OCARINA Communication 5

OCARINA通信
The OCU Advanced Research Institute for Natural Science and Technology

̶ 特別企画̶

各プロジェクト研究の成果報告と今後の展望

新規プロジェクトで得られた想定以上の成果。次のステップに向けて夢を語る。
̶プロジェクト紹介̶
宮田

真人 大学院理学研究科教授

寺北明久 大学院理学研究科教授

重川直輝 大学院工学研究科

教授

小畠誠也 大学院工学研究科教授

小嵜

正敏 大学院理学研究科

教授

佐藤和信 大学院理学研究科教授

中尾正喜 複合先端研究機構

特命教授「生体運動はこうして生まれ続ける！? 」「動物の光受容の分子基盤と光遺伝学」「新しい創エネ・省エネデバイスの実現を目指す異種材料貼り合わせ」「有機結晶によるフォトアクチュエータの創製」「新規π電子系共役化合物の創出とその機能探索」「マテリアルイノベーションに向けた分子スピン量子技術」「都市の熱エネルギー有効利用」

̶ 活動報告̶The 2014 OCARINA Annual International Meeting（平成26年度複合先端研究機構年次総会）開催報告
マイケル・ノーベル博士招へい記念国際シンポジウム
OCUテニュアトラック研究討論会
OCARINA セミナー

Vol.5
The OCU Advance Research Institute for Natural Science and TechOCARINA Communication 5■特別企画

各プロジェクト研究の成果報告と今後の展望

新規プロジェクトで得られた想定以上の成果。
次のステップに向けて夢を語る。

1

平成27年４月からスタートした複数のプロジェクト研究。
その中から３人のリーダーにお集まりいただき、１年間の成果と今後の展開についてお聞きしました。同時に、分野を超えた自由な意見交換の場ともなり、新たな研究協力の可能性を再確認する場ともなりました。
文理融合の素地をもつ大学ならではの、幅広い公募分野。
大嶋機構長／本日はそれぞれの研究成果を報告していただくとともに、分野を越えて自由に議論していただくことで複合先端研究機構として大きく発展していくきっかけになればとも考えています。まずは、１年間の研究内容とその成果を聞かせていただけますか。
重川教授／いま私たちのチームでは、太陽電池を通常のやり方
でない方法でつくって、しかも高い変換効率を出そうと進めています。一般的に太陽電池は、いろいろな結晶を積み重ねるわけですが、半導体の場合このプロセスがなかなか難しい。それ
なら、くっつかない部分は強引に貼ってしまおうと。材料を貼り合わせるという、半導体の立場からいえば邪道なやり方ですが、これが思いの他うまく進んでいます。変換効率でいうと、シリコンの太陽電池を上回る発生方法で、将来的にはシリコンベースで30％を超えることができるのではと考えています。
この方法の良い点は、いろいろな材料同士を個別に最適化しておいてインテグレートするということ。個別と全体を分けて考えて、その両輪をにらみながら進めていくことで、スピード感をもった研究ができるのではと思っています。この貼り合わせの技術というのは、太陽電池をつくるためだけでなく、さまざまなエネルギー問題に関係するデバイスにもアプローチできると考えています。

中尾特命教授／都市エネルギー防災プロジェクトでは、都市の熱エネルギーをいかに有効活用するかがテーマで、3つのプロジェクトが動いています。今年度で終了しましたが、そのうちの1つ、「 サーマルグリッド」と命名した熱版のスマートグ
リッド、複数建物間で熱を双方向に自在に融通できるシステ
ムです。個々の建物で空調用熱源（冷凍機やヒートポンプなど）が協調して最適な運転をするもので、そのサーマルグリッドの構成、最適化システムのモデリング、フローパターンの制
御方法などを研究開発しました。
現在は、大阪国際見本市会場（インテックス大阪）で社会実証中です。平成27年の7～9月で「サーマルグリッド」がしっ
かりと稼働した日を前年同時期と比較すると、7割に達する削減量（ガスと電気の消費量）が得られました。サーマルグリッ
ドは環境白書に掲載される予定です。2つめのプロジェクト
は、ご担当の貫上先生からお願いします。
貫上副機構長／下水処理をする過程で発生する下水汚泥。
それをメタン菌を使って、メタンガスをつくって汚泥量を減らし、発生したカーボンニュートラルなメタンガスをエネルギー
源として有効活用しようという取り組みです。いわゆる低炭素化社会にも貢献できるということで、もっと積極的にエネルギー利用しようとなった訳です。
今までは下水汚泥からメタンガスに反応させるために40～50℃まで温める必要があり、そのための熱源として、せっかく発生したメタンガスの30％～40％を使っていたのです。
それはもったいないということで、中尾先生と協議しながら、The OCU Advance Research Institute for Natural Science and TechOCARINA Communication 5

大阪市立大学

複合先端研究機構

副機構長

大阪市立大学 副学長
複合先端研究機構 機構長

貫上 佳則 かんじょう よしのり

1977年9月大阪市立大学大学院工学研究科応用化学専
攻後期博士課程退学。同大学助手・助教授・生物応用化学科教授を経て、2002年4月同大学院化学生物系専攻教授。2014年4月副学長兼大学改革室長・産学官連携推進本部長・男女共同参画推 進担当・複合先 端研究機構長。工学博士1983年3月京都大学工学部 衛生工学科卒。1985年3月同工学研究科衛生工学専攻修士課程修了。1985年4月に大阪市立大学工学部に着任。2006年から工学研究科都市系専攻教授。2010年から複合先端研究機構副機構長。2013年度から受託の環境省CO 2排出削減対策強化誘導型技術開発・実証事業の研究代表。水処理工学を専門 とし、栄養塩類や微量汚染物などの評価・処理研
究や有価物回収研究を推進。工学博士

大嶋 寛 おおしま ひろし

太陽熱温水器をつかって、太陽熱で温めようと。同時に、メタ
ンガス化処理後の下水汚泥の熱も回収して使えるようになりました。
さらに、下水処理 水は大阪の場合、冬でも15℃以下になる
ことはありません。気温よりも高いのでそこから熱交換してヒートポンプでくみあげる。それで反応槽を温めるというシス
テムを検討中です。現在、大阪市内の下水処理場で実証プラントをおいて実験しており、従来消費していたメタンガスの7割以上を削減し、有効活用できることが分かっています。

すが、いずれにしても、理学が存在しない工学はあり得ないですし、皆さんそれぞれに興味があるかと思います。

大嶋機構長／ムダになっていた分の7割とはすごいですね。

重川教授／太陽光に比べるとエネルギー密度が小さいので、もっと大きな面積が必要になると思います。
太陽光発電の弱点のひとつに、効率は比較的よいがエネル
ギー密度が小さいという点があります。目標としては、持ち歩きできて自立分散的なシステムができればという課題があります
が、そのためには変換効率の縛りがあります。あるシステムの消費電力を賄うだけの電力を限られたスペースで作らなければいけない。ソーラーパネルと同じような形で使おうと思うと、安
全性の観点からエネルギー密度を低く抑えざるを得ないであ
ろう放射性同位元素の場合は、もっと難しいでしょうね。
後は、廃棄の問題もありますね。再生可能なエネルギーの問題って、デバイスをどう捨てるかまで考えないといけないですから。

