サメの歯の原子構造の可視化に成功－フッ素が歯を強くする原理を解明－東北大・東大・東京医科歯科大の共同研究
2014年1月29日 15:30 | プレスリリース , 受賞・成果等 , 研究成果


東北大学原子分子材料科学高等研究機構(WPI-AIMR)の幾原雄一教授（東京大学教授併任）と陳春林助手および東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科の高野吉郎教授の共同研究グループは、世界最先端の超高分解能走査透過型電子顕微鏡注を駆使して、生体材料として最高硬度を持つサメの歯の最表面に存在するエナメル質（フッ化アパタイト）の原子構造を、世界に先駆けて可視化することに成功しました。
さらにサメの歯の原子構造に基づいて、スーパーコンピューターを用いた計算を行い、エネメル質内部に入り込んだフッ素が強固な化学結合を形成することで、高い機械強度と優れた脱灰性を持った虫歯になり難い構造が自己形成されていることを発見しました。


▽記事引用元　東北大学　2014年1月29日15:30配信記事
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2014/01/press20140129-01.html

詳細（プレスリリース本文）
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press_20140129_01web.pdf

東京大学大学院 理学系研究科物理学専攻・谷本博一博士研究員（現ジャックモノー研究所・博士研究員）と同専攻・佐野雅己教授らの研究グループは1月6日、細胞運動の物理的な法則を発見したと発表した。

運動は細胞の基本的な性質のひとつであり、この細胞運動の機構については、生物学的な立場からはすでに数多くの研究がなされている。
しかし、物理学的な立場から、細胞運動の「原理」を探る試みは始まったばかりだという。

研究グループは、複雑なデータを座標の級数で展開することでその空間構造をいくつかの簡単な座標で代表させる「多重極展開」と呼ばれる手法を導入し、細胞の応力場の空間構造を解析した。

牽引力顕微鏡（Traction Force Microscopy）を構築し、典型的な運動性細胞である細胞性粘菌の応力場をナノニュートン・マイクロメートルの精度で計測。
得られた測定結果を多重極展開に基づいて解析し、応力場の回転対称性と前後対称性それぞれの破れを特徴づける２つの指標を計算した。
その結果、これらの2つの座標が細胞の運動性を決めていることが明らかになったという。

多細胞生物の応用に期待

細胞の運動法則を発見したこの研究手法は、他の生命現象へも応用が可能とされている。
とくに発生過程で個々の細胞が空間的に協調して運動することで複雑な成体が形成される多細胞生物への応用が期待される。


QLIFE PRO 2014/1/15
http://www.qlifepro.com/news/20140115/expect-cell-movement-law-discovered-medical-applications.html

プレスリリース
細胞の運動法則を発見 - プレスリリース - 東京大学 大学院理学系研究科・理学部
http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2014/02.html

Biophysical Journal
- A Simple Force-Motion Relation for Migrating Cells Revealed by Multipole Analysis of Traction Stress
http://www.cell.com/biophysj/retrieve/pii/S0006349513042161

東大、原子1個に記録された磁気情報を従来比10億倍に高める原理を解明

東京大学は、原子1個に記録された磁気情報を長期間保持するためのメカニズムを解明したと発表した。今回、原子1個の量子力学的な対称性を考慮することにより、情報保持時間を従来比で10億倍に高めたという。

同成果は、同大 物性研究所 ナノスケール物性研究部門の宮町俊生助教らによるもの。詳細は、英国科学誌「Nature」に掲載された。

これまで、情報記録装置の性能を向上させるため、微細化技術によって記録する磁気素子の小型化および高集積化が進められてきた。微細化がさらに進むことにより、究極的に磁気素子は、原子1個で構成される原子磁石になると考えられる。しかし、1個の原子磁石は、磁気的に不安定で情報を保持できる時間が1マイクロ秒以下と短く、実用化は困難とされてきた。

