La bor atory Gu ide
研 究 室 ガ イド
マテリアル サイエンス

国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学

教授：大木 進野

大木研究室［キーワード］タンパク質、構造と機能、立体構造、ダイナミクス、相互作用、NMR、安定同位体標識（OHKI Shinya）
E-mail：shinya-o@ jaist.ac.jp［研究分野］構造生物化学、生物物理学、NMR（核磁気共鳴分光法）

タンパク質の「形」
や「動き」
をしらべて、
未知の生命現象をひもとく研究を始めるのに必要な知識・能力
試料調製（遺伝子工学、生化学）、NMR 実験（パラメータ設定、多様な測定、データ処理）、解析（NMR データ解析、バイオインフォマティクス）の3つの要素のうち、少なくとも1つに関しての知識・能力があれば、この分野の研究を始めやすいです。PC 操作に強い人も歓迎します。

この研究で身につく能力
生命現象を分子レベルで考える能力が養われます。研究で扱っているのは生体分子ですが、境界領域とか複合領域と呼ばれる研究分野のため、物理・化学・生物の幅広い基礎知識が必要になります。そのため、自ずとこれらを勉強して身につけることになります。また、具体的な研究立案を通して、大目標へ到達するための道筋を考えた中目標や小目標の立て方を学びます。実験がうまくいかないときの工夫やデータの解析・解釈など、実際に研究を進めていく中で困難な課題を少しずつ解決し、それらを統合して目標へ向かっていく能力が養われます。
さらに、研究経過報告や学会発表を経験することで、学術的な文章を書く能力や発表資料の作成能力、プレゼンテーション能力も身につきます。
【就職先企業・職種】製薬・食品・化学系企業の研究、技術職
た修飾や、マグネシウム、亜鉛などのイオンとの結合・解離による分子構造や構造の揺らぎ具合の変化がスイッチとなって、他の分子と相互作用することで伝達されています。私たちは、カルシウムを結合するタンパク質やリン酸化されるタンパク質に焦点を絞り、それらの構造と機能を NMR で研究しています。

研究内容
（１）
安定同位体標識技術の開発

NMR（核磁気共鳴分光法）で測定するタンパク質は、見たい部位の炭素が13C、
窒素が15N という安定同位体で標識されていることが必要です。このような特殊なタンパク質試料は、通常、遺伝子組み換え大腸菌を使って調製されます。類似の手法として、私たちは、これまで無かった植物培養細胞を利用する安定同位体
標識タンパク質調製技術を開発しています。大腸菌よりも高等な植物細胞は、大腸菌では調製が困難な複雑な構造のタンパク質を調製する潜在能力を持っています。私たちはこれまでに、このオリジナル技術を使って試料タンパク質を13C や
15N で均一標識することや、バリン、ロイシンなどのメチル基を有するアミノ酸残基だけを特異的に安定同位体標識することに成功しています。今後は、この標
識技術のさらなる高度化に取り組んでいきます。

図．気孔を増やすストマジェン
の立体構造。

（２）
ジスルフィド結合を有するタンパク質

ジスルフィド（SS）結合を有するタンパク質を大腸菌の系で調製することは困難です。私たちは、植物培養細胞を利用して SS 結合を有するタンパク質を調製し、それらの構造と機能をNMRで研究しています。幾つかの成果の例を以下に紹介します。
ストマジェンは分子内に3組の SS 結合を持つペプチドホルモンで、植物の気孔の数を増やす働きをします。大腸菌ではストマジェンを大量に調製することが困難でしたが、植物培養細胞での調製に成功しました。安定同位体標識されたストマジェ
ンを調製し、その立体構造を NMR で解明しました。その結果、ストマジェンや類縁タンパク質の特異な機能と構造との関連が明らかになりました。今では、気孔の数を増やしたり減らしたりするペプチドを設計・調製し、実際にその効果を確認することが出来るようになっています。将来、植物の光合成量や成長を人為的に自在に操ることが可能になれば、環境改善や食料問題の解決に貢献できるはずです。
分子内に4組の SS 結合を持つ ESF は、植物の種子が出来るごく初期の段階でのみ発現するペプチドとして発見されました。ESF が働かなくなると、種子の大きさや形が不揃いになります。私たちは、ESF を植物培養細胞で調製することに成功し、その立体構造を NMR で決定しました。この結果、ESF 分子表面の特別な並びをした
トリプトファン残基の側鎖がその機能に必須であることが明らかになりました。大
きな種子を収穫したり、種のないフルーツを簡単に作れる日が来るかも知れません。
他にも、昆虫や爬虫類の毒ペプチドや抗菌作用を持つディフェンシンなど、SS 結合を持つタンパク質は数多く存在します。これらについても構造と機能の関係を研究しています。このような生理活性を持つ生体分子についての研究は、生命現象を深く理解するだけにとどまらず、その成果が新薬開発の大きな助けとなります。

主な研究業績
1. L.M.Costa, E.Marshall, M.Tesfaye, K.A.T.Silverstein, M.Mori, Y.
Umetsu, S.L.Otterbach, R.Papareddy, H.G.Dickinson, K.Boutiller,
K.A.VandenBosch, S.Ohki & J.F.Gutierrez-Marcos. (2014) “Central
Cell-Derived Peptides Regulate Early Embryo Patterning in Flowering Plants” Science 344, 168-172.
2. S.Zhu, S.Peigneur, B.Gao, Y.Umetsu, S.Ohki & J.Tytgat. (2014)“Experimental Conversion of a Defensin into a Neurotoxin: Implications for Origin of Toxic Function” Mol. Biol. Evol. 31(3), 546559.
3. S. Ohki, M. Takeuchi & M. Mori. (2011) “The NMR structure ofstomagen reveals the basis of stomatal density regulation by plant
peptide hormones” Nature Communications 2, Article number:
512 doi:10.1038/ncomms1520

使用装置
Bruker AVANCE III 800MHz-NMR 装置（1H/13C/15N 三重共鳴クライオプローブ付き）（３）
シグナルを伝達するタンパク質

生体内では、タンパク質、脂質、遺伝子など多くの分子の協奏によってさまざまなシグナルが行き交っています。これらのシグナルは、メチル化、アセチル化といっ研究室の指導方針

図．1H-13C の相関をみる２次元 NMR（HSQC）スペクトルのメチ
ル基領域の拡大図。タンパク質全体が13C で安定同位体標識されている試料（左）とバリン・ロイシンのみが標識されている試料（右）。

［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/nmcenter/labs/s-ohki-www/contents/Ohki_Lab.html

将来全く別の研究・技術の領域に飛び込んだとしても十分活躍していけるような基礎的素養を持った人材を育成したいと思います。
毎日楽しみながら、こつこつと努力し、粘り強く研究に取り組みましょう。失敗でも成功でも、取得した生の実験データを見ながら議論することに重きをおきます。データの解析や考察、次の実験についての提案など、新しいアイデアを出し合うことを日頃から繰り返していきながら、論理的な思考方法を身につけましょう。また、3ヶ月に1度程度は研究室のゼミで詳細な研究経過を口頭で発表する機会があります。

1

バイオ機能医工学研究領域

OHKI Laboratory

教授：大島 義文

大島研究室［キーワード］オペランド観察、新計測技術、データ科学（OSHIMA Yoshifumi）
E-mail：oshima@ jaist.ac.jp［研究分野］電子顕微鏡、表面界面物性、ナノ物質

電子顕微鏡とデータ科学の融合による新奇ナノ物性の探索研究を始めるのに必要な知識・能力
研究は、新しい何かを発見することです。そのなかでいちばん重要なのは「あきらめない」という強い気持ちです。能力としては、数学と物理の基礎知識を持っていることが望ましいです。

この研究で身につく能力［基 礎］：実験・学習・議論をとおして、固体物理学に対する深い理解が身につきます。
［技 術］：電子顕微鏡、真空装置、3D-CAD ソフトの使い方を学びます。また、Python プログラミングによるデータ解析を学びます。いずれも基礎から始めることができます。
［その他］：定期ミーティングでの発表をとおして、自分の研究を他者に分かりやすく伝えるスキルを学びます。

【就職先企業・職種】電気・材料メーカー、材料分析会社、大学の技術職員など

データ科学による原子配列の解析

研究内容

原子の正常な位置からのずれ（原子変位）
を測定しました3。従来の方法では、変位量が小刻みに変化して見えます（図2b）。これは原子変位の情報ではなく、解析のじゃまをするノイズ成分です。
そこで、データ科学手法のガウス過程回帰を用いることで、原子変位の情報を抽出することに成功しました（図2c）。測定可能な最小の原子変位は0.7 pm（ピコメートル、1兆分の1メートル）
ときわ
めて小さく、材料のなかで生じる2.4 pm の原子変位を検出することに成功しました。

本研究室では、ナノ材料がしめす新しい現象を探索しています。
そのために、次のような研究に励んでいます。
✔ 電子顕微鏡によるナノ～原子スケールでの材料観察✔ 材料の力や電気化学特性を測定できる新しい装置の開発✔ データ科学の応用によって電子顕微鏡像から重要な情報を抽出
具体的な研究例を以下に示します。

よく伸びる白金原子の鎖状物質

電子顕微鏡のなかで材料を動かしながら、材料の電気伝導度、剛性、原子のならびを同時に測定できる特殊な試料ホルダーを自作しました1。このホルダーを用いて、幅が原子1個、長さが原子2〜5個の白金鎖状物質の特性を調べました（図1）2。生活のなかで目にするふつうの白金は、原子が3次元的に結合しており、わずか数％しか伸びません。しかし、鎖状物質はもとの状態から +24％
まで伸びました。1次元の単原子鎖にすることで、白金の結合特性が大きく変わることを発見しました。

図2（a）金ナノロッドの電子顕微鏡像。奥行き方向にならぶ金原子の列が明るい点として見えています。
（b）従来手法で測定した原子変位と（c）データ科学で処理した原子変位。原子が正常な位置から左にずれるほど暗い青色、右にずれるほど明るい黄色で示されます。

主な研究業績
1. J. Zhang, et al., Nanotechnology 31 (2020) 205706
2. J. Zhang, et al., Nano letters 21 (2021) 3922
3. K. Aso, et al., ACS Nano 15 (2021) 12077

使用装置

図1（a）実験の模式図。試料を保持するための装置（試料ホルダー）は研究室で独自に開発しました。白金原子鎖の（b）コンダクタンス、（c）剛性が測定できました。
（d）電子顕微鏡像。白金は暗く見えています。A と B において、左右の白金を橋渡ししているのが単原子鎖です。

研究室の指導方針✔ 超高真空透過型電子顕微鏡✔ 高度な物性測定をおこなうための電子顕微鏡ホルダー✔ 3D-CAD やデータ解析がおこなえるワークステーション PC［研究室HP］URL：https://www.jaist-oshima-labo.com/english/

研究室ミーティングを毎週おこなっています。担当の学生が、研究の進捗状況や、興味をもった論文について紹介し、みんなでディスカッションします。担当の頻度はおよそ3週間に1回です。固体物理を学ぶための読書会もあります。学生のあいだでの学びあい・
教えあいや、ディスカッションを推奨しています。コミュニケーション能力を高めるために、国内外の学会で発表することも推奨
しています。博士学生は、自らの研究に集中して科学雑誌に論文を投稿できるよう、最大限サポートします。

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ナノマテリアル・デバイス研究領域

OSHIMA Laboratory

教授：大平 圭介

大平研究室［研究分野］太陽電池、半導体工学、薄膜形成（OHDAIRA Keisuke）
E-mail：ohdaira@ jaist.ac.jp［キーワード］結晶化、パッシベーション、モジュール耐久性

新しいプロセス技術を駆使してシリコン系次世代太陽電池を開発しよう
研究を始めるのに必要な知識・能力
学部もしくは高専で習う固体物理、半導体の基礎知識がある方が望ましい。
地球環境問題、エネルギー問題への関心は研究を進める原動力となる。

この研究で身につく能力
各学生の研究テーマを遂行することで、真空装置の取扱いの他、薄膜形成およびその物性評価技術、デバイス作製・評価技術が身につきます。
また、データの解析や日々のディスカッション、ゼミ活動などを通じて、特に半導体や太陽電池に関する基礎学力を習得できます。さらに、学生の自主性を重んじる研究室の方針から、いわゆる「指示待ち人間」にならない、問題解決能力の高い人間に成長できます。国内・国際学会での発表や、展示会でのブース展示などを通して、プレゼンテーション能力や、英語も含めたコミュニケーション能力も鍛えられます。

【就職先企業・職種】大学研究教育職、企業研究職（電機、精密機器メーカー）など
封止材由来の各種劣化が発生し、モジュールを廃棄する際の部材分
別やリサイクルも困難です。この問題を解決するため、封止材を用いない新概念モジュールの開発にも取り組んでいます。

研究内容
地球上に豊富に存在するシリコンを用いた太陽電池は、現在でも市場の大部分を占めており、また今後も、太陽光発電技術の主役であり続けることが期待されています。一方で、さらなる低コスト化、高効率化、長寿命化が求められており、より一層の技術的なブレークス
ルーが必要です。当研究室では、以下の新技術に着目し、シリコン系
高性能太陽電池実現のための基盤技術の確立を目指します。

1. 瞬間熱処理による太陽電池用多結晶シリコン薄膜形成

キセノンランプにおけるミリ秒台の瞬間放電を利用したフラッシュ
ランプアニール (FLA) は、数十 J/㎠という、瞬間的には地上における太陽光の数万倍の強度のパルス光を照射できます。当研究室では、この手法を、安価なガラス基板上への多結晶シリコン薄膜の形成に応用する検討を行っています。非晶質シリコン膜をガラス基板上に形成し、一度の FLA 光照射を行うだけで、膜厚4 µm 以上の多結晶シリコ
ン膜が形成できます。水素を含有した非晶質シリコン膜を前駆体に用いると、結晶化後も膜内に多量の水素原子が残留し、シリコンの未結合手が終端されるため、低欠陥の多結晶シリコン膜が形成でき、高効率薄膜太陽電池用材料としての利用が期待されます。この FLA による非晶質シリコン膜の結晶化の現象解明および制御と、形成される多結晶シリコン薄膜の太陽電池応用について研究を行っています。

FLA 装置の発光の様子（左）と Cat-CVD 装置の触媒体（右）

主な研究業績
1. K. Ohdaira, M. Akitomi, Y. Chiba, and A. Masuda, Potential-induced degradation of n-type front-emitter crystalline silicon photovoltaic modules — comparison between indoor and outdoor test
results, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 249, 112038 (2023).
2. H. T. C. Tu and K. Ohdaira, Long term stability of low temperaturedeposited Cat-CVD SiNx thin film against damp-heat stress, Jpn.
J. Appl. Phys. 63, 01SP25 (2024).
3. Z. Wang, H. T. C. Tu, and K. Ohdaira, Crystallization of catalytic
CVD hydrogenated n-a-Si films on textured glass substrates byflash lamp annealing, Jpn. J. Appl. Phys. 61, SB1019 (2022).

2. 触媒化学気相堆積 (Cat-CVD) の太陽電池応用

加熱触媒体線での接触分解反応により原料ガスを分解して薄膜を形成する Cat-CVD 法は、膜堆積時の基板材料への損傷を低減でき、結晶シリコン表面でのキャリアの再結合を大幅に抑制可能な高品質パッシベーション膜を形成できます。触媒分解により生成するラジカルを用いた Cat ドーピングとともに、高効率バルク結晶シリコン太陽電池への応用を目指しています。

3. 結晶シリコン太陽電池モジュールの耐久性と新構造開発

使用装置

多数のモジュールが直列に接続される大規模太陽光発電所などで、モジュールのフレームとセルの間にかかる高電圧が原因で発電特性が低下する、
いわゆる電圧誘起劣化 (PID) の問題が顕在化しています。
当研究室では、結晶シリコン太陽電池モジュールの PID の機構を解明し、抑止技術を開発する研究を行っています。また、現行の太陽電池モジュールは、各部材が封止材で固められています。そのため、研究室の指導方針

フラッシュランプアニール装置
触媒化学気相堆積 (Cat-CVD) 装置
太陽電池特性評価装置
太陽電池モジュール作製および信頼性評価装置
各種薄膜物性評価装置［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/ohdaira/home

研究活動は自主性を重んじる方針で、学生自身の発想が研究に活かせます。毎朝一度、研究室メンバー全員が集まるミーティングを行い、その日の各自の活動を報告します。ミーティングでは、簡単な研究の相談もでき、メンバー間のコミュニケーションも十分行えるシステムです。当番の学生が文献紹介を行う勉強会では、細部にわたる質問への回答が求められ、しっかりとした基礎学
力が身につきます。学術会議などでの外部発表は、積極的に行います。また、博士前期課程期間中に、英語の論文を執筆し投稿できるよう指導します。

3

サスティナブルイノベーション研究領域

OHDAIRA Laboratory

教授：栗澤 元一

栗澤研究室［キーワード］生体内分解性高分子、ナノ粒子、緑茶カテキン、インジェ
クタブルゲル、薬物徐放・ターゲッテイング、細胞治療（KURISAWA Motoichi）
E-mail：kurisawa@ jaist.ac.jp［研究分野］バイオマテリアル、ドラッグデリバリーシステム(DDS)、ナノメディシン、再生医療

機能性バイオマテリアルで難治性疾患を治療する研究を始めるのに必要な知識・能力
高分子化学の基礎知識があれば、問題なく研究を始めることができますが、入学前に特別な知識・能力がなくても大学や企業で活躍出来るように本気で指導します。要は日々の研究活動に対する心構え次第で、いくらでも成長できます。そのためには自他共栄の精神を研究スタッ
フ・学生と共有できる研究室づくりが大切だと考えています。

この研究で身につく能力
栗澤研究室では、ナノ粒子やゲルの設計・合成、キャラクタリゼーションを行い、細胞実験や動物実験によって、目的とする機能が十分であるのか否かを評価します。幅広い領域を学ぶので、種々の測定装置や実験手法の基礎を身につけることができます。動物実験を完了するころには、緻密な実験計画を立てる能力、討論・プレゼンテーション能力を習得することができます。研究目的を達成することに邁進することは大事なのですが、フェアに実験結果を評価できる能力を習得できるように指導します。

【就職先企業・職種】大学教員、博士研究員、特許審査官、化学企業、製薬企業
導する事は困難でありましたが、高分子—フェノールコンジュゲー
トと酵素溶液の同時注入により、コンジュゲート中のフェノールの酸化カップリングを誘導し、生体内で安全にゲル化させるプ
ラットホームテクノロジーを開発しています（図2）。この手法によって、生体内で薬物及び細胞をゲル内に固定し、長期間に及ぶ薬物徐放及び細胞増殖・分化の制御が可能となることから、様々な疾患に対して新たな治療法を DDS 及び再生医療分
図2 インジェクタブルゲル・システム
野において確立されることが期による医療応用
待されます。

研究内容
当研究室では、高分子科学、生体材料、ドラッグデリバリーシ
ステム
（DDS）
、再生医療などの学問領域を基盤とし、難治性疾患を治療可能とする機能性生体材料を開発します。昨今、遺伝子治療や再生医療などを含む先端医療が実施され、これまでに治療不可能とされてきた疾患に新しい治療法が切り拓かれてきています。
このような先端医療を支える生体材料に関する研究は、難治性疾患を将来的に治療可能とする医療技術開発において益々重要な役
割を果たすものと考えられます。シンガポール、韓国、米国をはじめとする海外研究機関との共同研究を展開しており、臨床応用
及び産業化を目指した研究開発を推進します。

［緑茶カテキン・ナノ粒子を用いたドラックデリバリーシステム］
栗澤研究室では、タンパク質・抗体・低分子・核酸などの性質の異なる医薬品の内包を可能とする緑茶カテキン誘導体を薬物キャリアとしたナノ粒子の開発によって、癌をはじめとする難治性疾患の治療を目指したドラッグデリバリーシステム（DDS）の研究を
展開します
（図1）
。 緑茶カテキ
ン・ナノ粒子は、薬物を疾患部に送達することを主な目的とした従来の DDS 製剤とは異なる
設計指針によって開発されています。疾患部への送達に加えて、
薬物キャリアの主成分である緑
茶カテキンが抗癌活性を有するために、薬物と緑茶カテキンのそれぞれの抗癌活性に基づくシナジー効果によって、抗腫瘍効 図1 緑茶カテキン・ナノ粒子による疾患治療
果を増幅することを特徴としています。

主な研究業績
1. N. Yongvongsoontorn, J. E. Chung, S. J. Gao, K. H. Bae, M. H.
Tan, J. Y. Ying, M. Kurisawa, Carrier-enhanced anticancer efficacy
of sunitinib-loaded green tea-based micellar nanocomplex beyond tumor-targeted delivery, ACS Nano 13, 7591-7602 (2019).
2. K. Liang, J. E. Chung, S. J. Gao, N. Yongvongsoontorn, M. Kurisawa, Highly augmented drug loading and stability of micellar
nanocomplexes comprised of doxorubicin and poly(ethylene glycol)-green tea catechin conjugate for cancer therapy, Adv. Mater.
30, 1706963 (2018).
3. J. E. Chung et al. Self-assembled nanocomplexes comprisinggreen tea catechin derivatives and protein drugs for cancer therapy, Nature Nanotechnol. 9, 907-912 (2014).

［インジェクタブルゲルによるヘルスケアへの貢献］

使用装置

生体内での安全なハイドロゲル形成を可能とするインジェクタブ
ルゲルシステムの開発及びその生体機能性材料としての応用研究を展開します。従来、注射によって生体内で安全に化学架橋を誘

紫外可視分光光度計、NMR、動的光散乱測定装置、HPLC、レオメー
ター、電子顕微鏡、細胞培養装置、動物実験関連機器

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://kurisawa-lab.labby.jp/

学生に寄り添うスタイルで研究室を運営することをモットーとします。研究のディスカッションや勉強会・雑誌会はできる限り、頻繁に行い、学生の研究能力の向上に努めます。当然ながら、レベルの高い研究成果を多く創出することは重要ではありますが、学生には先ず、自身が携わっている学問や研究が開拓しうる将来の社会を楽しく想像しながら研究することを提案します。応用研究を遂行する際には、社会貢献の可能性について、学生と十分に議論し、将来に学生が社会でリーダとして活躍するべく力を養う機会にします。また、学生であっても情報受信だけではなく、情報発信ができるよう指導いたします。学生の興味や個性をよく把握し、学生の能力を伸ばします。研究室内では常に世界の最先端の研究を意識しつつ、研究室もその舞台の中であり、世界に向けて発信したいと強く学生が意識する雰囲気を創ります。
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物質化学フロンティア研究領域

KURISAWA Laboratory物質化学フロンティア研究領域

GOTOH Laboratory

教授：後藤 和馬

後藤研究室

［キーワード］核磁気共鳴（NMR）、炭素材料、二次電池（リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、次世代電池）、その場分析（GOTOH Kazuma）
E-mail：kgotoh@  jaist.ac.jp［研究分野］物理化学、無機材料化学

み

電磁波と原子核でナノ空間を視て、制御する研究を始めるのに必要な知識・能力
化学の基礎知識があれば研究をすみやかに始められますが、必要なことは学ぶという意欲さえあれば知識の有無は問題ありません。研究を通して自分の成長（能力的＆人間的）を望み、新しいことに取り組む意思があれば大丈夫です。

この研究で身につく能力
ものづくりに始まり、測定機器による分析、得られた実験結果・測定結果の考察までを行うので、無機材料を中心とした材料合成の実験技術、電池作
製および評価の技術、NMR をはじめとする各種機器分析の技術など幅広い技術が身につきます。また、研究室でのセミナーや学会発表、海外研究グルー
プとの国際交流を通してプレゼンテーション能力、英語力なども磨かれます。しかし一番大事なことは、得られた実験・測定結果から「物質の中で何が起きているか」を総合的にとらえ考察する能力や、課題を解決し研究をまとめるための論理的な思考力など、AI にとって代わられることのない「人間」としての考える力であり、これを特に重視しています。社会に出て長くずっと第一線で活躍できる能力を持った人になってもらいたいと考えています。
【就職先企業・職種】化学・材料メーカー、電機・電池・自動車および関連メーカー、分析機器メーカー、公設試験研究機関、教員

研究内容
ナノサイズの空間や表面などの構造、およびミクロな環境を解明することをテーマとして、細孔物質（物質の中に多数の小さな穴＝細孔をもった固体材料）の内部空間や、黒鉛などの層状化合物の層間に吸蔵された分子やイオンの状態、動的挙動、内部空間の表面状態などを、核磁気共鳴（NMR）法を中心に様々な方法で研究しています。内部空間への分子やイオンの導入（インターカレーション）
は電池電極反応とも密接な関連があることから、特にリチウムイオン
電池、ナトリウムイオン電池や今後実用化が期待される次世代電池など、各種二次電池の電極材料の研究を積極的に進めています。

【固体 NMR 開発と二次電池電極の状態分析】*)
1.
電池のリアルタイム NMR 解析（左上），金属リチウム析出イメージ
（右上）
1.*)
非晶質炭素の充電、過充電挙動モデル（下）
K.Gotoh et al., Carbon (2014).