宮田教授／私たち先端バイオ・プロジェクト・テーマ1の今年度最大の成果は、マイコプラズマという病原性の微生物の滑走運動が、ほとんどの病原微生物がもつ接着タンパク質と、全ての生物に存在し膜電位の維持に必要なATP合成酵素の偶然の接触により生じたのではないかという提案をしたことです。
これまで生き物の動きについて、生物学者たちはずっと難しい議論をしてきた訳ですが、実はもっと簡単な出会いみた
いなもので生き物の動きができているのではないか、ということが分かってきました。
神谷副機構長／人工光合成についてお話すると、それぞれの個別研究を統合した形で、きちんと動く人工光合成デバイスを実現しようというフェーズに入っています。主に旗を振っているのは天尾教授ですが、化石燃料を使った発電とコストを比較しながら、実際に動くシステムを作ることが要求される時代になってきました。
今、水素社会という言葉がよく使われるようになりました
が、水素の発生と二酸化炭素の固定では、難しさのレベルが一桁以上違うのですね。今は、水から水素を発生させるデバイス、あるいは水素のキャリアとしてギ酸を合成するデバイスに対する研究が進められています。

異分野融合で、さらに大きな発展を期待。
大嶋機構長／皆さんの話を聞いていると、どれも楽しそうな研究だなということが伝わってきますね。
理学的要素が高い研究と工学的要素が高い研究がありま

宮田教授／私は以前から太陽光パネルの先生にお聞きした
いと思っていることがあるのですが、太陽光の代わりに放射性物質をはりつけて、発電するシステムというのは可能なのでしょうか？たとえば、お湯を沸かすといった大きなエネルギー
ではなく、放射性同位元素が出すエネルギーを少しずつ取り出して使えないものですか？

大嶋機構長／太陽光発電はエネルギー密度が小さいという話が出ましたが、それは貫上先生が研究されている太陽光の集光技術にも関連していますか？
貫上副機構長／そうですね。太陽熱利用のいちばんの弱点
は、当たり前ながら太陽が出ている時でないと利用できないという点です。もう一つは、表層に埃がつくこと。晴れてはほしい
けれど、晴れてばかりだと埃がたまるので適度に雨が必要だと。気象条件というコントロールできない部分を相手にしているのが一番難しい部分です。
重川教授／表面のコントロールについては、最近は撥水性の処理をするなど実用化に進んでいると聞いています。もちろん、何年かに１回塗り直す訳ですが、そのコストを考えても十分ペイすると。
太陽光発電もまさにシステムですから、デバイスだけではだめで、そこまで含めて考えないといけないですね。

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OCARINA Communication 5■特別企画
大阪市立大学

複合先端研究機構

副機構長

複合先端研究機構

特命教授

神谷 信夫 かみや のぶ お

中尾 正喜 な かお まさき

名古屋大学理学部卒業。同大大学院博士課程修了。理学博士。高エネルギー物理学研究所放射光実験施設（PF）
客員研究員、理化学研究所研究員/副主任研究員、理化学研究所播磨研究所（SPring-8）研究技術開発室室長
を 経 て 、2 0 0 5 年から本 学 大 学 院 理 学 研 究 科 教 授 、2010年から現職。2012年度朝日賞を受賞。

1973年３月東京工業大学大学院理工学研究科制御工学専攻修了。博士（工学）
日本電信電話公社武蔵野電気通信研究所、日本電信電話株式会社、NTTファシリティーズ、総合設備コンサルタントを経て、2004年４月より大阪市立大学工学研究科教授、2015年より現職。

中尾特命教授／太陽電池は、冷却して温度を下げると変換効率が上がりますよね。それに注目して熱利用のハイブリッドが実用化されていますが、なかなか普及しない。そういった技術が洗練されてきたらもっと使えると思うのですが、人工光合成で燃料を製造する水素製造パネルも冷却しないといけないのですか？

3

大阪市立大学神谷副機構長／太陽光パネルとは違って、人工光合成では化学反応を起こさせるので、溶液を循環させることで効率を上げる必要があります。初期のデバイスではポンプを使って溶液を回すことになるでしょうが、これはコストを上げる原因になるので、できるだけ溶液の循環にエネルギーを使わない工夫が必要です。しかしどんなにがんばってもエネルギー変換効率が100％になることはないので、多かれ少なかれ溶液の温度は上がります。この熱をどのように処理するか、その段階まできたら、ぜひとも相談にのっていただきたいと考えています。
中尾特命教授／暖房用なら約45℃、給湯なら約65℃で十分ですが、その循環させた結果として反応する温度がどのくらいのレベルか大変興味あります。多分、排熱処理のために冷却が必要ですよね。冷却イコール熱の利用につながれば、たと
えば、ポンプ動力が必要でも熱利用の方で大きなメリットがあればいい訳ですね？そういったシステム的なところでお手伝いができればと思います。
神谷副機構長／ぜひ、お願いします。必ずそういうことが問題になります。まだ私たちはデバイスのレベルですが、それでは話にならない。システムになって、かつ普及して初めて目標が達成される訳です。
熱利用のことも考えて、トータルのコストを睨みながら進めることになると思います。
それ自身がエネルルギーを蓄
重川教授／太陽光発電の弱点に、積できないという点があり、そのための蓄電池が必ず必要になってくる訳ですが、そう考えると、生物って偉大だなと思います。
それ自体がエネルギーを発生するデバイスでもあるし、蓄積もできる。
お聞きしたいのは、分子１個ずつを見ていくと機能特化しているが、割と早い段階で手間をかけずにさまざまな機能を同時に実現しているように見えます。
もちろん数十億年の進化の過程で、そういうレベルまで到達したと思いますが、人工的な無機物との違いをどう理解して、埋めていける可能性があるのかと思います。
大嶋機構長／確かに、生物ってはるかに高いシステムです。何を目指せば、そういうことができるようになるのでしょうね。
神谷副機構長／私は、そうではなくて、一つのタンパク質は
基本的には一つの機能しか持っていないのですが、細胞ではものすごく多種類のタンパク質が集合していて、生物を考える
ときは、この多種類のタンパク質の間のネットワークがどうい
うふうに制御されているかが実は大問題な訳で、生物が優れて見えるのは、同じ道具立てで、あるときはこの機能、別なときはネットワークを切り替えて別な機能を実現できる点にあると思います。
植物の葉っぱでは、あるときは太陽光エネルギーを化合物として蓄積し、別なときにはその化合物を燃やして活動するという2つの作業が行われますが、どちらの場合にもATPaseという分子が関与します。
人工光合成の材料としてシリコンや酸化チタンなどの無機物を考えるとして、生物材料との一番の違いはその特異性にあると思います。光触媒の酸化チタンではTiO 2といった単位があり、それによって結晶構造ができている訳ですが、結晶表面のある区画で 起こる反 応と別な区画で 起こる反 応が違っているということがあるでしょう。酸化チタンの表面で起こる反応の特異性はそんなに高くないということです。それをどうやって高めるかが、無機物の側から見た場合の、機能発現の効率を上げるための鍵だと思います。
そしてもう一つ付け加えると、生物はコストの上では、非常にコストがかかるシステムだと思いますよ。全体としては無駄ばかりです。
私が研究しているようなタンパク質の効率は、一個ずつで見ると非常に高いけれど、光合成全体で見ると100種類以上のタンパク質が関係している。そうすると、さまざまな部分でロスが出るし、そこで出てくる熱エネルギーは別なところで細胞を生かすために熱として利用されている。この人工光合成
的に考えると無駄だと思われることは、生物的には実は無駄ではないという違いがあります。それを上手く切り分けないといけないですね。
大嶋機構長／無駄をうまくつくり出すということですか？

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大阪市立大学

大阪市立大学

大学院工学研究科教授

重川 直樹 しげ かわ なおてる
1984年３月東京大学理学部物理学科卒。1986年３月
同理学系研究科物理学専攻修士課程修了。1986年４月から2011年９月までNTT厚木電気通信研究所（現先端
集積デバイス研究所）にて化合物半導体ヘテロ接合デバイスの研究に従事。2011年10月より現職。博士（理学）。