磁石の安定性は、磁気異方性エネルギーと呼ばれるエネルギー障壁によって決定する。この障壁が小さいと磁石の向きが容易に反転してしまい、磁石としての安定性は低くなる。
PCなどの電子機器に使用している"大きな磁石"はこの磁気異方性エネルギーを高めることにより安定性を確保している。しかし、磁石のサイズを原子レベルまで小さくすると、量子力学的な効果(量子トンネリング)により、エネルギー障壁を超えなくても磁石の向きが反転してしまうことが分かってきた。したがって、高い磁気的安定性を有する原子磁石の実現のためには、原子の磁気異方性エネルギーを高めるとともに量子トンネリングを抑える必要がある。

研究チームでは、2008年から金属表面上に塗布した原子磁石の安定性に関する研究を開始し、磁気異方性エネルギーは原子1個の磁石としての性質である磁気モーメントの大きさに比例することや、磁気モーメントの大きさと原子を塗布する金属表面の対称性をうまく考慮することにより、量子トンネリングを抑制できることを明らかにしていた。
今回の研究では、量子トンネリングを抑制できる六角形状の原子配列をもつ白金表面の上に希土類金属で最大の磁気モーメントを有するホルミウム原子磁石を塗布し、その情報保持時間を測定した。

ホルミウム原子磁石の情報保持時間を測定するためには、原子レベルで表面観察ができ、さらに原子磁石の磁気モーメントを検出できる手法が必要となる。そこで、条件を満たすスピン偏極走査トンネル顕微鏡(SP－STM)装置を2011年に新たに開発した。
原子磁石の磁化方向は、SP-STMの磁気シグナルを観測することにより判断できる。SP-STM磁性探針と原子磁石の磁気モーメントが平行の場合、磁気シグナルは大きく、反平行の場合、磁気シグナルは小さくなる。

SP-STM磁性探針をホルミウム原子磁石の上に配置し、磁気シグナルの時間変化を測定した結果、ホルミウム原子磁石は1つの磁気情報(上向き、下向き)を10分以上保持していることが明らかになった。観測された情報保持時間は従来の原子磁石と比較して約10億倍と著しく向上している。
原子磁石の磁気モーメントが上に向いている状態を"1"、下に向いている状態を"0"とすると、PCなどの電子機器と全く同じ方式での磁気情報の読み取りが可能になっている。

さらに、トンネル電子を介したエネルギー注入により原子磁石の向きを制御できることも分かった。このことは、原子1個に情報を書き込めることを意味している。
また、原子磁石に長時間情報を記録するためには、磁気モーメントの大きさと原子を塗布する金属表面の対称性が非常に重要であることが理論計算によっても確認された。

研究チームでは、原子1個の磁石としての性質である磁気モーメントの大きさと原子を塗布する金属表面の対称性をうまく組み合わせることによって、原子1個の情報保持時間を増大できることを明らかにした。これにより、学術的観点だけでなく、原子サイズの磁気素子を用いた次世代情報ストレージの開発や原子磁石を用いた新方式の量子コンピュータ実現の可能性が期待されるとコメントしている。


ソース
http://news.mynavi.jp/news/2013/11/15/345/index.html
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/issp_wms/DATA/OPTION/release20131114.pdf

ご依頼いただきました。
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1382193882/108

「ナノ」レベルに物質を粉砕　最古の原理を使った最新技術

「ダイヤモンド以外のすべての物質」を超微粒化する。その技術はナノメートル（百万分の１ミリ）の世界。
川口市の粉砕機専門メーカー「増幸産業」が誇る国内最高レベルの超微粒粉砕技術は、工業材料から食品、医薬品業界と、あらゆる産業を支えている。
同社の石臼式超微粒摩砕機に装備された「無気孔砥石（といし）」は、世界１２カ国で特許を取得。
常に新技術の開発に挑戦し続ける同社には、先祖伝来の「不可能を可能にする」チャレンジ精神が息づいている。

実験、研究の積み重ねが、最高レベルの粉砕技術を維持している＝川口市本町の研究室

http://www.saitama-np.co.jp/news/2013/11/20/04-01.jpg
スーパーマスコロイダーの「心臓部」となる無気孔グラインダー

http://www.saitama-np.co.jp/news/2013/11/20/04-02.jpg

埼玉新聞　2013年11月20日(水)
http://www.saitama-np.co.jp/news/2013/11/20/04.html

>>2以降へ続きます。