日時： 2025年1月22日(水) 14:00-15:40

会場：早稲田大学西早稲田キャンパス56号館 104教室

講師：藤井　由理

対象：学部生、大学院生、教職員、学外者、一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：創造理工学部建築学科/専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

日時： 2025年1月7日(火) 13:00-17:00

会場：早稲田大学西早稲田キャンパス63号館201教室

講師：増田 信吾

対象：学部生、大学院生、教職員、学外者

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：創造理工学部建築学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

リサーチイノベーションセンター 知財・研究連携支援セクション（知的財産本部）は、理工系研究者等を対象に、知的財産に関する知識を高め、研究活動に活かしていただくための「知財セミナー」を独立行政法人工業所有権情報・研修館（INPIT）から講師を招聘の上、開催します。奮ってご参加ください。

セミナー前半では、知的財産本部の嶋野邦彦所長（研究戦略センター　教授）より、特許等の知的財産制度の概要と学内ルールや、大学の研究成果を権利化し社会実装に結び付けるうえで、研究者が注意すべき点について説明します。

後半では、知的財産に関する情報提供、普及啓発、ユーザー支援等を包括的に実施しているINPIT の鷲崎亮知財戦略部長から INPIT の大学支援事業をご紹介いただきます。特に、特許情報を活用した研究シナリオの検討支援（共同研究先や技術移転先の探索）について説明していただきます。

 

【開催概要】

開催日時：2024 年 12 月 24 日(火)14:00～15:30

会 場：55 号館 N 棟 1 階第二会議室 （対面とオンラインでのハイブリットで開催）

対 象：本学教職員・研究員、学生

申 込 み：当日、飛び込みの参加でも差し支えございませんが、なるべく事前申し込みの上、ご参加ください。（下記のフォームからお申込みいただいた方にZoomのリンクをお知らせします。）

主 催：リサーチイノベーションセンター 知財・研究連携支援セクション（知的財産本部）

詳細：添付のチラシをご確認ください。

【お問合わせ】

リサーチイノベーションセンター 知財・研究連携支援セクション（知的財産本部）[email protected]

 

 

2024年度 早稲田大学各務記念材料技術研究所 オープンセミナー

カーボンニュートラル実現に向けた取り組みが世界的に盛んに行われています。本セミナーでは、カーボンニュートラルに関する我が国の政策をはじめ、セラミックス関連分野における最先端の材料・技術開発と今後の展望について講師の先生方をお招きして講演いただきます。

1.日時

2024年12月13日（金）13:00〜16:50

2.場所

早稲田大学西早稲田キャンパス 63号館2F 04〜05会議室
アクセス – 早稲田大学 理工学術院

3.開催概要

• テーマ：「カーボンニュートラルに向けたセラミックスおよび関連技術の展開」
• 主催：早稲田大学各務記念材料技術研究所
• 協賛：早稲田大学カーボンニュートラル社会研究教育センター, 早稲田物理会, 早稲田機友会, 早稲田材料工学会, 早稲田電気工学会, 公益社団法人 日本材料学会, 公益社団法人 日本化学会, 公益社団法人 日本鋳造工学会, 一般社団法人 日本鉄鋼協会, 一般社団法人 日本ファインセラミックス協会, 公益社団法人 化学工学会, Chem-Station,公益社団法人 日本金属学会

4.プログラム

時間	講座題目等	講師等
13:00-13:05	所長挨拶	早稲田大学理工学術院 教授 各務記念材料技術研究所 所長 菅原 義之
13:05-13:10	開会挨拶	早稲田大学理工学術院 教授 オープンセミナー実行委員会 委員長 下嶋 敦
13:10-13:50	カーボンニュートラルに向けた化学と材料の今後	早稲田大学 理工学術院 教授 関根 泰 先生
13:50-14:30	ＴＯＴＯグループのカーボンニュートラルに向けた取り組み	TOTO株式会社 成田 純也 氏
14:30-14:45	休憩
14:45-15:25	低炭素、脱炭素に向けたセメント系材料の研究開発の現状と展開	島根大学 総合理工学部 物質化学科 新 大軌 先生
15:25-16:05	セラミックス常温衝撃固化現象の発見とエアロゾルデポジション(AD)法の将来展望	国立研究開発法人 産業技術総合研究所 明渡 純 先生
16:05-16:45	自己治癒技術で拓くセラミックスのリマニュファクチャリング・リファービッシュ	横浜国立大学 大学院工学研究院 中尾 航 先生
16:45-16:50	閉会挨拶	早稲田大学理工学術院 教授 オープンセミナー実行委員会 副委員長 鈴木 進補
17:00〜18:30	懇親会

5.対象

本学学生、教職員、一般（学外の方のご参加も歓迎いたします。） / 参加費：無料

※学外者の方はオンラインによるご参加も可能です。

6.申込手続き

• 申込方法

以下よりお申込みをお願いします。皆様のご参加をお待ちしております。

• 申込締切日

2024年12月10日23：59

7.お問い合わせ

早稲田大学各務記念材料技術研究所　オープンセミナー係（担当: 小粥・若山・山本）

〒169-0051 東京都新宿区西早稲田2-8-26
TEL 03-3203-4782 FAX 03-5286-3771
E-mail: zaikenjimu＠list.waseda.jp

早稲田大学次世代ロボット研究機構 講演会のご案内
Special Lecture by Assoc. Prof. Abhinav Shrivastava, Univ. of Maryland

米国メリーランド大学（University of Maryland）の Abhinav Shrivastava 准教授を次世代ロボット研究機構の講演会にお招きし、コンピュータビジョンと深層学習に関する最近の研究活動を紹介していただきます。同教授はコンピュータビジョンの分野で若手にもかかわらず、毎年トップレベルの国際会議（CVPR “IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition” 等）に数多くの論文を掲載されています。本講演では、同教授が最近トップレベルの国際会議に掲載された論文の内容を数件、ご紹介いただきます。
是非、参加いただければと思います。参加希望者は、以下のリンクからオンラインで申請をしてください。

An associate professor Abhinav Shrivastava at the University of Maryland will be invited to give a Special lecture at the Future Robotics Organization to introduce recent research activities related to computer vision and deep learning.
Despite being young in the field of computer vision, the professor publishes numerous papers every year at top-level international conferences (CVPR “IEEE Computer Society Conference on ComputerVision and Pattern Recognition”, etc.）.
In this lecture, he will introduce several papers that have recently been published at top-level international conferences.