神谷副機構長／光合成でも人工光合成でも、反応全体としては熱が必ず出ますが、その熱はムダではない。全部ではなくてもその一部は必ず使えるエネルギーのはずです。人工光合成でも、コジェネレーションと呼ばれるような考え方が必ず必要になると思います。
宮田教授／そうですね。このタンパク質をこう触ったら効率良くなるのではないかという点は多くありますね。それについては、20年位前から生体運動を含むすべての生命現象についての考え方が変わってきていて、以前はすぐれたシステムだという評価だったのが、今ではなぜこんなに出来が悪いのかという話になっています。今いる生き物はまだ進化の途中ということなのだと思います。

素晴らしい成果を踏まえて、今後の課題と夢を語る。
大嶋 機構長／なるほど、どの研究も興味深いですね。最後に、今後の取り組みについてお聞かせください。
重川教授／貼り合わせに関しては、さまざまな異素材の接着についておもしろい結果が得られているところです。太陽光発電では、先ほど話題に出たようなエネルギーを蓄積するための蓄電池が今後の課題です。
宮田教授／新しく見つかってきた生体運 動のしくみについて、さらに高解像度な理論とストーリーを作ることが重要だと思います。そして、もう一つは再構築。再構築しないと本当に分かったことにはならない。生体運動のなかで再構築できているのは、モータータンパク質で動く筋肉とか、昔から研究されているものですが、それ以外は再 構築できていないので、生物学者の残された課題だと思います。
一つ私たちにとって運が悪いとも思えることは、より複雑なシステムをもった高等真核生物の方が、全体として複 雑だからメカニズムも複 雑だと考えられがちですが、それは実は逆で、分子レベルで見ると一つひとつが完全に特化しているので、実は昔から分かっている筋肉などのほうが簡単な系なのです。
その意味で新しい生体運動の再構築はより困難かもしれません。

大学院理学研究科教授

宮田 真人 みや た まこと

1988年3月大阪大学理学部後期課程修了。博士（理学）。
1988年より大阪市立大学理学部。2006年10月より現職。
2000年３月から2001年3月までハーバード大学訪問
学者、
2003年10月から2007年3月まで科学技術振興機
構さきがけ研究者。
2012年７月より新学術領域「運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性」
領域代表。

大嶋機構長／「サーマルグリッド」は、今後の社会実装はどういう範囲まで広げようとお考えですか？70％の省エネ技術ってすごいですよね？
中尾特命教授／対象は、冷凍機やボイラーといった大型の熱源をもった建物になります。そのような複数建物間で、例えば地下駐車場の使っていない空間を利用してループ状の配管を回して、各建物に熱を切り替え供給するルーターを構築し、一次エネルギーを最小化するような熱の融通をやるというものです。
日本の都市で、中央熱源の建物が集中している地域では使えます。しかも、既設の街区で適用できるため社会へのインパクトが大きいですね。
サーマルグリッドについては、次のバージョンの研究をやりたいと思っています。一つの配管の中に温度の違う水を次々と流していく。それを水のパケット輸送と呼んでいますが、そうすると配管の熱容量のロスが出て、水の先端部分の温度が変化してくる。これを解決する内断熱配管を構想しています。
それが実現できたらすごいことになります。
たとえば、朝起きて顔を洗うときになかなかお湯が出ないということがありますが、配管の内側の断熱性がよくて熱容量が低ければ、割と早く暖かいお湯が出てくると。社会的にも貢献度が高いです。
その性能を上げるための素材を配管の内側にどうやって接着していくかという部分は重川先生にご相談したいですね。
それから、過去のプロジェクトですが下水の配管ネットワー
クは都市内に縦横に張り巡らされているので、下水のマンホールの直近にある建物で、下水を熱源にお湯をつくったり暖房するための機器開発をNEDOの事業で実施しました。これからはこの研究開発成果を普及させたいとも思っています。
大嶋機構長／どの先生のご研究も、根掘り葉掘り聞きたくなる内容でした。本日はさまざまな意見交換もできたようです
し、複合先端研究機構の全体としての展望も見えたように思います。

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OCARINA Communication 5■プロジェクト紹介

大阪市立大学宮田

生体運動はこうして生まれ続ける！?

教授

真人 みや た まこと

1988年3月大阪大学理学部 後期課程修了 博士（理学）。1988年より大阪市立大学理学部。2006年10月より現職。2000年3月から2001年3月までハーバード
大学訪問学者、2003年10月から2007年3月まで、科学技術振興機構さきがけ研究者。2012年7月より新学
術領域「運動超分 子マシナリーが織りなす調和と多様性」領域代表。

生きものは動きます。一見多様に見える生きものの動きでれまでに得てきた実験結果をもとに、淡水魚の病原菌である

すが、しかし、そのメカニズムを突き詰めると、私たちヒトを含

マイコプラズマ・モービレの滑走運動が、ほとんどの病原微生

めてほとんどのものが共通であることがわかります。すなわ

物が持つ‘接着タンパク質’と、全ての生物に存在し膜電位のち、ミオシン、キネシン、ダイニンの“コンベンショナルなモー維持に必須な‘ATP合成酵素’の偶然の接触により生じたの

タータンパク質”がATPの加水分解エネルギーを基にレールではないか、という提案を発表しました。
（ 図はマイコプラズ

タンパク質の上を滑るのです。これらの力発生過程について

マ・モービレの滑走運動装置の模式図。上の青い数珠状の構は数多くの優れた研究が行われ、相当の理 解が得られまし造がATP合成酵素由来。肌色の部分が細胞内で，下の平面た。ところが、近年のゲノム解析と可視化技術の進歩に伴い、がガラスなどの固形物表面。(i)から(iii)の順に力が伝わる。）

生物の中には上記のものと根本的に異なる生体運動メカニズ

Miyata M and Hamaguchi T (2 016), Prospects for the gliding

ムが数多く存在することが明らかになって来ました。私が代5

大学院理学研究科

表を務める文科省新学術領域「運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性（略称：運動マシナリー）」では、これらのあまり研究されたことのない生体運動メカニズムを原子レベルまで明らかにすることを目指しています。生物の様々な運動メ

mecha n ism of My c o pl a s m a m ob i l e. Cu r rent O pi n ion i n
M icrobiolog y. 2 9, 15 -21. PM I D : 2 6 5 0 018 9.
doi:10.1016/j.mib.2015.08.010.
Nakane D, Kenri T, Matsuo L, and Miyata M (2015), Systematic
structura l a na lyses of attachment orga nelle in Myco pl a sm apneumoniae. PLoS Pathogens. 11, e10 05299. PMID: 266335 4 0.
doi: 10.1371/journal.ppat.1005299

カニズムを理解することは、生命そのものの理解につながり、
また、医療や産業のために重要な生き物をコントロールする方法にもつながると、私たちは考えています。
大阪市立大学では、新学 術 領域の総括班の事業として、有用な方法ではあるけれどもこのままでは失われてしまう、“急速凍 結レプリカ電子顕微鏡法”の技術開発と解 析、そして、質量分析による解析を、全国約50拠点に展開している領域研究グループに向けて提供しています。また大阪市立大学の 研 究 班として 、病原性バクテリア 、モリクテス綱（ c l a s s
Mollicutes）の運動メカニズムを研究しています。モリクテス
綱は、グラム陽性菌の低GCブランチの細菌が高等動植物に寄生することにより独自の進化を遂げた一群のバクテリアです。彼らは宿主免疫システムの標的となる、細胞壁と尻尾（すなわち、ペプチドグリカンとべん毛）を捨て、柔らかく身軽な体を手に入れました。そしてさらに徹底して宿主の免疫システムから逃れるために、カムフラージュの方法と、3つの全く異なる
運動メカニズムを獲得したのです。私たちは1997年からモリ
クテス綱のこれら３つの運動メカニズムを研究しており、その研究は今まさに佳境に入りつつあります。昨年、私たちは、こThe OCU Advance Research Institute for Natural Science and TechOCARINA Communication 5■プロジェクト紹介

