演題：A remark on some punctual Quot schemes on smooth projective curves
日時：2025年5月2日(金)16:30～18:10
会場：西早稲田キャンパス 51号館 18-08室
講師：伊藤 敦
対象：一般
参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。
主催：基幹理工学部 数学応用数理専攻
問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課
TEL：03-5286-3000
演題：世界のクルマエビ類養殖の現状、問題点と展望
日時：2025年5月1日(木)16:00～17:40
会場：西早稲田キャンパス 120-5号館121会議室
講師：廣野 育生
対象：学部生、大学院生、教職員、学外者、一般の全て
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
オンライン参加希望者は [email protected]にメールで申し込み
演題：Understanding strongly correlated systems – from variational to machine learning approaches
日時：2025年5月1日(木)16:00～17:40
会場：西早稲田キャンパス 62Ｗ号館 大会議室Ａ（東側）
講師：Debashree Ghosh
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：先進理工学研究科
問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課
TEL：03-5286-3000
北海道大学大学院情報科学研究院の松原 崇教授、早稲田大学理工学術院の吉村浩明教授、神戸大学大学院理学研究科の谷口隆晴教授、大阪大学大学院基礎工学研究科修士課程のコスロービアン・ラグミックアルマン氏らの研究グループは、機械系や電気系など様々な物理ドメインのシステムが結合した力学系*1を、高精度かつ統一的に表現できる新たな深層学習*2手法「ポアソン＝ディラック ニューラルネットワーク（PoDiNNs）」を開発しました。従来の深層学習モデルは、解析力学の知見を用いることで、高精度に挙動をモデル化し、未来の変化を予測することに成功していました。しかし、主に（質点ばねで表現できるような）機械系の運動に特化しており、電気回路や油圧系といった他の物理ドメインへ拡張することが困難でした。また対象を一体的な力学系として扱うため、複数の要素が結合した大きな力学系（連成系）の学習が難しく、内部構造に対する理解や解釈を与えないという問題がありました。
研究グループが提案するPoDiNNsは、単一の力学系を、エネルギーを保持する素子、エネルギーを消費する素子、エネルギーを外部から与える素子に分割し、ディラック構造*3という数学的対象を用いてそれらの素子の結合系として力学系全体を表現します。そのため、データからの学習によって、それぞれの素子の特性と、力学系内部の結合パターンを同時に同定することができます。これにより、長期にわたる予測の安定性が向上するだけでなく、要素間の相互作用を可視化しやすくなるため、ロボット工学や電力制御、構造物の振動解析や回路設計など、多様な応用への可能性が広がります。本研究の成果は、物理法則に根ざした学習モデルの新たな方向性を示し、マルチフィジックス*4系の設計・制御・最適化など幅広い分野での発展が期待されます。
なお、本研究成果は、2025年4月24日（木）～28日（月）にシンガポールで開催される、国際会議International Conference on Learning Representationsにて発表される予定です。
深層学習を用いたシステムのモデル化において、これまで個別に研究されてきた冗長性や摩擦・外力などの様々な要素を統一的に扱えるほか、電気回路や油圧系、それらの組み合わせへと拡張。
多くの物理現象やロボット、電気回路、化学反応などはすべて一種の力学系とみなすことができ、未知の力学系をデータからモデル化し、予測や制御に役立てるために、深層学習（ニューラルネットワーク）が用いられてきました。特に近年、常微分方程式*5で記述できるような力学系に対し、解析力学の知見を用いることで、エネルギー保存則などの物理法則を遵守できる手法が開発され、高精度に挙動をモデル化し、未来の変化を予測することに成功していました。しかし、既存の手法は主に質点ばねで表現できるような機械系の運動に特化しており、電気回路や油圧系といった他の物理ドメインへ拡張することが困難でした。また対象を一体的な力学系として扱うため、複数の要素が結合した大きな力学系の学習が難しく、学習ができても力学系の内部構造に対する理解や解釈を与えないという問題がありました。
本研究では、深層学習にポアソン＝ディラック形式という力学系の記述方法を導入しました（図１）。これは小さな力学系が複数結合した力学系である連成系について、それぞれの要素に分解し、エネルギーの流入出として要素間の結合を表現することで、連成系全体を記述する方法です。これを用いて、連成系を構成する各要素（ばね・質量・ダンパ・キャパシタ・インダクタ・抵抗・油圧タンクなど）と結合パターンに分解し、それぞれをニューラルネットワークや行列として学習できる手法PoDiNNsを開発しました。
キラルな分子のエナンチオマー結晶とラセミ結晶とを比較して、結晶を構成する二量体の対称性の僅かな違いにより結晶構造の温度依存性の違いが引き起こされることを、単結晶X線構造解析によって実際に示した今回の成果は、物理化学・有機化学・固体化学といった化学の幅広い分野や結晶学において興味深く重要な例であり、将来的に分子結晶の構造と特性を議論する実験的および計算的アプローチにおいて有用な知見となることが期待されます。
また、キラルな化合物は薬理活性を示すことが多く、数多くのキラル医薬品が開発されています。かつてサリドマイドが世界規模での薬害を引き起こしたように、医薬品におけるキラリティの理解と制御は非常に重要であり、医薬品開発においては結晶形の違いから安定性や溶解性の違いが生じることから、その構造と物理化学的性質の理解と制御もまた重要です。キラル分子の結晶において分子環境の僅かな違いが結晶構造の温度依存性に影響することを示した今回の成果は、キラル医薬品の結晶化や品質確保にも有用な基礎的な知見となることが期待されます。
PoDiNNsを様々なシミュレーションデータに適用し、連成系を構成する各要素の入出力特性と、結合パターンを個別に同定することで、力学系の内部構造をデータから明らかにできることを確認しました。これにより、従来の手法よりも高い精度で挙動を予測できることが示されました。特に、モータや油圧ピストンがあるような異なる物理ドメインをまたぐような要素についても、特性及び結合パターンを正確に同定することができ、マルチフィジックスな系を解釈可能な形で学習できる初の深層学習手法であることを示しました。その結果、システム内で実際に生じている力や電流や油液の流れが可視化でき、連成系の理解に貢献することが期待されます。
この手法は、ロボットや自動車といった多くの部品から構成されたシステムのシミュレーションや制御、リバースエンジニアリングへの応用が期待されます。また生物や社会システムのような人の手で設計されたわけではない対象についても、この手法を用いることで、高度な解析や深い理解に貢献する可能性があります。
