-photon microscopy for clear visualization of sub-ｃ．一般講演（国際学会）

cellular structures”, International Symposium on Imag-

１)

K. Otomo, A. Goto, and T. Nemoto* : "Real time

ing Frontier 2017 (ISIF2017), Tokyo University ofpolarization resolved imaging for living mice tissues by

Science, Tokyo (2017-07)

two-photo excitation spining disk microscopy", Focus

T. Nemoto*, R. Kawakami, T. Hibi, K. Otomo, S.

on Microscopy 2018 (FOM2018), Singapore, Singapore

Ipponjima, K. Sawada and A. Tanabe : “Improvement of(2018-03)

in vivo Two-Photon Microscopy by utilizing novel op-５)

根本 知己* : 「多光子過程を用いた in vivo イメージ
ングの展開」、第 69 回日本細胞生物学会大会、仙台

copy by utilizing new optical technologies”, The 24th３)

根本 知己* : 「非線形光学過程を利用した光学顕微

２)

K. Sawada*, R. Kawakami, Y. Fang, J. Hung, Y. Kozawa,

tical technologies”, CLEO PR, OECC & PGC 2017,

K. Otomo, S. Sato, H. Yokoyama and T. Nemoto :Sands Expo and Convention Centre, Singapore, Sin-

"Improvement of two-photon microscopic imaging in

gapore (2017-07 〜 2017-08)

deep regions of living mouse brains by utilizing a light

T. Nemoto*, R. Kawakami, T. Hibi and A. Tanabe : “Insourcevivo two-photon imaging of brain and neurons using again-switched laser diode", SPIE Bios, San Francisco,high-peakpower gain-switched laser diode and adaptive

based

on

an

United States of America

optics”, he 6th Advanced Lasers and Photon Sources

３)

electricallycontrollable(2018-01)

K. Yamaguchi*, R. Kawakami and T. Nemoto : "Esti-(ALPS 2017), Pacifico Yokohama,Yokohama, Japanmation of effects after two-photon laser ablation on(2017-04)

surrounding astrocytes by in vivo astrocytic Ca2+ im-ｂ．招待講演（国内学会）

aging", 2017 Society for Neuroscience Annual Meeting,- 53 -

Washington DC, United States of America (the)plants」、第 69 回日本細胞生物学会大会、仙台国際(2017-11)
４)

センター、仙台市 (2017-06)

K. Otomo*, A. Goto, Y. Yamanaka, H. Nakayama, T.

１０) 鎗野目 健二*、張 宏、青木 拓斗、川上 良介、根Hori and T. Nemoto : "High speed imaging for green

本 知己、岡村 陽介 : 「撥水性超薄膜の表面改質

fluorescent proteins by utilizing multi-point scanningと生体組織イメージングツールへの応用」、第 66

two-photon microscopy", Focus on Microscopy 2017

回高分子学会年次大会、幕張メッセ、千葉市(FOM2017), Bordeaux convension center, Bordeaux,(2017-05)

France(2017-04)

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会

ｄ. 一般講演（国内学会）

以外）

１)

１)

中村 咲耶*、日出間 純、大友 康平、根本 知己、
石田 宏幸、泉 正範 : 「紫外線障害時のオルガネ

学 (2018-03)

ラ除去を担うオートファジーの解析」、第 59 回植物

２)

２)

橋 正行 : 「胞質分裂におけるミオシン IIA, IIB の市(2018-03)

機能解析」、平成 29 年度北大細胞生物研究集会、北後藤 亜衣*、大友 康平、中山 博史、堀 喬、根本 知

海道大学理学部、札幌市 (2018-02)
３)

根本 知己 : 「ニコンイメージングセンターにおけ部会、北海道大学工学部フロンティア応用科学研究るイメージング支援」、 第 3 回北大・部局横断シン(2017-12)

ポジウム、北海道大学医学部 (2018-01)

山本 啓*、大友 康平、根本 知己、村上 洋太、高４)

起光学条件の改善によるマウス生体脳深部観察のの機能解析」、2017 年度生命科学系学会合同年次大高度化とその応用」、第 3 回北大部局横断シンポジ
ウム、北海道大学医学部、札幌市

山中 祐実*、大友 康平、根本 知己 : 「新規多点５)による生体内微細構造の可視化｣、第 3 回 北大部び in vivo Ca2+イメージング」、2017 年度生命科学系

局横断シンポジウム, 北海道大学医学部、札幌市

学会合同年次大会、神戸ポートアイランド、神戸市(2018-01)
６)

鎗野目 健二*、張 宏、青木 拓斗、髙橋 泰伽、川上 良介、根本 知己、岡村 陽介 : 「生体組織イメ
改質」、第 39 回日本バイオマテリアル学会、タワー

関与するか？」生体運動合同班会議 2018、法政大ホール船堀、東京都江戸川区 (2017-11)
張 宏*、増田 愛美、鎗野目 健二、長瀬 裕、川上 良

学市ヶ⾕キャンパス、東京都 (2018-1)

介、根本 知己、岡村 陽介 : 「保水・保定を実現
する撥水性超薄膜の創製と生体組織イメージング

７)

Okamura and T. Nemoto : "In vivo two-photon imaging

山市 (2017-09)

of living mouse brain by utilizing novel fluoropolymer

北村 瞭次*、毛内 拡、山口 和志、川上 良介、上 喜

PEO-CYTOP nanosheets", International Symposium of
Nanomedicine (ISNM2017), Sendai, Japan (2017-12)

敦史 : 「In vivo イメージングの改善のための最適

８)

T. Takahashi*, K. Yarinome, H. Zhang, R. Kawakami, Y.

な観察条件の探索」、第 26 回日本バイオイメージン

Okamura and T. Nemoto : "Novel open skull method for

グ学会学術集会、東京薬科大学、八王子市(2017-09)

in vivo two-photon imaging of living mouse brain by

山中 祐実*、大友 康平、根本 知己 : 「多点走査utilizing fluoropolymer CYTOP nanosheets", the 18th型 2 光子顕微鏡を用いたマウス膵臓における in

RIES-Hokudai International Symposium, Sapporo, Ja-

2+vivo Ca イメージング」、第 26 回日本バイオイメー

pan (2017-11)

ジング学会学術集会、東京薬科大学、八王子市
９)

T. Takahashi*, K. Yarinome, H. Zhang, R. Kawakami, Y.

への応用」、第 66 回高分子討論会、愛媛大学、目津裕、岡咲 賢哉、濱 裕、平瀬 肇、根本 知己、宮脇８)

村田 隆*、大友 康平、根本 知⼰、⻑⾕部 光泰「染色体依存の微小管形成経路は植物の紡錘体形成にージングへの応用を目指した撥水性超薄膜の表面７)(2018-01)

大友 康平*, 根本 知己：「二光子顕微鏡の機能拡張

走査型２光子顕微鏡を用いたマウス膵島 ex vivo 及(2017-12)

６)山口 和志*、北村 瞭次、川上 良介、根本 知己 :「励橋 正行 : 「細胞質分裂におけるミオシン IIA, IIB
会、神戸ポートアイランド、神戸市 (2017-12)５)

堤 元佐*、小林 健太郎、大友 康平、松尾 保孝、

高速 SHG イメージング」、日本顕微鏡学会北海道支
棟、札幌市

４)

山本 啓*、大友 康平、根本 知己、村上 洋太、高生理学会大会、札幌コンベンションセンター、札幌

己 : 「多点走査型 2 光子顕微鏡による生体組織の３)

榎木 亮介*、電子科学研究所研究交流会、北海道大９)

M. Ataka*, R. Kawakami and T. Nemoto : "Develop-(2017-09)

ment of the open skull technique on the temporal region

村田 隆*、大友 康平、根本 知己 : 「Possible roles

for in vivo two-photon imaging of mouse auditory cor-of nuclear envelope in mitotic spindle formation oftex", 18th RIES-Hokudai International Symposium,- 54 -

Sapporo, Japan (2017-11)

該当なし１０) A. Goto*, K. Otomo and T. Nemoto : "High-speed

ｄ. 国際共同研究

polarization resolved imaging for living mice tissues by

該当なし

two-photon excitation multi-point scanning microscopy", 18th RIES-Hokudai International Symposium,

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）

Sapporo, Japan (2017-11)

ａ． 科学研究費補助金
１)「NIC 学術講演会・G3 ダイナミックアライアンス

根本知己、新学術領域研究(研究領域提案型)、ベクト
ルレーザー光を用いた高速 in vivo イメージング技術の高度化と応用、2015〜2019 年度
２)
狩野方伸、新学術領域研究、先端バイオイメージング
支援プラットフォーム、2016〜2020 年度（分担）３)
川上良介、挑戦的萌芽研究、励起レーザーのベクトルビーム化による高精細３次元蛍光イメージング法の開発、2014〜2017 年度
４)
大友康平、挑戦的萌芽研究、生きた脂質微小ドメインを可視化する高速超解像顕微鏡法の開発、2016〜
2017 年度
５)
榎木亮介、基盤研究(C)、多機能計測と細胞機能操作による視交叉上核の光同調メカニズムの解明、2017〜
2019 年度
６)
榎木亮介、特設基盤研究(B)、概日時計を創る：1 細胞
計測と操作による細胞ネットワークの再構築、2015〜
2018 年度
７) 本間さと、基盤研究(B)、概日時計システムの階層的自己組織化:振動細胞同期と振動体カップリング、2015〜
2017 年度
ｂ．大型プロジェクト・受託研究

公開シンポ」、東北大学 (仙台市) (2017 年 11 月 28

１) 根本知己、国立研究開発法人日本医療研究開発機構、

１１) 根本 知己* : 「北海道大学電子科学研究所ニコンイメ
ージングセンター」、ABiS 支援説明会、東京大学医学部、東京都 (2017-05)
4.7 シンポジウムの開催
１)

榎木 亮介 : 「中枢概日時計ネットワークの作動基盤」、日本生理学会大会（高松、香川）(2018 年 3 月
30 日)

２)

大友 康平、根本 知己 : 「電子研学術講演会・ニコンイメージングセンターセミナーDr Tsai-Wen Chen
（ National Yang-Ming University, Taiwan ） In vivo
imaging of calcium and electrical signals in singlehippocampal neurons」、北海道大学電子科学研究所 (札幌市) (2018 年 03 月 14 日)

３)

根本 知己 : 「ニコンイメージングクラブ」、グラン
ドフロント大阪 (大阪市) (2018 年 01 月 26 日)

４)５)

根本 知己、大友 康平、堤 元佐、小林 健太郎 :日)「革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロ

根本 知己、大友 康平、堤 元佐、小林 健太郎 : 「第ジェクト」、技術開発個別課題、「新規半導体レーザー
光源を用いた超解像多光子励起顕微鏡法の開発」、

24 回 医用近赤外線分光法研究会・2017 年度 分光

2014〜2018 年度
２) 榎木亮介、公益財団法人 武田科学振興財団 医学系
研奨励、細胞内カルシウムの計測と操作から迫る生物
時計中枢回路のシステム理解、2017〜2019 年度
３) 榎木亮介、公益財団法人 持田記念医学薬学振興財
団 研究助成金、1 細胞計測から迫る真の中枢時計細胞の探索、2017〜2018 年度
４) 榎木亮介、公益財団法人 金原一郎記念医学医療振興財団 研究助成金、概日時計中枢における神経-グリ
ア機能連関の解明：光計測と微細加工による融合アプ
ローチ、2017〜2018 年度
５) 榎木亮介、公益財団法人 寿原記念財団 研究助成金、
概日リズム-超短リズムの機能連関の解明、2017〜2018年度

学会生細胞分光部会・第 6 回 ニューロフォトニク
ス研究会 合同研究会」、北海道大学 (札幌市) (2017年 10 月 28 日〜2017 年 10 月 29 日)
６)

根本 知己、大友 康平、堤 元佐、小林 健太郎 :「NIC 蛍光ミニシンポジウム 」、北海道大学 (札幌市) (2017 年 07 月 27 日)

７)

根本 知己、松田 道之 : 「第 69 回日本細胞生物学会大会シンポジウム「細胞生物学とイメージング技
術の共鳴誘導」」、仙台国際センター (仙台市) (2017年 06 月 13 日〜2017 年 06 月 15 日)

4.8 共同研究
ａ. 所内共同研究
１)

4.10 受賞

研究支援部ニコンイメージングセンター

１) 榎木 亮介: 北海道大学大学院医学研究科 優秀論文

ｂ. 民間等との共同研究
１)

ニコンインステック(株)２)

ニコン(株)

３)

横河電機（株）４)

イムラ・アメリカ

５)

シチズン時計（株）

６)

自然科学研究機構基礎生物学研究所賞, 2018 年 03 月
２)

山口 和志、北村 瞭次、川上 良介、根本 知己 : ベ
ストポスター賞 「励起光学条件の改善によるマウス生
体脳深部観察の高度化とその応用」 2018 年 01 月

３)

後藤 亜衣、大友 康平、中山 博史、堀 喬、根本 知
己 : 優秀ポスター賞 「多点走査型 2 光子顕微鏡による生体組織の高速 SHG イメージング」 （日本顕微鏡

ｃ. 委託研究- 55 -

学会北海道支部会） 2017 年 12 月
４)

月30日

T. Takahashi, K. Yarinome, H. Zhang, R. Kawakami, Y.

５） 全学共通学部科目、「2030年エレクトロニクスの旅」、根Okamura and T. Nemoto : The Best Poster Award “In

本 知己、2017年04月26日

vivo two-photon imaging of living mouse brain by uti-

ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、

lizing novel fluoropolymer PEO-CYTOP nanosheets”

期間）（ International Symposium on Nanomedicine 2017１) 北海道立札幌南高等学校、出張授業、根本知己、2017(ISNM2017)） 2017 年 12 月
５)

年10月26日

山中 祐実、大友 康平、根本 知己 : ベストイメージ

ｇ. 新聞・テレビ等の報道

ング賞ツァイス賞 「多点走査型 2 光子顕微鏡を用いた

1.

マウス膵臓における in vivo Ca2+イメージング」 （第 26

形状保ち観察 ～東海大と北大 透明膜で縮み防ぐ

回日本バイオイメージング学会学術集会） 2017 年 09

～」

月
６)

根本 知己 : 日経産業新聞 2017年09月06日 「臓器2.

根本 知己 : 科学新聞 2017年09月01日 「撥水性超北村 瞭次、毛内 拡、山口 和志、川上 良介、上 喜

薄膜で生体組織をラッピング 乾燥・ブレ防止で鮮裕、岡咲 賢哉、濱 裕、平瀬 肇、根本 知己、宮脇明なイメージング実現 ～東海大・北大グループ 新敦史 : ベストイメージング賞ニコン賞 「In vivo イメー

発想の観察試料作製技術確立～」

ジングの改善のための最適な観察条件の探索」 （第3.

根本 知己 : 化学工業日報 2017年08月22日 「生体26 回日本バイオイメージング学会学術集会） 2017 年

組織 撥水薄膜でラップ ～東海大・北大 高解像度

09 月観察が可能～」
4.

4.11 社会教育活動

T. Nemoto : CIENCIASMEDICASNEWS, Mexico, 2017年08月31日 “Nanomaterial wrap for improved tissue

ａ．公的機関の委員

imaging”

１) 根本 知己：文部科学省科学研究費専門委員会委員

5.

（2017年11月～2018年3月）

T. Nemoto : Research & Development, UnitedStates, https://www.rdmag.com/news/2017/08/new-w２) 根本 知己：（独）科学技術振興機構専門委員 （2010rap-

年01月01日〜）

ping-material-enables-high-quality-bioimaging 2017年

ｂ．国内外の学会の役職

08月28日 “New Wrapping Material Enables High３) 根本 知己：日本分光学会・生細胞分光部会、幹事

Quality Bioimaging”（2006年1月1日～）

6.

４) 根本 知己：日本ナノメデイシン交流協会・理事、運営

T. Nemoto : Technology Networks 2017年08月28日“New Material Enables High-Quality Bioimaging”

委員（2006年4月1日～）

7.

５) 根本 知己 : 国際複合医工学会 評議員 （2013年04

T. Nemoto : Gears Of Biz 2017年08月28日 “Newwrapping material enables high quality bioimaging”

月01日〜）

8.

６) 根本 知己：日本バイイメージング学会 評議員(2017

T. Nemoto : Innovations Report 2017年08月28日“New wrapping material enables high quality bioimag-

年1月1日〜)ing”

７) 榎木 亮介：日本生理学会、評議員 (2014年〜)

9.

T. Nemoto : ScienceNewsline United States 2017年08８) 榎木 亮介：日本生理学会、編集委員 (2015年〜)

月26日 “New Wrapping Material Enables High Quality

９) 榎木 亮介：日本時間生物学会、評議員 (2014年〜)

Bioimaging”

ｃ．兼任・兼業

10. T. Nemoto : Environmental News Network 2017年08月

該当無し

26日 “New wrapping material enables high quality bi-d.外国人研究者の招聘

oimaging”

1) Tsai-Wen Chen, National Yang-Ming University, Taiwan,

11. T. Nemoto : CRWE

2018 年 03 月 14 日

World http://crweworld.com/article/science/129758/

ｅ．北大での担当授業科（対象、講義名、担当者、期間）

new-wrapping-material-enables-high-quality-bioimagi

１） 工学部、量子力学、根本 知己、2017年06月01日〜

ng 2017年08月26日 “New wrapping material enables

2017年08月30日

high quality bioimaging”

２） 情報科学研究科、脳神経科学特論、根本 知己、2017

12. T. Nemoto : Technology Networks United Kingdom

年04月01日〜2017年05月30日

2017年08月25日 “New Wrapping Material Enables

３） 工学部、生体医工学基礎・医用工学概論、根本 知己、High Quality Bioimaging”

2012年10月10日〜2018年03月10日

13. T. Nemoto : EedesignIt.com United Kingdom 2017年08４） 全学共通学部科目、環境と人間、根本 知己、2017年06月25日 “Organic Polymer Nanosheet Prevents Bio- 56 -logical Samples Drying”
14. T. Nemoto : NewsR India 2017年08月25日 “Newwrapping material enables high quality bioimaging”
15. T. Nemoto : Alpha Galileo United Kingdom 2017年08月25日 “New wrapping material enables high quality
bioimaging”
16. T. Nemoto : ResearchSEA United Kingdom 2017年08月25日 “New wrapping material enables high quality
bioimaging”
17. T. Nemoto : EurekAlert! United States 2017年08月25
日 “New wrapping material enables high quality bioimaging”
18. 根本 知己、青柳 佑佳 : PLOS ONE 2017年07月04日「PLOS ONE誌の引用数トップ25％に」
ｈ. ポスドク・客員研究員など
１)

飯島光一朗（特任助教）２)

堤元佐（特任助教）

３)

石井宏和（特任助教）

４)

喬 琳（博士研究員）

５)

何 倩（学術研究員）

i．修士学位及び博士学位の取得状況
修士学位：1
１)

山中祐実 : 修士（情報科学）、２光子顕微鏡を用いたマウス膵臓のin vivo Ca2+イメージング

博士学位：0- 57 -

製すると、カルボン酸末端の表面修飾リガンドはカルボン

生体分子デバイス研究分野

酸ナトリウム末端をもつリガンドよりも大きなベシクルを与えた（図３）。動的光散乱測定により経時的な集合体サイ

教

授

准教授
院

居城邦治（東工大院、工博、2004.3～）

ズの変化を観察した結果、カルボン酸末端をもつリガンド

三友秀之（東工大院、博（工）、2011.4～）

分子で被覆した場合は、はじめの10分程度で100 nmほどの

生集合体を形成し、その後2時間程度かけてゆっくりとサイズ

博士課程 杉村尚俊、飯田良、田崎太悠、中村聡、が大きくなる挙動が観察されたのに対し、カルボン酸ナト

修士課程

鳥居悠、濱島暁、二瓶瑞生

リウム末端をもつリガンド分子で修飾した場合は、はじめ

学部生

清澤勉

の10分程度で100 nmほどの集合体を形成した後はほとん
ど大きさの変化はないことがわかった。これは、カルボン

１．研究目標酸ナトリウムを末端にもつリガンド分子は、溶液中でアニ物質をナノメールサイズまで小さくすると本来の物性とオンの電荷を有するため粒子間に静電反発力を生じさせ、は異なる性質が表れる。特に金属ナノ粒子は電子、光学、集合体が融合して大きく成長する過程を阻害したためであ

バイオ応答の点で特有な機能が発現することが知られておると考えられる。これらの結果より、中空カプセルのナノり、近年はナノ粒子の集合体が誘起する機能増強あるいは粒子集合体の形成には、適当な引力と斥力のバランスが重機能創発、および異方的な形状をしたナノ粒子の光学機能要であることが示唆された。

やバイオ応用が注目されている。本研究分野では、生物に見られる生体分子の高度な分子認識と自己組織化に着目し、金属ナノ粒子の表面構造を操作することで金属ナノ粒子の集合体形成の制御を行い、新奇な物理現象の発見を機能性材料や薬物送達キャリアーの開発につなげることをめざしている。平成２９年度は、金ナノ粒子の自己集合化の制御において顕著な成果をあげた。

２．研究成果(a)金ナノ粒子の自己組織化で形成される中空ベシクル
我々はこれまでに、アルカンチオール基を有するフッ素化オリゴエチレングリコール誘導体が溶解したTHFあるいはDioxane溶液にクエン酸被覆金ナノ粒子を添加すると、即座に金ナノ粒子表面でリガンド交換反応が進行し、その後自己組織化によって中空カプセル構造を形成することを見いだしている。このような光応答性の高い金ナノ粒子で形

図１．(a)糖鎖を末端に有する表面修飾分子の化学構造と(b)金ナ

成される中空カプセルはドラッグデリバリーシステム

ノ粒子の表面修飾による自己組織的なカプセル集合体形成の模式（DDS）への応用も期待されるが、ナノ粒子の自己組織化図による中空カプセル形成のメカニズムは不明であった。そこで、本研究では、表面修飾リガンド分子の末端（フッ素化オリゴエチレングリコール側）に糖やカルボン酸を導入した分子を合成し、粒子間相互作用が中空カプセル構造形
成におよぼす影響を調べた。
ま ず 、 末 端 を 単 糖 (Glucose) 、 二 糖 (Maltose) 、 三 糖(Maltotriose) に変えた表面修飾リガンドを合成し、これら

図２．(a)単糖(GFL),(b)二糖(MFL), (c)三糖(MAFL)を末端に有すを用いて金ナノ粒子ベシクルを調製した（図１）。その結果、

る表面修飾リガンドを用いて作製した金ナノ粒子集合体（カプセ末端の糖が多くなると形成されるベシクルの大きさが小さル）の走査型電子顕微鏡像（スケールバーは100 nm)

くなることが確認された（図２）。末端に付与した糖の数が多くなると糖分子間の相互作用（水素結合など）が強くなると考えられ、粒子間相互作用が強くなるとより小さなベ
シクルが形成されることが示唆された。一方で、末端をカルボン酸およびカルボン酸ナトリウムに変えた表面修飾リガンドを合成し、これらを用いて金ナノ粒子ベシクルを調- 58 -

化は見られず、集合化する挙動は観察されなかった（図５A）。一方で、OEG-AuNPs にポリアクリル酸ナトリウム(PAA-Na) を添加した混合溶液は、pH が2以下になると表面プラズモンの吸収ピークが長波長へとシフトした（図５
B）。動的光散乱測定を行うと、混合溶液では pH が2以下になると集合体のサイズが10 nm から300 nm へと増大した。
これらの結果より、PAA-Na を共存させると pH の変化により PAA-Na のプロトン化の状態が変化し、非刺激応答性の金ナノ粒子の集合化が誘起できることが分かった。プロトン化した PAA が金ナノ粒子表面の OEG と水素結合を形成して吸着することが、阻害剤を用いた実験より確認された。
また、PAA-Na の分子量が集合化に与える影響について調図３．(a)カルボン酸を末端に有する表面修飾分子の化学構造とべた結果、分子量 1200、15000、8000 の順に表面プラズモ(b)金ナノ粒子の表面修飾による自己組織的なカプセル集合体形

ン吸収のピークは長波長へと大きく変化した。動的光散乱

成の模式図

測定より、共集合体のサイズも表面プラズモンのピークシ
フトと同様の順で大きくなることがわかった。さらには、(b)水素結合を介したオリゴエチレングリコール被覆金ナ

PAA-Na の混合量を変えることでも、表面プラズモンピー

ノ粒子とアニオン性高分子のpH応答性共集合体形成

クのシフト幅や共集合体の大きさが変わることが明らかに

金ナノ粒子の集合化を制御する手法はこれまで広く研究なった。また、金ナノ粒子表面の OEG 末端部位へのアルされてきた。中でも、外部刺激や環境変化（熱、pH、光なキル基の付加や PAA-Na にメチル基が付いたポリメタクリ

ど）によってその集合化を制御する手法が注目されている。

ル酸ナトリウムを用いることで、疎水性を付与すると、集

これまで、ナノ粒子への刺激応答性の付与は、主に粒子の合化する pH 領域がより高 pH 側へとシフトすることも確認

表面に刺激応答性分子を直接修飾することで実施されてきされた。

た。しかし、このような刺激応答性分子をナノ粒子表面に以上より、刺激応答性高分子を溶液中に共存させること直接修飾する方法では、刺激に応じた集合化—脱集合化を制で、刺激に応答性を有さない金ナノ粒子でも刺激に応じて御することは可能であったが、集合状態（集合したナノ粒集合化させることができ、その高分子の化学構造によりそ子間の距離や集合体のサイズ等）まで制御することは困難の応答性が、分子量、混合量によって集合状態の制御が可であった。そこで本研究では、刺激応答性分子をナノ粒子

能になることを示した。

の表面に修飾（固定化）せず、溶液中に共存させることで刺激に応じて粒子と刺激応答性分子間の相互作用を
ON-OFF し、刺激に応じて集合化する新しいシステムを開発した（図４）。

図５．様々な pH 下における OEG を提示した金ナノ粒子の分散液（A)
図４．オリゴエチレングリコールを提示した金ナノ粒子とアニオとポリアクリル酸を混合した分散液（B)の様子。i) pH12と pH2のン性高分子の pH に応答した共集合体形成

ときの写真、ii) pH を12から2まで変化させたときの消光スペクト
ルと iii) 動的光散乱によるサイズ分布

本システムでは金ナノ粒子の表面を、生体親和性が高く、バイオセンサーなどの表面修飾にも利用されているオリゴ(c)ロッド状金ナノ粒子の温度応答性自己集合化

エチレングリコール(OEG)を有するアルカンチオール分子

我々はこれまでに、アルキル基を持つヘキサエチレングで修飾した。この OEG リガンドで修飾した金ナノ粒子

リコール（HEG）誘導体で覆われた球状金ナノ粒子は昇温(OEG-AuNPs) は、pH を変化させても吸収スペクトルに変に伴い表面分子の脱水和が起こり集合化すること、また、- 59 -

このとき粒子表面の曲率が小さい（粒径が大きい）ほど低合体構造が観察された（図７e）。また、60℃においては、

い温度で集合化することを見いだしている。一方、異方的

side-by-side 集合体を含んだ大きな凝集体が見られた（図７

な形状を有する金ナノロッド（AuNRs）は近赤外領域にプf）。

ラズモン共鳴による吸収波長を持ち、集合化するとロッド以上の結果は、AuNRs のサイド（長軸）部はエッジ（頂状粒子間でのプラズモンカップリングがおこり吸収波長が端）部に比べて曲率が小さくより低温で脱水和が起こり、シフトするが、この吸収波長のシフトは AuNRs の集合体

長軸同士が接触した side-by-side 集合体を形成し、更なる加形状によって異なることが知られている。従って AuNRs

熱によりエッジ（頂端）部も脱水和して、side-by-side 集合の分散と集合化の制御において、集合形状を制御すること

体が集合化した大きな凝集体を形成したものと考えられる。

が重要な課題となっている。ここで、異方性を有する

本研究では、異方性ナノ粒子内に存在する異なる曲率を利AuNRs の表面を、我々が見いだした曲率によって集合化す

用することで、ナノ粒子の部位（ナノメールレベルの局所る温度が変わる表面修飾リガンド分子で修飾すると、サイ的な場所）毎に異なる温度で脱水和を誘起させ、多段階のド（長軸）部分とエッジ（頂端）部分で異なる曲率を有す

自己集合化挙動を実現することに成功した。ナノ粒子表面るために二段階の集合化が誘起でき、集合体の構造を制御

を局所的に異なる分子で修飾することは未だ難しく、曲率できるのではないかと期待された。そこで、末端にエチルに着目した本手法は粒子表面の修飾を利用した自己集合化基を持つ HEG 誘導体で覆われた AuNRs の温度応答性集合制御の新しい方法として画期的である。

化挙動について調べた（図６）。

図６．金ナノロッド粒子の表面修飾(a)と Side と Edge の曲率の違

図７.(a)温度応答性金ナノ粒子分散液の10, 30, 60℃における写いに由来する段階的な脱水和挙動とそれに由来する２段階の自己

真と(b)スペクトル。(c)温度に依存した金ナノロッドの長波長側集合過程(b)の模式図の LSPR のピークの変化と(d)サイズの変化。(e)30℃、(f)60℃で乾燥させた金ナノ粒子の STEM 像

32 x 14 nm の大きさの AuNRs を合成し、温度応答性リ
ガンド分子で表面修飾を行った。温度を変えながら消光ス

３．今後の研究の展望

ペクトルを測定して集合化挙動を調べた。その結果、25-30℃の間で、650 nm 付近のプラズモンピークが短波長

自然に見られる自己組織化能を駆使することにより、ナシフトし、520 nm のプラズモンピークと融合する様子が観ノスケールオーダーの複雑な構造体をより簡便に作り出す

察され、溶液は青色からマゼンタ色に変わった。さらに加技術は低エネルギーという観点で注目されている。当研究熱を続けると、融合したプラズモンピークがゆっくりと長分野では生物あるいは生体分子に着目し、生体分子を鋳型

波長シフトする様子が観察された。その結果、60℃においとするアプローチに加え、それらの生体分子の持つ集積化ては、溶液は紫色に変わった（図７a-c)。動的光散乱によ原理そのものを模倣することで新しい電子デバイス・光学

る溶液中に分散する粒子サイズ測定においても、同じ温度

素子・医療素子などへと展開してきた。最近は特に、表面領域（25-30℃と30℃以上）において、大きさが変化する挙修飾を利用した界面制御のみならず、ナノ粒子の形状にも動が観察された(図７d）。集合体の集合形状を調べるため、着目して研究を発展させている。今後はここで構築したナ

30℃および60℃において乾燥させたサンプルの走査型透過ノ材料の機能をシミュレーションも含めさらに検証し、生電子顕微鏡（STEM）観察を行った。その結果、30℃にお体分子ならではの階層性構造の構築と応用を追求していく。

いては、スペクトルからの予測と一致する side-by-side の集- 60 -

ａ．招待講演（国際学会）

４．資料

１)

H. Mitomo*, S. Nakamura, Y. Matsuo, K. Niikura and K.

4.1 学術論文（査読あり）

Ijiro : “Polymer-Supported Self-assembly of Gold Nano-

１)

R. Iida, H. Mitomo, K. Niikura, Y. Matsuo and K. Ijiro:

particles”, IC ME&D 2017 , Sogang University, Korea“Two-step Assembly of Thermoresponsive Gold Nano-(2017-05)

rods Coated with a Single Kind of Ligand”, Small, 14(14):２)２)

Ijiro : “DNA brush-assisted vertical alignment of gold

（ナノテク連携推進室との共著）

nanorods and those chiral plasmonics”, SPIE optics +J. Wei, K. Niikura, H. Mitomo, Y. Matsuo and K. Ijiro:

Photonics, San Diego, California, United States of“Formation

America (2017-08)

ofPlasmonic

VesiclesthroughtheSelf-assembly of Sugar-terminated Fluorinated Oli-

３)３)

lus-response self-assembly of nanoparticles”, 2017

J. Nanosci. Nanotechnol., 17(12): 9149–9156 (2017)

RIES-CIS Symposium, National Chiao Tung University,（ナノテク連携推進室との共著）

Hsinchu, Taiwan (Province of China) (2017-10)

H. Mitomo, S. Nakamura, Y. Suzuki, Y. Matsuo, K.

４)

H. Mitomo* : “Structure control of self-assembled gold

Niikura and K. Ijiro: “Preparation and characterization of

nanoparticle arrays”, 2017 RIES-CIS Symposium, Na-double-stranded DNA brushes via surface-initiated en-tional Chiao Tung University, Hsinchu, Taiwan (Province

zymatic polymerization”, J. Nanosci. Nanotechnol.,of China) (2017-10)
５)

K. Ijiro* : “Active gap SERS with plasmonic nanostruc-（ナノテク連携推進室との共著）

tures on hydrogels for the sensitive detection of biom-

S. Nakamura, H. Mitomo, M. Aizawa, T. Tani, Y. Matsuo,

acromolecules”, 8th International Conference and Exhi-

K. Niikura, P. Andrew, M. Naya, A. Shishido and K. Ijiro:

bition on Lasers, Optics & Photonics, Las Vegas, United“DNA Brush-Directed Vertical Alignment of Extensive

States of America (2017-11)

Gold Nanorod Arrays with Controlled Density”, ACS

５)

K. Ijiro* : “Reversible pH or temperature stimu-go(ethylene glycol) Ligand-tethered Gold Nanoparticles”,

17(12): 8995–9001 (2017)４)

H. Mitomo*, S. Nakamura, A. Pike, Y. Matsuo and K.

1704230 (2018)

６)

K. Ijiro* : “DNA Brush-Directed Alignment of Extensive

Omega, 2(5): 2208–2213 (2017)Gold Nanorod Arrays as Plasmonic Nanomaterials”, The（ナノテク連携推進室との共著）

15th Pacific Polymer Conference (PPC-15), Xiamen,

Y. Torii, N. Sugimura, H. Mitomo, K. Niikura and K. Ijiro:

China (2017-12)“pH-Responsive Co-assembly of Oligo(ethylene gly-ｂ．招待講演（国内学会）col)-Coated Gold Nanoparticles with External Anionic１)

三友 秀之* : 「金ナノ粒子の形状および集合構造のPolymers via Hydrogen Bonding”, Langmuir, 33(22):制御とその応用」、PCXSS Workshop、北海道大学

5537–5544 (2017)(2017-09)
２)

4.2 学術論文（査読なし）

三友 秀之* : 「高分子を利用した金ナノ構造体の制御」、第 5 回ナノバイオ融合領域セミナー、日本工業

該当なし

大学 (2017-09)
３)

居城 邦治* : 「刺激応答性金ナノ構造集積体の創製

4.3 総説・解説・評論等と応用」、日本化学会 第 98 春季年会 (2018)、日本大

１)学理工学部 船橋キャンパス (2018-03)

２)

K. Ijiro and H. Mitomo: “Metal nanoarchitecture fabrication using DNA as a biotemplate”, Polymer Journal,ｃ．一般講演（国際学会）

49(12): 815–824 (2017)

１)

H. Mitomo*, S. Nakamura, M. Aizawa, Y. Matsuo, K.

中村聡 : “NA ブラシを用いたロッド状金ナノ粒子のNiikura, A. Shishido and K. Ijiro : “Vertical alignment of

配 向 制 御 ”, The Bulletin of the Nano Science andgold nanorods through the immobilization onto DNA

Technology, 16(2):79-82 (2018)

grafted substrates”, ISNIT2017（International Symposium
on Nature-Inspired Technology ） , Cebu, Philippines

4.4 著書(2017-06 〜 2017-07)

該当なし

２)

R. Iida*, K. Niikura, H. Mitomo and K. Ijiro : “Thermoresponsive side-by-side assembly of gold nanorods

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

coated with oligo(ethylene glycol) derivatives”, AP-

該当なし

NFO11 (The 11th Asia-Pacific Conference on Near-Field
Optics), Cheng Kung University, Taiwan (Province of

4.6 講演China) (2017-07)- 61 -

３)

H. Mitomo*, S. Nakamura, M. Aizawa, Y. Matsuo, K.

大場 靖子、三友 秀之、澤 洋文、相内 章、鈴木 忠

Niikura, T. Tani, M. Naya, A. Shishido and K. Ijiro :樹、居城 邦治 : 「金ナノロッドによる経鼻不活化イ“Vertically aligned gold nanorod array with a flexible

ンフルエンザワクチンにおけるアジュバントの活性

structure immobilized onto DNA-grafted substrates”,

増強」、第 66 回高分子学会年次大会、幕張メッセ

APNFO11 (The 11th Asia-Pacific Conference on(2017-05)

Near-Field Optics), Cheng Kung University, Taiwan
４)

６)

孝、新倉 謙一、宍戸 厚 : 「二重鎖 DNA を利用した

K. Ijiro* : “Self-assembly of nanoparticles in slution and

金ナノロッドの配向制御とプラズモン吸収」、2017 年

at surface”, International workshop on 「Active Soft

光化学討論会、東北大学青葉山キャンパス (2017-09)

Matter and Ethology 」 , Hokkaido University, Japan５)

７)

帆、宍戸 厚、居城 邦治 : 「DNA ブラシを用いたロ

K. Ijiro* : “DNA-Directed Aligning Self-Assembly ofッド状金ナノ粒子の垂直配向固定法の開発」、第 78Gold Nanorods as Plasmonic Nanomaterials”, 13th IU-

回応用物理学会秋季学術講演会、福岡国際会議場

PAC International Conference on Novel Materials and(2017-09)
８)

８)

治 : 「DNA とカチオン性金ナノロッドの静電相互作

G. Wang*, K. Ijiro, M. Maeda and Y. Yadong : “Island

用を利用した配向制御」、第 68 回コロイドおよび界面

Growth in the Seeded Overgrowth of Colloidal Au

化学討論会、神戸大学 (2017-09)
９)

度によって異なる集合体構造をとる金ナノロッド」、

Nanjing Tech University, Nanjin, China (2017-10)

第 68 回コロイドおよび界面化学討論会、神戸大学

S. Hamajima*, H. Mitomo, Y. Matsuo, K. Niikura and K.

(2017-09)

Ijiro : “Direct SEM observation of gold nanostructures on１０) 三友 秀之*、中村 聡、相沢 美帆、松尾 保孝、新倉 謙

the polyacrylic acid gel surface”, The 18th RIES-Hokudai一、宍戸 厚、居城 邦治 : 「DNA との静電相互作用

International Symposium, CHÂTERAISÉ Gateaux King-を利用したカチオン性金ナノロッドの配向集積化」、

dom SAPPORO, Japan (2017-11 〜 2017-12)

第 66 回高分子討論会、愛媛大学 城北キャンパス

M. Nihei*, S. Nakamura, H. Mitomo, Y. Matsuo and K.

(2017-09)

Ijiro : “Orientation change of gold nanorods immobilized

１１) 鳥居 悠*、杉村 尚俊、三友 秀之、新倉 謙一、居城 邦

on the substrate under the electric fields”, The 18th

治 : 「水素結合を介したオリゴエチレングリコール

RIES-Hokudai International Symposium, CHÂTERAISÉ

被覆金ナノ粒子とアニオン性高分子の pH 応答性共Gateaux Kingdom SAPPORO, Japan (2017-11 〜

集合体形成」、第 66 回高分子討論会、愛媛大学 城北2017-12)２)

３)

キャンパス (2017-09)
１２) 田崎 太悠*、大原 有樹、田畑 耕史郎、新倉 謙一、

飯田 良*、新倉 謙一、三友 秀之、居城 邦治 : 「オ小林 進太郎、大場 靖子、三友 秀之、澤 洋文、松原

リゴエチレングリコール誘導体で被覆された金ナノ

輝彦、佐藤 智典、相内 章、鈴木 忠樹、居城 邦治 :ロッドの温度応答性自己集合化」、ナノ学会第 15 回大「インフルエンザウイルスの交叉防御に向けたナノ会、かでる 2・7 北海道立道民活動センター (2017-05)

粒子ワクチンの作製」、第 66 回高分子討論会、愛媛大

南原 克行*、新倉 謙一、三友 秀之、相内 章、二宮 孝

学 城北キャンパス (2017-09)

文、居城 邦治 : 「三角形金ナノプレートの細胞取り

１３) 濵島 暁*、三友 秀之、松尾 保孝、新倉 謙一、居城 邦込み及びワクチン活性」、ナノ学会第 15 回大会、かで治 : 「ハイドロゲル表面に作製した金ナノ構造体間る 2・7 北海道立道民活動センター (2017-05)のギャップ距離変化の評価」、第 66 回高分子討論会、

中村 聡*、三友 秀之、松尾 保孝、新倉 謙一、相沢 美

愛媛大学 城北キャンパス (2017-09)

帆、宍戸 厚、居城 邦治 : 「DNA ブラシを用いたロ４)１４) 田崎 太悠*、田畑 耕史郎、相内 章、大原 有樹、小ッド状金ナノ粒子の配向制御」、ナノ学会第 15 回大会、

林 進太郎、大場 靖子、三友 秀之、澤 洋文、鈴木 忠

かでる 2・7 北海道立道民活動センター (2017-05)

樹、新倉 謙一、居城 邦治 : 「金ナノ粒子による

S. Nakamura*, H. Mitomo, Y. Matsuo, K. Niikura, M.

poly(I:C)のアジュバント活性の増強とその形状依存

Aizawa, S. Atsushi, K. Ijiro : 「 Large area vertical

性」、日本化学会 第 98 春季年会 (2018)、日本大学理alignment of GNRs by the assistance of a DNA」、第 66

工学部 船橋キャンパス (2018-03)

回高分子学会年次大会、幕張メッセ (2017-05)
５)

飯田 良*、新倉 謙一、三友 秀之、居城 邦治 : 「温on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XIII),ｄ. 一般講演（国内学会）
１)

三友 秀之*、中村 聡、松尾 保孝、新倉 謙一、居城 邦

Nanjing, China (2017-10)

Nanostructures”, 13th IUPAC International Conference

７)

中村 聡*、三友 秀之、松尾 保孝、新倉 謙一、相沢 美(2017-08)

their Synthesis (NMS-XIII), Nanjing Tech University,
６)

居城 邦治*、中村 聡、三友 秀之、相沢 美帆、松尾 保(Province of China) (2017-07)

１５) 飯田 良、三友 秀之*、新倉 謙一、居城 邦治 : 「一田崎 太悠*、大原 有樹、新倉 謙一、小林 進太郎、

種類の表面リガンド分子で修飾した金ナノロッドが- 62 -

示す温度応答型２段階集合」、日本化学会 第 98 春季

ment

and

Materials(theFive-Star

Alliance)”,

年会 (2018)、日本大学理工学部 船橋キャンパス

CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO (北海道札(2018-03)

幌市) (2017 年 11 月 30 日〜2017 年 12 月 01 日)

１６) 二瓶 瑞生*、中村 聡、三友 秀之、松尾 保孝、居城 邦
治 : 「ITO 基板上に垂直配向した金ナノロッドアレ

4.8 共同研究

イの作製と電場による配向変化」、日本化学会 第 98

ａ. 所内共同研究

春季年会 (2018)、日本大学理工学部 船橋キャンパス１)(2018-03)
ｅ.