If you wish to participate, please apply online from the following link.

概要 Outline

講演日時 Date：2024 年12月16日（月）16:00～17:00
Mon. December 16, 4pm to 5pm
場所 Venue     ：早稲田大学西早稲田キャンパス52号館303号室
Buliding No.52 Room 303 Nishiwaseda Campus
講師 Lecturer： Assoc. Prof. Abhinav Shrivastava (Dept. of Computer Science, University of Maryland)
https://www.cs.umd.edu/~abhinav/
講演会の言語　：英語（日本語への同時通訳はありません）
参加費　　　　：無料 No charge
主催 Host ：早稲田大学次世代ロボット研究機構 Future Robotics Organization, Waseda University
申込フォーム  Registration form：https://shorturl.at/LNs6g

「金融/投資機関による自然関連情報開示促進と国際標準化を前提としたネイチャーフットプリントの開発と実証事業」が本格稼働（内閣府BRIDGE）

 

早稲田大学（所在地：東京都新宿区、総長：田中愛治）および株式会社価値総合研究所（所在地：東京都千代田区、代表取締役会長：栗原 美津枝）を代表機関として、研究開発とSociety 5.0^※1との橋渡しプログラム（BRIDGE^※2）の中で「金融/投資機関による自然関連情報開示促進と国際標準化を前提としたネイチャーフットプリントの開発と実証事業」が始動しました。 

■本事業の背景

気候変動や生物多様性の減少といった環境問題は、人間の経済活動が自然環境に大きな負荷をかけていることがひとつの大きな要因となっています。世界では環境・社会・ガバナンスの３つの視点（ESG）を重視する投資家が増加し、企業は環境負荷の削減努力やその開示を求められています。

このような状況下において、ネイチャーフットプリント^※3は、企業活動における自然への影響を定量的に評価し、開示するための重要な指標として注目を浴びています。

■全体概要

本事業は、テーマ１「LIMEを拡張したネイチャーフットプリント用影響評価手法の開発」（代表機関：早稲田大学、研究開発責任者：理工学術院教授 伊坪徳宏）と、テーマ２「ネイチャーフットプリントを用いた金融/投資機関における活用のための実証事業」（代表機関：株式会社価値総合研究所、研究開発責任者：山崎清）が連携し、大学・研究機関が中心となって、国際的に環境影響を解析する手法の１つであるLIME3(Life cycle Impact assessment Method based on Endpoint modeling 3)^※4を発展させ、ネイチャーフットプリントの影響評価手法を開発します。これまで生物多様性の影響評価や生態系サービスの経済的評価は個別に実施され、それらを統合したモデルは存在しませんでした。本事業では、LIME3に新たな生物種のリスク評価や生態系サービスの経済的価値評価などを取り入れることで、統合化されたモデルの確立を目指します。

開発した手法は、金融機関、国内事業者と連携しながら活用方法を実証し、その有用性を世界に向けて発信していきます。

■期待される効果

一連の研究成果は実務者用のガイドラインとして取りまとめて国内外に公開するとともに、複数の国際会議に報告することで、研究成果の国際標準化を目指します。

また、ネイチャーフットプリントの開発だけでなく、実際に企業や金融機関で活用するための実証実験も進めていきます。将来的には、この指標が広く普及し、企業の環境経営を大きく変革するとともに、持続可能な社会の実現に貢献することが期待されます。

■参画機関（大学、民間企業等）

テーマ１：LIMEを拡張したネイチャーフットプリント用影響評価手法の開発

早稲田大学、国立研究開発法人産業技術総合研究所、国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構、国立研究開発法人森林研究・整備機構森林総合研究所、大学共同利用機関法人人間文化研究機構総合地球環境学研究所、東北大学、京都大学、関西学院大学

テーマ２：ネイチャーフットプリントを用いた金融/投資機関における活用のための実証事業

政策研究大学院大学、株式会社価値総合研究所、株式会社日建設計、株式会社日建設計総合研究所、味の素株式会社、トヨタ自動車株式会社、積水化学工業株式会社、住友林業株式会社、株式会社資生堂、AGC株式会社、ＪＸ金属株式会社、太平洋セメント株式会社、パナソニックホールディングス株式会社、日本電気株式会社、農林中央金庫、MS&ADインシュアランス グループ ホールディングス株式会社、三菱ＵＦＪ信託銀行、株式会社LCAエキスパートセンター、一般社団法人サステナブル経営推進機構、TCO2株式会社、MS&ADインターリスク総研株式会社、ほか都市銀行、地方銀行など金融機関多数

■用語解説

※1 Society 5.0：
サイバー空間（仮想空間）とフィジカル空間（現実空間）を高度に融合させたシステムにより、経済発展と社会的課題の解決を両立する、人間中心の社会（Society）。
狩猟社会（Society 1.0）、農耕社会（Society 2.0）、工業社会（Society 3.0）、情報社会（Society 4.0）に続く、新たな社会を指すもので、第５期科学技術基本計画において我が国が目指すべき未来社会の姿として初めて提唱されました。

※2 BRIDGE：
内閣府総合科学技術・イノベーション会議(CSTI)の司令塔機能を生かし、戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）や各省庁の研究開発等の施策で生み出された革新技術等の成果を社会課題解決や新事業創出、ひいては、我が国が目指す将来像（Society 5.0）に橋渡しするため、官民研究開発投資拡大が見込まれる領域における各省庁の施策の実施・加速等に取り組むプログラムです。
ウェブサイト：https://www8.cao.go.jp/cstp/bridge/index.html