本研究はJST さきがけ（JPMJPR24TB、JPMJPR21C7）、JST CREST（JPMJCR1914、JPMJCR24Q5）、JST ASPIRE（JPMJAP2329）、JST ムーンショット型研究開発事業（JPMJMS2033-14）の受託とJSPS 科研費（JP24K15105）の助成を受けたものです。
＊1 力学系（dynamical system） … 入力や出力を持ち、内部の状態が時間的に変化するようなもの。様々な物理現象、社会現象、生物の代謝、ロボットの挙動などが力学系として解釈できる。
＊2 深層学習（deep learning） … 比較的単純な演算を繰り返すことで複雑な関数を近似する機械学習のパラダイム。個別のモデルは歴史的な経緯からニューラルネットワークと呼ばれるが、生物の神経細胞（ニューロン）と直接的な関係はない。
＊3 ディラック構造（Dirac structure） … 力学系の拘束を記述するための数学的枠組みであり、本研究では特にサブシステム同士の結合をエネルギーの流入出として記述するために用いている。
＊4 マルチフィジックス（multiphysics） … 機械・電気・流体・熱など、異なる物理領域が相互に結合した力学系のこと。またその計算機シミュレーション。
＊5 常微分方程式（ordinary differential equation） … 位置や速度といった点で表現できる状態の時間変化で力学系を記述する方法。流体のように、点ではなく空間的な広がりを持った状態の空間的変化を扱うと、偏微分方程式となる。
論文名 Poisson-Dirac Neural Networks for Modeling Coupled Dynamical Systems across Domains（ドメインをまたいだ連成系をモデルかするためのポアソン＝ディラックニューラルネットワーク）
著者名 コスロービアン ラズミックアルマン1、谷口隆晴2、吉村浩明3、松原 崇4（1大阪大学大学院基礎工学研究科、2神戸大学大学院理学研究科、3早稲田大学理工学術院、4北海道大学大学院情報科学研究院）
学会名 The Thirteenth International Conference on Learning Representations（ICLR2025・人工知能と機械学習の国際会議）
開催日 2025年4月24日（木）～28日（月）
図１．ディラック構造によって、様々な種類の要素が結合されている様子の模式図。この構造を仮定することで、システム全体を単純な個々の素子とそれらの結合に分割して学習できるため、大規模複雑なシステムでも少ないデータから学習することができる。
卓越大学院プログラム
「パワー・エネルギー・プロフェッショナル(PEP)育成プログラム」
2025年7,8月実施8期生(2025年9月進入・編入）選抜試験(SE)に関する情報を更新致しました。
詳細は、理工学術院HP大学院入試ページの中のPEP SE情報ページ（募集要項・出願書類）をご参照ください。
『パワー・エネルギー・プロフェッショナル(PEP)育成プログラム』は平成30年度に文科省卓越大学院プログラムの採択を受け設置された「電力・エネルギー新産業創出に寄与する人材輩出」を目的とした5年一貫の博士人材育成プログラムです。
2024年度の文科省補助事業終了に伴い実施された事後評価では、最高評価の「S」を獲得した社会的評価の高いプログラムです。
補助事業終了後の2025年度以降もこれまでに培われた実績を継承し、早稲田大学を含む国公私立13連携大学による自走化プログラムとして継続します。
この度、本プログラムの2025年9月（8期生）2026年4月（9期生）進入/編入募集説明会を以下の通り開催致します。
募集日程、応募手続き等をお伝えするほか、当日は現役PEP生も参加して、皆さんの質問にお答えします。
既にPEPへの出願を検討している方のみならず、PEPって何？どんなプログラム？…と少しでも関心のある方はお気軽にお申込みください！
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＜日時＞
2025年6月4日（水）12:30～13:10
形式：Zoomウェビナー（途中入退室可）
※申請フォームから参加登録いただいた方にZOOMのURL等詳細を、前日までにメールでお送り致します
※説明会はオンラインになりますが、事務局にて対面での相談も随時受け付けております。（ご希望の方は以下の申請フォームから入力可能です）
※なお、説明会は日本語にて行います
＜申請フォーム＞
https://forms.office.com/r/trK6XuJS8R
申込締切：6月2日（月）10:00まで
＜ポスター＞
https://waseda.box.com/s/0h27wf0h6ecwtmlf3em8dm2j7o63b75b
＜参加対象＞
①電力系・エネルギーマテリアル系の専攻分野に関心を持ち、以下大学院専攻への進学を検討している学部正規学生の方
②現在、電力系・エネルギーマテリアル系を専攻分野として以下専攻に在籍している大学院正規学生で、次の何れかに該当する方
ー参画専攻ー
＜ 説明会内容＞
＜ご参考＞
PEP卓越大学院プログラムHP https://dpt-pep.w.waseda.jp/
パンフレット https://dpt-pep.w.waseda.jp/pamphlet/
募集要項出願書類 https://www.waseda.jp/fsci/admissions_gs/guidelines/pep/
＜お問合せ＞
PEP卓越大学院プログラム事務局（51号館1F理工統合事務所内）
Email：[email protected]
TEL：03-5286-3238
2025年度 基幹・創造・先進理工学部一般入試（2月16、17日実施）の「数学」「物理」「化学」「生物」「空間表現」の記述解答問題について、出題の意図を公表いたします。
●2025年度理工一般 出題意図（数学）
●2025年度理工一般 出題意図（物理）
●2025年度理工一般 出題意図（化学）
●2025年度理工一般 出題意図（生物）
●2025年度理工一般 出題意図（空間表現）
※一般入試問題およびマーク解答問題の解答については、こちらを参照ください。
後藤 春彦（所長／理工学術院教授）
──医学を基礎とするまちづくり（MBT: Medical Based Town）」の概念についてお聞かせください。どのようなことを目指しておられますか。
「人体の健康」と「都市の持続性」の追求、またそのために必要な医学と都市計画学の交流をテーマとする研究で、奈良県立医科大学の細井裕司教授（理事長兼学長）による提唱をきっかけに生まれました。出発点は「住居医学」という、病気の予防や健康維持に役立つ住まいのあり方に関する研究ですが、この概念をさらに発展させ、まちづくりへと拡大させたものがMBTです。
2012年に都市計画の専門家を求める奈良県立医科大からのオファーを受け、早稲田大学との共同研究が始まりました。同じ名称の研究所が両者に置かれ、互いに「ひとも元気に、まちも元気に。」をスローガンに掲げて活動しています。本学ではその後、2015年に重点領域研究の一つに位置づけられ、2020年から総合研究機構に現在のプロジェクト研究所として加わりました。
──医学と都市計画はまったく違う領域のようにも感じますが、両者の結びつきにはどんな背景があるのでしょうか。
