なんで早慶ばかり各界で活躍する人材が目立つのか?｜掲示板スレッド

◆東京大学、“濃い”電解液の採用で長寿命な高電圧リチウムイオン電池の開発に成功
大学ジャーナルオンライン編集部


　従来のリチウムイオン電池の作動上限電圧をはるかに上回る、超5Vリチウムイオン電池の実用レベルの安定作動を、東京大学のグループが初めて達成した。

　低炭素・持続可能社会のキーデバイスであるリチウムイオン電池は、その容量が改良によって理論最大値に到達しつつある一方、作動上限電圧は4.3V程度に留まっており、更なる高エネルギー密度化には作動電圧の向上が必須となっている。しかし、高電圧作動時には、電解液と正極活物質が激しく劣化してしまうために、実用化レベルでの長期安定作動の実現には至っていなかった。

　こうした中、本グループは高電圧リチウムイオン電池の多角的な分析を行った結果、正極に添加されている炭素導電助剤への電解液中のアニオン（マイナスイオン）の挿入が、これまで見逃されていた重要な劣化因子であることを見出した。炭素導電助剤の黒鉛層間にアニオン（マイナスイオン）が入り込むことによって構造が破壊されてしまい、正極全体の導電性が低下して充放電安定性に多大な影響を及ぼすという。

　そこで、この副反応を効果的に抑制する“濃い”（高濃度）電解液を採用するとともに、正極表面にアニオン（マイナスイオン）の透過を防ぐ保護膜を形成する溶媒を採用した。この電解液では、アニオン（マイナスイオン）がリチウムイオンと強く結びついて（配位して）いるため、炭素導電助剤へのアニオン（マイナスイオン）の挿入が抑制され、同時に保護膜がアニオン（マイナスイオン）の透過を防ぎながら、正極活物質の表面を高電圧動作（高酸化雰囲気）から保護することができる。

　これにより、5.2Vを上限電圧とするリチウムイオン電池の実用レベルの長寿命化（初期容量比93％維持率／1000回充放電）を達成。理論的限界に近づきつつあったリチウムイオン電池の性能を格段に引き上げる次世代電池の可能性を示した。

論文情報：【Joule】An overlooked issue for high-voltage Li-ion Batteries: Suppressing the intercalation of anions into conductive carbon

◆中学生、体力向上が苦手科目の成績改善に寄与　神戸大学など調査
大学ジャーナルオンライン編集部

　神戸大学大学院人間発達環境学研究科の石原暢助教、北海道教育大学岩見沢校の森田憲輝教授らの研究グループが中学生の体力向上と学業成績の関係を調べたところ、苦手科目に限って体力の向上がプラスの効果を与えていることを見つけた。

　研究グループは469人の中学生を1年生から3年生まで追跡調査し、体力（全身持久力）と苦手科目、得意科目の学業成績（国語、数学、理科、社会、英語の最低評定値と最高評定値）の変化を調べた。その際、学業成績に影響を与える両親の学歴や世帯収入、放課後の勉強時間などを統計学的に除外した。

　それによると、体力の向上は得意科目の学業成績の変化にかかわっていなかったが、苦手科目の成績が改善されていることが分かった。苦手科目だけになぜプラスの効果が出たのかは判明していないが、研究グループは運動部の練習など体力の向上を促す習慣が苦手科目にプラスの効果を与え、得意科目にマイナスの効果を出していない点に注目し、引き続き分析を進めることにしている。

　子どもの体力と学業成績の関係は過去15年ほどの間に盛んに研究されてきたが、各研究の見解は一致しておらず、体力向上と学業成績の関係に結論が出ていない。そこで、研究グループは学業成績を得意科目と苦手科目に分けて分析することで、関係の解明を試みた。

論文情報：【npj Science of Learning】Differential effects of changes in cardiorespiratory fitness on worst- and best- school subjects

◆スギ花粉症を悪化させる大気汚染物質、名古屋大学と福井大学が発見
大学ジャーナルオンライン編集部


　名古屋大学大学院の徐華東大学院生と加藤昌志教授らの共同研究グループは、福井大学の藤枝重治教授らと共同で、スギ花粉飛散時期にスギ花粉症患者の鼻腔内では鉛濃度が高く、鼻症状を増悪させている可能性を示した。

　重金属などの元素は大気汚染物質として健康障害を誘発する。一方、大気汚染の激しい地域の花粉は、非汚染地域の花粉よりも、アレルギー性鼻炎との関連で影響が大きい。しかし、季節性アレルギー性鼻炎患者の鼻腔内アレルギー反応への重金属の影響を、花粉飛散前と飛散期で調べた臨床研究の報告はなく、アレルギー性鼻炎が増悪した状態での重金属の鼻腔内曝露の影響を示す動物実験の成果はなかった。そこで研究グループは花粉症やアレルギー性鼻炎の増悪因子の調査を実施した。