※3 ネイチャーフットプリント：
自然に注目したLCA(ライフサイクルアセスメント)を指します。特に、生物多様性（質）、生態系サービス（量）に注目して、気候変動、水消費、土地利用などによる自然・生態系への影響を定量的に評価します。資源の採掘から、素材生産、輸送、組立、使用、リサイクル・廃棄までを網羅した分析を通して、ネイチャーポジティブに向けた効果的な影響低減策の選定や関係者間におけるコミュニケーションを促進するための情報源として活用されることが期待されます。 

※4 LIME3(Life cycle Impact assessment Method based on Endpoint modeling 3) ：
日本発のライフサイクル影響評価手法として、LCA国家プロジェクトにおいて開発されたLIMEは、最新の自然科学と社会科学の知見と解析手法を活用し、LCAに限らず、環境効率、環境会計、フルコスト評価等様々な分野において活用されています。LIME3は、LIME2までは日本に限定されていた対象地域を世界に拡大したことで、グローバルビジネスを展開する事業者のLCA実施を可能にしました。また、定量化した環境負荷を経済価値指標に換算することもでき、企業経営にわかりやすい判断材料としても用いられています。

総合機械工学科向けの社会文化領域コース進入説明会を、2025年1月9日 (木)にオンラインで開催します。
関心のある学生は、以下のポスターおよび社会文化領域ウェブサイト上の情報をよく確認し、必要な手続きをとってください。

• 進入説明会開催のおしらせ

日時： 2024年12月23日(月) 16:00-17:00

会場：早稲田大学西早稲田キャンパス63号館03・04・05会議室

講師：廣井　卓思

対象：化学系学部生・大学院生・教職員・一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部　化学・生命化学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

2024 年 12 月1 日（日）、 早稲田大学グローバル科学知融合知研究所・快適 ECLSS（エクルス） 研究開発拠点が、「これからの宇宙ビジネスとイノベーション：快適 エクルス研究開発拠点が目指す産学連携」 と題する公開イベント を開催します。 プロジェクトに興味のある方、研究テーマに関して情報交換したい方、産学連携の取り組みに興味のある方は、 是非ご参加ください。

◆日時：12月1日（日）18時00分～20時30分
◆会場： 渋谷スクランブルスクエア 15 階 SHIBUYA QWS クロスパーク
◆対象者：  プロジェクトに興味のある方であれば誰でも参加できます（高校生、大学生、大学院生、教職員、
教諭、研究員、社会人 他）
◆参加費： 無料

・詳細はこちら
・参加申込はこちら

演題：「糖尿病治療へ向けたヒト膵島を用いたトランスレーショナルリサーチ」

日時： 2024年12月23日(月) 16:30-18:10

会場：早稲田大学 TWIns　生命医科学科会議室

講師：白川　純

対象：学部生、大学院生、教職員

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部　生命医科学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

銅酸化物高温超伝導体Bi2212の紫外・可視光領域における大きな光学的異方性の起源を解明

発表のポイント

• フローティングゾーン法によりさまざまなPb含有量のBi_2-xPb_xSr₂CaCu₂O_8+δ単結晶を育成し、紫外・可視光をそれら結晶に透過させることで、透過測定によってBi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ（Bi2212）の特徴的な「うねり構造」が光学的異方性に与える影響を調べました
• Pb含有量を増加させることで、光学的異方性の大きさが単調に減少することから、光学的異方性の起源がその「うねり構造」に関連していることを明らかにしました
• Pb置換によって光学的異方性が大幅に低減されることで、光学活性や円二色性のより正確な測定が可能になり、高温超伝導のメカニズムに関する議論において重要な対称性の破れの存否を探求することが可能となります

早稲田大学理工学術院の朝日透（あさひとおる）教授、同大学総合研究機構の中川鉄馬（なかがわけんた）主任研究員（研究院講師）、同大学大学院先進理工学研究科修士2年の時田桂吾（ときたけいご）、東北大学金属材料研究所の藤田全基（ふじたまさき）教授らの共同研究グループは、世界で初めて銅酸化物高温超伝導体Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ（Bi2212）の紫外・可視光領域における大きな光学的異方性の起源と結晶構造の関連性を明らかにしました。

本研究成果は、国際学術出版社であるNature Research社発行による『Scientific Reports』誌に2024年11月7日（木）（現地時間）に掲載されました。

【論文情報】

論文名：Wavelength dependence of linear birefringence and linear dichroism of Bi_2-xPb_xSr₂CaCu₂O_8+δ single crystals
DOI：10.1038/s41598-024-78208-6

キーワード：
銅酸化物高温超伝導体、光学的異方性、不整合変調、一般化高精度万能旋光計（G-HAUP）、透過測定

これまでの研究で分かっていたこと

銅酸化物高温超伝導体Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ（Bi2212）^※1は、その超伝導転移温度がバーディーン・クーパー・シュリーファー（BCS）理論^※2で説明される限界を超えるほど高いため、広く研究が進められて来ました。超伝導の発現に重要なクーパー対の形成に関与するメカニズムは、BCS理論における電子－フォノン相互作用では説明できず、この分野における未解明の課題の一つとなっています。銅酸化物高温超伝導体の構成要素であるCuO₂層は、高温超伝導体において最も重要な役割を果たすと広く認識されており、その物理的特性は、さまざまな角度から集中的に調査されています。当研究グループの過去の研究においても、一般化高精度万能旋光計（G-HAUP）^※3を使用して、紫外・可視光領域におけるBi2212のc軸に沿った光学的異方性^※4の波長依存性を測定したところ、a軸およびb軸の格子定数はほぼ同じであるにも関わらず、大きな光学的異方性のピークが観察されることが明らかになっていました。