実は100年以上も前からある考え方で、明治・大正期の政界で活躍した後藤新平などはその先人の一人です。関東大震災後の東京復興を指揮した人物ですが、医師でもあった後藤は「生物学の原則」に従ったまちづくりを進めたといいます。また同じ頃、パトリック・ゲデスというスコットランドの学者も、生物学を基礎とする都市理論を提唱しました。都市の近代化が進んで人口が増えるにつれ、医療や健康との結びつきが必然的に求められるようになったのです。
現代的な事情でいえば、日本の場合、少子高齢化の問題が大きく関係しています。2023年度の国民医療費は約47.3兆円。国民総生産（GDP）のおよそ8％を占め、明らかに日本経済を圧迫しています。医療費が最も多いのは60〜70代ですから、この世代の健康度を高めれば医療費は下がるはずですが、すでに病気になっている人の診療費を抑えるのは容易なことではありません。であれば、その予備軍である40〜50代をターゲットに未病対策を進めることで、10年後、20年後の医療費を押さえ込めるのではないか。つまり、健康をテーマに都市環境を整えることで、未病の人たちの発症を抑えて、社会を元気にする。それが、私たちの研究の起点となった問題意識です。
──人々の健康と都市環境はそれだけ密接な関係にあるということですね。
後藤春彦教授作成
そうですね。この図を見てください（下図参照）。「いくつもの健康（感）」を表したもので、横軸の上側を「個人（ひとり）の健康」、下側を「社会集団（みんな）の健康」に分け、縦軸の左側を「客観」、右側を「主観」としたマトリックスです。このうち左側の客観的健康に含まれる身体的健康や精神的健康、社会的健康、公衆衛生といったものは、主に医学が担う領域です。
これに対して、例えば「今日は体が重い／だるい」などと感じるのは、右側の個人の主観的健康感に当たります。それらを束ねて多くの人の主観を集めていくと、コミュニティ全体の健康感につながる。この状態は主観から客観への間に位置するため「間主観」ともいえます。コミュニティに属する人たちが互いに支え合うことで、孤独や無縁社会といった現代的な問題も克服できるという意味で、私はこれを「お互い様の健康感」と名づけました。これら主観に関する部分は医学の領域から離れるので、病院では診てもらえない。だから、私たちが取り組む意義があるわけです。
実は、主観的健康感が高い人は生命予後が長い、つまり病気や手術の後でより長く生きられることが、これまでの研究で明らかになっています。WHO（世界保健機関）も最近、主観的健康感の重要性を指摘するようになりました。では、どうすればその主観的健康感を高められるのか。個人の場合、それは家や建築などの住環境を整えることに関係し、社会集団ではまちづくりと密接に関わってくると、私たちは考えています。
──そうしたMBTの考え方や研究はどのような広がりを見せていますか。
『医学を基礎とするまちづくり』（水曜社）
細井先生と私が共著で『医学を基礎とするまちづくり』（水曜社）と題する書籍を出版したのが、2014年１月でした。その翌年、日本医学会総会でも発表し、多くの方に関心を持っていただけたように思います。私自身、以前は都市計画のような学問が人体に関する領域に踏み込むことはないと思っていましたが、なるほど主観的健康感という捉え方からであればアプローチできるかもしれないと気づき、この研究に着手しました。
今、健康とまちづくりに関連する研究活動を概観すると、奈良県立医科大と早稲田大学のほかにも、東京大学の高齢社会総合研究機構や、筑波大学発ベンチャー企業のつくばウエルネスリサーチなどが進めている取り組みに目が止まります。どちらも高齢者を対象に将来の社会保障制度に貢献することを視野に入れ、前者では在宅医療や高齢者住宅を含む地域社会のあり方を、後者では誰もが「健幸」になれるSmart Wellness Cityのかたちについて研究しています。
このように医学と都市の関係性に今、多くの研究者が目を向け始めていることは確かです。最近よくいわれる「ウェルビーイング」を追求する社会の潮流が、これに拍車を掛けているようです。
──具体的な取り組みについてお聞かせください。どのような研究活動を進めていますか。
奈良県立医科大と一緒に取り組んでいる「今井町アネックス」プロジェクトがあります。今井町というのは奈良県橿原市にある江戸期に栄えた古い町で、当時の風情を今に伝える町家が至るところに残り、重要伝統的建造物群保存地区にも選定されています。その近隣にある医科大の附属病院、そして近く建設が予定される同大の新しいキャンパス、この３つをつなぐ地域を舞台として、「まちなか医療」と「まちなみ景観」の整備を一体に進めようというプロジェクトです。
江戸時代の面影を残す今井町の町並み
東西に約600ｍ、南北に約310ｍにわたる保存地区には、全部で約760戸の家があり、そのうち500戸ほどが伝統的建造物となっています。ただ、人口が減るにつれて空き家が目立ちはじめているものの、保存地区ですから勝手に壊したり建て替えたりすることができません。この町並みを何とかして生かしながら、医療・健康のまちとして再生することはできないか。そんな思いから活動が始まりました。
そこで考えたのが、医科大の機能の一部を伝統的な町並みの中に取り込み、病院と自宅の間に医療を介在させる仕組みです。中世の町ですから、道幅が狭く、車は入ることができません。それがかえって車いすの練習や歩行訓練などのリハビリに適している。回復期にある患者さんをこうした環境で受け入れたら、病院の廊下でやるよりよほど人間的な支援ができるのではないかと提案しました。
また、絵画療法や園芸療法、音楽療法、運動療法といったものを町なかに持ち込んだり、ケア付きの共同住宅や患者さんの家族の宿泊所、退院してから自宅に戻るまでの滞在型リハビリ施設をつくったり。こうした場所に空き家を有効活用するわけです。実際、改修した長屋に早稲田の学生が泊まり込み、市民向けに健康測定やワークショップを行うことも続けてきました。医科大では外国人研究者のためのゲストハウスをつくり、そこで医師の方々が市民のための健康相談を開いています。ほかにも、放課後の児童クラブや女性専用のシェアハウスなど、アイディアは尽きません。
壊れかけた空き家を改修して外国人研究者のためのゲストハウスに
──たいへん実証的で、実践的な研究ですね。社会的意義が認められて公的助成プログラムにも採択されています。
今井町アネックスは「持続可能な多世代共創社会のデザイン」に貢献するとして、科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業（社会技術研究開発）に選ばれました。また、今井町とは別の研究で、農林水産政策科学研究委託事業の助成を受けています。「農村健康観光」によって６次産業を創出する取り組みです。
６次産業というのは、１次・２次・３次の各産業を掛け合わせるもので、一般には農工商の連携が知られています。食料をつくり、食品に加工して、飲食店で販売するというように。ですが、それに留まらず、農工医の連携も考えられる。生薬を栽培し、漢方薬に加工して、医療に活かすのです。そこからさらに広げると、
後藤春彦教授作成
漢方医療から園芸療法に結びつけ、医療観光へと発展させられる可能性も見えてきます。もっと言えば、農家レストランから農家民泊、医療観光への展開もあるでしょう。
私たちはここに着目し、３次産業の最も高次な部分に医療観光を置き、その成果を地域の景観づくりに還元しながら１次産業にもプラスの効果を戻せるような、農村における「６✕ｎ次産業化」を提案しています。