大阪市立大学寺北動物の光受容の分子基盤と光遺伝学

大学院理学研究科

教授

明久 てらきた あきひさ

1989年３月大阪大学大学院 理学 研究科終了（理学博士）。日本学術振興会特別研究員、科学技術庁基礎科学特別研究員（理研）、大分大（教育）助手、京都大（理）助手、助教授をへて2006年4月から現職。2013年4月より日本学術振興会学術システムセンター研究員（兼任）。

人は光情報から外界情報の80％以上を得ています。眼の等な脊椎動物の脳内の光受容器官である松果体に存在する

網膜に高密度に存在する光受容タンパク質であるロドプシン

パラピノプシンとよばれるロドプシン類は、紫外光でGタンパ

類が、光をキャッチすることが視覚の第一ステップです。視覚

ク質を活性化し、可視光受容により即座にGタンパク質の活とは別に、多くの脊椎動物では、脳内や皮膚など眼以外の組性化を停止するという分 子特 性があることが分かりました

織・器官にもロドプシン類が存在し、光を受容し、例えば生体[4, 5]。また、Opn3というロドプシン類は、動物の全身にどこにリズムの光調節のような視覚以外（非視覚）の機能に利用しでもある発色団レチナール（13シス型）を結合して機能でき、ています。ヒトの場合も、数種類のロドプシン類が脳に発現しこれらの動物のロドプシン類は光遺伝学的の有用なツールとており、まだ機能はわかっていませんが、注目されています。

して期待されます [6]。さらに、多様な無脊椎動物に、ユニー

私たちは、眼外や非視覚の光受容の分子基盤や機能についクな性質のロドプシン類も見出し、それらも光 遺伝 学的なての研究を展開し、これまでに、様々な動物の非視覚オプシ

ツールとして注目されるとともに[7, 8]、上述の眼外ロドプシン

ンは、眼外で機能するのに有利な特徴を持つことなどを見出類とのキメラタンパク質を作製することで、様々な情報伝達系

しました [1, 2]。

を光で制御できる可能性が期待されます。

最近、神経生物学において、光受容タンパク質を神経細胞に遺伝学的に導入し、光により神経細胞の活動を制御する手法が広く用いられて、光遺伝学として注目されています。これまでの光遺伝学では、一般に、光で駆動されるイオンチャネ
ル活性をもつ「微生物型ロドプシン」を神経細胞に導入し、そ

1) Terakita A & Nagata T, Zoolog. Sci. 31, 653-659 (2014)
2) Koya n ag i M & Tera k it a A , Bio ch i m . Biophy. Act a 18 3 7,
710-716 (2014)
3) Terakita A et al., In Optogenetics ed. Yawo H et al., pp77-88,
Springer (2015)4) Koyanagi M et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101, 6687- 6691
(2004)の神経細胞の「出口」を光により制御して、神経細胞の活動

5) Kawano-Yamashita E et al., PLoS One. 10, e0141280 (2015)（膜電位変化）を光で操ります（図）。一方、動物のロドプシン

6) Koyanagi M. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 110, 4998-5003

類は、光依存的に情報伝達分子であるGタンパク質を活性化する「Gタンパク質共役型受容体（GPCR）」ですので、光遺伝学では、細胞の「入口」を光制御し、神経細胞だけでなく様々(2013)
7) K o y a n a g i M . e t a l . , P r o c . N a t l . A c a d . S c i . U S A . 1 0 5 ,15576-15578 (2008)
8) Nagata et al., Science 335, 469-471 (2012)

な細胞の活動を光で操れる可能性を持ち、注目されています[3]。しかし、動物ロドプシン類の発色団レチナールは、眼の中で酵素により生成する特殊な異性体型（11シス型）であり眼外には存在せず、光遺伝学にはあまり適さないと考えられてきました。
最近、私たちが見出したいくつかの「眼外」のロドプシン類
は、「 眼外」で機能するのに適した性質を有しています。すな
わち、脊椎動物の視覚ロドプシン類が光を一度吸収すると再度光吸収できないのに対して、眼外のロドプシン類はもう一度光を受容すると元の状態に再生するので、何度でも光受容可能である性質を持ちます。その性質のために、たとえば、下

図：動物ロドプシンによる細胞の光遺伝学的制御の概略

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OCARINA Communication 6■プロジェクト紹介

大阪市立大学重川

新しい創エネ・省エネデバイスの実現を目指す異種材料貼り合わせ7

大学院工学研究科教授

直輝 しげ かわ なおてる

19 8 4 年 3月 東 京大学理学部物理学 科 卒。19 8 6 年
3月 同 理 学 系 研 究 科 物 理 学 専 攻修 士 課 程 修 了。
19 8 6 年 4月から2 011年 9月までNT T厚 木 電 気 通信研究所（現先 端 集 積デバイス研究所）にて化合 物 半 導
体ヘテロ接 合 デバイスの研究に従事。2 011年10月より現 職。博士（理学）。

2015年4月から複合先端研究機構において兼任研究員として「先端限りがあり、結晶構造、格子定数、熱膨張係数が大きく異なる半導体同

マテリアルプロジェクト」を進めています。このプロジェクトには理学研士の接合の実現は－不可能とは言い切れませんが－非常に困難です。

究科、工学研究科の教員からなる３つのグループが参加しているのです

私たちのアプローチは「結晶成長が困難ならば貼り合わせてしまえ」とが、私は工学研究科・電子情報系専攻の金大貴教授、白藤立教授、梁剣いうある意味安易な発想に基づいています。

波講師と研究グループ「ナノ構造シリコン基板上化合物半導体タンデム

古の賢人によると“バルク（結晶）は神が創り、表面は悪魔が創った太陽電池の開発研究」を進めています。金先生は半導体ナノ粒子を使っ（God made the bulk; surfaces were invented by the devil.）”そう

た新物性の探索、白藤先生は大気中プラズマの応用研究を進めておらです（Wolfgang Pauli）。固体物理学に詳しい方には周知のことと思いれます。お二人の研究内容の詳しいご紹介は別の機会に譲るとして、以ますが、異種材料の接合界面では原子の配置の規則性が失われている

下、私と梁講師の研究内容を紹介します。

ためにバンドギャップ中に高密度の界面準位が存在し、それが様々な悪研究内容は一言でいうと「異なる材料を接合する（貼り合わせる）こ

い影響を及ぼすと予想されます。
「 貼り合わせで作られる界面を使ってとにより新しい素子を作り、創エネ、省エネの観点から今までに無い機

新機能実現を目指す」とは、物の理（ことわり）をわきまえぬ無知蒙昧な能を実現する」という物です。貼り合わせには真空中で試料表面にAr

所業かもしれません。しかしながら“界面こそデバイス（The interface

原子ビームを照射し活性化した後に、荷重をかけて貼り合わせる－といis the device.）”と喝破した賢人もいます（Herbert Kroemer）。接合後

う表面活性化ボンディング法を使用します。これまでSi太陽電池と化合の熱処理によって、界面準位の影響を低減できることがわかってきまし

物半導体（GaAs、InGaP等）太陽電池の貼り合わせによるハイブリッド

た[3]。
「 異種半導体接合のメリットを最大限に生かしデメリットの影響

タンデム太陽電池を作製し良好な特性を得ています[1]。更にパワーエレを最小限にするような構造や使い方を探索したい」と考えています。

クトロニクスで注目を集めているSiCやGaN等のワイドギャップ半導体とSi、GaAsとの接合の基礎特性を評価しています[2]。
異 なる半 導 体 材 料 を接 合 する方 法としては 、かねてから 、M B E

私たちの研究対象は今のところほぼ半導体に限られていますが、「貼り合わせで実現できる新たな機能」には私たち自身が気づいていない
色々な可能性があるはずです。
「 こんな物、あんな事もできるのでは」的（Molecular Beam Epitaxy）法あるいはMOCVD（Metal Organic

なご指摘を歓迎します。

Chemical Vapor Deposition）法等を用いたヘテロエピタキシャル成長[1]N. Shigekawa, et al. Jpn. J. Appl. Phys. 54, 08KE03 (2015).