今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

Bi2212は、b軸方向に不整合変調^※5を示すことが知られています。この変調の周期性は基本構造の周期性とは一致しません。本研究では大きな光学的異方性のピークの起源がこの不整合変調にある可能性があると考え、フローティングゾーン法^※6という単結晶育成法を用いて、不整合変調を抑制したさまざまなPb含有量（x = 0、0.4、および0.6）のBi_2-xPb_xSr₂CaCu₂O_8+δ単結晶を育成しました。育成したBi_2-xPb_xSr₂CaCu₂O_8+δ単結晶の光学的異方性のパラメータである直線複屈折及び直線二色性の波長依存性をG-HAUPを用いて測定し、不整合変調と光学的異方性の関連性を検証しました。初めに、異なるPb含有量xを示すBi_2-xPb_xSr₂CaCu₂O_8+δ単結晶（x = 0、0.4、および0.6）について、走査型透過電子顕微鏡で観察した結果、x = 0では変調周期が結晶のb軸方向の格子定数の4.8倍、x = 0.4では12.7倍、x = 0.6ではほぼ無限大となり、Pb含有量の増加とともに不整合変調が消失することが確認されました。この結果は過去文献と一致しており、電子回折測定においても、不整合変調に由来する衛星反射がPb含有量の増加とともに消失することが確認されました。また、紫外・可視光領域における透過吸収スペクトルは、全てのPb含有量の試料で類似したパターンを示し、この領域では、鉛の含有量によってエネルギーギャップに大きな変化がないことが明らかになりました。一方、光学的異方性のパラメータである直線複屈折および直線二色性の大きさは、Pb含有量によって変化することが確認され、不整合変調の抑制に伴い光学的異方性も抑制されることが明らかとなりました。

研究の波及効果や社会的影響

本研究の注目すべき点は、Bi_2-xPb_xSr₂CaCu₂O_8+δ単結晶の劈開性を活かし、作製した超薄片単結晶試料に紫外・可視光を透過させることで、透過測定によってこの大きな光学的異方性の起源を解明したことです。紫外・可視光をプローブとして用いた透過測定のアプローチは我々の研究グループ独自のものであり、これにより銅酸化物高温超伝導体の光物性とエネルギーギャップを含む電子バンド構造、とくに「外殻電子の遷移」に関する知見を得ることができました。さらに、Bi2212結晶におけるBiのPb置換は、不整合変調の抑制と同時に、直線複屈折や直線二色性といった光学的異方性を大幅に低減させることが明らかとなりました。この光学的異方性の低減は、将来の実験において光学活性や円二色性の測定精度を向上させる上で重要な成果です。これにより、高温超伝導のメカニズム解明において重要な課題である擬ギャップ相^※7および超伝導相における対称性の破れの有無を検討することが可能となり、さらなる高温超伝導体の開発につながることが期待されます。

研究者のコメント

「常温超伝導」の実現は長年の人類の夢であり、そのためには高温超伝導体における電子対形成や超伝導メカニズムの解明が必要です。常温超伝導が実現すれば、超低損失送電やリニア、医療用MRI、量子コンピュータなど、さまざまな分野で社会的・経済的な恩恵が期待されます。本研究により得られた知見を元に高温超伝導体のメカニズムに関する理解が深まることで、常温超伝導の実現に一歩近づき、これらの技術革新に大きく貢献する可能性があります。

用語解説

※1　銅酸化物高温超伝導体
CuO₂層を含む構造を持ち、従来の金属超伝導体よりも高温で電気抵抗がゼロになる特性を持つ材料。その超伝導メカニズムは従来のBCS理論では説明できず、世界中で精力的に研究が続けられている。

※2　バーディーン・クーパー・シュリーファー（BCS）理論
金属の超伝導メカニズムを説明するために考案された理論。通常、金属中では電子が自由に動き、電気抵抗が生じますが、超伝導状態では電子が特定の相互作用（フォノンを介した引力）で対（クーパー対）を形成し、抵抗ゼロで電流を流せるようになります。発明者のバーディーン・クーパー・シュリーファーは、この業績により1972年のノーベル物理学賞を受賞しました。

※3　一般化高精度万能旋光計（G-HAUP）
固体状態の光学的異方性とキラル光学的性質を測定可能な独自の分光装置。結晶や配向性薄膜といった固体状態では、固体状態特有の異方性により、そのキラル光学的性質の測定が、上述のような汎用的な分光装置ではできない。

※4　光学的異方性
材料の方向に対して異なる屈折率や吸収を示す現象。本研究では、2つの直交する直線偏光に対する屈折率・吸収の差である直線複屈折・直線二色性を測定した。

※5　不整合変調
結晶構造内で基本的な周期性に一致しない周期的な構造変化。材料の物理化学的性質や電子状態に影響を与え、超伝導体や強誘電体などで特に注目されている。

※6　フローティングゾーン法
固体原料の一部を局所的に溶融させ、結晶を成長させる単結晶育成技術。るつぼを使用しないため、不純物の混入が少なく、高品質な結晶を育成するのに適している。

※7　擬ギャップ相
銅酸化物高温超伝導体で観測される現象で、超伝導転移温度より高温でエネルギーギャップが部分的に開く。この相の起源の解明が、超伝導のメカニズム解明に重要な役割を果たすだろうと考えられている。

論文情報

雑誌名：Scientific Reports
論文名：Wavelength dependence of linear birefringence and linear dichroism of Bi_2-xPb_xSr₂CaCu₂O_8+δ single crystals
執筆者名（所属機関名）：時田桂吾^※（早稲田大学）, 中川鉄馬^※*（早稲田大学）, チョウコン（早稲田大学）, 岡野洸明（早稲田大学）, 松本匡貴（上海交通大学）, 中西卓也（早稲田大学）, 藤田全基（東北大学）, 朝日透*（早稲田大学）　※共同筆頭著者　*共同責任著者
掲載日時（現地時間）：2024年11月7日（木）
掲載URL： https://doi.org/10.1038/s41598-024-78208-6