これに基づき、奈良県の農村を散策しながら薬草を摘み、農作業を体験してランチを楽しみ、薬草に関するワークショップにも参加する薬草ツアーを企画しました。すると、参加者は農作業などで肉体的には疲れても健康状態はむしろ上向き、精神的疲労度が下がることが、2種類の医学的調査によって確認できました。客観的健康と主観的健康の両方に効果が見られたのです。このツアーにはガイド役の学生を付けているのですが、農村の暮らしの知恵をあれこれ学びながら散策することで健康感もより高まる効果を期待してのことです。
また、別の調査では主観的健康感と住んでいる環境などとの関係性を調べてみました。中心市街地や住宅地、商業地区、高齢者タウンなどまったくプロフィールの異なる７つの地区を対象に、それぞれ十数人の中高齢者に参加してもらい、「認知環境」「物理的環境」「世代」「性別」によって主観的健康感がどう変わるかを見たものです。
結果は面白いことに、世代や性別を問わず、どんな場所に住んでいるかも関係なく、たった一つ「認知環境」だけに主観的健康感との相関関係が認められました。つまり、自分が暮らすまちのことを詳しく知っている人ほど、主観的健康感が高いということです。まちづくりと医療・健康が結びつくことを示す証左の一つといえますね。
──物理的環境が問われないのであれば、全国のいろいろな地域で健康づくりを進めることができそうです。
そうですね。細井先生もまさにそのことを指摘されていて、「全国に約80もの医科大学があるのだから、今井町と同じことを全国でできるはず」とおっしゃっています。主観的健康感が高くなれば、生命予後が長くなることがわかっているのですから、健康寿命を延ばすためには主観的健康感が大切であり、それには自分の住む地域にもっと関心を持ってもらえるよう工夫しなくてはなりません。
そうした考えから私たちは、早稲田大学建築・まちづくりリサーチファクトリーとの連携で、首都圏郊外の住宅地を再生するプロジェクトも同時に進めています。都市が大きく成長した時代はもう過ぎて、郊外には空き地や空き家が目立つようになりました。中山間地域で進む過疎化や地方都市のシャッター通り商店街も大きな問題ですが、実は縮退する大都市圏郊外の問題が手つかずのまま残されている。これを何とかするために、埼玉県越谷市などを実証フィールドとして、「Interknitted Town」と名づけた市街地再編集ビジョンに基づく活動に取り組んでいるところです。
──Interknitとは「編み合わせる」という意味ですね。
はい。いろいろな「穴」が空き始めた郊外のまちに、必要な機能を編み込んでいく。先進的なスマートシティの創造が織機の世界だとすれば、我々は手編みの世界。これからも地道で実効性のある実証研究を続けていくつもりです。
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、中西卓也（なかにしたくや）上級研究員、同大学大学院先進理工学研究科一貫制博士課程2年の松本綾香（まつもとあやか）、東京科学大学理学院化学系の関根あき子（せきねあきこ）助教、名古屋工業大学生命・応用化学類の柴田哲男（しばたのりお）教授、東京大学大学院工学系研究科の佐藤宗太（さとうそうた）特任教授らの共同研究グループは、世界で初めてサリドマイドの結晶構造の温度依存性を広い温度領域で測定し、エナンチオマー結晶とラセミ結晶の結晶構造の温度依存性に違いが見られることを明らかにしました。本研究成果は、キラル医薬品の結晶化や品質確保に役立つ基礎的な知見となるとともに、分子結晶の構造と特性に関わる実験的および計算的アプローチにおいても有用な知見となると期待されます。
本研究成果はアメリカ化学会により発行される「Journal of the American Chemical Society」にて2025年3月27日（木）にオンライン公開されました。
キーワード：
サリドマイド、単結晶X線構造解析、キラル、エナンチオマー、ラセミ（体）、二量体、熱膨張係数
図：本研究成果の概要
自然界に溢れる左右の非対称性はキラリティ※1と呼ばれ、鏡像と互いに重ね合わせられない性質があります。サリドマイドは、鏡像異性体※2の存在するキラルな薬剤の代表例として知られ、催眠・鎮静剤や制吐剤として開発されましたが、妊婦が服用した際に生まれる胎児の催奇形性※3の報告を受けて販売が一旦中止され、世界中で大きな問題となりました。その後の研究で、サリドマイドの鏡像異性体（R体とS体）のうち、一方（S体）にのみ催奇形性があると報告されています。現在では、がん（多発性骨髄腫）やハンセン病など複数の難病に対する薬効が明らかとなり、サリドマイドは再び注目を集めています。
サリドマイドの結晶には、R体またはS体のみで構成される「エナンチオマー結晶」と、等量のR体とS体から構成される「ラセミ結晶」があり、ラセミ結晶には二つの多形（α形とβ形）が存在します。サリドマイドのエナンチオマー結晶とα形ラセミ結晶では、どちらも二量体（二分子会合体）※4が構造の基本となり、結晶中の分子の配置や分子間の距離は酷似しています。エナンチオマー結晶中の二量体では「同じキラリティを持つ二分子が対称ではない配置」にあり、ラセミ結晶中の二量体では「反対のキラリティを持つ二分子が対称な配置」にありますが、両結晶で分子間および分子内の構造がこれほど類似している例は多くありません。しかしながら、これまで両結晶の物理化学的な性質な違い、とくに温度を変化させたときに分子構造や結晶構造の変化にどのような違いがあるのかなど明らかにされていませんでした。
本研究では、サリドマイドのエナンチオマー結晶とラセミ結晶について、温度変化に伴うそれぞれの結晶構造の変化を比べることで、分子環境の僅かな違いが結晶の熱膨張といった挙動に及ぼす影響を調べることを目的としました。そのためには、良質な単結晶を用いた精密な構造解析をさまざまな温度で行う必要があります。高温での測定に耐えられる単結晶試料を、エナンチオマー結晶とラセミ結晶の双方で溶媒蒸発法※5によって育成することで、−173~150 °Cという非常に幅広い温度領域での同一の単結晶試料を用いたX線構造解析を行うことができました。これにより、温度の変化によって結晶格子の単位胞※6の大きさと形（格子定数※6）、結晶内の分子の配列や配向、分子の立体配座※7がどのように変化するのかを両結晶で比較することができました。
格子定数の温度依存性、また、熱膨張係数の温度依存性には、エナンチオマー結晶とラセミ結晶とで明らかな違いが認められました。さらに、エナンチオマー結晶を構成する「同じキラリティを持つ二分子が対称ではない配置にある二量体」とラセミ結晶を構成する「反対のキラリティを持つ二分子が対称な配置にある二量体」それぞれに着目すると、前者では対を成す二種類の単量体の構造の違いが温度上昇に伴いさらに大きくなるのに対し、後者では対を成すR体分子とS体分子は構造変化の温度依存性が等しい（対称性が維持される）ことがわかりました。サリドマイド結晶内では、この二量体が三次元的に規則正しく並んでいるため、分子構造の自由度は隣接する分子の影響を互いに受けます。自由度に関連する反応空間※8の体積が対を成す単量体間で異なるか等しいかによって分子構造の温度依存性の違いが説明できること、また、二量体の対称性の違いが結晶構造の温度依存性の違いに繋がることを示しました。
キラルな分子のエナンチオマー結晶とラセミ結晶とを比較して、結晶を構成する二量体の対称性の僅かな違いにより結晶構造の温度依存性の違いが引き起こされることを、単結晶X線構造解析によって実際に示した今回の成果は、物理化学・有機化学・固体化学といった化学の幅広い分野や結晶学において興味深く重要な例であり、将来的に分子結晶の構造と特性を議論する実験的および計算的アプローチにおいて有用な知見となることが期待されます。