が知られています。これらの方法で半導体レーザー、発光素子（LED）、[2]J. Liang, et al. Appl. Phys. Lett. 105, 151607 (2014).

高周波で動作するトランジスタ等の様々な異種半導体接合デバイスが[3]M. Morimoto, et al. Jpn. J. Appl. Phys. 54, 030212 (2015).

実用化されていますが、実現可能な異種半導体接合（ヘテロ接合）には

図 貼り合わせで作製したInGaP/GaAs/Si 3接合タンデム太陽電池断面構造（左）とその特性（右）［文献1］。
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大阪市立大学小畠

有機結晶によるフォトアクチュエータの創製

大学院工学研究科教授

誠也 こばたけ せ い や

1996年本学大学院工学研究科後期博士課程修了（博士（工学））。米国オハイオ州立アクロン大学博士研究員、JST-CREST博士研究員、九州大学助手、本学助教授、准 教 授を 経て 、2 011年から現 職 。2 0 0 6 ～2 010 年
JST-PRESTO兼任。日本化学会進歩賞、光化学協会賞などを受賞。

分子構造が何らかの外部刺激によって可逆的に変化すれ

左巻きのらせん状の結晶となる。らせん形成の鍵は対角方向

ば、その分子を構成する物質の性質が可逆的に変化する。すへの収縮・伸張に加えて、結晶変形するまでに誘導期が存在

なわち、そのような分子はスイッチング機能を有することになすることである。複合的な要素が組み合わさることで、新規なる。光によって可逆的に分子構造変化を示し、色の変わる現機能を発現できる。結晶変形の耐性を上げるためには結晶を象をフォトクロミズムという。フォトクロミック化合物の中には金属膜やポリマーでコーティングすることが考えられる。金を着色状態が熱的に不安定なものと安定なものがある。多くのコーティングした結晶においても屈曲が 認められ、電流の場合、溶液中だけでなく、高分子媒体中のように固体状態でON/OFF スイッチングが実現できた[7]。

もフォトクロミズムを示す。しかし、分子が規則正しく配列した結晶状態でもフォトクロミズムを示す物質は多くない。
図には、ジアリールエテン結晶のフォトクロミズムに伴う色以上のように、分子の変形がマクロな結晶変形へと結びついており、このようなバルク結晶が 微小領域でのフォトアク
チュエータとして機能している。

8

変化を示している。ジアリールエテンの分子構造が異なれば、紫外光照射により黄色、赤色、青色、緑色など様々な色に変化する。着色した結晶は熱的に安定であり、可視光によって元の無色に戻る。これは分子構造の可逆な変化であるが、分子自身の大きな体積変化を伴わないことが特徴である。結晶中での光反応を単結晶Ｘ線構造解析により直接観察すると、光生成した着色異性体が元の構造のディスオーダとして確かめられた。また、セル長は若干変化していることが確認された。
このことは光反応に伴い結晶の変形をもたらすことを意味しており、小さな結晶を用いれば、バルク結晶の形 状が変形すると考えられる。
2007 年、微小なフォトクロミック単結晶の分子構造変化に伴う可逆な結晶形状変化を世界で初めて報告した[1]。厚みの薄い板状結晶では形状変形によって結晶の角度が変化し、棒状の結晶では屈曲が観察され、結晶形 状の変化が機械的な動きへと結びついている。このようなフォトメカニカル現象
は一般的にはまれであり、電気配線を必要とせず非接触に光エネルギーを力学的エネルギーに変換できることから、フォトアクチュエータとしての応用が期待される。しかしながら、それらの光誘起結晶形状変化は収 縮、伸長、屈曲に限定され、より複雑なフォトメカニカル機能の創出が望まれる[2-5]。
光に応答して可逆的にねじれるジアリールエテン結晶も見

図 ジアリールエテンの結晶フォトクロミズムと微小結晶のフォトメカニカル効果の研究例[ 1] S . Kobat a ke , S . Ta k a m i , H . Muto , T. I s h i k awa , M . I r ie ,Nature, 446, 778-781 (2007).
[ 2 ] D . K i t a g a w a , S . K o b a t a k e , J . P h y s . C h e m . C , 1 1 7,
20887-20892(2013).
[3] D. Kitagawa, S. Kobatake, Photochem. Photobiol. Sci., 13,764-769 (2014).
[4] D. Kitagawa , R . Ta naka , S . Kobatake, Phys. Ch em. Ch em
Phys., 17, 27300-27305 (2015).
[5] D. Kitagawa, C. Iwaihara, H. Nishi, S. Kobatake, Crystals, 5,551-561 (2015).
[6] D. Kitagawa, H. Nishi, S. Kobatake, Angew. Chem., Int. Ed.,52, 9320-9322 (2013).
[7 ] D. Kitagawa, S. Kobatake, Chem. Commun., 51, 4 421- 4 42 4(2015).

出している[6]。光照射する結晶面に応じて、右巻きあるいは
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大阪市立大学

新規π電子系共役化合物の創出とその機能探索巨大精密分子の構築と機能探索

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生命活動に要求される高度な機能を発現できる巨大分子が生体内部で活躍しています。例えば、植物の光合成系では10 nm を超える大きさのタンパク質複合体が重要な機能を担っています。タンパク質の構造を眺めると、機能を発現するために多数の原子が精密に配列されていることがわかります。私たちは、天然巨大分子に匹敵するサイズの巨大分子を人工的に合成できますが、構造の精密さという点では人工巨
大分子は天然巨大分子の足元にも及びません。一方、小さなものを作る技術としては、微 細加工技術があります。最先端の微細加工技術は、半導体表面に 10 nm スケールの精密構造を構築できます。私たちの研究チームでは、10 nm スケールの分子を自在に創り出す技術の開発に取り組んでいます。精密に設計された巨大分子を創り出し、天然巨大分子と同レベルの機能を発現させることや金属端子と接続して単分 子デバイスとして活躍できる巨大分子の創出を目指して研究しています。
図１．
太陽光を捕集する
私が 注目しているのは 、デン
アンテナ分子ドリマーと呼ばれる分子グループに属する分子です。デンド
リマーは中心から周辺部に向かって規則正しく分岐した構造を持つ精密巨大分子です。これまでに、柔軟な分岐鎖の中に
剛直な直鎖共役鎖をもつ特徴的なデンドリマーを設計し、合成法を確立しました。現在、この分子がもっている柔軟さと剛直さを利用して、高度な機能を発現させることに取り組んでいます。これまでに、太陽光エネルギーを効率的に捕集できるアンテナ分子や光エネルギーを電気エネルギーに変換できる分子を創り出すことに成功しています。[1, 2]これらの分子に含まれる剛直な骨格は、機能を発現するために必要な色素分子を三次元空間に精密に配列することに利用できます。例えば、図1 のアンテナ分子では三種類のポルフィリン色素が精密に配列されています。その結果、分子の周辺部から中心部に向けて高い効率でエネルギーが移動します。さらに、剛直な骨格は共役鎖でもあるので、電子やエネルギーを効率よく移動させる経路として利用できます。デンドリマー構造を利用してさらに多種多数の機能性部位を精密配列することで、天然巨大分子に引けを取らないような機能を発現できる巨大分子を開発したいと思っています。