・固体材料についての NMR は、固体物質中の局所構造やダイナミ
クスの解析に極めて有効な分析手法です。特にナノ空間の構造や環境を調べる際には、吸着された物質中の原子やイオンを
「プ
ローブ
（探針）
」
として利用し直接的に内部環境を調べることができます。よって、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池
ではそれぞれリチウム、ナトリウムの NMR 共鳴信号を解析する
ことで、電池内部の微小な状態変化を検出できます。軽元素であるリチウムやナトリウムは電子顕微鏡や X 線分光など他の分析手段では直接観測が非常に難しいため、NMR でリチウムやナトリウムなど電荷を担持する重要な核種の状態を観測すること
が、イオンの吸脱着メカニズム、すなわち電池の充放電メカニ
ズムの解明に大きく役立ちます。
・最新のリチウムイオン電池や次世代電池であるナトリウムイオン電池、全固体電池などの電極内に吸蔵されたリチウム、ナト
リウムの状態を解明しています。充放電により刻々と変化する
内部環境をリアルタイムで観測するためには、電池の「その場観
測（オペランド解析）」が必須となるため、電池観測のための高感度オペランド NMR 法の開発を積極的に進めています。本手法により電池が過充電された際の金属析出メカニズムも解明できるため、安全性評価にも貢献できます。
・充放電メカニズムの解析から、新たな材料の設計指針を立て、それに基づいた負極材料の開発を行っています。炭素材料は以前か
ら負極に用いられてきましたが、次世代電池用電極材料としても期待できることから、新たな炭素材料の開発を進めています。

研究室の指導方針

主な研究業績
1. Mechanisms for overcharging of carbon electrodes in lithium-ion/
sodium-ion batteries analysed by operando solid-state NMR. K. Gotoh*，T. Yamakami，I. Nishimura，H. Kometani，H. Ando，K. Hashi，T. Shimizu and H. Ishida，J. Mater. Chem. A 8，14472（2020）.
2. Correlation of carbonization condition with metallic property of
sodium clusters formed in hard carbon studied using 23Na nuclear
magnetic resonance. R. Morita，K. Gotoh*，K. Kubota，S. Komaba，
K. Hashi，T. Shimizu and H. Ishida，Carbon 145，712（2019）.
3. Combination of solid state NMR and DFT calculation to elucidate
the state of sodium in hard carbon electrodes. R. Morita，K. Gotoh*，M. Fukunishi，K. Kubota，S. Komaba，T. Yumura，N. Nishimura，K. Deguchi，S. Ohki，T. Shimizu and H. Ishida，J. Mater. Chem.
A 4，13183（2016）.

使用装置
Bruker AVANCE Ⅲ 500MHz-NMR（固体高分解能プローブ，オ
ペランド用特殊プローブ付）
X 線回折，X 線光電子分光（XPS），熱分析，電子顕微鏡，ガス吸脱着装置，電気化学測定装置（充放電試験装置、サイクリックボル
タンメトリー），電池作製設備（グローブボックス等）［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/nmcenter/labs/gotoh-www/

社会人としてどのような分野でも力を発揮できる基礎力と、専門家として活躍できる知識経験の、両方を持った人になってもらうことを目的として指導します。定期的な研究室でのセミナーや報告会がありますが、実験については装置の都合により個々のスケジュールがかなり異なってくるので、自分自身で研究計画を立案し、実行してもらうことになります。国内外の学会での発表のほか、海外研究グループや企業と進めている多彩な共同研究にも積極的に参加してもらい、国際的な幅広い視野を持てる機会を提供した
いと考えています。

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サスティナブルイノベーション研究領域

KOYANO Laboratory

教授：小矢野 幹夫

小矢野研究室［キーワード］物理・実験系、低次元伝導体、熱電変換の物理、熱電材料、エネルギーの有効利用、エネルギーハーベスティング（KOYANO Mikio）
E-mail：koyano@ jaist.ac.jp［研究分野］固体物性、熱電変換

エネルギー変換の最先端―未利用廃熱の高効率回収―研究を始めるのに必要な知識・能力
物理の実験系の研究室ですが、出身分野にはこだわりません。今までにも物理系、電子・電気系、機械系、化学系の学生が本研究室に来て活躍しています。JAIST に入学してから、応用物性数学、量子力学、固体物理学など自然科学系の講義を受講してもらうことをお願いしています。

この研究で身につく能力
物理系のみならず多様な分野から来た学生が、総合的な科学技術としての熱電変換の研究を行うことにより、修了後に企業や研究機関で社会に貢献することを目指しています。私たちの研究室で身につけられる能力は、具体的には以下のとおりです。
(1) 実際に手を動かしてものを作る面白さを知ること。
(2) 先端的な実験機器を用いた物理研究と実験手法の習得。
(3) 物理的または科学的な考え方の習得、ものごとを定量的に捉える力の獲得。
(4) プレゼンテーション能力、科学的な論文（主として日本語）の作成の方法。
【就職先企業・職種】製造業ほか
最近、私たちはテトラヘドライトと呼ばれる熱電鉱物 Cu12Sb4S13が、実用化されている材料と比べても遜色ない性能を示すことを発見しました。この材料は母体のままでも良好な熱電性能を示しますが、さらに、Cu サイトを
Ni で置換することにより熱電性能を約1.4倍向上させることに成功しました。
これ以外にも、多様な硫化物の低次元伝導体や、熱電材料と磁性体のハイブリッド材料の合成・開発を行い、その基礎物性や熱電性能を調査しています。

研究内容
ゼーベック効果やペルチェ効果などを利用した『熱電変換技術』を使うと、熱エネルギーと電気エネルギーの相互変換が出来るため、廃熱から直接発電を行う『熱電発電』が可能となります。私たちの研究室では、【はかる】【つくる】【さがす】という３本の柱で熱電変換に関する研究を行っています。

【はかる】微小スケールの熱電性能の測定「はかる」とは熱電材料の特性をはかるための評価手法の開発という意味です。近年、微細な構造を持った新規熱電素子が開発されていますが、シ
ステム自体が小さく測定が難しいため、新しい評価手法の開発が望まれています。
私たちの研究室では、3ω法（スリーオメガ法）と呼ばれる熱伝導率測定
法を改良して、Bi-Te 系熱電ナノ粒子凝集体の熱伝導率を測定することに成功しました。さらにこの3ω法を改良することにより、遷移金属トリカ
ルコゲナイドナノワイヤーの熱伝導率測定にもチャレンジしています。またポイントコンタクト型局所熱電性能測定法も開発しており、将来的にはグラフェンやポストグラフェンなど先端材料のフォノン物性を解明することを目指しています。

テトラヘドライト

ポストグラフェン材料

主な研究業績
1. Development of thermal conductivity measurement system using
the 3ω method and application to thermoelectric particles, S.
Nishino, K. Suekuni, K. Ohdaira, and M. Koyano, Journal of Electronic Materials (2014), DOI: 10.1007/s11664-014-2993-9.
2. High-performance thermoelectric mineral Cu12-xNixSb4S13 tetrahedrite, K. Suekuni, K. Tsuruta, M. Kunii, H. Nishiate, E. Nishibori,
S. Maki, M. Ohta, A. Yamamoto, and M. Koyano, Journal of Applied Physics 113, 043712 (2013)
3. 廃熱も電気に変える熱電発電，小矢野幹夫，Ohm Bulletin, 2014
年 VOL.49 冬号（通巻200号）
pp. 02.
http://www.ohmsha.co.jp/bulletin/pdf/200_ohmbulletin.pdf【つくる】インクジェット技術を用いた新規熱電モジュールの開発

実際に熱電発電を行うためには、Bi-Te 系熱電素子を多数配列させた熱電モジュールを作製しなければなりません。われわれは、LCD 用カラーフィルターの製造に利用されているインクジェット技術を熱電モジュール作製に応用するという、新たな製造プロセスの開発を行いました。
インクジェット印刷を用いることにより、従来作製が難しかった微小サ
イズモジュールや、ポリイミドをはじめとするフレキシブルな基板を用いたモジュールの試作に成功しました。今後は、焼成後の素子の密度と粒子配向性の向上といった課題を解決し、既存の分野およびエネルギーハーベ
スティングなど新しい分野への応用展開を図ることを予定しています。

使用装置【さがす】新しい熱電変換材料の創製

現在実用化されている熱電材料（Bi-Te 系材料）は、構成元素の Te が希少・高価であるという問題を抱えています。この問題を解決するため、私たちはTe の代替元素として硫黄（S）を用いた化合物、すなわち新しい硫化物熱電材料の開発を行っています。

研究室の指導方針

硫化物熱電材料

物理特性測定装置 PPMS
（熱電性能、電気伝導の測定）
ラマン散乱分光装置（固体中の素励起のエネルギー分析）
管状電気炉・マッフル炉（無機材料の合成）
ホットプレス装置（粉体試料の加圧焼結・配向制御）［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/kotai/koyano/index.html『多様な物性に多様な価値観で挑む』
をモットーに、今まで誰も知らなかった新しい現象を発見したり、新規材料を創製することを目指しています。
小矢野研は『エネルギーに興味がある人』『無機材料を自分で作ってみたい人』『科学や物理が好きな人』を歓迎します！

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ナノマテリアル・デバイス研究領域

SUZUKI Laboratory

教授：鈴木 寿一

鈴木研究室

［キーワード］化合物半導体デバイス、異種材料融合技術、超高速デバイ
ス、省エネルギーデバイス、デバイス計測技術（SUZUKI Toshi-kazu）
E-mail：tosikazu@ jaist.ac.jp［研究分野］化合物半導体エレクトロニクス

エレクトロニクスの機能的多様化を目指す
化合物半導体デバイス技術研究を始めるのに必要な知識・能力
必要な知識・能力ということではありませんが、ものごとの本質を理解したいという意欲、数学や物理学の基礎力とそれを支える論理性は、研究を進める際に重要であると考えています。

この研究で身につく能力
化合物半導体電子デバイスの作製技術および測定解析技術を身につけながら、デバイス内の電子の挙動を物理的に考察して理解することができるようになると思います。こうした能力は、将来エレクトロニクスの広い分野で活躍するための素地となると考えています。また、産学連携を通じて産業界の問題意識を感じてもらうことも期待しています。さらに、日本語および英語によるプレゼンテーション能力の向上も目指します。

【就職先企業・職種】総合電機、半導体・電子部品、半導体製造装置、通信機器、輸​送​機​器、自​動​車
物半導体デバイス技術とそれらの異種材料融合技術の研究を進めながら、デバイ
ス動作を深く理解するためのデバイス計測技術も開拓しています。

研究内容＜エレクトロニクスの機能的多様化に向けて＞

現在のディジタルエレクトロニクスの主役である Si デバイスは、微細化による性能向上を続けてきました。しかし、こうした「More Moore」の軸に沿った進歩の限界が意識されるようになっています。今後のエレクトロニクスの発展のためには、「More than Moore」の視点に基づく機能的多様化が必要であり、それに向けて重要な役割を果たすのが化合物半導体デバイスです。

化合物半導体高速トランジスタ＜化合物半導体とは ? ＞

III-V 族を中心とした化合物半導体は多彩な材料系であり、これまでも Si では
不可能な様々な機能を有するデバイスに応用されてきました。特に、高い電子移動度と高い電子飽和速度を有する化合物半導体は高速電子デバイス応用に、
また、直接遷移型の化合物半導体は光デバイス応用に好適であるため、化合物
半導体を用いたデバイスは、高速アナログ・ミックスドシグナルエレクトロニ
クス、光エレクトロニクス分野で利用されてきました。これまで、GaAs 基板
上格子整合材料が化合物半導体の第一世代として、InP 基板上格子整合材料が第二世代として大きな役割を果たしてきましたが、今後は、高 In 組成 InGaAs、
InAs、Sb 系材料などのナローギャップ化合物半導体と、GaN、AlN などのワイドギャップ化合物半導体の重要性が高まると考えられます。これらナローギャッ
プ半導体は中赤外光に対応するエネルギーギャップを、ワイドギャップ半導体
は紫外光に対応するエネルギーギャップを有しており、それぞれの波長域における光デバイス応用に重要です。また、電子有効質量は概ねエネルギーギャッ
プと比例関係にあり、ナローギャップ化合物半導体は小さい電子有効質量を有しています。電子有効質量が小さければ、高い電子移動度と高い電子飽和速度が得易いため、ナローギャップ半導体は超高速デバイス応用に有用です。ただし、高耐圧化に適したワイドギャップ半導体に対し、ナローギャップ半導体の耐圧は低く、充分なパワー性能を得ることが困難です。一方、GaN は電子有効質量が大きく、この点ではデバイス高速化に有利ではないように思われますが、大きい光学フォノンエネルギーと特有のバンド構造により、電子移動度こそ低い
ものの、高い電子飽和速度を有しているため、高速性能とパワー性能を併せ持ったデバイスへの応用が期待されます。

異種材料基板上化合物半導体デバイス 異種材料閉じ込めによる二次元電子状態

主な研究業績
1. Low-frequency noise in AlTiO/AlGaN/GaN metal-insulator-semiconductor field-effect transistors with non-gate-recessed or
partially-gate-recessed structures, D. D. Nguyen, Y. Deng, and T.
Suzuki, Semicond. Sci. Technol. 38, 095010 (2023).
2. Mechanism of low-temperature-annealed Ohmic contacts to AlGaN/GaN heterostructures: A study via formation and removal of
Ta-based Ohmic-metals, K. Uryu, S. Kiuchi, T. Sato, and T. Suzuki,
Appl. Phys. Lett. 120, 052104 (2022).
3. Electron mobility anisotropy in InAs/GaAs(001) heterostructures,
S. P. Le and T. Suzuki, Appl. Phys. Lett. 118, 182101 (2021).

使用装置＜本研究室の取り組み＞

こうした特長を有する化合物半導体を適材適所にデバイス応用することは、
エレクトロニクスの機能的多様化に向けて極めて重要です。さらに、化合物半導体と異種材料を融合集積する技術によって、より高度な機能的多様化の可能性も期待できます。こうした背景のもと、本研究室では、ナローギャップ / ワイドギャップ化合物半導体エレクトロニクスの研究に取り組んでいます。次世代の超高速デバイスや省エネルギーデバイスを目指し、ナロー / ワイドギャップ化合

研究室の指導方針

デバイスの周波数応答特性

分子線エピタキシー装置
電子線・紫外線リソグラフィー装置
パラメータアナライザ
ネットワークアナライザ
ダイナミックシグナルアナライザ［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/nmcenter/labs/suzuki-www/

・理学の心で工学を。ものごとの本質を理解することを大切にします。
・少しづつであっても、自分でよく考え、納得しながら前進することが重要であると考えています。
・学生と教員がよき共同研究者となり、お互いに成長することを目指します。
・毎週行う研究報告会・日本語輪講・英語輪講を通じ、エレクトロニクス分野で活躍するための基礎を固めます。

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TAKAGI Laboratory

教授：高木 昌宏

高木研究室

［キーワード］ソフトマター物理 合成生物学 膜ダイナミクス 細胞信号伝達※新規の学生受入は行っていません（TAKAGI Masahiro）
E-mail：takagi@ jaist.ac.jp［研究分野］生物機能 生物物理 バイオテクノロジー シミュレーション

生体環境ダイナミクスを探る、操る、創る研究を始めるのに必要な知識・能力
特に必要な知識・能力はありません。生物、物理、化学の境界領域で研究を行っています。入学後、基礎から親切に指導しますので、現時点での知識、能力は特に問いません。

この研究で身につく能力
生命活動に代表される複雑な現象を、分子レベルで理解するためには、生物に対する強い関心と、物理、化学の基礎的な知識が必要です。
私どもの研究室では、以下の能力を身につけてもらいたいと思い活動を行っています。
（1）
分子間の相互作用や自己組織化に関する現象を、基本的な化学・物理の法則に基づいて研究・解明する能力（2）
分子レベルから組織・個体への階層性を意識しつつ生命現象を理解する能力（3）与えられた条件を基に、研究の方向性を決められる能力（4）
研究成果を魅力的に一般人にも分かり易く伝える事ができる能力【就職先企業・職種】大学教員、国家、地方公務員（研究機関研究員）、化学、食品、化粧品、医薬品、精密機械関連研究職等を計算し、相分離や膜形状の理解を進めています。実験が困難な非対称荷電脂質膜での相分離の挙動も計算により明らかにしました。
分子動力学シミュレーションではリン脂質を粗視化することで計算コストを減らし大規模計算を行う
手法を用いています。実験では観察できなかった、荷電脂質による膜形状の安定化機構もシミュレーションを用いることで明らかにすることができました。
シミュレーションにより、脂質膜の相挙動・変形を理解するだけでなく、ゲスト分子などとの相互作用を明らかにすることも視野に入れて研究を進め
図．人工細胞膜上で観察される相分離ています。
構造の顕微鏡像（白線の長さは10μm)

研究内容
細胞膜は、単に細胞内外を区別するだけでなく、痛み、睡眠、興奮、鎮静など、さまざまな生理的な応答に関わると言われています。
その細胞膜には、流動性の異なるドメイン構造（脂質ラフト）が存在し、生命活動に重要な役割を果たしていると考えられています。
我々の研究室では、分子を自己組織化させて作成した人工細胞膜（細胞サイズリポソーム）と、実際に生きている細胞（免疫細胞や神経細胞）の両方を用いた実験系、さらに数理科学を駆使しシミュレー
ションを行う理論系の両面を駆使した、生物学、化学、物理学、数理科学の境界領域における先端的な研究プロジェクトが進行中です。

▪脂質分子の電荷が引き起こす膜構造変化

生体膜は負電荷を持つ脂質を含んでおり、細胞信号伝達、イオンの流出入、膜電位等に大きな影響を与えています。しかし、脂質分子の電荷が膜構造自体にどのような影響を与えているのかは明らかになっていません。中性脂質、荷電脂質を組み合わせてリポソームを調整し、共焦点レーザー顕微鏡や蛍光顕微鏡を用いて膜表面の相状態や膜の形状の観察・解析を行っています（図）。
荷電脂質を膜組成に加えることで、中性脂質のみの組成とは大きく異なった相挙動が観察され、脂質分子の電荷が膜構造に大きな変化をもたらすことを明らかにしました。
この実験手法を、さらに局所麻酔薬、冷感・温感剤など、さまざまな生理活性物質の機能解析にも役立てています。

主な研究業績
1. N. Shimokawa, M. Nagata, M. Takagi. Physical properties of thehybrid lipid POPC on micrometer-sized domains in mixed lipid
membranes. Phys. Chem.Chem. Phys., 17, 20882-20888（2015）
2. H.Himeno, N.Shimokawa, S.Komura, D.Andelman, T.Hamada, M.
Takagi. Charge-induced phase separation in lipid membranes.
Soft Matter 10, 7959 - 7967
（2014）
3. H. T. T. Phan, T. Hata, M. Morita, T. Yoda, T. Hamada, M. C.
Vestergaard , M. Takagi. The effect of oxysterols on the interaction of Alzheimer’s amyloid beta with model membranes.
BBA-Biomembrane, 1828,2487-2495（2013）▪細胞膜ダイナミクスとシグナル伝達

ヒトは約60兆個の細胞からできており、各部位を構成する細胞の種類によって、それぞれ固有の機能をもっています。これらの機能を発揮するために、細胞にはそれぞれ特有な生体膜からなる
細胞小器官（オルガネラ）が備わっています。細胞のすべての膜系
は、リン脂質の二分子膜構造を基本としており、透過性をもつ障壁として機能すると同時に、細胞の生命維持に必須の機能をもっています。 細胞膜の飽和脂質やコレステロールが豊富な秩序相からなるミクロドメイン構造である“ラフト”に注目し、その動的構
造変化がもたらす細胞内シグナルへの影響を明らかにすることを目的としています。

使用装置
レーザー共焦点顕微鏡
蛍光顕微鏡
原子間力顕微鏡
画像解析装置細胞培養装置▪粗視化分子動力学シミュレーション

実験では観察が難しい部分を補うために、理論的なモデルや計算機シミュレーションによる解析も行っています。
理論モデルでは、熱力学的なアプローチに基づき自由エネルギー

研究室の指導方針［研究室HP］URL：http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/takagi/

メンバー間の親密な雰囲気に基づいた、きめ細かく、親切な指導を以下の3点を心がけつつ行います。
（1）
教員と院生の距離感が近く、アットホームな雰囲気を常に創り出します。
（2）
研究に関する知識・技術などの基礎能力については、早い段階からきめ細かく指導します。
（3）
実験結果を出すだけでなく、「思考力、判断力、表現力」など、社会に出て必要となる能力にも重点を置いた指導をしています。

8

YAMADA-TAKAMURA Laboratory

教授：高村 由起子

高村（由）研究室［キーワード］ナノマテリアル、二次元材料、薄膜成長、走査プローブ顕
微鏡、放射光実験

ナノマテリアル・デバイス研究領域（YAMADA-TAKAMURA Yukiko）
E-mail：yukikoyt@ jaist.ac.jp［研究分野］材料科学、材料工学、表面科学

表面・界面の理解に基づいた
ナノマテリアル開発
研究を始めるのに必要な知識・能力
我々の研究室で行っている研究に向いているのは、ナノマテリアルの表面や界面で原子が並んでいる様子を見てみたい、という好奇心が強く、とにかく実験するのが好き、という方です。

この研究で身につく能力
最先端の装置、しかも世界に一台しかないような特殊な装置、を自分で操作して一定の期間内に成果を出すことを要求されますので、自ずとそのような装置の操作に必要な慎重さと大胆さが養われます。また、数多くの実験をこなすことで、効率的な実験計画の立て方が身につくのと同時に、装置の不具合などで実験が思い通りに進まない、といった経験から、想定外の事態に対応する能力も養われます。実験で得られた結果などについて自分でまとめ、考え、理解・学習する能力だけではなく、先輩や教員と一緒に議論することによって、説明する力、
論理的に考える力が養われます。
【就職先企業・職種】電気・電子、機械、医療機器メーカーのエンジニア職、研究職

カルコゲナイド系二次元材料の研究

研究内容

セレン化ガリウム（GaSe）は、
非線形光学特性を持つ層状物
質として古くから研究されてきました。積層多形はこれまで何種類か報告されていまし
たが、我々の研究室の学生が、結晶多形を新たに発見しました。この従来とは異なる結晶構造を持つ GaSe がどんな性質を持つのか、実験と計算の両面から調べています。

現代の産業の基幹を支える薄膜材料の高品質化には、薄膜−基板
界面の高度な制御が欠かせません。特に超薄膜やナノ構造体を対象としたナノマテリアル研究では、表面・界面が全体に占める割合が高くなり、表面・界面構造が成長や機能発現に果たす役割が重要となってきます。本研究室では、新奇ナノマテリアルには表面・界面の理解と高度な制御が必要であるとの認識から、表面・界面の詳細な分析とその制御に基づいたナノマテリアル開発を目指します。より具体的には、薄膜及びナノ構造成長表面のその場観察と異種材料界面構造の解析から得られる知見を有効に成長過程に還元するために、不純物混入の少ない超高真空における薄膜成長に取り組み、電子等のプローブと検出器を導入した装置を使用します。このユニークな装置を用いた薄膜成長とその場観察、放射光施設における表面・界面構造の解析と第一原理計算
を組み合わせ、新しいナノマテリアルの創成とその構造・性質の解明に挑みます。

主な研究業績
1. First-principles study on the stability and electronic structure ofmonolayer GaSe with trigonal-antiprismatic structure, H. Nitta,
T. Yonezawa, A. Fleurence, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki,
Physical Review B 102, 235407 (2020).
2. Emergence of nearly flat bands through a kagome lattice embedded in an epitaxial two-dimensional Ge layer with a bitriangularstructure, A. Fleurence, C.-C. Lee, R. Friedlein, Y. Fukaya, S.
Yoshimoto, K. Mukai, H. Yamane, N. Kosugi, J. Yoshinobu, T. Ozaki, and Y. Yamada-Takamura, Physical Review B 102, 201102(R)(2020).
3. Van der Waals integration of silicene and hexagonal boron nitride,
F. B. Wiggers, A. Fleurence, K. Aoyagi, T. Yonezawa, Y. Yamada-Takamura, H. Feng, J. Zhuang, Y. Du, A. Y. Kovalgin and M. P.
de Jong, 2D Materials 6, 035001 (2019).