また、キラルな化合物は薬理活性を示すことが多く、数多くのキラル医薬品が開発されています。かつてサリドマイドが世界規模での薬害を引き起こしたように、医薬品におけるキラリティの理解と制御は非常に重要であり、医薬品開発においては結晶形の違いから安定性や溶解性の違いが生じることから、その構造と物理化学的性質の理解と制御もまた重要です。キラル分子の結晶において分子環境の僅かな違いが結晶構造の温度依存性に影響することを示した今回の成果は、キラル医薬品の結晶化や品質確保にも有用な基礎的な知見となることが期待されます。
本研究で扱ったサリドマイドの結晶は非常に興味深い研究対象である一方、いくつかの条件が揃った特別な例とも言えるため、今回得られた重要な知見をもとに分子構造や結晶構造が類似した化合物でも同様の解析を行うことで、さらに議論が深まるものと期待されます。例えば多発性骨髄腫の標準治療薬として現在広く使用されているポマリドミドやレナリドミドなどをはじめとするサリドマイド誘導体との比較は、他のキラル医薬品も含めたさまざまな分子結晶の構造と特性を議論する上で有意義なものと考えられ、モデルに基づいた予測や再現と組み合わせることで幅広い議論が可能になることが期待されます。
サリドマイドは社会的にも有名で重要な薬剤でありながら、基礎物性的な研究はまだ不足しています。本研究をさらに発展させて、物理化学的な観点から、これまで明らかとなっていなかった固体におけるサリドマイドの熱的性質や固相反応について明らかにしていきたいと考えています。
※1 キラル（キラリティ）
右手と左手のように、鏡に映したときに元の構造と重ね合わせることができない構造を指す。このような構造を持つ分子や結晶は、キラル分子やキラル結晶と呼ばれ、左右の区別が存在する性質をキラリティという。
※2 鏡像異性体
右手と左手のように互いに鏡像関係にあり、原子の並びは同じでも三次元空間における配置が異なる立体異性体を指す。エナンチオマーとも呼ぶ。
※3 催奇形性
妊婦が薬物を服用した際に、胎児に形態的異常を生じさせる性質。
※4 二量体
2つの分子が化学結合によって1つの分子として振る舞う状態。
※5 溶媒蒸発法
結晶化したい溶質を含む溶液から溶媒をゆっくり蒸発させることで、溶質を結晶として析出させる結晶育成手法。
※6 単位胞・格子定数
結晶中において、分子が三次元的に規則正しく繰り返し並ぶ際の最小の繰り返し単位を単位胞といい、その各辺の長さと角度を示すパラメータを格子定数という。
※7 立体配座
分子内の単結合が回転することによって生じる原子の空間的な配置。
※8 反応空間
結晶中の反応基に隣接する原子から、その原子のファンデルワールス半径に1.2Åを加えた距離を半径とする球面で囲まれる空間を指し、分子やその分子中の部位がどれだけ自由に動けるかを示す。
雑誌名：Journal of the American Chemical Society
論文名：How Temperature Change Affects the Lattice Parameters, Molecular Conformation, and Reaction Cavity in Enantiomeric and Racemic Crystals of Thalidomide
執筆者名（所属機関名）：松本綾香※（早稲田大学）、中川鉄馬※*（早稲田大学）、中西卓也（早稲田大学）、関根あき子（東京科学大学）、古城綜佑（東京科学大学）、吉良美月（早稲田大学）、佐藤宗太（東京大学、分子科学研究所、早稲田大学）、柴田哲男（名古屋工業大学）、朝日透*（早稲田大学）
※共同筆頭著者 *共同責任著者
掲載日（現地時間）：2025年3月27日（木）
掲載ＵＲＬ：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.4c18394
DOI：110.1021/jacs.4c18394
研究費名：日本学術振興会 科研費 基盤研究 (C)
研究課題名：キラルドラッグサリドマイドの固体状態におけるキラリティ評価
研究代表者名（所属機関名）：朝日透（早稲田大学）
演題：「生闘学舎の設計・施行・保全をめぐって」
日時：2025年5月11日(日)14:00～17:40
会場：早稲田大学西早稲田キャンパス55号館N棟１階第二会議室
講師：戸沢忠蔵・藤森照信・塚本由晴・日埜直彦
対象：学部生、大学院生、学外者
参加方法：入場無料、対面参加要予約 下記のリンク先より申し込み
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
関連リンク: http://www. arch.waseda.ac.jp/wa/7935
早稲田大学理工学術院の川西哲也（かわにしてつや）教授の研究グループは、テラヘルツ帯※1に対応した無線通信システムを試作し、長距離・広帯域伝送の実験に成功しました。図1に示すように、早稲田大学 戸山キャンパス（東京都新宿区）の早稲田アリーナ内で72.4mの距離で、8.19Gbpsの伝送速度を実証しました。300GHz帯の周波数帯を用いた大容量通信において、Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)※2としては世界トップクラスの70mの伝送距離を実証しました。今後はスタジアム等限定エリアの「中距離」の無線ネットワークのユースケースへの展開が期待されます。
図1 今回試作した286.2GHz帯OFDM無線通信システム（早稲田大学 早稲田アリーナ）
次世代移動通信システムBeyond5G/6G※3システムにおいて、テラヘルツ帯伝送システムは高速通信が担うことが期待されています。これまでは、マイクロ波帯（3GHz～30GHz）やミリ波帯（60GHz）が利用されてきました。しかし、利用可能な周波数の帯域幅が限定されているため、伝送速度は数百Mbpsから数Gbpsが限界となっています。5年程度に実用化が想定されるD帯（110-170GHz）とならんで、より高い周波数帯の300GHz帯（252-296GHz）でも通信規格IEEE802.15.3d-2017 [1]の研究開発が近年活発に行われています。
286.2GHzのテラヘルツ領域までに対応するアンテナ、送信機および受信機を試作しました。高利得アンテナには、図２に示すように、4系統のビームフォーミング対応で40dBicの高利得なレンズ付き右旋円偏波パッチアンテナ※4と、47dBiの高利得なレンズ付き直線偏波コニカルホーンアンテナを開発しました。送受信RFアンプおよびミキサーには、国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）のプロジェクトにおける共同受託者である日本電信電話株式会社（NTT）先端集積デバイス研究所が開発したテラヘルツ帯RFデバイス [2]を使用しました。今回の伝送実験は、中心周波数を286.2GHzに設定し、位相制御された４系統のRF信号をアンテナ放射後に空間合成することで特定実験試験局に許可される範囲内の等価等方放射電力(EIRP)※5 44dBmの高出力化を実現しました。早稲田アリーナ内で72.4mの距離に対して、帯域幅2.0GHzを使用した条件で、変調方式QPSK(伝送速度3.28Gbps) 、16-QAM(伝送速度6.55Gbps)および32-QAM(8.19Gbps)を用いたOFDM伝送を確認しました。