を実施した（2014 年-）

研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会

ｂ. 民間等との共同研究

以外）
１)

１)

た細胞透過性 DDS 担体の開発」、2017 年度、佐野健

林 進太郎、大場 靖子、澤 洋文、相内 章、鈴木 忠

一
２)

エンザワクチンの開発」、第 27 回バイオ・高分子シンド微粒子の合成」、2017 年度、渡邉眞次

濵島 暁*、三友 秀之、松尾 保孝、新倉 謙一、居城 邦

３)

う骨・ミネラル代謝異常(CKD-MBD)評価法の開発」、

造体間のギャップ距離変化の評価」、2017 年度北海道

2017 年度、木村-須田 廣美
４)

鳥居 悠*、杉村 尚俊、三友 秀之、新倉 謙一、居城 邦
治 : 「水素結合を介したオリゴエチレングリコール

谷 昌之

被服金ナノ粒子－ポリアクリル酸の共集合体形成」、

ｃ. 委託研究
該当なし(2017-09)

ｄ. 国際共同研究濵島 暁*、三友 秀之、松尾 保孝、新倉 謙一、居城 邦

１)

治 : 「ハイドロゲル表面に配置した金ナノ構造体の２)

2017、タワーホール船堀 (2017-10)

K. Ijiro : “Study on Self-assembling of Nanoparticles”,
University of California, Riverside, USA, 2013 年-

三友 秀之*、新倉 謙一、居城 邦治 : 「金ナノ粒子

３)

K. Ijiro : “Development of Nanoparticle Devices”, 2013

を利用した薬物送達システムの開発」、2017 年度

年度～, National Chiao Tung University, Taiwan, ROC,

人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミ

2013 年-ックアライアンス G3 分科会、東北大学 片平キャン４)

パス (2017-11)

７)

K. Ijiro : “Development of Conducting DNA”, Newcastle
University, UK, 2007 年-

ギャップ距離変化の評価」、第 7 回 CSJ 化学フェスタ

６)

居城 邦治（富士フイルム株式会社） : 「金属ナノ粒
子集合体の新奇な光学的特性の研究」、2017 年度、納2017 年度 北海 道高 分子若 手研 究会 、登別 万世 閣

５)

居城 邦治（千歳科学技術大学） : 「慢性腎臓病に伴治 : 「ポリアクリル酸ゲル表面に作製した金ナノ構
高分子若手研究会、登別万世閣 (2017-09)

４)

居城 邦治（北見工業大学） : 「アミノ化ポリエチレ
ンオキシドを分散安定剤に用いた全芳香族ポリイミ

ポジウム、東京工業大学 (2017-07)

３)

居城 邦治（日本工業大学） : 「ナノ構造体を利用し田崎 太悠*、大原 有樹、新倉 謙一、三友 秀之、小樹、居城 邦治 : 「金ナノ粒子を用いた経鼻インフル

２)

コヒーレント光研究分野(西野吉則教授)と共同研究

K. Ijiro : “Enzymatic fabrication of conductive materials”,
University of Newcastle upon Tyne, UK, 2017 年

居城 邦治* : 「DNA を用いた金ナノロッドの配向固定化」、2017 年度 人・環境と物質をつなぐイノベー

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）

ション創出ダイナミックアライアンス G3 分科会、東ａ． 科学研究費補助金

北大学 片平キャンパス (2017-11)

１)

三友 秀之、若手研究 B：可変ナノギャップを利用し濵島 暁*、三友 秀之、松尾 保孝、新倉 謙一、居城 邦

た表面増強ラマン散乱による生体高分子の高感度検

治 : 「ポリアクリル酸ゲル表面に作製した金ナノド出法の開発、2016～2017 年度

ットの走査型電子顕微鏡観察とギャップ距離変化の２)

評価」、第 52 回高分子学会北海道支部研究発表会、北三友 秀之、基盤研究 B（分担）：B 細胞表層での分子認識制御によるユニバーサルナノワクチンの創製、

海道大学学術交流会館 (2018-01)

2016～2018 年度
３)

飯田 良、特別研究員奨励費：曲率の違いを利用した

4.7 シンポジウムの開催

異方性ナノ粒子の多段階自己集合化、2016～2017 年

１)度

M. Nagayama, K. Ijiro, N. Tamaoki, H. Uji-i, H. Kaiju, H.
Aonuma, H. Mitomo, H. Teramoto, K. Sato, T. Inose, M.

ｂ．大型プロジェクト・受託研究

Jusup, Y. Kim, M. Akiyama and K. Sakai : “The 18th

１) 居城 邦治、松尾 保孝、納谷 昌之、白田 真也（富士RIES-HOKUDAI International Symposium 極 [kyoku]

フイルム株式会社） : 金属微細構造による光制御に

joint with the 2nd International Symposium of Dynamic

関する基礎検討、2011年度～

Alliance for Open Innovation Bridging Human, Environ-２) 三友 秀之（住友財団基礎科学研究助成）：新奇金ナノ- 63 -

構造体修飾方法の開発とナノスケール場の制御によ

技術調査専門委員会 委員 （2015年5月1日～2017年4

る機能創発、2016～2017 年

月30日）

３) 三友 秀之（寿原記念財団研究助成）：ウィルスを高感５)

居城 邦治 : 日本化学会 生体機能関連化学・バイオ度検出するサイズふるい効果を有するバイオセンサ

テクノロジーディビジョン 幹事 （2016年3月1日～

ーの開発、2016～2017 年

2018年3月1日）

４) 三友 秀之（徳山科学技術振興財団国際交流助成）、

６)

居城 邦治：バイオミメティクス研究会

2017年
７)

居城 邦治：物質・材料研究機構

4.10 受賞

技術スタッフ表彰

選定委員（2017年10月20日～2018年3月31日）

１) 中村 聡、三友 秀之、松尾 保孝、新倉 謙一、相沢 美

８)

三友 秀之 : 日本化学会

帆、宍戸 厚、居城 邦治 : ポスター賞 「DNA ブラシ
９)

会第 15 回大会） 2017 年 05 月
Award

三友 秀之 : 高分子学会 北海道支部 若手会幹事（2012年6月1日～現在）

２) R. Iida, K. Niikura, H. Mitomo and K. Ijiro :Poster

生体機能関連化学部会

若手会幹事 （2012年4月1日～2018年3月31日）

を用いたロッド状金ナノ粒子の配向制御」 （ナノ学

Student

第33期運営委員（2016年4月1日～2018年3月31日）

ｃ．兼任・兼業“Thermoresponsive

１)side-by-side assembly of gold nanorods coated with

居城 邦治 : 独立行政法人 理化学研究所 分子情報
生命科学特別研究ユニット 客員主管研究員 （2007

oligo(ethylene glycol) derivatives” （ APNF011

年 12 月 01 日～2018 年 03 月 31 日）(The 11th Asia-Pacific Conference on Near-Field

２)

Optics)） 2017 年 07 月

居城 邦治 : ISO/TC266 バイオミメティクス国内審
議委員会 委員 （2012 年 10 月 01 日〜現在）

３) 田崎 太悠、大原 有樹、田畑 耕史郎、新倉 謙一、小３)

林 進太郎、大場 靖子、三友 秀之、澤 洋文、松原 輝

居城 邦治 : 特定非営利活動法人バイオミメティク
ス推進協議会 理事 （2014 年 07 月 01 日〜現在）

彦、佐藤 智典、相内 章、鈴木 忠樹、居城 邦治 : 優

４)秀ポスター賞 「インフルエンザウイルスの交叉防御

居城 邦治 : バイオミメティクス研究会 第 33 期運営委員 （2016 年 04 月 01 日〜2018 年 03 月 31 日）に向けたナノ粒子ワクチンの作製」（第 66 回高分子

d.外国人研究者の招聘

討論会） 2017 年 09 月

１)

Andrew Pike, U.K.,（2018 年 1 月）

４) 濵島 暁、三友 秀之、松尾 保孝、新倉 謙一、居城 邦ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）

治 : 優秀ポスター発表賞「ハイドロゲル表面に配置

１) 理学部、化学Ⅰ、居城 邦治、2017年04月01日〜2017

した金ナノ構造体のギャップ距離変化の評価」 （第年09月30日

7 回 CSJ 化学フェスタ 2017） 2017 年 10 月

２) 総合化学院、総合化学特別研究第一、居城 邦治、2017

５) G. Wang, K. Ijiro, M. Maeda and Y. Yin : Poster

年04月01日〜2018年03月31日

Award “Island Growth in the Seeded Overgrowth of３) 総合化学院、総合化学研究・指導法、居城 邦治、2017

Colloidal Au Nanostructures” （13th IUPAC In-

年04月01日〜2018年03月31日

ternational Conference on Novel Materials and４) 総合化学院、総合化学実験指導法、居城 邦治、2017

their Synthesis (NMS-XIII)） 2017 年 10 月

年04月01日〜2018年03月31日

６) 居城 邦治 : 第 35 回学術賞「刺激応答性金ナノ構造

５) 総合化学院、総合化学実験研究法、居城 邦治、2017

集積体の創製と応用」 （日本化学会） 2018 年 03 月

年04月01日〜2018年03月31日
６) 全学共通、環境と人間 ナノテクノロジーが拓く光・

4.11 社会教育活動

マテリアル革命、居城 邦治、2017年04月05日〜2017

ａ．公的機関の委員

年06月07日

該当なし

７) 全学共通、環境と人間 ナノテクノロジーが拓くバイｂ．国内外の学会の役職
１)

オサイエンスの新潮流、居城 邦治、2017年06月08日

居城 邦治 : 社団法人高分子学会バイオ・高分子研究〜2017年08月04日

会運営委員 （2002年4月1日～現在）
２)
３)

４)

８) 大学院共通講義「ナノテクノロジー・ナノサイエンス

居城 邦治 : 社団法人高分子学会北海道支部幹事と光科学（自己組織化を利用したナノデバイス開発）」（2004年4月1日～現在）（分担）、三友秀之、2017 年 11 月 15 日～17 日

居城 邦治 : Asian Conference on Nanoscience & Nan-

９) 総合化学院、物質化学（分子組織化学）、居城 邦治、otechnology (AsiaNANO), Steering Committee （2004年

三友 秀之、2017年12月02日〜2018年02月08日

4月1日～現在）

ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期居城 邦治 : 一般社団法人電気学会「新しい原子分子間）

組織化物質・材料創出に向けた 光・量子ビーム応用

該当なし- 64 -

ｇ. 新聞・テレビ等の報道
該当なし
ｈ. ポスドク・客員研究員など
１)

石 軼尓（外国人協力研究員）

２)

熊 坤（外国人協力研究員）

i．修士学位及び博士学位の取得状況
修士学位：1名
１)鳥居 悠: 修士(理学)、高分子を用いた金属ナノ粒子の自己集合化制御

博士学位：1名
１)

飯 田 良 ： 博 士 ( 理 学 ) 、 Control of Nanoparticle
Self-Assembly in Water by Rational Surface Design- 65 -

附属グリーンナノテクノロジー研究センター

研究目的

本研究センターでは、ナノテク技術を基盤としたグリーンイノベー
ションを目的としており、高効率・広帯域太陽光エネルギー変換シス
テム、フォトンの有効利用を目指したサブ波長デバイス、高効率量子状態変換素子などの極限省エネルギーフォトニックネットワークイ
ンターフェース、さらには、室温での二酸化炭素完全分離材料などの研究に取り組んでいます。これらの研究成果は、有機的な産学連携研究に繋がっています。

- 67 -

変レーザーを用いて光電子強度のアクションスペクトルを

グリーンフォトニクス研究分野

測定することにより、強結合として知られるプラズモンハ
イブリダイゼーションを示す結合系プラズモニックナノ構

教授

三澤弘明（筑波大院、理博、2003.5〜）

造の近接場分光特性を明らかにすることに成功し、光電子准教授

上野貢生（北大院、博(理)、2010.1〜）

顕微鏡が金属ナノ構造間に誘起される共鳴現象の本質を理助教

押切友也（阪大院、博(理)、2012.12〜）

解する上で有用な方法であることが示された。

助教

孫泉（北京大院、博(理)、2016.4〜）

助教

石旭（北大院、博(情報科学)、2016.4〜）院

これまでの研究成果に基づき、平成29年度は、弱結合として知られるファノ共鳴を示す結合系プラズモニックナノ

生

構造の近接場分光特性について光電子顕微鏡計測により明博士課程らかにするとともに、強結合系プラズモニックナノ構造の于 瀚、郭 景春、中村圭佑、曹 艳凤、臧 潇倩、

近接場分光特性を、プラズモン誘起光電変換の内部量子収王 亜光率のアクションスペクトルを測定することにより明らかに修士課程することに成功した。

高倉稜平、山下翔平、三上剛志、中村 花、山田拓樹

２．研究成果(ⅰ) 金ヘプタマー構造の近接場分光特性

１．研究目標上述のように、当研究分野では平成28年度に強結合を示

近年、二酸化炭素の排出量の増加や石油価格の高騰など

す結合系プラズモニックナノ構造（dolmen型構造）の近接

地球規模の環境・エネルギー問題が顕在化しつつあり、人場分光特性を光電子顕微鏡計測と電磁場解析により明らか

工光合成やペロブスカイト太陽電池など、光をエネルギーにすることに成功した。強結合系プラズモニックナノ構造

源・駆動源とする光化学の研究は一段とその重要性が増しにおいては、
結合性と反結合性の2つのハイブリッドモードている。したがって、環境負荷を低減し、真の低炭素社会が誘起されるため、近接場スペクトルは遠方場スペクトルを実現するためには、光エネルギーを余すところなく利用とほぼ同じ波長域において2つのピークを有する。一方、弱できる「光反応場」の構築が強く求められている。グリー

結合系のプラズモニックナノ構造は、遠方場スペクトルにンフォトニクス研究分野の三澤教授は、光子の有効利用の

おいては、双極子モードと四重極子モードとが干渉して、概念を世界でさきがけて提唱し、金属ナノ構造が示す光アある波長域において凹みが生じ、強結合系プラズモニック

ンテナ効果により光エネルギーを高効率に利用する「光−ナノ構造の遠方場スペクトルと同様に2つのピークを示す。

分子強結合反応場の創成」を目的として、文部科学省の科

しかし、これまで近接場分光特性はあまり明らかになって学研究費補助金特定領域研究（領域代表：平成19〜22年度）

いなかった。そこで、平成29年度はファノ共鳴を示す金ヘを推進し、本分野を世界的に牽引してきた。また，平成23

プタマー構造の近接場分光特性を検討した。

年度から、プラズモニック化学研究会を新たに立ち上げ、

ITOコートガラス基板上に電子ビームリソグラフィー／

金属ナノ構造が示すプラズモン共鳴に基づく光アンテナ効リフトオフ法により7つの金属ナノディスクのうち1つを中果を太陽電池や人工光合成など種々の光エネルギー変換系

心として残りの6つを互いに20 nmのギャップを有して正6に適用し、多数の研究者との共同による高効率な光エネル

角形状に配列したヘプタマー構造を作製した。1つの金ナノギー変換デバイスの創製とプラズモニック化学研究を産業

ディスクの直径は140 nm、厚みは30 nmで、7つの金ナノデ界に広く浸透させる啓蒙活動を行っている。

ィスクのサイズは等しい。図1(a)に、作製した金ヘプタマ

グリーンフォトニクス研究分野では、「光子の有効利用」

ー構造の走査型電子顕微鏡写真を示す。図1(b)の実線は、という概念のもと、プラズモン増強場における光化学反応

金ヘプタマー構造の遠方場におけるエクスティンクションの高効率化に関する研究を展開し、平成28年度までの研究

スペクトルである。波長810 nm付近においてスペクトルににおいて、酸化チタンなどの半導体基板上に光アンテナと凹みが生じ、そのため760 nmと870 nm付近に2つのバンド

して局在表面プラズモン共鳴を示す金属ナノ構造を配置すが観測されている。ここで重要なのは、図1(b)中のプロッることにより、可視・近赤外光を効率良く光電変換できる

トで示した光電子強度のアクションスペクトルである。光

ことを示し、そしてそれを可視光照射による全固体太陽電

電子強度のアクションスペクトルは、波長可変のフェムト

池や水分解に基づく水素発生および空中窒素の固定に基づ

秒レーザー（λ: 720-920 nm, τ: 100 fs, f: 77 MHz）ビームを励く光アンモニア合成など人工光合成の研究に展開してきた。

起光源として光電子顕微鏡（PEEM-III, Elmitec GmbH）にまた、光を微小な空間に束縛して強く閉じ込める機能を示導入し、ナノ構造から生じた光電子の強度を照射した波長

す金属ナノ構造の近接場分光特性や位相緩和過程を時間分に対してプロットすることにより得た。光電子強度は近接

解光電子顕微鏡計測を用いて明らかにし、光アンテナの構場強度に依存するため、光電子強度のアクションスペクト

造設計指針を明らかにしてきた。平成28年度には、波長可ルは近接場スペクトルと相関がある。測定された近接場ス- 68 -

ペクトルは、遠方場スペクトルの凹みの若干短波長側であは7つの金ナノディスクの位相がほぼ同じ向きの順位相モ

る780 nm付近に強いピークを示し、金ヘプタマー構造の近ードが誘起されることが明らかになった（図1(d)）。逆位相接場分光特性は遠方場スペクトルと類似した近接場分光特モードでは＋と－が近接する位置が中心の金ナノディスク性を示す強結合系プラズモニックナノ構造とは大きく異なに対して上と下のナノギャップ、順位相モードでは＋と－ることが明らかになった。

が近接する位置が中心の金ナノディスクに対して左右のナノギャップであることから、図1(c)の光電子強度の空間プ
ロファイルが励起波長によって異なることが考察された。
なお、逆位相モードはナノギャップ形成に伴う金ナノディ
スク間の近接場相互作用によって誘起されるモードであり、禁制なモード（暗モード）であるため光散乱が抑制される。したがって、放射損失が小さいために順位相モードに比べて高い光電場増強効果を示す。以上より、ファノ共鳴を示すことで知られる金ヘプタマー構造の近接場分光特性を測定することにより、強結合系プラズモニック構造とは異なり、明モードである順位相モードと暗モードである
逆位相モードがそれぞれが独立して存在していることが明らかになった。
(ⅱ) 化学反応を利用したプラズモン結合モードの近接場
分光計測
平成 28 年度の研究および平成 29 年度(i)の研究から、単一のプラズモン共鳴バンドを有する金属のナノ構造体に複数のナノ構造体を隣接させると、近接場相互作用により共
鳴スペクトルが 2 つのピークに分裂することが示された。
構造間においてコヒーレントなエネルギーのやり取りが起
これば強結合状態が誘起され、ハイブリッド準位の形成に基づいてスペクトルが分裂し、コヒーレントなエネルギーのやり取りが起こらなければ単なるモード間の干渉によりスペクトルに凹みが生じるためピークが分裂したように見える。これらは、(i)で述べたように近接場スペクトルを測定すれば区別できる。一方、プラズモンは他の光学のモードである導波路モードとも強結合を示し、共鳴スペクトルの分裂が観測される。本研究では、強結合系プラズモニッ
クナノ構造の近接場分光特性をプラズモン誘起光電変換の

図1 (a) 金ヘプタマー構造の走査型電子顕微鏡写真、(b) 金ヘプタ

内部量子収率のアクションスペクトルを測定することによ

マー構造の遠方場スペクトルと光電子強度のアクションスペクト

り計測する新しい測定法を検討した。

ル、(c) 波長790 nmおよび870 nmにおける光電子強度の空間分布、

ガラス基板上に、厚さ250 nm の酸化チタンを原子層堆積（d）FDTDシミュレーションによる波長790 nmおよび870 nmの電荷装置により成膜し、その上に電子線リソグラフィー／リフ

分布（Ez）なお、図中矢印は入射光の偏光方向を示している。

トオフ法により、任意のピッチで金ナノグレーティング構
造（Au-NGs）を作製した。Au-NGs の回折光により酸化チ

図1(c)に、波長790 nmおよび870 nmにおける光電子強度

タン膜内において導波モードが誘起されるが（図2(a)参照）、の空間分布を示す。なお、空間分布を比較しやすいように重要なのは導波モードの共振波数と金ナノグレーティング

励起光強度を制御して光電子強度を規格化している。図

構造の局在表面プラズモン共鳴波数が一致した場合、導波

1(c)から近接場スペクトルの極大ピーク波長とその長波長モードとプラズモンモードとの強結合が誘起されることで側の小さなバンドを励起した場合とでは近接場空間分布がある。図2(b)に、強結合によるハイブリッド準位形成を示

大きく異なることが明らかになった。そこで、時間領域差すエネルギーダイアグラムを示す。導波モードと局在プラ

分法（Finite-Difference Time-Domain (FDTD)法）により電荷ズモン共鳴モードが結合して、新たに反結合性（P+）と結（Ez）の分布をシミュレーションしてみたところ、波長790合性(P-)の二つのハイブリッドモードが形成される。図2(c)nmでは中心の金ナノディスクの位相が他の6つのディスクに、作製した構造のエクスティンクションスペクトルを示の位相と比較して逆である逆位相モードが、波長870 nmです。P+と P-に由来する2つのピークとその中心に1つの鋭い- 69 -

ピークが観測された。これは、基板に対して完全に垂直な

3つのピークを有することが明らかになった。FDTD 法によ

光のみが照射されているわけではないため、対称と非対称る電磁場シミュレーションを行い、金ナノグレーティングの2つの導波モードが存在し、それらがプラズモンモードと構造近傍の近接場強度の波長依存性を見積もったところ、相互作用することにより3つピークが出現していることが

図2(d)に示すように光電変換の内部量子収率のアクション

考察される。

スペクトルと同様に3つのピークを示すことが明らかになった。このことから、プラズモンが導波モードと強結合することにより、複数のピークで近接場増強を示し、水を電子源とした光電変換に寄与することが明らかになった。本法は、化学反応を利用した新しい近接場分光計測を行う方法論として期待される。

３．今後の研究の展望
平成29年度は、結合系プラズモニックナノ構造の近接場
分光特性を光電子顕微鏡計測や光電変換の内部量子収率のアクションスペクトルを測定することにより明らかにする
ことに成功した。今後は、平成28年度と29年度に引き続き、結合系プラズモニックナノ構造の近接場分光特性を明らかにし、可視光の幅広い波長域において高い光吸収効率・近接場増強を示す構造の設計指針を得るとともに、最適化された結合系プラズモニックナノ構造を光アンテナとして用いて、太陽電池や人工光合成系を構築し、高い太陽エネル
ギー変換効率を目指す。

４．資料
4.1 学術論文（査読あり）
１)

J. Yang, Q. Sun, H. Yu, K. Ueno, H. Misawa, Q. Gong,“Spatial evolution of the near-field distribution on planargold nanoparticles with the excitation wavelength acrossdipole and quadrupole modes”, Photon. Res., 5, 3,
187-193 (2017).

２)

A. E. Shalan, S. Narra, T. Oshikiri, K. Ueno, X. Shi,
H.-P. Wu, M. M. Elshanawany, E. W.-G. Diau, H.
Misawa, “Optimization of a compact layer of TiO2 via
atomiclayer deposition for high-performance perovskite
solar cells”, Sustainable Energy & Fuels, 1, 1533-1540(2017).

３)

K. Ueno, T. Oshikiri, Q. Sun, X. Shi, H. Misawa, “Solid-State Plasmonic Solar Cells”, Chem. Rev., 118, 6,2955-2993 (2018).

図2 (a) 金ナノグレーティングを配置した酸化チタン光電極の略図、

４)(b) 導波モードと局在プラズモン共鳴モードの強結合によるハイ

J. Guo, K. Ueno, J. Yang, X. Shi, J, Li, Q. Sun, T.

ブリッド準位形成を示すエネルギーダイアグラム、(c) 金ナノグレ

Oshikiri, H. Misawa, “Exploring the Near-Field ofーティングを配置した酸化チタン光電極のエクスティンクション

Strongly Coupled Waveguide-Plasmon Modes by Plas-

スペクトル、(d) 光電変換の内部量子収率のアクションスペクトル

mon-Induced Photocurrent Generation Using a Goldおよび FDTD 法による近接場スペクトル

Nanograting-Loaded Titanium Dioxide Photoelectrode”,
J. Phys. Chem. C, 121, 39, 21627-21633 (2017).

特筆すべきは、金ナノグレーティングを配置した酸化チ

５)C. V. Hoang, K. Hayashi, Y. Ito, N. Gorai, G. Allison, X.

タン光電極を作用電極として用いて3電極系の光電気化学

Shi, Q. Sun, Z. Cheng, K. Ueno, K. Goda, and H. Misawa,

計測を行い、光電変換の内部量子収率（Internal Quantum“Interplay of hot electrons from localized and propagating

Efficiency (IQE)）のアクションスペクトルを求めたところ、

plasmons”, Nature Communications, 8, 771 (2017).

- 70 -

６)

K.-L. Lee, P.-G. Tsai, M.-L. You, M.-Y. Pan, X. Shi, K.

tron transfer”, 231st ECS Meeting, Hilton New Orleans

Ueno, H. Misawa, P.-K. Wei, “Enhancing surface sensi-

Riverside (New Orleans, USA), May 28-June 1, 2017.

tivity of nanostructure-based aluminum sensors using

４)

Kosei Ueno, Quan Sun, Hiroaki Misawa, “Near-Field

capped dielectric layers”, ACS Omega, 2, 10, 7461-7470

Spectroscopy of the Coupled Plasmonic Systems Using(2017).

Multiphoton Photoemission Electron Microscopy”, 9thInternational Conference on Materials for Advanced

4.2 学術論文（査読なし）

Technologies (ICMAT2017), Suntec Singapore (Singa-

該当なしpore), June 18-23, 2017５)

Hiroaki Misawa, “Plasmon-induced photocurrent gener-

4.3 総説・解説・評論等

ation using strong coupling between localized surface

１)

押切友也、上野貢生、三澤弘明 : 「局在プラズモン

plasmon and cavity modes”, The 28th Internationalの人工光合成への展開」、機能材料、37(8) : 40-49

Conference on Photochemistry (ICP 2017), Strasbourg(2017)

Convention and Exhibition Centre (Strasbourg, France),

押切友也、上野貢生、三澤弘明 : 「局在表面プラズ

July 16-21, 2017２)

モンの基礎とその光化学反応への展開」、色材協会誌、

６)

90(12) : 408-413 (2017)

Tomoya Oshikiri, “Nitrogen fixation using plasmonic
photoanode composed of n-semiconductor and metalnanostructures”, META'17 The 8th International Con-

4.4 著書

ference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plas-

１)

Kosei Ueno and Hiroaki Misawa:“Nanolithography based

monics, Songdo Convensia (Incheon, Korea), July 25-28,

on surface plasmon”,「Handbook of Solid State Chemistry,

2017.

Vol. 2」、Wiley-VCH, 573-588 (2017）２)

７)

Hiroaki Misawa, “Plasmon-induced photoenergy conver-Shinji Matsui, Hiroaki Misawa and Quan Sun: “3-Dsions”, The 7th International Conference on Nanoscience

Nanostructure Fabrication by Focused-Ion Beam, Elec-& Technology, China (ChinaNANO 2017), Beijing Inter-tron- and Laser Beam”, 「Springer Handbook of Nano-

national Convention Center (Beijing, China), August

technology, Fourth Edition」, Springer, 87-112 (2017)29-31, 2017８)

Hiroaki Misawa, “Spectral and Temporal Evolution of

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

Near Field on Coupled Plasmonic Nanostructures by１)

鈴木博紀、G. Allison, 佐々木雅紀、林弘毅、上野貢生、

Photoemission Electron Microscopy”(Plenary), The 6th

三澤弘明：特願 2017-155187、「電流測定型表面プラ

Asian Spectroscopy Conference (ASC2017), National

ズモン共鳴バイオセンサ及びそれに用いる電気測定

Tsing Hua University (Hsinchu, Taiwan), September 3-6,型表面プラズモン共鳴センサチップ」、2017 年 8 月 10

2017

日
２)

９)

Hiroaki Misawa, “Spectral and Temporal Evolution of

三澤弘明、石旭、上野貢生、押切友也、孫泉、笹木敬

Near Field on Coupled Plasmonic Nanostructures by

司：特願 2017-248071、「光吸収デバイスおよびそのPhotoemission Electron Microscopy”, Optics & Photon-

製造方法ならびに光電極」、2017 年 12 月 25 日

ics Taiwan, the International Conference (OPTIC 2017),
National Sun Yat-sen University (Kaohsiung, Taiwan),

4.6 講演

December 7-9, 2017

ａ．招待講演（国際学会）

ｂ．招待講演（国内学会）

１)

１)

Kosei Ueno, Quan Sun, Hiroaki Misawa, “Near-Field
Spectral Properties of Coupled Plasmonic Systems”,

ペクトル・位相緩和測定によるプラズモンカップリン

Progress In Electromagnetics Research Symposium 2017

グの解明」, 第１１回分子科学討論会, 東北大学川内(PIERS 2017), Park Inn by Radisson Pribaltiyskaya hotel

北キャンパス（仙台）, 2017 年 9 月 15 日〜18 日(St Petersburg, Russia), May 22-25 (2017)
２)ｃ．一般講演（国際学会）

Tomoya Oshikiri, Xu Shi, Kosei Ueno, Hiroaki Misawa,“Inorganic

Solid-state

Solar

Cells

Using

１)

Hiroaki Misawa, Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno, “Ammo-Plas-

nia photosynthesis using plasmon photoanode”, The 8th

mon-induced Charge Separation”, 231st ECS Meeting,International Conference on Surface Plasmon Photonics

Hilton New Orleans Riverside (New Orleans, USA), May(SPP8), (Taipei,Taiwan), May 22-26, 201728-June 1, 2017.
３)

三澤弘明,「光電子顕微鏡を用いた空間分解近接場ス

２)Quan Sun, Han Yu, Kosei Ueno, Atsushi Kubo, Yasutaka

Tomoya Oshikiri, Xu Shi, Kosei Ueno, Hiroaki Misawa,

Matsuo, Hiroaki Misawa “Spectrally and Spatially Re-“Artificial photosynthesis using plasmon-mediated elec-

solving the Near Field of Coupled Plasmonic Nanostruc- 71 -

３)tures by PEEM,” The 8th International Conference on「局在プラズモンとマイクロキャビティとのカップ

Surface Plasmon Photonics (SPP8), (Taipei,Taiwan), May

リングを用いた高光吸収プラズモン太陽電池の構築」,

22-26, 20172017 年光化学討論会, 東北大学青葉山キャンパス（仙

Xu Shi, Oshikiri Tomoya, Kosei Ueno, Keiji Sasaki,台）, 2017 年 9 月 4 日〜6 日

Hiroaki Misawa, “Plasmon-induced photocurrent gener-

５)

ation using coupling between localized surface plasmon「アキラル構造における近接場キラリティーの観測」,

resonance and cavity mode”, The 8th International

2017 年光化学討論会, 東北大学青葉山キャンパス（仙Conference on Surface Plasmon Photonics (SPP8), (Taipei,

台）, 2017 年 9 月 4 日〜6 日

Taiwan), May 22-26, 2017４)

６)mechanism on plasmon-induced ammonia synthesis”,

titative evaluation of plasmon-induced ammonia photoe-

2017 年光化学討論会, 東北大学青葉山キャンパス（仙lectrochemical synthesis”, The 28th International Con-台）, 2017 年 9 月 4 日〜6 日
７)

Misawa, “Dynamics of electron transfer in gold nanopar-

July 16-21, 2017

ticles/titanium dioxide system by transient absorption

Kosei Ueno, Jinghuan Yang, Han Yu, Quan Sun, Tomoya

spectroscopy”, 日本化学会 第 98 春季年会 (2018), 日

Oshikiri, Atsushi Kubo, Yasutaka Matsuo, Qi-Huang

本大学理工学部船橋キャンパス（船橋）, 2018 年 3 月

Gong, Hiroaki Misawa, “Spectral properties and dynamics

20 日〜23 日
８)ァブリ・ペローナノ共振器-プラズモン強結合を利用

tional Conference on Photochemistry (ICP 2017),

した高光吸収太陽電池の電気特性評価」, 日本化学会

Strasbourg Convention and Exhibition Centre (Stras-

第 98 春季年会 (2018), 日本大学理工学部船橋キャンパス（船橋）, 2018 年 3 月 20 日〜23 日

Quan Sun, Han Yu, Jinghuan Yang, Kosei Ueno, Tomoya

９)

三澤弘明,「3 次元プラズモン光アノードの金属/半導Hiroaki Misawa, “Resolving the Near Field of Coupled

体界面制御」, 日本化学会 第 98 春季年会 (2018), 日

Plasmonic Nanostructures in Both Spectral and Spatial

本大学理工学部船橋キャンパス（船橋）, 2018 年 3 月
20 日〜23 日

The 7th International Conference on Nanoscience &１０) Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno, Hiroaki Misawa, “Fabri-Technology, China (ChinaNANO 2017), Beijing Interna-

cation of high-absorption plasmonic photoanode withtional Convention Center (Beijing, China), August 29-31,

microhole array”, 日本化学会 第 98 春季年会 (2018),

2017

日本大学理工学部船橋キャンパス（船橋）, 2018 年 3

ｄ. 一般講演（国内学会）

３)

月 20 日〜23 日

高倉稜平、押切友也、近藤敏彰、 上野貢生, 益田秀

１１) Xu Shi, Kosei Ueno, Tomoya Oshikiri, Quan Sun, Keiji

樹、三澤弘明,「金ナノ粒子を担持した 3 次元プラズ

Sasaki, Hiroaki Misawa, “Strong coupling between Fab-

モン光アノードの構造・光エネルギー変換特性評価」,

ry-Pérot nanocavity and localized surface plasmon reso-2017 年光化学討論会, 東北大学青葉山キャンパス（仙nance and its application for eﬃcient water splitting”, 日台）, 2017 年 9 月 4 日〜6 日

本化学会 第 98 春季年会 (2018), 日本大学理工学部

Kosei Ueno, Jie Li, Tomoya Oshikiri, Hiroaki Misawa,

船橋キャンパス（船橋）, 2018 年 3 月 20 日〜23 日“Spectral modulations of molecular vibrational modes by

１２) Kosei Ueno, Tomoya Oshikiri, Hiroaki Misawa, “Spectral

infrared localized surface plasmon resonance”, 2017 年光properties of the strong coupling between microcavity

化学討論会, 東北大学青葉山キャンパス（仙台）, 2017and molecular vibrational modes”, 日本化学会 第 98 春

年 9 月 4 日〜6 日

季年会 (2018), 日本大学理工学部船橋キャンパス（船Jinghuan Yang, Quan Sun, Han Yu, Kosei Ueno, Qihuang橋）, 2018 年 3 月 20 日〜23 日

Gong, Hiroaki Misawa, “Near-field spectral properties

１３) Miharu Eguchi, Kosei Ueno, Hiroaki Misawa, “Special

and ultrafast dynamics of coupling modes between local-

Program Lecture Plasmonic nanoparticles and the co-ized surface plasmon and surface plasmon polariton Blochherent interaction with dye molecules”, 日本化学会 第wave”, 2017 年光化学討論会, 東北大学青葉山キャン

98 春季年会 (2018), 日本大学理工学部船橋キャンパ

パス（仙台）, 2017 年 9 月 4 日〜6 日
４)

高倉稜平、押切友也、上野貢生、近藤敏彰、益田秀樹、

Oshikiri, Atsushi Kubo, Yasutaka Matsuo, Qihuang Gong,

Domains Using Photoemission Electron Microscopy”,

２)

中村圭佑、押切友也、石 旭、上野貢生、三澤弘明, 「フal/insulator/metal nanostructures”, The 28th Interna-bourg, France), July 16-21, 2017

１)

Jie Li, Kosei Ueno, Quan Sun, Tomoya Oshikiri, Hiroaki

Convention and Exhibition Centre (Strasbourg, France),of localized surface plasmon resonances in met-

６)

Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno, Hiroaki Misawa, “Reaction

Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno, Hiroaki Misawa, “Quan-

ference on Photochemistry (ICP 2017), Strasbourg５)

山田拓樹, 押切友也, 孫 泉, 上野貢生, 三澤弘明,

ス（船橋）, 2018 年 3 月 20 日〜23 日

中村圭佑, 押切友也, 石 旭, 上野貢生, 三澤弘明,

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以- 72 -

外）１)

Spatial Domains by PEEM,” International Workshop on
三澤弘明, 「プラズモンカップリングとその光エネル

PEEM and Applications, (Beijing, China), November

ギー変換への展開」（特別講演）, 新学術領域研究「光22-23, 2017１３) 三澤弘明, 「局在プラズモンの結合状態の解明とその圧によるナノ物質操作と秩序の創生」領域会議, 北海

エネルギー変換への応用」（特別講演）, 理研シンポ

道大学（札幌）, 2017 年 6 月 19 日
２)ジウム

Quan Sun, Han Yu，Kosei Ueno, Hiroaki Misawa, “Micro/nanofabrication and probing surface plasmons by ul-

３)４)１４) 上野貢生，「プラズモニックナノ構造の近接場分光特trafast pulses,” (Invited) Light Conference 2017- Young

性と光化学研究への展開」，東工大化学系セミナー，

Scientist Forum, (Changchun, China), July 17-18, 2017

東工大（東京都目黒区），2017 年 11 月 29 日

Quan Sun, “Micro/nanofabrication and probing surface

１５) Asuka Maruyama, Ryohei Takakura, Xu Shi, Tomoya

plasmons by ultrafast pulses” (Invited), Seminar, Jilin

Oshikiri, Kosei Ueno, Hiroaki Misawa, “Photoelectric

Uniersity (Changchun, China), July 17, 2017

Conversion using Gold Nanoparticles Loaded TiO2

Quan Sun, “Probing surface plasmons from multiple

Photoelectrode with 3D Photonic Crystal Structure”,

domains using photoemission electron microscropy” (In-The 18th RIES-HOKUDAI International Symposium "極vited), Seminar, Changchun University of Science and", Châteraisé Gateaux Kingdom Sapporo (Sapporo), No-

Tecchnology (Changchun, China), July 19, 2017５)vember 30-December 1, 2017

Xu Shi, Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno, Hiroaki Misawa,

１６) Keisuke Nakamura, Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno, Hi-“Plasmon-induced photocurrent generation using cou-roaki Misawa, “High light-absorbing plasmonic solar cells

pling between localized surface plasmon resonance andusing localized surface plasmon and cavity of bilayer thincavity mode”, Light Conference 2017- Young Scientistfilm”, The 18th RIES-HOKUDAI International Symposium "極", Châteraisé Gateaux Kingdom Sapporo (Sap-

Forum, (Changchun, China), July 17-18, 2017６)poro), November 30-December 1, 2017

Hiroaki Misawa, “Plasmon-induced photoenergy conver-

１７) Ryohei Takakura, Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno, Toshiakision systems” (Invited), The 2nd Symposium of Advanced

７)

Lectures on Fundamentals for Solar Energy Conversion:

Kondo,

Theory and Experiment, Dalian Institute of Chemical

mon-induced photoelectric conversion using photoanodePhysics (Dalian, China), July 25-29, 2017of TiO2 nanotubes loaded with gold nanoparticles”, The

上野貢生，「プラズモニックナノ構造の作製と近接場

18th RIES-HOKUDAI International Symposium " 極 ",分光特性」，名古屋大学 応用物質化学セミナー、名古Châteraisé Gateaux Kingdom Sapporo (Sapporo), No-

９)

Hideki

Masuda,HiroakiMisawa,“Plas-

vember 30-December 1, 2017

屋大学（名古屋），2017 年 8 月 2 日
８)

第５回「光量子工学」, 仙台市中小企業活性化センター（仙台）, 2017 年 11 月 29 日〜30 日

三澤弘明,「局在表面プラズモンとその光エネルギー

１８) Hiroaki Misawa, “Spectral and Temporal Evolution of

変換への展開」（特別講演）, NEDO 平成 29 年度エNear Field on Coupled Plasmonic Nanostructures by

ネルギー・環境新技術先導プログラム「極微小液滴がPhotoemission Electron Microscopy”(Invited), Seminar,

形成する反応場を用いたナノ材料の構造・機能制御技

Academia Sinica (Taipei, Taiwan), December 5, 2017

術の研究開発」全体会議, 産業技術総合研究所 (つく１９) Quan Sun, “ Ultrafast time-resolved photoemission

ば), 2017 年 8 月 10 日

electron microscropy and its applications in nanopho-

上野貢生，「プラズモン放射圧による高分子ゲルの体

tonics” (Invited), Seminar, Harbin Institute of Technology (Harbin, China), December 30, 2017

積相転移」，分子研研究会「共鳴条件下における光と分子の力学的相互作用 -分子操作への展開-」，分子科２０) 三澤弘明,「プラズモンを用いた太陽光エネルギー変学研究所岡崎コンファレンスセンター（岡崎），2017

換」（招待講演）, 平成 29 年度岡山大学次世代研究コ

年 8 月 18 日〜19 日

ア形成支援事業「触媒科学による持続可能な開発への貢献」ミニシンポジウムシリーズ「光触媒開発が先導

１０) Hiroaki Misawa, “Plasmon-induced photoenergy con-

する「人工光合成」技術

versions” (Invited), Seminar, Peking University (Beijing,

Ⅰ」, 岡山大学津島キャン

パス（岡山）, 2018 年 1 月 10 日

China), August 29, 2017
１１) Hiroaki Misawa, “Plasmon-induced photoenergy conver-

２１) Hiroaki Misawa, “Plasmon-induced water splitting and its

sions”(Invited), Seminar, Nankai University (Tianjin,

enhancement by strong coupling between nanocavity andChina), August 30, 2017

localized surface plasmon modes”(Invited), International
CLS Forum on Photo and Catalytic Science for Sustain-

１２) Quan Sun, Hiroaki Misawa, “Resolving the Near Field ofable Society, 東京工業大学

Coupled Plasmonic Nanostructuresin Both Spectral and京）, 2018 年 3 月 3 日〜4 日- 73 -

大岡山キャンパス（東２２) Hiroaki Misawa, “Plasmon-induced water splitting and its

ｂ．大型プロジェクト・受託研究

enhancement by strong coupling between nanocavity and

該当なし

localized surface plasmon modes”(Invited), 2018 IMCE
International Symposium, ITO Campus, Kyushu Univer-4.10 受賞

sity (Fukuoka), March 16, 2018１)

三澤弘明、北海道大学、平成 29 年度「北海道大学総長表彰」、2018 年 3 月 15 日

4.7 シンポジウムの開催
１)

２)

三澤弘明：第 12 回プラズモニック化学シンポジウム、
筑波大学東京キャンパス、東京（2017 年 6 月 23 日）

２)瀚、北海道大学情報科学研究科、研究科長賞、2017

年 9 月 25 日
３)

三澤弘明：第 13 回プラズモニック化学シンポジウム、
首都大学東京 秋葉原サテライトキャンパス、東京于

郭景春、北海道大学情報科学研究科、研究科長賞、2018
年 3 月 22 日

４)（2017 年 11 月 24 日）

高倉稜平、北海道大学情報科学研究科、研究科長賞、2018 年 3 月 22 日

4.8 共同研究

4.11 社会教育活動

ａ. 所内共同研究

ａ．公的機関の委員

該当なし

１) 三澤弘明：文部科学省 科学技術政策研究所 科学技術

ｂ. 民間等との共同研究

予測センター 専門調査員（2006 年 4 月 4 日〜2018

１)

年 3 月 31 日）

三澤弘明、上野貢生（株式会社イムラ・ジャパン）：「プ
ラズモンを利用したセンシングデバイスに関する研２) 三澤弘明：日本学術振興会 先端科学 (FoS) シンポジ

究」
（2017 年度）サスティナブルエネルギー社会実現

ウム事業委員会 事業委員（2010 年 4 月 1 日〜2018の為の技術探求を目的として、プラズモン共鳴を利用

年 3 月 31 日）

したセンシング技術について研究をおこなう。
２)３) 三澤弘明：日本学術会議 連携会員（2011 年 10 月 3

三澤弘明、上野貢生、押切友也（株式会社ホンダ・リ

日〜2023 年 9 月 30 日）

サーチ・インスティチュート・ジャパン）：「プラズモ４) 三澤弘明：科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事

ニック太陽電池、並びにプラズモンを利用した CO2

業

還元に関する共同研究」(2017 年度)プラズモンを利用

新的機能の創出」 領域アドバイザー（2011 年 5 月 1した光電変換装置の効率向上に関するデバイス試験

日〜2018 年 3 月 31 日）

を含む検討、並びにプラズモンを利用した CO2 還元

５) 三澤弘明：文部科学省

装置の実現可能性に関するデバイス試験を含む検討

研究領域「元素戦略を基軸とする物質・材料の革新学術領域研究専門委員会（高次複合光反応） 評価者（2016 年 12 月 8 日-2017

ｃ. 委託研究年 12 月 7 日）

該当なし

６) 三澤弘明：独立行政法人理化学研究所

ｄ. 国際共同研究

客員主幹研究員(2012 年 1 月 26 日〜)

１)Prof. Qihuang Gong, Peking University, China

７) 三澤弘明：科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事

２)

Prof. Pei-Kuen Wei, Academia Sinica, Taiwan

業

３)

Prof. Ding-Ping Tsai, Academic Sinica, Taiwan

領域アドバイザー（2015 年 7 月 1 日〜2019 年 3 月 31

４)Prof. Stephan Link, Rice University, U.S.A.