原子層厚みの究極のナノマテリアル、ケイ素版グラフェン「シリセン」の研究

シリコンウェハー上にエピタキシャル成長させた二ホウ化物薄膜表面を、光電子分光を専門とする研究室と第一原理計算を専門とする研究室と共同で詳細に調べている過程でシリセンを思いがけず発見することができました。この成果は国内外の大学や研究機関との共同研究に発展し、最近では、絶縁性の二次元材料である六方晶窒化ホウ素とシリセンを重ねることに成功しました。

二次元フラットバンドマテリアルの研究

ゲルマニウムウェハー上にエピタキシャル成長させた二ホウ化物
薄膜を詳細に調べると、上記のシリセンの場合の蜂の巣構造とは異なる二次元的な結晶構造を持つ Ge 層が形成されていました。また、
我々の理論研究から、同様の結晶構造を持つ二次元材料の電子状態に「フラットバンド」の発現が期待できることが明らかとなりました。フラットバンドは物質に強磁性や超伝導を付与することがあり、現在、実験と計算の両面から研究を進めています。

研究室の指導方針

研究室での実験風景

使用装置
超高真空走査プローブ顕微鏡、超高真空薄膜成長装置、薄膜材料
結晶性解析 X 線回折装置、X 線光電子分光装置、国内外の放射光施設、本学の超並列計算機［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/yukikoyt/groupHP/Home.html

我々の研究室では、迷ったらどんどん手を動かして、実験や計算をしてみることを学生さんに勧めています。実際にその実験や計算に従事している学生さんにしか思いつけない、新しいアイデアというのが必ずあります。アイデアとやる気とスキルがあったら、まずは、とことんやってみましょう。教員と先輩ができる限りのサポートをいたします。

9バイオ機能医工学研究領域

TAKAMURA Laboratory

教授：高村 禅高村（禅）研究室［研究分野］BioMEMS、微小流体デバイス、分析化学、バイオセンサ（TAKAMURA Yuzuru）
E-mail：takamura@ jaist.ac.jp［キーワード］血液分析チップ、一細胞解析、質量分析チップ、マイクロ元素
分析、微細加工プロセス、バイオチップ、マイクロプラズマ

ナノとバイオを融合して医療と環境の問題を解決する研究を始めるのに必要な知識・能力
私たちが扱う対象は分野融合的要素が強く、従って本研究室では様々なバックグラウンドの学生を受け入れております。生物、化学だけでなく、物理、機械、電子、制御、材料など、個人のバックグラウンドに応じたテーマを設定し、研究を進めます。

この研究で身につく能力
何かを解析するチップの研究が多いので、分析科学の要素は押し並べて身につきます。微量なサンプルを扱うので、微量な生体サンプルのハンドリング技術、生体分子と無機材料の界面の調整技術、微量な蛍光や光信号の観察・計測技術等が身につきます。また、チップを作成するには、フォトリソグラフィー等、マイクロマシンの技術が身につきます。新しい材料を使う場合は、成膜やエッチングの為のプロセス開発を行うこともあります。チップの開発では、流体の動きや熱の伝達をシミュレーションし設計することもあります。修了生は、計測機器メーカへの就職が多いですが、半導体製造機器メーカや、薬品会社へ就職する方もいらっしゃいます。
【就職先企業・職種】計測機器メーカ、電気、機械、半導体製造機器メーカ、半導体メーカ、薬品関連
ドする等、様々なことが可能になると考えられております。このためには、非常に微量なバイオマーカを簡易に測定する技術が必要です。私どもは、自己血糖測定器と同じ手間とコストで pg/mL
オーダの測定ができるチップや、質量分析チップの開発を行って
おります。

研究内容
半導体プロセスを応用して、ウエハ上に小さな流路や反応容器、分析器等を作りこみ、一つのチップの上で、血液検査等に必要な一通りの化学実験を完遂させようという微小流体デバイス、μTAS（micro total analysis systems）
や Lab on a chip と呼ばれる研究分野が急速に発展しています。これは、病気の診断、創薬、生命現象の解析に応用でき、大きな市場と新しい学術分野を開拓するものとして期待されております。また、いろいろな形状の微小流路内を、流体や大きな分子が流れるときの挙動は、ブラウン運動や界面の影響が支配的で、流体力学でも分子動力学でも扱えな
い新しい現象を含んでいます。当研究室は、このような新しい現象をベースに、ナノとバイオを融合した次世代のバイオチップ創製を目指した研究を行っています。
主なテーマを次に示します。

3）
液体電極プラズマを用いたマイクロ元素分析器の開発

中央を細くした微小な流路に液体のサンプルを導入し、高電圧を印加するとプラズマが発生します。このプラズマからの発光を分光することにより、サンプル中の元素の種類と量を簡単・高感度に測定することができます。
この原理を用いて、食物、井戸水、土壌工場廃水・廃棄物に含まれている有害な金属（Hg、Cd、Pb など）などを、オン
サイトで測定できるマイクロ元素分析器の開発を行っています。

主な研究業績

1）
高集積化バイオ化学チップの開発

1. Pulse-heating ionization for protein on-chip mass spectrometry,Kiyotaka Sugiyama, Hiroki Harako, Yoshiaki Ukita, Tatsuya Shimoda, Yuzuru
Takamura, Analytical Chemistry, 86, 15, 7593-7597, 05 August 2014.
2. Development of automated paper-based devices for sequential multistep sandwich enzyme-linked immunosorbent assays using inkjet printing, Amara Apilux, Yoshiaki Ukita, Miyuki Chikae, Orawom Chilapakul
and Yuzuru Takamura, Lab Chip,13（1）,126-135, January 2013.
3. High sensitive elemental analysis for Cd and Pb by liquid electrodeplasma atomic emission spectrometry with quartz glass chip and sample flow, Atsushi Kitano, Akiko Iiduka, Tamotsu Yamamoto, Yoshiaki
Ukita, Eiichi Tamiya, Yuzuru Takamura, Analytical Chemistry 83（24）,9424-9430, 04 November 2011.

高機能バイオチップの実現には、チッ
プ内での流体の駆動機構と、高感度な検出器の開発が重要になります。
本研究室では、溶液プロセスによる
PZT アクチュエータアレイや電気浸透流ポンプをはじめ様々なチップ内での液体駆動機構と、ナノ材料を駆使した新しい検出器の開発を進めてい 図1．作成したバイオチップの例
ます（図1）。これらを用いて、組織中の一細胞を分子レベルで解析可能なチップや、高度な処理をプログラム次第で様々にこなす汎用微小流体チップの開発を目指しています（図2）。

2）高感度バイオセンシング技術
の開発

使用装置
クリーンルーム半導体製造装置一式
電気化学測定装置
表面プラズモン共鳴測定装置
イムノクロマトグラフ製造装置
全反射蛍光一分子観察装置

図2．汎用微小流体チップ案

一滴の血液には、体内の様々な状態を反映した多くの情報が含まれております。これらを頻繁に解析することで、重篤な病気の超早期発見や、日々の健康管理、あるいは老化や病気が起きにくい体質になるために食事や運動をガイ

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/takamura/index.html

iPS 細胞など最近の新しい医療技術の多くは、新しい工学的技術の進歩が発端になっていることをご存知でしょうか。その多くに、高度に発展したナノテクノロジーとバイオテクノロジーの融合技術が使われています。この分野は、まさに今アクティブで、また人類への多くの貢献が期待されている分野でもあるのです。私どもの研究室には、様々なバックグランドと目的を持った学生さんが来ます。私どもは一人ひとりの目的に合わせたゴールを設定し、そこに向かって必要なものを自ら獲得できる様に、サポートとガイドを行うことを主な指導方針としています。

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教授：谷池 俊明

谷池研究室［キーワード］固体触媒、重合、ナノコンポジット、分離膜、グラフェン、
データ科学（TANIIKE Toshiaki）
E-mail：taniike@ jaist.ac.jp［研究分野］ハイスループット実験、マテリアルズインフォマティクス、計算化学“探索・学習・予測”のシナジーを実践する次世代マテリアル設計
研究を始めるのに必要な知識・能力
私たちの研究はユニークであり、様々な専門の研究者が活躍できる非常に学際的なものです。新しい分野に創意工夫を持って挑戦する志を重視し、元々の専門分野を問わず多様な学生を受け入れています。所属学生の専門は、例えば、化学（触媒・高分子・ナノ材料）、化学・機
械工学、データ科学、計算科学などです。

この研究で身につく能力
所属学生は、自身の研究やゼミ活動への参画を通して、１）
ハイスループット実験、データ科学、計算化学のいずれか、ないしはこれらを組み合わせて用いる先進的な材料科学研究の実践方法、２）与えられた資源の中で成果を最大化するための研究計画能力、３）
国際・学際的な環境でチームワークするスキルなどを習得できます。

【就職先企業・職種】材料、化学、化学工学、マテリアルズインフォマティクスなどに関する研究開発職

研究内容
気候変動や少子高齢化など、人類社会や我が国が置かれた避けられない課題に鑑み、谷池研究室では、ハイスループット実験、デー
タサイエンス（マテリアルズインフォマティクス）、シミュレーションを基盤とした、イノベーション志向の物質科学を目指しています。かつてない効率で膨大な材料候補を探索し、社会問題の解決を目指しています。
❶ ハイスループット実験
異なる元素や物質を組み合わせることで得られる材料の数は膨大です。マテリアルサイエンスの目標の一つは、特別に優れた組
み合わせやうまい組み合わせ方（プロセス）を発見し、より優れた材料を生み出すことです。私たちの研究室では、高度に自動化・並列化された実験装置を駆使するハイスループット実験を行っています。新しい装置やプロトコルの開発を通して実験のスループッ
トを最大化し、浮いた時間を思考や情報収集に当てる研究スタイルを志向します。
❷ データ科学ハイスループット実験は材料の合成条件、構造、性能を紐づけた材料ビッグデータを生み出します。効率的な材料探索を行うためには、良い材料を選出するだけでなく、材料性能の良し悪しがどのような因子と相関しているかを見極める構造性能相関を明らかにしていく必要があります。多変量解析や機械学習を駆使し、全てのデータから余すことなく学習することで物質探索を飛躍的に加速します。
❸ コンピュータシミュレーション
コンピュータや計算化学の発展によって、現実的な精度でのシ
ミュレーションが可能になってきました。一方で、コンピュータを使った新しい材料の予測（in-silico 設計）にはまだまだ距離があります。最も難しい問題は、複雑な材料を代表するような分子モ
デルを如何に構築するかです。実験も行う当研究室では、実践的な計算化学を標榜し、計算化学の夢である in-silico 材料設計に取り組んでいます。
ハイスループット実験装置の開発やデータサイエンスのプログ
ラミングに加え、以下5つのテーマに注力しています：触媒・ポリマーインフォマティクス、構造性能相関、MOF やグラフェンなどのナノマテリアル、ポリマーナノコンポジット。

研究室の指導方針

ハイスループット実験とマテリアルズインフォマティクスによる材料科学研究

主な研究業績
1. L. Takahashi, T. Taniike, K. Takahashi et al., Constructing Catalyst
Knowledge Networks from Catalysts Big Data in Oxidative Coupling for Methane for Designing Catalysts, Chemical Science 2021,
12, 12546-12555 (press released, selected as Front Cover).
2. T.N. Nguyen, K. Takahashi, T. Taniike et al., High-Throughput Experimentation and Catalyst Informatics for Oxidative Coupling of
Methane, ACS Catalysis, 2020, 10, 921-932 (press released).
3. G. Takasao, Toru Wada, T. Taniike et al., Machine Learning-Aided
Structure Determination for TiCl4-Capped MgCl2 Nanoplate ofHeterogeneous Ziegler-Natta Catalyst, ACS Catalysis, 2019, 9,2599-2609.

使用装置
ピペッティングロボット Andrew+
多目的並列反応装置（研究室開発装置）
自動マイクロ波合成装置
触媒スクリーニング装置（研究室開発装置）
光触媒スクリーニング装置（研究室開発装置）
オペランド化学発光分析装置（研究室開発装置）
化学発光イメージング装置（研究室開発装置）
その場中・遠赤外分光光度計
レーザラマン分光光度計
マイクロプレートリーダー
X 線回折装置（オートサンプラー付）
蛍光 X 線分析装置（オートサンプラー付）［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/taniike/

私たちの研究室にはコアタイムがありません。実験や研究のスループットを最大化し、ワークライフバランスを自身で設計して下さい。豊富なスタッフ陣があなたの研究をサポートします。チームミーティング（数週間に1回）
やコロキウム（月に1回）を通して密な議論や指導を行います。また、国内外の学会への参加も積極的に支援しています。

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物質化学フロンティア研究領域

TANIIKE Laboratory

TOKUMITSU Laboratory

教授：徳光 永輔

徳光研究室

［研究分野］固体電子工学、電子デバイス、電子材料※新規の学生受入は行っていません（TOKUMITSU Eisuke）
E-mail：e-toku@ jaist.ac.jp［キーワード］半導体デバイス、酸化物半導体、強誘電体、薄膜トランジ
スタ、不揮発性メモリ、パワーデバイス、溶液プロセス

材料の特性を活かした
新しい電子デバイスを創ってみよう
研究を始めるのに必要な知識・能力
実験好きで、何か新しいものを作ってみたいと思う知的好奇心とチャレンジ精神。今何が起こっているのか、何を作っているのか、何を測定しているのかを考えることのできる物理・化学の基礎的な知識と論理的思考力。

この研究で身につく能力
当研究室では、「酸化物半導体や強誘電体などの機能性材料を駆使して、従来よりも高機能・高性能な電子デバイス、または従来にない新
しい電子デバイスを創成すること」
を目指して研究を進めています。例えば強誘電体をゲート絶縁膜に用いれば不揮発性のメモリ機能を持
つトランジスタが実現できます。と同時に、強誘電体の大きな電荷制御能力を用いれば、伝導性の酸化物などもチャネルとして利用することができるようになります。このように材料の特徴とデバイスの動作原理をリンクさせて考えると、新しいデバイスが生まれると思います。
本研究室では、文献による事前調査から、機能性材料薄膜の作製プロセスと評価技術、電子デバイスの動作原理、作製プロセス、評価技術を学び、材料やデバイス研究の進め方を身につけていただきたいと考えています。
【就職先企業・職種】エレクトロニクス及び材料関連企業の製造、開発、研究職

2．HfO2系薄膜の酸化制御と強誘電相の安定化

研究内容

HfO2系酸化物は将来のエレクトロニクスのキーマテリアルの一つと言える材料です。近年強誘電性の発現が報告され、不揮発性メモリや急峻スイッチングを実現するトランジスタのゲート絶縁膜として期待され、活発に研究されています。HfO2は単斜晶、直方晶、正方晶などの結晶系をとりますが、強誘電性を発現するためには準安定相の直方晶相をうまく形成してあげる必要があります。通常は Si や Y などの元素をドーピングして強誘電相を安定化していますが、酸素欠損の導入が強誘電相の安定化を促進するという指摘があります。本研究室では、溶液プロセスおよびスパッタ法で形成した HZO 膜を減圧雰囲気下で結晶化すると、直方晶が得られて良好な強誘電性を示すこと、さらに強誘電相の安定性も向上することを明らかにしました。現在は酸素吸収層となる別の酸化物を積層する手法、原子状水素を照射して酸素空孔を意図的に導入する手法などにより、HfO2系薄膜の酸化状態を人工的に制御し、強誘電相を安定化して良好な強誘電性を得ることを目指して研究を続けています。

本研究室では、機能性材料を用いて新しい電子デバイスを創成することを目指して、酸化物を用いた薄膜トランジスタと不揮発性メモリの研究を行っています。材料の物理的性質の理解と人工的物性制御といった材料研究から、実際に素子を試作して動作検証するデバイス研究、さらに低環境負荷の新しいデバイス作製手法として、溶液プロセスの研究を行っています。

1．強誘電体ゲート大電荷制御電界効果型トランジスタ

強誘電体の分極－電界（P-E）
特性を見ると、強誘電体は不揮発性メモリ機能の他に、低印加電界において巨大な電荷量を誘起できることに気づかされます。シリコン MOSFET のゲート絶縁膜に用いられる SiO2では、絶縁破壊電界（10MV/cm）
印加時に誘起される
電荷量は3.5µC/㎠であるのに対し、強誘電体では、0.5MV/cm 程度の低電界の印加で50µC/㎠もの電荷量を誘起可能です。本研究室では、この強誘電体の巨大電荷制御能力を利用して導電性チャネルを制御する新しいコンセプトの電界効果型トランジスタを提唱しています。現在までに、透明導電膜のインジウム・スズ酸化物（ITO）をチャネルに用いた薄膜トランジスタ、透明な不揮発性メモリ素子や、有機強誘電体材料である P（VDF/TrFE）と無機材料のアモルファス酸化物半導体（In-Ga-Zn-O）を組み合わせたフレキシ
ブル不揮発性メモリ素子を実現しました。
最近では新しい強誘電体材料として HfO2系酸化物が期待されています。本研究室では、Y をドープした Hf-Zr-O（Y-HZO）をゲー
ト絶縁膜に、ITO をチャネル層に用いて図に示すような強誘電体
ゲート薄膜トランジスタを作製し、良好な電気的特性を観測しています。Y-HZO ゲート絶縁膜、ITO チャネル層はいずれも溶液プ
ロセスで作製しています。

主な研究業績
1. Yuki Hara, Mohit, Tatsuya Murakami, Shinji Migita, Hiroyuki Ota,
Yukinori Morita and Eisuke Tokumitsu, “Impact of reduced pressure
crystallization on ferroelectric properties in hafnium-zirconium dioxide
films deposited by sputtering”, Jpn. J. Appl. Phys. 60, SFFB05 (2021).
2. Mohit, Shinji Migita, Hiroyuki Ota, Yukinori Morita, and Eisuke Tokumitsu, “Thermal stability of ferroelectricity in hafnium–zirconium dioxide films deposited by sputtering and chemical solution deposition
for oxide-channel ferroelectric gate transistor applications”, Applied
Physics Express, 14, 041006 (2021) .
3. Mohit, Takaaki Miyasako, and Eisuke Tokumitsu, “Indium oxide andindium-tin-oxide channel ferroelectric gate thin film transistors withyttrium doped hafnium-zirconium dioxide gate insulator prepared bychemical solution process”, Jpn. J. Appl. Phys., 60, SBBM02 (2021).

ITO Channel
Pt

Pt (G)

Pt

Ferroelectric Y-HZO

使用装置
Si sub.

高速アニール装置
スパッタ装置
強誘電体特性評価装置

溶液プロセスで作製した
ITO チャネル強誘電体（Y-HZO）
ゲート薄膜トランジスタ
溶液プロセスにより作製したITOチャネル強誘電体（Y-HZO）ゲートの構造と得られた伝達特性
薄膜トランジスタの構造と得られた伝達特性

研究室の指導方針［研究室HP］URL：http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/tokumitsu/

当研究室では、新しい電子デバイスを創成するために、機能性材料の「気持ち」
を知り、適切にデバイスに使ってあげたいと思っています。そのためには、物理・化学の基礎知識とともに、材料物性とデバイスの基礎的な動作原理を理解した上で、柔軟な発想、斬新なアイディア、思い切った決断が必要です。本研究室では、薄膜やデバイスの作製実験を通じて、これらの要素を一緒に考えていきたいと思います。修了までに自分のアイディアを活かした新しいデバイスやプロセスを是非提案してください。

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物質化学フロンティア研究領域

NAGAO Laboratory

教授：長尾 祐樹

長尾研究室

［キーワード］水素社会、燃料電池、蓄電池、エネルギー関連材料（NAGAO Yuki）
E-mail：ynagao@ jaist.ac.jp［研究分野］プロトニクス（高分子、無機化学、錯体化学、物理化学）

先端材料でエネルギー社会をリードする研究を始めるのに必要な知識・能力
多様なバックグラウンドを歓迎します。今までに修めた学問を大事にしながら、新しいことに取り組む意欲を持ち続ける力が求められます。

この研究で身につく能力
週２回のゼミ（英語で行います、具体的には研究相談と文献紹介）
を通して、教員や先輩の助けを借りながら、自ら調べ、考える力を身につけていきます。英語の会話スキルの向上が期待できます。実践の場として、高分子化学、表面化学、電気化学、錯体化学等に関連した研究を行うことで次のスキルが身につきます。１．問題発見と解決方法。２．材料合成や各種分析方法の習得。３．論理的思考に基づいたデー
タの解釈方法と性格やセンスに帰着させない基本的なプレゼンテーション技術。

【就職先企業・職種】電力関連、エネルギー関連、材料メーカー、精密機器関連など（企業名は web に記載）

研究内容
資源の少ない日本が持続的な発展をするためには、多様なエネ
ルギー資源を確保することが喫緊の課題です。ありふれた水から水素や酸素を作り出し、二酸化炭素を資源と見立てて炭素材料を作り出すことは人類の夢です。世界で急速に進む脱炭素社会には水素社会が必要です。我々は水素社会を支える燃料電池、蓄電池、センサーやプロトンスイッチなどに応用可能なイオン伝導性高分
子材料、無機材料、有機無機ハイブリッド材料の研究を行っています。我々と共に水素社会に貢献しましょう。
研究テーマ例
１．燃料電池、リチウムイオン電池の性能向上の研究
電池反応場の界面近傍の構造とイオン輸送を調べる基礎研究と、反応界面をデザインして電池の性能を向上させる応用研究をしています。
２．充電可能な水素電池の開発
プロトンを使った次世代蓄電池の開発をしています。
３．イオン輸送を利用した触力覚センサの研究
五感やロボットへの応用研究として、ヒトの皮膚のように力にイオン輸送が応答する高分子組織構造を研究しています。
４．外場印加によるイオンスイッチの研究
青木助教が主体的に取り組んでいる、光などの外場によってイオン伝導のオン・オフを制御する研究です。

主な研究業績
1. Y. Yao, H. Watanabe, M. Hara, S. Nagano, Y. Nagao, Lyotropic
Liquid Crystalline Property and Organized Structure in High Proton-Conductive Sulfonated Semi-Alicyclic Oligoimide Thin Films,
ACS Omega, 8, 7470 - 7478 (2023).
2. F. Wang，S. Nagano，M. Hara，Y. Nagao，Hydration and OH-/
Br- Conduction Properties of Fluorene-Thiophene-Based Anion
Exchange Thin Films Tethered with Different Cations，ACS Appl.
Polym. Mater.，4，5965 - 5974（2022）.
3. F. Wang，D. Wang，Y. Nagao，OH- Conductive Properties andWater Uptake of Anion Exchange Thin Films（Selected as The
Cover Feature），ChemSusChem，14，2694 - 2697（2021）.

