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最近の研究成果

次世代電池 2015年7月24日発表

リチウム-空気電池の過電圧を低減-空気極の触媒としてわずかな水を使用-

水を触媒としてわずかに添加した有機電解液DMSOを用いると、リチウム-空気電池の空気極の過電圧を大幅に低減できることを示した。リチウム-空気電池は、空気中の酸素を電気化学反応に利用するため、理論的には現状のリチウムイオン電池よりはるかに高い重量エネルギー密度を持つことが期待されている。一方で、リチウム-空気電池には様々な問題点があり、すぐに実用化につながるような状況にはない。大きな問題の一つに、リチウムと酸素の電気化学反応が理想的には進行しないため、放電時に得られる電圧と充電に必要な電圧の差が約1.0 Vと大きくなり、エネルギー効率が悪くなるという点がある。今回、空気極の充電・放電の反応機構の解明と過電圧の削減を目的とする基礎研究において、空気極に炭素・ルテニウム・二酸化マンガンを用い、有機電解液DMSOにわずかの水(=約100 ppm)を加えると、充電過電圧が約0.21 Vまで大幅に縮小し、放電時に得られる電圧と充電に必要な電圧の差がわずか0.32 Vであることを確かめた。

開発したリチウム-空気電池用空気極のレート特性(左)と電流密度500 mA/g(=0.25 mA/cm2)での200回の充放電サイクル特性(右)の図

共生細菌 2015年7月14日発表

昆虫の共生のための細胞がどのようにできるかを解明―形態形成遺伝子の転用による細胞の発生と進化―

ヒメナガカメムシという昆虫において共生細菌を保有する菌細胞の発生過程と形成機構を解析した。その結果、いくつかのホメオティック遺伝子という形態形成に関わる遺伝子の中で、特にウルトラバイソラックス遺伝子が胚発生の過程で新しい発現部位を獲得することにより、菌細胞ができることを明らかにした。菌細胞という微生物との共生に特殊化した細胞の由来は、長年にわたり進化発生学における謎であったが、今回の成果は、その形成に関わる重要な分子機構を解明したものであり、細胞が分化する機構、共生の分子レベルでの仕組み、細菌感染からの防御などに貢献が期待される。

ヒメナガカメムシ(左)と菌細胞が多数集合した共生器官の菌細胞塊(右)の写真

情報・人間工学 2015年5月7日発表

「人工知能研究センター」を設立―人工知能研究のプラットフォーム形成をめざして―

平成27年5月1日に「人工知能研究センター」【研究センター長 辻井 潤一】を設立しました。人間と共栄する情報技術に取り組む「情報・人間工学領域」の3つ目の研究センターとなります。ビッグデータと呼ばれるように電子化されたデータの量が飛躍的に増大しつつあり、それらを解釈して価値に変える人工知能技術への社会ニーズが高まっています。これに応えるため、当研究センターは、国内外の大学、企業、公的機関と連携して、実社会のサービスから得られる大規模データを活用しながら先進的な人工知能技術の研究開発を推進します。

人工知能研究センター設立の概要図

ナノマシン 2015年7月8日発表

細胞の機能を制御するナノロボットを開発-外部刺激による生物の行動機能制御技術を目指して-

光によって発熱できるカーボンナノチューブ(CNT)と特定の温度で内包分子を放出する温度感受性リポソームを組み合わせて、線虫Caenorhabditis elegans体内の細胞機能を制御できる分子複合体(ナノロボット)を開発した。今回の開発により、生体内の細胞表面上にある特定のタンパク質を遠隔制御することができる。また、分子・細胞レベルでの病態メカニズムの解明や新たな治療法を開発するためのツールとしても期待される。

(a) CNTとリポソームからなるナノロボットの概念図と(b)ナノロボットの電子顕微鏡写真

マイクロ液滴挙動 2015年7月14日発表

マイクロ液滴の特異な混合メカニズムを発見-エレクトロニクス製造のための先進インクジェット技術の流体科学-

エレクトロニクス製造に向けた先進印刷製造技術の基盤として、インクジェット印刷法で形成される異なるマイクロ液滴が接触した際に示す、強い表面張力に支配された特異な混合メカニズムを明らかにした。印刷技術を用いて電子デバイスを製造するプリンテッドエレクトロニクス技術の研究開発が世界中で盛んに行われている。今回、ダブルショットインクジェット印刷法が、均質な単結晶薄膜を形成できる理由が、異なるマイクロ液滴を混ぜ合わせた際に見られる特異な混合様式に起因することを明らかにするとともに、そのような混合様式を制御するために必要なマイクロ液滴の混合メカニズムを明らかにした。

異なるマイクロ液滴どうしの特異な混合様式と、薄膜形成との相関の図

小笠原諸島西之島 2015年7月15日発表

海洋調査船による西之島および周辺海域の学術調査研究―海底面の撮影や地形調査、試料の採取、西之島火山の観察などを実施―

小笠原諸島の西之島から4.5km以上外側の海域において、JAMSTECの海洋調査船「なつしま」に乗船し、学術調査を実施しました。今回の調査では、西之島周辺海域の海底面の撮影や海底地形調査、海底にある溶岩試料の採取を行うとともに、西之島の噴火活動で噴出した火山灰を採取したり、間断なく続く噴火の様子を観察したりすることができました。今後、今回の調査で得られた試料を分析し、私たちが住む大地がどのように誕生したかという「大陸成因の謎」の解明につながる成果の創出を目指します。

今回の調査で取得された最新の地形データとディープ・トウ(DT)による潜航、溶岩採取地点の図

ガス分析 2015年7月9日発表

環境計測に適した超高速・高精度なガス検出・同定法を開発―複数のガスがリアルタイムで分析可能に―

環境計測に適した高速で高精度のガス検出・同定法を開発した。この技術は、産総研独自の高性能な「光コム」を2台用いたデュアルコム分光装置を開発することによって実現した。これまでガス分析ではフーリエ変換赤外分光(FT-IR)を用いる方法があったが、これと比較して2桁高い分解能を実現した。さらに、短時間で測定できることから、複数のガスが共存する状態での、環境ガスの分析、内燃機関の評価、呼気分析など、環境、エネルギー、医療といった分野での幅広い応用が期待される。

「光コム」を用いたガス検出・同定の図

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