研究助成

研究費名：みずほ学術振興財団 (旧河上記念財団) 第59回工学研究助成
研究課題名：銅酸化物高温超伝導体Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+xにおける空間・時間反転対称性の破れの検証
研究代表者名（所属機関名）：中川鉄馬（早稲田大学）

研究費名：東北大学金属材料研究所 2023年度・2024年度国際共同利用・共同研究拠点課題
研究課題名：銅酸化物高温超伝導体Bi_2.2-xPb_xSr_1.8CaCu₂O_8+δの結晶成長と光学的性質測定
研究代表者名（所属機関名）：中川鉄馬（早稲田大学）

2024年度の「教えて！ わせだ論客」のテーマは「健康とは何か？」。複数の専門家の視点から、健康について考えます。今回のゲストは、ヘルスケアデバイスなどのセンサーやシステムの技術開発に取り組む梅津信二郎教授（理工学術院 創造理工学部総合機械工学科）です。

そんな梅津先生が、これまでタッグを組んできた共同研究者がいます。昆虫とコンピュータを融合した世界初の「サイボーグ昆虫」の開発者として知られる、南洋理工大学（シンガポール）の佐藤裕崇教授です。今回は佐藤先生にも同席いただき、ヘルスケア分野の技術開発と今後の展望について伺いました。

INDEX
▼汗からの健康診断も可能に？ 「マイクロセンサー」による高精度なバイタルデータ解析
▼人々の健康と命を守るマイクロマシン技術
▼専門領域の掛け合わせや研究者との出会いで広がる研究開発の可能性

お二人が取り組んでいるMEMSの技術は、現代社会でどのように活用されているのでしょうか？

梅津：健康状態を正しく解析する上で、計測機器のセンサーを最小化する技術は非常に重要です。例えば皮膚の上から脈波を計測する際、皮膚とデバイスの間にわずかなすき間やズレが生じるとエラーや不正確な数値が出てしまいます。従ってセンサー部分を小型にすればするほどフィット感が高まり、エラーなどを減らすことができるんです。現在、あらゆるバイタルデータの計測において、マイクロレベルで繊細な動きを捉えられるような技術開発が求められています。

佐藤：MEMSの技術は健康・医療領域はもちろん、私が注力している「サイボーグ昆虫」の研究開発でも大いに役立っています。サイボーグ昆虫とは、本物の昆虫の背中部分に電子基板を装着し、刺激信号によりその行動をリモート操作する技術です。人間や救助犬が入れないごく狭い場所に潜り込み、搭載された超小型の人体検知センサーでがれき内の人体の位置を特定します。移動そのものに電気エネルギーを消費しないので、電池のエネルギーのほとんどを無線通信やセンサーの駆動に充てられるメリットがあり、災害現場での小型探索機としての実用化を目指しています。本来なら健康で寿命を全うできたはずの人が、災害によって健康を損ねる、ないし命を落としてしまうリスクをなくします。

取材・文：市川 茜（2017年文化構想学部卒）
撮影：橋本 千尋
画像デザイン：内田 涼

2024年度 早稲田大学各務記念材料技術研究所 オープンセミナー

カーボンニュートラル実現に向けた取り組みが世界的に盛んに行われています。本セミナーでは、カーボンニュートラルに関する我が国の政策をはじめ、セラミックス関連分野における最先端の材料・技術開発と今後の展望について講師の先生方をお招きして講演いただきます。

1.日時

2024年12月13日（金）13:00〜16:50

2.場所

早稲田大学西早稲田キャンパス 63号館2F 04〜05会議室
アクセス – 早稲田大学 理工学術院

3.開催概要

• テーマ：「カーボンニュートラルに向けたセラミックスおよび関連技術の展開」
• 主催：早稲田大学各務記念材料技術研究所
• 協賛：早稲田大学カーボンニュートラル社会研究教育センター

4.プログラム

時間	講座題目等	講師等
13:00-13:05	所長挨拶	早稲田大学理工学術院 教授 各務記念材料技術研究所 所長 菅原 義之
13:05-13:10	開会挨拶	早稲田大学理工学術院 教授 オープンセミナー実行委員会 委員長 下嶋 敦
13:10-13:50	カーボンニュートラルに向けた化学と材料の今後	早稲田大学 理工学術院 教授 関根 泰 先生
13:50-14:30	ＴＯＴＯグループのカーボンニュートラルに向けた取り組み	TOTO株式会社 成田 純也 氏
14:30-14:45	休憩
14:45-15:25	低炭素、脱炭素に向けたセメント系材料の研究開発の現状と展開	島根大学 総合理工学部 物質化学科 新 大軌 先生
15:25-16:05	セラミックス常温衝撃固化現象の発見とエアロゾルデポジション(AD)法の将来展望	国立研究開発法人 産業技術総合研究所 明渡 純 先生
16:05-16:45	自己治癒技術で拓くセラミックスのリマニュファクチャリング・リファービッシュ	横浜国立大学 大学院工学研究院 中尾 航 先生
16:45-16:50	閉会挨拶	早稲田大学理工学術院 教授 オープンセミナー実行委員会 副委員長 鈴木 進補

5.対象

本学学生、教職員、一般（学外の方のご参加も歓迎いたします。） / 参加費：無料

6.申込手続き

• 申込方法

以下よりお申込みをお願いします。皆様のご参加をお待ちしております。

• 申込締切日

2024年12月10日23：59

7.お問い合わせ

早稲田大学各務記念材料技術研究所　オープンセミナー係（担当: 小粥・若山・山本）

〒169-0051 東京都新宿区西早稲田2-8-26
TEL 03-3203-4782 FAX 03-5286-3771
E-mail: zaikenjimu＠list.waseda.jp

演題：光学微細構造を用いた光励起電荷の応用と熱放射制御

日時： 2024年12月6日(金) 14:30-16:10

会場：早稲田大学 西早稲田キャンパス62号館大会議室A

講師：石井　智

対象：学部生、大学院生、教職員

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部　化学・生命化学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：アート・アンド・ビヨンド—情報フローから見た世界