使用装置
材料分析装置（IR，UV-Vis，NMR，GPC，XRD，TG-DTA）
電気化学装置（LCR，CV，in situ QCM，fuel cell，battery test system）
表面分析装置（XPS，in situ GIXRS，XRR，white interference，AFM）
分子配向分析装置
（IR，pMAIRS，polarized microscope）
外部の放射光や中性子実験施設

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/nagao-www/

研究室への参加にあたり、平日は研究活動に専念し、セミナーへの出席をお願いします。フレキシブルですが、9時から17時の間でメリハリのある研究時間を推奨します。英語のセミナーや留学生との会話を通じ、英語力の向上を目指しましょう。研究テーマ
は指導教員との相談で決め、皆さんの研究への情熱を全力でサポートします。

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教授：藤本 健造

藤本研究室［キーワード］核酸医薬、光DNA/RNA操作、光ゲノム編集、有機合成、遺伝子治療、遺伝子診断、分子ロボティクス（FUJIMOTO Kenzo）
E-mail：kenzo@ jaist.ac.jp［研究分野］核酸化学、有機合成化学、ケミカルバイオロジー、生物有機化学、遺伝子工学

分子技術を核酸医薬・光ゲノム操作へ〜DNA/RNAを光で操る〜
研究を始めるのに必要な知識・能力
本研究室では「科学の基本原理を理解したうえで、合理的かつ緻密にデザインされた自身オリジナルの分子を創成・合成することで今までにない物性や能力を有する物質を創成する」
ことを基本にしています。挑戦しようという意欲を求めています。異分野からの挑戦を歓迎します。

この研究で身につく能力
本研究室では日頃の雑誌会・研究会・実験・研究発表・研究室独自の取り組み（下記）などを通して自然現象・生命現象を科学の言葉で理解する力、自分自身で解釈し、新しいものを生み出す感性や俯瞰力、また最終的には自分を「活かし」ひいては社会に必要とされる人間力を身につけてもらいたいと思っています。
（取り組み事例）◦最前線で活躍中の先生による研究室セミナー ◦東京・大阪方面で開催されている技術スクールへ参加支援 ◦学会（国内、国外）への出席支援 ◦海外雑誌への論文投稿の支援 ◦ベンチャーラボラトリー等への積極的参画 ◦共同研究先企業との合同セミナー・交流【就職先企業・職種】大学教員、化学系企業、製薬系企業、機械系企業、電機系企業、研究所研究員、医療機器系企業、食品

2．核酸医薬（光による遺伝子発現制御）

研究内容（藤本研究室で行っている研究概要）
現代の遺伝子工学は酵素を用いた遺伝子操作に基づくものですが、生体内細胞中での操作、マイクロマシン上での操作には酵素
のみでは限界があるとされています。藤本研究室では、即時に精密分子設計した光応答性の人工核酸を用いることにより、酵素ではなく光を用いて DNA あるいは RNA を操作する光遺伝子操作法を創出しています。さらには、分子生物学や情報科学、細胞生物学、
データ科学などの学際領域のみならず遺伝子解析などの産業応用も含めた実用的新方法論（以下参照）
へと展開しています。

1．超高速光 DNA・RNA 操作法の開発（光応答性人工核酸の分子設計・合成とその応用研究）

光反応性を有するビニル基を埋め込んだ人工塩基を DNA 中に組み込ませた光操作用の人工 DNA プローブを開発しています。この光応答性人工塩基を組み込んプローブ DNA を DNA チップ上で用いることで、従来の100倍以上正確に遺伝子解析が可能となります。
特に藤本研究室で開発したシアノビニルカルバゾール（cnvK）は秒単位で核酸類を光架橋できることから国内外で市販されています。
最近では、世界最速の核酸光架橋剤として認知されています。この cnvK を含む光架橋により超高速プラスミド操作や任意の位置のシトシンをウラシルに変換できることを実証しています。遺伝子修復等の医学応用や産業面では DNA チップ上での超高速遺伝子解析への応用が期待されています。

核酸医薬は遺伝子を直接標的とする最新の医薬です。我々は光応答性人工核酸を組み込んだアンチセンス核酸を用いることにより、高い発現抑制効果を示すことを報告しています。また、光照
射の場所・タイミングや照射エネルギーにより発現量を時空間的に制御することにも成功しており、抗ガン剤としての応用も期待されています。また、学術論文の表紙に採用されるなど、高く評価されています。

3．光ゲノム編集（遺伝子疾患治療に向けた核酸光編集）

核酸編集法は遺伝子疾患に対する有用な治療法とされており、
CRISPR/Cas システムや ADAR などが報告されています。藤本研
究室では核酸光編集法（Photochemical RNA editing）を報告しており、光架橋・脱アミノ化反応・光開裂の一連の操作により配列選択的に標的のシトシンをウラシルへと変換できます。酵素を用いない新たな編集法として注目されています。従来のゲノム編集を凌駕する高い配列選択性を有した新たな光ゲノム編集法の開発をおこない、遺伝子疾患の治療等に貢献したいと考えています。

主な研究業績
1. J. Mihara and K. Fujimoto, Photo-cross-linking of DNA using
4-methylpyranocarbazole nucleoside with thymine-base selectivity, Organic & Biomolecular Chemistry, 45, 9860-9866 (2021)
2. T. Sakamoto, Z. Qiu, M. Inagaki. K, Fujimoto, Simultaneous aminoacid analysis based on 19F NMR using modified OPA-derivatization method, Anal. Chem., 92, 1669-1673 (2020)
3. K. Fujimoto, H. Yang, S. Nakamura, Strong inhibitory effects ofanti-sense probes on gene expression through ultrafast RNA photo-cross-linking, Chem., Asian. J., 14, 1912-1916 (2019)

使用装置
DNA/RNA 自動合成機
共焦点レーザー顕微鏡
UPLC-HPLC
マイクロプレートリーダー
蛍光分光光度計

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/fujimoto/fujimotohp/

私たちの研究の根本は DNA に関連した精密分子設計とこれに基づく合理的な精密有機合成の技術にあります。学生一人一人がそれぞれオリジナルの研究テーマに取り組む中で、基礎的な合成技術、解析技術ならびに科学的に物事を捉える視点を養います。その上で化学系企業、医療機器メーカー、医薬品関連企業との共同研究を体験し、研究者の社会貢献のあり方について肌で感じてもらいます。その他、研究室独自のプログラム（研究室セミナー、合同セミナー、技術スクールなど）も活用してもらうことで自立した研究者育成を目指します。

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バイオ機能医工学研究領域

FUJIMOTO Laboratory

バイオ機能医工学研究領域

HOHSAKA Laboratory

教授：芳坂 貴弘

芳坂研究室

［キーワード］遺伝暗号拡張、人工タンパク質、非天然アミノ酸、無細胞
翻訳系、蛍光分析（HOHSAKA Takahiro）
E-mail：hohsaka@ jaist.ac.jp［研究分野］遺伝子工学・タンパク質合成・ケミカルバイオロジー

化学と生物の融合による新たな人工タンパク質の創製研究を始めるのに必要な知識・能力
タンパク質や遺伝子に興味を持っていること。生物化学・有機化学に関する基礎的な知識や実験技術が必要になりますが、入学後に修得することも可能です。

この研究で身につく能力
遺伝子工学・タンパク質合成・有機合成・蛍光分析などに関する専門的な知識と実験技術を修得することができます。また研究活動を通じて、実験計画の立案・関連研究の調査・実験データの取得と分析・研究成果のまとめとプレゼンテーション、に至る一連の研究プロセスを学ぶことができます。これらの能力は、技術者・研究者としていずれも必要不可欠なものです。

【就職先企業・職種】化学・生物関連企業、研究機関

研究内容
遺伝子工学・タンパク質合成などの生物化学的手法と、有機合成などの化学的手法を組み合わせることで、新たな人工タンパク質の創製を目指して研究を行っています。具体的には、以下のような研究テーマを進めています。また、研究室で得られた成果を企業と共同で実用化するための研究も行っています。

図１．
４塩基コドンを用いた非天然アミノ酸のタンパク質への導入

１．遺伝暗号の拡張による非天然アミノ酸のタンパク質への導入

タンパク質は DNA の遺伝暗号に従ってアミノ酸が連なって合成され、それが精密な立体構造を形成することで、高度な機能を発揮しています。しかし生物が使用しているのはわずか20種類のアミノ酸のみです。私たちは、この20種類の制限を超えて、人工的に合成した「非天然アミノ酸」をタンパク質の特定部位に導入することのできる、新たな技術の開発に成功しています。これは、４塩基コドンなどの拡張遺伝暗号に非天然アミノ酸を割り当てる（図１）、という新しい概念によって達成されています。

図２．抗原分子を検出できる蛍光抗体センサーの例

主な研究業績
1. A. Yamaguchi, T. Hohsaka, Synthesis of novel BRET/FRET protein
probes containing light-emitting proteins and fluorescent nonnatural amino acids, Bull. Chem. Soc. Jpn., 85, 576-583 (2012).
2. R. Abe, H. Ohashi, I. Iijima, M. Ihara, H. Takagi, T. Hohsaka, H.
Ueda, “Quenchbodies”: Quench-based antibody probes thatshow antigen-dependent fluorescence, J. Am. Chem. Soc., 133,
17386-17394 (2011).
3. 芳坂貴弘、非天然アミノ酸のタンパク質への導入技術－バイオメディカル応用に向けて、メディカルバイオ別冊 , 72-77 (2010).

２．新たな機能を持つ人工タンパク質の創製

上記の技術を利用することで、新たな機能を持った人工タンパ
ク質の創製を進めています。例えば、抗体などの特定の分子を認識して結合するタンパク質に、蛍光分子を付加した非天然アミノ酸を導入することで、蛍光により標的分子を検出できるタンパク質センサーを合成できます（図２）。また、非天然アミノ酸の導入技術を利用することで、新しいタンパク質医薬品の合成も試みています。これらの研究の一部は、企業・研究機関との共同研究により進めています。

３．生物の潜在能力を利用した新たなバイオ技術の開発

使用装置

非天然アミノ酸のタンパク質への導入技術は、生物がもともと持っている潜在能力を、人工的に引き出して活用したものと言えます。私たちは、そのような生物の持つ潜在能力を新たに見つけ出し利用することで、人工タンパク質などの有用物質を合成する
ことのできる、新たなバイオ技術の開発にも挑戦しています。

研究室の指導方針

蛍光分析装置（分光光度計・蛍光寿命測定・蛍光スキャナなど）
遺伝子解析装置（DNA シーケンサー・リアルタイム PCR など）
質量分析装置［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/hohsaka/

人工タンパク質に関連した研究テーマに対して、実験を通じて新たな成果を挙げるとともに、その研究プロセスを修得することを目標としています。具体的には、各自の研究テーマに対して、実験を試行錯誤的に繰り返す過程を通じて、実験計画の立案、結果の解釈と問題点の把握、次の実験計画へのフィードバック、などを独力で遂行できる能力を鍛錬します。そのために、研究室ゼミ
では定期的に研究報告会を開催して、進捗状況の確認と指導・助言を行います。また、研究成果は積極的に学会等で発表する機会を設けています。

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HORITA Laboratory

教授：堀田 將堀田研究室

［研究分野］電子デバイス、固体電子物性、薄膜形成（HORITA Susumu）
E-mail：horita@ jaist.ac.jp［キーワード］低温作製、電子材料、シリコン系、電子物性※新規の学生受入は行っていません

自分の考えを取り入れた省エネ技術で、電子材料薄膜・デバイスを作製してみよう
研究を始めるのに必要な知識・能力
電子材料・電子デバイスの研究には、物理を問わず、あらゆる分野の知識が必要とされますが、研究を始めるには、必ずしも深いものは必要ありません。そのため、高校レベル程度の基本的な物理、数学、化学の知識があれば十分で、さらに深く考えることが好きならば、最高です。

この研究で身につく能力
社会に貢献できる開発・研究には、長く考えることができる粘り強い頭と地道に努力できるタフな心が必要とされています。本研究室では、電子材料薄膜の省エネ・低温作製に関する研究を通して、薄膜材料の堆積・デバイス作製・膜質評価技術、固体電子物性（特に半導体分野）などの知識・技術の修得は勿論のこと、入学前に比べて見違えるように変わった自分自身を感じ取ることができます。さらに、結果として、研究を楽しむこと、目標を達成したことによる充実感・喜び、つまり研究通しての生きがいも分かるようになります。

【就職先企業・職種】電気系関連会社、材料製造装置（半導体装置）会社などの技術者、研究者

３）
セルロースナノペーパー（CNP）
上へのトランジスタ作製

研究内容

図3に、CNPと通常の白紙との比較写真（左）と、その上に形成した薄膜 Tr（TFT）の模式
図（右）を示します。CNPは通常紙に比べて透明で、表面凹凸がnmレベルと平滑です。それは、紙の主成分である植物セルロース繊維の幅が、通常紙ではμm オーダですが、CNP は数十
nm 以下と極めて細いためです。この平滑な表面上に、厚さ数100nm 以下の Tr 作製を試みています。セルロースは地球上全ての植物に含まれる無尽蔵な天然資源であり、Tr は石の主成分である Si、O から出来ていることから、CNP 上の
Tr は、まさしく土に返せる究極の使い捨て半導体デバイ
スになると期待しています。

電子機器・製品に用いられているトランジスタ（Tr）は、主に600〜1000℃の高温度で作製されており、我々の日常生活からすると極めて高い温度です。
本研究室では、Tr 材料である半導体・シリコン（Si）と絶縁体・酸化 Si（SiO2）
薄膜を、環境負荷の少ない200℃以下の低温で形成し、最終的に紙上への Tr作製を実現して、社会への省エネ、省資源化、環境保護に貢献したいと考え
ています。

１）
結晶化誘発層とレーザーを用いた結晶化 Si 薄膜の低温作製

ガラスなどの安価な基板表面は、結晶情報が無い非晶質のため、その上に低温で形成す
る Si 薄膜は非晶質あるいは質の悪い多結晶となります。そこで、結晶性絶縁物 YSZ（イットリア安定化ジルコニア :Yttria-Stabilized Zirconia）
層を基板（主にガラス）
表面にあらかじめ
低温で形成し、その YSZ の結晶情報により Si 図1．430℃ で YSZ 界 面 か ら
薄膜の結晶化をより低温で良好に誘発させる 低温結晶化した Si 薄膜の断面ことを検討しています。図１から、YSZ 層界 TEM 像。
面から Si 結晶が成長しており、YSZ 層が Si の低温結晶化を促進していることが分かります。現在は、パルスレーザーを用いた室温作製を検討しています。

図３．( 左 ) セルロースナノペーバ (CNP) と普通紙との比較（阪大 能木提供）。
( 右 )CNP を基板とした薄膜トランジスタ (TFT) の模式図。

主な研究業績
1. S. Horita and P. Jain, Dependences of deposition rate and OH
content on concentration of added trichloroethylene in low-temperature silicon oxide films deposited using silicone oil and ozone
gas, Jpn. J. Appl. Phys., 57, 03DA02 1-7 (2018).
2. M. T. K. Lien and S. Horita, Material properties of pulsed-laser
crystallized Si thin films grown on yttria-stabilized zirconia crystallization-induction layers by two-step irradiation method, Jpn. J.
Appl. Phys., 55, 03CB02 1-8 (2016).
3. S. Horita and B. N. Q. Trinh, Disturb-Free Writing Operation for
Ferroelectric Gate Field-Effect Transistor Memories with Intermediate Electrodes, IEEE Trans. Electron Devices, 56, 3090-3096(2009).

２）
シリコーンオイルとオゾンガスとによる SiO2薄膜の低温作製

化粧水にも使われるシリコーンオイルと環境負荷の無いオゾンを用
いて、SiO2薄膜を作製しています。窒素ガスのバブリングによりガス化したシリコーンオイル蒸気とオゾン発生装置により得たオゾンとを200℃以下の低温で混合・反応させて作製します。図２に、Si 基板上に200℃で作製した酸化 Si 薄膜
断面の走査型電子顕微鏡写真を示します。
厚さ約100nm の平坦な酸化 Si 薄膜が形成されていることが分かります。現在、如何 図2．シリコーンオイルとオなる低温作製でも本質的な課題であり、膜 ゾンガスとによる Si 基板上中に多量に含まれかつ絶縁性を悪くする水 に形成した SiO2薄膜の断面
SEM 像。
分の除去法を捜しています。

研究室の指導方針

使用装置
Nd:YAG レーザー
イオン注入装置
X 線回折装置
X 線光電子分光装置
ラマン分光装置［研究室HP］URL：http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/handoutai/horita-lab/horita.html

将来、社会の荒波を泳いで渡れる実力と気持ちを持った人材の育成を考えています。初めの半年ほどは、授業の聴講と共に、1週間に1回、研究に関する演習と英文物理系教科書の読み込みを行い、研究に必要な基礎的知識の修得を目指します。次に、研究テー
マに関係した学術雑誌（英文）の紹介と共に、2年時には1週間に1回、自らの手で得た実験データを報告してもらい、そこに潜む深い物理を議論します。さらに、2回の学会発表により、発表能力の向上に加え、自ら得たデータの客観的評価を受けて、本物の技術者、研究者への入口に泳ぎ着くことを目指します。

16
16

ナノマテリアル・デバイス研究領域

MAENOSONO Laboratory

教授：前之園 信也

前之園研究室［キーワード］半導体ナノ粒子、磁性体ナノ粒子、金属ナノ粒子、バイオ
医療、エネルギー変換、センシング（MAENOSONO Shinya）
E-mail：shinya@ jaist.ac.jp［研究分野］ナノ材料化学、ナノ材料物性、コロイド化学

ナノ粒子工学：機能材料の創製から応用まで研究を始めるのに必要な知識・能力
基礎学力、コミュニケーション能力、知的好奇心、柔軟な思考

この研究で身につく能力
修士課程では、(1) ナノ材料の化学合成技術、(2) 各種分析機器（透過型電子顕微鏡、X 線回折装置、X 線光電子分光、組成分析装置など）の操作スキル、(3) 基礎学問の知識（無機材料化学、結晶学、コロイド化学、固体物性など）、(4) ナノ材料に関する先端専門知識を身につけて頂きます。博士課程では、1-4に加え、英語によるプレゼンテーション能力、英語論文執筆能力、研究課題設定能力、共同研究遂行能力など、研究者に必要なあらゆる能力を身につけて頂きます。

【就職先企業・職種】製造業（化学、精密機器、電気機器、ガラス・土石製品、繊維製品、その他製品など）

研究内容
物質をナノメートルサイズまで細かくしていくと、種々の物性がサイズに依存する新奇な材料となります。このような新奇材料
を一般に「ナノ材料」と呼びますが、我々はその中でも特に「ナノ粒子」に興味を持ち、ナノ粒子に関する基礎から応用に亘る研究を行っています。半導体、磁性体、金属などのナノ粒子を化学合成し、その表面をさまざまな配位子によって機能化し、さらにそれらナノ粒子の高次構造を制御することによって、バイオ・医療分野あるいは環境・エネルギー分野で新たな応用を開拓することを目指しています。

1．磁性体ナノ粒子の合成とバイオ医療分野への応用

超常磁性体のナノ粒子を独自の方法によって合成し、その表面を自在に修飾することによって、バイオ医療分野での様々な応用の道を開拓しています。具体的には、細胞やタンパクの磁気分離、MRI 造影剤、ドラッグデリバリーシステムなどのナノ磁気医療に応用するための技術開発を行っています。

主な研究業績
1. T. S. Le, M. Takahashi, N. Isozumi, A. Miyazato, Y. Hiratsuka, K.
Matsumura, T. Taguchi, and S. Maenosono, “Quick and Mild
Isolation of Intact Lysosomes Using Magnetic-Plasmonic Hybrid
Nanoparticles”, ACS Nano 16 (2022) 885
2. J. Hao, B. Liu, S. Maenosono, and J. Yang, “One-Pot Synthesisof Au-M@SiO2 (M = Rh, Pd, Ir, Pt) Core-Shell Nanoparticles as
Highly Efficient Catalysts for the Reduction of 4-Nitrophenol”,
Sci. Rep. 12 (2022) 7615
3. T. S. Le, S. He, M. Takahashi, Y. Enomoto, Y. Matsumura, and S.
Maenosono, “Enhancing the Sensitivity of Lateral Flow Immunoassay by Magnetic Enrichment Using Multifunctional Nanocomposite Probes”, Langmuir 37 (2021) 6566

2．半導体ナノ粒子の合成とエネルギー変換素子への応用

狭ギャップ化合物半導体から広ギャップ酸化物半導体のナノ粒子まで、幅広い種類の半導体ナノ粒子を化学合成し、それらを用いて低炭素社会の実現を志向したナノ構造エネルギー変換素子の創製に関する研究を行っています。特に、ナノ構造熱電素子や光機能素子などに興味を持っています。

3．金属ナノ粒子を用いたバイオセンシング技術の開発

近年、金ナノ粒子を用いた様々なバイオセンサが開発され、簡便かつ迅速に DNA 配列検出やタンパク質機能解析などが可能となってきています。我々は、ナノ粒子プローブを用いたバイオセ
ンシング技術の更なる高度化を目指し、異種金属元素からなるヘテロ構造ナノ粒子や合金ナノ粒子のプローブの開発を進めています。

使用装置
透過型電子顕微鏡 (TEM)
過型電子顕微鏡 (STEM)
X 線回折装置 (XRD)
X 線光電子分光装置 (XPS)

研究室の指導方針

超伝導量子干渉磁束計 (SQUID)
動的光散乱測定装置 (DLS)
共焦点レーザー顕微鏡 (CLSM)
核磁気共鳴装置 (NMR)［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/~shinya/

就職希望者には、基礎・専門知識はもちろん、コミュニケーション能力、英会話力、論理的思考力および柔軟な対応力を涵養し、不確実性の時代を生き抜くことができる人材となってもらうための指導を行います。企業経験を活かした実践的就職指導も行っています。
博士後期課程への進学希望者については、先端的かつ国際的な研究環境を提供することによって、将来的に大学教員や企業研究者として活躍できるグローバル研究人材を育成します。

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教授：松見 紀佳

松見研究室［キーワード］リチウムイオン２次電池、ナトリウムイオン２次電池、リチウム空気電池、スーパーキャパシター

（MATSUMI Noriyoshi）
E-mail：matsumi@ jaist.ac.jp［研究分野］エネルギー材料の創出研究

ヘテロ元素化学から未来エネルギーを考える研究を始めるのに必要な知識・能力研究への意欲、知的好奇心、多少の失敗にひるまない楽観性、他のメンバーと協調的に研究を遂行できる適応性。また、以下は研究室に入る時点で必須ではありませんが、有機合成化学、高分子合成化学、電池関連化学、光化学などの経験や知識があればアドバンテージになります。

この研究で身につく能力
物質をデザインし、合成し、キャラクタライズする能力。実験データの意味を客観的に考察する能力。短期的、長期的に研究計画を立てる能力。報告書を作成したり、効果的にプレゼンテーションを行う能力、ディスカッション能力などがそれぞれ身につきます。さらには英語でコミュニケーションをとるための実践的能力を身につける場としても適しています。よりテクニカルな点では、嫌気下で様々な物質を有機合成し、NMR 等で構造確認するスキル、イオン伝導性材料をインピーダンス測定などにより評価し、それらの電気化学的安定性を評価し、実際に電池を構築して充放電評価するスキルが身につくほか、光電気化学反応を電気化学的に評価するスキルを身につけることが出来ます。
【就職先企業・職種】総合化学メーカー、自動車関連メーカー、繊維系メーカー、素材メーカー、機械系メーカーなど。

研究内容
次世代用高性能蓄電池の創成研究

これまで、リチウムイオン二次電池用負極としては長きにわたりグラファイト負極が使用されてきました。現在、従来型のグラ
ファイト負極よりも10倍以上の理論容量を有するシリコン負極の適用に関する研究が注目を集めています。しかし、シリコンは充放電中の体積膨張・収縮が大きく、粒子や界面の破壊や集電体からの活物質の剥離などの問題を引き起こし、問題が山積しています。本研究室では特殊構造高分子バインダーを適用することで、次世代用高容量電池の創成を目指しています。また、現存する多くの電池系は、性能が大幅に経年劣化することがユーザーレベルで広く認識されており、長期耐久性の課題解決も重要となっています。この点においても、分子レベルでの高機能バインダーの設計を行っています。さらに、シリコン負極型リチウムイオン二次電池と同様に、高容量の革新型電池として期待されている蓄電池系として、リチウム—空気電池が挙げられます。リチウム空気電池の開発の鍵となっている酸素還元反応触媒、及び酸素発生反応
触媒においても、独自のアプローチにより研究を進めており、とりわけ白金の代わりに卑金属を用いた低コスト系の開発を進めています。さらに、リチウムに依存しない元素戦略に配慮した次世
代蓄電池設計も進めています。例えばナトリウムイオン二次電池の高性能化に関する研究を電解質設計の立場から進めており、汎用の電解質を利用した系よりも大幅にサイクル特性やレート特性に優れた全固体ナトリウムイオン二次電池系の開発につながっています。現在の本研究室の電池開発において、もう一点注力しているのが急速充放電への対応です。現状の電気自動車では、高速道路のサービスエリアなどで充電を行う際に約30分を要しており、ガソリンスタンドでの給油と比較すると極めて長時間を要しています。本研究室では特殊な活物質の合成や、特異的な人工界面形
成により充放電時間を大幅に短縮する試みを行っています。それを実現するキーワードとなるのが積極的な界面設計です。長きにわたって電池研究は四大部材（電極、電解質、バインダー、セパレー
タ）の研究を中心に展開されてきました。しかし、固体電解質界面（SEI）の重要性がいっそうクローズアップされつつあり、その戦略研究室の指導方針

的かつ合理的な設計が次世代蓄電池の成否の鍵を握っていると考えられます。本研究室では、有機合成化学や高分子合成のバックグラウンドを有す
る電池研究グルー
プという個性を最大限に活かしつつ、独自のアプローチ
で未来社会のニーズに応える高性能
電池系の創出を目指します。
高分子バインダーと活物質から成る
高性能電極材料のイメージ図

主な研究業績
1. "Extreme fast charging capability in graphite anode via lithium borate type bio-based polymer as aqueous polyelectrolyte binder",A. Pradhan, R. Badam, R. Miyairi, N. Takamori, N. Matsumi, ACS
Materials Lett., 5 (2023) 413-420.
2. "Enabling ultrafast charging in graphite anodes using BIAN-based
conjugated polymer/lithium polyacrylate as a binder", SN. Mishra,
S. Punyasloka, BS. Mantripragada, A. Pradhan, N. Matsumi. ACS
Appl Ener Mater., 6 (2023) 11954-11962.
3. "Charge–discharge behavior of lithium-ion batteries using a polymer electrolyte bearing high-density functional groups" A. Patra,
N. Matsumi. ACS Appl Ener Mater., 6 (2023) 11973-11982.

