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分子

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1: 2018/01/25(木) 20:51:38.04 ID:CAP_USER
軽くて頑丈で手に入りやすい--。植物を原料とするこんな繊維が「夢の新素材」として注目されている。
セルロースナノファイバー(CNF)だ。日本の豊富な森林資源を活用できる可能性があり、温暖化対策やリサイクルに役立つと期待されている。

●鉄の5倍の強さ

 植物は弱くて折れやすいといったイメージがあるが、約1400年前に建設された奈良の法隆寺のように現存している木材建造物もある。
その強さの理由の一つは、植物細胞の中にある分子「セルロース」だ。
スギやヒノキなど針葉樹の成分の約半分を占め、束状になって植物を支える。

 頑丈なセルロースを分解するには大量の有機物質を使う必要があったが、磯貝明・東京大教授(セルロース科学)は2006年、触媒を使った特殊な酸化反応を利用して、常温常圧の自然な状態で分解してCNFを取り出すことに成功。
15年にアジアで初めて「森林・木材科学分野のノーベル賞」とされるマルクス・バーレンベリ賞を受賞した。

 CNFは太さ数ナノメートル(ナノは10億分の1)の繊維。
髪の毛の太さの1万分の1程度で、重さは鋼鉄の5分の1程度と軽いが強度は5倍もあり、ゴルフクラブなどに使われている炭素繊維(カーボンファイバー)に匹敵する。
磯貝教授は「セルロースは地球で最も豊富に存在する生物資源。
自然に優しいので、プラスチックなどの代替材料に使えれば石油に依存した社会からの脱却も期待できる」と話す。

 ●1兆円市場目標

 磯貝教授の成果を受け、CNFを別素材と混ぜ合わせて、強度や柔軟性を向上させる研究が進んでいる。
CNFは透明で、他の素材と混ぜても色が変わらないといったメリットもある。

 例えば、ボールペンのインクに混ぜると色はそのままに、現在使われている油の溶剤よりもインクのむらがなく書き心地もなめらかになるため、すでに商品化されている。抗菌・消臭力がある銀イオンをたくさん付着できるため、紙おむつにも使用されている。液状のCNFを透明なフィルムに薄く塗ると、フィルムは光を通す一方で酸素は通さないため、食品保存などに使えば腐敗防止になり、賞味期限を延ばすことができると期待されている。

 中でも注目されるのは、CNFをゴム素材に混ぜる野口徹・信州大特任教授(高分子物理学)の研究だ。
タイヤなどのゴム素材は従来、カーボンブラックというすすを混ぜて強度を増しているが、その代わりにCNFを加えると従来品より強度が最大5倍に上がるうえ、柔軟性も同2倍になったという。

続きはソースで

関連ソース画像
https://cdn.mainichi.jp/vol1/2018/01/25/20180125ddm001010002000p/9.jpg

毎日新聞
https://mainichi.jp/articles/20180125/ddm/016/040/009000c
ダウンロード (1)


引用元: 【テクノロジー】軽くて頑丈な「夢の新素材」 セルロースナノファイバー、耐燃性に課題[18/01/25]

軽くて頑丈な「夢の新素材」 セルロースナノファイバー、耐燃性に課題の続きを読む

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1: 2018/01/14(日) 13:17:25.46 ID:CAP_USER
分子メカニズムをたどって行くと、
新しい組織発生の中には外界のストレス反応と共通の分子を使っている過程が多いことがわかる。
例えば、毛の発生にはEDDAと呼ばれる炎症性サイトカインTNFファミリー分子が関わり、その結果ICAM等の接着因子が誘導される。

同じように哺乳動物で進化したリンパ節やパイエル板、乳腺などもそうだ。
もちろん、多くの病気も最近では炎症との関わりで考えられるようになっており、動脈硬化は言うに及ばず、糖尿病でのインシュリン抵抗性も慢性炎症として捉えるようになっている。

今日紹介するニューヨーク・マウントサイナイ医大からの論文は社会ストレスで誘導されるうつ病も血管の透過性が上昇することで始まる炎症に起因する可能性を示した研究で11月号のNature Neuroscienceに掲載された。

タイトルは「Social stress induces neurovascular pathology promoting depression
(社会ストレスは神経血管の異常を誘導しうつ病を増悪させる)」だ。

このグループもうつ病を炎症という切り口からアプローチできないか試みていたのだと思う。
これまで、うつ病ではIL-6が上昇していることなどを報告している。
ただ、末梢血での現象が脳でも起こっているかはわからない。
特に脳血管関門が存在し、脳は末梢の影響が簡単に及ばないようできている。
そこで、脳血管関門を調べる目的で、血管内皮の接着に関わるタイトジャンクション分子claudin5(cld5)の発現を、
自分より大きなマウスと同居することでストレスのかかったマウスの脳で調べている。
結果は期待通りで、側坐核や海馬などうつ病に関わる領域のcld5の発現が落ちていることを発見した。