　まず、スギ花粉症患者と健常者の鼻症状アンケートと被験者の鼻腔表面を蒸留水で洗浄して鼻汁を採取し、その期間のスギ花粉飛散数を継続的に測定。次に、市販のスギ花粉とヒトサンプルに含まれている鉛・水銀・カドミウム等を測定した。その結果、スギ花粉症患者の鼻汁の鉛濃度は、健常者より40%以上も高く、この鼻汁鉛濃度の増加がスギ花粉症の鼻症状の増悪と相関する可能性を突き止めた。

　また、スギ花粉の飛散数と鼻汁鉛濃度の相関関係から、鼻汁内の鉛の一部はスギ花粉由来の可能性が示された。最後に、アレルギー性鼻炎モデルマウスを用いた動物実験で鼻汁鉛濃度の増加が鼻アレルギー症状を悪化させることを確認した。

　今後、アレルギー毒性学研究において、鉛の鼻腔曝露によりアレルギー性鼻炎が悪化する分子メカニズムの解明と、アレルギー性鼻炎を悪化させる他の因子の特定が重要としている。

論文情報：【The Journal of Allergy and Clinical Immunology】Intranasal levels of lead as an exacerbation factor for allergic rhinitis in humans and mice

◆「ヒ」と「シ」の発音、違いはどこから？　豊橋技術科学大学が解明
大学ジャーナルオンライン編集部



豊橋技術科学大学

　日本語の「ヒ」と「シ」の発音は混同されやすいことが知られ、例えば、関東や東北地方の方言などで「東」を「ヒガシ」ではなく「シガシ」と発音したり、「7月」を「シチガツ」ではなく「ヒチガツ」と発音する現象は日本中でも観察される。その原因は、「発音するときの舌の位置が似ているため」と考えられているが、具体的にどのようにして「ヒ」と「シ」が区別して発音されるのかは明らかではなかった。

　今回、豊橋技術科学大学と国立国語研究所の研究チームは、「ヒ」と「シ」の音の違いが生まれる要因を明らかにするために、発音時の舌が動く様子を観察できるリアルタイムMRIを用いて、東京方言話者の被験者10名が「これがヒシがた」と発音する際の「ヒ」と「シ」の舌の位置を観察した。その結果、3人の被験者において、「ヒ」と「シ」を発音する際の舌の前後の位置はほとんど同じであったにも関わらず、「ヒ」と「シ」の音の違いを聞き分けることができたという。

　そこで次に、口の形を模したモデルを構築し、発音時の空気の流れと音の発生をスーパーコンピュータでシミュレーションした。その結果、「ヒ」と「シ」で舌の前後の位置が同じでも、舌の左右方向の形状を変化させて発音することによって「ヒ」と「シ」の子音の違いが生まれていることがわかった。これまで音声学では、子音の分類は主に舌の前後方向の位置の違いにより行われてきたため、舌が前後方向に同じ位置であっても左右方向の舌の形状で発音が区別できるということは、新たな発見だとしている。

　また、この知見は、構音障害など特定の発音が区別できない人に対して行う言語聴覚士の訓練にも応用されることが期待される。

論文情報：【Journal of the Acoustical Society of America】Aeroacoustic differences between the Japanese fricatives [ɕ] and [ç]

◆国立大学協会と経団連、ポスト・コロナ見据えて連携方針を公表
大学ジャーナルオンライン編集部


　国立大学協会と経団連で組織する「採用と大学教育の未来に関する産学協議会」は2020年度の報告書をまとめ、インターンシップを長期休暇期間中に実施するなどとした産学連携方針を公表した。

　国大協によると、大学教育では産学が組織対組織の包括的な連携を目指し、研究開発だけでなく、教育や人材育成にも共同で取り組む。政府に対しては共同でデータサイエンス人材の育成を目指した措置、規制改革を要望する。

　採用とインターンシップでは、採用の多様化や複線化をさらに推進するとともに、インターンシップは夏休みなど大学の長期休業期間中に実施する。就業体験を伴わないワンデーインターンシップは今後、この名称を使わないことにする。

　地域活性化人材の育成では、地方大学の重要性を産学双方が踏まえ、地域内の産学官がビジョンを共有して産業振興に向けた連携を進めるとした。

　2020年度は新型コロナウイルスの感染拡大で大学教育や産学連携、就職・採用活動など多方面でデジタル技術の導入など大きな変化を強いられた。今回の報告書はこうした状況を考慮したうえで、ポスト・コロナの時代に向けた産学連携の在り方を模索した。

参考：【国立大学協会】採用と大学教育の未来に関する産学協議会2020年度報告書「ポスト・コロナを見据えた新たな大学教育と産学連携の推進」を公表

き生体分子モーターで動く人工筋肉の開発に成功、光で自在に作製可能
大学ジャーナルオンライン編集部



大阪大学北陸先端科学技術大学院大学岐阜大学

　北陸先端科学技術大学院大学の平塚祐一准教授らの研究グループは、岐阜大学、大阪大学との共同研究で、筋肉のような収縮性のファイバー（人工筋肉）を、光照射した場所に自在に形成させることに成功した。