使用装置
充放電評価装置
インピーダンスアナライザー
電気化学アナライザー
核磁気共鳴分光装置
ソーラーシミュレーター

［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/matsumi

合成化学を基盤にしながら、リチウムイオン電池や光電気化学的水素製造など社会的要求の高い研究分野に果敢にチャレンジします。クリエイティブな発想力と失敗を恐れない実行力、社会貢献への意識などを有したバランスのとれた人材の育成を目指します。
ヘテロな研究集団を目指していますので、様々なバックグラウンドを持った人材を歓迎します。入って来るメンバーの科学的知識レベルも様々でしょうが、２年間ないし５年間にそれぞれのレベルに応じて大きな成長と達成感、自信を味わって巣立っていただ
くことが目標です。

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物質化学フロンティア研究領域

MATSUMI Laboratory物質化学フロンティア研究領域

MATSUMURA Laboratory

教授：松村 和明

松村研究室

［キーワード］高分子化学、バイオマテリアル、再生医療、凍結保存、ハ
イドロゲル（MATSUMURA Kazuaki）
E-mail：mkazuaki@ jaist.ac.jp［研究分野］材料化学、高分子化学、生体材料

細胞・組織の機能を制御する高分子材料を創成し、医療に役立てる
研究を始めるのに必要な知識・能力
化学をベースとして、生体に応用できる材料を目指すので、化学の基礎知識は持っていた方が望ましいです。その上で、生物学や医学に対しても必要な事を習得する姿勢を期待します。異分野からの参加は歓迎しますが、化学、高分子化学の勉強を興味を持って続けられる向上心は必要です。

この研究で身につく能力
生体材料の研究は化学・生物・医学また物理学を含んだ学際的領域の研究です。生体の持つ高度に制御された機能を学び、それを代替する材料の創成を目標として研究を続けていくことで、化学のみならず、生物学や医学、物理学などの幅広い学問分野に触れ、多角的な物の見方を獲得することが出来ます。
また、生体材料の研究は目的がはっきりしているニーズ指向型の研究のため、課題解決能力を育む事が可能です。特に博士後期課程の学生に関しては、問題発見能力も同時に身につけるように研究を進めていきます。
【就職先企業・職種】製造業・化学メーカーなど

生体と調和する高分子バイオマテリアル

研究内容

生体機能の再生を目的とした診断・治療の支援を行うために、材
料工学の手法を用いた、基礎的ならびに応用的研究も目指しています。具体的には、ハイドロゲルを用いた人工関節や人工血管用材料の設計など、高分子材料の観点から生物と化学の融合を目指し、さらには生体を凌駕するような機能を探求しています。

機能性高分子バイオマテリアル

人工臓器やドラッグデリバリーシステム（DDS）には高分子化合物のようなソフトマテリアルが多く使用され、研究されています。
バルクな材料だけでなく、コロイドやミセル、溶液なども一種のバイオマテリアルとして様々な場面での研究が展開されています。
高分子材料はそのバルク界面で、もしくは溶液状態で細胞や組織と相互作用し、機能を制御することが可能であることがわかってきました。また、様々な場面でその機能を利用したバイオマテリ
アルの研究開発が行われています。

凍結保護高分子細胞を凍結保存することができる高分子を見出し、その機序を調べると共に応用を目指しています。この不思議な現象は、電荷密度の高い高分子化合物、特に両性電解質高分子に見られる特徴であることがわかってきました。細胞などの様な水を含む高次構造
体をそのまま凍結すると細胞内の水の結晶化により致命的なダメージが加わり、死滅します。このような高分子化合物で細胞を凍結時のダメージから保護できるということは、これまでの常識では考えにくいことでした。従って、この現象の機序を解明することで、凍結保護だけでなく、生体組織や高次構造体の保護作用などへとつながる可能性を秘めています。我々はこの高分子をゲルにすること
で、細胞保護性のハイドロゲルを作成しました。また、ナノ粒子化することでドラッグデリバリーシステムへの応用も試みています。

主な研究業績
1. Yamasaki R, Rajan R, Matsumura K. Enhancement of cryopreservation with intracellularly permeable zwitterionic polymers. Chem.
Comm. 59, 14001-14004 (2023)
2. Rajan R, Kumar N, Zhao D, Dai X, Kawamoto K, Matsumura K.
Polyampholyte ‐ Based Polymer Hydrogels for the Long ‐ Term
Storage, Protection and Delivery of Therapeutic Proteins. Adv.
Healthc. Mater. 12, 2203253 (2023)
3. Kumar N, Oqmhula K, Hongo K, Takagi K, Yusa S, Rajan R, Matsumura K. Mechanistic insights and importance of hydrophobicity
in cationic polymers for cancer therapy. J. Mater. Chem. B, 11,1456-1468 (2023)

再生医療応用可能な高分子

再生医療や組織工学に応用可能な、生体内分解性セルロースの開発も行っています。この技術により、細胞をその中で増殖させ、生体内で細胞治療が可能な足場材料の開発が期待されます。

使用装置
NMR
FITR
動的粘弾性装置
細胞培養用装置
共焦点レーザー顕微鏡

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://matsu-lab.info/

本研究室では、高分子化学の基礎から応用までを理解し、生体材料としての応用を目指しています。そのためには、化学の知識だ
けでなく、生物や医学、さらには機械工学などの幅広い学問領域に通じている必要があります。また、生体材料がカバーする範囲は、
人工臓器、再生医療、ドラッグデリバリー、バイオセンサなど多種多様であり、それらの研究開発に必要な知識を興味を持って獲得し、多角的な視点で課題の解決を遂行できる力のある学生を育成することを目標としています。
年に数度の学会発表を通じてプレゼンテーション能力を身につけ、週一度の研究室ゼミで基礎力・ディスカッション能力を養います。

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MIZUTA Laboratory

教授：水田 博水田研究室

［キーワード］グラフェン、ナノ電子機械システム（NEMS）、雷センサ、においセンサ熱整流デバイス、バレートロニクス、量子デバイス、極限構造作製、第一原理計算※新規の学生受入は行っていません（MIZUTA Hiroshi）
E-mail：mizuta@ jaist.ac.jp［研究分野］サイレントボイスセンシング、超高感度センサ、熱制御素子

原子スケールナノテクノロジーで、革新的エネルギー・環境デバイスを開拓！
研究を始めるのに必要な知識・能力
水田研究室では物性物理、電気・電子工学、機械工学、化学、コンピュータ、IoT/AI の融合領域研究を行っていますので、これらのどれか
1つ（あるいは複数）の基礎を修得していることが必要です。さらに、その専門を広げて行く好奇心旺盛な人が適しています。

この研究で身につく能力
水田研究室では、グラフェンをはじめとする新奇な原子層材料をベースに、NEMS（ナノ電子機械システム）
技術と1ナノメートル精度の超微細加工技術を駆使して、超高感度センサデバイス、超低消費電力スイッチ、熱整流素子、バレートロニクスデバイスなどを開発しています。これらの研究を通して、①電子線直接描画や最先端ヘリウムイオンビーム技術による極微デバイス作製技術、②環境制御型・高周波プ
ローブステーションや希釈冷凍機などを用いた極限電気特性測定、③第一原理計算からデバイス・回路シミュレーションに至る設計・解析
技術、などを幅広く修得することができます。また、欧州を中心に海外研究機関と緊密に連携し、学生・スタッフが頻繁に交流しているた
め、研究を進める中で自然に国際的コミュニケーションスキルとリーダーシップ能力を身につけていくことが可能です。
【就職先企業・職種】ICT 企業、製造業、国立研究開発法人③ナノスケール熱制御技術の研究

研究内容

最先端技術ヘリウムイオンビームミリング技術を用いて宙吊り
グラフェン上に直径10nm 以下のナノ孔周期的構造を形成します。
特に非対称構造における熱整流素子（下図右）の実現を目指しています。

水田研究室では、グラフェンや極薄シリコン膜をはじめとする新奇な原子層材料と、原子スケール精度の超微細加工技術を駆使して、超高感度センサ、超低消費電力 NEMS（ナノ電子機械シス
テム）
スイッチ、バレートロニクス、熱フォノンエンジニアリングなどを開発し、グローバルな環境・エネルギー問題に貢献することを目指しています。
具体的には以下の4テーマを中心に研究を推進しています。

④原子層材料によるバレートロニクスの研究

バレー自由度を新たな情報担体として利用するバレートロニク
スは、従来のエレクトロニクスを超える将来の情報処理技術として期待されています。原子層材料を積層した様々な構造におけるベリー曲率発生（下図左）を理論と実験の両面から探求しています。

①サイレントボイスセンシングの研究

従来のセンサ技術では検出が難しい自然界や生体の様々な微小信号（サイレントボイス（声なき声））を検出する革新的センサ素子の研究を行っています。落雷の予測を可能とする大気中電界センサ（下図右）や、疾病の予兆検出を目的とした超低濃度の皮膚ガス
（にお
い）
センサ
（下図左）など、素子の原理探索から試作、測定データ解
析技術の研究、さらに実用化研究まで、産業界とも連携して精力的に推進しています。

主な研究業績
1. J. Sun, M. Muruganathan, and H. Mizuta, ‘ Room temperature detection of individual molecular physisorption using suspended bilayer graphene’, Science Advances vol.2, no.4, e1501518（2016）
DOI:10.1126/sciadv.1501518
2. A. Kareekunnan, T. Agari, A. M. M. Hammam, T. Kudo, T.
Maruyama, H. Mizuta, and M. Muruganathan, ‘Revisiting the
Mechanism of Electric Field Sensing in Graphene Devices’,ACS Omega 6, 34086-34091（2021）DOI: 10.1021/acsomega.1c05530
3. F. Liu, M. Muruganathan, Y. Feng, S. Ogawa, Y. Morita, C. Liu, J.
Guo, M. Schmidt and H. Mizuta, ‘Revisiting the Mechanism ofElectric Field Sensing in Graphene Devices’, Nano Futures 5（4）,045002（2021）DOI: https://doi10.1088/2399-1984/ac36b5②超低電圧動作グラフェン NEMS スイッチの研究

グラフェンや hBN 膜など異種原子層材料をファンデルワールス
積層させた NEMS 素子を作製し、その電気・機械的な動作の解明と超低電圧・急峻動作スイッチ（下図）の研究を行っています。シ
リコン MOSFET の理論限界を超える急峻スイッチング特性と0.5V 未満の超低電圧動作を実現しています。

使用装置
電子線リソグラフィー、走査型電子顕微鏡、
電界電離ガスイオン源（GFIS）微細加工装置、ヘリウムイオン顕微鏡（産業技術総合研究所）
環境制御型高周波プローバー、マルチガス種対応プローバー、
第一原理・量子輸送シミュレータ

研究室の指導方針［研究室HP］URL：http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/mizuta-lab/

最先端のナノテクノロジーを駆使して、現在の CMOS 技術を越える ‘More than Moore’ & ‘Beyond CMOS’ 世代のエマージングテ
クノロジ開拓を目指しています。
「まだ世界で誰も実現したことのない機能のデバイスをこの手で初めて開発してみたい！」という意欲のあるあなた、ぜひ一緒に研究しましょう。また、欧州・アジアを中心に海外研究機関に滞在しての研究活動も積極的に推進していますので、国際的に活躍したい方も大歓迎です。

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教授：村田 英幸

村田研究室［キーワード］有機EL素子の劣化機構解明、高効率有機薄膜太陽電池の製造プロセス開発、有機メモリーの開発、動作環境下測定（MURATA Hideyuki）
E-mail：murata-h@ jaist.ac.jp［研究分野］有機EL・有機薄膜太陽電池・有機メモリー

新時代を創出する有機エレクトロニクス研究を始めるのに必要な知識・能力
出身学部が化学系の場合、有機化学や物理化学、物理系なら量子力学や固体物理学のいずれかの基礎知識が研究内容を理解するために必要です。専門知識は研究室に入ってから修得します。従って、学ぶ努力を継続する熱意と実行力が最も重要です。高校レベルの英語力は必要です。

この研究で身につく能力
研究室での研究活動を通じて自己研鑽を積み、自分で考えて自律的に行動できる研究者を育成することを目標としています。研究者として普遍的に重要な３つの能力が身につきます。
（１）
研究を実践するために必要な専門知識を独習する能力 （２）
設定した目標を達成するための計画立案能力 （３）
研究成果の
“価値”
を伝えるためのコミュニケーション能力。また、研究室の留学生との交流や国際共同研究、海外での学会発表などを通じて、国際的なセンスを磨く機会も多くあります。担当する研究テーマや努力の程度によって身につく専門知識は異なりますが、次の専門知識が得られます。
・光化学（励起状態のダイナミクス）、固体物性論（電荷注入と移動）、デバイス物理（有機デバイスの動作機構）【就職先企業・職種】総合電機メーカー、電機・電子機器・精密機器メーカー、印刷業、素材産業（化学、非鉄金属）

メモリー素子

研究内容
村田研究室では、有機エレクトロルミネッセンス（EL）、有機太陽電池、有機メ
モリーといった有機エレクトロニクス全般を研究対象としています。
村田教授は有機 EL 素子の劣化機構の解明と有機太陽電池の高効率化や低コストな製造プロセス開発に取り組んでいます。江口助教はその場観察手法や動作環
境下での測定手法の開発、表面・界面修飾による各種デバイス性能向上とそのメカニズムに関する研究を進めています。

有機材料の特徴を生かした新しい動作メカニズムによる不揮発性有機メモリーの実現に挑戦しています。シンプルな構造である2端子型の素子やトランジスタをベースとした3端子型の素子について、メモリー特性が発現する機構解明や新規材料の探索が研究対象です。ここではデバイスの作製と評価を軸に研究を進めます。

有機 EL の耐久性向上

有機 EL ディスプレイは高画質、低電力、薄型軽量、フレキシブルを特長とし、すでにテレビや携帯電話などで実用化されています。有機 EL 分野では、発光高効率化をめざしてリン光材料と熱活性化遅延蛍光材料が活発に研究されていますが、青色発光材料の耐久性向上が課題となっています。素子の長寿命化は、村田研究室の得意とするところであり、青色発光材料の劣化メカニズムを解明するとともに、高耐久性の青色発光有機 EL 材料を探索しています。また、精密な電子デバイスの作製から緻密な評価まで、一貫して研究を進める体制を整えており、これも私たちの強みとなっています。

高効率有機薄膜太陽電池

有機太陽電池の原理は、光を吸収してドナー分子からアクセプタ分子に電子が授受されることで電流が発生するというものです。プラスチック基板を用いた塗布プロセスによる作製が可能であり、シリコン系太陽電池に比べ、低コスト化、
軽量・フレキシブル化が期待できます。
我々の研究室ではこれまでに、有機薄膜太陽電池で光電変換効率10％を達成
しています。また、最近では有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト太陽電池で25％という開発例も報告されています。このハイブリッド型太陽電池は製造プロ
セスの再現性が低いという問題があり、その解決が画期的な太陽電池の実現につながります。

デバイス動作環境下での構造や電子状態の評価

動作中の有機エレクトロニクスデバイスにおける分子材料の構造や電子状態を評価するために、デバイス動作環境下での測定手法の開発を新たにスタートしま
した。一般的な測定では “ 観る ” ことのできない状態を “ 観て ”、デバイス物理の理解を深めることにより、デバイス特性の向上や新規デバイスの開発につなげていきます。また、デバイス作製の途中の段階において、物質の構造や電子状態を非破壊で測定することのできる手法の開発についても行っていく予定です。各段階における状態を調べることで、各プロセスとデバイス性能との因果関係を明らかにし、高性能デバイスの開発を目指します。

研究室の指導方針（左）フレキシブル有機 EL 素子と（右）フレキシブルメモリ

主な研究業績
1. K. Eguchi, H. Murata, Evolution of the Ionization Energy in Twoand Three-Dimensional Thin Films of Pentacene Grown on Silicon Oxide Surfaces, Journal of Physical Chemistry Letters, 12,9407 (2021) (Journal Front Cover).
2. D. C. Le, D. D. Nguyen, S. Lloyd, T. Suzuki, H. Murata, Degradation of fluorescent organic light emitting diodes caused by
quenching of singlet and triplet excitons, Journal of Materials
Chemistry C, 8, 14873 (2020).
3. V. Vohra, K. Kawashima, T. Kakara, T. Koganezawa, I. Osaka, K.
Takimiya, H. Murata, Efficient inverted polymer solar cells employing favourable molecular orientation, Nature Photonics, 9,403 (2015).

使用装置
真空蒸着装置（高真空対応２台、超高真空対応１台）
デバイス作製用グローブボックス
半導体評価システム
有機デバイス評価システム
逆光電子分光装置［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/murata/index.html

４年生までの学部教育が専門知識修得のための基礎を習得する場であるのに対して、大学院はさらに高度な知識を修得しながら、それを駆使して“研究を実践する場”
であると考えています。研究がうまくいかず壁に突き当たったとしても、正面から向き合い試
行錯誤して、困難を乗り越える経験をすることが最も重要です。最近は困難を回避しようとする人が多いように感じます。成功体
験は今の自分に自信を与えますが、失敗の克服は新しい自分への飛躍をもたらします。ですので、私は研究室の学生に常々こう伝
えています。
「逃げるな、折れるな、諦めるな」。

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ナノマテリアル・デバイス研究領域

MURATA Laboratory教授：山口 政之

山口（政）研究室［キーワード］インテリジェントポリマー、バイオマスポリマー、マテ
リアルリサイクル（YAMAGUCHI Masayuki）
E-mail：m_yama@ jaist.ac.jp［研究分野］高分子レオロジー、成形加工

高分子材料の機能化、高性能化を
レオロジー的な手法で行います研究を始めるのに必要な知識・能力
マテリアルサイエンス（材料科学）
系分野に関する基礎知識があれば、これまでの専門は気にせずとも結構です。むしろ意欲ある学生を希望します。

この研究で身につく能力
高分子はひとつの分子が線状で長いことが最大の特徴です。このような分子形状であるため、高分子は“からみ合い”相互作用を示します。
その結果、例えば液体状態でも弾性を示し、さまざまな成形加工が適用できるようになります。からみ合いは高分子らしさを表す最も適切な特性であると言え、レオロジーではその「からみ合い」により示される特性や、それによって形成される構造を取り扱います。当研究室ではレオロジー的な考え方や成形加工の技術を取り入れることで、新しい機能材料や、ポリマー系材料の高性能化へ取り組み、世の中の役に立つ新規材料を創出しています。これらの研究で身につく材料設計に対する考え方は、企業における研究でも大いに役立ちます。
【就職先企業・職種】高分子材料を扱う樹脂メーカー、加工メーカー、ユーザーなど（詳細は HP に記載）

【成形加工技術の深化・構築】

研究内容
当研究室では、レオロジー特性の新しい制御技術、成形加工技術、
ブレンド・アロイやコンポジットなどの樹脂複合化の独自技術を「武器」として、新しい材料設計を化学反応に頼ることなく創出しています。
対象とする材料は、ポリ乳酸やセルロースなどのバイオマス系
ポリマー、ポリエチレンやポリプロピレンなどの汎用高分子、ポリメタクリル酸メチルやポリカーボネートなどの光学ポリマー、
各種エラストマーなど、ほとんどの高分子材料であり、さらにカーボンナノチューブなどのナノ粒子、各種樹脂添加剤を幅広く取り扱っています。また、高分子以外にも、化粧品や食品などを研究対象とすることがあります。これらの材料の組み合わせや改質、さらには成形により、さまざまな機能を付与し、また、高性能化を行っています。
応用分野はさまざまですが、自動車関係の材料や次世代のディ
スプレイなど、日本の技術力が強い分野を中心にした研究開発が多くなっております。得られた研究成果の一部は既に工業的にも応用されています。また、成形加工のトラブルや高速成形に対する研究も進め、
高分子加工を技術的にサポートしております。以下、研究例の一部を紹介します。

【高分子系複合材料の研究開発】

分子レベルで異種物質の凝集状態を高度に制御することにより、ポリマー系複合材料の高性能化を目指す研究です。次世代気自動車などへの用途展開が期待できる透明樹脂や内装材向け樹脂、透明かつフレキシブルな導電性ポリマーフィルム、植物由来の原料を用いた革新的な光学デバイスなどの開発に取り組んでいます。
また、ポリ乳酸の革新的な高性能化など低環境負荷材料を用いた研究も積極的に推進しています。

優れた高分子材料でも、成形加工できなければ世の中で使用されません。そのため高分子産業では、成形加工に必要不可欠なレオロジーの専門家を常に必要としています。その基礎となる研究を実施すると共に、新材料のレオロジー特性を明らかにすることで実用化へ貢献しています。

主な研究業績
1. 環境問題に立ち向かうポリオレフィンの成形加工技術，
山口政之 ,
成形加工 , 32(9), 301 (2020).
2. 低分子添加による複屈折制御，山口政之，工業材料，66(4), 3337 (2018).
3. 成形加工性向上のための高分子レオロジー制御技術，山口政之，
機能材料，38(4), 4-12 (2018).

【レオロジー制御による機能性ソフトマテリアルの材料設計】

レオロジーの考え方はポリマーのみならず、さまざまな分野で必要とされます。特に、ソフトマテリアルである食品や生体材料、化粧品などではレオロジー特性の把握が必要不可欠です。本テー
マでは、これら機能性ソフトマテリアルの材料設計をレオロジーの観点から進めています。切断しても再び元通りに治癒する自己修復性材料、形状記憶材料などの設計指針をこれまでに提案しています。

研究室の指導方針

使用装置
レオロジー測定装置
成形加工機
分光分析装置
力学特性評価装置［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/yamaguchi/

当研究室では、主として高分子物性に関する知見に基づいて、材料の設計から成形技術に至るまで、さまざまな研究テーマを設定し活動しています。また、実際に役立つ研究を行うために、企業との共同研究を積極的に進めています。私自身の企業経験も活かしながら就職活動へのサポートも行い、総合的な力を伸ばしてもらいたいと考えています。
ポリマー材料の研究開発に興味をお持ちの方は、是非、当研究室を訪問してください。

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物質化学フロンティア研究領域

YAMAGUCHI Laboratory

ナノマテリアル・デバイス研究領域

AKABORI Laboratory

准教授：赤堀 誠志

赤堀研究室［キーワード］化合物半導体、強磁性体、微細加工、エレクトロニクス、
スピントロニクス、半導体物性、低温物性（AKABORI Masashi）
E-mail：akabori@ jaist.ac.jp［研究分野］半導体エピタキシャル成長、半導体ナノ構造、半導体スピントロニクス

半導体ナノワイヤを舞台としたスピントロニクス研究
研究を始めるのに必要な知識・能力
本研究室で研究を始めるにあたって大事なのは、リアルに「もの」を扱うのが好きであることだと考えています。また、物理学（特に電磁気学、量子力学）の知識はあった方がよく、この他に半導体・固体物理、化学、プログラミングの知識があると研究を進める上で役に立つと考えています。

この研究で身につく能力
本研究室の研究では様々な装置を使います。それらの正しい使用法は論理的思考に基づいて考えられています。したがって、それらを理解し、自ら実践することにより、論理的な思考力が養われると考えています。また、実験的研究にはトラブルがつきもので、想定通りには結果が得られず、上手く進まないことも多々あります。ですが、トラブルの状況や得られている結果に関して、周りと協力しながら分析・考察し、研究が上手く進むように努力することにより、解決すべき課題を発見する力、そして発見した課題を解決する力が養われると考えています。

【就職先企業・職種】電機・精密機械、IT・通信、素材

研究内容
従来のエレクトロニクスでは、チャージ（電荷）の制御により情報処理が行われてきました。これに対してスピントロニクスは、チャージだけでなくスピン（磁性）を制御することにより情報処理を行っていくものです。国際デバイスおよびシス
テムロードマップにおいても、スピントロニクス素子は重要な次世代デバイスの一つとして位置付けられています。半導体を用いる代表的なスピントロニクス素
子は、InAs・InGaAs・InSb・InGaSb など大きなスピン軌道結合を有する半導体と強磁性体との複合構造からなるスピン電界効果トランジスタです（図1）。この素子においては、半導体ナノワイヤを採用することにより、スピン軌道結合と弾性散乱によるスピン緩和が抑制されると期待されています。そこで本研究室では、以下に示すような、半導体ナノワイヤ構造および半導体 - 強磁性体複合構造に関する実験的研究を行っています。

図3．ボトムアップ手法によるナノワイヤ

図5．MnAs/InAs 複合構造

①半導体ナノワイヤ構造の作製

図6．非局所測定

電子ビーム露光とエッチング加工を組み合わせたトップダウン手法（図2）と、分子線エピタキシャル成長を用いたボトムアップ手法（図3）に関する研究を進めています。トップダウン手法では高品質な半導体ヘテロ接合を用いることが可能ですが、コヒーレントな伝導のためにはエッジ形状の最適化や加工ダメージの抑制などの課題があります。ボトムアップ手法では半導体ヘテロ構造の利用は困難
ですが、成長条件の最適化によりトップダウン手法では困難な良好な形状・微小な寸法を実現できる可能性があります。

主な研究業績
1. S. Komatsu, M. Akabori: “Spin-filter device using Zeeman effect withrealistic channel and structure parameters” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 63,
pp. 02SP14-1-5 (2024).
2. Md. T. Islam, Md. F. Kabir, M. Akabori: “Low-temperature grown
MnAs/InAs/MnAs double heterostructure on GaAs (111)B by molecular beam epitaxy” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 63, pp. 01SP40-1-5 (2024).
3. K. Teramoto, R. Horiguchi, W. Dai, Y. Adachi, M. Akabori, S. Hara: “Tailoring Magnetic Domains and Magnetization Switching in CoFe Nanolayer Patterns with Their Thickness and Aspect Ratio on GaAs (001)
Substrate” Physica Status Solidi B, Vol. 259, pp. 2100519-1-9 (2022).
4. D. Q. Tran, Md. E. Islam, K. Higashimine, M. Akabori: “Self-catalyst
growth and characterization of wurtzite GaAs/InAs core/shell nanowires” J. Crystal Growth, Vol. 564, pp. 126126-1-7 (2021).