研究領域「光の極限制御・積極利用と新分野開拓」

日）
８) 上野貢生：日本学術振興会 科学研究費委員会専門委

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）
ａ． 科学研究費補助金１)

三澤弘明、基盤研究 A 一般、フォトニック結晶と結員（2017 年 1 月 1 日〜2017 年 12 月 31 日）

合する局在プラズモンを用いた光アンモニア合成、
２)３)

員（2015 年 12 月～2017 年 11 月）
９) 三澤弘明：日本学術振興会 科学研究費委員会専門委
１０)

科学研究

2017〜2019 年度

費補助金評価委員会の評価者（2016 年 12 月 8 日〜

上野貢生、基盤研究 C、金属を担持した光触媒系界面2017 年 12 月 7 日）

反応の高分解能 in-situ 計測、2015～2017 年度

ｂ．国内外の学会の役職

上野貢生、新学術領域研究（研究領域提案型）、プラ

１)

ズモン強結合系における電子状態の変調と光反応場

三澤弘明：日本化学会

学術研究活性化委員会

委員（2010.4.30〜）への応用、2017 年〜2018 年
４)

三澤弘明：文部科学省研究振興局

２)

三澤弘明：Nanotechnology Innovation Center for En-

上野貢生、新学術領域研究（研究領域提案型）、制御

vironment & Ecosystem, Harbin Institute of Technology,

されたナノ空間を利用した光圧による物質捕捉と光Academic Committee（2012年7月31日〜2017年12月31

化学反応場の構築、2017 年〜2018 年日）- 74 -

３)

上野貢生：日本分析化学会 北海道支部 幹事(2013年3日）

月1日〜2019年2月28日)
４)
５)
６)

７)
８)

４)

三 澤 弘 明 ： Asian Nanoscience and Nanotechnology日）

Association, President (2013年5月〜)

５)Jianwern Chen、台湾（2018 年 2 月 19 日〜3 月 17 日）

上野貢生：応用物理学会極限ナノ造形・構造物性研究

６)Hsin-Yu Hu、台湾（2018 年 2 月 19 日〜3 月 17 日）

会運営委員（2013年11月～）

７)

Sai Santosh Kumar Raavi、インド（2018 年 2 月 26 日〜

上野貢生：電気学会メタマテリアル・プラズモニクス

27 日）の光・電子デバイス応用調査専門委員会（2013年12８)

Qihuang Gong、中国（2017 年 8 月 18 日）

月～）

９)

Xiaoyong Hu、中国（2017 年 8 月 18 日）

三澤弘明：ACS Photonics, Editorial Advisory Board１０) Hong Yang、中国（2017 年 8 月 18 日）(2014年1月1日〜現在)

１１) Guowei Lv、中国（2017 年 10 月 18〜20 日）

三澤弘明：FWO (Research Foundation Flanders) Expert

ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）

Panel W&T3: Condensed Matter and Physical Chemistry１)（2015年1月1日〜2018年12月31日）
９)

上 野 貢 生 ： The 14th International Conference on

２)
３)～2017年3月)

工学部「生体情報工学実験I」押切友也、2017年4月5日〜2017年9月30日

１０) 三澤弘明：公益社団法人新化学技術推進協会

GSC

４)

賞一次選考委員（2015年10月13日〜2016年6月30日,

工学部「情報エレクトロニクス演習」押切友也、2017
年4月5日〜2017年9月30日

2016年10月13日〜2017年7月31日）

５)

１１) 上野貢生：日本分析化学会 日本分析化学会第65年会

全学教育科目、環境と人間 ナノテクノロジーが拓く
光・マテリアル革命、上野貢生、2017 年 5 月 12 日

実行委員（2015年10月～2017年3月）

６)１２) 上 野 貢 生 ： The 24th Congress of the International

全学教育科目、環境と人間 2030 年エレクトロニクスの旅、三澤弘明、2017 年 7 月 12 日

Commisssion for Optics (ICO-24), Program Committee

７)

Member (2016年5月～2017年7月)

情報科学研究科、ナノフォトニクス特論、三澤弘明、
上野貢生、押切友也、2017 年 10 月 2 日〜11 月 29 日

１３) 三澤弘明：日本化学会 学会賞選考委員（2016年9月1８)日〜2018年11月30日）

大学院共通講義、ナノテクノロジー・ナノサイエンス
概論 II、上野貢生、2017 年 11 月 15 日

１４) 上野貢生：31st International Microprocesses and Nan-

９)otechnology Conference (MNC 2018), Steering Commit-

工学部、生体工学概論、上野貢生、2018 年 1 月 25 日

１０) 工学部「生体情報工学実験II」押切友也、2017年10月

tee Members (2017年9月～)

2日〜2018年2月5日

１５) 三澤弘明：The 28th International Conference on Pho-ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期

tochemistry (ICP 2017), International Advisory Board間）

Member（2017年7月）

１)１６) 孫泉: International Workshop on PEEM and Applications,

高校生（札幌南高校）、夢のエネルギー人工光合成の実現に向けて、三澤弘明、2017 年 10 月 26 日

Program Committee Member (2017年10月-11月)

２)

１)

高校生（札幌創成高校・札幌北高校）、光を蓄える金属、上野貢生、2017 年 10 月 27 日、11 月 28 日

ｃ．兼任・兼業
三澤弘明：株式会社レーザーシステム

ｇ. 新聞・テレビ等の報道
顧問（2015１)

年 6 月 1 日〜2017 年 5 月 30 日）

３)

工学部、電気回路、上野貢生、2017 年 4 月 1 日〜2017
年 6 月 5 日（春ターム）

iques (NFO-14), Local Committee Member (2015年2月

２)

工学部、電気回路、三澤弘明、2017 年 4 月 1 日〜2017
年 6 月 5 日（春ターム）

Near-Field Optics, Nanophotonics, and Related Tech-

１)

Yaolong Li、中国（2018 年 1 月 7 日〜2019 年 1 月 62017 年 10 月 11 日
流反転

日経産業新聞「光の波長で電北大など 色識別センサー開発」

三澤弘明：国立交通大学（台湾） 講座教授(2015 年 8

ｈ. ポスドク・客員研究員など

月 1 日〜2021 年 7 月 31 日)

１)

李潔（博士研究員、2014.9.1〜）

孫泉：Jilin University Visiting Professor (2017 年 1 月

２)

丸山明日香（技術補佐員、2017 年 4 月 1 日〜2018 年-2019 年 12 月)

3 月 31 日）

d.外国人研究者の招聘
１)
２)

Jinghuan Yang、中国（2015 年 12 月 10 日〜2017 年 5 月

i．修士学位及び博士学位の取得状況

31 日）

修士学位：1名

Markus Weipert、ドイツ（2017 年 4 月 1 日〜2017 年 8１) 高倉

月 31 日）３)

稜平 : 修士（情報科学）、３次元プラズモン光

アノードを用いた光電変換・水分解反応系の構築

Hanfa Song、中国（2017 年 5 月 1 日〜2018 年 2 月 12
- 75 -

(Photoelectric conversion/water splitting system using
three-dimensional plasmonic photoanode)
博士学位：2名
１)于

瀚：博士（情報科学）、Exploring the near-field

properties on coupled plasmonic nanostructures by photoemission electron microscopy（光電子顕微鏡によるプラズモン結合モードの近接場特性に関する研究）２)

郭景 春 ： 博 士 （ 情 報 科 学 ）、 Plasmon-induced

photoelectrochemical

biosensors

using

gold

nanostructured titanium dioxide photoelectrodes（金ナノ構造担持酸化チタン電極を用いた光電気化学
バイオセンサー）- 76 -

光電子ナノ材料研究分野
教授

西井準治（都立院、工博、2009.7～）

准教授

海住英生（慶大院、工博、2013.10～）助

藤岡正弥（慶大院、理博、2015.4～）

教

博士研究員

(a)

三澤貴浩（2017.4～9）

外国人研究員

Bian Weibai（2016.10～2017.9）
Fang Xinxiong（2017.9～2018.2）

大学院生

久保直紀（総合化学院M2）
舘林

尭（総合化学院M1）

Robin Msiska（総合化学院M1）
学部生

佐々木悠馬（理学部化学科B4）(b)

１．研究目標当該研究分野では、無機材料や金属材料中のイオンや電子スピンの状態を制御して新奇な機能や特性を引き出すことを目的として以下の基盤研究に取り組んでいる。
(1) 電子スピンの制御
固体中の電子が持つ「電荷」に新たな自由度である「スピン」を加えたスピントロニクスに、ナノ構造や光を取り入れた新たなデバイスの創製(2) イオンの制御固体材料への電圧印加によって、内部に含まれるイオンの置換やその濃度分布を変化させ、新たな電気的、光学的な

図１ (a) Fe/AlOx/Fe3O4 MTJ と(b)iTMC 効果

特性を有する機能材料の創製

Debye-Fröhlich(DF)模型を用いた理論計算により定量的に(3) 光波制御機能の発現良く説明できることも明らかにした。本理論によれば、磁光学異方性、電磁場増強、光波の閉じ込めなど、自然界に性層と絶縁層の界面に生じる電気的なダイポールが交流電存在しない光学特性を発現する光の波長レベル以下の微細場によって振動し、この振動モードがDF模型に従う。つまな周期構造デバイスの創製り、磁化平行(P)状態では、その振動が俊敏である(=緩和時間が短い)ため、誘電分極が大きくなりキャパシタンスが大２．研究成果きくなる。磁化反平行(AP)状態では、その逆で、振動が緩慢となる(=緩和時間が長い)ため、キャパシタンスが小さく(1) 磁気トンネル接合における逆磁気キャパシタンス効果なる。このような物理的描像に基づくと、P状態で緩和時の発見間が長くなり、AP状態で緩和時間が短くなれば、TMC効果

電子の電荷とスピンの2つの自由度を利用する「スピントとは逆の現象(CP < CAP)であるiTMC効果を見出すことが期

ロニクス」は、現代のエレクトロニクスを凌駕する次世代技術として期待され、近年大きな注目を集めている。中でも、磁性体/絶縁体/磁性体から構成される磁気トンネル接合(MTJ)は室温にて巨大なトンネル磁気キャパシタンス(TMC)効果を示すことから国内外で精力的に研究が進められてきた。通常のTMC効果では、両磁性層の磁化が平行であるときキャパシタンスCPが大きくなり、反平行であるときCAPが小さくなる。本研究ではFe/AlOx/Fe3O4 MTJにおいてその逆の現象(CP < CAP)である逆トンネル磁気キャパシ
タンス(iTMC)効果を発見したので、その詳細について報告する。
我々は2015年に150%を超える巨大なTMC比を観測する

図２ iTMC比の電圧依存性

こ と に 成 功 し た 。 ま た 、 TMC 効 果 の メ カ ニ ズ ム が- 77 -

待される。P状態とAP状態の緩和時間の反転(P > AP)は、両うなイオンの出し入れは、電池反応に利用されるだけでな

磁性層のスピン分極率が互いに異符号であることにより実く、物質の電子物性にも大きな変調を与えることが知られ現することが予想される。

ている。我々の研究室では、固体電気化学を利用したトポ

そこで、我々は、正のスピン分極率を示すFeと負のスピ

タクティック反応により、様々な構造骨格とイオン種を組

ン分極率を示すFe3O4に着目し、Fe/AlOx/Fe3O4 MTJを作製み合わせた新規物質の開発に取り組んでおり、この材料開した(図1(a))。分子線エピタキシー法によりMgO(110)基板上発を進めることで、従来法では得られない革新的な機能性にMgO(20 nm)/NiO(5 nm)/Fe3O4(60 nm)/AlOx(2–4 nm)/ Fe(10材料の創出を目指している。

nm)/Au(30 nm)から構成されるMTJを作製した。微細加工にはフォトリソグラフィー、及びArイオンミリング法を用いた。作製したMTJのTMC測定には、室温磁場中交流4端子法を用いた。図1(b)に示すようにFe/AlOx/Fe3O4 MTJにおいて明瞭なiTMC効果が観測された。すなわち、P状態ではキャパシタンス CPが小さくなり、AP状態ではキャパシタンス

CAP が大きくなる。このときの変化率をiTMC比（=(CAP–CP)/CP）と定義する。図2にiTMC比の電圧依存性を示す。
周波数が低いときは、高いiTMC比を示すが、電圧上昇に伴い、iTMC比は減少する。一方で、周波数が高いときは、低いiTMC比を示すが、電圧上昇に伴い、iTMC比は増大する(=ロバスト性を示す）。これらの実験結果はZhang模型と放物線バリア近似を取り入れたDF模型、及びスピン依存ドリ
フト拡散模型を用いた理論計算(=図2の実線)により定量的に説明できることがわかった。

図４ プロトン駆動法の概念図

さらに、本理論を用い、iTMC比向上に関する検討を行った。図3にiTMC比の周波数特性に関する計算結果を示す。

図4にトポタクティック反応を進行させる手法として

図3より CoFeBを想定したスピン分極率65%を示す材料

我々が開発したプロトン駆動法の概念図を示す。負極を針(FM1) と Fe4N を 想 定 し た ス ピ ン 分 極 率 -42% を 示 す 材 料状の電極として、その直下に固体電解質およびホスト物質(FM2)をMTJの磁性層に用いれば、最大で177％のiTMC比が(イオンを受け入れる物質)を設置する。水素雰囲気中で高得られることが理論的に明らかになった。

電圧を印加すると、水素がプロトンに電離し、固体電解質へと侵入する。固体電解質内の伝導イオンは電気的中性を保つように、ホスト物質へと移動し、トポタクティック反応が進行する。
このようにして2次元層状物質TaS2の層間に様々なイオンを導入したx-ray diffraction (XRD)の測定結果を図5に示す。イオンの導入に伴い、系統的にピークがシフトし、イオンの大きさに応じて層間が広がっていることがわかる。
またこの手法は、従来のイオンインプラントのようなイオ

図３ iTMC比の周波数特性に関する計算結果(2) 固体電気化学を利用したトポタクティック反応技術の開発
トポタクティック反応とは、物質の構造骨格を保ったま
ま、一部の元素をその構造に出し入れする反応である。例
えば、リチウムイオン電池では、正極のLiCoO2から負極の黒鉛にリチウムイオンが侵入することで充電され、黒鉛からLiCoO2にリチウムが戻る際に放電する。これらの反応は、リチウムイオンの出し入れに対して構造骨格が保たれており、トポタクティック反応の代表的な例といえる。このよ

図５ AxTaS2 (A = Ag, Cu, K, Na, Li)のXRD測定- 78 -

ンの打ち込みと異なり、物質固有のイオン伝導を利用する

ポタクティック反応技術の開発では、アルカリ金属イオン

ため、単結晶内に均質にイオンが分布する。さらに、従来や銅イオン、銀イオンなどの、１価イオンの導入に成功しの電気化学で見られるような溶媒の同時侵入に伴う結晶性た。また近年、様々な多価数イオン伝導体が開発されていの劣化は確認されず、半値幅はイオン導入前とほとんど変る 。 例 え ば Mg2+ 伝 導 体 の MgFeSiO4 や 、 Al3+ 伝 導 体 のわらない。

(Al0.2Zr0.8)20/19Nb(PO4)3 、Zr4+伝導体の Zr1-x/4TaP3-xWxO12、Ti4+

また、NASICON型Na3V2(PO4)3は固体イオン電池への応用が伝導体の Ti(Nb0.8W0.2)5.0/5.2(PO4)3 等である。これらの物質は期待されており、このNASICON構造を有する物質は数多く報

イオン源の候補として挙げられ、これらのトポタクティッ

告されている。しかし、NaサイトをKイオンに置換した

ク反応を利用した多価数イオンの導入が実現すれば、材料

Na3-xKxV2(PO4)3は、NaとKのイオン半径が大きく異なるため、合成の幅は格段に広がり、革新的機能性材料の創出に貢献

熱力学的準安定な相となり従来の手法では合成が困難であすると期待される。また、本手法は準安定物質をバルクなった。一方、本手法は、高温高電圧の特殊環境下に物質を状態で取り出すことが可能であり、このような合成技術の置くことでKイオンを電気的に拡散し、Naイオンとの交換を開発は今後の材料科学の発展に大きく寄与するものと期待促す。このため、元の構造骨格を保持したまま、Kイオンがされる。

置換された熱力学的準安定物質が合成されることを見出した。図6はNa3V2(PO4)3にKイオンが上部から徐々に侵入して４．資料いる様子を表している。

4.1 学術論文（査読あり）
１)

N. Kubo, N. Ikutame, M. Takei, W. Bian, S. Ikeda, K.
Yamamoto, K. Uraji, T. Misawa, M. Fujioka, H. Kaiju, G.
Zhao and J. Nishii : “Nano-imprinting of surface relief
gratings on soda-aluminosilicate and soda-lime silicate
glasses”, Optical Materials Express, 7 :1438-1455(2017)
２)

T. Yamaguchi, Y. Saito, Y. Kuwahara, H. Yamashita, T.
Ishiyama, J. Nishii, T. Yamashita, H. Kawazoe and T.
Omata : “Effect of alkaline-earth species in phosphate

図６ NASICON型Na3V2(PO4)3へのKイオン交換

glasses on mobility of proton carriers”, Journal of Mate-

本研究により、トポタクティック反応に固体電気化学を

rials Chemistry A, 5 : 12385-12392 (2017)

利用することで、高い結晶性を維持した均質な物質が得ら

３)

れ、熱力学的にも準安定な材料が合成可能であることが明

H. Kaiju, T. Nagahama, S. Sasaki, T. Shimada, O.
Kitakami, T. Misawa, M. Fujioka, J. Nishii and G. Xiao :らかとなった。

“Inverse

Tunnel

Fe/Al-oxide/Fe3O4”,

３．今後の研究の展望

MagnetocapacitanceScientific

Reports,in7:2682(1-12) (2017)４)

磁場によりキャパシタンスが変化する磁気キャパシタン

W. Bian, Y. Chen, W. Huang, G. Zhao, J. Nishii, H. Kaiju,
M. Fujioka, L. Li, N. Li and F. Yan : “Effect of F/Ba ratio

ス効果は、磁気トンネル接合のみならず、近年盛んに研究

of precursor solution on the properties of solu-が行われているマルチフェロイック材料においても発見さtion-processed YBCO superconducting films”, Ceramics

れている。最近では、絶縁体中に磁性ナノ粒子を分散させInternational, 43 : 8433-8439 (2017)

たナノグラニュラー材料や磁性層と磁性層の間に分子を挟んだ分子スピントロニクス素子においても発見されており、

５)

F. Caglieris, A. Leveratto, I. Pallecchi, F. Bernardini, M.
Fujioka, Y. Takano, A. Jost, U. Zeitler and M. Putti :磁気キャパシタンス効果をキーワードとした当該研究分野“Quantum oscillations in the SmFeAsO parent compoundが急速に発展している。このような観点から他の様々な材

and superconducting SmFeAs(O,F)”, Physical Review B,

料・物質・デバイスにおいても室温巨大磁気キャパシタン

96 : 104508(1-5) (2017)

ス効果が発見される可能性は極めて高く、学術的に広く展６)開していくものと期待できる。さらに、将来的には、磁気

T. Yamaguchi, T. Kataoka, S. Tsukuda, T. Ishiyama, J.
Nishii, T. Yamashita, H. Kawazoe and T. Omata : “Mo-キャパシタンス効果の特徴を活かした革新的低ノイズ・低

bility of Proton Carriers in Phosphate Glasses Depends

消費電力メモリ素子の創製のみならず、磁気抵抗効果と組

on Polymerization of Phosphate Framework”, Physical

み合わせることで、従来にない多値磁気メモリ素子の創製

Chemistry Chemical Physics, 19 : 29669-29675 (2017)も期待でき、応用工学的な観点からも極めて大きな意義を７)もつものと考えられる。また、固体電気化学を利用したト

M. Fujioka, C. Wu, N. Kubo, G. Zhao, A. Inoishi, S.
Okada, S. Demura, H. Sakata, M. Ishimaru, H. Kaiju and- 79 -

J. Nishii : “Proton-Driven Intercalation and Ion Substi-

８)４)

tution Utilizing Solid-State Electrochemical Reaction”,

Gang : 「磁気トンネル接合における逆磁気キャパシ

Journal of the American Chemical Society, 139 :タンス効果」、第 22 回半導体スピン工学の基礎と応用

17987-17993 (2017)

PASPS-22、大阪大学豊中キャンパス基礎工学国際棟

S. Tsukuda, K. Miyake, T. Yamaguchi, M. Kita, T.

（Σホール）（2017-12）Ishiyama, J. Nishii, T. Yamashita, H. Kawazoe and T.

５)

海住 英生、西井 準治 ： 「薄膜エッジを利用したナ

Omata : “Formation of Amorphous H3Zr2Si2PO12 by

ノスケール分子接合デバイス」、東工大化生研講演会、Electrochemical

東京工業大学すずかけ台キャンパス（2017-12）

SubstitutionofSodiumIonsin

Na3Zr2Si2PO12 with Protons”, Inorganic Chemistry, 56 :９)

海住 英生、長浜 太郎、北上 修、西井 準治、Xiao

６)

藤岡 正弥 ： 「プロトン駆動イオン導入法を用いた

13949-13954 (2017)

インターカレーションの新展開」、物質・デバイス領

T. Kinoshita, A. Miyazaki, K. Kawaguchi, D. Sakai, T.

域共同研究拠点展開共同研究 B 研究会、北海道大学

Yamaguchi, T. Omata, T. Ishiyama, M. Fujioka, H. Kaiju（2017-12）and J. Nishii : “Dense proton injection into phosphate７)

海住 英生、長浜 太郎、北上 修、西井 準治、Xiao

glasses using corona discharge treatment”, Applied Sur-

Gang ： 「スピンデバイスにおける磁気誘電効果のface Science, 428 : 718-722 (2018)

理論とその実証」、第 2 回マテリアルズ・インフォマ
ティクス基礎研究会、中央大学駿河台記念館（2018-03）

4.2 学術論文（査読なし）

ｃ．一般講演（国際学会）

該当なし

１)

M. Fujioka, H. Kaiju and J. Nishii : “Novel Platinum-Based Superconductor LaPt5As with Unique Crystal

4.3 総説・解説・評論等

Structure”, 13th European Conference on Applied Su-１)

藤岡 正弥、海住 英生、西井 準治 : 「100 年にわた

perconductivity, Centre International de Congrès Genève

る超電導物質探索の営み―高圧合成の可能性」、化学、(CICG), Switzerland (2017-09)

化学同人、72 : 64-65 (2017)２)

H. Kaiju, T. Nagahama, S. Sasaki, T. Shimada, O.
Kitakami, T. Misawa, M. Fujioka, J. Nishii and G. Xiao :4.4 著書“Inverse

該当なし

netism
4.5 特許１)

藤 岡TunnelMagnetocapacitancein

Fe/Al-oxide/Fe3O4”, 62nd Annual Confernece on Magand

Magnetic

Materials,

Pittsburgh,

USA(2017-11)
正 弥 、 西 井

準 治 、 海 住

英 生 ：ｄ. 一般講演（国内学会）

PCT/JP2017/016263、「インターカレーション物質の１)

村田 陽、神原 陽一、海住 英生、藤岡 正弥、西井 準

製造方法および製造装置ならびにイオン置換物質の治、松本 裕介、Chelali Imad : 「YBa2Cu3O7-δナノ/マ

製造方法および製造装置」、2017 年 4 月 25 日

イクロワイヤの低温合成と輸送現象測定」、平成 29
年度日本材料科学会学術講演会、関東学院大学 KGU

4.6 講演関内メディアセンター (2017-06)

ａ．招待講演（国際学会）

２)

該当なし

舘林 尭、Bian Weibai、藤岡 正弥、海住 英生、西井 準
治、山口 拓哉、小俣 孝久 : 「リン酸塩ガラスのプｂ．招待講演（国内学会）

ロトン伝導におけるアルカリ土類及び希土類イオン１)

海住 英生、長浜 太郎、北上 修、西井 準治、Xiaoの影響」、日本化学会北海道支部 2017 年夏季研究発表

Gang : 「計算機科学に基づいた磁気キャパシタンス

会、旭川工業高等専門学校 (2017-07)

効果の発見」、平成 29 年度日本材料科学会学術講演会、
２)

３)

哲久、芥川 智行、藤岡 正弥、西井 準治、海住 英生 :藤岡 正弥、猪石 篤、岡田 重人、海住 英生、西井 準「 Ni78Fe22/Alq3/Ni78Fe22 ナノ接合素子の電気伝導特治 ：「高電界イオン導入法を用いた新規材料の合成」、

性」、第 78 回応用物理学会秋季学術講演会、福岡国際

第 5 回アライアンス若手研究交流会、東京工業大学す

会議場 (2017-09)

ずかけ台キャンパス（2017-08）
３)

三澤 貴浩、森 澄人、佐々木 悠馬、小峰 啓史、星野関東学院大学 KGU 関内メディアセンター（2017-06）

４)

佐々木 悠馬、三澤 貴浩、森 澄人、小峰 啓史、星野海住 英生、長浜 太郎、北上 修、西井 準治、Xiao

哲久、芥川 智行、藤岡 正弥、西井 準治、海住 英生 :Gang ： 「強磁性トンネル接合における磁気キャパ「Ni78Fe22/Alq3/Ni78Fe22 ナノ接合素子における量子・

シタンス効果」、第 34 回光機能磁性デバイス・材料専

古典状態間遷移領域に関する研究」、第 78 回応用物理門研究会、東京工業大学キャンパス・イノベーション

学会秋季学術講演会、福岡国際会議場 (2017-09)

センター（2017-09）

５)- 80 -

藤岡 正弥、久保 直紀、海住 英生、西井 準治 : 「イオン導入における新手法を用いた物質合成」、第 78

national Symposium, Sapporo, Japan（2017-11）

回応用物理学会秋季学術講演会、福岡国際会議場
６)

３)

Omata and J. Nishii : “Effect of alkaline-earth and ra-

海住 英生、長浜 太郎、佐々木 駿、島田 敏宏、北上re-earth ions on proton conductivity of phosphate glass”,

修、三澤 貴浩、藤岡 正弥、西井 準治、Xiao Gang :The 18th RIES-HOKUDAI International Symposium,「Fe/AlOx/Fe3O4 における逆トンネル磁気キャパシタ

Sapporo, Japan（2017-11）

ンス効果」、第 41 回日本磁気学会学術講演会、九州大
７)

T. Tatebayashi, T. Yamaguchi, M. Fujioka, H. Kaiju, T.

(2017-09)

４)

M. Fujioka, H. Kaiju and J. Nishii : “Mechanism behind

学 (2017-09)

superconductivity in Pt-based superconductors”, The

久保 直紀、藤岡 正弥、海住 英生、西井 準治 : 「イ18th RIES-HOKUDAI International Symposium, Sapporo,

オン導入量を制御した AgxTaS2 の結晶構造及び電気磁Japan（2017-11）

気特性の評価」、第 53 回応用物理学会北海道支部/第８)

14 回日本光学会北海道支部合同学術講演会、北海道

4.7 シンポジウムの開催

大学 (2018-01)

１)

佐々木 悠馬、三澤 貴浩、Msiska Robin、森 澄人、小スクール」、中央大学駿河台記念館（2017 年 6 月 7 日

峰 啓史、星野 哲久、芥川 智行、西井 準治、海住 英
生

９)

:

関 剛斎、海住 英生 : 「第 40 回日本磁気学会サマー-9 日）「 磁 性 薄 膜 エ ッ ジ を 利 用 し た

２)

M. Nagayama, K. Ijiro, N. Tamaoki, H. Uji-i, H. Kaiju, H.

Ni78Fe22/Alq3/Ni78Fe22 ナノ接合素子に関する研究」、第Aonuma, H. Mitomo, H. Teramoto, K. Sato, T. Inose, M.

53 回応用物理学会北海道支部/第 14 回日本光学会北Jusup, Y. Kim, M. Akiyama and K. Sakai : “The 18th

海道支部合同学術講演会、北海道大学（2018-01）

RIES-HOKUDAI International Symposium 極 [kyoku]

舘林 尭、Fang Xinxiong、Bian Weibai、藤岡 正弥、海joint with the 2nd International Symposium of Dynamic

住 英生、Zhao Gaoyang、西井 準治 ： 「リン酸塩ガ

Alliance for Open Innovation Bridging Human, Environ-

ラスにおけるプロトン伝導特性と含有プロトン濃度

ment

の相関」
、化学系学協会北海道支部 2018 年冬季研究発

CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO (2017 年 11

表会、北海道大学（2018-01）

月 30 日〜12 月 1 日)１０) 藤岡 正弥、白川 直樹、長尾 雅則、久保 直紀、海住

３)

and

Materials(theFive-Star

Alliance)”,

海住 英生、藤岡 正弥、西井 準治 : 「平成 29 年度

英生、西井 準治 : 「プロトン駆動イオン導入法を用物質・デバイス領域共同研究拠点展開共同研究 B 研

いた Ag1/5TaS2 の結晶構造と超電導特性」、第 65 回応究会」、北海道大学電子科学研究所（2017 年 12 月 22

用物理学会春季学術講演会、早稲田大学西早稲田キャ日）

ンパス (2018-03)

４)朝倉 清高、白岩 孝行、ゴータム ピタンバル、中島 千

１１) 藤原 英樹、海住 英生、西井 準治、笹木 敬司 :「外絵、長縄 宣博、海住 英生、北村 秀光、高草木 達、部磁場によるランダムレーザー発振モード制御」、第大西 富士夫 : 「第 1 回創成研究機構フォーラム～北65 回応用物理学会春季学術講演会、早稲田大学西早大研究所・センターが提案する国際化戦略」、北海道

稲田キャンパス (2018-03)

大学（2018 年 3 月 2 日）

１２) 海住 英生、長浜 太郎、佐々木 駿、島田 敏宏、北上
修、三澤

貴浩、西井

準 治 、 Xiao Gang :4.8 共同研究「Fe/AlOx/Fe3O4 磁気トンネル接合における逆磁気キａ. 所内共同研究ャパシタンス効果」、日本物理学会第 73 回年次大会、

１)

東京理科大学野田キャンパス (2018-03)の共同研究：「外部磁場によるランダムレーザー発振

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以

モード制御に関する研究」

外）
１)

２)

光システム物理研究分野（笹木教授、藤原准教授）とｂ. 民間等との共同研究
舘林 尭、Bian Weibai、山口 拓哉、藤岡 正弥、海住 英

該当なし

生、小俣 孝久、西井 準治 : 「リン酸塩ガラスのプｃ. 委託研究

ロトン伝導におけるアルカリ土類及び希土類イオン

該当なし

の影響」
、第 49 回日本セラミックス協会ガラス部会夏

ｄ. 国際共同研究

季若手セミナー、おたる自然の村・おこばち山荘

１)

海住 英生、西井 準治、長浜 太郎、北上 修、小峰 啓(2017-08)

史、Xiao Gang ：「スピントロニクス学術研究基盤と

Y. Sasaki, T. Misawa, R. Msiska, S. Mori, T. Komine, N.

連携ネットワーク」拠点整備事業共同研究プロジェク

Hoshino, T. Akutagawa, J. Nishii and H. Kaiju : “Study ofト、2017～2018 年度

Ni78Fe22/Alq3/Ni78Fe22 nanoscale junction devices utilizing thin-film edges”, The 18th RIES-HOKUDAI Inter-

4.9 予算獲得状況- 81 -

ａ． 科学研究費補助金
１)

and Magnetism in CeO1-xFxBiS2”（Journal of Physical西井 準治、基盤研究 B 一般、希土類元素含有ガラス

Society of Japan）2017 年 5 月

中のプロトンキャリアの超安定化；中温域燃料電池の
２)

３)

２)

佐々木 悠馬、三澤 貴浩、Msiska Robin、森 澄人、小新展開、2017〜2019 年度

峰 啓史、星野 哲久、芥川 智行、藤岡 正弥、西井 準

西井 準治、挑戦的研究（萌芽）、コロナ放電を用いた

治、海住 英生 : 第 53 回応用物理学会北海道支部/

革新的イオン導入法の開拓と新物質合成、2017〜2018

第 14 回日本光学会北海道支部合同学術講演会発表奨

年度

励賞 「薄膜エッジを利用した Ni78Fe22/Alq3/Ni78Fe22

海住 英生、基盤研究 B 一般、強磁性ナノ接合を用いナノ接合の作製とその構造・電気伝導特性」（応用物

た巨大磁気キャパシタンス効果素子の創製、2015〜

理学会）2018 年 1 月

2017 年度
４)５)

海住 英生、挑戦的研究（萌芽）、ペロブスカイト磁気4.11 社会教育活動

ナノグラニュラーにおける光誘起型巨大磁気誘電効ａ．公的機関の委員

果の発現、2017〜2018 年度

１) 海住 英生 ： 文部科学省科学技術政策研究所科学技藤岡 正弥、若手研究 B、電界効果型ダイヤモンドア

術動向研究センター専門調査員（2014 年 2 月 24 日～

ンビルセルの開発による未知領域の物性探索、2015現在）〜2017 年度

ｂ．国内外の学会の役職

ｂ．大型プロジェクト・受託研究１)１) 西井 準治 ： 応用物理学会ナノインプリント研究会

神原 陽一、海住 英生（H24-30 年度 物質・デバイス

運営委員会委員（2014年4月1日～現在）

領域共同研究拠点共同研究）：「鉄系超電導体の微結晶

２) 西井 準治 ： 日本セラミックス協会東北北海道支部を利用した輸送臨海電流密度測定」、2012～2018 年度
２)

役員（2014年4月1日～現在）

小峰 啓史、海住 英生（H25-30 年度 物質・デバイス

３) 海住 英生 ： 電気学会「高周波磁性材料の実用化の領域共同研究拠点共同研究）：「積層磁性膜の粒間相互ための技術動向調査専門委員会」委員（2017年4月1

作用が磁化状態に及ぼす影響」、2013～2018 年度
３)

日～現在）

海住 英生、藤岡 正弥、西井 準治、北上 修、芥川 智

４) 海住 英生 : 日本材料科学会マテリアルズ・インフォ

行、星野 哲久（H29 年度 物質・デバイス領域共同研

マティクス基礎研究会プログラム編集委員（2017年4

究拠点 人・環境と物質をつなぐイノベーション創出

月1日〜現在）ダイナミック・アライアンス「アライアンス若手研究５) 海住 英生 ： 日本磁気学会企画委員（2017年5月8日

支援プログラム」）：「ナノ構造スピントロニクスデバ～現在）

イスにおける磁気キャパシタンス効果」、2017 年度
４)６) 海住 英生 ： 第41回日本磁気学会学術講演会実行委

海住 英生、藤岡 正弥、西井 準治、北上 修（北海道員（2017年6月1日～9月30日）

大学電子科学研究所「ダイナミック・アライアンス研

７) 海住 英生 ： 第40回日本磁気学会サマースクールサ

究支援事業若手研究者共同研究推進事業」）：「強磁性

ブチーフオーガナイザ-＆座長（2017年6月7日～6月9

トンネル接合における非平衡トンネル磁気キャパシ日）

タンス効果に関する研究」、2017 年度
５)８) 海住 英生 ： 日本化学会北海道支部2017年夏季研究

海住 英生、西井 準治（旭硝子）：「電気的作用による会座長、優秀講演賞審査委員（2017年7月22日）

ガラス表層のイオンマイグレーションメカニズムの

９) 海住 英生 ： 第53回応用物理学会北海道支部第14回

解明」、2017～2018 年度
６)日 本 光 学 会 北 海 道 支 部 合 同 学 術 講 演 会 A- Ⅲ 座 長

藤岡 正弥（ナノテクキャリアアップアライアンス（2018年1月6日）（Nanotech CUPAL）：「超高圧を利用した新規機能性物
７)１０）藤岡 正弥 : 第53回応用物理学会北海道支部第14回

質の創出」、2015～2017 年度

日 本 光 学 会 北 海 道 支 部 合 同 学 術 講 演 会 B-Ⅱ 座 長

藤岡 正弥（池谷科学技術振興財団）：「高電界イオン（2018年1月6日）

導入法を用いたプロトン伝導体の探索的研究」、2017

１１）海住 英生 ： 日本物理学会第73回年次大会 領域3

年度（23pK304）座長（2018年3月23日）
ｃ．兼任・兼業

4.10 受賞
１)

１)

西井 準治 ： 住友財団基礎科学研究選考委員（2015

S. Demura, K. Deguchi, Y. Mizuguchi, K. Sato, R. Honjyo,

年 4 月 1 日～現在）

A. Yamashita, T. Yamaki, H. Hara, T. Watanabe, S. J.

ｄ．外国人研究者の招聘

Denholme, M. Fujioka, H. Okazaki, T. Ozaki, O. Miura,

該当なし

T. Yamaguchi, H. Takeya and Y. Takano : Highly Cited

ｅ．北大での担当授業科目

Articles in 2016 “Coexistence of Bulk Superconductivity

１)- 82 -

理学部、ナノ物性化学、西井 準治、2017 年 4 月 1 日

～7 月 31 日
２)

全学共通、環境と人間：ナノテクノロジーが拓く光・
マテリアル革命「ナノテクが切り拓くスピントロニク
スとスピン流」、海住 英生、2017 年 5 月 19 日

３)

総合化学院、物質化学（ナノフォトニクス材料論）、
西井 準治、2017 年 6 月 5 日～6 月 25 日

４)

総合化学院、物質化学（ナノフォトニクス材料論）、
海住 英生、2017 年 7 月 1 日～7 月 31 日

５)

全学・大学院共通、ナノテクノロジー・ナノサイエン
スと光科学「スピントロニクスが切り拓く次世代革新
的デバイス」、海住 英生、2017 年 11 月 15 日～11 月
17 日

６)

全学共通、自然科学実験、藤岡 正弥、2017 年 6 月 14日〜7 月 19 日

ｆ．北大以外での非常勤講師
該当なし
ｇ. 新聞・テレビ等の報道
１)2017 年 6 月 2 日 日本経済新聞「新たな物理現象・
逆磁気キャパシタンス（iTMC）効果を発見」

２)

2017 年 6 月 2 日

ScienceDaily “Flipping thescript on magnetocapacitance”
３)2017 年 6 月 3 日

AZO MATERIALS“Scientists Induce

Magnetocapacitance Opposite to Normal Capacitance”
４)2017 年 6 月 6 日 EE Times Japan「北大ら、逆磁気キャパシタンス効果を発見」

５)2017 年 6 月 8 日

IEEE Spectrum “ Magne-

to-capacitance Turned Upside Down Offers a New
Tool in Spintronics”
６) 2017 年 6 月 9 日

Nanotech Japan「新たな物理現象、

逆磁気キャパシタンス（iTMC）効果を発見～磁石の向きにより電気の溜まり方を自在にコントロール」
７) 2017 年 11 月 21 日 ScienceDaily “‘Ion billiards'
cue novel material synthesis method”
８) 2017 年 11 月 22 日 Excite ニュース「“イオンのビリヤード”で新材料の開発へ―北大、新たな物質合成技術を確立」
９) 2017 年 12 月 26 日 Chem-Station 「イオンのビリヤードで新しい物質を開発する」
ｈ. ポスドク・客員研究員など
該当なし
i．修士学位及び博士学位の取得状況
修士学位：１名
１)

久保 直紀 : 固体電解質を利用したインターカレー
ションの新規手法開発

博士学位：0名- 83 -

ことで、交差物性を示す新奇系ならびに多重機能性材料のナノアセンブリ材料研究分野
教

授開発が期待できる。

中村貴義（東大院、理博、1997.4～）分子のダイナミクスを利用したカテナンやロタキサンな准教授

野呂真一郎（京大院、工博、2004.7～2017.11）

どの分子機械に関する研究が基礎・応用の観点から広く展

助教

高橋仁徳（東北大院、博(工)、2017.8～）

開されている。例えば、24員環のクラウンエーテルを用い院生

鄭鑫（DC1）、白川祐基（MC1）、陳姣（MC1）、

たロタキサンでは、クラウンエーテルの環の内部に、π共呉佳冰（MC1）

役系芳香族化合物が包接された分子シャトル構造を形成す

特別研究学生
研究生

藤林将る。そこで、これまでに当研究分野で数多くの検討を行っ張雲雅てきた15・18員環のクラウンエーテルに比べて環サイズの大きい、24員環のクラウンエーテルを用いることで、有機１．研究目標カチオンの包接による新たな高次構造の構築を試みた。ま分子が発現する機能は多様であり、光・電子機能性、生た、クラウンエーテルへの分子修飾によって、隣接クラウ

理活性などに基づき、分子はエレクトロニクス・材料・医

ンエーテル間でのπ•••π, C-H•••π相互作用を誘起し、固薬など広範な分野で応用に供されている。複数の分子が集相での分子配列の制御も視野に入れることができる。本年合すると、それぞれの分子に起因する機能だけでなく、分

度 は 、 dibenzo[24]crown-8 と 複 素 環 カ チ オ ン で あ る

子間の相互作用により、単一の分子では実現できない新た

pyridazinium (pdaz+)およびpyrazinium+ (praz+) についな機能が発現する。ナノアセンブリ材料研究分野では、ナて検討を行った。

ノメートル領域で複数の分子が集合した“ナノアセンブリ”に着目し研究を進めている。分子の自己集積化過程を設計・制御することで新奇なナノアセンブリ構造を実現し、さらに集合体における協同現象を積極的に利用することで、単一分子では達成できない機能の発現を目指す。ナノアセン
ブリ材料の構造と機能の相関を詳細に検討し、次代を担う

図1 [18]crown-6、dibenzo[24]crown-8、pyridazinium+

新奇な材料を開拓することが、我々の研究目標である。

(pdaz+), pyrazinium+ (praz+) の分子構造。

アセトンからの蒸発法により、カチオン：クラウンエーテ

２．研究成果ル ： [Ni(dmit)2]

=

2:

3:

2

の 組 成 を 持 つ+(a) 有機カチオン包接による一次元超分子カラム構造(pdaz )2(dibenzo[24]crown-8)3[Ni(dmit)2]2(1),(praz+)2

超分子化学の手法を用いる事で、磁性や伝導性を有する(dibenzo[24]crown-8)3[Ni(dmit)2] 2• H2O (2) を得た。結晶2は、機能性分子集合体の構造制御や物性の複合化が可能である。

組成あたり1分子のH2O 分子を含んでいた。図2に結晶1の各種カチオンとクラウンエーテルが非共有結合性の分子間パッキング構造を示した。pdaz+ がクラウンエーテルに包相互作用から形成する超分子集合体カチオン構造に着目し、接され超分子カチオンを形成するとともに、超分子カチオ

生体分子系で見られる分子モーター構造を模倣した新規なンと[Ni(dmit)2] が分離集積し、a 軸に沿って配列していた。

分子ローター構造の設計とその機能開拓を行っている。

また、クラウンエーテルは一次元カラム構造を形成していこ れ ま で に 、 Cs2([18]crown-6)3[Ni(dmit)2]2 や (Ani+)+([18]crown-6)[Ni(dmit)2] 、 (m-FAni )た。

([18]crown-6)

図3に超分子カチオンの配列を示した。クラウンエーテル[Ni(dmit)2]結晶 (dmit2- = 1,3-dithiole-2-thioxo-4,5-のフェニレン環に着目すると、最近接C 原子間距離がdithiolate, Ani+ = anilinium+, m-FAni+ = m-fluoroan-

3.58(1) Åであったことから、クラウンエーテル間に弱いπ

ilinium+) における、[18]crown-6分子の回転運動や、Ani+•••π相互作用が働き、一次元カラム構造を形成したと考え+られる。pdaz+ のN原子は隣接したクラウンエーテルのO原あるいは m-FAni カチオンの180°フリップ－フロップ運+動に関する報告を行った。中でも、 (m-FAni )(dibenzo[18]子と2.910, 2.971 Å の距離で近接していることから、N-+

crown-6)[Ni(dmit)2]結晶では、m-Fani カチオンのフリッ

H•••O 水素結合を形成していた。一方、pdaz+-pdaz+ 間に有プ－フロップ運動が協調的に起こることで、分子の分極反意な分子間相互作用は確認できなかった（図3a）。pdaz+ の転に基づく強誘電体となることを見いだした。超分子結晶

温度因子に着目すると、水素結合位置から離れるほど温度

中におけるカチオンの回転空間、回転に伴うエネルギー障

因子が大きいことから、水素結合を軸とする振り子型の運壁・障壁間の回転ダイナミクスなどを合理的に設計・制御動が起こっていることが示唆される。

可能になれば、新たな有機強誘電性材料の開発・構築手法

結晶2においても結晶1と同様に，クラウンエーテル間でを確立することができる。

π•••π相互作用が働き、一次元カラムが形成していた。カ

さらに分子回転による強誘電性とアニオンの分子・配列

ラム内にはpraz+ とともにH2Oが包接されていた。水分子と構造に由来する電気伝導性・磁性を効果的に組み合わせる

praz+ のN-H 基のH原子に2サイトでのディスオ―ダーが-84-

見られた。カチオン―カチオン間、カチオン―H2O間には環とクラウンエーテルのフェニレン環の間にはπ•••π相

水素結合が存在し、一次元の水素結合鎖が形成していた。

互作用が見られた。

一次元鎖を形成するプロトンが隣接分子間で協奏的に移動

結晶 3 の示差走査熱量測定を行ったところ、235 K 付近

している可能性が示唆される。

で 1 次の相転移を示すことが明らかとなった。93 K で測定した結晶構造においては、298 K では直交していた bpyの二面角は約 60 度となり、bpy の一次元鎖は全体としてねじれた構造をとっていた（図 5）
。

c
b
a

c

図2 結晶1のa 軸投影図。超分子カチオンと[Ni(dmit)2]- の分離

a

積層し、クラウンエーテルは一次元のチャネル構造を形成。

図4 298 Kにおける結晶3のパッキング（b 軸投影図）
。

(a)

(b)
B

N2AA
O8

O4

N2B
O9

O1
H
H

O H N

N H N

N

N

N H N

N H

OH
H

図5 相転移前後における超分子カラム構造の変化。(上)298 K,
図3 超分子カチオンの配列 (a) 結晶1, (b) 2。両結晶とも、ク(下) 93 K。

ラウンエーテル環内に有機カチオンが包摂されている。結晶1で2 端子法により結晶 3 の直流伝導度を測定したところ、はpdaz+ とクラウンエーテル間でC-H•••O水素結合を形成していた。結晶2では、-[-praz -praz -H2O-]- をユニットとする一次元

室温から半導体的な挙動を示し、活性化エネルギーは 0.21

水素結合鎖が形成した。結晶1においては水素結合を軸とする振eV だった。DSC で熱異常が観測された 235 K 以下で直流++り子型のカチオン分子運動が、結晶2では-[praz -praz -H2O]-鎖内伝導度の測定値が大きくばらついていた。装置の測定限界のプロトン運動が起こっている可能性がある。

のため分かりにくいが、この温度以下で絶縁化が起こって++いると考えられる。DSC の熱異常は主に bpy のコンホメー(b) 超分子構造に基づく一次元水素結合鎖の形成と多重ション変化に起因すると考えられ、相転移に伴う[Ni(dmit)2]

機能性開拓の配列変化は大きくないが、[Ni(dmit)2]の配列のわずかな変結晶 2 では、超分子カチオンの一次元カラム構造内にお化が、伝導度に大きな変化を及ぼしているものと考えられいて、水素結合鎖が形成していた。そこで、4,4’-bipyridinium

る（図 6a）。結晶 3 の磁化率の測定を行ったところ、低温(bpy+) を カ チ オ ン と す る 結 晶 (bpy+)(dibenzo[24]crown-で弱い強磁性的な相互作用が見られた。キュリーワイスの8)[Ni(dmit)2] (3) を作製し、超分子構造内における水素結合式から、キュリー定数は 0.386 cm3 K mol-1、ワイス温度は鎖の形成とそれに基づく機能開拓を目指した。

+0.57 K と見積もられた。1.8K において測定した磁化とブ

図 4 に 298 K における結晶 3 の構造を示す。結晶 1, 2

リルアン関数を比較すると、測定値は S = 1/2 よりわずかとは異なり、
クラウンエーテルと bpy+は交互にスタックし、に大きな値を示し、強磁性的な相互作用と一致していた（図+一次元カラム構造を形成していた。bpy の N 原子間距離が6b）。現在、プロトン移動に伴う誘電物性について検討して2.644 Å だったことから、比較的強い N-H•••N 水素結合をいる。

形成していると考えられる。また、bpy+ の片方のピリジン-85-

することができ、また脱水状態においては単結晶X線構造
(a)

(b)

解析ができなくなるほど結晶性が低下することが分かった（図7c）。このような単結晶性を保持しながら結晶性が変化する物質はこれまで報告例がほとんどなく、配位構造自由度の高い軽金属錯体特有の現象であると言える。
(b)(a)
図6 (a) 2端子法による結晶3の直流電気伝導度の温度依存性。
(b) 1.8 K における磁化の磁場依存性と、ブリルアン関数（g =2, S = 1/2 - 5）との比較。

(c) 金属錯体を用いた新奇多孔性材料の開発(c)

金属イオンと有機架橋配位子を自己集積させることによ(iv)って得られる金属錯体は、構造の多様性・設計性・柔軟性(iii)に富んだ高結晶性の物質である。また、無機部品の金属イ
オンと有機部品の配位子が共存しているため、それぞれの(ii)

特性を兼ね備えることが可能となる。そのため、様々な機(i)

能性物質（磁性、誘電性、光学特性、多孔性）の研究対象として注目されてきた。特に、均一なマイクロ孔を有する
多孔性金属錯体はここ20年の間に急速に発展した分野であ

図7.(a)msbza配位子の分子構造。(b)結晶4の三次元構造。(c)粉り、ゼオライト・活性炭に続く第 3 の多孔性材料として精末X線回折パターン（i:単結晶構造データから計算したパター

力的に研究されている。本研究では、金属錯体の構築部品

ン、ii:298Kにおける4のパターン、iii:200度真空下で脱水後のとして軽金属イオンに着目し、軽金属イオンを骨格中に導パターン、iv:水を再吸着した後のパターン）

入するための新規配位子の設計を行った。

４．資料

これまで多孔性金属錯体の金属イオンとして重金属イオンが頻繁に用いられてきた。一方で、軽金属イオンは重金

学術論文（査読あり）

属イオンと比べてユビキタスかつ低毒であるため、多孔性

１)

Y. You, Y. Tang, P. Li, H. Zhang, W. Zhang, Y. Zhang,

金属錯体の実用・応用化を進める上で必須の構築部品といH. Ye , T. Nakamura and R. Xiong: “Quinuclidinium salt

える。我々はこれまで硬い酸である軽金属イオンに結合可ferroelectric thin-film with duodecuple-rotational polari-

能な新規配位部位としてピリジン-N-オキシドに着目し、zation-directions”, Nature Communications, 8, 14934

ピリジン-N-オキシド部位を有する有機架橋配位子と軽金(2017)

属イオンを反応させることにより多孔性軽金属錯体が得ら

２)

