資源戦略学講座

Resources Strategies

資源素材設計学分野

Design of environment-friendly materials

Design of materials harmonizing with environment and life

教授 松原 秀彰

准教授 上高原 理暢

助教 横井 太史Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Hideaki Matsubara

Masanobu KamitakaharaGroup photograph ofour laboratory.

Taishi Yokoi

in order to build a sustainable society. In this laboratory, based on the fundamental science about the relationship between materials andphenomena of the nature and life, the design of the materials that produce a harmony with the environment and life is studied from theviewpoint of environmental science. The designed materials are expected to produce a new harmony with the environment and life. We aredeveloping the materials for energy saving, biomaterials to repair our bodies and materials to clean the environment according to the idea
mentioned above.

アパタイトの複合相からなる顆粒の作製に成功しています。これらの材料の開発は、患者の生活の質（QOL）を向上させるだけでなく、医療廃棄物排出量や薬剤使用量の低減にもつながり、環境低負荷医療の実現に貢献できると考えています。これらの成果については、国際学会で発表を行いました（Fig. 3）。

研究の概要

材料組織形成のシミュレーション

現在、我々は様々な材料を利用して生活を営んでいます。持続可能モンテカルロ法、有限要素法、分子動力学法などを用いて、セラミッな社会を構築するためには、環境科学の観点からの材料のデザインがクスや複合材料の組織形成のシミュレーションの研究を行っています。

必要です。本分野では、生命現象や自然現象と材料の相互作用につい例えば、複数の固相、液相、気孔を含む材料の組織変化を、温度とての基礎学術に立脚し、環境科学の観点から、生命や環境と調和し、時間との関係で追うことのできるシミュレーションを開発し、またモンさらには積極的に生命や自然に働きかけて新しい調和を生み出す材料

テカルロ法と有限要素法を連成させることにより、焼結（収縮）によのデザインの探求を行っています。具体的には、省エネルギーのためる形状変化を予測できるシミュレーションを開発しました。最新の成の材料、生体を修復するための材料や、環境を浄化するための材料の果として、航空機エンジンに用いられる熱遮蔽コーティングでは金属デザインと作製を行っています。

基材上に多孔質のセラミックス膜を形成させますが、そのような多孔質セラミックスの組織形成をシミュレーションで再現することができ省エネのための断熱・蓄熱システムの開発
エネルギー消費を抑え、化石燃料に依存しない暮らしへ移行するた
めには、自然・未利用熱 ( 地中熱、太陽熱、雪氷、工場排熱等 ) のています（Fig.2）。

生態系に調和する材料の創製
環境浄化や有用物質回収のために、微生物の利用が注目されています。微生物を適切な足場材料に固定して利用できれば、微生物の分離回収が容易になるだけでなく、微生物の機能効率を向上させることができる可能性があります。医療用材料の開発において培った細胞と材料との相互作用に関する知見を活かし、微生物の足場材料の相互作用の解明に取り組んでいます。

環境浄化材料の創製
骨の無機成分である水酸アパタイトは、有害陰イオン、重金属イオ

生体に調和する材料の創製利用が重要となります。種々の熱源と蓄熱槽を組み合わせることによ

代謝に組み込まれて生体機能に働きかける骨修復材料ならびに薬剤り、最小限のエネルギー消費で自然・未利用熱を有効利用するための使用量を最小限にすることを可能とする薬剤担体の創製を行っていまシステム構築が可能となります。特に夏の温熱を冬に、冬の冷熱を夏す。これまでに、生体内で吸収され骨の代謝に組み込まれる Ca 欠損に利用したい場合には、これらの熱を長期間に蓄えておく断熱性能が組成の水酸アパタイトやケイ酸含有リン酸三カルシウムからなる人工そのまま利用可能熱量に直結します。本研究室では、季節間の熱利骨の作製に成功しています。その成果をもとに、共同研究としてこれ用を行うことを想定し、高性能の新規断熱材料を用いた断熱箱を作らの材料が骨代謝を活性化するメカニズムの解明にも取り組んでいま製し（Fig. 1）、断熱（熱保存）性能を評価するとともに、熱を蓄えつす。また、適切な部位に適切な量の薬剤を送り込むことにより薬剤のつ一定温度で放出可能な槽 ( 熱池と呼称 ) と複数の熱源を組み合わ効用を向上させるとともに薬剤の使用量を減らすことのできるドラッグせた回路によって熱利用システムの効率等を評価しています。

デリバリーシステム（DDS）の担体として、リン酸八カルシウムと水酸ンや有機物に対して高い吸着特性を有しており、環境から有害物質を除去するための吸着剤として有用と期待されています。そこで、医療共同研究
・ 海外：University of Oxford（英国）、University of California Santa
Barbara（米国）・ 国内：ファインセラミックスセンター、物質・材料研究機構、慶應義塾大学、長崎大学、名古屋大学、山口大学、順天堂大学

学会、国際会議等での活動
松原秀彰：
粉体粉末冶金協会副会長および硬質材料分科会主査、日本セラミックス協会エンジニアリングセラミックス部会委員、賢材研究会幹事、3rd International
Conference on Powder Metallurgy in Asia Organizing Committee,
粉 体 粉 末 冶 金 協 会 第 116 回 講 演 大 会 プ ロ グ ラ ム 委 員、15th Asian

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Nowadays, we are using many materials to live our daily life. The material design from the viewpoint of environmental science is required

先進社会環境学専攻

環境や生命に調和する材料デザインを求めて

BioCeramics Symposium International Advisory Board 等
上高原理暢：
Associate Editor of Journal of the Ceramic Society of Japan、日本セラミックス協会生体関連材料部会幹事、日本バイオマテリアル学会評議員、
日本セラミックス協会第 28 回秋季シンポジウム特定セッションオーガナイザー（代表者）、Biomaterials International 2015 Session Chairman、15th
Asian BioCeramics Symposium Executive Member、 第 25 回 日 本
MRS 年次大会シンポジウムオーガナイザー等用材料の創製において得られた水酸アパタイトに関する知見を活かし、廃棄される家畜骨やカキ殻を利用して作製した水酸アパタイト系環境浄化材料を作製しました。これらの材料はフッ化物イオンに対して優れた除去特性を示しました。さらに、層状複水酸化物配向膜を用いた新規な環境浄化材料の作製にも成功しました（Fig. 4）。

Fig.4 Photograph of oriented layered doublehydroxide coating.

国際国流・ 短期留学生受け入れプログラム（JYPE）で、タイや中国からの留学生を受け入れました。
・上高原准教授が中国の Institute of Metal Research Chinese AcademyFig.1 Thermal insulation boxes byusing high performance material.

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Coexistence Activity Report 2015

Fig.2 Computer simulation of porous ceramics
for thermal barrier coating in jet engine. The
rotating speed of substrate at the coating process
is low(a) and high(b).

Fig.3 Presentation of our student on aninternational conference held in Taiwan.

of Science に招待されました（Fig. 5）。

Fig.5 Photograph at Institute of Metal Research Chinese Academy of Science.
(Left: Kamitakahara, Right: Prof. Cui)

Coexistence Activity Report 20159