②半導体 - 強磁性体複合構造の作製

電気化学プロセスによる半導体（ZnO）/ 強磁性体 (Co、Ni) コアシェルナノワ
イヤの形成（図4) や、分子線エピタキシャル成長による半導体 (InAs) / 強磁性体
(MnAs) 複合構造の形成（図5）に関する研究も行っています。これらの方法では連続的に半導体 / 強磁性体界面を形成するため、強磁性体から半導体へのスピン注入効率向上が期待されます。

③作製した構造の電気的評価・解析

超伝導マグネット付クライオスタットなどを用いて、低温・強磁場環境下での電気的評価・解析を進めています。面内磁場中での非局所配置における抵抗測定（図6）などにより、スピン注入・輸送・検出に関する知見を獲得することが可能です。これら知見を基に、未踏のスピン電界効果トランジスタの実現を目指します。

図1．スピン電界効果トランジスタ

図4．電気化学プロセスによるコアシェルナノワイヤ

使用装置
成膜装置（分子線エピタキシャル成長装置、原子層堆積装置、真空蒸着装置、スパッタ装置）
微細加工装置（電子ビーム露光装置、電界電離ガスイオンビーム装置、反応性イオンエッチング装置）
電気化学プロセス装置
電気計測装置（デバイスアナライザ、ホール効果測定装置、ロックイン計測システム）
極低温・強磁場装置（超伝導マグネット付 He4クライオスタット、He3クライオスタット、希釈冷凍機）

図2．トップダウン手法によるナノワイヤ、ポイントコンタクト

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://www.jaist-akabori-lab.com/

本研究室では、様々な装置を使って、半導体や強磁性体など「もの」をつくるところから、主に電気的評価・解析によりつくった「もの」を調べるところまで一貫して実験的研究を行います。まずテーマの近い学生でチームをつくり、毎日チームミーティングをしてもらうとともに、週一でスタッフを交えた全体ミーティングを行って、コミュニケーション力・プレゼンテーション力・判断力の育成・向上を図ります。また、全体ミーティングと同じ日に勉強会も行い、半導体・固体物理分野の知識習得や基礎学力の向上を図ります。

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准教授：安 東秀

安 研 究 室［キーワード］量子技術、ダイヤモンドNV中心、スピントロニクス、ス
ピン波、プローブ顕微鏡、マイクロ波、共焦点顕微鏡（AN Toshu）
E-mail：toshuan@ jaist.ac.jp［研究分野］量子スピンセンシング・イメージング、ナノMRI“量子スピンのダイナミクス”を計測・制御して応用へ繋げる研究を始めるのに必要な知識・能力
固体物理、材料物性の基礎知識を習得していることが望ましいです。基礎を身につける勤勉さと新しいことにチャレンジする意欲。

この研究で身につく能力
研究活動を通して、自分で問題を設定し、これを解決し、他人や社会に成果を発信する能力を身につけます。このために、先ず、簡単な実験を通して自分で実験データの取得、装置の改良、解析、データのまとめ、研究発表ができる能力を育成します。その後、自分で新しくチャ
レンジングなテーマを設定し、これを解決してゆくことに取り組みます。その際には、他人と協調して研究を行うこと、英語文献の読解力や英語によるコミュニケーション力が必要で、これらの能力を身につけることも重視します。

研究内容
電子の内部自由度であるスピンのダイナミクスを利用した新しい現象を探索し、これを応用したデバイスやセンサーを実現することを目指します。そのための基礎となるスピンダイナミクスの高感度センシングと高分解能イメージングの計測技術を重視して研究に取り組んでいます（図１）。

図3．表面スピン波とダイヤモンド NV 中心のスピン変換

図4．走査ダイヤモンド NV 中心スピン顕微鏡

主な研究業績
図1．電子や原子核の持つスピン自由度、電子スピン共鳴、スピン流①ダイヤモンド NV 中心を用いたナノ磁気センシング

近年、ダイヤモンド中の窒素－空孔複合体中心（NV 中心）に存在する単一スピンは、高性能なスピンセンサーとして有用であるこ
とが判り
（図２）
、NV 中心を利用したナノスピン
（磁気）
センシング
（図３）
・イメージング（図４）が注目されています。この NV 中心
を走査プローブとした高感度・高分解能スピンセンサーを開発し、単一電子スピン、単一核スピンのダイナミクスをセンシングすることを目指します。

1. Yuta Kainuma, Kunitaka Hayashi, Chiyaka Tachioka, Mayumi Ito,
Toshiharu Makino, Norikazu Mizuochi, and Toshu An “Scanning
diamond NV center magnetometer probe fabricated by laser
cutting and focused ion beam milling” Journal of Applied Physics
130, 243903 (2021)
2. Dwi Prananto, Yuta Kainuma, Kunitaka Hayashi, Norikazu Mizuochi, Ken-ichi Uchida, and Toshu An “Probing Thermal Magnon
Current Mediated by Coherent Magnon via Nitrogen-Vacancy
Centers in Diamond” Phys. Rev. Applied 16, 064058 (2021).
3. D. Kikuchi, D. Prananto, K. Hayashi, A. Laraoui, N. Mizuochi, M.
Hatano, E. Saitoh, Y. Kim, C. A. Meriles, T. An, Long-distance excitation of nitrogen-vacancy centers in diamond via surface spinwaves, Applied Physics Express, 10, 103004 1-4 (2017).

使用装置

図2．ダイヤモンド中の NV 中心と磁気共鳴スペクトル

研究室の指導方針

磁気共鳴計測・制御装置（自作）、FPGA、LabVIEW による電子制御
走査マイクロ波顕微鏡（自作）
共焦点光学的磁気共鳴顕微鏡（自作）
水晶振動子型 AFM プローブ顕微鏡（自作）
超高真空・極低温走査スピン顕微鏡（自作）［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/toshuan-www/index.html

本研究室では、スピンのダイナミクスを利用してセンサーやデバイスへの応用へ繋げることを目標に、材料物性の基礎を理解し（“ 確
かな知識 ”）、課題を自ら設定し（“ 自由な発想力 ”）、解決してゆく能力を育成します。毎日の研究において議論の場を多く設定し、コミュニケーション能力を高めます。課題を解決する手段としての新規計測手法の開発と工学的技術の取得にも取り組みます。意
欲溢れる皆さんが研究に参加し、“ わくわくする ” 研究の醍醐味に触れ、将来の活躍の基礎を確立する場を提供したいと考えています。

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ナノマテリアル・デバイス研究領域

AN Laboratory物質化学フロンティア研究領域

UEDA Laboratory

准教授：上田 純平

上田研究室［キーワード］蛍光体、蓄光材料、応力発光体、白色LED、レーザー励起
白色光源、光センシング、蛍光温度計、蛍光圧力計（UEDA Jumpei）
E-mail：ueda-j@ jaist.ac.jp［研究分野］固体化学、無機化学、光化学、ガラス

固体電子構造と局所配位環境のデザイン
により所望の光機能を発現させる！
研究を始めるのに必要な知識・能力
知的好奇心をもち、積極的に研究に取り組み、コミュニケーションとディスカッションを通して学問の発展や新分野の開拓、自己の成長を遂げたいという意欲が必要です。必要な知識は問いませんが、固体化学の知識があると研究に有利です。

この研究で身につく能力研究テーマは、材料合成、物性評価、応用展開の一連の内容を含み、研究を通して計画能力、課題把握能力、論理的思考や幅広い知見と様々な測定技術を習得できます。英語での研究発表会や最新英語学術論文を紹介する雑誌会のゼミによって、プレゼンテーション力と英語コミュ
ニケーション力が鍛えられます。
専門的には、材料合成技術（無機固体粉末、セラミックス、透光性セラミックス、ガラス、単結晶）や物性評価技術（X 線回折測定、X 線吸収分光、基礎的な光学特性評価、蛍光寿命測定、光伝導度測定、真空紫外分光、蓄光材料評価手法、ダイアモンドアンビルセルによる高圧実験）など、
固体化学と分光学の研究者としての能力を身に付けることができます。
【就職先企業・職種】材料・化学メーカー、電機メーカー◆光を蓄える！

研究内容

通常、蛍光体は励起光を遮断すると、直ちに減衰し光らなくなります。しかしながら、励起電子の一部を結晶ホストに存在する電子トラップに蓄えることにより、数分
から数日の時間スケールで光続ける蛍光体（長残光蛍光体または蓄光材料）を作製できます。我々は固体電子構造に着目し、光誘起電子移動機構を制御することにより、残光蛍光体を設計しています。

身の回りには発光する材料やデバイスが多く存在します。例えば、白色 LED 照明、レーザープロジェクター、テレビやスマート
フォンのディスプレイはその一例です。これらの発光デバイスには、短波長の光を吸収して長波長の光に変換する蛍光体と呼ばれる発光中心イオン（希土類や遷移金属など）を添加した無機固体材料が使われています。蛍光体の光物性は、発光中心イオンの種類
やその幾何学的・化学的な配位環境、結晶ホストの固体電子構造で大きく変化します。本研究室では、これらの光物性を支配する要因を詳細に調査・特定し、高効率蛍光体や近赤外蛍光体、残光蛍光体など所望の光機能を有した固体材料をデザインしています。

開発した長残光蛍光体◆光で測る！

蛍光体の光物性は、温度や圧力により変化するので、特徴的な発光の変化を利用することにより、非接触・非侵襲型の温度センサー
や圧力センサーとして使用できます。バイオ応用に向けた近赤外
サーモメーターや高感度圧力センサーなどを開発しています。

◆白色光を創る！

白色 LED 照明やレーザー励起白色光源は、青色 LED（またはレーザー）と可視蛍光体から構成されています。白色光源用蛍光体は、用途により要求される特性が異なり、最近ではディスプレイ用の発光バンドの半値幅の狭い「ナロ―バンド蛍光体」やレーザーの強励起でも消光しない「レーザー励起用蛍光体」などの開発が求められています。我々は、物理現象の解明を通し、より高い特性を有する蛍光体を戦略的に創製します。

◆その他研究テーマ

透光性セラミックス、フォトクロミック材料、熱ルミネッセンス
蛍光体、応力発光体、アップコンバージョン蓄光、消光機構解明、
圧力誘起相転移主な研究業績
1. Jumpei Ueda, Bull. Chem. Soc. Jpn. 94, 2807(2021)
2. Jumpei Ueda, Setsuhisa Tanabe, Opt. Mater. X 1, 100018 (2019)
3. Jumpei Ueda et al. J. Phys. Chem. C 119, 25003 (2015)

使用装置
真空高温管状炉、X 線回折装置
蛍光分光光度計、クライオスタット
波長可変レーザー、蓄光材料評価装置
ダイアモンドアンビル高圧セル

組成に伴う化学的、幾何学的変化により光物性を制御

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://uedalab.com/

当研究室では、メンバーの人数により調整しますが、1週間に一度の研究報告会と雑誌会（最新英語論文の紹介）を行います。規則
正しい生活のために、コアタイムを9時から17時とします。研究テーマは、材料合成、物性評価、応用展開の一連の内容を含み、研究室での実験だけでなく、共通分析機器の利用や学外との共同研究により、幅広い専門知識と技術の修得ができます。基本的に、在籍中に国内学会や国際学会で、一度は研究発表を行って頂きます。また、得られた研究成果は、国際論文雑誌にて学生が第一著者または共著者として発表することを目指します。

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サスティナブルイノベーション研究領域

OKEYOSHI Laboratory

准教授：桶葭 興資

桶葭研究室［キーワード］ゲル、水、ソフトマテリアルの幾何学、光機能材料、エネ
ルギー変換材料、バイオミメティクス（OKEYOSHI Kosuke）
E-mail：okeyoshi@ jaist.ac.jp［研究分野］高分子科学、光化学、ソフトマター

自然環境と生体物質の歴史に学ぶ
ー高分子の世界に挑戦！ー
研究を始めるのに必要な知識・能力
高分子科学、物理化学、材料科学、光化学、ソフトマターの基礎知識や経験を持っていると望ましいでしょう。そして何より、チャレンジ
ングスピリットを強く持っている人、好奇心の強い人、思考の持久力を高めたい人と研究を始めたいと考えています。

この研究で身につく能力
論理説明能力・解釈能力、科学的な仮説検証・立案力、高精度なディスカッション能力、発表能力、英語コミュニケーション力
学問分野：高分子科学、光化学、コロイド科学、界面化学、幾何学、非線形科学など【就職先企業・職種】化学メーカー、医療機器メーカー、自動車関連、材料全般、食品関連、化粧品関連など

研究内容
自然界を見渡すと、目に見えるレベルで綺麗なパターンがたく
さんあります。たとえば生体組織は小さな分子から「自己組織化」
によって創り上げられています。これは、物質そのものにだけ由来している訳ではなく、外的な環境が強く作用した結果です。変化する環境に適応できるように生命が進化した結果、多様な空間パターンやリズムが生まれています。
一方、人工的に合成された分子から物理環境を制御してパターンを創り出す研究は歴史的に長くなされています。しかし、合成
分子のままでは医療や工業的に材料化する上で困難を極め、生体組織との調和や自然との共生には幾つものハードルがあります。
これに対して我々は直近の研究で、天然分子の多糖が自らパターンを再構築する現象を発見しました。ここで、「なぜ」「どのように」パターンをつくるのかを解明できれば、生体適合性と環境適応性を合わせ持つマテリアルを手に入れることができます。

主な研究業績

１．DRY で WET な天然多糖の自己組織化

天然から抽出された多糖は、どのように cm スケールの幾何学パターンを生み出すのか、特に、乾燥環境下で多糖が見せる「空間認識」の法則性を検証しています。DRY で WET な非平衡環境下、ミクロにもマクロにも高分子が組織化して析出してきます。実際の生体組織が常に乾燥環境におかれながらも WET なからだを維持していることを振り返ってみれば、水中から陸上進出した生体高分子の進化を紐解く鍵があるはずです。

1. DRY & WET: meniscus splitting from a mixture of polysaccharides and water. Okeyoshi K, Polymer Journal 52, 1185 (2020).
2. Vapor-sensitive materials from polysaccharide fibers with self-assembling twisted microstructures. Budpud K, Okeyoshi K, Okajima MK, Kaneko T, Small 16, 2001993 (2020).
3. Polymeric design for electron transfer in photo induced hydrogengeneration through a coil-globule transition. Okeyoshi K, Yoshida
R, Angewandte Chemie International Edition 58, 7304 (2019).

２．ソフトマテリアルのパターン制御

生体高分子、合成高分子に関わらず多くのソフトマテリアルは、界面の応力制御によって形態の制御が可能です。ほんの小さな環
境の違いや僅かな力学的エネルギー負荷によって、多様な構造や形態を見せます（自己集積、自己相似、フラクタルなど：図参照）。
これを利用して DRY で WET な環境に適応した医療用材料の設計法を見出したいと考えています。
これら「自然美の追求」を基に現象の法則性を導くことが究極目標です。そして、生物がなぜパターンを創るようになったのか？
自然科学の大命題に挑戦しています。

研究室の指導方針

使用装置
各種光学顕微鏡、各種光学装置（偏光、蛍光など）、画像解析装置、粘度計、密度計、動的光散乱、電子顕微鏡［研究室HP］URL：https://sites.google.com/oke-acgroup.com/web/home-j

社会で働くトレーニング期間として、個人個人の能力を最大限に発揮できるようにサポートします。我々のグループは研究・文化の両面で多様な環境に在り、多角的な視野を構築する上で日本でも稀に見る貴重なチャンスです。突出した先端研究をみなさんと進めたいと考えています。
そのためにも以下１－３の基礎を実践していきます。1. 実験とディスカッションを通して論理的思考力と先見性の能力を養う。2. 仮説と検証を繰り返し大目標にアプローチする。 3. 学会発表、学術論文発表を念頭に科学的言語を使う。これらの積み重ねを自信にして創造力を高めていきたいと考えています。熱いハートのみなさん、ぜひ２１世紀のパイオニアを目指して一緒にチャレンジしましょう！

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准教授：篠原 健一

篠原研究室［キーワード］機能性高分子合成、1分子イメージング、人工生命機能、
高速AFM（SHINOHARA Ken-ichi）
E-mail：shinoken@ jaist.ac.jp［研究分野］高分子化学、分子マシン

ポリマー１分子の直視熱ゆらぎで駆動する分子マシンの創製研究を始めるのに必要な知識・能力
機能性高分子の合成研究を希望する学生は、
有機化学と高分子化学の基礎的な知識が必要です。また、
高分子鎖一本の構造を解析する1分子イメー
ジング研究を希望する学生は、顕微鏡装置のしくみを理解し使いこなす必要がありますので、物理学的なものの考え方が求められます。

この研究で身につく能力【高分子合成】新しい機能性高分子を合成しますので、有機合成化学的手法や高分子機能設計についての研究能力が鍛えられます。
【1 分子
イメージング】有機溶媒中の高分子鎖一本の構造ダイナミクスを高速 AFM イメージングし動態を解析しますので、装置原理や当該解析法のしくみ、また一連の考察をとおして高分子の本質についての理解が深化します。
【シミュレーション】スーパーコンピューターを活用して分子動力学（MD）計算による高分子鎖一本のダイナミクスをシミュレーションし、高速 AFM イメージングの結果を理解してモデルを構築しますので、コンピューターシミュレーションの基礎と応用が身につきます。
【分子マシン創製】多様な高分子鎖の運動機能を探索し分子マシンの創製へ展開しますので、現象の本質を見抜く洞察力、創造力が鍛えられます。
【就職先企業・職種】化学系企業、半導体関連企業、食品関連企業、化粧品会社、公務員
（教員）
など

研究内容
篠原研究室では、ポリマー1分子を研究対象とした基礎研究を進めています。最近の研究で、分子レベルではポリマーにも生物のような
しなやかな動きがあることが実証されました。一方、生物物理学では
生体高分子であるタンパク質の機能発現の機構や動作原理が明らかになりつつあります。この概念を合成高分子の設計に適用すれば、刺激や負荷などの環境変化に柔軟に対応して特性を自在に制御できるしなやかな合成高分子〜分子マシン〜を開発できると考えています。また同時に、1分子イメージング技術の特許化（国際出願）そして共同研究
を通じて企業への技術移転を進めています。

【ポリマー1分子の直視】ポリマーは、非常に優れた特性を持つ有用な物質であり文明を維持するために無くてはならない材料です。しかしながら、ポリマーは一般にその構造が多様で非常に複雑であるために、構造と機能の相関関
係を分子レベルで議論することが難しいのです。すなわち、「ポリマーのどの様な構造が、如何なる機能を発揮しているのか？」という本質的な問いに対して、多数分子の平均値を議論する従来の研究手法を踏襲する以上、明確に分子レベルで答えることは難しいという問題があります。これが原因となり、より優れた機能を有する高分子を合成しようとする際に、どの様な分子設計を行えば良いのかが不明確である、という障壁が機能性高分子の構造設計において立ちはだかっています。そこで、高分子鎖一本の構造と機能の実時間・実空間同時観測系が確立されれば、推論や仮定なしに、明確に分子構造と機能との関係を直接議論できるのではないかと考えました。
ポリマー1分子の直接観測で世界に先駆けた研究に挑戦し続けています。例えば、合成高分子鎖一本のらせん構造が形成する高次構造の解明
を世界で初めて走査トンネル顕微鏡観測で達成し、米国サイエンス誌の依頼を受け成果の一部が掲載された等の成果を挙げています。また液中でゆらぐπ共役ポリマーの1分子蛍光イメージングと1分子分光に成功しています。さらに高速 AFM によるらせん高分子鎖一本の運動を直接観測して、これがブラウン運動であることを解析で証明しました。また
超分子ポリマーの研究では、国際学術誌の表紙を飾っています。

【分子マシンの開発】

生体を構成しているタンパク質などの生体高分子にはさまざまな機
能があることがわかっていますが、取り出すと高次構造が崩れ機能が失われてしまうため、材料として利用することが難しいという問題がありました。その点、合成高分子は耐久性があり、材料には適しています。

研究室の指導方針











Fig. Single Molecular Unidirectional Processive Movement along a Helical Polymer Chain in a Non-aqueous Mediaもし、しなやかな高次構造を形成し、さまざまな機能をもつ合成高分子を作ることができれば、現在の機械のしくみを根底からくつがえす、画期的な材料を作れると期待しています。篠原研究室では、モータータン
パク質など生体分子マシンの構造や機能に学び、これを超える新しい機能を持った合成高分子による分子マシンの実現を目指しています。

主な研究業績
1. K. Shinohara, S. Yasuda, G. Kato, M. Fujita, H. Shigekawa: Direct observation of the chiral quaternary structure in a π -conjugated polymer at room
temperature, J. Am. Chem. Soc. 123, 36193620 (2001); Editors’ Choice,
Science 292, 15 (2001).
2. K. Shinohara, Y. Makida, T. Oohashi, and R. Hori: Single-Molecule Unidirectional Processive Movement along a Helical Polymer Chain in Non-aqueous
Medium, Langmuir, 38 (40), 12173-12178 (2022).
3. K. Cheng, K. Shinohara, O. Notoya, M. Teraguchi, T. Kaneko, T. Aoki Synthesis and Direct Observation of Molecules of 2D Polymers: With High Molecular Weights, Large Areas, Small Micropores, Solubility, Membrane Forming
Ability, and High Oxygen Permselectivity, Small, 202308050 (2023).

使用装置
高速原子間力顕微鏡（高速 AFM）
単一分子蛍光・分光顕微鏡（TIRFM）
高分子鎖構造 / 蛍光同時観測装置（AFM/TIRFM 複合）
スーパーコンピューター（分子動力学計算）
各種機器分析装置（NMR, IR, UV/Vis. 等）［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/shinohara/

研究テーマを学生が教員から与えられたものとして受動的に研究するのではなく、一日も早く自らのものとして研究テーマを捉えることができるよう指導します。具体的には、学生とのコミュニケーションを積極的にとり、学生の能力に応じて可能な限り意思を尊重して自主的に実験を遂行させ、自ら問題を見つけてこれを解決する能力を養わせる方針です。これら一連の過程を繰り返す
ことにより、研究とは如何なるものなのか等の基本的かつ重要な問の答えが各々学生なりに得られ、ひいては将来の優れた研究者・技術者としての自覚につながるものと期待しています。

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物質化学フロンティア研究領域

SHINOHARA Laboratory准教授：池 勇勳

池 研 究 室［キーワード］移 動 ロ ボ ッ ト、 ロ ボ ッ ト ビ ジ ョ ン、 環 境 セ ン シ ン グ、SLAM（simultaneous localization and mapping）（JI Yonghoon）
E-mail：ji-y@ jaist.ac.jp［研究分野］ロボティクス、センサ情報処理

無人移動ロボットによる知的環境センシング技術の開拓
研究を始めるのに必要な知識・能力
線形代数学、確率論等の数学の基礎力と、ロボット工学、計測工学、機械学習の全般的な知識を持っていた方が望ましく、好奇心を持って研究への意欲のある学生であれば歓迎します。自分のアイデアをロボットシステムに実装するために、簡単なハードウェアの制作とプログ
ラミング言語（特に C++ 又は Python）に慣れている場合は有利です。

この研究で身につく能力
ロボティクスは、機械・電子・情報・制御・計測等の様々な分野の要素技術が融合される分野であり、システムインテグレーション技術が非常に重要です。具体的な研究テーマによって差はありますが、エンジニアとしての幅広い工学的知識を修得可能です。また、当研究室では実際の現場に適用可能な社会実装に焦点を当てた研究を積極的に行っているため、様々な社会ニーズと先端技術とのマッチング能力と、社会に貢献可能な新しい技術を創造する基礎能力を学ぶことができます。

【就職先企業・職種】製造業、IT 系企業、研究職等

研究内容
当研究室では、ロボット技術を通じて様々な方面からの社会実装を目指して研究を行っています。具体的には、様々な環境条件において、無人移動ロボットに搭載した各種センサからの情報を分析し取得した環境の形状情報および物質・材料等の環境内に分布する物理的な情報を活用することで、実社会の様々な問題解決に貢献可能な研究に取り組んでいます。

１．被災地探査ロボットによるセマンティックマップ生成

当研究室では、自然災害をはじめ原子力災害等の災害現場において、被害情報収集活動や原子炉建屋内の環境モニタリングを実施するための、半自律移動ロボットによるセマンティックサーベイ
マップ生成システムを開発しています。具体的には、ロボットに搭載されたサーモカメラやハイパースペクトルカメラ、LiDAR な
どの複数種類のセンサ情報を取得・融合し、環境の物理的な特徴
量を含むマップを生成する技術を開発しています。図1に 示 す SMLO ル ー プ の 各
要素技術を他大学とも連携をとりながら開発しており、生成されたサーベイマップ
は、後の減災・廃炉・復旧
復興計画に役立てられるこ
図1．SMLO ループに基づくサーベイマップ生成とを想定しています。

２．音響カメラによる水中環境センシング

最近、図2に示す濁った水中環境でも3次元空間における高解像度の画像を生成可能な音響カメラの開発により、水中状況の把握が容易になりました。このタ
イプの超音波センサは比較的小型であり、水中ロボッ
トにも簡単に装着され、環境中に存在するマテリアルの特性を計測情報により分析可能です。当研究室では、 図2．音響カメラによる水中での画像撮影

新空港・港湾・海底トンネルの建設及び干拓事業などの水辺の開発環境のような人間が直接入れない極限水中環境において、無人
水中ロボットに搭載した音響カメラを使用し、物質・材料に関する環境情報を反映した3次元マップ生成システムを開発しています。生成された水中環境のマップ情報を関連する意思決定機関へ提供することで、後の水辺の開発計画などの策定のための活用を図ります。

３．自律移動ロボットのナビゲーション

様々なサービスロボットの開発のために不可欠な要素である自律移動ロボットのナビゲーション技術は、ここ数十年間活発に研究されてきた分野であり、最近では既に多くの技術が実用化されつつあります。当研究室では、様々な次世代センサからの計測情報を処理し、自律移動ロボットのナビゲーションの性能を向上させるための研究を行っています。

主な研究業績
1. Y. Wang, Y. Ji, H. Woo, Y. Tamura, H. Tsuchiya, A. Yamashita, and
H. Asama, “Acoustic Camera-based Pose Graph SLAM for Dense
3-D Mapping in Underwater Environments,” IEEE Journal of Oceanic Engineering, 46(3), pp. 829-847, 2021.
2. Y. Ji, Y. Tanaka, Y. Tamura, M. Kimura, A. Umemura, Y. Kaneshima, H. Murakami, A. Yamashita, and H. Asama, “Adaptive Motion
Planning Based on Vehicle Characteristics and Regulations for
Off-Road UGVs,” IEEE Transection on Industrial Informatics,
15(1), pp. 599-611, 2019.
3. Y. Ji, A. Yamashita, and H. Asama, “Automatic Calibration of
Camera Sensor Network Based on 3D Texture Map Information,”
Robotics and Autonomous Systems, 87(1), pp. 313-328, 2017.

