2006, Feb.

215

No.

CONTENTS

カーボンナノチューブ電子源を用いたダイオキシン類の高効率脱塩素化処理への展望
国際会議報告 International Aeronautical Congress 2005 (IAC2005)
宇宙に関する現状から将来の技術まで
フェムト秒レーザー加工技術を使った高速フローミキサーの開発と蛋白質の折り畳みダイナミクス研究への応用【光と蔭】
規律の崩壊とその対策【図1】
ダイオキシン類の一例【図2】
オルト-クロロフェノール【写真】
カーボンナノチューブ電子源

カーボンナノチューブ電子源を用いたダイオキシン類の高効率脱塩素化処理への展望

山浦道照
東京工業大学（共同研究員） 内田成明

レーザービーム伝送研究チーム■ダイオキシン類には、脱塩素化（還元）処理が適合
近年、環境有害物質（ダイオキシン類や揮発性有機化質を出さずに完全処理が可能である。

■非熱平衡プラズマを用いた脱塩素化処理

合物など）による環境汚染は、深刻な社会問題であり、塩素置換のダイオキシン類は取り扱いが困難なた

地球環境の保全のためには、早急な処理技術の確立がめ、当研究所は、害が少ない図２に示す塩素置換のオル要求される。環境有害物質の分解・処理に関する研究

ト - クロロフェノールを試料として非熱平衡プラズマは、さまざまな大学、研究機関で行われているが、酸化による脱塩素化処理を行った。オルト - クロロフェノー反応方式が主流であり処理量にも限界がある。従来の

ルは、シリカゲルに担持させた。放電電圧は 8k Ｖの交処理技術は、酸素雰囲気中で被処理物を加熱し、酸化反流電圧で、印加時間は、2 分間である。チャンバー内の応で無害化するという手法に基づくものがほとんどで雰囲気ガスには、水素もしくは SF ₆ガスをそれぞれ 1 気ある。一方、汚染物質は高度に酸化されており、それゆ圧封入した。放電処理後、シリカゲルをアルコールで十え強い酸化作用により生体の遺伝子などを破壊するた分に撹拌、洗浄後、抽出液をガスクロマトグラフィーでめ有害である。図１にダイオキシン類の一例を示す。ベ分析した。図３はその結果である。これらの値からオルンゼン環に塩素が結合しており、この塩素数が多くな

ト - クロロフェノールの放電反応率を算出すると、SF₆れば毒性が強くなる。一方、塩素は電子親和力が非常にガス中で 26％、水素ガス中で 48％であった。これらの高く、ダイオキシン類の周辺に多数の電子が供給可能

結果より、放電プラズマ中の電子や水素ラジカル等が、ならば、ダイオキシン類は還元反応により二次有害物

電子親和力の高いオルト - クロロフェノールの塩素基次ページへつづく

5カーボンナノチューブ電子源を用いたダイオキシン類の高効率脱塩素化処理への展望と反応したことで、オルト - クロロフェノールを分解したと考えられる。そのため、ダイオキシン類に含まれる塩素基周辺に多数の電子を供給することは、分解、処理の上で非常に有望である。しかし、放電による脱塩素化処理では、高電圧装置の大きさと処理効率の低さが実用化を妨げてきた。

■カーボンナノチューブ（CNT）電子源に着目−高効率脱塩素化処理の確立を目指して−
脱塩素化処理には、物質の処理に適した電子エネルギーの制御および電子源の高効率化が要求されてい【図３】
ガスクロマトグラフィーから分析した放電処理前後のクロロフェノールの値る。当研究所は、さらなる高効率脱塩素化処理の確立を用いた脱塩素化処理技術は、種々の有害物質処理に応目指して、カーボンナノチューブ（CNT）電子源に着目用できるだけでなく、プラズマ気相反応を用いた新物質した。カーボンナノチューブは、アスペクト（縦横）比が創生技術などへの応用も可能で将来の幅広い技術分野非常に大きく先端が尖鋭であり、化学的に安定、機械的を萌芽させる潜在性も高い。使用している電子源は、ノに強靭である。そのため、電極として用いることによっリタケ伊勢電子（株）製の CNT 電子源（表紙写真参照）でて豊富な電子源と成り得るので、脱塩素化処理の高効率ある。今後は、この CNT 電子源を用いて、ダイオキシン化に十分寄与できると考えた。さらに、CNT 電子源を類の脱塩素化処理の高効率化を進めていく。

REPORT

国際会議報告 International Aeronautical Congress 2005 (IAC2005)

宇宙に関する現状から将来の技術まで
レーザ−エネルギー研究チーム

博

佐伯拓

多港に面い。宇宙での推進技術として、化学、電気、原子力、レーした福岡ザー推進等があり、それぞれ検討が進められている。

国際会議場で開米国 NASA では原子力を用いた推進システムの検討を催された国際会行っている。原子力は他の方法に比べ非常にコストが議 International安い一方、人工衛星破棄の際の宇宙・地球環境への影