日時： 2024年11月29日(月) 19:00-21: 00

会場：TWIns　東京女子医科大学・早稲田大学連携 先端生命医科学研究教育施設

講師：四方 幸子

対象：学部生、大学院生、教職員、学外者、一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部　電気・情報生命工学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

リンク先URL: https://www.facebook.com/events/1509688416357434

脱細胞化技術を用いた膝前十字靭帯再建用の組織再生型靭帯 治験開始
健康な組織を採取せずに組織再生が可能になり、再建手術の新たな治療方法に

概要

早稲田大学理工学術院の岩﨑 清隆（いわさき きよたか）教授、東京女子医科大学の岡崎 賢（おかざき　けん）教授、伊藤 匡史（いとう　まさふみ）講師、CoreTissue BioEngineering株式会社らの研究グループは、脱細胞化技術^※1を用いた膝前十字靭帯再建用の組織再生型靭帯について、治験を開始します。

膝前十字靭帯再建術を受ける患者は、日本で年間約1万９千人、世界では年間80万人以上いると推定されています。膝前十字靭帯再建術においては、患者自身の健康なハムストリング腱（太ももの裏側にある腱）や膝蓋腱等を採取し、それを加工して靭帯を再建する、体に負荷のかかる治療が世界的な標準治療となっています。

本研究グループでは、生体組織を材料として、独自の脱細胞化処理と凍結乾燥・滅菌処理を用い、膝前十字靭帯再建後に患者自身の細胞が浸潤し、最終的に靭帯が再生する医療機器を開発しています。本開発品の中核となる技術は、「厚い生体組織からでも細胞成分を効率よく除去できる脱細胞化技術」と「組織の力学強度を維持する凍結乾燥・滅菌技術」であり、これらの技術により、課題であった「耐久性」と「生体親和性」が同時に図られ、化学合成品等では不可能であった靭帯再建用医療機器の実用化が可能となります。

このたび、独立行政法人医薬品医療機器総合機構に提出していた治験届が受理され、10月11日には東京女子医科大学の倫理委員会にて治験実施が了承されました。これを受け11月より治験の1例目を実施することとなりました。

現在の治療方法における課題

膝関節にある前十字靭帯は大腿骨と脛骨をつなぐ重要な組織であり、損傷が生じた場合再建手術を行います。再建手術を受ける患者は、日本で年間約1万９千件に上りますが、治療後の再度の損傷リスクも高いことが課題です。

膝前十字靭帯の再建手術では、グラフトと呼ばれる靭帯の代替組織を骨に開けられた穴に固定します。グラフトの材料は、主に患者のハムストリング腱や骨を一部つけた状態での膝蓋腱です。術後に再発しないためには、太い腱が必要で、世界的な水準は径8mm以上とされています。しかしハムストリング腱のサイズには個人差もあり、実際には8mmに満たないことが多く、加えて、ハムストリング腱の採取に伴って、神経麻痺や筋力低下が発生することもあります。膝蓋腱では、術後に膝前部の痛みが長引き、膝伸展機能が低下することもあります。また、複数の靭帯を損傷した場合には、採取する腱自体が不足してしまいます。

今回の研究で新しく開発した技術

本研究グループでは、こうした課題に対し、患者の組織ではなくウシ腱の組織構造を利用した再建組織を作り出す技術を開発しました。

哺乳類はコラーゲンなどの構造が共通であり、ウシの腱には太さがあるため、膝前十字靭帯再建用の組織として適しています。しかし、そのまま移植すると炎症などの免疫反応を起こしてしまうため、新たに脱細胞化技術を開発し、組織の中にある免疫源となる細胞成分だけを、組織を破壊することなく除去することに成功しました。また、細胞を取り除いて凍結乾燥した組織を滅菌後にも、独自技術により滅菌後に水分のある組織に戻すことに成功しました。

ヒツジに対して、脱細胞化した腱とヒツジ自身の腱を用いて膝前十字靭帯の再建手術を実施したところ、再建組織（靭帯）と骨がしっかりと固着するとともに、術後3カ月後と１年後を比較すると1年後にコラーゲンの密度が上昇していることも分かりました。つまり、再建組織にヒツジ自身の細胞が入り込み、自らの細胞が自己組織を再生しだして機能しているということであり、人工材料では実現できない優れた生体適合性が明らかとなりました。

研究の波及効果や社会的影響

前十字靭帯損傷を損傷して手術を必要とする患者は、全世界で年間約80万人いるとされています。また本技術は、肩や肘、足首の腱の損傷にも応用できることが期待され、スポーツ医療の世界で革新を起こせると考えています。

研究者のコメント

膝前十字靭帯損傷の治療では、患者さんご自身から腱を採取して再建に用いる治療しか選択肢がありません。再度の断裂のリスクを低減するためには、太い再建組織が必要とされていますが、十分な太さの腱が採取できないことも少なからずあり、ご自身の腱を採ることによる筋力低下や神経障害、痛みの継続や膝伸展機能が低下することもあります。再度断裂することも10％程度で起こります。また、再々断裂や事故等で前十字靭帯と後十字靭帯を同時に損傷・断裂した場合には、望ましい状態に治療できないことも多いです。

開発した組織再生型靭帯は、体内で患者さんご自身の細胞が入り、組織が作られてご自身の組織に置き換わり、文字通り“靭帯化”そして“人体化”するこれまでの医療機器にはない価値を届けるものです。ご自身の腱を採る必要が無くなり、採ることにより発生する障害が無くなります。再建治療を必要とするすべての患者さんに、ご自身の組織に置き換わる再生型靭帯を提供することが可能となります。肩や肘、足首の腱や靭帯の損傷にも応用できるように、開発した技術を用いてさらなる組織再生型治療機器の研究開発を続けています。アスリートを含むスポーツをする方々にとって、ご自身の組織を採ることによる負担がなく膝が安定して機能し、何度でも復帰できることは、かけがえのない価値につながるはずです。この技術によって、少しでも多くの方々の心配が無くなり、豊かな人生を送る手助けとなれば、これほど嬉しいことはありません。