F. Cheng, Q. Li, J. Duan, N. Hosono, S. Noro, R. Krishna,

れることを報告してきた。今回、新たな配位部位として中Hongliang Lyu, S. Kusaka, W. Jin and S. Kitagawa: “Fine-

性のメチルスルホニル基に着目した。この配位部位もピリ

tuning optimal porous coordination polymers by functional

ジン-N-オキシドと同様に電荷分極したS-Oサイトを有す

alkyl groups for CH4 purification”, Journal of Materials

ることからOを介した軽金属への配位が期待できる。このメ

Chemistry A, 5, 17878–17880 (2017)

チルスルホニル基とカルボキシル基を有する配位子4-３)J. Duan, M. Higuchi, J. Zheng, S. Noro, I. Chang, H. Kim,

(methylsulfonyl)benzoic acid（H-msbza, 図7a）と軽金属

M. Simon, S. Kusaka, E. Sivaniah, R. Matsuda, S. Sakaki

イオンを反応させたところ、3種類の新規金属錯体結晶、and S. Kitagawa: “Density Gradation of Open Metal Sites[Mg2Na2(msbza)6(H2O)3)]in the Mesospace of Porous Coordination Polymers”,(4),[KH(msbza)2](5),[Na(msbza)] (6)、を得ることができた。単結晶X線構造解

Journal of American Chemical Society, 139, 11576–11583

析から、結晶4は三次元（図7b）、結晶5及び6は二次元構造を(2017)

形成していることが明らかとなった。我々の予想通り、msbza配４)

A. Schneemann, R. Rudolf, S. Henke, Y. Takahashi, H.

位子はカルボキシレート基での配位に加えて、負電荷が局

Banh, I. Hante, C. Schneider, S. Noro and R. Fischer:

在したメチルスルホニル基の酸素原子によるNa,Kイオン“Linker Functionalization Triggers an Alternative 3D-への配位（Na-O = 2.283(4)-2.300(3) Å, K-O = 2.759(2) Å）がTopology for Zn-Isophthalate-4,4′-Bipyridine Frame-

観測され、msbza配位子は軽金属イオンに対する有機架橋配works”, Dalton Transactions, 46, 8198–8203 (2017)

位子として機能することが実証された。興味深いことに、

５)4は単結晶状態を保持しながら配位水を可逆的に出し入れ

R. Ochi, S. Noro, Y. Hijikata, K. Kubo and T. Nakamura:“Structural Diversification of Light-Metal Coordination-86-

Polymers

Using

4-(Methylsulfonyl)benzoate

with

a

２)

Charge-Polarized Neutral Methylsulfonyl Coordination

Constructing Crystalline Molecular Electronic Materials”,

Moiety”, European Journal of Inorganic Chemistry, 34,

9th International Symposium on Nano & Supramolecular

4013–4019 (2017)６)

７)

Chemistry (ISNSC9), Naples, Italy (2017-09)

T. Takeda, Y. Suzuki, J. Kawamata, S. Noro, T. Nakamura

３)

Controlling Molecular Assemblies in Crystalline Elec-gen bonding effect on the electronic structures of organic

tronic Materials”, 13th IUPAC International Conferenceelectron acceptors”, Physical Chemistry Chemical Phys-

on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XIII), 南京,ics, 19, 23905–23909 (2017)

China (2017-10)

S. Noro and T. Nakamura: “Fluorine-functionalizedｂ．招待講演（国内学会）

mers”, Npg Asia Materials, 9, e433 (2017)

９)

T. Nakamura* : “Supramolecular-Cation Approach for

and T. Akutagawa: “The emergent intramolecular hydro-

metal-organic frameworks and porous coordination poly８)

T. Nakamura* : “Supramolecular-Cation Approach for

該当なし

R. Tsunashima, I. Nakamura, R. Oue, S. Koga, H. Oki, S.
Noro, T. Nakamura and T. Akutagawa: “Inter-cluster dis-ｃ．一般講演（国際学会）

tance dependence of electrical properties in single crys-

１)

K. Takahashi*, Y. Miyazaki, M. Nakano, T. Akutagawa

tals of a mixed-valence polyoxometalate”, Dalton Trans-

and T. Nakamura : “Solid-State Phase Transitions andactions, 46, 12619–12624 (2017)

Dielectric Responses of Hydrogen-Bonded Copper(II)T. Takeda, S. Noro, T. Nakamura, Y. Suzuki, J. Kawamata

Complexes ”, The 6th Asian Conference on Coordination

and T. Akutagawa: “Selective MeCN/EtCN sorption andChemistry (ACCC6) , Melbourne, Australia (2017-07)

preferential inclusion of substituted benzenes in a cage

２)

K. Takahashi*, Y. Ohshima, K. Kubo, S. Noro, S. Takeda,

structure with arylsulfonamide-armed anthraquinones”,

T. Akutagawa and T. Nakamura : “Correlative Molecular

CrystEngComm, 20: 17–24 (2017)

Motion and Dielectric Response of Solid-State Supramo-

１０) Y. Tang, P. Li, P. Shi, W. Zhang, Z. Wang, Y. You, H.

lecular Rotator”, The 12th International Symposium on

Ye, T. Nakamura and R. Xiong: “Visualization of Room-

Crystalline Organic Metals, Superconductors and Mag-

Temperature Ferroelectricity and Polarization Rotation innets (ISCOM2017), 宮城県蔵王町, Japan (2017-09)

the Thin Film of Quinuclidinium Perrhenate”, Physical３)

Review Letters, 20, 119 (2017)

J. Chen*, D. Nishide, M. Fujibayashi, K. Takahashi, K.
Kubo, S. Noro and T. Nakamura : “Structures and Mag-

１１) H. Nishiyama, T. Takeda, N. Hishino, K. Takahashi, S.

netic Properties of Sandwich-Type Lanthanoid-Contain-

Noro, T. Nakamura and T. Akutagawa: “Host–Guest Mo-

ing Polyoxometalates”, The 12th International Sympo-

lecular Crystals of Diamino-4,4-bithiazole and Dynamic

sium on Crystalline Organic Metals, Superconductors andMolecular Motions via Guest Sorption”, Crystal Growth

Magnets (ISCOM2017), 宮城県蔵王町, Japan (2017-09)& Design, 18, 286–296 (2018)４)

M. Fujibayashi*, K. Takahashi, S. Noro, T. Nakamura and
R. Tsunashima : “Basket Shaped Organic-Inorganic Hy-

4.2 学術論文（査読なし）

brid Polyoxometalates Substituted with Alkyl Group”,

該当なし

The 12th International Symposium on Crystalline Organic
Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017), 宮

4.3 総説・解説・評論等

城県蔵王町, Japan (2017-09)

該当なし

５)

Y. Shirakawa*, K. Takahashi, S. Noro, T. Akutagawa and
T. Nakamura : “Crystal Structure and Physical Properties

4.4 著書of Supramolecular Asssembly with In-Plane Rotator”, The

該当なし

12th International Symposium on Crystalline Organic
Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017), 宮

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

城県蔵王町, Japan (2017-09)

該当なし

６)

S. Noro*, X. Zheng and T. Nakamura : “CO2 gas separation using PCPs/MOFs with fluorinated anions”, 1st In-

4.6 講演

ternational Conference on Energy and Material Efficiencyａ．招待講演（国際学会）

and CO2 Reduction in the Steel Industry, 神戸, Japan１)(2017-10)

T. Nakamura* : “Crystal design for functional metal complexes”, The 6th Asian Conference on Coordination

７)

Chemistry (ACCC6) , Melbourne, Australia (2017-07)

K. Takahashi* and T. Nakamura : “Dynamics of SolidState-87-

Supramolecular

Rotator(3-

Fluoroadamantylammonium)(Dibenzo[18]Crown-6)”,

メタレートの結晶溶媒脱離過程における分子形状変13th IUPAC International Conference on Novel Materials

化」、日本化学会第 98 春季年会、船橋、Japan (2018-

and their Synthesis (NMS-XIII), 南京, China (2017-10)

03)１０) 白川 祐基*、高橋 仁徳、野呂 真一郎、芥川 智行、

ｄ. 一般講演（国内学会）

中村 貴義 : 「複素環カチオンと dibenzo[24]crown-8

１)

K. Takahashi*, Y. Miyazaki, S. Noro, M. Nakano, T. Aku-

からなる超分子構造を含む[Ni(dmit)2]塩の構造」、日本

tagawa and T. Nakamura : “Solid-State Phase Transition

化学会第 98 春季年会、船橋、Japan (2018-03)

Behavior and Molecular Dynamics of Hydrogen Bonded

１１) J. Chen*, M. Fujibayashi, K. Takahashi, K. Kubo, S. Noro

One-Dimensional Copper Complexes with Fluorinatedand T. Nakamura : “Single Crystals of Sandwich-type

Benzoate Ligands”, 錯体化学会 第 67 回討論会, 札幌,

Polyoxometalates Containing Carbonate-Bridged Tb Tri-

Japan (2017-09)

angle with (CH3)nH4-n N+ (n = 1-4) Cations”, 日本化学会

白川 祐基*、高橋 仁徳、野呂 真一郎、芥川 智行、

第 98 春季年会, 船橋, Japan (2018-03)

２)

３)

４)

中村 貴義 : 「N-ヘテロ環カチオン-クラウンエーテ

１２) 越智 里香*、野呂 真一郎、久保 和也、中村 貴義 :ル超分子構造を含む[Ni(dmit)2]錯体結晶の構造と物「多孔性配位高分子によるグルコースからフルクト性」、錯体化学会第 67 回討論会、札幌、Japan (2017-

ースへの異性化促進」、日本化学会第 98 春季年会、船09)

橋、Japan (2018-03)

J. Chen*, D. Nishide, M. Fujibayashi, K. Takahashi, K.
Kubo, S. Noro, R. Tsunashima and T. Nakamura : “Struc-ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以tures and Magnetic Properties of Tri-Nuclear Lanthanoid外）

Complexes Sandwiched by Lacunary Keggin Polyoxomet-

１)alates”, 錯 体 化 学 会 第 67 回 討 論 会 , 札 幌 , Japan

the Crystalline State”, Core-to-Core/Leverhulme Trust(2017-09)

Joint Workshop, Montreal 2017, モントリオール, Can-X. Zheng*, S. Noro, K. Takahashi and T. Nakamura :ada (2017-05)“Solid-solid, Solid-Liquid and Solid-Glass Phase Transi-

５)

２)“Controls in Gas Adsorption Properties of One Dimen-

Building Blocks”, 錯体化学会第 67 回討論会, 札幌, Ja-

sional Copper Coordination Polymers with Halogen-Sub-pan (2017-09)

stituted Benzoate Ligands”, Interdisciplinary Symposium

鈴木 和重*、野呂 真一郎、高橋 仁徳、中村 貴義 :for Up-and-coming Materials Scientists (ISUMS), 豊中,「Paddle-Wheel 型二核銅錯体と屈曲配位型架橋配位Japan (2017-06)
３)tagawa and T. Nakamura : “Phase transition behavior of(2017-09)hydrogen-bonded copper complexes with fluorinated ben-

赤星 周平*、丸田 悟朗、景山 義之、高橋 幸裕、野zoates”, International Symposium of Structural Thermo-

呂 真一郎、武田 定 : 「誘電性スイッチングを目指

dynamics for Young Thermodynamicists: ISST-YT, 豊中,

しJapan (2017-06)

た[Cu2(4-X-benzoate)4(L)]n４)

田 定、芥川 智行、中村 貴義 : 「複数の回転障壁を

11 回分子科学討論会、仙台、Japan (2017-09)持つ固相分子ローターの開発 」、平成 28 年度アライ

越智 里香*、野呂 真一郎、神谷 裕一、土方 優、久アンス成果報告会、東京、Japan (2017-06)
５)

赤星 周平*、景山 義之、丸田 悟朗、高橋 幸裕、野分離特性を示す柔軟な二次元層状マグネシウム配位

呂 真 一 郎 、 武 田 定 : 「 [Cu2(4-X-benzoate)4(L)]n高分子」、第 66 回高分子討論会、松山、Japan (2017-(X=H,Me,F,Cl,Br,I/L=pyrazine, diazabicyclooctane)の構09)

造相転移を伴う極性・無極性気体分子の吸蔵」、日本

K. Takahashi*, S. Noro, T. Akutagawa and T. Nakamura :化学会北海道支部 2017 年夏季研究発表会、旭川、“Gas Sorption and Dielectric Properties of One-Dimen-

Japan (2017-07)

sional Copper Coordination Polymers with Heteroaro-

９)

高橋 仁徳*、大島 雄、久保 和也、野呂 真一郎、武構造相転移を伴う極性及び無極性気体分子吸蔵」、第保 和也、中村 貴義 : 「水/2-プロパノール混合蒸気

８)K. Takahashi*, Y. Miyazaki, S. Noro, M. Nakano, T. Aku-

成と構造」、錯体化学会第 67 回討論会、札幌、Japan(X=H,Me,F,Cl,Br,I/L=Pyrazine, Diazabicyclooctane) の７)

K. Takahashi*, S. Noro, T. Akutagawa and T. Nakamura :tions of The Coordination Polymer Containing Flexible

子ピリミジンからなる一次元ジグザグ鎖状錯体の合６)T. Nakamura* : “Dynamic Supramolecular Structures in６)

高橋 仁徳*、大島 雄、久保 和也、野呂 真一郎、武matic Ligands”, 日本化学会第 98 春季年会, 船橋, Ja-

田

pan (2018-03)

fluoroadamantylammonium の結晶内分子回転の制御」、

藤林 将*、高橋 仁徳、野呂 真一郎、中村 貴義、綱低次元系光機能材料研究会 第 6 回サマーセミナー

島 亮 : 「アルキル鎖を共有結合修飾したポリオキソ

2017 、宮城県気仙沼市、Japan (2017-09)

-88-

定、芥川

智行、中村

貴義

: 「 3-

７)

S. Noro* : “Light Metal Coordination Polymers Using Or-

Carbonate-Bridged Lanthanoid Triangles Sandwiched by

ganic Ligands with a Charge-Polarized Neutral Coordi-

Lacunary Keggin Polyoxometalates”, The 18th RIES-

nation Moiety”, The 2nd Japan-US Bilateral Meeting on

HOKUDAI International Symposium 極 , 札 幌 , Japan

Coordination Chemistry, 札幌, Japan (2017-09)
８)

９)(2017-11 〜 2017-12)

白川 祐基*、高橋 仁徳、野呂 真一郎、芥川 智行、

１６) Y. Shirakawa*, K. Takahashi, S. Noro, T. Akutagawa and中村 貴義 : 「一次元鎖カラム構造を有する新規超分

T. Nakamura : “Supramolecular cations of (dia-子錯体の合成と構造」、第６回錯体化学若手の会北海zinium)(dibenzo[24]crown-8) in [Ni(dmit)2] salt”, The

道支部勉強会、札幌、Japan (2017-11)

18th RIES-HOKUDAI International Symposium 極, 札陳 姣*、西出 大輔、藤林 将、高橋 仁徳、久保 和也、幌, Japan (2017-11 〜 2017-12)

野呂 真一郎、中村 貴義 : 「Structures of Carbonate-１７) K. Takahashi*, Y. Ohshima, K. Kubo, S. Noro, S. Takeda,

Bridged Lanthanoid Triangles Containing Sandwich-type

T. Akutagawa and T. Nakamura : “Multiple Rotational

Polyoxometalates」、第６回錯体化学若手の会北海道支Dynamics in Supramolecular Crystal of (3-Fluoroadaman-

部勉強会、札幌、Japan (2017-11)

tylammonium)(Dibenzo[18]Crown-6)[Ni(dmit)2]”,

１０) Y. Shirakawa*, K. Takahashi, S. Noro, T. Akutagawa andThe

18th RIES-HOKUDAI International Symposium 極, 札

T. Nakamura : “One-dimensional columunar structure of

幌, Japan (2017-11 〜 2017-12)

dibenzo[24]crown-8 including pyridazinium or pyrazinium

１８) 白川 祐基、高橋 仁徳*、野呂 真一郎、芥川 智行、

cations in [Ni(dmit)2] salts”, JSPS Core-to-Core/Lever-

中村 貴義 : 「複素環カチオン-ジベンゾ[24]クラウン

hulme Trust 7th Joint Workshop, Nagoya, 2017,"Organic-8 超分子構造を含む[Ni(dmit)2]塩の構造」、化学系学協Electronics of Highly-Correkated Molecular Systems",

会北海道支部 2018 年冬季研究発表会 、札幌、Japan

名古屋, Japan (2017-11)(2018-01)

１１) J. Chen*, D. Nishide, M. Fujibayashi, K. Takahashi, K.

１９) J. Chen*, M. Fujibayashi, K. Takahashi, K. Kubo, S. Noro

Kubo, S. Noro and T. Nakamura : “Sandwich-type poly-

and T. Nakamura : “Structures of Carbonate-Bridged

oxometalates containing carbonate-bridged Lanthanoid

Lanthanoid Triangles Sandwiched by Lacunary Keggin

triangles coordinated by lacunary Keggin polyoxomet-

Polyoxometalates”, 化学系学協会北海道支部 2018 年

alates”, JSPS Core-to-Core/Leverhulme Trust 7th Joint

冬季研究発表会 , 札幌, Japan (2018-01)

Workshop, Nagoya, 2017,"Organic Electronics of Highly-２０) 藤林 将*、高橋 仁徳、野呂 真一郎、中村 貴義、綱Correkated Molecular Systems", 名古屋, Japan (2017-

島 亮 :「18 核ポリオキソメタレートへのアルキルホ

11)

スホン酸修飾に伴う骨格構造のひずみ」、化学系学協

１２) K. Kubo*, Y. Kim, A. Morita, T. Kadoya, S. Noro, T.

会北海道支部 2018 年冬季研究発表会 、札幌、Japan

Nakamura and J. Yamada : “Development of new electro-(2018-01)

chromic materials based on unsymmetrical metal-dithiolene complexes”, JSPS Core-to-Core/Leverhulme Trust

4.7 シンポジウムの開催

7th Joint Workshop, Nagoya, 2017,"Organic Electronics

１)「ポリオキソメタレート研究の基礎と最前線」：人・of Highly-Correkated Molecular Systems", 名古屋, Ja-

環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミッ

pan (2017-11)

ク・アライアンス物質・デバイス領域共同研究拠点、

１３) X. Zheng*, S. Noro, K. Takahashi and T. Nakamura :山口大学理学部共催、山口大学、2017 年 09 月 20 日

“Multiple phase transitions in coordination polymer containing flexible building units”, JSPS Core-to-Core/Le-

4.8 共同研究

verhulme Trust 7th Joint Workshop, Nagoya, 2017,"Or-ａ. 所内共同研究

ganic Electronics of Highly-Correkated Molecular Sys-

１） 高橋 仁徳、芥川 智行、星野 哲久(東北大多元研) :tems", 名古屋, Japan (2017-11)「若手研究者共同研究スタートアップ事業 」、2017年度、

１４) K. Takahashi*, Y. Ohshima, K. Kubo, S. Noro, T. Aku-

200千円、混合気体フロー下において特定の気体吸脱着

tagawa and T. Nakamura : “Supramolecular cation struc-を選択的に電気検出可能な配位高分子素子の開発を行

ture and molecular flipping of (3-fluoroadamantaneammo-う。

nium)(dibenzo[18]crown-6) in [Ni(dmit)2] salt”, JSPS
Core-to-Core/Leverhulme Trust 7th Joint Workshop,ｂ. 民間等との共同研究

Nagoya, 2017,"Organic Electronics of Highly-Correkated

該当なし

Molecular Systems", 名古屋, Japan (2017-11)

ｃ. 委託研究１５) J. Chen*, D. Nishide, M. Fujibayashi, K. Takahashi, K.

該当なし

Kubo, S. Noro and T. Nakamura : “Structures ofｄ. 国際共同研究-89-１) 野呂 真一郎、張 浩徹、武田 定(北海道大学創成研究年04月01日～2017年06月09日

機構 特定研究部門(JPN)) : 「金属錯体によるガス分８）環境科学院、環境物質科学基礎論III、中村貴義、2017

子分離・貯蔵システムの開発」、2012〜2017年度、50000

年10月01日～2018年03月31日

千円、来たるべき石油資源枯渇時代に備えて、新規エ９）環境科学院、分子環境学特論III、中村貴義、高橋仁徳、

ネルギー・化成品原料の製造とその有効利用技術の開2017年10月01日〜2018年03月31日

発が急務となっている。本研究では、石油資源にかわ

１０）全学共通、環境と人間「ナノって何なの？最先端 光・るエネルギー・化成品原料として水素ガス・シェール

ナノテク概論」、中村貴義、2017年04月21日

ガスに着目し、それらを高効率に利用するための分

１１）大学院共通、ナノテクノロジー・ナノサイエンスと離・貯蔵プロセス開発を行う。分離・貯蔵材料として、

光科学、野呂真一郎、2017年11月15日〜2017年11月17

極めて高い構造設計性と多様性を兼ね備えた金属錯

日体を用いる。また材料開発と平行して、実用化を念頭

ｆ．北大以外での非常勤講師においた成形加工技術開発も行う。

該当なし
ｇ. 新聞・テレビ等の報道

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）該当なし

ａ． 科学研究費補助金

ｈ. ポスドク・客員研究員など

１) 中村 貴義、基盤研究 A、分子回転を利用したリラク１)

高橋仁徳（博士研究員 2017.04～2017.07）

２)

藤林将（特別研究員 2017.4～2018.3）

サーの構築、2014〜2017 年度
ｂ．大型プロジェクト・受託研究i．修士学位及び博士学位の取得状況

１) 野呂真一郎、戦略的創造研究推進事業 ACCEL（科学

修士学位：1名

技術振興機構）、「PCP ナノ空間による分子制御科学と１)

応用展開」、2014 年度～2017 年度

鄭鑫 : 修士：Structures and physical properties of co-ordination polymers containing similar components withionic liquids

4.10 受賞
１)

博士学位：0名

藤林 将: 日本化学会北海道支部優秀講演賞、2018 年
02 月

4.11 社会教育活動
ａ．公的機関の委員
該当なし
ｂ．国内外の学会の役職
該当なし
ｃ．兼任・兼業
１) 野呂真一郎：ルール大学ボーフム（2017.09.22）
d.外国人研究者の招聘
１) Dr. Deliang Long、United Kingdom of Great Britain andNorthern Ireland (the)（2017.09.13〜2017.09.24）
ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）
１) 環境科学院、光電子科学特論Ⅱ、中村貴義、野呂真一郎、2017年04月01日〜2017年09月30日
２）環境科学院、環境物質科学実習II、中村貴義、野呂真
一郎、2017年04月01日〜2018年03月31日
３）環境科学院、環境物質科学論文購読I、中村貴義、野呂真一郎2017年04月01日〜2018年03月31日
４）環境科学院、環境物質科学論文購読II、中村貴義、野呂真一郎、2017年04月01日〜2018年03月31日
５）環境科学院、環境物質科学特別研究I、中村貴義、野呂真一郎、2017年04月01日〜2018年03月31日
６）環境科学院、環境物質科学特別研究II、中村貴義、野呂真一郎、2017年04月01日〜2018年03月31日
７）環境科学院、環境物質科学基礎論I、野呂真一郎、2017-90-

附属社会創造数学研究センター

研究目的

諸科学の「合意言語」である数学は、その特質から分野を問わない応用が可能であるために、理論的にはあらゆる学問分野を横断する機能を持っています。本センターでは、数学・数理科学の持つ社会の難問を解決し社会を本質的に変革する潜在力を生かして、大学や企業で活躍する研究者と連携して、数学・数理科学による課題解決研究に取り組みます。具体的には、客観的に抽出される知見と仮説先行型の理論科学を融合させ、新しい研究手法の枠組みの中で実験事実に即した概念の創出を目指します。

- 91 -

を表現するための数理構造の構築に着目している。これは人間数理研究分野

水面での自己駆動ひも運動を記述するために必要な研究となっている｡また、数理モデリングではこの数理構造を実現

教授

長山雅晴（東大院、博士（数理科学）、2012．4

する計算手法と有限要素法のアルゴリズム開発を目標とし～）研究を進めている。さらに、それらを用いた化学実験のシ准教授 青沼仁志（北大院、博士（理学）、2015．4〜）

ミュレーションを行い、計算結果を通して実際の現象と比助教

秋山正和（広大院、博士（理学）、2012．7～）

較も設定する。これにより数学の理論、計算の技術、そし助教 西野浩史（岡山大院、博士（理学）、2015．4〜）て対象となる化学実験の現象の発展を学際的に導き出すこ

技術補佐員

出羽真樹子 (2013．4〜2018．1)

事務補助員

富澤ゆかり (2016．11〜)

技術補助員

堂前愛（2017.6～）とを目標としている｡

I nteracting I nterfaces

院生
博士課程

Kim Minsoo、岡本守、脇田大輝

修士課程

佐藤優祐、趙子夏、安ヶ平裕介、毛利光希、

3

沈案鷺

1
2

１.研究目標（１）生命現象の数理解析
氷などの結晶成長、液滴運動、生物の形作り、細胞運動、
図１

アメーバ細胞、無脊椎動物などのロコモーション様式、人Interfacial Active Matter.

間や複雑な環境に適応した動物の脳の働きなど我々の身の回りには様々な現象が満ち溢れている。そして、どの現象にもそれらを引き起こすメカニズムが必ず存在している。

（３）動物の適応的な振る舞いの構成論的理解
時事刻々と変化する予測不可能な環境の中で私たち全ての

我々はこのメカニズムの探究を目標としている。例えば、動物は生活している。そのような無限定環境の中でも動物細胞内では非常に多くの物質が相互に複雑に絡み合い、自は、状況に応じた運動や行動をとっている。一方、既存の由度の大きい系（高次元系）を構成しており、発生現象等

人工物（ロボット）に動物のような適応的な振る舞いを実の複雑な生命現象を、高い自由度のまま理解することは不装することは未だに至難の技である。私たちがよく目にす可能に近い。そこで、まずは自由度の小さいモデル系（toy

る産業用のロボット、は迅速でしなやかな動作をしているモデル）を構成し、モデル系が現象を説明しているのかをが、限られた環境に設置し限られた動作をだけを実行する

考察するのである。トップダウン的なこの考え方は、うま時にだけうまく動作するのであって、ロボットを無限定なく toy モデルを構成出来れば一見複雑に見える現象も見通

環境下に持ち出せばたちまち止まってしまう。ロボットは、しよく簡単に説明することができる。しかし、現象の細部

周りの環境を観測し、観測結果に応じて動作出力を決めてには目をつぶらねばならない場合もある。そこで、toy モいるためで、計測限界を超えた環境下では動作できない。

デルを構成し実際の現象を深く観察・実験し toy モデルに既知の環境の中でしか人工物を制御する方法しか持ち合わ

不足分を付け加えることで現象を説明する最小限のモデル

せていない我々にとって、このようなフレーム問題に対処を作ることを目指す。即ち、現象を再現するための数理モ

するには何らかの手本が必要であり、それが生物である。

デル化ではなく、数理モデルを作りながら現象の本質とな動物は、フレーム問題に囚われることなく、環境の変化やっている部分を抜き出すのである。我々はこの一連のプロ

刻々と変わる状況に応じて適応的な運動や行動発現を実時

セスを単に数理の範疇だけで行うのではなく、実験系研究間で実現している。我々は、この様な適応的な運動や行動者と緊密に連携を取りながら、生命現象に潜むメカニズムの基盤となる身体や脳のメカニズムを理解し、更にそこかを解明していくことが目標である。
（２）自己駆動粒子運動の数理科学
本課題は物理化学実験で見られる「active matter」に対ら新奇な制御論の確立を目標としている。
（４）嗅覚情報処理アルゴリズムの解析
５感の中で嗅覚の処理様式の研究は最も遅れている。とりする現象の数理モデリングとそれに付随する数理科学研究

わけ、絶え間なく変化する匂いの分布や方向についての情を目標としている。この研究では現象を記述するための数報を動物がどう処理しているのかについては全くわかって

理モデリングを行い、数理モデルに対して計算機援用解析いない。資源探索に嗅覚を用いる夜行性の昆虫をモデルとから解構造を調べ、目的とする運動の出現機構を明らかにし、この問題について明らかにする。

することを目標としている。さらに、数学解析の側面としてのこの研究は、「co-dimension 1」の界面(図1を参照)- 92 -

ない。今年度は K。 Amonlirdviman 氏等の提案した数理モ

２.研究成果デルに関して、重点的に研究を行った。彼らのモデルは Dsh、

（１）表皮構造の数理解析（長山）Pk、 Fz、 Stbm などの PCP のコア蛋白とその複合体に着目

2017 年度は、バリア機能のひとつであるタイトジャンク

して構築された数理モデルであり、１０変数以上の反応拡

ションバリア機能を記述するために、顆粒層形成の数理モ

散方程式系となっている。また、式中のパラメータに関し

デリングを行った。その結果、表皮が角層-顆粒層-有棘層ては、直接の値は記載されておらず、大まかな範囲としてと層構造をなすためには、角層直下からの何らかのシグナ

記載されている。さらに式の中で使用されている拡散に関ル伝達があれば層構造を形成できることがわかった。また、する作用素も、通常とは異なる意味で用いられていること

顆粒細胞のある分化度で TJ を発現すると仮定した場合、TJが判明した。また、数値計算の離散化では、正三角形を用の恒常性維持機能がある程度成立していることがわかった。

いた有限要素的なメッシュ分割が行われているが、メッシ

さらに、角化症の病態再現性を高める目的と皮膚の老化

ュ数は固定値で非常に少ない要素数であり、現実的な拡散現象の再現を目指して、角質細胞の接着と剥離に関する数を表現するために適切ではないと考えられた。以上のこと

理モデリングを行った。細胞接着分解酵素と酵素の分解抑から、直接的に手計算で解析を適用することはほぼ不可能

制物質の 2 変数モデルを構築した。このモデルは今後の病であると断定した。そこで、彼らのモデルを今後、解析的態再現モデルに導入する。

に取り扱うためには、（１）適切なメッシュの作成、（２）

最後に、皮膚感覚機構を理解するための Fishbone 錯触覚

パラメータ同定、が必須であるとの結論を得た。そこで、の数理モデリングを行った。このモデルはマイスナー小体（１）では、要素数可変のメッシュ生成アルゴリズムを構の圧力センサーモデルに粘弾性体モデル、Hodglin-Huxlay

築した。一方（２）に関しては、パラメータ同定のためのモデルを結合した数理モデルとなっている。この研究で、適切な条件を定める必要がある。実際の実験系では、コア

神経発火頻度比を定義することによって、Fishbone 錯触覚

蛋白が正常に機能する場合は、単一細胞でも極性の形成がが起こる要因を示唆した。このモデルから得られた示唆を行われるため、「Fz、 Stbm が局在パターンを作る」とい物理心理学実験によって実証した。この結果から、サース

う条件を課した。この条件のもと、40 程度パラメータ空間

トンの一対比較法で得られた結果心理学実験結果と数理モを探索したが、Fz Stbm の局在パターンを得ることができ

デリングから得られた結果が定性的一致することがわかっなかった。パラメータの探索アルゴリズムが不適当であった。この結果から Fishbone 触錯覚の生じる要因が感覚神経た可能性を否定できないものの、少なくとも文献値に記載の発火頻度で理解できることを示唆した。

されたパラメータ範囲では計算結果を再現することができなった。さらに、力場環境とカップルさせた新しい数理モ（２）細胞極性の数理解析

デルを構築することができた。

我々、人の体表面には“毛”があり、特定の方向への流れを見ることができる。表層は細胞が平面的に並ぶことで（３）自励振動運動モデルの数理解析構成されるが、この際細胞内で毛の方向を決定する分子の今年度は、樟脳円版の集団運動に見られるクラスター運

配向性がまるで磁石のように極性を持ち、さらにその方向動に対する数理解析を行った。これまでは計算機援用解析性が揃う現象が起こる。これを平面内細胞極性と呼ぶ。こで樟脳運動の解の存在と安定性を示していたが、今年度は、の毛の流れは、魚の鱗、鳥類の羽毛の流れとも関係があり、解析的に樟脳運動に関する存在証明を行った。樟脳円版、

古くから研究されている。山崎正和准教授(秋田大医学専

樟脳船に関する存在証明、および 2 つの樟脳円版がつくる

攻)との共同研究を行い、私はハエの体表面の翅毛(しもう)クラスター運動解の存在証明を与えることができた。特に、パターンを司る分子の動態を数理モデル化することで、平クラスター運動解の存在証明の中で、単調減少下に凸の表

面内細胞極性に潜む問題を解明しようとしている。現在ま面張力関数と線形に単調減少な表面張力関数では、クラス

でに我々の構築した数理モデルにより、実際の翅毛パター

ター解の非存在が証明できた。この結果は、表面張力関数

ンを忠実に再現することができた。逆に、数理モデルからを与える指針を示しており、数理モデル構築の視点からも翅毛パターンが阻害される条件を予測し、実際のハエに対非常に有益な定理となっている。

し実験を行った結果、数理モデルによって導出された結果

さらに、樟脳円版の集団運動を数理科学的視点から理解と一致し、数理的に予測された結果が実験によって正しいするために、数理モデルの大域的分岐構造を計算する数値と裏付けられたこととなった。2005 年、K。 Amonlirdviman

分岐計算プログラムを作成した。この数値計算ソフトを用

氏等は雑誌 Science に PCP に関する数理モデルを発表して

いて 2 個の樟脳円版モデルの分岐解析を行った。その結果、

いるが、着目する分子数が非常に多いために式の数は 10

不安定解であるが対称回転振動運動する解や、不安定な対を超えており、さらにそれらの数式には未知のパラメタが称振動解等を見つけることができた。また、横毛管力の影

非常に多く含まれている。このため、数学的な解析が非常響を調べるために、横毛管力項を加えた集団運動モデルにに困難であるばかりでなく、「何が PCP にとって最も重要ついても解構造を求めた。その結果、横毛管力によって生な機構なのか」という本質的な問に答えることができてい- 93 -

じるクラスター運動解と横毛管力に関係ない自発的なクラスター運動解の共存が示唆された。

（６）昆虫が超高速運動を生み出すカラクリ
動物にとって素早い運動は、脅威から逃れたり獲物を捕獲するなど重要な要素である。素早い運動を作り出すために（５）適応的な行動発現の制御構造とその設計原理（青沼）は、感覚信号を受容してから感覚情報処理、運動制御信号

適応的な行動発現の制御構造とその設計原理の生成、運動出力にかかる時間を短くする働きが重要とな動的に変化する環境のなかで適応的に行動を実時間で切る。神経系には、信号を早く伝える仕組みはあるものの、り替える動物の脳神経系の働きを理解するためには、個体その伝搬には限界がある。ところが、昆虫は神経細胞を伝を取り巻く環境、身体、神経系のいづれかを任意に操作す

わる信号の伝搬速度や筋収縮の速度を超えた素早い動きをることで、適応的な運動や行動の基盤となる制御機構をあ作り出すことができる。アギトアリ属は、長く内側に突起

ぶり出すことができる。今年は、昆虫、多足類、クモヒトがある大きな顎を素早く閉じることで獲物を捕らえる。そデなど神経系の構造が比較的単純な無脊椎動物を使い、適の時の顎を閉じる速度は、動物が生み出す動きとして世界

応的な運動や行動をつくりだす制御構造とその設計につい最速と言われている。大顎の内側には、獲物の接近を検出て運動生理学学実験や X 線マイクロイメージングなどの方する長い機械感覚毛が生えている（図４）。この機械受容法を使い調べた。特に、動物に普遍的にみられるロコモー器で捉えた獲物の情報は、感覚細胞から大顎の運動神経にションや攻撃行動の発現メカニズムに着目し、個体を取り直接接続し、内転筋を動かして大顎を閉じる。この内転筋巻く環境や他者が存在する社会環境の変化に応じて変容す

は、遅筋から構成されている筋肉であり、筋収縮は高速でる脳機能について研究した。コオロギやアリを使い、攻撃はない。このアリが超高速運動を生み出すには、骨格の弾行動の動機付けにかかわる脳内の神経修飾物質の働きにつ性変形を利用した飛び移り座屈によると考えられる。昆虫

いて調べ、その結果をもとに、個体が社会環境の変化に応の筋骨格系の構造を利用した超高速運動を理解することで、じて行動を変容させる神経生理機構の動的システムモデル

弱い力しか出せないアクチュエーターを使って、高速かつを構築し、シミュレーション実験やロボット実装実験から、高出力の運動を生み出す新たな制御論を構築することが期

個体間相互作用と脳神経系に内在する多重フィードバック

待できる。

構造が社会環境における行動の実時間適応には重要である
ことが明らかになった。一方、ロコモーションの発現では、脳の働きを薬理学的に阻害することで、身体と場との相互作用によって生み出される適応的な運動をあぶり出す方法論の確立を目指した。また、身体の３次限的な構造に内在した運動制御の設計を理解するため、X 線マイクロ CT を使い、非破壊で身体構造を観察するとともに、そのデータをもとに 3D プリンタを使い 3D 模型を作成するとともに、シ
ンプルなロボットを作成し、その動作を解析することで実際の生物の制御機構について考察した。
図４：アギトアリの大顎。内側には長い機械感覚毛は生え、獲物に接触すると顎が高速で閉じる。

（７）匂い空間分布情報処理についての研究
匂いは定まった形をとらず、その空間分布は時々刻々と変化する。そのため、動物は匂いの位置情報を検出する手段を持たないとみなされてきた。事実、同じ匂い受容体を発現する感覚細胞群の軸索は一次嗅覚中枢内の１個の糸球体に収束し、文字通り毛糸玉のような構造を形成する。
西野らはワモンゴキブリの長い触角（5 cm）全域に分布している嗅感覚細胞の軸索が触角内での基部～先端での細胞体の位置によって糸球体内で層状に組織化されていること、
この投射パターンがゴキブリの幼虫期の脱皮を通じて徐々に形成されることを動物で初めて発見した。さらに細胞内記録･染色法により、大糸球体から出力する11本の介在ニューロンの各々が触角の基部～先端の特定領域の刺激に応じること、嗅感覚細胞の投射領域と介在ニューロンの樹状突
図３：X 線マイクロ CT を用いたイメージングにより、昆虫の起が糸球体内に占める領域の間に明瞭な相関が存在するこ神経・筋・骨格などの 3 次元構造を非破壊で観察し、3 次元デジタルデータとして取得した。

- 94 -

とを明らかにした(図５)。本研究は動物の匂いの空間分布

ないとならない。しかしながら、(3)に関しては論文では記処理を理解する上で最適のモデルシステムを提供するもの

載がなく、(4)はそもそも仮定されたモデル系ではない。

である。

以上から、K. Amonlirdviman 氏等のモデルに関しては、論文に記載されていない方法論を用いて計算が行われている
可能性が非常に高いことがわかった。K. Amonlirdviman 氏
等のモデルを縮約することに関しては、パラメタの観点および考察から、論文に記載された結果を再現することが論
理的に困難であることが判明した。そこで、今後は、縮約することに捕らわれず、現在構築している４変数系を拡張することで、K. Amonlirdviman 氏等のモデルへ帰着できる

図５：触角基部〜末梢の特定領域に受容野を持つ介在ニューロン

かに関して研究を行いたい。具体的には Fz、 Stbm の分子の樹状突起動態に着目した単一細胞の極性形成に関する偏微分方程式
系に着目する。これらは K. Amonlirdviman 氏等以外の研究グループも提案しており、その数理解析結果が近年発表されつつある。そこで、これらのモデルを我々の PCP 研究へ

３.今後の研究の展望

応用する方向を検討している。また、背中の PCP 系では、

（１）表皮構造の数理モデル

組織全体の流れと毛の方向性に関係があることが実験によ

今後は、最初に TJ バリア機能の恒常性が完全に維持する

り証明されつつあり、そのモデルを構築することができつようなメカニズムを数理モデリングから明らかにしていきつある。モデルでは、非圧縮性の Stokes 流を用いているたたい。そのための角層直下での何らかのシグナル伝達につめ、FreeFEM++の計算専門家と研究打合せを行う予定であいて実験グループと議論することで解決していく。この問る。

題と深く密接に関わっている問題として細胞形状がある。
細胞形状が 14 面体であれば TJ バリア機能の恒常的維持は（３）集団運動モデルの数理解析

保たれることが実験系から示唆されており、細胞形状を 3

複数の樟脳円盤が円環水路でみせる集団運動の数理解析を

次元ボロノイ分割で定義し、14 面体が多くなる要因を数理進める。４つの樟脳円盤の集団運動では非対称クラスター

モデリングと数値シミュレーションから与えたい。

運動や振動運動が見られるため、これまでに構築した数理

また、モデルを駆使して、現象の再現および分岐理論を用いた集

さらに、これまでに引き続き、皮膚疾患の中で角化症に団運動の出現機構の解明を行う。それと同時に、２次元円焦点を合わせ、臨床皮膚科医との共同研究によって病態再盤領域における樟脳円盤の集団運動の解析も行う。特に、現を行いたい。発症要因が知られている疾患に関して、発複数の円盤を浮かべたときに生じる間欠的な振動運動の起症要因と病態の関係を明らかにする（KID 症候群）。このこるメカニズムについて考察したい。さらに、液滴の集合ために必要なモデリング要素があれば、随時組み込む予定離散運動の解析を行う。この運動は長時間に渡って集合とである。この研究が成功裏に進めば、発症要因の不明な皮離散を繰り返す運動であり、これまで数理モデルでは説明

膚疾患（例えば、乾癬）について、仮説に基づいて病態をできないことがわかっている。この現象は前半は表面張力再現することから、発症要因を示唆することができる。こ変化による斥力を伴う運動が支配的となっているが、後半の結果を臨床皮膚科医にフィードバックすることで、発症は表面張力の変化による運動よりも横毛管力を伴う引力の要因因子を見つけ出すことを目指す。この手法が成功すれ運動が支配的になっているように見える。今後はこれらのば、病態改善の一手段として数理科学的手法が使えること

観察結果を踏まえた数理モデルの構築を行いたい。

ができる。この研究は今後の重要な課題となっている。
（５）身体と脳と環境の相互作用によって生まれる適応行（２）細胞極性の数理

動の解析

彼らの数理モデルに関して、予備的に以下のような数学

X 線マイクロ CT を使ったマイクロマイクロボリュームイ的な考察を行った。

メージングでは、空間分解能が 3μm 程度まで向上した。こ(考察１)：初期の Dsh、 Pk、 Fz、 Stbm は正数であるが、れにより、身体や神経系・筋骨格系などの詳細な３次元的

その他の蛋白量は 0 である。

な構造解析が可能になった。多くの場合、観察するサンプ(考察２)：少なくとも Fz に関して、初期の最大濃度よりもルは乾燥標本を用いるため、昆虫が実際に運動していると終状態の最大濃度の方が高い。

きに筋肉や骨格をどのように動かしているのかを観察する(考察３)：考察１と考察２を両方満足するためには、(3)拡ことが困難である。そこで、マイクロ CT 内にトレッドミル

散係数が位置に依存する。または(4)移流拡散型の方程式でを設置し、実験動物が運動しているときの筋肉や骨格の動きをライブで撮影することを目指す。また、Spring-8 も利- 95 -

用して、昆虫が運動中の筋肉や骨格の動きを撮影し、筋収Journal of Dermatological Science, 2017.

縮に伴う骨格の動きを解析する。これにより、限られた身

9)

H. Aonuma, Y. Totani, M. Kaneda, R. Nakamura, T.

体リソースしか利用できない昆虫が、神経細胞や骨格筋のWatanabe, D. Hatakeyama, V.E. Dyakonovae, K.

性能を上回る運動機能を生み出すカラクリを明らかにす。

Lukowiak. and E. Ito, “Effects of 5-HT and insulin
on learning and memory formation in food-deprived
snail” Neurobiol. Learn.

（６）嗅覚情報処理における気流の役割
匂いはこれを運ぶ空気流がないと感知できない。したがMem., 148: 20-29.

(2018)って、正確な匂い源定位には気流情報と匂いの統合処理が10) T. Kano, E. Sato, T. Ono, H. Aonuma, Y. Matsuzaka

不可欠である。夜行性昆虫の二次嗅覚ニューロンに着目す

and A. Ishiguro “A brittle star-like robot

ることで、匂いを運ぶ気流速度やその変化によって活動がcapable of immediately adapting to unexpected

どのように修飾されるのかを明らかにする。

physical damage” Royal Soc. Open Sci. 4: 171200.
doi: 10.1098/rsos.171200. (2017)

４.資料

11) K. Matsuda, H. Gotoh, Y. Tajika, T. Sushida, H.

4.1 学術論文（査読あり）

Aonuma, T. Niimi, M. Akiyama, Y. Inoue and S. Kondo

1)

S.-I. Ei, H Kitahata, Y. Koyano and M. Nagayama,“Complex furrows in a 2D epithelial sheet code the“Interaction of non-radially symmetric camphor

3D structure of a beetle horn” Sci. Rep. 7: 13939.

particles”, 368(1), 10-26(2018).
2)

3)

4)

doi:10.1038/s41598-017-14170-w. (2017)

E. Ginder, T. Minomo, M. Nagayama, S. Nakata and12) C. Shirator, N. Suzuki, Y. Momohara, K. Shiraishi,

H. Yamamoto, “Traveling pulse solutions in a

H. Aonuma, and T. Nagayama “Cyclic AMP-regulated

point

particles”,

opposing and parallel effects of serotonin andComputer Methods in Materials Science, 17(2),dopamine on phototaxis in the Marmorkrebs (marbled

111-121(20017).

crayfish)” Europ. J. Neurosci. 46: 1863-1874.

mass

model

of

diffusing

Y. Kobayasih, H. Kitahata and M. Nagayama,

doi: 10.1111/ejn.13632. (2017)“Sustained dynamics of a locally excitable system

13) N. DiRienzo and H. Aonuma “Individual differenceswith nonlocal interactions”, Physical Review E

are consistent across changes in mating status and

96,022213(2017).

mediated by biogenic amines” Behav. Ecol. So-

M. Watanabe, K. Natsuga, W. Nishie, Y. Kobayashi,

ciobiol.

G. Donati, S. Suzuki, Y. Fujimura, T. Tsukiyama,

10.1007/s00265-017-2345-x. (2017)

M. Ozaki, M. Nagayama, F. M Watt, H. Shimizu,

K. Lukowiak and E. Ito “Weak involvement of“Type XVII collagen coordinates proliferation in

octopamine in aversive taste learning in athesnail” Neurobiol. Learn. Mem. 141: 189-198.

interfollicularepidermis”,

eLife,

6,(2017)

J. Kumamoto, M. Goto, M. Nagayama and M. Denda,

15) Y. Matsuzaka, E. Sato, T. Kano, H. Aonuma and A.