Aeronautical

響に特に配慮する必要があり、一般の理解なしには使Congress 2005

用できないとの報告があった。SSPS 関連では日本の(IAC2005) に 今

宇宙航空研究開発機構（JAXA）から地上と月面へのマ【写真】
福岡国際会議場（上）、博多港（下）回 初 め て 参 加した。この会議

イクロ波、レーザーを用いたエネルギー伝送に関するは毎年度各国の宇宙研究機構関係者が自らの研究活動とはレーザーダイオード（LD）励起と太陽光直接励起方について議論を行う場である。会議内容は主に、燃料電式のレーザーである。低軌道から静止軌道衛星上への池、原子力熱発電、太陽電池、小型衛星、月面探査、火星物資輸送機（LOTV）を用いて 300 回で一万トン近くの探査、ナノテクノロジーを利用した新規宇宙技術、宇宙SSPS の物資は宇宙へ投入可能ではとの報告があった。

エレベーター、推進等で現状技術から将来有望である自身は JAXA と共同で現在進めている太陽光直技術まで多岐にわたった。

レ
2

検討の報告があった。ここで検討されているレーザー

私

接励起固体レーザーの研究について報告を行っーザーは宇宙間通信、推進、宇宙太陽光発電所

た。変換効率の限界、パルス動作、宇宙での応用等につ（SSPS）以外では目立って取り上げられていないて議論を行った。

TOPICS

フェムト秒レーザー加工技術を使った高速フローミキサーの開発と蛋白質の折り畳みダイナミクス研究への応用高橋 聡
大阪大学・蛋白質研究所 松本周三

大阪大学・蛋白質研究所／ CREST, JST■はじめに酸の一次配列に「フェムト秒レーザー加工」と「蛋白質の折り畳み」基づいて特異的という異質な研究分野を結びつけるものは何でしょうな構造に折り畳か？

それは、これらの分野の研究者が共通して持つむ機能を持って研究に対する愛着とこだわりの心ではないかと私たち

い ま す（ 図 １）。

は考えています。この小文では、私たちがこの結論にそ の た め、蛋 白至った経緯を紹介します。

質が折り畳む過【図1】蛋白質の折り畳み過程の模式程の構造変化を 図。変性して広がった構造をもつ蛋（左上）は、溶液条件と整えると自観察することか 白質
発的に機能を持つ構造に折り畳む（右ら、蛋 白 質 の 構下）

私たちは、蛋白質がひも状に伸びた構造から、折り畳んだ構造に変化する過程を観察する研究を続けています。蛋白質はアミノ酸が連なった高分子であり、アミノ規律の崩壊とその対策
失敗の本質−日本軍の組織論的研究−という本が出たのは昭和 59 年で……112あった。世はまさに Japan as No.1 の時代で、わが日本の隆昌振りは世界のやっかみの的であった。この本の内容は失敗に学ばない日本軍という趣旨で、遠くノモンハン事件、ミッドウェー作戦、ガダルカナル作戦、インパール作戦、レイテ海戦、沖縄戦と相次ぐ負戦の分析が綴られている。
大局観の喪失、自信過剰、組織の硬直化、情緒的思考、危機対応の欠如、合理性の不足、情報の軽視などなど戦に勝利するため最も先鋭化されていなければならぬ軍という官僚組織が自律的に機能しなかった数々の原因が解析されている。
このような民族の血で購ったともいうべき貴重な知識体験を生かして日本は再生したかに見えたのに、1990 年にはまたもや政策を誤り経済バブル崩壊を招き、第二の敗戦に呻吟する 15 年を招来した。2 回目の危機の原因は何といっても Japan as No.1 による思い上がりと慢心、そして規律の崩壊と精神の弛緩がその中心であろう。阪神・淡路大震災の対応、オウムサリン事件の処理、金融不況対策、官庁不祥事件、北朝鮮拉致問題、最近の建築構造偽造など、どれをとっても先の失敗の本質に相通じるまことに日本的な通弊のなせる業であると思われる。すなわち想定内の事情にはまともに機能しても、一旦想定外のことが起こると全く対応が乱れてしまうのだ。先の大戦ではわが軍の兵、下士官、下級将校はすぐれて勇敢に奮戦したのに上層幹部は概して無能であったという外国の評価がある。近頃では地道堅実であったいわゆる平の人達も昔の律儀さを失いつつある。ライブドアの偽計、ホリエモンの逮捕などは新しい非日本的事件だ。
この失敗の背景には、かつては過度のナショナリズムが底流にあり、昨今は誤ったインディビジュアリズムが関係している。我さえよければいいという了見では社会は崩壊してしまう。現在の上下を挙げての精神的退廃にはつける薬がないのだろうか。戦後 60 年の偏向教育により若者の心も良識を喪失したように見える。
理想を高く掲げ、自らの課題に日夜精進する青年を日本は求めている。総人口の減少が始まった 2006 年を日本再再生のスタートにしなければわが国の未来はない。鍵は武士道にもとづく責任感の復活である。
【（財）レーザー技術総合研究所研究所長】
3