用語解説

※1 脱細胞化技術

動物組織から免疫反応を引き起こす可能性のある細胞成分を除去し、体内に移植するとそれを足場として自己の組織を再生させる技術^1),2)。
1) 岩﨑清隆, 脱細胞化組織による生体内自己組織構築, バイオマテリアル, 42(4), 202
2) Itoh M, Imasu H, Takano K, Umezu M, Okazaki K, Iwasaki K, Time-series biological responses toward decellularized bovine tendon graft and autograft for 52 consecutive weeks after rat anterior cruciate ligament reconstruction, Scientific Reports 12:6451, doi:10.1038/s41598-022-10713-y, 2022

高性能高耐久性水電解セルを可能とするアニオン膜を開発
～ポリフェニレン型高分子の置換基と組成の最適化で高導電率と安定性の両立が可能に～

山梨大学クリーンエネルギー研究センター・早稲田大学理工学術院の宮武 健治（みやたけ けんじ）教授らの研究グループは、電気エネルギーを用いて水素と酸素を得る水電解デバイスの性能を大幅に向上させる新たなアニオン膜※1、Quaternized Terphenylene Alkyl Fluorene（QTAF)の開発に成功しました。このQTAF膜はポリフェニレン型高分子※2の構造や置換基、共重合組成を新たに設計することにより実現され、常温から80℃の温度範囲で高い水酸化物イオン導電率（>100mS/cm）を示すとともに、膜厚50μｍ以下の薄膜にしても強靭な強度と気体バリア性を併せ持っています。その結果、高濃度のアルカリ水溶液（8Ｍ KOH水溶液）に長時間浸漬しても性能劣化や分解が起こりにくい特徴を有し、アルカリ水電解セル※３の電解質として求められる多くの性能を満たしています。

本研究で開発したQTAF膜を電解質として用い、遷移金属合金（NiCoO）からなる酸素発生電極触媒と組み合わせることで、高電流密度（2.0A/cm2）でも低いセル電圧（1.72Ｖ）で運転可能な高性能な水電解セルを開発することができました。1000時間作動しても性能がほとんど低下しない耐久性も確認されました。水素発生電極触媒の非貴金属化や更なる高電流密度化、電解条件の簡素化、スケールアップ、など解決すべき課題は残されていますが、低炭素社会に貢献するエネルギーデバイスの可能性を示すことができた成果であります。

発表のポイント

• 側鎖にアンモニウム基を置換したポリフェニレン型高分子を用いて、水酸化物イオン導電率とアルカリ安定性に優れるアニオン膜を開発した。
• 疎水性置換基とその組成の効果を最適化することにより、アニオン膜の導電率は170mS/cm（水中80℃）にまで達した。
• 開発したアニオン膜と遷移金属系合金の酸素発生電極触媒を用いた水電解セルは、高性能（電流密度が2.0A/cm²でセル電圧が1.72V）と高耐久性（1000時間）を達成した。
• 再エネ電力などを用いたグリーン水素製造デバイスとしての展開が期待できる。

本研究成果は、2024年9月29日（日）にドイツ化学会が発行するハイインパクトな学術雑誌『Advanced Energy Materials』のオンライン版で公開されました。

【論文情報】

雑誌名：Advanced Energy Materials
論文名：Polyphenylene-Based Anion Exchange Membranes with Robust Hydrophobic Components Designed for High-Performance and Durable Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers Using Non-PGM Anode Catalysts
DOI：10.1002/aenm.202404089

これまでの研究で分かっていたこと

アニオン導電性高分子電解質膜（通称、アニオン膜）を用いるアニオン膜型水電解は、アルカリ水溶液を用いるアルカリ水電解の利点（貴金属触媒が不要で大規模化が容易）とプロトン膜型水電解の利点（高電流密度が可能で変動に対する応答性が高い、高純度の水素が得られる）を併せ持ち、非貴金属系の電極触媒やセパレータを用いることにより、プロトン膜型水電解に比べて高効率化と低コスト化のいずれもが優位となる可能性を持っている。しかし、現在のところ耐久性に優れるアニオン膜およびそれと組み合わせて高性能を発揮できる非貴金属電極触媒が開発途上段階であり、技術成熟度レベル（TRL）は3～4程度にとどまっている。日本は2030年ころの水素コスト目標値として30円/Nm³を掲げておりますが、この目標を達成するための水電解技術としてアニオン膜型水電解のTRL向上が強く望まれています。

世界中で数多くのアニオン膜に関する研究がありますが、水酸化物イオン導電率と安定性はトレードオフ関係を示すことが知られており、共に改善するための分子設計指針は明確ではありませんでした。

今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

化学的に安定性が高いポリフェニレン型高分子を主骨格に選択し、高導電性を発現するための構造として側鎖アンモニウム基、機械強度と伸びを大きくする効果がある部分フッ素基を組み合わせる構造に着目しました。その結果、イオン交換容量（IEC）^※４を3程度にまで大きくしても製膜性に優れるアニオン膜（QTAF膜）を作製することができました。得られたQTAF膜は従来までのトレードオフ関係を打破する優れた性能を示すことが明らかになりました。QTAF膜の各種物性を詳細に明らかにするとともに、水電解セルとしての性能実証にも繋げました。