“Real-time imaging of human epidermal calcium

Ishigurodynamics in response to point laser stimulation”,

localized nervous system of ophiuroids: evidence

JournalScience,from topical anesthetic experiments” Biology

Y. Satoh, Y. Sogabe, K. Kayahara, S. Tanaka, M.

16) M. Akiyama, T. Sushida, S. Ishida, H. Haga,

Nagayama and S. Nakata, “Self-inverted recip-“Mathematical model of collective cell migra-

rocation of an oil droplet on a surfactant so-

tions based one cell polarity”, Dev., GrowthofDermatological8)“Non-centralized

andfunctionallyOpen. 6: 425-438. (2017)

lution”, Soft Matter 13, 3422-3430(2017).
7)

doi:

14) H. Aonuma, M. Kaneda, D. Hatakeyama, T. Watanabe,86(1):13-20(2017).
6)

118.

H. Ujiie, S. Shinkuma, H. Nakamura, M. Murakami,

e26635(2017).
5)71:

Differ., 59(5), 471-490 (2017).

M. Sato, T. Yasugi, Y. Minami, T. Miura and M.

17) M. Akiyama, A. Tero, M. Kawasaki, Y. Nishiura, Y.

Nagayama, “Notch-mediated lateral inhibition

Yamaguchi, “Theta-alpha EEG phase distributions

regulates proneural wave propagation when com-in the frontal area for dissociation of visual andbined with EGF-mediated reaction diffusion”,

auditory working memory”, Sci. Rep., 7, 42776

PNAS 113, 35(2016).

(2017)

J. Kumamoto, M. Goto, M. Nagayama and M. Denda,18) H. Nishino, M. Iwasaki, M. Paoli, I. Kamimura, Y.

“Real-time imaging of human epidermal calcium

Atsushi and M. Mizunami, “Spatial receptive

dynamics in response to point laser stimulation”,

fields for odor localization”, Curr. Biol., 28:- 96 -

600–608 (2018).

neuronal mechanism of social adaptability in19) H. Watanabe, H. Nishino, M. Mizunami and F.

animals. Symposium on Chalenges in Neuroscience,

Yokohari,“Two parallel olfactory pathways for

National Center for Theoretical Sciences (NCTS),

processing general odors in a cockroach”, Front.

Taiwan. April 14ht, 2017

in Neur. Cir., 11: 1–20 (2017).

４)

H. Aonuma, Mechanisms of ultra-high speed movementin the trap jaw ant, SICE Annual Conference

4.2 学術論文（査読なし）(SICE2017),th１) 田中吉太郎、八杉徹雄、佐藤純、
長山雅晴、栄伸一郎、”

University.

September

19 -22 , 2017

分化の波のノイズ抑制機構に対する数理モデリング５)

M.

Akiyama,T.

Sushida,S. Ishida,H. Haga,

Aと実験からのアプローチ”、計算工学講演会論文集、

self-propelled particle model based on cell

22(2017)polarity for understanding collective cell mi-２) 長山雅晴、小林康明、安ヶ平裕介、熊本淳一、傳田光

grations, The 18th RIES-Hokudai International

洋、北畑裕之、中田聡、”皮膚疾患再現を目指した皮Symposium膚構造数理モデル”、計算工学講演会論文集、

CHÂTERAISÉ Gateaux Kingdom Sapporo, (Sapporo,

22(2017)３)

Kanazawand“Kyoku”(PosterPresentation),

Japan), November 30th – December 1st, 2017秋山正和、須志田隆道、細胞極性に着目した細胞群の６)運動モデル、 計算工学講演会論文集、2017

M. Akiyama,T. Sushida, A self-propelled particle
model based on cell polarity for understanding
collective

4.3 総説・解説・評論等

cellmigrations,

Equadiff2017(Bratislava,Slovakia),July 24th-28th,2017.

該当なし

７)

H. Nishino, Spatial odor coding in the cockroach,Mini symposium for olfactory processing in insects,

4.4 著書1)

University of Konstanz, Germany, Oct. 19, 2017

H. Aonuma “Fighting behavior: Understanding theｂ.招待講演（国内学会）

mechanisms of group-size-dependent aggression”

１) 長山 雅晴、皮膚の数理モデリング：皮膚感覚モデル

st2)

in Cricket as a model organism for the 21 century;への挑戦、日本数学会 2017 年度秋季総合分科会、山Development, Regeneration, and Behavior. (Eds:

形大学（山形県・山形市）、2017 年 9 月 11 日〜14 日

Noji S., Horch H.W., Ohuchi H. and Mito T.)２) 長山 雅晴、皮膚感覚数理モデルへの挑戦、日本時間

Springer, p197-209. (2017)

学会第 9 回大会、山口学芸大学（山口県・山口市）、

H. Aonuma “Synthetic approaches for observing and2017 年 6 月 10 日〜11 日

measuring cricket behaviors” in Cricket as a３) 青沼 仁志、脇田 大輝、早瀬 友美乃：単純な神経系

model organism for the 21st century; Development,を持つ無脊椎動物の運動に見られる振動現象のモデ

Regeneration, and Behavior. (Eds: Noji S., Horch

ル化、第２７回日本数理生物学会、北海道大学 （札H.W., Ohuchi H. and Mito T.) Springer, p313-325.

幌）2017 年 10 月 6 日〜８日.

(2017)

４) 青沼

仁志：昆虫の高速運動をつくる不思議な仕組み

技術講演会、北海道大学大学院情報科学研究科、協4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

賛：精密工学会北海道支部、日本ロボット学会北海道

該当なし

ロボット技術研究専門委員会、計測自動制御学会北海道支部

4.6 講演2017 年５月 17 日.

５) 稲木 美紀子、大久保 明野、須志田 隆道、秋山 正和、

ａ.招待講演（国際学会）

上皮細胞組織変形の三次元シミュレーションを用い

１)

M. Nagayama, Mathematical modeling and analysis ofたショウジョウバエ消化管の左右非対称な捻転を起

the self-propelled disk and its collective motions,

こす細胞変形の素過程の同定第 69 回日本細胞生物学

International Conference on ”Reaction-diffusion

会大会、 仙台国際センター（宮城県仙台市）、2017

system, theory and applications”, Meiji University (Tokyo, Nakano),２)

年 6 月 13 日

March 17ty – 19th, 2017.

６) 西野 浩史、不動の神経メカニズムー擬死の進化的起

M. Nagayama, Mathematical analysis of the col-源を探るー、第 65 回日本生態学会全国大会 W20 自由

lective motion of camphor disks, Free Boundary

集会 「昆虫の動きと不動を科学する」：生理学と生態

Problems and Nonlinear PDEs, Hokkaido University

学の融合を目指して、札幌コンベンションセンター、(Sapporo, Japan), September 26th-28th, 2017.
３)2018 年 3 月 15 日〜3 月 18 日

H. Aonuma, Synthetic approach to understandｃ.一般講演（国際学会）- 97 -1)

M. Okamoto, M. Nagayama, Mathematical modeltion of Animals andincluding fluid’s effect of camphor disk’s

Hok-kaido University(Sapporo Japan)、June 2017.

self-motion, The 18th RIES-Hokudai International
Symposium

2)“Kyoku”(Poster

9)

Presentation),

K. Naniwa、 Y. Sugimoto and K. Osuka、 “ Micro
Volume Imaging to Investigate Musculoskeletal

Japan), November 30th – December 1st, 2017

Systems in the Arthropod Animals ”、 The 8th

Zixia Zhao, M. Nagayama, M. Uesaka, M. Nakatani

In-ternational Symposium on Adaptive Motion ofand H. Kitahata, The mathematical model for theAni-mals

Symposium“Kyoku”

10) T.Sushida,

Y.Inoue,K.

Japan), November 30th – December 1st, 2017

phenomenon of cylindrical cell tissues in Dro-T.

sophila, The 18th RIES-Hokudai International

A.

UgajinnandH.

Aonuma 、“ Whole-brain activity mapping for neuroetho-

Symposium “ Kyoku ”

logical study in the cricket”、 The 8th Inter-CHÂTERAISÉ Gateaux Kingdom Sapporo, (Sapporo,(Poster Presentation),

Japan), November 30th – December 1st, 2017

Hokkaido Universi-11) T.Sushida, M.Akiyama, A mathematical model of cellty(Sapporo、 Japan)、 June 2017.

polarity and cell migration, isdb Singapore 2017

S. Kuroda、 H. Aonuma、 K. Yasui and A. Ishiguro、「 18th International Congress of Developmental“Adaptive locomotion in centipede: the role of

Biology 」 ,body stiffness and morphology ”、 The 8th In-

pore,(Singapore),June 18th-22nd,2017

Animals and Machines (AMAM2017) 、

12) T.

Hokkaido

National University

Sushida,S.

Ishida,H.

of

Singa-

Haga,M. Akiyama,A

self-propelled particle model based on cell

University (Sapporo Japan)、 June 2017.

polarity for understanding collective cell mi-

S. Takahara 、

H. Aonuma and S. Kaneko 、grations, the 50th Annual Meeting of JSDB, Tower“ Devel-oping Maximum Likelihood Approach toHall Funabori（Edogawa,Tokyo）,May 9th-11th 2017.

Three-Di-mensional Reconstruction of Musculo-13) H. Koga, H. Watanabe, H. Nishino, M. Hojo, W. Omura,skeletal Structure of Invertebrate Animals Based

T. Takanashi and F. Yokohari, Comparative study ofon X-ray Micro CT Data”、 The 8th International

antennal lobe glomeruli in seven species ofSymposium on Adaptive Motion of Animals andtermites, JSCPB 2017 Fukuoka, Fukuoka University

Machines (AMAM2017)、 Hokkaido University(Sapporo(Fukuoka City), Japan, Nov. 25-26, 2017

Japan)、June 2017.

14) H. Nishino, K. Katoh and M. Domae, Axonal lay-

K. Yasui、 K. Kikuchi、 T. Kano、 Y. Hayase、 S.

er-dependent dendritic organization of Kenyon

Kuroda、 H. Aonuma、 R. Kobayashi and A. Ishiguro、

cells in a hemimetabolous insect, JSCPB 2017

“ Decentralized Control Mechanism Underlying

Fukuoka, Fukuoka University (Fukuoka City), Japan,

In-terlimb Coordination of Centipedes”、 The 8th

Nov. 25-26, 2017

International Symposium on Adaptive Motion of
An-imals and Machines (AMAM2017) 、

8)

M.Inaki,dynamics model for understanding the twisting

ter-national Symposium on Adaptive Motion of

7)

A.Ookubo,

Matuno,M. Akiyama, A three-dimensional vertex

and Machines (AMAM2017) 、6)

Hokkaido

Presentation),

national Sympo-sium on Adaptive Motion of Animals

5)

Machines(AMAM2017) 、CHÂTERAISÉ Gateaux Kingdom Sapporo, (Sapporo,
Watanabe,(PosterandUniver-sity(Sapporo Japan)、June 2017.

receptor, The 18th RIES-Hokudai International

4)

H. Aonuma、 D. Wakita、 D. Owaki、 A. Ishiguro、CHÂTERAISÉ Gateaux Kingdom Sapporo, (Sapporo,tactile stimulus response of the skin sensory

3)

Machines (AMAM2017) 、

15) T. Takanashi, S. Fukui, T. Koike and H. Nishino,

Hokkaido

Vibration sensitivity in cerambycid beetles andUniver-sity (Sapporo Japan)、 June 2017.

its potential for pest control, 17th Invertebrate

M. Ishikawa、 K. Shinohara、 K. Goto、 K. Naniwa

Sound and Vibration Meeting, Schloss Rauisch-and H. Aonuma 、 “ Analysis and modeling ofholzhausen, Giessen, Germany Sept. 14-17, 2017.

high-speed running motion of ghost crabs”、The 8th16) H. Koga, H. Watanabe, H. Nishino, M. Hojo, W. Omura,International Symposium on Adaptive Motion of

T. Takanashi and F. Yokohari : “Interspecies andAnimals and Machines (AMAM2017) 、intercaste comparisons of antennal lobe con-

Hokkaido

University (Sapporo Japan)、 June 2017.

stitution in seven species of termite”, 2017

M. Shimizu、 D. Ishii、 H. Aonuma and K. Hosoda、ISCE/APACE, Fukakusa Campus, Ryukoku University,“ Frog Cyborg Driven by Biological Muscle Ac-

Kyoto, Japan, Aug.23-27,2017.

tu-ators That Packaged Physiological Solution”、

17) M. Paoli, H. Nishino and G. C. Galizia : “How theThe 8th International Symposium on Adaptive Mo-

cockroach brain can encode spatial olfactory- 98 -

information, Göttingen School, Göttingen School,

学、 Japan (2017-11)

Göttingen, Germany, Aug. 11, 2017

１２) D. Owaki, Y. Sugimoto, A. Ishiguro and H. Aonuma,

ｄ. 一般講演（国内学会）

Change in coordinated motor patterns after leg

１)

後藤田 剛、上坂 正晃、安ケ平 裕介、小林 康明、北amputation in the cricket, 日本比較生理生化学会

畑 裕之、傳田 光洋、長山 雅晴、表皮構造の数理モ

第 39 回大会、 福岡市 福岡大学、 Japan (2017-11)

デルにおける顆粒層の安定化とタイトジャンクショ

１３) R. Okada, H. Ikeno and H. Aonuma,Behavior of

ン形成への取り組み、日本数学会 2018 年度年会、 東

follower bees in a hive before departure after the

京大学駒場キャンパス（東京都、目黒区）、 2018 年

dance communication, 日本比較生理生化学会第 39

3 月 21 日
２)回大会、 福岡市 福岡大学、 Japan (2017-11)

後藤田 剛、上坂 正晃、安ヶ平 裕介、小林 康明、北１４) 青沼 仁志、Ultra-fast movement of trap jaw ants、

畑 裕之、傳田 光洋、長山 雅晴、 表皮構造の数理モ

計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会

デルにおける顆粒層の形成、応用数学合同研究集会、

2017 (SSI2017)、浜松市 静岡大学、Japan (2017-11)

龍谷大学（滋賀県、大津市）、12 月 14 日〜16 日
３)１５) 渡邊 崇之、宇賀神 篤、青沼 仁志、初期応答遺伝子

趙 子夏、上坂 正晃、仲谷 正史、北畑 裕之、長山 雅

プロモーターを利用したコオロギ脳機能マッピング、晴、皮膚感覚受容器の触刺激応答に関する数理モデル、

日本動物学会第 88 回大会、富山県民会館、Japan

応用数学合同研究集会、龍谷大学（滋賀県、大津市）、(2017-09)

12 月 14 日〜16 日
４)

５)

６)

７)

８)

９)

１６) 青沼 仁志、大須賀 公一、オキナワアギトアリの大顎岡本 守、長山 雅晴、対流の効果を含む界面活性剤系の高速運動をつくりだす外骨格の構造解析、日本動物

自走粒子の自律運動に関する数理モデル、応用数学合学会第 88 回大会、富山県民会館、Japan (2017-09)

同研究集会、龍谷大学（滋賀県、大津市）、12 月 14１７) 岡田 龍一、池野 英利、青沼 仁志、ダンス追従バチ

日〜16 日は複数のダンス蜂を追従する、日本動物学会第 88 回

小林 康明、安ヶ平 裕介、北畑 裕之、傳田 光洋、長大会、富山県民会館、Japan (2017-09)

山 雅晴、皮膚疾患再現を目指した皮膚構造数理モデ

１８) 早瀬 友美乃、中西 秀、坂上 貴洋、青沼 仁志、高原ル、第 22 回計算工学講演会、ソニックシティー（埼聡、松田 朝陽、金子 俊一、マイクロ CT を使った丸

玉県、さいたま市）、2017 年 5 月 31 日〜6 月 2 日

めた紙の３次元構造解析、日本物理学会 2017 年秋季

大須賀 公一、青沼 仁志、生き物の多様な振る舞いを大会、岩手大学、Japan (2017-09)

生み出す源泉をさぐるには？、計測自動制御学会第１９) 高原 聡、青沼 仁志、金子 俊一、クモヒトデ模倣ロ

30 回自律分散システムシンポジウム、名古屋市名城

ボット設計に向けた X 線マイクロ CT による骨格形状

大学、Japan (2018-01)

抽出、精密工学会北海道支部会、北海道大学、Japan

浪花 啓右、杉本 靖博、青沼 仁志、大須賀 公一、触(2017-09)

角への電気刺激によるクロコオロギの闘争性の増強、

２０) 松田 朝陽、青沼 仁志、金子 俊一、アギトアリの大計測自動制御学会第 30 回自律分散システムシンポジ

顎の超高速運動解析に向けた動画像計測手法の検討、ウム、名古屋市名城大学、Japan (2018-01)

精 密 工 学 会 北 海 道 支 部 会 、 北 海 道 大 学 、 Japan青沼 仁志、トラップジョウをもつアリの超高速運動(2017-09)の発生メカニズム、、計測自動制御学会第 30 回自律分

２１) 長谷川 英祐、青沼 仁志、寺尾 勘太、小楠 なつき、

散システムシンポジウム、名古屋市名城大学、Japan大久保 祐作、渡邊 紗織、三上 俊太、藤田 悠介、水(2018-01)

波 誠、村上 優花、アリは巣仲間と交流してストレス

大脇 大、杉本 靖博、石黒 章夫、青沼 仁志、コオロから回復する、日本動物行動関連学会・研究会 合同

ギの脚切断後の筋電位パターンの変容、計測自動制御

大会（行動 2017）、東京大学、Japan (2017-08 〜

学会第 30 回自律分散システムシンポジウム、名古屋

2017-09)

市名城大学、Japan (2018-01)

２２) 渡邊 崇之、宇賀神 篤、青沼 仁志、最初期遺伝子プ１０) 安井 浩太郎、菊池 和気、加納 剛史、黒田 茂、青沼

ロモーターを利用したコオロギ脳機能マッピング法

仁志、石黒 章夫、ムカデが足並みの疎密波の向きをの確立、日本動物学会北海道支部大会第 62 回大会、変えるメカニズム、計測自動制御学会第 30 回自律分

北海道大学理学部、Japan (2017-08)

散システムシンポジウム、名古屋市名城大学、Japan２３) 須志田 隆道、秋山 正和、 基底膜に覆われた細胞群(2018-01)の回転運動を表現するための数理モデル、 日本数学

１１) H. Aonuma, K. Kagaya, A. Matsuda, S. Kaneko and K.

会 2018 年度年会、 東京大学（東京都目黒区）、3 月

Osuka, Slow and ultra-fast movements of the

18 日～3 月 21 日

mandible in the trap jaw ant genus Odontomachus,

２４) 秋山 正和、須志田 隆道、石田 すみれ、芳賀 永、 細日本比較生理生化学会第 39 回大会、 福岡市 福岡大

胞極性と細胞移動の数理モデル、第 27 回
- 99 -

日本数理生物学会、 北海道大学（北海道札幌市）、10 月 6 日

ロジック」2017 年度～10 月 8 日

班会議、 北海道大学（北海道札幌市）、6 月 26 日～6 月 27 日

２５) 秋山 正和、須志田 隆道、 細胞極性に着目した細胞

１０)

仝 悦、亀谷 治頌、島田 敦子、秋山 正和、 細胞

群の運動モデル、 第 22 回 計算工学講演会、（埼玉

集団の回転運動による 3D 形態形成のロジック、 新県さいたま市）、5 月 31 日～6 月 2 日

学術領域「生物の 3D 形態を構築するロジック」2017

２６) 宇賀神 篤、西野 浩史、尾崎 克久、ナミアゲハ食草

年度

認識における脳の寄与の検討」、第 62 回日本応用動物班会議、 北海道大学（北海道札幌市）、6 月

26 日～6 月 27 日

昆虫学会大会、鹿児島大学郡元キャンパス 2018 年 3

１１)

月 25 日〜3 月 27 日

秋山 正和、 数学のメガネで生物を見てみよう！、
第１１０回システム情報科学研究会（ＳＳＩセミナ

２７) 小松 正宏、増谷 直輝、栗原 啓伍、西野 浩史、高速ー）、 北海道大学大学院情報科学研究科（北海道札道路の飛来虫に関する研究、第 17 回 「野生生物と交幌市）、5 月 24 日通」研究発表会、札幌市教育文化会館、 2018 年 2月 23 日ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以4.7 シンポジウムの開催

外）

1)

１)

長山 雅晴、皮膚感覚受容器の数理モデルによる触錯

里浜、2017 年 8 月 25 日〜8 月 27 日

覚現象へのアプローチ、非線形現象の数値シミュレ２)

長山 雅晴、第 1１回応用数理研究会、休暇村能登千2)

A. Ishiguro (General chair) and H. Aonuma (Localーションと解析 2018、北海道大学（北海道、札幌市）、

chair): The 8th International Symposium on Adaptive

2018 年 3 月 9 日〜10 日

Motion of Animals and Machines, Hokkaido Univ. (Sap-

長山 雅晴、表皮構造の数理モデル、研究集会「反応poro, Japan) 2017 年６月 27 日〜6 月 30 日

拡散系と実験の融合」、石川県政記念しいのき迎賓館（石川県、金沢市）、2018 年 2 月 21 日〜22 日
３)

長山 雅晴、自走粒子運動の数理モデル、2018 軽井

4.8 共同研究

沢グラフと解析研究集会、日本大学軽井沢研修所（長ａ. 所内共同研究

野県、軽井沢市）、2018 年 2 月 12 日〜15 日
４)

該当なし

長山 雅晴、自己駆動系粒子運動の数理解析、千葉大

ｂ. 民間等との共同研究

学非線形科学セミナー、千葉大学（千葉県、千葉市）、

1)

6 月 28 日
５)の高精度化、2016 年度〜2018 年度

長山 雅晴、自走粒子系の集団運動に対する数理解析、

2)

岡山大学解析セミナー、岡山大学（岡山県、岡山市）、
3)

秋山 正和、A Mathematical Model of Cell Polarityｃ. 委託研究

海道大学電子科学研究所（北海道札幌市）、1 月 5 日

該当なし

秋山 正和、須志田 隆道、石田すみれ、芳賀 永、 A

ｄ. 国際共同研究

self-propelled particle model based on cell

該当なし

polarityfor

understanding

migrations、 2017 年度

collectivecell

人・環境と物質をつなぐ

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）イノベーション創出 ダイナミックアライアンス G3

ａ. 科学研究費補助金分科会、 東北大学片平キャンパス（宮城県仙台市）

1)

および 秋保温泉 ホテルニュー水戸屋（宮城県仙台2016〜2019 年度

秋山 正和、須志田 隆道、石田 すみれ、芳賀 永、 A

2)

長山 雅晴（分担）、基盤研究Ａ 一般、散逸系におけ

self-propelled particle model based on cell

る空間局在解の階層構造と頑健性の起源の解明、2014

polarity

年度〜2017年度

forunderstanding

collective

cell

migrations、 2017 年度 人・環境と物質をつなぐ

９)

長山 雅晴（代表）、基盤研究 B 一般、自己駆動系の集団運動に対する数理モデリングとその数理解析、

市)、11 月 27 日～28 日
８)

西野 浩史、東日本高速道路（株）、高速道路の飛来虫対策に関する研究、2017 年度

and Cell Migration、 平成 29 年度 研究交流会、 北７)長山 雅晴、株式会社資生堂、表皮構造モデルの構築、
2017 年度

2017 年 5 月 18 日
６)

長山 雅晴、新日鐵住金株式会社、活性汚泥法モデル

3)

長山 雅晴（分担）、基盤研究 C 一般 、動的システ

イノベーション創出 タダイナミックアライアンス

ムの分岐過程への数値誤差の依存性解析と新規解適G3 若手研究者交流会（宮城県仙台市）、11 月 26 日

合スキームの開発、2015年度〜2017年度

秋山 正和、須志 隆道、 細胞極性と細胞移動の数
理モデル、 新学術領域「生物の 3D 形態を構築する- 100 -

4)長山 雅晴（分担）、基盤研究 C 特設分野、生体内のon Adaptive Motion of Animals and Machines.

不均一な場における反応拡散波の伝播機構の解明、
5)

6)

7)

8)

２)

香子、高梨 琢磨、横張 文男 : JSCPB 2017 大会委員

青沼 仁志（分担）、基盤研究 A、マルチテレストリア

長賞 「Comparative study of antennal lobe glo-

ルロコモーションから解き明かす生物の多様な振る

meruli in seven species of termites」 （日本比較

舞いの発現機序、2016〜2019 年度

生理生化学会） 2017 年 11 月

青沼 仁志（分担）、基盤研究 B、ロボット義足による歩行運動への介入から解き明かす昆虫の脚間協調メ

4.11 社会教育活動

カニズム、2016〜2018 年度

ａ.公的機関の委員

青沼 仁志（分担）、基盤研究 B 特設分野、自切する生１)

長山 雅晴、文科省技術政策研究所専門調査委員

物から切り拓くスーパーレジリアントなシステムの２)

秋山 正和、文科省技術政策研究所専門調査委員

設計論、2016〜2019 年度

ｂ.国内外の学会の役職

青沼 仁志（分担）、基盤研究 S、昆虫のゾンビ化から

１） 長山 雅晴、日本数学会 教育研究資金検討委員会 委

紐解く多様な振る舞いの源泉、2017〜2021 年度
9)

10)
11)

員

秋山 正和（代表）、新学術領域件研究（研究領域提案

２） 青沼 仁志、日本比較生理生化学会、評議委員

型）、「3 次元形態を表現する数学的基盤の構築」、2015

３） 青沼 仁志、日本動物学会北海道支部役員

年度～2020 年度

４） 青沼 仁志、日本動物学会国際交流委員

秋山 正和（代表）、若手研究（Ｂ）、「平面内細胞極性

５） 西野 浩史、日本比較生理生化学会

評議委員

に関する統一的数理モデルの構築」、2015～2019 年度

６） 西野 浩史、日本動物学会北海道支部

役員

秋山 正和（分担）、新学術領域（研究領域提案型）、

ｃ.兼任・兼業

生物の３Ｄ形態を構築するロジック、2015 年度～

１)

2019 年度
12)

秋山 正和（分担）、新学術領域（国際活動支援班）、

d.外国人研究者の招聘

３Ｄ形態ロジックの国際共同研究を加速するバーチ

１) Barry Trimmer (Professor, Tafuts University, USA)(2017年6月30日)

秋山 正和（分担）、挑戦的萌芽研究、平面内細胞極性

２) Anthony Scibelli (PhD Candidate, Tafuts Uni-の向きを逆転させる未知の機構の解析、 2016 年～

versity) (2018年1月22日〜2月28日)

2017 年度
14)15)３) Dr. Marco Paoli,Germany,（2017年05月15日〜2017

秋山 正和（分担）、基盤研究Ｂ、「組織の力学的基礎

年05月26日）

を司る第三のＰＣＰ制御グループを介した新たなＰ

ｅ.北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）

ＣＰ調節機構の解明、2016 年度～2018 年度

1)

西野浩史（代表）基盤研究 C、明瞭分離された２つの
2)

年度
3)

長山 雅晴、JST CREST、数理モデリングを基盤とした理学部２〜4 年生、数学総合講義Ⅰ、長山 雅晴、2017
年後期集中講義

数理皮膚科学の創成、2015年度〜2020年度

4)

全学 1 年生、微分積分学Ｉ、秋山 正和、2017 年前期

青沼 仁志

5)

理学部２年生、コンピュータ、秋山 正和、2017 年後（研究代表者）

包括脳ネットワークによる支援、昆虫の行動スイッチングにともなう脳活動期の変容、2012年度〜2017年度
３)

理学部３、4 年生、数理科学演習、長山 雅晴、2017
年後期

ｂ.大型プロジェクト・受託研究２)

理学部３、4 年生、数理科学 A、長山 雅晴、2017 年
後期

嗅覚経路のシグナルフローの意義の解明、2017〜2019１)

長山 雅晴 : JST さきがけアドバイザー（2014 年 4 月〜2019 年 3 月）

ャル研究所、2015 年度～2019 年度
13)

古賀 晴華、渡邉 英博、西野 浩史、北條 優、大村 和

2015年度〜2017年度

6)

全学 1 年生、体験して学ぶ物質と生命の科学最前線：

青沼 仁志、JST、CREST、環境を友とする制御法の創ナノからマクロまで、西野浩史、2017 年前期

成、リアルタイム運動制御を実現する神経−筋骨格系

ｆ.北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期間）の生理機構の実験的解明（グループリーダー）2014１)

年度〜2019年度

工学研究科大学院生修士課程、ロバスト制御理論、青沼仁志（オムニバス）、2017 年 2 月３日

ｇ. 新聞・テレビ等の報道
4.10 受賞
１)1)

石黒 章夫、青沼 仁志、加納 剛史、松坂 義哉、佐藤M. Shimizu, D. Ishii, H. Aonuma and K. Hosoda:

英毅、小野 達也 : 日本経済新聞 2018年02月26日

AMAM2017 Outstanding Demo Award, “Frog Cyborg「サイエンス欄：生物に学ぶロボット、壊れても動き

Driven by Biological Muscle Actuators that Packaged

続ける「ヒトデ」」

Physiological Solution” The 8th International Symposium2)- 101 -

石黒 章夫、加納 剛史、青沼 仁志、松坂 義哉、佐藤英毅、小野 達也 : 日経産業新聞 2017年12月20日

Damage Was Inspired by Brittle Stars”「ヒトデのように動くロボ：腕壊れても即座に適応「進

3)

4)

5)

6)

14)

沼 仁志、新美 輝幸、秋山 正和、
井上 康博、近藤 滋 :む」」

毎日新聞 2017年11月02日「なぜカブトムシの角は蛹

石黒 章夫、加納 剛史、青沼 仁志、松坂 義哉、佐藤で突然出現できるのか～三次元構造の形態形成にお

英毅、小野 達也 : 日刊工業新聞 2017年12月18日

ける「折り畳みと展開」の重要性を提唱～」、毎日新「脚がとれても歩き続けるロボ：故障を前提に機能設聞、2017年11月2日

計、宇宙や災害現場で活用」

ｈ. ポスドク・客員研究員など

A. Ishiguro, H. Aonuma, T. Kano, Y. Matsuzaka, E.

1)

須志田 道隆（博士研究員）

Sato and T. Ono : Asian Scientist 2017年12月252)

上坂 正晃（博士研究員）

日 “ Headline: Losing An Arm Doesn ’ t Bother3)

後藤田 剛（博士研究員）

Starfish Bot”

4)

一本嶋 佐理（博士研究員）

A. Ishiguro, H. Aonuma, T. Kano, Y. Matsuzaka, E.

5)

熊本 淳一（学術研究員）

Sato and T. Ono : Innovation Toronto 2017年12月

6)渡邊 崇之（研究所研究員）

18日 “A robot capable of immediately adapting to7)

浪花

unexpected physical damage”

i.修士学位及び博士学位の取得状況

A. Ishiguro, H. Aonuma, T. Kano, Y. Matsuzaka, E.

修士学位：2名

Sato and T. Ono : IDTechEx 2017年12月18日 “New

１) 佐藤 優祐: 多相環境における界面運動の近似解法

generation robots able to adapt to physical damage２) 趙 子夏：Traveling pulse solutions in a point mass

| Robotics Research”
7)

A. Ishiguro, T. Kano, H. Aonuma, Y. Matsuzaka, E.

博士学位：0名

Sato and T. Ono : Asia Research News 2017年12月

j. アウトリーチ活動（2015年度〜2017年度まで）

17日 “Brittle Stars inspire new generation robots

1)
2)

数学 in 北海道（北海道大学）、主催、2017 年 11 月

function in tough environ-ments.”

12 日

A. Ishiguro, H. Aonuma, T. Kano, Y. Matsuzaka, E.

3)

数学」、2017 年 10 月 1 日

to physical damage”

4)

A. Ishiguro, H. Aonuma, T. Kano, Y. Matsuzaka, T.
5)

長山 雅晴、JST数学キャラバン 第18回拡がりゆく数

stars inspire new generation robots able to adapt

学 in 水戸（水戸第一高等学校）、講師、2016年12月

to physical damage”

17日

A. Ishiguro, H. Aonuma, T. Kano, Y. Matsuzaka, E.

6)

Sato and T. Ono : ScienceDaily 2017年12月15日

長山 雅晴、出張講義（札幌西高等学校）、国民との科
学・技術対話事業、2016年11月2日“Brittle Stars inspire new generation of robots

7)

able to adapt to physical damage”

長山 雅晴、サイエンス、理系応援キャラバン隊実験
体験ブース参加「界面活性剤を使った運動と数学」、

A. Ishiguro, H. Aonuma, T. Kano, Y. Matsuzaka, E.

2016年7月17日

Sato and T. Sato : ScienceNewsline 2017年12月158)

長山 雅晴、北大魅力発見フェスタ（河合塾）、実験・

日“Brittle Stars inspire new generation of robots

学部紹介ブース参加「界面活性剤を使った運動と数理

able to adapt to physical damage”

科学」、2016年6月19日

A. Ishiguro, H. Aonuma, T. Kano, Y. Matsuzaka, E.

9)Sato and T. Ono : Electronic Component News 2017

長山 雅晴、出張講義（札幌西高等学校）、国民との科
学・技術対話事業、2015 年 12 月 2 日

年12月15日 “Brittle Stars inspire new gen-eration

10) 長山 雅晴、電子科学研究所一般公開、サイエンスト

of robots able to adapt to physical damage”
13)

長山 雅晴、JST数学キャラバン 第20回拡がりゆく数
学 in 春日井（中部大学）、講師、2017年7月1日

Ono and E. Sato : Phys.org 2017年12月15日 “Brittle

12)

長山 雅晴、北大魅力発見フェスタ（河合塾）、実験・学部紹介ブース参加「界面活性剤を用いた実験とそのStars inspire new generation robots able to adapt

11)

長山 雅晴、JST 数学キャラバン 第 23 回拡がりゆくis a significant breakthrough for machines made toSato and T. Ono : Nanowerk 2017年12月17日 “Brittle

10)

長山 雅晴、出張講義（北海道立共和高等学校）、国民との科学・技術対話事業、2018 年 1 月 26 日

a robot made to adapt to unexpected physical damage9)

啓右（学術研究員）

model of diffusing particles

able to adapt to physical damage: The invention of8)

松田 桂祐、後藤 宏貴、多鹿 友喜、須志田 隆道、青むのに望ましい手応えがあると腕で地面を蹴って進ーク、講師、2015年6月6日

A. Ishiguro, H. Aonuma, J. Xue, Y. Matsuzaka, E.

11) 青沼 仁志、第９回北大クロスロード交流会「何かのSato and T. Ono : Electronics360 - GlobalSpec 2017

動きの研究」、講師.2018年2月15日

年12月15日 “Watch: Robot Can Adapt to Physical12) 青沼 仁志、出張講義（札幌西高等学校）、国民との科- 102 -

学・技術対話事業、2017年10月26日
13) 秋山 正和、GLSC3D講習会、明治大学（東京都中野区）、
2017年11月17日
14) 秋山 正和、３次元計算可視化ライブラリ（GLSC3D)
講習会、 広島大学（広島県東広島市）、2017年8月7日15) 秋山 正和、 GLSC3D 講習会 講師、 広島大学（広島
県東広島市、2016 年 5 月 9 日
16) 秋山 正和、サイエンス・カフェ講演、 紀伊国屋書店
札幌本店（北海道札幌市）、2015年11月19日- 103 -

当該研究分野では、化学反応や生体分子の構造転移など

データ数理研究分野の状態変化における「偶然と必然」、「統計性と選択性」、「部
分と全体」の基礎原理を解明するとともに、“トップダウン”

教

小松崎民樹（総研大、理博、2007.10～）と“ボトムアップ”の両アプローチを橋渡しする概念や方准教授

授

寺本央（東大院、博(学術)、2017.4～）

法論を確立し、できるだけ自然現象に照らし合わせながら

助教

伊藤創祐（東大院、博（理）、2017.4～）

生命システムの階層性の論理を構成し、生命の中に積木細助

教

西村吾朗（阪大院、理博、2007.10～）

工をこえる新しい概念を創出することを目指している。

特任助教

James N. Taylor（ライス大、PhD、2014.10～）

この他、単一分子分光を用いた生体計測を通して、階層

田畑公次（北大院、博（情報科学）、2017.7を越えた構造と機能の相関を探っている。具体的には、700～）～1400 nmの近赤外波長領域の光計測技術を用いた非侵襲特任講師

Jason Roger Green（Purdue Univ.、PhD、計測により、生きたままの生体組織の定量的生体計測技術

2017.6〜2017.8）を確立する。それにより、単一分子レベルから個体レベル

博士研究員

までの階層をまたいだ総合的理解を目指している。

Sulimon Sarrari（UC Merced、PhD、2017.7～）
Kernel Enrique Prieto Moreno (2015.8〜

２．研究成果2017.5)
学術研究員
学

土田 旭（北大院、博（理）、2017.12～）（1）バンド交差近傍のハミルトニアンの微分位相幾何学

生的分類、バンドエンジニアリングに向けて。

博士課程後期

バンドエンジニアリングとは固体の複数のバンドを衝突

田宮裕治（理学院数学専攻)

させることにより、そのバンド構造を変化させ、それによ

Khalifa Mohammad Helal（生命科学院 生命融合科学コ

り 物 性 の 制 御 を 目 指 す も の で あ り 、 Dirac-cone engi-ース）

neeringを含むより一般的な枠組みを指す。近年、ナノテク

Udoy Sankar Basak（生命科学院 生命融合科学コース）

ノロジーおよび観測技術の進歩により、バンド構造を物性

学部生パラメータを変化させることで制御したり、バンド構造を山田 寛子（理学部 化学科）

直接観測したりすることが可能となってきた。そのバンド
エンジニアリングを実現するためには、与えられた結晶の１．研究目標対称性および時間反転対称性の下、二つのバンドを衝突さ生体分子、細胞、組織、そして個体に至る生命システム

せることでバンドにどのような幾何学的変化が生じ、それは常に外界に晒(さら)されながら、ミクロレベルでの“刺激”によりどのように物性が変わるのかを理解することが重要

がマクロレベルまで伝達し頑健な機能を作り出している。

である。本研究ではまず時間反転対称性又は空間反転対称

生体系の反応現象の多くは、複雑な中に特異性、すなわち、性が破れた状況で、二つのバンドが衝突する瞬間にバンド

選択性・機能性を保有していて、その特異性が生命現象のにどのような幾何学的な変化が生じうるのかの包括的なリ

豊かさの源泉となっている。生体機能とは「外界からの刺ストを作成した[JMP 58, 073502 (2017)]。以上のような時激に対する応答として始まる一連の構造変化とそれに伴う間反転対称性又は空間反転対称性が破れた場合には、クラ化学反応」であり、階層を越えた「状態変化」のつながり

マース縮重が解けワイル点と呼ばれるバンド交差が生じうの産物といえる。そのような生命システムを理解するためる。ワイル点は近年二つの実験グループにより相次いでそのアプローチには、大別して、背後に存在する数理構造をの存在が実験的にも証明されている。本研究ではそのよう提唱するトップダウン的構成論的手法と微視的な立場からなワイル点を含むより一般のバンド交差の包括的なリスト

マクロな現象の再現を試みるボトムアップ的還元論的手法を得た。それらは二つのバンドが衝突し、まさにバンが存在する。前者は大胆な仮定や粗視化のために自然と乖離したモデルに陥る可能性が存在する一方で、後者は個々の微視的事象を枚挙するだけでシステム全体を捉えることは困難である。
自然科学研究において革命的な発展をもたらすものは、
多くの場合、新しい実験技術とその新しい実験事実に基づいた理論・概念の転回である。近年、一分子計測技術等の飛躍的な進展により、「観測」の在り方が大きな変貌を遂げ、サブミリ秒程度の時間分解能で、一分子レベルの大規模構造変形や細胞の分化の経時変化を直接観測することが可能

図1：バンド交差がいくつかのワイル点に分岐する様子。

になってきた。
- 104 -

ではそれぞれのクラスタが細胞ごとに占める量に焦点を当
ドの幾何学的構造が変わろうとする分岐において現れる。

てることで、癌性および非癌性の細胞を識別する手法の提そのような交差を持つハミルトニアンの普遍開折を調べる案を目指す。

ことにより、その分岐点においてハミルトニアンを摂動すると衝突したバンドにどのような幾何学的変化が生じるのかを調べることができる。
（2）情報熱力学の構築
マイクロからナノスケールのメゾスコピック領域において, ダイナミクスの確率性を元に熱力学を構成しようとする確率的な熱力学と呼ばれる分野がある。確率的な熱力学において, 特に近年では従来の情報理論と熱力学の関係が議論されており, 情報理論と熱力学の融合分野である情報
熱力学と呼ばれる研究が行われている。この情報熱力学はメゾスコピックな生体現象である細胞内の生化学反応の情報伝達などに適用可能なため, 情報熱力学を用いることで生体系の情報処理を熱力学をベースに議論することができる。
直近では確率的な熱力学をベースとして, 情報理論の幾
何学的な理論形式である情報幾何との関係の解明を行なった。情報幾何における幾何学量は, 熱力学的なエントロピ
ー変化を用いて記述できることを明らかにし, 幾何学的な不等式から熱力学的な不確定性原理を導くことに成功した。
これは, 状態の遷移に関する熱コストと, 遷移スピードの

図 2：空間的にコヒーレントな細胞領域に示される癌性および非癌性のヒトの瀘胞甲状腺細胞の Raman 顕微鏡画像のスペク
トルの分類。内部の特殊な細胞環境を示す a) 瀘胞甲状腺癌細胞と、b) ヒトの瀘胞甲状腺細胞。

間のトレードオフ関係になっており, 酵素反応系などの生化学反応によって行われる情報伝達の熱力学的な原理的限界を与えるものになっている。
（3）1 細胞ラマン分光から読み解く細胞診断（4）悪腕存在チェックアルゴリズムの開発

生細胞の Raman 顕微鏡画像は細胞全体、例えば膜組織や病気や機械の故障の診断などでは、どこか一箇所でも異核といった細胞を成す構成要素、それから脂質、タンパク常があると問題があるものと診断される。そのような診断

質、核酸などの細胞成分を形作る構成要素などについてのでは、最初に異常が見つかった時点で診断を打ち切って、情報を豊富に含んでいる。このように多くの情報を明らか

異常ありと結論づけることができる。このような異常のあにしているにも関わらず、現在の Raman 画像の分析手法は、るなしをできるだけ速く診断する問題は、腕を引く毎に各観測によって得られる情報のほんの少ししか扱っていない。

腕ごとに固有な区間[0,1]上の分布に従い損失を被る、損失

例えば、アポトーシスの直前にミトコンドリア膜からシト

版 K 腕バンディット設定において、損失平均がある閾値以クロム c が放出されることが観察されているが、ミトコン

上である腕が存在するか否かを、できるだけ少ない試行回

ドリアは局在化や同定の助けとなり得るその他多くの化学数(腕を引く回数)で判定する「悪腕存在チェック問題」と種を含んでいる。そのため、シトクロム c から生じる少数

して定式化できる。

のスペクトル特性を用いるのではなく、細胞成分の分類に悪腕存在チェック問題では、与えられたグレイゾーン幅

おける全スペクトルを用いることが有益と言える。さらに、

Δ∈(0,0.5)と閾値 θ∈(Δ,1-Δ)に対し、損失平均 μ が

我々は細胞スペクトルの分類に情報理論を活用した。すなθ+Δ より大きければ正の腕、
θ-Δ より小さな場合は負のわち、レート歪理論によるクラスタリングを用いることで、腕とする。与えられた許容誤り確率 δ∈(0,0.5)に対し、計測誤差の数ある原因の定量化および組み込みをすること

正の腕が存在する場合には 1-δ 以上の確率で「正」、負ので、雑音を含む Raman スペクトルの分類の精度を格段に高腕しか存在しない場合は 1-δ 以上の確率で「負」と出力すめることができた。図 2 ではそれぞれのスペクトルのクラるアルゴリズムを(Δ,δ)-悪腕存在チェックアルゴリズム

スタが色分けされており、瀘胞甲状腺癌細胞(図 2a)とヒトと呼び、できるだけ試行回数が少ない(Δ,δ)-悪腕存在チの瀘胞甲状腺細胞(図 2b)の範囲が空間的にコヒーレントなェックアルゴリズムを開発することを目標とする。この設領域に分類されており、それぞれがおおよそ化学的に特殊定に近い研究として、閾値バンディット問題と最良腕識別な細胞環境を示している。この結果を踏まえ、現在の研究問題がある。悪腕存在チェック問題が少なくとも一つ正の- 105 -

腕を見つければいいのに対し，閾値バンディット問題はすである。Dicty 細胞はサイクリック AMP の勾配に近づくこべての正と負の腕を正しく区別しなくてはいけない。また、とでに反応し、さらにサイクリック AMP 自体を放出する。

最良腕識別問題は、損失平均が閾値よりも高い腕ではなく、結果として、反応拡散系で有名なベロウソフ・ジャボチン

最も高い腕を特定しなければいけない。

スキー反応のような、細胞群を通るらせん波のパターンを本研究では(Δ,δ)-悪腕存在チェックアルゴリズムにお生み出すこととなる。このようならせん波は心不整脈のよいて、グレイゾーン幅 Δ がある程度大きい場合に、腕の正うな心臓の異常を引き起こす事も知られている。よって負の判定を少ないサンプル数で行える腕判定規則をもつア

Dicty 細胞を理解することは、細胞の集団運動の理解を助

ルゴリズムのサンプル複雑度の分析を行った。また、閾値

けるだけでなく、生体系におけるらせん波の出現を理解す

バンディット問題に対する方策 APT を悪腕存在チェック問ることに繋がる。

題に合わせて改良を行った APT-BC と最良腕識別問題に対直近では Dicty 細胞を実験とシミュレーションの両方する LUCB 方策を腕選択方策とした LUCB-BC に加え，累積報から研究した。実験では、図 4 に示したように、Dicty 細酬最大化問題に対する UCB 方策を腕選択方策として採用し胞の凝集による系の変化を調べるため、粒子画像流速測定