続きはソースで

AASJ
http://aasj.jp/news/watch/7707
ダウンロード (2)


引用元: 【医学】うつ病は脳血管の障害?(Nature Neuroscience掲載論文)

うつ病は脳血管の障害?(Nature Neuroscience掲載論文)の続きを読む

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1: 2017/12/16(土) 05:13:14.24 ID:CAP_USER
ホタルが光る仕組みを葉に組み込むことで、暗闇の中でも自ら発光して周囲を照らすことができる植物の研究がマサチューセッツ工科大学(MIT)の研究室で進められています。
研究はまだ初期段階ですが、将来的には植物の下で本を読めるほどの明るさを持たせたり、部屋全体をボンヤリと照らすための「照明器具」として植物を利用できる可能性が考えられています。

Engineers create plants that glow | MIT News
http://news.mit.edu/2017/engineers-create-nanobionic-plants-that-glow-1213

Researchers Are Working on Plants That Could Glow Bright Enough to Replace Lamps - Motherboard
https://motherboard.vice.com/en_us/article/vbz78j/researchers-are-working-on-bioluminescent-plants-that-glow

この研究は、MITのStrano Research Groupに所属するSeonyeong Kwak博士研究員が中心になって行っているもの。
今回発表された内容によると、研究チームは植物の葉にホタルの体内に備わっているものと同じ発光酵素を注入することで、葉の一部を4時間にわたって光らせることに成功しています。その様子は以下のムービーで見ることが可能です。

研究チームは今回、ケールやクレソン、ルッコラ、ホウレンソウなどの植物の葉に発光酵素「ルシフ◯ラーゼ」などを染みこませることで、その一部を光らせることに成功しています。

発光に必要なエネルギーは植物そのものに備わっている代謝作用によって生みだされており、外部からの供給は必要ないとのこと。
現時点では、うっすらとした光を4時間にわたって放たせ続けることに成功しています。

ルシフ◯ラーゼはルシフェリンと呼ばれる分子と反応することで発光するのですが、その際に生みだされる副産物によって発光が弱くなるという特性があります。

続きはソースで

関連ソース画像
https://i.gzn.jp/img/2017/12/14/nanobionics-light-emitting-plant/cap00016_m.jpg
https://i.gzn.jp/img/2017/12/14/nanobionics-light-emitting-plant/cap00017_m.jpg
https://i.gzn.jp/img/2017/12/14/nanobionics-light-emitting-plant/cap00039_m.jpg

関連動画
Glowing plants https://youtu.be/hp-vqd8zJM4



GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20171214-nanobionics-light-emitting-plant/
ダウンロード


引用元: 【植物】〈ホタルが光る仕組みを応用〉電気なしで植物を光らせランプ並みに明るくする研究がMITで進行中

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1: 2017/12/19(火) 23:50:07.50 ID:CAP_USER
軽くて薄く、そして強靱な素材として知られるグラフェン。この2次元の原子シートを用いることで無尽蔵にエネルギーを得られる可能性があることが、米大学の研究で明らかになった。鍵を握るのは、グラフェンの「ゆらぎ」だ。

ミクロの世界は、われわれを「ゆらぎ」の世界へといざなってくれる。液体の中にある微粒子を顕微鏡で見てみると、それらは生物のようにゆらゆらと不規則にうごめいて見えるはずだ。その理由は、熱運動する原子や分子が、溶媒中の微粒子と常にぶつかり合っているからだという。

この無尽蔵の「ゆらぎ」は、もしかすると人類に究極のクリーンエネルギーを提供してくれる鍵となるかもしれない。米アーカンソー大学の物理学者チームが、グラフェンの持つ特徴的な「ゆらぎ」から、エネルギーを取り出すことができるという強力な証拠を発見したのだ。

■2次元グラフェンの存在を可能にする「ゆらぎ」

鉛筆の芯の材料であるグラファイト(黒鉛)から生まれたことで知られるグラフェンは、軽くて薄く、そして強靱なことから「夢の素材」とも称される。これは蜂の巣のような六角形の構造が規則正しく平面上に繰り返された、2次元の原子シートである。ところがグラフェン自体、そもそも物理的に存在不可能な構造であるはずなのだという。

「グラフェンのように原子1個分の厚みをもつ平坦な素材とは、本質的にとても不安定で、超低温でも溶融してしまうはずなのです」と、米アーカンソー大学の物理学者ポール・ティバード教授は『WIRED』日本版の取材に説明する。これは「マーミン=ワグナーの定理」として知られている。「ですから、2004年のグラフェン発見は非常に驚くべきことでした」

ティバードをはじめとする研究チームは、2010年より“規格外の物質”であるグラフェンが存在しうる物理学の抜け穴を探し続けてきた。その結果、グラフェンは完全に平坦ではありえないことがわかってきたという。「2次元の素材は、存在するために波形で構成されていなければならないはずです」と、ティバードは言う。それも静止した状態ではなく、常に動き回るダイナミックなそれだ。つまりグラフェンは、熱運動により常に「ゆらいで」いるのである。