小嵜

大学院理学研究科

教授

正敏 こざき まさとし

1994 年総合研究大学院大学数物科学専攻修了1994
年アラバマ大学博士研究員1995 年サウスカロライナ
大 学 博 士 研 究 員19 9 7 年 大 阪 市 立 大 学 理 学 部 助 手
1999年同大学理学 研究科講師20 05 年同大学理学研究科助教授2015 年より現職

これまでデンドリマー構造を利用して多くの機能性
巨大分子を構築してきました。一方、最初に述べたタン
13.5 nm
パク質複合体では、複数の巨大なサブユニットが複合体を形成して高度な機能を発 現しています 。同じよう
C1188H1070N4O56MW: 16,299に、複数の人工巨大分子を
図２．
十字型のデンドリマー集積体
集積して集積体を構築する
ことで、単独の分子では実現できない高度な機能が発現できると考えています。そのためには、巨大な分子を思いどおりの配列に集積できる技術が必要です。そこで、先に述べたデンドリマーの剛直な骨格の表面末端どうしを結合させて、巨大なデンドリマー複合体を創り出すことに挑戦しました。[3] この方法では適当な数・配向の共役鎖をもつデンドリマーを用いることで、分子モデルを組み立てるように巨大分子集積体を構築できます。巨大分子どうしを結合するのは予想以上に大変でしたが、数多くの反応条件や分離条件を根気よく検討して対角長が 10 nmを超える巨大なデンドリマー集積体を得ることに成功しました。
（ 図2）巨大な分子どうしをつなぐ技術を改良した結果、現在では全長約 50 nm のデンドリマー
八量体を合成できるようになりました。[4] 図3に示したように、この分子は高温では伸びた構造をしていますが、低温では折りたたみ構造をしています。剛直な共役鎖は八量体の高次構造変化に伴って特 徴的な吸収スペクトル変化を示します。そのため、八量体の高次構造をモニターするのに役立ちます。現在、デンドリマー集積体の特異な高次構造変化を利用して 、新 奇な機 能を発 現させようと研加熱究しています。今後、多くの方々と協力して冷却
魅力ある巨大分子を伸長型創出したいと思って おりたたみ型
図３．デンドリマー八量体の高次構造変化
います。
参考文献
1. A. Uetomo et al. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13276.
2. M. Kozaki et al. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2010, 83, 1223.
3. M. Kozaki et al. J. Org. Chem. 2012, 77, 9447.
4. S. Nishioka et al. Org. Lett. 2015, 17, 2720.

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大阪市立大学

佐藤

大学院理学研究科教授

和信 さとう かずのぶ

マテリアルイノベーションに向けた
分子スピン量子技術

1994年3月大阪市立大学大学院理学研究科後期博士課程修了/博士（理学）取得。1994年4月より大阪市立大学理学 研究科・理学部で助手・講師・助教授を歴 任。
2006年4月より現職。2015年より複合先端研究機構
兼任研究員。

量子状態の特性を活かす量子コンピュータは、情報処理演
算能力の飛躍的な向上が期待されることから次世代情報処理技術として注目され始めています。今日の情報機器で扱われる
ような0又は1の2進数をのみで記述するビットとは異なり、2準位の量子状態を量子ビットとして扱うことにより、重ね合わせや絡み合い状態など量子状態に特有な性質を用いて超並列化
や情報検索など効率的な情報処理システムを構築することが可能です。また、量子状態の複製が不可能であることを利用して安全性の高い情報通信を可能にするなど、新たな量子情報化社会への潮流が既に始まっています。他方、量子コンピュータにおける演算は可逆（リバーシブル）な過程であるため、A(始状態)からB(終状態)への一方通行だけでなく、BからAへの逆方向の演算も可能です。これは、演算処理の過程で情報ロスのない高効率の情報処理システムとして無駄を抑えた理想的な回路モデルとして理解することができます。スマート／サステイ
ナブル都市を目指す社会にとって、量子コンピュータが有効なエ
ネルギー活用の端緒になると言っても過言ではないでしょう。
量子コンピュータの研究は、1985年のR. P. Feynman，D.
Deutschの理論的考察に始まりますが，1994 年にP. W. Shor
が素因数分解を高速に解ける量子アルゴリズムを発見したことが大きなブレークスルーとなりました。以来、量子アルゴリズムの開発を含め、量子演算処理に対する理論を中心に活発に議論されるようになりました。近年では，理論的な考察を実現するために、実在する物理系の量子ビットを制御して情報処理を行うことが重要な課題の一つとなっています。制御する量子ビッ
トに提案されている代表的なものとして光子・半導体量子ドット・超伝導磁束・電子／核スピンなどがありますが、情報リソー
スとして用いるために量子ビット数の増大や制御技術の開発、さらには異なる量子ビットを組み合わせたハイブリッドシステム
への展開が進められています。
私たちは、分子内の不対電子や核スピンがもつ量子性に着目し、それらを量子ビットとして利用する量子情報処理の実
現・応用に向けた研究を進めています。本プロジェクト研究では、不対電子をもつ開殻系分子の電子スピン物性を活用する量
子機能の情報技術化、及び効率的なエネルギー再生技術の創出に向けて、我々のもつパルス電子スピン多重磁気共鳴の知識を活かして新規分子スピン系の機能評価技術・活用技術を開発し、分子技術の高度化（量子技術化）と高度情報社会におけるエネルギー問題解決への糸口を探りたいと思っています。
パルス磁気共鳴法は、静磁場中にあるスピン系に輻射場（マイクロ波，或いはラジオ波）パルスを照射することによって生じるスピン量子状態の時間依存性からスピン系に存在する磁気的相互作用や緩和過程を評価する分光法です。NMRの実験手法に代表されるように、さまざまな相互作用を詳しく観測する
ために、目的に応じて最適化されたパルス系列を照射することが可能であり、多次元的な分光手段を提供します。逆にいえば、分子内の電子スピンや核スピンのスピン状態を量子化された情報として扱う時には、パルス磁気共鳴技術を用いて電子・核スピンの状態制御することがその情報変換につながることを意味します。輻射場の強度を制御することにより、異なるスピンをまとめてに回転させることや制御するスピンを選択することができるため、スピン量子状態を変換する処理回路（量子ゲート）の役割を持たせることが可能となります。私たちは、これまでパルス磁気共鳴技術を用いて、電子スピンと核スピンが絡み合った状態の評価、半整数スピン角運動量（S=1/2）を持
つ電子スピンや核スピンの4π周期性（スピノール性）の実証、2つの電子スピンの一方だけの選択制御（2量子ゲート操作）を実現してきました[1-4]。また、電子スピン状態を精密制御するために必要な実在スピン系の評価、パルス設計と技術開発を進めています。分子量子情報処理・量子コンピュータのための量子制御（分子スピン量子サイバネティクス）を実現するために、開殻分子系の高精度量子化学計算や磁気パラメータの計算を通して量子状態制御に適うように分子スピン系の最適化を行い、新しいパルス磁気共鳴技術（コヒーレントマイクロ波多重共鳴技術）と分光手法・スピン量子制御手法の確立に向けて研究を展開したいと思います。
1) K. Sato, Y. Morita, T. Takui et al., J. Mater. Chem., 19, 3739- 3754
(2009).
2) S. Nakazawa, K. Sato, Y. Morita, T. Takui et al., Angew. Chem.
Int. Ed., 51, 9860-9864 (2012).
3) S. Yamamoto, K. Sato, T. Takui et al., Phys. Chem. Chem. Phys.,
17, 2742-2749 (2015).
4) S. Nakazawa, K. Sato, Y. Morita, T. Takui et al., Chap. 28 in
Principles and Methods of Quantum Information Technologies,
Springer Japan, 605-624 (2016).