今回、新しく開発した手法

ポリフェニレンの構成成分を疎水部と親水部とに分け、疎水部の構造にベンゼン環が3つ連結したターフェニル構造とし分子の剛直性を増加させました。また、真ん中のベンゼン環に2つのトリフルオロメチル基を置換することにより、重合反応性の向上（生成する高分子の分子量の増大）と有機溶媒性への溶解性も付与する設計にしました。これにより、分子量（重量平均分子量）が750,000を超える巨大分子を得ることができ、薄膜化しても優れた靭性と柔軟性を併せ持つとともに、水中での水酸化物イオン導電率として非常に高い値（173mS/cm）を達成できました。また、従来までの常識とは異なり、疎水部の構造が親水部（アンモニウム基）の化学安定性にも効果があることが新たに分かり、800時間を超える加速アルカリ耐久性試験にも耐えうることを実証しました。

本研究により開発したQTAF膜は遷移金属系の酸素発生電極触媒と組み合わせて水電解セルとして応用可能で、その性能は電流密度1.0A/cm²ではセル電圧1.62Ｖ、2.0A/cm²でもセル電圧1.72Ｖと優れています。長時間運転を模擬した耐久性試験でも、セル電圧の変化率はわずか1.1 µV/h（100～1000時間）でした。

研究の波及効果や社会的影響

水電解は用いる電解質材料により幾つかの種類に分類され、アルカリ水電解やプロトン膜型水電解は開発が先行しており、すでに実用化も進められています。しかし変動が大きい再エネ由来の電源と組み合わせても優れた性能を示し、また貴金属触媒が不要なアニオン膜型水電解は、グリーン水素製造とそれを用いた低炭素社会実現のために欠かせない技術です。特に資源に乏しい日本では、貴金属を用いないエネルギーデバイスは死活的に重要です。本研究で開発したアニオン膜を用いれば、現状のプロトン膜型水電解と同等性能をより低価格で達成できる可能性があります。今後、触媒材料の高性能化・最適化や耐久性などを改善するとともに、セルの大型化、スタック化（セルを直列に繋ぐこと）を企業との共同研究で推進し、早期に実用化することを目指します。

今後の課題

本研究のQTAF膜には、性能向上のために部分的なフッ素構造（トリフルオロメチル基など）が含まれています。そのため、現在規制の準備が国際的に進められているパーフルオロアルキル化合物およびポリフルオロアルキル化合物（いわゆるPFAS）の対象になる可能性があります。そのため、部分的なフッ素構造を含まない化合物で、本研究で達成できた高性能と高安定性を併せ持つアニオン膜の開発を進めています。また、今回の水電解セルでは水素発生電極触媒としては貴金属（多孔性のカーボン担体に担持したPtナノ粒子）を用いています。両極ともに貴金属を用いないアニオン膜型水電解セルの検討も行っています。

研究者のコメント

アニオン膜型水電解は高効率に低コストで高純度なグリーン水素を提供できる技術として期待されていますが、まだ構成材料の候補が定まっていない段階で世界中で開発競争が盛んに行われています。数年前からドイツのEnaptor社がアニオン膜型水電解水素製造装置の販売を始めていますが、まだ市場は大きくありません。

今後、我々のQTAF膜の改良を更に進めるとともに、酸素発生だけでなく水素発生電極触媒も低コストな非貴金属系化合物で置き換えることを計画しており、アニオン膜型水電解の利点をフルに発現できるデバイスとして仕上げていきたいと考えています。

用語解説

※１　アニオン膜
負電荷を持つイオン（アニオン）が伝導する膜材料の総称。高分子アニオン膜では、一般的に四級アンモニウムなどのカチオン基が高分子に固定されており、対イオンであるアニオンが移動することができる。本研究で開発したアニオン膜では、水酸化物イオンが伝導する。

※２　ポリフェニレン型高分子
ベンゼン環が連続して結合して高分子の主鎖構造を形成した化合物の総称。結合位置や置換基の有無などによって数多くの構造があり得る。本研究でアニオン膜の構造として用いた高分子主鎖にはフルオレン構造が含まれているが、これも広義のポリフェニレン型高分子に分類できる。

※３　水電解セル
水を電気分解して水素と酸素を作る装置。高濃度アルカリ水溶液、プロトン導電性高分子膜、固体酸化物など電解質材料によって分類される。

※４　イオン交換容量（IEC）
イオン交換樹脂の単位重量当たりの交換可能なイオン量のこと。本研究のアニオン膜の場合、膜1ｇあたりのアンモニウム基のモル数を表す。一般的にこの値が大きいとイオン導電率が高くなる。

論文情報

雑誌名：Advanced Energy Materials
論文名：Polyphenylene-Based Anion Exchange Membranes with Robust Hydrophobic Components Designed for High-Performance and Durable Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers Using Non-PGM Anode Catalysts
執筆者名（所属機関名）：Fanghua Liu^＊、Kenji Miyatake （宮武 健治）^＊、^＊＊、Ahmed Mohamed Ahmed Mahmoud^＊、Vikrant Yadav^＊、Fang Xian^＊、Lin Gio^＊、Chun Yik Wong^＊、Toshio Iwataki （岩瀧 敏男）^＊、Yuto Shirase （白勢 裕登）^＊、Katsuyoshi Kakinuma （柿沼 克良）^＊、Makoto Uchida （内田 誠）^＊
＊山梨大学 大学院
^＊＊早稲田大学 先進理工学部 応用化学科
掲載日時（ドイツ時間）：2024年9月29日（日）
掲載日時（日本時間）：2024年9月29日（日）
掲載URL：https://doi.org/10.1002/aenm.202404089
DOI：10.1002/aenm.202404089

研究助成

研究費名：JST　革新的GX技術創出事業
研究課題名：グリーン水素製造用革新的水電解システムの開発
研究分担者名（所属機関名）：宮武 健治（山梨大学）

研究費名：文部科学省　データ創出・活用型マテリアル研究開発プロジェクト
研究課題名：再生可能エネルギー最大導入に向けた電気化学材料研究拠点（DX-GEM）
研究分担者名（所属機関名）：宮武 健治（山梨大学）

研究費名：NEDO　燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業
研究課題名：アニオン膜型アルカリ水電解セルの要素研究と実用化技術の確立
研究代表者名（所属機関名）：宮武 健治（山梨大学）