【 図2】溶 液 混合装置の模式図。折り畳みを引き起こす溶液（上のシリンジ）と変性した蛋白質溶液（下の シリン ジ ）を、ステンレス板（a）に加工された流路に導くことで混合する。混合後の溶液中における蛋白質の構造変化を、蛍光分光法やX 線小角散乱法などにより時分割観測する

二つの溶液を供給し中心で混合するデザインですが、造予測やデザインに役立つ情報が得られると期待されお世話になりました。試行錯誤の結果、最速の混合時間ます。

を達成した流路を図 4 に示します。これは、混合前の溶混合前の溶液をいったん二つに分けて衝突させることで、混合前に乱流を作ろうと試みました。このデザインは大変うまく働き、プレートは 20 μ秒の混合時間を示しました。

■混合時間 10 μ秒以内を達成
この成功に元気付けられ、私たちはレーザー加工技術を橋田博士に教えてもらいながら、さらに効果的な混合のためのデザインを工夫しました。橋田博士が簡単に作られる工作でも私たちには大変難しく、休日や深夜までお付き合いいただくなど、橋田博士には大変

私たちの研究の特色は、二つの溶液を 100 μ秒以内液導入部にギャップを形成することで前期乱流を作るに混合するフロー装置を使って、溶液混合により蛋白デザインで、混合時間 10 μ秒以内を達成しました。こ質の折り畳み反応を引き起こし、過渡的に生じる構造

れは、世界でもっとも短い混合時間（50 μ秒程度）をはを観察することです（図２）。これまでの研究から、私たるかに短縮する記録です（文献 4）。橋田博士による最初

ちは多くの蛋白質の折り畳み初期過程が、100 μ秒以の試作品からこのデザインに至るまでに、一年以上の内に起きる収縮であることを明らかにしました（文献

訓練と試行錯誤の時間が必要でした。

1-3）。そのため、私たちは、この収縮はどのように起ここの混合装置を実際の蛋白質に応用することで、るかという問題に興味を持っています。特に、収縮を実

われわれは多くの新しい知見を得ることができました

時間で観察したいと考えていましたが、そのためには、（文献 5）。この成果以上に、異なる分野の方々との交流装置の混合時間をさらに短縮する必要がありました。の楽しさや、発想は異なっても同じ気持ちで議論やア■幅数十μ m 以下の流路を自在に工作ドバイスをいただくありがたさを経験したことが、私溶液を短時間内に混合するための手法として、混合たちにとっての最大の成果です。

する溶液の体積を小さくすることと、溶液に効果的にお世話になりました以下の方々に、心からお礼を申乱流を発生させることが有効です。これらの要請を満し上げます。阿部信行博士、塚本雅裕博士（以上阪大接たすためには、幅が数十μ m 以下の流路を自在に工作合研）、藤田雅之博士（レーザー総研）、橋田昌樹博士（京する必要がありました。このための方法を調べる過程大化研）、中島聡博士（阪大基礎工）、後藤祐児博士、屋根で、阪大接合研の阿部博士のご紹介により、フェムト秒晃氏（以上阪大蛋白研）。

レーザー加工をご専門とされるレーザー総研の藤田博

文献／ 1)Akiyama, S., Takahashi, S., Kimura, T., Ishimori, K.,Morishima, I., Nishikawa, Y., Fujisama, T. Proc. Natl. Acad.
Sci. U. S. A.. 99. 1329-1334 (2002). 2)Uzawa, T., Akiyama, S.,Kimura, T., Takahashi, S., Ishimori, K., Morishima, I.,Fujisawa,T. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101, 1171-1176 (2004). 3)
Kimura, T., Uzawa, T., Ishimori, K., Morishima, I., Takahashi,S., Konno, T., Akiyama, S., Fujisawa, T. Proc. Natl. Acad. Sci.
USA. 102, 2748-2753 (2005). 4)Shastry. M. C. R., Roder, H.
Nature Struct. Biol. 5, 385-392 (1998). 5)Matsumoto, S. etal., manuscript in prep.

士と京大化研の橋田博士に引き合わせていただきました。これらの方々との出会いは偶然と言っていいものでしたが、私たちにとって非常に幸運なことでした。
われわれのアイディアを説明し、最初に橋田博士に作っていただいた流路を図 3 に示します。このプレートを図２に示す二枚の石英板（b）ではさみ、左右の穴から【図3】橋田博士に最 【図4】（左）最速混合板のデザイン。左右から供給される溶液は、初に製作していただ 幅の小さなギャップを通過するこい た 流 路。厚 さ50 とで、前期乱流を作ると思われる。
μmのステンレス板 （右）最速混合板による混合実験。二に、レーザー加工によ 液の混合により退色する色素を左り流路を工作した。細 から供給した。中央の観測流路ではい流路の幅と深さは 色素はほぼ無色である。混合時間は20μmである
10μs以内と見積もられた
Laser Cross No.215 2006,Feb.

4

掲載記事の内容に関するお問い合わせは、編集者代表・今崎一夫（TEL&FAX:06-6879-8739, e-mail:kzoimsk@ile.osaka-u.ac.jp）
までお願いいたします。