従来、300GHz帯ではSingle Carrier（SC）を用いた距離645mの通信[3]およびOFDMを用いた距離10mの通信[4]が報告されていました。今回は300GHz帯の周波数を利用した1Gbps以上の伝送容量の通信において、OFDMとして距離70mを超える世界初の伝送実験となりました。OFDMはSCに比べて一般的にスペクトル効率が高く、マルチパスフェージング※6に強いとされており今後多くの用途での活用が期待されます。
図２ 実証システムの概要（上：ブロック図、左：受信SNRの距離特性、右：72.4mの実験風景）
multiple-input multiple-output（MIMO）※7により高い伝送容量への拡大を目指すとともに、リンクの利便性を向上するために必要なビームステアリング技術の試作と改良を行います。
※1 テラヘルツ帯
おおむね周波数100GHzから10THz(波長にして3mm-30μm)の電磁波領域を指す。テラヘルツ帯の中には、無線通信に利用できる周波数帯がいくつか存在する。そのうち、110 GHzから170 GHzはD帯、252GHzから296GHzは300GHz帯と呼ばれる場合がある。
※2 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
マルチキャリア変調方式の一種であり、一つの広帯域を複数の狭帯域なサブキャリアに分割してデータを並列に送信する技術。各サブキャリアは数学的な直交性を保つことで、互いの干渉を最小限に抑えながら、効率的なデータ通信が可能になる。
※3 Beyond5G/6G
最近サービスがはじまった移動通信システムは第5世代(5G)とよばれている。これに対して、次世代システムとしてBeyond5Gさらには 第6世代(6G)移動通信システムの開発が進められている。
※4 パッチアンテナ
導電体の平板（パッチ）を誘電体基板上に配置し、接地面と組み合わせたマイクロストリップ構造のアンテナ。
※5 等価等方放射電力(EIRP）
送信機が特定の方向に放射する電力を、等方性アンテナが全方向に放射する電力に置き換えた値。
※6 マルチパスフェージング
無線通信において送信信号が複数の異なる経路を通って受信機に到達することで生じる、時間的・周波数的な信号強度の変動現象を指す。
※7 multiple-input multiple-output（MIMO）
複数のアンテナを配置し、空間多重化やダイバーシティ技術を活用して通信容量や信号品質を向上させる無線通信技術。
[1] ”IEEE Standard for High Data Rate Wireless Multi-Media Networks Amendment 2: 100 Gb/s Wireless Switched Point-to-Point Physical Layer”、Sep, 2017, https://standards.ieee.org/ieee/802.15.3d/6648.
[2] H. Hamada et. al., “300-GHz-band 120-Gb/s wireless front-end based on InP-HEMT PAs and mixes,” IEEE J. Solite-State Circuits, vol. 55, No. 9, pp. 2316-2335, Sep. 2020.
[3] A Renau et. al., “Full frequency duplex link over 645m in the 300 GHz band”, Journée du Club Optique Micro-ondes (JCOM 2023), June, 2023, https://hal.science/hal-04160795/document.
[4] Y. Morishita et. al., “300-GHz-band self-heterodyne wireless system for real-time video transmission toward 6G,” in Proc. 2020 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), pp. 151–153, Sep. 2020.
本研究成果の一部は、国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）の革新的情報通信技術研究開発委託研究(JPJ012368C00302 および JPJ012368C04901)および科学技術振興機構（JST）先端国際共同研究推進事業 ASPIRE (JPMJAP2324)により実施したものです。
このたび、早稲田大学の研究者6名が、科学技術分野で顕著な功績があったとして、「令和7年度科学技術分野の文部科学大臣表彰」を受賞しました。
科学技術分野の文部科学大臣表彰は、科学技術に携わる者の意欲向上を図り、日本の科学技術水準の向上に寄与することを目的としており、科学技術に関する研究開発、理解増進等において顕著な成果を収めた者に対し授与されています。
今後も本学では、中長期計画「Waseda Vision150」における研究ビジョンである「世界の平和と人類の幸福に貢献する研究」の実現に向け、未来をイノベートする独創的研究の促進を図ってまいります。
インジウム酸化物という材料は、酸化と還元が起こりやすいという特徴を持つ固体酸化物材料で、薄膜系材料合成や液晶、半導体系材料の合成に重要な役割を果たすものです。
学校法人早稲田大学（理事長：田中 愛治、以下「早稲田大学」）大学院先進理工学研究科博士後期課程の渡辺 光亮（わたなべ こうすけ）氏ならびに同大学理工学術院の関根 泰（せきね やすし）教授らの研究グループとＪＸ金属株式会社の研究グループは、インジウム酸化物の表面を他の元素で修飾することで、容易に還元可能な表面を作りうること、その際に表面でたくさんの酸素を出し入れすることができることを見いだしました。
さらに、Ni-Cu合金※2の微粒子を表面に載せた材料は、873 Kという従来より大幅な低温にて、固体材料表面の格子酸素によるエタンの酸化的な脱水素によるエチレン（基幹化学原料※3）の製造（下記式1）と、その後に消費された表面酸素の復元のための二酸化炭素による再酸化、その際に同時に二酸化炭素が再資源化されること（下記式2）を発見しました。
式1：C2H6(エタン) + Vox(格子酸素) →C2H4(エチレン) + H2O + Olat(格子の欠陥)
式2：CO2 + Olat(格子欠陥) →CO + Vox(格子酸素)
このように、交互に2種類のガスを流すことで酸化と還元を繰り返す方法は、ケミカルループ法と呼ばれ、近年注目されています。※a今回の材料は大きな表面酸素容量（材料全体の重量に対して4wt%以上）を有し、インジウム種の酸化還元に関連してNi-Cu二元合金とNi-Cu-In三元合金※4間の動的な変化によって実現されました。入念な材料スクリーニング、特性評価、理論計算により、Ni-Cu合金がエチレンを生み出し、還元されたインジウム種の取り込みによって酸化還元を促進することが明らかになりました。
本研究成果は、2025年3月26日にアメリカ化学会発行の「ACS Catalysis」にオンライン版で公開されました。
図：一つの材料の上で、二酸化炭素の再資源化とエチレン製造が同時に達成される。
これまでのエチレン製造は、エタンガスの高温での分解（エタンクラッキングと呼ばれる）が商業的に行われてきましたが、非常に温度が高く、炭素が大量に生成されるプロセスでした。※bまた、二酸化炭素の再資源化による一酸化炭素※5製造は、逆水性ガスシフトと呼ばれる水素による高温（800度以上）での還元であり、こちらも大量の水素を必要としつつ、高温耐性を有する高価な材料を必要としていました。