た UCB-BC を実行した際の停止までのサンプル数を、シミュを用いて速度場を算出した。凝集過程の発生につれて速度

レーション実験により比較を行った（図 3）。この実験ではがますます空間的に相関するため、Shannon エントロピー

APT-BC の平均停止時刻がいつも最も早かった。また正の腕による凝集の予測が可能であることを発見した。加えて、が多いときにはその差は顕著であった。これは、LUCB-BC細胞の凝集が始まると時間と共に「典型的」と「非典型的」や UCB-BC が複数の正の腕を多く選択してしまうのに対し、の定義が変わるため、一連の典型性の手法により数時間前

APT-BC は一つの正の腕を集中して引く傾向があるためだに凝集を予測することができる。さらには、個別の細胞のと考えられる。

サイクリック AMP 濃度をたどることにより、リーダーおよびフォロワー細胞間でのエントロピーの移動がリーダー細胞特定のための有力なツールとなる。移動エントロピーが非対称があれば、リーダー-フォロワー関係が生じているであろうことを意味している。しかしながら、大きな細胞群の中での移動エントロピーの使用にはいまだ課題が残っており、更なるデータが必要となる。そのため、現在、大規
模データセットの自動粒子追跡法に取り組んでいる。

図 3：人工データによるシミュレーション実験の結果(Δ=0.1,δ=0.001)。損失がベルヌーイ分布に従う 100 腕のうち m 腕を平均損失が閾値よりも大きな腕とし、100-m 腕を平均損失よりも小さな腕とし、APT-BC、LUCB-BC、UCB-BC の 100 回実行した平均停止時刻とその 95%信頼区間をグラフにした。各グラフのタイトルは閾値 θ と正腕の個数 m を表す。

（5）アメーバにおけるリーダーフォロアー細胞の役割分化細胞の集団運動は、例えば、癌の成長、創傷治癒、器官発生といった多くの生物学的過程において重要である。単細 胞 生 物 の コ ロ ニ ー 、 例 え ば ア メ ー バ Dictyostelium
discoideum(Dicty)は、ヒト組織を理解する上での望ましい特性を有している。この研究では情報理論的観点からその図 4：Dicty 細胞の典型的な凝集過程システムを分析することで、細胞凝集を明らかにすることを目指す。加えて、システム内での情報伝達を研究するこ（6）ラマン顕微分光画像の機械学習的アプローチとで、細胞の影響の定量化、リーダーおよびフォロワー細機械学習によるデータ分析を組み合わせたラマン分光測胞の分類、命令を下す際のルールの理解を可能とする。
Dicty 細胞はサイクリック AMP と呼ばれる化学物質を放定は、生体の異なる状態の組織におけるラマンスペクトル

出することにより連絡を取り合うが、このサイクリックの違いを詳細に分析する強力な診断ツールと成り得る。特

AMP は普遍的な化学物質であり、例えばヒトおよび動物のに、標的となる病気のバイオマーカーが特定されていない

肝臓において糖類を ATP に変換する役割を担っているもの

ような場合にも重要となりうる。なぜなら、ラマンイメー- 106 -

ジングは特定の分子に関する構造および化学情報をもたら

ルコール性脂肪性肝炎(NASH)である。NAFL スペクトルは通すだけではなく、分析したサンプル全体の情報をももたら常型および NASH の両方と大きく重複している部分と異なすため、あえてマーカー蛋白質によって同定する必要がなっている部分の両方が観察され、不均一性が見られている。

いからである。

我々の手法でサンプルに内在する生化学的情報を抽出す

このラマン分光測定による診断において、適切なデータ

ることにより、NAFL の異なる状態を識別するためのバイオ

マイニング法の開発が要となる。そこで、ラマン信号に内マーカーが特定可能であり、またランダムフォレスト分類

在する分子のスペクトル差を参照することにより、基本的器を用いて、「正常」か「非正常」か、もしくは「NAFL」かな組織型、疾病の段階を理論的に識別するアルゴリズムの「非 NAFL」かを分ける重要な波数を解明し、その波数は主プラットフォームを我々は開発している。特に我々は（CMDSに脂質と蛋白質に関連することを示した（図 5）。「NASH」

もしくは ISOMAP のような)次元削減や、分類に基づくアンでは脂質の大量蓄積により、「非 NASH」とはタイプの異なサンブル学習(ランダムフォレスト)を行なっている。次元

る脂質になっている可能性がある。この診断方法が、ラッ削減は遥かに少ない次元で高次元データに内在する構造をトモデルの NAFL の線維症の予測に対して新たなツールと探ることを可能にし、かつ、データを可視化することで異なりえ、ひいてはヒトの脂肪肝疾患の分析に非常に有効となる組織状態に対応するクラスタリングを行える。また、なり得ると考えている。

ランダムフォレストはラマンスペクトルの構造を学習する
ことにより、スペクトルの特徴から最も関連のあるクラス（7）時間分解法を用いた、高感度蛍光ターゲット検出法のタを見出すものである。非アルコール性脂肪肝疾患(NAFL)

開発の線維症を予測するラットモデルを用いて、次元削減およ放射性プローブを用いたガンなどの病変部の高感度検出

びランダムフォレストをラマンイメージングに対して実行法は、被曝また特殊な施設の必要性など問題が多く、放射することで、まだ病理が観察されていない初期段階でも組性プローブを用いた手法から用いない手法への移行が望ま織状態を見分ける診断の能力向上に繋がった。

れる。その一つには放射性プローブを蛍光プローブなどにまた疾病の異なる段階を識別可能な特徴的なラマンス置き換える手法である。しかし、生体組織による強い散乱

ペクトルの周波数を同定し、NAFL の状態を 2 つに分類した。

により表面にある蛍光プローブの観測に限られ、深部にあ1 つが安定的な NAFL で、もう 1 つが NAFL に進行中の非アる蛍光プローブの検出は極めて難しい。これまで、光子検出システムとパルスレーザーを組み合わせた高い時間分解能を持つ計測により、深さ１ｃｍ程度に埋め込まれた蛍光プローブについての画像再構成手法を研究してきたが、実用に至るには、課題が多い。しかし、実際の医療現場では、その存在と定性的な位置に関する情報だけでも実用になる可能性があり、本年度はその方法を考察した。
蛍光体が組織などに埋め込まれている場合、検出限界は
背景光により覆い隠されることによる。特に強い散乱体である場合、蛍光体の像が著しく広がることと、媒質の吸収による強度の減衰が相まって、背景光に埋もれ易くなっている。そのため、背景光と蛍光体由来の蛍光とを区別して測定することにより、より蛍光体の検出能を上げることができる。蛍光プローブに用いる色素は臨床に使用可能なイ
ンドシアニングリーン(ICG)に限られるため、その制限のもとに、時間応答の違いから区別する方法を確かめた。図には食肉をヒト組織と見立てたファントムを用い、ICGを含む蛍光体を埋め込みその蛍光の励起光パルスに対する時間応答関数を測定した。背景光の時間応答は蛍光体のそれよりも速く、その違いは2ns付近で最大であった図6(a)。その時間領域の強度を用いて蛍光像を作ったものと(gated)、定常光で得られるであろう蛍光像(total)を比較した(図6(b))。
背景光が主体となる辺縁部での強度が時間領域を選ぶこと
により下がり、コントラストが上昇していることがわかる。
背景光と蛍光と強度比をコントラストと定義し、それを示

図 5：「正規型」対「非正規型」（上段）、「NAFL」対「非 NAFL」（中段）、「NASH」対「非 NASH」（下段）における重要な特性。

したのが図6(c)である。コントラストは約５倍改善した。
これは生体組織に埋め込まれた蛍光体についてより高感度- 107 -

に検出可能であることを示している。今後、センチネルリ

４．資料

ンパ節の検出などの実際のヒトへの応用へと進める予定で
ある。

１)

(a)

10 3
IRF

10 2

ba ckground“Deciphering hierarchical features in the energy land-

Intensityx10 7 (counts)
3

10
5

y (mm)

Intensity (counts/bin)

total

10 4

scape of adenylate kinase folding/unfolding”, J. Chem.

2

Phys. Special Issue Single Molecule Biology, 148:

0
1

-5

123325-1–123325-14 (2018)

gated

0

2

4
6
Time (ns)-10-15 -10 -5

8

35

gated
10

30

5

(c)

y (mm)

y = 10 mm

25

gated

20
15
10

J. N. Taylor, M. Pirchi, G. Haran and T. Komatsuzaki:

(b)

10 5

10

Contrast

4.1 学術論文（査読あり）

0

5 10 15x (mm)

２)

0.8
0.4
0

5 10 15 20 25
x (mm)Y. Tamiya, R. Watanabe, H. Noji, C. Li and T. Komatsuzaki: “Effects of non-equilibrium angle fluctuation

1.2

-5

5
0
-15 -10 -50
5 10 15 20 25
x (mm)
Intensityx10 7 (counts)
1.6

0

-10
-15 -10 -5

total

0

on F1-ATPase kinetics induced by temperature increase”,
Physical Chemistry Chemical Physics, 3(20): 1872–1880

0(2017)20 25

３)

N. Hervieux, S. Tsugawa, A. Fruleux, M. Dumond, A.
Routier-Kierzkowska, T. Komatsuzaki, A. Boudaoud, J.

図 6：蛍光体を埋め込まれたファントムでの時間応答関数(a)とそれを用いて得られた蛍光像(b)。また蛍光像の y=10mm でのコントラストのプロファイル(c)。

C. Larkin, R. S. Smith, C. Li and O. Hamant: “Mechanical Shielding of Rapidly Growing Cells Buffers Growth
Heterogeneity and Contributes to Organ Shape Reproducibility”, Current Biology, 27(22): 3468–3479 (2017)

３．今後の研究の展望

４)

J. Alfermann, X. Sun, F. Mayerthaler, T. E. Morrell, E.

生体機能を司る分子は、多くの場合、アボガドロ数個

Dehling, G. Volkmann, T. Komatsuzaki, H. Yang and H.

ではなく、少数個が参画し、有限時間内に生体機能は生起

D. Mootz: “FRET monitoring of a nonribosomal peptideする。そこでは平衡統計の枠組みが必ずしも成立している

synthetase”, Nature Chemical Biology, 13: 1009–1015

保証はなく、一分子観察を通して、長時間の分子記憶など(2017)
５)の動態現象として具現化されているものと思われる。しかH. Teramoto, K. Kondo, S. Izumiya, M. Toda and T.

しながら、シグナル伝達、エネルギー伝達、DNA複製など

Komatsuzaki: “Classification of Hamiltonians in neigh-の細胞機能において重要な役割を果たす分子機械は、熱揺

borhoods of band crossings in terms of the theory of

らぎに晒されながら、入力刺激に対する応答として始まる

singularities”, Journal of Mathematical Physics, 58:

一連の構造変化とそれに伴う化学反応から成り、平均熱エ

073502-1–073502-39 (2017)６)

ネルギー（～kBT）よりもさほど大きくない入力に対し、

K.Prieto, and G.Nishimura, “A new scheme of the

その機能を効率的かつ選択的に発現する。しかしながら、

time-domain fluorescence tomography for a semi-infinite

その指導原理は未だに解明されていない。それゆえ、統計

turbid medium.” Opt.Rev. 24, 242-251, (2017)

性を予め仮定しない基礎理論から化学反応や構造転移の根
4.2 学術論文（査読なし）

本原理を追求するとともに、あらかじめ系についての性質

該当なし（統計性、次元性など）を前提としないで、（実際に観測される）一分子時系列情報から背後に存在する動態構造について読み解く方法論を確立することは熱揺らぎ存在下にお4.3 総説・解説・評論等

ける生体機能の指導原理を考察するうえで本質的に重要で

１) 小松崎 民樹:化学反応理論の普遍性：GRRM に期するもの、IQCE NEWS No.57, 1(2018).

ある。今後、引き続き、一分子生物学における自由エネル
２)

ギー地形概念そのものの再考、生体分子系ダイナミックス

西村 吾朗 : 「組織等散乱体内部に含まれる蛍光物質の高感度検出技術」、ケミカルエンジニアリング、６と熱揺らぎの拮抗関係、時空間スケールの異なる階層間の３(２) :165-170 (2018).

情報伝達、環境に適応しながら時々刻々変化する階層ネッ
３)

トワーク構造の遍歴現象などを考察していき、一分子基礎

冨樫 祐一、新海 創也、小松崎 民樹: 「特集：少数性生物学ってなんだ？: 「少数と個性―分子の数と生学の創出を目指していく予定である。

命らしさ」」、実験医学、35(19): 3190-3196 (2017)

一方、近赤外波長域を用いた生体組織レベルでの定量的
４)

計測法の確立を目指し、それを用いた生物システムの階層

伊藤創祐，沙川貴大: 「ネットワーク上の情報熱力学をまたいだ計測とその医学生物学応用を進めていく予定でとその生体情報処理への応用」、日本物理学会誌、ある。またそれにとどまらず幅広い応用も進めて行く。

72(9):658 (2017)５)伊藤創祐: 「《講義ノート》ネットワーク上の情報熱力学とその生体情報処理への応用（第 62 回物性若手- 108 -

夏の学校
６)

集中ゼミ）
」、物性研究、6(4):064232 (2017)

報科学の interdependent な融合を目指して」、第 65 回

西村 吾朗 : 「近赤外生体分光に関する最新技術」、

応用物理学会春季学術講演会、早稲田大学西早稲田キ

光アライアンス 、28(6): 7-10 (2017).

ャンパス(2018-03)
３)

4.4 著書１)

小松崎 民樹* : 「一細胞ラマン計測と情報科学の融合による少数性の生命科学」、2017 年度生命科学系学

M. Tavakoli, J. N. Taylor, C.-B. Li, T. Komatsuzaki and

会合同年次大会、神戸国際会議場(2017-12)

S. Pressé : “Single Molecule Data Analysis: An Intro-

４）伊藤 創祐* : 「生化学系の情報熱力学」、第 60 回自動duction” Advances in Chemical Physics”, John Wiley &制御連合講演会、電気通信大学(2017-11)

Sons Inc. 162, 205-306 (2017)５）小松崎 民樹* : 「How can one quantify singularity in cells
from Single Cell Raman Imaging?」、第 55 回日本生物物理

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）
１)

学会年会、熊本大学黒髪北地区(2017-09)

西村 吾朗：特願2017-181583、「生体検査装置及び生６）伊藤 創祐*, ten Wolde Pieter rein: 「Information thermos

体検査方法」、2017.9.21.

dynamic study of biochemical clock」、第 55 回日本生物物理学会年会、熊本大学黒髪北地区 (2017-9)

4.6 講演７）伊藤 創祐* : 「生体適応センサーの情報熱力学」、日

ａ．招待講演（国際学会）

本神経回路学会 時限研究会 2017、京都大学吉田キャ

１) S. Ito* : “Stochastic thermodynamics of information”,

ンパス、Japan (2017-7).

Frontiers of complex systems science: soft matter, bio-８）小松崎 民樹* : 「一細胞ラマン計測と情報科学の融合

physics, and statistical physics, Institute of Physics Au-

による細胞診断」、2017 年度人工知能学会全国大会、

ditorium, Academia Sinica, Taipei, Taiwan (2018-01).

ウインクあいち(2017-05)

２) T. Komatsuzaki* : “How one can extract energy land-ｃ．一般講演（国際学会）

scape from single molecule time series under the exist-

１) T.Suzuki,

R.

Saito,

N.Kitada,

T.Koike,

S.Maki,ence of noise?”, The 2nd Korea-Japan Joint Symposium

Y.Michiwaki, G.Nishimura, H.Niwa and Y.Yamada, “As-on Single-Molecule Biophysics, Seoul National University,

piration Risk Detection Using Oral Administration of

Korea (the Republic of) (2017-11)

Fluorescent Food -- Preliminary Experiments Using

３) T. Komatsuzaki* : “Energy landscapes learned from

Meat Phantoms”, 2017 IEEE International Conference on

single molecule FRET time series : Role of Photobleach-

Cyborg and Bionic Systems (CBS 2017, Oct.17-Oct.19,

ing”, Deciphering complex energy landscape and kinetic

Science Park of Beijing Institute of Technology, Beijing,

network from single molecules to cells: a new challenge to

China).

make theories meet experiments, Hotel Mercure Dijon,

２) H. Teramoto* : “Application of Singularity Theory toFrance (2017-09)

Material Sciences ”, Geometric and Algebraic Singularity

４) S. Ito* : “Thermodynamics of information on biochemical

Theory, Będlewo Conference Center, Poland (2017-09)

signaling networks”, Deciphering complex energy land-ｄ. 一般講演（国内学会）

scape and kinetic network from single molecules to cells:

１)

Hotel Mercure Dijon, France (2017-09)

10.30-11.2 (筑波大学東京キャンパス文京校舎、文京区)

Network”, Telluride Workshop on Chemistry & Dynamics

２)

寺本 央*、泉屋 周一、小松崎 民樹 : 「断熱エネル

in Complex Environments, Telluride Elementary School,

ギー面交差近傍でのハミルトニアンの特異点論によUnited States of America (2017-06)

る分類」、日本物理学会 2017 年秋季大会、岩手大学 上６) T. Komatsuzaki* : “Data-driven mathematics in single

田キャンパス(2017-09)

cell Raman imaging”, Telluride Workshop on The Com-

３)

K. M. Helal*, H. Cahyadi, J. N. Taylor, A. Okajima, Y.

plexity of Dynamics and Kinetics from Single Molecules to

Kumamoto, H. Tanaka, Y. Harada and T. Komatsuzaki :Cells, Telluride Elementary School, United States of“Information-theoretical data analysis approaches to

America (2017-06)

Raman micro-spectroscopic images”, 第 11 回分子科学ｂ．招待講演（国内学会）

討論会, 東北大学 川内北キャンパス(2017-09)

小松崎 民樹* : 「一細胞ラマン計測と情報科学の高４)度融合による情報計測技術」、2017 年度第 2 回バイオ伊藤 創祐*, P. R. ten Wolde : 「生化学時計の情報熱力学」、日本物理学会 2017 年秋季大会、岩手大学上田

単分子研究会、御茶ノ水ＡTＩ会議室(2018-03)
２)

吾朗,「生体組織中にある蛍光ターゲットの高感度検出」,Optics and Photonics Japan 2017, (2017)５) T. Komatsuzaki* : “Global Transition States in Reaction

１)

西村

a new challenge to make theories meet experiments,

キャンパス(2017-09)

小松崎 民樹* : 「1 細胞ラマン分光イメージングと情ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以- 109 -

外）
１)

Japan (2017-12) （招待）小松崎 民樹* : 「一細胞ラマン計測と情報科学の高１３) 寺本 央* : 「自然現象の中に潜む特異点」、琵琶湖特度融合による情報計測技術」、2017 年度第 2 回バイオ

異点論ワークショップ、ビューロッジ琵琶、Japan

単分子研究会、御茶ノ水ＡTＩ会議室、Japan (2018-03)(2017-12) （招待）

（招待）
２)

１４) H. Teramoto*, S. Izumiya and T. Komatsuzaki : “Toward

K. M. Helal*, C. Harsono, J. N. Taylor, A. Okajima, Y.

Molecular Propagation through Degenerated Electron

Kumamoto, H. Tanaka, Y. Harada and T. Komatsuzaki :Energy Level Crossings”, The 18th RIES-Hokudai In-“Mulitivariate Data-driven approach to Raman Hy-

ternational Symposium, Chateraise Gateaux Kingdom

per-spectral Images to Diagnose Non-alcoholic Fatty

Sapporo, Japan (2017-11 〜 2017-12)

Liver Disease(NAFLD)”, 2017 年度日本生物物理学会

３)４)１５) S. Ito* : “Thermodynamics and information geometry”,

北海道支部例会, 北海道大学理学部 5 号館, JapanThe(2018-03)

Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo, Japan (2017-11

S. Sattari* and T. Komatsuzaki : “Understanding celland analysis”, 2017 年度日本生物物理学会北海道支部

Kumamoto, H. Tanaka, Y. Harada and T. Komatsuzaki :例会, 北海道大学理学部 5 号館, Japan (2018-03)“Raman Microscopic Image Analysis based on Infor-

田畑 公次*、中村 篤祥、本多 淳也、小松崎 民樹 :mation-theoretic Approach”, The 18th RIES-Hokudai「試行回数の少ない悪腕存在チェックアルゴリズム」、

International Symposium, Chateraise Gateaux Kingdom
Sapporo, Japan (2017-11 〜 2017-12)
１７) K. Tabata*, A. Nakamura and T. Komatsuzaki : “Bad伊藤 創祐* :「Stochastic Thermodynamic Interpretation

Armof Information Geometry」、若手研究会「統計物理学とRIES-Hokudai International Symposium, Chateraise Ga-

Checking

Algorithm”,

The

18th

teaux Kingdom Sapporo, Japan (2017-11 〜 2017-12)１８) J. N. Taylor* and T. Komatsuzaki : “Apparent Nonequi-

け「数学協働」第 8 回領域会議、ホテルコスモスクエ

librium Behavior in Single-Molecule FRET Time-Series

ア国際交流センター、Japan (2018-02)

Induced by Photophysics”, The 18th RIES-Hokudai In-

G.Nishimura, “Diffuse Correlation Spectroscopy: Analy-

ternational Symposium, Chateraise Gateaux Kingdom
Sapporo, Japan (2017-11 〜 2017-12)

imaging, (Graduate School of Mathematical Science, The

９)

Existence

寺本 央* : 「特異点論の物質科学への応用」、さきがsis of Moving Particles”, Inverse problems and medical

８)

Symposium,〜 2017-12)

その周辺」、東京大学理学部(2018-03) （招待）７)International

１６) K. M. Helal*, H. Cahyadi, J. N. Taylor, A. Okajima, Y.

市民会館、Japan (2018-03)

６)

RIES-Hokudaicolony dynamics from images using velocity extraction

人工知能学会第 106 回人工知能基本問題研究会、指宿
５)

18th

１９) スリモン サッタリ*、小松崎 民樹 : 「Predicting

University of Tokyo, 13 Feb.-- 16 Feb., 2018)

Biological Cell Aggregation Using Scalable Random For-西村

est Decision Trees」、The 18th RIES-Hokudai Interna-

吾朗,「散乱光の時間応答関数と入射出射ジオメトリ」、輸送理論と生体医用光学, (産総研臨海副都

tional Symposium、Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo、心センター, 1 Feb. 2018).

Japan (2017-11 〜 2017-12)

伊藤 創祐* : 「情報熱力学の進展：細胞内ネットワ２０) 小松崎 民樹*、中村 篤祥、藤田 克昌、原田 義規 :ーク及び情報幾何への拡張」、東北大学数理科学連携「ラマン分光イメージング計測と情報科学との高度研究センター・ワークショップ 細胞内ネットワーク

融合」、2017 年度 人・環境と物質をつなぐイノベーのダイナミクス～生物学と数理科学の協働～、東北大ション創出 ダイナミックアライアンス G3 分科会ー

学大学院情報科学研究科(2018-01) （招待）

異分野融合とイノベーション創出を目指してー、東北

１０) 田畑 公次*、中村 篤祥、小松崎 民樹 : 「多階層シ

大学 片平キャンパス さくらホール / 秋保温泉 ホ

ステム生物学におけるデータ駆動科学の展開」、北海

テルニュー水戸屋、Japan (2017-11)

道大学電子科学研究所 平成２９年度 研究交流会、北２１) 小松崎 民樹* : 「ラマン分光イメージングにおけるキ ャ ン パ ス 電 子 科 学 研 究 所 ・ １ 階 会 議 室 、 Japan

情報計測技術の展開」、基盤(S) 離散構造処理系プロ(2018-01)

ジェクト 「2017 年度 秋のワークショップ」、ホテル

１１) 伊藤 創祐* : 「情報理論と熱力学」、北海道大学電子

五味、Japan (2017-11)

科学研究所 平成２９年度 研究交流会、北キャンパス

２２) 田畑 公次*、中村 篤祥、本多 淳也、小松崎 民樹 :電子科学研究所・１階会議室、Japan (2018-01)「グレイゾーン幅を利用した悪腕存在チェックアル

１２) 小松崎 民樹* : 「北大と日立基礎研センタ連携によゴリズム」、第 20 回情報論的学習理論ワークショップ、る新概念コンピューティングの理論と応用」、AIMaP

東京大学本郷キャンパス、Japan (2017-11)

異分野連携のノウハウの共有と水平展開を目指すワ

２３) 山田 寛子*、小松崎 民樹 : 「ラマンスペクトルで細ークショップ、日本橋ライフサイエンスビルディング、- 110 -

胞の病態を分ける－PCA とランダムフォレストを用

いて－」、研究会「理論と実験」2017、広島大学東広

年 09 月 03 日〜2017 年 09 月 08 日)

島キャンパス、Japan (2017-10)

５)２４) 伊藤 創祐* : 「生化学時計の情報熱力学」、研究会「理小松崎 民樹 : 「ラマン情報計測会議」、19 人、ニセコ町民センター (虻田郡ニセコ町) (2017 年 08 月 18

論と実験」2017、広島大学東広島キャンパス、Japan日〜2017 年 08 月 20 日)(2017-10)

６)

T. Komatsuzaki, R. S. Berry and S. Presse : “The Com-２５) 伊藤 創祐* : 「Langevin 系における熱力学, 情報熱力

plexity of Dynamics and Kinetics from Single Molecules to学」、Perspectives of Nonlinear Phenomena in Random andCells”, 25 人, Telluride Intermediate School (Telluride,

Non-autonomous Dynamics、京都大学 理学部 3 号館、

CO. United States of America) (2017 年 06 月 20 日〜

Japan (2017-9) (招待).

2017 年 06 月 24 日)

２６) 伊藤 創祐* : 「ネットワーク上の情報熱力学と生体シグナル伝達への応用」、第 62 回物性若手夏の学校、

4.8 共同研究

ぎふ長良川温泉ホテルパーク、 Japan (2017-8) （招ａ. 所内共同研究

待）

該当なし

２７) 寺本 央* : 「特異点論による固有値交差近傍でのハｂ. 民間等との共同研究

ミルトニアンの分類」、RIMS 共同研究 力学系 ー 理

１)

論 と 応 用 の 連 携 探 索 、 京 都 大 学 数 学 教 室 、 Japan

株式会社日立製作所「数理モデルとハードウェアアル
ゴリズムに基づく社会応用」2016-2018 年度(2017-06)

２)２８) 小松崎 民樹* : 「多階層システム生物学におけるデ株式会社ニコン「光学的手法を用いた生体組織計測技
術に関する応用研究」2015.6-2018.7

ータ駆動科学の展開」、「新学術領域研究」スパースモ

ｃ. 委託研究

デリングの深化と高次元データ駆動科学の創成 2017該当なし

年度第 1 回公開シンポジウム、東京大学 武田ホール、ｄ. 国際共同研究

Japan (2017-06)

１） J. N. Taylor, 小松崎民樹（北海道大学）、Gilad Haran

２９) 寺本 央* : 「特異点論によるバンド交差近傍でのハ（ワインズマン研究所、イスラエル）との国際共同研究

ミルトニアンの分類」、微分幾何学と特異点論の応用、「AKタンパク質の折りたたみ一分子観察からのエネル

岩手医科大学創立６０周年記念館、Japan (2017-06)

ギー地形再構成」

３０) 田宮 裕治*、小松崎 民樹 : 「タンパク質一分子の粘２） 小松崎民樹（北海道大学）、Rigoberto Hernandez （ジ弾性挙動を記述する方程式と内部摩擦の考察」、理研ョンズ・ホプキンス大学）との国際共同研究「化学反シンポジウム「細胞システムの動態と論理 IX」、理化

応動力学における相空間構造理論」

学研究所 生物科学研究棟、Japan (2017-04)
4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）
4.7 シンポジウムの開催

ａ． 科学研究費補助金

１)１)

寺本 央、山岡 雅直 : 「AIMaP ワークショップ「非ノイマン型計算、理論と応用」、北海道大学電子科学

ら複雑反応ネットワークを含む遷移状態概念の深化

研究所 (北海道札幌市) (2018 年 03 月 30 日)
２)と制御、2015〜2017 年度

小松崎 民樹 : 「北大・日立新概念コンピューティン

２)

グコンテスト 2017 表彰式」、早稲田大学西早稲田キ
３)

M. Nagayama, K. Ijiro, N. Tamaoki, H. Uji-i, H. Kaiju, H.

小松崎 民樹、萌芽研究、細胞の集団と少数性のシス
テム生物学、2016〜2018 年度

Aonuma, H. Mitomo, H. Teramoto, K. Sato, T. Inose, M.

４)Jusup, Y. Kim, M. Akiyama and K. Sakai : “The 18th

小松崎 民樹、基盤研究 B 、生命動態システムに対する分子データ科学の構築、2017〜2019 年度

RIES-HOKUDAI International Symposium 極 [kyoku]

５)joint with the 2nd International Symposium of Dynamic

伊藤

創祐、若手

Ｂ、シグナル伝達系の情報熱力学、

2017 年度

Alliance for Open Innovation Bridging Human, Environ-ｂ．大型プロジェクト・受託研究

ment

１)

and

Materials(theFive-Star

Alliance)”,

CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO (北海道札小松崎 民樹、CREST、一細胞ラマン計測と情報科学の融合による細胞診断の迅速解析技術の開発、2016

幌市) (2017 年 11 月 30 日〜2017 年 12 月 01 日)
４)

小松崎 民樹、新学術領域研究、多階層システム生物学におけるデータ駆動科学の展開、2017 年度

ャンパス (東京都新宿区) (2018 年 03 月 15 日)
３)小松崎 民樹、基盤研究 B 特設分野研究、少数系か～2021 年度、科学技術振興機構

P. Senet and T. Komatsuzaki : “Deciphering complex

２)energy landscape and kinetic network from single mole-

小松崎 民樹、株式会社日立製作所)、数理モデルとハードウェアアルゴリズムに基づく社会応用、2016〜

cules to cells: a new challenge to make theories meet2018 年度

experiments”, Hotel Mercure Dijon (Dijon France) (2017３)- 111 -

寺本央、さきがけ、特異点論の物質科学への応用、

2016～2019 年度、科学技術振興機構
４)３)

西村吾朗、連携協定活用型事業「構造化照明と機械学

全学共通、化学Ⅰ、小松崎 民樹、2017 年 04 月 01 日
〜2017 年 09 月 30 日

習による散乱媒体内部の検査技術に関する調査研究」

４)

北海道総合研究機構, 2017.7.-2018.2

理学部、ナノ物性化学、小松崎 民樹、2017 年 04 月
01 日〜2017 年 09 月 30 日

５)
4.10 受賞

理学部、超分子化学、小松崎 民樹、2017 年 04 月 01
日〜2017 年 09 月 30 日

該当なし

６)

生命科学院、生命情報分子科学特論、小松崎 民樹、
2017 年 04 月 01 日〜2017 年 09 月 30 日

4.11 社会教育活動

ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期

ａ．公的機関の委員
１)間）

小松崎 民樹：(財)新世代研究所 バイオ単分子研究会

１) 高校生(北海道立札幌西高等学校)、国民との科学・技委員（H21 年 4 月～現在）

術対話出張講義、「光で生体を見る！」西村 吾朗

２） 小松崎 民樹：北海道大学共同プロジェクト拠点「知(2016.10.25)

識メディアラボラトリ」運営委員（H29 年 4 月～現在）

ｇ. 新聞・テレビ等の報道

ｂ．国内外の学会の役職該当なし

１) 小松崎 民樹：生物物理学会刊行「 Biophysics andｈ. ポスドク・客員研究員など

Physicobiology」編集委員（H25年1月～現在）

１)

Sulimon Sarrari（博士研究員、2017.7～）

２) 小松崎 民樹：生物物理学会理事 (H27年6月～Ｈ29年6２)

田畑公次（博士研究員、2017.7～2017.12）

３)

Sky Nicholson（外国人協力研究員、2017.7～2017.8）

４)Kernel Enrique Prieto Moreno (博士研究員, ニコンと月)３) 小松崎 民樹：日本化学会北海道支部支部役員（幹事）(H26年3月～現在)の共同研究(2017.4.1-5.31)).

４) 小 松 崎 民 樹 ： Editorial Board “Scientific Reports”

i．修士学位及び博士学位の取得状況

Division of Chemical Physics（H29年2月～現在）

修士学位：0名

５) 小松崎 民樹：日本化学会北海道支部学会賞推薦委

博士学位：0名

員・学術賞等推薦委員（H29年4月～現在）
６） 小松崎 民樹：生物物理学会理事重点大型研究計画マスタープラン2017作業部会メンバー（H29年4月～現在）
ｃ．兼任・兼業
１) 西村

吾朗:理化学研究所生命システム研究センター

細胞動態計測コア、客員研究員(2014.5～)
d.外国人研究者の招聘
１)

Henry Arguello、Colombia（2017 年 09 月 25 日〜2017
年 09 月 27 日）

２)

Arezki Boudaoud、France（2017 年 07 月 31 日〜2017
年 08 月 01 日）

３)

Bi-Chang Chen、Taiwan (Province of China)、（2017 年
07 月 31 日）

４)

Sky Nicholson、United States of America、（2017 年 07
月 11 日〜2017 年 08 月 07 日）

５)

Jason Roger Green、United States of America、（2017 年
06 月 12 日〜2017 年 08 月 11 日）

６)David Allouche、France、（2017 年 05 月 01 日〜2017
年 05 月 02 日）

７)

Andrey Gritsenko、United States of America、（2017 年
04 月 04 日〜2017 年 04 月 30 日）

ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）
１)

全学共通、微分積分学Ⅱ、寺本 央、2017 年 10 月 01
日〜2018 年 03 月 31 日

２)

理学部、基礎数学演習Ｄ、寺本 央、2017 年 10 月 01
日〜2018 年 03 月 31 日
- 112 -

デザインに用不用則を適用した。
「どれほど使われるとどれ

知能数理研究分野ほど強化されるか」を定める関数形（さじ加減）によって，授

中垣俊之（名大院、学博、2013.10～）

多様なトポロジーをもつ形状が生み出された。また，初期准教授

佐藤勝彦（京大院、理博、2014. 12～）状態をあえて一様でなくして，偏りをつけておくことによ准教授佐藤讓（東大院、学博、2017.4～）っても，多様さが生じた。これら二つの要因で形状を調整助

黒田茂できることは設計の立場からすると都合がよいと思われる。

教

教

大学院生

（北大院、理博、2013.10～2018.03）

この最適化法の可能性について議論した。

ダニエル シェンツ (D2), 越智翔大 (M1),(b) 粘菌の輸送ネットワークの生理と数理

飯塚洸介 (B4)

血管や葉っぱの支脈などのような管のネットワークの形成

１．研究目標は生物にとって重要である。なぜなら栄養を隅々まで効率

生き物の賢さは一体どのようにして生み出されるのだろう

よく分配しまた老廃物を回収しなければならないからであか？

生命システム特有の情報処理のしくみは、古代ギリる。この管のネットワークは遺伝的に決まっているものとシャ時代から今日に至るまで、その時代の学問を総動員しいうよりは、その場の状況に合わせてフレキシブルに変化て連綿と問い直されてきた問題である。これに取り組むこするものであり、何によってその形成がコントロールされとは、基礎学問として、人間そのものの理解を深めるであているのかは未だ謎のままである。

ろう。生物らしい情報処理の方法を捉えることができれば、我々この問題に対して、実験と理論の両方からアプロー
チするために、有用なモデル系である真正粘菌モジホコリ

人間になじみの良い知能機械の設計応用も期待できる。
我々は、細胞の行動を主な対象として、生物の情報処理の管ネットワークに注目した。その最大の利点は、約一日能力の高さを実験により評価し、さらにそのしくみをダイで複雑な管ネットワークを作り上げることである。粘菌モナミクスの観点から解明することを目指す。単純な体制をジホコリの管ネットワークの幾何学を解析するための画像活かして、モノの運動法則から生物行動を理解するという、処理ソフトウエアを開発した。ある特定形状の閉鎖空間か

いわば生命情報処理の原点を志向している。そのために、ら脱出するときにできる管ネットークの輸送性能を評価し理論や実験ならびにフィールド調査を、また生命科学や数た。ポアズイユ流を仮定して太さと長さにより管のコンダ

物科学および情報科学を活用する。

クテビテイを空間の任意の点で出口点を基準に定量化して具体的には 8 つの研究テーマを掲げている。(1)単細胞生

等高線図を描いた。粘菌の管ネットワークは、空間形状に物からヒトにいたる生命知の基本アルゴリズムの探求、(2)合わせて効率的な輸送性能を有することがわかった。血管

生体システムの用不用適応則から読み解く形状と機能の最などで知られるマレー則が成立することも明らかになり、

適化、(3)単細胞生物の行動と情報処理過程の可視化技術の生物輸送系一般の共通性を研究する上でも興味深くなって開発、(4)生物行動の多様性と柔軟性を担うダイナミクスのきた。

解明、(5)這行運動の一般力学とその制御機構の解明、(6)

さらに粘菌の輸送ネットワークの配管規則（空間のどこ

胚発生の形態形成における細胞集団の力学解析、(7)生体のに管を敷設するかという性質）について調べた。粘菌の輸神経系と身体の相互作用に関する進化的検討、(8)収縮性タ

送管は、細長いジグザグ通路を伸びる時、曲がり角でインンパク質のレオロジーから読み解く細胞運動。

コースをなぞるようにできる。そうすることで通路を貫く
管路の長さが短くなり輸送効率も上昇する。この管路のコース取りは、これまで知られている流量強化則（管内の流２．研究成果れに強さに依存して管径が変化するという適応性）による(a) 粘菌の用不用則にならった形状最適化設計法の検討

ので、流れの方向性を画像処理により見積もることで、管生物システムのつくる構造物は優れた機能性を有していができるコースを予測した。この予測は、現実と概ね一致

るとしばしば指摘される。そのような機能的な構造がどのした。

ようなアルゴリズムによって設計されているかは，興味深

また粘菌のネットワーク形成は収縮運動のパターン形成い問題である。本研究では，真正粘菌モジホコリという真に基づいているので、収縮運動の性質についても研究成果

核単細胞生物がつくる輸送ネットワークの設計方法にヒンを得た。

トを得た構造物の設計方法を検討した。最たる特徴は，「よ(c) 真正粘菌変形体の逡巡行動の多様性

く使われる部分は強化され，そうでない部分は弱化される」

真正粘菌変形体は毒物に遭遇すると迷い行動を示した後という，いわゆる「用不用則」である。この運動規則がシで、複数の行動の選択肢の中から一つを選んで行動する（行

ステムの局部で自律的かつ分散的に作用することによって，動多様性と呼ぶ）。その粘菌の行動選択の仕組みを明らかに全体としてある種の最適性が実現された。まずはじめに，するために、粘菌の行動を再現する数理モデルの構築と解流量強化則の事例として交通網と町の共発展現象を検討し，析を行った。その結果、（１）毒物のみならず栄養物等の複次に構造物に題材を変えてヒト大腿骨におけるリモデリン

数種類の化学物質で類似の行動多様性がみられたことから、

グ現象を検討した。そののち，単純な例題として片持梁のこの行動多様性は特定の化学物質に限定した性質ではない- 113 -

こと、
（２）粘菌が化学物質帯に遭遇すると、化学物質帯の示すようになった．（2）キャピラリー空間での運動経験が直前、途中、直後など異なる場所で立ち止まったことから、もたらす新規学習行動の発見．ゾウリムシはキャピラリー

さらなる行動多様性が見つかったこと、（３）粘菌運動の数

空間をしばらく遊泳すると，その後，広い空間に出た後も理モデリングにより、粘菌の内的揺らぎや環境のちょっと直線的な遊泳を示すようになった．（3）これらの実験によしたゆらぎにより、行動多様性が生み出される可能性があり発見した新たな学習行動のメカニズムを解明するためのることがわかった。

数理モデルの提案．従来の膜電位方程式と繊毛打調節の関(d) 適応的這行運動の力学的数理モデル

係を再検討し，新たな膜電位方程式を構成した．このモデ

ムカデやヤスデといった脚式這行動物やナメクジやミミ

ルは，我々が発見したゾウリムシの新規の学習行動を再現

ズといった非脚式這行動物は、ともに体軸に沿って配置さした．モデルからの解析により，ゾウリムシの学習行動をれた多数の身体部位を時空間的に高度に協調（“運動波”

もたらす機構は，繰り返し起こる壁との衝突刺激によってと呼ばれる）させて移動している。我々はある種のムカデ

Ca2+ チャネルが遅い時間スケールで反応することが鍵でが接地面の状況により逆向波と順向波を使い分けているこあることが示唆された．より一般的にいうと，短時間の学と、更に逆向波から順向波へまたはその逆方向への連続的習行動が膜電位の挙動として理解できることを示した．こな歩容遷移等が存在することを発見した。本年度は、運動

れはゾウリムシの短期学習機構の新しい概念といえる．

波を用いた這行移動の力学的数理モデルを構成し多自由度（g）線虫の行動学

系の自律分散式適応制御の観点から解析を行い以下の有力

C. elegans(線虫)は生物の業界で最もよく調べられているなシナリオを得た：(1) 各身体部位の周期的な基本運動はモデル生物の一つであり、例えばゲノムすべて明らかにさ中枢神経系によりルーズに規定され、それ自体は多様な歩れている。しかしながら、その行動についてはそれほどよ容を包含する。これら多様な潜在的歩容リズムは、(2)接地

く調べられていない。特に集団的な振る舞いや、dauer とによる地面と体の力学的相互作用の情報が筋肉の力学的状呼ばれる耐性状態の行動はあまり調べられていない。これ態を感知する自己受容性感覚神経系から中枢神経系へフィらの行動には自然界で生き延びる知恵が隠されていると考ードバックされることにより単一の歩容が安定化される。

えられ、生物学的にも重要なテーマとなっている。集団運(3)このフィードバック様式が状況依存性・種依存性を持つ動に関しては、昨年度、我々は C. elegans を高密度で寒天ことにより状況依存的・種依存的歩容が生じる。

上に放置すると、自発的に集合し、ある特有のパターンを(e) 繊毛虫テトラヒメナの空間記憶能作ることを発見した。今年度、我々はその現象に対する数

生物の記憶や学習の物理機構を明らかにするために、繊毛理モデルを作成し、線虫がパターンを作る仕組みを提案し虫テトラヒメナの空間適応能を調べてきた。生物実験からた。耐性幼虫の行動学に関しては耐性幼虫をある状況下にテトラヒメナが空間の形状や大きさに対する記憶能を持つ

設定すると高速で移動することを発見した。その高速移動ことを示しえた。テトラヒメナ遊泳速度や方向は、それをが力学的メカニズムと生物学的意義を考察した。

司る膜電気現象の動態によっているので、ホジキンハクス（h）鞭毛虫クラミドモナスの運動学

レー方程式の考え方にならって、単純化した数理モデルを

クラミドモナスは古くから繊毛の動力学や走光性などのメ構成した。膜電位をもたらすカルシウムイオンチャネルのカニズム解明のためによく用いられているが、そのアプロ運動に関わる遅い緩和モードのはたらきによって、空間記

ーチは分子的なものがほとんどであり、運動学的、力学的憶能がもたらされうることをつきとめた。

なアプローチはほとんどない。我々はクラミドモナスが光(f) 繊毛虫ゾウリムシの学習行動における実験的評価とその明暗の境界に集まることに注目し、クラミドモナスがマの動力学的機構

クロ的に作る集合パターンを調べた。新奇なパターンを発単細胞生物繊毛虫のゾウリムシに着目して，数分程度で起見した。そのパターンの生成メカニズムを実験と数理とのこる学習行動のメカニズムの解明を試みた．ゾウリムシは両方から解き明かすことに挑戦している。

繊毛という小器官を打つことによって遊泳する．そしてそ（i）非線形確率現象における確率カオスの研究の繊毛運動は，膜電位やCa2+ によって制御されていること

非線形確率現象のひとつである確率カオスをランダム力学がよく調べられており，行動と生体内反応が対応付けられ系理論の立場から概念化、定式化し、分岐や不変量の定量ている．また，その膜電位の挙動がHodgkin-Huxleyタイプ化に成功した。とくに旋回流の実験データにおいてのモデル方程式で説明できることが知られている．このこ

stochastic Duffing chaosを発見し、分岐構造などの現象とは，学習行動のしくみが膜電位方程式に帰着できること

論的な分析を行うことにより、実際の大自由度動力学系を示唆している．したがって，ゾウリムシは学習行動のメの解析を行った。確率共鳴、ノイズ同期、確率カオスといカニズムを研究するうえで非常に良いモデル生物である．

った確率非線形現象は生物系にも普遍的に生じると考えら

本研究での成果は以下の 3 点である．（1）キャピラリ

れている。とくに微生物の空間運動の異常拡散性を実験デー空間に閉じ込められた際に生じる新規学習行動の発見．

ータに基づきランダム力学系理論を用いて解析した。

ゾウリムシは転回できないほど細いキャピラリー空間に閉

３．今後の研究の展望じ込められると，それまで見られなかった長期後退遊泳を- 114 -

(a) 用不用則による交通輸送ネットワークの構築

K. Ueda, “Current reinforcement model reproduces

粘菌が形成する管ネットワークの発達の仕組みは、「多く流

centre-in-centre vein trajectory of Physarum polyceph-れる部位は発達し、そうでない部位は衰退する」という用alum”, Development Growth and Differentiation, 59(5) :465-470 (2017).

不用則に依っている。この生物式適応ネットワーク形成の４)

基本設計則に基づいて、現実社会の様々なネットワーク（北T. Umedachi, K. Ito, R. Kobayashi, A. Ishiguro and T.

海道の交通網や国際的光ケーブル網など）の設計を、複数

Nakagaki,“Response to Various Periods of Mechanical

要因間の最適トレードオフの観点から検討する。また更にStimuli in {¥it Physarum} Plasmodium”, Journal of Physics

進んで、町と道の共発展モデルを考察する。

D: Applied Physics, 50 : 254002- (2017).
５)(b) 繊毛の運動の力学モデル

M. Fricker, D. Akita, L. L. Heaton, N. Jones, B. Obara

繊毛は真核生物のほとんどすべての細胞に生えており、細and T. Nakagaki, “Automated analysis of Physarum

胞の感覚器官、運動器官として重要な役割を果たしている。

network structure and dynamics”, Journal of Physics D:

繊毛の異常は直ちに真核生物の表現型の異常につながって

Applied Physics, 50 : 254005 (14pp)- (2017).

しまうほど、真核細胞の最も重要な器官の一つである。繊６)K. Sato, "Direction-dependent contraction forces on cell

毛は基本的には微小管の束（９本もしくは９＋２本）から

boundaries induce collective migration of epithelial cells

できており、キネシンなどの分子モーターなどの駆動力、within their sheet", Development, Growth & Differentia-

相互作用によって波うち運動のような多種多様な動きがで

tion 59, 317-328 (2017).