使用装置
車輪型およびクローラ型の移動ロボット
LiDAR、測域センサ、光学カメラ、サーモグラフィ、音響カメラ等の環境計測センサ

研究室の指導方針［研究室HP］URL：http://robotics.jaist.ac.jp/

当研究室では、ロボティクスという学問分野を通じて、多方面に社会に貢献できる人材を育成することを目指しています。そのためには、社会ニーズを把握した上で関連する技術動向を反映させる指導が重要であると考えており、学生には実際の現場に適用可能な社会実装を目標とした研究テーマを与えています。次に、研究成果を世の中に発信するため、すべての学生に対して国内・国際学会発表および学術論文の作成を積極的にを推奨しています。最後に、研究室内でのミーティングはもちろん他大学および企業との連携を通じて、複数人のグループでの働き方、コミュニケーション能力、プレゼンテーション能力等も鍛えることを目指しています。

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人間情報学研究領域

JI Laboratory准教授：筒井 秀和

筒井研究室［キーワード］ニューロン、細胞膜電位、蛍光タンパク質、バイオセンサー（TSUTSUI Hidekazu）
E-mail：tsutsui@ jaist.ac.jp［研究分野］分子生物学、生理学、生物物理学

分子センサーを創り、生きた細胞の活動を読み取る。
研究を始めるのに必要な知識・能力（予備知識）
分子・細胞生物学や電気回路の基礎などを理解しているとスムーズに研究を開始できますが、初学者にも丁寧に指導します。
（求める人材）実験が好きな人。決められた実験を行うだけではなく、試行錯誤や寄り道の楽しさを理解している人。

この研究で身につく能力
分子・細胞生物学、基礎生理学、生物物理学に関する基本的な研究方法や実験手技を理解し、体得します。多くの生命現象が未だに謎に包まれたままである中で、さまざまな生命現象の仕組みや分子的基礎がどのようにして解明されてきたかを学びます。新しい技術を創り出し、
今までアクセス不可能だった領域に踏み入る道を切り開く面白さや意義を学びます。こうした新しい領域の探索を通じ、生命現象の理解のみにとどまらず、長期的には社会や産業にいかに還元し技術革新を起こしていくかを考える能力を身につけます。

【就職先企業・職種】医療、光学、電気、IT、食品、公務員などや技術が集結する本学の資質を最大限に活用し、遊び心を大切にしながら新しい技術領域の創成を目指しています。

研究内容
生命現象は驚くほど緻密に制御されていますが、その背後にはどのような分子の「仕組み」があるのでしょうか？ そんな素朴な疑問を大切にし、その「仕組み」を今までにない技術革新につなげるような研究を行っています。本研究室では、以下の2つのトピッ
クを中心に据えています。

【細胞の活動を観る・測る】

脳神経系は究極の生体組織です。回路を構成する細胞の、わずか数 nm の細胞膜に、0.1V 程度の電圧信号が発生します。この信号は回路網を素早く伝播し、自律的に組織化され、同時に処理されます。この過程を理解することは、現代科学の大きな挑戦であり、さらにその先にはさまざまな病態の理解、未知の情報処理アルゴ
リズムの解明、そして究極的には人工システムとの統合という展開も期待されています。しかし、そこには数多くの難関があります。
例えば、現在の技術では生体電気信号の時空間パターンの詳細な計測が不可能であることは、最も根本的な難関となっています。
一方で、生体はこの電気信号を解読するための仕組みを備えています。例えば、細胞膜には電圧に反応する特殊な蛋白質が存在し、電圧信号を増幅したり、それを解読して細胞内の環境を変化させたりしています。このような分子を部品のように巧みに組み上げ
れば、生体電気信号を可視化する人工膜電位センサーを創ることが出来ます。本研究室ではこれまでに単一細胞の単一スパイクの可視化に成功しており、みなさんとともに、さらなる高速・高感度化を目指したいと考えています。また、近年は微細加工技術を駆使した新しい計測原理などにも注力しています。多様な研究者【蛍光タンパク質の多様な物性とその応用】

蛍光タンパク質の多様な物性は、細胞観測技術において様々な革新を与えてきました。研究室では新しい物性を開拓し、様々な応用へと展開していく研究を行っています。例えば、生きた細胞内で結晶を作ってしまう現象や、界面と呼ばれる特殊環境でのみ起きる不思議な物性をこれまでに発見してきました。これらの現象
はタンパク質の高速構造決定や新しい細胞観察技術へと発展していく可
能性を秘めており、さらに詳細な研究を行っています。
（左）細胞内で自発成長した蛍光タンパク質結晶の挙動（右）直接構造解析の結果

主な研究業績
1. Farha et al., Interface-specific mode of protonation–deprotonation reactions underlies the cathodic modulation of fluorescence
protein emission. Appl. Phys. Express 13 (2020).
2. Farha et al., Electric-field control of fluorescence protein emissions
at the metal-solution interface. Appl. Phys. Express 12 (2019).
3. Tsutsui, H. et al., Improved detection of electrical activity with avoltage probe based on a voltage-sensing phosphatase. J. Physiol., 591, 4427- 4437 (2013).

使用装置

（左）
分子センサーの性能試験の様子 （中央）分子センサーを発現した神経細胞（右）微細加工技術で試作した細胞インターフェイス

研究室の指導方針

各種光学顕微鏡・走査型電子顕微鏡
電気生理・電気化学計測関連機器
薄膜作成・微細加工装置
細胞・組織培養関連機器
分子生物学関連機器［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/tsutsui/wordpress/

研究は自由で楽しいものであるべきと考えるが、それもバックグラウンドの正しい理解や確かな実験技術に基づくはずです。まずは正確な実験や観察が行えるようになる事に努めます。研究結果の定期的な発表（プログレスレポート）
および論文紹介（ジャーナ
ルクラブ）
を通じてプレゼンテーション力を身につけます。英語専門書を一つ選定して、輪読を行い、研究の背後にある概念や文化を理解する事にも重点を置きます。

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バイオ機能医工学研究領域

TSUTSUI Laboratory物質化学フロンティア研究領域

NISHIMURA Laboratory

准教授：西村 俊

西村（俊）研究室［キーワード］資源・エネルギーの有効利用技術、金属ナノ粒子触媒、固体酸塩基触媒、新触媒の創成、触媒作用機構の解明（NISHIMURA Shun）
E-mail：s_nishim@ jaist.ac.jp［研究分野］触媒化学、固体触媒、合金触媒、バイオマス変換

新しい固体触媒プロセスの構築による資源・エネルギー問題の解決に挑む！
研究を始めるのに必要な知識・能力
基礎的な計算・データ処理能力と仲間と安全に研究を進められる方であれば、バックグラウンドを問わずに歓迎します。物理化学、有機化学、無機化学、分析化学、触媒化学などの基礎・経験があると、よりスムーズに研究を開始できます。失敗にひるまずに挑戦する「忍耐力」や「好奇心・探究心」がより自発的に研究を進める上で役に立ちます。

この研究で身につく能力
新しい固体触媒プロセスの開発は、触媒設計→触媒調製・条件の最適化→触媒活性評価・反応条件の最適化→触媒のキャラクタリゼーショ
ン→触媒作用機構の提案→検証・再考といった多くの研究段階からなっています。また、触媒作用に関連する因子は一つであるとは限りません。従って、触媒開発プロセスを経験することで、様々な分析・評価手法の技術習得、多角的に実験データを整理・解析・統合する力を身に付けることができます。また、英語の先行研究を読み自らの研究へフィードバックする力、自分の結果を他人へより分かりやすく伝えるためのプレゼンテーション力を、日常の研究室ゼミや学会発表等を通じて向上できます。
【就職先企業・職種】化成品・ポリマー製造や自動車触媒製造を主とした化学・材料メーカーなど。

・高効率なバイオマス資源変換を実現する固体触媒プロセ
ス開発

研究内容
触媒は様々な物質変換・合成プロセスに欠かすことができない材料で、身近な生活を力強く下支えしています。そのため、高機能な触媒プロセスの開発は、日常の生活様式の劇的な改善やより低環境負荷なスタイルへと大きく変えるインパクトを持っています。例えば、空気中の窒素の人工的な固定化を実現したアンモニ
ア合成触媒の実現（1918年ノーベル化学賞）は、窒素を含む化学品
合成の発展に繋がり、その後の安定的な食料生産による人口増加
や火薬製造による工業の発展へと繋がりました。
当研究室では、「従来の在来型化石資源の利用技術で培われた触媒プロセス技術を生かし、より高効率な触媒を設計するための指針の提案」や、「固体触媒を用いた高効率な次世代バイオマス資源
変換プロセスの構築」
から、持続可能・低環境負荷な社会形成に貢献できる触媒プロセス技術の構築を目指しています。

バイオマス資源は再生可能でカーボンニュートラルであることから、持続可能な次世代資源としての活用が期待されています。
しかし、低い LCA（ライフサイクル・アセスメント）が課題です。
固体触媒を用いた高効率プロセスの実現によるバイオマス資源利用の拡大を目指しています。例えば、常圧水素によるバイオ燃料
製造プロセス、非可食性グルコサミン類からの高品位化成品合成
プロセス、高活性な酸 - 塩基反応プロセス、有機酸の高効率な水素化転換を実現しています。

主な研究業績
1. S. D. Le, S. Nishimura: Selective hydrogenation of succinic acidto gamma-butyrolactone with PVP-capped CuPd catalysts. Catal.
Sci. Technol. 12 (2022) 1060.
2. K. Anjali, S. Nishimura: Efficient Conversion of Furfural to Succinic Acid using Cobalt-Porphyrin based Catalysts and Molecular
Oxygen. J. Catal. 428 (2023) 115182.
3. X. Li, S. Nishimura: Synthesis of 5-Hydroxymethy-2-furfurylamine
via Reductive Amination of 5-Hydroxymethyl-2-furaldehyde with
Supported Ni-Co Bimetallic catalysts. Catal. Lett. 154 (2024)
237.

・金属担持触媒の高機能化に向けた触媒設計と作用機構解明

金属活性点を固体表面に固定化した金属担持触媒は、主に1. 金属活性中心の電子状態や形状、2. 金属活性点の周囲環境、3. 担体の性質によって、その触媒作用が大きく異なります。それぞれの因子を系統的に制御し、対象とする触媒反応への性能を評価する
ことで、求める触媒作用に対して選択的に欲しい性能を付与できる触媒調製指針の策定を目指します。例えば、異種金属を合金化させた活性サイトの構築による高活性化、保護配位剤を作用させる
ことによる活性点周囲の環境制御による高活性・高選択性の発現、特異な構造を有する担体合成による超高活性化を実現しています。
金属を担持した触媒の要素① 活性を示す
金属サイト

使用装置

②活性サイトの周りの環境制御

触媒活性評価（GC, HPLC, GC-TOFMS, FTICR-MS, 液体 NMR）
触媒構造評価（XRD, ガス吸着 / 脱着 , SEM/TEM, XPS, 固体 NMR,
FT-IR, TPR/TPD, パルス分析など）
状況に応じて、外部の共同利用研究施設（KEK-PF, SPring-8, SAGALS など）
での XAFS 測定も行います。

③活性サイトを分散させる担持体の性質

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/~s_nishim/index.html

当研究室では、月1〜2回の研究室ゼミ（研究進捗報告・ディスカッション）を行います。コアタイムは設けませんが、社会人生活に向けて規則正しい生活リズムを作って実験・大学院生活を送ってください。本学には様々な分析機器が共通設備として整備されており、装置によっては専門職員からのサポートも得られる充実した環境が整っています。在籍中にこのサポート・分析体制を存分に活かし、自らのスキルアップを実現してほしいと思います。在籍中に得られた成果は、国内外での学会等で対外発表を行うことを推奨します。
また、修了生１人に対して１報以上の学術論文・国際会議プロシーディングス等を公開し、各学生の成果を残せるように努めています。

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バイオ機能医工学研究領域

HAMADA Laboratory

准教授：濵田 勉

濵田研究室［キーワード］ソフトマター、人工細胞、生体膜、リポソーム、相分離、
分子ロボティクス

（HAMADA Tsutomu）
E-mail：t-hamada@ jaist.ac.jp［研究分野］ソフトマター物理、生物物理

人工細胞膜の形や動きを探求する
研究を始めるのに必要な知識・能力
リポソームの実験に興味を持って楽しく取り組めること、物理・化学の基本的な知識があることが望ましいです。

この研究で身につく能力
１．人工細胞膜の実験技術
２．ソフトマターの物理化学に関する知識
３．光学顕微鏡を主とする分析装置の取り扱い技術
４．英語の学術論文を読み書きする力
５．学会発表や修士・博士論文などで成果を表現する力【就職先企業・職種】化粧品、食品、化学、機械、バイオ研究開発など

3．力学応答

研究内容

物理的刺激に対する膜ダイナミクスの研究を行っています。これまでに、シアストレスや浸透圧によって膜面の相分離構造・パター
ンが変化することを発見しています。刺激の強さ、温度、膜の分子組成などに依存した、膜の応答ダイナミクスの体系化を進めています。

両親媒性ソフトマターである脂質分子は、自己集合して膜を形成します。脂質膜は、2次元膜面内での相分離や、3次元空間でのベシクル変形などの多様な物理現象を示し、その構造は弾性エネ
ルギーにより支配されます。生体細胞は、この脂質膜を器・界面として利用しています。ミトコンドリア・小胞体のような複雑な構造体を形成したり、膜の融合・分裂などのダイナミックな動きが物質輸送を行っています。また、脂質膜小胞は、ドラッグデリバリーや化粧品などの材料としての応用開発も進められています。
私たちは、人工的に作製したマイクロメートルサイズの膜小胞（人工
細胞膜、リポソーム、脂質ベシクル等と呼ばれる）を用いた実験により、膜の新奇現象を発見し、膜の新たな可能性を表現することを目的に研究を進めています。様々な膜の形や動きを創り出し、物理化学的な解析を使って、膜の世界を探求します。

1．光コントロール

光応答性分子を膜に導入することで、膜の融合、相分離の生成・消滅、小胞の開閉（細胞のオートファジーに類似した動き）、膜の出芽（細胞のエンドサイト－シスに類似した動き）を光で制御できることを発見しています。ナノメートル領域の膜分子の反応を、
マイクロメートル領域の膜ダイナミクスに変換する機能システム
を、膜の物性に基づき設計します。

図：膜融合の光制御 (Langmuir 2017)。

主な研究業績
1. “Photo-induced fusion of lipid bilayer membranes” Y. Suzuki, etal., Langmuir, 33, 2671 (2017).
2. “Domain dynamics of phase-separated lipid membranes undershear flow” T. Hamada et al., Soft Matter, 18, 9069 (2022).
3. “ 人工細胞膜のダイナミクス解析と構造制御 ” 濵田勉 , 応用物理 ,86, 875 (2017).

2．コロイドとの相互作用

細胞膜がウィルス等の物質を取り込むプロセスのモデル実験として、膜とコロイド粒子の複合化ダイナミクスの研究を行っています。細胞表面を模倣した不均一な膜では粒子サイズに依存して吸着する領域が決定することや、膜上での粒子の拡散係数の変化、膜張力により吸着粒子が膜を透過すること等を見出しています。

使用装置
共焦点レーザー顕微鏡
蛍光・位相差顕微鏡

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/hamada

私たちは、人工細胞膜の新奇現象を発見し、膜の新たな可能性を表現することで、膜系が示す物理現象の原理究明を目的に研究をしています。研究活動を通して、基礎知識を活用し課題を解決する能力を養い、好奇心を持ち自ら調べ学ぶことの楽しさを経験してもらいたく思います。

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准教授：平塚 祐一

平塚研究室［キーワード］分子ロボティクス、MEMS/マイクロマシン、分子モーター、
遺伝子工学（HIRATSUKA Yuichi）
E-mail：yhira@ jaist.ac.jp［研究分野］生命分子工学、機械工学、タンパク質工学、ナノバイオテクノロジー、生物物理学

タンパク質分子モーターで駆動する微小機械研究を始めるのに必要な知識・能力
平塚研究室ではタンパク質を使って人工の機械を作るという全く新しい研究分野を開拓しています。そのため分野を超えた幅広い知識が必要となりますが最も重要なことは「新しいものを作りたい！」という強い意識と「科学的な思考」
です。専門的な知識は研究室で学ぶことができます。

この研究で身につく能力
本研究室では、バイオ・化学・微細加工技術・機械工学などを組み合わせた融合的な研究を進めています。融合研究を行うためには異なった専門分野を学んでいく必要があり、多くの学生は躊躇するかもしれません。しかし本研究室での研究開発の経験を通し融合領域では新し
い発見や新しい可能性がたくさんあることを学び、専門分野間の垣根が低く感じることになるでしょう。もちろん基礎的な知識なくして融合分野に取り組むことはできません。本研究室では大きさ数ナノメータのタンパク質を人類が利用できるマイクロまたはミリメータサイズの機械として組み立てる研究をしています。そのためにタンパク質や化学物質の分子レベルの構造やナノメータ空間での挙動を理解し、分子レベルから設計できる能力を身につけます。
【就職先企業・職種】化学メーカー、機械メーカー、IT 企業、公務員など

3）モータタンパク質・バクテリアで動く回転モーター

研究内容
細胞は、大きさ数ナノメートルのタンパク質がその内部で働くことでさまざまな生命現象を生み出しています。タンパク質は一般に知られているような単なる栄養素の一
つではなく「非常に精巧な分子機械」であり「細胞を構成する多彩な部品」です。本研究室では、タンパク質を分子部品として使うことによって、これまで人類が作り出してきた人工機械とは全く異なる夢の微小機械（マイクロマシン、微小ロボット）の創製に挑んでいます。本研究室ではタンパク質の中でも特に「動く」という機能をもった面白いタンパク質「モータータンパク質」に注目し、モータータンパク質で駆動するさまざまな微小な機械の開発に取り組んでいます。

大きさ数十μ m の微小な回転モーターもモータータンパク質やバクテリアを使って作製することに成功しています。これらは従来の人工モーターとは異なり糖や ATP といった化学物質を燃料として動くユニークなモーターとして注目を集めています。

1）光で自在に作製可能な生体分子モーターで動く人工筋肉

筋肉のような収縮性のファイバー（人工筋肉）を、光照射した場所に自在に形成させることに成功しました。光の照射形状を変えることで自由な形状・大きさの人工筋肉が造形でき、ミリメートルスケールの微小機械の動力に利用できます。将来、マイクロロボットやソフトロボットの3D プリンタによる製造への応用が期待されます。

図3．バクテリアで駆動する回転モーター

主な研究業績

図１．光造形可能な人工筋肉で動く微小機械2）タンパク質により駆動するバイオディスプレイ

生き物には周囲の環境に合わせて体色を変化させる「保護色機能」を持つものがいます。これらの現象はモータータンパク質によって引き起こされています。本研究では微細加工技術とタンパク質工学を組み合わせ、保護色の分子機構を模倣した人工細胞を生体外に作り、世界初のタンパク質で駆動するディスプレイの開発に成功しました。

1. Takahiro Nitta, Yingzhe Wang, Zhao Du, Keisuke Morishima &Yuichi Hiratsuka A printable active network actuator built from anengineered biomolecular motor Nature Materials 20, 1149–1155(2021)
2. Susumu Aoyama, Masahiko Shimoike, and Yuichi Hiratsuka
Self-organized optical device driven by motor proteins Proc. Nati.
Acad. Sci. (PNAS) 110, 16408-16413 (2013).
3. Y. Hiratsuaka, M. Miyata, T. Tada and T. Q.P. Uyeda, Micro-rotary
motor powered by bacteria, Proc. Nati. Acad. Sci. (PNAS) 103,
13618-13623 (2006).