一方で固体酸化物材料は、水素や炭化水素などの還元性を有するガスに高温で接触させると、表面が還元されること、ならびに空気や酸素などの酸化剤を高温で接触させると表面が酸化されることは古くから知られてきました。これを活かして、上記の2つの反応である化学品合成と二酸化炭素再資源化を交互に行うことに世界で初めて成功しました。
本研究では、あらたな固体酸化物材料を開拓し、早稲田大学での実験研究と計算化学によってエタンガスの脱水素によるエチレン合成とその後に引き続いた二酸化炭素による表面再酸化と資源化を交互に繰り返すことができることを見いだしました。これによって、従来と比較して大幅に温度を下げることができ（＝材料選定が楽になる）、外部からの水素を必要としなくなり（＝コスト低減）、かつ生成物を自動的に分離することができることとなりました。
従来はエチレン製造、二酸化炭素の再資源化による一酸化炭素製造のいずれも800度を超える高い温度を必要とし、それぞれ独立に行われるので、エネルギーを大量に消費する反応でした。今回の発見により、これら2つの反応を、600度というステンレス系の安い材料を用いることができる低い温度でも、充分に高い転化率で進めることができるようになりました。この際に、従来課題となっていた炭素の生成は起こらず、外部水素も不要となり、生成物は交互に出てくるため分離も不要となりました。この技術は、化学品製造と二酸化炭素再資源化を同時に行いたい化学企業などによって実用化が大いに期待されるところです。
化学産業で交互に流すというプロセスは、これまであまりメジャーではありませんでした。今回の発見により、化学品合成と二酸化炭素の再資源化による一酸化炭素製造という2つの重要な反応を、同時かつ交互に進めることができるようになりました。さらにガス分離も不要なため、全体としての効率向上も期待できます。今後、プロセス全体としての効率を高める工夫を考えていくことが期待されます。
化学工業の世界はオンデマンド化、小型分散化が苦手と言われ、大型で高温のプロセスが多用されてきました。ケミカルループ法は大規模化には向かず、むしろ小規模分散型を得意とします。次世代の化学プロセスでこういった技術が利用されることを期待しています。
※1 ケミカルループ法：
固体材料の気体による酸化と還元をそれぞれ独立した条件で行い、これを繰り返すことで従来の気体の固体触媒上での反応に比べて低温化が可能で、生成ガスの分離が不要になる手法。
※2 Ni-Cu合金：ニッケルと銅が互いに混じり合った合金。
※3 基幹化学原料：ポリバケツや医薬品など様々な化学物質の原料となる化合物。
※4 Ni-Cu-In三元合金：ニッケルと銅とインジウムが互いに混じり合った合金。
※5 一酸化炭素：
化学構造としてCOと書ける分子で、反応性が高いためあらゆる化学品（燃料・医薬品原料・化粧品・塗料など）の原料となり得る。
参考文献
※a Fast oxygen ion migration in Cu-In-oxide bulk and its utilization for effective CO2 conversion at lower temperature, Chemical Science, 12, 2108-2113, 2021. doi: 10.1039/d0sc05340f
※b Catalytic conversion of ethane to valuable products through non-oxidative dehydrogenation and dehydroaromatization, RSC Advances, 10, 21427-21453, 2020. doi: 10.1039/D0RA03365K
雑誌名：ACS Catalysis
論文名：Oxidative Dehydrogenation of Ethane Combined with CO₂ Splitting via Chemical Looping on In₂O₃ Modified with Ni-Cu Alloy
執筆者名： 渡辺 光亮¹、比護 拓馬¹、七種 紘規¹、松本さくら¹、三瓶 大志¹、磯野 雄生²、下宿 彰²、古澤 秀樹²、関根 泰¹
１：早稲田大学
２：ＪＸ金属株式会社
掲載日：2025年3月26日
掲載URL： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c07737
DOI：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c07737
JST-ALCA-Next 番号 23836167
科研費 Grant Number JP24KJ2090
JST SPRING B2R101263202
土壌中ナノプラスチックの移動イメージ
立研究開発法人 産業技術総合研究所（以下「産総研」という）ネイチャーポジティブ技術実装研究センター 土田恭平 研究員、原淳子 研究チーム長、地圏資源環境研究部門 井本由香利 主任研究員、斎藤健志 主任研究員、早稲田大学 創造理工学部 環境資源工学科 川邉能成 教授は土壌中ナノプラスチックの移動挙動の解明を目的として、ナノプラスチックの凝集性や土粒子への吸着性と、土壌種の特性やpHとの関係を明らかにしました。
ナノプラスチックは粒子サイズが1～1000 nmのプラスチックで、土壌中にも多数存在している可能性があり、ヒトの健康への影響も大きいことが懸念されています。しかし、土壌中のナノプラスチックが土壌間隙に蓄積したり土粒子に吸着したりするなどしてどの程度その場に滞留するか、逆に、どの程度移動するかは明らかにされていません。
本研究において、絶対値が大きな負のゼータ電位をもつポリスチレンからなるナノプラスチックの場合、正のゼータ電位を有する土粒子には吸着しやすいことを実験的に確認し、酸性条件下ではさらにその吸着性が高くなることを明らかにしました。また、土粒子にナノプラスチックが吸着することで、土粒子自体が凝集して粒子サイズが大きくなることを確認しました。この結果から、正のゼータ電位を有する土壌に存在するナノプラスチックは、特に酸性条件下において、その場に滞留しやすく移動しにくいと推察されます。本成果により、土壌中ナノプラスチックの移動挙動が解明でき、ナノプラスチックの生態系への影響評価に貢献することが期待されます。
なお、この技術の詳細は、2025年4月4日に「Science of The Total Environment」に掲載されます。
下線部は【用語解説】参照
ごみの不法投棄や河川の氾濫、農耕地でのプラスチックの利用、建築や土木工事に利用された資材の劣化や摩耗などに起因して、マイクロプラスチックが環境中へ流出していることが報告されています。陸上に存在するマイクロプラスチック量は海洋の4～23倍と推定されており、土壌中に多量のマイクロプラスチックが存在している可能性があります。また、ナノプラスチックはマイクロプラスチックが粉砕されることで生成され、マイクロプラスチックと同様に環境中に多く存在していると考えられます。
ナノプラスチックはマイクロプラスチックよりも動物や植物など生態系への影響が大きい可能性が報告されています。また、ナノプラスチックはその小ささから比表面積が大きく重金属類や残留性有機汚染物質を吸着しやすいため、汚染物質を吸着・脱着しながら土壌中を移動することで、汚染物質輸送を媒介する可能性があります。プラスチック生成時に使用された添加剤などの有毒成分がナノプラスチックから土壌へ浸出することで新たな汚染が生じる可能性もあり、ナノプラスチックによる生物多様性の損失が懸念されています。