きることが知られている。しかしながらその力学的メカニ

７)

S. Ishiwata, M. Miyazaki, K. Sato, K. Nakagome, S. A.

ズムは未だ明らかにされていない。微小管、分子モーター、

Shintani, F. K. Shimozawa, N. Fukuda, K. Suzuki,

結合分子の相互作用を力学モデルで表現し、単純な力学相

Takagi, Y. Shimamoto and T. Itabashi, "Dynamic prop-

互作用だけでこれらの繊毛の運動が再現できるかを確認す

erties of bio-motile systems as a liquid-crystalline

る。

structure", Mol. Cryst. Liq. Cryst., 647, 127-150(c) マイクロ流路によるマイクロエソロジー研究の確立(2017).

今年度、笠晴也氏らナノ加工・計測技術班の協力によりゾ

８)J.

Davide Faranda, Yuzuru Sato, Brice Saint-Michel, Cecil

ウリムシ等の繊毛虫が遊泳可能なサブミリオーダーの流路

Wiertel, Vincent Padilla, Bérengère Dubrulle, François

をガラス基板上に自在に実現する為のノウハウの蓄積を行Daviaud, "Stochastic chaos in a turbulent swirling flow,"った。今後、これらの技術を基盤として繊毛虫の為の系統

Physical Review Letters, 119, 014502, (2017).

的な行動研究法を確立し、新たな研究分野を開拓すること

９)

Anna Maria Cherubini, Jeroen S W Lamb, Martin Ras-を目指す。

mussen, and Yuzuru Sato, "A random dynamical systems(d) 単細胞生物の自発運動の時系列解析

perspective on stochastic resonance," Nonlinearity, vol.

微生物の自発運動の実験データから空間運動のダイナミク

30, pp. 2835-2853, (2017).

スを抽出し、その異常拡散性について、ランダム力学系理論の観点から解析する。リターンマップにより単体の自発4.2 学術論文（査読なし）

運動のダイナミクスを離散写像系でモデル化し、集団の運該当なし

動を結合写像系でモデル化する。少数の単細胞生物の相互作用による空間運動の多様性のメカニズムを探る。

4.3 総説・解説・評論等
該当なし

４．資料
4.4 著書4.1 学術論文（査読あり）
１)

該当なし

S. Daniel, S. Yasuaki, S. Kuroda, T. Nakagaki and K.
Ueda, “A mathematical model for adaptive vein formation

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

during exploratory migration of Physarum polycephalum:

該当なし

routing while scouting”, Journal of Physics: Applied
２)

３)

Physics, 50 : 434001(14pp)- (2017).

4.6 講演I. Kunita, K. Ueda, D. Akita, S. Kuroda and T. Nakagaki,ａ．招待講演（国際学会）“Behavioural differentiation induced by environmental

１)

T. Nakagaki* : “Introduction to Recent Advances invariation when crossing a toxic zone in an amoeba”,

RIES; Transport Network in Living Systems Designed by

Journal of Physics D: Applied Physics, 50 : 354002

Current-Reinforcement Rule.”, 2017 RIES Hokkaido(15pp)- (2017).

University - CIS National Chiao Tung University Taiwan

D. Akita, T. Nakagaki, D. Schenz, S. Kuroda, K. Sato andSymposium, National Chiao Tung University, Taiwan- 115 -

(Province of China) (2017-10)
２)

T. Nakagaki* :４) 中垣 俊之* : 「物理エソロジーから読み解く自然知“Adaptive motions in protozoan cili-

能の基本設計」、第１回クレスト「ビッグデータ応用」

ates”, The 8th International Symposium on Adaptive

若手研究者合宿研究会、兵庫県シーサイドホテル舞子

Motion of Animals and Machines, Hokkaido University,
３)

ビラ神戸、Japan (2017-06)

Sapporo, Japan (2017-06)

ｃ．一般講演（国際学会）

T. Nakagaki* : 「Ethology of the plasmodium of Physarum

１) Y. Sato: "Stochastic chaos in a turbulent swirling

polycepharum」、The 9th International Congress of Sys-

flow," RIMS workshop on dynamical systems theory

tematics and Ecology of Myxomycetes、和歌山県田辺市

and its applications, Kyoto, Japan, (2017-06)

紀南文化会館、Japan (2017-08)
４)

２) Y.

K. Sato*: "Direction-dependent contraction forces oncell boundaries induce collective migration of

epi-

５)

６)

９)

randomCon-

該当なし

tinuum Mechanics, OIST, Okinawa (2017-09).

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以Y. Sato: “Stochastic chaos in a turbulent swirling flow”,外）

invited lecture, CIMPA spring school, Vietnam Academy

１)

中垣 俊之* : 「現象数理学で読み解く生物行動学〜

of Science and Technology, Hanoi, Vietnam (2018-03).

楽しいネンキン生活〜」、未来へのバイオ技術勉強会

Y. Sato: “Stochastic chaos in a turbulent swirling flow”,（ バ イ オ イ ン ダ ス ト リ ー 協 会 主 催 ）、 東 京 都 、Lorentz Center Workshop on Random Dynamical Sys-

(2017-12-22)
２)

中垣 俊之* : 「単細胞生物から読み解くヒトの社会」、

Y. Sato: “Anomalous diffusion and intermittency in ran-

第 26 回先端科学移動大学（北海道青少年科学文化財

dom dynamical systems,” Statistical and nonlinear phys-

団主催）、旭川市科学館、Japan (2017-11)
３)

ics seminar at CNRS, Saclay, France, (2017-11).
８)

inDynamical systems, Snowbird, USA, (2017-05)

tems, Leiden, Netherlands, (2017-12).
７)

bifurcationｄ. 一般講演（国内学会）

thelial cells within their sheet", 17th International Conference CoMFoS17: Mathematical Analysis of

Sato: "Stochastic

logistic maps," SIAM Conference on Applications of

中垣 俊之* : 「単細胞生物から読み解くヒトの社会」、

Y. Sato: “Anomalous diffusion and intermittency in ran-

北海道青少年科学分化財団主催第 26 回先端科学移動

dom dynamical systems ,” Marseille neuroscience work-

大学 北海道立旭川北高校講演会、旭川北高校、Japan

shop, Marseille, France, (2017-11).

(2017-11)
４)

Y. Sato: “Anomalous diffusion and intermittency in ran-

中垣 俊之* : 「粘菌の用不用則に倣った機能的形状の設計法」、岐阜大学応用数学物理コロキウム、岐阜

dom dynamical systems,” ANOCOS, Tempare, Finland,

大学、Japan (2017-07)(2017-08).
５)１０) Y. Sato: “Stochastic bifurcation in random logistic maps,”

中垣 俊之* : 「単細胞の知恵に学ぶヒトの知恵」、国SIAM Conference on Applications of Dynamical systems,

立大学附置研究所・センター長会議 X ナレッジキャ

Snowbird, USA, (2017-05).

ピタル「日本の研究、最前線」、グランフロント大阪
北館１F カフェラボ、Japan (2017-06)

１１) Y. Sato: “Noise-induced bifurcations in a random logistic
６)

map,” Kyoto Dynamics Days: Random Dynamical Sys-

K. Sato*: "Left-right asymmetric cell interca-

tems Theory and Its Applications, Kyoto University,

lationKyoto, Japan, (2017-04).

movement in epithelial morphogenesis", Inter-

drivesdirectional

collective

cellnational workshop on cellular dynamics, Hokkaido

１２) Y. Sato: “Anomalous diffusion and intermittency in ran-university, Sapporo (2017-05)

dom dynamical systems,” Kyoto Dynamics Days: Random
７)

Dynamical Systems Theory and Its Applications, Kyoto

K. Sato*: "Direct observation of orientation
distributions of actin filaments in a solution

University, Kyoto, Japan, (2017-04)
ｂ．招待講演（国内学会）

undergoing shear banding", 新学術領域研究 「ゆら１) 中垣 俊之* : 「繊毛虫の物理エソロジー」、８８回日

ぎと構造の協奏:非平衡系における普遍法則の確立」

本 動物 学会、 富山 県富山 市富山 県民 会館、 Japan

第 4 回領域研究会, 東京大学 本郷キャンパス, 東京(2017-09)
８)２) 中垣 俊之* : 「粘菌の用不用則に倣ったネットワー(2017-06)

Y. Sato: "Anomalous diffusion and intermittency in

ク設計」、生態系バイオミメティクスの新潮流と自然

random dynamical systems," seminar at Tokyo

史博物館の役割、東京上野 国立科学博物館、Japan

Metroplitan University, Tokyo, Japan, (2017-06).
９)(2017-06)

Y. Sato: "Noise-induced bifurcations in a random
logistic map," Kyoto Dynamics Days: Random Dy-３) 中垣 俊之* : 「粘菌の流れと知性」、流れと澱みを語

namical Systems Theory and Its Applications, Kyoto

る会、名古屋大学医学部、Japan (2017-06)- 116 -

University, Kyoto, Japan, (2017-04).

計画研究分担者, 平成 25‐29 年度, テーマ：非平衡
定常状態におけるソフトマターのゆらぎとレオロジ

4.7 シンポジウムの開催
１)

２)

ー, 代表者：折原宏(北海道大学).

佐藤勝彦、中垣 俊之：“第二回アクティブ・ソフトマ

３) 佐藤讓: 研究分担者,「ヒトの脳の形態形成から行動

ター研究会”,２０ 人, 横浜国立大学、横浜 (2017

生成に至る発達のダイナミクス」, 科学研究費補助金

年 12 月 26 日〜2017 年 12 月 28 日)

基 盤 (S)

佐藤譲、佐藤勝彦、中垣俊之: International Workshop on

No.

26220044, 日 本 学 術 振 興 会(2014-2018).

Active Soft Matter and Ethology、20 名、北海道大学、

４) 佐藤讓: 研究代表者,「マウス全半球膜電位伝播波の札幌（2017 年 8 月 4 日）

甘利神経場モデルによる解析」,科学研究費補助金 基盤(C) No. 26520201, 日本学術振興会 (2014-2018).

4.8 共同研究

５) 佐藤讓:研究代表者, 「低次元の確率分岐の研究」外

ａ. 所内共同研究

国 人 特 別 研 究 員 , Dr. Thai Son Doan (Imperial

該当なし

College London/ベトナム科学アカデミー), 日本学

ｂ. 民間等との共同研究

術振興会 (2015-2017).

該当なし

６) 佐藤讓:研究分担者, 「古典および量子統計的システ

ｃ. 委託研究

ムにおける新規な情報幾何構造の探究」, 科学研究費

該当なし

補 助 金 基 盤 (B) No. 17H02861, 日 本 学 術 振 興 会

ｄ. 国際共同研究(2017-2021).

１) M. Fricker, T. Nakagaki, N. Jones and A. Pringle７) 佐藤讓: 研究代表者, “Understanding the dynamics（ University of Oxford (The Leverhulme Trust,of atmospheric circulation”, PICS grant, LSCE,
CEA, France,(2017-2020).

Research Project Grant)） : “The third mode oflife”, 2015～2018 年度, The Leverhulme Trust 財８) 佐藤讓: 研究代表者, London Mathematical Labor-

団の Research Project Grant による国際共同研究プ

atory Fellowship, London Mathematical Laboratory,
UK, (2017-2018).

ロジェクト。

ｂ．大型プロジェクト・受託研究

２) T. Nakagaki（大学共同利用機関法人 人間文化研究機

該当なし

構 総合地球環境学研究所 ） : “FS（機関連携型）
共同研究「ヒト・自然・地域ネットワークの再構築：

4.10 受賞

ナラティブとアクションリサーチをつなぐ数理地理

該当なし

モデリング」代表 村山聡（香川大学教育学部教授）”,
2016～2017 年度, 国内研究者１６名、海外研究者１

4.11 社会教育活動

２名からなる国際共同研究

ａ．公的機関の委員

３) 台湾 National Chiao Tung University の Ming-Chih１) 中垣俊之：道立啓成高等学校スーパーサイエンスハイLai 教授と粘弾性方程式の数値的解法に関する共同

スクール運営指導委員会運営指導委員

研究。

ｂ．国内外の学会の役職

４) Y. Sato, CEA-CNRS, France と流体、気象データ解析

１) 佐藤讓：JSIAM Letters 編集委員（2017.4-2018.3）

に関する共同研究。

ｃ．兼任・兼業

５) 黒田茂、佐藤勝彦、中垣俊之：仏国クロードベルナール・
リヨン第 1 大学ジャンポール・リュー教授と細胞運動の力

１) 佐藤讓: CEA-CNRS 客員研究員 (2017.10-2017.12)

学測定に関する共同研究。

d.外国人研究者の招聘
１)

６) 佐藤勝彦、黒田茂、中垣俊之：米国カリフォルニア大学

ヘルムート•ブラント教授

独国バイロイト大学（2017 年 09 月 12 日～14 日）

デービス校ロバート・ガイ准教授と数値流体力学による物
２)

理エソロジーの共同研究。

ジャンポール•リュー教授

仏国クロードベルナール•リヨン第 1 大学（2017 年 6 月 15 日～8 月 20 日）
4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）２)

佐藤 勝彦：

ハンスギュンター•ドブレイナー教授

独国ブレーメン大学（2017 年 8 月 23 日～8 月 27 月）

ａ． 科学研究費補助金
１)３)４) マーク•フリッカー准教授

学術研究助成基金助成金 (基盤研究英国オックスフォード大(B)) 「上皮細胞の集団運動: 形態形成の基礎メカニ

学植物科学科（2018 年 1 月 13 日～2 月 3 日）.

ズムの解明」、研究代表者、2017 年度〜2019 年度.

ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）

佐藤勝彦：科学研究費補助金 新学術領域研究「ゆら１) 全学共通、線形代数学 I、佐藤讓、2017 年 1 学期

ぎの構造と協奏：非平衡系における普遍法則の確立」- 117 -

２) 理学部/理学院、非線形数学 2、佐藤讓、2017 年 1 学

該当なし
i．修士学位及び博士学位の取得状況

期

修士学位：0名

３) 理学部/理学院、数理解析学続論、佐藤讓、2017 年 1

博士学位：0名

学期４) 全学共通、Maxima による新世代の数学、佐藤讓(分担)、2017 年 1 学期
５) 理学部/理学院/生命科学院、数学総合講義 I/数理解析学特別講義/生命科学特別講義 III、
「生命科学におけるソフトマター物理学」、佐藤勝彦、中垣俊之、2017 年
2 学期
６) 生命科学院、生命機能制御学特論「数理生理学」、黒田茂、中垣俊之、2017 年 2 学期
７) 全学教育科目「環境と人間」、「ナノって何なの？最先端 光ナノテク概論」、中垣俊之（1/15 を分担）
、2017
年 1 学期
８) 生命科学院、生命融合科学概論「An introduction to
Physical Ethology」、中垣俊之（1/15 を分担）、2017 年
1 学期
ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期間）
１)

大阪大学生命機能研究科、数理細胞生理学序論、中垣俊之、2018 年 01 月 26 日～01 月 29 日

２)北海道薬科大学薬学部、自然科学概論 II、中垣俊之（1/15 を分担）、2017 年 11 月 22 日

３)

公立はこだて未来大学システム情報科学科、物質の科
学、2018 年 02 月 05 日～02 月 08 日

ｇ. 新聞・テレビ等の報道
１)

中垣 俊之: 2017 年 09 月 29 日 NHK 総合テレビ「愛しの粘菌 -身近にある生命の神秘-」

２) 中垣 俊之: 2017年09月16日 NHK総合テレビ「イグノーベル賞と日本の科学研究」
３) 中垣 俊之: 2017年08月26日 NHK総合「NENKIN QUEST
森の宝石といのちの輪」
４) 中垣 俊之 : 2017年08月24日

NHKラジオ第１放送「イグノーベル賞受賞者に聞く~２回受賞の粘菌~」
５) 黒田 茂、佐藤 勝彦、中垣 俊之 : 2017年05月18日～
2017年05月20日 ニコニコ生放送 「【粘菌コンピュータ】人類はどのように世界に広 がった？ 粘菌さんに教えてもらう生放送」
６) 中垣 俊之 : 2017年10月08日

日本経済新聞「「手のひらの科学」人々驚かす」
７) 中垣 俊之 : 2017年06月25日 フランス Le Monde 紙
L「Le blob, cet ?trange g?nie visqueux, ni plante,
ni animal, ni champignon」
８) 中垣 俊之 : 2017年10月14日

週刊現代「本当はスゴ

い イグノーベル賞」
９) 中垣 俊之 : 2017年04月01日～2017年07月01日生活クラブ事業連合生活協同組合連合会「本の花束」402
号「『知的なるもの』って何？」
ｈ. ポスドク・客員研究員など- 118 -

連携研究部門
研究支援部- 119 -

拠点アライアンス連携研究分野

２．研究成果2.1 細胞表層切り出し法（桂剥きイメージング法）の確立

客 員 教 授技術補佐

村田隆（都立大院、理博、2015.10〜）

円筒状の細胞を３D（xyz）高速タイムラプスイメージン

木村京子

グを行った後の画像処理法を開発した。タバコ培養細胞を色素液に封入し、2光子励起を行うことでmCitrine-βチュー
ブリンで標識した細胞表層の微小管と細胞外液の2色イメージングを行った。自然科学研究機構・新分野創成センタ

１．研究目標ーの加藤輝博士との共同研究により、色素と細胞の境界の多細胞生物の個体の内部の細胞活動の可視化は生物学の画像情報を用いて細胞全周の微小管画像を切り出して展開

大きな目標の一つである。個体の内部で起こる細胞の活動

し（桂剥きイメージング法）、微小管マップを作成した（図を分子レベルで可視化できれば、個体の活動と細胞内分子1）。従来のシングルポイントスキャン式共焦点顕微鏡や2動態を関連づけて理解することができる。生物の構成分子

光子顕微鏡では高速３D画像取得が難しく、高速撮影可能

を蛍光分子で標識する方法は、特定の分子を特異的に標識な1光子スピニングディスク顕微鏡では立体イメージングできるため広く用いられているが、蛍光分子を励起する光で焦点外の色素液蛍光の漏れ込みが起こるので、この解析が生物組織に吸収されてしまうため、多くの細胞が重なるは2光子スピニングディスク共焦点でないと達成できない。

多細胞生物の内部を観察することは困難を伴う。近赤外超得られた微小管マップを用いて、細胞表面全域の微小管配短パルスレーザを用いた２光子励起法は、生物組織の吸収

置や向きが時間とともに変化する様子を捉えることに成功の少ない近赤外光を励起光とするため、生物個体の内部をした。今後は微小管の自己組織化メカニズムを解析する予

観察する方法として近年普及してきた。しかしながら、顕定である。

微鏡の分解能は光の波長に比例するため、この方法で細胞内の細かい構造を観察するのは限界がある。
２光子顕微鏡の高解像化のための様々な試みが行われている。その一つが共焦点スピニングディスクの導入である。
マイクロレンズアレイとピンホールを備えた共焦点スピニ
ングディスクの導入により、２光子励起法で通常の１光子励起法と同様の空間分解能が得られることが理論的および実験的に示されている。本研究分野では、２光子励起法と共焦点スピニングディスクの組み合わせに着目し、実際の生物研究に有用な顕微鏡を構築すること、更なる高解像化を行うことを目指す。最終的な目標は、多細胞組織の内部の細胞活動の可視化である。この目標を達成するため、電子研・光細胞生理研究分野およびニコンイメージングセン
ターの協力を得て光学系の構築と撮像素子の最適化を行い、光学系に適した蛍光標識の導入と評価を組み合わせること

図１ 桂剥きイメージング法による表層微小管の解析。上：円筒状の培養細胞からの表面像の展開。下：展開した細胞円周の微小管経時変化。

により、生物材料側と光学系側の改善を連携させて研究を進めている。

2.2

GFPとYFPの分離、および３標識分離法の開発

顕微鏡の評価に適した生物材料として、植物の培養細胞

GFP と YFP は他の波長の蛍光タンパク質に比べて高いを用いている。この材料はマウス等のモデル動物と異なり光安定性と輝度を兼ね備えているが、励起波長、蛍光波長

迅速に新しい蛍光標識を導入できること、生物材料によるが近接しているため、励起波長の特異性が低い 2 光子励起

光の吸収を評価するのに充分な厚みがあること、常に安定

ではこの 2 標識を分離することは難しかった。そこで、根して材料供給が行えることの条件を満たしている。村田客

本研究室メンバーとの共同研究により、スプリット光学系

員教授の所属する基礎生物学研究所の研究室において蛍光を用いた励起光の切り替えと演算を組み合わせた GFP と標識を遺伝的に導入するためのDNA構築を行い、電子研に

YFP の分離方法を開発した。GFP-H2B 融合タンパク質によおいて培養細胞の育成と顕微鏡評価を行っている。植物は

り核を標識し、さらに mCitrine-βチューブリン融合タンパ

我々動物と異なる道筋で進化してきたため、植物細胞の利ク質により微小管を標識したタバコ培養細胞を用いて核標用は顕微鏡の評価に有用なだけでなく、生物学的に重要な

識と微小管標識を分離することに成功した。さらに、知見をもたらすことも期待される。

GFP-H2B, mCitrine-βチューブリン, CenH3-mCherry による
3 重標識細胞を作製し、分離を試みている。

- 120 -

Antheridial development in the moss Physcomitrella

2.3 デコンボリューション法による更なる高解像化
細胞核の内部を高解像度に観察する方法の開発を試みた。

patens: implications for understanding stem cells in

タバコ培養細胞に染色体上のセントロメアにを標識する

mosses. Phylos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. DOI:

CenH3-mCitrine融合遺伝子を導入した。mCitrine-CenH3タ10.1098/rstb.2016.0494

ンパク質はセントロメアを標識し、核内に点状に局在した。

３)

Kosetsu, K., Murata, T., Yamada, M., Nishima, M.,

この細胞を細胞を用いて、前年度に確立した内蔵拡大レン

Boruc, J., Hasebe, M., Van Damme, D. and Goshima, G.

ズによる高解像条件で光軸方向の連続断層像を取得し、(2017) Cytoplasmic MTOCs control spindle orientation

Huygensソフトウエアによるデコンボリューションを行っ

for asymmetric cell division in plants. PNAS 114, E8847–

た。通常の共焦点顕微鏡のYFP波長における分解能である

E8854.

800 nmを切る分解能を得ることができたが、演算による偽構造の出現を抑えきれなかった。更なる改善が必要と考え

4.2 学術論文（査読なし）られる。

１) 該当なし
4.3 総説・解説・評論等

３．今後の研究の展望

１)

Smertenko, A., Assaad, F., Baluska, F., Bezanilla, M.,

２光子スピニングディスク共焦点顕微鏡による

Buschmann, H., Drakakaki, G., Hauser, M.-T., Janson,

GFP-YFP標識分離が可能になった。GFPとYFPは蛍光標識

M., Mineyuki, Y., Moore, I., Müller, S., Murata, T.,

としての性能に優れるため、これら２標識の分離が可能に

Otegui, M. S., Panteris, E., Rasmussen, C., Schmit,

なったことは、多重標識の選択肢が大幅に増えただけでな

A.-C., Šamaj, J., Samuels, L., Staehelin, A., Van Damme,

く、より高い時間分解能、空間分解能で２標識観察が可能

D., Wasteneys, G., Žárský, V. (2017) Plant cytokinesis:になったことを意味する。
平成30年度の更なる実験により、

terminology for structures and processes. Trends Cell

GFP-YFP-mCherryの３標識分離も可能になりつつある。こBiol. 27, 885-894.

れら３種類の蛍光タンパク質は現在最も普及しているため、標識の導入のためのプラスミドDNAを容易に入手できる。

4.4 著書平成30年度中には汎用性の高い３標識観察システムが使用

１) 該当なし

可能になると期待される。
デコンボリューションによる更なる解像度の向上は今後

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）の研究課題だが、平成30年度の実験により、偽構造の出現

１) 該当なしが抑えられる条件が見つかっている。高時間分解能、高空間分解能で多標識の試料を撮影することが可能になりつつ

4.6 講演ある。

ａ．招待講演（国際学会）

我々は、遺伝子導入が容易に行えて顕微鏡評価に適切な厚１) 該当なし

みのある植物培養細胞を使うことにより、多標識観察、高ｂ．招待講演（国内学会）

解像度の観察の条件を確立するに至った。次のステップは

１)

多細胞の生物組織を観察することによって生物個体の多標村田隆

分裂期から間期にかけての細胞骨格ダイナ

ミクス、日本植物学会第 81 回大会シンポジウム、野識・高時間空間分解能での観察が可能なことを実証し、研田、2017 年 9 月

究に役立てることである。平成30年度の拠点アライアンス

２)

T. Murata, K. Otomo, T. Hibi, H. Nakayama, T. Nemoto,

連携分野はメンバーを刷新して多細胞組織の観察を行う計

M. Hasebe. Possible roles of nuclear envelope in mitotic

画である。今後の展開を期待したい。

spindle formation of plants. 第 69 回日本細胞生物学会
大会、仙台、2017 年 6 月
３)

４．資料

２)

多点走査共焦点ディスクによる 2 光子顕微

鏡の時間空間解像度の向上と細胞分裂研究への応用、

4.1 学術論文（査読あり）
１)

村田隆

第 73 回日本顕微鏡学会学術講演会、札幌、2017 年 5

Koshimizu, S., Kofuji, R., Sasaki-Sekimoto, Y., Kikkawa,月

M., Shimojima, M., Ohta, H., Shigenobu, S., Kabeya, Y.,ｃ．一般講演（国際学会）

Hiwatashi, Y., Tamada, Y., Murata, T. and Hasebe, M.

１)(2018) Physcomitrella MADS-box genes regulate waterｄ. 一般講演（国内学会）

supply and sperm movement for fertilization. Nat. Plants

１)

該当なし
村田隆; 川井絢子; 関本弘之; 長谷部光泰 ヒメミカ

4, 36-45.

ヅキモの細胞分裂における微小管再編成過程の可視Kofuji, R., Tagita, Y., Murata, T., Hasebe, M. (2017)

化、第 59 回日本植物生理学会年会、札幌、2018 年 3- 121 -

月

ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以

間）

外）
１)

１)
村田隆、大友康平、根本知己、長谷部光泰 染色体依ｇ. 新聞・テレビ等の報道

存の微小管形成経路は植物の紡錘体形成に関与する

・

か？
２)

2018 年生体運動合同班会議、東京、2018 年 1 月

村田隆
析

３)

該当なし

起源」

細胞円周に沿って微小管が並ぶしくみの解・

第 12 回細胞運動研究会、札幌、2017 年 9 月

村田隆

読売新聞、2018 年 1 月 10 日、「花咲く遺伝子 コケに朝日新聞、2018 年１月 17 日、「花咲か遺伝子 秘めた役割」

細胞分裂のイメージング：染色体捕捉の瞬間は・

中日新聞、2018 年 1 月 27 日、中日春秋

見えるのか？ 第６回植物イメージングの会、横浜、2018

・

東京新聞、2018 年 1 月 27 日、筆洗

年2月

・

日刊工業新聞、2018 年 1 月 11 日、「花作る遺伝子の起源を推定」

4.7 シンポジウムの開催
１)・

ABiS 生物画像解析トレーニングコース、2017 年 7 月

making genes」

5 日〜7 月６日、電子科学研究所
２)

生物画像解析トレーニングコース 2017

Science Daily、2018 年 1 月 10 日、「The origin of flowerｈ. ポスドク・客員研究員など
2017 年 11

１)

該当なし

月 20 日〜11 月 22 日、基礎生物学研究所
i．修士学位及び博士学位の取得状況
4.8 共同研究

修士学位：0名

ａ. 所内共同研究

博士学位：0名

１)

該当なし

ｂ. 民間等との共同研究
２)

該当なし

ｃ. 委託研究
３)

該当なし

４)

国際共同研究１)

該当なし

4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）
ａ． 科学研究費補助金
１)

村田隆、挑戦的萌芽研究、オプトジェネティクスによる細胞分裂方向の制御方法の開発、2016〜2017 年度

ｂ．大型プロジェクト・受託研究
１) 該当なし
4.10 受賞
１) 該当なし
4.11 社会教育活動
ａ．公的機関の委員
１) 該当なし
ｂ．国内外の学会の役職
１) 村田隆：日本細胞生物学会編集委員（2017.1.1～
2018.12.31）
ｃ．兼任・兼業
１)

該当なし

d.外国人研究者の招聘
１)

該当なし

ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）１)

該当なし- 122 -

ニコンイメージングセンター

り合うことでニーズとシーズを結びつけ、利用者の要望を速やかに反映させた更なる技術改良や新技術開発、および教

授

根本知己（東工大院、博士(理学）、2012.03～）

その多様な研究分野への応用を推進することを目的として准教授

松尾保孝（北大院、博士(工学)、2012.03～）

いる。更には本学と顕微観察技術の関連企業との連携強化、助教

大友康平（東北大院、博士(薬学)、2012.06～）

ならびに本学における教育研究の量と質の充実や活性化、特任助教

堤元佐（北大院、博士(生命科学)、2016.09

そして国際的な交流をも視野に入れて、以下の項目に沿っ

～）
技術職員

た活動を展開している。
小林健太郎（北大院、博士(理学)、2012.03～）

１．最先端の顕微鏡とイメージング関連機器を設置し、基礎研究の環境を提供する。
２．顕微鏡に馴染みのない研究者からハイエンドユーザー

１．活動目標まで、さまざまなレベルに合わせて顕微観察法のトレ

近年になって蛍光バイオイメージング技術の必要性が増ーニングコースを行う。

大し、そうした需要に呼応して遺伝子導入技術、蛍光タン

３．研究者へのイメージングの知識と技術の習得を目的とパク質をはじめとする分子マーキング技術や機能指示薬のして、専属スタッフがイメージング操作の指導を行う。

作成技術も大きく向上している。また顕微鏡やカメラなど

４．顕微鏡ユーザーのアイデアを反映した新型顕微鏡、なの各種機器の性能も、飛躍的な向上を遂げている。しかしらびにその関連技術の開発を行う。

ながら、これらの最新技術・機器を用いることで、誰でも５. イメージングに関する最先端の研究、関連技術などを、即座に優れたデータを得ることができる訳ではないところ

積極的に紹介する。

に、蛍光バイオイメージング技術の難しさがある。

２．活動成果ニコンイメージングセンターは、最新の光学顕微鏡を利用できる施設として、平成18年にニコンインステック社を(a) 利用実績（平成29年４月～平成30年3月）

はじめとした多数の協賛企業の協力による寄附研究部門と平成29年度の延べ利用人数・利用時間は、578人・2767

して設立された。平成24年度の研究所の改組に伴い、現在時間に達した。平成24年度～28年度の利用 (平成24: 261

は研究支援部の一部門として活動している。

名・1297時間, 平成25: 404名・2356時間, 平成26: 534名・1820時間, 平成27:651名・2933時間, 平成28: 524名・2357

特に最近は、生命科学の分野においてイメージングの果時間) からも、年を追うごとに概ね着実に利用が増加してたす重要性は高くなる一方で、イメージング機器の多様いることがうかがえる（図１）。本年度は当研究所内の利用化・先端化と最新鋭イメージング機器の高額化、操作技術

が多く、数分野から頻繁に利用されていた。学内の研究者の高度化、あるいは画像解析技術の高度化により、個々のの利用は、近年はほぼ同程度である。

大学等の研究機関で優れた機器の整備・運用はますます困800

難となってきている。当センターは、平成28年４月より開

6000
所内利用
学外利用

始された文部科学省・科学研究費助成事業の「先端バイオイメージング支援プラットフォーム（ABiS）」にも参画し

学内利用
利用時間

600

4000

400

2000

200

0

て、先端イメージング機器を運用する国内機関と更なる連携を取り、生命科学を幅広く包括した先端イメージングの支援を開始している。
当センターの特色は、所内や学内の研究者のみならず、
0

全国の研究者が広く設備等を利用可能な点であり、特に近24年度

年では委託分析も開始したため、遠方の大学や企業の研究者の委託観察にも対応している。専任スタッフが機器操作

25年度

26年度

27年度

28年度

29年度

図１. 平成 24 年度以降のイメージングセンター利用状況

やソフトウェアの利用方法などを説明することにより、顕微鏡に関しては初級者の研究者であっても、観察技術全般

平成29年度に当センターを利用した研究者の所属の詳細を習得できる。その一方で、利用者の視点に基づく機器等を図２に示す。近年では学内の多くの学部等からの利用や、の詳細な要望を受けられるため、協賛企業へ迅速かつ綿密学外研究者からの利用も増加しているが、27年度・28年度

なフィードバックも当初より行っている。

と比較すると一般企業からの利用は少ない結果となった。

このようにして、研究者と企業の双方と緊密な連絡を取また本年度は、当センターの利用者が著した11報の論文- 123 -

が学術誌に掲載された。

引き続き、学内外へ当センターを広くアピールするとともに、光学顕微鏡機材の提供およびイメージングの指導・

15
21
71

41 14

平成29年度の利用状況

100

2767時間
578名

電子科学研究所

トレーニングを行う。また協賛企業と連携した新型蛍光顕理学研究院

微観察技術の開発や各種セミナーの開催など、顕微鏡やその関連手法に関する知識と技術の更なる深化と普及に努め

医学・歯学てゆきたい。

工学・情報科学316

その他の学内４．資料

他大学・研究機関

4.1 学術論文（査読あり）

一般企業など1） Shota Hiruma, Tomoko Kamasaki, Kohei Otomo, Tomomi
Nemoto, and Ryota Uehara, “Dynamics and function of
ERM proteins during cytokinesis in human cells”, FEBS
Letter, 2017, 591 (20), 3296-3309. 【電子研内共著】

図２. 平成 29 年度の利用者の所属の詳細(b) イメージングに関連する知識と技術の普及

4.2 学術論文（査読なし）

利用を希望する研究者には機器の利用方法の指導を行っ

該当なしており、初心者にはイメージングや蛍光色素に関する相談も受けつけている。平成29年度は、合計19件の利用問い合

4.3 総説・解説・評論等

わせがあり、27名の研究者に操作指導を行った。

１） 大友康平, 渡邊裕貴, 山中祐実, 後藤亜衣, 日比輝正,
根本知己,「新規光技術を用いた多光子顕微鏡の空間

また当センターで新規に開発したマルチビーム走査型２

分解能・時間分解能向上」, 顕微鏡, 2017, 52 (2), 67-71.

光子顕微鏡についても、一般の研究者への提供を開始した。

２） 堤元佐, 大友康平, 一本嶋佐理, 川上良介, 根本知己,

特にこのシステムは、世界で唯一の顕微鏡システムである「多光子顕微鏡技術の新展開」, 生体の科学, 2017, 68

ため、学内外に広くアピールを行っており、29年度は他大(5), 392-393.

学や他の研究法人を含めて、８件の研究テーマに基づく利

３） 川上良介、大友康平、根本知己. 「新規レーザーによる用があった。

生体イメージング」, 光アライアンス, 2017, 28 (12), 21-25.

そして現在の運営・活動体制となってからは、ニコンイ

4.4 著書

ンステック社などとの共催により、「蛍光イメージング・ミ

該当なし

ニシンポジウム」を始めとする各種学術講演会を積極的に開催し、顕微鏡関連分野の最先端研究の紹介を行うことで、

4.5 特許研究者とメーカーの双方がフィードバックし合える環境を

該当なし

定期的に提供し続けている。特に平成29年度は、前述のABiSのイメージング画像解析チームと協力して、「画像解4.6 講演析トレーニングコース」も実施した。画像解析を専門とす

a. 招待講演（国際学会）

る講師により、２日間で画像解析の基礎から応用までの講

該当なし

習を行ったところ、当初の予定を大幅に上回る35名の受講

b. 招待講演（国内学会）となる盛況となった。

1)

根本知己, 川上良介, 大友康平, 一本嶋佐理, 山中祐実, 「２光子顕微鏡による非侵襲的な生体組織観察の高(c) その他の主な活動状況

度化」, 第26回日本バイオイメージング学会学術集会, 東

本年度より、光学フィルターを製造するクロマテクノロ

京薬科大学, 八王子 （2017-09）.

ジも当センターの協賛企業に加わり、協賛企業は計 15 社と2)

大友康平 「Improvements of two-photon excitation mi-なった。29 年度は各社の新製品のデモンストレーションな

croscopy by utilizing novel optical technologies」, 第55回

どを行う機会はなかったが、今後も新製品のアピールの場

生物物理学会年会, 熊本大学 (2017-09).

としても積極的に当センターを活用してもらうべく、協賛

c. 一般講演（国際学会）

各社と密な連携を取ってゆく所存である。

1)

Kohei Otomo, Ai Goto, Yumi Yamanaka, Hiroshi Nakayama, Takashi Hori, Tomomi Nemoto, “High speed imaging for green fluorescent proteins by utilizing multi-point

３．今後の活動の展望

scanning two-photon microscopy”, Focus on Microscopy- 124 -

2)

2017, Palais de Congress, Bordeaux, France (2017-04)

a novel neodymium based laser” Taiwan-Japan Joint

Kohei Otomo, Ai Goto, Tomomi Nemoto, “Real time

Meeting on Bioimaging for Young Researchers, Academia

polarization resolved imaging for living mice tissues bySinica, Taipei, Taiwan (2017-11).

two-photon excitation spinning disk microscopy”, Focus

5) 堤元佐, 小林健太郎, 大友康平, 松尾保孝, 根本知己.

on Microscopy 2018, The Singapore EXPO, Singapore「ニコンイメージングセンターにおけるイメージング支援」(2018-03).

第３回北大・部局横断シンポジウム, 北海道大学, 札幌

d. 一般講演（国内学会）
1)(2018-01).

Takashi Murata, Kohei Otomo, Terumasa Hibi, Hiroshi6) 大友康平, 根本知己. 「二光子顕微鏡の機能拡張による

Nakayama, Tomomi Nemoto, Mitsuyasu Hasebe. “Possible

生体内微細構造の可視化」, 第３回北大・部局横断シンポ

roles of nuclear envelope in mitotic spindle formation of

ジウム, 北海道大学, 札幌 (2018-01)

plants“, 第69回日本細胞生物学会大会, 仙台国際セン

7) 村田隆, 大友康平, 根本知己, 長谷部光泰. 「植物の紡ター (2017-06).
2)

錘体形成に関与するか？」, 生体運動合同班会議2018,

山中祐実, 大友康平, 後藤亜衣, 中山博史, 堀喬, 根

東京 （2018-01）.

本知己. 「多点走査型２光子顕微鏡を用いたマウス膵臓8) 山本啓, 大友康平, 根本知己, 村上洋太, 高橋正行.

における in vivo Ca2+イメージング」, 第26回日本バイオイ「細胞質分裂におけるミオシン IIA, IIB の機能解析」, 平成

メージング学会学術集会, 東京薬科大学, 八王子

29 年 度 北 大 細 胞 生 物 研 究 集 会 , 北 海 道 大 学 , 札 幌（2017-09）.

(2018-02).

3） 山中祐実, 大友康平, 根本知己. 「新規多点走査型２光子顕微鏡を用いたマウス膵島 ex vivo 及び in vivo Ca2+イメ

4.7 シンポジウムの開催ージング」, 2017年度生命科学系学会合同年次大会、神1)戸ポートアイランド (2017-12).
4)

第６回 蛍光イメージング・ミニシンポジウム、参加者40名, 北海道大学（2017-7）

山本啓, 大友康平, 根本知己, 村上洋太, 高橋正行.

2)

ダイナミックアライアンスＧ３公開シンポジウム・ニ「細胞質分裂におけるミオシン IIA, IIB の機能解析」, 2017

コンイメージングセンター学術講演会, 参加者50名,

年度生命科学系学会合同年次大会、神戸ポートアイラン

東北大学 (2017-11).

ド (2017-12).
5)

後藤亜衣, 大友康平, 中山博史, 堀喬, 根本知己. 「多4.8 共同研究

点走査型２光子顕微鏡による生体組織の高速 SHG イメー

該当なし

ジング」, 日本顕微鏡学会北海道支部会, 北海道大学
6)(2017-12).

4.9 予算獲得状況

中村咲耶, 日出間純, 大友康平, 根本知己, 石田宏幸,

1)

大友康平、挑戦的萌芽研究、「生きた脂質微小ドメイン

泉正範, 「紫外線障害時のオルガネラ除去を担うオートフを可視化する高速超解像顕微鏡法の開発」,

ァジーの解析」, 第59回植物生理学会大会, 札幌コンベ

2017年度

2016 -

ンションセンター （2018-03）.
e. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど

4.10 受賞

1)

Tomomi Nemoto Ryosuke Kawakami, Terumasa Hibi,

１) 日本バイオイメージング学会 2017年度ベストイメー

Kohei Otomo, Sari Ipponjima, Kazuaki Sawada, Ayano

ジング賞 Zeiss 賞, 山中祐実, 大友康平, 後藤亜衣,

Tanabe. “Improvement of in vivo Two-Photon Microscopy

中山博史, 堀喬, 根本知己
「多点走査型2光子顕微鏡をby utilizing novel optical technologies”, CLEO PR, OECC

用いたマウス膵臓における in vivo Ca2+イメージング」& PGC 2017, Sands Expo and Convention Centre, Sin-

（2017-09）

gapore (2017-07).
2)3)2) 平成29年度 日本顕微鏡学会北海道支部会 優秀ポスタ

Kohei Otomo, Tomomi Nemoto, “Improving two-photon

ー賞, 後藤亜衣, 大友康平, 中山博史, 堀喬「多点走microscopy for clear visualization of subcellular struc-

査型２光子顕微鏡による生体組織の高速 SHG イメージtures”, International Symposium on Imaging Frontier 2017

ング」（2017-12）(ISIF2017), Tokyo University of Science, Tokyo (2017-07)

3) オランダの Scientific Volume Imaging 社が開催した

大友康平, 根本知己, “新しい光学技術による二光子顕顕 微鏡 写真 コンテ スト の「 Huygens Image Contest

微鏡の機能拡張”, RIKEN seminar「二光子励起顕微鏡に2017」で、堤元佐が５位に入賞した。なお動画部門でよる深部高速観察と補償光学」, 理化学研究所, 和光

は１位である（2017-12）。

市 (2017-10)
4)Kohei Otomo, Yumi Yamanaka, Ai Goto, Tomomi Nemoto.

4.11 社会教育活動“Multi-point scanning two-photon microscopy by utilizing

当センターの場合、いずれも該当なし。
- 125 -

2017(HSI2017)において小松﨑教授をコース代表とする、各国際連携推進室
室長：教授

国のトップランナーを詔勅した上でのリレー講義を行った。

Biju Vasudevan Pillai（Kerala大学、Ph.D.化学、

これまでに共同教育機会拡大支援事業などで実績を築いて2016.2～）きたリヨン高等師範学校のArzki Boudaoud教授、アカデミ

副室長：准教授

髙野勇太（筑波大学、博士(理学)、2017.4

アシニカ（台湾）のBi-Chang Chen研究員らを招へいに、主～）教に大学院生と若手研究者を対象とした先端研究に関する講授

小松﨑民樹（総合研究大学院大学、理学博士、義を行った。また来年度開催予定のHSI2018においては室2007.10～）

長Biju教授を代表とするグループが採択され、本学からの教授

三澤 弘明（筑波大学、理学博士、2003.5～）

サポートを受けて各国から研究のトップランナーの招へい

教授

笹木 敬司（大阪大学、工学博士、1997.11～）と、これを基にしたグローバル人材育成を行う。

教授

太田 裕道（東京工業大学、工学博士、2012.9～）(c) 第18回RIES-HOKUDAI国際シンポジウム「極」開催に貢教授

根本 知己（東京工業大学、理学博士、2009.9～）

献

教

授

雲林院 宏（東北大学、理学博士、2015.7～）

本シンポジウムは北大・電子科学研究所が主催し、海外、教授

上野 貢生（北海道大学、博士(理学)、2010.1～）

国内および学内の各研究機関に広く開かれた国際シンポジ教

授

藤原 英樹（北海道大学、工学博士、2008.6～）

ウムであり、関係機関の新たな連携と分野横断的な学問や事務補助員

藤井 敦子（2016.4～）

技術を生み出す土壌を提供することを目的としている。平
成29年度は11月30日-12月1日にシャトレーゼ・ガトーキン
グダム・サッポロにおいて開催した。本学をはじめ国内で１．研究目標は東北大学、東京大学、武蔵野大学、明治大学、分子科学

電子科学研究所は、欧米の4つの研究所、アジアの6つの研究所、大阪大学や九州大学などから、海外からはシンガ

研究所・センターと部局単位の交流協定を締結し、スタッポール Nanyang Technological University、スイス Ecole pol-フや学生の交流、ジョイントシンポジウム等や共同研究プ

ytechnique federale de Lausanne、National Chiao Tung Univer-

ロジェクトを積極的に実施している。国際連携推進室は、

sity などから総勢100人を超える大学院生、ポスドク、研究

電子研の国際連携活動に関する企画立案・企画助言の役割者などが参加し、70件の口頭・ポスター発表をもとにしたを担うとともに、国際ネットワークのハブとして連携を充研究議論が行われた。ポスター発表を行った大学院生・若実・強化するために平成24年度に設置されたものである。

手研究者の優れた発表にはポスター賞を授与し、研究のさ

電子科学研究所の国際連携活動を発展させて、国内の研究らなる活発化と国際化を推進した。

所ネットワークと海外の研究組織ネットワークが連携するプログラムなどの計画も行っている。

３．今後の研究の展望

２．研究成果

電子科学研究所の活動をとおして、今後も国際的なネッ(a) 国内の研究所ネットワークと海外の研究組織ネット

トワーク構築の推進に努める。学術協定を既に締結していワークが連携するプログラムの推進

る海外研究機関とのより強固な協力関係構築、新たな学術

電子科学研究所の将来的な国際連携戦略を推進するため協定の締結、先端拠点形成事業などの新たな予算獲得をとの準備、共同研究を行った。具体例として、電子科学研究

おして、電子科学研究所の有する国内研究ネットワークと所のいくつかの研究室と共同研究が行われているリヨン高海外のネットワークが連携するプログラムをサポートして等師範学校（フランス）、ボーリング・・グリーン州立大学

いく。国際共同研究を展開している教授陣が中核となり、（アメリカ）、ルーヴァン・カトリック大学（ベルギー）を戦略的かつ多角的に国際連携推進室の活動のさらなる充実中心とした研究所単位の協力関係構築を計画したうえで日を図っていく。

本学術振興会先端拠点形成事業に申請した。平成29年度の申請ではヒアリングまで進んだものの採択に至らなかった４．資料が、引き続き戦略的かつ組織的に研究協力体制を構築し、外部予算の獲得も目指していく。

平成29年度は外国人招へい教員制度やダイナミックアラ(b) 世界的トップランナー達との協働体制の構築

イアンス国際交流事業などを活用して、国際研究交流の深北海道大学が掲げる「創基１５０周年に向けた近未来戦化のために海外研究者を招へいした。

略」のビジョン「世界の課題解決に貢献する北海道大学」

1.