使用装置
レーザー直接描画装置
フォトリソグラフィ装置
タンパク質精製および解析装置高感度
蛍光顕微鏡
細胞培養装置

図2．モータータンパク質で駆動する世界初のディスプレイ

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/hiratsuka/

本研究室の学生には誰もが見たことがない・驚かれるような研究に挑戦してもらいたいと考えています。しかし、そのような研究を成功させるためには基礎的な知識はもちろんのこと論文による学習が必須となります。また自分自身で考え失敗にめげず何度も挑戦し、そして何よりも研究を楽しんでもらいたいと考えています。

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バイオ機能医工学研究領域

HIRATSUKA Laboratory

ナノマテリアル・デバイス研究領域

HO Laboratory

准教授：ホ アン ヴァン

ホ 研 究 室［研究分野］ロボティクス（HO Anh-Van）
E-mail：van-ho@ jaist.ac.jp［キーワード］ソフトロボティクス、柔軟な触覚装置

材料の柔らかさを活かした
次世代ロボットの開発
研究を始めるのに必要な知識・能力
自然の物事と現象を解明することにより、柔軟物を積極的に利用した新機能の機構を開発する本研究室は、分析力や実践力を求め、機能材料の力を借りて技術課題を解決する想像力を重視しています。また、特定の分野・知識を問わずに、ものづくりに興味を持つ学生を歓迎します。

この研究で身につく能力
・機械設計、電子回路設計、加工方法
・プログラミング、制御・計算、解析

・提案能力
・コミュニケーション能力、論文作成力
・グローバルな思考、起業魂【就職先企業・職種】機械設計会社、電機メーカ、大学等③ しわのメカニズムにヒントを得た、柔軟性を有するアクチュ
エータを用いて柔軟物を変形させることによって、同一のセン
サのみでも異なるセンシング能力が得られる能動的な触覚センサの開発を目指します。

研究内容
概要：

自然界のすべての現象には、何らかの形で必ずダイナミクスが関与しています。このダイナミクスを理解できれば、その現象を生じさせるために、メカニズムがどのように進化してきたかを理解することが可能になります。また、そのメカニズムをロボットの駆動装置または感覚装置に応用することで、新しい機構を創出できると考えられます。本研究室の長期研究計画・内容については以下の図をご参照ください。

【長期のテーマ】④ 柔軟物を掴めるソフトロボットハンドの開発⑤ ラピッドプロトタイプ技術の開発⑥ 柔軟な思考のあるロボットの開発 等

主な研究業績
1. Van Ho et al., IEEE Transactions on Robotics, Vol. 27, No. 3, pp.411-424, 2011
2. Van Ho et al., IEEE Sensors Journal, Vol. 13,
No. 10, pp. 4065-4080, 2013,
3. Van Ho et al., IEEE Robotics and Automation Letter, Vol. 1, Issue 1, pp. 585-592,
2016

内容 :

本研究では柔軟物とその形態制御を用いてセンシング装置・アクチュエーター・知能は以下のようなテーマで行われています。

【短期のテーマ】① 織物のような柔軟な質感を持つ新しい触覚センサの開発、そのマルチ・モーダルな特性を活かすセンシングに基づいた制御方法の開発を積極的に進めています。
② 遠隔操作システムにおいて、ロボット上の触覚
センサによって得られた触感（圧力・摩擦・すべり）
をヒトの指先に再現できる装置を開発しています。

研究室の指導方針

使用装置
3D プリンター、電動直動ステージ、6軸力覚センサ、
触覚提示装置、小型 NC 加工機、高速度カメラ［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/vanho/index.html

・修士課程、博士課程に関わらず、本研究室は右側の図が示すような「研究活動のサイクル」
や「3C の研究者」を身につけた学生を育成します。そのため、毎週のミーティングで学生の進捗・成長を積極的にフォローします。
・研究活動において、各メンバーの発想・アイデアを尊重にして、PDCA（Plan・Do・
Check・Action）
を通じて具体的な実現方法が見つかるまで指導します。
・学生のキャリアパスの選択を全力でサポートします。
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准教授：都 英次郎

都 研 究 室［キーワード］ナノロボット、ナノバイオ、ナノ材料、生体機能材料、
バイオテクノロジー、バイオミメティクス（MIYAKO Eijiro）
E-mail：e-miyako@ jaist.ac.jp［研究分野］生物工学、材料化学、ナノテクノロジー、ナノメディシン

材料とバイオを使ってゲームチェンジング
テクノロジーを生み出す！
研究を始めるのに必要な知識・能力研究を始めるにあたり特別な知識・能力は問いません。本物の科学者や世界で活躍できる第一線の研究者に本気でなりたいと考えている学生を募集しています。特に新しい技術や新分野を開拓しようと柔軟性、協調性、好奇心、志を持った熱心な学生を求めています。

この研究で身につく能力
私たちの研究室では色々な研究手法を組み合わせた学際的な研究を行っているので多くのことを学ぶことができます。例えば、有機合成、生化学、遺伝子工学、細胞や動物実験に係る手技、ナノ材料、医療用デバイス、ロボットなどの様々な知識や技術を習得することができます。

研究内容
私たちの研究室の興味は、生物工学、材料化学、ナノテクノロジー、
ナノメディシンの領域にあります。
例えば、我々の研究室では、ナノ材料の様々な物理化学的特性を活用することで、ナノスケールレベルで体の中の生物学的な活性や健康状態をモニターし、制御可能な革新的ナノバイオシステムの開発に挑戦し
ています
（図1）
。また、本研究目的のために高性能ナノロボットの合成、それらの表面工学、集合体を研究し、作製したナノロボットを上記の研究領域に統合することに注力しています。さらに、合成したナノロボットの構造と機能の関係における根本的な理解にも努めています。これらの研究はナノテクノロジー等の基礎研究としても重要ですが、とりわけ医学・薬学の分野において有用な知見と病気の治療法を提供できると期待しています。
一方、我々は食品産業や農業分野のためにも社会を一変させる革新的な技術（ゲームチェンジングテクノロジー）を創出しようと奮闘しています。現在、農作物の生産量に直結するミツバチなどの花粉媒介昆虫の減少が世界規模の問題となっています。昆虫を使った花粉交配法の代替手段として古来より羽毛や筆を用いた人の手による人工的な受粉が行
われていますが、この方法は手間と労力が掛かる上、実際に作業を行う農家の方々の高齢化と人手不足が深刻な状況になっています。そこで我々の研究室では、全自動の人工花粉交配技術を構築すべく、自然から着想を得て設計するネイチャーインスパイアード材料とロボット工学を融合した研究を行っています（図2）。
このように我々の研究は、化学、物理、生物、材料科学、工学といった多くの研究分野から成る学際的な性質によって成り立っています。

過去の代表的な研究テーマ（1）体の中で光発電するナノデバイス（2）液体金属ナノトランスフォーマー（3）超分子ナノ電車（4）細胞を刺激するナノモジュレーター
（5）ナノ材料の光発熱を利用した遺伝子発現制御（6）光と磁場で駆動するナノトランスポーター（7）材料工学を駆使した花粉交配用ミツバチロボット
これらは単なる一例にすぎません。自然科学を理解・開拓し、革新的な新技術、ひいては新分野そのものを一緒につくりましょう！

図1．革新的ナノバイオシステム創出を 図2．全自動人工花粉交配を目指したミ
目指したナノロボットの一例（生体内で ツバチ型ロボット（プロトタイプ）。効率
光と磁場で駆動するナノトランスポー 的に花粉を運ぶために粘着性ゲルを塗布
ター）。
した動物体毛を極小ドローンの下部に取り付けている。

主な研究業績
1. Yue Yu. Xi Yang, Sheethal Reghu, Sunil C. Kaul, Renu Wadhwa,
Eijiro Miyako*, “Photothermogenetic inhibition of cancer stemness by near-infrared-light-activatable nanocomplexes” Nature
Communications 11, 4117 (2020).
2. Svetlana A. Chechetka, Yue Yu, Xu Zhen, Manojit Pramanik,
Kanyi Pu, Eijiro Miyako*, “Light-driven liquid metal nanotransformers for biomedical theranostics” Nature Communications 8,15432（2017）.
3. Eijiro Miyako*, Kenji Kono, Eiji Yuba, Chie Hosokawa, Hidenori
Nagai, Yoshihisa Hagihara “Carbon nanotube-liposome supramolecular nanotrains for intelligent molecular-transport systems”
Nature Communications 3, 1226（2012）.

使用装置
レーザー、蛍光顕微鏡、電子顕微鏡、紫外 - 可視 - 近赤外分光光度計、蛍光光度計など

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://e-miyakolab.amebaownd.com/

ディスカッション、雑誌会、定期ミーティング、学会などを通じて、実験の解析技術、独立した思考能力、論理的な表現力などが身につくように指導します。特に、博士後期課程への進学希望者には、最新かつ国際的な研究環境を提供し、産業やアカデミアの研究ポジションが得られるように育成します。研究室のコアタイムは基本的には1時間の休憩を除いた9時から17時です。このため
効率的、効果的、スピーディに作業をしなければいけません。メリハリをもって研究も余暇もエンジョイしましょう。

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物質化学フロンティア研究領域

MIYAKO Laboratory

バイオ機能医工学研究領域

YAMAGUCHI Laboratory

准教授：山口 拓実

山口（拓）研究室［キーワード］糖鎖、分子認識、生命分子科学（YAMAGUCHI Takumi）
E-mail：takumi@ jaist.ac.jp［研究分野］糖質科学、有機化学、生体機能関連化学、超分子化学、生物物理学

からだの中のコミュニケーションツール・
糖鎖に挑む研究を始めるのに必要な知識・能力
化学も生物も興味がある、という幅広い好奇心。新しい研究分野を創ることへの意欲。有機化学や物理化学、生化学などを扱いますが、その知識・技術は研究を通して身につけていくことができます。

この研究で身につく能力
当研究室が主な研究対象とする糖鎖は、創薬や医療のターゲットとして大きな注目を集めています。ところが、その取り扱いの難しさから、糖鎖に向き合った研究は多くはありません。既存のやり方にとらわれず、どうしたら問題を解決できるのか？自由な発想と論理的な思考によってプロジェクトを推進する力を身につけます。また、有機合成化学を中心に、分析化学やバイオテクノロジーなどの知識・技術を習得することができます。

【就職先企業・職種】化学・材料工学系企業
糖鎖は柔軟な構造をもち、水中で絶えず揺らいでいます。糖鎖と生体分子の相互作用は、とてもダイナミックな過程で進行します。
図は、細胞の中でタンパク質の運命決定に関わる糖鎖の化学構造と立体構造モデルです。実験とコンピュータシミュレーションを組み合わせ、その姿を明らかにすることができました。

研究内容
糖鎖 第3の生命分子鎖

糖鎖は、タンパク質・核酸とならぶ第3の生命鎖ともよばれ、私たちの生命活動の様々な場面で重要な働きをしています。例えば、糖鎖は細胞同士の接着をはじめ、生体内でのコミュニケーション
にとって不可欠な役割を担っています。その一方で、糖鎖は、インフルエンザのようなウイルスの感染、がんの転移、さらにアルツハイマー病の発症にも深く関わっていることがわかりつつあります。また、バイオ医薬品の多くには糖鎖が関与しており、糖鎖は医薬品の特性に重要な因子としても注目を集めています。

糖鎖研究について

図1．糖鎖の３次元構造

このように糖鎖は、創薬や医療のターゲットとして脚光をあびています。しかし、糖鎖の重要性が広く認識されてきたにもかか
わらず、糖鎖そのものに対する研究はまだまだ発展途上です。例
えば、多くのタンパク質のかたち（立体構造）
が次々と明らかになってきているのに対し、糖鎖の3次元構造はほとんど未解明であるばかりでなく、アプローチ法すら十分に確立されていません。

主な研究業績
1. Delineating the dynamic conformations of oligosaccharides bycombining molecular simulation and NMR spectroscopy, T. Yamaguchi, Trends Glycosci. Glycotechnol. 32, E93-E98, 2020.
2. Comprehensive characterization of oligosaccharide conformational ensembles with conformer classification by free-energy
landscape via reproductive kernel Hilbert space, T. Watanabe, H.
Yagi, S. Yanaka, T. Yamaguchi, K. Kato, Phys. Chem. Chem. Phys.,23, 9753–9760, 2021.
3. Experimental and computational characterization of dynamic
biomolecular interaction systems involving glycolipid glycans, K.
Kato, T. Yamaguchi, M. Yagi-Utsumi, Glycoconj. J. 39, 219–228,2022.

糖鎖を知る 糖鎖を使う

私たちは化学的な手法を基盤にした多角的な実験を展開し、糖鎖研究に挑んでいます。糖鎖に構造情報取得のための化学プロー
ブを導入することで、分子分光法による計測と分子シミュレーショ
ンを活用した立体構造解析を可能とし、水中で揺らめく糖鎖の姿を描き出すことに成功しました。さらに、細胞表面を覆う糖鎖を模倣したモデル化合物の合成や、糖鎖を応用した細胞機能の制御にも挑戦しています。

使用装置

化学と生物学の融合 その先を目指して

ライフサイエンス全体でみても、糖鎖をいかに取扱うかは今後の大きな課題となってきています。化学と生物学の融合による糖鎖研究を進展させることを通して、新たなサイエンスの地平を切り拓き、社会に貢献していきたいと考えています。

研究室の指導方針

核磁気共鳴
（NMR）
スペクトル測定装置
高速液体クロマトグラフィ
質量分析計
大規模計算機［研究室HP］URL：https://www.jaist.ac.jp/ms/labs/t-yamaguchi/

卒業研究の際、自分で合成した分子の完成をはじめて確認したときのドキッとした感覚は今でも覚えています。何かを新しくつくることへの意欲を大切にしたいと思います。また、実験データやアイデアについて研究室の仲間と相談することや、学会で研究成果を発表し議論することなど、研究を通したコミュニケーション能力の向上を重視します。これだけはゆずれない！という自分の幹を太く育てながら、広く科学を学んでいきます。

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准教授：山本 裕子

山本研究室［キーワード］ラマン分光学、表面増強ラマン散乱、ナノマテリアル、
金属材料（YAMAMOTO S. Yuko）
E-mail：yamayu@ jaist.ac.jp［研究分野］ナノ材料、表面増強分光学、量子光学

ナノマテリアルから生まれる
新しい科学を楽しむ
研究を始めるのに必要な知識・能力「とにかく研究が好き！」「とにかく実験が好き！」「大発見したい！」「大発明で世の中を良くしたい！」
この中から最低一つ、まさに自分に当てはまると思えること。これが当研究室で研究を始めるにあたって必要な能力です。実現に必要な知識や、技術の修得の仕方は教えます。
大きな野望を持つ学生さんも大歓迎です。

この研究で身につく能力
新しいなにかを、自らの手で切り開く力です。これは世の中のあらゆる場面で役立ちますが、教えられる機会はさほど多くありません。新
しいなにかを自らの手で切り開くには、現在を正しく知る感度の高いアンテナ、適切な問題意識と問題解決能力、プレゼンテーション能力、
コミュニケーション能力、文章執筆能力を含む高い言語能力、加えて資金や周囲の賛同を得る人間力、これら全てが求められます。これらの全てが、研究を遂行する中で身につくようにバックアップします。また、修了後・在学中の留学や、ベンチャー企業の設立も支援します。

【就職先企業・職種】化学系企業、起業等

研究内容
ナノメートルオーダーの世界は、未解明の謎で満ちている。これだ
け科学が進んだ世の中にあって、ナノ世界は今も未知のフロンティア
です。ナノ世界にはとびきり面白い現象がまだまだ世に知られぬまま隠されていて、発見されるのを今か今かと待っている。私は今、日々の研究を進める中で、ますますこう実感するようになりました。
そこで当研究室では、ナノメートルオーダーの世界が生み出す新しい物理化学現象に着目しており、例えば以下の研究を進めています。

SERS 測定に成功した、極めて重要な実験系です。
その銀ナノコロイド粒子を使って、私たちの研究グループメンバーの一人が最近「希土類元素の SERS」という新しい研究分野の開拓に成功したので、次に説明します。

3．希土類元素と SERS

希土類元素 ( レアアース ) は原子番号57番～71番に位置する非常に重い元素で、地球上にほとんど存在しないことから希土類元素と呼ばれています。希土類元素は最外殻の電子配置が互いに似通っているた
め、化学的な手法でその種類を同定することが難しい問題があります。
当研究室では2023年、希土類元素を含むキレート分子の SERS を測定することで、間接的に希土類元素である La( ランタン ) と Gd( ガドリニウム ) を互いに識別することに成功しました。これは世界的に見て非常にユニークかつ重要な研究成果であり、2023年に開催された ICORS 国際会議にて口頭発表されました。

4．金属材料と電気化学

図 . 表面増強ラマン散乱法測定の概略図

1．強結合 新しい光学現象を生み出すナノスケール創成場

1970年代に、表面増強ラマン散乱 (Surface-enhanced Raman scattering, SERS) という現象が発見されました。これは、物質に光を当てたときにごくわずかに現れる「ラマン散乱光」
が飛躍的に増強する現象のことです。SERS 効果は当初、銀のナノ構造体表面で発見されました。
そして、発見から50年経った現代。なぜラマン散乱効果が飛躍的に増強するのか、そのメカニズムがおおよそ明らかになりました。
さらに私たちは、ラマン散乱効果が飛躍的に増強する「ホットスポット」
で「強結合」という現象が起きており、この「強結合」状態が別の新しい光学現象を生み出していると発見しました。
ホットスポットは正に、ナノ世界に存在する未知のフロンティアの一つです。私たちは銀ナノ粒子がつくるホットスポットでの強結合を、さらに深く、詳しく調べ続けています。

2．表面増強ラマン散乱 (Surface-enhanced Raman scattering, SERS)

上記の通り、SERS は1970年代に発見され既に50年経っています。
しかし未だ目立った実用化例がないことから「Sleeping Giant ( 眠れる巨人 )」と呼ばれています。一方で SERS は人のこころをどこか魅了するのでしょう、巨人を眠りから覚まそうと SERS 研究へ新規参入してくる研究者は後を絶ちません。
私たちの研究グルーブでは、銀ナノコロイド粒子を使って SERS を研究しています。銀ナノコロイド粒子は1997年に初めて1分子だけの当研究室ではまた、金属材料科学と電気化学の境界領域での研究もスタートしています。まだ詳しくお伝えすることができませんが、世界に大きなインパクトを与える大きな研究成果を期待しながら研究を続けています。
参考文献・これまでの研究業績に関する論文にご興味がある方は、お気軽に指導教員までメール（yamayu@jaist.ac.jp）
または指導教員室
へお越しください。論文の別刷（論文のコピーのこと）
を差し上げます。

主な研究業績
1. Jin Hao, Tamitake Itoh and Yuko S. Yamamoto, “Classification of
La3+ and Gd3+ rare earth ions using surface-enhanced Raman scattering”, Journal of Physical Chemistry C, accepted to JPCC.
2. Tamitake Itoh and Yuko S. Yamamoto, “Electromagnetic enhancement spectra of one-dimensional plasmonic hotspots along
silver nanowire dimer derived via surface-enhanced fluorescence”, Journal of Chemical Physics 160, 024703 (2024)
3. 山本裕子 , “ プラズモンと分子の電磁相互作用の基礎 ”, 応用物理学会フォトニクスニュース , 9(2), 68-72, 2023.

使用装置
表面増強ラマン顕微鏡
（自作）
密度汎関数
（DFT）
計算装置

研究室の指導方針［研究室HP］URL：準備中

世界トップレベルで基礎研究を行うための、自由闊達な研究環境を提供しています。当研究室にはコアタイムがありません。各自が自由な時間で研究を組み立てており、そのスタイルを奨励しています。研究室内のメンバーとの情報交換・互いの進捗の確認は、週一回の全体ミーティングおよび輪講セミナーにて行います。そのため、自律的にしっかりと研究生活を組み立てられるタイプの学生の方に適した環境です。
自らの研究成果を世に発信するため、年1回程度の学会発表を推奨しています。研究テーマの設定は、指導教員が提示する研究テーマを参考に、個々の学生さんの興味範囲・方向性を取り入れつつ最大限希望に添う形で行います。基本的に、研究成果は国際論文（英語）という形で世に広く発表することを目指していきます。プロの研究者を志望する方にお勧めです。
もちろん、指導教員による個別指導を随時行います。指導教員の持つ知識や経験をどんどん活用してください。

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ナノマテリアル・デバイス研究領域

YAMAMOTO Laboratory

CHAMMINGKWAN Laboratory

講師：チャミンクワン パッチャニー

チャミンクワン研究室［研究分野］Catalysis, Polymer Chemistry※新規の学生受入は行っていません（CHAMMINGKWAN Patchanee）
E-mail：chamming@ jaist.ac.jp［キーワード］Heterogeneous catalyst, polyolefin, nanocomposite,adsorbent

Catalyst to Polymer:
Synergistic Materials Design
研究を始めるのに必要な知識・能力
We are looking for students who have chemistry-oriented skills. Basic knowledge in polymer chemistry and catalysis is preferred, but notimperative.

この研究で身につく能力
You will gain knowledge in catalysis and polymer chemistry from both of the academic and industrial perspectives. You will be guided todevelop your own research direction that is an essential stage to be independent in pursuing your research interest in the future.

【就職先企業・職種】Chemical Industry

Hierarchically structured porous materials

研究内容

High performance and multifunctionality of solid materials often
arise from multicomponent and multidimensionality of structuralfeatures. The hierarchy of materials on porosity is also one of thekeys for high material performance in many applications. We aim
to develop a method for controlling the structure and morphologyof hierarchically structured porous materials for catalysis and adsorption applications.

Catalyst designs for polyolefins

In spite of being at the top of the world polymer production,
researches in polyolefins have been said as a mature area as the
progresses have been made by the refinement of the existing materials. Meanwhile, growing concerns in environment and sustainability have brought polyolefins back to a spotlight due to their highlife-cycle eco-efficiency, e.g., low energy consumption in the production process, recyclability for second-life use, etc. Likewise, thedevelopment of highly functional polyolefin materials with desired
properties becomes essential for sustainable growth and to meetthe requirement in today’s advanced applications. Our lab aims
to develop methodology and knowledge to access a new class ofpolyolefins with tailored properties by synergistic catalyst and polymer design.

主な研究業績
1. P. Chammingkwan, L.T.T. Mai, T. Ikeda, P. Mohan, Nanostructured
magnesium oxide microspheres for efficient carbon dioxide capture, J. CO2 Util. 2021, 51, 101652-101652.
2. P. Chammingkwan, Y. Bando, L.T.T. Mai, T. Wada, A. Thakur, M.
Terano, L. Sinthusai, T. Taniike, Less entangled ultrahigh-molecular-weight polyethylene produced by nano-dispersed Ziegler–
Natta catalyst, Ind. Eng. Chem. Res. 2021, 60, 2818-2827.
3. P. Chammingkwan, M. Wannaborworn, L.T.T. Mai, M. Terano, T.
Taniike, P. Phiriyawirut, Particle engineering of magnesium ethoxide-based Ziegler-Natta catalyst through post-modification ofmagnesium ethoxide, Appl. Catal. A: Gen. 2021, 626, 118337.

使用装置
Parallel stirred reactor system, spray drying machine, light-scattering, electromagnetic spinning viscometer, several units of highpressure reactors, etc.

研究室の指導方針［研究室HP］URL：https://fp.jaist.ac.jp/public/Default2.aspx?id=650

Students will be supported individually at an early stage of research works. After becoming familiar, students are required to pay attention to maximize work efficiency during the core-time to establish their own work-life balance. Regular meeting is held every 2-3
weeks to follow up the research progress. Presentations in domestic and international conferences are encouraged.

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講師：廣瀬 大亮

高村（禅）研究室［キーワード］MOD法、薄膜トランジスタ、生体分子検出、バイオチップ、
プリンテッドエレクトロニクス（HIROSE Daisuke）
E-mail：d-hirose@  jaist.ac.jp［研究分野］酸化物、バイオセンサー、液体プロセス

液体から高機能性材料を創成し、生体・環境の見える化へ研究を始めるのに必要な知識・能力分野に囚われない研究を行うための好奇心・挑戦心、未解明の謎を楽しむ心。
専門知識は基礎から指導しますので、知識は問いません。どの分野からも歓迎します。一緒に頑張りましょう！

この研究で身につく能力
研究では様々な実験をすることになります。それによって分野に囚われない研究の着眼点や発想が身につきます。また、課題を解決するための論理的思考やタスクをこなす力も身につきます。学会やゼミの発表を通して、発表力・発信力も身につきます。

【就職先企業・職種】半導体製造機器メーカー、電子部品会社、計測機器メーカー

研究内容
有機金属分解（MOD）法を基礎とした、モノづくりを行っています。この手法は “ 液体 ” から石（酸化物）を作製する技術であり、様々な電気的特性を示す酸化物を作り出せます。
さらに私たちはこの MOD 法で作製した酸化物や中間体にこれまでにない特異的な特徴があることを発見しました。その特徴と半導体プロセスとを組み合わせることで、新たなセンシングデバイスやパターニング手法の研究・開発をしています。そして、なぜ特異的な特徴が現れるかの物性解析による解明も同時に進めています。

・高感度 - 酸化物センシングデバイス

コロナウイルスの感染拡大が世界的な問題となったことから、
PCR やイムノクロマトに代わる迅速で高感度な菌・ウイルスの検査手法の需要が急速に高まってきています。
私たちは迅速で高感度に測定可能な酸化物薄膜トランジスタ型
核酸センサーの研究・開発を進めています。下図に、これまで作製したセンサーを示しています。この技術は核酸のみならず、多様な分子に適用可能であり、環境・衛生・農業・医療などの分野への応用も目指しています。

・MOD 中間体の特性を生かしたパターニング

センサーなどの電子デバイスを作製するには、酸化物の精度の良いパターニングが必要となります。私たちは MOD 法から酸化物を作製する際の中間体が変形性を示すことを発見しました。この特性を利用し、型押し成型による低エネルギー・低コストの酸化物の直接プリンティング手法を開発しました。この技術によって、簡単にサブミクロンスケールのパターンの作製が可能になりました。示した図は作製した酸化物パターンと、酸化物を積層した薄膜トラン
ジスタアレイです。このように様々な酸化物の精度の
よいパターン
が作製できる
ことがわかります。

主な研究業績
1. Submicron titania pattern fabrication via thermal nanoimprint
printing and Microstructural analysis of printable titania gels, D.
Hirose, H. Yamada, T. Jochi, K. Ohara and Y. Takamura, Ceramics
International, online,（2024）
2. Rapid and Highly Sensitive Detection of Leishmania by Combining Recombinase Polymerase Amplification and Solution-Processed Oxide Thin-Film Transistor Technology, W. Wu, M. Biyani,
D. Hirose and Y. Takamura, Biosensors, vol. 13, 8, p. 765,（2023）.
3. Origin of the thermal plasticity property of zirconium oxidegels for use in direct thermal nanoimprinting, D. Hirose, J. Li, Y.
Murakami, S. Kohara and T. Shimoda, Ceramics International,
vol.44, p. 17602,（2018）.

使用装置
電子デバイス作製装置（フォトリソグラフィ装置、スパッタ装置ナ
ノインプリント）、電気特性評価装置（半導体パラメータアナライ
ザ、インピーダンスアナライザ）、形状評価装置（走査型電子顕微
鏡、原子間力顕微鏡）、材料物性評価装置（TG-DTA、FT-IR,UV-vis、
XRD、XPS、接触角計）

研究室の指導方針
本研究室では液体から機能性酸化物をつくる MOD 技術を基礎にして、生体・環境の見える化を目指しています。身の回りのあらゆる分子をターゲットとして、社会や生活へ応用を目指しています。今まさに大きく成長している段階です。みなさんのアイデアと私たちの技術を組み合わせ、新たな見える化センサーを創成しましょう！！
研究では、個々の興味に沿ったテーマを設定します。目標に向け、課題を一つずつクリアできるように指導いたします。生活や就
職活動についての不安を取り除きながら、これからの壁を乗り越える力を身につけられるようサポートします。

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バイオ機能医工学研究領域

TAKAMURA Laboratory

国立大学法人

北陸先端科学技術大学院大学
マテリアルサイエンス