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OCARINA Communication 5■プロジェクト紹介

大阪市立大学中尾

都市の熱エネルギー有効利用
我国の都市において、熱の消費は相変わらず化石燃料に大複合先端研究機構

特命教授

正喜 な かお まさき

1973年3月東京工業大学大学院理工学研究科制御工学専攻修了。博士（工学）
日本電信電話公社武蔵野電気通信研究所、日本電信電話株式会社、NTTファシリティーズ、総合設備コンサルタントを経て、2004年4月より大阪市立大学工学研究科教授、2015年より現職。

を大幅に削減しようとする最適化制御システムです。

きく依存しています。一例を挙げると民生部門（業務、家庭）の本研究開発成果である二本のループ配管とルーターからな

給湯・暖房における依存率は90%前後であり、その総量を発電

るサーマルグリッドは大阪国際見本市会場（インテクス大阪、図に使用すればその発電量は我国全体の約二割に相当するほど

３）を対象として社会実証中（環境省事業、代表：大林組、図です。暖房用に45℃程度の、給湯用に65℃程度の熱を生成す

４）であり、現在詳細検証中ですが2015年の夏期の冷房用エるために、化石燃料を燃やしているのはあまりに「もったいな

ネルギー消費量は本システムを適用すると最高で7割、平均でい」と言わざるを得ません。

も5割程度1次エネルギー消費量を削減する効果を得ています。

都市エネルギーのプロジェクトでは、この「もったいない熱の供給」方法について、都市の視点で見直し、都市の熱需要を
都市内の未利用熱で賄うための研究開発を進めています。今11

年度完了予定のテーマを含めて紹介します。

家庭部門

冷房
暖房

給湯・暖房用の化石燃料を火力発電用燃料とすると

営業部門

冷房
暖房

図２

ダブルループ型サーマルグリッドの構成

サーマルグリッドは熱を複数建物間で自在に融通する仕組みであり、今後、人工光合成により生成された水素エネルギー

資源エネルギー庁（2010）より作成

図１

：建物
：熱源
：空調機

業務・家庭部門の年間最終エネルギー消費量（2010）

サーマルグリッド（熱版スマートグリッド）
サーマルグリッドは複数建物間で熱を双方向に自在に融通や廃棄熱エネルギーを都市建築に実装していく上で、その果たす役割は大きいと確信しています。
今後、サーマルグリッド開発時に研究に着手したパケット熱搬送技術を継続して研究し、新たな形態のサーマルグリッド研
究と共に内断熱配管などの要素技術の研究も進める予定です。

するシステムです。サーマルグリッドのシステム研究開発の第一弾として、二重のループ配管を用いるシステム（図２）を研究開発しました（環境省事業（代表：中尾、FY2012～2015））。サーマ
ルグリッドは各建物に空調用熱源（冷凍機）が設けられている
街区において適用します。複数建物間に熱を自在に融通するため、ループになっている配管とルーターと呼ぶ熱の流れの切り替える装置を設けます。対象建物群の熱エネルギーモデルを構築して、1次エネルギー消費量を最小化する制御システムを構

図３

大阪国際見本市会場へサーマルグリッドを社会実装（1）

築しています。各建物の熱源設備が協力してエネルギー消費量
The OCU Advance Research Institute for Natural Science and TechOCARINA Communication 5

遅れています（図８）。
我国で帯水層蓄熱が普及しない原因として、還元井戸の経年による流量低下、揚水ポンプ動力の問題、大都市域での揚水規制、経済性などがあります。普及へ向けこれらの課題解決に取り組みます。
我国の複雑な地層構造でも適用でき揚水・還水性能の高い井戸構造の開発、地盤沈下リスクの軽減策、本学と関西電力が
図４

独立熱源の６建物へのサーマルグリッドの適用

下水バイオガスの有効利用システム

共同で基礎研究を進めてきた電力負荷平準化のための昼夜間
蓄熱利用技術、低炭素化のための空調制御システム開発など

本研究開発は下水処理場におけるメタン発酵設備の低炭素を、共同実施者（関西電力、環境総合テクノス、ニュージェック、化を目標とした環境省事業（代表：大阪市立大学、貫上教授、

森川鑿井、三菱重工）と進めます。学内は理学研究科三田村教FY2013～2015）です。メタン発酵設備は下水汚泥を消化槽に授、工学研究科大島教授、西岡教授が参画しています。プロ

投入し、消化槽を一定温度に加熱して下水バイオガスを生成す

ジェクトで取り組む研究課題は次の通りです。

高性能な熱源井戸の開発
る設備です。このエネルギーの流れは図５のようになっていま （1）す。これまでの消化システムでは生成したバイオガスの45%程①完全密閉井戸構造の実現

度を消化槽加熱のために消費していました。

②熱源用高性能井戸に最適な掘削工法

本研究開発実証事業では、図６のように、消化槽から排出される汚泥や下水処理水からの回収熱と太陽熱により消化槽を加熱します。これにより生成したバイオガスの利用可能量を最・グラベルサイズの選定方法
・スクリーンの形状・材質③モニタリングによる適切な維持管理

12

揚水ポンプ動力低減
大化することを目論んでいます。2015年度末に実証試験を終え （2）た後は社会実装へ向けた案件形成を目指します。

落水防止構造を持たせた完全密閉構造の実現（3）大都市域での揚水規制
・揚水、還元を周期的に行う場合の沈下量低減予測
・複数の揚水・還元井戸の配置による沈下量低減（4）経済性向上のため昼夜間蓄熱機能の付加
・季節間蓄熱に加えて、電力負荷平準化のため昼夜間蓄熱

排出汚泥
55 GJ/日図５

従来の消化槽加熱方式（数値は概念説明用）
20 2GJ/日

都市内
で利用

図７

＊下水処理場外での発電量からヒートポンプとポンプの消費電力
11GJ/,5GJ/日）を除いたもの

図６

排出汚泥などによる消化槽加熱方式

帯水層蓄熱システム

帯水層蓄熱システム

図８

帯水層蓄熱の導入設備
容量の国際比較（2）文献：
1）
インテクス大阪HPより引用、
http://www.intex-osaka.com/jp/use/guide/reason.html
2）
特定非営利活動法人 地中熱利用促進協会ホームページ

2015年度より新たに取り組んでいる帯水層蓄熱（図７）の研（2015）,http://www.geohpaj.org/introduction/index1/disadv

究開発プロジェクト（環境省から受託、代表：関西電力）を紹介します。欧米では帯水層蓄熱の普及が進んでいますが、我国はThe OCU Advance Research Institute for Natural Science and TechOCARINA Communication 5■活動報告
The 2014 OCARINA Annual International Meeting（平成26年度複合先端研究機構年次総会）開催報告
招待講演

南 繁行
（複合先端研究機構・特任教授）

Licheng Sun( Department of Chemistry, KTH Roya l中臺 枝里子（複合先端研究機構・テニュアトラック特任准教授）

Institute of Technology, Stockholm, SE, Professor)

山口 良弘（複合先端研究機構・テニュアトラック特任准教授）

阿部 竜（京都大学・教授）

増川 一（複合先端研究機構・特任准教授）

松岡 雅也（大阪府立大学・教授）

小畠 誠也（工学研究科化学生物系専攻・教授）

吉田 朋子（名古屋大学・准教授）

重川 直輝（工学研究科電子情報系専攻・教授）

池田 茂（大阪大学太陽エネルギー化学研究センター・准教授）

中尾 正喜（工学研究科都市系専攻・特命教授）

成川 礼（静岡大学・講師）

浜口 祐（理学研究科生物地球系専攻・特任助教）

中澤 昌美（大阪府立大学・助教）

廣津 昌和（理学研究科物質分子系専攻・准教授）

辻 敬典（筑波大学・助教）

寺北 明久（理学研究科生物地球系専攻・教授）

山下 栄次（㈱富士化学工業／COI-T プロジェクトリーダー）

佐藤 和信（理学研究科物質分子系専攻／理学部化学科・教授）

学内招待講演鈴木 修一（複合先端研究機構・特別研究員／理学研究科物橋本 秀樹（複合先端研究機構・教授／プロジェクトリーダー）

質分子系専攻・講師）

2015年3月4, 5日の日程でThe 2014 OCARINA Annual International
Meetingを本学学術情報総合センターにて開催しました。複合先端研究機構
では、これまで「都市の次世代エネルギー開発、環境保全・地盤防災」を課題として、特に「光合成研究、そして太陽光からの次世代エネルギー」をメインにして研究活動を行ってきました。今回開催された年次総会は、これまで複合先13