産総研と早稲田大学は、地圏環境中プラスチックの生態系への影響評価を目指しており、プラスチックと化学物質との相互作用や環境中のプラスチック分布状況の調査や新規測定手法の開発を行ってきました。ナノプラスチックはその小ささから生態系への影響を評価することが難しく、移動挙動についてはほとんど明らかにされていません。土壌中のナノプラスチックは凝集性が高いと粒径が大きくなるため移動しにくくなり、土粒子に吸着することでも移動しにくくなると考えられます。また、ナノプラスチックが吸着した土粒子が凝集することで土粒子は土壌間隙に滞留しやすくなり、ナノプラスチックはさらに移動しにくくなる可能性があります。そこで今回は、土壌中のナノプラスチックの移動挙動の解明を目的として、ナノプラスチックを含んだ土壌のpHの違いによるナノプラスチックの凝集性と、その土粒子への吸着性、また、ナノプラスチックが吸着した土粒子の凝集性の評価を行いました。
本研究では、梱包材などで広く一般的に使用されているポリスチレンのナノプラスチック試料を使用し、黒ぼく土と砂質土の２種類の土壌中での土粒子への吸着性の評価を行いました。ポリスチレンのナノプラスチックは、pH4, pH７, pH10において-31.8 mV, -52.1 mV, -60.0 mVと絶対値が大きな負のゼータ電位をもつため、土壌のpHに関わらずナノプラスチック同士が反発し凝集性は低くなります。一方で、黒ぼく土と砂質土のゼータ電位は、pH7においてそれぞれ19.9 mVと-23.6 mVでした。これらの土壌とナノプラスチック懸濁液を混合、振とうしたところ、黒ぼく土の方が砂質土よりナノプラスチックの吸着性が高いことが示されました。また、その時のプラスチック懸濁液のpHをpH4, pH7, pH10と変化させたところ、黒ぼく土においてはpHの値が低いほどよりナノプラスチックの吸着性が高くなり、砂質土におけるナノプラスチック懸濁液のpHはナノプラスチックの吸着性に影響しないことが示されました（図1）。
これらの結果は、ナノプラスチックと黒ぼく土のゼータ電位がそれぞれ負と正であったことから、粒子同士が引きつけあったためと考えられます。また、黒ぼく土の方が砂質土より比表面積が大きかったことも黒ぼく土の吸着性が大きかった要因であると考えられます。さらに、黒ぼく土のpH4, pH７, pH10におけるゼータ電位は36.6 mV, 19.9 mV, 4.02 mVとpHが低くなるほど増加する傾向があったこととも整合します。一方、砂質土においては、pH4, pH７, pH10におけるゼータ電位は-18.0 mV, -23.6 mV, -42.3 mVとpHが低くなるに従い絶対値は小さくなるものの一貫して負であったことから、pHによらず負のゼータ電位をもつナノプラスチックと反発しあったものと考えられます。
次に、両土壌種の土粒子の粒子サイズがナノプラスチックと混合することで、また、pH4, pH7, pH10とナノプラスチック懸濁液のpHを変えたことでどのように変化するかを調べました（図2）。黒ぼく土の場合は、ナノプラスチックが吸着したことにより粒子サイズが増大し、pHが低い方がより増大したことがわかりました。一方で、砂質土においてはナノプラスチックと混合したことで、また、ナノプラスチック懸濁液のpHを変えたことで粒子サイズに変化はありませんでした。この時、黒ぼく土へナノプラスチックが吸着したことで、黒ぼく土のゼータ電位はpH7で19.9 mVから-9.85 mVへ変化していました。ゼータ電位の絶対値が小さくなったことで、粒子同士が反発する力が弱くなり土粒子の凝集性が増加したと考えられます。土粒子の凝集性が高くなると、土粒子に吸着したナノプラスチックは土壌間隙に詰まりやすくなり、その場に滞留しやすく移動しにくいと推察されます。
以上から、正のゼータ電位を有する土壌に存在するポリスチレンからなるナノプラスチックは、特に酸性条件下においてその場に滞留しやすく移動しにくいこと、逆に、負のゼータ電位を有する土壌においては移動しやすいことが推察されます。
図1 ナノプラスチック（NPs）の土壌への吸着挙動
※原論文の図を引用・改変したものを使用しています。
図2 ナノプラスチックの吸着による土粒子サイズ分布
※原論文の図を引用・改変したものを使用しています。
今後は、ナノプラスチックの土壌間隙への蓄積や土粒子への吸着現象を考慮した、カラム通水試験やシミュレーションモデルの開発を行うことで、より詳細な土壌中のナノプラスチックの移動挙動を明らかにし、ナノプラスチックの生態系への影響評価に貢献します
ナノプラスチック
大きさが1～1000 nmのプラスチックのこと。大きさが5 mm未満のマイクロプラスチックより人体への影響が大きい可能性がある。
ゼータ電位
粒子表面の帯電状態を表すパラメータで、分散/凝集性を評価する指標になる。
黒ぼく土
日本でみられる土壌のひとつで、火山灰由来の土壌である。リン酸吸収係数が高く、畑などに広く利用されている。土地利用の状況によってpHは異なる場合がある。
掲載誌：Science of The Total Environment
論文タイトル：Effect of solution pH on nanoplastic adsorption onto soil particle surface and the aggregation of soil particles
著者：Kyouhei Tsuchida, Yukari Imoto, Takeshi Saito, Junko Hara, Yoshishige Kawabe
DOI：10.1016/j.scitotenv.2025.178712
演題：【Convergence/divergence phenomena in the vanishing discount limit of HJ equations】
日時：2025年4月12日(土)14:00～17:30 （14:15～15:15講演・16:45～17:30討論）
会場：西早稲田キャンパス 55 号館 N 棟 1 階 第 2 会議室
講師：Andrea Davini
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：先進理工学研究科
問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課
TEL：03-5286-3000
関連リンク: https://www.ozawa.phys.waseda.ac.jp/sams/index.html
演題：「建築による社会変革ーつくりかたからつくりかえる」
日時：2025年4月25日(金)18:00～21:00
会場：西早稲田キャンパス 63号館2階04・05会議室
講師：秋吉 浩気
対象：学部生、大学院生、教職員、学外者、一般の全て
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
3月26日（水）初夏のような陽気の中、各学部・研究科において、学科・専攻ごとの学位授与式が行われました。ご卒業・修了を迎えられた皆さん、おめでとうございます。今後のご活躍をお祈りしています！
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