　生物のエンジン「筋肉」は、モータータンパク質と呼ばれる生体分子モーターから構築されている。生物のエネルギー源を用いて高い効率で力学的仕事を行うことから、産業応用が期待されているが、筋肉細胞の安定性・保存性や技術的な問題があり実用化されていない。また、筋肉組織の構成分子はほぼ同定されているが、その分子から筋肉を再構築する技術は不明だった。

　今回、研究グループは生体内の収縮性ファイバーの形成過程に着想を得て、人工筋肉を自在に形成させる分子システムを開発。モータータンパク質の一種であるキネシンをフィラメント状に改変し、微小管（輸送用のレールの役割をするタンパク質）と混ぜることで自己組織的に人工筋肉を形成させた。さらに、光照射によりモーター分子のフィラメント化を開始させ、照射部位のみに人工筋肉を形成できた。この人工筋肉を大きさ数ミリメートルの機械構造内に形成させて微小機械の駆動に成功した。

　研究では、生体の運動素子であるモータータンパク質分子を数ミリメートル以上の組織に構築し、生物の筋肉に似た機能・性質を持つ人工筋肉の製造を可能とした。特に光照射により人工筋肉の形成を開始できるため、たとえば光造形型の3Dプリンタに組み込めば人工筋肉の光造形が可能になる。今後、生体材料で駆動するマイクロロボットやソフトロボットの3Dプリント技術の基盤技術となり得るため、ロボットへの実装に向け課題を克服していくとしている。

論文情報：【Nature Materials】A printable active network actuator built from an engineered biomolecular motor

◆CO2を大量貯留できる地層の連続的モニタリング技術、九州大学などが開発
大学ジャーナルオンライン編集部



九州大学、名古屋大学、東京大学の研究グループは、小型連続震源装置、光ファイバー型地震計を活用した新システムを開発し、大量のCO2を削減できるCO2地中貯留で連続的なモニタリングを可能にすることに成功した。 「CO2地中貯留」は天然ガスや石油などが分布している地層にCO2を貯留する。短期間で大量のCO2が削減できるため、地球温暖化対策として注目されている。国際エネルギー機関（IEA）によれば、地球の気温上昇を1.5度以内に抑えるためにCO2回収・貯留（CCS）で約15%のCO2削減を要する。実現には世界中の約6000箇所で大規模なCO2貯留が必要だが、広域に分布するCO2貯留サイトをモニタリングしてCO2の漏洩や地震を防止し、安全を担保する必要がある。 一般的なモニタリング手法（時間差地震探査）では、調査1回に1億円単位のコストがかかる。そのためモニタリングを繰り返して貯留CO2の挙動を連続的に捉えることは困難で、急なCO2の漏洩などに対応できない恐れがあった。 研究グループは、新開発の小型連続震源装置と、光ファイバー自体を地震計として用いる技術（DAS）により、高精度（0.01%以下の変化を検出）で、連続的にCO2貯留層をモニタリングするシステムを構築。小型連続震源装置からのモニタリング信号が約80km離れた観測点（地震計）へ到達することを実証した。また、長大な海底光ファイバーケーブル自体を地震計として扱い、小型連続震源装置からの信号の検出にも成功した。 既存の海底光ファイバー利用は低コスト化につながり、連続的モニタリングにより急なCO2の漏洩にも対応できる。新システムは地熱開発の貯留層のモニタリングにも成功しており、システムの普及によりCO2削減の早期実現が期待されるとしている。

論文情報：【Scientific Reports】Continuous monitoring system for safe managements of CO2 storage and geothermal reservoirs

◆自動車の製品寿命延長、二酸化炭素削減に大きな効果
大学ジャーナルオンライン編集部


　自動車の環境対策は走行時の二酸化炭素排出削減ばかりに注目が集まっているが、製品寿命を延ばすことで二酸化炭素削減に大きな効果があることを、九州大学大学院経済学研究院の加河茂美主幹教授、大分大学経済学部の中本裕哉講師らの研究グループが突き止めた。

　大分大学などによると、自動車の寿命には製造から廃棄までの物理的寿命と、購入から買い替えまでの経済的寿命がある。研究グループはこの2つの寿命を組み合わせ、資源採掘から資材・部品生産、製品生産、製品利用、廃棄など自動車のあらゆる段階で排出される二酸化炭素の合計排出量を計算するモデルを開発した。

　そのモデルを使って日本の乗用車の物理的寿命、新車の経済的寿命、中古車の経済的寿命を調べたところ、3つの寿命を10年間延長することで排出される二酸化炭素量がそれぞれ30.7メガトン、26.4メガトン、5.2メガトン削減できることが明らかになった。

　研究グループは二酸化炭素の排出削減に自動車の寿命延長が効果的だとし、修理が容易でより長く使用できる設計、メンテナンス市場を活性化させるアフターサービスの充実、燃費の優れた自動車を長期間利用する意識づけなどが必要としている。

論文情報：【Journal of Industrial Ecology】A generalized framework for analyzing car lifetime effects on stock, flow, and carbon footprint