の達成にむけ、人材育成および共同研究の推進によるグロ

H. Peter Lu、USA、Bowling Green State University(2017年4月23日～2017年4月25日)

ーバル協働体制の構築を行っている。その一例として世界

2.

的課題解決に資するグローバル人材の育成を目的として北Andey L. Rogach、中国、City University of Hong
Kong (2017年5月8日～2017年5月11日)

海 道 大 学 が 実 施 す る Hokkaido サ マ ー イ ン ス テ ュ ー ト

3.
- 126 -

Raju Francis、インド、

MahatmaGandhi

University (2017年5月14日～2017年5月27日)
4.

Cheng An-chieh氏、中国、国立交通大学 (2017年6月12日～2017年6月30日)

5.

Xiaoqian Zang氏、中国、ハルビン工業大学 (2017年8月1日～2017年9月30日)

6.

Xinxiong Fang氏、中国、西安理工大学 (2017年9月
1日～2018年2月28日)

7.

Gowoon Kim氏、韓国、釜山大学校 (2017年9月10日～2017年9月23日)

8.

Soogil Lee氏、韓国、韓国科学院 (2017年9月10日～2017年9月23日)

9.

Younghoon Kim氏、韓国、延世大学校 (2018年1月9日～2018年1月31日)

10. Elizabeth Mariam Thomas、インド、Indian Institute of Science Education and Research (2018年2月1日～2018年3月31日)
11. Jianbing Zhang氏、韓国、清華大学 (2018年3月4日～2018年3月18日)- 127 -

ナノテク連携推進室
２．研究成果准教授

松尾保孝（北大院、博士(工学)、2010.1～）(a)利用実績（平成29年 3月～平成30年 3月）（以下、創成研究機構・ナノテク連携研究推進室）
特任助教

王

平成29年度の支援状況として、ナノテクノロジープラッ

永明（2012.9～）

トフォーム事業としての実施内容について記載する。微細

博士研究員

アグス・スパギョ（2015.4～）

加工PFに関する利用件数は88件、うち、40%以上が企業・学術研究員

福本 愛（2007.6～）

他大学・公的研究機関の学外への支援として実施した。ま学術研究員

細井浩貴（2012.9～）た微細構造解析PFに関しては、電子研以外の施設による支援も含めて利用件数は98件、こちらも50%以上を学外への支援として実施した。昨年度よりも学外への支援を優先して行った結果、学外利用比率が向上している。これ以外にも

１．研究目標成果非公開（自主事業）として行った支援活動や、ナノテ

ナノテク連携推進室はグリーンイノベーションやライフ

クノロジープラットフォーム以外の電子研共用設備によるイノベーションといった社会的課題を解決するための学術支援活動も継続して行った。

研究、技術・産業創出には欠かせない超微細加工やナノ領支援を行った研究は国内外への論文投稿、学会発表につ域の構造解析・分析といったナノテクノロジーの利用を支ながっている。微細加工PF・微細構造解析PFの支援課題に援する組織となっている。通常、ナノテクノロジーを利用・関する学会発表は300件以上、論文掲載が110件以上であっ活用するためにはクリーンルームのような特殊環境や最新た。

鋭の大型設備を有し、かつ運用するための知識と経験が無(b)ナノテクノロジープラットフォーム事業活動

くてはならないが、単独の研究室や研究者だけで実現する

ナノテクノロジープラットフォーム事業は3つのプラッことは困難になりつつある。そこで、ナノテクノロジー連トフォーム（微細加工、微細構造解析、分子物質合成）ご

携推進室では電子研技術部と協力しながら電子研オープンとに各機関が参画して行う事業となっており、北海道大学

ファシリティー機器（共用装置）に関する運営、学内外か

は微細加工・微細構造解析の2つのプラットフォームに属しらのナノテクノロジー研究の相談窓口としての機能を担っている。電子科学研究所としても両方のプラットフォームている。加えて、平成24年7月よりスタートした文部科学省

対して装置供出を行っており、研究支援と共に関連する会が行う全国的なナノテクノロジー装置共用プログラムであ

議などにおいて支援成果報告や広報活動を行っている。まる「ナノテクノロジープラットフォーム」事業についてもた、技術職員を含めた研究支援者は外部での技術研修に参業務実施者として参画している。北海道大学は微細構造解

加し、より優れたナノテクノロジー支援の実現を目指して析プラットフォーム、微細加工プラットフォーム事業の実技術研鑽に務めている。この他に、金属学会、オープンフ

施機関として名を連ねることとなったが、ナノテクノロジァシリティープラットフォームシンポジウムなど、学会・ープラットフォーム事業は全学事業として創成研究機構・展示会へ出展を行い、外部ユーザーへの広報活動を行った。

ナノテクノロジー連携研究推進室が担っており、電子科学(ｃ)先端研究基盤共用促進事業（新たな共用システム導入

研究所ナノテク連携推進室はその一部として工学研究院

支援プログラム） -マテリアル分析・構造解析共用ユニッ（ナノ・マイクロマテリアル分析研究室、光電子分光分析研

ト（Material Analysis and Structure Analysis Open Unit：

究室、超高圧電子顕微鏡室）、情報科学研究科と連携し、学

MASAOU）-

内だけでなく全国の大学・公的研究機関・民間企業に対し先端研究基盤共用促進事業は競争的研究費の改革と連携てナノテクノロジーに関する支援に取り組んでいる。特に、し、第5期科学技術基本計画期間において共用体制の集中的

超微細加工と微細構造解析の 二つの 機能を有機的に連携改革を進めていくため、共用システム（体制）を導入、構させた支援を実現し、光・電子・スピンを制御する新規ナ

築することを目的として実施される事業である。北海道大ノデバイス創製、および新機能ナノ物質創出に関する研究

学においては、本事業は平成28年に4拠点、平成29年には2開発を支援することを目的として事業推進を行っている。

拠点が採択され、新たな知見やノウハウにより現在のオー原子層堆積装置やプラズマCVD装置、超高精度EB 描画装

プンファシリティシステムを発展させ、より良い研究環境

置、マスクアライナー、RIE 装置、ICPドライエッチングの整備を目指していくこととなっている。電子科学研究所

装置、FIB 装置、イオンビームスパッタ装置などのナノ加は工学研究院（全学共用施設のナノ・マイクロマテリアル

工・デバイス化装置による超微細加工に関する支援を行う

分析研究室、高エネルギー超強力X線回折室、光電子分光

とともに、高性能 STEM、超高圧透過型電子顕微鏡、各種

分析研究室）と連携し、マテリアル分析・構造解析共用ユ

プローブ顕微鏡、X線光電子顕微鏡装置、オージェ電子分

ニット（Material Analysis and Structure Analysis Open Unit：

光装置、集束イオンビーム加工・分析 装置などによる種々

MASAOU）が平成28年度に採択され、事業を推進している。

のナノ計測・表面分析支援までを幅広く行っている。

X線関連分析装置を中心とした機器群を運営し、専任コー- 128 -

ディネータによる受付相談から、試料作製、観察・測定、【電子研内共著】

さらに評価・解析までの一貫したサポート体制の下で、組

５)

Y. Hirai, M. Mayama, Y. Matsuo, and M. Shimomura,

成分析・構造解析、組織・表面解析、電子状態解析など、“Uphill water transport on a wettability patterned sur-

マテリアル研究を広範かつ総合的に支援を実施した。企業

face: Experimental and theoretical results”, ACS Appl.

との連携セミナーやナノテクノロジープラットフォーム事

Mater. Interfaces, Vol. 9, No. 18, pp 15814-15821 (2017)

業との連携を行うことで学外研究者へも大きく門戸を開い

６)

T. Endo, Y. Doi, M. Wakeshima, K. Suzuki, Y. Matsuo, K.

た支援活動に当たっている。

Tezuka, T. Ohtsuki, Y. J. Shan, and Y. Hinatsu, “Mag-(ｄ)設備運用状況

netic

平成29年度は、大型設備の増強は行わなかったが、マテリ

Sr2MnGe2S6O: Magnetic Interactions Enhanced by An-

アル分析・構造解析共用ユニットにおいて、X線光電子分

ion Substitution”, Inorg. Chem., 2017, 56 (5), pp 2459–

光装置の試料交換棒の保守を実施した。また、ナノテクノ

2466

Properties

of

the

Melilite-Type

Oxysulfide

ロジープラットフォーム事業では電子顕微鏡試料作製用のイオン研磨器（PIPSII）やオゾンアッシング装置、ランプ加

4.2 学術論文（査読なし）

熱炉（ラピッドサーマルアニーリング装置：RTA）の利用

該当なし

環境を整えた。
4.3 総説・解説・評論等
該当なし

３．今後の研究の展望
ナノテク連携室は文部科学省ナノテクノロジープラット

4.4 著書フォーム事業、新共用事業を核として研究支援活動を行っ

該当なしていく予定である。また、各事業を統括する代表機関（物質・材料研究機構、京都大学）やセンター機関（物質・材

4.5 特許（発明者：特許番号、特許名、出願年月日）

料研究機構、JST）との連携による支援活動の充実、学内

１)

岡松隆裕、下村政嗣、平井悠司、松尾保孝、有田稔彦、の共同利用施設とも密な関係を築き、研究支援の効率化やPCT/JP2017/017216、「ゴム部材、タイヤおよびゴム高度化を進める。また、技術部とも協力して、新しい支援

部材の製造方法」、平成 29 年 11 月 9 日

技術の開発や民間企業を含めた学内外との共同研究、若手研究者や企業技術者への技術指導を行い、研究開発力強化

4.6 講演への支援を継続していく。

ａ．招待講演（国際学会）
該当なし
ｂ．招待講演（国内学会）

４．資料

該当なし

4.1 学術論文（査読あり）
１)

ｃ．一般講演（国際学会）

S. Nakamura, H. Mitomo, M. Aizawa, T. Tani, Y. Matsuo,

該当なし

K. Niikura, A. Pike, M. Naya, A. Shishido, K. Ijiro, “DNAｄ. 一般講演（国内学会）

Brush-Directed Vertical Alignment of Extensive Gold

２)

該当なし

Nanorod Arrays with Controlled Density”, ACS OMEGA,

ｅ. 研究会・シンポジウム・ワークショップなど（学会以Vol.2, No.5, pp.2208-2213(2017)【電子研内共著】外）

Y. Hirai, B. Sawano, T. Takaki, Y. Matsuo, H. Yabu,

１)による 3 次元構造解析」、2017 年度

or-controlled and Transparent Dispersions by a One-pot

ラットフォームシンポジウム、東京大学（2017 年 10

UV-assisted Synthetic Process”, Chem. Lett., Vol. 46,

月）

No. 5, p695-p698 (2017)３)

松尾保孝、アグス・スアギョ、柴山環樹 「FIB-SEM“Metal Phthalocyanine Derivative Nanocrystals: Col-２)

松尾保孝、「プラズモニックデバイス作製のための電Y. Hirai, R. Tamura, S. Emoto, M. Shimomura, Y. Matsuo,

子線描画装置活用」、
・電子ビームリソグラフィ実践セ

T. Okamatsu, T. Arita, “Superhydrophobic Microstruc-

ミナーⅢ、東京ファッションタウン 9F（2018 年 2 月）

ture Imprinted Rubber Sheet by Hot Vulcanization Press”,
Nippon Gomu Kyokaishi, (2017),90(6),277-282
４)

微細構造解析プ

4.7 シンポジウムの開催

Y. Hu, Q, Sun, JH. Yang, K. Ueno, T. Oshikiri, A. Kubo,

該当なし

Y. Matsuo, QH. Gong, H. Misawa, “Near-field spectral
properties of coupled plasmonic nanoparticle arrays”,

4.8 共同研究

Optics Express, Vol. 25, No. 6, p6883-p6894 (2017)ａ. 所内共同研究- 129 -

該当なし
ｂ. 民間等との共同研究
１)

横浜ゴム

２)

日産自動車

共同研究
共同研究

ｃ. 委託研究
該当なし
ｄ. 国際共同研究
該当なし
4.9 予算獲得状況（研究代表者、分類、研究課題、期間）
ａ． 科学研究費補助金
１)

藪浩、挑戦的萌芽、バイオミメティックブロック共重合体を用いた３次元可視光メタマテリアルの創製、
2016〜2017 年度

２)

藪浩、基盤研究(A)、弾性率制御ハニカム多孔膜とラマン計測による幹細胞のメカノトランスダクション
解度、2017〜2019 年度

ｂ．大型プロジェクト・受託研究
１) 松尾保孝、NEDO、平成 27 年度第 2 回「エネルギー・
環境新技術先導プログラム／生物表面模倣による難付着･低抵抗表面の開発」、2015～2017 年度
4.10 受賞
１) 該当なし
4.11 社会教育活動
ａ．公的機関の委員
該当なし
ｂ．国内外の学会の役職
該当なし
ｃ．兼任・兼業
該当なし
d.外国人研究者の招聘該当なし
ｅ．北大での担当授業科目（対象、講義名、担当者、期間）該当なし
ｆ．北大以外での非常勤講師（対象、講義名、担当者、期間）
該当なし
ｇ. 新聞・テレビ等の報道
該当なし
ｈ. ポスドク・客員研究員など
該当なし
i．修士学位及び博士学位の取得状況
修士学位：0 名
博士学位：0 名- 130 -

II.各種データ- 131 -

Ⅱ－１．研究成果公表に関する各種の統計表
１．学術論文
年度

平成26年

部門等
光科学

欧

文

9(7)

研究部門

邦

文

5

物質科学

欧

文

23(18)

研究部門

邦

文

3

生命科学

欧

文

17(17)

研究部門

邦

文

1

数理科学

欧

文

14(14)※

研究部門

邦

文

1

ｸﾞﾘｰﾝﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ

欧文

24(24)

研究センター

邦

文

0

欧

文

85(78)

邦

文

10(2)

計

年度
部門等

平成27年

平成28年

平成29年

光科学
研究部門

欧

文

18(18)

16(16)

20(20)

邦

文

0

0

1(1)

物質科学
研究部門

欧

文

14(14)

31(31)

32(32)

邦

文

1(1)

0

0

生命科学
研究分野

欧

文

10(10)

5(5)10(10)

邦

文

1(1)

0

1(0)

附属社会創造
数学研究センター欧文

28(25)

27(27)

34(34)

邦

文

2(1)

1

3(0)

ｸﾞﾘｰﾝﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ
研究センター

欧文

39(39)

25(24)

26(26)

邦

文

0

0

0

欧

文

108(105)

104(103)

96(96)

邦

文

4(3)

1

5(1)

平成 27 年

平成 28 年

平成 29 年

8(2)

6(0)

2(0)

0

0

0

2(1)

3(0)

5(2)

0

0

1(1)

9(3)

4(0)

3(1)

書

0

3(2)

1(1)

計

( )内の数はレフェリー付き。
※出版済のもの。客員研究分野は除外した。

２．総覧、解説、評論等及び著書数
年度
平成26年
部門等

年度
部門等

光科学

総説等

1(0)

光科学

総説等

研究部門

著

書

2(0)

研究部門

著

物質科学

総説等

2(0)

物質科学

総説等

研究部門

著

書

2(1)

研究部門

著

生命科学

総説等

4(2)

生命科学

総説等

研究部門

著

書

1(0)

研究部門

著

数理科学

総説等

2(1)

総説等

11

5(1)

5(0)

研究部門

著

書

1(0)

附属社会創造
数学研究センター

著

0

1(1)

3(3)

ｸﾞﾘｰﾝﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ

総説等

2(0)

ｸﾞﾘｰﾝﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ

総説等

1(0)

1(0)

3(0)

研究センター著

0研究センター

著

書

2(0)

0(0)

2(2)

総説等

31(6)

19(1)

15(3)

2

4(3)

5(5)

書

総説等

11(3)

計

書

書

書

計
著

書

6(1)

著

書

( )内の数は欧文※客員研究分野は除外して集計。
※共著に関しては、出版物数で表示（出版物の数×研究者ではない）。したがって「計」が表から算出したものと一致しない場合あり。
※年度をまたがっている場合、それぞれの年度でカウントしている。

- 132 -

３．国際学会・国内学会発表件数
年度
部門等

年度
部門等

平成26年
国際学会 13(7)

光科学
研究部門

平成28年 平成29年

国際学会

26(8)

23(11)

29(14)

研究分門

国内学会

39(21)

29(1)

41(9)

光科学

国内学会 23(3)

平成27年

物質科学

国際学会 12(4)

物資科学

国際学会

36(10)

21(10)

32(20)

研究部門

国内学会 25(3)

研究部門

国内学会

34(6)

29(6)

46(8)

生命科学

国際学会 13(7)

生命科学

国際学会

23(3)

26(10)

23(11)

研究部門

国内学会 45(13)

研究部門

国内学会

19(3)

38(17)

38(12)

数理科学

国際学会 28(9)

附属社会

国際学会

26(20)

39(9)47(25)

研究部門

国内学会 35(6)

研究センター

国内学会

35(9)

28(11)

49(18)

ｸﾞﾘｰﾝﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ

国内学会 47(14)ｸﾞﾘｰﾝﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ 国内学会

46(14)

35(24)

27(12)

42(0)

35(4)

45(8)

国際学会 175(55)144(64)

131(70)

国内学会 169(39)159(39)174(47)

創造数学

研究センター

研究センター
国内学会 55(5)国内学会

国際学会 110(41)計

計
国内学会 181(30)

国際学会・国内学会の（ ）内の数は招待講演数※客員研究分野は除外して集計。
※共著に関しては、講演数で表示（講演数×研究者ではない）。したがって「計」が表から算出したものと一致しない場合あり。
※年度をまたがっている場合、それぞれの年度でカウントしている。

Ⅱ－２．予算Ⅱ－２－１） 全体の予算（単位：千円）

年
部門等

平成 26 年度

平成 27 年度

128,162

155,177

科学研究費補助金

192,260(61)その他の補助金

平成 28 年度

平成 29 年度

120,230130,195

262,325(59)273,367(74)305,736(74)4,396(3)5,450(2)7,500(2)1,100(2)

金

36,958(18)29,877(14)23,957(19)36,117(21)

受託事業等経費

306,421(27)266,215(20)252,471(25)244,713(25)（受託研究費）

280,205(14)249,835(13)236,716(15)218,297(13)（共同研究費）

26,216(13)16,380(7)15,755(10)26,416(12)合計

668,197(109)719,044(95)677,525(120)

717,861(122)

業

寄

務

附

費

（）内の数は受入件数- 133 -

Ⅱ－２－２）外部からの研究費受入状況

部門別の受入状況（単位：千円）部門等

研究費

平成 26 年度

部門等

平成 27 年度

平成 28 年度

平成 29 年度

科学研究費補助金

14,600(3)44,700(5)93,000(8)112,400(13)その他の補助金

0

0

0

0

9,997(5)4,084(2)9,017(3)

寄

附

金

Ⅰ

3,252(5)

光科学

寄

附

金

Ⅱ

1,000(1)

光科学

0

0

500(1)

研究部門

受託事業等経費

81,090(4)

研究部門

74,989(4)49,389(1)22,880(2)（受託研究費）

81,090(4)64,950(3)49,389(1)22,880(2)（共同研究費）

0

10,039(1)00

計99,942(13)129,686(14)146,473(11)144,797(19)

科学研究費補助金30,300(7)55,100(6)51,500(14)59,466(15)

その他の補助金

0

0

0

0

3,200(2)12,000(7)22,100(11)

小

寄

附

金

Ⅰ

4,570(4)

物質科学

寄

附

金

Ⅱ

0

物質科学

600(1)

1,200(1)1,200(1)

研究部門

受託事業等経費

5,000(3)研究部門

013,491(3)32,075(3)（受託研究費）

00

11,843(1)31,719(2)（共同研究費）

5,000(3)01,648(2)356(1)

計39,870(14)58,900(9)78,191(25)

114,841(30)

科学研究費補助金

47,300(10)52,400(6)44,800(8)35,000(8)その他の補助金

296(1)

0001,200(2)3,873(5)200(1)

小

寄

附

金

Ⅰ

9,300(1)

生命科学

寄

附

金

Ⅱ

0

生命科学

0

0

0

研究部門

受託事業等経費

56,445(5)

研究部門

22,162(4)20,961(3)28,767(3)（受託研究費）

55,180(2)21,382(2)20,181(1)27,987(1)（共同研究費）

1,265(3)780(2)

780(2)

780(2)

計113,341(17)75,762(12)69,634(16)63,967(12)

科学研究費補助金

35,660(25)54,585(23)46,270(24)58,570(26)その他の補助金

2,000(1)

0

0

0

寄

12,191(2)13,380(1)01,000(1)000125,495(7)103,172(11)119,397(10)

小

附

金

Ⅰ
Ⅱ

0

附属社会

数理科学

寄

研究部門

受託事業等経費

70,463(4)（受託研究費）

67,763(3)122,885(5)94,383(7)104,005(6)（共同研究費）

2,700(1)2,610(2)8,789(4)15,392(4)120,314(32)193,460(31)149,442(35)178,967(37)

小

附

金

計

創造数学
研究センター- 134 -

部門等

研究費

平成 26 年度

部門等

平成 27 年度

平成 28 年度

平成 29 年度

科学研究費補助金56,300(11)49,950(17)29,750(17)39,500(10)その他の補助金

0

0

0

0

500(2)

0

1,100(2)

寄

附

金

Ⅰ

2,000(1)

ナノテクノロ

寄附

金Ⅱ

3,050(3)ナノテクノロ

1,000(1)2,800(4)1,000(1)

ジー研究セン

受託事業等経費

75,192(10)

ジー研究セン

27,268(4)53,923(5)37,586(4)（受託研究費）

57,941(4)ター

24,317(2)49,385(3)29,198(1)（共同研究費）

17,251(6)2,951(2)4,538(2)8,388(3)

計136,542(25)78,718(24)86,473(26)79,186(17)

科学研究費補助金

8,100(5)5,590(2)8,047(3)

800(2)

その他の補助金

2,100(1)5,450(2)7,500(2)1,100(2)

寄

附

金

Ⅰ

1,595(1)

0

0

0

寄

附

金

Ⅱ

0

0

0

0

16,301(1)11,535(2)4,008(3)

附属グリーンター

小その他

附属グリーン

その他

受託事業等経費

18,231(1)（受託研究費）

18,231(1)16,301(1)11,535(2)2,508(1)（共同研究費）

00

01,500(2)30,026(8)27,341(5)27,082(7)5,908(7)小計（）内の数は受け入れ件数。 寄附金Ⅰ：申請による財団等からの研究補助金。寄附金Ⅱ：Ⅰ以外のもの。

Ⅱ－３．外国人研究者の受入（招へい）状況
ａ．年度別統計表
年
部門等

平成26年度

光科学研究部門1

物質科学研究部門

3

生命科学研究部門

0

数理科学研究部門

2

附属グリーンナノテクノロジー研究センター

3

計

9

部門等

年

平成 27 年度

平成 28 年度

平成 29 年度

光科学研究部門2

7

2

物質科学研究部門

3

9

15

生命科学研究部門

0

1

2

附属社会創造数学研究センター

5

8

14

12

13

12

22

38

45

附属グリーンナノテクノロジー
研究センター計- 135 -

Ⅱ－４．修士学位及び博士学位の取得状況
Ⅱ－４－１）平成２９年度

修士学位

情報科学研究科■ 菅原 翔太郎 : 金属ナノ四量体構造における四重極子場の解析■ 井手 柾希 : プラズモニック構造体によるナノ渦場とナノ物質の相互作用の解析■ 織田 洋彰 : 分光ナノイメージングによるプラズモンモード干渉の観測に関する研究■ 新宅 貴志 : レーザー誘起水熱合成法を用いたランダムレーザー発振特性制御に関する研究■ 谷 直哉:Ｘ線レーザー回折イメージングによる膜タンパク質観察に向けた脂質膜マイクロチャンバーの開発■ 山中 祐実 :２光子顕微鏡を用いたマウス膵臓の in vivo Ca2+イメージング■ 高倉 稜平 :３次元プラズモン光アノードを用いた光電変換・水分解反応系の構築
生命科学院■ 鳥居 悠 : 高分子を用いた金属ナノ粒子の自己集合化制御
総合化学院■ 久保 直紀 : 固体電解質を利用したインターカレーションの新規手法開発
環境科学院
■ 小原
■ 鄭

怜子 : Electron Donor-Acceptor Molecular Dyads for Fluorescence Sensing of Singlet Oxygen鑫 : Structures and physical properties of coordination polymers containing similar components

with ionic liquids
理学院
■ 寺山

拓： 超流動量子渦の構造と１粒子励起■ 木村

卓： Kitaev 梯子模型に観る分数励起■ 千葉 大祐： 擬一次元有機導体(TMTTF)2X における非線形電気伝導■ 河野

航： Abrikosov 格子状態における Hall 効果の微視的研究■ 佐藤 優祐 : 多相環境における界面運動の近似解法■ 趙

子夏：Traveling pulse solutions in a point mass model of diffusing particles

Ⅱ－４－２）平成２９年度

博士学位

情報科学研究科■ 于

瀚： Exploring the near-field properties on coupled plasmonic nanostructures by photoemission

electron microscopy■ 郭

景春： Plasmon-induced photoelectrochemical biosensors using gold nanostructured titanium dioxide

photoelectrodes
生命科学院■ Halley Mariet Menezes ： Driving and photo-regulation of myosin – actin motor at molecular andmacroscopic level by photo-responsive high energy molecules■ 飯田 良 ： Control of Nanoparticle Self-Assembly in Water by Rational Surface Design
理学院■ 植木 輝：Microscopic Theory of the Flux-Flow Hall Effect in Type-II Superconductors- 136 -

Ⅱ－４－３）大学院生在籍数
修

年
研究科名

士

博

士

平成27年

平成28年

平成29年

平成27年

平成28年

平成29年

院

11

8

6

4

5

4

工 学 研 究 科

0

0

0

0

0

0

環 境 科 学 院

2

3

4

3

1

4

情報科学研究科

21

21

34

12

12

12

生 命 科 学 院

3

0

4

8

9

12

地球環境科学生命科

0

0

0

0

0

0

総 合 化 学 院

6

5

3

5

7

0

計

43

37

51

32

34

32

理

学

- 137 -

III.研究支援体制- 139 -

Ⅲ－１．技術部
技術部はシステム開発技術班、ナノ加工・計測技術班、装置開発技術班(機械工作室・ガラス工作室)からなる。
システム開発技術班は、広報・情報・ネットワーク・研究所のウェブサイト管理運営、ニコンイメージングセン
ターへの技術支援などを行っている。
ナノ加工・計測技術班はクリーンルーム及び共用設備の維持管理、利用指導、ナノ加工計測を行っており、それらに関する技術相談も受けている。また両班は研究所全体に関わる業務として行事等の技術支援や液化窒素ガス汲
み出し作業従事者への講習会の支援なども行っている。
装置開発技術班は、研究分野により要請される特殊実験機器の開発・製作にあたっている。
機械工作室では、汎用工作機械、NC 加工機を利用した金属・樹脂の精密加工や TIG 溶接(SUS, AL)技術を用いて多くの実験装置の開発・製作を行っている。近年は三次元 CAD を用いた設計相談にも対応している。
ガラス工作室では、光学レンズ・プリズム等の加工と研磨、ステンレス製計測装置へのコバールを介しての硝子の溶着・その他大型デュワー瓶、各種石英セルの製作を行っている。
また同班は所外からの技術相談、装置製作などの技術支援要請にも応えている。

- 140 -

Ⅲ－２．学術情報
平成20年の北キャンパス移転に伴い電子科学研究所図書室は(旧)北キャンパス図書室と統合し、平成20年 8 月に電子科学研究所・触媒化学研究センター・創成研究機構の 3 部局共通の図書室である「北キャンパス図書室」として運営されることとなった。
ａ．図書・学術雑誌
単行本は、各研究分野で購入し管理されている。図書室には参考図書を中心に配架されている。学術雑誌は、共通分野で利用され研究所として必要と認められたものは、図書室で管理されている。この他、各分野の必要性から、各分野で購入・管理されている雑誌もある。
平成14年度より電子ジャーナルが本格的に導入されるにあたり、研究所内の雑誌の重要度調査を行い、購入
洋雑誌の見直しをした結果、購入洋雑誌の種類が減少した。
１．蔵書冊数

２．所蔵雑誌種類数

年度 平成26年* 平成27年* 平成28年* 平成29年*

年

和

書

5,670

5,777

5,311

5,316

和雑誌

107

106

107

107

洋

書

17,51917,55817,22217.225

洋雑誌

387

388

387

385

23,18923,33522,53322,541

計

494

494

494

492

計

３．雑誌受入種類数

４．学外文献複写数

度 平成26年* 平成27年* 平成28年* 平成29年*

年

和雑誌

48

度 平成26年* 平成27年* 平成28年* 平成29年*

43

41

30

洋雑誌

6

6

4

5

計

21
54

49

45

35

年

度 平成26年* 平成27年* 平成28年* 平成29年*

依

頼

87

付

57
137

受

20

12

48

127
96
65
179
*
北キャンパス図書室全体としての数字

76

ｂ．学術情報システム
閲覧室には情報検索用パソコンが利用者用として提供されていて、誰もが自由に必要な情報を得ることができる。プリンターも 1 台設置されているので、入手した情報のプリントアウトも可能である。
平成14年度からは電子ジャーナルが本格的に導入され、21,000タイトルを超える電子ジャーナルの利用が可
能で、フルテキストを閲覧・購読できる。
また、情報検索端末からはインターネットを通じ、北海道大学で導入している学術文献データベースを利用することができる。利用できるデータベースの種類は豊富で、“Web of Science”“SciFinder”といった著名な
文献書誌・抄録データベースや、新聞記事データベース、辞典類や出版情報等のサービスが利用可能である。
電子ジャーナルおよびデータベースは、平成22年度より運用開始したリモートアクセスサービスにより、一部のタイトルを除き、出張先、自宅など学外からも利用可能となった。
また、インターネットを通じて“PubMed”“CiNii Articles”等の無料データベースを利用したり、国内外の大学図書館等の情報を得ることもできる。
カードロックシステムを導入しており、研究所内の教職員院生は24時間図書室の利用が可能となっている。

- 141 -

IV.資料- 143 -

Ⅳ－１．沿革
超短波研究所
昭和16.１18.１

超短波研究室が設置される
超短波研究所に昇格
第二部門、第四部門、第六部門、第七部門開設

18.３

第三部門開設19.１

第一部門、第五部門開設

20.１

第八部門開設応用電気研究所
21.３

応用電気研究所と改称する
部門構成：電気第一部門、電気第二部門、物理第一部門、物理第二部門、化学部門、医学及び生理第一部門、医学及び生理第二部門、数学部門

24.５

北海道大学附置研究所となる

36.４

メディカルエレクトロニクス部門新設

37.４

電子機器分析部門新設

38.４

メディカルトランスデューサ部門新設

39.２

研究部門は一部名称変更等により次のとおりとなる(昭和38年４月１日適用)
電子回路部門、電波応用部門、物理部門、化学部門、生理部門、生体物理部門、
応用数学部門、メディカルエレクトロニクス部門、電子機器分析部門、メディカルトランスデューサ
部門

39.４

メディカルテレメータ部門新設

42.６

強誘電体部門新設

46.４

生体制御部門新設

48.４

附属電子計測開発施設新設

50.４

光計測部門新設(10年時限)

53.４

感覚情報工学部門新設

60.３

光計測部門廃止(時限到来)

60.４

光システム工学部門新設(10年時限)

電子科学研究所
平成４.４

研究所改組により電子科学研究所となる

14.４

附属電子計測開発施設を附属ナノテクノロジー研究センターに改組転換

15.５

電子情報処理研究部門感覚情報研究分野を廃止

17.４

電子計測制御研究部門適応制御研究分野を廃止
電子計測制御研究部門ナノシステム生理学研究分野を新設

17.10 電子材料物性研究部門光材料研究分野をナノ光高機能材料研究分野に名称変更
電子情報処理研究部門信号処理研究分野を極限フォトンプロセス研究分野に名称変更
電子情報処理研究部門計算論的生命科学研究分野を新設
寄附研究部門「ニコンバイオイメージングセンター研究部門」を新設（開設期間3年）
英国・ニューカッスル大学ナノスケール科学技術研究所との学術交流協定締結（22.10 協定終了）
19.４

附属ナノテクノロジー研究センターの「10年時限」撤廃

19.10 電子材料物性研究部門相転移物性研究分野を量子情報フォトニクス研究分野に名称変更
電子機能素子研究部門超分子分光研究分野を廃止
電子計測制御研究部門自律調節研究分野を分子生命数理研究分野に名称変更
20.１

バングラデシュ・ダッカ大学物理化学生物薬学先端科学研究センターとの学術交流協定締結（21.12 大学間交流協定へ移行

責任部局：大学院歯学研究科）

20.１

台湾・国立台湾師範大学光電科学技術研究所との学術交流協定締結

20.４

台湾・国立台湾大学物理学科との研究交流に関する覚書締結- 144 -

20.６

米国・カリフォルニア大学ロサンゼルス校カリフォルニアナノシステム研究所を代表するカリフォル
ニア大学評議会との学術交流協定締結

20.10 電子情報処理研究部門極限フォトンプロセス研究分野をスマート分子研究分野に名称変更
附属ナノテクノロジー研究センターナノ材料研究分野を極限フォトンプロセス研究分野に名称変更
附属ナノテクノロジー研究センターナノデバイス研究分野をバイオ分子ナノデバイス研究分野に名称変更
寄附研究部門「ニコンバイオイメージングセンター研究部門」開設期間更新（更新期間 3 年）
22.３

フランス・リヨン高等師範学校との学術交流協定締結

22.４

電子材料物性研究部門ナノ光高機能材料研究分野をコヒーレントＸ線光学研究分野に名称変更
電子機能素子研究部門分子認識素子研究分野を光波制御材料研究分野に名称変更
電子計測制御研究部門量子計測研究分野を生体物理研究分野に名称変更
附属ナノテクノロジー研究センターナノ理論研究分野をナノ光高機能材料研究分野に名称変更
連携研究部門理研連携研究分野を新設

22.９

ドイツ・オットー・フォン・ゲーリケ大学マクデブルク自然科学部との学術交流協定締結

23.１

台湾・国立交通大学理学院との学術交流協定締結

23.９

寄附研究部門「ニコンバイオイメージングセンター研究部門」開設期間満了

24.４

改組に伴い研究部門名、研究分野名を全面改称
附属ナノテクノロジー研究センターを附属グリーンナノテクノロジー研究センターに改組転換
研究支援部を新設
支援部構成：ニコンイメージングセンター、国際連携推進室、ナノテク連携推進室

25.７

ベルギー・ルーヴェン・カトリック大学との学術交流協定締結

25.11 英国・グラスゴー大学理工学部との学術交流協定締結
26.３

中国・吉林大学、ハルピン工業大学及び北京国家ナノテクノロジーセンターとの学術交流協定締結

26.12 台湾・中央研究院応用科学研究センターとの学術交流協定締結
27.３

台湾・中央研究院物理研究所との学術交流協定締結

27.４

附属社会創造数学研究センターを設置
数理科学研究部門を廃止
数理科学研究部門複雑系数理研究分野を生命科学研究部門複雑系数理研究分野に改組
研究支援部に数理連携推進室を新設
連携研究部門産研アライアンス研究分野を廃止

27.６

中国西安交通大学との学術交流協定締結

27.６

中国西安理工大学との学術交流協定締結

27.12 香港城市大学との学術交流協定締結
27.９

生命科学研究部門複雑系数理研究分野を廃止- 145 -

[歴代所長]超短波研究室昭和16年２月20日～昭和18年１月31日
超短波研究所
昭和18年２月１日～昭和21年３月31日
応用電気研究所 昭和21年４月１日～昭和21年９月10日
昭和21年９月11日～昭和35年７月31日
昭和35年８月１日～昭和38年７月31日
昭和38年８月１日～昭和45年３月31日
昭和45年４月１日～昭和48年３月31日
昭和48年４月１日～昭和51年３月31日
昭和51年４月１日～昭和54年３月31日
昭和54年４月１日～昭和57年３月31日
昭和57年４月１日～昭和60年３月31日
昭和60年４月１日～昭和63年３月31日
昭和63年４月１日～平成４年４月９日
電子科学研究所 平成４年４月10日～平成６年３月31日
平成６年４月１日～平成９年３月31日
平成９年４月１日～平成13年３月31日
平成13年４月１日～平成15年３月31日
平成15年４月１日～平成15年９月30日
平成15年10月１日～平成17年９月30日
平成17年10月１日～平成21年９月30日
平成21年10月１日～平成25年９月30日
平成25年10月１日～平成29年３月31日
平成29年４月１日～現在

蓑島
簑島
簑島
淺見
東
松本
望月
馬場
吉本
馬場
山崎
達崎
安藤
安藤
朝倉
井上
下澤
八木
西浦
笹木
三澤
西井
中垣

〔名誉教授〕
昭和32年４月
昭和37年４月
昭和43年４月
昭和45年４月
昭和55年４月
昭和57年４月
昭和62年４月

昭和63年４月
平成７年４月
平成９年４月
平成13年４月
平成18年４月
平成19年４月

平成21年４月
平成23年４月
平成27年４月
平成28年４月(故) 簑島高(故) 淺見 義弘(故) 東
健一(故) 松本 秋男(故) 吉本 千禎(故) 横澤彌三郎(故) 羽鳥 孝三(故) 馬場 宏明(故) 松本 伍良(故) 達崎
達
山崎 勇夫
安藤
毅
朝倉 利光
小山 富康
(故) 井上 久遠
永井 信夫
八木 駿郎
狩野
猛
下澤 楯夫
下村 政嗣
伊福部 達
栗城 眞也
上田 哲男
太田 信廣
末宗 幾夫
西浦 廉政

- 146 -

高
高
高
義弘
健一
秋男
政司
宏明
千禎
宏明
勇夫
達
毅
毅
利光
久遠
楯夫
駿郎
廉政
敬司
弘明
準治
俊之

Ⅳ－２．建物
本研究所は、平成15年度に現在の創成科学研究棟新築（北21西10）に伴い、ナノテクノロジー研究センター及び関連研究分野が北12条西 6 丁目から移転し、平成20年度に北キャンパス総合研究棟 5 号館が新築され、平成21年度に同館 5 階の一部が増築された。平成21年度には中央キャンパス総合研究棟 2 号館（旧Ｂ棟）が改修された。

建物名称

構

造

建面積

延面積
㎡

㎡

創成科学研究棟

鉄筋コンクリート造 5 階建――

北キャンパス総合研究棟５号館

鉄筋コンクリート造 5 階建

1,104

中央キャンパス総合研究棟２号館

鉄筋コンクリート造 5 階建

――

1,294

――

10,867

計

4,154

建築年度
平成15年度

5,419

平成20年度(116)(平成21年度増築)
平成21年度(改修)

延面積欄の（ ）内の数字は増築分で内数

Ⅳ－３．現員（平成29年度）（ 3 月末 日現在）

職

名

人

教

授

14(7)

授

14

講

師

0

助

教

20

特任教授

0

特任准教授

0

特任講師

0

特任助教

5

教員小計

53(7)

技

部

10

計

63(7)

准

合

教

術

数

（

）内の数字は客員で外数- 147 -

Ⅳ－４．教員の異動状況（平成29年度）
○転入状況
所属部門

職

名

氏

名

採用年月日

前

職

物質科学研究

准教授

髙野

勇太

H29.4.1 京都大学特定拠点助教

社会創造数学研究ｾﾝﾀｰ

准教授

寺本

央

H29.4.1 日立製作所客員主任研究員

社会創造数学研究ｾﾝﾀｰ

助教

伊藤

創祐

H29.4.1 FOM Institute AMOLF, Visiting researcher

ｸﾞﾘｰﾝﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ研究ｾﾝﾀｰ

助教

髙

仁德

H29.8.1 北海道大学電子科学研究所博士研究員

生命科学研究

准教授

三友

秀之

H29.9.1 北海道大学電子科学研究所助教

光科学研究

准教授

平井

健二

H29.12.1 北海道大学大学院理学研究院特任助教

生命科学研究

准教授

榎木

亮介

H30.1.1 北海道大学大学院医学研究院助教

職

名

氏

名

退職年月日

生命科学研究助教

川上良介

H29.6.30 愛媛大学准教授

ｸﾞﾘｰﾝﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ研究ｾﾝﾀｰ

准教授

野呂

真一郎

H29.11.15 北海道大学大学院地球環境科学研究院教授

社会創造数学研究ｾﾝﾀｰ

助教

社会創造数学研究ｾﾝﾀｰ

助教

○転出状況
所属部門

黒田

茂

転

出

先

H30.3.31 青森大学准教授

JUSUP MARKO

H30.3.31 東京工業大学研究員(30.3.31)- 148 -

Ⅳ－５．構成員（平成29年度）
客員教授

所 長
光科学研究部門
光システム物理研究分野
教 授
准教授
助 教
特任助教
ナノ材料光計測研究分野
教 授
准教授
助 教
コヒーレント光研究分野
教 授
助 教
助 教

物質科学研究部門
分子フォトニクス研究分野
教 授
准教授
助 教
スマート分子材料研究分野
教 授
助 教
助 教
助 教
ナノ構造物性研究分野
教 授
准教授
薄膜機能材料研究分野
教 授
准教授
生命科学研究部門
光細胞生理研究分野
教 授
准教授
助 教
特任助教
生体分子デバイス研究分野
教 授
准教授
連携研究部門
理研連携研究分野
客員教授
社会連携客員研究分野
客員教授
客員教授
客員教授
客員教授

中

垣

俊

笹
藤
酒
石

木
原
井
田

敬 司
英 樹
恭 輔
周太郎

雲林院
平 井
猪 瀬

健
朋

宏
二
子

西
木
鈴

吉
隆
明

則
志
大

野
村
木

田
隆
（自然科学研究機構）
新概念コンピューティング研究分野
客員教授
山 岡 雅 直（(株)日立製作所）

之附属グリーンナノテクノロジー研究センターセンター長（兼）玉 置 信 之グリーンフォトニクス研究分野
教 授
三 澤 弘 明准教授
上 野 貢 生助 教
押 切 友 也
助 教
石
旭
助 教
孫
泉
光電子ナノ材料研究分野
教 授
西 井 準 治准教授
海 住 英 生助 教
藤 岡 正 弥ナノ光機能材料研究分野
ナノアセンブリ材料研究分野
教 授
中
助 教
髙

BIJU VASUDEVAN PILLAI髙 野 勇 太柚 山 健 一
玉 置
KIM
松 尾
相 良

信 之
YUNA
和 哉
剛 光

石
近

橋
藤

憲

晃
治

太 田
山ノ内

裕
路

道
彦

根
榎
大
石

本
木
友
井

知
亮
康
宏

己
介
平
和

居
三

城
友

邦
秀

治
之

田

倉

中

村

村

附属社会創造数学研究センターセンター長（兼）小松﨑
人間数理研究分野
教 授
長 山
准教授
青 沼
助 教
秋 山
助 教
西 野
データ数理研究分野
教 授
小松﨑
准教授
寺 本
助 教
西 村
助 教
伊 藤
特任助教
TAYLOR
特任助教
田 畑
知能数理研究分野
教 授
中 垣
准教授
佐 藤
准教授
佐 藤
助 教
黒 田
実験数理研究分野
助 教
MARKO

拓 男
（理化学研究所）

持 隆 雄（科学技術振興機構）
浅 羽 雅 晴（科学技術振興機構）
永 山 國 昭（総合研究大学院大学）
高 原
淳（九州大学）

貴
仁

義
德

民

樹

雅
仁
正
浩

晴
志
和
史

民

樹
央
吾 朗
創 祐
JAMES NICHOLAS
公 次
俊
勝

之
彦
讓
茂

JUSUP

研究支援部
ニコンイメージングセンター
センター長（兼）根 本 知 己助教（兼）大 友 康 平特任助教
堤
元 佐
国際連携推進室室長（兼）BIJU VASUDEVAN PILLAI
ナノテク連携推進室
室長 准教授松 尾 保 孝技術部

- 149 -

技術部長（兼）

中

垣

俊

之

装置開発技術班
班 長
技術職員
システム開発技術班
班 長
技術専門職員
技術専門職員（兼）
ナノ加工・計測技術班
班 長
技術専門職員（主任）
技術職員
技術職員
技術職員（兼）技術専門職員（主任）
技術専門職員
技術専門職員（兼）
契約職員・短時間勤務職員
博士研究員
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
学術研究員
〃
〃
〃
〃
〃
〃
非常勤研究員
研究支援推進員
〃
〃
事務補佐員
〃
〃
〃
〃
〃
技術補佐員
〃
事務補助員
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
技術補助員
〃
〃
〃

武
楠

井
崎

将
真

志
央

伊勢谷
今 村
小 林

陽 一
逸 子
健太郎

遠
大
中
平
楠
小
笠
今

礼

藤
西
野
井
崎
林
村

暁
広
和佳子
直 美
真 央
健太郎
晴 也
逸 子

楊
影
SANCHELA ANUP KUMAR
LI JIE
須志田 隆 道一本嶋 佐 理後藤田剛
上 坂 正 晃SATTARI SULIMONPIN CHRISTOPHE LOUIS MARIE
飯 島 光一朗何倩
山 口 由美子
熊 本 淳 一浪 花 啓 右土 田
旭
PIN CHRISTOPHE LOUIS MARIE佐々木 彩 乃駒 井 京 子
柳亮 輔
山 田 美 和山 崎 涼 子中 岡 亜 弓伊 藤 春 奈
遠 藤 和 恵須々田 明 子丸 山 明日香石 田 麻衣子
藤 井 敦 子田 山 紘 子
大 森 素 子
春 日 さと子
佐 藤 恵 美奥 原 亜 季浦 田 絵 美富 澤 ゆかり五十嵐 知 実高 倉 稜 平山 田 拓 樹堂 前愛
木 村 京 子
（平成30年 3 月末日現在）- 150 -