「この動きをブラウン運動といいます。実際にわたしたちの目でグラフェンの表面を見ることができたとすれば、海の表面のようだと形容できることでしょう。それらの波は不規則に上下したり、周期的に動いたりし、ときには表面を横切る“はぐれ波”のようなものもあります」

彼らは、走査トンネル顕微鏡を用いた実験と、シミュレーションを用いた理論的研究を経て、原子1個分のスケールでグラフェンの上下運動を監視できる技術を開発。まるで海面で上下するブイのように動くグラフェンの高さと時間データセットから速度を計算し、速度分布率を作成した。

するとこのデータから、グラフェンは思いもよらないスピードで上下していることがわかった。それらの動きはブラウン運動の「ゆらぎ」に加えて、さらに大きい高さをもつものだった。物理学ではこの現象をレヴィ飛翔と呼んでいるが、この非常に珍しい現象が、グラフェンでは毎秒何百回も起こっていたのだという。

「この謎を解明するのがわれわれのブレークスルーの鍵でした」と、ティバードは説明する。「最先端の分子動力学シミュレーションによって、グラフェンは単に振動しているだけではなく、波形に湾曲したグラフェンが凸面から凹面に反転することがわかったのです」

続きはソースで

https://wired.jp/2017/12/19/energy-from-graphene/
ダウンロード (1)


引用元: 【ナノテク】二次元材料グラフェンから無尽蔵のクリーンエネルギーを取り出せる可能性 

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1: 2017/12/15(金) 07:25:48.22 ID:CAP_USER9
いったん割れても、常温で数時間押し当てると修復するガラスを、東京大の相田卓三教授らが開発した。14日付の米科学誌サイエンスに発表した。

 ガラスは通常、割れると材料を構成する分子同士の結びつきが切れてしまうため、高温で溶かさないと再利用は難しい。

 相田さんらは、半透明の新素材「ポリエーテルチオ尿素」でガラスを作製。割れても室温で1~6時間、割れ目を押し当てると再びくっつき、強度も回復した。

続きはソースで

(杉本崇)

配信2017年12月15日04時23分
朝日新聞デジタル
http://www.asahi.com/articles/ASKDG3PNVKDGULBJ002.html
ダウンロード (1)


引用元: 【研究】割れてもくっつくガラス開発 「自然修復」に道 東大

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1: 2017/11/28(火) 03:18:56.11 ID:CAP_USER
〈発表のポイント〉

19世紀以来、化学者はアボガドロ数(10の23乗)個の分子の平均像から化学反応の速度を決定してきた。
今回、数十から数百個の分子の反応を調べるだけで速度と反応機構を決定できた。
一次元に並べた数十の分子の反応を逐次的に原子分解能顕微鏡で追跡して
「分子一つ一つはランダムだが総和を取ると一次反応速度式に従う」という量子力学理論の予測を実証した。
顕微鏡を用いて化学反応を記録し解析できることを実証した本成果は、従来の顕微鏡科学の常識を凌駕し、今後、化学、生物学、材料研究における超微量、超高分解能の構造決定の革新的分析手法として新たな研究分野および産業応用を切り拓くことが期待される。

〈発表概要〉

東京大学大学院理学系研究科化学専攻の中村栄一特任教授、原野幸治特任准教授、山内薫教授らの研究グループは、確率論的に起こる一つ一つの分子の反応挙動を顕微鏡で見ることで、その挙動が量子力学の理論の予測に合致することを初めて明らかにした(図1)。


ダブルスリット実験は電子の量子性を表す著名な実験である。
電子一つ一つは粒子としてランダムに挙動する一方で、波としての法則性も示す。
分子同士の反応も同様に挙動するものと予測されてきたが実験的証明はなかった。本研究では、化学反応がランダムに起きる一方で、統計的には一定の法則に従う、という量子力学的遷移状態理論の予測を実証した。

化学反応研究は19世紀以来、反応容器の中に入れたアボガドロ数(10の23乗)
個の分子の総量の増減(バルク実験)を追跡することで行われてきた。
今回、一次元に配列させた[60]フラーレン(注1)分子の反応を、分子一つ一つについて、温度を変えながら原子分解能電子顕微鏡(注2)で直接観察して、数十個の分子について積算した。

本成果を応用することにより、多数の分子の平均に頼る従前の研究手法では平均に埋もれてしまった微細な分子の動きに関する情報が獲得できるようになり、新しい化学反応の発見や、宇宙空間や地球内部など高エネルギー環境における反応モデルの提唱、さらには原油の接触改質などの工業スケール反応における高効率触媒の開発や合理的な化学反応プロセスの設計につながると期待される。


図1. 本研究の概要図
https://apps.adm.s.u-tokyo.ac.jp/WEB_info/p/pub/2762/image001_nakamura.jpg

続きはソースで

東京大学
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2017/5616/
ダウンロード


引用元: 【東京大学】量子力学が予言した化学反応理論を初めて実験で証明

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