端研究機構が進めてきた研究活動を総括するものであり、国内外で光合成・人工光合成研究を精力的に行われている多くの研究者の招待講演が行われました。そして、複合先端研究機構のさらなる発展に向けた新規プロジェクトの提案が行われ、盛大のうちに閉会しました。

マイケル・ノーベル博士招へい記念国際シンポジウム
基調講演

招待講演

マイケル・ノーベル（Michael Nobel）博士

Licheng Sun（スウェーデン王立工科大学化学研究科・教授）（大阪市立大学・特別客員教授）

冨重 圭一（東北大学大学院工学研究科・教授）
原 亨和（東京工業大学資源化学研究所 ・教授）

大阪市立大学は、海外著名研究者招へい事業の一環として、マイケル・ノーベ
ル博士を特別客員教授として招へいしたことを記念して、
平成27年10月28日(水)に
本学田中記念館にて、触媒学会バイオマス変換触媒研究会との共催で国際シンポジウムを開催しました。
ノーベル賞創設者であるアルフレッド・ノーベルの曾甥にあたるマイケル・ノー
ベル博士は、幅広い研究分野において世界を舞台に活躍されています。ノーベル財団の理事長などを歴任する一方で、研究者としてアルバート・アインシュタイン賞など数多くの受賞歴を有しておられます。
シンポジウムでは学内外から112名の参加者があり、ノーベル博士は”The Innovative Genius of the Nobel Brothers and theNobel Prizes”という演題で、ノーベル家の優性の起源、
ノーベル賞について、
そしてAlfred Nobelの背景について、多くの貴重な資料を見せながらジェスチャーを交えてご講演されました。
シンポジウムの後半は招待講演として、人工光合成研究の第一人者として数えられるスウェーデン王立工科大学のリッチェン・
スン教授、触媒学会バイオマス変換触媒研究会から冨重教授、原教授を迎え、参加者とともに活発な討論が行われました。
今後、ノーベル博士とは、
人工光合成研究センター内に「再生可能エネルギー研究室」を設置し共同研究活動を開始するとともに、博士のグローバルなネットワークを通じて、
さらに海外の大学との連携が深められるものと期待されています。
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OCUテニュアトラック研究討論会
平成27年12月4日にグランフロント大阪 ナレッジキャピタルタワーC8階
カンファレンスルーム（C03＋C0 4室）にて、「 OCUテニュアトラック研究討論会」が開催されました。この討論会は、本学が国際公募で採用した5名のテニュアトラック教員が各々の研究分野のセッションを設けて、学外の専門家を招へいし、先進的研究の討論を行い、若手教員の研究を更に発展させるものです。複合先端研究機構からは中臺枝里子テニュアトラック
特任准教授、山口良弘テニュアトラック特任准教授、麻生隆彬テニュアト
ラック特任講師の3名が参加しました。発表会は宮野道雄副学長の開会挨拶に始まり、各 招へい講演者の先進的な研究に対する活発な討論が行われました。大嶋寛機構長による激励と今後の活動への期待を込めた
閉会の挨拶で、盛大のうちに終了しました。

OCARINA セミナ―
複合先端研究機構の研究者が学外からの研究者と議論し、研究成果を発表する場として、「OCARINAセミナー」を開催しています。
国内外のリーディングサイエンティストを招待して不定期に行う講演会だけにとどまらず、見学会のようなPR活動の開催まで、幅広い活動をしております。

第22回

開催日

2015年2月20日

ゲスト

Tilo Mathes(Free University of Amsterdam)

第24回

2号館

220B

14

「Translating light into biological information:
テーマ
Photoactivation and signal transduction of BLUF photoreceptors」
開催日

第23回

会場

2015年5月28日

会場

大阪市住之江区南港北

見学会 「Aspen Accord Japan2015来阪、サーマルグリッドセミナー＆見学会」
開催日

2015年8月3日

ゲスト

柴田敏史 博士（長崎大学

会場
医歯薬学総合研究科

理学部

第6講義室

口腔病原微生物学）

テーマ 「滑走細菌Flavobacterium johnsoniae の滑走運動マシナリー」

第25回

開催日

2015年9月30日

会場

ゲスト

川崎 一則 博士（産業技術総合研究所）

理学部

第6講義室

テーマ 「細胞膜や水中のナノ構造体を急速凍結レプリカ法でみる」

第26回

開催日

2016年1月12日

会場

理学部

ゲスト

木下佳昭先生（学習院大学自然科学研究科生命科学）

第10講義室テーマ 「真核生物・原核生物のべん毛とは異なるアーキアべん毛の運動研究」

第27回

開催日

2016年1月14日

ゲスト

岡直宏先生（徳島大学

会場

理学部会議室B102

生物資源産業学部（仮称）設置準備室

講師）

テーマ 「陸上における海藻培養の技術開発と多角的利用」

第28回

開催日

2016年2月23日

ゲスト

伊藤

会場

理学部

第6講義室

繁先生（名古屋大学名誉教授・名古屋工業大学客員）テーマ 「光合成光反応の原理と進化を探る」
詳しくはWebサイトをご覧ください。

The OCU Advance Research Institute for Natural Science and TechOCARINA Communication 5

大阪市立大学

複合先端研究機構

沿革

2008（H20）年３月
2008（H20）年４月
2008（H20）年12月
2010(H22）年３月
2010（H22）年３月
2010（H22）年10月
2010（H22）年11月
2010(H22) 年12月

設立記念国際シンポジウム開催
学内重点研究（H20-H23）
開始
太陽光エネルギーの有効利用に関するワークショップ開催
第１回国際シンポジウム開催
規程の施行(正式部局としての活動開始)
２号館研究施設オープン
２号館開所記念講演会開催
第２回国際シンポジウム開催

2011（H23）年３月
2012（H24）年３月
2012（H24）年４月
2012（H24）年７月
2013（H25）年３月
2013（H25）年４月

第３回国際シンポジウム－角野メモリアル－開催
年次総会開催（兼 学内重点研究（H20-H23）終了報告会）
学内重点研究（H24-H25）
開始
理系学舎C棟竣工、一部入居
第４回国際シンポジウム開催
専任教員２名新採用

2013（H25）年6月

人工光合成研究センター オープン

2014（H26）年２月 理系新学舎一部入居
2014（H26）年２月 テニュアトラック教員１名新採用
2014（H26）年３月 テニュアトラック教員１名新採用
2014（H26）年３月 第５回国際シンポジウム開催
2014（H26）年４月 テニュアトラック教員１名新採用
2014（H26）年４月 学内重点研究(H26-H27)開始
2015（H27）年３月 第６回国際シンポジウム開催
2015（H27）年４月 専任教員1名新採用
2015（H27）年４月 新規に3プロジェクトがスタート

複合先端研究機構〒 558-8585
大阪市住吉区杉本 3-3-138 杉本キャンパス
電話：06-6605-3111 FAX：06-6605-3636
http://www.ocarina.osaka-cu.ac.jp/

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